CN111141062B - 一种太阳能吸收引射复合跨临界co2制冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能吸收引射复合跨临界CO2制冷系统。本发明由跨临界CO2制冷循环和太阳能吸收引射双过冷器机械过冷循环组成，太阳能吸收引射双过冷器机械过冷循环通过两次节流降压，实现两个不同蒸发压力的梯级过冷，从而使跨临界CO2制冷循环CO2气体冷却器出口的CO2流体连续两次梯级过冷，使换热过程形成更良好的温度匹配，缩小传热温差，显著降低CO2过冷过程中的换热不可逆损失，降低气体冷却器出口温度，而且减少CO2的节流损失，同时可降低压缩机压缩比，提高压缩机等熵效率，提升系统整体COP。本发明可广泛应用于冷冻冷藏、低温储存等需要制冷的场合。
Description
技术领域
本发明涉及吸收式制冷、热泵技术领域，特别是涉及一种太阳能吸收引射复合跨临界CO2制冷系统。
背景技术
随着全球变暖、臭氧层被破坏问题日益严重，制冷空调行业需寻求环境友好型制冷剂替代对臭氧层有破坏作用并造成温室效应的HFCs、HCFCs等工质。制冷工质的替代和环保问题自然成为制冷空调行业的关注焦点。其中，自然工质CO2是一种无毒、不可燃、来源丰富、单位容积制冷量大的环境友好型自然工质，因其ODP＝0且GWP极低而受到广泛关注。由于CO2较低的临界温度(31.1℃)和较高的临界压力(7.38MPa)，使其节流不可逆损失大，制冷效率较低。
太阳能作为一种可再生清洁能源，对其利用以太阳能发电和太阳能热水器为主，利用太阳能制冷是太阳能利用的重要组成部分。太阳能具有清洁、环保、长久、普遍、经济性较好等优势，在能源日益短缺以及节能环保的今天，其发展前景被世界各国看好。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种太阳能吸收引射复合跨临界CO2制冷系统。
本发明为一种太阳能吸收引射复合跨临界CO2制冷系统，由跨临界CO2制冷循环和太阳能吸收引射双过冷器机械过冷循环组成；
(1)跨临界CO2制冷循环由CO2蒸发器、CO2压缩机、CO2气体冷却器、一级过冷器、二级过冷器以及节流阀组成。CO2蒸发器出口的低温低压CO2流体被CO2压缩机吸入压缩至高温高压的CO2流体，然后进入CO2气体冷却器与换热流体换热，之后依次流经一级过冷器CO2侧与二级过冷器CO2侧，通过普通工质蒸发过程连续进行两次放热，而后流经节流阀节流降压后在CO2蒸发器内进行蒸发吸热，完成跨临界CO2制冷循环。
(2)太阳能吸收引射双过冷器机械过冷循环由太阳能真空集热器、水泵、水箱、发生器、引射器、冷凝器、节流阀、一级过冷器、二级过冷器、吸收器、溶液泵、回热器组成。太阳能真空集热器加热循环水，水箱中的热水循环加热发生器内的工质对，使制冷剂与吸收剂分离。吸收器内工质对经溶液泵流经回热器低温侧被加热，之后流入发生器被太阳能集热装置继续加热至高温高压，发生器内制冷剂与吸收剂分离，高温吸收剂流经回热器高温侧与低温侧换热后流入引射器二主流入口引射来自二级过冷器普通工质侧的中低温制冷剂在混合室内降压流入吸收器进行吸收，冷却水流经吸收器换热带走吸收过程释放的热量；高温制冷剂流入引射器一主流入口卷吸来自一级过冷器普通工质侧的中温制冷剂在混合室内降压流入冷凝器与换热流体换热降温，而后流经节流阀节流降压分为两路，一路低温制冷剂流入一级过冷器普通工质侧蒸发吸热降低气体冷却器出口CO2温度，然后中温制冷剂被卷吸入引射器一二次流入口；另一路低温制冷剂再次流经节流阀节流降压后流入二级过冷器普通工质侧蒸发吸热，再次降低CO2温度，实现CO2梯级过冷，之后中低温制冷剂被卷吸入引射器二二次流入口。如此反复，完成太阳能吸收引射双过冷器机械过冷循环。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
(1)常规机械过冷CO2循环的最优过冷度过大，过冷过程CO2与常规制冷剂温度不匹配，换热不可逆损失大。本发明采用两次节流可实现两个不同蒸发压力，通过两个过冷器串联实现两个不同温位的蒸发过程，气体冷却器出口的CO2连续两次梯级冷却，每次过冷过程CO2的温降都不高，与常规制冷剂的蒸发过程形成良好的温度匹配，缩小传热温差，减少换热不可逆损失，降低CO2气体冷却器出口温度，得到较大过冷度。同时降低进入节流阀的CO2温度，减小不可逆节流损失，提升系统总体能效；
(2)相较于传统CO2压缩过程，太阳能吸收引射复合跨临界CO2制冷循环降低了CO2的运行高压，降低压缩机排气压力，CO2压缩机压比减小，等熵效率提高，延长压缩机使用寿命；
(3)跨临界CO2循环的制冷剂为自然工质CO2。ODP为0，GWP为1，高温条件下也不会分解，安全无毒，环境友好。太阳能吸收引射双过冷器机械过冷循环可采用的工质为NH3-H2O或H2O-LiBr，其GWP值均为0。系统整体环保性能好。
(4)本发明通过设置引射器一，可以降低吸收式制冷循环的冷凝压力，降低节流阀8的节流损失。
(5)通过设置引射器二代替常规吸收式制冷系统的节流阀，实现降压，并且可引射二级过冷器的饱和蒸汽，提高了吸收器的压力，进而降低了吸收器和发生器之间的压差，减少了溶液泵的功耗。吸收器压力的提升增加了吸收器的蒸发温度，进而增加了冷却水与吸收器之间的换热温差，换热效果显著，并且减小了吸收器的体积以及换热面积，有较好的经济性。
(6)本发明将太阳能通过吸收式制冷系统转化为冷能，对CO2制冷系统进行过冷，实现了能量的梯级利用，通过可再生能源，提升了CO2制冷系统的能效。
附图说明
图1为太阳能吸收引射复合跨临界CO2制冷系统原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明由跨临界CO2制冷循环、太阳能吸收引射双过冷器机械过冷循环、换热流体加热过程及换热流体制冷过程组成，示意图如图1所示。具体实施方式如下：
第一步：CO2蒸发器13出口的低温低压CO2流体被CO2压缩机14吸入压缩至高温高压的CO2流体，然后进入CO2气体冷却器15与换热流体换热，之后依次流经一级过冷器9CO2侧与二级过冷器11CO2侧，通过制冷剂蒸发过程连续进行两次放热，而后流经节流阀三12节流降压后流入CO2蒸发器13进行蒸发吸热，完成跨临界CO2制冷循环。
第二步：太阳能集热器1内流体与水箱3内流体通过泵一2循环，水箱3中流体通过泵二4循环加热发生器5内流体，水箱3中的热水循环加热发生器5内的工质对，工质对分离为高温高压的制冷剂与吸收剂。吸收器16内低温低压的工质对经溶液泵17流经回热器19低温侧被加热，之后流入发生器5被太阳能集热装置继续加热至高温高压，发生器5内高温高压的制冷剂与吸收剂分离，高温吸收剂流经回热器19高温侧与低温侧换热后流入引射器二18主流入口卷吸来自二级过冷器11普通工质侧的中低温制冷剂在混合室内降压流入吸收器进行吸收，冷却水流经吸收器16换热带走吸收过程释放的热量；高温制冷剂流入引射器一6主流入口卷吸来自一级过冷器9普通工质侧的中温制冷剂在混合室内降压流入冷凝器7与换热流体换热降温，而后流经节流阀一8节流降压分为两路，一路低温制冷剂流入一级过冷器9普通工质侧蒸发吸热降低CO2气体冷却器15出口CO2温度，然后中温制冷剂被卷吸入引射器一6二次流入口；另一路低温制冷剂再次流经节流阀二10节流降压后流入二级过冷器11普通工质侧蒸发吸热，再次降低CO2温度，实现CO2梯级过冷，之后中低温制冷剂被卷吸入引射器二18二次流入口。如此反复，完成太阳能吸收引射双过冷器机械过冷循环。
Claims (1)
1.一种太阳能吸收引射复合跨临界CO2制冷系统，其特征在于，由跨临界CO2制冷循环和太阳能吸收引射双过冷器机械过冷循环组成；
所述跨临界CO2制冷循环包括CO2蒸发器(13)、CO2压缩机(14)、CO2气体冷却器(15)、节流阀三(12)；所述太阳能吸收引射双过冷器机械过冷循环包括太阳能集热器(1)、水泵一(2)、水箱(3)、水泵二(4) 、发生器(5)、引射器一(6)、冷凝器(7)、节流阀一(8)、一级过冷器(9)、节流阀二(10)、二级过冷器(11) 、吸收器(16)、溶液泵(17)、引射器二(18)、回热器(19)；
所述CO2蒸发器(13)出口与CO2压缩机(14)入口相连，所述CO2压缩机(14)出口与CO2气体冷却器(15)入口相连，所述CO2气体冷却器(15)出口与一级过冷器(9)CO2侧入口相连，所述一级过冷器(9)CO2侧出口与二级过冷器(11)CO2侧入口相连，所述二级过冷器(11)CO2侧出口与节流阀三(12)入口相连，所述节流阀三(12)出口与CO2蒸发器(13)入口相连；CO2蒸发器出口的低温低压CO2流体被CO2压缩机吸入压缩至高温高压的CO2流体，然后进入CO2气体冷却器与换热流体换热，之后依次流经一级过冷器CO2侧与二级过冷器CO2侧，通过普通工质蒸发过程连续进行两次放热，而后流经节流阀节流降压后在CO2蒸发器内进行蒸发吸热，完成跨临界CO2制冷循环；
所述太阳能集热器(1)内流体与水箱(3)内流体通过泵一(2)循环，所述水箱(3)中流体通过泵二(4)循环加热所述发生器(5)内流体；所述吸收器(16)出口通过溶液泵(17)与回热器(19)低温测入口相连，所述回热器(19)低温测出口与发生器(5)制冷工质对入口相连，所述发生器(5)内流体分为两路，一路为吸收剂出口与所述回热器(19)高温测入口相连，所述回热器(19)高温测出口与引射器二(18)主流入口相连，所述引射器二(18)出口与吸收器(16)入口连接；另一路为制冷剂出口与引射器一(6)主流入口相连，所述引射器一(6)出口与冷凝器(7)入口相连，所述冷凝器(7)出口与节流阀一(8)入口相连，所述节流阀一(8)出口分为两路，一路与一级过冷器(9)普通工质侧入口相连，一级过冷器(9)普通工质侧出口与引射器一(6)二次流入口相连；另一路与节流阀二(10)入口相连，所述节流阀二(10)出口与二级过冷器(11)普通工质侧入口相连，二级过冷器(11)普通工质侧出口与引射器二(18)二次流入口相连；
太阳能真空集热器加热循环水，水箱中的热水循环加热发生器内的工质对，使制冷剂与吸收剂分离；吸收器内工质对经溶液泵流经回热器低温侧被加热，之后流入发生器被太阳能集热装置继续加热至高温高压，发生器内制冷剂与吸收剂分离，高温吸收剂流经回热器高温侧与低温侧换热后流入引射器二主流入口引射来自二级过冷器普通工质侧的中低温制冷剂在混合室内降压流入吸收器进行吸收，冷却水流经吸收器换热带走吸收过程释放的热量；高温制冷剂流入引射器一主流入口卷吸来自一级过冷器普通工质侧的中温制冷剂在混合室内降压流入冷凝器与换热流体换热降温，而后流经节流阀节流降压分为两路，一路低温制冷剂流入一级过冷器普通工质侧蒸发吸热降低气体冷却器出口CO2温度，然后中温制冷剂被卷吸入引射器一二次流入口；另一路低温制冷剂再次流经节流阀节流降压后流入二级过冷器普通工质侧蒸发吸热，再次降低CO2温度，实现CO2梯级过冷，之后中低温制冷剂被卷吸入引射器二二次流入口，如此反复，完成太阳能吸收引射双过冷器机械过冷循环；
跨临界CO2循环的制冷剂为自然工质CO2；太阳能吸收引射双过冷器机械过冷循环采用的工质为NH3-H2O或LiBr-H2O。
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