CN112629067A - 热压缩与机械压缩并联的两级压缩复合制冷系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热压缩与机械压缩并联的两级压缩复合制冷系统及其方法；集热器与蓄热水箱、第一热水泵、发生器依次相连；蓄热水箱与第二热水泵、集热器依次相连；发生器与精馏器、冷凝器吸收循环侧、第一节流阀依次相连；第一节流阀分别与过冷器、级间冷却器相连；过冷器、级间冷却器与流量调节阀、吸收器、溶液泵、精馏器、溶液热交换器依次相连；冷凝器压缩循环侧与过冷器、蒸发器、第一级压缩机、空气冷却器、级间冷却器、第二级压缩机依次相连；蒸发器与冷冻水泵、供冷用户端依次相连；本系统通过热压缩与两级机械压缩相结合不仅增强了太阳能制冷效率，又提高了单位太阳能消耗的压缩功节约量，还显著降低了压缩机排气温度。

Description

热压缩与机械压缩并联的两级压缩复合制冷系统及其方法
技术领域
本发明涉及制冷系统，尤其涉及热压缩与机械压缩并联的两级压缩复合制冷系统及其方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高，冷库需求迅速增加，而制冷系统能耗是冷库能耗主要组成部分，降低制冷系统能耗有利于冷库和冷链物流的可持续发展。大量研究表明，将太阳能制冷技术应用于冷库可显著降低系统能耗。
目前，基于吸收-过冷压缩循环和复叠循环的复合制冷系统在冷库中应用虽然具有一定的节能效果，但均存在不足：(1)前者的吸收子循环与压缩子循环制冷量比值偏低，给最大化地结合分时电价提高节能收益带来了困难，并且压比高导致压缩机排气温度偏高；(2)后者的压缩功节约量与太阳能消耗量比值很低，从而显著降低了系统的节能量。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种热压缩与机械压缩并联的两级压缩复合制冷系统及其方法。本系统通过热压缩与两级机械压缩相结合不仅增强了太阳能制冷效率，又提高了单位太阳能消耗的压缩功节约量，还显著降低了压缩机排气温度。
本发明通过下述技术方案实现：
一种热压缩与机械压缩并联的两级压缩复合制冷系统，该两级压缩复合制冷系统包括：太阳能热水系统、吸收式制冷子系统、两级压缩制冷子系统；
所述太阳能热水系统包括管路连接的太阳能集热器1、蓄热水箱2、第一热水泵3和第二热水泵4；其中，太阳能集热器1的出水口通过管路与蓄热水箱2的进水口201连接；蓄热水箱2的出水口202与第一热水泵3通过管路连通；第一热水泵3的热水出口通过管路接入发生器5的热水进口；发生器5 热水出口通过管路与蓄热水箱2回水进口203相接；蓄热水箱2回水出口204 再依次连接第二热水泵4、太阳能集热器1进水口；
所述吸收式制冷子系统包括管路连接的发生器5、精馏器6、冷凝器7、第一节流阀8、级间冷却器9、过冷器10、吸收器11、溶液泵12、溶液热交换器13和流量调节阀22；所述发生器5的制冷剂侧出口连接精馏器6的入口；精馏器6的制冷剂侧出口连接冷凝器7的制冷剂侧入口；精馏器6的溶液出口601连接发生器5的回流液入口501；冷凝器7的吸收循环制冷剂侧出口 701通过第一节流阀8后分为两条支路：其中一条支路通过过冷器10后连接级间冷却器9，另一条支路直接连接级间冷却器9；级间冷却器9的吸收循环侧出口901通过调节阀22连接吸收器11的制冷剂侧入口；吸收器11的浓溶液出口通过溶液泵12连接精馏器6的浓溶液入口；精馏器6的浓溶液出口602 连接溶液热交换器13的低温侧入口；溶液热交换器13的低温侧出口连接发生器5的浓溶液进口502；发生器5的稀溶液出口连接溶液热交换器13的高温侧入口；溶液热交换器13的高温侧出口连接吸收器11的溶液进口；
所述两级压缩制冷子系统包括管路连接的蒸发器15、第一级压缩机16、空气冷却器17、级间冷却器9、第二级压缩机18、冷凝器7、过冷器10、第二节流阀14和冷冻水泵19；所述冷凝器7的压缩循环制冷剂侧出口702连接过冷器10的入口；过冷器10的出口通过第二节流阀14连接蒸发器15的入口；蒸发器15的出口连接第一级压缩机16的进气口；第一级压缩机16的排气口通过空气冷却器17连接级间冷却器9的进气口；级间冷却器9的出口902 连接第二级压缩机18的进气口；第二级压缩机18的排气口与吸收子系统精馏器6的制冷剂侧出口在冷凝器7的制冷剂侧入口前连接；
所述蒸发器15的冷冻水进口端经冷冻水泵19通过管路连接供冷用户的出口端20，供冷用户的进口端21连接蒸发器15的冷冻水的出口端。
所述太阳能集热器1为槽式太阳能集热器。
所述吸收式制冷子系统为氨水吸收式制冷系统。
所述压缩制冷子系统为氨压缩制冷系统。
所述第一级压缩机16、第二级压缩机18为变频压缩机。
述过冷器10为板式换热器或管壳式换热器。
本发明的其优势主要体现于：(1)压缩功节约量与太阳能消耗量之比在全工况内均具有较高水平，显著提高系统性能；(2)避免压缩机排气温度偏高； (3)吸收子循环制冷量同时作为压缩子循环的过冷量与一级压缩排气的级间冷却量，提高了吸收与压缩子循环制冷量比值，从而有利于更好地结合分时电价提升节能收益。
本发明热压缩与机械压缩并联的两级压缩复合制冷系统的运行方法，包括如下步骤：
太阳能热水运行步骤：
当太阳辐射强度达到集热器1设定启动条件时，启动第二热水泵4，并将储存在蓄热水箱2中的水送至集热器1中，收集太阳能来加热热水，热水再进入蓄热水箱2中储存；
吸收循环运行步骤：
启动第一热水泵3、第一节流阀8、溶液泵12及流量调节阀22，使该循环处于工作状态；
第一热水泵3将蓄热水箱2中储存的约为110℃～115℃的热水输送至发生器5中，发生器5中的氨水溶液被热水加热而汽化，汽化后的氨蒸气再进入精馏器6中精馏，从精馏器6引出的氨蒸气在40℃～45℃的冷凝器7中被其内的冷却水冷却，使氨蒸气冷凝为液态氨，经过第一节流阀8节流后分为两条支路，一条将其送至过冷器10并在6℃～8℃吸热蒸发，蒸发后通入级间冷却器9，另一条送至级间冷却器9在6℃～8℃吸热蒸发，蒸发后的氨蒸气进入吸收器11中，被从发生器5流出的经溶液热交换器13的浓度为0.3～0.4 的稀溶液吸收，吸收过程产生的热量由冷却水带走，吸收后稀溶液浓度增至 0.4～0.5，随后在溶液泵12的驱动下进入精馏器6，在精馏器6中吸收其中产生的热量后进入溶液热交换器13，处于低温侧的浓溶液被高温侧的稀溶液加热后进入发生器5，如此不断循环工作；
当有太阳光照或者光照辐射强时，调节级间冷却器9的流量控制阀22，增加进入吸收器的工质流量，以降低第二级压缩功耗；
当无太阳光照或者光照辐射较弱时，蓄热水箱2中的温度较低无法驱动吸收循环工作，关闭第一热水泵3、第一节流阀8、溶液泵12，流量调节阀 22，使吸收循环处于停止工作状态；
两级压缩循环运行步骤：
启动第二节流阀14，第一级压缩机16和第二级压缩机18，使两级压缩循环处于工作状态；
从冷凝器7出来的氨蒸气在过冷器10中被冷却，再通过第二节流阀14 节流，随后于蒸发器15中蒸发并产生-18℃～-20℃的冷量用于满足用户需求，蒸发后的氨蒸气进入第一级压缩机16中压缩，从压缩机排气口出来的 75℃～80℃的氨蒸气先经空气冷却器17被冷却至45℃～50℃，再通过级间冷却器9被冷却至约10℃～13℃，冷却后送入第二级压缩机18中再压缩，压缩完成后的约106℃～110℃的氨蒸气与精馏器6产生的氨蒸气混合后进入冷凝器7中，如此循环往复，不断工作。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明克服了应用于传统冷库中基于吸收-过冷压缩循环和复叠循环的复合制冷方式存在的不足，使压缩功节约量与太阳能消耗量之比在全工况内均具有较高水平，显著提高系统性能，同时在压缩过程中采用两级压缩中间冷却的方式，避免了压缩机排气温度过高，并且提高了吸收与压缩子循环制冷量比值，从而有利于更好地结合分时电价提升节能收益。
附图说明
图1为本发明热压缩与机械压缩并联的两级压缩复合制冷系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1所示。本发明公开了一种热压缩与机械压缩并联的两级压缩复合制冷系统，该两级压缩复合制冷系统包括：太阳能热水系统、吸收式制冷子系统、两级压缩制冷子系统；
所述太阳能热水系统包括管路连接的太阳能集热器1、蓄热水箱2、第一热水泵3和第二热水泵4；其中，太阳能集热器1的出水口通过管路与蓄热水箱2的进水口201连接；蓄热水箱2的出水口202与第一热水泵3通过管路连通；第一热水泵3的热水出口通过管路接入发生器5的热水进口；发生器5 热水出口通过管路与蓄热水箱2回水进口203相接；蓄热水箱2回水出口204 再依次连接第二热水泵4、太阳能集热器1进水口；
所述吸收式制冷子系统包括管路连接的发生器5、精馏器6、冷凝器7、第一节流阀8、级间冷却器9、过冷器10、吸收器11、溶液泵12、溶液热交换器13和流量调节阀22；所述发生器5的制冷剂侧出口连接精馏器6的入口；精馏器6的制冷剂侧出口连接冷凝器7的制冷剂侧入口；精馏器6的溶液出口601连接发生器5的回流液入口501；冷凝器7的吸收循环制冷剂侧出口 701通过第一节流阀8后分为两条支路：其中一条支路通过过冷器10后连接级间冷却器9，另一条支路直接连接级间冷却器9；级间冷却器9的吸收循环侧出口901通过调节阀22连接吸收器11的制冷剂侧入口；吸收器11的浓溶液出口通过溶液泵12连接精馏器6的浓溶液入口；精馏器6的浓溶液出口602 连接溶液热交换器13的低温侧入口；溶液热交换器13的低温侧出口连接发生器5的浓溶液进口502；发生器5的稀溶液出口连接溶液热交换器13的高温侧入口；溶液热交换器13的高温侧出口连接吸收器11的溶液进口；
所述两级压缩制冷子系统包括管路连接的蒸发器15、第一级压缩机16、空气冷却器17、级间冷却器9、第二级压缩机18、冷凝器7、过冷器10、第二节流阀14和冷冻水泵19；所述冷凝器7的压缩循环制冷剂侧出口702连接过冷器10的入口；过冷器10的出口通过第二节流阀14连接蒸发器15的入口；蒸发器15的出口连接第一级压缩机16的进气口；第一级压缩机16的排气口通过空气冷却器17连接级间冷却器9的进气口；级间冷却器9的出口902 连接第二级压缩机18的进气口；第二级压缩机18的排气口与吸收子系统精馏器6的制冷剂侧出口在冷凝器7的制冷剂侧入口前连接；
所述蒸发器15的冷冻水进口端经冷冻水泵19通过管路连接供冷用户的出口端20，供冷用户的进口端21连接蒸发器15的冷冻水的出口端。
所述太阳能集热器1为槽式太阳能集热器。
所述吸收式制冷子系统为氨水吸收式制冷系统。
所述压缩制冷子系统为氨压缩制冷系统。
所述第一级压缩机16、第二级压缩机18为变频压缩机。
述过冷器10为板式换热器或管壳式换热器。
本发明的其优势主要体现于：(1)压缩功节约量与太阳能消耗量之比在全工况内均具有较高水平，显著提高系统性能；(2)避免压缩机排气温度偏高； (3)吸收子循环制冷量同时作为压缩子循环的过冷量与一级压缩排气的级间冷却量，提高了吸收与压缩子循环制冷量比值，从而有利于更好地结合分时电价提升节能收益。
本发明热压缩与机械压缩并联的两级压缩复合制冷系统运行，分为以下几个步骤：
太阳能热水运行步骤：
当太阳辐射强度达到集热器1设定启动条件时，启动第二热水泵4，并将储存在蓄热水箱2中的水送至集热器1中，收集太阳能来加热热水，热水再进入蓄热水箱2中储存。
吸收循环运行步骤：
启动第一热水泵3、第一节流阀8、溶液泵12及流量调节阀22，使该循环处于工作状态；
第一热水泵3将蓄热水箱2中储存的温度约为110℃～115℃的热水输送至发生器5中，发生器5中的氨水溶液被热水加热而汽化，汽化后的氨蒸气再进入精馏器6中精馏，从精馏器6引出的氨蒸气在40℃～45℃的冷凝器7 中被其内的冷却水冷却，使氨蒸气冷凝为液态氨，经过第一节流阀8节流后分为两条支路，一条将其送至过冷器10并在6℃～8℃吸热蒸发，蒸发后通入级间冷却器9，另一条送至级间冷却器9在6℃～8℃吸热蒸发，蒸发后的氨蒸气进入吸收器11中，被从发生器5流出的经溶液热交换器13的浓度为 0.3～0.4的稀溶液吸收，吸收过程产生的热量由冷却水带走，吸收后稀溶液浓度增至0.4～0.5，随后在溶液泵12的驱动下进入精馏器6，在精馏器6中吸收其中产生的热量后进入溶液热交换器13，处于低温侧的浓溶液被高温侧的稀溶液加热后进入发生器5，如此不断循环工作；
当有太阳光照或者光照辐射强时，调节级间冷却器9的流量控制阀22，增加进入吸收器的工质流量，以降低第二级压缩功耗；
当无太阳光照或者光照辐射较弱时，蓄热水箱2中的温度较低无法驱动吸收循环工作，关闭第一热水泵3、第一节流阀8、溶液泵12，流量调节阀 22，使吸收循环处于停止工作状态；
两级压缩循环运行步骤：
启动第二节流阀14，第一级压缩机16和第二级压缩机18，使两级压缩循环处于工作状态；
从冷凝器7出来的氨蒸气在过冷器10中被冷却，再通过第二节流阀14 节流，随后于蒸发器15中蒸发并产生-18℃～-20℃的冷量用于满足用户需求，蒸发后的氨蒸气进入第一级压缩机16中压缩，从压缩机排气口出来的 75℃～80℃的氨蒸气先经空气冷却器17被冷却至45℃～50℃，再通过级间冷却器9被冷却至10℃～13℃，冷却后送入第二级压缩机18中再压缩，压缩完成后的106℃～110℃的氨蒸气与精馏器6产生的氨蒸气混合后进入冷凝器7中，如此循环往复，不断工作；
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种热压缩与机械压缩并联的两级压缩复合制冷系统，其特征在于，
该两级压缩复合制冷系统包括：太阳能热水系统、吸收式制冷子系统、两级压缩制冷子系统；
所述太阳能热水系统包括管路连接的太阳能集热器(1)、蓄热水箱(2)、第一热水泵(3)和第二热水泵(4)；其中，太阳能集热器(1)的出水口通过管路与蓄热水箱(2)的进水口(201)连接；蓄热水箱(2)的出水口(202)与第一热水泵(3)通过管路连通；第一热水泵(3)的热水出口通过管路接入发生器(5)的热水进口；发生器(5)热水出口通过管路与蓄热水箱(2)回水进口(203)相接；蓄热水箱(2)回水出口(204)再依次连接第二热水泵(4)、太阳能集热器(1)进水口；
所述吸收式制冷子系统包括管路连接的发生器(5)、精馏器(6)、冷凝器(7)、第一节流阀(8)、级间冷却器(9)、过冷器(10)、吸收器(11)、溶液泵(12)、溶液热交换器(13)和流量调节阀(22)；所述发生器(5)的制冷剂侧出口连接精馏器(6)的入口；精馏器(6)的制冷剂侧出口连接冷凝器(7)的制冷剂侧入口；精馏器(6)的溶液出口(601)连接发生器(5)的回流液入口(501)；冷凝器(7)的吸收循环制冷剂侧出口(701)通过第一节流阀(8)后分为两条支路：其中一条支路通过过冷器(10)后连接级间冷却器(9)，另一条支路直接连接级间冷却器(9)；级间冷却器(9)的吸收循环侧出口(901)通过调节阀(22)连接吸收器(11)的制冷剂侧入口；吸收器(11)的浓溶液出口通过溶液泵(12)连接精馏器(6)的浓溶液入口；精馏器(6)的浓溶液出口(602)连接溶液热交换器(13)的低温侧入口；溶液热交换器(13)的低温侧出口连接发生器(5)的浓溶液进口(502)；发生器(5)的稀溶液出口连接溶液热交换器(13)的高温侧入口；溶液热交换器(13)的高温侧出口连接吸收器(11)的溶液进口；
所述两级压缩制冷子系统包括管路连接的蒸发器(15)、第一级压缩机(16)、空气冷却器(17)、级间冷却器(9)、第二级压缩机(18)、冷凝器(7)、过冷器(10)、第二节流阀(14)和冷冻水泵(19)；所述冷凝器(7)的压缩循环制冷剂侧出口(702)连接过冷器(10)的入口；过冷器(10)的出口通过第二节流阀(14)连接蒸发器(15)的入口；蒸发器(15)的出口连接第一级压缩机(16)的进气口；第一级压缩机(16)的排气口通过空气冷却器(17)连接级间冷却器(9)的进气口；级间冷却器(9)的出口(902)连接第二级压缩机(18)的进气口；第二级压缩机(18)的排气口与吸收子系统精馏器(6)的制冷剂侧出口在冷凝器(7)的制冷剂侧入口前连接；
所述蒸发器(15)的冷冻水进口端经冷冻水泵(19)通过管路连接供冷用户的出口端(20)，供冷用户的进口端(21)连接蒸发器(15)的冷冻水的出口端。
2.根据权利要求1所述热压缩与机械压缩并联的两级压缩复合制冷系统，其特征在于：所述太阳能集热器(1)为槽式太阳能集热器。
3.根据权利要求2所述热压缩与机械压缩并联的两级压缩复合制冷系统，其特征在于：所述吸收式制冷子系统为氨水吸收式制冷系统。
4.根据权利要求2所述热压缩与机械压缩并联的两级压缩复合制冷系统，其特征在于：所述压缩制冷子系统为氨压缩制冷系统。
5.根据权利要求2所述热压缩与机械压缩并联的两级压缩复合制冷系统，其特征在于：所述第一级压缩机(16)、第二级压缩机(18)为变频压缩机。
6.根据权利要求2所述热压缩与机械压缩并联的两级压缩复合制冷系统，其特征在于：所述过冷器(10)为板式换热器或管壳式换热器。
7.根据权利要求1-6任一项所述热压缩与机械压缩并联的两级压缩复合制冷系统的运行方法，其特征在于包括如下步骤：
太阳能热水运行步骤：
当太阳辐射强度达到集热器(1)设定启动条件时，启动第二热水泵(4)，并将储存在蓄热水箱(2)中的水送至集热器(1)中，收集太阳能来加热热水，热水再进入蓄热水箱(2)中储存；
吸收循环运行步骤：
启动第一热水泵(3)、第一节流阀(8)、溶液泵(12)及流量调节阀(22)，使该循环处于工作状态；
第一热水泵(3)将蓄热水箱(2)中储存的约为110℃～115℃的热水输送至发生器(5)中，发生器(5)中的氨水溶液被热水加热而汽化，汽化后的氨蒸气再进入精馏器(6)中精馏，从精馏器(6)引出的氨蒸气在40℃～45℃的冷凝器(7)中被其内的冷却水冷却，使氨蒸气冷凝为液态氨，经过第一节流阀(8)节流后分为两条支路，一条将其送至过冷器(10)并在6℃～8℃吸热蒸发，蒸发后通入级间冷却器(9)，另一条送至级间冷却器(9)在6℃～8℃吸热蒸发，蒸发后的氨蒸气进入吸收器(11)中，被从发生器(5)流出的经溶液热交换器(13)的浓度为0.3～0.4的稀溶液吸收，吸收过程产生的热量由冷却水带走，吸收后稀溶液浓度增至0.4～0.5，随后在溶液泵(12)的驱动下进入精馏器(6)，在精馏器(6)中吸收其中产生的热量后进入溶液热交换器(13)，处于低温侧的浓溶液被高温侧的稀溶液加热后进入发生器(5)，如此不断循环工作；
当有太阳光照或者光照辐射强时，调节级间冷却器(9)的流量控制阀(22)，增加进入吸收器的工质流量，以降低第二级压缩功耗；
当无太阳光照或者光照辐射较弱时，蓄热水箱(2)中的温度较低无法驱动吸收循环工作，关闭第一热水泵(3)、第一节流阀(8)、溶液泵(12)，流量调节阀(22)，使吸收循环处于停止工作状态；
两级压缩循环运行步骤：
启动第二节流阀(14)，第一级压缩机(16)和第二级压缩机(18)，使两级压缩循环处于工作状态；
从冷凝器(7)出来的氨蒸气在过冷器(10)中被冷却，再通过第二节流阀(14)节流，随后于蒸发器(15)中蒸发并产生-18℃～-20℃的冷量用于满足用户需求，蒸发后的氨蒸气进入第一级压缩机(16)中压缩，从压缩机排气口出来的75℃～80℃的氨蒸气先经空气冷却器(17)被冷却至45℃～50℃，再通过级间冷却器(9)被冷却至10℃～13℃，冷却后送入第二级压缩机(18)中再压缩，压缩完成后的106℃～110℃的氨蒸气与精馏器(6)产生的氨蒸气混合后进入冷凝器(7)中，如此循环往复，不断工作。
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