CN113048674B - 一种太阳能热电驱动的两级氨水吸收式制冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能热电驱动的两级氨水吸收式制冷系统，包括：太阳能热电驱动装置，用于利用太阳能产生热能和电能，驱动制冷系统工作；发生器，用于产生氨水蒸汽；精馏装置，用于纯化氨蒸汽；第一压缩机，用于对纯化的氨蒸汽进行增压；冷凝器，用于冷凝氨蒸汽；流量分配器，用于分配液体流量；第一换热器，用于对液氨与氨蒸汽换热；第一节流阀，用于对液氨减压；第一蒸发器，用于蒸发液氨；第二换热器，用于对液氨与氨蒸汽换热；第二节流阀，用于对液氨减压；第二蒸发器，用于蒸发液氨；吸收器，用于吸收氨蒸汽；溶液泵，用于对浓氨水溶液增压；以及溶液换热器，用于对浓氨水溶液和稀氨水溶液换热。该系统节能高效，适应性强。

Description

一种太阳能热电驱动的两级氨水吸收式制冷系统
技术领域
本发明属于制冷技术领域，具体涉及一种太阳能热电驱动的两级氨水吸收式制冷系统。
背景技术
氨水吸收式制冷系统是一种利用热能驱动的制冷系统，采用氨作为制冷循环工质，采用水作为氨的吸收剂，由于氨的熔点低至−77.73℃，因此氨水吸收式制冷可实现的制冷温度范围宽（如-50℃~5℃）。传统太阳能氨水吸收式制冷系统主要存在以下几个方面的不足：
首先，传统的太阳能氨水吸收式制冷系统（如专利CN105890219A）主要采用太阳能集热器来驱动吸收式制冷系统，太阳能的利用率不高。
其次，氨水吸收式制冷系统的性能随发生器和蒸发器温度的升高而升高，随吸收器和冷凝器温度的升高而降低，其中发生器温度主要由热源决定，吸收器和冷凝器的温度主要由环境决定，蒸发器的温度主要由目标需求所决定，因此当环境温度变化时，氨水吸收式制冷系统的性能也将变化，特别是环境温度升高时将导致机组性能降低。对于由太阳能驱动的氨水吸收式制冷系统，太阳能的变化也将导致发生器温度的变化，使得太阳辐射较弱时机组性能降低。因此传统太阳能氨水吸收式制冷系统在应对环境条件变化方面存在一定的不足。
第三，对于目标需求中降温幅度较大的场景，例如加氢站，需将高压氢气从25℃降低至-40℃，若采用单级制冷系统，换热温差过大造成能量品味的浪费，若采用多级制冷则系统较为复杂庞大。
因此，传统的太阳能氨水吸收式制冷系统在太阳能利用率与环境适应性上存在不足，且不太适合于目标需求为大幅温降的场景，一定程度上限制了该技术的推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能热电驱动的两级氨水吸收式制冷系统，该系统节能高效，适应性强。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种太阳能热电驱动的两级氨水吸收式制冷系统，包括：
太阳能热电驱动装置，用于利用太阳能产生热能和电能，驱动制冷系统工作；
发生器，用于吸收太阳能热电驱动装置的热量产生氨水蒸汽，所述发生器设有连接溶液换热器的第一进口和第一出口以及连接精馏装置的第二进口和第二出口，浓氨水溶液、稀氨水溶液分别从第一进口、第一出口进入、离开发生器，氨水蒸汽从第二出口离开发生器；
精馏装置，用于对来自发生器的氨水蒸汽进行纯化，得到经纯化的氨蒸汽并送入第一压缩机，剩余的氨水溶液送回发生器；
第一压缩机，连接精馏装置和冷凝器，用于对纯化的氨蒸汽进行增压；
冷凝器，连接第一压缩机和流量分配器，用于冷凝氨蒸汽；
流量分配器，用于分配液体流量，所述流量分配器设有连接冷凝器的第一进口、连接第一换热器的第一出口以及连接第二换热器的第二出口，来自冷凝器的液氨从第一进口进入流量分配器，其中一部分液氨从第一出口离开流量分配器，其余部分液氨从第二出口离开流量分配器；
第一换热器，用于对液氨与氨蒸汽进行换热，来自流量分配器的液氨进入第一换热器换热后送入第一节流阀，来自第一蒸发器的氨蒸汽进入第一换热器换热后送入吸收器；
第一节流阀，连接第一换热器和第一蒸发器，用于对液氨进行减压；
第一蒸发器，用于蒸发液氨，来自第一节流阀的液氨进入第一蒸发器，经吸热蒸发后产生氨蒸汽，送入第一换热器进行换热；
第二换热器，用于对液氨与氨蒸汽进行换热，来自流量分配器的液氨进入第二换热器换热后送入第二节流阀，来自第二蒸发器的氨蒸汽进入第二换热器换热后送入吸收器；
第二节流阀，连接第二换热器和第二蒸发器，用于对液氨进行减压；
第二蒸发器，用于蒸发液氨，来自第二节流阀的液氨进入第二蒸发器，经吸热蒸发后产生氨蒸汽，送入第二换热器进行换热；
吸收器，用于吸收氨蒸汽，所述吸收器设有连接溶液换热器以通入稀氨水溶液的第一进口、连接两个换热器以通入氨蒸汽的第二进口以及连接溶液泵的第一出口，氨蒸汽被稀氨水溶液吸收后形成浓氨水溶液，送入溶液泵；
溶液泵，连接吸收器和精馏装置，用于对浓氨水溶液进行增压，增压后的浓氨水溶液送入精馏装置进行换热；以及
溶液换热器，用于对浓氨水溶液和稀氨水溶液进行换热，所述溶液换热器设有第一进口、第二进口、第一出口和第二出口，来自溶液泵的浓氨水溶液，经过精馏装置换热后，从第一进口进入溶液换热器，经换热后从第一出口离开溶液换热器，进入发生器，来自发生器的稀氨水溶液从第二进口进入溶液换热器，经换热后从第二出口离开溶液换热器，进入吸收器。
进一步地，所述太阳能热电驱动装置由太阳能集热器和太阳能光伏板组成，所述太阳能集热器分别连接发生器和精馏装置，以分别为其提供热能；所述太阳能光伏板经逆变器分别连接第一压缩机、溶液泵和第二压缩机，以分别为其提供电能。
进一步地，所述太阳能热电驱动装置为太阳能光伏光热一体化模块，所述太阳能光伏光热一体化模块分别连接发生器和精馏装置，以分别为其提供热能；所述太阳能光伏光热一体化模块还经逆变器分别连接第一压缩机、溶液泵和第二压缩机，以分别为其提供电能。
进一步地，还包括第二压缩机，所述第二压缩机连接第二换热器和吸收器，用于对来自第二换热器的氨蒸汽进行增压，然后送入吸收器。
进一步地，还包括控制装置，所述控制装置分别与第一压缩机、流量分配器和第二压缩机连接。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：提供了一种太阳能热电驱动的两级氨水吸收式制冷系统，该系统利用太阳能产生热能和电能，实现了太阳能热电联用，既为制冷系统的发生器和精馏装置供热，又为制冷系统的压缩机和溶液泵供电，大幅提高了太阳能的利用率。同时，本系统采用第一压缩机对精馏装置产生的氨蒸汽进行增压，第一压缩机的压比可根据发生器温度进行灵活调节，解决了系统性能对太阳能热源温度变化的适应性。此外，本系统采用两级蒸发器，与采用一级蒸发器相比，通过减小蒸发器的换热温差可有效减小大幅降温过程中的㶲损，更有效地实现大幅降温的冷却，通过调节第二压缩机的压比可有效调节第二蒸发器的温度，从而根据环境温度和目标温度的变化进行工况优化调节，保证系统工作于高效工况区间。
附图说明
图1是本发明实施例的系统结构示意图。
图中：1-第二蒸发器；2-第二节流阀；3-第二换热器；4-第二压缩机；5-第一蒸发器；6-第一节流阀；7-第一换热器；8-流量分配器；9-冷凝器；10-第一压缩机；11-吸收器；12-溶液泵；13-精馏装置；14-溶液换热器；15-发生器；16-太阳能光伏光热一体化模块；17-太阳能集热器；18-太阳能光伏板；19-逆变器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例提供了一种太阳能热电驱动的两级氨水吸收式制冷系统，包括太阳能热电驱动装置、发生器15、精馏装置13、第一压缩机10、冷凝器9、流量分配器8、第一换热器7、第一节流阀6、第一蒸发器5、第二换热器3、第二节流阀2、第二蒸发器1、第二压缩机4、吸收器11、溶液泵12和溶液换热器14。
所述太阳能热电驱动装置用于利用太阳能产生热能和电能，驱动制冷系统工作。在不同实施例中，所述太阳能热电驱动装置可以由太阳能集热器17和太阳能光伏板18组成，也可以为太阳能光伏光热一体化模块16。
当太阳能热电驱动装置由太阳能集热器17和太阳能光伏板18组成时，所述太阳能集热器17分别连接发生器15和精馏装置13，以分别为其提供热能。所述太阳能光伏板18经逆变器19分别连接第一压缩机10、溶液泵12和第二压缩机4，以分别为其提供电能。
当太阳能热电驱动装置为太阳能光伏光热一体化模块16时，所述太阳能光伏光热一体化模块16分别连接发生器15和精馏装置13，以分别为其提供热能。所述太阳能光伏光热一体化模块16还经逆变器19分别连接第一压缩机10、溶液泵12和第二压缩机4，以分别为其提供电能。
所述发生器15用于吸收太阳能热电驱动装置的热量产生氨水蒸汽，所述发生器15设有连接溶液换热器14的第一进口和第一出口以及连接精馏装置13的第二进口和第二出口，浓氨水溶液、稀氨水溶液分别从第一进口、第一出口进入、离开发生器15，氨水蒸汽从第二出口离开发生器15。
所述精馏装置13用于对来自发生器15的氨水蒸汽进行纯化，得到经纯化的氨蒸汽并送入第一压缩机10，剩余的氨水溶液送回发生器15。精馏装置13所需热量由太阳能集热器或太阳能光伏光热一体化模块提供，精馏装置13所需的冷量由来自溶液泵12的溶液提供。
所述第一压缩机10，连接精馏装置13和冷凝器9，用于对纯化的氨蒸汽进行增压。
所述冷凝器9连接第一压缩机10和流量分配器8，用于冷凝氨蒸汽。
所述流量分配器8用于分配液体流量，所述流量分配器8设有连接冷凝器9的第一进口、连接第一换热器7的第一出口以及连接第二换热器3的第二出口，来自冷凝器9的液氨从第一进口进入流量分配器8，其中一部分液氨从第一出口离开流量分配器8，其余部分液氨从第二出口离开流量分配器8。
所述第一换热器7用于对液氨与氨蒸汽进行换热，来自流量分配器8的液氨进入第一换热器7换热后送入第一节流阀6，来自第一蒸发器5的氨蒸汽进入第一换热器7换热后送入吸收器11。
所述第一节流阀6连接第一换热器7和第一蒸发器5，用于对液氨进行减压。
所述第一蒸发器5用于蒸发液氨，来自第一节流阀6的液氨进入第一蒸发器5，经吸热蒸发后产生氨蒸汽，送入第一换热器7进行换热。
所述第二换热器3用于对液氨与氨蒸汽进行换热，来自流量分配器8的液氨进入第二换热器3换热后送入第二节流阀2，来自第二蒸发器1的氨蒸汽进入第二换热器3换热后送入吸收器11。
所述第二节流阀2连接第二换热器3和第二蒸发器1，用于对液氨进行减压。
所述第二蒸发器1用于蒸发液氨，来自第二节流阀2的液氨进入第二蒸发器1，经吸热蒸发后产生氨蒸汽，送入第二换热器3进行换热。
所述第二压缩机4连接第二换热器3和吸收器11，用于对来自第二换热器3的氨蒸汽进行增压，然后送入吸收器11。
所述吸收器11用于吸收氨蒸汽，所述吸收器11设有连接溶液换热器14以通入稀氨水溶液的第一进口、连接两个换热器以通入氨蒸汽的第二进口以及连接溶液泵12的第一出口，氨蒸汽被稀氨水溶液吸收后形成浓氨水溶液，送入溶液泵12。
所述溶液泵12连接吸收器11和精馏装置13，用于对浓氨水溶液进行增压，增压后的浓氨水溶液送入精馏装置13进行换热。
所述溶液换热器14用于对浓氨水溶液和稀氨水溶液进行换热，所述溶液换热器14设有第一进口、第二进口、第一出口和第二出口，来自溶液泵12的浓氨水溶液，经过精馏装置13换热后，从第一进口进入溶液换热器14，经换热后从第一出口离开溶液换热器14，进入发生器15，来自发生器15的稀氨水溶液从第二进口进入溶液换热器14，经换热后从第二出口离开溶液换热器14，进入吸收器11。
在本实施例中，该系统还包括控制装置，所述控制装置分别与第一压缩机10、流量分配器8和第二压缩机4连接。
在本发明实施例1中，采用太阳能光伏光热一体化模块驱动的两级氨水吸收式制冷系统，太阳能光伏光热一体化模块输出热源温度为110℃，冷凝器温度40℃，吸收器温度40℃，第一蒸发器温度-10℃，第二蒸发器温度-40℃，第二压缩机压比4，第一压缩机压比1.1。
在本发明实施例2中，采用太阳能光伏光热一体化模块驱动的两级氨水吸收式制冷系统，太阳能光伏光热一体化模块输出热源温度为90℃，冷凝器温度40℃，吸收器温度40℃，第一蒸发器温度-10℃，第二蒸发器温度-40℃，第二压缩机压比4，第一压缩机压比2。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种太阳能热电驱动的两级氨水吸收式制冷系统，其特征在于，包括：
太阳能热电驱动装置，用于利用太阳能产生热能和电能，驱动制冷系统工作；
发生器(15)，用于吸收太阳能热电驱动装置的热量产生氨水蒸汽，所述发生器(15)设有连接溶液换热器(14)的第一进口和第一出口以及连接精馏装置(13)的第二进口和第二出口，浓氨水溶液、稀氨水溶液分别从第一进口、第一出口进入、离开发生器(15)，氨水蒸汽从第二出口离开发生器(15)；
精馏装置(13)，用于对来自发生器(15)的氨水蒸汽进行纯化，得到经纯化的氨蒸汽并送入第一压缩机(10)，剩余的氨水溶液送回发生器(15)；
第一压缩机(10)，连接精馏装置(13)和冷凝器(9)，用于对纯化的氨蒸汽进行增压；
冷凝器(9)，连接第一压缩机(10)和流量分配器(8)，用于冷凝氨蒸汽；
流量分配器(8)，用于分配液体流量，所述流量分配器(8)设有连接冷凝器(9)的第一进口、连接第一换热器(7)的第一出口以及连接第二换热器(3)的第二出口，来自冷凝器(9)的液氨从第一进口进入流量分配器(8)，其中一部分液氨从第一出口离开流量分配器(8)，其余部分液氨从第二出口离开流量分配器(8)；
第一换热器(7)，用于对液氨与氨蒸汽进行换热，来自流量分配器(8)的液氨进入第一换热器(7)换热后送入第一节流阀(6)，来自第一蒸发器(5)的氨蒸汽进入第一换热器(7)换热后送入吸收器(11)；
第一节流阀(6)，连接第一换热器(7)和第一蒸发器(5)，用于对液氨进行减压；
第一蒸发器(5)，用于蒸发液氨，来自第一节流阀(6)的液氨进入第一蒸发器(5)，经吸热蒸发后产生氨蒸汽，送入第一换热器(7)进行换热；
第二换热器(3)，用于对液氨与氨蒸汽进行换热，来自流量分配器(8)的液氨进入第二换热器(3)换热后送入第二节流阀(2)，来自第二蒸发器(1)的氨蒸汽进入第二换热器(3)换热后送入吸收器(11)；
第二压缩机(4)，连接第二换热器(3)和吸收器(11)，用于对来自第二换热器(3)的氨蒸汽进行增压，然后送入吸收器(11)；
第二节流阀(2)，连接第二换热器(3)和第二蒸发器(1)，用于对液氨进行减压；
第二蒸发器(1)，用于蒸发液氨，来自第二节流阀(2)的液氨进入第二蒸发器(1)，经吸热蒸发后产生氨蒸汽，送入第二换热器(3)进行换热；
吸收器(11)，用于吸收氨蒸汽，所述吸收器(11)设有连接溶液换热器(14)以通入稀氨水溶液的第一进口、连接两个换热器以通入氨蒸汽的第二进口以及连接溶液泵(12)的第一出口，氨蒸汽被稀氨水溶液吸收后形成浓氨水溶液，送入溶液泵(12)；
溶液泵(12)，连接吸收器(11)和精馏装置(13)，用于对浓氨水溶液进行增压，增压后的浓氨水溶液送入精馏装置(13)进行换热；
溶液换热器(14)，用于对浓氨水溶液和稀氨水溶液进行换热，所述溶液换热器(14)设有第一进口、第二进口、第一出口和第二出口，来自溶液泵(12)的浓氨水溶液，经过精馏装置(13)换热后，从第一进口进入溶液换热器(14)，经换热后从第一出口离开溶液换热器(14)，进入发生器(15)，来自发生器(15)的稀氨水溶液从第二进口进入溶液换热器(14)，经换热后从第二出口离开溶液换热器(14)，进入吸收器(11)；以及
控制装置，所述控制装置分别与第一压缩机(10)、流量分配器(8)和第二压缩机(4)连接；
所述太阳能热电驱动装置由太阳能集热器(17)和太阳能光伏板(18)组成，或为太阳能光伏光热一体化模块(16)；当所述太阳能热电驱动装置由太阳能集热器(17)和太阳能光伏板(18)组成时，所述太阳能集热器(17)分别连接发生器(15)和精馏装置(13)，以分别为其提供热能；所述太阳能光伏板(18)经逆变器(19)分别连接第一压缩机(10)、溶液泵(12)和第二压缩机(4)，以分别为其提供电能；当所述太阳能热电驱动装置为太阳能光伏光热一体化模块(16)，所述太阳能光伏光热一体化模块(16)分别连接发生器(15)和精馏装置(13)，以分别为其提供热能；所述太阳能光伏光热一体化模块(16)还经逆变器(19)分别连接第一压缩机(10)、溶液泵(12)和第二压缩机(4)，以分别为其提供电能。
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