CN113124514A - 一种吸附式蓄冷空调系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及吸附式蓄冷空调系统，包括冷凝器(1)、节流阀(2)、蒸发器(3)、压缩机(4)、吸附床(5)、冷却塔(6)、风机盘管(7)和储液罐(8)，所述的储液罐(8)设置在冷凝器(1)与节流阀(2)之间，所述的蒸发器(3)和压缩机(4)之间设有制冷剂阀(9)，该制冷剂阀(9)连接吸附床(5)，吸附床(5)与冷却塔(6)之间设有第一冷却水阀(10)和第二冷却水阀(11)，所述的蒸发器(3)与风机盘管(7)之间设有第一冷冻水阀(12)和第二冷冻水阀(13)。与现有技术相比，本发明在蓄冷的同时还能释冷，满足室内冷量需求，即输入一份电量获得两份冷量，显著提高能效，充分利用阶梯用电制度，削峰填谷，降低耗电成本。
Description
技术领域
本发明涉及空调制冷、蓄冷技术领域，尤其是设计一套高效利用夏季夜间低谷电的吸附式蓄冷空调系统。
背景技术
随着科学与技术的发展和国民生活水平日益提高，人们对居住环境舒适度和能耗花费的要求也更高，人们对保持室内温度一定程度上恒定，同时减少用电成本的需求日益增长；在用电方面，为解决我国的电力供应紧张问题，降低电网成本，我国推出峰谷分时的电价制度，“削峰填谷”阶梯用电成为目前的用电趋势；为降低运行成本，可以在制冷装置中增加蓄冷装置，目前传统的蓄冷装置采用的是蒸气压缩耦合相变蓄冷系统。
相变蓄冷，一种以相变储能材料相变潜热为基础，提高能源利用效率和保护环境的高新储能技术，在空调领域主要以冰、气体水合物、潜热型功能热流体相变材料作为蓄冷介质，可用于解决热能供给与需求失配的矛盾，具有广泛的应用前景。
经查阅相关文献发现，曾均等人公开号为CN106701526A的一种耦合相变蓄冷蒸气压缩空调系统，在酒窖内部放置相变蓄冷模块，在相变层内安装蒸发盘管，蒸发盘管与外部压缩冷凝机组串联，其工作原理是在用电低谷段时，装在相变层内的蒸发盘管与外部压缩冷凝机组联通，进行相变蓄冷；用电高峰段时，相变蓄冷模块释冷为被冷却空间提供冷量。该系统在相变蓄冷式时仍需蒸气压缩系统向酒窖供冷，满足酒窖所需冷量，不能在蓄冷时同时进行释冷，功耗和电耗依旧较大，成本依旧较高。
相变蓄冷存在的主要不足有：相变蓄冷和释冷过程完全分开，在相变蓄冷时无法同时释冷，耗电成本高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高效利用夏季夜间低谷电，可同时蓄冷和释冷的吸附式蓄冷空调系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种吸附式蓄冷空调系统，包括冷凝器、节流阀、蒸发器和压缩机组成的一个封闭的制冷循环系统，其特征在于，还包括吸附床、冷却塔、风机盘管和储液罐，所述的储液罐设置在冷凝器与节流阀之间，所述的蒸发器和压缩机之间设有制冷剂阀，该制冷剂阀连接吸附床，吸附床与冷却塔之间设有第一冷却水阀和第二冷却水阀，所述的蒸发器与风机盘管之间设有第一冷冻水阀和第二冷冻水阀。
所述的蒸发器通过冷冻液循环管道连接风机盘管，冷冻液从风机盘管流出后，经第一冷冻水阀进入蒸发器，然后经第二冷冻水阀返回风机盘管。
所述的第一冷冻水阀为三通阀，其中一路连接第二冷却水阀；
所述的第二冷冻水阀为三通阀，其中一路连接第一冷却水阀。
所述的吸附床与冷却塔之间通过冷却水循环回路连接，冷却水从冷却塔流出经第二冷却水阀进入吸附床，流经吸附床后，经第一冷却水阀返回冷却塔。
所述的第一冷却水阀为三通阀，分别连接吸附床、冷却塔和第二冷冻水阀；
所述的第二冷却水阀为三通阀，分别连接吸附床、冷却塔和第一冷冻水阀。
所述的制冷剂阀为三通阀，分别连接蒸发器、压缩机和吸附床。
所述吸附床内填充氯化钡/硫化膨胀石墨复合吸附剂，其中氯化钡与硫化膨胀石墨的质量比为1:1到10:1，制冷剂为氨。
所述吸附式蓄冷系统在不同情况下有两种运行模式，
第一种模式：白天用电高峰段释冷过程，储液罐中的制冷剂经节流阀进入蒸发器，蒸发吸热冷却冷冻液，冷却后的冷冻液进入风机盘管向室内释放冷量，同时，蒸发器出口的制冷剂蒸气进入吸附床，与吸附剂发生吸附反应，放出的吸附热被吸附床内的冷却水带走，吸热后的冷却水经冷却塔冷却后重新回到吸附床；
第二种模式：夜间低谷电段时吸附剂解吸蓄冷过程，在压缩机抽吸调节解吸压力的作用下，吸附剂发生解吸反应，风机盘管流出的冷冻液进入吸附床作为吸附剂解吸反应的热源，吸附剂解吸吸热冷却冷冻水，冷却后的冷冻水再进入风机盘管向室内进行送风释冷，同时，吸附床解吸产生制冷剂进入压缩机压缩，再经冷凝器冷凝，最后进入储液罐储存。
第一种模式，所述储液罐出口与节流阀进口相接，节流阀出口与蒸发器进口相接，风机盘管的冷冻液出口与第一冷冻水阀相接，第一冷冻水阀与蒸发器的冷冻液进口相接，蒸发器的冷冻液出口与第二冷冻水阀相接，第二冷冻水阀与风机盘管的冷冻水进口相接，蒸发器出口接入制冷剂阀，制冷剂阀与吸附床进口相接，吸附床冷却水出口接入第一冷却水阀，第一冷却水阀与冷却塔相接，冷却塔与第二冷却水阀相接，第二冷却水阀与吸附床冷却水进口相接；
第二种模式，切换制冷剂阀，风机盘管冷冻液出口依次连接第一冷冻水阀、第二冷却水阀和吸附床，吸附床冷冻水出口依次连接第一冷却水阀、第二冷冻水阀和风机盘管，吸附床出口与制冷剂阀相接，接入压缩机进口，压缩机出口与冷凝器进口相接，冷凝器出口接入储液罐。
所述吸附床接入制冷剂阀，所述吸附床在白天用电高峰段释冷过程时，利用制冷剂在蒸发器中蒸发吸热产生冷量，吸附床在冷却塔的冷却下发生吸附反应；在夜间低谷电段时吸附剂解吸蓄冷过程，切换制冷剂阀，利用风机盘管出口的冷冻水作为吸附剂解吸热源，吸附剂在压缩机抽吸作用下发生解吸。
所述压缩机在夜间低谷电段时吸附剂解吸蓄冷过程，吸附剂在压缩机抽吸作用下发生解吸反应，解吸出的制冷剂蒸气进入压缩机进行压缩，压缩后的制冷剂蒸气进入冷凝器，满足夜间的蓄冷，输入一份电量，获得两份冷量；白天用电高峰段释冷过程，切换制冷剂阀，压缩机不运行。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)相对于耦合相变蓄冷的蒸气压缩循环，本发明在白天采用液态制冷剂蒸发吸热释放的冷量进行制冷，满足室内冷量需求，夜间吸附剂经压缩机抽吸进行解吸反应，解吸蓄冷时可以同时释冷，满足夜间室内所需冷量，一份电量输入两份冷量输出，显著降低室内蓄冷制冷的耗电成本。
(2)相对于传统蒸气压缩制冷系统用电方式，本发明可以实现削峰填谷，提高电能利用率，缓解用电紧张问题，节约用电成本。
附图说明
图1为本发明吸附式蓄冷空调系统白天用电高峰段释冷过程示意图；
图2为本发明吸附式蓄冷空调系统夜间低谷用电段时吸附剂解吸蓄冷过程示意图；
图3为本发明的具体实例中，夜间谷段系统解吸蓄冷、释冷lnp-T图；
图4为本发明的具体实例中，白天峰段系统吸附、释冷lnp-T图。
图中标识：冷凝器1、节流阀2、蒸发器3、压缩机4、吸附床5、冷却塔6、风机盘管7、储液罐8、制冷剂阀9、第一冷却水阀10、第二冷却水阀11、第一冷冻水阀12、第二冷冻水阀13。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的一套高效利用夏季夜间低谷电的吸附式蓄冷空调系统进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
本发明采用的各种组件均为本领域的常规组件，例如风机盘管可采用格力公司FP-85WA/G型号的风机盘管，冷却塔可采用菱电公司LXT-15型号冷却塔，需要说明的是，对于风机盘管、冷却塔均为本发明的一个实例，并不不作为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，对于采用的吸附剂，表示的是本发明的优选实例吸附剂，而并不作为对本发明的限制。如图1所示，本发明提出一套高效利用夏季夜间低谷电的吸附式蓄冷空调系统，包括一个由冷凝器1、节流阀2、蒸发器3和压缩机4组成的一个封闭的制冷循环系统(为常规的空调系统)，本发明在常规空调系统的基础上还设有吸附床5、冷却塔6、风机盘管7和储液罐8，所述的储液罐8设置在冷凝器1与节流阀2之间，所述的蒸发器3和压缩机4之间设有制冷剂阀9，该制冷剂阀9连接吸附床5，吸附床5与冷却塔6之间设有第一冷却水阀10和第二冷却水阀11，所述的蒸发器3与风机盘管7之间设有第一冷冻水阀12和第二冷冻水阀13。
其中，蒸发器3在封闭的制冷循环系统中用于制冷剂蒸发制冷，蒸发器3还连接有冷冻液循环系统，冷冻液循环系统由蒸发器3通过冷冻液循环管道连接风机盘管7构成，如图1所示，冷冻液(可以为自来水)从风机盘管7流出后，经第一冷冻水阀12进入蒸发器3，然后经第二冷冻水阀13返回风机盘管7。第一冷冻水阀12为三通阀，其中一路连接第二冷却水阀11；第二冷冻水阀13为三通阀，其中一路连接第一冷却水阀10。
系统还设有冷却水循环系统，冷却水循环系统由吸附床5与冷却塔6之间通过冷却水循环回路连接构成，冷却水从冷却塔6流出经第二冷却水阀11进入吸附床5，流经吸附床5后，经第一冷却水阀10返回冷却塔6。第一冷却水阀10为三通阀，分别连接吸附床5、冷却塔6和第二冷冻水阀13；所述的第二冷却水阀11为三通阀，分别连接吸附床5、冷却塔6和第一冷冻水阀12。
制冷剂阀9为三通阀，分别连接蒸发器3、压缩机4和吸附床5。
优选地，为满足系统的制冷性能，蒸发器3采用铝管铝翅片换热器，冷凝器1采用风冷换热器，压缩机4采用涡旋压缩机。
在本实施例中，为强化吸附剂传热传质性能，所述吸附剂采用固化混合吸附剂，包括金属氯化物与基质，所述基质选为硫化膨胀石墨或者膨胀石墨等。
优选地，吸附床填充氯化钡/硫化膨胀石墨复合吸附剂，制冷剂为氨，氯化钡/硫化膨胀石墨复合吸附剂与氨制冷剂的反应机理如下述方程所示：
其中公式中ΔHr是化学反应过程的焓变。
具体地，在本实施例中，工作过程如下：
白天用电高峰段释冷过程，在本实施例中，如图1，所述储液罐8出口与节流阀2进口相接，节流阀2出口与蒸发器3进口相接，风机盘管7的冷冻液出口与第一冷冻水阀12相接，第一冷冻水阀12与蒸发器3的冷冻液进口相接，蒸发器3的冷冻液出口与第二冷冻水阀13相接，第二冷冻水阀13与风机盘管7的冷冻水进口相接，蒸发器3出口接入制冷剂阀9，制冷剂阀9与吸附床5进口相接，吸附床5冷却水出口接入第一冷却水阀10，第一冷却水阀10与冷却塔6相接，冷却塔6与第二冷却水阀11相接，第二冷却水阀11与吸附床5冷却水进口相接；
储液罐8中储存的制冷剂经节流阀2进入蒸发器3，进行蒸发制冷，冷却水从风机盘管7冷冻水出口流出、经第一冷冻水阀12流入蒸发器3的冷冻水入口，冷却蒸发器3后的冷冻水经第二冷冻水阀13回到风机盘管7，进行送风制冷，满足白天室内的冷量需求；蒸发器3出口的制冷剂蒸气，经制冷剂阀9进入吸附床5，被吸附床5中的吸附剂吸附。
进一步地，在本实施例中，吸附床5中的吸附剂吸附制冷剂，吸附反应放出的吸附热被冷却水带走，吸热后的冷却水通过第一冷却水阀10，进入冷却塔6冷却，冷却后的冷却水经第二冷却水阀11再次回到吸附床5。
此时，在本实施例中，制冷剂在蒸发器3蒸发吸热，冷却风机盘管7冷冻水出口经第一冷冻水阀12流入蒸发器3的冷冻水，冷却后的冷冻水经第二冷冻水阀13进入风机盘管7，进行送风制冷，满足白天室内的冷量需求。白天的这一模式，利用夜间积存的液态制冷剂发生相变蒸发吸热进行冷量的释放，未使用压缩机和冷凝器，降低了能耗，减少了白天的电费成本。
夜间低谷电段时吸附剂解吸蓄冷过程，如图2所示，在本实施例中，切换制冷剂阀9，风机盘管7冷冻液出口依次连接第一冷冻水阀12、第二冷却水阀11和吸附床5，吸附床5冷冻水出口依次连接第一冷却水阀10、第二冷冻水阀13和风机盘管7，吸附床5出口与制冷剂阀9相接，接入压缩机4进口，压缩机4出口与冷凝器1进口相接，冷凝器1出口接入储液罐8。
吸附床5在压缩机4的抽吸作用下降低解吸压力，风机盘管7冷冻水出口流入吸附床5的冷冻水作为吸附剂发生解吸反应的热源，吸附剂发生解吸反应。
进一步地，在本实施例中，吸附床吸热解吸产生的制冷剂蒸气，经制冷剂阀9进入压缩机4压缩。
进一步地，在本实施例中，压缩后的制冷剂蒸气进入冷凝器1进行冷凝，冷凝后成为制冷剂液体，而在冷凝过程中冷凝器1采用风机进行风冷冷却。
进一步地，在本实施例中，冷凝后的制冷剂液体进入储液罐8储存。
同时，在本实施例中，吸附床5解吸吸热，冷却从风机盘管7冷冻水出口经第一冷冻水阀12流出、经第二冷却水阀11流入吸附床5的冷冻水。
进一步地，在本实施例中，冷却后的冷冻水经第一冷却水阀10流出，经第二冷冻水阀13进入风机盘管7换热，向室内送风释冷，满足夜间的室内冷量需求。
进一步地，在本实施例中，为强化吸附剂传热传质性能，所述吸附剂采用固化混合吸附剂，包括金属氯化物与基质，所述基质选为硫化膨胀石墨或者膨胀石墨等。
进一步的，在本实施例中，新型蓄冷系统的性能规律如下：
(a)夜间低谷电段时吸附剂解吸蓄冷过程，如图3所示，点a为吸附剂解吸点，b-c是压缩机压缩过程，d-e是氨制冷剂饱和线；在压缩机抽吸作用下，吸附床压力从psor降低到pdes，对应的解吸温度Tdes，此时，风机盘管出口冷冻水流入吸附床，作为吸附剂发生解吸反应的热源，解吸热为Qdes，冷却后的冷冻水流入风机盘管释放冷量，满足室内所需的制冷量，吸附床解吸出来的制冷剂经压缩机压缩到冷凝压力pc，进入冷凝器冷凝，冷凝热Qc经冷凝器风机带走，冷凝液储存在储液罐。
(b)白天用电高峰段释冷过程，如图4所示，储液罐中储存的制冷剂液体节流蒸发释放的冷量，蒸发温度为Te、蒸发压力为pe，制冷量为Qe，而蒸发器蒸发吸热产生的制冷剂蒸气进入吸附床，制冷剂与吸附剂发生吸附反应，吸附温度为Tsor、吸附压力为psor(psor＝pe)，放出的吸附热Qsor被流入吸附床内的冷却水带着。
综上，在本实施例中，提出的一套高效利用夏季夜间低谷电的吸附式蓄冷空调系统，实现削峰填谷，可实现在蓄冷的同时进行释冷，满足室内冷量需求，一份电量输入两份冷量输出，显著降低室内制冷耗电成本。
需要说明的是，本发明使用的序数形容词“第一”、“第二”等用来描述共同的对象，仅表示指代相同对象的不同实例，而并不是要暗示这样描述的对象必须采用给定的顺序，无论是时间地、空间地、排序地或任何其它方式。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种吸附式蓄冷空调系统，包括冷凝器(1)、节流阀(2)、蒸发器(3)和压缩机(4)组成的一个封闭的制冷循环系统，其特征在于，还包括吸附床(5)、冷却塔(6)、风机盘管(7)和储液罐(8)，所述的储液罐(8)设置在冷凝器(1)与节流阀(2)之间，所述的蒸发器(3)和压缩机(4)之间设有制冷剂阀(9)，该制冷剂阀(9)连接吸附床(5)，吸附床(5)与冷却塔(6)之间设有第一冷却水阀(10)和第二冷却水阀(11)，所述的蒸发器(3)与风机盘管(7)之间设有第一冷冻水阀(12)和第二冷冻水阀(13)。
2.根据权利要求1所述的一种吸附式蓄冷空调系统，其特征在于，所述的蒸发器(3)通过冷冻液循环管道连接风机盘管(7)，冷冻液从风机盘管(7)流出后，经第一冷冻水阀(12)进入蒸发器(3)，然后经第二冷冻水阀(13)返回风机盘管(7)。
3.根据权利要求1或2所述的一种吸附式蓄冷空调系统，其特征在于，所述的第一冷冻水阀(12)为三通阀，其中一路连接第二冷却水阀(11)；
所述的第二冷冻水阀(13)为三通阀，其中一路连接第一冷却水阀(10)。
4.根据权利要求1所述的一种吸附式蓄冷空调系统，其特征在于，所述的吸附床(5)与冷却塔(6)之间通过冷却水循环回路连接，冷却水从冷却塔(6)流出经第二冷却水阀(11)进入吸附床(5)，流经吸附床(5)后，经第一冷却水阀(10)返回冷却塔(6)。
5.根据权利要求1或4所述的一种吸附式蓄冷空调系统，其特征在于，所述的第一冷却水阀(10)为三通阀，分别连接吸附床(5)、冷却塔(6)和第二冷冻水阀(13)；
所述的第二冷却水阀(11)为三通阀，分别连接吸附床(5)、冷却塔(6)和第一冷冻水阀(12)。
6.根据权利要求1所述的一种吸附式蓄冷空调系统，其特征在于，所述的制冷剂阀(9)为三通阀，分别连接蒸发器(3)、压缩机(4)和吸附床(5)。
7.根据权利要求1所述的一种吸附式蓄冷空调系统，其特征在于，所述吸附床(5)内填充氯化钡/硫化膨胀石墨复合吸附剂，其中氯化钡与硫化膨胀石墨的质量比为1:1-10:1。
8.根据权利要求1所述的一种吸附式蓄冷空调系统，其特征在于，所述吸附式蓄冷系统在不同情况下有两种运行模式，
第一种模式：白天用电高峰段释冷过程，储液罐(8)中的制冷剂经节流阀(2)进入蒸发器(3)，蒸发吸热冷却冷冻液，冷却后的冷冻液进入风机盘管(7)向室内释放冷量，同时，蒸发器(3)出口的制冷剂蒸气进入吸附床(5)，与吸附剂发生吸附反应，放出的吸附热被吸附床(5)内的冷却水带走，吸热后的冷却水经冷却塔(6)冷却后重新回到吸附床(5)；
第二种模式：夜间低谷电段时吸附剂解吸蓄冷过程，在压缩机(4)抽吸调节解吸压力的作用下，吸附剂发生解吸反应，风机盘管(7)流出的冷冻液进入吸附床(5)作为吸附剂解吸反应的热源，吸附剂解吸吸热冷却冷冻水，冷却后的冷冻水再进入风机盘管(7)向室内进行送风释冷，同时，吸附床(5)解吸产生制冷剂进入压缩机(4)压缩，再经冷凝器(1)冷凝，最后进入储液罐(8)储存。
9.根据权利要求1所述的一种吸附式蓄冷空调系统，其特征在于，
第一种模式，所述储液罐(8)出口与节流阀(2)进口相接，节流阀(2)出口与蒸发器(3)进口相接，风机盘管(7)的冷冻液出口与第一冷冻水阀(12)相接，第一冷冻水阀(12)与蒸发器(3)的冷冻液进口相接，蒸发器(3)的冷冻液出口与第二冷冻水阀(13)相接，第二冷冻水阀(13)与风机盘管(7)的冷冻水进口相接，蒸发器(3)出口接入制冷剂阀(9)，制冷剂阀(9)与吸附床(5)进口相接，吸附床(5)冷却水出口接入第一冷却水阀(10)，第一冷却水阀(10)与冷却塔(6)相接，冷却塔(6)与第二冷却水阀(11)相接，第二冷却水阀(11)与吸附床(5)冷却水进口相接；
第二种模式，切换制冷剂阀(9)，风机盘管(7)冷冻液出口依次连接第一冷冻水阀(12)、第二冷却水阀(11)和吸附床(5)，吸附床(5)冷冻水出口依次连接第一冷却水阀(10)、第二冷冻水阀(13)和风机盘管(7)，吸附床(5)出口与制冷剂阀(9)相接，接入压缩机(4)进口，压缩机(4)出口与冷凝器(1)进口相接，冷凝器(1)出口接入储液罐(8)。
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- 2021-05-12 CN CN202110517753.XA patent/CN113124514A/zh active Pending
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