CN114322348A - 相变材料储冷耦合的喷射制冷系统 - Google Patents

Abstract

相变材料储冷耦合的喷射制冷系统，储热罐内部安填装有相变材料，发生器的第一出口与用电余热回收装置的入口相连，发生器的第一入口与用电余热回收装置的出口相连，第二入口与制冷剂泵的出口相连，第二出口与喷射器的第一入口相连；喷射器的第二入口与蒸发器的出口相连，喷射器的出口与冷凝器的入口相连，冷凝器的出口分别与制冷剂泵的入口和第一节流阀的入口相连；第一节流阀的出口与三通阀的第三阀门相连，三通阀的第一阀门与储热罐的入口相连，三通阀的第二阀门与蒸发器的入口相连；储热罐的出口与第二节流阀的入口相连，第二节流阀的入口与蒸发器的入口相连。本发明提供的制冷系统及方法，具有节约能耗、能量利用率高且易于调控的优点。

Description

相变材料储冷耦合的喷射制冷系统

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，具体是涉及相变材料储冷耦合的喷射制冷系统。

背景技术

随着经济的不断发展，工业产值基数逐年增大，能耗也随之快速增长。在炎热的夏季，供冷系统耗费了大量的电能，占建筑总能耗的三分之一左右，如果能对供冷系统进行有效改进，降低能耗，则将对节能减排工作的推进起到积极的作用。作为制冷系统的一种，喷射制冷系统结构简单、运行稳定，具有便于维护、经济性强等优势，且可利用余热废热驱动，现已广泛应用于制冷领域。现有的喷射制冷系统中的储能系统为储热系统，利用储热系统储存热量并进行蓄能，但储热系统的温度与室温相差大就会导致系统漏热多，从而导致能量的损耗。目前，在喷射制冷系统领域，对于储能系统的研究多局限于如何减少热量损耗。但是，很多场合，余热废热不能满足需求，喷射制冷系统仍需要消耗电能，如何从电能消耗的角度为节能减排事业作出贡献尚属于技术研究的空白点。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了相变材料储冷耦合的喷射制冷系统，本发明提供的喷射制冷系统，具有节约能耗、能量利用率高且易于调控的优点；对应的，本发明提供的相变材料储冷耦合的喷射制冷方法，也具有节约能耗、能量利用率高且易于调控的优点。

本发明技术方案如下:

相变材料储冷耦合的喷射制冷系统，包括发生器、喷射器、冷凝器、制冷剂泵、用电余热回收装置、第一节流阀、三通阀、储热罐、第二节流阀、蒸发器；所述储热罐内部安填装有相变材料，所述三通阀包括第一阀门、第二阀门、第三阀门；所述发生器的第一出口与用电余热回收装置的入口相连，所述发生器的第一入口与用电余热回收装置的出口相连，所述发生器的第二入口与制冷剂泵的出口相连，所述发生器的第二出口与喷射器的第一入口相连；所述喷射器的第二入口与蒸发器的出口相连，所述喷射器的出口与冷凝器的入口相连，所述冷凝器的出口分别与制冷剂泵的入口和第一节流阀的入口相连；所述第一节流阀的出口与三通阀的第三阀门相连，所述三通阀的第一阀门与储热罐的入口相连，所述三通阀的第二阀门与蒸发器的入口相连；所述储热罐的出口与第二节流阀的入口相连，所述第二节流阀的入口与蒸发器的入口相连。

本发明提供的相变材料储冷耦合的喷射制冷系统，具有节约能耗、提高经济效益的效果，并且易于调控，能量利用率高；具体表现为：通过在第一节流阀和第二节流阀之间设置储热罐，从而形成储冷子系统，储热罐的入口和出口通过设于其内部的换热管连接，储热罐内填装有相变材料，流入储热罐的液体(制冷剂)可以和相变材料进行热交换，工作时，根据电价的峰谷政策，在谷电阶段时，相变材料中能够释放热量给液体吸收，相变材料进行储冷；而在峰电阶段时，相变材料能够吸收并储存制冷系统中液体的热量，相变材料进行放冷；在谷电和峰电之外的时间，相变材料无需释放和吸收热量；储热罐形成的储冷子系统与喷射制冷系统相互耦合，通过储冷子系统对热量的调控，从而实现喷射制冷系统运行模式的转换，解决供冷季的冷量需求不平衡的问题，实现节能效果，提高经济效益；同时，以储冷子系统为储能系统，储冷子系统的存在使得储能系统的温度与室温的温度差减小，从而减少能量的散失，提高能量的利用率；喷射制冷系统的用电余热回收装置可利用工业生产中的余热废热进行供能，实现能量多次利用，进一步提高能量利用率；此外，本发明的喷射制冷系统中设有相互配合使用的第一节流阀、第二节流阀以及三通阀，使得本发明的喷射制冷系统易于调控。

作为优化，前述的相变材料储冷耦合的喷射制冷系统中，所述发生器的出口、冷凝器的出入口、第一节流阀的出口、储热罐的出口、蒸发器的出入口均设有温度传感器和压力传感器。温度传感器和压力传感器的设置，能够实时检测喷射制冷系统运行过程中的温度和压力，便于发现系统的故障，以及能够进行维修。

作为优化，前述的相变材料储冷耦合的喷射制冷系统中，所述储热罐的形状设置为锥形。由于自然对流和重力的结合，相变材料往往会在罐底区域形成不熔化不流动的死区，锥形形状的储热罐在一定程度上阻止了死区的形成，从而提高相变材料的换热效果。

作为优化，前述的相变材料储冷耦合的喷射制冷系统中，所述相变材料的主料由辛酸和月桂酸混合制成。相变材料的主料由辛酸和月桂酸混合制成，通过控制二者的比例，能够调节相变材料的相变温度范围，从而保证储冷释冷过程在不同的工作场合中均能够顺利实现。进一步的，所述相变材料中含有石墨烯。相变材料中含有石墨烯后，能够增强相变材料的导热效果。进一步的，前述的相变材料储冷耦合的喷射制冷系统，所述相变材料中含有分散剂。相变材料中含有分散剂后，能够使得保证相变材料中的各组成成分的匀称性。进一步的，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠。十二烷基苯磺酸钠能够有效对相变材料中的各组成成分进行分散。

相变材料储冷耦合的喷射制冷方法，发生器从用电余热回收装置中吸收热量，并对制冷剂进行加热汽化，将制冷剂转化为高温高压的蒸汽；高温高压的蒸汽作为流体进入喷射器，通过喷射器的喷嘴进入喷射器的混合室中形成高速射流，同时带动来自蒸发器的引射流体，这两股流体在混合室中均匀混合，通过喷射器的扩压室形成中温中压的气体后，从喷射器流向冷凝器，气体在冷凝器中冷凝放热成为液体，液体从冷凝器中流出并分成两路，一路液体通过制冷剂泵加压形成高压液体再次流入发生器完成循环，另一路液体流向第一节流阀；节流阀通过节流作用降低液体压力，从而降低液体温度，对于流向第一节流阀6的液体，根据电价的峰谷政策，存在三种处理模式：

模式一：在谷电时，第一节流阀调节液体温度至中间温度5±2℃，然后液体通过三通阀的第一阀门并流向储热罐，经过储热罐时，5±2℃的液体从相变材料中吸收热量，相变材料吸冷，随后流向第二节流阀，第二节流阀调节液体温度至蒸发温度，最后流体进入蒸发器，由液体变为气体，再次进入喷射器中进行循环；

模式二：在峰电时，第一节流阀调节液体温度至中间温度15±2℃，然后液体通过三通阀的第一阀门并流向储热罐，经过储热罐时，15±2℃的液体向相变材料释放热量，相变材料放冷，随后流向第二节流阀，第二节流阀调节液体温度至蒸发温度，最后流体进入蒸发器，由液体变为气体，再次进入喷射器中进行循环；

模式三：在谷电和峰电之外的时间段，第一节流阀调节液体温度至蒸发温度，最后流体通过三通阀的第二阀门进入蒸发器中，由液体变为气体，再次进入喷射器中进行循环。

本发明提供的相变材料储冷耦合的喷射制冷方法，具有节约能耗、能量的利用率高且易于调控的优点；本发明喷射制冷方法，通过储冷子系统对热量的调控，实现运行模式转换，从而解决供冷季的冷量需求不平衡的问题，实现节能效果；同时，储冷子系统的存在，使得制冷系统的温度与室温的温度差减小，从而减少漏热，提高能量的利用率；此外，本发明的喷射制冷系统中设有相互配合的第一节流阀、第二节流阀以及三通阀，使得本发明的喷射制冷系统易于调控。

附图说明

图1为本发明的相变材料储冷耦合的喷射制冷系统的原理图；

附图中的标记为：1-发生器；2-喷射器；3-冷凝器；4-制冷剂泵；5-用电余热回收装置；6-第一节流阀；7-三通阀；8-储热罐；9-第二节流阀；10-蒸发器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式(包括实施例)对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。以下没有详细说明的均为本领域技术常识。

本发明的相变材料储冷耦合的喷射制冷方法可以在本发明的相变材料储冷耦合的喷射制冷系统中实现。

实施例：

参见图1，本实施例中，本发明的相变材料储冷耦合的喷射制冷系统，包括发生器1、喷射器2、冷凝器3、制冷剂泵4、用电余热回收装置5、第一节流阀6、三通阀7、储热罐8、第二节流阀9、蒸发器10；所述储热罐8内部填装有相变材料，所述三通阀7包括第一阀门、第二阀门、第三阀门；所述发生器1的第一出口与用电余热回收装置5的入口相连，所述发生器1的第一入口与用电余热回收装置5的出口相连，所述发生器1的第二入口与制冷剂泵4的出口相连，所述发生器1的第二出口与喷射器2的第一入口相连；所述喷射器2的第二入口与蒸发器10的出口相连，所述喷射器2的出口与冷凝器3的入口相连，所述冷凝器3的出口分别与制冷剂泵4的入口和第一节流阀6的入口相连；所述第一节流阀6的出口与三通阀7的第三阀门相连，所述三通阀7的第一阀门与储热罐8的入口相连，所述三通阀7的第二阀门与蒸发器10的入口相连；所述储热罐8的出口与第二节流阀9的入口相连，所述第二节流阀9的入口与蒸发器10的入口相连。

进一步，本实施例中，所述发生器1的出口、冷凝器3的出入口、第一节流阀6的出口、储热罐8的出口、蒸发器10的出入口均设有温度传感器和压力传感器，图1中，标记P代表压力传感器，标记T代表温度传感器。温度传感器和压力传感器的设置，能够实时检测喷射制冷系统运行过程中的温度和压力，便于发现系统的故障，以及能够进行维修。

进一步，本实施例中，所述储热罐8的形状设置为锥形。储热罐8采用锥形，有利于加强相变材料与制冷剂之间的换热效果。

进一步，本实施例中，所述相变材料的主料可以由辛酸和月桂酸混合制成。实施本发明时，通过控制二者的比例，能够调节相变材料的相变温度范围，从而保证储冷释冷过程在不同的工作场合中均能够顺利实现。进一步的，所述相变材料中含有石墨烯。相变材料中含有石墨烯后，能够增强相变材料的导热效果。进一步的，所述相变材料中含有分散剂。相变材料中含有分散剂后，能够使得保证相变材料中的各组成成分的匀称性。进一步的，所述分散剂可以为十二烷基苯磺酸钠。十二烷基苯磺酸钠能够有效对相变材料中的各组成成分进行分散。

在本发明的相变材料储冷耦合的喷射制冷系统中，用电余热回收装置5除了能将电能转换热能外，还能采用工业生产中的余热废热进行供能，工作时：发生器1从用电余热回收装置5中吸收热量，并对制冷剂进行加热汽化，将制冷剂转化为高温高压的蒸汽；高温高压的蒸汽作为流体进入喷射器2，通过喷射器2的喷嘴进入喷射器2的混合室中形成高速射流，同时带动来自蒸发器10的引射流体，这两股流体在混合室中均匀混合，通过喷射器2的扩压室形成中温中压的气体后，从喷射器2流向冷凝器3，气体在冷凝器3中冷凝放热成为液体，液体从冷凝器3中流出并分成两路，一路液体通过制冷剂泵4加压形成高压液体再次流入发生器1完成循环，另一路液体流向第一节流阀6。对于流向第一节流阀6的液体，根据电价的峰谷政策，分为三种处理模式，具体如下：

模式一：

在谷电时，第一节流阀6调节液体温度至中间温度5℃，然后液体通过三通阀7的第一阀门并流向储热罐8，经过储热罐8时，5℃的液体从相变材料中吸收热量，相变材料吸冷，随后流向第二节流阀9，第二节流阀9调节液体温度至蒸发温度，最后流体进入蒸发器10，由液体变为气体，再次进入喷射器2中进行循环，在这个过程中，蒸发器10吸热进行制冷；

模式二：

在峰电时，第一节流阀6调节液体温度至中间温度15℃，然后液体通过三通阀7的第一阀门并流向储热罐8，经过储热罐8时，15℃的液体向相变材料释放热量，相变材料放冷，随后流向第二节流阀9，第二节流阀9调节液体温度至蒸发温度，最后流体进入蒸发器10，由液体变为气体，再次进入喷射器2中进行循环，在这个过程中，蒸发器10吸热进行制冷；

模式三：

在谷电和峰电之外的时间段，第一节流阀6调节液体温度至蒸发温度，最后流体通过三通阀7的第二阀门进入蒸发器10中，由液体变为气体，再次进入喷射器2中进行循环，在这个过程中，蒸发器10吸热进行制冷。

上述对本申请中涉及的发明的一般性描述和对其具体实施方式的描述不应理解为是对该发明技术方案构成的限制。本领域所属技术人员根据本申请的公开，可以在不违背所涉及的发明构成要素的前提下，对上述一般性描述或/和具体实施方式(包括实施例)中的公开技术特征进行增加、减少或组合，形成属于本申请保护范围之内的其它的技术方案。

Claims (8)

1.相变材料储冷耦合的喷射制冷系统，其特征在于：包括发生器(1)、喷射器(2)、冷凝器(3)、制冷剂泵(4)、用电余热回收装置(5)、第一节流阀(6)、三通阀(7)、储热罐(8)、第二节流阀(9)、蒸发器(10)；所述储热罐(8)内部填装有相变材料，所述三通阀(7)包括第一阀门、第二阀门、第三阀门；所述发生器(1)的第一出口与用电余热回收装置(5)的入口相连，所述发生器(1)的第一入口与用电余热回收装置(5)的出口相连，所述发生器(1)的第二入口与制冷剂泵(4)的出口相连，所述发生器(1)的第二出口与喷射器(2)的第一入口相连；所述喷射器(2)的第二入口与蒸发器(10)的出口相连，所述喷射器(2)的出口与冷凝器(3)的入口相连，所述冷凝器(3)的出口分别与制冷剂泵(4)的入口和第一节流阀(6)的入口相连；所述第一节流阀(6)的出口与三通阀(7)的第三阀门相连，所述三通阀(7)的第一阀门与储热罐(8)的入口相连，所述三通阀(7)的第二阀门与蒸发器(10)的入口相连；所述储热罐(8)的出口与第二节流阀(9)的入口相连，所述第二节流阀(9)的入口与蒸发器(10)的入口相连。

2.根据权利要求1所述相变材料储冷耦合的喷射制冷系统，其特征在于：所述发生器(1)的出口、冷凝器(3)的出入口、第一节流阀(6)的出口、储热罐(8)的出口、蒸发器(10)的出入口均设有温度传感器和压力传感器。

3.根据权利要求1所述相变材料储冷耦合的喷射制冷系统，其特征在于：所述储热罐(8)的形状设置为锥形。

4.根据权利要求1所述相变材料储冷耦合的喷射制冷系统，其特征在于：所述相变材料的主料由辛酸和月桂酸混合制成。

5.根据权利要求4所述相变材料储冷耦合的喷射制冷系统，其特征在于：所述相变材料中含有石墨烯。

6.根据权利要求4所述相变材料储冷耦合的喷射制冷系统，其特征在于：所述相变材料中含有分散剂。

7.根据权利要求6所述相变材料储冷耦合的喷射制冷系统，其特征在于：所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠。

8.相变材料储冷耦合的喷射制冷方法，其特征在于：发生器(1)从用电余热回收装置(5)中吸收热量，并对制冷剂进行加热汽化，将制冷剂转化为高温高压的蒸汽；高温高压的蒸汽作为流体进入喷射器(2)，通过喷射器(2)的喷嘴进入喷射器(2)的混合室中形成高速射流，同时带动来自蒸发器(10)的引射流体，这两股流体在混合室中均匀混合，通过喷射器(2)的扩压室形成中温中压的气体后，从喷射器(2)流向冷凝器(3)，气体在冷凝器(3)中冷凝放热成为液体，液体从冷凝器(3)中流出并分成两路，一路液体通过制冷剂泵(4)加压形成高压液体再次流入发生器(1)完成循环，另一路液体流向第一节流阀(6)；对于流向第一节流阀6的液体，根据电价的峰谷政策，存在三种处理模式：

模式一：在谷电时，第一节流阀(6)调节液体温度至中间温度5±2℃，然后液体通过三通阀(7)的第一阀门并流向储热罐(8)，经过储热罐(8)时，5±2℃的液体从相变材料中吸收热量，相变材料吸冷，随后流向第二节流阀(9)，第二节流阀(9)调节液体温度至蒸发温度，最后流体进入蒸发器(10)，由液体变为气体，再次进入喷射器(2)中进行循环；

模式二：在峰电时，第一节流阀(6)调节液体温度至中间温度15±2℃，然后液体通过三通阀(7)的第一阀门并流向储热罐(8)，经过储热罐(8)时，15±2℃的液体向相变材料释放热量，相变材料放冷，随后流向第二节流阀(9)，第二节流阀(9)调节液体温度至蒸发温度，最后流体进入蒸发器(10)，由液体变为气体，再次进入喷射器(2)中进行循环；

模式三：在谷电和峰电之外的时间段，第一节流阀(6)调节液体温度至蒸发温度，最后流体通过三通阀(7)的第二阀门进入蒸发器(10)中，由液体变为气体，再次进入喷射器(2)中进行循环。

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