CN1851360A

CN1851360A - 太阳能制冷低温储粮空气调节系统

Info

Publication number: CN1851360A
Application number: CN 200510122970
Authority: CN
Inventors: 江燮云; 王如竹; 巩福生; 王智新; 高素芬; 罗会龙; 吴静怡; 张彬彬; 许煜雄; 代彦军
Original assignee: YANGZHOU BRANCH OF CHINA GRAIN RESERVES CORP; Shanghai Jiaotong University
Current assignee: YANGZHOU BRANCH OF CHINA GRAIN RESERVES CORP; Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2006-10-25

Abstract

本发明涉及一种太阳能制冷低温储粮空气调节系统，属于节能技术领域，主要特点是系统包括太阳能集热装置，高效回热回质型连续制冷吸附制冷机，控制系统和粮仓送风及空气调节系统，根据太阳辐射能与低温储粮冷负荷在时域与地域上的分布高度一致的规律，采用高效回热回质型连续制冷吸附制冷机实现太阳辐射的冷热转换，克服了机械压缩式制冷谷物冷却机电耗大、运行费用高等缺陷，与吸收式制冷机相比，本发明具有驱动热源温度低，可由市面上普通的太阳能热水系统驱动、制造成本低廉等特点；与采用间歇制冷吸附制冷循环的太阳能吸附式制冷系统相比，本发明具有可自动运行、连续制冷及制冷系数高等特点，本发明具有很强的实用性，可广泛适用于储粮食仓储部门。

Description

太阳能制冷低温储粮空气调节系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能制冷低温储粮空气调节系统，应用于粮食低温仓储，是节能、环保的制冷系统，属于节能技术领域。

背景技术

低温储粮可有效抑制粮食呼吸及仓储害虫、微生物的生长，减少或避免使用化学药物杀虫灭菌处理。然而，利用机械压缩式制冷谷物冷却机进行低温储粮，电耗大、运行费用高，冷量利用率低。机械压缩式制冷谷物冷却机的上述缺陷，在一定程度上阻碍了低温储粮技术的推广应用。另一方面，太阳能作为一种清洁的可再生能源，其在时域和地域上的分布规律与低温储粮冷负荷在时域和地域上的分布规律高度匹配。此外，采用太阳能驱动的制冷系统，其能耗及运行费用与机械压缩式制冷谷物冷却机相比均很低。因此，太阳能制冷系统用于低温储粮无疑具有很大的优势。

目前，国内外对太阳能驱动的制冷系统的研究主要集中在太阳能光电制冷装置及太阳能热水驱动的吸收式制冷机。前者制造成本很高，并且光电转化效率低；后者要求太阳能热水温度高达85℃以上，过高的热水温度一方面降低了集热器的效率，同时也使得目前市面上广泛使用的太阳能集热器难以利用，需采用中高温集热器，从而增大了系统成本。固体吸附式制冷系统对热源的温度要求较低，当热水温度高于55℃即可有效运行。因此，吸附式制冷系统可采用市面上普通的真空管集热器驱动，具有很好的应用基础与推广前景。

经文献检索，中国发明专利“太阳能热水器冰箱复合机”(专利号为：ZL 97 1 06781.3)公开了一种太阳能驱动的固体吸附式热水器与冰箱复合机。该专利将吸附发生器置于太阳能热水箱中，在传统的热水器回路中引入了间歇制冷吸附制冷循环。白天吸附发生器被加热而处于解吸状态，夜间吸附发生器被冷却而再次吸附蒸发器中的制冷剂，产生的冷量以冰的形式储存于冰箱内。虽然该复合机可以实现供热与制冷双重功能，但由于其采用间歇制冷吸附制冷循环，其制冷是间歇的，并且系统制冷功率较少。此外，由于太阳能热水器采用自然循环，热水温度较低，因而系统制冷系数亦相对较低。

发明内容

本发明的目的在于设计一种适用于低温储粮的节能与环保的空气调节系统。相对于机械压缩式制冷谷物冷却机，本发明具有电耗小、运行费用低等优点；相对于采用间歇制冷吸附制冷循环的太阳能吸附式制冷系统，本发明具有可自动运行、连续制冷及制冷系数高等特点。

本发明是通过以下技术方案实现的，一种太阳能制冷低温储粮空气调节系统，包括粮仓送风及空气调节系统，其特征是所述的系统还包括太阳能集热装置，高效回热回质型连续制冷吸附制冷机和控制系统；太阳能集热装置中分层蓄热水箱的热水出口连接高效回热回质型连续制冷吸附制冷机的热水入口，高效回热回质型连续制冷吸附制冷机的冷冻水进出口与空气调节系统中表冷器的冷冻水进出口连接；控制系统中用于控制太阳能集热装置中的集热循环泵运行的温度传感器接入温差控制器，其探头分别布置在太阳能集热器的进出口，温湿度传感器接入A/D转换模块，其探头分别布置在表冷器风管的进出口，其余各温度传感器均接入温度变送器，其探头分别布置在分层蓄热水箱上部、高效回热回质型连续制冷吸附制冷机热水机冷却水入口，温度变送器与A/D转换模块相连，A/D转换模块的输出信号送入可编程逻辑控制器PLC。

上述的太阳能集热系装置包括太阳能集热器阵列、集热循环泵以及分层蓄热水箱，三者通过循环管道连接在一起。采用集热循环泵将蓄热水箱下部的水送入太阳能集热器阵列，经加热后流回到蓄热水箱上部。集热循环泵的运行采用温差控制器单独控制，与吸附制冷机及粮仓送风及空气调节系统的运行无关。

上述的高效回热回质型连续制冷吸附制冷机是由两个相同的吸附单元及一个二级蒸发器构成。每个吸附单元包括一个吸附器、一个冷凝器及一个蒸发器，其中吸附器里填充有适量的微孔球形硅胶(吸附剂)，三者封装在一个真空腔里；两个吸附单元的真空腔通过一个回质真空阀相连。采用可编程逻辑控制器PLC控制电动球阀和回质真空阀的开闭，两个吸附单元可自动以回热回质循环方式运行，从而实现连续制冷。一个完整的回热回质吸附制冷循环包括以下6个阶段：(1)吸附单元I加热解吸，吸附单元II冷却吸附；(2)从吸附单元I至吸附单元II回质；(3)从吸附单元I至吸附单元II回热；(4)吸附单元I冷却吸附，吸附单元II加热解吸；(5)从吸附单元II至吸附单元I回质；(6)从吸附单元II至吸附单元I回热。在两个吸附单元的蒸发器下面，布置一个二级蒸发器。二级蒸发器采用低沸点的甲醇为工质，亦封闭在一个真空腔里。冷冻水流经二级蒸发器，二级蒸发器下部的工质受热蒸发，蒸发的工质与吸附单元的蒸发器进行冷凝换热，可实现冷量的单向传输，减少系统冷量的损耗，从而提高系统制冷性能。

上述的粮仓送风及空气调节系统包括表冷器、粮仓送风风机、风量调节阀及送、回风管道。环流风机将仓内空气抽出，使之流经表冷器。来自仓内的空气在表冷器内与高效回热回质型连续制冷吸附制冷机的冷冻水进行热交换，降温后再送入仓内，通过调节风量调节阀控制粮仓送风温度。与谷物冷却机的通风方式相比，本发明具有冷量利用率高的优点。

上述的控制系统主要包括集热循环泵温差控制器、温湿度传感器、温度变送器、A/D转换模块、可编程逻辑控制器、文本显示器及手/自动切换开关。以分层蓄热水箱上部水温及粮仓送回风温度作为控制信号，通过温湿度传感器、温度传感器、温度变送器采集上述控制信号及送回风湿度、冷冻水进出口温度等重要运行参数，经A/D转换模块后输入可编程逻辑控制器。可编程逻辑控制器一方面控制系统的运行，同时将上述参数通过文本显示器在显示屏上显示。系统可以手/自动两种模式运行，在自动模式下，除集热循环泵外，系统所有循环水泵、风机及电动球阀及回质阀均由可编程逻辑控制器控制。

本发明通过太阳能集热系统产生的热水用于驱动吸附制冷机；吸附制冷机产生的冷冻水用作粮仓送风及空气调节系统的冷源；粮仓送风及空气调节系统将来自仓内的空气降温(必要时适度除湿)后再输送至仓内；控制系统用于控制系统中电动球阀、循环水泵及风机的运行，借助于手/自动切换开关，系统可分别以自动和手动两种运行模式。

本发明根据太阳辐射能与低温储粮冷负荷在时域与地域上的分布高度一致的规律，采用高效回热回质型连续制冷吸附制冷机实现太阳辐射的冷热转换，克服了机械压缩式制冷谷物冷却机电耗大、运行费用高等缺陷，与吸收式制冷机相比，本发明具有驱动热源温度低，可由市面上普通的太阳能热水系统驱动、制造成本低廉等特点；与采用间歇制冷吸附制冷循环的太阳能吸附式制冷系统相比，本发明具有可自动运行、连续制冷及制冷系数高等特点。本发明具有很强的实用性，可广泛适用于储粮食仓储部门。

附图说明

图1本发明系统的结构示意图；

图2本发明中控制系统电路框图；

图中，I为太阳能集热系统，由部件1～5构成；II为高效回热回质型连续制冷吸附制冷机，由部件6～29构成；III为粮仓送风及空气调节系统，由部件30～34构成；IV为控制系统，由部件35构成，其中：1为太阳能集热器阵列，2为分层蓄热水箱，3为集热循环泵，4～5为集热器切换阀门，6～16为电动球阀，17为冷冻水箱，18为冷冻水循环泵，19为热水循环泵，20为回质真空阀，21为冷凝器I，22为冷凝器II，23为吸附器I，24为吸附器II，25为蒸发器I，26为蒸发器II，27为二级蒸发器，28为冷却水循环泵，29为冷却塔，30为风量调节阀，31为粮仓送风风机，32为表冷器，33为送、回风管道，34为粮仓，35为控制柜。

具体实施方式

结合附图进一步说明本发明，如图1所示，本发明由太阳能集热系统I、高效回热回质型连续制冷吸附制冷机II、粮仓送风及空气调节系统III及控制系统IV构成。太阳能集热系统I产生的热水储存于分层蓄热水箱2中，用于驱动吸附制冷机II；吸附制冷机II产生的冷冻水通过冷冻水循环泵18为粮仓送风及空气调节系统III提供冷源；粮仓送风及空气调节系统III将来自粮仓34的空气降温(必要时适度除湿)后再输送至仓内；控制系统IV通过控制柜35分别与集热器循环泵3、电动球阀6～16、回质真空阀20、冷冻水循环泵18、热水循环泵19、冷却水循环泵28、粮仓送风风机及冷却塔29中的风机相连，用于控制系统的运行。

太阳能集热系统I包括：太阳能集热器阵列1、分层蓄热水箱2、集热循环泵3，切换阀门4～5，通过循环管道连接。分层蓄热水箱2中设置挡流板，将分层蓄热水箱2分成上下两部分。早上阀门4关闭，阀门5开启。采用集热循环泵3将分层蓄热水箱2上部的水送入太阳能集热器阵列1，经加热后流回到分层蓄热水箱2上部，分层蓄热水箱2上部的水被迅速加热，制冷机在上午可较早的启动。当分层蓄热水箱2上部水温超过设定值时，阀门4开启，阀门5关闭，分层蓄热水箱2下部的水被逐渐加热，用于下午延长制冷机运行时间。集热循环泵2的运行采用温差控制器单独控制，与吸附制冷机及粮仓送风及空气调节系统的运行无关。

高效回热回质型连续制冷吸附制冷机II包括：电动球阀6～16、冷冻水箱17、冷冻水循环泵18、热水循环泵19、回质真空阀20、冷凝器I 21、冷凝器II 22、吸附器I 23、吸附器II 24、蒸发器I 25、蒸发器II 26、二级蒸发器27、冷却水循环泵28及冷却塔29。设置合适的运行参数，通过控制柜35控制电动球阀6～16、冷冻水循环泵18、热水循环泵19、回质真空阀20、冷却水循环泵28及冷却塔29中风机的运行，高效回热回质型连续制冷吸附制冷机按以回热回质循环方式工作。冷却水循环泵28及冷却塔29在机组运行时提供冷却水，采用循环泵18使高效回热回质型连续制冷吸附制冷机产生的冷冻水流经表冷器32，用于冷却来自仓内的空气。

粮仓送风及空气调节系统III包括：风量调节阀30、粮仓送风风机31、表冷器32、及送、回风管道33。粮仓送风风机31将粮仓34中的空气抽出，使之流经表冷器32。来自粮仓34中的空气在表冷器32内与高效回热回质型连续制冷吸附制冷机的冷冻水进行热交换，降温后再送入粮仓34，通过调节风量调节阀30控制粮仓送风温度。

控制系统IV主要包括温湿度传感器、集热循环泵温差控制器、温度变送器、A/D转换模块、可编程逻辑控制器、文本显示器及手/自动切换开关等；除温湿度传感器外，集热循环泵温差控制器、温度变送器、A/D转换模块、可编程逻辑控制器、文本显示器及手/自动切换装置等控制器件均安装在控制柜35内及面板上，各器件的连接关系如图2所示。在自动运行模式下，以分层蓄热水箱上部热水温度及粮仓送回风温度作为控制信号；温湿度传感器、集热循环泵温差控制器、温度变送器、A/D转换模块、可编程逻辑控制器及文本显示器均可采用现有技术和现有产品。

Claims

1、一种太阳能制冷低温储粮空气调节系统，包括粮仓送风及空气调节系统，其特征是所述的系统还包括太阳能集热装置，高效回热回质型连续制冷吸附制冷机和控制系统；太阳能集热装置中分层蓄热水箱的热水出口连接高效回热回质型连续制冷吸附制冷机的热水入口，高效回热回质型连续制冷吸附制冷机的冷冻水进出口与粮仓送风及空气调节系统中表冷器的冷冻水进出口连接；控制系统中用于控制太阳能集热装置中的集热循环泵运行的温度传感器接入温差控制器，其探头分别布置在太阳能集热器的进出口，温湿度传感器接入A/D转换模块，其探头分别布置在表冷器风管的进出口，其余各温度传感器均接入温度变送器，其探头分别布置在分层蓄热水箱上部、高效回热回质型连续制冷吸附制冷机热水机冷却水入口，温度变送器与A/D转换模块相连，A/D转换模块的输出信号送入可编程逻辑控制器PLC。

2、根据权利要求1所述的太阳能低温储粮空气调节系统，其特征是太阳能集热装置由太阳能集热器阵列、分层蓄热水箱、集热循环泵，切换阀门构成，在分层蓄热水箱中设置挡流板，设置的切换阀门并接在集热循环泵与分层蓄热水箱的连接管道中。

3、根据权利要求1所述的太阳能低温储粮空气调节系统，其特征是高效回热回质型连续制冷吸附制冷机主要由两个吸附单元及二级蒸发器构成，每个吸附单元包括一个吸附器、一个冷凝器及一个蒸发器，其中吸附器里填充有适量的微孔球形硅胶，三者封装在一个真空腔里，两吸附单元的真空腔通过一个回质真空阀相连。

4、根据权利要求1所述的太阳能低温储粮空气调节系统，其特征是控制系统由温度传感器、温湿度传感器、集热循环泵温差控制器、温度变送器、A/D转换模块、可编程逻辑控制器、文本显示器及手/自动切换开关构成。

5、根据权利要求1所述的太阳能低温储粮空气调节系统，其特征是系统在自动运行模式下，以分层蓄热水箱上部热水温度及粮仓送回风温度作为控制信号。