CN209672642U - 太阳能驱动吸收式过冷的co2跨临界双级压缩制冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能驱动吸收式过冷的CO₂跨临界双级压缩制冷系统。本实用新型的太阳能驱动吸收式制冷系统包括循环加热器和吸收式制冷系统，所述循环加热器包括集热器、蓄热箱、水泵。所述吸收式制冷系统包括蒸发‑冷凝器、吸收器、溶液泵、节流阀、溶液热交换器、发生器、冷凝器。用于过冷所述CO₂跨临界双级压缩制冷系统，增大制冷量，提高系统性能。所述CO₂跨临界双级压缩制冷系统包括低温蒸发器、中温蒸发器、低温压缩机、高温压缩机、并行压缩机、气体冷却器、冷凝‑蒸发器、高压节流阀、气液分离器、中压节流阀、低压节流阀、旁通阀。两系统相耦合，二者相辅相成，解决了夏季因环境温度升高CO₂双级压缩系统性能降低的问题。

Description

太阳能驱动吸收式过冷的CO2跨临界双级压缩制冷系统

技术领域

本实用新型涉及制冷技术领域，具体涉及一种太阳能驱动吸收式过冷的CO₂跨临界双级压缩制冷系统。

背景技术

在国际社会的共同努力下，发达国家和部分发展中国家做出了相应的承诺来控制臭氧层破坏和温室效应，其中高“ODP”和高“GWP”工业化工产品的生产受到了严格的限制。在工业产品中，制冷剂作为制冷和空调系统中大量使用的工业产品在过去100年间得到了广泛的应用。在基于控制臭氧层破坏和温室效应的背景下，制冷剂的生产和应用也受到相应的控制。目前，大量使用的HCFC类制冷剂将在2030年前削减至维修保养量，部分HFC类制冷剂可能会成为中间过渡产品。研究人员总结，解决制冷剂应用的技术方案有两条技术路线，第一条技术路线是继续研发零“ODP”和低“GWP”的人工制冷剂(例如R1234yf，R1234ze)，另一条路线是采用自然制冷剂(例如NH₃、CO₂、丙烷、水等)。大家得到共识的是，最终制冷剂的方案应该是选择人工制冷剂，尤其是NH₃、CO₂、丙烷、水等制冷剂将在未来制冷系统中得到广泛应用。

CO₂作为制冷剂使用有其优点和缺点，其优点是特别适合用于热泵热水器的应用工况，可实现热水的即时加热，出水温度可达到55～65℃，甚至可以实现更高温度。但其缺点也非常鲜明，制冷系统效率低、系统运行压力高，当然运行压力高的问题可以通过在设备加工过程中提高压力容器承压能力来解决，而系统运行效率低的问题则不能通过自身在解决，需要对CO₂制冷热泵系统进行改进才能提高效率。常用的提高CO₂跨临界制冷系统效率的方法有采用膨胀机代替节流阀、回热循环、气体冷却器出口过冷、混合工质等。其中，采用气体冷却器出口过冷的方式可有效降低系统运行压力，提高系统效率，具有较为良好的实际应用价值。在气体冷却器出口气体过冷的方法中，过冷的方式可选择采用单级蒸气压缩式制冷系统、吸收式制冷系统等方案。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种太阳能驱动吸收式过冷的CO₂跨临界双级压缩制冷系统，在减少能源消耗的同时，增大制冷量，并提高系统性能。

为解决以上技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种太阳能驱动吸收式过冷的CO₂跨临界双级压缩制冷系统，其特征在于，所述制冷系统包括太阳能驱动吸收式制冷系统和CO₂跨临界双级压缩制冷系统；

所述太阳能驱动吸收式制冷系统包括循环加热器和吸收式制冷系统，所述循环加热器包括集热器、蓄热箱，所述吸收式制冷系统包括蒸发-冷凝器、吸收器、溶液泵、节流阀、溶液热交换器、发生器、冷凝器；所述集热器上方与蓄热箱上方通过绝热水管连接，所述蓄热箱内的热水通过管道与发生器连接，水泵一将被冷却的水泵入所述蓄热箱下方，所述蓄热箱下方通过水泵二将冷水泵入集热器下方，吸收器出口、溶液泵、溶液热交换器、发生器、冷凝器依次首尾通过管道连接，发生器的制冷剂液体出口通过设置溶液热交换器和节流阀的管路连接吸收器入口；

所述CO₂跨临界双级压缩制冷系统包括低温蒸发器、中温蒸发器、低温压缩机、高温压缩机、并行压缩机、气体冷却器、冷凝-蒸发器、高压节流阀、气液分离器、中压节流阀、低压节流阀、旁通阀，所述低温蒸发器与低温压缩机串联连接后与中温蒸发器并联连接，并联压缩机与高温压缩机并联连接，随后依次串联连接冷凝器、冷凝-蒸发器、高压节流阀、气液分离器入口，气液分离器出口通过设置有旁通阀的管路连接高温压缩机，气液分离器出口通过管路连接并行压缩机，所述低压节流阀与所压节流阀分别串接在低温蒸发器、中温蒸发器之前；冷凝器的制冷剂出口通过设置阀的管路连接冷凝-蒸发器的制冷剂入口，冷凝-蒸发器的制冷剂出口通过管路连接吸收器，太阳能驱动吸收式过冷制冷系统和CO₂跨临界双级压缩制冷系统通过所述蒸发-冷凝器耦合在一起。

所述CO₂跨临界双级压缩制冷系统的设计方法为：所述低温压缩机吸入所述低温蒸发器出口的制冷剂蒸汽，等熵压缩到中间压力，再进入所述中温压缩机等熵压缩到高温高压过热状态；随后进入气体冷却器等压冷凝，为增大制冷量，采用所述太阳能驱动吸收式过冷制冷系统对所述冷凝器出口的制冷剂过冷；再进入所述高压节流阀绝热节流，降温降压；接着进入所述中间冷却器进行气液分离，分离的制冷剂蒸汽一部分进入所述并行压缩机在较高压力下进行等熵压缩，另一部分制冷剂蒸汽进入所述旁通阀绝热节流到中间压力与从所述低温压缩机出来的制冷剂过热蒸汽混合进入所述中温压缩机；从气液分离器分离出的制冷剂饱和液体一部分经过所述中压节流阀绝热节流到中间压力；再进入到所述中温蒸发器吸热等压蒸发，蒸发后的制冷剂蒸汽也与所述低温压缩机出口的制冷剂过热蒸汽混合进入所述中温压缩机；分离出的另一部分制冷剂饱和液体经过所述低压节流阀绝热节流到低温低压状态，进入所述低温蒸发器等压蒸发，再次进入所述低温压缩机进行循环。所述循环加热器的设计方法为：所述集热器吸收太阳光辐射后温度升高，所述集器内的存储水的温度也随之升高。所述储存水比重降低，经上面的水管进入所述蓄水箱上部。所述蓄水箱下部存储的冷水有较大比重，由所述蓄水箱下部的水管经所述水泵流到所述集热器的下方。流进的冷水在所述集热器内吸收热量后，水的比重减轻上升到所述蓄热箱内，依次循环下去。所述蓄热箱内的热水用于加热所述吸收式制冷系统中所述发生器内的浓氨溶液。

所述吸收式制冷系统的设计方法为：所述吸收式制冷系统包括制冷剂的循环和溶液循环两个过程。所述制冷剂循环过程为(以氨为例)：氨水溶液在所述发生器内受到所述蓄热器内热水加热后，溶液中的氨不断汽化，所述发生器内的氨水溶液浓度不断降低，进入所述吸收器；氨蒸气进入所述冷凝器，被所述冷凝器内的冷却水降温后凝结为高压低温的液态氨；所述冷凝器内的液态氨通过所述节流阀节流；再进入所述蒸发-冷凝器吸收所述CO₂跨临界双级压缩系统中所述冷凝器出口的制冷剂热量，从而达到为所述CO₂跨临界双级压缩制冷系统过冷的目的；在此过程中，低温氨蒸气进入所述吸收器被氨水稀溶液吸收，溶液浓度逐步升高，再由所述溶液泵送回所述发生器，完成整个吸收式制冷系统的循环。同时，由于氨水浓溶液在所述吸收器内温度较低，所以增加一个所述溶液热交换器使所述发生器流出的高温稀溶液与所述吸收器流出的低温浓溶液进行热交换，提高浓溶液进入所述发生器的温度。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型所述太阳能驱动吸收过冷CO₂跨临界双级压缩制冷系统受基础装置性能影响大。当夏季阳光充足，室外环境温度较高，CO₂跨临界双级压缩子系统性能变差，而太阳能驱动吸收式过冷子系统的性能变好，更能有效的实现CO₂跨临界双级压缩系统的过冷，提高CO₂跨临界双级压缩系统制冷量及性能，二者相辅相成。

2)本实用新型所述太阳能驱动吸收过冷CO₂跨临界双级压缩制冷系统应用于商超制冷系统中，有效利用太阳能并实现了所述CO₂跨临界双级压缩系统的过冷，节能、环保且经济效益显著，符合经济与社会的可持续性发展战略。

3)本实用新型采用CO₂跨临界双级压缩系统解决了单级压缩系统因压比过大而引起压缩终了过热蒸气的温度高，从而导致输气系数、单位制冷量、单位容积制冷量、制冷系数均下降以及压缩机功耗增加、润滑油炭化等一系列问题。

附图说明

图1所示为本实用新型的原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型太阳能驱动吸收式过冷的CO₂跨临界双级压缩制冷系统原理图如图1所示，所述制冷系统包括太阳能驱动吸收式制冷系统和CO₂跨临界双级压缩制冷系统。所述太阳能驱动吸收式制冷系统包括循环加热器和吸收式制冷系统。所述循环加热器包括集热器20、水泵一17、蓄热箱18、水泵二19。所述集热器20上方与所述蓄热箱18上方通过绝热水管连接，所述蓄热箱18内的热水通过管道与所述发生器21连接，所述水泵一17将被冷却的水泵入所述蓄热箱18下方，所述蓄热箱18下方通过所述水泵二19将冷水泵入所述集热器20下方，依次循环下去。

所述吸收式制冷系统包括蒸发-冷凝器6、吸收器13、溶液泵14、节流阀15、溶液热交换器16、发生器21、冷凝器22。所述吸收器13出口、溶液泵14、溶液热交换器16、发生器21、冷凝器22依次首尾通过管道连接，发生器21的制冷剂液体出口通过设置溶液热交换器16和节流阀15的管路连接吸收器13入口。

所述CO₂跨临界双级压缩制冷系统包括低温蒸发器1、中温蒸发器11、低温压缩机2、高温压缩机3、并行压缩机4、气体冷却器5、冷凝-蒸发器6、高压节流阀7、气液分离器8、中压节流阀9、低压节流阀10、旁通阀12。所述低温蒸发器1与低温压缩机2串联连接后与中温蒸发器11并联连接，并行压缩机4与高温压缩机3并联连接，随后依次串联连接冷凝器5、冷凝-蒸发器6、高压节流阀7、气液分离器8入口，气液分离器8出口通过设置有旁通阀12的管路连接高温压缩机3，气液分离器8出口通过管路连接并行压缩机4，所述低压节流阀10与所述中压节流阀9分别串接在所述低温蒸发器1、所述中温蒸发器11之前；冷凝器22的制冷剂出口通过设置阀23的管路连接冷凝-蒸发器6的制冷剂入口，冷凝-蒸发器6的制冷剂出口通过管路连接吸收器13，太阳能驱动吸收式过冷制冷系统和CO₂跨临界双级压缩制冷系统通过所述蒸发-冷凝器6耦合在一起。

所述CO₂跨临界双级压缩制冷系统的设计方法为：所述低温压缩机2吸入所述低温蒸发器1出口的制冷剂蒸汽，等熵压缩到中间压力；再进入所述中温压缩机3等熵压缩到高温高压过热状态；随后进入气体冷却器5等压冷凝，为增大制冷量，采用所述蒸发-冷凝器6对所述冷凝器5出口的制冷剂过冷；再进入所述高压节流阀7绝热节流，降温降压；接着进入所述中间冷却器8进行气液分离，分离的制冷剂蒸汽一部分进入所述并行压缩机4在较高压力下进行等熵压缩，另一部分制冷剂蒸汽进入所述旁通阀12绝热节流到中间压力，与从所述低温压缩机2出来的制冷剂过热蒸汽混合进入所述中温压缩机3；从所述气液分离器8分离出的制冷剂饱和液体一部分经过所述中压节流阀9绝热节流到中间压力，再进入到所述中温蒸发器11吸热等压蒸发，蒸发后的制冷剂蒸汽也与所述低温压缩机2出口的制冷剂过热蒸汽混合进入所述中温压缩机3；分离出的另一部分制冷剂饱和液体经过所述低压节流阀10绝热节流到低温低压状态，进入所述低温蒸发器1等压蒸发，再次进入所述低温压缩机2进行循环。

所述循环加热器的设计方法为：所述集热器20吸收太阳光辐射后温度升高，所述集器内20的存储水的温度也随之升高。所述储存水比重降低，经上面的水管进入所述蓄水箱18上部。所述蓄水箱18下部存储的冷水有较大比重，由所述蓄水箱18下部的水管经所述水泵二19流到所述集热器20的下方。流进的冷水在所述集热器20内吸收热量后，水的比重减轻上升到所述蓄热箱18内，依次循环下去。所述蓄热箱18内的热水用于加热所述吸收式制冷系统中所述发生器21内的浓氨溶液。

所述吸收式制冷系统的设计方法为：所述吸收式制冷系统包括制冷剂的循环和溶液循环两个过程。所述制冷剂循环过程为(以氨吸收式制冷系统为例)：氨水溶液在所述发生器21内受到所述蓄热器18内的热水加热后，溶液中的氨不断汽化，所述发生器21内的氨水溶液浓度不断降低，进入所述吸收器13；氨蒸气进入所述冷凝器22，被所述冷凝器22内的冷却水降温后凝结，成为高压低温的液态氨；所述冷凝器22内的液态氨通过所述节流阀23节流，再进入所述蒸发-冷凝器6吸收从所述CO₂跨临界双级压缩系统中所述冷凝器5出口的制冷剂热量，从而达到为所述CO₂跨临界双级压缩制冷系统过冷的目的；在此过程中，低温氨蒸气进入所述吸收器13被氨水稀溶液吸收,溶液浓度逐步升高，再由所述溶液泵14送回所述发生器21，完成整个吸收式制冷系统的循环。同时，由于氨水浓溶液在所述吸收器13内温度较低，所以增加一个所述溶液热交换器15，使所述发生器21流出的高温稀溶液与所述吸收器13流出的低温浓溶液进行热交换，提高浓溶液进入所述发生器21的温度。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (1)

1.一种太阳能驱动吸收式过冷的CO₂跨临界双级压缩制冷系统，其特征在于，所述制冷系统包括太阳能驱动吸收式制冷系统和CO₂跨临界双级压缩制冷系统；

所述太阳能驱动吸收式制冷系统包括循环加热器和吸收式制冷系统，所述循环加热器包括集热器、蓄热箱，所述吸收式制冷系统包括蒸发-冷凝器、吸收器、溶液泵、节流阀、溶液热交换器、发生器、冷凝器；所述集热器上方与蓄热箱上方通过绝热水管连接，所述蓄热箱内的热水通过管道与发生器连接，水泵一将被冷却的水泵入所述蓄热箱下方，所述蓄热箱下方通过水泵二将冷水泵入集热器下方，吸收器出口、溶液泵、溶液热交换器、发生器、冷凝器依次首尾通过管道连接，发生器的制冷剂液体出口通过设置溶液热交换器和节流阀的管路连接吸收器入口；

所述CO₂跨临界双级压缩制冷系统包括低温蒸发器、中温蒸发器、低温压缩机、高温压缩机、并行压缩机、气体冷却器、冷凝-蒸发器、高压节流阀、气液分离器、中压节流阀、低压节流阀、旁通阀，所述低温蒸发器与低温压缩机串联连接后与中温蒸发器并联连接，并联压缩机与高温压缩机并联连接，随后依次串联连接冷凝器、冷凝-蒸发器、高压节流阀、气液分离器入口，气液分离器出口通过设置有旁通阀的管路连接高温压缩机，气液分离器出口通过管路连接并行压缩机，所述低压节流阀与所压节流阀分别串接在低温蒸发器、中温蒸发器之前；冷凝器的制冷剂出口通过设置阀的管路连接冷凝-蒸发器的制冷剂入口，冷凝-蒸发器的制冷剂出口通过管路连接吸收器，太阳能驱动吸收式过冷制冷系统和CO₂跨临界双级压缩制冷系统通过所述蒸发-冷凝器耦合在一起。