CN102242984B - 太阳能辅助热机驱动式制冷装置 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能辅助热机驱动式制冷装置，包括压缩机、冷凝器、焓差比例调节阀、节流阀和蒸发器，在该制冷装置中还包括工质泵、锅炉、太阳能集热器和汽轮机，工质泵的工质出口端与锅炉和太阳能集热器的一端相连接，锅炉和太阳能集热器的另一端与汽轮机相连接，汽轮机的工质管道出口与冷凝器相连接，汽轮机的输出轴与压缩机的转轴同轴相连接。本发明在现有的压缩机制冷循环基础上增设一个动力循环，由于压缩机和汽轮机共轴，***具有迅速的满负荷运行响应能力，结构紧凑、流程简单，该装置对电力匮乏领域的空间供冷和部件冷却以及小型区域供冷方面具有良好的应用前景，并对节能减排、保护环境等方面具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及机械领域，特别涉及制冷装置，具体是一种太阳能辅助热机驱动式制冷装置。
背景技术
随着国民经济发展和人民生活水平的提高，空调已成为人们日常生活的一部分，据测算，在酒店、办公楼、医院等一般民用建筑物中，空调能耗占总能耗的50%以上，已成为一个耗能大户。目前空调供冷多采取电能驱动压缩机压缩制冷方式，消耗了大量高品质的电能，给能源与环境带来了很大的压力。而当前能源紧缺已成为一个不容回避的问题，同时常规能源的使用对环境造成的危害也日益严重，开发新能源显得尤为必要。
近年来，由于能源价格的提高及节能减排的实际需要，探索利用低品位能源进行制冷的技术，受到人们的广泛关注。正是在这种背景下，利用太阳能这一取之不尽用之不竭的洁净能源为取代常规能源驱动空调制冷***，正日益受到各国的重视，成为目前新能源研究领域和工程应用领域的热点。太阳能制冷具有节能、环保、季节匹配性强等优点，已成为可再生能源领域及暖通空调领域的研究热点。太阳能制冷是根据热力学第二定律，利用太阳能作为低温物体向高温物体进行热量转移时的补偿能量来进行的制冷方式。理论上讲，有两种太阳能制冷方式：（1）太阳能光热转换制冷，即太阳能转换成热能或机械能，利用热能或机械能作为外界补偿，使低温***维持所需要的低温；（2）太阳能发电，以电能驱动常规压缩机制冷。以热能驱动的太阳能制冷，无论在技术性能方面还是在经济性方面，都优于电驱动的太阳能制冷。
目前太阳能制冷***有以传统的LiBr-H2O吸收式制冷的热源采用太阳能的太阳能吸收式制冷***、以沸石-水、活性炭-甲醇等作为吸附剂-制冷剂；利用物质的物态变化达到制冷目的的太阳能吸附式制冷***、太阳能氨-水制冰***、太阳能喷射制冷***等。上述太阳能制冷***无一例外地存在结构复杂，***庞大、效率较低等不足。因此，要实现高效太阳能制冷，必须开发出高温高效的太阳能集热器，同时开发出与之匹配的制冷方式和蓄能方式，合理组织构建集热过程及热驱动制冷过程。
中国发明专利“蓄能型太阳能喷射制冷装置”（申请日2008 年04月07日，授权公告日2010年08月11日，授权公告号CN 1O1251314B）公开的利用太阳能的制冷装置，其中设有蓄冷箱，在管路中还设有多个三通阀，该***的结构复杂，同时***的制冷能力受蓄冷箱蓄冷能力的限制；再者本***单纯依靠太阳能制冷，当天气不好、太阳辐射强度较弱时其制冷效果较差。中国实用新型专利“太阳能一地源热泵空调热水设备”（申请日2003年10月11日，申请号200320101152.8，授权公告号CN 2748843Y）公开了一种太阳能一地源热泵空调热水设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能辅助热机驱动式制冷装置，所述的这种太阳能辅助热机驱动式制冷装置要解决现有技术中采用太阳能的制冷装置结构复杂、容易出故障的技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：包括压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器，在该制冷装置中还包括工质泵、锅炉、太阳能集热器和汽轮机，压缩机、冷凝器、焓差比例调节阀、节流阀和蒸发器通过工质管道顺次相连接构成制冷循环，该工质泵的工质入口端与冷凝器相连接，工质泵的工质出口端与锅炉和太阳能集热器的一端相连接，锅炉和太阳能集热器的另一端与汽轮机的工质管道入口相连接，汽轮机的工质管道出口与冷凝器相连接，冷凝器、工质泵、锅炉、太阳能集热器和汽轮机构成动力循环，汽轮机的输出轴与压缩机的转轴同轴相连接。
该制冷装置中还包括焓差比例调节阀，该焓差比例调节阀的工质入口端与冷凝器的工质出口端相连接，该焓差比例调节阀中设有两个工质出口分别与节流阀和工质泵相连接。
焓差比例调节阀是一工质流量自动分配阀，由四个温度温度传感器、四个压力传感器和控制芯片及阀本体构成，阀本体是具一个入口、两个出口的电磁阀，在压缩机进出口分别设置有一个温度传感器和一个压力传感器，在汽轮机进出口分别设置有一个温度传感器和一个压力传感器，该四个温度传感器和四个压力传感器的信号线接至控制芯片，控制芯片的信号输出端与阀本体的控制端相连接。
在压缩机和汽轮机的进出口设置的温度传感器和压力传感器为温度、压力一体化传感器。
所述工质管道采用壁厚为1mm的铜管。
所述太阳能集热器为太阳能集热板。
本发明和已有技术相比，其效果是积极和明显的。本发明在现有的压缩机制冷循环基础上增设一个由工质泵、锅炉、太阳能集热器和汽轮机构成的动力循环，将汽轮机与压缩机同轴设置，由工质泵从冷凝器经焓差比例调节阀引出的部分工质，经太阳能集热器或锅炉加热后，推动汽轮机做功，压缩机接受汽轮机输出的轴功，实现制冷剂压缩、进一步制冷，由于压缩机和汽轮机共轴，***具有迅速的满负荷运行响应能力，结构紧凑、流程简单，该装置对电力匮乏领域的空间供冷和部件冷却以及小型区域供冷方面具有良好的应用前景，并对节能减排、保护环境等方面具有重要意义。
附图说明
图1是本发明的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图通过实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，在本实施例中，包括压缩机1、冷凝器2、焓差比例调节阀的阀本体3、节流阀4和蒸发器5，压缩机1、冷凝器2、焓差比例调节阀的阀本体3、节流阀4和蒸发器5通过工质管道顺次相连接，在该制冷装置中还包括工质泵6、锅炉7、太阳能集热器8和汽轮机9，该工质泵6的工质入口端经焓差比例调节阀的阀本体3通过工质管道与冷凝器2相连接，工质泵6的工质出口端与锅炉7和太阳能集热器8的一端相连接，锅炉7和太阳能集热器8的另一端与汽轮机9的工质管道入口相连接，汽轮机9的工质管道出口与冷凝器2相连接，汽轮机9的输出轴10与压缩机1的转轴10同轴相连接，阀本体3是具一个入口、两个出口的电磁阀，阀本体的工质入口端与冷凝器的工质出口端相连接，阀本体的两个出口分别与节流阀和工质泵相连接。在压缩机1进出口分别设置有一个温度、压力一体化传感器11，在汽轮机9进出口分别设置有一个温度传、压力一体化传感器，采用温度、压力一体化传感器，既可以检测温度也可检测压力，而且还节省安装空间，该四个温度压力一体化传感器的信号线接至控制芯片12，控制芯片12的信号输出端与阀本体3的控制端相连接，这样由阀本体、四个温度压力一体化传器和控制芯片构成了焓差比例调节阀，控制芯片接受来自汽轮机和压缩机进出口的温度与压力信号，通过计算分析，，通过电磁线圈控制阀本体的阀芯移动，调节阀本体两个出口的开口大小，使其一个出口的开口变大而另一个出口的开口变小，以调节从两个出口流出的工质流量，对工质流量进行自动分配。
工质管道采用壁厚为1mm的铜管，所述太阳能集热器为太阳能集热板，锅炉可采用燃气锅炉。
由压缩机、冷凝器、焓差比例调节阀的阀本体、节流阀、蒸发器通过铜管依次连接构成闭合回路，构成制冷循环单元；由工质泵、锅炉、太阳能集热板、汽轮机、冷凝器和焓差比例调节阀的阀本体通过铜管依次连接构成闭合回路，构成动力循环单元。在制冷循环单元回路中，制冷工质经压缩机压缩后，变成高温高压蒸气进入冷凝器，此时，经焓差比例调节阀分配的部分蒸气经工质泵进入动力循环单元循环，另一部分蒸气通过冷凝器与外界完成热交换后至过冷状态，再经节流阀节流后变成低温低压的两相流体，在蒸发器中完成与外界的热交换，从而形成一制冷循环回路中；工质泵经焓差比例调节阀从冷凝器供过来的高温高压蒸气经太阳能集热板（或燃气锅炉）加热后达到更高温度和压力，推动汽轮机输出轴功，由于压缩机与汽轮机共轴，因此压缩机可以接受汽轮机的轴功，用于工质压缩，以提高制冷循环工作效率，完成做功后的乏气回流至冷凝器。两个循环单元的回路共用一个冷凝器，制冷循环单元回路的压缩机耗功通过与动力循环单元回路汽轮机共轴形式由汽轮机提供，两个回路形成一结构紧凑的制冷装置。本装置实现了汽轮机和压缩机的一体化，结构紧凑。
Claims (5)
1.一种太阳能辅助热机驱动式制冷装置，包括压缩机（1）、冷凝器（2）、节流阀（4）和蒸发器（5），其特征在于：在该制冷装置中还包括工质泵（6）、锅炉（7）、太阳能集热器（8）和汽轮机（9），压缩机（1）、冷凝器（2）、焓差比例调节阀、节流阀（4）和蒸发器（5）通过工质管道顺次相连接构成制冷循环（I），该焓差比例调节阀的工质入口端与冷凝器（2）的工质出口端相连接，该焓差比例调节阀中设有两个工质出口分别与节流阀（4）和工质泵（6）相连接，工质泵（6）的工质出口端与锅炉（7）和太阳能集热器（8）的一端相连接，锅炉（7）和太阳能集热器（8）的另一端与汽轮机（9）的工质管道入口相连接，汽轮机（9）的工质管道出口与冷凝器（2）相连接，冷凝器（2）、工质泵（6）、锅炉（7）、太阳能集热器（8）和汽轮机（9）构成动力循环（II），汽轮机（9）的输出轴（10）与压缩机（1）的转轴（10）同轴相连接。
2.如权利要求1所述的太阳能辅助热机驱动式制冷装置，其特征在于：焓差比例调节阀是一工质流量自动分配阀，由四个温度传感器、四个压力传感器和控制芯片（12）及阀本体（3）构成，阀本体（3）是具一个入口、两个出口的电磁阀，在压缩机（1）进出口分别设置有一个温度传感器和一个压力传感器，在汽轮机（9）进出口分别设置有一个温度传感器和一个压力传感器，该四个温度传感器和四个压力传感器的信号线接至控制芯片（12），控制芯片（12）的信号输出端与阀本体（3）的控制端相连接。
3.如权利要求2所述的太阳能辅助热机驱动式制冷装置，其特征在于：在压缩机和汽轮机的进出口设置的温度传感器和压力传感器为温度、压力一体化传感器（11）。
4.如权利要求1所述的太阳能辅助热机驱动式制冷装置，其特征在于：所述工质管道采用壁厚为1mm的铜管。
5.如权利要求1所述的太阳能辅助热机驱动式制冷装置，其特征在于：所述太阳能集热器（8）为太阳能集热板。
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