CN103292513A - 太阳能驱动单双效耦合型溴化锂制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太阳能驱动单双效耦合型溴化锂制冷机，包括太阳能中温集热器、燃气锅炉、储热水箱、集热循环泵、高温热交换器、低温热交换器、溴化锂溶液泵、吸收器、冷剂水循环泵、蒸发器、换热末端、空调房间、膨胀阀、冷却水循环泵、冷却塔、冷凝器、低压发生器、高压发生器、热水循环泵、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门。本发明可以根据太阳能集热***的特点，利用***单效与双效地切换，充分高效地利用太阳能，减少常规燃气驱动溴化锂制冷机对一次能源的消耗，绿色环保。

Description

太阳能驱动单双效耦合型溴化锂制冷机

技术领域

本发明涉及太阳能利用与空调技术领域，具体为一种太阳能驱动单双效耦合型溴化锂制冷机。

背景技术

太阳能是分布广泛、使用清洁的可再生能源，有望在未来社会能源结构中发挥更加重要的作用。其中利用太阳能进行供热、采暖和制冷是实现规模化、低成本利用太阳能的重要途径。特别是，近年来随着太阳能集热和采暖***的规模化应用，夏季太阳能热量过剩现象十分突出，各国学者都在积极寻找能够实现夏季利用太阳能进行空调制冷的有效方法，目的在于可以提高太阳能集热器的全年利用效率，另一方面可以开辟一条利用太阳能解决空调制冷需求的崭新技术途径。太阳能空调制冷的最大优点在于它有很好的季节匹配性，天气越热、越需要制冷的时候，太阳辐射条件越好，太阳能制冷***的制冷量也越大。

由于目前太阳能集热器主要用于热水***，通常集热温度在90℃以下，因此以往太阳能空调研究应用重点在与普通太阳能集热器匹配的太阳能空调技术方面，特别是生产技术相对成熟的单效吸收式制冷机组，应用较多。但是与低温太阳能集热技术结合的太阳能空调也存在一些问题，一方面由于热源温度低（60-90℃），与其匹配的吸收或吸附制冷机组一般制冷热力COP在0.4-0.7之间。另一方面为了保障太阳能空调的连续性问题，一般采用燃气或燃油锅炉作为辅助热源。对于太阳能保证率低的太阳能空调***，往往会由于热力COP低而失去应有的优势（与常规空调***相比）。与溴化锂吸收式空调匹配可以选用制冷热力COP为1.2的双效产品，但其需要150℃的热源，常规的直燃式溴化锂吸收式制冷机就是采用燃油或燃气锅炉驱动的溴化锂吸收式双效制冷机。若要采用太阳能驱动，则***需要匹配相应的中温集热器。

另外，对太阳能集热器而言，受太阳辐射水平的限制，一天当中，集热器供热温度在早晚时候较低，中午前后达到最高。对中温集热器驱动的太阳能空调***，一般在接近中午时，集热温度才能满足双效制冷运行要求，在上午和下午一部分时间，仅能满足单效制冷运行条件。因此，要延长太阳能空调制冷***制冷时间，最好的办法是采用单效/双效自动切换的运行模式，根据一天中太阳能集热器供热温度变化，自动在单效和双效模式之间切换，以满足高效、长时间制冷需求。

通过对现有技术文献的检索发现，中国专利申请公布号为：CN101886854A，发明名称为：单双效吸收式冷冻机。提出了一种单双效切换的制冷机，重点在于阐述如何根据制冷负载的变更来控制中间稀溶液泵的运转能力。从结构上来看，其在原直燃双效吸收式制冷机的基础上额外增加了用于单效运行的发生器和冷凝器，其用于单效运行的发生器需要其他的热源水进行供应。并且当单效运行时，原直燃式双效机组的高低压发生器以及冷凝器均不工作，***部件利用率低。

中国专利申请公开号为：CN101231043A，发明名称为：单双效吸收式制冷机及其操作控制方法。提出的单双效制冷机结构与CN10188854A中的单双效吸收式冷冻机相似，同样是增加了额外的用于单效运行的发生器和冷凝器。并且双效运行仅靠燃气锅炉作为热源，并未涉及太阳能利用，一次能源消耗大。

中国专利申请公开号为：CN101526283A，发明名称为：烟气热水单双效复合型溴化锂吸收式冷水、冷热水机组。提出的烟气热水单双效复合型溴化锂吸收式冷水、冷热水机组与上述公开号为CN101231043A和CN101886854A所公开的技术方案的主要区别在于其在原双效机组上只增加了用于单效运行的热水发生器，结构较以上两者简单。其与本发明的主要区别在于其双效运行热源采用的是其他装置产生高温烟气，属于余热利用领域，而本发明中双效运行时的热源由太阳能中温集热器提供，为新能源与可再生资源利用领域，且由于两者发生器热源的形式不同，其结构形式也必将会有显著的区别。并且其在单效运行时额外增加了一台溶液泵，而本发明中仅靠管路阀门切换实现功能。

发明内容

本发明针对以上现有技术中的问题和不足，提出了一种太阳能驱动单双效耦合型溴化锂吸收式制冷机。通过在低压发生器中加入单效热水换热器，并进行相关阀门启闭的控制，实现在不同水温的情况下制冷机组单效工况与双效工况的切换。可以充分利用不同时段的太阳能集热***热水的品位，实现单双效自动切换，高效地利用太阳能制冷，解决太阳能***夏季热量过剩的问题并且太阳能集热***可同时提供生活热水，冬季也可用于采暖。太阳辐照不足但有制冷需求时采用燃气锅炉驱动双效制冷工况运行。

本发明提供的太阳能驱动单双效耦合型溴化锂制冷机，包括太阳能中温集热器1、燃气锅炉3、储热水箱6、集热循环泵7、高温热交换器9、低温热交换器10、溴化锂溶液泵13、吸收器14、冷剂水循环泵15、蒸发器16、换热末端17、空调房间18、膨胀阀19、冷却水循环泵20、冷却塔21、冷凝器22、低压发生器23、高压发生器24、热水循环泵26、第一阀门2、第二阀门4、第三阀门5、第四阀门8、第五阀门11、第六阀门12、第七阀门25、第八阀门27，其中：太阳能中温集热器1与储热水箱6和集热循环泵7相连组成集热环路；高压发生器24连接低压发生器23，低压发生器23连接冷凝器22，冷凝器22通过膨胀阀19连接蒸发器16，蒸发器16连接吸收器14，吸收器14通过溴化锂溶液泵13分别与高温热交换器9和低温热交换器10相连，高温热交换器9与高压发生器24相连，低温热交换器10与低压发生器23相连，以组成单双效溴化锂制冷机；冷却塔21通过冷却水循环泵20分别与吸收器14和冷凝器22相连组成冷却水环路；换热末端17置于空调房间18内，换热末端17与蒸发器16相连组成末端循环环路；第一阀门(2)分别连接太阳能中温集热器1与储热水箱6；第二阀门4分别连接燃气锅炉3与高压发生器24；第三阀门5分别连接燃气锅炉3与高压发生器24；第四阀门8分别连接储热水箱6与高压发生器24；第五阀门11分别连接溴化锂溶液泵13与高温热交换器9；第六阀门12分别连接溴化锂溶液泵13与低温热交换器10；第七阀门25分别连接热水循环泵26与低压发生器23；第八阀门27分别连接高压发生器24与太阳能中温集热器1；冷剂水循环泵15两端均连接蒸发器16，溴化锂溶液泵13两端均连接吸收器14。

优选地，所述低压发生器23内设置有两组换热器，一组为蒸汽换热器2307，另一组为热水换热器2304，其中：蒸汽换热器2307与热水换热器2304均置于低压发生器23中，蒸汽换热器2307分别连接高压发生器24与冷凝器22，热水换热器2304通过热水循环泵26与储热水箱6相连。

优选地，具有三种不同的运行模式：

第一模式，太阳能驱动单双效耦合型溴化锂制冷机双效运行：太阳能中温集热器1产生的热水直接进入高压发生器24；

第二模式，太阳能驱动单双效耦合型溴化锂制冷机单效运行：太阳能中温集热器1产生的热水进入低压发生器23中的热水发生器；

第三模式，燃气锅炉驱动单双效耦合型溴化锂制冷机双效运行：燃气锅炉3产生的热水进入高压发生器24。

优选地，根据太阳能中温集热器1出口温度自动选择相应的运行模式，并控制相关水泵阀门的开关。

优选地，利用太阳能中温集热器1产生的热水作为主要热源，在辐照条件不好时利用燃气锅炉3作为补充。

与现有技术相比，本发明可以根据太阳能集热***的特点，利用***单效与双效地切换，充分高效地利用太阳能，减少常规燃气驱动溴化锂制冷机对一次能源的消耗，绿色环保。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明太阳能驱动单双效耦合型溴化锂制冷机的流程示意图；

图2为本发明中低压发生器详图；

图3为本发明中单双效切换的控制逻辑图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

下面参照图1和图2说明本发明的实施例。图1是本发明的流程示意图，所述太阳能驱动单双效耦合型溴化锂制冷机包括：太阳能中温集热器1、燃气锅炉3、储热水箱6、集热循环泵7、高温热交换器9、低温热交换器10、溴化锂溶液泵13、吸收器14、冷剂水循环泵15、蒸发器16、换热末端17、空调房间18、膨胀阀19、冷却水循环泵20、冷却塔21、冷凝器22、低压发生器23、高压发生器24、热水循环泵26、第一阀门2、第二阀门4、第三阀门5、第四阀门8、第五阀门11、第六阀门12、第七阀门25、第八阀门27。下面就各种运行模式结合附图分别对本发明进行阐述。图2示出了稀溶液喷淋口2301、热源热水入口2302、热源热水出口2303、热水换热器2304、浓溶液出口口2305、高压发生器蒸汽出口2306、蒸汽换热器2307、高压发生器蒸汽入口2308、水蒸气出口2309。

1.由太阳能驱制冷机，第二阀门4、第三阀门5处于关闭状态：

（1）太阳能中温集热器1出口水温满足双效运行：第四阀门8开启，第五阀门11开启，第六阀门12开启，第八阀门27开启，第一阀门2关闭，第七阀门25关闭。太阳能中温集热器1出口热水进入高压发生器24，高压发生器24中溴化锂溶液被加热后产生高温水蒸气，自身浓度增大。由高压发生器24产生的高温水蒸气通过管道进入与其相连的低压发生器23，再次加热低压发生器23中的溴化锂溶液后进入冷凝器22中冷凝为液态水。低压发生器23中的溴化锂溶被加热后产生的水蒸气也进入冷凝器22中冷凝为液态水。冷凝器22中的液态水在经过膨胀阀19的节流降压后进入压力较低的蒸发器16，蒸发并吸收来自空调房间18中换热末端17的热量，降低其中介质的温度，通过冷剂水循环泵15实现连续制冷。在蒸发器16中蒸发后的低压水蒸气进入与其相连的吸收器14，被来自高压发生器24和低压发生器23的溴化锂浓溶液吸收，使进入吸收器14中的浓溶液稀释为稀溶液，并被溴化锂溶液泵13送往高温热交换器9与低温热交换器10。高压发生器24中的溴化锂溶液释放出水蒸气后自身浓度增高，通过管道进入高温热交换器9，与来自吸收器14中的稀溶液完成换热后进入吸收器14。吸收器14中的稀溶液经过高温热交换器9后进入高压发生器24，继续发生过程。同样地，低压发生器23中的溴化锂溶液释放出水蒸气后自身浓度增高，通过管道进入低温热交换器10，与来自吸收器14中的稀溶液完成换热后进入吸收器14。吸收器14中的稀溶液经过低温热交换器10后进入低压发生器23，继续发生过程。从高压发生器24出来的热水进入储热水箱6。集热循环泵7将储热水箱6中的水送入太阳能中温集热器1中再次加热，完成集热循环。冷却水循环泵20将冷却塔21中的冷却水送至吸收器14和冷凝器22中完成换热后再次进入冷却塔21蒸发冷却，完成冷却水循环。

（2）太阳能中温集热器1出口水温满足单效运行：第一阀门2开启，第六阀门12开启，第七阀门25开启，第四阀门8关闭，第五阀门11关闭，第八阀门27关闭。太阳能中温集热器1出口热水进入储热水箱6。由热水循环泵26将储热水箱6中的热水送至低压发生器23中，加热其中溴化锂溶液，随后经管路返回储热水箱6中。低压发生器23中的溴化锂溶液被加热后产生的水蒸气进入冷凝器22中冷凝为液态水。冷凝器22中的液态水在经过膨胀阀19的节流降压后进入压力较低的蒸发器16，蒸发并吸收来自空调房间18中换热末端17的热量，降低其中介质的温度，通过冷剂水循环泵15实现连续制冷。在蒸发器16中蒸发后的低压水蒸气进入与其相连的吸收器14，被来自低压发生器23的溴化锂浓溶液吸收，使进入吸收器14中浓溶液稀释为稀溶液，并被溴化锂溶液泵13送往低温热交换器10。低压发生器23中的溴化锂溶液释放出水蒸气后自身浓度增高，通过管道进入低温热交换器10，与来自吸收器14中的稀溶液完成换热后进入吸收器14。吸收器14中的稀溶液经过低温热交换器10后进入低压发生器23，继续发生过程。集热循环泵7将储热水箱6中的水送入太阳能中温集热器1中再次加热，完成集热循环。冷却水循环泵20将冷却塔21中的冷却水送至吸收器14和冷凝器22中完成换热后再次进入冷却塔蒸发冷却，完成冷却水循环。

2.当太阳辐射不足以驱动制冷机时，由燃气锅炉3驱动：第二阀门4开启，第三阀门5开启，第四阀门8关闭，第七阀门25关闭，第八阀门27关闭。由燃气锅炉3产生的高温热水直接进入高压发生器24进行双效制冷过程，其他部件运行情况与太阳能驱动双效运行时的情况相同，热源切换为锅炉。太阳能集热循环可照常运行供应生活热水。此模式仅作为在阴雨天太阳辐照不足或者夜间的辅助模式。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种太阳能驱动单双效耦合型溴化锂制冷机，其特征在于，包括太阳能中温集热器（1）、燃气锅炉（3）、储热水箱（6）、集热循环泵（7）、高温热交换器（9）、低温热交换器（10）、溴化锂溶液泵（13）、吸收器（14）、冷剂水循环泵（15）、蒸发器（16）、换热末端（17）、空调房间（18）、膨胀阀（19）、冷却水循环泵（20）、冷却塔（21）、冷凝器（22）、低压发生器（23）、高压发生器（24）、热水循环泵（26）、第一阀门（2）、第二阀门（4）、第三阀门（5）、第四阀门（8）、第五阀门（11）、第六阀门（12）、第七阀门（25）、第八阀门（27），其中：太阳能中温集热器（1）与储热水箱（6）和集热循环泵（7）相连组成集热环路；高压发生器（24）连接低压发生器（23），低压发生器（23）连接冷凝器（22），冷凝器（22）通过膨胀阀（19）连接蒸发器（16），蒸发器（16）连接吸收器（14），吸收器（14）通过溴化锂溶液泵（13）分别与高温热交换器（9）和低温热交换器（10）相连，高温热交换器（9）与高压发生器（24）相连，低温热交换器（10）与低压发生器（23）相连，以组成单双效溴化锂制冷机；冷却塔（21）通过冷却水循环泵（20）分别与吸收器（14）和冷凝器（22）相连组成冷却水环路；换热末端（17）置于空调房间（18）内，换热末端（17）与蒸发器（16）相连组成末端循环环路；第一阀门(2)分别连接太阳能中温集热器（1）与储热水箱（6）；第二阀门（4）分别连接燃气锅炉（3）与高压发生器（24）；第三阀门（5）分别连接燃气锅炉（3）与高压发生器（24）；第四阀门（8）分别连接储热水箱（6）与高压发生器（24）；第五阀门（11）分别连接溴化锂溶液泵（13）与高温热交换器（9）；第六阀门（12）分别连接溴化锂溶液泵（13）与低温热交换器（10）；第七阀门（25）分别连接热水循环泵（26）与低压发生器（23）；第八阀门（27）分别连接高压发生器（24）与太阳能中温集热器（1）；冷剂水循环泵（15）两端均连接蒸发器（16），溴化锂溶液泵（13）两端均连接吸收器（14）。

2.根据权利要求1所述的太阳能驱动单双效耦合型溴化锂制冷机，其特征在于，所述低压发生器（23）内设置有两组换热器，一组为蒸汽换热器（2307），另一组为热水换热器（2304），其中：蒸汽换热器（2307）与热水换热器（2304）均置于低压发生器（23）中，蒸汽换热器（2307）分别连接高压发生器（24）与冷凝器（22），热水换热器（2304）通过热水循环泵（26）与储热水箱（6）相连。

3.根据权利要求1所述的太阳能驱动单双效耦合型溴化锂制冷机，其特征在于，具有三种不同的运行模式：

第一模式，太阳能驱动单双效耦合型溴化锂制冷机双效运行：太阳能中温集热器（1）产生的热水直接进入高压发生器（24）；

第二模式，太阳能驱动单双效耦合型溴化锂制冷机单效运行：太阳能中温集热器（1）产生的热水进入低压发生器（23）中的热水发生器；

第三模式，燃气锅炉驱动单双效耦合型溴化锂制冷机双效运行：燃气锅炉（3）产生的热水进入高压发生器（24）。

4.根据权利要求3所述的太阳能驱动单双效耦合型溴化锂制冷机，其特征在于，根据太阳能中温集热器（1）出口温度自动选择相应的运行模式，并控制相关水泵阀门的开关。

5.根据权利要求1所述的太阳能驱动单双效耦合型溴化锂制冷机，其特征在于，利用太阳能中温集热器（1）产生的热水作为主要热源，在辐照条件不好时利用燃气锅炉（3）作为补充。

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