CN109282397B - 基于空气压缩制冷循环的新型蓄能空调装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于空气压缩制冷循环的新型蓄能空调装置，包括稀溶液储罐、浓溶液储罐、凝结水储罐、制冰装置、储冰罐、压缩机、压缩机、膨胀机、冷凝器、第一发生器、第二发生器、蒸发器、吸收器、换热器、吸收式制冷装置、浓溶液发生装置、凝结水盘和溶液布液槽；本发明还提供一种基于空气压缩制冷循环的新型蓄能空调的使用方法，蓄冷过程中利用了压缩热、膨胀功和膨胀制冷产生的冷能，能源效率较高；融冰释冷过程中冰颗粒直接与水接触，传热效率高，释冷快，可获得较低的冷水温度，有利于采用低温送风等技术降低系统成本。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种基于空气压缩制冷循环的新型蓄能空调装置和方法，利用压缩后高温空气的显热加热浓缩溶液实现蓄能，通过吸收式制冷释放冷量；同时利用压缩空气膨胀降温后与水或溶液的直接接触制冰，是一种新型环保、高效蓄能空调技术。
背景技术
建筑能耗中用于暖通空调的能耗占重要比例，通常在50％左右，因此，暖通空调系统节能是建筑节能的重要环节。为此，研究人员对高效节能空调系统和技术开展了广泛的研究，同时，对利用太阳能、浅层地热能等可再生能源也开展了研究，此外，由于很多建筑物的暖通空调负荷存在昼夜峰谷差，同时电网用电负荷也存在昼夜峰谷差，因此，利用夜间低谷电制冰蓄冷的技术也得到了研究、应用，主要有盘管冻结式、冰球式以及过冷水制冰等动态制冰技术。
目前工程上所用的冰蓄冷技术，均基于制冷剂的蒸汽压缩制冷技术，主要问题在于制冷剂的环保效应，很多制冷剂属温室效应气体，大规模使用加剧气候变暖；另外一些制冷剂则易燃或可燃，甚至有毒，如氨等，不适合用于民用建筑；此外，目前的冰蓄冷技术如盘管冻结式还存在储能密度较低、蓄冰槽空间占用大、制冰能效低、融冰释冷复杂等问题，过冷水则有制冰过程难以实现大过冷度，冷水循环量大，系统较复杂等问题需要克服。
因此，需要对现有技术进行改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高效的基于空气压缩制冷循环的新型蓄能空调装置和方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于空气压缩制冷循环的新型蓄能空调装置：包括稀溶液储罐、浓溶液储罐、凝结水储罐、制冰装置、储冰罐、压缩机、压缩机、膨胀机、冷凝器、第一发生器、第二发生器、蒸发器、吸收器、换热器、吸收式制冷装置、浓溶液发生装置、凝结水盘和溶液布液槽；
所述制冰装置内设置有制冰喷淋管二和制冰喷淋管一，制冰装置上设置有冰水混合物出口和气体出口；所述储冰罐设置有冰水进口、回流进口和冰水出口；
所述压缩机出口与第二发生器进口连接；第二发生器出口与膨胀机进口连接，膨胀机与压缩机连接；膨胀机出口与制冰喷淋管一连接；
所述制冰装置的气体出口与压缩机进口连接，压缩机出口与压缩机进口连接；
所述制冰装置的冰水混合物出口经过泵后与储冰罐冰水进口连接；
所述储冰罐冰水出口分别与泵进口和泵进口连接，泵出口与制冰喷淋管二连接；泵出口与换热器冰水进口连接，换热器冰水出口与储冰罐的回流进口连接；
所述溶液发生装置内腔分隔成从下到上依次设置的第一室和第二室；
所述第一室内设置有第二发生器和布液槽，布液槽位于第一室顶部并与第二室底部连通；
所述第二室中从下到上依次设置有第一发生器、溶液喷淋管、凝结水盘和冷凝器；
所述吸收式制冷装置内腔中设置有蒸发器、吸收器、第二喷淋管和第一喷淋管，第二喷淋管位于吸收器正上方，第一喷淋管位于蒸发器正上方；
所述第一室出口经过泵后与浓溶液储罐进口连通，浓溶液储罐出口经过阀和泵后与第二喷淋管连接；
所述第一发生器进口与第一室的顶部连通，第一发生器出口与凝结水储罐蒸汽入口连接；
所述凝结水盘与凝结水储罐进口连接，凝结水储罐出口经过阀和泵后与第一喷淋管连接；
所述吸收器进出水口分别与外部的冷却水进出口连接；外部冷媒进口与蒸发器进口连接，蒸发器出口与换热器蒸发管道进口连接，换热器蒸发管道出口与外部冷媒出口连接；
所述制冷装置的出口经过泵后与稀溶液储罐进口连接，稀溶液储罐出口经过阀和泵后与溶液喷淋管连接。
作为对本发明基于空气压缩制冷循环的新型蓄能空调装置的改进：
所述制冰喷淋管二在制冰喷淋管一上方。
本发明还提供一种基于空气压缩制冷循环的新型蓄能空调使用方法：
1)、经压缩机压缩后的空气，进入第二发生器，从布液槽流下的浓缩后的溶液滴淋在第二发生器外表面，溶液被第二发生器里面的压缩空气加热及浓缩后得到浓溶液和一次水蒸汽，压缩空气被溶液冷却及降温后成为常温空气；
2)、常温空气进入膨胀机膨胀做功，从而驱动压缩机，膨胀后的低温空气进入制冰喷淋管一，与制冰喷淋管二送出的冰水接触，冰水被冷却降温后冻结为冰颗粒和水的混合物；膨胀后的低温空气温度升高；
3)、冰颗粒和水的混合物由泵送入储冰罐中，密度较轻的固体冰颗粒与冰水分层，底部的冰水由泵重新送入制冰喷淋管二中；
4)、制冰装置中与冰水接触后温度升高的膨胀后的低温空气经压缩机预压缩后，再经压缩机进一步压缩，温度和压力升高后成为压缩空气进入第二发生器；
5)、第一室中的浓溶液经泵送入浓溶液储罐；
6)、第一室中的一次水蒸汽进入第一发生器，稀溶液储罐中的稀溶液由泵送出并通过溶液喷淋管喷淋在第一发生器表面，被第一发生器中的一次水蒸汽加热及浓缩，稀溶液成为二次水蒸汽和浓缩后的溶液，一次水蒸汽成为凝结水流入凝结水储罐，浓缩后的溶液进入布液槽后，淋在第二发生器表面；
7)、二次水蒸汽被冷凝器内的冷却水冷却，在冷凝器外表面凝结为液体后，进入凝结水盘，流入凝结水储罐；
8)、凝结水储罐中的凝结水由泵送入吸收式制冷装置，通过第一喷淋管喷淋在蒸发器外表面蒸发及吸热，凝结水成为水蒸汽，空调系统回水在蒸发器中被冷却降温；降温后的空调系统回水进入换热器与其中的冰水换热，被冰水进一步冷却降温后送回空调系统；
9)、浓溶液储罐中的浓溶液由泵送入第二喷淋管后喷淋在吸收器外表面，吸收蒸发器产生的水蒸汽成为稀溶液，外部冷却水在吸收器的内部通道内流动，带走吸收过程产生的热量；
10)、储冰罐中的冰水经泵送入换热器与其中的降温后的空调系统回水换热后，回流到储冰罐；
11)、制冷装置中的稀溶液经过泵进入稀溶液储罐中。
本发明基于空气压缩制冷循环的新型蓄能空调装置和方法的技术优势为：
本发明所用介质均无毒无味，不可燃，属安全环保工质；蓄冷过程中利用了压缩热、膨胀功和膨胀制冷产生的冷能，能源效率较高；融冰释冷过程中冰颗粒直接与水接触，传热效率高，释冷快，可获得较低的冷水温度，有利于采用低温送风等技术降低系统成本。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1为本发明基于空气压缩制冷循环的新型蓄能空调装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1、基于空气压缩制冷循环的新型蓄能空调装置，如图1所示，包括稀溶液储罐11、浓溶液储罐12、凝结水储罐13、制冰装置14、储冰罐15、泵21.22.23.24.25.26.27.28、压缩机31、压缩机32、膨胀机33、冷凝器41、第一发生器42、第二发生器43、蒸发器44、吸收器45、换热器46、吸收式制冷装置61、浓溶液发生装置62、凝结水盘71和溶液布液槽72。
制冰装置14内设置有制冰喷淋管二142和制冰喷淋管一141，制冰装置14上设置有冰水混合物出口和气体出口。制冰喷淋管二142在制冰喷淋管一141上方。
储冰罐15设置有冰水进口、回流进口和冰水出口。
压缩机32出口与第二发生器43进口连接；第二发生器43出口与膨胀机33进口连接，膨胀机33与压缩机31连接并能驱动压缩机31；膨胀机33出口与制冰装置14的制冰喷淋管一141连接。
制冰装置14的气体出口与压缩机31进口连接，压缩机31出口与压缩机32进口连接。
制冰装置14的冰水混合物出口经过由泵27与储冰罐15冰水进口连接。
储冰罐15的冰水出口分别与泵28进口和泵26进口连接，泵28出口与制冰装置14的制冰喷淋管二142连接；泵26出口与换热器46冰水进口连接，换热器46冰水出口与储冰罐15的回流进口连接。
溶液发生装置62内腔分隔成从下到上依次设置的第一室621和第二室622。
溶液发生装置62的第一室621内设置有第二发生器43和布液槽72，布液槽72位于第一室621顶部并与第二室622底部连通；布液槽72位于第二发生器43正上方。
吸收式制冷装置61内腔中设置有蒸发器44、吸收器45、第二喷淋管612和第一喷淋管611，第二喷淋管612位于吸收器45正上方，第一喷淋管611位于蒸发器44正上方。
溶液发生装置62的第一室621经过泵21后与浓溶液储罐12进口连通，浓溶液储罐12出口经过阀51和泵24后与吸收式制冷装置61内腔(位于吸收器45正上方的第二喷淋管612)连接。
溶液发生装置62的第二室622中从下到上依次设置有第一发生器42、溶液喷淋管623、凝结水盘71和冷凝器41；
第一发生器42进口与溶液发生装置62的第一室621顶部连通，第一发生器42出口与凝结水储罐13连接，第一发生器42出口与第一室621连通，第一发生器42出口位于第二发生器43正上方。
第一发生器42进口与第一室621的顶部连通，第一发生器42出口与凝结水储罐13蒸汽入口连接。
凝结水盘71与凝结水储罐13进口连接，凝结水储罐13出口经过阀53和泵23后与吸收式制冷装置61内腔(位于蒸发器44正上方的第一喷淋管611)连接。
吸收式制冷装置61中设置有蒸发器44、吸收器45、第二喷淋管612和第一喷淋管611；第一喷淋管611位于蒸发器44正上方，第二喷淋管612位于吸收器45正上方。
吸收器45进出水口分别与外部的冷却水进出口连接；外部冷媒进口与蒸发器44进口连接，蒸发器44出口与换热器46蒸发管道进口连接，换热器46蒸发管道出口与外部冷媒出口连接。
制冷装置61的出口经过泵25后与稀溶液储罐11进口连接，稀溶液储罐11出口经过阀52和泵22后与溶液喷淋管623连接。
冷凝器41进出水口与外部冷却水连通。
本发明基于空气压缩制冷循环的新型蓄能空调使用方法：
阀51、53关闭，阀52打开。
经压缩机32压缩后的空气，先进入浓溶液发生装置62中的第二发生器43，从布液槽72流下的浓缩后的溶液滴淋在第二发生器43外表面，溶液被第二发生器43里面的压缩空气加热及浓缩，得到浓溶液和一次水蒸汽，压缩空气被溶液冷却及降温，成为常温空气；
常温空气进入膨胀机33膨胀做功，驱动压缩机31，膨胀后的低温空气进入制冰装置14(制冰喷淋管一141)，与泵28送出的冰水(制冰喷淋管二142喷出的冰水)直接接触，冰水被冷却降温后冻结为冰颗粒和水的混合物；
冰颗粒和水的混合物由泵27送入储冰罐15中，密度较轻的固体冰颗粒与冰水分层，底部的冰水由泵28重新送入制冰装置14中与膨胀后的低温空气直接接触制冰，
制冰装置14中与冰水接触后温度升高的空气经压缩机31预压缩后(水结冰放出潜热，空气温度是有所回升的)，再经压缩机32进一步压缩，温度和压力升高后成为压缩空气，进入溶液发生装置62中的第二发生器43。
第一室621中的浓溶液经泵21送入浓溶液储罐12；
溶液发生装置62的第一室621中的一次水蒸汽进入第一发生器42，稀溶液储罐11中的稀溶液由泵22送出并通过溶液喷淋管623喷淋在第一发生器42表面，被第一发生器42内侧的一次水蒸汽加热及浓缩，得到二次水蒸汽和浓缩后的溶液，一次水蒸汽成为凝结水流入凝结水储罐13，浓缩后的溶液进入布液槽72后，淋在第二发生器43表面，
二次水蒸汽被冷凝器41内的冷却水冷却，在冷凝器41外表面凝结为液体后，进入凝结水盘71，流入凝结水储罐13。
空调制冷时，阀51、53打开，阀52关闭。
凝结水储罐13中的凝结水由泵23送入吸收式制冷装置61，通过第一喷淋管611喷淋在蒸发器44外表面蒸发及吸热，凝结水成为水蒸汽，空调系统回水在蒸发器44中被冷却降温；降温后的空调系统回水进入换热器46于其中的冰水换热，被冰水进一步冷却降温后送回空调系统；
浓溶液储罐12中的浓溶液由泵24送入吸收式制冷装置61，通过第二喷淋管612喷淋在吸收器45外表面，吸收蒸发器44产生的水蒸汽成为稀溶液，冷却水在吸收器45的内部通道内流动，带走吸收过程产生的热量。
储冰罐15中的冰水经泵26送入换热器46与其中的降温后的空调系统回水换热后，回流到储冰罐15。
制冷装置61中的稀溶液经过泵25进入稀溶液储罐11中。
水的汽化潜热2500kJ/kg，溶液浓缩后浓度增加30％，即可实现750kJ/kg的储能量，冰的融化热仅330kJ/kg，因此本发明利用溶液储能，能量密度较高。同时，本发明利用低温空气和水直接接触制冰，工艺简单，且储冰罐中无盘管等占用空间，容积效率高，相对其它冰蓄冷装置储能密度也较高。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (3)
1.基于空气压缩制冷循环的新型蓄能空调装置，其特征在于：包括稀溶液储罐(11)、浓溶液储罐(12)、凝结水储罐(13)、制冰装置(14)、储冰罐(15)、第一压缩机(31)、第二压缩机(32)、膨胀机(33)、冷凝器(41)、第一发生器(42)、第二发生器(43)、蒸发器(44)、吸收器(45)、换热器(46)、吸收式制冷装置(61)、浓溶液发生装置(62)、凝结水盘(71)和溶液布液槽(72)；
所述制冰装置(14)内设置有制冰喷淋管二(142)和制冰喷淋管一(141)，制冰装置(14)上设置有冰水混合物出口和气体出口；所述储冰罐(15)设置有冰水进口、回流进口和冰水出口；
所述第二压缩机(32)出口与第二发生器(43)进口连接；第二发生器(43)出口与膨胀机(33)进口连接，膨胀机(33)与第一压缩机(31)连接；膨胀机(33)出口与制冰喷淋管一(141)连接；
所述制冰装置(14)的气体出口与第一压缩机(31)进口连接，第一压缩机(31)出口与第二压缩机(32)进口连接；
所述制冰装置(14)的冰水混合物出口经过第七泵(27)后与储冰罐(15)冰水进口连接；
所述储冰罐(15)冰水出口分别与第八泵(28)进口和第六泵(26)进口连接，第八泵(28)出口与制冰喷淋管二(142)连接；第六泵(26)出口与换热器(46)冰水进口连接，换热器(46)冰水出口与储冰罐(15)的回流进口连接；
所述溶液发生装置(62)内腔分隔成从下到上依次设置的第一室(621)和第二室(622)；
所述第一室(621)内设置有第二发生器(43)和布液槽(72)，布液槽(72)位于第一室(621)顶部并与第二室(622)底部连通；
所述第二室(622)中从下到上依次设置有第一发生器(42)、溶液喷淋管(623)、凝结水盘(71)和冷凝器(41)；
所述吸收式制冷装置(61)内腔中设置有蒸发器(44)、吸收器(45)、第二喷淋管(612)和第一喷淋管(611)，第二喷淋管(612)位于吸收器(45)正上方，第一喷淋管(611)位于蒸发器(44)正上方；
所述第一室(621)出口经过第一泵(21)后与浓溶液储罐(12)进口连通，浓溶液储罐(12)出口经过第一阀(51)和第四泵(24)后与第二喷淋管(612)连接；
所述第一发生器(42)进口与第一室(621)的顶部连通，第一发生器(42)出口与凝结水储罐(13)蒸汽入口连接；
所述凝结水盘(71)与凝结水储罐(13)进口连接，凝结水储罐(13)出口经过第三阀(53)和第三泵(23)后与第一喷淋管(611)连接；
所述吸收器(45)进出水口分别与外部的冷却水进出口连接；外部冷媒进口与蒸发器(44)进口连接，蒸发器(44)出口与换热器(46)蒸发管道进口连接，换热器(46)蒸发管道出口与外部冷媒出口连接；
所述制冷装置(61)的出口经过第五泵(25)后与稀溶液储罐(11)进口连接，稀溶液储罐(11)出口经过第二阀(52)和第二泵(22)后与溶液喷淋管(623)连接。
2.根据权利要求1所述的基于空气压缩制冷循环的新型蓄能空调装置，其特征在于：
所述制冰喷淋管二(142)在制冰喷淋管一(141)上方。
3.利用如权利要求1或2任一所述的基于空气压缩制冷循环的新型蓄能空调装置的基于空气压缩制冷循环的新型蓄能空调使用方法：
1)、经第二压缩机(32)压缩后的空气，进入第二发生器(43)，从布液槽(72)流下的浓缩后的溶液滴淋在第二发生器(43)外表面，溶液被第二发生器(43)里面的压缩空气加热及浓缩后得到浓溶液和一次水蒸汽，压缩空气被溶液冷却及降温后成为常温空气；
2)、常温空气进入膨胀机(33)膨胀做功，从而驱动第一压缩机(31)，膨胀后的低温空气进入制冰喷淋管一(141)，与制冰喷淋管二(142)送出的冰水接触，冰水被冷却降温后冻结为冰颗粒和水的混合物；膨胀后的低温空气温度升高；
3)、冰颗粒和水的混合物由第七泵(27)送入储冰罐(15)中，密度较轻的固体冰颗粒与冰水分层，底部的冰水由第八泵(28)重新送入制冰喷淋管二(142)中；
4)、制冰装置(14)中与冰水接触后温度升高的膨胀后的低温空气经第一压缩机(31)预压缩后，再经第二压缩机(32)进一步压缩，温度和压力升高后成为压缩空气进入第二发生器(43)；
5)、第一室(621)中的浓溶液经第一泵(21)送入浓溶液储罐(12)；
6)、第一室(621)中的一次水蒸汽进入第一发生器(42)，稀溶液储罐(11)中的稀溶液由第二泵(22)送出并通过溶液喷淋管(623)喷淋在第一发生器(42)表面，被第一发生器(42)中的一次水蒸汽加热及浓缩，稀溶液成为二次水蒸汽和浓缩后的溶液，一次水蒸汽成为凝结水流入凝结水储罐(13)，浓缩后的溶液进入布液槽(72)后，淋在第二发生器(43)表面；
7)、二次水蒸汽被冷凝器(41)内的冷却水冷却，在冷凝器(41)外表面凝结为液体后，进入凝结水盘(71)，流入凝结水储罐(13)；
8)、凝结水储罐(13)中的凝结水由第三泵(23)送入吸收式制冷装置(61)，通过第一喷淋管(611)喷淋在蒸发器(44)外表面蒸发及吸热，凝结水成为水蒸汽，空调系统回水在蒸发器(44)中被冷却降温；降温后的空调系统回水进入换热器(46)与其中的冰水换热，被冰水进一步冷却降温后送回空调系统；
9)、浓溶液储罐(12)中的浓溶液由第四泵(24)送入第二喷淋管(612)后喷淋在吸收器(45)外表面，吸收蒸发器(44)产生的水蒸汽成为稀溶液，外部冷却水在吸收器(45)的内部通道内流动，带走吸收过程产生的热量；
10)、储冰罐(15)中的冰水经第六泵(26)送入换热器(46)与其中的降温后的空调系统回水换热后，回流到储冰罐(15)；
11)、制冷装置(61)中的稀溶液经过第五泵(25)进入稀溶液储罐(11)中。
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