一种喷射式人工造雪制冷蓄冷系统的制作方法

本实用新型涉及一种制冷蓄冷系统。

背景技术：

传统蓄冷按蓄冷介质主要分为冰蓄冷和水蓄冷，其中水蓄冷主要以水的温差的形式储蓄和释放冷量，为显热蓄冷，蓄冷密度仅为2～3.5rth/m³；冰蓄冷主要以冰水相变的形式储存或释放冷量，为潜热蓄冷，蓄冷密度可达10～14rth/m³。因水蓄冷的蓄冷密度较小，主流的蓄冷主要为冰蓄冷。静态冰蓄冷存在制冰过程热阻高，融冰过程比表面积小，速率低；动态冰蓄冷存在运行稳定性差，制冷蓄冷设备复杂，投资高等弊端。

目前市场上的动态冰蓄冷系统主要由制冷机组、制冰机组、蓄冰槽，释冷板换(融冰板换)等单元组成。其中制冷、制冰机组(或双工况机组)结构复杂，投资较高、占地面积大；制冰工况需要用乙二醇(或类乙二醇)冷媒，增加了初投资及泄露危险，蓄冷模式下，制冷主机效率约为空调工况的60～70％，效率衰减较大，一般将制冷移走的热转变成废热释放至环境，加剧了城市热岛效应。

技术实现要素：

本实用新型提供一种结构简单、运行稳定、释冷效率高的动态制冷蓄冷系统。

本实用新型提供的技术方案是：

一种喷射式人工造雪制冷蓄冷系统，包括

(1)空气过滤器

①采用可再生分子筛空气过滤器，直接吸入大气中的空气作为工质原料，过滤后的空气进入压缩机；

(2)压缩机

为空气过滤器吸入空气提供负压，为引射过程的工作流体提供压力，副产生活热水；

①将净化后的空气压缩；

②用自来水进行间接换热冷却机组，并将压缩后的空气冷却至15～18℃；

③副产生活热水；

④冷却后的空气进入换热器，副产的生活热水进入蓄热水箱；

(3)换热器

①用蓄冷室中冷水进一步冷却压缩机压缩过的空气，使其温度降低至0.5～2℃，非原始开车正常工况最高温度≤4℃；

②冷却后的空气作为工作流体进入喷射器；

③原始开车时，进行冷却是冷量逐步累积的过程，通过循环逐步降低冷水及空气温度至零；

④换热后的冷水回流至蓄冷室，经布液器均匀淋洒蓄冷室浮冰层；

(4)喷射器

①经换热器冷却后的低温、干燥、带压的空气作为工作流体，通过喷射器吸入引射流体；

②来自蓄冷室冷水层的冷水作为引射流体；

③空气经过喷射器接收室的喷嘴喷出后，将冷水吸入接收室并雾化，空气和雾化冷水依次进入喷射器的混合室、扩散室；

④低温干燥带压空气经喷嘴泄压后，吸收雾化冷水气化形成蒸汽，达到近饱和状态；

⑤雾化冷水部分气化成蒸汽被空气带走，气化过程的相变吸收的热量随空气离开蓄冷室完成制冷；

⑥气化过程的相变潜热由剩余液体提供，热量转移后，使其局部过冷，过冷的雾化水以空气中的微粒为凝结核凝固成冰晶完成蓄冷，造雪除霾；

⑦未气化也未凝固的雾化冷水与剩余的空气粉尘结合汇聚成液滴，成雨除霾；

⑧混合流体离开喷射器后进入分离器；

(5)分离器

使用旋风分离器对来自喷射器的混合流体进行气固液分离：

①分离出的含湿空气进入除湿器；

②分离出的冰晶、液滴散落入蓄冷室浮冰层；

(6)蓄冷室

①内部上层空间设有喷射器、分离器，镶嵌于内部上表面；

②蓄冷层蓄冷工质大致上下分层，上层为浮冰层、下层为冷水层，温度为0℃；

③蓄冷层下层冷水层设有滤网，过水滤冰；

(7)除湿器

①对流经分离器的含湿空气进行脱水除湿；

②除湿后的干燥无霾空气一部分以驰放气的形式排空；

③另一部分带压干燥洁净空气循环使用；

④除湿过程的液化潜热：空气带走大部分液化潜热，一部分空气携带的热量以驰放气的形式离开系统，另一部分循环使用的空气携带的热量最终经压缩过程转移到生活热水中；剩余部分液化潜热被除湿器、液态水吸收，通过引入冷却水带离系统；

⑤除湿器脱附后的低温液态水，回蓄冷室经布液器均匀淋洒蓄冷室浮冰层；

(8)释冷换热器

①将蓄冷室冷水层的冷水经滤网后泵入释能换热器换热后回流至蓄冷室浮冰层；

②将系统外引入的冷却水赋冷后形成冷冻水对外供冷；

(9)蓄热水箱

①缓存冷却压缩机副产的生活热水；

设有蓄热保温功能；对外提供生活热水。

本实用新型主要有以下优点：

(1)融合制冷机组和蓄冷系统

将有制冷机组和蓄冷机组有机融合：

①降低机组投资；

②工艺紧凑，稳定性高；

③启停机方便，可充分利用夜间谷电，进行制冷蓄冷，降低运营成本，优化电网用能状况；

④节省占地面积；

⑤运维成本低。

(2)冷媒

全过程以直接水(包括液态水、冰、蒸汽)作为冷媒，无需使用有机冷媒：

①降低系统投资；

②无需其他冷媒间接传热，降低传热温差，提高系统效率；

③运维简单，无需补充有机冷媒，或担心冷媒泄露危险。

(3)制雪蓄冷

工质物流在喷射器后形成雪，在喷射器后形成冰晶，分离后散落入蓄冰液面，形成冰浆(冰沙)而非冰块：

①比表面积大，融冰释冷效率高；

②动态冰蓄冷温度场均匀，温度梯度小，不会形成局部过冷，降低对材质要求，降低了设备投资；

③动态冰蓄冷温度场均匀，运行稳定高。

(4)压缩空气、制冷水循环使用

①减少设备装机压缩机规模降低投资；

②减少运行空气净化、空气泄压、制冷水跑冷量，降低运行费用；

③放冷回水、喷射制冷循环水直接与浮冰层(冰沙/冰浆/冰晶)接触，融冰释冷热阻小，温度场均匀，释冷效率高。

(5)副产生活热水

制冷转移的热量充分利用，变废为宝，副产生活热水：

①本制冷系统无需冷却塔，降低冷却塔占地、建设投资，避免了冷却塔对建筑美观的影响；

②本系统制冷产生的热量，未排入环境，减少了对环境的影响，与传统方式相比，可降低城市热岛效应；

③变废为宝，副产生活热水，降低投资运营成本。

(6)有助于治霾

①以空气作为工质，将空气中的粉尘微粒作为冰晶的凝结核用来制雪，变废为宝，以霾制雪；

②空气进压缩机前，需经过吸附过滤，除掉空气中的加大颗粒的粉尘颗粒和挥发性有机气体，降低空气的大气悬浮物和voc；

③最终循环使用完的驰放气为洁净的无霾空气。

附图说明

图1是本实用新型系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。

如图1，一种喷射式人工造雪制冷蓄冷系统，包括

(1)空气过滤器

采用可再生分子筛空气过滤器，直接吸入大气中的空气作为工质原料，过滤后的空气经压缩机加压：

①粉尘(＞2μm)过滤效率≥95％；

②除去h2o、co2、cxhy等voc；

③过滤后的空气进入压缩机。

(2)压缩机

本系统的核心动力装置，为过滤器吸入空气提供负压，为引射过程的工作流体提供压力，副产生活热水。

①将净化后的空气(或循环除湿后的空气)压缩至0.45mpa；

②用自来水进行间接换热冷却机组，并将压缩后的空气(冷却空气至15～18℃)；

③副产生活热水(55℃±5℃)；

④冷却后的空气进入换热器，副产的生活热水进入蓄热水箱。

(3)换热器

①用蓄冷室中冷水进一步冷却压缩机压缩过的空气，使其温度降低至0.5～2℃(非原始开车正常工况最高温度≤4℃)；

②冷却后的空气作为工作流体进入喷射器；

③原始开车时，进行冷却是冷量逐步累积的过程，通过循环逐步降低冷水及空气温度至近零；

④换热后的冷水回流至蓄冷室，经布液器均匀淋洒蓄冷室浮冰层。

(4)喷射器

喷射器(引射器)为本系统的核心装置，喷射引射过程的工作流体为空气、引射流体为冷水。

①经换热器冷却后的低温(0.5～2℃)、干燥、带压(0.4mpa)的空气作为工作流体，通过喷射器吸入引射流体；

②来自蓄冷室冷水层的冷水(正常工况为0℃)作为引射流体；

③空气经过喷射器接收室的喷嘴喷出后，将冷水吸入接收室并雾化，空气和雾化冷水依次进入喷射器的混合室、扩散室；

④低温干燥带压空气经喷嘴泄压后，可吸收雾化冷水气化形成蒸汽，达到近饱和状态；

⑤雾化冷水部分气化成蒸汽被空气带走，气化过程的相变吸收的热量随空气离开蓄冷室完成制冷；

⑥气化过程的相变潜热由剩余液体提供，热量转移后，使其局部过冷，过冷的雾化水以空气中的微粒(霾)为凝结核凝固成冰晶(雪花)完成蓄冷，造雪除霾；

⑦未气化也未凝固的雾化冷水与剩余的空气粉尘结合汇聚成液滴，成雨除霾；

⑧混合流体(含冰晶、液滴)离开喷射器后进入分离器。

(5)分离器

对来自喷射器的混合流体(含冰晶、液滴)进行气固(液)分离，可使用旋风分离器：

①分离出的含湿空气进入除湿器；

②分离出的冰晶、液滴散落入蓄冷室浮冰层。

(6)蓄冷室

①内部上层空间设有喷射器、分离器，镶嵌于内部上表面；

②蓄冷层蓄冷工质(冰水混合物/冰浆/冰沙)大致上下分层，上层为浮冰层、下层为冷水层，温度为0℃；

③蓄冷层下层(冷水层)设有滤网，过水滤冰。

(7)除湿器

①对流经分离器的含湿空气进行脱水除湿；

②除湿后的干燥无霾空气一部分以驰放气的形式排空，由空气的进入和离开系统看，对空气进行净化除霾；

③另一部分带压干燥洁净空气循环使用，节省了系统的引入空气量，节省了压缩功；减少了空气过滤的过滤负荷；

④除湿过程的液化潜热：空气带走大部分(一部分空气携带的热量以驰放气的形式离开系统，另一部分循环使用的空气携带的热量最终经压缩过程转移到生活热水中)；剩余部分被除湿器、液态水吸收，通过引入冷却水带离系统；

⑤除湿器脱附后的低温液态水，回蓄冷室经布液器均匀淋洒蓄冷室浮冰层。

(8)释冷换热器

①将蓄冷室冷水层的冷水经滤网后泵入释能换热器换热后回流至蓄冷室浮冰层；

②将系统外引入的冷却水赋冷后形成冷冻水对外供冷。

(9)蓄热水箱

①缓存冷却压缩机副产的生活热水；

②设有蓄热保温功能；对外提供生活热水。