一种太阳能吸收式复叠式二氧化碳双级压缩制冷系统的制作方法

本发明涉及制冷技术领域，更具体的说，是涉及一种太阳能吸收式复叠式二氧化碳双级压缩制冷系统。

背景技术：

目前，商超制冷系统中，制冷设备使用较多的制冷剂仍是r404a和r134a，此类制冷剂具有很高的全球变暖潜力值(gwp)。高gwp制冷剂的使用造成全球温室效应等环境问题。为此，在最近的立法行动中，如欧盟f-gas规定以及《蒙特利尔议定书》基加利修正案都在立法减少高gwp制冷剂的生产和使用，制冷剂的替代成为研究热点。当前寻找替代制冷剂主要有两条路线，一是美国、日本主张开发的人工合成制冷剂(hfos)，如r1234yf、r1234ze等；二是欧洲国家主张采用的自然工质，如氨(r717)、水(r718)、丙烷(r290)、异丁烷(r600a)、乙烯(r1270)以及二氧化碳(r744)等。但人工合成制冷剂生产成本高，使用过程中易受不确定环保因素的限制，难以在全球推广使用，自然工质具有成本低、0odp、低gwp等优点，被认为是可长期替代hcfcs和hfcs的制冷剂。其中二氧化碳作为自然工质，因其无毒不可燃、0odp、gwp＝1、单位容积制冷量高、表面张力小、流动损失小、传热系数高等优良特性越来越受关注。

因此，近年来二氧化碳制冷系统在全球范围内的商超领域都得到了广泛应用，发展势头迅猛。但使用二氧化碳存在劣势，当环境温度较高时，二氧化碳的低临界温度(31.1℃)会导致制冷系统在跨临界条件下工作，系统运行压力高，节流损失大，效率低。为解决上述问题，研究人员就系统循环提出了诸多改良方案，如采用内部换热器、多级压缩、喷射器和膨胀机代替膨胀阀、部分复叠式过冷循环制冷系统、复叠式过冷循环制冷系统等。其中，复叠式制冷系统为二氧化碳双级压缩制冷系统提供亚临界运行环境，能够有效提高系统性能，因此，成为近年来的一个重要研究方向。根据调查发现，最成熟的复叠式制冷系统是采用蒸汽压缩系统，它以消耗高品位电能为代价来换取低品位热能，能效比较低。为此，急需寻找一种更经济环保、可持续发展的复叠式制冷系统替代传统复叠式制冷系统。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种在减少能源消耗的同时，太阳能吸收式制冷系统为二氧化碳双级压缩制冷系统提供亚临界运行条件，从而提高系统性能的太阳能吸收式复叠式二氧化碳双级压缩制冷系统。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种太阳能吸收式复叠式二氧化碳双级压缩制冷系统，包括太阳能吸收式制冷系统和二氧化碳双级压缩制冷系统；所述太阳能吸收式制冷系统包括循环加热系统和吸收式制冷系统；所述循环加热系统为由集热器、蓄热箱、第一水泵组成的封闭循环系统；所述吸收式制冷系统包括冷凝蒸发器、吸收器、溶液泵、第一节流阀、溶液热交换器、发生器及冷凝器，所述冷凝蒸发器的溶液流道出口与所述吸收器的第一进口连接，所述吸收器的出口通过所述溶液泵与所述溶液热交换器的第一溶液通道进口连接，所述溶液热交换器的第一溶液通道出口与所述发生器的进口连接，所述发生器的气体出口依次串联连接所述冷凝器、第二节流阀及所述冷凝蒸发器的溶液通道进口；所述发生器的液体出口与所述溶液热交换器的第二溶液通道进口连接，所述溶液热交换器的第二溶液通道出口通过所述第一节流阀与所述吸收器的第二进口连接；所述发生器内的加热器与第二水泵及所述蓄热箱组成加热循环；所述二氧化碳双级压缩制冷系统括低温蒸发器、中温蒸发器、低温压缩机、高温压缩机、并行压缩机、高压节流阀、气液分离器、风冷式冷凝器、中压节流阀、低压节流阀、旁通阀及所述冷凝蒸发器；所述低温蒸发器的出口与所述低温压缩机的吸气口连接，所述低温压缩机的排气口与所述中温蒸发器的出口并联后分别与所述高温压缩机的吸气口和旁通阀的出口连接，所述气液分离器的气体出口分别与所述并行压缩机的吸气口及所述旁通阀的进口连接，所述并联压缩机的排气口与高温压缩机的排气口并联连接，之后依次串联连接所述冷凝蒸发器的制冷剂通道、高压节流阀及气液分离器，所述气液分离器的液体出口分为两路，一路通过所述低压节流阀与所述低温蒸发器连接，另一路通过所述中压节流阀与所述中温蒸发器连接；所述风冷式冷凝器与所述冷凝蒸发器的制冷剂通道并联连接；所述太阳能吸收式制冷系统和二氧化碳双级压缩制冷系统通过所述蒸发冷凝器耦合在一起；所述循环加热系统和吸收式制冷系统通过所述发生器内的加热器耦合在一起。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的系统在有光照情况下，所述冷凝蒸发器将所述太阳能吸收式制冷系统和所述二氧化碳双级压缩制冷系统耦合，所述太阳能吸收式制冷系统吸收所述二氧化碳双级压缩制冷系统冷凝阶段释放的热量，为所述二氧化碳双级压缩制冷系统提供亚临界运行条件，从而提高所述二氧化碳双级压缩制冷系统的效率；无光照情况下，所述风冷式冷凝器将所述二氧化碳双级压缩制冷系统的冷凝阶段热量传给外界环境，提高了系统效率，减少了能耗。

2、本发明的系统中的吸收式系统的驱动热源可采用低品位热源-太阳能做为吸收式系统的驱动热源，其辐射强度和环境温度的逐时变化规律具有一致性，吸收式系统效率与太阳能辐射度大小成正相关，而商超二氧化碳双级压缩制冷系统的效率与温度高低成负相关，两系统效率具有良好的时间匹配性。同时，本发明的系统中，将太阳能吸收式制冷系统与二氧化碳双级压缩制冷系统耦合，确保二氧化碳双级压缩制冷系统处于亚临界条件下运行，采用太阳能吸收式复叠式二氧化碳亚临界双级压缩制冷系统成为一种可行方案，提高了系统效率，符合经济与社会的可持续性发展战略。

附图说明

图1所示为太阳能吸收式复叠式二氧化碳双级压缩制冷系统的原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明的太阳能吸收式复叠式二氧化碳双级压缩制冷系统的原理图如图1所示，包括太阳能吸收式制冷系统ⅰ和二氧化碳双级压缩制冷系统ⅱ。所述太阳能吸收式制冷系统ⅰ包括循环加热系统和吸收式制冷系统。所述循环加热系统为由集热器20、蓄热箱18、第一水泵19组成的封闭循环系统。所述吸收式制冷系统包括冷凝蒸发器6、吸收器13、溶液泵14、第一节流阀15、溶液热交换器16、发生器21及冷凝器22，所述冷凝蒸发器6的溶液流道出口与所述吸收器13的第一进口连接，所述吸收器13的出口通过所述溶液泵14与所述溶液热交换器16的第一溶液通道进口连接，所述溶液热交换器16的第一溶液通道出口与所述发生器21的进口连接，所述发生器21的气体出口依次串联连接所述冷凝器22、第二节流阀23及所述冷凝蒸发器6的溶液通道进口。所述发生器21的液体出口与所述溶液热交换器16的第二溶液通道进口连接，所述溶液热交换器16的第二溶液通道出口通过所述第一节流阀15与所述吸收器的第二进口连接。所述发生器21内的加热器与第二水泵17及所述蓄热箱18组成加热循环。所述二氧化碳双级压缩制冷系统ⅱ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、高压节流阀7、气液分离器8、风冷式冷凝器5、中压节流阀9、低压节流阀10、旁通阀12及所述冷凝蒸发器6。所述低温蒸发器1的出口与所述低温压缩机2的吸气口连接，所述低温压缩机1的排气口与所述中温蒸发器11的出口并联后分别与所述高温压缩机3的吸气口和旁通阀12的出口连接，所述气液分离器8的气体出口分别与所述并行压缩机4的吸气口及所述旁通阀12的进口连接，所述并联压缩机4的排气口与高温压缩机3的排气口并联连接，之后依次串联连接所述冷凝蒸发器6的制冷剂通道、高压节流阀7及气液分离器8，所述气液分离器8的液体出口分为两路，一路通过所述低压节流阀10与所述低温蒸发器1连接，另一路通过所述中压节流阀9与所述中温蒸发器11连接。所述风冷式冷凝器5与所述冷凝蒸发器6的制冷剂通道并联连接。所述太阳能吸收式制冷系统ⅰ和二氧化碳双级压缩制冷系统ⅱ通过所述蒸发冷凝器6耦合在一起；所述循环加热系统和吸收式制冷系统通过所述发生器21内的加热器耦合在一起。无光照情况下，所述风冷式冷凝器5将所述二氧化碳双级压缩制冷系统的热量传给外界环境。所述旁通阀12处于常闭状态。

其中，所述吸收器13为喷淋式吸收器。

所述二氧化碳双级压缩制冷系统的工作原理如下：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；经中温蒸发器11蒸发后的制冷剂蒸汽与所述低温压缩机2出口的制冷剂过热蒸汽混合进入所述高温压缩机3等熵压缩到高温高压过热状态；随后进入冷凝蒸发器6等压冷凝，再进入所述高压节流阀7绝热节流，降温降压；接着进入所述气液分离器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高温压缩机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；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。

所述循环加热系统的原理如下：所述集热器20吸收太阳光辐射后温度升高，所述集热器20内水的温度也随之升高。所述水比重降低，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下部的水管经所述第一水泵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发生器21内的浓溶液。

所述吸收式制冷系统的原理如下：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)：所述蓄热器18内的热水经第二水泵17的作用进入发生器13内的加热器内加热发生器内的氨水溶液，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并进入所述吸收器13内；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第二节流阀23节流，再进入所述冷凝蒸发器6制冷，从而为所述二氧化碳双级压缩系统提供亚临界运行条件。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16，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。

有光照情况下，所述冷凝蒸发器6将所述太阳能吸收式制冷系统和所述二氧化碳双级压缩制冷系统耦合，所述太阳能吸收式制冷系统在所述冷凝蒸发器6中吸收所述二氧化碳双级压缩制冷系统冷凝阶段产生的热量，为所述二氧化碳双级压缩制冷系统提供亚临界运行条件，从而提高所述二氧化碳双级压缩制冷系统的效率。无光照情况下，所述风冷式冷凝器5将所述二氧化碳双级压缩制冷系统的热量传给外界环境。本发明的两系统通过所述冷凝蒸发器耦合，二者相辅相成，采用所述太阳能吸收制冷系统为所述二氧化碳双级压缩制冷系统提供亚临界运行条件，提高了系统效率，解决了夏季因环境温度升高二氧化碳双级压缩系统性能降低的问题，节约了能源。

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