漂浮式光伏直驱冷冻海水制冰系统

本技术涉及海洋光伏及储能，特别涉及一种漂浮式光伏直驱冷冻海水制冰系统。

背景技术：

1、目前，离岸、离网的海洋工况中的人员活动愈加频繁，对于各种形式能源的稳定供应均有迫切需求。这就不仅需要为离岸工况提供绿色低碳的能量来源，还需要解决能量的高效储存以及释放问题。冷能(冰)是海洋环境中人员活动必不可少的一种能量形式，不仅可以为人员生活提供必要舒适条件，能为渔业生产提供保鲜手段，还能为维系生命的药品、血浆等提供保存条件。

2、太阳能是一种分布广泛的可再生绿色能源，利用漂浮式的光伏进行太阳能发电具有不需要岸基补给、效率高、成本低、维护简单等优势，是解决海洋工况能量供应的重要技术手段。由于太阳能发电具有间歇性与不稳定性，要想获得稳定的能源供应就必须配备相应的储能/放能设备，因此目前太阳能制冷相关的背景技术主要有以下两种。

3、第一种是配备了蓄电池的太阳能光伏制冷系统，目前海洋环境中采用的也主要是这种技术。通过利用光伏发电并存储在大容量的蓄电池中，需要冷量的时候将蓄电池接入制冷系统，通过蓄电池放电驱动制冷循环，从而实现冷量的稳定供应。然而，此种在海洋环境下采用蓄电池储能的光伏制冷系统具有以下几点不足：第一，大规模使用蓄电池成本很大，在高盐高湿的海洋环境下，蓄电池的维护保养费用太高；第二，蓄电池充电/放电均有显著的能量损耗，制冷效率较低；第三，蓄电池重量大，海洋环境下蓄电池的应用场景受到制约；第四，蓄电池一旦发生泄露，会对周边大面积海域造成严重污染；第五，采用空气作为冷媒来冷却制冷系统的冷凝器，换热效率不足导致制冷性能偏低。

4、第二种是不带蓄电池的太阳能直驱制冷技术，该技术目前只在陆地上进行过相关的示范应用。然而，实用新型人发现在陆地环境下采用光伏直驱制冰/储冰的系统，若是直接应用于海洋环境，会产生以下几点缺陷：第一，陆上的光伏装置采用金属支架固定安装于地表，而这种安装方式显然在海洋环境中无法实现，而且金属支架也会面临海洋环境的高盐高湿的腐蚀性环境；第二，陆地上采用光伏发电直驱压缩机制冰，制冰的工质采用的是陆地上常见的淡水，但是在海洋环境中，淡水作为宝贵的生活必备资源难以用于一般的储冷，因此蓄冰工质必须利用高盐高腐蚀性的海水，而目前的技术在这方面还未见考虑；第三，陆上光伏直驱制冰系统一般采用空气作为冷媒来冷却制冷系统的冷凝器，换热效率不足导致制冷性能偏低。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中的难题，本实用新型面向海洋环境下光伏制冷系统需要配备蓄电池的缺点，将陆上的光伏直驱制冰/储冰概念应用于海洋环境，针对陆上系统在海洋中应用遇到的光伏安装、不耐腐蚀、海水冷冻、冷凝器冷却换热等一系列困难问题，本实用新型通过系统结构上的针对性改造，来实现海洋环境下不需要蓄电池的光伏直驱制冰/制冷过程。

2、本实用新型提供一种漂浮式光伏直驱冷冻海水制冰系统，其包括光伏装置、控制器以及制冷循环回路。

3、光伏装置用于将太阳能转化为电能。控制器连接光伏装置并获取光伏装置的输出功率。在制冷循环回路上沿着流体流动方向依次包括变频压缩机、冷凝器、膨胀节流阀和蒸发器。变频压缩机连接控制器。其中，控制器根据光伏装置的输出功率调控变频压缩机的转速，使得变频压缩机将液态制冷剂压缩为过热蒸汽，接着，冷凝器对过热蒸汽进行冷凝，形成过冷液态制冷剂，然后，过冷液态制冷剂进入膨胀节流阀，过冷液态制冷剂的温度和压力受膨胀和节流的影响而降低，随后，过冷液态制冷剂进入蒸发器，在吸热蒸发的过程中释放冷量并与海水换热实现制冷蓄冰，过冷液态制冷剂完成蒸发过程后形成蒸汽，最后蒸汽再流入变频压缩机被压缩为过热蒸汽。

4、在一些实施例中，漂浮式光伏直驱冷冻海水制冰系统还包括动力泵，动力泵设置在制冷循环回路上，动力泵用于驱动制冷循环回路上的流体流动，以进一步提升流体流动速率。优选地，动力泵可以是制冷工质泵。

5、在一些实施例中，漂浮式光伏直驱冷冻海水制冰系统还包括第一水泵和第二水泵。第一水泵连接冷凝器，第一水泵用于抽取海水至冷凝器，以使得制冷工质吸收冷量；第二水泵连接蒸发器，第二水泵用于抽取海水至蒸发器，以吸收冷量冻结从而实现制冰制冷。

6、在一些实施例中，冷凝器与蒸发器的表面附着有抗腐蚀涂层。

7、在一些实施例中，光伏装置是漂浮式光伏装置，漂浮式光伏装置漂浮设置在海面上。

8、在一些实施例中，变频压缩机是直流变频压缩机。

9、在一些实施例中，漂浮式光伏直驱冷冻海水制冰系统还包括储冰装置，蒸发器位于储冰装置内。

10、本实用新型具有以下优点：

11、第一，本实用新型的漂浮式光伏直驱制冷系统在海洋环境中无需借助蓄电池，便可以实现制冷制冰循环。蓄电池不仅充放电具有大量的能量损耗，而且在海洋环境中工作会面临重量过大、寿命不足以及泄露自燃等一系列安全性问题。本实用新型利用光伏直驱压缩机工作，控制器根据光伏的发电输出功率调控压缩机转速，后经制冷循环回路上的各器件来蓄冷制冰，将制出的冰储存起来作为后续的使用能源；而现有技术则是直接使用蓄电池将光伏转换出来的电能进行储存，有着上述诸多问题。

12、第二，相比于目前陆上或者海洋上常见的利用空气作为冷却介质的风冷式冷凝器，温度较低的海水取之不尽用之不竭，是天然的大冷库。而本实用新型正是采用流动海水作为制冷剂的冷却介质，通过利用温度较低的海水快速流经冷凝器的大面积盘管，可以进一步提升换热效率，从而得到比风冷式冷凝器更高的制冷效率。

13、第三，采用冻结海水的方式储存冷量。与陆地上冻结淡水的方式不同，海洋环境下缺乏淡水，因此本实用新型采用冻结海水的方式储存冷量。此外，通过冷凝器与蒸发器表面附着抗腐蚀性涂层，并及时排出高盐度的卤水，从而实现蒸发器长期在高腐蚀性盐水环境下的稳定运行。

14、本实用新型的其它特征和有益效果将在随后的说明书中阐述，并且，部分地特征和有益效果可以通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他有益效果可通过在说明书等内容中所特别指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种漂浮式光伏直驱冷冻海水制冰系统，其特征在于：所述漂浮式光伏直驱冷冻海水制冰系统包括：

2.根据权利要求1所述的漂浮式光伏直驱冷冻海水制冰系统，其特征在于：所述漂浮式光伏直驱冷冻海水制冰系统还包括动力泵，所述动力泵设置在所述制冷循环回路上，所述动力泵用于驱动所述制冷循环回路上的流体流动。

3.根据权利要求2所述的漂浮式光伏直驱冷冻海水制冰系统，其特征在于：所述动力泵是制冷工质泵。

4.根据权利要求1所述的漂浮式光伏直驱冷冻海水制冰系统，其特征在于：所述漂浮式光伏直驱冷冻海水制冰系统还包括第一水泵和第二水泵，所述第一水泵连接所述冷凝器，所述第一水泵用于抽取海水至所述冷凝器，所述第二水泵连接所述蒸发器，所述第二水泵用于抽取海水至所述蒸发器。

5.根据权利要求1所述的漂浮式光伏直驱冷冻海水制冰系统，其特征在于：所述冷凝器与所述蒸发器的表面附着有抗腐蚀涂层。

6.根据权利要求1所述的漂浮式光伏直驱冷冻海水制冰系统，其特征在于：所述光伏装置是漂浮式光伏装置，所述漂浮式光伏装置漂浮设置在海面上。

7.根据权利要求1所述的漂浮式光伏直驱冷冻海水制冰系统，其特征在于：所述变频压缩机是直流变频压缩机。

8.根据权利要求1所述的漂浮式光伏直驱冷冻海水制冰系统，其特征在于：所述漂浮式光伏直驱冷冻海水制冰系统还包括储冰装置，所述蒸发器位于所述储冰装置内。

技术总结
本技术提供一种漂浮式光伏直驱冷冻海水制冰系统，其包括光伏装置、控制器以及制冷循环回路，控制器连接光伏装置，在制冷循环回路上沿着流体流动方向依次包括变频压缩机、冷凝器、膨胀节流阀和蒸发器，变频压缩机连接控制器，控制器依据光伏发电功率的变化对应调节变频压缩机转速，变频压缩机将液态制冷剂压缩为过热蒸汽，冷凝器对过热蒸汽进行冷凝形成过冷液态制冷剂，过冷液态制冷剂进入膨胀节流阀，降低过冷液态制冷剂的温度和压力，过冷液态制冷剂进入蒸发器，在吸热蒸发的过程中释放冷量并与海水换热实现制冷蓄冰，释放的蒸汽再流入变频压缩机被压缩为过热蒸汽。借此，在不使用蓄电池的情况下，实现制冷制冰循环。

技术研发人员：徐礼颉,蔡靖雍,袁成清,吴德烽
受保护的技术使用者：集美大学
技术研发日：20221017
技术公布日：2024/1/12