一种基于跨临界二氧化碳吸收式制冷循环的相变蓄冷系统

本发明涉及制冷蓄冷，特别涉及一种基于跨临界二氧化碳吸收式制冷循环的相变蓄冷系统。

背景技术：

1、现今，随着传统化石能源的不断枯竭，同时带来的许多环境污染和生态破化等问题，实现能源的可持续发展和解决环境问题已经成为现在急需解决的问题。太阳能作为可再生能源，具有清洁、经济和安全等优势，推广太阳能资源的发展和多元化利用，可有利于缓解能源紧张和环境问题。

2、相较于现有的制冷剂多存在破坏臭氧层、高全球变暖潜能值等缺点对环境产生不良影响，传统的二氧化碳制冷剂可很好地解决由制冷剂使用带来地环境问题。二氧化碳具有无色无味无毒、化学性质稳定、安全低廉、临界状态易实现等优点，是一种环境友好型的天然工质，因此，绿色二氧化碳制冷技术具有广阔的发展应用前景。吸收式制冷凭借其可实现利用低品位热源而不需压缩机做功为循环进行驱动这一特性得到广泛的关注，是一种常见的制冷技术，在电能缺乏的制冷场合具有较好的应用前景。传统的吸收式制冷循环多采用溴化锂-水和氨-水为工质对，这两种工质对都存在一些不足之处，其中溴化锂-水溶液具有较强的腐蚀性，对系统有较高的密封性，氨具有爆炸性和毒性，而跨临界二氧化碳和离子液体[bm im]pf6工质对具有无毒、较好的热稳定性和环境友好型等优势。

3、相变蓄冷技术可以打破时间地限制实现制冷系统地经济性运行，可实现对能源的高效利用，符合未来国际社会的发展趋势，具有可观的应用前景。十水硫酸钠作为无机类相变材料具有储能密度高、价格低廉、相变温度易调节等优点，在蓄冷领域广泛应用。

4、目前关于超临界二氧化碳为工质的应用多集中在发电领域，例如杨声等人(专利名称：耦合溴化锂吸收式制冷的跨临界二氧化碳循环余热发电系统；申请号：201910829358.8)提出将制冷系统与二氧化碳循环发电系统耦合在一起，采用梯级利用余热作为热源，该专利不仅考虑了中低温的余热利用问题，也为发电方式提供了新思路。申江等人就跨临界二氧化碳制冷技术提出了热驱动无泵吸收式辅助过冷的跨临界co2的制冷系统(申请号：201811568330.5)，该专利将以溴化锂-水为工质对的吸收式制冷循环和跨临界二氧化碳制冷循环通过热交换器和发生器耦合在一起，从热回收层面解决了压缩机排气的热利用问题，但是没有从节能技术层面考虑能源的可持续发展和多元化利用。

5、发明名称为太阳能驱动制冷机与二氧化碳热泵的联合空调系统(申请号：201110072622.1)的专利提出了一种将以太阳能为驱动的制冷机与二氧化碳为介质的热泵相结合的系统，该系统可针对不同运行模式进行切换，其中在制冷模式下主要是采用溴化锂制冷机和二氧化碳热泵进行制冷，采用了常规的热泵系统，离不开压缩机的做功为循环提供动力，对电能具有一定的依赖性。该专利虽考虑到了二氧化碳工质在热泵系统中特殊的工作状态并进行了设计，但所采用的吸收式制冷机依然是以传统的溴化锂-水溶液为工质对，并没有针对二氧化碳吸收式制冷进行相关设计。对于夜间或阴天等其他太阳能辐照较差时段内，太阳能采集的热量无法满足制冷机的需求时，制冷只能由二氧化碳热泵独立承担，对一次能源具有一定的依赖性。

6、发明名称为一种太阳能吸收引射复合跨临界co2制冷系统(申请号：202010069090.5)的专利主要针对了跨临界二氧化碳工质在热泵系统中的工作效能进行了优化和设计，引入了太阳能吸收引射过冷循环(即以溴化锂-水或氨-水溶液为工质对的吸收式制冷循环)，该循环通过对二氧化碳连续两次梯级冷却，减小了不可逆节流损失，提升了系统总体能效，但并没有从吸收式制冷系统方面考虑跨临界二氧化碳工质的运行和能效问题。

7、在全球能源危机和环境问题突出的今天，若能将绿色二氧化碳制冷技术与其他节能技术有效结合利用，在节能减碳方面有及其重要的意义。目前还没有一种设计能将跨临界二氧化碳吸收式制冷循环技术与其他节能技术、相变蓄冷放冷技术有效合理的结合起来并用于制冷蓄冷领域。

技术实现思路

1、本发明主要解决的技术问题是提供一种基于跨临界二氧化碳吸收式制冷循环的相变蓄冷系统，将跨临界二氧化碳制冷技术、太阳能供热技术和相变蓄冷放冷技术相结合，白天太阳能充足时系统进行供冷和蓄冷，储存后的冷量在晚间可以进行放冷供冷，打破了用冷的时间和空间限制，实现了能源的高效利用，具有环境友好型、可持续性、结构紧凑等优势，对节能减碳有及其重要的意义，具有广阔的应用前景。

2、本发明技术方案如下：一种基于跨临界二氧化碳吸收式制冷循环的相变蓄冷系统，所述系统包括太阳能集热系统、吸收式制冷循环系统和相变蓄冷放冷系统；

3、所述太阳能集热系统连接吸收式制冷循环系统，用于向吸收式制冷循环系统提供太阳能，所述吸收式制冷循环系统连接相变蓄冷放冷系统，用于向相变蓄冷放冷系统提供制冷。

4、作为改进，太阳能集热系统包括太阳能集热器、第一循环泵和蓄热罐；所述第一循环泵的出口连通所述太阳能集热器的入口，所述太阳能集热器的出口连通所述蓄热罐的入口。

5、作为改进，所述吸收式制冷循环系统包括发生器、吸收器、溶液换热器、溶液泵、第一节流阀、气体冷却器、回热器、第二节流阀和换热器；所述发生器第一出口连通所述蓄热罐的入口，第二循环泵连通所述发生器第一入口，所述发生器第二出口连通所述气体冷却器第一入口，所述气体冷却器第一出口连通所述回热器第一入口，所述回热器第一出口连通所述第二节流阀的入口，所述第二节流阀的出口连通所述换热器第一入口，所述换热器第一出口连通所述回热器第二入口，所述回热器第二出口连通所述吸收器第一入口，所述吸收器第一出口连通所述溶液泵的入口，所述溶液泵的出口连通溶液换热器第一入口，所述溶液换热器第一出口连通发生器第二入口，所述发生器第三出口连通溶液换热器第二入口，所述溶液换热器第二出口连通第一节流阀的入口，所述第一节流阀的出口连通吸收器第二入口。

6、作为改进，所述相变蓄冷放冷系统包括换热器和水-气换热器；所述换热器上设置有入口和出口，所述水-气换热器上设置有入口、出口、第三流入管道和第三流出管道；换热器上的入口和出口分别和水-气换热器的出口和入口连接。

7、作为改进，所述吸收式制冷循环系统中的制冷剂二氧化碳处于跨临界状态，所述跨临界状态是指当所述制冷剂从所述发生器中析出后的压力高于二氧化碳的临界压力，然后高温高压超临界二氧化碳流入所述气体冷却器进行放热，此时二氧化碳超临界流体的温度略高于环境温度，之后二氧化碳流体在所述回热器中与低温低压二氧化碳蒸气换热后温度降低，接着进入所述第二节流阀节流后变为低温低压的气液两相流，最后在所述换热器内吸收热量进行蓄冷，在整个循环中，制冷剂二氧化碳处于跨临界状态。

8、作为改进，所述太阳能集热系统内的工质导热油由蓄热罐的出口流出，通过所述第一循环泵进入所述太阳能集热器，在太阳能集热器中获得热量后，所述高温导热油从太阳能集热器的出口流向所述蓄热罐形成循环回路，所述高温导热油通过所述第二循环泵经发生器第一入口流向所述发生器，在所述发生器中进行加热后，经所述发生器第一出口回到所述蓄热罐形成循环。

9、作为改进，所述吸收式制冷循环系统内的制冷剂二氧化碳在所述发生器中经所述高温导热油加热后，从所述发生器中的浓溶液中析出，所述发生器中的浓溶液被加热后变为稀溶液，所述析出后的高温高压二氧化碳从所述发生器第二出口流向所述气体冷却器，所述高温高压二氧化碳制冷剂的压力高于二氧化碳的临界压力，所述高温高压超临界二氧化碳在所述气体冷却器中与所述室外常温冷却水热交换后变为高压室温超临界二氧化碳，所述高压室温超临界二氧化碳在与所述室外常温冷却水热交换后温度略高于环境温度，所述高压室温超临界二氧化碳制冷剂进入所述回热器，在所述回热器中与从所述换热器流出进入所述回热器的低温低压二氧化碳蒸气进行换热后，从回热器流出通往所述第二节流阀，在所述第二节流阀中节流后进入所述换热器，在所述换热器中吸热蒸发后，流入所述回热器，在所述回热器中加热后流向所述吸收器，在所述吸收器中与从溶液换热器第二出口流出经所述第一节流阀进入所述吸收器的稀溶液混合后变成低压浓溶液，在所述吸收器中的低压浓溶液经所述吸收器第一出口流向所述溶液泵，在所述吸收器中反应产生的热量被所述室外常温冷却水带走，所述混合后的低压浓溶液，从所述溶液泵流向所述溶液换热器，在所述溶液换热器中与从所述发生器流出流向所述溶液换热器的稀溶液进行热交换后，从溶液换热器第一出口流出，经发生器第二入口回到所述发生器，形成制冷闭合循环回路。制冷剂二氧化碳经吸收器第一入口流入吸收器中，与从溶液换热器中流出经第一节流阀后流入吸收器的稀溶液混合后，成为低压浓溶液。

10、作为改进，所述换热器包括壳体、空腔、工质水换热通道和工质二氧化碳换热通道；所述壳体的周围包裹有保温材料，所述空腔内放置相变材料，所述相变材料采用十水硫酸钠，所述工质水换热通道设置有四根并按环状均匀排列在所述空腔内部，所述工质二氧化碳换热通道设置有一根并布置在所述空腔中部。

11、本发明所述的基于跨临界二氧化碳吸收式制冷循环的相变蓄冷系统，将所述太阳能集热系统通过所述发生器与以跨临界二氧化碳为制冷剂和离子液体[bm im]pf6为吸收剂的所述吸收式制冷循环系统结合在一起，所述吸收式制冷循环系统通过所述换热器与以十水硫酸钠为相变材料的所述相变蓄冷放冷系统结合在一起，本发明具有以下的优点和有益效果：

12、(1)将绿色二氧化碳制冷技术与其他节能技术即太阳能供热技术通过发生器有效结合起来。在白天太阳能自然资源丰富时，跨临界二氧化碳吸收式制冷系统充分利用其提供的热能可持续稳定的产冷供冷，实现了对可再生能源的高效利用，具有环境友好型、可持续性等优势，对节能减碳具有重要意义。

13、(2)跨临界二氧化碳吸收式制冷系统的制冷剂采用二氧化碳，具有无毒无害无色无味无毒、化学性质稳定、安全低廉、临界状态易实现等优点，是一种环境友好型的天然工质。

14、(3)跨临界二氧化碳吸收式制冷系统中设置回热器，目的是降低二氧化碳流体的温度，使其过冷度变大，提高了系统的能效。

15、(4)引入相变蓄冷放冷系统。白天太阳能充足时系统进行供冷和蓄冷，储存后的冷量在晚间可以进行放冷供冷，将制冷用冷蓄冷一体化，打破了用冷的时间和空间限制，具有广阔的应用前景。

16、(5)本发明针对跨临界二氧化碳工质在吸收式制冷系统中的应用进行了详细的设计和描述，采用了二氧化碳和离子液体工质对，安全无毒、环境友好，并增设了回热器，降低了二氧化碳工质的温度，增大了过冷度，提高了制冷系统的制冷效率；同时，引入了相变蓄冷放冷系统，将制冷供冷蓄冷一体化，白天太阳能充足可在供冷的同时进行蓄冷，实现了在晚间的不间断供冷。本发明提出的跨临界二氧化碳吸收式制冷系统相较于热泵不需要压缩机做功提供动力，通过利用太阳能集热器回收的热能驱动系统循环制冷，节省了电能资源，提高了对可再生能源的利用率。