专利名称：一种多温级蓄能制冷方法
技术领域：
本发明属于能量转换及蓄能制冷技术领域。涉及到一种由氨水溶液浓度变化引起的溶液化学势能变化来完成能量转换、储存并将储存的能量转换成不同温度等级冷能的方法。
背景技术：
现有蓄能(蓄冷/蓄热)技术主要是利用工作介质状态变化过程所具有的显热、潜热效应或化学反应过程的反应热，采用将电能直接转换成冷或热能并储存的方式进行，包括显热、潜热和热化学蓄能技术。
现有蓄能(蓄冷/蓄热)技术如下1)显热蓄能技术利用每一种物质均具有一定的热容，在物质形态不变的情况下，随着温度的变化会吸收或放出热量的特性。从理论上说，所有物质均可以被应用于显热蓄能。在蓄能技术发展的初期，显热蓄能首先被提出并得到应用，应用最广泛的就是冷/热水蓄能技术。
2)潜热蓄冷技术利用物质相变时需要吸收或放出热量的特性来储存或释放冷(热)能，包括冰蓄能技术，共晶盐(相变材料-PCM)蓄能技术。冰蓄冷技术是目前使用较广泛的一项蓄冷技术，它是利用水的固液相变潜热进行冷量的储存和释放。共晶盐(相变材料-PCM)蓄能技术是另一种较新的潜热蓄能技术，它是利用各种蓄能材料(又称相变材料-PCM)特殊的固液相变温度，使该项技术既适用于蓄热又适用于蓄冷。
3)热化学蓄冷技术在一定的温度范围内，某些物质吸热或放热时会产生某种热化学反应。利用这一原理所构成的蓄能技术称之为热化学蓄能技术。目前正在研究开发的气体水合物蓄冷技术从物质状态变化形式上可以划入潜热蓄冷技术，但从蓄冷原理上是属于由化学反应所产生的化学反应热来蓄冷。
以上所有现有蓄能技术的一个共同特点是电能直接转换成冷或热能并储存，蓄能温度均低或高于环境温度，所储存的冷或热能温度是一定的，不能任意变化，不能用于多温级蓄能制冷领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种多温级蓄能制冷方法，可以将电能先转换成氨水溶液制冷潜能并以潜能的形式储存能量，然后采用逐级蒸发、吸收制冷方式将储存的潜能转换成所需的不同温度等级的冷能。本发明是要解决制冷机组集中使用所造成的昼夜电力负荷不均衡及降低制冷机组用户用电费用的问题。
本发明的技术解决方案是将电能转换为氨水溶液制冷潜能并加以储存最终转换成不同温度等级冷能的方法由电能转换、潜能储存和潜能再转换，即由充能、储能、释能三个过程构成；充能过程是将用电低谷时段的电能转换成氨水溶液的制冷潜能并使蓄能溶液储罐内氨水溶液的能量不断增加；储能过程是将充能结束后的具有制冷潜能的稀氨水溶液及氨液分别储存在蓄能溶液储罐和氨液储罐内。充能和储能具体实施过程与专利申请(200410021385.6)权利要求1中所述相同，本发明与专利申请(200410021385.6)权利要求不同的是在于释能过程。
本发明的释能工作流程如下当用户需要多个温度等级的冷能时，将储存于氨液储罐内的氨液通过各负荷控制调节装置分别引入各个蒸发器，氨液在不同的温度等级下蒸发产生冷量；蓄能溶液储罐内的稀氨水溶液通过负荷控制调节装置先引入最低工作压力的吸收器，吸收来自最低制冷温度等级的蒸发器内蒸发出的氨蒸气并排出热量；氨水溶液采用逐级提升压力的串联吸收的方法，吸收来自不同制冷温度等级蒸发器的氨蒸气储存于蓄能溶液储罐内的稀氨水溶液先进入工作压力最低的吸收器吸收来自最低制冷温度蒸发器的氨蒸气，吸收氨蒸气后的低压氨水溶液通过溶液泵加压再进入工作压力高一等级的吸收器吸收来自高一等级制冷温度蒸发器的氨蒸气；然后逐级提高溶液压力并逐级进入相应压力的吸收器，吸收来自对应制冷温度等级的蒸发器内蒸发出的氨蒸气排出热量，直至达到最高制冷温度等级所对应的最高吸收压力，储存在蓄能溶液储罐内的能量被释放并转换成各温度等级下的冷能；从最高制冷温度等级所对应的最高压力吸收器出来的高浓度氨水浓溶液经溶液泵加压进入中转溶液储罐，中转溶液储罐内氨水溶液升高到设计液位，释能及能量再转换过程结束，连通中转溶液和蓄能溶液储罐，使中转溶液储罐内的浓氨水溶液进入蓄能溶液储罐。
本发明的效果和益处是将用电低谷时段的电能转换成工作溶液制冷潜能，并以潜能的形式储存能量；在用电的其它时段用户需要不同制冷温度等级的冷能时，采用逐级蒸发、吸收制冷方式将储存的潜能转换成所需要的不同制冷温度等级冷能，对昼夜波动较大的电力负荷起到“削峰填谷”作用，可提高供电系统运行安全性和经济性，提高运行效率，并可降低制冷用户的用电费用；由于能量以制冷潜能的形式储存，并采用逐级蒸发、吸收制冷方式将潜能转换成不同制冷温度等级的冷能，制冷温度可以根据需要在较大的范围内变化；制冷剂采用氨，ODP和GWP值均为0，彻底解决制冷剂对环境所造成的破坏问题；本项发明特别适用于工业和商业领域内需要多个制冷温度等级的蓄能制冷系统。
附图1是一种采用全量蓄能策略的两温级蓄能制冷机组工作循环流程图。
附图2是一种采用分量蓄能策略的两温级蓄能制冷机组工作循环流程。
附图3是一种采用全量蓄能策略的三温级蓄能制冷机组工作循环流程。
附图4是一种采用分量蓄能策略的三温级蓄能制冷机组工作循环流程。
附图5是一种采用全量蓄能策略的两温级蓄能制冷机组工作循环流程图。
图中虚线表示氨蒸气流，实线表示液体流，箭头所指方向为流动方向。
图中，1高压级吸收器，2溶液泵，3溶液泵，4低压级吸收器，5负荷控制调节阀，6切换阀，7流通阀，8蓄能溶液储罐，9切换阀，10切换阀，11溶液热交换器，12电机，13压缩机，14喷淋器，15减温/精馏器，16换热管束，17发生/冷凝器，18控制阀，19溶液储罐，20减压阀，21氨液储罐，22控制阀，23氨液过冷器，24低温级蒸发器，25负荷控制调节阀，26控制阀，27氨液过冷器，28高温级蒸发器，29负荷控制调节阀，30控制阀，31冷凝器，32溶液泵，33吸收器，34过冷器，35蒸发器，36负荷控制调节阀，37控制调节阀具体实施方式
下面结合技术方案和附图，详细叙述本发明的具体实施例。
实施例1附图1是一种采用全量蓄能策略的氨水溶液两温级蓄能制冷机组工作循环流程。工作过程为用电低谷时段，切换阀6、10开启，切换阀9关闭，蓄能溶液储罐8内的氨水溶液经溶液泵3和溶液热交换器11加压、加热后，通过喷淋器14喷淋在发生/冷凝器17的换热管束16外，氨水溶液受热产生氨蒸气流经减温/精馏器15与喷入的氨液混合，温度降低，然后被引入由电机12驱动的氨压缩机13压缩，压缩后氨蒸气在换热管束16内冷凝，冷凝热作为发生热传给换热管束16外的氨水溶液，冷凝的氨液经溶液热交换器11降温，小部分通过控制阀18进入减温/精馏器15和压缩机13作为冷却液，大部分进入氨液储罐21；出发生/冷凝器17的氨水溶液经溶液热交换器11降温后回到蓄能溶液储罐8内，蓄能溶液储罐8内溶液中氨质量减少，浓度降低，当蓄能溶液储罐8内溶液氨浓度降低到设计值时，能量转换及蓄能溶液储罐8充能阶段结束，压缩机停止运行，能量主要以溶液制冷潜能的形式在蓄能溶液储罐8内被储存起来；当用户需要不同温度等级的冷能时，切换阀6、10闭，切换阀9开，负荷控制调节阀5、25、29工作，根据不同温度等级的冷负荷需求将氨液储罐1内的氨液分别经氨液过冷器23、27引入低温级蒸发器24和高温级蒸发器28，氨液气化产生高、低两个温度等级的冷能，各温度等级的冷能分别由载冷剂流股24a、24b和28a、28b带走或直接冷却需要被冷却的介质，低温级蒸发器24的氨蒸气进入低压级吸收器4被通过负荷控制调节阀5的稀氨水溶液吸收，氨水溶液浓度有所提高，经溶液泵2升压后进入高压级吸收器1吸收来自高温级蒸发器28的氨蒸气，两吸收器工作产生的热量被冷却流股1a、1b和4a、4带走，从高压级吸收器1出来的氨水溶液经溶液泵3加压进入中转溶液储罐19，当蓄能溶液储罐8内稀氨水溶液减少到设计值时，将中转溶液储罐19与蓄能溶液储罐8连通，将中转溶液储罐19内的浓氨水溶液全部或部分转移到蓄能溶液储罐8内，释能及能量再转换阶段结束，制冷机组完成“能量转换-储存-再转换”一个完整的工作循环。
在对蓄能溶液储罐进行充能过程中，当发生/冷凝器17换热管束16内冷凝热量小于换热管束16外溶液发生所需要的热量时，不足的热量直接取自低温级蒸发器24或高温级蒸发器28的低温热量。即，根据制冷需要通过控制阀22或控制阀26引出部分氨蒸汽作为补充，直接被氨压缩机13吸入而不再进入相应的吸收器被氨水溶液吸收，增加发生/冷凝器17换热热管束16内冷凝热量，发生/冷凝器17的工作压力必须等于或略低于所引出的氨蒸气压力。
实施例2附图2是一种采用分量蓄能策略的氨水溶液两温级蓄能制冷机组工作循环流程，在附图1及实施例1所述的构成制冷机组工作循环所需的设备基础上增加了控制阀30和冷凝器31。工作过程为当冷负荷低于设计值时，控制阀30关闭，冷凝器31不工作，蓄能制冷机组按实施例1所述的充能过程运行，此时为纯充能过程；当冷负荷高于设计值且来自各蒸发器24、28的氨蒸气流量小于氨压缩机13排气流量时，控制阀30和冷凝器31工作，由蒸发器24、28产生的氨蒸气连同出减温/精馏器15的氨蒸气一起被氨压缩机吸入并压缩，根据冷负荷需要部分压缩后氨蒸气通过控制阀30进入冷凝器31，冷凝的氨液通过氨液过冷器23、27和负荷控制调节阀25、29进入蒸发器24、28蒸发，其余压缩后氨蒸气在发生/冷凝器17内冷凝并对蓄能溶液储罐8进行充能，充能过程如同实施例1中所述，此时为部分充能过程；当来自各蒸发器24、28的氨蒸气流量等于或大于氨压缩机13吸气流量时，切换阀6、10闭，切换阀9开，根据电网是否需要错峰可以选择氨压缩机13继续运行或停止运行两种方案；当选择氨压缩机13继续运行方案时，储存在蓄能溶液储罐8内的稀氨水溶液通过负荷控制调节阀5逐级进入吸收器4、1，吸收来自蒸发器24、28的部分氨蒸气释放储存的能量，其余氨蒸气被氨压缩机13吸入并压缩，压缩后的氨蒸气全部通过的控制阀30在冷凝器31内冷凝，其中的释能过程如同实施例1中所述，此时为部分释能过程；当选择氨压缩机13停止运行方案时，来自蒸发器24、28的氨蒸气全部进入吸收器4、1被来自蓄能溶液储罐8内的稀氨水溶液通过负荷控制调节阀5逐级吸收，储存于蓄能溶液储罐8内的能量被释放，释能过程如同实施例1中所述，此时为纯释能过程。在部分充能和部分释能过程中，来自低温级蒸发器24的氨蒸气被氨压缩机13的低压段吸入，来自高温级蒸发器28的氨蒸气被氨压缩机13的高压段吸入。
实施例3附图3是一种采用全量蓄能策略的氨水溶液三温级蓄能制冷机组工作循环流程，是在附图1及实施例1所述的构成二温级蓄能制冷机组工作循环流程的基础上增加了一组更低温级的蒸发/吸收设备，包括溶液泵32，吸收器33，过冷器34，蒸发器35和负荷控制调节阀36；三温级蓄能制冷机组工作基本与实施例1中所述的过程相同，只是在释能过程中来自蓄能溶液储罐8内的稀氨水溶液先进入低压级吸收器33，然后进入中压级吸收器4，最后进入高压级吸收器1分别吸收来自相应工作压力下蒸发器35、24、28的氨蒸气。
实施例4附图4是一种采用分量蓄能策略的氨水溶液三温级蓄能制冷机组工作循环流程，是在附图3及实施例3所述的构成二温级蓄能制冷机组工作循环流程的基础上增加了一组更低温级的蒸发/吸收设备，包括溶液泵32，吸收器33，过冷器34，蒸发器35，负荷控制调节阀36和控制调节阀37；采用分量蓄能策略的三温级蓄能制冷机组工作基本与实施例2和3中所述的过程相同；在部分充能和部分释能过程中，来自低温级蒸发器35的氨蒸气被氨压缩机13的低压段吸入，来自中温级蒸发器24的氨蒸气被氨压缩机13的中压段吸入，来自高温级蒸发器28的氨蒸气被氨压缩机13的高压段吸入。
权利要求
1.一种多温级蓄能制冷方法，其特征在于将电能先转换成氨水溶液的制冷潜能并储存，然后采用逐级蒸发、吸收的方法将储存的制冷潜能转换成不同温度等级的冷能；制冷潜能转换成不同温度等级的冷能的过程如下(1)当用户需要多个温度等级的冷能时，将储存于氨液储罐内的氨液通过各负荷控制调节装置分别引入各个蒸发器，氨液在不同的温度等级下蒸发产生冷量；(2)将蓄能溶液储罐内的稀氨水溶液通过负荷控制调节装置先引入最低工作压力的吸收器，吸收来自最低制冷温度等级的蒸发器内蒸发出的氨蒸气并排出热量；(3)氨水溶液采用逐级提升压力的串联吸收的方法，吸收来自不同制冷温度等级蒸发器的氨蒸气；即，储存于蓄能溶液储罐内的稀氨水溶液先进入工作压力最低的吸收器吸收来自最低制冷温度蒸发器的氨蒸气，吸收氨蒸气后的低压氨水溶液通过溶液泵加压再进入工作压力高一等级的吸收器吸收来自高一等级制冷温度蒸发器的氨蒸气；(4)按(3)所述方式逐级提高溶液压力并逐级进入相应压力的吸收器，吸收来自对应制冷温度等级的蒸发器内蒸发出的氨蒸气排出热量，直至达到最高制冷温度等级所对应的最高吸收压力，储存在蓄能溶液储罐内的能量被释放并转换成各温度等级下的冷能；(5)从最高制冷温度等级所对应的最高压力吸收器出来的高浓度氨水浓溶液经溶液泵加压进入中转溶液储罐，中转溶液储罐内氨水溶液升高到设计液位，释能及能量再转换过程结束，连通中转溶液和蓄能溶液储罐，使中转溶液储罐内的浓氨水溶液进入蓄能溶液储罐。
全文摘要
一种多温级蓄能制冷方法和工作流程，涉及能量转换及蓄能制冷技术领域。本发明的特征是将用电低谷的电能通过压缩机将其转换成氨水溶液的制冷潜能并将这种潜能储存在氨水溶液储罐内，当用户需要一个或一个以上温度等级的冷能时，采用逐级蒸发、吸收的方法将储存的制冷潜能转换成所需的冷能。本发明的效果和益处是充分利用用电低谷的电能对电网起到移峰填谷的作用，能量转换效率高，费用低，工作灵活，设备简单，潜能可长久储存，制冷温度低并可同时提供多个制冷温度等级，特别适用于多温级冷库或多温级工业用冷的场合。
文档编号F25D5/00GK1828197SQ20061004567
公开日2006年9月6日 申请日期2006年1月14日 优先权日2006年1月14日
发明者徐士鸣 申请人:大连理工大学