蓄能式制冷系统及其控制方法

本发明属于制冷，具体涉及一种蓄能式制冷系统及其控制方法。

背景技术：

1、相关现有技术中，利用中、低品位的热能，如工业生产中的余热，以及太阳能和地热能等，能产生较大的经济效益及环境效益，同时在用电低谷期利用电能将所需供冷量储存起来，在高峰时段减少甚至不再使用电能，蓄冷技术平衡了电力的供需平衡。其次，喷射器是一种利用两种状态不同的流体混合产生中间压力流体进而完成能量交换和质量传递的装置，由于结构简单，成本低，运行稳定，无运动部件等特点，目前开发了许多新型节能技术，成功广泛应用与化工，制药以及能源等多个领域。因此，太阳能喷射压缩联合循环制冷系统对于节约能源、保护环境具有重要作用。现有设计中，虽然也有喷射压缩联合制冷的空调，但是其运行成本较高且低品位热能的利用率仍然较低，因此该类空调系统的设计仍然需要进一步进行优化，从而进一步降低运行成本、提升经济效益、提升中低品位热能利用率并提升环境效益。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了至少解决上述现有技术上存在的问题之一，提供一种蓄能式制冷系统及其控制方法，本装置能够有效并充分利用太阳能的同时，能够利用电低谷期的电能将其转化为冷量进行储存，在高峰时段利用太阳能喷射制冷，减少甚至不再使用电能制冷，满足用户全时段制冷需求。

2、为实现上述目的，本发明的目的之一是提供一种蓄能式制冷系统，包括喷射制冷单元、压缩制冷单元和空调单元；所述压缩制冷单元与喷射制冷单元的制冷剂通道相连，并根据太阳能辐照情况和实际制冷需求，通过四通切换组件和电磁阀切换组件配合控制压缩制冷单元与喷射制冷单元之间的制冷剂通道的管路切换，从而实现各不同制冷工作模式之间的切换；所述空调单元包括第一蒸发蓄冷器和第二蒸发蓄冷器；所述电磁阀切换组件包括第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀；第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀分别对应设置在储液罐的三个出口位置；所述喷射制冷单元包括喷射器，其中喷射器的扩压室出口经冷凝器的制冷剂通道与储液罐进口相连，储液罐的第一出口经过第一电磁阀与制冷剂循环泵的进口相连，制冷剂循环泵的出口经发生器的制冷剂通道与喷射器的工作流体入口相连，储液罐的第二出口经过第二电磁阀与气液分离器的制冷剂通道进口相连，气液分离器的底部液相出口与所述第一蒸发蓄冷器的制冷剂通道进口相连，第一蒸发蓄冷器的制冷剂通道出口与四通切换组件的第二接口相连，四通切换组件的第一接口与所述喷射器的引射流体入口相连；所述气液分离器的顶部气体出口与所述四通切换组件的第三接口相连；所述压缩制冷单元包括压缩机，所述压缩机的高压排气口经冷凝器的制冷剂通道与储液罐进口相连；储液罐的第二出口经过第二电磁阀与气液分离器的进口相连，储液罐的第三出口经第三电磁阀与第二蒸发蓄冷器的制冷剂通道进口相连，第二蒸发蓄冷器的制冷剂通道出口与压缩机的低压吸气口相连，压缩机的中压吸气口与所述四通切换组件的第四接口相连。

3、作为优选方案，所述第二电磁阀与气液分离器的制冷剂通道进口之间的管道上设置有第二节流阀；所述气液分离器的底部液相出口与第一蒸发蓄冷器的制冷剂通道进口之间的管道上设置有第一节流阀。

4、作为优选方案，所述第三电磁阀与第二蒸发蓄冷器的制冷剂通道进口之间的管道上设置有第三节流阀。

5、作为优选方案，所述第一蒸发蓄冷器和第二蒸发蓄冷器均包括壳体以及设置在壳体内的制冷剂通道、循环水通道和相变材料；第一蒸发蓄冷器的水通道出口与第二蒸发蓄冷器的水通道进口相连；所述喷射制冷单元的制冷剂通路与第一蒸发蓄冷器的制冷剂通道相连，第一蒸发蓄冷器的相变材料能够用于实现将喷射制冷单元的多余制冷量进行储存；所述压缩制冷单元的制冷剂通路分别与第一蒸发蓄冷器、第二蒸发蓄冷器的制冷剂通道相连，第一蒸发蓄冷器、第二蒸发蓄冷器的相变材料能够用于实现将压缩制冷单元的多余制冷量进行储存。

6、作为优选方案，还包括太阳能集热单元，所述太阳能集热单元的水通道与喷射制冷单元的制冷剂通道实现热交换，用于将太阳能转化为热能并提供给喷射制冷单元；所述太阳能集热单元包括太阳能热水器、蓄热水罐、发生器和太阳能热水循环泵，其中太阳能热水器的水通道出口依次经蓄热水罐、发生器的水通道、太阳能热水循环泵与太阳能热水器的水通道进口相连。

7、作为优选方案，所述四通切换组件包括四通接口管件，所述四通接口管件具有相互连通的四个接口，在第一接口处设置有阀门ⅰ，阀门ⅰ与喷射器的引射流体入口相连，在第二接口处设置有阀门ⅱ，阀门ⅱ与第一蒸发蓄冷器的制冷剂通道出口相连，在第三接口处设置有阀门ⅲ，阀门ⅲ与气液分离器的顶部气体出口相连，在第四接口处设置有阀门ⅳ，阀门ⅳ与压缩机的中压吸气口相连，通过四通切换组件的各阀门的启闭控制，用于实现不同工作模式的切换。

8、本发明的目的之二是提供蓄能式制冷系统的控制方法，其特征在于：根据太阳能辐照情况和制冷需要至少包括如下工作模式：

9、当太阳能辐照充足且能够满足用户制冷需求情况下，能够采用喷射制冷工作模式；打开四通切换组件的第一、二、三接口处的阀门并关闭第四接口处的阀门，开启第一电磁阀、第二电磁阀并关闭第三电磁阀；

10、发生器中的制冷剂工质在制冷剂通道吸热后进入喷射器，并形成低压高速气流，将第一蒸发蓄冷器的制冷剂通道的低压制冷剂气体和气液分离器排出的气相制冷剂工质通过四通切换组件抽吸到喷射器的引射流体入口端，与喷射器工作流体入口端进入的制冷剂工质混合后，并在喷射器内增压形成较高压力的制冷剂气体，后经冷凝放热为较高压力的液相制冷剂工质进入储液罐，然后经储液罐分为两路排出，其中一支路通过泵送升压形成高压制冷剂液体，然后进入发生器的制冷剂通道完成制冷剂高压气体发生过程；另一支路通过节流降压后形成气液两相制冷剂工质，然后气液两相制冷剂工质进入气液分离器进行气液两相分离，其中液相制冷剂工质经过节流降压后得到低压气液两相制冷剂工质后，进入第一蒸发蓄冷器的制冷剂通道蒸发吸收来自水通道中水热量，使液相制冷剂工质变为气相制冷剂工质，然后与从气液分离器顶部排出的气相制冷剂工质相混合后被抽吸到喷射器的引射流体入口端；

11、当无太阳能辐照时，能够采用压缩制冷工作模式；打开四通切换组件的第二、三和四接口处的阀门并关闭第一接口处的阀门，开启第二电磁阀、第三电磁阀并关闭第一电磁阀；

12、压缩机将制冷剂工质压缩成过热的高压制冷剂气体由高压排气口排出；后经冷凝放热为低温高压的液相制冷剂工质进入储液罐，然后经储液罐分为两路排出，其中一路经节流降压后形成低压气液两相制冷剂工质，然后进入第二蒸发蓄冷器的制冷剂通道蒸发吸收来自水通道中的热量形成低压气相制冷剂工质，后形成的低压气相制冷剂工质进入压缩机的低压吸气口进行压缩；另一路经节流降压形成较高压力的气液两相制冷剂工质，后进入气液分离器进行气液两相分离，从气液分离器底部排出的液态制冷剂工质经节流降压形成中压气液两相制冷剂工质；后进入第一蒸发蓄冷器的制冷剂通道蒸发吸收来自水通道中的热量从而变成中压气相制冷剂工质，第一蒸发蓄冷器与气液分离器顶部排出的气相制冷剂工质混合后，进入压缩机的中压吸气口进行压缩；

13、当有太阳能辐照但不能够满足用户制冷需求情况下，能够采用喷射制冷和压缩制冷联合工作模式；打开四通切换组件的第一、二、三接口处的阀门并关闭第四接口处的阀门，开启第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀；

14、发生器中的制冷剂工质在制冷剂通道吸热后进入喷射器，形成低压高速气流，将第一蒸发蓄冷器的制冷剂通道的低压制冷剂工质和气液分离器顶部排出的气相制冷剂工质抽吸到喷射器的引射流体入口端，在喷射器内混合增压后形成较高压力的制冷剂气体，压缩机将制冷剂工质压缩成过热的高压制冷剂气体由高压排气口排出并与喷射器排出的制冷剂工质进行混合后，经冷凝放热为较高压力的液相制冷剂工质进入储液罐，然后经储液罐分为三路排出，其中一支路通过泵送升压形成高压制冷剂液体，然后进入发生器的制冷剂通道完成制冷剂高压气体发生过程，二支路节流降压形成较高压力的气液两相制冷剂工质，后进入气液分离器进行气液两相分离，从气液分离器底部排出的液态制冷剂工质经节流降压形成中压气液两相制冷剂工质，后进入第一蒸发蓄冷器的制冷剂通道蒸发吸收来自水通道中的热量从而变为气相制冷剂工质，第一蒸发蓄冷器排出的制冷剂工质与气液分离器顶部排出的气相制冷剂工质相混合后被抽吸到喷射器的引射流体入口；三支路经节流降压形成较低压力的气液两相制冷剂工质，然后进入第二蒸发蓄冷器的制冷剂通道蒸发吸收来自水通道中的热量形成较低压力的气相制冷剂工质；然后较低压力的气相制冷剂工质进入压缩机的低压吸气口进行压缩。

15、作为优选方案，所述第一、第二蒸发蓄冷器的制冷剂通道内的制冷剂蒸发时还能够吸收相变材料的热量，使相变材料由液态变为固态从而蓄存冷量。

16、作为优选方案，所述第一蒸发蓄冷器中的相变材料的相变温度较第二蒸发蓄冷器中的相变材料的相变温度高。

17、与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果之一：

18、其一、本发明通过结构改进，根据不同的太阳能辐照情况和实际制冷需求，从而通过四通切换组件和电磁阀切换组件配合实现各工作模式的切换运行，连通四通切换组件第一、二、三接口并切断第四接口，同时开启第一电磁阀、第二电磁阀并关闭第三电磁阀；其中喷射制冷单元能够充分利用太阳能转化的热能，能够运行喷射制冷工作模式，连通四通切换组件第一、二、三接口并切断第四接口，同时开启第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀，能够实现喷射压缩联合制冷工作模式运行，连通四通切换组件第二、三、四接口并切断第一接口，同时开启第二电磁阀、第三电磁阀并关闭第一电磁阀，能够实现压缩制冷工作模式运行，压缩制冷单元充分利用用电低谷期的电能。

19、其二、本发明中，压缩制冷单元采用梯级压缩的方式对制冷剂进行压缩，来自第二蒸发蓄冷器制冷剂通道的气相制冷剂由压缩机的低压吸气口进入进行压缩，来自气液分离器顶端排出的气相制冷剂工质与来自第一蒸发蓄冷器制冷剂通道的气相制冷剂工质相混合后，由压缩机的中压吸气口进入，实现压缩后由压缩机的高压排气口排出，进行了一个梯级压缩过程，降低了每一级的压比，因此降低了压缩机的能耗，使装置更加节能。

20、其三、本方案，优化了制冷系统的控制方法，通过与上述特定结构的蓄能式制冷系统有机结合，结合不同的太阳能辐照情况和实际的制冷需要，对制冷系统分为多个工作模式进行制冷，本方案制冷制冷系统的控制方法不仅绿色节能且克服太阳能喷射制冷部分时刻太阳提供热量不足的问题，同时能够实现为用户全时段供冷需要，在太阳能辐照充足且喷射制冷系统多余冷量和用电低谷期的压缩制冷系统的多余冷量等多种情况下均能够分别在对应相变材料中进行冷量储存。本方案制冷控制方法能够有效并充分利用太阳能的同时，还能够利用用电低谷期的电能将其转化为冷量进行储存，在高峰时段利用太阳能喷射制冷，减少甚至不再使用电能制冷，使得制冷系统运行更加绿色节能。