一种冷能用于空调供冷的成套装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种深冷源冷能应用技术，尤其是一种冷能空调技术，具体地说是一种冷能用于空调供冷的成套装置。


背景技术：

2.深冷，一般指233k～77k的温区范围。233k一般为单级蒸汽压缩制冷所能有效达到的温度下限，77k为液氮常压沸点温度。常见的在此温度范围内的深冷源有：液氮、液态天然气(简称lng)、液氧、液态乙烯等。在利用时液相冷源都需要加热气化至常温或需要的温度状态。复温过程大多使用空气加热或水浴加热，如此大量的冷能便被白白浪费掉了。
3.空调制冷系统主要由压缩机制冷系统、制冷剂循环系统、冷冻水循环系统、盘管风机系统、冷却塔风机系统等组成。制冷机组通过压缩机将制冷剂压缩并冷却成液态后送蒸发器中，冷冻水循环系统通过冷冻水泵将常温水泵入蒸发器盘管中与冷媒进行间接热交换，冷冻水被送到各风机风口的冷却盘管中吸收盘管周围的空气热量，产生的低温空气由盘管风机吹送到各个房间，从而达到降温的目的。在这个系统中，无论是制冷机，水泵，冷却系统，都是以消耗电力为代价达到降温的目的，而深冷源携带大量冷量，所以将深冷源的冷量应用于空调系统具有节能减排降低成本的实际意义。
4.专利cn 102213504 b和专利cn 207600015 u都提出了一种将lng冷能用于发电和空调相结合的系统。采用三级换热，建立两级朗肯循环，需用到五通道换热器，原理虽简单，但是工程应用复杂，而且流程中用到乙烷、丙烷等易燃易爆介质，整个系统危险度很高，并不适用于空调用户。
5.专利cn 202660667 u公开了一种利用lng冷能的集中式空调装置，采用乙二醇水溶液作为载冷剂传递lng冷能给空调系统，虽然流程简单，但是乙二醇水溶液凝固点较高，不同质量分数的乙二醇水溶液凝固点为-10℃～-40℃，与lng(-160℃)直接换热大概率会凝固，导致系统停机。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是针对现有的能源利用充分，存在能源浪费的问题，设计一种冷能用于空调供冷的成套装置，不仅能够对大量冷能进行高效的回收利用，而且系统安全可靠，具备连续供冷、稳定性高的优点。
7.本实用新型的技术方案是：
8.一种冷能用于空调供冷的成套装置，其特征是：它包括第一换热器1、第二换热器2、第三换热器3、冷冻水循环泵4、第一三通阀5、第二三通阀6、第一阀门7、第二阀门8和制冷机组9；第一换热器1的进口端与冷源液相连通，冷源液相进入第一换热器1后首先被空调冷冻水加热全部气化并升温，出口温度不大于273k，若未达到冷源使用温度，则冷源进入第二换热器(2)中被热源加热至所需温度气相后排出，第一阀门(7)安装在第二换热器(2)的热源给水管上；冷却后的空调冷冻水经冷冻水循环泵(4)送入制冷机组 (9)的蒸发器，并经制
冷机组(9)送入空调用户(10)中吸热后经第三换热器(3)进入第一换热器(1)中进行循环吸冷降温，循环吸冷降温后的空调冷冻水再次进入制冷机组，依次循环；第一三通阀(5)安装在连接冷冻水循环泵(4)和制冷机组(9)的管道上，第二三通阀(6)安装在连通第三换热器(3)和空调用户(10)出口的管路上并与第一三通阀(5)相连通；两个三通阀配合使用，以使当用户不使用深冷源冷能时，制冷机组(9)单独工作；第二阀门(8)安装在第三换热器(3)的热源给水管路上。所述的制冷机组9为常规压缩机制冷系统，当系统不使用冷源冷能或者冷源冷能不足以支撑用户冷负荷时，开启压缩机制冷系统保证用户的供冷稳定。
9.所述的液相冷源来自储罐或泵、温度为233k～77k；液相冷源进入第一换热器1中被空调冷冻水加热全部气化并升温，出口温度不大于273k，若未达到冷源使用温度，则进入第二换热器2中被热源加热至所需温度。
10.所述第一换热器1为中间介质型气化器ifv，ifv主要分为两个部分，第一部分由空调冷冻水和中间介质进行换热；第二部分由中间介质和液相冷源进行换热，采用中间传热介质的方法避免了冷冻水的结冰问题。
11.所述的中间介质为r410a或r290、r125、r161、r23、r116、r32、r1270和r116 中的两种或三种组成的混合物。
12.所述第二换热器2为深冷源再加热换热器，当深冷源在第一换热器1中加热气化未达到使用温度时，打开第一阀门7采用热源对深冷源进行再加热以满足深冷源的温度要求；当深冷源在第一换热器1中加热气化已达到使用温度时，由第一阀门7关闭，冷源只是穿过第二换热器2，不进行换热。
13.所述第三换热器3为深冷源气化提供热源，当空调用户不使用冷源时。此时打开第二阀门8，采用热源给水对经第一三通阀5、第二三通阀6进入第三换热器3的冷冻水进行加热，其余时候关闭第二阀门8，冷冻水只是穿过第三换热器3而不加热。
14.所述热源给水为海水、空气或太阳能、工业余热等。
15.所述的第一三通阀5和第二三通阀6在冷能利用大循环和(冷能气化系统+压缩机制冷系统)两个小循环独立运作间自由切换，保证系统的高效适应性；深冷源冷能利用大循环包括深冷源气化系统、冷能空调系统和压缩机制冷系统；所述深冷源气化系统：来自储罐或泵、温度为233k～77k的液相冷源进入第一换热器中被空调冷冻水加热全部气化并升温，出口温度不大于273k，若未达到冷源使用温度，则进入第二换热器中被热源加热至所需温度；所述冷能空调系统：被冷源在第一换热器中冷却的冷冻水经泵加压输送至制冷机组蒸发器，再进入空调用户释放冷量，然后依次进入第三换热器、第一换热器开始新一轮循环；所述压缩机制冷系统：为常规压缩机制冷系统，当系统不使用冷源冷能或者冷源冷能不足以支撑用户冷负荷时，开启压缩机制冷系统保证用户的供冷稳定。
16.所述制冷机组9受控于自动控制系统，以控制压缩机制冷系统的自动启停，协调冷源气化波动与空调用户负荷波动，保证系统的供冷稳定性。
17.本实用新型的有益效果是：
18.本实用新型将深冷源冷能与压缩机制冷空调系统相结合，不仅对冷能进行了利用，而且流程简单易于操控，可对现有制冷机组进行改造，减少了另建冷能利用装置所需的设备初投资和占地面积。
附图说明
19.图1为本实用新型的空调系统组成及原理示意图。
具体实施方式
20.下面结合具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步说明。
21.如图1所示。
22.一种冷能用于空调供冷的成套装置，包括深冷源冷能利用大循环和深冷源气化系统 +压缩机制冷系统两个独立小循环。主要由：第一换热器1(e-101)、第二换热器2(e-102)、第三换热器3(e-103)、冷冻水循环泵4(p-101)、第一三通阀5(fc-101)、第二三通阀6 (fc-102)、第一阀门7(fc-103)、第二阀门8(fc-104)、制冷机组9组成。所述深冷源冷能利用大循环包括深冷源气化系统、冷能空调系统和压缩机制冷系统。所述深冷源气化系统：来自储罐或泵、温度为233k～77k的液相冷源进入第一换热器1(e-101)中被空调冷冻水加热全部气化并升温，出口温度不大于273k，若未达到冷源使用温度，则进入第二换热器2(e-102)中被热源加热至所需温度。所述冷能空调系统：被冷源在第一换热器1 (e-101)中冷却的冷冻水经冷冻水循环泵4加压输送至制冷机组9的蒸发器，再进入空调用户10中释放冷量，然后依次进入第三换热器3(e-103)、第一换热器1(e-101)，开始新一轮循环。所述压缩机制冷系统：为常规压缩机制冷系统，当系统不使用冷源冷能或者冷源冷能不足以支撑用户冷负荷时，开启压缩机制冷系统保证用户的供冷稳定。所述第一换热器1(e-101)为中间介质型气化器(简称ifv)，ifv主要分为两个部分，第一部分由空调冷冻水和中间介质进行换热；第二部分由中间介质和液相冷源进行换热。采用中间传热介质的方法避免了冷冻水的结冰问题。所述ifv的中间介质为安全型中间介质。所述安全型中间介质为r410a，但并不仅限于r410a，可以是r290、r125、r161、r23、r116、 r32、r1270和r116其中两种或三种组成的混合物。所述第二换热器2(e-102)为深冷源再加热换热器，当深冷源在第一换热器1(e-101)中加热气化未达到使用温度时，打开第一阀门fc-103采用热源对深冷源进行再加热以满足深冷源的温度要求；当深冷源在第一换热器1(e-101)中加热气化已达到使用温度时，关闭第一阀门fc-103，冷源只是穿过第二换热器2(e-102)，不进行换热。所述第三换热器3(e-103)为深冷源气化提供热源，当空调用户不使用冷源时。此时打开第二阀门8(fc-104)，采用热源对冷冻水进行加热，其余时候关闭第二阀门8(fc-104)，冷冻水只是穿过第三换热器3(e-103)而不加热。所述热源可以是循环水，但并不仅限于循环水，可利用海水、空气等，还可以结合实际与太阳能利用、工业余热利用结合等。从图1可以看出，本实用新型采用两个三通阀在冷能利用大循环和(冷能气化系统+压缩机制冷系统)两个小循环独立运作间自由切换，保证系统的高效适应性。系统采用自动控制系统对压缩机制冷系统进行自动启停控制，协调冷源气化波动与空调用户负荷波动，保证系统的供冷稳定性。
23.实例1。
24.冷源：石化工业园区温度为-103℃、压力为13bar(g)、流量为24t/h的液相乙烯，使用温度为25℃，操作负荷范围30％～120％；
25.热源：41℃循环水；
26.中间介质：r410a；
27.空调用户：园区内硝酸厂房；
28.空调冷冻水参数：进口/出口温度为7℃/12℃，流量为560t/h。
29.根据以上实施例1基础参数，建立乙烯冷能用于空调系统装置。
30.来自储罐的液相乙烯在换热器1(e-101)中被冷冻水加热全部气化并升温至-5℃，再进入第二换热器2(e-102)被循环水加热至25℃。被乙烯在换热器1(e-101)中冷却的冷冻水经泵加压输送至制冷机组蒸发器，再进入用户释放冷量，然后依次进入换热器3 (e-103)、换热器1(e-101)，开始新一轮循环。
31.根据乙烯操作负荷和空调用户负荷匹配计算，装置会出现4种操作工况，分别为：
32.工况1：乙烯所提供冷量《用户需求；
33.工况2：乙烯所提供冷量＝用户需求；
34.工况3：乙烯所提供冷量》用户需求；
35.工况4：乙烯冷能利用装置和空调制冷装置分别独立运行。
36.表1不同工况下装置负荷
[0037][0038]
24t/h、13bar(g)压力下的乙烯从-103℃气化升温至25℃可释放冷量4.29mw，-103℃～-5℃冷负荷为3.95mw，而且乙烯初始温度-103℃很低，完全可以满足园区硝酸厂房的温度需求，汇总计算园区内硝酸厂房冷负荷为3.3mw，乙烯气化时的负荷完全可以满足空调用户的负荷需求。
[0039]
实例2。
[0040]
冷源：lng接收站温度为-155℃、压力为1.2mpa(g)、流量为15t/h的lng，使用温度为0℃；
[0041]
热源：海水；
[0042]
中间介质：r410a；
[0043]
空调用户：lng接收站重点空调区域；
[0044]
空调冷冻水参数：进出口温度5℃/15℃，操作范围：50％～110％，最大冷负荷为3050kw。
[0045]
根据以上实施例2基础参数，建立lng冷能用于空调系统装置。
[0046]
来自储罐的lng在换热器1(e-101)中被冷冻水加热全部气化并升温至-35.5℃，再进入第二换热器2(e-102)被海水加热至0℃。被lng在换热器1(e-101)中冷却的冷冻水经泵加压输送至制冷机组蒸发器，再进入用户释放冷量，然后依次进入换热器3 (e-103)、换热器1(e-101)，开始新一轮循环。
[0047]
根据lng气化冷能和空调操作负荷匹配计算，15t/h、1.2mpa(g)的lng从-155℃气
化升温到0℃时释放冷量为3386kw，超过空调用户所需最大负荷3050kw，因此只需取 lng从-155℃气化至-35.5℃所释放的冷能，同时压缩机制冷系统只需要作为备用设备，在 lng气化系统停机时启动。整个系统控制简单、供冷系统稳定性高，lng冷能得到利用。
[0048]
本实用新型的实施案例包括但不仅限于以上实施案例，其他任何未背离本实用新型原理的改变、修饰、替代、组合、简化，均在本实用新型的保护范围以内。
[0049]
本实用新型未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。