一种新型溴化锂吸收式制冷机组及其制冷量调节方法

摘要

本发明公开了一种新型溴化锂吸收式制冷机组，包括发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、太阳能集热器循环供热系统、溶液热交换器、PLC控制系统、连接PLC控制系统的触摸屏显示器，所述太阳能集热器循环供热系统包括通过管路依次连接形成热水循环回路的太阳能集热器、热水电控调节阀、热水泵、发生器进口温度变送器、流量变送器、发生器出口温度变送器，所述热水电控调节阀、发生器进口温度变送器、流量变送器、发生器出口温度变送器均与PLC控制系统电路连接。本发明还提供了一种新型溴化锂吸收式制冷机组的制冷量调节方法。本发明有效地提高低温热源驱动下的溴化锂吸收式制冷机的制冷效率，降低制冷系统所需最低驱动热源温度。

说明书

技术领域

本发明涉及机械制造及控制技术领域，尤其涉及一种新型溴化锂 吸收式制冷机组及其制冷量调节方法。

背景技术

溴化锂吸收式制冷机运行费用低，无运动部件，寿命长，无噪声， 符合节能和环保的要求，有着广泛的应用前景。但是目前溴化锂吸收 式制冷机由于技术能力发展水平限制，对于驱动热源的温度要求比较 高，而目前的一般太阳能集热器只能提供低品质热源，无法达到其所 需温度，效率相对较低，导致难以在市场上推广。机组控制系统的核 心为能量调节系统，其主要目标是使外界所需要的热负荷同该溴化锂 制冷机组的制冷量时刻匹配，体现在机组的冷媒水出口温度上，由于 外界所需热负荷是存在波动的，所以对机组的制冷量要求也相应有所 变化，能量调节系统需要根据驱动热源、溶液循环量的监测和调节， 来经济稳定的满足系统的运行要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种新型溴化锂吸收式制 冷机组及其制冷量调节方法，用以有效地提高低温热源驱动下的溴化 锂吸收式制冷机的制冷效率，降低制冷系统所需最低驱动热源温度， 促进其市场推广化。

本发明提供的新型溴化锂吸收式制冷机组是通过如下技术方案 实现的：

一种新型溴化锂吸收式制冷机组，包括设置在高压腔体内的发 生器和冷凝器、设置在低压腔体内的蒸发器和吸收器、为发生器提供 热水的太阳能集热器循环供热系统、溶液热交换器、PLC控制系统、 连接PLC控制系统的触摸屏显示器，所述蒸发器用于与目标冷媒水换 热，所述太阳能集热器循环供热系统包括通过管路依次连接形成热水 循环回路的太阳能集热器、热水电控调节阀、热水泵、发生器进口温 度变送器、流量变送器、发生器出口温度变送器，所述热水电控调节 阀、发生器进口温度变送器、流量变送器、发生器出口温度变送器均 与PLC控制系统电路连接；

所述溶液热交换器与吸收器之间通过管道设置有将溴化锂稀溶 液经溶液热交换器泵送至发生器的溶液泵，所述溶液泵通过变频器与 PLC控制系统电路连接；

所述蒸发器的目标冷媒水入口管道上设置有蒸发器进口温度变 送器，所述蒸发器的目标冷媒水出口管道上设置有蒸发器出口温度变 送器。

进一步地，还包括超声强化装置，所述超声强化装置的换能器 直接安装于所在高压腔体底部，超声波强化装置用超声空化效应，强 化发生器内溴化锂-水溶液的传质传热过程；

进一步地，所述超声强化装置产生频率为20kHz以上，工作功率 为100w以上。

进一步地，所述换能器的数量≥1个，当数量超过1个时，相邻 换能器之间的安装位置间隔相等且不小于100mm，具体可根据机组 规模和高压腔体结构及其底部面积而适当调整，安装方式可以为高强 度胶水，机械安装，磁性吸附。

进一步地，所述热水电控调节阀与PLC控制系统之间采用闭环控 制系统，以提高对热水电控调节阀的调节精度。

本发明提供的新型溴化锂吸收式制冷机组的制冷量调节方法通 过如下方案实现的：

一种如所述新型溴化锂吸收式制冷机组的制冷量调节方法，包 括步骤：

1)PLC控制系统将蒸发器出口温度变送器实时获取的所述蒸发 器的目标冷媒水出口的实际温度Tr与通过触摸屏显示器设定的设定 温度Ts进行比较；

2)若1℃≤|Tr-Ts|＜5℃时，PLC控制系统首先采用循环液变频 调速模式，即调用PID算法调整变频器频率，使变频器作用于与其连 接的溶液泵，通过溶液泵控制机组溴化锂稀溶液的循环流速，进而调 节制冷量，直到|Tr-Ts|﹤1℃。

进一步地，若|Tr-Ts|≥5℃时，还包括步骤：

3)检查热水电控调节阀(6)和变频器的工作状态，判断机组工作 状态和热水电控调节阀(6)静止时间，以保证不会调节过度和避免频繁 操作热水电控调节阀；

4)若机组未处于全负荷工作状态且热水电控调节阀(6)静止已达 3分钟，则同时启动调节热水供给量模式，即PLC控制系统产生信号， 所述信号使得热水电控调节阀(6)开度增加或减少5％，通过对制冷量 调节方法进行优化，即采用循环液变频调速技术与热水供给量调节模 式智能结合的方式，综合调节目标冷媒水出口温度，提高调解效率和 精度；

5)热水电控调节阀(6)开度到位后静止3分钟，接着PLC控制系 统将蒸发器出口温度变送器(1)实时获取的所述蒸发器(13)的目标冷 媒水出口的实际温度Tr与通过触摸屏显示器设定的设定温度Ts进行 比较，若|Tr-Ts|﹤1℃时，则完成制冷量调节，否则，则返回步骤3)。

进一步地，当实际温度Tr高于设定温度Ts时，如果变频器频率 跟热水电控调节阀开度已达上限，则机组维持当前工作状态；当实际 温度Tr低于设定温度Ts时，如果变频器频率跟热水电控调节阀开度 已达下限，则PLC控制系统启动黄色报警信号，同时机组停机，停止 制冷进行稀释，起到保护系统以免发生结晶及其他故障的作用。

进一步地，所述PLC控制系统产生信号控制热水电控调节阀开度 时，热水电控调节阀通过闭环控制系统及时将当前开度反馈回PLC控 制系统，所述PLC根据反馈数据判断并确保热水电控调节阀到达目标 开度时停止，形成闭环控制，以提高对热水电控调节阀的调节精度。

相比现有技术，本发明具如下有益效果：

本发明提出的新型溴化锂吸收式制冷机组及其制冷量调节方法， 组成结构上，溴化锂机组在一般基础上，加装了超声波强化装置，利 用超声空化效应，强化发生器内溴化锂-水溶液的传质传热过程；制 冷量调节方法上，通过对制冷量调节方式进行优化，采用循环液变频 调速技术与热水供给量调节模式智能结合，综合调节目标冷媒水出口 温度。这种新型溴化锂吸收式制冷机组，有效地提高低温热源驱动下 的溴化锂吸收式制冷机的制冷效率，降低制冷机组所需的最低驱动热 源温度，更有效经济的实现制冷量调节目标，且不会破坏系统稳定运 行特性。该调节方法适用于低温热水驱动的太阳能吸收式制冷系统, 从而增强太阳能空调的制冷效果，促进其市场推广。

附图说明：

图1是本发明实施例的新型溴化锂制冷机组的结构示意图。

图2是本发明实施例的新型溴化锂制冷机组超声波强化装置的 换能器安装侧视示意图。

图3是本发明实施例的新型溴化锂制冷机组超声波强化装置的 换能器安装立体示意图。

图4是本发明实施例的新型溴化锂吸收式制冷机组制冷量调节 方法总体方案图。

图5是本本发明实施例的新型溴化锂吸收式制冷机组制冷量调 节方法的详细流程图。

附图标记包括：1-蒸发器出口温度变送器；2-蒸发器进口温度变 送器；3-超声强化装置；4-发生器出口温度变送器；5-太阳能集热器； 6-热水电控调节阀；7-热水泵；8-发生器进口温度变送器；9-流量变 送器；10-发生器；11-高压腔体；12-冷凝器；13-蒸发器；14-吸收器； 15-低压腔体；16-溶液泵；17-溶液热交换器；18-换能器。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明的具体 实施方法作进一步的说明，但本发明要求保护的范围不局限于此。

实施例一

如图1所示，本实施例在一台以85℃热水驱动的设计制冷量为 10KW的小型太阳能溴化锂吸收式制冷机的一般结构基础上，加装了 超声波强化装置，利用超声空化效应，强化发生器内溴化锂-水溶液 的传质传热过程，具体如下：

一种新型溴化锂吸收式制冷机组，包括设置在高压腔体11内的 发生器10和冷凝器12、设置在低压腔体15内的蒸发器13和吸收器 14、为发生器10提供热水的太阳能集热器循环供热系统、溶液热交 换器17、PLC控制系统、连接PLC控制系统的触摸屏显示器，所述蒸 发器13用于与目标冷媒水换热，所述太阳能集热器循环供热系统包 括通过管路依次连接形成热水循环回路的太阳能集热器5、热水电控 调节阀6、热水泵7、发生器进口温度变送器8、流量变送器9、发生 器出口温度变送器4，所述热水电控调节阀6、发生器进口温度变送 器8、流量变送器9、发生器出口温度变送器4均与PLC控制系统电 路连接，同时所述热水电控调节阀6与PLC控制系统之间采用闭环控 制系统，以提高对热水电控调节阀的调节精度；

所述溶液热交换器16与吸收器13之间通过管道设置有将溴化 锂稀溶液经溶液热交换器17泵送至发生器10的溶液泵16，所述溶 液泵16通过变频器与PLC控制系统电路连接；

所述蒸发器13的目标冷媒水入口管道上设置有蒸发器进口温 度变送器2，所述蒸发器13的目标冷媒水出口管道上设置有蒸发器 出口温度变送器1。

具体来说，本实施例还包括超声强化装置3，所述超声强化装 置3的换能器18直接安装于所在高压腔体11底部，超声波强化装置 用超声空化效应，强化发生器内溴化锂-水溶液的传质传热过程；所 示超声强化装置产生频率采用25kHz，工作功率采用500w，采用5 个换能器18，直接安装于发生器10所在高压腔体底部，不同换能器 18之间安装位置间隔为250mm，安装方式采用磁性吸附(见如2和图 3)。该超声强化装置的工作方式为随机组启停，机组制冷期间持续运 行。

本实施例提供的制冷机组利用太阳能集热器5将太阳能转化为 热能进行水的加热，为机组的发生器10提供热水。当溴化锂制冷机 工作时，工质吸收来自热水的热量，并产生制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽 流动到冷凝器12中被冷却水吸收热量，凝结成液体，然后经过节流 阀降压进入低压腔体15内被蒸发器13吸热蒸发，带走了外界冷媒水 的热量，使其降温，降温后的外界冷媒水进入室内机中产生制冷效应。 而蒸发产生的冷剂水蒸汽流动进入吸收器14，被溴化锂浓溶液吸收， 溴化锂浓溶液吸收冷剂水蒸汽后变成溴化锂稀溶液，所述溴化锂稀溶 液再经溶液泵16送入发生器10，如此利用水-溴化锂工质对的质量分 数变化来完成溶液循环，制取冷量。其中，为了提高机组的热效率， 设有溶液热交换器17用于在溴化锂稀溶液进入发生器10前预热。

本实施例提供的制冷机组利用超声波强化装置产生超声空化效 应，强化发生器10内溴化锂-水溶液的传质传热过程；而PLC控制系 统能够根据蒸发器出口温度变送器1获取的实际温度与设定温度的 差值自动调节变频器和热水电控调节阀6的开度，采用循环液变频调 速模式与热水供给量调节模式智能结合，综合调节目标冷媒水出口温 度，达到组合制冷、智能制冷的目的(见图4)。这种新型溴化锂吸收 式制冷机组，能有效地提高低温热源驱动下的溴化锂吸收式制冷机的 制冷效率，降低制冷机组所需的最低驱动热源温度，促进其市场推广 化。

实施例二

如图5所示，一种如所述新型溴化锂吸收式制冷机组的制冷量调 节方法，包括步骤：

1)PLC控制系统将蒸发器出口温度变送器1实时获取的所述蒸 发器13的目标冷媒水出口的实际温度Tr与通过触摸屏显示器设定的 设定温度Ts进行比较，所述设定温度Ts为用户根据外界环境而设定 的冷媒水出口目标温度，该数值一般要结合机组设计的热力参数以及 机组运行时的建筑热负荷而确定，本实施例默认为10℃；

2)若1℃≤|Tr-Ts|＜5℃时，PLC控制系统首先采用循环液变频 调速模式，即调用PID算法调整变频器频率，即当5℃﹥Ts-Tr≥1℃时, 变频器进行PID调节减少频率；当5℃﹥Tr-Ts≥1℃时,变频器进行PID 调节增加频率；接着变频器作用于与其连接的溶液泵16，通过溶液 泵16控制机组溴化锂稀溶液的循环流速，进而调节制冷量，直到 |Tr-Ts|﹤1℃。

本实施例中，若|Tr-Ts|≥5℃时，还包括步骤：

3)检查热水电控调节阀6和变频器的工作状态，判断机组工作 状态和热水电控调节阀6静止时间，以保证不会调节过度和避免频繁 操作热水电控调节阀；

4)若机组未处于全负荷工作状态且热水电控调节阀6静止已达 3分钟，则同时启动调节热水供给量模式，即PLC控制系统产生信号， 所述信号使得热水电控调节阀6开度增加或减少5％，通过对制冷量 调节方法进行优化，即采用循环液变频调速技术与热水供给量调节模 式智能结合的方式，综合调节目标冷媒水出口温度，提高调解效率和 精度；

5)热水电控调节阀6开度到位后静止3分钟，接着PLC控制系 统将蒸发器出口温度变送器1实时获取的所述蒸发器13的目标冷媒 水出口的实际温度Tr与通过触摸屏显示器设定的设定温度Ts进行比 较，若|Tr-Ts|﹤1℃时，则完成制冷量调节，否则，则返回步骤3)， 继续通过调节热水电控调节阀6开度，直到|Tr-Ts|﹤1℃时，则完成 制冷量调节。

本实施例中，当实际温度Tr高于设定温度Ts时，如果变频器频 率跟热水电控调节阀6开度已达上限，则机组维持当前工作状态；当 实际温度Tr低于设定温度Ts时，如果变频器频率跟热水电控调节阀 6开度已达下限，则PLC控制系统启动黄色报警信号，同时机组停机， 停止制冷进行稀释，起到保护系统以免发生结晶及其他故障的作用。

本实施例中，所述PLC控制系统产生信号控制热水电控调节阀6 开度时，热水电控调节阀6通过闭环控制系统及时将当前开度反馈回 PLC控制系统，所述PLC根据反馈数据判断并确保热水电控调节阀6 到达目标开度时停止，形成闭环控制，以提高对热水电控调节阀的调 节精度。

本实施例提供过的制冷量调节方法，综合采用循环液变频调速模 式和调节热水供给量模式，优化了制冷机组的运行核心部分，改善了 溴化锂溶液的循环过程，由于循环液变频调速模式是改变变频器的工 作频率来实现制冷量调节的，当频率下降到一定程度时，会导致溶液 泵扬程变得过小而导致循环无法进行，受到一定的限制，而使用热水 供给量调节模式时，当机组制冷量下降到50％及以下时，经济性明 显下降，综合考虑以上两者的优缺点，组合使用两种模式，可更有效 经济的实现制冷量调节目标，且不会破坏系统稳定运行特性。该调节 方法适用于低温热水驱动的太阳能吸收式制冷系统,从而增强太阳能 空调的制冷效果。

最后应当说明的是，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本 发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领 域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形 式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在 本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应 包含在本发明权利要求的保护范围之内。