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14种制冷技术,你知道几种?


文章作者:www.orrapin.com 发布时间:2019-09-17 点击:678



太阳能取之不尽,用之不竭,对环境无污染,是最有前景的能源之一。如今,人们正在考虑使用太阳能冷却。因为太阳能是夏季最丰富的,人们最需要空调。当使用太阳能来调节房间的温度时,首先要解决如何利用太阳能来降温的问题。

1.太阳能吸收式制冷

太阳能吸收式制冷系统的示意图如图1所示。其特性与系统中使用的制冷剂有关。通常用于吸收式制冷系统的制冷剂是水,氨,乙醇和氟利昂。其中,水作为制冷剂是目前最受欢迎的研究课题之一。对其的研究主要是生产商用溴化锂吸收式制冷机,它易于结晶和腐蚀,蒸发温度只能在0℃以上。关于其他缺陷;氨的研究主要有一些缺点,如:制冷性能系数小于溴化锂,工作压力高,有一定的危险,有毒,氨水的沸点差不够大,需要整改。虽然吸收技术相对成熟,但系统成本高于蒸汽压缩制冷,主要用于大型中央空调。

2.太阳能吸附制冷

太阳能吸附式制冷系统如图2所示。它具有结构简单,投资少,使用寿命长,不结晶等特点,可用于振动,倾斜和旋转场所。但与压缩和吸收系统相比,该技术尚不成熟。主要问题是固体吸附剂是多孔介质,导热系数低,吸附和解吸需要很长时间,制冷功率小,制冷系数COP值低。

3.太阳能喷射制冷

太阳能喷射制冷系统的示意图如图3所示。该系统结构简单,运行稳定,可靠性好,但COP值低。因此,存在使用电能来增加喷射器的喷射压力以改善系统性能的趋势。利用太阳能集热器获得较高温度的热水作为热源,采用低沸点工作介质辅以机械压缩喷射制冷循环称为太阳能增强喷射制冷系统。该系统主要通过增加射流压力来改善喷射器性能。它结合了机械压缩制冷循环和蒸汽喷射制冷循环的优点,具有较高的热经济性,其COP比传统的注射制冷高50%。

4.太阳能半导体制冷技术

太阳能半导体制冷系统利用半导体的热电冷却效应,并且由太阳能电池提供的直流电直接提供冷却和加热效果,这也称为热电冷却或热电冷却。太阳能冷却具有良好的季节性匹配。在夏天,天气越热,空调的负荷越大,所需的冷却量就越大。这时,太阳辐射最强,提供的热能最多,而太阳能空调提供的制冷量也是最大的。它也是最高的。在冬季,太阳辐射减弱,但加热循环水所需的温度不高。在满足制冷条件的集热区域,加热负荷也可以满足供热负荷的要求。这一特点使太阳能制冷技术受到重视和发展。太阳能冷却的实现有“光热 - 冷”,“光 - 电 - 冷”,“光 - 热 - 电 - 冷”等方法。太阳能半导体制冷系统由太阳能光电转换器,数字匹配装置,储能装置和半导体制冷装置组成。太阳能光伏转换器输出直流电,一部分直接供给半导体制冷装置,另一部分存储在储能装置中,供阴天或夜晚使用,使系统可以全天候正常运行。

目前,随着太阳能电池和热电材料价格的逐步下降,发电效率的快速提高,太阳能半导体制冷系统的成本也大大降低,而且更加乐观的是,性能也得到了明显的提高,这在一定程度上促进了太阳能半导体制冷系统的广泛应用。基于这一发展,可以推断,在不久的将来将实现清洁,低噪声的太阳能制冷系统。

我们知道煤和石油是世界上最大的两个常规能源。相比之下,天然气是一种更清洁,更好的燃料,而且储存量非常丰富。它自然成为仅次于煤和石油的世界第三大常规能源。天然气动力内燃机或燃气轮机驱动的压缩制冷空调系统已经被引入市场以取代一些电驱动的压缩制冷空调系统。该系统的推广节省了大量能源,减少了电力投资,并且还延长了压缩机的使用寿命并提高了能效。

根据抽热能的驱动力,可分为以下三类,均可利用天然气的热能达到供热的目的。

1.天然气发动机驱动的压缩制冷

用于制冷的大多数制冷剂是HCFC,制冷剂只有相变。动力机主要使用电动机。近年来,天然气发动机的使用得到了促进。原理如图4所示。它可以更灵活地调节冷却能力,而不是电机驱动,在部分负载下具有更高的效率和更低的总运行成本。

2.热驱动吸收式制冷

工作介质由具有显着不同的蒸发温度的物质组成,具有较低蒸发温度的组分是制冷剂,具有较高蒸发温度的组分是吸收剂。在制冷循环期间,仅工作流体的浓度改变,并且不发生化学变化。其驱动力是天然气燃烧热或各种热源,甚至废热。吸收式制冷系统的原理如图5所示。制冷系统和压缩式制冷系统的主要区别在于发电机由发电机,吸收器和溶液泵代替。电能或机械能被热能取代;发电机被加热产生水蒸气,水蒸气在冷凝器中冷凝成液态水,然后通过节流阀进入蒸发器以吸收热量并蒸发冷却。然后通过浓缩的溴化锂溶液在吸收器中吸收水蒸气,并且通过溶液泵将稀释的溴化锂溶液返回到发生器以完成循环。该系统在低压或真空条件下运行,不使用HCFC,没有大型旋转部件,安静,安全,可靠,维护成本低。

3.干燥剂除湿系统

制冷和空调系统通常允许空气冷却,从空气中除去水分,即潜热冷却和冷却,即显热冷却。潜热冷却倾向于消耗一半的冷却能量。利用干燥剂的吸附(吸收)系统直接除去空气湿气而不冷却空气。干燥系统和冷却系统的组合提供了控制空气湿度和温度的灵活性。组合系统避免了单次冷却时管道中的冷凝水,降低室内湿度,减少霉菌生长,改善空气质量;低湿度使人体在较高温度下感觉舒适,例如当相对湿度低至30%时,感觉与2℃的温度下降一样舒适。低湿度允许增加空调中的冷却器温度设置以节省能量;干燥系统的使用可以减少制冷系统的负荷,节省投资和运营成本。干燥系统适用于需要低露点或潜热和显热冷负荷的应用。

热声制冷是一种新型的制冷技术。在过去的20年里,世界各地的许多物理学家和机械工程师正在研究基于热声理论的这种新型热机和冷机,理论上都是如此。工程应用已取得突破,许多研究已进入商业化的实际阶段。与传统的蒸汽压缩制冷系统相比,热声热力发动机具有无可比拟的优势:它们使用惰性气体或其混合物作为工作流体,而不是使用制冷剂,因此它们不会在所使用的CFC和HFC中产生臭氧层。损害和温室效应危害;其基本机构非常简单可靠,不需要昂贵的材料,具有很大的成本优势;它们不需要摆动活塞和油封或润滑,并且没有活动部件的特性使其寿命大大延长。热声制冷技术几乎克服了传统制冷系统的所有缺点,可以成为下一代新制冷技术的发展方向。

热电装置如何工作

所有热声产品的工作原理都基于所谓的热声效应。热声效应机制可简单地描述为当声波密集时增加热量,并且当声波稀疏时声波增强,并且当声波密集时声波增强。当声波稀疏时声音被吸收,声波被削弱。实际的热声理论比这复杂得多。热声装置是使用热声技术的各种能量转换功能制造的装置,包括各种加热机器和冰箱,例如使用热声技术的动力发动机,脉动燃烧,热泵,冰箱和混合器分离器。它是一种广泛使用的设备类型。通常,热声装置可以分为两个方向,一个是热声发动机,其将热声转换为声能,其通过自振荡实现;另一种是使用声波泵加热的热声制冷机。要实现制冷,关键是声场的相位匹配。热声制冷技术和热声制冷只是热声技术和热声装置的重要分支。

1.热驱动吸收式制冷

热声制冷机的主要结构如图6所示,主要包括声驱动器、谐振腔、热端和冷端换热器以及叠层。声驱动器的作用是在谐振腔中产生高振幅的声能,谐振腔是声源。声学驱动器可以是喇叭、活塞隔膜或直线电机。谐振腔的作用是匹配声驱动器产生谐振声波。热端和冷端换热器用于输出热或冷。烟囱是热声制冷机的重要组成部分。它可以是一堆平行的堆叠或其他多孔介质。热声效应是在叠层中产生的。叠层中的气体胶束在声波的作用下左右移动,并被压缩或膨胀。在适当的阶段,气体胶束在压缩过程中向左移动,并向堆释放热量,在膨胀过程中向右移动。从烟囱中吸收热量。大量微团簇的协调周期运动不断地将热量从冷端泵送到热端,在整个堆中形成温度梯度,从而产生宏观的泵送效果,并持续消耗声功率。

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相比之下,热声发动机利用热能将其转化为声能,其结构与热声冰箱相同。在热端换热器中加热会导致烟囱产生温度梯度。当温度梯度达到一定阈值时,自振荡会自发地产生共振声波。此时,叠层中气体胶束的热力学循环是相反的。气体胶束在压缩过程中向左移动,并从烟囱吸收热量,在膨胀过程中向右移动,并从烟囱释放热量。因此,声波在宏观上不断加强,热能转化为声能。理想的结构是将热声发动机与热声制冷机结合起来形成热驱动制冷机。系统图如图7所示。

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该设备的最大优点是它根本没有活动部件,使用寿命极长,是空间冷却器的最佳选择。同时,该装置直接将热能转换为冷能。对于太阳能充足的夏季,清洁的太阳能直接压力机转换成冷的,可以称为纯天然冰箱。此外,它还可以使用低等级或可再生能源,如燃气,工业废热,太阳能作为驱动热源的装置,以满足当前的能源和环保要求。

1.新型氨制冷技术

近年来,由于发现氟利昂型制冷剂对大气臭氧层造成的环境破坏和温室效应,已达成国际共识,即完全禁止使用氟氯化碳并逐步限制氟氯烃的使用。积极研究世界各地的氟利昂替代技术,解决臭氧层破坏和“温室效应”问题,氨制冷技术凭借其强大的应用潜力,不仅在制冷和制冷领域占有很大比例,而且在越来越广的范围内(中央空调,商场的大型食品展示柜等)已被国际社会应用和重新认可和评估。氨已被用作制冷剂130年,臭氧耗尽潜能值(ODP)为0,全球变暖潜能值(GWP)为0,标准沸点温度低,冷凝器和蒸发器温度适中。单位体积冷却能力大,导热系数大,潜在汽化热也大,节流损失小,水可以溶解,容易发现漏气现象,而且价格低,这是一个天然工作介质,应用前景十分广阔。

2.发电厂余热回收新技术

自然的各种能量可以相互转化。热能可以转换成电能,电能可以转换成热能。同样,热量也可以转化为冷,但只能以存在的形式。不同形式的能源存在只需要采用不同的技术手段来收集,而能量转换可以通过技术设备来实现。热电乙二醇冷却技术利用废石电厂废水的余热,通过溴化锂吸收式制冷机生产5.2℃的乙二醇低温水。乙二醇是一种无色,无味,粘稠和甜的液体,凝固点为-12.5℃,沸点为197℃。它非常容易吸收和释放热量。乙二醇溶液的配制与位于制冷机组旁边的乙二醇制备罐相匹配,其在纯水中的浓度必须控制在25%以上,否则会对制冷机组和管理造成腐蚀。通过放置在罐中的潜水泵将混合溶液泵入膨胀罐以补充溴化锂单元。

3.新的空气冷却技术

随着冷藏运输所需制冷技术质量的不断提高和运输过程中日益突出的环境问题,空气制冷技术再次成为世界关注的焦点。美国,澳大利亚,德国,日本和英国对空气冷却装置进行了研究和试验。研究范围涵盖冷链物流的各个方面,如食品冷冻,冷藏和冷藏运输。美国是空气制冷技术中最早和最成熟的国家之一。该空气制冷系统在低温下的宽温度范围内具有优异的运行性能,无味和快速冷却性能,非常适合食品冷藏。传统的单级蒸汽压缩制冷技术难以满足易腐食品制冷和运输的低温要求和操作条件;多级压缩或级联蒸汽制冷,导致系统COP(冷却效率)降低和投资增加。

4.冰蓄冷空调制冷新技术

冰蓄冷空调和普通空调之间的主要区别在于制冷剂的变化。低温凝固点用于完成制冷的吸热和放热过程。制冷设备和管道全部充满盐水溶液,产生低温盐水。储存在储冰罐中,储冰罐内的温度一般达到-4°C~-6°C,夜间冷藏,白天冷藏。储冰罐实际上是一个热交换器。里面有很多小管子。盐水在小管中流动。管外面是干净的水。使用两者之间的热交换。通过管外的水温增加盐水的温度,然后在冰箱中再冷却。低温水再次进入冰槽,并重复循环。在水箱中的水冷却后,温度逐渐下降,直至接近0°C。冰槽中的实际存储是流动的,但在清水表面上有一些薄的冰片。

5.水源热泵空调制冷新技术

水源热泵空调系统是一种高效的建筑节能技术,可用于冷热两用。水源中央空调系统由一端(室内空气处理端等)系统,水源中央空调主机(也称为水源热泵)系统和源水组成。该系统由三部分组成。当用户供热时,水源中央空调系统从水源中提取低等级热能,而水力中央空调主机(热泵)“泵”则被送到高温热源通过电能源来满足用户的供暖需求。当冷却用户时,水源中央空调通过水源中央空调主机(制冷)将用户房间内的余热传递给水源,以满足用户的冷却需求。它节省了传统能源和可再生能源。

6.储能空调制冷新技术

储能空调系统可以转移电力的峰值功耗,并平衡电网的峰谷差异。因此,它可以减少新电厂的投资,提高现有发电设备和输变电设备的利用率,同时减少环境污染,充分利用有限的资源。不可再生资源有利于生态平衡。能量存储系统和传统空调系统之间的根本区别在于传统空调仅需要考虑满足最大小时的负载,并且负载的冷负载部分可以在其他时段运行。能量存储系统必须平衡操作循环中的每小时冷却负载,通常是在每日循环中,以形成典型的设计日操作循环负载表:确定冷和冰箱的容量以及每个时间段的开启。冰蓄冷空调系统的初始投资比传统的电制冷和空调系统高16%,而年运营成本降低了38%。初期投资回收期约为3年。因此,冰蓄冷空调系统具有良好的推广意义。

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