專利名稱：有機(jī)朗肯循環(huán)驅(qū)動的蒸氣壓縮制冷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及熱驅(qū)動制冷，尤其涉及一種有機(jī)朗肯循環(huán)驅(qū)動的蒸氣壓縮制冷裝置。
背景技術(shù)：
能源緊缺與全球氣候變暖問題正日趨嚴(yán)重，威脅人類的生存與發(fā)展，已經(jīng)成為當(dāng)今世界最受關(guān)注的兩大問題。在中國，為了應(yīng)對該兩大問題，正積極實(shí)施節(jié)能減排戰(zhàn)略，既滿足當(dāng)代人的發(fā)展要求，又保證從資源、環(huán)境等方面不危及未來子孫后代的生存與發(fā)展權(quán)利，爭取實(shí)現(xiàn)長期可持續(xù)發(fā)展。從具體技術(shù)層面來看，為了應(yīng)對能源緊缺與氣候變暖問題，各國科技人員正不斷開創(chuàng)各種新興技術(shù)，并蓬勃發(fā)展，比如化石能源的潔凈利用技術(shù)、各種可再生能源(太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、潮汐能等)利用技術(shù)、核聚變能源利用技術(shù)等等?！こ碎_發(fā)新能源以外，加強(qiáng)對低品位熱的回收利用同樣是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要途徑。人們提出了大量利用低溫?zé)嵩催M(jìn)行發(fā)電的新型解決方案，目前，在這些方案中，有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛。所謂有機(jī)朗肯循環(huán)是采用有機(jī)工質(zhì)代替水的克勞修斯-朗肯循環(huán)，包括從液態(tài)到氣態(tài)的蒸發(fā)過程、氣態(tài)膨脹過程、氣態(tài)至液態(tài)的冷凝過程以及液態(tài)增壓過程。由于有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)所選用的有機(jī)工質(zhì)具有比水更低的沸點(diǎn)，因此能夠在較低的熱源溫度下實(shí)現(xiàn)相對較高的效率?？捎糜隍?qū)動有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的低品位熱源溫度一般為接近100°C至300°C，包括地?zé)?、太陽能、生物質(zhì)燃燒、工業(yè)廢熱、發(fā)動機(jī)排氣廢熱等，并具有裝置靈活，可適用于中小規(guī)模(kW級)應(yīng)用場合等優(yōu)點(diǎn)。可見，大力發(fā)展有機(jī)朗肯循環(huán)技術(shù)，加強(qiáng)對低品位熱源的利用，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效途徑之一。商業(yè)化的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)品于上世紀(jì)80年代開始出現(xiàn)，并呈現(xiàn)快速增長，根統(tǒng)計(jì)，截止2009年全世界有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電的裝機(jī)總?cè)萘考s1600MW，主要為MW級的裝置。由于驅(qū)動熱源的溫度不同，目前有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)發(fā)電效率約在6-17%范圍。有機(jī)朗肯循環(huán)除了用于發(fā)電外，也被用于與反滲透法海水淡化工藝相結(jié)合構(gòu)建太陽能集熱驅(qū)動的海水淡化系統(tǒng)。目前，美國、德國、意大利、比利時(shí)、日本等關(guān)于有機(jī)朗肯循環(huán)的研究重點(diǎn)主要在于研發(fā)適用于低溫?zé)嵩吹母咝阅堋h(huán)保有機(jī)工質(zhì)，kW級中小規(guī)模應(yīng)用的高效膨脹裝置，以及探索有機(jī)朗肯循環(huán)與其他技術(shù)聯(lián)合的綜合低品位熱源利用技術(shù)以拓展ORC的應(yīng)用領(lǐng)域。在普通制冷溫度范圍，蒸氣壓縮制冷是占主導(dǎo)地位的制冷方式，并已在冰箱、空調(diào)、冷庫等領(lǐng)域廣泛使用。蒸氣壓縮制冷一般主要采用電動式制冷壓縮機(jī)，通過電能驅(qū)動實(shí)現(xiàn)制冷。汽車空調(diào)所采用蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)較為特殊，它利用發(fā)動機(jī)輸出的機(jī)械功驅(qū)動開啟式制冷壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)蒸氣壓縮制冷。為了實(shí)現(xiàn)對低品位熱源的利用，在制冷領(lǐng)域，研發(fā)了熱能直接驅(qū)動的吸收制冷技術(shù)和吸附制冷技術(shù)，也已在空調(diào)、冰箱等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種有機(jī)朗肯循環(huán)驅(qū)動的蒸氣壓縮制冷裝置。利用有機(jī)朗肯循環(huán)驅(qū)動的蒸氣壓縮制冷裝置包括增壓泵、第一蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、第一冷凝器、第一儲液罐、傳動裝置、第二冷凝器、第二儲液罐、節(jié)流閥、第二蒸發(fā)器、第一閥門、開啟式制冷壓縮機(jī)、第二閥門、電動式制冷壓縮機(jī)；增壓泵、第一蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、第一冷凝器、第一儲液罐首尾順次連接構(gòu)成有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)；第二冷凝器、第二儲液罐、節(jié)流閥、第二蒸發(fā)器、第一閥門、開啟式制冷壓縮機(jī)首尾順次連接構(gòu)成蒸氣壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)；膨脹機(jī)通過傳動裝置與開啟式制冷壓縮機(jī)連接；第二蒸發(fā)器出口、電動式制冷壓縮機(jī)、第二冷凝器入口順次相連。 本實(shí)用新型將有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)與蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)熱驅(qū)動制冷，具有可利用低品位熱源(如地?zé)帷⑻柲?、生物質(zhì)燃燒、工業(yè)廢熱、發(fā)動機(jī)排氣廢熱等)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，適用制冷溫度以及制冷量范圍廣，可獲得較高的制冷效率等優(yōu)點(diǎn)。

圖I為有機(jī)朗肯循環(huán)驅(qū)動蒸氣壓縮制冷裝置示意圖；圖中增壓泵I、第一蒸發(fā)器2、膨脹機(jī)3、第一冷凝器4、第一儲液罐5、傳動裝置6、第二冷凝器7、第二儲液罐8、節(jié)流閥9、第二蒸發(fā)器10、第一閥門11、開啟式制冷壓縮機(jī)12、第二閥門13、電動式制冷壓縮機(jī)14。
具體實(shí)施方式
如圖所示，利用有機(jī)朗肯循環(huán)驅(qū)動的蒸氣壓縮制冷裝置包括增壓泵I、第一蒸發(fā)器2、膨脹機(jī)3、第一冷凝器4、第一儲液罐5、傳動裝置6、第二冷凝器7、第二儲液罐8、節(jié)流閥9、第二蒸發(fā)器10、第一閥門11、開啟式制冷壓縮機(jī)12、第二閥門13、電動式制冷壓縮機(jī)14 ；增壓泵I、第一蒸發(fā)器2、膨脹機(jī)3、第一冷凝器4、第一儲液罐5首尾順次連接構(gòu)成有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)；第二冷凝器7、第二儲液罐8、節(jié)流閥9、第二蒸發(fā)器10、第一閥門11、開啟式制冷壓縮機(jī)12首尾順次連接構(gòu)成蒸氣壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)；膨脹機(jī)3通過傳動裝置6與開啟式制冷壓縮機(jī)12連接；在第二蒸發(fā)器10出口、電動式制冷壓縮機(jī)14、第二冷凝器7入口順次相連。利用有機(jī)朗肯循環(huán)驅(qū)動的蒸氣壓縮制冷方法是利用有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)將低品位熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，并通過傳動裝置6將有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的膨脹機(jī)3輸出的機(jī)械功傳遞至蒸氣壓縮制冷循環(huán)的開啟式制冷壓縮機(jī)12，驅(qū)動蒸氣壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)熱驅(qū)動蒸氣壓縮制冷；第二閥門13和電動式制冷壓縮機(jī)14與第一閥門11和開啟式制冷壓縮機(jī)12形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)，在熱驅(qū)動蒸氣壓縮制冷不能滿足用戶所需冷量時(shí)，開啟第二閥門13和電動式制冷壓縮機(jī)14，通過輔助電能驅(qū)動的壓縮機(jī)增大蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的制冷能力，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的冷量輸出以滿足用戶需求。有機(jī)朗肯循環(huán)驅(qū)動的蒸氣壓縮制冷裝置中，有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)可采用R134a，R245fa，R123，正戊烷和硅油等作為工質(zhì)。蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)可采用R22，R134a，R32等作為工質(zhì)。
以下結(jié)合附圖I對本實(shí)用新型的具體運(yùn)行過程作進(jìn)一步的描述有機(jī)朗肯循環(huán)驅(qū)動的蒸氣壓縮制冷裝置運(yùn)行時(shí)，接通第一蒸發(fā)器2的低品位熱源、第一冷凝器4和第二冷凝器7的環(huán)境冷源，以及第二蒸發(fā)器10的低溫?zé)嵩?，開啟第一閥門11，關(guān)閉第二閥門13，啟動增壓泵I。有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的有機(jī)工質(zhì)在第一蒸發(fā)器2中吸收熱源的熱量由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)；之后高溫高壓的氣態(tài)有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入膨脹機(jī)3中進(jìn)行膨脹，并以軸功的方式對外輸出機(jī)械功；膨脹降溫后的氣體有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入第一冷凝器4中，被環(huán)境冷源由氣態(tài)冷凝為液態(tài)后，進(jìn)入第一儲液罐5 ;第一儲液罐5流出的低壓液態(tài)有機(jī)工質(zhì)經(jīng)增壓泵I增壓為高壓液態(tài)工質(zhì)，之后被送入第一蒸發(fā)器2進(jìn)行蒸發(fā)過程；如此循環(huán)往復(fù)，完成將低品位熱源(如地?zé)帷⑻柲?、生物質(zhì)燃燒、工業(yè)廢熱、發(fā)動機(jī)排氣廢熱等)轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，并以軸功的方式輸出。膨脹機(jī)3通過傳動裝置6將軸功傳遞至蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的開啟式制冷壓縮機(jī)12，驅(qū)動其將低溫低壓的氣態(tài)制冷劑工質(zhì)壓縮為高溫高壓的氣體；高溫高壓的氣態(tài)制冷劑工質(zhì)在第二冷凝器7中被環(huán)境冷源冷凝為液態(tài)，進(jìn)入第二儲液罐8 ;從第二儲液罐8流出的液態(tài)制冷劑經(jīng)節(jié)流閥9膨脹降溫；之后氣液兩相制冷劑進(jìn)入第二蒸發(fā)器10中冷卻低溫?zé)嵩?，自身吸熱蒸發(fā)為氣態(tài)；低溫低壓的氣態(tài)制冷劑經(jīng)第一閥門11后被吸入開啟式制冷壓縮機(jī)12，被其壓縮為高溫高壓的氣體；如此循環(huán)往復(fù)，完成蒸氣壓縮制冷。當(dāng)熱源供熱不足或者用戶冷量需求增加而導(dǎo)致上述熱驅(qū)動蒸氣壓縮制冷不能滿足用戶所需冷量時(shí)，開啟第二閥門13，啟動電動式制冷壓縮機(jī)14，通過輔助電能驅(qū)動的壓·縮機(jī)增大蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的制冷能力，以滿足用戶需求。這對于不穩(wěn)定、不連續(xù)的低品位熱源(如太陽能等)，以及冷量需求變化大的應(yīng)用場合，能夠在保證用戶需求的前提下，達(dá)到節(jié)能減排的目的，具有重要意義。
權(quán)利要求1. 一種利用有機(jī)朗肯循環(huán)驅(qū)動的蒸氣壓縮制冷裝置，其特征在于包括增壓泵(I)、第一蒸發(fā)器(2)、膨脹機(jī)(3)、第一冷凝器(4)、第一儲液罐(5)、傳動裝置￠)、第二冷凝器(7)、第二儲液罐(8)、節(jié)流閥(9)、第二蒸發(fā)器(10)、第一閥門(11)、開啟式制冷壓縮機(jī)(12)、第二閥門(13)、電動式制冷壓縮機(jī)(14);增壓泵(I)、第一蒸發(fā)器(2)、膨脹機(jī)(3)、第一冷凝器(4)、第一儲液罐(5)首尾順次連接構(gòu)成有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)；第二冷凝器(7)、第二儲液罐(8)、節(jié)流閥(9)、第二蒸發(fā)器(10)、第一閥門(11)、開啟式制冷壓縮機(jī)(12)首尾順次連接構(gòu)成蒸氣壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)；膨脹機(jī)(3)通過傳動裝置(6)與開啟式制冷壓縮機(jī)(12)連接；第二蒸發(fā)器(10)出口、電動式制冷壓縮機(jī)(14)、第二冷凝器(7)入口順次相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種采用有機(jī)朗肯循環(huán)驅(qū)動的蒸氣壓縮制冷裝置。增壓泵、第一蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、第一冷凝器、第一儲液罐首尾順次連接構(gòu)成有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)；第二冷凝器、第二儲液罐、節(jié)流閥、第二蒸發(fā)器、第一閥門、開啟式制冷壓縮機(jī)首尾順次連接構(gòu)成蒸氣壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)；膨脹機(jī)通過傳動裝置與開啟式制冷壓縮機(jī)連接；第二蒸發(fā)器出口、電動式制冷壓縮機(jī)、第二冷凝器入口順次相連。本實(shí)用新型將有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)與蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)熱驅(qū)動制冷，具有可利用低品位熱源(如地?zé)?、太陽能、生物質(zhì)燃燒、工業(yè)廢熱、發(fā)動機(jī)排氣廢熱等)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，適用制冷溫度以及制冷量范圍廣，可獲得較高的制冷效率等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號F25B41/04GK202501677SQ201220073300
公開日2012年10月24日 申請日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者張世一, 湯珂, 胡迪, 鄭曉, 金滔, 陳光明 申請人:浙江大學(xué)