CN101065558B - 热泵、热泵系统、和兰金循环 - Google Patents

热泵、热泵系统、和兰金循环 Download PDF

Info

Publication number
CN101065558B
CN101065558B CN200580031535.4A CN200580031535A CN101065558B CN 101065558 B CN101065558 B CN 101065558B CN 200580031535 A CN200580031535 A CN 200580031535A CN 101065558 B CN101065558 B CN 101065558B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat pump
liquid
seal container
refrigerant
refrigeration agent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN200580031535.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101065558A (zh
Inventor
山口博司
藤间克己
榎本正敏
泽田升
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Doshisha Co Ltd
Resonac Gas Products Corp
Original Assignee
AUSPICIOUS VILLAGE CONSTRUCTION INDUSTRY Corp
Showa Denko KK
Mayekawa Manufacturing Co
Showa Tansan Co Ltd
Doshisha Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AUSPICIOUS VILLAGE CONSTRUCTION INDUSTRY Corp, Showa Denko KK, Mayekawa Manufacturing Co, Showa Tansan Co Ltd, Doshisha Co Ltd filed Critical AUSPICIOUS VILLAGE CONSTRUCTION INDUSTRY Corp
Publication of CN101065558A publication Critical patent/CN101065558A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101065558B publication Critical patent/CN101065558B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • F01K25/103—Carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K9/00—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines
    • F01K9/02—Arrangements or modifications of condensate or air pumps

Abstract

一种能广泛应用于兰金循环和其他用于实现增压和输送机构的热泵，由于其没有机械损失和不需要机械部件，因而能提高热泵系统的可靠性，与机械泵相比还能降低工作负载。制冷剂液体供给管(3)连接到膨胀罐(2)(密闭容器)的下部，制冷剂排放管(4)连接到膨胀罐的上部，制冷剂液体流入膨胀罐(2)时开启的开/关阀(a1)安装在制冷剂液体供给管(3)上，压力达到规定值或高于该规定值时开启的压力调节阀(a2)安装在制冷剂排放管(4)上，冷却器(C)和加热器(H)被安装在膨胀罐(2)内，膨胀罐(2)内的制冷剂被加热器(H)加热而产生饱和温度或高于饱和温度的制冷剂蒸气，所述制冷剂蒸气被输送到热量收集器(5)。

Description

热泵、热泵系统、和兰金循环
技术领域
本发明涉及一种不使用机械泵供给制冷剂的热泵、热泵系统、以及跨临界(transcritical)兰金循环系统，所述热泵具有通过由系统外部的热源或通过利用用于系统运行的热量的一部分使冷凝器内被液化的液态制冷剂蒸发并提高被蒸发的制冷剂的压力来供给制冷剂的功能，所述热泵系统包括多个热泵，所述跨临界兰金循环系统包括这种热泵或热泵系统。本发明可适用于在不需要在供给工作制冷剂时引起机械损失的机械泵的情况下的跨临界兰金循环等。
背景技术
在超临界兰金循环等中，利用CO2作为制冷剂，需要加压装置(兰金循环中的液体泵)以将冷凝器中被液化的液态CO2加压到超临界压力。而加压装置采用的是机械泵，而泵由外部动力源或在系统内获得的动力的一部分来驱动。
例如，专利文献1和2中，在兰金循环中使用机械泵来对制冷剂进行增压和供给制冷剂。
专利文献1：日本公开的专利申请No.2003-232226
专利文献2：日本公开的专利申请No.2004-36942
发明内容
本发明要解决的技术问题
但是，这类机械泵必然导致机械损失，进而使循环效率降低。另外，由于机械泵具有运动部件，系统的可靠性必然降低，且需要定期更换组成部分。运行于高压下的这类装置的更换带来很大的困难且将提高维修费用。再者，需增加泵送功率以使工作流体的压力提高到超过临界压力。
本发明旨在解决上述问题。本发明的目的是获得一种可广泛应用于兰金循环、或与机械泵相比可减小功率的其他用于增压和传送制冷剂的机构，由于不需要设置运动部件，因而没有机械损失，借此可提高热泵系统的可靠性。
解决所述问题的方案
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，热泵包括：在密闭容器下部连接到密闭容器的制冷剂液体进入通道以及在密闭容器上部连接到所述容器的制冷剂排放通道；设置在所述制冷剂液体进入通道上的开/关阀；设置在所述制冷剂排放通道上、在规定压力下开启的压力调节阀；设置在所述密闭容器内侧的上部空间内的冷却机构；以及设置在所述密闭容器内侧的下部空间内的加热机构。
根据本发明的第二方面，热泵包括：连接到密闭容器下部的制冷剂液体进入通道以及连接到所述容器上部的制冷剂排放通道；设置在所述制冷剂液体进入通道上的开/关阀；设置在所述制冷剂排放通道上、在规定压力下开启的压力调节阀；设置在所述密闭容器内侧的温度调节装置，借助于对热和冷液体介质流动的切换使所述热或冷流体介质流过该温度调节装置而对流进所述密闭容器的制冷剂进行加热或冷却。
在本发明的第一方面中，借助于冷却机构将密闭容器内的制冷剂冷却到低于其饱和温度、通过冷却降低密闭容器内侧的压力使液态制冷剂通过液态制冷剂进入通道被吸入密闭容器来实现泵送，然后借助于加热机构对密闭容器内的制冷剂进行加热以使其蒸发并经过排放通道排放。
在本发明的第二方面中，以与第一方面中相同的冷却的方式进行泵送，然后通过切换流经温度调节装置的流体介质流使之由冷流体介质切换到热流体介质来加热密闭容器内的制冷剂。
在从密闭容器内排放出被蒸发的制冷剂后，剩余在密闭容器内的制冷剂在密闭容器内被冷却到较低压力，液态制冷剂通过液态制冷剂进入通道被吸入，而且液态制冷剂由加热机构加热以便蒸发。在密闭容器内被蒸发的制冷剂通过在规定的压力下开启的压力调节阀排放而被提供到下游区的装置中。由于本发明的热泵被用来加热液态制冷剂以使其蒸发并提供增压后的制冷剂蒸气，增压和传送制冷剂的机构的实现可不采用具有运动组成部分的机械泵，所以不会造成机械损失。
作为用于加热机构的热源，热量可由系统外部供给或由用于运行系统所需的热量的一部分提供。作为冷源，冷流体介质由系统外部或由系统内使用的冷流体介质的一部分提供，例如，可使用用于冷却兰金循环中的冷凝器内的制冷剂的冷流体介质的一部分。
在本发明中，即使密闭容器内完全注满液态制冷剂，热泵仍可运行。图1的表格示出了假设密闭容器的体积为1m3、在使用CO2制冷剂的环境中、将温度为25℃的制冷剂液体引入密闭容器内且对所述制冷剂进行加热使其增压到9MPa、制冷剂在密闭容器内被加热并被气化的情况以及制冷剂在密闭容器内在液态下被加热的情况。
从安全的角度考虑，理想的是，密闭容器不被液态制冷剂充满，但是，可从表1看出，在从容器中排放的制冷剂量近似相同的情况下，在密闭容器内注入气化的制冷剂的情况中使用的热量大于在密闭容器内注入液态制冷剂时使用的热量。因此，在密闭容器内的制冷剂被加热和完全气化的情况下设备费用将增加且运行时间也将增长。
现在我们考虑当容器内的制冷剂处于液态的情况和制冷剂处于被气化状态的情况中全部充满容器的制冷剂量相同时的情况。容器内的制冷剂处于液态的情况下具有泵送效率高的优势[液态制冷剂的充入比(chargingrate)是100％]且一次操作排放的制冷剂排放量大，但所存在的问题是，在开始从容器中排放过冷的液态制冷剂时，由于液态制冷剂的积聚和负载的变化，在系统中被排放的制冷剂在下游区被进一步加热的情况下将导致运行异常。
另一方面，容器内的制冷剂处于气化状态时，泵送效率低(液态制冷剂的充入比是几打％)，但从容器中排放超临界制冷剂蒸气时不存在任何问题。
为了保证将加压的液态下的制冷剂注入容器内的安全性，使用常温下的如储槽和储气瓶之类的密闭容器。例如，在CO2储气瓶中，在15℃时90％是液体，在22℃时100％是液体。直到31℃时储气瓶内的压力急剧上升，而在35℃时达到12MPa，此压力被确定为最大的允许压力。可认为这是储槽在常温下使用的安全标准。
在本发明中，为安全起见优选设置减压阀，该阀在液态制冷剂完全充满密闭容器的情况下在加热操作过程中当密闭容器内的压力超过规定压力时开启。
在本发明的第一和第二种措施中，优选将从制冷剂排放通道分支出的或连接到密闭容器上部的管道经开/关阀连接到管路上，致使可通过开启开/关阀将密闭容器内的压力降低到通过制冷剂液体进入通道进入密闭容器内的制冷剂液体的压力。
借此，将制冷剂液体输入密闭容器中时可迅速降低密闭容器内的压力。借助于冷却机构冷却容器内的制冷剂可进一步降低容器内的压力，并能方便地将制冷剂液体引入容器内。
此外，优选的是，设置与所述制冷剂液体进入通道相连的储液器，可将该储液器设置成使得所述密闭容器内的制冷剂液体的液面低于所述储液器内制冷剂液体的液面。
由此，借助于与储液器内的液态制冷剂和密闭容器内的液态制冷剂之间的液位差相应的液体压力更容易将制冷剂液体引入密闭容器。
通过在制冷剂进入通道中设置泵、设置使储液器与密闭容器相连的连接管、并使所述泵运行还可缩短将制冷剂液体引入密闭容器的时间。
本发明的第三种措施的特征在于，平行地安排多个本发明的热泵，借此可利用时间的差异分别通过每一热泵的冷却机构进行冷却和加热机构进行加热，致使从每一热泵的排放通道排放的制冷剂蒸气的总量是平稳的。
本发明建议兰金循环系统包括：本发明的热泵；连接到热泵的制冷剂排放通道的加热装置；装有在规定压力下开启的压力调节阀的排放通道；膨胀透平，来自所述加热装置的制冷剂被输入该膨胀透平中，使该透平向外输出功；以及经过开/关阀连接到所述热泵的冷凝器。
本发明中的热泵适于代替传统的兰金循环中的机械泵以对本发明的兰金循环中的制冷剂加压并提供制冷剂。
在本发明的兰金循环中，借助于设置在密闭容器内的上部的冷却机构或切换温度控制装置将冷流体介质引入该装置内以降低容器内的压力使进入密闭容器的制冷剂在该容器内被冷却到低于制冷剂的饱和温度，在冷凝器内被冷凝的制冷剂液体由于在密闭容器内降低了压力经开/关阀通过制冷剂进入通道被吸入到密闭容器内，然后借助于设置在密闭容器内的下部的加热机构或切换温度控制装置将热流体介质引入该装置内使容器内被加热的制冷剂蒸发，并将高于规定压力的被蒸发的制冷剂提供给通过在规定压力下开启的压力调节阀连接到制冷剂排放通道的加热装置。
热量被供给加热装置内的制冷剂，在其内被加热的制冷剂被输送到膨胀透平来驱动透平。从透平排出的制冷剂进入冷凝器并在其内被冷却成液态制冷剂。
冷凝器经开/关阀与组成本发明的热泵的密闭容器相连，致使当开/关阀开启时冷凝器内的气相区可与密闭容器内的气相区连通。由冷凝器向密闭容器输入制冷剂液体时，开/关阀开启以使冷凝器与密闭容器连通并使冷凝器和密闭容器内的压力平衡，借此冷凝器内的制冷剂被输入密闭容器内，然后密闭容器内的制冷剂被冷却并被降压，借此进一步将冷凝器内的制冷剂吸入密闭容器中。
优选可平行安排多个热泵，借此利用每一热泵中的时间差异分别借助于每一热泵的冷却机构进行冷却和加热机构进行加热，致使从这些热泵排放出的总制冷剂蒸气流平稳。
此外，优选在冷凝器的下游区设置储液器，使得所述密闭容器内的制冷剂液体的液面低于储液器内的制冷剂液体的液面。
由此，将与液面之间的液位差相应的液体压力施加到密闭容器，这可有利于制冷剂从冷凝器流到密闭容器。
本发明的效果
根据本发明，通过构成一种具有如下结构的热泵在不需要运动部件的前提下可设置用于加压和输送制冷剂的机构、即具有泵送功能的机构，因此，不会引起如传统机械泵所产生的机械损失，所述热泵包括密闭容器、在密闭容器下部连接到该密闭容器的制冷剂液体进入通道、在密闭容器上部连接到该密闭容器的制冷剂排放通道、设置在制冷剂液体进入通道上的开/关阀、设置在制冷剂排放通道上在高于规定压力的压力下开启的压力调节阀、安排在密闭容器上部空间内用于冷却密闭容器内的制冷剂的冷却机构、以及安排在密闭容器下部空间内的加热机构或温度控制装置，该温度控制装置通过切换流过其的冷流体介质和热流体介质可用作冷却机构和加热机构以代替所述冷却机构和加热机构，借此实现泵送功能，借助于冷却机构将密闭容器内的制冷剂冷却到低于其饱和温度而降低密闭容器内的压力，制冷剂液体在密闭容器内降低了的压力的作用下经进入通道被吸入密闭容器中，然后由加热机构对密闭容器内的制冷剂进行加热并使之蒸发，被蒸发的制冷剂通过制冷剂排放通道被排放。
本发明中用于加压和输送制冷剂的机构是一种结构紧凑的热泵，其没有运动部件，因此，其具有的优点是没有机械损失、泵送效率高、无需维修且可靠性高。
本发明的兰金循环系统包括：本发明的热泵；与热泵的制冷剂排放通道连接的加热装置；装有在规定压力下开启的压力调节阀的排放通道；膨胀透平，制冷剂由上述加热装置被输入其中使透平向外输出功；及通过开/关阀连接到所述热泵的冷凝器，因此可实现如上面所提到的那样的高效和高可靠性的兰金循环。
在兰金循环内部或外部的热源中的热源可用作安排在密闭容器内的加热机构的热源。作为兰金循环内部的热源，例如，可利用如太阳热收集装置或蒸汽锅炉之类的加热装置中获得的热量的一部分，或者可利用通过膨胀透平获得的功的一部分。
可使用兰金循环内部或外部的冷源中的冷源作为用于安排在密闭容器内的冷却机构的冷源。同时也适合使用在冷凝器内用于冷凝制冷剂蒸气的冷源的一部分作为兰金循环内部所需的冷源。
借助于将密闭容器的上部经开/关阀连接到管路上、通过开启开/关阀可使密闭容器内的压力降低到通过制冷剂液体进入通道被输入密闭容器内的制冷剂液体的压力，可以很容易地将制冷剂液体吸入密闭容器，剩余在密闭容器内的液态制冷剂可毫无延迟地被排出，并可进一步减小密闭容器内的冷却负载。
当将此应用于实现本发明的兰金循环的设备时，可通过开启开/关阀使冷凝器内的蒸发区与密闭容器内的蒸发区连通，因此可获得如上面所描述的效果。
通过安排设置在密闭容器上游区的储液器和密闭容器使得密闭容器内的液态制冷剂的液面低于制冷剂储液器内的液态制冷剂的液面，将液态制冷剂输入密闭容器时与两液面的液位差相应的液体压力被施加到密闭容器上，液态制冷剂的输入变得更容易。
通过平行地排列多个本发明的热泵并按照不同的时间分别使每一热泵中的密闭容器内的冷却机构进行冷却和加热机构进行加热，可提供这样一种热泵系统，其中从这些热泵排放的总制冷剂蒸气流是平稳的。
附图说明
图1的表格示出了当密闭容器内的CO2制冷剂被加热而被加压时其在密闭容器内呈蒸气状态或呈液态的情况；
图2为应用于使用CO2作为制冷剂的跨临界兰金循环的本发明第一实施方式的示意图；
图3为第一实施方式中的跨临界兰金循环的压-焓图；
图4为应用于使用CO2作为制冷剂的跨临界兰金循环的本发明第二实施方式的示意图。
附图标记说明
1     热泵
2、12 膨胀罐(密闭容器)
3、13 制冷剂进入通道
4、14 制冷剂排放通道
5     热量收集装置(加热装置)
6     开/关阀
7     膨胀透平
8     冷凝器
9     冷却机构
10    细通气管(breeder pipe)
11    减压阀
15    温度控制装置
16    低温水管
17    高温水管
18、a1开/关阀
a2、19压力调节阀
s     电磁阀
C     冷却机构
H     加热机构
W     输出功
具体实施方式
以下将参考附图对本发明的一些优选实施方式进行详细描述，但是，除非特别注明，在这些实施方式中的尺寸、材料、相对位置以及列举出的要部都只作为示例性说明而不是对本发明范围的限制。
图2为应用于使用CO2作为制冷剂的跨临界兰金循环的本发明第一实施方式的示意图，图3为第一实施方式中的跨临界兰金循环的压-焓图。
在图2中，附图标记1代表由密闭膨胀罐2、连接到膨胀罐2下部的制冷剂液体进入通道3、以及连接到膨胀罐2上部的制冷剂排放通道4组成的热泵。制冷剂液体进入通道3上设有将制冷剂液体输入膨胀罐2时开启的开/关阀a1。优选用止回阀作为这种开/关阀致使没有回流流向冷凝器。制冷剂排放通道4上设有膨胀罐内的压力达到规定值、例如达到9MPa时开启的压力调节阀a2。
附图标记5代表从外部吸收热量的热量收集装置(加热装置)，例如，太阳热收集器和蒸汽锅炉，装置5通过开/关阀6被连接到膨胀透平7。附图标记8代表冷凝器，其用于接收由膨胀透平7排放的制冷剂蒸气并通过冷却机构9使制冷剂蒸气冷却以液化制冷剂蒸气。可将膨胀罐2和冷凝器8设置成使膨胀罐2内的制冷剂液体的液位低于冷凝器8内的制冷剂液体的液位。膨胀罐2的上部通过由压力调节阀a2的上游区分支出的通道连接到冷凝器的上部、即冷凝器的蒸发区，该分支出的通道上装有电磁阀s。附图标记10代表细通气管，其上装有减压阀11，该阀在膨胀罐2完全充满制冷剂液体且其压力达到规定值时开启，以将膨胀罐2内的部分液态制冷剂泄放到冷凝器8中。
在如此组成的设备中，例如，在温度约为25℃和压力约为6MPa(图3所示的P1)时CO2制冷剂以两相、即液相和蒸气相存在于膨胀罐2中。也就是说，在图3所示的p-h图中制冷剂处于(1)和(5)之间的状态。
借助于冷却机构C冷却膨胀罐2内的制冷剂使膨胀罐2中的压力降低，借此可将制冷剂液体从冷凝器8吸入膨胀罐2中。由此，膨胀罐2中的制冷剂回到图3所示的状态(1)。
在p-h图中，标记S1为饱和液体线，Sy为饱和蒸气线，Tk为恒温线，而K为临界点。
然后，通过加热膨胀罐2中的CO2制冷剂，CO2制冷剂经过31.1℃和7.38MPa的临界点K达到在临界点K上方的超临界区中的状态(2)。在超临界区，CO2处于高密度的气态且不发生相变。此时，开/关阀a1、压力调节阀a2、及电磁阀s全都关闭。通过适当地控制膨胀罐2中的CO2的状态也可使制冷剂达到图3中的状态(2’)。当膨胀罐2中的压力达到9MPa(图3所示的P2)时，压力调节阀a2开启(开/关阀a1和电磁阀s保持关闭)，膨胀罐2中的制冷剂蒸气被排放到热量收集装置5中，制冷剂蒸气在热量收集装置5中进一步被加热以达到9MPa和200℃的状态(3)。
然后，热量收集装置5中以状态(3)存在于超临界区中的制冷剂蒸气被送到膨胀透平7以转动透平7而向外作功W，例如转动发电机。CO2制冷剂蒸气通过膨胀透平7膨胀回到图3所示的p-h图中的状态(4)。然后，CO2制冷剂被引入冷凝器8，由冷却机构9冷却而液化并回到图3所示的p-h图中的状态(5)，此状态是制冷剂以气相和液相两相存在的湿蒸气状态。
另一方面，若膨胀罐2中的制冷剂蒸气量减少，开始对膨胀罐2内的制冷剂进行冷却操作，同时压力调节阀a2、开/关阀a1、及电磁阀s开启。
通过开启电磁阀s，膨胀罐2内和冷凝器8内的压力均衡，由于膨胀罐2和冷凝器8被设置成使得膨胀罐2内的液位低于冷凝器8内液位，与膨胀罐2内和冷凝器8内两液位之间的制冷剂液体的液位差相应的液体压力被施加到膨胀罐2。
当膨胀罐2内的制冷剂被冷却机构C冷却时膨胀罐2内的压力降低，冷凝器8内的制冷剂液体被吸入膨胀罐2内。由此，在膨胀罐2内的CO2制冷剂回到图3所示的状态(1)。
然后，膨胀罐2中的制冷剂液体被加热机构H加热，于是重复所述循环。
可将用于本发明的兰金循环中的热源或外部热源作为用于膨胀罐2内的加热机构H的热源。例如，可利用从热量收集装置5提取的部分热量、或用于运行循环的热源的一部分、或由膨胀透平驱动的发电机产生的电能的一部分。
可将用于本发明的兰金循环中的冷源或外部冷源作为用于膨胀罐2内的冷却机构C的冷源。例如，可利用外侧制冷循环的冷流体介质的一部分或用于冷凝器8内的冷却机构9的冷流体介质的一部分。
如上所述，根据本发明，借助于采用热泵1，可设置不带运动部件用于加压和传送制冷剂蒸气的机构，因此不引起如传统机械泵所导致的机械损失。
由于热泵1没有运动部件且结构紧凑，其具有不引起机械损失、系统效率提高、无需进行维修、以及高可靠性的优势。
由于膨胀罐2的上部通过电磁阀s连接到冷凝器8的上部，通过开启电磁阀s可使膨胀罐2的内部压力迅速降低到冷凝器内的压力，结果，可容易地将制冷剂液体吸入膨胀罐2内。
此外，由于设备被构造成膨胀罐2内的制冷剂液体的液位低于冷凝器内制冷剂液体的液位，与膨胀罐2和冷凝器8内的液位之间的液位差相应的液体压力被施加到膨胀罐2上，而可更容易地将制冷剂液体吸入膨胀罐2。
在第一实施方式中，通过平行设置多个热泵1并使它们运行，可利用每一热泵内的各自的时间差异来执行各热泵的冷却机构C的冷却和加热机构H的加热，而使从这些热泵排放的总制冷剂蒸气流平稳。
图4为应用于使用CO2作为制冷剂的跨临界兰金循环的本发明第二实施方式的示意图。在该图中，膨胀罐12内设有温度控制装置15，低温管16和高温管17被连接到温度控制装置15，借助于阀16a和17a可切换流入温度控制装置15的热流体介质流和冷流体介质流。附图标记18表示设置在制冷剂进入通道13上的开/关阀，附图标记19表示设置在制冷剂蒸气排放通道14上的压力调节阀。
在此设备中，冷却膨胀罐12内的制冷剂时，通过开启阀16a使冷水流过温度控制装置15，而在加热膨胀罐12内的制冷剂以使制冷剂蒸发时，通过开启阀17a使热水流过温度控制装置15。
如此，泵的动作如图2所示的第一实施方式那样进行。
在第二实施方式中，合适的是，可在制冷剂进入通道13上设置泵来代替开/关阀18，而且为了减少将制冷剂液体输入膨胀罐12的时间，可设置用于使制冷剂从膨胀罐返回到冷凝器的连接管。
通过使制冷剂蒸气排放通道14延伸到低于膨胀罐12内积聚的制冷剂液体的液面的位置，本设备可被应用于通过排放通道14被排放出的制冷剂液体低于临界压力(7.38MPa)的情况。
工业应用性
根据本发明，在不设置运动部件从而没有机械损失的前提下可实现泵送功能，且具有结构紧凑和系统效率高的特点，此外，可靠性高且不需要进行维修工作。

Claims (8)

1.一种热泵，包括：
导入有CO2制冷剂，将该CO2制冷剂加热到超临界区的密闭容器；
设置于在密闭容器下部与该密闭容器相连的制冷剂液体进入通道上的开/关阀；
设置于在所述容器上部与所述容器相连的制冷剂排放通道上的压力调节阀，该阀在规定压力下开启；
设置于所述密闭容器内侧的上部空间内的冷却机构；及
设置于所述密闭容器内侧的下部空间内的进行所述加热的加热机构。
2.如权利要求1所述的热泵，其中，从所述制冷剂排放通道分支出的或连接到所述密闭容器上部的管道经开/关阀连接到管路上，通过开启所述将管道连接到管路上的开/关阀将所述密闭容器内的压力降低到通过所述制冷剂液体进入通道进入所述密闭容器内的制冷剂液体的压力。
3.如权利要求1所述的热泵，其中，设置与所述制冷剂液体进入通道相连的储液器，该储液器被设置成使得所述密闭容器内的制冷剂液体的液面低于所述储液器内制冷剂液体的液面。
4.一种热泵系统，其中平行地安排有多个如权利要求1所述的热泵，借此可利用时间的差异分别通过每一热泵的冷却机构进行冷却和加热机构进行加热，致使从所述热泵的排放通道排放的总制冷剂蒸气流平稳。
5.一种兰金循环系统，包括：
如权利要求1所述的热泵；
连接到所述热泵的制冷剂排放通道的加热装置；
膨胀透平，来自所述加热装置的制冷剂被输入该透平中，使该透平向外输出功；及
经过开/关阀连接到所述热泵的冷凝器。
6.如权利要求5所述的兰金循环系统，其中，所述冷凝器经开/关阀与组成所述热泵的部分的所述密闭容器相连，致使当该开/关阀开启时所述冷凝器内的气相区与所述密闭容器内的气相区连通。
7.如权利要求5所述的兰金循环系统，其中，平行安排多个所述热泵，利用时间差异分别借助于每一热泵的所述冷却机构进行冷却和所述加热机构进行加热，致使从所述热泵排放出的总制冷剂蒸气流平稳。
8.如权利要求5所述的兰金循环系统，其中，在所述冷凝器的下游区设置储液器，所述储液器与密闭容器的制冷剂液体进入通道相连，使得所述密闭容器内的制冷剂液体的液面低于所述储液器内的制冷剂液体的液面。
CN200580031535.4A 2004-09-17 2005-09-13 热泵、热泵系统、和兰金循环 Expired - Fee Related CN101065558B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004272597 2004-09-17
JP272597/2004 2004-09-17
PCT/JP2005/016834 WO2006030779A1 (ja) 2004-09-17 2005-09-13 熱ポンプ、熱ポンプシステム及びランキンサイクル

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200810184338.1A Division CN101556096B (zh) 2004-09-17 2005-09-13 热泵、热泵系统、和兰金循环

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101065558A CN101065558A (zh) 2007-10-31
CN101065558B true CN101065558B (zh) 2011-10-05

Family

ID=36060030

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200580031535.4A Expired - Fee Related CN101065558B (zh) 2004-09-17 2005-09-13 热泵、热泵系统、和兰金循环
CN200810184338.1A Expired - Fee Related CN101556096B (zh) 2004-09-17 2005-09-13 热泵、热泵系统、和兰金循环

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200810184338.1A Expired - Fee Related CN101556096B (zh) 2004-09-17 2005-09-13 热泵、热泵系统、和兰金循环

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7530235B2 (zh)
EP (1) EP1801364B1 (zh)
JP (1) JP4686464B2 (zh)
CN (2) CN101065558B (zh)
WO (1) WO2006030779A1 (zh)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006016555A1 (de) * 2006-04-07 2007-10-11 Air Liquide Deutschland Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Aufbauen eines Überdrucks in einem Tank für verflüssigtes Gas eines Kühlfahrzeugs sowie Kühlsystem für ein Kühlfahrzeug und Kühlfahrzeug
US7958862B2 (en) * 2007-12-07 2011-06-14 Secco2 Engines, Inc. Rotary positive displacement combustor engine
US8006496B2 (en) * 2008-09-08 2011-08-30 Secco2 Engines, Inc. Closed loop scroll expander engine
US20100114384A1 (en) * 2008-10-28 2010-05-06 Trak International, Llc Controls for high-efficiency heat pumps
US8919322B2 (en) 2010-03-30 2014-12-30 Stephen Lee Cunningham Oscillating piston engine
IT1402711B1 (it) * 2010-10-28 2013-09-18 Carpigiani Group Ali Spa Macchina per la omogeneizzazione e il trattamento termico di prodotti alimentari liquidi e semiliquidi.
US9869272B1 (en) * 2011-04-20 2018-01-16 Martin A. Stuart Performance of a transcritical or supercritical CO2 Rankin cycle engine
IN2014DN08504A (zh) 2012-04-18 2015-05-15 Martin A Stuart
ITAN20120049A1 (it) * 2012-05-02 2013-11-03 Mind Studi E Progettazione Ing V Itri Giuseppe E Sistema per generazione di energia elettrica e relativo metodo.
US9540959B2 (en) * 2012-10-25 2017-01-10 General Electric Company System and method for generating electric power
JP6087196B2 (ja) * 2012-12-28 2017-03-01 レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード 低温圧縮ガスまたは液化ガスの製造装置および製造方法
US9194615B2 (en) 2013-04-05 2015-11-24 Marc-Andre Lesmerises CO2 cooling system and method for operating same
CN104564193A (zh) * 2013-10-15 2015-04-29 邱纪林 冷能发电系统的热力循环
US10060302B2 (en) * 2013-10-21 2018-08-28 Shanghai Jiaotong University Passive low temperature heat sources organic working fluid power generation method
CA2928553C (en) 2015-04-29 2023-09-26 Marc-Andre Lesmerises Co2 cooling system and method for operating same
GB201507817D0 (en) * 2015-05-07 2015-06-17 Rolls Royce Plc Heat recovery system
US10935284B2 (en) * 2018-01-19 2021-03-02 Arctic Cool Chillers Limited Apparatuses and methods for modular heating and cooling system
FR3086694B1 (fr) * 2018-10-02 2023-12-22 Entent Machine de conversion de chaleur fatale en energie mecanique
CN109798159B (zh) * 2019-02-13 2019-10-25 孙诚刚 分布式换能方法和系统
CN113587527B (zh) * 2021-08-06 2022-09-02 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种双流体回路雷达阵面冷却系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4197716A (en) * 1977-09-14 1980-04-15 Halstead Industries, Inc. Refrigeration system with auxiliary heat exchanger for supplying heat during defrost cycle and for subcooling the refrigerant during a refrigeration cycle
US5542266A (en) * 1993-10-20 1996-08-06 Matsushita Refrigeration Company Refrigeration system with compressor using refrigeration oil insoluble in refrigerant
CN1238442A (zh) * 1999-05-08 1999-12-15 三菱电机株式会社 闭环制冷装置的一种压缩机及其装配方法
US6718781B2 (en) * 2001-07-11 2004-04-13 Thermo King Corporation Refrigeration unit apparatus and method

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3368364A (en) * 1966-01-06 1968-02-13 American Air Filter Co Refrigeration control system
US3878683A (en) * 1969-07-01 1975-04-22 Kenji Imai Method of cooling substance or generating power by use of liquefied gas
US4103493A (en) * 1975-03-06 1978-08-01 Hansen, Lind, Meyer Solar power system
US4281969A (en) * 1979-06-25 1981-08-04 Doub Ernest L Jun Thermal pumping device
JPS56111300U (zh) * 1980-01-29 1981-08-28
DE3014148C2 (de) * 1980-04-12 1985-11-28 M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg AG, 8000 München Ölabscheider für Verdichter von Wärmepumpen und Kältemaschinen
JPS5710481U (zh) * 1980-06-19 1982-01-20
US4347711A (en) * 1980-07-25 1982-09-07 The Garrett Corporation Heat-actuated space conditioning unit with bottoming cycle
US4876855A (en) * 1986-01-08 1989-10-31 Ormat Turbines (1965) Ltd. Working fluid for rankine cycle power plant
JPS6332170A (ja) * 1986-07-25 1988-02-10 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd サ−マルポンプ
US5056327A (en) * 1990-02-26 1991-10-15 Heatcraft, Inc. Hot gas defrost refrigeration system
US5050400A (en) * 1990-02-26 1991-09-24 Bohn, Inc. Simplified hot gas defrost refrigeration system
US5452580A (en) * 1994-11-23 1995-09-26 Smith; Kevin Thermal energy differential power conversion apparatus
US6619057B2 (en) * 2001-12-13 2003-09-16 Carrier Corporation System and method for low side pump down in mobile refrigeration unit
JP2003232226A (ja) * 2002-02-12 2003-08-22 Hitachi Zosen Corp ガスタービン発電設備
JP2004036942A (ja) * 2002-07-01 2004-02-05 Takeo Saito 容積型ランキンエンジン
US6820434B1 (en) * 2003-07-14 2004-11-23 Carrier Corporation Refrigerant compression system with selective subcooling
US6945062B2 (en) * 2003-12-04 2005-09-20 Carrier Corporation Heat pump water heating system including a compressor having a variable clearance volume

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4197716A (en) * 1977-09-14 1980-04-15 Halstead Industries, Inc. Refrigeration system with auxiliary heat exchanger for supplying heat during defrost cycle and for subcooling the refrigerant during a refrigeration cycle
US5542266A (en) * 1993-10-20 1996-08-06 Matsushita Refrigeration Company Refrigeration system with compressor using refrigeration oil insoluble in refrigerant
CN1238442A (zh) * 1999-05-08 1999-12-15 三菱电机株式会社 闭环制冷装置的一种压缩机及其装配方法
US6718781B2 (en) * 2001-07-11 2004-04-13 Thermo King Corporation Refrigeration unit apparatus and method

Also Published As

Publication number Publication date
EP1801364A1 (en) 2007-06-27
US7530235B2 (en) 2009-05-12
CN101556096B (zh) 2011-11-09
JPWO2006030779A1 (ja) 2008-05-15
CN101065558A (zh) 2007-10-31
WO2006030779A1 (ja) 2006-03-23
US20070199323A1 (en) 2007-08-30
CN101556096A (zh) 2009-10-14
EP1801364A4 (en) 2010-12-08
JP4686464B2 (ja) 2011-05-25
EP1801364B1 (en) 2014-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101065558B (zh) 热泵、热泵系统、和兰金循环
KR101345106B1 (ko) 엑서지 효율이 향상된 초월임계 랭킨 사이클 열기관과 그 방법
RU2215165C2 (ru) Способ регенерации тепла выхлопных газов в преобразователе органической энергии с помощью промежуточного жидкостного цикла (варианты) и система регенерации тепла выхлопных газов
RU2522262C2 (ru) Система аккумулирования термоэлектрической энергии и способ аккумулирования термоэлектрической энергии
US8584463B2 (en) Thermoelectric energy storage system having two thermal baths and method for storing thermoelectric energy
US9726441B2 (en) Cogeneration power plant and method for operating a cogeneration power plant
CN103477035A (zh) 平行循环热发动机
JP2022520595A (ja) エネルギー変換方法及びシステム
CN103993921A (zh) 动力产生装置及其运转方法
CN109281719B (zh) 混合发电系统
JP5314178B2 (ja) 電気的エネルギーを生成するための蒸気発電設備
JP2019529766A (ja) 熱力学サイクル装置及び熱力学サイクル方法
WO2010096863A1 (en) A heat pump, a combined heating and cooling system, a power generation system and a solar collector
CN107882603A (zh) 构造冷源能量回收系统、热力发动机系统及能量回收方法
CN107503813A (zh) 利用低品位热能驱动的重力型无泵有机工质发电装置
US8266918B2 (en) Refrigerant circulating pump, refrigerant circulating pump system, method of pumping refrigerant, and rankine cycle system
CN104302876A (zh) 具有蓄热器和蓄冷器的热能存储及释放设备及其运行方法
CN116857027A (zh) 二氧化碳气液两相储能系统及其控制方法
CN112041542B (zh) 一种工质循环做功的新型蒸汽机
CN207701188U (zh) 构造冷源能量回收系统及热力发动机系统
CN103277937B (zh) 多用途热泵
KR101237450B1 (ko) 폐열수를 이용한 스팀 생산용 히트 펌프 시스템
KR101360599B1 (ko) 작동유체 농도제어형 발전시스템 및 이를 이용한 작동유체의 농도제어 방법
CN104265388B (zh) 一种蓄能型余热回收系统
JP2023530825A (ja) エネルギー管理のためのプラントおよびプロセス

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C56 Change in the name or address of the patentee
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Kyoto Japan

Co-patentee after: Maekawa Manufacturing Co., Ltd.

Patentee after: Doshisha

Co-patentee after: Showa Denko K. K.

Co-patentee after: Showa Denko Gas Products Co., Ltd.

Co-patentee after: Auspicious village construction industry corporation

Address before: Kyoto Japan

Co-patentee before: Maekawa Manufacturing Co., Ltd.

Patentee before: Doshisha

Co-patentee before: Showa Denko K. K.

Co-patentee before: Showa Tansan Co., Ltd.

Co-patentee before: Auspicious village construction industry corporation

ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: SHOWA DENKO GAS PRODUCTS CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: MAEKAWA MANUFACTURING CO., LTD. SHOWA DENKO K.K. SHOWA DENKO GAS PRODUCTS CO., LTD. YOSHIMURA CONSTRUCTION CO., LTD.

Effective date: 20121205

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20121205

Address after: Kyoto Japan

Patentee after: Doshisha

Patentee after: Showa Denko Gas Products Co., Ltd.

Address before: Kyoto Japan

Patentee before: Doshisha

Patentee before: Maekawa Manufacturing Co., Ltd.

Patentee before: Showa Denko K. K.

Patentee before: Showa Denko Gas Products Co., Ltd.

Patentee before: Auspicious village construction industry corporation

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20111005

Termination date: 20180913

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee