CN101796355A - 热激活高效热泵 - Google Patents

热激活高效热泵 Download PDF

Info

Publication number
CN101796355A
CN101796355A CN200780100436A CN200780100436A CN101796355A CN 101796355 A CN101796355 A CN 101796355A CN 200780100436 A CN200780100436 A CN 200780100436A CN 200780100436 A CN200780100436 A CN 200780100436A CN 101796355 A CN101796355 A CN 101796355A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat exchanger
cold
producing medium
compressor
expander
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.)
Pending
Application number
CN200780100436A
Other languages
English (en)
Inventor
I·B·维斯曼
M·F·塔拉斯
J·J·桑焦文尼
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.)
Carrier Corp
Original Assignee
Carrier Corp
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 Carrier Corp filed Critical Carrier Corp
Publication of CN101796355A publication Critical patent/CN101796355A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B27/00Machines, plants or systems, using particular sources of energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K17/00Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant
    • F01K17/005Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant by means of a heat pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/06Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using mixtures of different fluids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00Steam 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
    • F01K7/32Steam 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 using steam of critical or overcritical pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00Steam 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
    • F01K7/34Steam 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 of extraction or non-condensing type; Use of steam for feed-water heating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/06Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
    • F25B2309/061Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/23Separators
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14Combined heat and power generation [CHP]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)

Abstract

蒸汽压缩循环系统与兰金循环系统联合,这两个系统具有共用的抽吸蓄液器,压缩机从该蓄液器抽出制冷剂蒸汽用于蒸汽压缩循环系统,泵从该蓄液器抽出液体制冷剂用于兰金循环系统中的循环。来自兰金循环系统膨胀器的蒸汽通向压缩机排出口以提供在蒸汽压缩循环系统中循环的混合物从而获得改善的性能。换热器的尺寸制作成得到非完全蒸发,使得双相流体通向抽吸蓄液器从而向兰金循环系统提供液体制冷剂并且向蒸汽压缩循环系统提供蒸汽制冷剂。

Description

热激活高效热泵
技术领域
本发明总体上涉及蒸汽压缩系统,并且尤其涉及联合的蒸汽压缩和兰金(Rankine)循环系统。
背景技术
将蒸汽压缩系统与兰金循环系统联合是已知的。例如,参见受让给本发明的受让人的美国专利6,962,056。在美国专利5,761,921中,兰金循环中产生的动力用于驱动蒸汽压缩循环的压缩机,该联合系统在三个压力水平下工作,即沸腾器、冷凝器和蒸发器压力水平。
在5,761,921专利中,冷凝器(热)容量包括两个主要分量,沸腾器换热器容量和蒸发器容量,由此提高给定热输入的热效应。然而,这些热泵在加热工作模式中对环境温度很敏感,因为热容量会随着环境温度的降低而降低。出现这种情况是因为压缩机吸入口处的蒸汽制冷剂密度和压缩机容积效率随着环境温度的降低而减小。而且,系统冷却工作的效率有点低,并且该效率在环境温度升高时下降。
此外,该联合系统不能使用跨临界制冷剂,因为气体冷却器下游没有可用于泵送通过兰金回路的冷凝液。
发明内容
简言之,根据本发明的一个方面,该联合的蒸汽压缩和兰金循环系统包括共用的抽吸蓄液器,从该蓄液器抽出液体制冷剂用于兰金循环,从该蓄液器抽出制冷剂蒸汽用于蒸汽压缩循环,由此提高了效率,因为从蒸发器去除了无效率的热交换区并且改善了非设计工况条件下的性能特性。
根据本发明的另一方面,来自膨胀器出口的蒸汽与来自压缩机出口的蒸汽相混合,该混合流在蒸汽压缩循环中循环。因此增强了蒸发器容量并提高了冷凝器(热)容量,由此有利于加热模式工作。而且,由压缩机泵送的质量流率小于通过蒸发器循环的质量流率,由此减小了压缩机功率与蒸发器容量的比值。此外,当环境温度降低,在加热时,泵入口处的液体制冷剂密度、通过兰金回路的质量流率以及压缩机的可用功率都提高,由此改善加热效率。
根据本发明的另一方面,抽吸蓄液器中的液体制冷剂具有更高浓度的油。这使得沸点升高,相当于几度过冷(subcooling)并且减轻了液体制冷剂泵中与气蚀现象相关联的风险。
根据本发明的另一方面,室外和室内换热器的尺寸制作成提供非完全蒸发,由此消除了另外的无效率蒸汽-空气热交换区,从蒸发器带走了一部分富含压缩机润滑剂的液体制冷剂并且把它带入换热器中,在那里热再生更高效地完成。此外,沸腾压力下的泵送液体的比热高于冷凝压力下的冷凝液的比热,这就提供了非蒸发部分的热再生以及更高的蒸发器容量。因此,冷却容量和COP以及热容量和COP更高。非蒸发液体是用于兰金回路的工作流体,更冷的液体具有更大的热力势来冷却为沸腾器携载热源的流体,由此得到更高的发电热力效率。
根据本发明的另一方面,本发明的系统可利用跨临界制冷剂和BZT流体,可对其进行最优化来提供更佳的泵-膨胀器功率比。
在下文所述附图中,示出了优选的实施例;然而,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可以对其做出各种其他改型和替换性结构。
附图说明
图1是本发明的示意图。
图2示范了沸点的升高。
图3是本发明的P-h图的图示。
图4是本发明的另一示意图。
图5是本发明的示意图,其中不带节能器换热器(economizer heatexchanger)。
图6是本发明的T-S图,其中不带节能器换热器。
图7是本发明的T-S图,其中带有节能器换热器。
图8是本发明的示意图,其中带有油分离器。
图9是其替换性实施例的示意图。
图10是根据本发明的阶式(cascade)系统的示意图。
图11是根据本发明的阶式系统的T-S图。
具体实施方式
图1所示是一种系统,根据本发明,该系统采用兰金和蒸汽压缩循环的联合。该循环联合可称为蒸汽压缩和膨胀循环。该联合系统可称为蒸汽压缩和膨胀系统。
蒸汽压缩回路12包括(处于串行流体连通关系)压缩机13、换向阀14、室外换热器16、节能器换热器18的一侧(或第一通道)17、膨胀装置19、室内换热器21和抽吸蓄液器22。还包括加热工作模式所使用的膨胀装置23。可设置有旁通阀24和26从而在冷却和加热工作模式之间切换时绕过相应的膨胀装置19和23。当然,换向阀14被选择性地控制以在冷却或加热工作模式下工作。
兰金循环回路11包括(处于串行流体连通关系)抽吸蓄液器22、液体制冷剂泵27、节能器换热器18的另一侧(或第二通道)28、沸腾器29和膨胀器31。如图所示,膨胀器31能机械地连接到压缩机13用于辅助驱动压缩机13。替换性地,膨胀器31可被连接以驱动发电机,产生的电力潜在地用于辅助驱动制冷剂系统的一个或多个部件。例如,产生的电力可用于辅助驱动压缩机13和/或泵27。如果需要,可把多余的电力供给到电网。当不需要冷却或加热时,兰金回路可只用于发电。而且,膨胀器31、压缩机13和发电机可机械地连接。所有机械连接的部件可装入一个密封或半密封的外壳中。
该联合系统在三个压力水平下工作:沸腾器29中产生的沸腾压力,具有由可用热源限定的最高压力;由冷却模式中周围环境限定的和/或加热模式中被加热介质的设定温度限定的冷凝压力;以及蒸发器压力,即蒸发器中产生的最低压力,归因于与冷却模式中待冷却介质和/或与加热模式中周围环境的相互作用。
兰金回路如下所述在沸腾和冷凝压力之间工作。泵27使来自抽吸蓄液器22的液体制冷剂循环通过节能器换热器18的第二通道28,在该处,从换热器18的第一通道17中的流体传递热量。高压液体然后流向沸腾器29,在该处蒸发。产生的高压蒸汽在膨胀器31中膨胀,膨胀了的蒸汽然后沿着管路32流向管路33,在那里与来自压缩机13的压缩蒸汽相混合。该混合的混合物然后通过换向阀14,从那里要么在冷却工作模式中通向室外换热器16,要么在加热工作模式中通向室内换热器21。
蒸汽压缩系统12在冷却或加热模式中在冷凝器和蒸发器压力之间工作。在冷却模式中,室内换热器21作为蒸发器,室外换热器16作为冷凝器,而在加热模式中,室外换热器16作为蒸发器,室内换热器21作为冷凝器。当然,换向阀14是被控制成在冷却和加热工作模式之间切换的装置。
在冷却模式中,换向阀14把混合蒸汽流引入用作冷凝器的室外换热器16。来自室外换热器16的过冷制冷剂通过旁通阀26并且通向节能器换热器18,在那里被节能器换热器18的第二通道28内流动的更冷液体进一步地过冷却。过冷液体然后流向膨胀阀19,在那里其从冷凝器压力膨胀到蒸发器压力。该双相制冷剂通过用作蒸发器的室内换热器21,从而向气候受控空间提供空气调节。膨胀了的蒸汽然后沿着管路34通向换向阀14,然后沿着管路36通向抽吸蓄液器22。
应当注意,该制冷剂系统的尺寸适于室内换热器21中的非完全蒸发。也就是说,通入室内换热器21中的一些液体制冷剂将不会蒸发并且将保持为液态。因此,当该双相流体沿着管路36通向抽吸蓄液器22时,液体部分将用来补充抽吸蓄液器22底部的液体存量,而蒸汽将会在抽吸蓄液器22的上部被压缩机13抽出。
在加热模式中,兰金循环回路11以与上文描述的冷却工作模式基本上相同的方式工作。蒸汽压缩循环12把换向阀14放在引导混合蒸汽流沿着管路34流向室内换热器21的位置上,该室内换热器21工作以把蒸汽冷凝成过冷液体,该过冷液体然后经过旁通阀24流向节能器换热器18的第一通道17,在那里被进一步地过冷却。液体制冷剂然后通过膨胀装置23,在那里从冷凝压力膨胀到蒸发器压力并且通入用作蒸发器的室外换热器16。该流体然后通入换向阀14,并且沿着管路36通向抽吸蓄液器22。
此外,该系统的尺寸适于非完全蒸发,使得从室外换热器16经过时使一些液体保留在管路中。该双相流体然后进入抽吸蓄液器22,液体到底部去补充通入兰金循环回路的液体制冷剂存量,在压缩机13的吸入端口可得到蒸汽。
蒸汽压缩和膨胀系统可使用亚临界制冷剂、跨临界制冷剂、BZT流体或流体的混合物。该混合物中至少一种流体可为润滑剂。
来自蒸发器(冷却模式中的室内单元或加热模式中的室外单元)的出口流体包含高浓度的油。
如图2所示,Xoil是油的质量浓度,Xref是膨胀装置入口处、蒸发器入口处以及蒸发器出口处的制冷剂蒸气干度(quality)。当液体制冷剂沸腾时,制冷剂的剩余液体部分中的油的质量浓度升高,连同油-制冷剂混合物的沸点升高。油-制冷剂混合物的沸点与纯制冷剂的蒸发温度之间的差值被称作沸点升高量。油浓度越高,沸点升高量越大。
最终,沸点升高量会终止蒸发过程。根据图2,如果在压缩机单元内有2%的油遗留量,则蒸发器入口处的制冷剂干度为0.2,蒸发器出口处的蒸汽干度为0.95,则蒸发器出口处油-制冷剂混合物中将会有40%的油。
含有高浓度油、高蒸汽干度和/或过热蒸汽制冷剂的液体制冷剂在蒸发器出口处形成效率极低的热交换区。在本例中,这个区域从蒸发器移到节能器换热器18,在那里热再生更加高效地完成。
抽吸蓄液器22中的液体制冷剂趋于具有更高浓度的油。这提供了如图2所示的沸点升高量(这相当于几度过冷),从而减轻了液体制冷剂泵27中与气蚀现象相关联的风险。
从蒸发器去除无效率的热交换区以及蒸发器入口和出口处的蒸汽干度的减小改善了蒸发器的性能特性。因此,相同的蒸发器可产生更高的蒸发器容量。蒸发器容量的增强对冷却和加热工作模式都总是有益的,并且冷却和加热COP也得到了改善。替换性地,也可在更小的蒸发器中提供相同的蒸发器功能,其具有成本优势。
应当认识到上述元件的联合所提供的其它优点。蒸发器处理由压缩机泵送的制冷剂流Gc和循环通过兰金循环回路的制冷剂流Ge。制冷剂流Gc蒸发,提供与基础情形相同的功能。液体制冷剂流Ge在节能器换热器中再生它的焓,减少了到蒸发器的入口的制冷剂焓并提高蒸发器中的冷却效果。另一方面,压缩机泵送与基础系统相同量的制冷剂并且消耗相同的功率。蒸发器容量的增强对冷却和加热工作模式都总是有益的。因此,本循环增强了加热和冷却工作模式的热力效率。
除上述优点之外,应当注意到,在非设计工况条件下,性能改善也是明显的。
通常,当热环境温度升高时,由于压缩机压力比升高且膨胀器压力比降低,冷却性能特性降低。在本系统中,当环境温度升高量增大时,它驱动节能器换热器的温差,由此提高其容量和对容量降低的抵抗性。
当冷环境温度降低时,由于压缩机压力比升高并且压缩器入口处的制冷剂蒸汽密度减小,加热性能特性降低。当环境温度降低时,液体制冷剂密度增大,通过兰金回路泵送的质量流率增大,并且压缩机转得更快,由此抵抗了性能的降低。另一方面,当环境温度下降量增大时,它驱动节能器换热器的温差,由此提高其容量和对容量降低的抵抗性。
传统的兰金循环系统,以及联合兰金和蒸汽压缩循环的系统,都不能使用跨临界制冷剂,因为该跨临界系统没有冷凝器和冷凝器出口处的液体制冷剂。相反,它们具有气体冷却器和气体冷却器出口处的压缩冷却气体。兰金循环回路需要泵入口处的液体。
在优化的蒸汽压缩和膨胀系统中使用跨临界制冷剂和BZT流体可提供更好的泵-膨胀器功率比,并且因此提供增强的热力效率。
现在参照图3,示出了本发明的蒸汽压缩和膨胀热泵系统的压力-焓(P-h)图。图中的过程对于亚临界和跨临界制冷剂是相同的。不同之处由饱和线R和S反映,其分别为亚临界和跨临界制冷剂的饱和线。
此处,分别用Pb、Pe和Ps表示三个压力,即沸腾器压力(或跨临界制冷剂的高压)、冷凝器压力(或跨临界制冷剂的排放压力)和蒸发器压力。在兰金循环中,如虚线所示,泵27导致制冷剂压力从蒸发器压力Ps提高到沸腾压力Pb,从点A到达点B。当通过节能器换热器18时,制冷剂焓升高,如点B和点C之间的线所示。在沸腾器29中,焓显著升高,如点C和点D之间的线所示。最后,膨胀器31导致制冷剂压力和焓都降低,如点D和点E之间的线所示。
在蒸汽压缩循环中,如实线所示,从抽吸蓄液器22进入压缩机13的蒸汽处于蒸发器压力Ps,如点F所示,压缩机提高制冷剂压力和焓到点G所示数值。在管路33中混合了两个流之后,制冷剂压力保持在相同水平,但制冷剂焓降低至点H所对应的数值。当制冷剂蒸汽在冷凝器16中冷凝时,它的焓降低至点I所对应的数值。然后在节能器换热器18中使液体制冷剂过冷却,从而使它的焓降低至点J所对应的数值。大部分液体然后在膨胀装置19中膨胀,使压力降低至点K所示数值。最后,当大部分制冷剂在蒸发器21中蒸发时,它的焓沿着线K-F升高从而完成该循环。
因此,这两个循环的联合由所示曲线R和S表示。
图4中的节能器换热器在冷却模式中提供对流(counterflow)布置,在加热模式中提供并流(parallel flow)布置。在某些情况下,反过来布置可能是有利的。图4示出带有节能器换热器的系统,其在加热模式中提供并流热交换,在冷却模式中提供对流热交换。
图5示出不带节能器换热器的热激活泵。因为沸腾器入口处的制冷剂温度较低,所以为兰金回路供应热能的流体的沸腾器出口温度也较低。因此,这种系统从流体回收更多的热能并且允许压缩机轴转得更快。更快转动的压缩机为整个热激活热泵系统提供增强的性能特性。
对沸腾器的热特性有强烈影响的因素是沸腾器中部的温差DT1(见图6的T-S图)。这个温差和沸腾器冷端的温差DT2相关联。如果DT2显得太高,就可能适合使用图1所示的节能器换热器。应当通过权衡分析,考虑图7中的温差DT1、DT2和DT3(即节能器换热器热端的温差)以及它们对沸腾器、节能器换热器的成本和整个系统性能特性的影响,来限定节能器换热器的尺寸。
图8示出了热激活热泵系统中的一种油管理方法。油分离器40位于换向阀14的入口处,在兰金循环回路流与蒸汽压缩回路流会合的位置之后。油分离器中分离的油返回压缩机13。作为一种选择,一部分分离出的油可泵送入膨胀器31中或泵送向膨胀器入口41。
图9所示系统包含再生式换热器42,为离开膨胀器31的制冷剂与进入沸腾器29的制冷剂之间提供热接触。这对于膨胀器出口处仍然显著过热的制冷剂有用。
上述蒸汽压缩和膨胀系统可以是提供加热或冷却的阶式系统的底部或顶部。而且,它可产生或不产生电能。
图10示出了一种阶式系统,其中布雷顿循环系统(Brayton cyclesystem)50用作顶部系统,蒸汽压缩和膨胀系统51用作底部系统。阶式换热器52提供这些系统之间的热接触并且由于布雷顿循环系统中的冷却而启动蒸汽压缩和膨胀系统51中的加热。
布雷顿循环系统包含闭合回路,该闭合回路至少包括压缩机53、燃烧器54、涡轮机55和阶式换热器52。这种布雷顿系统布置是最简单的一种。然而应当理解,也可应用其它任何的布雷顿系统改型和改进。
涡轮机55可机械地连接到压缩机53用于辅助驱动压缩机53。替换性地,涡轮机55可连接以驱动发电机,从而进行发电。产生的电力可用于辅助驱动压缩机53。可把多余的电力供给到电网。而且,布雷顿循环也可只用于发电。作为一种选择,涡轮机55、压缩机53和发电机可机械地连接起来。
底部系统用作共同的发电机,产生加热和冷却。而且,它可产生或不产生电功率。
图11涉及一种阶式系统,其中底部循环是以跨临界制冷剂工作的蒸汽压缩和膨胀系统。阶式换热器52提供顶部循环中冷却的流体与底部循环中加热的流体之间的热接触。这两个流体的等压过程具有滑移(glide),它们彼此热力地匹配。这使得把跨临界制冷剂的蒸汽压缩系统用作阶式构造的底部系统变得独特。
上述所有系统都用于提供加热和冷却。然而,应当理解,相同的布置可用于仅提供加热或仅提供冷却的热激活装置。在这些情况中,不需要换向阀。
尽管参照附图所示优选模式具体示出和描述了本发明,但本领域技术人员应当理解,在不脱离权利要求所限定的本发明精神和范围的情况下,本发明可暗示着各种细节变化。

Claims (39)

  1. 0.蒸汽压缩循环系统,其包括处于串行制冷剂流体连通关系的压缩机、第一换热器、膨胀装置、第二换热器和抽吸蓄液器;
    兰金循环系统,其包括处于串行流体连通关系的所述抽吸蓄液器、液体制冷剂泵、沸腾器和膨胀器;
    所述压缩机具有吸入口和排出口,所述膨胀器具有入口和出口,而且,其中所述膨胀器出口流体连接到所述压缩机出口以提供循环通过所述蒸汽压缩系统的所述第一换热器、所述膨胀装置、所述第二换热器和所述抽吸蓄液器的混合流。
  2. 2.如权利要求1所述的热激活热泵,其中,所述制冷剂以亚临界循环工作至少一部分时间。
  3. 3.如权利要求1所述的热激活热泵,其中,所述制冷剂以跨临界循环工作至少一部分时间。
  4. 4.如权利要求1所述的热激活热泵,其中,所述制冷剂为BZT流体。
  5. 5.如权利要求1所述的热激活热泵,其中,所述制冷剂为流体混合物。
  6. 6.如权利要求5所述的热激活热泵,其中,所述流体混合物中的至少一种流体为润滑剂。
  7. 7.如权利要求1所述的热激活热泵,其中,节能器换热器提供了从所述兰金循环系统的所述泵流出的液体制冷剂与进入所述蒸汽压缩循环系统的所述膨胀装置的液体制冷剂之间的热接触。
    换热器作为室内单元用作提供冷却功能的蒸发器。
  8. 9.如权利要求1所述的热激活热泵,其中,所述第一换热器作为室外单元用于蒸发,所述第二换热器作为室内单元用于提供加热功能。
  9. 10.如权利要求1所述的热激活热泵,其中,在来自所述膨胀器的制冷剂流与来自所述压缩机的制冷剂流混合点的下游安装换向阀,所述第一换热器用作室外单元,所述第二换热器用作室内单元,控制所述换向阀以选择性地提供与所述室外单元和所述室内单元连通的适当制冷剂以执行冷却和加热功能。
  10. 11.如权利要求1所述的热激活热泵,其中,所述制冷剂包含润滑油,在来自所述膨胀器的制冷剂流与来自所述压缩机的制冷剂流混合点的下游安装油分离器。
  11. 12.如权利要求11所述的热激活热泵,其中,所述油分离器中分离的润滑油返回所述压缩机。
  12. 13.如权利要求11所述的热激活热泵,其中,至少一部分分离出的润滑油返回所述膨胀器。
  13. 14.如权利要求1所述的热激活热泵,其中,再生换热器提供了从所述膨胀器流出的制冷剂与进入所述沸腾器的制冷剂之间的热接触。
  14. 16.如权利要求1所述的热激活热泵,其中,所述膨胀器和发电机位于相同的轴上。
  15. 17.如权利要求1所述的热激活热泵,其中,所述热激活热泵包括阶式系统的顶部系统。
  16. 18.如权利要求1所述的热激活热泵,其中,所述热激活热泵包括阶式系统的底部系统。
  17. 19.如权利要求17所述的热激活热泵,其中:
    所述阶式系统的所述顶部系统包括布雷顿循环系统;
    所述布雷顿循环系统至少包括压缩机、燃烧器、涡轮机和阶式换热器;并且
    所述阶式换热器提供所述底部系统与所述顶部系统之间的热接触。
  18. 20.如权利要求19所述的热激活热泵,其中,所述顶部系统的所述压缩机和所述顶部系统的所述涡轮机位于相同的轴上。
  19. 21.如权利要求19所述的热激活热泵,其中,所述膨胀器和发电机位于相同的轴上。
  20. 22.一种联合蒸汽压缩循环系统与兰金循环系统以在工作中获得提高的热力效率的方法,包括如下步骤:
    提供蒸汽压缩循环系统,从而包括处于串行流体连通关系的压缩机、换向阀、室外换热器、第一
    提供兰金循环系统,其包括处于串行流体连通关系的所述抽吸蓄液器、液体制冷剂泵、节能器换热器的第二通道、沸腾器和膨胀器。
  21. 23.如权利要求22所述的方法,其中,所述压缩机包括吸入口和排出口,所述膨胀器包括入口和出口,并且还包括如下步骤:使所述膨胀器出口流体连接到所述压缩机出口并且提供循环通过所述蒸汽压缩循环系统的混合流。
  22. 24.如权利要求23所述的方法,还包括如下步骤:当在冷却模式工作时,使来自所述压缩机与来自所述膨胀器的蒸汽流混合并且使其通过所述换向阀然后通向所述室外换热器。
  23. 25.如权利要求23所述的方法,还包括如下步骤:当在加热模式工作时,使来自所述压缩机与来自所述膨胀器的蒸汽流混合并且使其通过所述换向阀然后通向所述室内换热器。
  24. 26.如权利要求23所述的方法,还包括如下步骤:当在冷却模式工作时,选择性地控制所述换向阀使来自所述室内换热器的制冷剂流通过所述换向阀然后通向所述抽吸蓄液器。
  25. 27.如权利要求25所述的方法,其中,所述室内换热器的尺寸适于非完全蒸发,并且还包括如下步骤:使来自所述室内换热器的蒸汽和液体制冷剂流都通向所述抽吸蓄液器。
    来自所述抽吸蓄液器的液体到所述泵。
  26. 29.如权利要求23所述的方法,还包括如下步骤:当在加热模式工作时,选择性地控制所述换向阀使来自所述室外换热器的制冷剂流通过所述换向阀然后通向所述抽吸蓄液器。
  27. 30.如权利要求29所述的方法,其中,所述室外换热器的尺寸适于非完全蒸发,并且包括如下步骤:使来自所述室外换热器的蒸汽和液体制冷剂流都通向所述抽吸蓄液器。
  28. 31.如权利要求30所述的方法,还包括如下步骤:使来自所述抽吸蓄液器的蒸汽流通向所述压缩机并且使来自所述抽吸蓄液器的液体流通向所述泵。
  29. 32.如权利要求28所述的方法,其中,所述液体包含润滑剂。
  30. 33.如权利要求29所述的方法,其中,所述液体包含润滑剂。
  31. 34.如权利要求22所述的方法,其中,所述制冷剂以亚临界循环工作至少一部分时间。
  32. 35.如权利要求22所述的方法,其中,所述制冷剂以跨临界循环工作至少一部分时间。
  33. 36.如权利要求22所述的方法,其中,所述制冷剂是制冷剂混合物。
    所述兰金循环系统的泵和进入所述蒸汽压缩循环系统的所述膨胀装置的液体制冷剂。
  34. 38.如权利要求22所述的方法,其中,所述第一换热器作为室外单元用于热排放,所述第二换热器作为室内单元用作提供冷却功能的蒸发器。
  35. 39.如权利要求22所述的方法,其中,所述第一换热器作为室外单元用于蒸发,所述第二换热器作为室内单元用于提供加热功能。
  36. 40.如权利要求22所述的方法,其中,在来自所述膨胀器的制冷剂流与来自所述压缩机的制冷剂流混合点的下游安装换向阀,所述第一换热器用作室外单元,所述第二换热器用作室内单元,选择性地控制所述换向阀以提供与所述室外单元和所述室内单元连通的适当制冷剂以执行冷却和加热功能。
  37. 41.如权利要求22所述的方法,其中,所述制冷剂包含润滑油,在来自所述膨胀器的制冷剂流与来自所述压缩机的制冷剂流混合点的下游安装油分离器。
  38. 42.如权利要求22所述的方法,其中,所述油分离器中分离的油返回所述压缩机。
  39. 43.如权利要求22所述的方法,其中,至少一部分分离出的油返回所述膨胀器。
    膨胀器和进入所述沸腾器的制冷剂。
CN200780100436A 2007-08-28 2007-08-28 热激活高效热泵 Pending CN101796355A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2007/018958 WO2009029068A1 (en) 2007-08-28 2007-08-28 Thermally activated high efficiency heat pump

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101796355A true CN101796355A (zh) 2010-08-04

Family

ID=40387583

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200780100436A Pending CN101796355A (zh) 2007-08-28 2007-08-28 热激活高效热泵

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8297065B2 (zh)
EP (1) EP2195587A1 (zh)
CN (1) CN101796355A (zh)
WO (1) WO2009029068A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114424002A (zh) * 2019-09-24 2022-04-29 开利公司 用于混合制冷剂系统的换热器

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8616323B1 (en) 2009-03-11 2013-12-31 Echogen Power Systems Hybrid power systems
US9014791B2 (en) 2009-04-17 2015-04-21 Echogen Power Systems, Llc System and method for managing thermal issues in gas turbine engines
BRPI1011938B1 (pt) 2009-06-22 2020-12-01 Echogen Power Systems, Inc sistema e método para gerenciar problemas térmicos em um ou mais processos industriais.
WO2011017476A1 (en) 2009-08-04 2011-02-10 Echogen Power Systems Inc. Heat pump with integral solar collector
US8613195B2 (en) 2009-09-17 2013-12-24 Echogen Power Systems, Llc Heat engine and heat to electricity systems and methods with working fluid mass management control
US8813497B2 (en) 2009-09-17 2014-08-26 Echogen Power Systems, Llc Automated mass management control
US9115605B2 (en) 2009-09-17 2015-08-25 Echogen Power Systems, Llc Thermal energy conversion device
US8869531B2 (en) 2009-09-17 2014-10-28 Echogen Power Systems, Llc Heat engines with cascade cycles
US8616001B2 (en) 2010-11-29 2013-12-31 Echogen Power Systems, Llc Driven starter pump and start sequence
US8857186B2 (en) 2010-11-29 2014-10-14 Echogen Power Systems, L.L.C. Heat engine cycles for high ambient conditions
US8783034B2 (en) 2011-11-07 2014-07-22 Echogen Power Systems, Llc Hot day cycle
US9052125B1 (en) * 2011-09-08 2015-06-09 Dennis S. Dostal Dual circuit heat pump
WO2013055391A1 (en) 2011-10-03 2013-04-18 Echogen Power Systems, Llc Carbon dioxide refrigeration cycle
BR112015003646A2 (pt) 2012-08-20 2017-07-04 Echogen Power Systems Llc circuito de fluido de trabalho supercrítico com uma bomba de turbo e uma bomba de arranque em séries de configuração
US9341084B2 (en) 2012-10-12 2016-05-17 Echogen Power Systems, Llc Supercritical carbon dioxide power cycle for waste heat recovery
US9118226B2 (en) 2012-10-12 2015-08-25 Echogen Power Systems, Llc Heat engine system with a supercritical working fluid and processes thereof
US9638065B2 (en) 2013-01-28 2017-05-02 Echogen Power Systems, Llc Methods for reducing wear on components of a heat engine system at startup
CA2899163C (en) 2013-01-28 2021-08-10 Echogen Power Systems, L.L.C. Process for controlling a power turbine throttle valve during a supercritical carbon dioxide rankine cycle
WO2014138035A1 (en) 2013-03-04 2014-09-12 Echogen Power Systems, L.L.C. Heat engine systems with high net power supercritical carbon dioxide circuits
US10132529B2 (en) * 2013-03-14 2018-11-20 Rolls-Royce Corporation Thermal management system controlling dynamic and steady state thermal loads
US9255645B2 (en) 2013-04-03 2016-02-09 Hamilton Sundstrand Corporation Reconfigurable valve
US9385574B1 (en) 2013-06-26 2016-07-05 Ever Source Science & Technology Development Co., Ltd. Heat transfer fluid based zero-gas-emission power generation
US9217586B1 (en) * 2013-06-28 2015-12-22 Sheng Heng Xu Single-well power generation utilizing ground energy source
KR102203436B1 (ko) * 2013-12-31 2021-01-14 엘지전자 주식회사 공기조화기
KR101553196B1 (ko) * 2014-03-24 2015-09-14 김유비 유기 랭킨 바이너리 사이클 발전시스템
US9976785B2 (en) * 2014-05-15 2018-05-22 Lennox Industries Inc. Liquid line charge compensator
US10330358B2 (en) 2014-05-15 2019-06-25 Lennox Industries Inc. System for refrigerant pressure relief in HVAC systems
WO2016073252A1 (en) 2014-11-03 2016-05-12 Echogen Power Systems, L.L.C. Active thrust management of a turbopump within a supercritical working fluid circuit in a heat engine system
US10267542B2 (en) 2015-04-02 2019-04-23 Carrier Corporation Wide speed range high-efficiency cold climate heat pump
EP3159627A1 (de) * 2015-10-20 2017-04-26 Ulrich Brunner GmbH Kältemediumkreislauf
EP3159626A1 (de) * 2015-10-20 2017-04-26 Ulrich Brunner GmbH Wärmepumpenkreislauf
US10968786B2 (en) * 2016-07-21 2021-04-06 Exency Ltd. Exploiting condensation heat in heat engines
CA3061617A1 (en) * 2017-05-02 2018-11-08 Rolls-Royce North American Technologies Inc. Method and apparatus for isothermal cooling
US10663199B2 (en) 2018-04-19 2020-05-26 Lennox Industries Inc. Method and apparatus for common manifold charge compensator
US10830514B2 (en) 2018-06-21 2020-11-10 Lennox Industries Inc. Method and apparatus for charge compensator reheat valve
US10883388B2 (en) 2018-06-27 2021-01-05 Echogen Power Systems Llc Systems and methods for generating electricity via a pumped thermal energy storage system
US11435120B2 (en) 2020-05-05 2022-09-06 Echogen Power Systems (Delaware), Inc. Split expansion heat pump cycle
US20220178602A1 (en) * 2020-12-04 2022-06-09 Honeywell International Inc. Surge control subcooling circuit
AU2021397292A1 (en) 2020-12-09 2023-07-06 Supercritical Storage Company, Inc. Three reservoir electric thermal energy storage system

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4285211A (en) * 1978-03-16 1981-08-25 Clark Silas W Compressor-assisted absorption refrigeration system
US5136854A (en) 1991-01-25 1992-08-11 Abdelmalek Fawzy T Centrifugal gas compressor - expander for refrigeration
US5761921A (en) 1996-03-14 1998-06-09 Kabushiki Kaisha Toshiba Air conditioning equipment
US6880344B2 (en) 2002-11-13 2005-04-19 Utc Power, Llc Combined rankine and vapor compression cycles
US6962056B2 (en) 2002-11-13 2005-11-08 Carrier Corporation Combined rankine and vapor compression cycles
US7216498B2 (en) 2003-09-25 2007-05-15 Tecumseh Products Company Method and apparatus for determining supercritical pressure in a heat exchanger
US7100380B2 (en) * 2004-02-03 2006-09-05 United Technologies Corporation Organic rankine cycle fluid
JP2005240740A (ja) * 2004-02-27 2005-09-08 Toyota Industries Corp 車両用排熱回収システム
CA2504113A1 (en) * 2005-04-08 2006-10-08 Steve Vaskuthy Box spring structure

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114424002A (zh) * 2019-09-24 2022-04-29 开利公司 用于混合制冷剂系统的换热器

Also Published As

Publication number Publication date
EP2195587A1 (en) 2010-06-16
WO2009029068A1 (en) 2009-03-05
US8297065B2 (en) 2012-10-30
US20100218513A1 (en) 2010-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101796355A (zh) 热激活高效热泵
CN102414522B (zh) 跨临界热激活的冷却、加热和制冷系统
CN100400803C (zh) 具有制冷循环和兰金循环的蒸汽压缩制冷剂循环系统
CN101668998B (zh) 增强式制冷系统
CA1195132A (en) Heat pump system for production of domestic hot water
CN101248253B (zh) 利用废热的级联有机兰金循环
CN103174475A (zh) 级联有机兰金循环系统
KR20120052302A (ko) 열기 및 냉기 관리용 제트 펌프 시스템, 장치, 배열체 및 사용방법
KR20120004442A (ko) 폐열 공조 시스템
CN101430590A (zh) 用于计算机系统的冷却装置
CN102227599A (zh) 制冷装置
KR20110100905A (ko) 칠러
CN102562179A (zh) 带有液体引射装置的有机朗肯循环发电系统
CN103836847A (zh) 制冷循环装置和具备该制冷循环装置的热水生成装置
CN105444476A (zh) 换热系统
JP2008127017A (ja) 車両室内を空調するための冷却回路とランキン回路との組み合わせ
Shen et al. Theoretical analysis of a novel liquid-vapor separation condensation ejector refrigeration cycle with zeotropic mixtures
CN105423613A (zh) 一种机械增压式太阳能喷射制冷系统及方法
JPH05223204A (ja) ヒートポンプ利用の蒸気生成方法
CN205448417U (zh) 换热系统
CN113932472A (zh) 一种基于燃气机热泵和有机朗肯循环耦合系统的运行方法
KR100461995B1 (ko) 냉매증기터빈 구동 가스 열펌프
CN205102449U (zh) 一种波转子复迭制冷系统
CN105180495B (zh) 一种波转子复迭制冷系统及其工作方法
KR100581094B1 (ko) 압축기 과부하방지용 냉난방 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 1146952

Country of ref document: HK

AD01 Patent right deemed abandoned

Effective date of abandoning: 20100804

C20 Patent right or utility model deemed to be abandoned or is abandoned
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: WD

Ref document number: 1146952

Country of ref document: HK