CN101813010A - 数码涡旋热动力发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及数码涡旋热动力发电装置，特别涉及利用空气热源或其它低温热源的热量、使用低沸点工质、在封闭状态下做功和自循环的数码涡旋热动力发电装置。本发明针对现有的热泵发电装置及低温热动力装置尚不能适应气候变化、能效比COP较低、透平机输出轴动密封工质泄漏问题，以及透平机间歇工作负荷率较低的问题，设计的一种数码涡旋热动力发电装置及其工作方法，其包括数码涡旋热泵系统、工质零泄漏低温透平机及其乏气回热循环系统及热管装置三个系统匹配组合集成的单、双循环数码涡旋热动力发电装置及其一拖多联机、热泵联供单联机、热泵联供多联机发电系统，其能够适应气候变化，其能效比C0P＝(3.4～5.6)w/w，其能够实现工质零泄漏零污染、无热排污染的洁净化环境。
Description
技术领域
本发明涉及数码涡旋热动力发电装置，特别涉及利用空气热源或其它低温热源的热量、使用低沸点载热工质、在封闭状态下做功和不断自循环的数码涡旋热动力发电装置及其工作方法。
背景技术
目前，现有已知的低温热源热动力发电装置有多种技术方案，专利号为200720053248.X号的中国实用新型专利中公开的一种“热泵发电机或发动机”，其被授权公告日是2009年2月18日，其涉及一种利用空气热源、水热源和地热源的低温热能的热泵发电机或发动机，其包括热泵、蒸汽锅炉、蒸汽涡轮、发电机或发动机、冷凝器、加热体组成，其热泵吸收空气中的热量，使系统内工质气化为高温高压蒸汽推动涡轮旋转带动发电机发电，同时产生冷气，蒸汽锅炉内的加热体，用于调节热泵的产热不足，所述涡轮机排出的余热蒸汽，进入冷凝器中放热生产热水，冷凝后的液态工质由加压泵输送回流到蒸汽锅炉中再次蒸发，如此重复循环进行发电或输出动力；专利号为200610102180.X号公开的一种“单循环热泵发电装置”，其法律状态公告日为2007年9月21日，其涉及一种以空气中无序热能为能量来源，使其液化器内的液态工质气化并产生高速气流，推动涡轮发电机组发电，所述涡轮机排出的乏气经压缩机压缩成高温高压气体，该高温高压气体经过液化器放热冷凝、至节流阀释压变成液态工质，再由增压泵加压输送到汽化器再次气化，如此重复循环；还有，科技日报于2009年3月23日报道的以色列奥拉公司的兼用太阳能和天然气、沼气、生物柴油等传统能源发电的新型太阳能发电装置，采用微型燃气轮机产生100kw电力；中国电力联盟-电力论坛-汽机运行栏目于2008年6月20日发布信息：联合国环保组织投资，美国研发的低压饱和蒸汽涡轮发电机，其蒸汽压力在0.2MPa以上，蒸汽流量在3吨/小时(0.83kg/S)以上，发电能力为40～2500kw。
以上所述专利号为200720053248.X号、200610102180.X号所公开的技术方案，其热泵系统采用现有传统的压缩机且未具体指明，但现有的应用于空气源热泵的压缩机有活塞式压缩机、或转子式压缩机，或涡旋压缩机，因其不可变容量的结构性能，使其驱动的热泵系统存在效率低，能耗高，不能适应气候变化的问题；还有，现有较为先进的变频涡旋压缩机，其变频调速特性是通过变频器的控制电路来调节电动机转速，以改变电动机转速调节变频涡旋压缩机的容量，但其只能分级达到容量输出，系统仅在一小段内高频运行，其效率是当中高、两头低，高效率段集中在40-60％的区间，其变频器的能耗损失约占10％、其电动机调速切换的能耗损失约占5％～10％、其低负荷时热风旁通和液体喷射装置分别在低容量状态和高环境温度下运行的能耗损失，均导致变频涡旋热泵系统的能效比COP和季节能效比SEER降低的原因，也存在着不能适应气候变化的问题，而且其变频控制器较为复杂、可靠性较低，其变频器造价较高及防电磁干扰的电磁抑制装置的成本昂贵的问题，目前尚未见到有效地解决方案。
以上所述专利号所公开的，以及来自科技日报、中国电力联盟报道的热泵发电机或发动机、单循环热泵发电装置、太阳能燃气轮机发电，都是采用传统的蒸汽涡轮机，其工作方法是热泵吸收空气热量或其它低温热源的热量、使用低沸点工质、在封闭状态下使其蒸发器内的液态工质气化，再经压缩机压缩成高温高压过热蒸汽，以所述高温高压过热蒸汽为动力，推动应用朗肯循环(Rankine cycle)工作的涡轮机进行不断做功和自循环输出机械能，或驱动发电机发电，所述涡轮机排出的乏汽进入冷凝器冷却成液态工质，再用现有传统的工质泵或称加压泵、增压泵，将液态工质泵回到蒸发器内进行再蒸发，如此重复循环工作。但其不足之处是：其传统涡轮机或涡轮发电机组都是应用传统朗肯循环原理工作的热动力机，都必须使用以上所述的工质泵来保持系统的持续循环，其工质泵不仅要将液态工质泵回到蒸发器内的同时，还要阻止蒸发器的高温高压蒸汽向低压的冷凝器发生泄漏，以维持蒸发器内工质蒸汽正常的高压状态，所以工质泵需要消耗相当大的电功率，这对于以上所述专利号所公开的应用传统朗肯循环的热泵发电机或发动机，其利用热泵采集空气热源而获取的小热量，与现有传统的应用朗肯循环技术的火力发电、核能发电等高温热源的大热量，尤其是热源温度高于300℃～500℃的大型发电设备相比，难以适应其朗肯循环热机的工质泵的高耗电功率的要求，所以这样的低温热机系统，其转换机械能或发电效率很低，甚至其自身的发电量都无法维持自身的泵耗电量，故难以具备其经济性和实用性，专利号为ZL200610002362.X号所提供的信息：例如已有的利用平板太阳能集热器所产生的温度低于100℃的低温热水，而采用小功率低沸点工质进行发电的的热动力机，其发电效率一般只有5％以下。可见，日前现有的低温热动力装置采用高能耗的工质泵的技术方案，是制约低温热源热动力利用的瓶颈，也影响着热能资源低温化的发展进程。
还有，以上所述专利号所公开的或现有传统的涡轮机半轴传动的输出轴动密封工质泄漏问题，迫使人们不得不设计涡轮机与发电机安装于同一壳体封闭腔内，因无奈而允许工质腔内泄漏而无腔外泄漏，这样导致发电机散热困难或需要单独设置发电机散热系统而增加设备投资和电力能耗；维修时有打开壳体封闭腔的麻烦，又有开腔后工质仍然泄漏污染环境的后果；如果将封闭腔采用法兰式结构安装，虽然可以相对简单的打开封闭腔，但是由于法兰结合面无法实现无间隙密封，故无法实现工质无泄漏，即使在法兰结合面上加入橡胶类软性密封垫，但因密封材料的老化、化学反应和气蚀作用，其密封寿命短，工质泄漏难免。
针对上述专利号所公开的或现有的利用低温热源、使用低沸点工质、应用朗肯循环的涡轮机及低温热源热动力机的工质泵高能耗低热功效率问题、涡轮机半轴传动输出轴动密封工质泄漏问题、以及无法方便的对其多套涡轮机的动力输出轴进行动力整合问题，专利号为ZL200610002362.X号的中国发明专利公开了一种低温热源热动力装置，其被授权公告日为2008年7月23日，该发明专利提供了一种不需要朗肯循环所必须的工质泵，不需要将发电机安装于透平机同一壳体封闭腔内，能够进行非朗肯循环(non-Rankine cycle)工作实现无工质泵驱动、工质零泄漏的低温透平技术，能够方便的对其多套低温透平机的动力输出轴进行动力整合，能够实现热功转换效率75％、热电转换效率67、5％的低温热源热动力装置。但其技术方案尚存在一些不足之处：其利用的是低温热源，无论空气热源还是其它低温热源，都是属于低参数热能，其实施热能转换为机械能，进一步转换为电能，仍然是低温热源小热量的热功转换或热电转换，在热能转换之前，其缺少一种空气热源或其它低温热源的热能采集和热能前置放大功能的技术方案，以期尽量增加其输出的机械能或发电功率；其设计的液态工质重力回流循环的技术方案，导致必须使用至少两套或多套透平机进行间歇工作的功能性多套结构配置，这种配置降低了透平机工作负荷率及经济效益，需要提高生产率的问题；同时，其系统复杂，结构较为庞大，设备投资较大，需要省略及减少设备投资的问题。
发明内容
本发明针对以上所述的专利号为200720053248.X号、200610102180.X号所公开的技术方案中采用现有的传统压缩机，其驱动的热泵系统能效比COP较低，尚不能适应气候变化、季节能效比SEER较低的问题，以及针对专利号为ZL200610002362.X号所公开的低温透平机进行热功转换之前，其缺少一种低温热源的热量采集和热量前置放大功能的技术方案与低温透平机的组合集成问题、其低温透平机间歇工作负荷率较低需要提高效率问题、及其系统较复杂、结构较庞大需要省略问题，本发明应用数码涡旋技术、低温透平技术及热管技术的组合集成，设计的一种数码涡旋热动力发电装置，其利用空气热源或其它低温热源的热量、使用低沸点工质、在封闭状态下做功和不断自循环，实现热转功输出机械能、或驱动发电机发电的技术方案，包括用于热功转换前的热量采集和放大功能的数码涡旋热泵系统、工质零泄漏的低温透平机及其乏气回热循环系统、无能耗热媒体超导技术——双管板热管装置三个系统匹配组合集成的一种单循环数码涡旋热动力发电装置(简称单循环单联机)、单循环一拖多联机，单循环热泵联供单联机、单循环热泵联供多联机；一种双循环数码涡旋热动力发电装置(简称双循环单联机)、双循环一拖多联机，双循环热泵联供单联机、双循环热泵联供多联机，及其与之配套的摇控、集控、线控方式的电子控制技术装备。本发明的另一个目的是提供数码涡旋热动力发电装置的工作方法。
本发明的数码涡旋热动力发电装置通过以下结构实现：
一种单循环数码涡旋热动力发电装置，其利用空气热源或其它低温热源的热量、使用低沸点工质、在封闭状态下做功和自循环实现热功转换输出机械能或驱动发电机发电，其包括蒸发器(11)、空气换热器(12)、四通换向阀(13)、数码涡旋压缩机(14)、低温透平机(31)、发电机(32)、冷凝器(15)、冷凝水箱(16)、电子膨胀阀(17)、工程过滤器(18)、储液器(19)、单向阀(20)、电子膨胀阀(21)、管道内走低沸点工质(22)、波纹管截止阀(23)、(24)组成，上述冷凝器(15)也可以采用套管式换热器代替，其蒸发器(11)在空气换热器(12)内，冷凝器(15)在冷凝水箱(16)内，蒸发器(11)与四通换向阀(13)之间、四通换向阀(13)与数码涡旋压缩机(14)之间、数码涡旋压缩机(14)与四通换向阀(13)之间、四通换向阀(13)与波纹管截止阀(24)之间、波纹管截止阀(24)与低温透平机(31)之间、低温透平机(31)与冷凝器(15)之间、冷凝器(15)与电子膨胀阀(17)之间、电子膨胀阀(17)与波纹管截止阀(23)之间、波纹管截止阀(23)与工程过滤器(18)之间、工程过滤器(18)与储液器(19)之间、储液器(19)与单向阀(20)和电子膨胀阀(21)并联之间、单向阀(20)和电子膨胀阀(21)并联与蒸发器(11)之间用管道全封闭式连接，达到整个系统内工质零泄漏的要求，低温透平机(31)与发电机(32)之间用联轴器连接，空气换热器(12)内的风机和数码涡旋压缩机(14)与市电网电源连接，或与发电机(32)的自发电连接。
其工作方法是：使波纹管截止阀(23)、(24)处于开启工作状态，先采用市电网电源分别先后启动空气换热器(12)和数码涡旋压缩机(14)工作，使蒸发器(11)内的液体工质(22)吸收空气热源或其它低温热源的热量Q1气化变成低压工质蒸汽，经过四通换向阀(13)进入数码涡旋压缩机(14)被压缩变成高温高压过热蒸汽Q3，同时数码涡旋压缩机(14)消耗电能Q2，以高温高压工质过热蒸汽Q3为动力，驱动低温透平机(31)的涡轮带动涡轮轴旋转输出机械能，或驱动发电机发电，当低温透平机(31)输出稳定的机械能，或发电机(32)输出稳定的电功率时，撤销市电同时切换发电机(32)的自发电驱动空气换热器(12)和数码涡旋压缩机(14)，使系统正常运行，低温透平机(31)排出低压湿蒸汽状态的乏气进入冷凝器(15)秆放出热量，该热量约0.25Q3，可用于加热冷凝水箱(16)中的水体达到供应热水的要求，所述高温高压工质蒸汽变成低压蒸汽进入电子膨胀阀(17)释压变成低温低压液体工质，在压缩机(14)的抽吸作用下，液体工质回流到蒸发器(11)，为了保持系统内工质(22)的质量流和至蒸发器(11)的工质液流，在系统中设置储液器(19)给系统补液，再次蒸发，如此重复不断自循环，实现蒸发器(11)和冷凝器(15)之间的功能转换，输出高位热能Q3，本发明以稳定的高位热能Q3为热动力，驱动低温透平机实现热转功输出机械能，或驱动发电机输出稳定的电功率，其发电容量起点为1kw以上，其能效比C＝3.4以上，适合家庭、商业或其它用户。
根据热力学第一定律，若省略不计压缩机、工作部件及系统管路的散热损失及机械摩擦损失的数码涡旋热泵，其制热量Q3等于从空气热源或其它低温热源吸取的热量Q1，与热泵消耗的电功率Q2之和，即热泵系统的热能方程为Q3＝Q1+Q2，该方程式表明，压缩机消耗少量的电能Q2做功将机械能转换为热能，而热泵系统却输出Q1+Q2的热能，用于驱动透平机(31)，其制热系数或称为热泵制热能效比EER(energyefficiency ratio)＝(Q1+Q2)/Q2，由此可见，EER恒大于1，热泵的性能系数COP(coefficient of performance，abbr.C)，也称能效比C(w/w)，但中国在实际使用中认为COP中的输入功率是轴功，COP等于热泵输出的制热量Q3与所消耗的电动机的轴功Q2之比，即C＝Q3/Q2＝(Q1+Q2)/Q2，由此可见，COP恒大于1。由此证明一种单一不同能量之间的转换，无法达到100％效率的传统能量转换理论在此被突破，这正是热泵技术得以能够实现高能效比的原因。
由上述热泵能量方程式Q3＝Q1+Q2可推导出低温透平机(31)输出机械能的热功转换方程式为M＝0.75(Q1+Q2)，及发电机(32)输出电功率的热电转换方程式为N＝0.675(Q1+Q2)，式中M-低温透平机输出的机械能，N-发电机输出的电功率，效率参数0.75和0.675分别表示透平机的热功转换效率75％和热电转换效率67.5％，其中效率参数75％来源于杭州杭氧透平机制造有限公司的产品介绍(www.cngspw.com/hytp)。
由于本发明应用数码涡旋热泵技术与工质零泄漏低温透平技术的组合集成的单循环技术方案，尤其是应用美国艾默生数码涡旋热泵技术，其能够实现利用空气热源或其它低温热源的热量采集和热量放大的功能，因其具有10％～100％范围内的连续、无级的可变容量的调节特性，使得系统能够适应气候变化，并具有较高的季节能效比SEER(seasonal energy efficiency ratio)和较高的能效比(ARI工况)C＝3.4w/w，据中国论文下载中心2006年1月7日的信息，该能效比C＝3.4w/w的指标，超过2005年3月1日起实施的中国空调能耗标准规定的最佳能效比C＝2.6w/w的标准；其能够将热泵输出的热量波动控制在更小的范围内，其输出热量的温度波动为±0.5℃，艾默生数码涡旋技术经过JIS(日本工业协会)标准和ARI(美国空调制冷学会)标准的评价，表明其具有出色的季节能效比SEER；其节能潜力体现在其所设置的辅助性电加热系统的能耗，比普通的电加热能耗减少60％；其数码涡旋超低温技术可以在零下负20℃条件下运行，达到室内采暖供热要求；其脉冲宽度调制码PWM(Pulse Width Modulatin)技术，可根据热泵负载自动调节制热容量，有效降低运行成本，并在各理想的周期时间内已经试验给定，确保系统的最大能量效率；其能够实现热机单独驱动的单联机或一拖多联机，及其配套的摇控、集控、线控方式的电子控制技术装备。
以上的见诸于文字的所谓数码涡旋热泵系统的优势和有益效果，已经体现在本发明的技术方案中，均来自于其核心部件——数码涡旋压缩机(信息来源于艾默生环境优化技术及数码涡旋热泵系统)。
所以，实现本发明的一种单循环热动力发电装置，预期可获得明显的高效率、节能减排、工质零泄漏零污染及无热排污染的社会效益和经济效益，其具有较高的能效比COP，尤其是能够适应气候变化，具有较高的季节能效比SEER，其输出热量的温度波动为±0.5℃，有利于确保其输出机械能或发电功率的稳定性，比如，数码涡旋压缩机消耗电功率1kw，其透平机能够输出机械能2.55kw，或驱动发电机输出发电功率2.3kw；在超低温环境(-20℃)条件下能够正常运行，达到普通热泵的制热效果，其能够实现高质量运行，不仅因为其10％～100％范围的变容量柔性设计，还有为之配套的回油功能、除霜技术及电磁兼容特性的技术支持，其配置的灵活性，能够实现热机单独驱动的单循环单联机或单循环一拖多联机、单循环热泵联供单联机、单循环热泵联供多联机，及其配套的摇控、集控、线控方式的电子控制技术装备。
一种双循环数码涡旋热动力发电装置，其利用空气热源的热量或其它低温热源的热量、使用低沸点工质，在封闭状态下做功和不断进行自循环，实现热功转换输出机械能或驱动发电机输出发电功率，其包括数码涡旋热泵系统(10)、低温透平机及其乏气回热循环系统(30)、及双管极热管装置(50)的三个系统组成，其具体结构如下：数码涡旋热泵系统(10)包括蒸发器(11)、空气换热器(12)、四通换向阀(13)、数码涡旋压缩机(14)、换热器(15)、换热水箱(16)、电子膨胀阀(17)、工程过滤器(18)、储液器(19)、单向阀(20)、电子膨胀阀(21)、管道内走低沸点工质(22)、波纹管截止阀(23)、(24)组成，上述冷凝器(15)也可以采用套管式换热器代替，蒸发器(11)在空气换热器(12)内，换热器(15)在换热水箱(16)内，蒸发器(11)与四通换向阀(13)之间、四通换向阀(13)与数码涡旋压缩机(14)之间、数码涡旋压缩机(14)与四通换向阀(13)之间、四通换向阀(13)与波纹管截止阀(24)之间、波纹管截止阀(24)与换热器(15)之间、换热器(15)与电子膨胀阀(17)之间、电子膨胀阀(17)与波纹管截止阀(23)之间、波纹管截止阀(23)与工程过滤器(18)之间、工程过滤器(18)与储液器(19)之间、储液器(19)与单向阀(20)和电子膨胀阀(21)并联之间、单向阀(20)和电子膨胀阀(21)并联与蒸发器(11)之间用管道全封闭式连接，达到数码涡旋热泵系统内工质零泄漏的要求，空气换热器(12)内的风机和数码涡旋压缩机(14)与市电网电源连接，或与发电机(32)的自发电连接。
其双管板热管装置(50)内的换热器(15)在换热水箱(16)内，热管(58)的吸热段在换热水箱(16)内，热管(58)的放热段在蒸发腔(52)内，热管(58)的吸热段及放热段均有翅片(57)，上管板(54)在蒸发腔(52)一侧，下管板(59)在换热水箱(16)一侧，上管板(54)与下管板(59)之间有检测腔(55)，热管(58)的放热段的外圆柱面上有套管(56)，套管(56)的外圆柱面装入上、下管板(54)、(59)的孔内，蒸发腔(52)与检测腔(55)之间、检测腔(55)与换热水箱(16)之间、视镜(60)与检测腔(55)之间、上管板(54)、下管板(59)与套管(56)之间、套管(56)与热管(58)之间、热管(58)的吸热段和放热段与翅片(57)之间、视镜(60)与壳体(51)之间、蒸发腔(52)与单向阀(61)和电子膨胀阀(63)并联之间、蒸发腔(52)与单向阀(62)之间用全封闭式连接，达到整个系统内工质零泄漏的要求，
其低温透平机及其乏气回热循环系统(30)内的波纹管截止阀(41)与双管板热管装置(50)内的单向阀(62)之间、波纹管截止阀(41)与低温透平机(31)之间、低温透平机(31)与波纹管截止阀(40)之间、波纹管截止阀(40)与四通换向阀(33)之间、四通换向阀(33)与涡旋压缩机(34)之间、涡旋压缩机(34)与单向阀(35)和电子膨胀阀(36)并联之间、单向阀(35)和电子膨胀阀(36)并联与储液器(37)之间、储液器(37)与工程过滤器(38)之间、工程过滤器(38)与波纹管截止阀(39)之间、波纹管截止阀(39)与单向阀(61)和电子膨胀阀(63)并联之间、单向阀(61)和电子膨胀阀(63)并联与蒸发腔(52)之间用全封闭式连接，达到低温透平机及其乏气回热循环系统内工质零泄漏的要求，低温透平机(31)与发电机(32)之间用联轴器连接，涡旋压缩机(34)与市电网电源连接，或与发电机(32)的自发电连接。
双循环数码涡旋热动力发电装置的工作方法如下：
按工作循环程序，首先，使波纹管截止阀(23)、(24)处于开启工作状态，先采用市电网电源分别先后启动空气换热器(12)和数码涡旋压缩机(14)工作，使其蒸发器(11)内的液体工质(22)吸收空气热源或其它低温热源的热量Q1气化变成低压工质蒸汽，经过四通换向阀(13)进入数码涡旋压缩机(14)被压缩变成高温高压工质过热蒸汽，同时数码涡旋压缩机(14)做功消耗电能Q2，高温高压工质过热蒸汽经四通换向阀(13)至换热器(15)内释放出高温热量Q3，用以加热换热水箱(16)内的水体达到使用要求，所述高温高压工质蒸汽变成低压蒸汽进入电子膨胀阀(17)秆压变成低温低压液体工质，在数码涡旋压缩机(14)的抽吸作用下，液体工质回流到蒸发器(11)，同时为了保持系统的工质(22)的质量流和至蒸发器(11)的工质液流，在系统中设置储液器(19)给系统补液，再次蒸发，如此重复不断进行自循环，实现蒸发器(11)和冷凝器(15)的功能转换，输出高位热能Q3。
其次，如以上所述的实现蒸发器(11)和换热器(15)的功能转换，输出高品位热能Q3，至此，工质(53)承载着高品位热能Q3进入双管板热管装置，该热量Q3通过换热器(15)加热换热水箱(16)内的水体，再经热管(58)的吸热段吸收水体热量Q3并高速等温传递至放热段，由放热段加热激发蒸发腔(52)的工质迅速气化为高温高压工质过热蒸汽，以高温高压工质过热蒸汽Q3为动力，自动打开单向阀(62)，推动低温透平机(31)的涡轮带动涡轮轴旋转输出机械能，或驱动发电机(32)发电的同时，先采用市网电启动涡旋压缩机(34)工作，打开单向阀(61)，当透平机(31)输出稳定的机械能，或发电机(32)输出稳定的发电功率时，撤销市网电切换发电机(32)的自发电驱动涡旋压缩机(34)的同时，也撤销以上所述的空气换热器(12)和数码涡旋压缩机(14)的市网电切换发电机(32)的自发电，使系统正常运行。低温透平机(31)排出的低压湿蒸汽状态的乏气热能Q01≌0.25Q3，该工质乏气经过四通换向阀(33)进入涡旋压缩机(34)被压缩变成高温高压工质蒸汽，同时涡旋压缩机(34)消耗电能Q02做功转换为热能，在压缩机(34)的压缩作用下，所述高温高压工质蒸汽经过四通换向阀(33)进入工程过滤器(38)回流到蒸发腔(52)内释放出高温高压热量Q03，并与数码涡旋热泵的制热量Q3汇合形成组合热量∑Q＝Q03+Q3，以该组合热量∑Q使蒸发腔(52)内的工质气化变成高温高压过热蒸汽为动力，自动打开单向阀(62)，经波纹管截止阀(41)，推动低温透平机(31)的涡轮带动涡轮轴旋转输出机械能，或驱动发电机(32)发电，同时为了保持透平机热动力系统和蒸发腔(52)内的工质(33)的质量流，在系统中设置储液器(37)，例如推荐选用一个5升的储液器用于给系统补液，再次蒸发，如此重复不断进行双循环运行。本发明以稳定的高位热能∑Q为热动力，驱动低温透平机实现热转功输出机械能，或驱动发电机输出电功率，其发电容量起点为1kw以上，其能效比C＝3.4以上，适合家庭、商业或其它用户。
根据热力学第一定律，若省略不计压缩机、工作部件及系统管路的散热损失及机械摩擦损失的数码涡旋热泵系统，其制热量Q3等于从空气热源吸取的热量Q1，与数码涡旋压缩机消耗电能Q2之和，即热泵系统的热能方程为Q3＝Q1+Q2。该方程式表明，压缩机消耗少量的电能Q2做功将机械能转换为热能，而热泵系统却输出Q1+Q2的热能，其制热系数或者称为热泵制热能效比EER(energy efficiency ratio)＝(Q1+Q2)/Q2，由此可见，EER恒大于1，热泵的性能系数COP(coeffici ent ofperformance，abbr.C)，也称能效比C(w/w)，但中国在实际使用中认为COP中的输入功率是轴功，COP等于热泵输出的制热量Q3与所消耗的电动机的轴功Q2之比，即C＝Q3/Q2＝(Q1+Q2)/Q2，由此可见，COP恒大于1，由此证明一种单一不同能量之间的转换，无法达到100％效率的传统能量转换理论在这里被突破，这正是热泵系统得以能够实现高能效比的原因。
同理，对于低温透平机及其乏气回热循环系统，若省略不计涡旋压缩机、透平机、双管板热管装置及管路系统的散热损失及机械摩擦损失，涡旋压缩机(34)输出的高温高压工质蒸汽的热动力能Q03，等于从低压湿蒸汽状态的工质乏气吸取的能量Q01，与涡旋压缩机(34)消耗电能Q02之和，即系统的能量方程为Q03＝Q01+Q02。该方程式表明，涡旋压缩机消耗少量电能Q02，而乏气回热循环系统却输出Q01+Q02的热能，其制热系数或者称为热泵制热能效比EER＝(Q01+Q02)/Q02，由此可见，EER恒大于1。其能效比C等于涡旋压缩机输出的热能(Q01+Q02)与所消耗的电动机的轴功Q02之比，即C＝(Q01+Q02)/Q02，由此可见，C恒大于1，由此证明一种单一不同能量之间的转换，无法达到100％效率的传统能量转换理论在这里被突破，这也是乏气回热系统能够实现高能效比的原因。
对于双循环数码涡旋热动力发电装置，若省略不计涡旋压缩机(34)、透平机(31)、双管板热管装置(40)及系统管路的散热损失、热阻和机械摩擦损失，其组合热能∑Q等于数码涡旋热泵系统采集放大的热能Q3，与低温透平机及其乏气回热循环系统的热能Q03之和，其能量方程为∑Q＝Q3+Q03，该方程式可推导出低温透平机(31)输出机械能的热功转换方程式为M＝0.75(Q3+Q03)，及其发电机(32)发电输出发电功率的热电转换方程式为N＝0.675(Q3+Q03)，式中M-低温透平机输出的机械能，N-发电机输出的发电功率，效率参数0.75和0.675分别表示透平机的热功转换效率75％和热电转换效率67.5％，其中效率参数75％来源于杭州杭氧透平机制造有限公司的产品介绍(www.cngspw.com/hytp)。
由于本发明应用数码涡旋热泵技术、工质零泄漏透平技术、透平机乏气回热循环技术、及无能耗热管技术组合集成的双循环技术方案，尤其是应用美国艾默生数码涡旋热泵技术，其能够实现利用空气热源或其它低温热源的热量采集和热量放大的功能，因其具有10％～100％范围内的连续、无级的可变容量的调节特性，使系统能够适应气候变化，并具有较高的季节能效比SEER(seasonal energy efficiencyratio)和较高的能效比(ARI工况)C＝3.4w/w，据中国论文下载中心2006年1月7日的信息，该能效比C＝3.4w/w的指标，超过2005年3月1日实施的中国空调能耗标准规定的最佳能效比C＝2.6w/w的标准；其能够将热泵输出的热能波动控制在更小的范围内，其输出热量的温度波动为±0.5℃。艾默生数码涡旋技术经过JIS(日本工业协会)标准和ARI(美国空调制冷学会)标准的评价，证明其具有出色的季节能效比SEER；其节能潜力体现在所设置的辅助性电加热系统的能耗，比普通的电加热能耗减少60％，其数码涡旋超低温技术可以在零下负20℃条件下运行，达到室内采暖供热量的要求；其脉冲宽度调制码PWM(Pulse Width Modu-latin)技术，可根据热泵负载自动调节制热容量，有效降低运行成本，并在各理想的周期时间内已经试验给定，确保系统的最大能量效率；其能够实现热机单独驱动的单联机、或一拖多联机、双循环热泵联供单联机、双循环热泵联供多联机，及其配套的摇控、集控、线控方式的电子控制技术装备。
以上的见诸于文字的所谓数码涡旋热泵系统的优势和有益效果，已经体现在本发明的技术方案中，均来自于其核心部件——数码涡旋压缩机(信息来源于艾默生环境优化技术及数码涡旋热泵系统)。
所以，实现本发明的一种双循环数码涡旋热动力发电装置，预期可获得明显的高效率、节能减排、工质零泄漏零污染及无热排污染的社会效益和经济效益，其具有较高的能效比COP＝(3.4～5.6)w/w，尤其是能够适应气候变化，具有较高的季节能效比SEER，其输出热能的温度波动为±0.5℃，有利于确保输出机械能或发电功率的稳定性，比如，数码涡旋压缩机耗电功率1.35kw，其透平机能够输出机械能3.45kw，或发电机发电输出发电功率3.1kw。在超低温环境(-20℃)条件下能够正常运行，达到普通热泵的制热效果。其能够实现高质量运行，不仅因为其10％～100％范围的变容量的柔性设计，还有为之配套的回油功能、除霜技术及电磁兼容特性的技术支持。其配置的灵活性，能够实现热机单独驱动的双循环单联机或双循环一拖多联机、双循环热泵联供单联机、双循环热泵联供多联机，及其配套的摇控、集控、线控方式的电子控制技术装备。
如果本发明利用水热源的热量、使用低沸点工质、在封闭状态下做功和不断自循环，实现热功转换输出机械能或驱动发电机输出发电功率的技术方案，因水热源的温度随季节变化的影响较小、热能参数较稳定，以及水的质量热容大、传热性能好的优势，预期可获得较为明显的高效率、节能减排、工质零泄漏零污染及无热排污染的社会效益和经济效益，例如一种单循环数码涡旋热动力发电装置，当其水源热泵系统的能效比C＝5.6w/w时，数码涡旋压缩机耗电功率1kw，能够输出机械动力4.2kw，或驱动发电机输出发电功率3.78kw。例如一种双循环数码涡旋热动力发电装置，其数码涡旋压缩机耗电功率1kw，能够输出机械能4.2kw，或驱动发电机能够输出电功率3.78kw；其乏气回热循环系统的能效比C＝3.4w/w时，该乏气回热热能Q01≌0.25Q3＝1.4kw，涡旋压缩机耗电功率Q02＝0.58kw，能够输出机械能1.49kw，或驱动发电机能够输出发电功率1.34kw。所以双循环数码涡旋热动力发电装置的装机容量，应该是数码涡旋热泵系统与透平机与乏气回热循环系统二者的容量之和，即能够输出机械能为5.69kw，或输出发电功率5.12kw。
附图说明
图1单循环数码涡旋热动力发电装置流程图
图2双循环数码涡旋热动力发电装置流程图
图3单循环数码涡旋热动力发电装置《工作循环周期表》
图4双循环数码涡旋热动力发电装置《工作循环周期表》
实施例1
如图1所示的一种单循环数码涡旋热动力发电装置，其利用空气热源的热量、使用低沸点工质、在封闭状态下做功和自循环，实现热转功输出机械能或驱动发电机输出电功率，其包括蒸发器(11)、空气换热器(12)、四通换向阀(13)、数码涡旋压缩机(14)、低温透平机(31)、发电机(32)、冷凝器(15)、冷凝水箱(16)、电子膨胀阀(17)、工程过滤器(18)、储液器(19)、单向阀(20)、电子膨胀阀(21)、管道内走低沸点工质(22)、波纹管截止阀(23)、(24)组成，上述冷凝器(15)也可以采用套管式换热器代替，其蒸发器(11)在空气换热器(12)内，冷凝器(15)在冷凝水箱(16)内，蒸发器(11)与四通换向阀(13)之间、四通换向阀(13)与数码涡旋压缩机(14)之间、数码涡旋压缩机(14)与四通换向阀(13)之间、四通换向阀(13)与波纹管截止阀(24)之间、波纹管截止阀(24)与低温透平机(31)之间、低温透平机(31)与冷凝器(15)之间、冷凝器(15)与电子膨胀阀(17)之间、电子膨胀阀(17)与波纹管截止阀(23)之间、波纹管截止阀(23)与工程过滤器(18)之间、工程过滤器(18)与储液器(19)之间、储液器(19)与单向阀(20)和电子膨胀阀(21)并联之间、单向阀(20)和电子膨胀阀(21)并联与蒸发器(11)之间用管道全封闭式连接，达到整个系统内工质零泄漏的要求，低温透平机(31)与发电机(32)之间用联轴器连接，空气换热器(12)内的风机和数码涡旋压缩机(14)与市电网电源连接，或与发电机(32)的自发电连接。本系统使用工质的选择范围为R22、R404、R507、R134A，系统连接管道允许管长100米，高度落差30米(带标准油弯)，包括空气换热器(12)的室内外机的正落差和反向落差。
单循环数码涡旋热动力发电装置的工作方法是：使波纹管截止阀(23)、(24)处于开启工作状态，先采用市电网电源分别先后启动空气换热器(12)和数码涡旋压缩机(14)工作，使蒸发器(11)内的液体工质(22)吸收空气热源的热量Q1气化变成低压工质蒸汽，该蒸汽经过四通换向阀(13)进入数码涡旋压缩机(14)被压缩变成高温高压过热蒸汽，同时数码涡旋压缩机(14)消耗电能Q2，以所述高温高压工质过热蒸汽Q3为动力，驱动低温透平发电机(31)、(32)发电，当发电机输出稳定的发电功率时，撤销市电同时切换发电机(32)的自发电驱动空气换热器(12)和数码涡旋压缩机(14)工作，使系统正常运行。低温透平机(31)排出低压湿蒸汽状态的乏气进入冷凝器(15)释放出热量，该热量约0.25Q3，可用于加热冷凝水箱(16)中的水体达到供应热水的要求，所述高温高压工质蒸汽已变成低压蒸汽进入电子膨胀阀(17)释压变成低温低压液体工质，在压缩机(14)的抽吸作用下，液体工质回流到蒸发器(11)，为了保持系统的工质(22)的质量流和至蒸发器(11)的工质液流，在系统中设置储液器(19)给系统补液，再次蒸发，如此重复不断自循环，实现蒸发器(11)和冷凝器(15)的功能转换，输出高品位热能Q3。
如图3单循环数码涡旋热动力发电装置《工作循环周期表》，其概括表示工作部件、工艺流程及其功、能和热的转换关系，以Q2＝1kw为量化基准进行功、能和热的量值转换循环，表中Q1-蒸发器(11)吸收空气热源的热能，Q1＝2.4kw，Q2-数码涡旋压缩机压缩耗电功率，Q2＝1kw，Q3-热泵系统的制热量，Q3＝Q1+Q2＝3.4kw，M-透平机输出机械能，M＝2.55kw，N-发电机发电功率，N＝2.3kw。
实施例2
如图2所示的一种双循环数码涡旋热动力发电装置，其利用空气热源的热量、使用低沸点工质、在封闭状态下做功和自循环实现热转功输出机械能或驱动发电机输出电功率，其包括数码涡旋热泵系统(10)、低温透平机及其乏气回热循环系统(30)、及双管板热管装置(50)三个系统组成，其具体结构如下；数码涡旋热泵系统(10)包括蒸发器(11)、空气换热器(12)、四通换向阀(13)、数码涡旋压缩机(14)、换热器(15)、换热水箱(16)、电子膨胀阀(17)、工程过滤器(18)、储液器(19)、单向阀(20)、电子膨胀阀(21)、管道内走低沸点工质(22)、波纹管截止阀(23)、(24)组成，上述冷凝器(15)也可以采用套管式换热器代替，其蒸发器(11)在空气换热器(12)内，换热器(15)在换热水箱(16)内，蒸发器(11)与四通换向阀(13)之间、四通换向阀(13)与数码涡旋压缩机(14)之间、数码涡旋压缩机(14)与四通换向阀(13)之间、四通换向阀(13)与与波纹管截止阀(24)之间、波纹管截止阀(24)与换热器(15)之间、换热器(15)与电子膨胀阀(17)之间、电子膨胀阀(17)与波纹管截止阀(23)之间、波纹管截止阀(23)与工程过滤器(18)之间、工程过滤器(18)与储液器(19)之间、储液器(19)与单向阀(20)和电子膨胀阀(21)并联之间、单向阀(20)和电子膨胀阀(21)并联与蒸发器(11)之间用管道全封闭式连接，达到整个系统内工质零泄漏的要求，空气换热器(12)内的风机和数码涡旋压缩机(14)与市电网电源连接，或与发电机(32)的自发电连接。本系统使用工质的选择范围为R22、R404、R507、R134A，系统连接管道允许管长100米，高度落差30米(带标准油弯)，包括空气换热器(12)的室内外机的正落差和反向落差；
其双管板热管装置(50)内的换热器(15)在换热水箱(16)内，热管(58)的吸热段在换热水箱(16)内，热管(58)的放热段在蒸发腔(52)内，热管(58)的吸热段及放热段均有翅片(57)，上管板(54)在蒸发腔(52)一侧，下管板(59)在换热水箱(16)一侧，上管板(54)与下管板(59)之间有检测腔(55)，热管(58)的放热段的外圆柱面上有套管(56)，套管(56)的外圆柱面装入上、下管板(54)、(59)的孔内，蒸发腔(52)与检测腔(55)之间、检测腔(55)与换热水箱(16)之间、视镜(60)与检测腔(55)之间、上管板(54)、下管板(59)与套管(56)之间、套管(56)与热管(58)之间、热管(58)的吸热段和放热段与翅片(57)之间、壳体(51)与视镜(60)之间、蒸发腔(52)与单向阀(61)和电子膨胀阀(63)并联之间、蒸发腔(52)与单向阀(62)之间用全封闭式连接，达到整个系统内工质零泄漏的要求。
其低温透平机及其乏气回热循环系统(30)内的波纹管截止阀(41)与双管板热管装置(50)内的单向阀(62)之间、波纹管截止阀(41)与低温透平机(31)之间、低温透平机(31)与波纹管截止阀(40)之间、波纹管截止阀(40)与四通换向阀(33)之间、四通换向阀(33)与涡旋压缩机(34)之间、涡旋压缩机(34)与单向阀(35)和电子膨胀阀(36)并联之间、单向阀(35)和电子膨胀阀(36)并联与储液器(37)之间、储液器(37)与工程过滤器(38)之间、工程过滤器(38)与波纹管截止阀(39)之间、波纹管截止阀(39)与单向阀(61)和电子膨胀阀(63)并联之间、单向阀(61)和电子膨胀阀(63)并联与蒸发腔(52)之间用全封闭式连接，达到低温透平机及其乏气回热循环系统内工质零泄漏的要求，低温透平机(31)与发电机(32)之间用联轴器连接，涡旋压缩机(34)与市电网电源连接，或与发电机(32)的自发电连接，本系统使用工质的选择范围为R22、R404、R507、R134A。
双循环数码涡旋热动力发电装置的工作方法如下：
按工作循环程序，首先，使波纹管截止阀(23)、(24)处于开启工作状态，先采用市电网电源同时启动空气换热器(12)和数码涡旋压缩机(14)工作，使其蒸发器(11)内的液体工质(22)吸收空气热源的热量Q1气化变成低压工质蒸汽，经过四通换向阀(13)进入数码涡旋压缩机(14)被压缩变成高温高压工质过热蒸汽Q3，同时数码涡旋压缩机(14)消耗电能Q2，高温高压工质过热蒸汽经四通换向阀(13)至换热器(15)内释放出高温热量Q3，用以加热换热水箱(16)内的水体达到使用要求，所述高温高压工质蒸汽变成低压蒸汽进入电子膨胀阀(17)释压变成低温低压液体工质，在数码涡旋压缩机(14)的抽吸作用下，液体工质回流到蒸发器(11)，同时为了保持系统的工质(22)的质量流和至蒸发器(11)的工质液流，在系统中设置储液器(19)给系统补液，再次蒸发，如此重复不断进行自循环，实现蒸发器(11)和冷凝器(15)的功能转换，输出高位热能Q3。
其次，以上所述的实现蒸发器(11)和换热器(15)的功能转换，输出高位热能Q3，至此，工质(53)承载着高品位热能Q3，该热能Q3通过换热器(15)加热换热水箱(16)内的水体，再经热管(58)的吸热段吸收水体热量Q3并迅速等量传递至放热段，由放热段加热激发蒸发腔(52)的工质迅速气化为高温高压工质过热蒸汽，以该高温高压工质过热蒸汽Q3为动力，自动打开单向阀(62)，并驱动低温透平发电机(31)、(32)发电的同时，先采用市网电启动涡旋压缩机(34)工作，当低温透平机(31)输出稳定的机械能，或发电机(32)输出稳定的电功率时，撤销市网电切换发电机(32)的自发电驱动涡旋压缩机(34)的同时，也撤销以上所述的空气换热器(12)和数码涡旋压缩机(14)的市网电切换发电机(32)的自发电，使系统正常运行，低温透平机(31)排出的低压湿蒸汽状态的乏气热能Q01≌0.25Q3，该工质乏气经过四通换向阀(33)进入涡旋压缩机(34)被压缩变成高温高压工质蒸汽Q03，同时涡旋压缩机(34)消耗电能Q02，在压缩机(34)的压缩作用下，所述高温高压工质蒸汽经过四通换向阀(33)进入工程过滤器(38)回流到蒸发腔(52)内释放出高温热量Q03与数码涡旋热泵的制热量Q3汇合形成组合热量∑Q＝Q03+Q3，以该组合热量∑Q使蒸发腔(52)内的工质气化变成高温高压过热蒸汽为动力，自动打开单向阀(62)，经波纹管截止阀(41)，推动低温透平机(31)的涡轮带动涡轮轴旋转输出机械能，或驱动发电机(32)发电，同时为了保持透平机热动力系统和蒸发腔(52)内的工质(33)的质量流，在系统中设置储液器(37)，例如推荐选用一个5升的储液器用于给系统补液，再次蒸发，如此重复不断进行双循环运行。
如图4双循环数码涡旋热动力发电装置《工作循环周期表》，其概括表示工作部件、工艺流程及其功、能和热的转换关系，以Q2＝1kw为量化基准进行功、能和热的量值转换循环，表中Q1-蒸发器(11)吸收空气热源的热能，Q1＝2.4kw，Q2-数码涡旋压缩机压缩耗电功率，Q2＝1kw，Q3-热泵系统的制热量，Q3＝Q1+Q2＝3.4kw，Q01-透平机乏气的热能Q01≌0.25 Q3＝0.85kw，Q02-涡旋压缩机耗电功率，Q02＝0.35kw，Q03-透平机乏气同热循环系统的制热，Q03＝Q01+Q02＝1.2kw，M-透平机输出机械能，M＝3.45kw，N-发电机发电功率，N＝3.1kw 。
以上所述的仅是本发明的优选实施例，在不脱离本发明结构原理的前提下，还可以作出若干增补或改进，也应视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种单循环数码涡旋热动力发电装置，其利用空气热源或其它低温热源的热量、使用低沸点工质、在封闭状态下做功和不断自循环，实现热功转换输出机械能或驱动发电机发电，其包括蒸发器(11)、空气换热器(12)、数码涡旋压缩机(14)、低温透平机(31)、发电机(32)、冷凝器(15)、冷凝水箱(16)、电子膨胀阀(17)、工程过滤器(18)、储液器(19)、单向阀(20)、电子膨胀阀(21)、管道内走低沸点工质(22)、波纹管截止阀(23)、(24)组成，其特征在于：它是由一台或多台数码涡旋热泵，与一套或多套专利号ZL200610002362.X号的工质零泄漏低温透平机(31)、发电机(32)组成的单循环数码涡旋热动力发电装置(简称单循环单联机)，或一拖多联机，或单循环数码涡旋热泵联供热动力发电装置(或称单循环热泵联供单联机)，或单循环数码涡旋热泵联供多联热动力发电装置(简称单循环热泵联供多联机)，它们的基本结构原理都相同，其单循环数码涡旋热动力发电装置包括蒸发器(11)、空气换热器(12)、四通换向阀(13)、数码涡旋压缩机(14)、低温透平机(31)、发电机(32)、冷凝器(15)、冷凝水箱(16)、电子膨胀阀(17)、工程过滤器(18)、储液器(19)、单向阀(20)、电子膨胀阀(21)、管道内走低沸点工质(22)、波纹管截止阀(23)、(24)组成，上述冷凝器(15)也可以采用套管式换热器代替，其蒸发器(11)在空气换热器(12)内，冷凝器(15)在冷凝水箱(16)内，蒸发器(11)与四通换向阀(13)之间、四通换向阀(13)与数码涡旋压缩机(14)之间、数码涡旋压缩机(14)与四通换向阀(13)之间、四通换向阀(13)与波纹管截止阀(24)之间、波纹管截止阀(24)与低温透平机(31)之间、低温透平机(31)与冷凝器(15)之间、冷凝器(15)与电子膨胀阀(17)之间、电子膨胀阀(17)与波纹管截止阀(23)之间、波纹管截止阀(23)与工程过滤器(18)之间、工程过滤器(18)与储液器(19)之间、储液器(19)与单向阀(20)和电子膨胀阀(21)并联之间、单向阀(20)和电子膨胀阀(21)并联与蒸发器(11)之间用管道全封闭式连接，达到整个系统内工质零泄漏的要求，低温透平机(31)与发电机(32)之间用联轴器连接，空气换热器(12)内的风机和数码涡旋压缩机(14)与市电网电源连接，或与发电机(32)的自发电连接。
单循环数码涡旋热动力发电装置的工作方法：使其波纹管截止阀(23)、(24)处于开启工作状态，先采用市电网电源分别先后启动空气换热器(12)和数码涡旋压缩机(14)工作，使蒸发器(11)内的液体工质(22)吸收空气热源或其它低温热源的热量Q1气化变成低压工质蒸汽，经过四通换向阀(13)进入数码涡旋压缩机(14)被压缩变成高温高压过热蒸汽Q3，同时数码涡旋压缩机(14)消耗电能Q2，以所述高温高压工质过热蒸汽Q3为动力，驱动低温透平机(31)的涡轮带动涡轮轴旋转输出机械能，或驱动发电机(32)发电，当低温透平机(31)输出稳定的机械能，或发电机(32)输出稳定的电功率时，撤销市网电切换发电机(32)的自发电驱动空气换热器(12)和数码涡旋压缩机(14)工作，使系统正常运行，低温透平机(31)排出低压湿蒸汽状态的乏气进入冷凝器(15)释放出热量，该热量约0.25Q3，可用于加热冷凝水箱(16)内的水体达到供应热水的要求，所述高温高压工质蒸汽Q3变成低压蒸汽进入电子膨胀阀(17)释压变成低温低压液体工质，在压缩机(14)的抽吸作用下，液体工质回流到蒸发器(11)，为了保持系统的工质(22)的质量流和至蒸发器(11)的工质液流，在系统中设置储液器(19)给系统补液，再次蒸发，如此重复不断自循环，实现蒸发器(11)和冷凝器(15)的功能转换，输出稳定的高位热能Q3，以高位热能Q3为动力，推动低温透平机(31)实现热转功输出机械能，或驱动发电机(32)发电输出电功率。
2.根据权利要求1所述的单循环数码涡旋热动力发电装置，其特征在于四通换向阀(13)的出口处与冷凝器(15)的进口处之间，并联多套低温透平机(31)和发电机(32)组成单循环一拖多联机。
3.根据权利要求1所述的单循环数码涡旋热动力发电装置，其特征在于冷凝器(15)的进口处与四通换向阀(13)的出口处之间，并联多台数码涡旋热泵组成单循环热泵联供单联机。
4.根据权利要求1所述的单循环数码涡旋热动力发电装置，其特征在于冷凝器(15)的进口处与四通换向阀(13)的出口处之间，并联多台数码涡旋热泵(10)的热联供系统，连接到多套低温透平机(31)、发电机(32)并联的多联机，组成单循环热泵联供多联机。
5.一种双循环数码涡旋热动力发电装置，包括数码涡旋热泵系统(10)、专利号为ZL200610002362.X号工质零泄漏低温透平机及其乏气回热循环系统(30)、及双管板热管装置(50)三个系统组成，其利用空气热源或其它低温热源的热量、使用低沸点工质、在封闭状态下做功和自循环，实现热转功输出机械能或驱动发电机发电，其特征在于：它是由一台或多台数码涡旋热泵系统(10)，与一套或多套专利号为ZL200610002362.X号工质零泄漏低温透平机及其乏气回热循环系统(30)、及双管板热管装置(50)三个系统匹配组合集成的双循环数码涡旋热动力发电装置(简称双循环单联机)或双循环一拖多联机，或双循环数码涡旋热泵联供热发电装置(简称双循环热泵联供单联机)，或双循环数码涡旋热泵联供多联热动力发电装置(简称双循环热泵联供多联机)，它们的基本结构原理都相同，其双循环数码涡旋热动力发电装置包括数码涡旋热泵系统(10)内的蒸发器(11)、空气换热器(12)、四通换向阀(13)、数码涡旋压缩机(14)、换热器(15)、换热水箱(16)、电子膨胀阀(17)、工程过滤器(18)、储液器(19)、单向阀(20)、电子膨胀阀(21)、管道内走低沸点工质(22)、波纹管截止阀(23)、(24)组成，还包括双管板热管装置(50)内的壳体(51)、蒸发腔(52)、管道内走低沸点工质(53)、上管板(54)、检测腔(55)、套管(56)、翅片(57)、热管(58)、下管板(59)、视镜(60)、单向阀(61)、(62)，电子膨胀阀(63)组成，还包括低温透平机及其乏气回热循环系统(30)内的低温透平机(31)、发电机(32)、四通换向阀(33)、涡旋压缩机(34)、单向阀(35)、电子膨胀阀(36)、储液器(37)、工程过滤器(38)、波纹管截止阀(39)、(40)、(41)，管道内走低沸点工质(53)组成；
其数码涡旋热泵系统(10)内的蒸发器(11)在空气换热器(12)内，冷凝器(15)在冷凝水箱(16)内，蒸发器(11)与四通换向阀(13)之间、四通换向阀(13)与数码涡旋压缩机(14)之间、数码涡旋压缩机(14)与四通换向阀(13)之间、四通换向阀(13)与波纹管截止阀(24)之间、波纹管截止阀(24)与换热器(15)之间、换热器(15)与电子膨胀阀(17)之间、电子换向阀(17)与波纹管截止阀(23)之间、波纹管截止阀(23)与工程过滤器(18)之间、工程过滤器(18)与储液器(19)之间、储液器(19)与单向阀(20)和电子膨胀阀(21)并联之间、单向阀(20)和电子膨胀阀(21)并联与蒸发器(11)之间用管道全封闭式连接，达到整个系统内工质零泄漏的要求，空气换热器(12)内的风机和数码涡旋压缩机(14)与市电网电源连接，或与发电机(32)的自发电连接。
其双管板热管装置(50)内的换热器(15)在换热水箱(16)内，热管(58)的吸热段在换热水箱(16)内，热管(58)的放热段在蒸发腔(52)内，热管(58)的吸热段及放热段均有翅片(57)，上管板(54)在蒸发腔(52)一侧，下管板(59)在换热水箱(16)一侧，上管板(54)与下管板(59)之间有检测腔(55)，热管(58)的放热段的外圆柱面上有套管(56)，套管(56)的外圆柱面装入上、下管板(54)、(59)的孔内，蒸发腔(52)与检测腔(55)之间、检测腔(55)与换热水箱(16)之间、视镜(60)与检测腔(55)之间、上管板(54)、下管板(59)与套管(56)之间、套管(56)与热管(58)之间、热管(58)的吸热段和放热段与翅片(57)之间、视镜(60)与壳体(51)之间、蒸发腔(52)与单向阀(61)和电子膨胀阀(63)并联之间、蒸发腔(52)与单向阀(62)之间用全封闭式连接，达到整个系统内工质零泄漏的要求。
其低温透平机及其乏气回热循环系统(30)内的波纹管截止阀(41)与双管板热管装置(50)内的单向阀(62)之间、波纹管截止阀(41)与低温透平机(31)之间、低温透平机(31)与波纹管截止阀(40)之间、波纹管截止阀(40)与四通换向阀(33)之间、四通换向阀(33)与涡旋压缩机(34)之间、涡旋压缩机(34)与单向阀(35)和电子膨胀阀(36)并联之间、单向阀(35)和电子膨胀阀(36)并联与储液器(37)之间、储液器(37)与工程过滤器(38)之间、工程过滤器(38)与波纹管截止阀(39)之间、波纹管截止阀(39)与单向阀(61)和电子膨胀阀(63)并联之间、单向阀(61)和电子膨胀阀(63)并联与蒸发腔(52)之间用全封闭式连接，达到整个系统内工质零泄漏要求，低温透平机(31)与发电机(32)之间用联轴器连接，涡旋压缩机(34)与市电网电源连接，或与发电机(32)的自发电连接。
双循环数码涡旋热动力发电装置的工作方法：按工作循环程序，首先，使波纹管截止阀(23)、(24)处于开启工作状态，先采用市电网电源分别先后启动空气换热器(12)和数码涡旋压缩机(14)工作，使其蒸发器(11)内的液体工质(22)吸收空气热源或其它低温热源的热量Q1气化变成低压工质蒸汽，经过四通换向阀(13)进入数码涡旋压缩机(14)被压缩变成高温高压工质过热蒸汽Q3，同时数码涡旋压缩机(14)做功消耗电能Q2，高温高压工质过热蒸汽经四通换向阀(13)至换热器(15)内释放出高温热量Q3，用以加热换热水箱(16)内的水体达到使用要求，所述高温高压工质蒸汽变成低温高压蒸汽进入电子膨胀阀(17)释压变成低温低压液体工质，在数码涡旋压缩机(14)的抽吸作用下，液体工质回流到蒸发器(11)，同时为了保持系统的工质(22)的质量流和至蒸发器(11)的工质液流，在系统中设置储液器(19)给系统补液，再次蒸发，如此重复不断进行自循环，实现蒸发器(11)和冷凝器(15)之间的功能转换输出高位热能Q3。
其次，如以上所述的实现蒸发器(11)和换热器(15)的功能转换输出高位热能Q3，至此，工质(53)承载着高位热能Q3进入双管板热管装置(50)内，该热量Q3通过换热器(15)加热换热水箱(16)内的水体，再经热管(58)的吸热段吸收水体热量Q3并迅速等温传递至放热段，由放热段加热激发蒸发腔(52)内的工质迅速气化为高温高压工质过热蒸汽Q3，以该Q3为动力自动打开单向阀(62)，推动低温透平机(31)的涡轮带动涡轮轴旋转输出机械能或驱动发电机(32)发电的同时，先采用市网电启动涡旋压缩机(34)工作，当低温透平机(31)输出稳定的机械能，或发电机(32)输出稳定的发电功率时，撤销市网电切换发电机(32)的自发电驱动涡旋压缩机(34)工作的同时，也撤销以上所述的空气换热器(12)和数码涡旋压缩机(14)的市网电切换发电机(32)的自发电，使系统正常运行，低温透平机(31)排出的低压湿蒸汽状态的乏气热能Q01≌0.25Q3，该工质乏气经过四通换向阀(33)进入涡旋压缩机(34)被压缩变成高温高压工质蒸汽Q03，同时涡旋压缩机(34)消耗电能Q02，在压缩机(34)的压缩作用下，所述高温高压工质蒸汽经过四通换向阀(33)进入工程过滤器(38)，再经过电子膨胀阀(63)释压变成低压高温蒸汽回流到蒸发腔(52)内释放出高温热量Q03，该乏气回热的热量Q03与上述数码涡旋热泵的制热量Q3汇合形成组合热量∑Q＝Q03+Q3，以该组合热量∑Q使蒸发腔(52)内的工质气化变成高温高压过热蒸汽为动力，自动打开单向阀(62)，经波纹管截止阀(41)，推动低温透平机(31)的涡轮带动涡轮轴旋转输出机械能，或驱动发电机(32)发电，同时为了保持透平机热动力系统和蒸发腔(52)内的工质(33)的质量流，在系统中设置储液器(37)给系统补液，再次蒸发，如此重复不断进行双循环运行，以稳定的高位热能∑Q为动力，推动低温透平机(31)实现热转功输出机械能，或驱动发电机(32)输出电功率。
6.根据权利要求5所述的一种双循环数码涡旋热动力发电装置，其特征在于四通换向阀(33)和工程过滤器(38)之间设有储液器(37)给透平机及其乏气回热循环系统(30)补液，用于保持系统内工质(53)的质量流和至蒸发腔(52)的工质液流。
7.根据权利要求5所述的双循环数码涡旋热动力发电装置，其特征在于单向阀(62)与单向阀(61)之间，并联多套低温透平机及其乏气回热循环系统(30)，组成全封闭式双循环一拖多联机。
8.根据权利要求5所述的一种双循环数码涡旋热动力发电装置，其特征在于双管板热管装置(50)内的换热水箱(16)的(a)侧与(b)侧之间，并联多台含换热器(15)在内的数码涡旋热泵(10)热联供系统，组成全封闭式双循环热泵联供单联机。
9.根据权利要求5所述的一种双循环数码涡旋热动力发电装置，其特征在于：双管板热管装置(50)内的换热水箱(16)的(a)侧与(b)侧之间，并联多台含换热器(15)在内的数码涡旋热泵(10)热联供系统，还要在单向阀(62)与单向阀(61)之间，并联多套低温透平机(31)、发电机(32)的多联机动力发电系统，连同双管板热管装置(50)组成全封闭式双循环热泵联供多联机。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102200037A (zh) * | 2011-03-27 | 2011-09-28 | 张善清 | 低温汽轮机及其循环装置 |
| CN106907314A (zh) * | 2012-10-16 | 2017-06-30 | 株式会社日立产机系统 | 气体压缩机 |
| CN109281719A (zh) * | 2017-07-20 | 2019-01-29 | 斗山重工业建设有限公司 | 混合发电系统 |
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2010
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20100825 |