CN103174479A - 双效螺杆热能膨胀机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双效螺杆热能膨胀机，其特征在于所述膨胀机包括发生器、能量转换器、螺杆式膨胀机和吸收器，所述发生器连接换热介质蒸汽喷嘴，该换热介质蒸汽喷嘴连通螺杆式膨胀机的进气口，该螺杆式膨胀机的排气口连接设置吸收器。该双效螺杆热能膨胀机结构设计合理、低温热能利用率高，其可以利用常温低品位热源；一方面获得了高品位的机械能，可以直接驱动其他设备或发电；另一方面获得的冷量可以冷却需要散热的设备或装置。

Description

双效螺杆热能膨胀机

技术领域

本发明属于暖通空调、工业制冷、废热等低热资源的再利用技术，具体的涉及一种利用暖通空调、工业制冷机组产生的废热以及发电厂和化工厂的尾气废热资源做机械功的双效螺杆热能膨胀机。

背景技术

膨胀机就是一种利用压缩气体膨胀降压时向外输出机械功使气体温度降低的原理以获得机械能和冷量的机械。现有膨胀机技术主要为活塞和透平膨胀机，运行工质主要是高温高压水蒸汽，其尾汽温度较高，能量转化率低；且目前加热水蒸汽主要燃烧煤等石化燃料，一方面消耗了资源有限的石化燃料，另方面增加了CO2的排放，加剧了地球的温室效应。

在能源日益紧张的今天，为了回收通常排到大气中的低温热气、排到河川中的低温热水等中的热量，低热利用装置被用来将低温物体中的热能传送高温物体中，然后高温物体来加热水或采暖，使热量得到充分利用。

发明内容

本发明提供了一种结构设计合理、低温热能利用率高的双效螺杆热能膨胀机，其能够实现换热介质的封闭循环，可以利用常温低品位热源，一方面获得了高品位的机械能，可以直接驱动其他设备或发电；另一方面获得的冷量可以冷却需要散热的设备或装置。

本发明所采用的技术方案如下：

一种双效螺杆热能膨胀机，其特征在于所述膨胀机包括发生器、能量转换器、螺杆式膨胀机和吸收器，所述发生器连接换热介质蒸汽喷嘴，该换热介质蒸汽喷嘴连通螺杆式膨胀机的进气口，该螺杆式膨胀机的排气口连接设置吸收器。

具体实施方式中，所述发生器的顶部连通一高温高压换热介质管路，换热介质蒸汽喷嘴位于该高温高压换热介质管路的末端；所述发生器内设置挡液板，发生器的下部设置有中温中浓度介质溶液集液箱，该中温中浓度介质溶液集液箱和挡液板之间还设置有热源换热器。

一实施方式中，所述中温中浓度介质溶液集液箱的底部连接一输送管路，该输送管路的另一端位于能效转换器内。

另一实施方式中，所述能效转换器的上部设置一中温介质蒸汽通道，该中温介质蒸汽通道连接一低温低浓度介质溶液集液箱的顶部，该低温低浓度介质溶液集液箱的上部设置一挡液板。

再一实施方式中，所述发生器内的顶部设置一换热介质喷射装置，该换热介质喷射装置通过一常温高浓度换热介质管连接吸收器。

一实施方式中，所述吸收器的顶部连接螺杆式膨胀机的排气口，该吸收器的底部设置一常温高浓度介质溶液集液箱，该常温高浓度介质溶液集液箱的上方设置一介质溶液雾化喷嘴，该常温高浓度介质溶液集液箱的底部连通一常温高浓度介质溶液管。

一实施方式中，所述介质溶液雾化喷嘴通过低温低浓度介质溶液管路连接一低温低浓度介质溶液集液箱，该低温低浓度介质溶液集液箱位于能效转换器内。

另一实施方式中，所述螺杆式膨胀机包括机壳和位于机壳内的两个互相啮合的螺旋转子，其中一螺旋转子的一端伸出机壳形成动力输出轴。

一实施方式中，所述换热介质蒸汽喷嘴位于能效转换器的上部，其位于一能效转换腔内，该能效转换腔连接于螺杆式膨胀机的进气口和一中温介质蒸汽通道。

一实施方式中，所述双效螺杆热能膨胀机还包括输液泵和介质溶液输送管路，所述介质输送管路循环连接发生器和吸收器。

该双效螺杆热能膨胀机主要分为发生器、能量转换器、螺杆式膨胀机、吸收器四大部分，发生器、吸收器和能量转换器间还可设置用于介质溶液循环的输液泵和介质溶液输送管路组成的循环系统。在具体应用中，发生器中的换热介质喷射装置将常温高浓度介质溶液以雾状极小液滴喷射到热源换热器上，换热介质蒸发并形成高温高浓度的换热介质蒸汽经由高温高压换热介质管路输送至位于热能转换器上部的换热介质蒸汽喷嘴，高温高压的介质蒸汽由此经过能效转换形成螺杆式膨胀机最适宜的驱动气体介质，即中温高速流换热介质蒸汽，由螺杆式膨胀机转换为机械能，并通过动力输出轴对外输出。螺杆式膨胀机是一种新型的回转式容积型膨胀机，螺杆式膨胀机的机壳内平行配置两个互相啮合的螺旋转子，分别称为阴、阳转子，阳转子有一段伸出壳外，作为动力输出轴输出机械能。螺杆式膨胀机的工作周期是由齿间容积中的进气、膨胀和排气三个过程组成。转子的啮合齿之间形成齿间容积,即为进气室，流体直接从径向和轴向进入进气室后，推动转子转动，使进气室呈V形分开伸长。随着转子继续转动，转子的啮合点因膨胀流体向后移动，V形容积相继伸到其他气室，然后，膨胀后的流体在低压下从排气口排出，直到齿间容积减少到零，完成一个工作循环。同透平膨胀机和活塞膨胀机相比，螺杆膨胀机具有效率高、成本低；靠间隙密封，对进气为含有液滴的湿蒸汽有良好的适应性；以及不会发生喘振，能进行重负荷启动；轴封效果好，寿命长等特点。

经过做功后的换热介质温度降低后由螺杆式膨胀机排气口进入吸收器，经过吸收器顶部的介质溶液雾化喷嘴喷入的低温低浓度介质溶液的吸收，形成常温高浓度介质溶液，该常温高浓度介质溶液可由常温高浓度介质溶液集液箱底部的常温高浓度介质溶液管和输液泵再次输送到发生器中，由换热介质喷射装置喷射，完成循环。发生器底部的中温中浓度介质溶液集液箱内的中温中浓度介质溶液可由输送管路和输送泵送至能效转换器内的低温低浓度介质溶液集液箱上部进行喷雾式喷洒，该中温中浓度介质溶液形成的部分介质蒸汽经过中温介质蒸汽通道进入能效转换腔，而低温低浓度介质溶液集液箱则收集到低温低浓度的介质溶液，该部分介质溶液可由低温低浓度介质溶液管路输送，并通过介质溶液雾化喷嘴在吸收器内喷洒吸收由螺杆式膨胀机排气口输出的换热介质，完成工作循环。

该双效螺杆热能膨胀机可用于暖通空调领域，使空调的能效比更高，或利用空调废热资源发电；或者利用发电厂锅炉的中低温蒸汽发电；其通过对工业企业的废热回收，使废热变成高品位的电能，而不是直接排入环境中，造成污染，并把多种形式的低温吸收式热能转化成高品位的机械能和电能，达到节能减排的效果。

本发明的有益效果在于，该双效螺杆热能膨胀机结构设计合理、低温热能利用率高，其可以利用常温低品位热源；一方面获得了高品位的机械能，可以直接驱动其他设备或发电；另一方面获得的冷量可以冷却需要散热的设备或装置。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的阐述。

附图说明

图1是本发明的组成结构示意图。

 

具体实施方式

如图1所示，该双效螺杆热能膨胀机包括发生器10、能量转换器20、螺杆式膨胀机30、吸收器40和循环系统，发生器10连接换热介质蒸汽喷嘴12，该换热介质蒸汽喷嘴12连通螺杆式膨胀机30的进气口31，该螺杆式膨胀机的排气口33连接设置吸收器40。具体见图1，发生器10的顶部连通一高温高压换热介质管路11，换热介质蒸汽喷嘴12位于该高温高压换热介质管路11的末端；换热介质蒸汽喷嘴位12于能效转换器20的上部，其位于一能效转换腔21内，该能效转换腔21连接于螺杆式膨胀机的进气口31和一中温介质蒸汽通道25。螺杆式膨胀机30包括机壳和位于机壳内的两个互相啮合的螺旋转子，其中一螺旋转子的一端伸出机壳形成动力输出轴32。发生器10内的顶部设置一换热介质喷射装置，该换热介质喷射装置通过常温高浓度换热介质管42连接吸收器40。发生器10内设置挡液板13，发生器的下部设置有中温中浓度介质溶液集液箱15，该中温中浓度介质溶液集液箱15和挡液板13之间还设置有热源换热器14。中温中浓度介质溶液集液箱15的底部连接一输送管路16，该输送管路16的另一端位于能效转换器20内。能效转换器20的上部设置中温介质蒸汽通道25，该中温介质蒸汽通道25连接一低温低浓度介质溶液集液箱23的顶部，该低温低浓度介质溶液集液箱的上部设置一挡液板22。吸收器40的顶部连接螺杆式膨胀机30的排气口33，该吸收器40的底部设置一常温高浓度介质溶液集液箱41，该常温高浓度介质溶液集液箱41的上方设置一介质溶液雾化喷嘴，该常温高浓度介质溶液集液箱41的底部连通一常温高浓度介质溶液管42。介质溶液雾化喷嘴通过低温低浓度介质溶液管路24连接一位于能效转换器内的低温低浓度介质溶液集液箱23。在实际应用中，上述各介质溶液的输送管路上均可连接设置输液泵，实现发生器和吸收器之间的介质溶液循环。

Claims (10)

1.一种双效螺杆热能膨胀机，其特征在于所述膨胀机包括发生器、能量转换器、螺杆式膨胀机和吸收器，所述发生器连接换热介质蒸汽喷嘴，该换热介质蒸汽喷嘴连通螺杆式膨胀机的进气口，该螺杆式膨胀机的排气口连接设置吸收器。

2.根据权利要求1所述的双效螺杆热能膨胀机，其特征在于所述发生器的顶部连通一高温高压换热介质管路，换热介质蒸汽喷嘴位于该高温高压换热介质管路的末端；所述发生器内设置挡液板，发生器的下部设置有中温中浓度介质溶液集液箱，该中温中浓度介质溶液集液箱和挡液板之间还设置有热源换热器。

3.根据权利要求2所述的双效螺杆热能膨胀机，其特征在于所述中温中浓度介质溶液集液箱的底部连接一输送管路，该输送管路的另一端位于能效转换器内。

4.根据权利要求3所述的双效螺杆热能膨胀机，其特征在于所述能效转换器的上部设置一中温介质蒸汽通道，该中温介质蒸汽通道连接一低温低浓度介质溶液集液箱的顶部，该低温低浓度介质溶液集液箱的上部设置一挡液板。

5.根据权利要求1所述的双效螺杆热能膨胀机，其特征在于所述发生器内的顶部设置一换热介质喷射装置，该换热介质喷射装置通过一常温高浓度换热介质管连接吸收器。

6.根据权利要求1所述的双效螺杆热能膨胀机，其特征在于所述吸收器的顶部连接螺杆式膨胀机的排气口，该吸收器的底部设置一常温高浓度介质溶液集液箱，该常温高浓度介质溶液集液箱的上方设置一介质溶液雾化喷嘴，该常温高浓度介质溶液集液箱的底部连通一常温高浓度介质溶液管。

7.根据权利要求6所述的双效螺杆热能膨胀机，其特征在于所述介质溶液雾化喷嘴通过低温低浓度介质溶液管路连接一低温低浓度介质溶液集液箱，该低温低浓度介质溶液集液箱位于能效转换器内。

8.根据权利要求1所述的双效螺杆热能膨胀机，其特征在于所述螺杆式膨胀机包括机壳和位于机壳内的两个互相啮合的螺旋转子，其中一螺旋转子的一

端伸出机壳形成动力输出轴。

9.根据权利要求1所述的双效螺杆热能膨胀机，其特征在于所述换热介质蒸汽喷嘴位于能效转换器的上部，其位于一能效转换腔内，该能效转换腔连接于螺杆式膨胀机的进气口和一中温介质蒸汽通道。

10.根据权利要求1所述的双效螺杆热能膨胀机，其特征在于所述双效螺杆热能膨胀机还包括输液泵和介质溶液输送管路，所述介质输送管路循环连接发生器和吸收器。