CN106766360B - 一种低热能环保发电和制冷装置 - Google Patents

一种低热能环保发电和制冷装置 Download PDF

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Abstract

一种低热能环保发电和制冷装置，涉及低热能的能量交换利用装置。包括蒸发室、热膨胀装置、汽液切换装置、冷凝室、汽液混合装置、气动动力装置、发电机和蓄电瓶组；所述蒸发室的热气进口接外界热空气源进行热交换而产生高压饱和液体，在热膨胀装置里热膨胀汽化后对气动动力装置做功，气动动力装置机械输出端接发电机输入端，发电机输出端接蓄电瓶组输入端，蓄电瓶组对外供电。利用文丘里混合器将低温低压汽体和液体与高温高压蒸汽混合进行热交换使饱和蒸汽液化，没有运动部件，减少维修又节能，克服以往用压缩机将低压蒸汽压缩使其液化进行热交换需要增加运动步件和维修的工作且耗电导致降低发电率的缺点，降低摄取的低品位热能的温度。

Description

一种低热能环保发电和制冷装置
技术领域
本发明涉及低热能的能量交换利用装置，尤其是涉及低品位热能的利用、低温制冷剂的汽化液化和能量交换的一种低热能环保发电和制冷装置。
背景技术
目前低品位热能的利用，基本上基于有机朗肯循环系统的原理，利用工业余热发电，它要求低品位热能温度较高(约在100℃左右)，并且需要耗电，一般采用压缩机将膨胀的汽体压缩冷凝为液体，这样降低了发电效率，还要受时间和空间的限制。
如何降低低品位热能温度要求，不受时间和空间的限制，提高发电效率，已成为业内十分关注的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供利用超低温制冷剂吸取低品位热能，可不受时间和空间的限制，不受气候和地理环境的影响，实现控制发电和制冷的一种低热能环保发电和制冷装置。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种低热能环保发电和制冷装置，包括蒸发室、热膨胀装置、汽液切换装置、冷凝室、汽液混合装置、气动动力装置、发电机和蓄电瓶组；
所述蒸发室设有安全阀、热气进口、冷气出口、液体进口、液体出口和另2个汽体出口；所述汽液切换装置设有第一多位多通电磁阀及并联的第一过渡室和第二过渡室；所述汽液混合装置设有至少二级文丘里混合器和过渡室，所述热膨胀装置设有第二多位多通电磁阀以及并联的第一热膨胀室和第二热膨胀室；所述冷凝室设有汽液混合进口，液体出口和气体出口；
所述蒸发室的热气进口接外界热空气源，蒸发室其中1个汽体出口接第一多位多通电磁阀的汽体进口，蒸发室其中另1个汽体出口经第一自保持电磁阀接汽液混合装置所设的第二级文丘里混合器的汽体高压进口，蒸发室的液体进口接汽液切换装置的第一过渡室和第二过渡室的出口，蒸发室的液体出口经第二自保持电磁阀接热膨胀装置的第二多位多通电磁阀的液体进口，汽液切换装置的第一过渡室和第二过渡室的出口通过液体自重使液体流入蒸发室，蒸发室的冷气出口通往冷气应用场所；
所述汽液混合装置的第三过渡室设有液体进口、液体出口、汽体进口和汽体出口，第三过渡室液体进口接热膨胀装置的第二多位多通电磁阀；第三过渡室汽体进口经气动动力装置接热膨胀装置的第一热膨胀室和第二热膨胀室并联经单向阀出口端，第三过渡室的液体出口和汽体出口分别接汽液混合装置的第一级文丘里混合器的低压进口，所述汽液混合装置的第一级文丘里混合器输出端通过第四过渡室依次连接后面的各级文丘里混合器，最后一级文丘里混合器的汽液混合出口接所述冷凝室所设的汽液进口；
所述热膨胀装置的液体进口端从蒸发室所设的液体出口，经第二自保持电磁阀接所述热膨胀装置的第二多位多通电磁阀的液体进口；所述热膨胀装置的第一热膨胀室和第二热膨胀室的液体出口经第二多位多通电磁阀切换通过液体自重使液体流入汽液混合装置的第三过渡室进口端；
所述冷凝室所设的汽体出口经第三自保持电磁阀接所述汽液混合装置第一级文丘里混合器的汽体高压进口，冷凝室所设的液体出口接所述汽液切换装置经第一多位多通电磁阀切换通过液体自重分别进入汽液切换装置的第一过渡室和第二过渡室；
所述气动动力装置输入端接由热膨胀装置的第一热膨胀室和第二热膨胀室并联后的汽体输出端，气动动力装置的输出端接汽液混合装置的第三过渡室汽体进口，气动动力装置机械输出端接发电机输入端，发电机输出端接蓄电瓶组输入端，蓄电瓶组输出端用于对外供电。
进一步：
所述气动动力装置可采用气动马达或双作用气缸。
所述多位多通电磁阀可采用两位五通电磁阀。
所述蒸发室的冷气出口设有冷气输送管，冷气输送管上设有空气放大器，直接将冷气吸出通往应用场所，应用场所的空气通过干燥器后分两路输出，一路经空压机和第四自保持电磁阀接空气放大器的输入端，另一路接蒸发室的热气进口。
与现有技术比较，本发明的有益效果如下：
1、本发明利用多级文丘里混合器将低温低压汽体和液体与高温高压蒸汽混合进行热交换，使饱和蒸汽液化进行热交换，这样没有运动部件，减少维修，又节能，克服了以往用压缩机将低压蒸汽压缩使其液化进行热交换需要增加运动部件和维修工作且耗电导致降低发电率的缺点。
2、降低了摄取的低品位热能的温度，使其应用更加广泛。
附图说明
图1为本发明实施例的结构及工作原理示意图。
具体实施方式
参见图1，本实施例所述一种低热能环保发电和制冷装置，设有蒸发室10、汽液切换装置20、冷凝室30、汽液混合装置40、热膨胀装置50、气动马达(也可双作用气缸)61、发电机62和蓄电瓶组63；所述蒸发室10设有安全阀11、热气进口、冷气出口、液体进口、液体出口和另2个汽体出口；所述汽液切换装置20设有第一两位五通电磁阀21及并联的第一过渡室22和第二过渡室23，第一过渡室22和第二过渡室23的出口分别设有单向阀24和25；所述汽液混合装置40设有第一级文丘里混合器41、第三过渡室44、第四过渡室42和第二级文丘里混合器43(注：本实施例设两级文丘里混合器，也可多级文丘里混合器)。所述热膨胀装置50设有第二两位五通电磁阀51和并联的第一热膨胀室52和第二热膨胀室53的出口分别设有单向阀54和55。
所述蒸发室10的热气进口接外界热空气源，蒸发室10其中1个汽体出口接汽液切换装置20的第一两位五通电磁阀21的汽体进口，蒸发室10其中另1个汽体出口经第一自保持电磁阀71接汽液混合装置40所设的第二级文丘里混合器43的汽体高压进口，蒸发室10的液体进口接汽液切换装置20的第一过渡室22和第二过渡室23经单向阀24和25的出口，蒸发室10的液体出口经第二自保持电磁阀72接热膨胀装置50的第二两位五通电磁阀51的液体进口，汽液切换装置20的第一过渡室22和第二过渡室23的出口通过液体自重使液体流入蒸发室10，蒸发室10的冷气出口通往应用场所P1。
所述汽液混合装置40的第三过渡室44设有液体进口和出口端，汽体进口和出口端、汽液混合装置40的第三过渡室44的液体进口接热膨胀装置50的第二两位五通电磁阀51的液体出口，热膨胀装置50的第一膨胀室52和第二膨胀室53的出口通过液体自重使液体流入汽液混合装置40的第三过渡室44汽液混合装置，第三过渡室44汽体进口经气动马达(也可双作用气缸)61接热膨胀装置50的第一热膨胀室52和第二热膨胀室53经单向阀54和55的出口，汽液混合装置40的第三过渡室44的液体出口和汽体出口分别接第一级文丘里混合器41的低压进口端。汽液混合装置40的第一级文丘里混合器41输出端通过第四过渡室42接第二级文丘里混合器43，第二级文丘里混合器43的汽液混合出口接所述冷凝室30所设的汽液进口。
冷凝室30所设的汽体出口经第三自保持电磁阀73接所述汽液混合装置40的第一级文丘里混合器41的汽体高压进口，冷凝室30所设的液体出口接所述汽液切换装置20的第一两位五通电磁阀21的液体进口。
气动马达(也可双作用气缸)61的机械输出端接发电机输入端，发电机输出端接蓄电瓶组63输入端，蓄电瓶组63输出端经升压逆变装置P2为负载P3供电。
所述蒸发室10的冷气出口设有冷气输送管，冷气输送管上设有空气放大器81，直接将冷气通往应用场所P1，其中应用场所P1的空气通过干燥器83后设有两路输出，一路经空压机82和第四自保持电磁阀74接空气放大器81的输入端，另一路接蒸发室10的热气进口。
本发明实施例工作原理如下：
蒸发室10里装有超低温制冷剂液体(如R744、R508a等)与低品位热能流体进行热交换而产生高温高压饱和液体，通过此高温高压饱和液体经第二自保持电磁阀72到热膨胀装置50的第一膨胀室52和第二膨胀室53热膨胀汽化而对外做功带动发电装置发电(DC24V)并对蓄电瓶组63进行充电，通过高压逆变装置P2，变成AC220V或AC380V电源对负荷P3供电，同时通过此高压汽体和冷凝室30里的高压汽体将流回到气液混合装置40的第三过渡室44里的低温低压汽体和液体逐级吸入到冷凝室30里混合(注：此低温低压汽体和液体已经膨胀气化做过功的汽体和液体)使部分饱和汽体液化而使冷凝室30里的压力和温度升高，通过控制汽液混合装置的比例，使冷凝室30与汽液混合装置40的第三过渡室44有一定的压差，利用此压差和汽液混合装置40里的第一级文丘里混合器41通过第三自保持电磁阀73将汽液混合装置40里的第三过渡室44的液体和汽体吸出，使汽液混合装置40的第三过渡室44的压力和温度降低从而增加了蒸发室10与汽液混合装置40的第三过渡室44的压差，利用此压差通过第二自保持电磁阀72和热膨胀装置50来带动气动马达发电，冷凝室30的液体通过汽液切换装置，利用液体自重的作用将液体返回到蒸发室10继续吸热，循环反复，从而使应用场所P1的温度降低。
汽液切换装置主要由一个第一两位五通电磁阀21，两个过渡室22、23和两个单向阀24和25组成，当两位五通电磁阀21切换为P-A通，R-B通时，冷凝室30里的液体在自重作用下流向第一过渡室22。第二过渡室23的液体流向蒸发室10,反之P-B通，S-A通，冷凝室30里的液体流向第二过渡室23，第一过渡室22的液体流向蒸发室10,循环反复，不断地将冷凝室30的液体输入到蒸发室10而进行热交换。
汽液混合装置主要由2级(至少2级以上)文丘里混合器和过渡室组成，首先由冷凝室30通过第三自保持电磁阀73和第一级文丘里混合器41将汽液混合装置40的第三过渡室44里汽和液吸入到第四过渡室42，其次再由蒸发室10通过第一自保持电磁阀71和第二级文丘里混合器43将第四过渡室42里的汽和液吸入到下一级过渡室，最后一个文丘里混合器将汽液吸入到冷凝室30里液化，提高冷凝室30的温度和压力。
热膨胀装置50主要由一个第二两位五通电磁阀51，两个热膨胀室52和53及两个单向阀54和55组成。当第二两位五通电磁阀51切换为P-A通，R-B通时，蒸发器10里的高压液体流入第一热膨胀室52进行膨胀汽化对外做功发电，同时第二热膨胀室的低温液体利用自重流入汽液混合装置40的第三过渡室44里，反之当P-B通，S-A通时，蒸发器10里的高压液体流入第二热膨胀室53进行膨胀汽化对外做功发电，同时第一热膨胀室52的低温液体利用自重流入汽液混合装置40的第三过渡室44里，循环反复，不断的将高温液体输入到热膨胀装置里进行膨胀汽化做功发电，将低温液体通过汽液混合装置40，冷凝室30和汽液切换装置20后流入蒸发室10里继续吸热。标记P-A，R-B，S-A等图中未标出，表示两位五通电磁阀自身的端口，为本专业所知。
发电回路主要由第二自保持电磁阀72和气动马达(也可双作用气缸)61，第二两位五通电磁阀51和热膨胀装置50里的第一热膨胀室52和第二热膨胀室53组成；其工作过程：蒸发室10通过第二自保持电磁阀72将高温高压液体经热膨胀装置50的第二两位五通电磁阀51的切换在并联的第一热膨胀室52和第二热膨胀室53做热膨胀汽化，并通过两个单向阀对气动马达(或双作用气缸)61做功发电后使液体汽化变冷，汽体流入到汽液混合装置40的低温低压的第三过渡室44汽体进口端，冷却后的液体经热膨胀装置50的第二两位五通电磁阀通过液体自重流入汽液混合装置40的第三过渡室44的液体进口。
热交换回路主要由空压机82、空气放大器81、空气干燥器83、第四自保持电磁阀74及盘管组成，工作过程：空压机通过第四电磁阀用少量的高压气体通过空气放大器(1:100)将盘管里大量的冷空气吸出，进入应用场所P1，使其温度降低，使盘管里压力为负压，同时应用场所P1里大量热空气被吸出进入盘管进行热交换。冷凝室30里的低温液体通过汽液切换装置，滴淋在盘管上汽化与之进行热交换。
由于对低品位热能的温度要求不高(5℃)，故可以长时间不间断地小容量对电瓶组充电。

Claims (4)

1.一种低热能环保发电和制冷装置，其特征在于：包括蒸发室、热膨胀装置、汽液切换装置、冷凝室、汽液混合装置、气动动力装置、发电机和蓄电瓶组；
所述蒸发室设有安全阀、热气进口、冷气出口、液体进口、液体出口和另2个汽体出口；所述汽液切换装置设有第一多位多通电磁阀及并联的第一过渡室和第二过渡室；所述汽液混合装置设有至少二级文丘里混合器和过渡室，所述热膨胀装置设有第二多位多通电磁阀以及并联的第一热膨胀室和第二热膨胀室；所述冷凝室设有汽液混合进口，液体出口和气体出口；
所述蒸发室的热气进口接外界热空气源，蒸发室其中1个汽体出口接第一多位多通电磁阀的汽体进口，蒸发室其中另1个汽体出口经第一自保持电磁阀接汽液混合装置所设的第二级文丘里混合器的汽体高压进口，蒸发室的液体进口接汽液切换装置的第一过渡室和第二过渡室的出口，蒸发室的液体出口经第二自保持电磁阀接热膨胀装置的第二多位多通电磁阀的液体进口，汽液切换装置的第一过渡室和第二过渡室的出口通过液体自重使液体流入蒸发室，蒸发室的冷气出口通往冷气应用场所；
所述汽液混合装置的第三过渡室设有液体进口、液体出口、汽体进口和汽体出口，第三过渡室液体进口接热膨胀装置的第二多位多通电磁阀；第三过渡室汽体进口经气动动力装置接热膨胀装置的第一热膨胀室和第二热膨胀室并联经单向阀出口端，第三过渡室的液体出口和汽体出口分别接汽液混合装置的第一级文丘里混合器的低压进口，所述汽液混合装置的第一级文丘里混合器输出端通过第四过渡室依次连接后面的各级文丘里混合器，最后一级文丘里混合器的汽液混合出口接所述冷凝室所设的汽液进口；
所述热膨胀装置的液体进口端从蒸发室所设的液体出口，经第二自保持电磁阀接所述热膨胀装置的第二多位多通电磁阀的液体进口；所述热膨胀装置的第一热膨胀室和第二热膨胀室的液体出口经第二多位多通电磁阀切换通过液体自重使液体流入汽液混合装置的第三过渡室进口端；
所述冷凝室所设的汽体出口经第三自保持电磁阀接所述汽液混合装置第一级文丘里混合器的汽体高压进口，冷凝室所设的液体出口接所述汽液切换装置经第一多位多通电磁阀切换通过液体自重分别进入汽液切换装置的第一过渡室和第二过渡室；
所述气动动力装置输入端接由热膨胀装置的第一热膨胀室和第二热膨胀室并联后的汽体输出端，气动动力装置的输出端接汽液混合装置的第三过渡室汽体进口，气动动力装置机械输出端接发电机输入端，发电机输出端接蓄电瓶组输入端，蓄电瓶组输出端用于对外供电。
2.如权利要求1所述一种低热能环保发电和制冷装置，其特征在于：所述气动动力装置采用气动马达或双作用气缸。
3.如权利要求1所述一种低热能环保发电和制冷装置，其特征在于：所述多位多通电磁阀采用两位五通电磁阀。
4.如权利要求1所述一种低热能环保发电和制冷装置，其特征在于：所述蒸发室的冷气出口设有冷气输送管，冷气输送管上设有空气放大器，直接将冷气通往应用场所，应用场所的空气通过干燥器后分两路输出，一路经空压机和第四自保持电磁阀接空气放大器的输入端，另一路接蒸发室的热气进口。
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