CN1173138C - 电磁悬浮空气膨胀吸收式制冷方法及其制冷空调机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁悬浮空气膨胀吸收式制冷方法以及应用这一方法设计的电磁悬浮空气膨胀吸收式制冷空调机组。由于采用电磁悬浮和变频驱动技术，使得该机组具有速度高、压比大、体积小、重量轻、流量大、制冷效率高、负荷调节方便、无任何污染等特点；采用两个制冷过程、一个加热过程和两种不同形式的空调冷风换热过程，以空气为制冷工质，由大气直接通入电磁悬浮涡轮膨胀机，进行绝热等熵高压比膨胀；获得低温的冷空气流经过空气换热器到达透平离心式压缩机，被透平离心式压缩机高压比压缩做功后，变为高温空气作为吸收式制冷的热源，进行吸收式制冷。产出的冷媒水循环于冷媒换热器和蒸发器之间，空调送风系统将冷风送往空调室进行空气温度调节。

Description

电磁悬浮空气膨胀吸收式制冷方法及其制冷空调机组

一、技术领域

本发明属于制冷领域，涉及一种制冷方法和以及应用这一方法所设计的制冷空调机组，特别涉及一种通过电磁悬浮空气膨胀、吸收两个制冷环节的制冷方法及其使用该方法制备的高效、无公害、“零”污染的制冷空调机组。

二、背景技术

目前国内外所有应用在冷冻温区(一般是指温度高于-153℃，例如食品冷冻，其储藏温度在-18℃到-25℃；空气调节，其冷源温度为0℃~10℃等)的制冷设备，大部分都是利用制冷工质的相变原理来获取低温的，如通常使用氟里昂、氨、二氧化碳和碳氢化合物等的制冷透平离心式压缩机就是利用相变原理制冷的。一般氟里昂压缩机的制冷效率为3.0-4.0。其次是采用吸收式制冷技术。目前可用的吸收式制冷技术有氨水吸收式(氨为制冷剂，水为吸收剂)和溴化锂水吸收式(水为制冷剂，溴化锂为吸收剂)两种，其中溴化锂吸收式制冷技术应用最为广泛。其代表技术产品为吸收式直燃溴化锂机组，其制冷效率国内双效机组为1.31；国外四效机组为2.0。另外，空气膨胀制冷的效率一般小于1，由于其经济性差而很少应用在这一温区。如果以它们的制冷效率来比较，氟里昂压缩机的制冷效率是吸收式直燃溴化锂机组制冷效率的2倍多，是空气膨胀制冷效率的4倍多。因此，氟里昂压缩机等制冷机组在制冷界占有绝对的统治地位。

然而，每一种使用制冷工质的压缩式制冷机组都存在着不同程度的缺憾与不足。例如，氨的标准蒸发温度为-33.4℃，凝固温度为-77.7℃。氨的主要缺点是有毒性、可燃可爆、有强烈的刺激臭味等。再如，氟利昂R22是目前应用最为广泛的中温制冷剂，蒸发温度为-40.8℃，凝固温度为-160℃。但是氟利昂R22对大气臭氧层有严重的破坏作用，使得辐射到地面的紫外线增加，并产生温室效应。至于用二氧化碳为制冷工质的制冷设备，由于二氧化碳必须在高压(≥100kg/cm²)下才能获得理想的制冷效果，因此，其设备为满足耐高压要求而设计得非常笨重、庞大。此类设备目前应用的甚少。

氟里昂对大气臭氧层有严重的破坏作用，并能产生温室效应，已经危及到地球上人类的生存环境，因此要求停止使用氟里昂制冷剂的呼声越来越高。根据1987年蒙特利尔议定书的要求，国际上对氟里昂制冷剂将逐步限制生产和禁用。世界各国都在积极规划与行动之中。我国作为该协定的签字国，也正在研究对策。按要求，我国将在2010年禁止生产和使用氟里昂制冷剂。基于目前尚没有能替代氟里昂制冷设备的严峻形势，全球的制冷、空调行业将经受前所未有的考验和面临重大的抉择。选择绿色环保、高效节能的制冷、空调设备已经成为人们一种新的设计理念，也是为世界所瞩目的热门话题。这是对制冷界发出的严峻挑战，也是给予整个制冷界创新求变的良好机遇和强大动力。面对这样的机遇和挑战，整个制冷界都在致力于研究开发绿色环保的制冷与空调设备。尤其是在寻找新的制冷工质和提高系统效率上下功夫。比如重新考虑天然制冷剂——空气和水。前面所提到的空气膨胀和吸收式制冷技术，是对环境没有危害的绿色产品。但其制冷效率相对太低，使它们的应用大打折扣。再如近几年开发出来的燃油气溴化锂机组，与氟里昂制冷相比，它们的能耗都比较大，制造成本也较高。因此，目前国内外市场上还没有理想的制冷与空调设备能替代氟里昂压缩制冷机组。

三、发明内容

为了解决现有制冷空调机组存在的环境污染或制冷效率低的关键问题，本发明的目的是提供一种新的制冷方法及应用这一方法设计制备的制冷空调机组，即电磁悬浮空气膨胀吸收式制冷方法及其制冷空调机组。该制冷方法的原理及制冷空调机组不仅能产生与氟里昂制冷透平离心式压缩机相当的制冷效率，而且实现了完全绿色环保的的设计理念。

为了实现上述目的，本发明提出的解决其行业技术问题所采用的技术思路是：基于电磁悬浮支承、变频驱动两项关键新技术，改造传统涡轮膨胀机及透平离心式压缩机机组。使其转速更高，压比更大和负荷调节性更好。

所采用的技术方案是：一种电磁悬浮空气膨胀吸收式制冷方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：建立制冷空调机组

制冷空调机组由电磁悬浮涡轮膨胀机及透平离心式压缩机组，吸收式制冷机组，换热器，空调送风系统及空调室四大部分构成；

电磁悬浮涡轮膨胀机及透平离心式压缩机组是在传统的涡轮膨胀机及透平离心式压缩机机组基础上采用电磁悬浮支承、变频驱动技术进行改造，而得到的新的机组；其中电磁悬浮涡轮膨胀机、变频电机、透平离心式压缩机为一体共轴结构；

第二步：空调机组的制冷与换热过程

1)空气膨胀制冷与换热

空调机组的电磁悬浮涡轮膨胀机直接吸入空气，进行绝热等熵膨胀制冷，产生第一个制冷过程；低温冷空气经空气换热器进行第一个换热过程；换热之后的冷空气经透平离心式压缩机对其压缩做功，使其温度剧升，变为高温空气，即加热过程；

2)吸收式制冷与换热

透平离心式压缩机的排气口与吸收式制冷机组的发生器相接；透平离心式压缩机作为热源，向吸收式制冷机组源源不断提供高温空气，高温空气流经发生器排放到大气；同时加热发生器中的制冷工质对，使其解析出冷剂蒸汽，冷剂蒸汽在冷凝器中被凝结成液体，然后经节流阀降压，进入蒸发器吸热蒸发，产生制冷效应，即第二个制冷过程；蒸发产生的冷剂蒸汽进入吸收器，被来自发生器的制冷工质对吸收，再由溶液泵加压送入发生器；同时该系统输出低温冷媒水到冷媒热交换器进行热交换，即第二个换热过程；经过热交换的冷媒水又被送回吸收式制冷系统，重新参与制冷；

吸收式制冷机组为相对独立的一个子系统，该子系统无需燃烧机，其制冷时所需热源来自透平离心式压缩机的高温气体，并用之来加热发生器内的制冷工质对，使其解析出冷剂蒸汽，冷剂蒸汽在冷凝器中被凝结成液体，然后经节流阀降压，进入蒸发器及热蒸发，产生制冷效应；蒸发产生的冷剂蒸汽进入吸收器，被来自发生器的制冷工质对吸收，再由溶液泵加压送入发生器，根据需要，吸收式制冷机组可以设计为双效或者三效机组；

换热器是相对独立的一个子系统，包括一个空气换热器、一个冷媒换热器和风机，空气换热器、冷媒换热器之间是两个相互独立换热系统，并行比邻设计，热力系数独立，风机安装在换热器的通风平面内，并垂直于冷媒的流动方向；

空调送风系统将经过空气换热器和冷媒换热器的冷风送入空调室进行室内空气温度调节；

其制冷效率按以下公式估算：

ε＝ε₁+η·(1+ε₁)·ε₂

式中：

ε为总制冷效率

ε₁为空气膨胀制冷的制冷效率

ε₂为吸收式制冷的制冷效率

η为膨胀机系统的机械效率

实现上述电磁悬浮空气膨胀吸收式制冷方法及原理的制冷空调机组，包括：电磁悬浮涡轮膨胀机及透平离心式压缩机组a；吸收式制冷机组b；换热器c；空调送风系统及空调室d四大部分；其特点是：

电磁悬浮涡轮膨胀机及透平离心式压缩机组a：

由电磁悬浮涡轮膨胀机1、变频电机包括定子3和转子4、透平离心式压缩机10组成，并且为共轴设计，共用一个外壳，但是三者又有相对独立的分壳体；电磁悬浮涡轮膨胀机1有膨胀机蜗壳；变频电机的定子3安装在中筒壳体之内，透平离心式压缩机10有压缩机蜗壳，在电磁悬浮涡轮膨胀机1与变频电机之间、变频电机与透平离心式压缩机10之间均有密封隔离；三者一线排开，电磁悬浮涡轮膨胀机1和透平离心式压缩机10位居两端，变频电机在中间的布局模式；电磁悬浮涡轮膨胀机1的叶轮、变频电机转子4、推力盘6、透平离心式压缩机10的叶轮顺序安装在一根主轴9上，并称这个组合体为主轴转子；主轴转子支撑在两个径向电磁轴承2和8上，电磁悬浮涡轮膨胀机1和透平离心式压缩机10所产生的轴向负荷由两个轴向推力轴承5和7承担；电磁悬浮涡轮膨胀机1在膨胀制冷时，亦对透平离心式压缩机10系统做功，所做的功通过主轴转子传递给透平离心式压缩机10，变频电机向透平离心式压缩机10提供无级变速可调的驱动动力；径向电磁轴承2、变频电机定子3、和两个轴向推力电磁轴承5和7与径向电磁轴承8在中筒壳体内依次安装；

吸收式制冷机组b：

吸收式制冷机组b为相对独立的一个子系统，该子系统无需燃烧机，由溶液泵11、发生器12、吸收器13、溶液节流阀14、蒸发器15、冷凝器16组成；

所述吸收式制冷机组b中的发生器12、溶液泵11、吸收器13、溶液节流阀14依次相连，所述发生器12、蒸发器15、溶液节流阀14、冷凝器16、吸收器13依次相连。

工作时，来自透平离心式压缩机的高温空气流经发生器12排放到大气；高温空气经过发生器12时，加热其中的制冷工质对，使其解析出冷剂蒸汽，冷剂蒸汽在冷凝器16中被凝结成液体，然后经节流阀17降压，进入蒸发器15吸热蒸发，产生制冷效应；蒸发产生的冷剂蒸汽进入吸收器13，被来自发生器12的制冷工质对吸收，再由溶液泵11加压送入发生器12，如此循环不息制取冷量；其冷媒水循环系统由吸收器13、冷凝器16、冷媒换热器21组成；冷媒经冷凝器16排出吸收式制冷系统，进入与其相连的冷媒换热器21，经换热器进行热交换之后，排出换热器，流往吸收器，并经由吸收器13回到冷凝器16；

换热器c：

换热器c是相对独立的一个子系统，包括一个空气换热器22、一个冷媒换热器21和风机19，空气换热器22、冷媒换热器21之间是两个相互独立的换热系统，并行比邻设计，热力系数独立；风机19安装在换热器22的通风平面内，并垂直于冷媒的流动方向；

空调送风系统及空调室d：

空调送风系统及空调室d将经过换热器c中的空气换热器22和冷媒换热器21的冷风送入空调室进行室内空气温度调节。

本发明的其它一些特点是：所述电磁悬浮涡轮膨胀机1有一个进气口和一个排气口，均被设计在膨胀机蜗壳上；进、排气口的安排为：径向进气，轴向排气；

所述透平离心式压缩机10有一个进气口和一个排气口，均被设计压缩机蜗壳上；进、排气口的安排为：轴向进气，径向排气。

所述吸收式制冷机组b为相对独立一个子系统，根据需要吸收式制冷机组b以设计为双效或者三效机组。

所述吸收式制冷机组b中的发生器12、溶液泵11、吸收器13、溶液节流阀14依次相连，所述发生器12、蒸发器15、溶液节流阀14、冷凝器16、吸收器13依次相连。

所述冷媒换热器21的冷媒进、出口布置在其两侧，即冷媒从冷媒换热器21的一侧进入冷媒换热器21进行热交换，换热之后从另一侧排出。

所述的径向电磁轴承2、8、轴向推力电磁轴承5、7均为电磁悬浮轴承。

本发明的电磁悬浮空气膨胀吸收式制冷方法及其制冷空调机组会对空调行业的创新带来有益的启示，所产生的有益效果是：

1.利用上述制冷原理，将原本制冷效率都很低的两个单体有机的结合起来，获得制冷效率与氟里昂制冷透平离心式压缩机相媲美的新的空气膨胀吸收式制冷空调机组。其制冷效率可以下式进行估算：

 ε＝ε₁+η·(1+ε₁)·ε₂

 式中：

ε为总制冷效率

ε₁为空气膨胀制冷的制冷效率

ε₂为吸收式制冷的制冷效率

η为膨胀机系统的机械效率

具体实例1：空气膨胀的制冷效率为0.7；吸收是制冷的效率(以国产双效溴化锂机组的制冷率为参考)为1.31；电磁悬浮涡轮膨胀机系统的机械效率为0.98；那么，本发明制冷机组的制冷效率为2.89。

具体实例2：空气膨胀的制冷效率为0.7；吸收是制冷的效率(以国外三效溴化锂机组的制冷率为参考)为1.7；电磁悬浮涡轮膨胀机系统的机械效率为0.98；那么，本发明制冷机组的制冷效率为3.54。

 2.屏弃了对环境有危害的制冷工质，采用空气和吸收式(如溴化锂)为制冷介质，实现了“零”污染的绿色环保设计理念。

四、附图说明

图1是本发明的电磁悬浮开式空气膨胀吸收式制冷空调机组原理图；

图2是本发明的闭式电磁悬浮空气膨胀吸收式制冷空调机组原理图；

图3是本发明的电磁悬浮空气涡轮膨胀机和透平离心式压缩机结构示意图；

图4是本发明的吸收式制冷原理图；

图5是本发明的热交换器结构示意图。

五、具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，下面结合附图和发明人给出的较优的具体实施例对本发明做进一步说明。

依本发明的技术方案，一种电磁悬浮空气膨胀吸收式制冷方法，包括以下步骤；首先建立制冷空调机组，将传统的电磁涡轮膨胀机及透平离心式压缩机组，吸收式制冷机组，换热器，空调送风系统及空调室四大部分构成制冷空调机组；

电磁悬浮涡轮膨胀机及透平离心式压缩机组是在传统的涡轮膨胀机及透平离心式压缩机机组基础上采用电磁悬浮支承、变频驱动技术进行改造，而得到的新的机组；其中电磁悬浮涡轮膨胀机、变频电机、透平离心式压缩机为一体共轴结构；

空调机组的制冷与换热过程

1)空气膨胀制冷与换热

电磁悬浮涡轮膨胀机直接吸入空气，进行绝热等熵膨胀制冷，第一个制冷过程；低温冷空气经空气换热器进行换热，即第一个换热过程；换热之后的冷空气经透平离心式压缩机对其压缩做功，使其温度剧升，变为高温空气，产热过程；

2)吸收式制冷与换热

压缩机排气口与吸收式制冷机组的发生器相接。压缩机作为热源，向吸收式制冷机组源源不断提供高温空气。高温空气流经发生器排放到大气；同时加热发生器中的制冷工质对，使其解析出冷剂蒸汽，冷剂蒸汽在冷凝器中被凝结成液体，然后经节流阀降压，进入蒸发气吸热蒸发，产生制冷效应，即第二个制冷过程。蒸发产生的冷剂蒸汽进入吸收器，被来自发生器的制冷工对吸收，在由溶液泵加压送入发生器。同时该系统输出低温冷媒水到冷媒热交换器进行热交换，即第二个换热过程；经过热交换的冷媒水又被送回吸收式制冷系统，重新参与制冷；

吸收式制冷机组为相对独立一个子系统，该子系统无需燃烧机，其制冷时所需热源来自透平离心式压缩机的高温气体，并用之来加热发生器内的制冷工质对，使其解析出冷剂蒸汽，冷剂蒸汽在冷凝器中被凝结成液体，然后经节流阀降压，进入蒸发气吸热蒸发，产生制冷效应；蒸发产生的冷剂蒸汽进入吸收器，被来自发生器的制冷工对吸收，再由溶液泵加压送入发生器，根据需要，吸收式制冷机组可以设计为双效或者三效机组；

换热器是相对独立的一个子系统，包括一个空气换热器、一个冷媒换热器和风机，空气换热器、冷媒换热器之间是两个相互独立换热系统，并行比邻设计，热力系数独立；风机安装在换热器的通风平面内，并垂直于冷媒的流动方向；

空调送风系统将经过空气换热器和冷媒换热器的冷风送入空调室进行室内空气温度调节；

其制冷效率按以下公式估算：

ε＝ε₁+η·(1+ε₁)·ε₂

式中：

ε为总制冷效率

ε₁为空气膨胀制冷的制冷效率

ε₂为吸收式制冷的制冷效率

η为膨胀机系统的机械效率

参见图1，图1是依本发明的方法所制备的开式电磁悬浮空气膨胀吸收式制冷空调机组原理图。主要包括：电磁悬浮涡轮膨胀机及透平离心式压缩机组a；吸收式制冷机组b；换热器c；空调送风系统及空调室d四大部分。

图中电磁悬浮涡轮膨胀机及透平离心式压缩机组构成：电磁悬浮涡轮膨胀机及透平离心式压缩机组由电磁悬浮涡轮膨胀机1、变频电机包括定子3和转子4、透平离心式压缩机10组成，并且为共轴设计。即电磁悬浮涡轮膨胀机1、变频电机4、透平离心式压缩机10共用一个外壳，但是三者又有相对独立的分体外壳。三者依次排开，电磁悬浮涡轮膨胀机1和透平离心式压缩机10位居两端，变频电机在中间的布局模式；电磁悬浮涡轮膨胀机1的叶轮、变频电机转子4、推力盘6、透平离心式压缩机10的叶轮顺序安装在一根主轴9上，并称这个组合体为主轴转子；主轴转子支撑在两个径向电磁轴承2和8上，电磁悬浮涡轮膨胀机1和透平离心式压缩机10所产生的轴向负荷由轴向推力电磁轴承5和7承担；变频电机包括定子3和转子4向透平离心式压缩机10提供无级变速可调的驱动动力。电磁悬浮涡轮膨胀机1在膨胀制冷时，亦对透平离心式压缩机系统做功。所做的功通过主轴转子传递给透平离心式压缩机10。径向电磁轴承2、变频电机定子3、和轴向推力电磁轴承5、7与机组中筒壳体内依次安装。这个子系统的工作原理是以绝热等熵膨胀过程来获取冷量，以等温压缩过程产生热量。工作时，电磁悬浮涡轮膨胀机1吸入常压、常温空气(如28℃-35℃)，经电磁悬浮涡轮膨胀机1绝热等熵膨胀输出为低压、低温空气(如-55~-65℃)；经空气热交换器22进行热交换；经过热交换的低压、低温空气(如12℃)由透平离心式压缩机10将其还原为常压高温空气(如150℃-250℃)。

图中吸收式制冷机组构成：本部分由溶液泵11、发生器12、吸收器13、溶液节流阀14、蒸发器15、冷凝器16组成。工作时，来自透平离心式压缩机的高温空气流经发生器12排放到大气。高温空气经过发生器时，加热其中的制冷工质对，使其解析出冷剂蒸汽，冷剂蒸汽在冷凝器16中被凝结成液体，然后经节流阀17降压，进入蒸发器15吸热蒸发，产生制冷效应。蒸发产生的冷剂蒸汽进入吸收器13，被来自发生器的制冷工对吸收，再由溶液泵11加压送入发生器12。如此循环不息制取冷量。输出吸收式制冷的低温冷媒水(5℃)至冷媒水热交换器21进行热交换，经过热交换的冷媒水(12℃)又被送回吸收式制冷系统(b)，重新参与制冷。

图中换热器由空气换热器22、冷媒换热器21、风机19和汇风与分风机构20组成。空气换热器22和冷媒换热器21是两个功能独立的并行换热器。工作时，来自电磁悬浮涡轮膨胀机1的低温冷空气(-55℃~-65℃)，经空气换热器22进行换热，换热后的空气(12℃)被透平离心式压缩机压缩送往吸收式制冷机组的发生器12，并排放。同时来自吸收式制冷机组的冷媒水(5-7℃)，经冷媒换热器21进行热交换，换热后冷媒水(12℃)被送回吸收式制冷机组。风机19将经过热交换的冷风(14-16℃)通过送风系统送往空调室进行室内温度调节，经过温度调节的室内空气以小部分通过室内空气排泄口18外泄，而大部分的回风(28-35℃)经回风管路至汇风与分风机构20，与新风补给系统23与补给的新风汇合，然后经分风机构分配到空气换热器和冷媒换热器。至此，完成空调送风循环。重复此循环即可实现空气调节功能。图中制冷空气的流动路线以黑色实线箭头表示；冷媒水的行进路线以黑色双实线箭头表示；送风系统的循环路线以黑色双虚线箭头表示。

该电磁悬浮空气膨胀吸收式制冷空调机组的工作过程是：两个制冷过程、一个加热过程和两种不同形式的空调冷风换热过程。以开式系统为例来说明其工作原理：以空气为制冷工质(并不需要对空气进行特殊处理)。工作时，电磁悬浮轴承将转子悬浮起来，在变频电机拖动下，使转子升速。电磁悬浮涡轮膨胀机吸入常压、常温空气，经电磁悬浮涡轮膨胀机的绝热等熵膨胀输出为低压、低温空气(第一个制冷过程)；经空气换热器进行热交换(第一个冷风换热过程)；经过热交换的低压、低温空气由透平离心式压缩机将其还原为常压高温空气(温度可达150-250℃)(产热过程)。透平离心式压缩机排气口与吸收式制冷机组的发生器相接。透平离心式压缩机作为热源，向吸收式制冷机组源源不断提供高温空气。高温空气流经发生器排放到大气；同时加热发生器中的制冷工质对，使其解析出冷剂蒸汽，冷剂蒸汽在冷凝器中被凝结成液体，然后经节流阀降压，进入蒸发气吸热蒸发，产生制冷效应(第二个制冷过程)。蒸发产生的冷剂蒸汽进入吸收器，被来自发生器的制冷工对吸收，在由溶液泵加压送入发生器。如此循环不息制取冷量。同时低温冷媒水经蒸发器到冷媒热交换器进行热交换(第二个冷风换热过程)，经过热交换的冷媒水又被送回蒸发器，重新参与制冷。空调送风循环系统将经过热交换器将换热后的冷空气(14℃-16℃)送入空调室，并进行室内气温调节。此时，一部分冷风在空调室被排泄掉了，一部分冷风经回风管回到汇风口，与补进新风一起重新回到换热器进行新一轮热交换，这时回风温度大约(28℃-35℃)。至此，制冷空调机组完成了一个完整的制冷循环。不断重复此循环，即实现制冷与空调。

闭式系统与开式系统的区别是，高温空气经过发生器后，不是排向大气，而是直接送入电磁悬浮涡轮膨胀机的入口，进行下一个循环的制冷。类似灌装氟里昂机组一样，这里灌装的是空气。另外，管内的压力也会由开式膨胀压缩系统中的负压变成为闭式膨胀压缩系统中的正压。其他环节原理均一样。

图2给出的是本发明的闭式空气膨胀吸收式制冷空调机组原理图。其工作原理与图1基本一致。不同之处在于：i.发生器12的排气口与电磁悬浮涡轮膨胀机1的进气口相连，即经发生器的排除的空气直接进入电磁悬浮涡轮膨胀机，进行下一个膨胀制冷循环的工作。ii.空气膨胀及压缩的过程中，管内压力不同。开式膨胀管内为负压，而闭式膨胀管内为正压。

图3是本发明的电磁悬浮涡轮膨胀机和透平离心式压缩机结构示意图。给出了电磁悬浮涡轮膨胀机及透平离心式压缩机组基本结构构成。图中有电磁悬浮涡轮膨胀机、变频电机、透平离心式压缩机等主要结构布局。其中有：电磁悬浮涡轮膨胀机蜗壳34、电磁悬浮涡轮膨胀机1的叶轮24、电磁悬浮涡轮膨胀机扩压器25、电磁悬浮涡轮膨胀机轴向密封26、辅助轴承27、中筒机壳及底座28、轴向推力电磁轴承5、7、变频电机(包括定子3、转子4)、透平离心式压缩机轴向密封30、透平离心式压缩机10的叶轮31、透平离心式压缩机蜗壳32、透平离心式压缩机扩压器33、径向电磁轴承2、8、推力盘6、主轴9。电磁悬浮涡轮膨胀机、变频电机、透平离心式压缩机为共轴设计。电磁悬浮涡轮膨胀机、变频电机、透平离心式压缩机共用一个外壳，但是三者又有相对独立的分体外壳。三者依次排开，电磁悬浮涡轮膨胀机、透平离心式透平离心式压缩机据两端，变频电机居中间，且三者之间分别以膨胀机轴向密封26和压缩机轴向密封30隔离。电磁悬浮涡轮膨胀机的叶轮24、变频电机转子4、推力盘6和透平离心式压缩机叶轮31为依次顺序安装在同一根主轴9上，并称之这个组合体为主轴转子。径向电磁轴承2、8为主轴转子提供径向支承，承担径向静、动载荷。轴向推力电磁轴承5、7承担轴向静、动载荷。变频电机向透平离心式压缩机提供无级变速可调的驱动动力。径向电磁轴承2、变频电机定子、和轴向推力电磁轴承5、7和径向电磁轴承8在中筒外壳5内依次安装。

图4是本发明的吸收式制冷原理图。

参见图4，吸收式制冷机组无需燃烧机，而是利用来自透平离心式压缩机的高温空气作为热源，来加热发生器中的制冷工质对的。图中高温空气由发生器入口35进入发生器12，经发生器排口36返回大气。在发生器12中的制冷工质对被加热高温空气加热，解析出冷剂蒸气，冷剂蒸汽在冷凝器16中被冷却凝结成液体，然后经节流阀17降压，进入蒸发器15吸热蒸发，产生制冷效应。蒸发产生的冷剂蒸汽进入吸收器13，被经过溶液节流阀14来自发生器12的工质对吸收，再由溶液泵11加压送入发生器12。如此循环不断制取冷量。从冷却塔来的冷却用水，由冷却水入口37进入，流经吸收器13和冷凝器16内的换热管，将吸收式制冷系统低发热量，经冷却水出口40带进冷却塔。来自冷媒水换热器21的冷媒水经冷媒水入口38进入蒸发器15，经过换热管由冷媒水出口39送回冷媒水换热器21进行新一轮换热。

图5是本发明的热交换器结构示意图。包括空气换热器22、冷媒换热器21、汇风与分风机构20和风机19组成。空气换热器22和冷媒换热器21并行比邻设置。风机19和汇风与分风机构20分别与空气换热器22、冷媒换热器21在空调送风平面前后紧密连接。工作时，来自电磁悬浮涡轮膨胀机出口的低温空气，经空气换热器入口43进入空气换热器进行热交换，换热后经空气换热器出口44并流经透平离心式压缩机10，经发生器12排向大气；与此同时，来自吸收式制冷机组蒸发器15冷媒水，经冷媒换热器入口45进入冷媒换热器进行热交换，换热后经冷媒换热器出口46流回吸收式制冷机组的蒸发器15。空调室回风41、与补进的新风42在汇风口汇合，经分风口47分向空气换热器22、冷媒换热器21，在风机19的作用下，穿过空气换热器22、冷媒换热器21，流向空调室空调冷风循环方向48。

具体实例1：空气膨胀的制冷效率为0.7；吸收是制冷的效率(以国产双效溴化锂机组的制冷率为参考)为1.31；电磁悬浮涡轮膨胀机系统的机械效率为0.98；那么，按本发明的技术方案所制备的电磁悬浮空气膨胀吸收式制冷空调机组的制冷效率为2.89。

具体实例2：空气膨胀的制冷效率为0.7；吸收是制冷的效率(以国外三效溴化锂机组的制冷率为参考)为1.7；电磁悬浮涡轮膨胀机系统的机械效率为0.98；那么，按本发明的技术方案所制备的电磁悬浮空气膨胀吸收式制冷空调机组的制冷效率为3.54。

Claims (7)

1.一种电磁悬浮空气膨胀吸收式制冷方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：建立制冷空调机组

制冷空调机组由电磁悬浮涡轮膨胀机及透平离心式压缩机组，吸收式制冷机组，换热器，空调送风系统及空调室四大部分构成；

电磁悬浮涡轮膨胀机及透平离心式压缩机组是在传统的涡轮膨胀机及透平离心式压缩机机组基础上采用电磁悬浮支承、变频驱动技术进行改造，而得到的新的机组；其中电磁悬浮涡轮膨胀机、变频电机、透平离心式压缩机为一体共轴结构；

第二步：空调机组的制冷与换热过程

1)空气膨胀制冷与换热

空调机组的电磁悬浮涡轮膨胀机直接吸入空气，进行绝热等熵膨胀制冷，产生第一个制冷过程；低温冷空气经空气换热器进行第一个换热过程；换热之后的冷空气经透平离心式压缩机对其压缩做功，使其温度剧升，变为高温空气，即加热过程；

2)吸收式制冷与换热

透平离心式压缩机的排气口与吸收式制冷机组的发生器相接；透平离心式压缩机作为热源，向吸收式制冷机组源源不断提供高温空气，高温空气流经发生器排放到大气；同时加热发生器中的制冷工质对，使其解析出冷剂蒸汽，冷剂蒸汽在冷凝器中被凝结成液体，然后经节流阀降压，进入蒸发器吸热蒸发，产生制冷效应，即第二个制冷过程；蒸发产生的冷剂蒸汽进入吸收器，被来自发生器的制冷工质对吸收，再由溶液泵加压送入发生器；同时该系统输出低温冷媒水到冷媒热交换器进行热交换，即第二个换热过程；经过热交换的冷媒水又被送回吸收式制冷系统，重新参与制冷；

吸收式制冷机组为相对独立的一个子系统，该子系统无需燃烧机，其制冷时所需热源来自透平离心式压缩机的高温气体，并用之来加热发生器内的制冷工质对，使其解析出冷剂蒸汽，冷剂蒸汽在冷凝器中被凝结成液体，然后经节流阀降压，进入蒸发器吸热蒸发，产生制冷效应；蒸发产生的冷剂蒸汽进入吸收器，被来自发生器的制冷工质对吸收，再由溶液泵加压送入发生器，根据需要，吸收式制冷机组可以设计为双效或者三效机组；

换热器是相对独立的一个子系统，包括一个空气换热器、一个冷媒换热器和风机，空气换热器、冷媒换热器之间是两个相互独立换热系统，并行比邻设计，热力系数独立，风机安装在换热器的通风平面内，并垂直于冷媒的流动方向；

空调送风系统将经过空气换热器和冷媒换热器的冷风送入空调室进行室内空气温度调节；

其制冷效率按以下公式估算：

ε＝ε₁+η(1+ε₁)·ε₂

式中：

ε为总制冷效率

ε₁为空气膨胀制冷的制冷效率

ε₂为吸收式制冷的制冷效率

η为膨胀机系统的机械效率。

2.一种实现权利要求1所述的电磁悬浮空气膨胀吸收式制冷方法的制冷空调机组，其特征在于：包括：电磁悬浮涡轮膨胀机及透平离心式压缩机组(a)；吸收式制冷机组(b)；换热器(c)；空调送风系统及空调室(d)四大部分；

电磁悬浮涡轮膨胀机及透平离心式压缩机组(a)：

由电磁悬浮涡轮膨胀机(1)、变频电机包括定子(3)和转子(4)、透平离心式压缩机(10)组成，并且为共轴设计，共用一个外壳，但是三者又有相对独立的分壳体；电磁悬浮涡轮膨胀机(1)有蜗壳；变频电机的定子(3)安装在中筒壳体之内，透平离心式压缩机(10)有蜗壳，在电磁悬浮涡轮膨胀机(1)与变频电机之间、变频电机与透平离心式压缩机(10)之间均有密封隔离；三者一线排开，电磁悬浮涡轮膨胀机(1)和透平离心式压缩机(10)位居两端，变频电机在中间的布局模式；电磁悬浮涡轮膨胀机(1)的叶轮、变频电机转子(4)、推力盘(6)、透平离心式压缩机(10)的叶轮顺序安装在一根主轴(9)上，并称这个组合体为主轴转子；主轴转子支撑在两个径向电磁轴承(2、8)上，电磁悬浮涡轮膨胀机(1)和透平离心式压缩机(10)所产生的轴向负荷由两个轴向推力电磁轴承(5、7)承担；电磁悬浮涡轮膨胀机(1)在膨胀制冷时，亦对透平离心式压缩机(10)系统做功，所做的功通过主轴转子传递给透平离心式压缩机(10)；变频电机向透平离心式压缩机(10)提供无级变速可调的驱动动力；径向电磁轴承(2)、变频电机定子(3)、两个轴向推力电磁轴承(5、7)与径向电磁轴承(8)依次安装在中筒壳体中；

吸收式制冷机组(b)：

吸收式制冷机组(b)为相对独立的一个子系统，该子系统无需燃烧机，由溶液泵(11)、发生器(12)、吸收器(13)、溶液节流阀(14)、蒸发器(15)、冷凝器(16)组成；

所述吸收式制冷机组(b)中的发生器(12)、溶液泵(11)、吸收器(13)、溶液节流阀(14)依次相连，所述发生器(12)、蒸发器(15)、溶液节流阀(14)、冷凝器(16)、吸收器(13)依次相连；

工作时，来自透平离心式压缩机的高温空气流经发生器(12)排放到大气；高温空气经过发生器(12)时，加热其中的制冷工质对，使其解析出冷剂蒸汽，冷剂蒸汽在冷凝器(16)中被凝结成液体，然后经节流阀(17)降压，进入蒸发器(15)吸热蒸发，产生制冷效应；蒸发产生的冷剂蒸汽进入吸收器(13)，被来自发生器(12)的制冷工质对吸收，再由溶液泵(11)加压送入发生器(12)，如此循环不息制取冷量；其冷媒水循环系统由吸收器(13)、冷凝器(16)、冷媒换热器(21)组成；冷媒经冷凝器(16)排出吸收式制冷系统，进入与其相连的冷媒换热器(21)，经换热器进行热交换之后，排出换热器，流往吸收器，并经由吸收器(13)回到冷凝器(16)；

换热器(c)：

换热器(c)是相对独立的一个子系统，包括一个空气换热器(22)、一个冷媒换热器(21)和风机(19)，空气换热器(22)、冷媒换热器(21)之间是相互独立的两个换热系统，并行比邻设计，热力系数独立，风机(19)安装在换热器的通风平面内，并垂直于冷媒的流动方向；

空调送风系统及空调室(d)：

空调送风系统及空调室(d)将经过换热器(c)中的空气换热器(22)和冷媒换热器(21)的冷风送入空调室进行室内空气温度调节。

3.根据权利要求2所述的电磁悬浮空气膨胀吸收式制冷空调机组，其特征在于：所述电磁悬浮涡轮膨胀机(1)有一个进气口和一个排气口，均被设计在蜗壳上；进、排气口的安排为：径向进气，轴向排气；

所述透平离心式压缩机(10)有一个进气口和一个排气口，均被设计在其蜗壳上；进、排气口的安排为：轴向进气，径向排气。

4.根据权利要求2所述的电磁悬浮空气膨胀吸收式制冷空调机组，其特征在于：所述吸收式制冷机组(b)为相对独立一个子系统，根据需要吸收式制冷机组(b)可以设计为双效或者三效机组。

5.根据权利要求2所述的电磁悬浮空气膨胀吸收式制冷空调机组，其特征在于：所述冷媒换热器(21)的冷媒进、出口布置在其两侧，即冷媒从冷媒换热器(21)的一侧进入冷媒换热器(21)进行热交换，换热之后从另一侧排出。

6.根据权利要求2所述的电磁悬浮空气膨胀吸收式制冷空调机组，其特征在于：所述电磁悬浮涡轮膨胀机(1)的排气口与空气换热器(22)的进气口相连，空气换热器(22)的排气口与透平离心式压缩机(1)的进气口相连，透平离心式压缩机(1)的排气出口与发生器(12)的进气口相连。

7.根据权利要求2所述的电磁悬浮空气膨胀吸收式制冷空调机组，其特征在于：所述的径向电磁轴承(2、8)和轴向推力电磁轴承(5、7)均为电磁悬浮轴承。

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