CN117847830B - 一种高效低成本的低温位热能驱动冷水机组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高效低成本的低温位热能驱动冷水机组，包括发生器、四通换向阀、组合冷凝器、蒸发器、工质泵和由两个热力压缩机组成的组合式热力压缩机，所述热力压缩机具有呈“T”形的缸体，缸体内部均通过“T”形的活塞从左到右依次分隔成膨胀室、缓冲室和压缩室，热力压缩机利用制冷剂介质的低沸点特性，使其在低温位热能的温度下产生高压蒸气，蒸气膨胀做功为动力驱动热力压缩机工作，将蒸发器吸热制冷后的低温低压制冷剂气体进行吸收并压缩，压缩升压冷凝为液体，节流后提供到蒸发器内继续吸热，制冷形成制冷循环，达到制取冷水的目的，结构简单、运行高效并且适合于低温位热能的驱动。
Description
技术领域
本发明涉及冷水机组的技术领域，尤其涉及一种高效低成本的低温位热能驱动冷水机组。
背景技术
随着我国工业化进程的发展，社会电力需求和工业废余热也大幅度增加，造成加量发电过程中的燃煤及废热排放对环境的双污染日益加大，这与我们的双碳目标严重违背。而在夏天人们的制冷需求又要消耗大量的电力，因此，利用这些废热制取冷水再实现制冷目的同时，还缓解了社会用电压力，减小了环境污染，这在当前双碳目标形势下具有十分重要的意义。
目前，用热能驱动实现制冷的方式在世界范围内，应用较普遍的是溴化锂吸收式制冷机组。利用溴化锂溶液较强吸收水蒸气的特性，以水为制冷剂，溴化锂溶液为吸收剂，以热能为驱动能源，分为蒸汽型、热水型及直燃型，国际上应用广泛，溴冷机的热力系数普遍较低，蒸汽双效机组一般在1.1~1.3之间，热水型单效机组也仅为0.6 ~0.7 ，这就表明了溴冷机的应用应该具有合适的热源，特别是热能作为附产品，或者是有废热、余热等低势能热源的场所。另外，溴冷机的制造成本高，制冷系统的初投资大，也是制约发展的主要因素，还具有使用管理复杂及盐溶液的腐蚀问题，更加表明了传统的溴冷机空调产品和技术结构已经遇到了发展瓶颈。
研究一种高效低成本的热能驱动制冷机组，使其可以适配广泛的低品位热源，不仅可以应用于废热，余热的场所，还可以应用于诸如太阳能、地热能、生物质能等清洁能源的热源场景，以其低成本的优势得别普及发展，已是当今形势下的当务之急。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供一种高效低成本的低温位热能驱动冷水机组。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高效低成本的低温位热能驱动冷水机组，包括发生器、四通换向阀、组合冷凝器、蒸发器和工质泵，组合冷凝器包括制冷介质冷凝器和动力介质冷凝器，还包括由两个热力压缩机组成的组合式热力压缩机，热力压缩机具有呈“T”形的缸体，缸体内部均通过“T”形的活塞从左到右依次分隔成膨胀室、缓冲室和压缩室；
四通换向阀其中两个端口分别通过第一连接管接通发生器的排液口，通过第二连接管接通动力介质冷凝器的进液口，动力介质冷凝器的排液口通过第三连接管接通发生器的进液口形成动力介质循环回路，工质泵设于第三连接管上；
四通换向阀的另外两个端口分别通过两根第一导管接通两个膨胀室，两个缓冲室之间通过第二导管接通；
每个压缩室均具有进口和出口，两个出口通过第三导管接通制冷介质冷凝器的进气端，两个出口通过第四导管接通制冷介质冷凝器的排气端形成制冷介质循环回路，且进口和出口上均设有单向阀，蒸发器设于第四导管上。
优选的，发生器中具有热水加热盘管。
优选的，制冷介质冷凝器内具有第一冷凝盘管，动力介质冷凝器内具有第二冷凝盘管，第一冷凝盘管和第二冷凝盘管并联连接工作时的冷却水。
优选的，蒸发器中具有冷冻水盘管。
优选的，还包括用于控制四通换向阀通路的控制器。
优选的，动力介质循环回路中使用的是制冷剂介质。
优选的，第四导管位于蒸发器到制冷介质冷凝器之间的部位还设有节流阀。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开的热力压缩机利用制冷剂介质的低沸点特性，使其在低温位热能的温度下产生高压蒸气，蒸气膨胀做功为动力驱动热力压缩机工作，将蒸发器吸热制冷后的低温低压制冷剂气体进行吸收并压缩，压缩升压冷凝为液体，节流后提供到蒸发器内继续吸热，制冷形成制冷循环，达到制取冷水的目的，结构简单、运行高效并且适合于低温位热能的驱动。
附图说明
图1是本发明的工作原理示意图；
图2是本发明的热力压缩机的结构示意图。
附图标识：1、发生器，11、热水加热盘管，2、四通换向阀，3、组合冷凝器，31、制冷介质冷凝器，32、动力介质冷凝器，4、蒸发器，41、冷冻水盘管，5、工质泵，6、热力压缩机，61、缸体，62、活塞，63、膨胀室，64、缓冲室，65、压缩室，66、第一导管，67、第二导管，68、第三导管，69、第四导管，691、节流阀，7、第一连接管，8、第二连接管，9、第三连接管。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1-2所示的一种高效低成本的低温位热能驱动冷水机组，包括发生器1、四通换向阀2、组合冷凝器3、蒸发器4和工质泵5，组合冷凝器3包括制冷介质冷凝器31和动力介质冷凝器32，还包括由两个热力压缩机6组成的组合式热力压缩机，热力压缩机6具有呈“T”形的缸体61，缸体61内部均通过“T”形的活塞62从左到右依次分隔成膨胀室63、缓冲室64和压缩室65；四通换向阀2其中两个端口分别通过第一连接管7接通发生器1的排液口，通过第二连接管8接通动力介质冷凝器32的进液口，动力介质冷凝器32的排液口通过第三连接管9接通发生器1的进液口形成动力介质循环回路，工质泵5设于第三连接管9上；四通换向阀2的另外两个端口分别通过两根第一导管66接通两个膨胀室63，两个缓冲室64之间通过第二导管67接通；每个压缩室65均具有进口和出口，两个出口通过第三导管68接通制冷介质冷凝器31的进气端，两个出口通过第四导管69接通制冷介质冷凝器31的排气端形成制冷介质循环回路，且进口和出口上均设有单向阀，蒸发器4设于第四导管69上，其中，第四导管69位于蒸发器4到制冷介质冷凝器31之间的部位还设有节流阀691。
具体实施时过程如下：
第一阶段：发生器1的热水加热盘管11里流通热源水，工质泵5将动力介质冷凝器32中的制冷剂液体加压输送到发生器1内，制冷剂定压加热形成高温高压蒸汽持续通过四通换向阀2由第一导管66导入第一个热力压缩机6的膨胀室23中，气体在膨胀室23内增压，进而推动活塞62右移，在此过程中缓冲室64通过第二导管67导入第二个热力压缩机6的缓冲室64内的气体，使得第一个热力压缩机6的活塞62移动时的阻力减小，推动活塞62右移的过程中压缩室65中的气体被压缩，压缩升压后的气体经第三导管68进入制冷介质冷凝器31经过冷路后，高压液体经节流阀691节流后形成低温低压制冷剂液体进入蒸发器4蒸发吸收冷冻水盘管41中水的热量，达到制取低温冷水的目的，低温低压液体通过第四导管69回流到第二个热力压缩机6中，在第二个热力压缩机6的缸体61中，当第四导管69向压缩室65注入低温低压液体时，活塞62左移，此时缓冲室64中的气体通过第二导管67进入第一个热力压缩机6的缓冲室64，第二个热力压缩机6的压缩室65内容积增大，压力减小，通过第四导管69吸入蒸发器4中的低温低成本，使蒸发器4的工作状态得以连续。第二个热力压缩机6的活塞62左移将膨胀室63中的气体通过相应的第一导管66注入四通换向阀2中，并通过第二连接管8等压输送到动力介质冷凝器32中，冷凝后液体通过第三连接管9由工质泵7加压后供给发生器1形成动力介质循环回路，使发生器1的工作状态得以连续。
第二阶段：发生器1的热水加热盘管11里继续流通热源水，工质泵5再次将动力介质冷凝器32中的制冷剂液体加压输送到发生器1内，制冷剂定压加热形成高温高压蒸汽持续通过四通换向阀2由第一导管66导入第二个热力压缩机6的膨胀室23中，气体在膨胀室23内增压，进而推动活塞62右移，在此过程中缓冲室64通过第二导管67导入第一个热力压缩机6的缓冲室64内的气体，使得第二个热力压缩机6的活塞62移动时的阻力减小，推动活塞62右移的过程中压缩室65中的气体被压缩，压缩升压后的气体经第三导管68进入制冷介质冷凝器31经过冷路后，高压液体经节流阀691节流后形成低温低压制冷剂液体进入蒸发器4蒸发吸收冷冻水盘管41中水的热量，达到制取低温冷水的目的，低温低压液体通过第四导管69回流到第一个热力压缩机6中，在第一个热力压缩机6的缸体61中， 当第四导管69向压缩室65注入低温低压液体时，活塞62左移，此时缓冲室64中的气体通过第二导管67进入第二个热力压缩机6的缓冲室64，第一个热力压缩机6中压缩室65内容积增大，压力减小，通过第四导管69吸入蒸发器4中的低温低成本，使蒸发器4的工作状态得以连续。第一个热力压缩机6的活塞62左移将膨胀室63中的气体通过相应的第一导管66注入四通换向阀2中，并通过第二连接管8等压输送到动力介质冷凝器32中，冷凝后液体通过第三连接管9由工质泵7加压后供给发生器1形成动力介质循环回路，使发生器1的工作状态得以连续。
第一阶段和第二阶段交替实施，两个热力压缩机6之间形成制冷介质循环回路。
上述发生器1中具有热水加热盘管11，制冷介质冷凝器31内具有第一冷凝盘管311，动力介质冷凝器32内具有第二冷凝盘管321，第一冷凝盘管311和第二冷凝盘管321并联连接工作时的冷却水，蒸发器4中具有冷冻水盘管41。
作为上述实施例的优选方案，还包括用于控制四通换向阀2通路的控制器。
作为上述实施例的优选方案，动力介质循环回路中使用的是制冷剂介质。
综上所述，动力介质循环回路的制冷剂介质在发生器1中获得热水热能，内能增加形成高压热蒸汽，在组合式热力压缩机的膨胀室63内膨胀做功传递给压缩室65，在压缩室65内完成蒸发器4中的低温低压制冷剂、气体的抽吸并压缩，冷路节流后再送入蒸发器4，形成制冷介质循环回路，在蒸发器4中输出连续的低温冷水。机组运行中内能直接连接传递，提高了热效率使机组的热力系数增加，机组结构简单成本造价降低，热力压缩机6的压力特性使该机组可以适应低品位热源的应用。
当然，本发明还可有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种高效低成本的低温位热能驱动冷水机组，包括发生器（1）、四通换向阀（2）、组合冷凝器（3）、蒸发器（4）和工质泵（5），组合冷凝器（3）包括制冷介质冷凝器（31）和动力介质冷凝器（32），其特征在于，还包括由两个热力压缩机（6）组成的组合式热力压缩机，所述热力压缩机（6）具有呈“T”形的缸体（61），缸体（61）内部均通过“T”形的活塞（62）从左到右依次分隔成膨胀室（63）、缓冲室（64）和压缩室（65）；
所述四通换向阀（2）其中两个端口分别通过第一连接管（7）接通发生器（1）的排液口，通过第二连接管（8）接通动力介质冷凝器（32）的进液口，所述动力介质冷凝器（32）的排液口通过第三连接管（9）接通发生器（1）的进液口形成动力介质循环回路，且动力介质循环回路中使用的是制冷剂介质，所述工质泵（5）设于第三连接管（9）上；
所述四通换向阀（2）的另外两个端口分别通过两根第一导管（66）接通两个所述膨胀室（63），两个所述缓冲室（64）之间通过第二导管（67）接通；
每个所述压缩室（65）均具有进口和出口，两个所述出口通过第三导管（68）接通制冷介质冷凝器（31）的进气端，两个所述出口通过第四导管（69）接通制冷介质冷凝器（31）的排气端形成制冷介质循环回路，且进口和出口上均设有单向阀，所述蒸发器（4）设于第四导管（69）上，所述第四导管（69）位于蒸发器（4）到制冷介质冷凝器（31）之间的部位还设有节流阀（691）。
2.根据权利要求1所述的高效低成本的低温位热能驱动冷水机组，其特征在于，所述发生器（1）中具有热水加热盘管（11）。
3.根据权利要求2所述的高效低成本的低温位热能驱动冷水机组，其特征在于，制冷介质冷凝器（31）内具有第一冷凝盘管（311），所述动力介质冷凝器（32）内具有第二冷凝盘管（321），所述第一冷凝盘管（311）和第二冷凝盘管（321）并联连接工作时的冷却水。
4.根据权利要求3所述的高效低成本的低温位热能驱动冷水机组，其特征在于，所述蒸发器（4）中具有冷冻水盘管（41）。
5.根据权利要求1-4任一项所述的高效低成本的低温位热能驱动冷水机组，其特征在于，还包括用于控制所述四通换向阀（2）通路的控制器。
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