CN201972747U - 一种用于制冷机热能回收利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于制冷机热能回收利用系统，它至少包括换能装置及换热装置，所述换热装置具有两对介质进、出口，所述换能装置具有一对介质进、出口，所述换热装置的其中一对介质进、出口用于与制冷机冷凝器的介质进、出口对应连接，从而用于与制冷机管路共同构成第一循环回路，所述换热装置的另一对介质进、出口与所述换能装置的介质进、出口连接构成第二循环回路；所述第一循环回路中制冷剂在所述换热装置内与第二循环回路中的低沸点介质进行热能交换，低沸点介质在第二循环回路中实现吸收制冷剂冷凝热－对外做功－还原液态的能量转换过程，并使该过程循环往复。本实用新型能够提高电的使用效率、降低制冷机的能耗、提高热能回收利用率、减少制冷机所用冷却水量、降低冷却水循环水泵功率且环保。

Description

一种用于制冷机热能回收利用系统

技术领域

本实用新型属于热能回收利用系统，特别涉及一种用于制冷机热能回收利用系统。

背景技术

制冷技术是于19世纪中叶开始发展起来的，随着社会生产和人们生活的需要，该技术已被日益广泛地应用于社会各个领域。

制冷技术在空调设备中的应用比较广泛。众所周知，所有的空调系统都需要冷源，在制冷与空气调节技术中，相变制冷即压缩式（蒸汽）制冷占绝大多数。根据蒸汽压缩制冷循环理论，一个典型的制冷系统，如图1所示，它是由压缩机1、冷凝器2、膨胀阀3和蒸发器4等四大设备组成，这些设备之间用管道依次连接形成一个封闭的系统，它的工作过程如下：压缩机1将蒸发器4内所产生的低温低压制冷剂蒸汽吸入，经压缩机1压缩后使制冷剂蒸汽的温度压力升高，然后将高温高压制冷剂蒸汽排入冷凝器2，在冷凝器2内，高温高压的制冷剂蒸汽与温度较低的冷却工质（通常是水或者空气）进行热能能量交换，高温高压制冷剂蒸汽放出热能后发生相变，冷凝为液体，高压的制冷剂液体经膨胀阀3节流降压降温后进入蒸发器4，在蒸发器4内，低温低压制冷剂液体吸收被制冷物体的热量而气化，蒸发器4中所产生的制冷剂蒸汽又被压缩机吸走，而完成一个制冷循环。

在上述压缩式制冷系统的工作过程中，压缩机吸入的低温低压制冷剂气体经压缩做功后形成高温高压制冷剂气体，高温高压制冷剂气体在冷凝器中的定压冷却冷凝过程，就是将从被冷却物体中夺取的热量连同压缩机所消耗的功（包括压缩机电动机中的大部分热量）转化成的热量一起，全部由冷却工质（在大、中型制冷系统中通常使用水作为冷却工质）带走，以保证制冷剂气体在与冷却工质发生热交换后发生相变冷凝为液体，使制冷过程不断循环，而冷却工质所吸收的热量往往是通过冷却塔直接向大气环境中排放，这样，不仅造成了能量的极大浪费，而且也导致了环境的污染，同时，冷却塔在工作过程中也会产生较大的噪音。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够提高电的使用效率、降低制冷机的能耗、提高热能回收利用率、减少制冷机所用冷却水量、降低冷却水循环水泵功率且环保的用于制冷机热能回收利用系统。

本实用新型的上述目的通过如下的技术方案来实现：一种用于制冷机热能回收利用系统，其特征在于它至少包括换能装置及换热装置，所述换热装置具有两对介质进、出口，所述换能装置具有一对介质进、出口，所述换热装置的其中一对介质进、出口用于与制冷机冷凝器的介质进、出口对应连接，从而用于与制冷机管路共同构成第一循环回路，所述换热装置的另一对介质进、出口与所述换能装置的介质进、出口连接构成第二循环回路；所述第一循环回路中的制冷剂在所述换热装置内与第二循环回路中的低沸点介质进行热能交换，低沸点介质在第二循环回路中实现吸收制冷剂冷凝热－对外做功－还原液态的能量转换过程，并使该过程循环往复。

本实用新型在使用时，关闭制冷机中的冷凝器，使得高温高压制冷剂气体不在冷凝器中进行冷凝放热过程，而是制冷剂气体进入换热装置中，与低沸点介质进行热交换，从而取代通常与冷凝器中高温高压制冷剂气体进行热交换的冷却工质（例如水），因此可大大减少冷却水量的使用；在换热装置中通过热交换获得热能的低沸点介质再进入换能装置内膨胀做功，由换能装置将热能转化为动力输出，做功后的低沸点介质流回换热装置内，从而完成一个工作循环，本实用新型中的换能装置动力输出可转化为其它能量形式，比如电能，实现对制冷机热能的回收利用。

本实用新型降低了制冷机工作过程中的能耗，可将制冷机的热能充分回收利

用；由于本实用新型相当于制冷机冷凝器的作用，因此起到了冷却的效果，而同时得到了冷凝热，产生了其它形式的能量，例如电能；节省了冷却水用量，降低了循环水泵功率；大幅度减少了制冷机冷却塔向周围环境排放的热量和产生的噪音，达到环保的效果。

作为本实用新型的一种改进，本实用新型所述的用于制冷机热能回收利用系统还包括用于控制进入所述换能装置中低沸点介质的流量和压力的控制器。控制器可对低沸点介质的流量和压力进行调节，进而控制换能装置所输出动力的大小。

作为本实用新型的进一步改进，本实用新型所述的用于制冷机热能回收利用系统还包括冷凝器，所述冷凝器设于所述换能装置与换热装置之间，且所述冷凝器位于所述换能装置后方的管路上。从换能装置中出来的低沸点介质为气液两相状态，为了提高热能利用效率，还需对该种状态的低沸点介质进一步冷凝液化，冷凝器可将低沸点介质冷却为液态，从冷凝器中出来的液态低沸点介质返回换热装置不断循环工作。

本实用新型还可以有以下改进，本实用新型所述的用于制冷机热能回收利用系统还包括回液泵，所述回液泵位于所述冷凝器与所述换热装置之间的管路上。

作为本实用新型的一种实施方式，所述的换能装置采用膨胀机，所述膨胀机的动力输出轴用于与发电机、机械传动装置或者液压传动装置相连接。

本实用新型膨胀机的低沸点介质进、出口存在温差和压差，当高温高压低沸点介质气体进入膨胀机时，高温高压低沸点介质气体高速冲击驱动膨胀机的涡片，使涡片高速旋转，并产生扭矩，经过膨胀做功后的高温高压低沸点介质气体在释放能量后，低沸点介质变成液态进入回液泵中，进行下一个循环；膨胀机将热能转化为机械能，大大提高了制冷机热能回收利用率。本实用新型中的换能装置可以采用活塞式、转子式、螺杆式及离心式等其它动力转换装置，上述装置均可将热能转化为动力输出。本实用新型的膨胀机动力输出轴可将动力输送给发电机、机械传动装置或者液压传动装置等其它传动系统，因此本实用新型所输出的动力应用范围较广。

作为本实用新型的一种实施方式，所述低沸点介质可以是烷烃类有机化合物、氟立昂、氨或醇类化合物，其中，所述烷烃类有机化合物为乙烷、丙烷、丁烷或戊烷；所述醇类化合物为甲醇或者乙醇。

与现有技术相比，本实用新型具有如下显著的技术效果：

⑴制冷机经冷凝器交换后直接排入大气环境的热能，通过本实用新型，利用低沸点介质与制冷机高温高压制冷机蒸气进行能量交换，从而取代了通常的冷却工质（例如水），并将所获得的热能转化为动力输出；提高了能量的使用效率、同时降低了制冷机的能耗。

⑵本实用新型的热能回收利用率高，由于本实用新型利用低沸点介质与制冷机高温高压制冷剂气体进行能量交换，取代了通常的冷却工质，从而减少了制冷机所用冷却水量、降低冷却水循环水泵功率。

⑶本实用新型输出的动力可应用于发电，在保证压缩式制冷机组正常安全运行前提下，可获得制冷机总耗电量约13%的免费电力，并向建筑物动力设备或照明设施供电；也可将输出的动力应用于其它动力系统，如用于机械传动、液压传动系统等，对节能降耗具有积极的经济效益。

⑷由于减少了制冷机所用冷却水量和降低了冷却水循环水泵功率，在有效地利用了热能产生电力的同时，可大幅度减少制冷机冷却塔向周围环境排放的热量和产生的噪音，从而实现较好的环保效果。

⑸本实用新型可广泛应用于各种类型的压缩式制冷机上，例如大中型中央空调制冷设备、制冰设备、小型固定和移动式制冷机和空调设备等。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

图１是现有压缩式制冷机的组成结构示意图；

图2是本实用新型用于发电的组成结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1、2所示，是本实用新型一种用于制冷机热能回收利用系统，它包括换能装置、换热装置、用于控制进入换能装置中低沸点介质的流量和压力的控制器7、冷凝器8及回液泵9，其中，换能装置采用蒸汽膨胀机6，换热装置为现有的换热器5，换热器5具有两对介质进、出口，蒸汽膨胀机6具有一对介质进口61和介质出口62，换热器5的其中一对介质进口51和介质出口52与现有制冷机冷凝器2的介质出口21和介质进口22对应连接，与制冷机管路构成第一循环回路C，换热器5的另一对介质进、出口中的介质出口53与控制器7连接，控制器7与蒸汽膨胀机6的介质进口61连接，蒸汽膨胀机6的介质出口62与冷凝器8、回液泵9及换热器5的介质进口54依次连接，构成第二循环回路D，第一循环回路C中的制冷剂在换热器5内与第二循环回路D中的低沸点介质进行热能交换，低沸点介质在第二循环回路D中实现吸收制冷剂冷凝热－对外做功－还原液态的能量转换过程，并使该过程循环往复。

在本实施例中，蒸汽膨胀机6与发电机10连接用于发电，发电机10与电力输出控制柜11连接用于电力的输出。本实施例中的压缩式制冷机输入功率是2KW，压缩式制冷机组的额定电流是5A，制冷量为2.51KW（即2158.6KCd/h），本实用新型通过热能交换转化成机械能后，可驱动小型交流发电机，从而得到约200~270W电功率；在压缩式制冷机输入功率不变的状况下，可获得压缩式制冷机总耗电量约10％－13%的免费电力，为建筑物动力设备或者照明设置供电。

本实用新型的工作过程如下：在使用时，需要关闭制冷机中的冷凝器，安装时，是将本实用新型换热器5的介质进口51与制冷机冷凝器2的介质出口21连接，换热器5的介质出口52与制冷机冷凝器2的介质出口22连接，制冷机中的制冷剂A在上述连接管路中的流动方向参见图1及2，回液泵9工作时，低沸点介质B进入换热器5中，低沸点介质B和高温高压制冷剂蒸汽进行热交换，此时高温高压制冷剂蒸汽约为90Ｃ°的高温，低沸点介质迅速升温气化，形成高温高压蒸汽从换热器5的介质出口53排出，高温高压低沸点介质经控制器7对其压力和流量控制调整后进入蒸汽膨胀机6膨胀做功，蒸汽膨胀机6的两端同时存有温差、压差，当高温高压低沸点介质蒸汽进入蒸汽膨胀机6，在蒸汽膨胀机6叶片两侧产生巨大的压差推动蒸汽膨胀机6高速旋转，产生扭矩，而经膨胀做功后的高温高压低沸点介质蒸汽在释放能量后，低沸点介质变成液态再进入冷凝器8中，进一步冷却冷凝液化，冷凝相变液化返回回液泵9中不断循环工作。

本实用新型能量转换的实质是：制冷机向本系统提供热能，而本系统则相当于压缩式制冷机的冷凝器，二者互用互补，既使得制冷机中的制冷剂得到冷却，从而实现制冷机的不断循环过程，也得到了冷凝热能，以转化驱动发电设备产生电力。

本系统中第一循环回路C中的制冷剂和第二循环回路D中流动的低沸点介质相同。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例中制冷机采用的是8HP压缩式蜗旋制冷机组，该制冷机组在空调工况下工作。制冷机组中冷凝器2内的低沸点介质采用氟立昂，即R134a。当制冷机组正常工作时，制冷机出风口温度为6℃，冷却水进口冷却水的温度是37℃，冷却水出口的冷却水温度是32℃，本实用新型通过热能交换转化成机械能后，发电机从而获得350W的电功率。

本系统中第二循环回路D中流动的低沸点介质同样采用氟立昂，即R134a。本实用新型的实施方式不限于此，根据本实用新型的上述内容，本实用新型动力可以输出到发电机、机械传动装置或者液压传动装置等其它传动系统上。

本实用新型低沸点介质还可以是烷烃类有机化合物、氟立昂、氨或醇类化合物，其中，烷烃类有机化合物为乙烷、丙烷、丁烷或戊烷；醇类化合物为甲醇或者乙醇，以及其他可以被压缩的气体。而氟立昂除采用R134a之外，还可以采用R142b或其它种类。

因此按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本实用新型权利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于制冷机热能回收利用系统，其特征在于：它至少包括换能装置及换热装置，所述换热装置具有两对介质进、出口，所述换能装置具有一对介质进、出口，所述换热装置的其中一对介质进、出口用于与制冷机冷凝器的介质进、出口对应连接，从而用于与制冷机管路共同构成第一循环回路，所述换热装置的另一对介质进、出口与所述换能装置的介质进、出口连接构成第二循环回路；所述第一循环回路中制冷剂在所述换热装置内与第二循环回路中的低沸点介质进行热能交换，低沸点介质在第二循环回路中实现吸收制冷剂冷凝热－对外做功－还原液态的能量转换过程，并使该过程循环往复。

2.根据权利要求1所述的用于制冷机热能回收利用系统，其特征在于：所述的用于制冷机热能回收利用系统还包括用于控制进入所述换能装置中低沸点介质的流量和压力的控制器。

3.根据权利要求2所述的用于制冷机热能回收利用系统，其特征在于：所述的用于制冷机热能回收利用系统还包括冷凝器，所述冷凝器设于所述换能装置与换热装置之间，且所述冷凝器位于所述换能装置后方的管路上。

4.根据权利要求3所述的用于制冷机热能回收利用系统，其特征在于：所述的用于制冷机热能回收利用系统还包括回液泵，所述回液泵位于所述冷凝器与所述换热装置之间的管路上。

5.根据权利要求4所述的用于制冷机热能回收利用系统，其特征在于：所述的换能装置采用膨胀机，所述膨胀机的动力输出轴用于与发电机、机械传动装置或者液压传动装置相连接。

6.根据权利要求1所述的用于制冷机热能回收利用系统，其特征在于：所述低沸点介质是烷烃类有机化合物、氟立昂、氨或醇类化合物。

7.根据权利要求6所述的用于制冷机热能回收利用系统，其特征在于：所述烷烃类有机化合物为乙烷、丙烷、丁烷或戊烷。

8.根据权利要求6所述的用于制冷机热能回收利用系统，其特征在于：所述醇类化合物为甲醇或乙醇。

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