CN206989499U - 一种利用低温热能转换动力并制冷制热发电的装置 - Google Patents
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Abstract
一种利用低温热能转换动力并制冷制热发电的装置，属于能源转换新技术。本实用新型的目的是针对现有技术的缺点，结合制冷循环技术、蒸汽发电技术和涡流管冷热气体分流技术的优点，利用低沸点工质吸取阳光、空气或水等液体物质中的低温热能做为能量源并将其转换成机械能和电能，同时有制冷和制热输出，再将系统产生的乏汽进行冷热分流和低温冷凝，本装置有效的降低了系统循环过程中乏汽冷凝环节的压力和温度，提高系统能量转换的效率。本装置是用纯物理方法，零排放，零污染，不仅可以应用于暖通空调等制冷技术领域，也可用于为发电装置、车辆或船舶等提供动力，将使阳光和空气以及水等液体介质中的热能得到更有效的转换和利用。
Description
技术领域：
本实用新型涉及新能源领域，特别是涉及能源转换新技术的一种利用低温热能转换动力并制冷制热发电的装置。
背景技术：
现有的循环制冷系统是利用压缩机把压力较低的工质蒸汽压缩成压力较高的蒸汽，使蒸汽的体积减小，压力升高。压缩机吸入从蒸发器出来的较低压力的工质蒸汽，使之压力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经节流阀节流后，成为压力较低的液体后，送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽，再送入压缩机的入口，从而完成制冷循环。现有的制冷循环系统只能利用外界能量使热量从温度较高的物质(或环境)转移到温度较低的物质(或环境)，不能够实现热能转换成电能的有利转换。现有的环境热能转换成动力和电能的技术，如专利CN103711535B所述的，采用液态低沸点工质吸收环境中的热能气化成气体；进入气动机后作等温膨胀，气动机排出的乏汽经压缩机压缩后升温为高温气体，高温气体首先用于加热进入压缩机内的乏气，之后进入冷凝器冷凝成液体，再进入蒸发器进入下一循环。现有的循环制冷技术和低温热能发电技术主要问题是热能转换效率太低，最大的技术难点在于工质乏汽的冷凝环节，现有技术大多采用压缩机将气动机或膨胀装置排出的工质乏汽加压成为高温高压的气相工质，再用外界冷源对高温高压的气相工质进行降温的冷凝方式，这种方式在气相工质冷凝环节耗费过多的功率，严重影响整个装置的能源转换效率。
实用新型内容：
本实用新型的目的是针对现有技术的缺点，结合制冷循环技术、蒸汽发电技术和涡流管冷热气体分流技术的优点，利用低沸点工质吸取阳光、空气或水等液体物质中的低温热能做为能量源并将其转换成机械能和电能，同时有制冷和制热输出，再将系统产生的乏汽进行冷热分流和低温冷凝，本实用新型的装置和方法有效的降低了系统循环过程中乏汽冷凝环节的压力和温度，提高系统能量转换的效率，使阳光、空气以及水等液体介质中的低温热能得到更有效的转换和利用。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种利用低温热能转换动力并制冷制热发电的装置，本实用新型的装置包括发电机(6)，其特征在于，本实用新型的装置还包括由蒸汽发生器(1)、过热器(2)、气动机(3)、压缩机(4)、凝汽储液器(7)、工质泵(10)、第一换热器(11)、制冷换热器(12)、制热换热器(13)、涡流管(14)组成的循环系统，所述循环系统的工质为沸点在0℃以下的低沸点介质；所述的气动机(3)包含高压蒸汽入口、中压蒸汽入口和乏汽出口，所述的凝汽储液器(7)包含冷凝器(8)、节流阀(9)、保温层(15)、乏汽入口、气相工质出口、冷凝器入口、冷凝器出口、液相工质入口、液相工质出口，所述的蒸汽发生器(1)包含液相工质入口、气相工质出口；所述蒸汽发生器(1)的气相工质出口经过过热器(2)与气动机(3)的高压蒸汽入口连接，气动机(3)的乏汽出口与凝汽储液器(7)的乏汽入口连接，凝汽储液器(7)的气相工质出口与压缩机(4)的吸气口连接，压缩机(4)的排气口与涡流管(14)的进气口连接，涡流管(14)的冷端出口经过第一换热器(11)与冷凝器(8)的入口连接，冷凝器(8)的出口经过节流阀(9)与凝汽储液器(7)的液相工质入口连接，凝汽储液器(7)的液相工质出口经过工质泵(10)、第一换热器(11)、制冷换热器(12)与蒸汽发生器(1)的液相工质入口连接，涡流管(14)的热端出口经过制热换热器(13)、过热器(2)与气动机(3)的中压蒸汽入口连接。
所述的第一换热器(11)和制冷换热器(12)内的工质为低温液相工质。
所述的制热换热器(13)和过热器(2)内的工质为高温气相工质。
所述的涡流管(14)的个数可以为1个，也可以是N个涡流管按照串联和并联的方式的组合。
所述的气动机(3)的动力输出机构与发电机(6)、压缩机(4)的动力机构同轴连接或通过离合装置相互连接。
所述的蒸汽发生器(1)的加热源可以用火，也可以用火以外的阳光、空气或水等液体中的热能。
所述的凝汽储液器(7)的外部安装有可调节温度的保温层(5)。
所述的冷凝器(8)内置于凝汽储液器(7)中。
所述的气动机(3)为两个或两个以上输入压力的多压气动机。
该方法包括以下步骤：
步骤一、将所述装置系统内充注适量工质，所述工质为沸点在0℃以下的低沸点介质，蒸汽发生器(1)内的工质吸收低温热源中的热能做等温膨胀，将系统内的液相工质转换成高压的工质蒸汽，工质蒸汽进入气动机(3)作绝热膨胀；所述气动机(3)带动被驱动设备；步骤二、所述气动机(3)作绝热膨胀后排出的乏汽在凝汽储液器(7)中吸收热能，将凝汽储液器(7)内温度降低至工质沸点温度以下，促使部分乏汽低温冷凝；所述凝汽储液器(7)内未能冷凝的剩余乏汽吸入压缩机(4)加压成为中压气相工质进入涡流管(14)进行冷热分流，所述涡流管(14)的热端出口的高温工质经过制热换热器(13)和过热器(2)输出热能后进 入气动机(3)的中压蒸汽入口作绝热膨胀，所述的涡流管(14)的冷端出口的低温工质经过第一换热器(11)进入凝汽储液器(7)内的冷凝器(8)中冷凝成为液相工质；步骤三、所述凝汽储液器(7)内的低温液相工质经过工质泵(10)、第一换热器(11)、制冷换热器(12)进入蒸汽发生器(1)开始下一循环。
与现有的技术相比，本实用新型具有以下技术效果：本实用新型提供的技术方法和装置是用物理方法获取阳光或空气以及水等液体介质中的热能进行转换动力，制冷制热时无需外界能量而且还能对外界输出动力和发电，与现有的环境热能发电技术相比，本实用新型采用冷热分流和低温中压冷凝技术，有效降低了压缩机的工作负荷，零排放，零污染。本实用新型的装置和方法不仅可以应用于暖通空调等制冷技术领域，也可用于为车辆或船舶提供动力和电能，还可以用于建设新能源发电厂，对全球能源替代与环境保护方面可起到巨大的推动作用。
附图说明：
附图1为本实用新型的结构示意图，其中，1为蒸汽发生器、2为过热器、3为气动机、4为压缩机、5为保温层、6为发电机、7为凝汽储液器、8为冷凝器、9为节流阀、10为工质泵、11为第一换热器、12为制冷换热器、13为制热换热器、14为涡流管。
具体实施方式：
下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步详细说明，所述是对实用新型的解释而不是限定。如图所示，一种利用低温热能转换动力并制冷制热发电的装置，本实用新型的装置包括发电机(6)，还包括由蒸汽发生器(1)、过热器(2)、气动机(3)、压缩机(4)、凝汽储液器(7)、工质泵(10)、第一换热器(11)、制冷换热器(12)、制热换热器(13)、涡流管(14)组成的循环系统，所述循环系统的工质为沸点在0℃以下的低沸点介质；所述的气动机(3)包含高压蒸汽入口、中压蒸汽入口和乏汽出口，所述的凝汽储液器(7)包含冷凝器(8)、节流阀(9)、保温层(5)、乏汽入口、气相工质出口、冷凝器入口、冷凝器出口、液相工质入口、液相工质出口，所述的蒸汽发生器(1)包含液相工质入口、气相工质出口；所述蒸汽发生器(1)的气相工质出口经过过热器(2)与气动机(3)的高压蒸汽入口连接，气动机(3)的乏汽出口与凝汽储液器(7)的乏汽入口连接，凝汽储液器(7)的气相工质出口与压缩机(4)的吸气口连接，压缩机(4)的排气口与涡流管(14)的进气口连接，涡流管(14)的冷端出口经过第一换热器(11)与冷凝器(8)的入口连接，冷凝器(8)的出口经过节流阀(9)与凝汽储液器(7)的液相工质入口连接，凝汽储液器(7)的液相工质出口经过工质泵(10)、第一换热器(11)、制冷换热器(12)与蒸汽发生器(1)的液相工质入口连接，涡流管(14)的热端出口经过制热换热器(13)、过热器(2)与气动机(3)的中压蒸汽入口连接。
本实用新型的装置可以作为发电装置、车辆、船舰等的动力来源，也可以用作暖通空调的主机使用。作为发电装置时，所述气动机(3)的输出轴与发电机(6)的动能传动轴连接；作为暖通空调主机使用时，所述气动机(3)的输出轴与压缩机(4)的动能轴连接。
本实用新型利用低温热能转换动力并制冷制热发电的装置的方法，包括以下步骤：
步骤一、将所述装置系统内充注适量工质，所述工质为沸点在0℃以下的低沸点介质，蒸汽发生器(1)内的工质吸收低温热源中的热能做等温膨胀，将系统内的液相工质转换成高压的工质蒸汽，工质蒸汽进入气动机(3)作绝热膨胀；所述气动机(3)带动被驱动设备；步骤二、所述气动机(3)作绝热膨胀后排出的乏汽在凝汽储液器(7)中吸收热能，将凝汽储液器(7)内温度降低至工质沸点温度以下，促使部分乏汽低温冷凝；所述凝汽储液器(7)内未能冷凝的剩余乏汽吸入压缩机(4)加压成为中压气相工质进入涡流管(14)进行冷热分流，所述涡流管(14)的热端出口的高温工质经过制热换热器(13)和过热器(2)输出热能后进入气动机(3)的中压蒸汽入口作绝热膨胀，所述的涡流管(14)的冷端出口的低温工质经过第一换热器(11)进入凝汽储液器(7)内的冷凝器(8)中冷凝成为液相工质；步骤三、所述凝汽储液器(7)内的低温液相工质经过工质泵(10)、第一换热器(11)、制冷换热器(12)进入蒸汽发生器(1)开始下一循环。
在本实施例中，优选CO2做为系统工质。气动机(3)优选为背压式双压汽轮机，额定高压输入压力为7.2MPa，额定中压输入压力为1.00MPa，额定乏汽压力为0.52MPa。压缩机优选为旋转型压缩机，吸气压力为0.52MPa时排气压力控制在1.42MPa左右。运行中，为了凝汽储液器内实现底部工质-56℃至-78℃之间的稳定温度，防止工质温度低于-78℃的工质冰点，所述凝汽储液器(7)的外部安装有可调节温度的保温层(5)。
在系统启动之前，将制冷系统内抽为真空状态之后注入适量工质，用31℃的流动水作为蒸汽发生器(1)的热源，将蒸汽发生器(1)内的工质加热成为31℃的临界状态工质蒸汽，31℃的CO2工质蒸汽进入气动机(3)作绝热膨胀，带动被驱动设备。气动机(3)排出的乏汽压力降至0.52MPa以下，在凝汽储液器(7)中吸收热能，将乏汽储液器(7)内的温度降至-56℃至-78℃之间，部分乏汽低温冷凝成为液相工质，剩余未能冷凝的乏汽被压缩机吸入并加压成为1.42MPa左右的中压气相工质进入涡流管。本实施例中涡流管(14)的入口压力为1.42MPa左右，压力差为0.42MPa，出口压力为1.00MPa左右，冷气比为80％；根据涡流管冷热端温度与冷气比及压缩空气压力的关系可知，本实施例涡流管(14)的热端出口可将工质温度提高73℃左右，冷端出口将工质温度降低33℃左右。涡流管(14)热端出口的工质经制热换热器、过热器、换热后进入气动机(3)的中压蒸汽入口，冷端出口的工质进入第一换热器、冷凝器继续冷凝成为液相工质进入凝汽储液器(7)，凝汽储液器(7) 内的液相工质经工质泵(10)导入蒸汽发生器(1)开始下一循环。
以上给出的实施例是实现本实用新型比较优的例子，本实用新型不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本实用新型技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种利用低温热能转换动力并制冷制热发电的装置，本装置包括发电机(6)，其特征在于，本装置还包括由蒸汽发生器(1)、过热器(2)、气动机(3)、压缩机(4)、凝汽储液器(7)、工质泵(10)、第一换热器(11)、制冷换热器(12)、制热换热器(13)、涡流管(14)组成的循环系统，所述循环系统的工质为沸点在0℃以下的低沸点介质；所述的气动机(3)包含高压蒸汽入口、中压蒸汽入口和乏汽出口，所述的凝汽储液器(7)包含冷凝器(8)、节流阀(9)、保温层(5)、乏汽入口、气相工质出口、冷凝器入口、冷凝器出口、液相工质入口、液相工质出口，所述的蒸汽发生器(1)包含液相工质入口、气相工质出口；所述蒸汽发生器(1)的气相工质出口经过过热器(2)与气动机(3)的高压蒸汽入口连接，气动机(3)的乏汽出口与凝汽储液器(7)的乏汽入口连接，凝汽储液器(7)的气相工质出口与压缩机(4)的吸气口连接，压缩机(4)的排气口与涡流管(14)的进气口连接，涡流管(14)的冷端出口经过第一换热器(11)与冷凝器(8)的入口连接，冷凝器(8)的出口经过节流阀(9)与凝汽储液器(7)的液相工质入口连接，凝汽储液器(7)的液相工质出口经过工质泵(10)、第一换热器(11)、制冷换热器(12)与蒸汽发生器(1)的液相工质入口连接，涡流管(14)的热端出口经过制热换热器(13)、过热器(2)与气动机(3)的中压蒸汽入口连接。
2.根据权利要求1所述的利用低温热能转换动力并制冷制热发电的装置，其特征在于所述的第一换热器(11)和制冷换热器(12)内的工质为液相工质。
3.根据权利要求1所述的利用低温热能转换动力并制冷制热发电的装置，其特征在于所述的制热换热器(13)和过热器(2)内的工质为汽相工质。
4.根据权利要求1所述的利用低温热能转换动力并制冷制热发电的装置，其特征在于所述的涡流管(14)的个数为1个，或者是N个涡流管按照串联和并联的方式的组合。
5.根据权利要求1所述的利用低温热能转换动力并制冷制热发电的装置，其特征在于所述的气动机(3)的动力输出机构与发电机(6)、压缩机(4)的动力机构同轴连接或者通过离合装置相互连接。
6.根据权利要求1所述的利用低温热能转换动力并制冷制热发电的装置，其特征在于所述的蒸汽发生器(1)的加热源用火，或者用火以外的阳光、空气或水中的热能。
7.根据权利要求1所述的利用低温热能转换动力并制冷制热发电的装置，其特征在于所述的凝汽储液器(7)的外部安装有可调节温度的保温层(5)。
8.根据权利要求1所述的利用低温热能转换动力并制冷制热发电的装置，其特征在于所述的冷凝器(8)内置于凝汽储液器(7)中。
9.根据权利要求1所述的利用低温热能转换动力并制冷制热发电的装置，其特征在于所述的气动机(3)为两个以上输入压力的多压气动机。
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| CN201721335251.0U CN206989499U (zh) | 2017-10-18 | 2017-10-18 | 一种利用低温热能转换动力并制冷制热发电的装置 |
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| CN201721335251.0U Withdrawn - After Issue CN206989499U (zh) | 2017-10-18 | 2017-10-18 | 一种利用低温热能转换动力并制冷制热发电的装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019075649A1 (zh) * | 2017-10-18 | 2019-04-25 | 王金宝 | 一种利用低温热能转换动力并制冷制热发电的装置及方法 |
| CN115342598A (zh) * | 2022-08-18 | 2022-11-15 | 中国矿业大学 | 一种低温热风联合冷冻的干燥方法 |
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2017
- 2017-10-18 CN CN201721335251.0U patent/CN206989499U/zh not_active Withdrawn - After Issue
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2019075649A1 (zh) * | 2017-10-18 | 2019-04-25 | 王金宝 | 一种利用低温热能转换动力并制冷制热发电的装置及方法 |
| CN115342598A (zh) * | 2022-08-18 | 2022-11-15 | 中国矿业大学 | 一种低温热风联合冷冻的干燥方法 |
| CN115342598B (zh) * | 2022-08-18 | 2024-04-19 | 中国矿业大学 | 一种低温热风联合冷冻的干燥方法 |
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Granted publication date: 20180209 Effective date of abandoning: 20180522 |
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