CN210951937U - 一种用气动压缩机的制冷发电装置 - Google Patents

Abstract

一种用气动压缩机的制冷发电装置，包括一个制冷循环和一个发电循环，制冷循环可独立用于制冷，也可用于发电循环排气的冷凝；制冷循环由3个循环子系统组成：气动压缩循环子系统中以气动压缩机为核心，通过增压液体和气体混合，吸收低品位热能，压缩冷量增益循环子系统产生的低压气体，冷量增益循环子系统输出冷量并为低压补冷循环子系统提供能量，低压补冷循环子系统产生冷量补充气动压缩循环子系统；制冷循环工质采用空气中存在的单组分或多元自然工质，发电循环制冷剂工质采用低沸点温度的单组分及多元合成的自然或准自然工质；制冷循环所需能量主要来自低于40℃的低品位热能，发电循环可利用的80℃以下的低品位热能发电。

Description

一种用气动压缩机的制冷发电装置

技术领域

本专利申请涉及热能动力、制冷、发电等技术领域，是一种利用低品位热能制冷、发电的技术。

背景技术

气体压缩式制冷是应用最为广泛的制冷方式，制冷性能系数COP值，指系统内部接收的能量与制冷量的比值，一般在4以下，气体压缩式制冷的高等级能量-如电能等的单位制冷量能耗较大。

其它可以利用低品位热能制冷的技术，包括蒸汽喷射式制冷、吸收式制冷、吸附式制冷等，以及前面几种制冷技术的组合，制冷性能系数一般在2以下，因能利用低品位热能，高等级能量的单位制冷量能耗有所降低；热声制冷技术尚在实验阶段，还没有大规模的工业、商业应用。

LNG等低温液体冷能回收方式制冷，单位制冷量能耗低，输出冷量的温度也低，但液化时的单位液体能耗较高。

除二氧化碳等少数制冷剂外，大多数制冷剂存在环保风险大、经济性差、安全性低等问题。

可以利用低品位热能制冷、发电的装置，工质的冷凝通常采用自然冷却、风冷、水冷等方式，依赖于环境温度，可利用的低品位热能一般大于80℃。

实用新型内容

本专利申请的目的：可以利用低品位热能制冷，单位制冷量能耗较低，装置输出冷量的温度较低，冷量可用于制冷或低品位热能发电，循环工质安全、环保、经济。

本专利申请发电循环制冷剂工质采用低沸点温度的单组分、多元合成的自然或准自然工质，制冷循环工质采用空气中存在的单组分或多元自然工质。制冷循环由3个循环子系统组成：气动压缩循环子系统、冷量增益循环子系统和低压补冷循环子系统；气动压缩循环子系统采用气动压缩机代替传统气体压缩机，通过低温液体与同等压力的过热气体混合后的湿饱和蒸汽做功压缩低压气体工质，湿饱和蒸汽经气液分离，液体和气体分别增压后循环使用；冷量增益循环子系统的能量来自气动压缩循环子系统产生的压力位能和热交换带来的低品位热能，通过增压增温工质膨胀产生冷量；低压补冷循环子系统通过低压气体压缩膨胀产生冷量补充气动压缩循环子系统，气体压缩的能量来自子系统自己气体膨胀后回收的能量和冷量增益循环子系统气体膨胀产生的能量；冷量增益循环子系统输出的冷量温度低，可独立运行用于制冷，也可用于低品位热能发电循环中工质冷凝；发电循环中汽轮机末级排气冷凝、中抽排气冷凝、循环冷却水降温，冷量多次阶梯性重复利用。

本专利申请制冷性能系数高于通常的气体压缩制冷；采用自然或准自然工质，安全、环保、经济；可利用的40℃以下的低品位热能制冷，可利用的80℃以下的低品位热能发电；该装置的绝热低温液体储槽通过低温液体输送泵与制冷循环气液分离器连通，制冷循环气液分离器上部通过制冷循环气液分离器节流阀和低压膨胀机出口以及过冷器连通，制冷循环气液分离器底部通过制冷循环低温泵先后与气液混合器供液阀、气液混合器进液口连通，制冷循环低温泵出口另一路通过回流阀分别与切换装置排气阀、制冷循环气液分离器进气口连接，制冷循环气液分离器排气口通过低温风机与中压缓冲罐连通，低温风机与电动机轴连接，过冷器固定在制冷循环气液分离器内部，中压缓冲罐出口分三路，一路通过低压缓冲罐补气阀与低压缓冲罐连接，第二路通过调湿换热器进气阀与调湿换热器连接，第三路通过调湿换热器旁通阀与调湿换热器出口连通后再与气液混合器进气口连通，切换装置进气口与气液混合器出口连通，切换装置排气口与切换装置排气阀连接，切换装置两个进排气口与气动压缩机中部的气动腔连通，气动压缩机上下缸排气口分别经上缸出口阀、下缸出口阀后汇合再经调湿换热器与机前缓冲罐连接，气动压缩机上下缸进气口分别经上缸单向阀、下缸单向阀后汇合再经低压缓冲罐排气阀与低压缓冲罐排气口连接，中压膨胀机进气口通过增热器与机前缓冲罐排气口连通，中压膨胀机排气口通过制冷换热器与低压缓冲罐连接，中压膨胀机与二级压缩机轴连接，低压膨胀机出口与制冷循环气液分离器节流阀出口连接后再先后经过冷器、中间冷却器、一级压缩机、一级冷却器、二级压缩机、二级冷却器、中间冷却器与低压膨胀机进口连接，低压膨胀机与一级压缩机轴连接，汽轮机与发电机轴连接，发电机与发电并网装置导线连接，汽轮机末级排气口与喷射器出口经制冷换热器与低压气液分离器连接，汽轮机中抽排气口经增热器与中压气液分离器连接，低压气液分离器与外部输入的制冷剂管道连接，低压气液分离器底部排液口通过一级循环泵与中压气液分离器连接，低压气液分离器上部排气口通过低压气液分离器排气阀与喷射器引流口连接，中压气液分离器上部排气口通过中压气液分离器排气阀与喷射器工作流体口连接，中压气液分离器底部排液口通过二级循环泵先后经余冷换热器、加热器与汽轮机进气口连接，循环冷却水进水管道经余冷换热器循环水通道后分两路，一路经二级冷却器循环水通道后与循环冷却水回水管连通，另一路先后经循环冷却水分流阀、一级冷却器循环水通道后再与循环冷却水回水管连通，外来热源连接加热器热源通道，主冷箱、中压膨胀机冷箱、低压膨胀机冷箱、气动压缩机冷箱、发电循环冷箱通过箱壁连接，制冷循环气液分离器、制冷循环低温泵、低温风机、制冷循环中间冷却器、制冷循环气液分离器节流阀、回流阀固定在主冷箱中，中压膨胀机固定在中压膨胀机冷箱中，低压膨胀机固定在低压膨胀机冷箱中，中压缓冲罐、上缸单向阀、下缸单向阀、气动压缩机、切换装置、上缸出口阀、下缸出口阀、切换装置排气阀、气液混合器供液阀、气液混合器、低压缓冲罐、机前缓冲罐、低压缓冲罐补气阀、调湿换热器旁通阀、低压缓冲罐排气阀、调湿换热器、调湿换热器进气阀固定在气动压缩机冷箱中，增热器、制冷换热器、低压气液分离器、一级循环泵、低压气液分离器排气阀、喷射器、中压气液分离器排气阀、中压气液分离器、二级循环泵固定在发电循环冷箱中；气动压缩机上缸进气管、下缸进气管、上缸排气管、下缸排气管、上缸、下缸、上缸气动腔、下缸气动腔、上缸气动腔进排气管、下缸气动腔进排气管、中隔板、缓冲垫与气动压缩机壳体连接，上缸进气管与上缸连通，下缸进气管与下缸连通，上缸气动腔与上缸气动腔进排气管连通，下缸气动腔与下缸气动腔进排气管连通，上缸气动腔进排气管、下缸气动腔进排气管、切换装置进气管、切换装置排气管与切换装置连通，上缸活塞、下缸活塞与空心活塞杆连接，上缸活塞、下缸活塞与活塞导轮和气封组件连接，中隔板与中心活塞杆气封连接，上缸活塞、下缸活塞置于气动压缩机壳体内部通过导轮与壳体连接，上缸气动腔、下缸气动腔通过中隔板、中心活塞杆气封、活塞杆、气动压缩机壳体隔离和连接，上缸、上缸气动腔通过上缸活塞和活塞导轮和气封组件、气动压缩机壳体隔离和连接，下缸、下缸气动腔通过下缸活塞、活塞导轮和气封组件、气动压缩机壳体隔离和连接；气动压缩机采用立式、双缸、双气动腔结构。

附图说明

附图1为本专利申请的工艺流程示意图，图中标记的部分的装置和部件分别为：绝热低温液体储槽01、低温液体输送泵02、制冷循环气液分离器03、过冷器04、制冷循环低温泵05、电动机06、低温风机07、中压缓冲罐08、上缸单向阀09、下缸单向阀10、气动压缩机11、切换装置12、上缸出口阀13、下缸出口阀14、切换装置排气阀16、气液混合器供液阀17、气液混合器18、低压膨胀机19、一级压缩机 20、一级冷却器21、中压膨胀机22、二级压缩机23、二级冷却器24、中间冷却器25、低压缓冲罐26、循环冷却水分流阀27、制冷循环气液分离器节流阀28、回流阀29、增热器31、机前缓冲罐32、制冷换热器33、低压气液分离器34、一级循环泵35、低压气液分离器排气阀36、喷射器37、中压气液分离器排气阀38、中压气液分离器39、二级循环泵40、低压缓冲罐补气阀41、调湿换热器旁通阀42、低压缓冲罐排气阀43、调湿换热器44、调湿换热器进气阀45、余冷换热器50、加热器51、汽轮机56、发电机57、发电并网装置58、主冷箱60、中压膨胀机冷箱61、低压膨胀机冷箱62、气动压缩机冷箱63、发电循环冷箱66，

绝热低温液体储槽01通过低温液体输送泵02与制冷循环气液分离器03连通，制冷循环气液分离器 03上部通过制冷循环气液分离器节流阀28和低压膨胀机19出口以及过冷器04连通，制冷循环气液分离器 03底部通过制冷循环低温泵05先后与气液混合器供液阀17、气液混合器18进液口连通，制冷循环低温泵05出口另一路通过回流阀29分别与切换装置排气阀16、制冷循环气液分离器03进气口连接，制冷循环气液分离器03排气口通过低温风机07与中压缓冲罐08连通，低温风机07与电动机06轴连接，过冷器04固定在制冷循环气液分离器03内部，

中压缓冲罐08出口分三路，一路通过低压缓冲罐补气阀41与低压缓冲罐26连接，第二路通过调湿换热器进气阀45与调湿换热器44连接，第三路通过调湿换热器旁通阀42与调湿换热器44出口连通后再与气液混合器18进气口连通，

切换装置12进气口与气液混合器18出口连通，切换装置12排气口与切换装置排气阀16连接，切换装置12两个进排气口与气动压缩机11中部的气动腔连通，

气动压缩机11上下缸排气口分别经上缸出口阀13、下缸出口阀14后汇合再经调湿换热器44与机前缓冲罐32连接，气动压缩机11上下缸进气口分别经上缸单向阀09、下缸单向阀10后汇合再经低压缓冲罐排气阀43与低压缓冲罐26排气口连接，

中压膨胀机22进气口通过增热器31与机前缓冲罐32排气口连通，中压膨胀机22排气口通过制冷换热器33与低压缓冲罐26连接，中压膨胀机22与二级压缩机23轴连接，

低压膨胀机19出口与制冷循环气液分离器节流阀28出口连接后再先后经过冷器04、中间冷却器25、一级压缩机20、一级冷却器21、二级压缩机23、二级冷却器24、中间冷却器25与低压膨胀机19进口连接，低压膨胀机19与一级压缩机20轴连接，

汽轮机56与发电机57轴连接，发电机57与发电并网装置58导线连接，汽轮机56末级排气口与喷射器37出口经制冷换热器33与低压气液分离器34连接，汽轮机56中抽排气口经增热器31与中压气液分离器39连接，

低压气液分离器34与外部输入的制冷剂管道连接，低压气液分离器34底部排液口通过一级循环泵35 与中压气液分离器39连接，低压气液分离器34上部排气口通过低压气液分离器排气阀36与喷射器37引流口连接，

中压气液分离器39上部排气口通过中压气液分离器排气阀38与喷射器37工作流体口连接，中压气液分离器39底部排液口通过二级循环泵40先后经余冷换热器50、加热器51与汽轮机56进气口连接，

循环冷却水进水管道经余冷换热器50循环水通道后分两路，一路经二级冷却器24循环水通道后与循环冷却水回水管连通，另一路先后经循环冷却水分流阀27、一级冷却器21循环水通道后再与循环冷却水回水管连通，外来热源连接加热器51热源通道，

主冷箱60、中压膨胀机冷箱61、低压膨胀机冷箱62、气动压缩机冷箱63、发电循环冷箱66通过箱壁连接，

制冷循环气液分离器03、制冷循环低温泵05、低温风机07、制冷循环中间冷却器25、制冷循环气液分离器节流阀28、回流阀29固定在主冷箱60中，

中压膨胀机22固定在中压膨胀机冷箱61中，低压膨胀机19固定在低压膨胀机冷箱62中，

中压缓冲罐08、上缸单向阀09、下缸单向阀10、气动压缩机11、切换装置12、上缸出口阀13、下缸出口阀14、切换装置排气阀16、气液混合器供液阀17、气液混合器18、低压缓冲罐26、机前缓冲罐 32、低压缓冲罐补气阀41、调湿换热器旁通阀42、低压缓冲罐排气阀43、调湿换热器44、调湿换热器进气阀45固定在气动压缩机冷箱63中，

增热器31、制冷换热器33、低压气液分离器34、一级循环泵35、低压气液分离器排气阀36、喷射器 37、中压气液分离器排气阀38、中压气液分离器39、二级循环泵40固定在发电循环冷箱66中。

附图2为工艺流程中制冷循环的温熵示意图，图中标记的部分的节点分别为：切换装置排气阀阀后101、制冷循环气液分离器液面102、制冷循环气液分离器底部103、制冷循环低温泵出口104、饱和液体点105、制冷循环气液分离器排气口106、低温风机出口107、气液混合器气体入口108、假设的气动腔内湿饱和蒸汽点109、实际的气动腔内湿饱和蒸汽点110、中压膨胀机入口111、中压膨胀机出口112、低压缓冲罐进排气口113、压缩前气动压缩机上下缸进气114、增压气体出调湿换热器115、回流阀阀后118、制冷循环气液分离器进气口119、二级冷却器出口121、低压膨胀机进口122、低压膨胀机出口123、过冷器出口124、一级压缩机进口125。

附图3为气动压缩机结构示意图，图中标记的部分的装置和部件分别为：上缸进气管201、下缸进气管202、上缸排气管203、下缸排气管204、上缸205、下缸206、上缸气动腔207、下缸气动腔208、上缸气动腔进排气管209、下缸气动腔进排气管210、切换装置进气管211、切换装置排气管212、上缸活塞213、下缸活塞214、缓冲垫215、活塞导轮和气封组件216、中心活塞杆气封217、中隔板218、气动压缩机壳体220、空心活塞杆221、切换装置12，

上缸进气管201、下缸进气管202、上缸排气管203、下缸排气管204、上缸205、下缸206、上缸气动腔207、下缸气动腔208、上缸气动腔进排气管209、下缸气动腔进排气管210、中隔板218、缓冲垫215 与气动压缩机壳体220连接，

上缸进气管201与上缸205连通，下缸进气管202与下缸206连通，上缸气动腔207与上缸气动腔进排气管209连通，下缸气动腔208与下缸气动腔进排气管210连通，

上缸气动腔进排气管209、下缸气动腔进排气管210、切换装置进气管211、切换装置排气管212与切换装置12连通，

上缸活塞213、下缸活塞214与空心活塞杆221连接，上缸活塞213、下缸活塞214与活塞导轮和气封组件216连接，中隔板218与中心活塞杆气封217连接，上缸活塞213、下缸活塞214置于气动压缩机壳体220内部通过导轮与壳体连接，

上缸气动腔207、下缸气动腔208通过中隔板218、中心活塞杆气封217、活塞杆221、气动压缩机壳体220隔离和连接，上缸205、上缸气动腔207通过上缸活塞213和活塞导轮和气封组件216、气动压缩机壳体220隔离和连接，下缸206、下缸气动腔208通过下缸活塞214、活塞导轮和气封组件216、气动压缩机壳体220隔离和连接。

具体实施方式

结合发明内容中的技术方案和附图，以发电循环工质是丙烷-R290，制冷循环工质是液空、空气为例，对具体实施方式进行说明。

附图1、附图2中，外来的液空送入绝热低温液体储槽01中，当装置需要启动时，通过低温液体输送泵02送至制冷循环气液分离器03，消耗部分冷量用于装置预冷和过冷的需要；装置正常运行期间，绝热低温液体储槽01中的液体仅用于补充装置泄漏、运行中断补冷等情况；外来制冷剂-丙烷液体送入发电循环的低压气液分离器34中存放，装置正常运行期间，循环使用，仅在装置有泄漏时补充。

附图1、附图2中，制冷循环由气动压缩子系统、冷量增益循环子系统和低压补冷循环子系统组成，附图2中气动压缩子系统位于饱和液体曲线和饱和气体曲线所包裹的饱和蒸汽区的中间，且跨越过冷液体区、湿饱和蒸汽区、过热气体区，冷量增益循环子系统和低压补冷循环子系统分别位于过热气体区的右上方和右下方；气动压缩子系统主要由制冷循环气液分离器03、过冷器04、制冷循环低温泵05、低温风机07、中压缓冲罐08、气动压缩机11、切换装置12、气液混合器18、低压缓冲罐26、调湿换热器44 及有关的阀门组成，以气动压缩机为核心，通过低温液体与同等压力的过热气体混合来压缩冷量增益循环子系统产生的低压气体工质，低温液体与作为热源的过热气体混合后成为湿饱和蒸汽，体积不断增加，定温定压膨胀的同时向压缩腔做功并吸收被压缩气体散失的热能，湿饱和蒸汽的部分焓值转化为功，湿度没有到附图2的109点，而是到了110点，湿饱和蒸汽经气液分离，液体经过冷后被制冷循环低温泵05增压循环使用，气体经低温风机07增压后循环使用。冷量增益循环子系统主要由中压膨胀机22、低压缓冲罐26、气动压缩机本体11、增热器31、机前缓冲罐32、制冷换热器33及有关的阀门组成，来自气动压缩子系统产生的压力位能和热交换带来的低品位热能，通过膨胀后换热产生冷量。低压补冷循环子系统主要由低压膨胀机19、一级压缩机20、一级冷却器21、中压膨胀机22、二级压缩机23、二级冷却器24、中间冷却器25、过冷器04及有关的阀门组成，低压气体压缩、膨胀后产生冷量补充气动压缩循环子系统，低压膨胀气体压缩的能量来自中压膨胀机22和低压膨胀机19回收的能量。

附图1、附图2中，循环建立前制冷循环气液分离器03的底部的液空因压力高于绝热低温液体储槽01，以及液位的高度，过冷度增加，可减少制冷循环低温泵05循环增压时的气蚀；预冷完成、循环建立后，制冷循环气液分离器03上部为饱和气体，中下部为液体，液体被过冷器04冷却，从附图2的102 到103点，保持适当的过冷度。

附图1中、附图2中，制冷循环低温泵04出口压力增加，因泵的效率原因，电机输出的能量部分转化为热能，液空温度上升，电机做功转化为液空的焓增，附图2中从103点到104点。

附图1、附图2中，制冷循环低温泵04送出的中压低温液空经气液混合器供液阀17，在气液混合器18中与来自调湿换热器旁通阀42、调湿换热器44的同等压力的过热气体混合，定压增温从过冷液体变为饱和液体即附图2的105点，然后定压定温增焓变为湿饱和蒸汽，干度增加、体积增大，作为气动压缩机11的动力源，到附图2的110点；制冷循环低温泵04送出的另一路经回流阀29与切换装置12的排气混合回到制冷循环气液分离器03，主要用于制冷循环低温泵04在负荷变化时的缓冲及调整进入制冷循环气液分离器03的湿饱和蒸汽的湿度。

附图1、附图2中，制冷循环气液分离器03上部的饱和气体吸入低温风机07，因进气温度低、压缩比小，电动机06的能耗较低；增压后的过热气体送入中压缓冲罐08，到附图2的107点；从中压缓冲罐08出来的气体一路经低压缓冲罐补气阀41送入低压缓冲罐26，作为冷量增益循环子系统的气源；另外两路分别经调湿换热器旁通阀42、调湿换热器进气阀45及调湿换热器44后汇合，适度吸收被压缩气体的热能，用于增加中压过热气体的过热度，从而用于调整进入气动压缩机11中的湿饱和蒸汽的湿度或焓值；混合后温度增加的过热气体进入气液混合器18，作为热源与过冷液体初步混合后通过切换装置12进入气动压缩机11的气动腔中完全混合。

附图1、附图3中，气动压缩机11和切换装置12的初始状态：附图3中的下缸活塞214落底，上缸205和上缸气动腔207排空，切换装置12两侧的上缸气动腔进排气管209与切换装置进气管211连通、下缸气动腔进排气管210与切换装置排气管212连通。

附图1、附图2、附图3中，打开低压缓冲罐排气阀43，低压缓冲罐08中的气体经上缸单向阀 09进入气动压缩机11的上缸205；充满后，调湿换热器旁通阀42、调湿换热器进气阀、气液混合器供液阀17打开，混合后的中压湿饱和蒸汽经切换装置进气管211、切换装置12和上缸气动腔进排气管209进入上缸气动腔207，在上缸气动腔207中体积增大、做功，推动上缸活塞213向上运动，压缩上缸205中的中压气体，上缸活塞213向上运动的同时下缸活塞214同步向上运动，活塞运动过程中湿饱和蒸汽吸收被压缩气体散失在缸体和活塞上的热量，部分用于做功；上缸单向阀09关闭，下缸单向阀10打开，下缸 206进气；上缸205压缩后的气体压力升高到附图2的115点对应的压力后，上缸出口阀13打开并稳定压力，经调湿换热器44后，温度降低，到附图2的115点；调湿换热器反向流动的过热气体温度上升，与经调湿换热器旁通阀42的气体混合后到附图2的108点，气液混合器18中的能量增加，中压湿饱和蒸汽的干度增加，在做功不变的情况下，气液混合器18中所需的液体量减少，到附图2的110点。

附图1、附图2、附图3中，上缸205运动到上止点、下缸206充满后，切换装置12动作，上缸气动腔进排气管209与切换装置排气管212连通、下缸气动腔进排气管210与切换装置进气管211连通，切换时同时开大回流阀29避免液体压力剧烈波动；切换装置排气阀16打开，上缸气动腔207排气、下缸气动腔208进气，活塞整体向下运动，下缸单向阀10关闭，活塞运动过程中湿饱和蒸汽吸收被压缩气体散失在缸体和活塞上的热量，部分用于做功；上缸气动腔207排气通过切换装置排气阀16调节，阀后压力保持稳定，即附图2从109点到101点；再与回流阀29来的工质混合，从附图2的118点、101点到 119点；送入制冷循环气液分离器03中，气液分离；上缸205的余气膨胀降压后，上缸进口单向阀09打开，上缸205进气，低压气体吸收缸体的冷量温度降低，从附图的113点到114点；下缸206压缩后的气体压力升高到附图2的115点对应的压力后，下缸出口阀14打开并稳定压力，经调湿换热器44后，温度降低，到附图2的115点。

附图1、附图2、附图3中，下缸206运动到下止点后，切换装置12动作，除增加下缸206余气膨胀降压和下缸气动腔208排气，其它动作重复【0021】节的内容；气动压缩机11往复运动实现增压。

附图3中，为提高气动压缩机11效率，采用活塞导轮和气封组件216、中心活塞杆气封217，用于减少摩擦和泄漏损失；调整活塞导轮和气封组件216中的导轮位置可用于上下活塞定位及方便气封间隙调整。

附图1、附图2、附图3中，气动压缩机11的能量来自低温液体输送泵02的压力位能、低温风机07的压力位能和热能，以及通过热交换获得的被压缩气体的热能，包括增压过程中通过缸体和活塞吸收的热能、增压后通过调湿换热器44吸收的热能，被压缩气体的热能来自系统外换热。

附图1、附图2、附图3中，气动压缩机11上下缸排出的气体经上缸出口阀13、下缸出口阀14 调整后压力保持稳定，经调湿换热器44后和机前缓冲罐32进入增热器31，从附图2的115点到111点；增温、增焓的中压过热气体进入中压膨胀机22膨胀做功，带动二级压缩机23工作，从附图2的111点到 112点；膨胀后降压、降温、降焓的低压气体经制冷换热器33冷量输出，从附图2的112点到113点；增温、增焓的低压气体进入低压缓冲罐26，经低压缓冲罐排气阀43、上缸单向阀09或下缸单向阀10进入气动压缩机11上下缸中，吸收气动腔中压湿饱和蒸汽余留在缸体上的冷量降温，从附图2的113点到114 点；低压气体增压后循环使用。

附图1、附图2中，制冷循环中的低压补冷循环子系统的初始气源和补充气源来自制冷循环气液分离器03，通过制冷循环气液分离器节流阀28并入低压膨胀机19的排气中；正常运行时，除因泄漏等原因补充工质外，其它时候制冷循环气液分离器节流阀28处于关闭状态。

附图1、附图2中，空气压缩膨胀循环中的低压膨胀机19进口的低压空气膨胀做功，带动一级压缩机20工作，从附图2的122点合到123点；膨胀后的低压膨胀空气压力接近大气压力，温度低于制冷循环气液分离器03中液空的温度；低压膨胀空气经过冷器04，冷却液空，制冷循环气液分离器03中的液空从底部到液面形成温度梯度，对应于附图2的103点和102点的温度，间接影响气液分离过程，增大液体量；低压膨胀空气温度上升，从附图2的123点合到124点；低压膨胀空气出过冷器04后送入中间冷却器27中作为反流工质冷却从二级冷却器24出来的正流工质，低压膨胀空气复热，正流工质从附图2的121 点合到122点，反流工质从124点到125点，124点温度接近102点温度。

附图1、附图2中，复热后的低压膨胀空气送入一级压缩机20增压，增压后的气体经一级冷却器 21被循环冷却水降温进入二级压缩机23再增压，再增压的气体经二级冷却器24被循环冷却水降温，两级增压、冷却后从附图2的125点到121点；出二级冷却器24后送入中间冷却器25降温，进入低压膨胀机 19中膨胀做功，回收能量用于一级压缩机20压缩气体，气体膨胀产生的冷量用于制冷循环中的启动压缩循环子系统，通过过冷器04补充冷量。

附图1中，发电循环的低压气液分离器34底部的丙烷液体利用液位的高度和适度过冷满足一级循环泵35入口液体过冷度的需求，经一级循环泵35送入中压气液分离器中，利用其过冷量冷凝来自汽轮机56的中抽排气，中压气液分离器39也是一个混合式换热器或再热器；中压气液分离器39上部的气体通过中压气液分离器排气阀38进入喷射器37中作为工作流体，低压气液分离器34上部的气体或气液混合物经低压气液分离器排气阀36进入喷射器37中作为引流工质；当低压气液分离器34整体过冷上部无气体时，低压气液分离器排气阀36关闭，喷射器37仅为一输送通道，中压气液分离器排气阀38用于节流；当中压气液分离器39整体过冷上部也无气体时，中压气液分离器排气阀38关闭，喷射器37不工作；喷射器37的排气并入汽轮机56的末级排气中。

附图1中，中压气液分离器39底部的丙烷液体利用液位的高度和适度过冷满足二级循环泵40入口液体过冷度的需求，二级循环泵40增压后的中高压丙烷液体温度低于循环冷却水进水，通过余冷换热器50换热，循环冷却水降温，中高压丙烷液体升温进入加热器51中吸收外部热源的热量后，继续升温、蒸发、过热，焓增的中高压丙烷气体送汽轮机56膨胀做功，带动发电机发电机57工作，电能经发电并网装置58送出；末级排气与喷射器37的排气混合，进入制冷换热器33完成降温、冷凝、过冷，送入低压气液分离器32中；中抽排气在增热器31中降温、冷凝后进入中压气液分离器39进一步冷凝和气液分离。

附图1中，循环冷却水进水温度降低后分两路，一路送二级冷却器24，另一路经循环冷却水分流阀27送一级冷却器21，出冷却器后的回水汇合，返回外部的循环冷却系统。

附图1、附图2中，低压补冷循环子系统中的空气压缩利用级间冷却、降低循环冷却水温度等方式降低压缩机进排气温度，从而降低空气的压缩系数，降低压缩能耗；压缩机的能量来自膨胀机，膨胀机的能量主要来自一般不被计算的低品位热能，即低于40℃的低品位热能。

附图1、附图2中，制冷循环中的低压补冷循环子系统的制冷量因温度低，品质高于冷量增益循环子系统，制冷量的总量小于冷量增益循环子系统，低压补冷循环子系统的制冷量通过气动压缩循环子系统传递到冷量增益循环低压补冷循环子系统并放大，制冷循环输出制冷量的总量增加。

附图1、附图2中，制冷循环中的冷量增益循环的气体压缩利用了基本被忽视的低品位热能，高等级能量消耗少；气动压缩机11中间环节少，能量转化效率较高；气动压缩机11气动腔中的湿饱和蒸汽可吸收被压缩气体产生的热量，不仅控制气动压缩机11的温度上升，而且能减缓被压缩气体的温升，气体被压缩过程中放热、熵减，压缩能耗降低；被压缩气体的进入上下缸的温度较低，压缩系数小，压缩能耗较低；气动腔中的湿饱和蒸汽有利于自润滑和减少泄漏，可提高压缩效率；被压缩气体的温度低、温升受到抑制，能有较大的压缩比。

附图1、附图3中，气动压缩机11采用立式结构，制造简单、维修方便，可大型化；气动压缩机 11活塞运行速度低于液压压缩机和普通的气体活塞式压缩机，运行相对平稳，对系统的冲击性较小；气动压缩机11活塞两侧为同种介质，没有泄漏造成工质损失的问题。

附图1、附图2中，主要通过调整切换装置排气阀16开度，调整切换装置12的排气量，控制活塞的运动速度，在一定范围内动态调整气动压缩机11的压缩能力。

附图1、附图2中，在一定范围可以调整制冷循环的制冷量或整个装置的发电能力，主要通过调整低温液体输送泵02、低温风机07的能力——即流量和出口压力来实现，调整进入气动压缩机11气动腔湿饱和蒸汽的湿度可以作为辅助手段。

附图1中，主冷箱60、中压膨胀机冷箱61、低压膨胀机冷箱62、气动压缩机冷箱63和发电循环冷箱66相对独立，方便维修；采用箱式绝热结构，充填珠光砂等绝热材料；冷箱充惰性气体保持正压防止湿气渗入影响保温效果；绝热低温液体储槽01，采用充填珠光砂绝热材料、真空绝热、充惰性气体等方式绝热保温；冷箱外的低温液体管道采用真空绝热保温管；低温液体输送泵02采用长轴连接泵体与电机、泵体设保温箱；发电循环低于环境温度的装置或部位，还可采用包裹绝热材料的方式代替冷箱保温。

附图1、附图2、附图3中，因活塞自重，气动压缩机上下缸切换工作时上下运动所需的动力有所不同，切换装置12的进排气量或压力随之适当调整。

附图1、附图2中，汽轮机56的入口温度高于循环冷却水温度，外部热源温度越高相应的二级循环泵40出口压力也增加，通过液体丙烷蒸发能获得更多的热能，增加发电能力；汽轮机56的中抽排气温度和末级排气温度有明显的阶梯差，中抽排气温度低于环境温度、高于0℃，末级排气温度高于丙烷沸点 -42.1℃、低于0℃；中抽排气量和压力适当，应能通过增热器31、中压气液分离器39完成冷凝、液化。

Claims (10)

1.一种用气动压缩机的制冷发电装置，其特征是：该装置包括绝热低温液体储槽(01)、低温液体输送泵(02)、制冷循环气液分离器(03)、过冷器(04)、制冷循环低温泵(05)、电动机(06)、低温风机(07)、中压缓冲罐(08)、上缸单向阀(09)、下缸单向阀(10)、气动压缩机(11)、切换装置(12)、上缸出口阀(13)、下缸出口阀(14)、切换装置排气阀(16)、气液混合器供液阀(17)、气液混合器(18)、低压膨胀机(19)、一级压缩机(20)、一级冷却器(21)、中压膨胀机(22)、二级压缩机(23)、二级冷却器(24)、中间冷却器(25)、低压缓冲罐(26)、循环冷却水分流阀(27)、制冷循环气液分离器节流阀(28)、回流阀(29)、增热器(31)、机前缓冲罐(32)、制冷换热器(33)、低压气液分离器(34)、一级循环泵(35)、低压气液分离器排气阀(36)、喷射器(37)、中压气液分离器排气阀(38)、中压气液分离器(39)、二级循环泵(40)、低压缓冲罐补气阀(41)、调湿换热器旁通阀(42)、低压缓冲罐排气阀(43)、调湿换热器(44)、调湿换热器进气阀(45)、余冷换热器(50)、加热器(51)、汽轮机(56)、发电机(57)、发电并网装置(58)、主冷箱(60)、中压膨胀机冷箱(61)、低压膨胀机冷箱(62)、气动压缩机冷箱(63)、发电循环冷箱(66)，

绝热低温液体储槽(01)通过低温液体输送泵(02)与制冷循环气液分离器(03)连通，制冷循环气液分离器(03)上部通过制冷循环气液分离器节流阀(28)和低压膨胀机(19)出口以及过冷器(04)连通，制冷循环气液分离器(03)底部通过制冷循环低温泵(05)先后与气液混合器供液阀(17)、气液混合器(18)进液口连通，制冷循环低温泵(05)出口另一路通过回流阀(29)分别与切换装置排气阀(16)、制冷循环气液分离器(03)进气口连接，制冷循环气液分离器(03)排气口通过低温风机(07)与中压缓冲罐(08)连通，低温风机(07)与电动机(06)轴连接，过冷器(04)固定在制冷循环气液分离器(03)内部，

中压缓冲罐(08)出口分三路，一路通过低压缓冲罐补气阀(41)与低压缓冲罐(26)连接，第二路通过调湿换热器进气阀(45)与调湿换热器(44)连接，第三路通过调湿换热器旁通阀(42)与调湿换热器(44)出口连通后再与气液混合器(18)进气口连通，

切换装置(12)进气口与气液混合器(18)出口连通，切换装置(12)排气口与切换装置排气阀(16)连接，切换装置(12)两个进排气口与气动压缩机(11)中部的气动腔连通，

气动压缩机(11)上下缸排气口分别经上缸出口阀(13)、下缸出口阀(14)后汇合再经调湿换热器(44)与机前缓冲罐(32)连接，气动压缩机(11)上下缸进气口分别经上缸单向阀(09)、下缸单向阀(10)后汇合再经低压缓冲罐排气阀(43)与低压缓冲罐(26)排气口连接，

中压膨胀机(22)进气口通过增热器(31)与机前缓冲罐(32)排气口连通，中压膨胀机(22)排气口通过制冷换热器(33)与低压缓冲罐(26)连接，中压膨胀机(22)与二级压缩机(23)轴连接，

低压膨胀机(19)出口与制冷循环气液分离器节流阀(28)出口连接后再先后经过冷器(04)、中间冷却器(25)、一级压缩机(20)、一级冷却器(21)、二级压缩机(23)、二级冷却器(24)、中间冷却器(25)与低压膨胀机(19)进口连接，低压膨胀机(19)与一级压缩机(20)轴连接，

汽轮机(56)与发电机(57)轴连接，发电机(57)与发电并网装置(58)导线连接，汽轮机(56)末级排气口与喷射器(37)出口经制冷换热器(33)与低压气液分离器(34)连接，汽轮机(56)中抽排气口经增热器(31)与中压气液分离器(39)连接，

低压气液分离器(34)与外部输入的制冷剂管道连接，低压气液分离器(34)底部排液口通过一级循环泵(35)与中压气液分离器(39)连接，低压气液分离器(34)上部排气口通过低压气液分离器排气阀(36)与喷射器(37)引流口连接，

中压气液分离器(39)上部排气口通过中压气液分离器排气阀(38)与喷射器(37)工作流体口连接，中压气液分离器(39)底部排液口通过二级循环泵(40)先后经余冷换热器(50)、加热器(51)与汽轮机(56)进气口连接，

循环冷却水进水管道经余冷换热器(50)循环水通道后分两路，一路经二级冷却器(24)循环水通道后与循环冷却水回水管连通，另一路先后经循环冷却水分流阀(27)、一级冷却器(21)循环水通道后再与循环冷却水回水管连通，外来热源连接加热器(51)热源通道，

主冷箱(60)、中压膨胀机冷箱(61)、低压膨胀机冷箱(62)、气动压缩机冷箱(63)、发电循环冷箱(66)通过箱壁连接，

制冷循环气液分离器(03)、制冷循环低温泵(05)、低温风机(07)、制冷循环中间冷却器(25)、制冷循环气液分离器节流阀(28)、回流阀(29)固定在主冷箱(60)中，

中压膨胀机(22)固定在中压膨胀机冷箱(61)中，低压膨胀机(19)固定在低压膨胀机冷箱(62)中，

中压缓冲罐(08)、上缸单向阀(09)、下缸单向阀(10)、气动压缩机(11)、切换装置(12)、上缸出口阀(13)、下缸出口阀(14)、切换装置排气阀(16)、气液混合器供液阀(17)、气液混合器(18)、低压缓冲罐(26)、机前缓冲罐(32)、低压缓冲罐补气阀(41)、调湿换热器旁通阀(42)、低压缓冲罐排气阀(43)、调湿换热器(44)、调湿换热器进气阀(45)固定在气动压缩机冷箱(63)中，

增热器(31)、制冷换热器(33)、低压气液分离器(34)、一级循环泵(35)、低压气液分离器排气阀(36)、喷射器(37)、中压气液分离器排气阀(38)、中压气液分离器(39)、二级循环泵(40)固定在发电循环冷箱(66)中。

2.根据权利要求1所述的一种用气动压缩机的制冷发电装置，其特征是：气动压缩机(11)包括上缸进气管(201)、下缸进气管(202)、上缸排气管(203)、下缸排气管(204)、上缸(205)、下缸(206)、上缸气动腔(207)、下缸气动腔(208)、上缸气动腔进排气管(209)、下缸气动腔进排气管(210)、切换装置进气管(211)、切换装置排气管(212)、上缸活塞(213)、下缸活塞(214)、缓冲垫(215)、活塞导轮和气封组件(216)、中心活塞杆气封(217)、中隔板(218)、气动压缩机壳体(220)、空心活塞杆(221)、切换装置(12)，

上缸进气管(201)、下缸进气管(202)、上缸排气管(203)、下缸排气管(204)、上缸(205)、下缸(206)、上缸气动腔(207)、下缸气动腔(208)、上缸气动腔进排气管(209)、下缸气动腔进排气管(210)、中隔板(218)、缓冲垫(215)与气动压缩机壳体(220)连接，

上缸进气管(201)与上缸(205)连通，下缸进气管(202)与下缸(206)连通，上缸气动腔(207)与上缸气动腔进排气管(209)连通，下缸气动腔(208)与下缸气动腔进排气管(210)连通，

上缸气动腔进排气管(209)、下缸气动腔进排气管(210)、切换装置进气管(211)、切换装置排气管(212)与切换装置(12)连通，

上缸活塞(213)、下缸活塞(214)与空心活塞杆(221)连接，上缸活塞(213)、下缸活塞(214)与活塞导轮和气封组件(216)连接，中隔板(218)与中心活塞杆气封(217)连接，上缸活塞(213)、下缸活塞(214)置于气动压缩机壳体(220)内部通过导轮与壳体连接，

上缸气动腔(207)、下缸气动腔(208)通过中隔板(218)、中心活塞杆气封(217)、活塞杆(221)、气动压缩机壳体(220)隔离和连接，上缸(205)、上缸气动腔(207)通过上缸活塞(213)和活塞导轮和气封组件(216)、气动压缩机壳体(220)隔离和连接，下缸(206)、下缸气动腔(208)通过下缸活塞(214)、活塞导轮和气封组件(216)、气动压缩机壳体(220)隔离和连接。

3.根据权利要求1所述的一种用气动压缩机的制冷发电装置，其特征是：制冷循环工质采用空气中存在的单组分及多元自然工质。

4.根据权利要求1所述的一种用气动压缩机的制冷发电装置，其特征是：发电循环制冷剂工质采用低沸点温度的单组分及多元合成的自然、准自然工质。

5.根据权利要求1所述的一种用气动压缩机的制冷发电装置，其特征是：制冷循环中包括气动压缩循环子系统、冷量增益循环子系统和低压补冷循环子系统，气动压缩循环子系统为冷量增益循环子系统提供能量，冷量增益循环子系统输出冷量并为低压补冷循环子系统提供能量，低压补冷循环子系统产生冷量补充气动压缩循环子系统。

6.根据权利要求1所述的一种用气动压缩机的制冷发电装置，其特征是：制冷循环可独立运行用于制冷，也可用于低品位热能发电循环中工质冷凝。

7.根据权利要求1所述的一种用气动压缩机的制冷发电装置，其特征是：可利用的40℃以下的低品位热能制冷，可利用的80℃以下的低品位热能发电。

8.根据权利要求1所述的一种用气动压缩机的制冷发电装置，其特征是：发电循环中汽轮机末级排气冷凝、中抽排气冷凝、循环冷却水降温，冷量多次阶梯性重复利用。

9.根据权利要求1或2所述的一种用气动压缩机的制冷发电装置，其特征是：气动压缩机(11)可利用被压缩气体的热能使气液混合后的湿饱和蒸汽做功压缩低压气体工质。

10.根据权利要求1或2所述的一种用气动压缩机的制冷发电装置，其特征是：气动压缩机(11)采用立式、双缸、双气动腔结构。

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