热能驱动的制冷与发电一体化装置制造方法及图纸

热能驱动的制冷与发电一体化装置由热能发动机和制冷机组成。热能发动机包括循环泵、蒸汽发生器、汽液分离器、两通阀、三通阀、透平、发电机、压力交换器、第一汽液热交换器、第一冷凝器、合流器、储液器，再热器。热能发动机利用热能产生高压蒸汽，驱动压缩式制冷和推动透平与发电机进行发电。制冷机包括蒸发器、第二汽液热交换器、压力交换器、第二冷凝器、膨胀器。制冷机膨胀器的轴功输出用于驱动循环泵。热能发动机和制冷机的工质可以相同也可以不同，可以采用非共沸工质以提高效率。本发明专利技术可以使用低品位热源，可以根据热源温度的不同，调整为单独供冷、冷电联供、或冷热电三联供，具有效率高、投资少、安装周期短、维护费用低等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种类型的新型制冷机发电机装置，具体是一种利用热能直接驱动蒸汽压縮 式制冷、并且能够同时发电和供热的装置。
技术介绍
制冷与暖通空调耗能已经占据全社会四分之一以上的电能，开发制冷设备的替代能源和 提高制冷设备的能效比事关可持续发展的大业。如何把可再生能源和工业余热使用在制冷技 术上，以热能直接驱动制冷设备，建设分布式制冷与发电的联合系统， 一直是人们期望的替 代能源解决方案，这种技术出现，不但节省电力和化石燃料，而且有利于降低排放、保护环 境。但是到目前为止，这方面的技术还不成熟，不能满足市场应用的技术要求。对于温度在100 20(TC之间的热源，利用现有的蒸汽透平发电技术，具有投资庞大、发 电效率低、运行经济效益低的缺点。很多可再生能源和工业余热都是低品位热能，例如大部 分地热资源的温度只有IOO'C左右， 一般太阳能热水器的水温都在IO(TC以下，很多工业排 水的温度也在IO(TC以下。这些低品位热源既不适合于发电，也不适合于现有制冷技术。目 前采用热能制冷的技术只有吸收式、吸附式、热声制冷。吸收式制冷需要热源温度120'C以 上，只适合于大工程，投资大、效率低。吸附式和热声制冷效率低，技术不成熟。资料査询发现一项直接利用热能实现发电制冷联产的专利(CA101187509A)，该专利 采用蒸汽喷射的方式压縮制冷机的循环工质，除了效率低的缺点外，^^巨发云力禾几和制冷剂 只能使用同一种工质，不能满足不同热源温度和不同制冷温度的需求。
技术实现思路
技术问题本专利技术克服了现有技术的不足之处，提出了一种高效利用低品位热能，直接 驱动蒸汽压縮式制冷循环和发电的热能驱动的制冷与发电一体化装置。该装置由热力发动机 和制冷机两部分组成，采用环保制冷工质，采用有机工质朗肯循环透平推动发电机发电，采 用压力交换器对制冷机的循环工质进行压縮，采用汽液热交换器提高热能利用效率，采用制 冷机膨胀器的轴功驱动热能发动机的循环泵，极大地提高了系统的热能利用效率和制冷量输 出。技术方案该热能驱动的制冷与发电一体化装置，由相互耦合的热能发动机和制冷机组 成。热能发动机采用有机工质朗肯循环，包括循环泵、蒸汽发生器、汽液分离器、两通阀、 三通阀、透平、发电机、压力交换器、第一汽液B交换器、合流器、第一冷凝器，储液器、 再热器；热能发动机将热源的热能转变成电能和压縮制冷循环工质的动能。制冷机包括蒸发 器、第二汽液热交换器、压力交换器、第二冷凝器、膨胀器，膨胀阀，压縮机；制冷机的工 质压縮过程由热能发动机的高压工质在压力交换器中实现，制冷机膨胀器与发电机的工质泵 联轴，膨胀器的轴功输出给循环泵，不足部分的泵功有电机补充。该装置可以根据热源温度 和用户需求的不同，采用单独供冷、冷电联供、或者冷热电三联供不同模式。在热能发动机装置中，透平是一种蒸汽膨胀的能量转变成动能的装置，可以是专用蒸汽 透平，也可以是压縮机改造过的膨胀器。压力交换器是用于实现两个循环工质间进行压力能3交换的装置，是使用热能发动机循环工质的高压来压縮制冷机的循环工质。压力交换器可以 是连轴的膨胀机与压縮机组合、压力交换器、蒸汽喷射装置、或者是其它类型的压力交换装 置。透平、发电机可以与压力交换器集成一体，在这种情况下，透平分别连接制冷压縮机和 发电机，透平的一部分动能用于驱动压縮机，剩余部分动能驱动发电机。在热能发动机装置中采用汽液热交换器，回收蒸汽中的余热，用于高压液态工质的预热， 提高热能发动机的输出效率；在制冷机装置中采用汽液热交换器，用蒸汽的剩余冷量来过冷 液态工质，既提高了压縮机的可靠性，又能提高制冷效率。在热能发动机的蒸汽发生器出口采用了汽液分离器，用于分离启动过程中从蒸汽发生器 流出的液态工质，避免液态工质流入透平，提高系统运行的可靠性。热能发动机工质泵与制冷机膨胀器可以根据需要独立运行，这种情况下，热能发动机的 循环泵由独立的电机驱动，制冷机的膨胀器由常规的节流阀代替。热能驱动的制冷与发电一体化装置由热能发动机和制冷机组成，热能发动机和制冷机的 连接是制冷机中的膨胀器输出轴与热能发动机中的循环泵输入轴连接；制冷机中的第二汽 液热交换器出汽口与压力交换器低压进口连接，压力交换器高压出口与制冷机中的第二冷凝 器气态工质进口连接，热能发动机中的再热器气态工质出口与压力交换器高压进汽口连接， 压力交换器低压出口连接热能发动机中的第一汽液热交换器进汽口。热能发动^l采用有机工质朗肯循环，包括蒸汽发生器、汽液分离器、两通阀、三通阀、 透平、发电机、压力交换器、第一冷凝器，合流器、储液器、循环泵、第一汽液热交换器、 再热器，其中蒸汽发生器气态工质出口连接汽液分离器入口，汽液分离器液态工质出口连接两通阀进口，汽液分离器气态工质出口连接三通阀进口，三通闽第一出口连接透平进口， 透平输出轴与发电机输入轴同轴连接，透平气态工质出口连接再热器气态工质进口，再热器 气态工质出口与三通阀第二出口的蒸汽混合后进入压力交换器的高压进汽口，压力交换器低 压出口连接第一汽液热交换器进汽口 ，第一汽液热交换器出汽口连接第一冷凝器气态工质进 口，第一冷凝器的液态工质出口连接合流器的进液口，两通阔出口连接合流器的进液口，合 流器出口连接储液器进口，储液器出口连接循环泵入口，泵出口连接第一汽液热交换器的进 液口，第一汽液热交换器的出液口连接蒸汽发生器的进口。制冷机包括压力交换器、第二汽液热交换器、第二冷凝器、蒸发器、膨胀器，再热器，热交换器，膨胀阀，压縮机，其中蒸发器气态工质出口连接第二汽液热交换器进汽口，第 二汽液热交换器出汽口连接压力交换器的低压进口，压力交换器的高压出口连接第二冷凝器 气态丄质进口，第二冷凝器液态工质出口连接第二汽液热交换器进液口，第二汽液热交换器 出液口连接膨胀器进液口，膨胀器工质出口连接蒸发器工质进口，膨胀器输出轴与循环泵输 入轴同轴连接；蒸汽发生器和再热器的热源侧进口与外部热源连接，热源侧出口返回到外部 热源被循环加热，第一冷凝器和第二冷凝器冷凝水来自外界冷凝水源，第一冷凝器(8)和第二冷凝器冷凝水出口返回冷凝水源，蒸发器的冷冻水出入口与空调末端相连。当供给蒸汽发生器的热能温度在IO(TC以上时，装置既发电又制冷，此时热能发动机部分的连接是蒸汽发生器气态工质出口连接汽液分离器入口，汽液分离器液态工质出口连接两通阀进口，汽液分离器气态工质出口连接三通阀进口，三通阀第一出口连接透平进口，透 平输出轴与发电机输入轴同轴连接。透平气态工质出口连接再热器气态工质进口，再热 器气态工质出口与三通阀第二出口的蒸汽混合后进入压力交换器的高压进汽口 ，压力交换器 低压出口连接第一汽液热交换器进汽口 ，第一汽液热交换器出汽口连接第一冷凝器气态工质 进口，第一冷凝器的液态工质出口连接合流器的进液口，两通阀的出口连接合流器的进液4口，合流器出口连接储液器进口，储液器出口连接泵的入口，泵出口连接第一汽液热交换器 的进液口，第一汽液热交换器的出液口连接蒸汽发生器的进口；制冷机的连接是蒸发器^ 态工质出口连接第二汽液热交换器)进汽口，第二汽液热交换器出汽口连接压力交换器的低 压进口，压力交换器的高压出口连接第二冷凝器气态工质进口，第二冷凝器液态工质出口连 接第二汽液热交换器进液口，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热能驱动的制冷与发电一体化装置，它由热能发动机和制冷机组成，热能发动机和制冷机的连接是：制冷机中的膨胀器输出轴（１６ａ）与热能发动机中的循环泵输入轴（１１ａ）连接；制冷机中的第二汽液热交换器出汽口（１３ｂ）与压力交换器低压进口（７ｃ）连接，压力交换器高压出口（７ｄ）与制冷机中的第二冷凝器（１４）气态工质进口连接，热能发动机中的再热器（１７）气态工质出口与压力交换器高压进汽口（７ａ）连接，压力交换器低压出口（７ｂ）连接热能发动机中的第一汽液热交换器进汽口（１２ａ）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈九法，祝合虎，郑红旗，薛琴，乔卫来，胡达剑，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]