【技术实现步骤摘要】
一种低温工质超临界发电的制冷系统及制冷设备
本专利技术涉及制冷技术和制冷设备相关领域，尤其涉及一种采用超低温工质发电的节能制冷系统及相关设备和工艺。
技术介绍
随着时代的发展，制冷行业已经成为衡量一个社会经济实力、科技水平与人民生活质量的重要标志之一，制冷技术在工业、农业、科学技术及国防等领域具有越来越重要的作用。制冷就是使某一空间或某物体达到低于其周围环境介质的温度，并维持这个低温的过程；现有制冷系统一般由4个基本部分，即压缩机、冷凝器、节流部件、蒸发器组成。由铜管将四大件按一定顺序连接成一个封闭系统，系统内充注一定量的制冷剂。现在一般采用的是水、氨、CO2、R12、R22、R134a、R290、R404、R407C、R433b、R410和R600a等制冷剂，这些都是更节能、环保、高效的制冷剂，俗称碳氢制冷剂，无毒，不会对臭氧层产生任何破坏；但是由于都是烷类，但都具有可燃与爆炸性质。一般制冷机的制冷原理，是压缩机的把压力较低的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...
【技术保护点】
1.一种低温工质超临界发电的制冷系统及制冷设备，其特征在于，包括依次连通的低温液体储罐、低温液体泵、乏汽回热器低温管道、主换热器、低温工质超临界气轮机、乏汽回热器高温管道构成；所述乏汽回热器高温管道出口，连接低温液体储罐入口形成循环；/n所述低温液体储罐设置有限压阀安全阀保护设备，并具有高效保温绝热的低温工质存储的压力容器；所存储的工质为标准大气压下，沸点温度低于零摄氏度的低温液体发电工质；/n所述低温液体泵为提升低温液体发电工质压力的驱动设备；所述低温液体泵设置在低温液体储罐与乏汽回热器低温管道之间；/n所述乏汽回热器低温管道设置在所述低温液体泵与所述主换热器之间；所述乏...
【技术特征摘要】
1.一种低温工质超临界发电的制冷系统及制冷设备，其特征在于，包括依次连通的低温液体储罐、低温液体泵、乏汽回热器低温管道、主换热器、低温工质超临界气轮机、乏汽回热器高温管道构成；所述乏汽回热器高温管道出口，连接低温液体储罐入口形成循环；
所述低温液体储罐设置有限压阀安全阀保护设备，并具有高效保温绝热的低温工质存储的压力容器；所存储的工质为标准大气压下，沸点温度低于零摄氏度的低温液体发电工质；
所述低温液体泵为提升低温液体发电工质压力的驱动设备；所述低温液体泵设置在低温液体储罐与乏汽回热器低温管道之间；
所述乏汽回热器低温管道设置在所述低温液体泵与所述主换热器之间；所述乏汽回热器高温管道设置在所述低温工质超临界气轮机排气管道的出口与低温液体储罐之间；所述乏汽回热器低温管道与所述乏汽回热器高温管道充分的换热，构成高效换热的乏汽回热器；所述乏汽回热器单独设置或者与所述低温工质超临界气轮机组合；
所述主换热器是与热源进行换热的主要设备，设置在所述乏汽回热器低温管道出口与低温工质气轮机或膨胀机之间；所述主换热器又分为低温主换热器和/或高温主换热器；
所述低温主换热器包括但不仅限于空气换热器、热水换热器、设备壳体换热器、冷凝器、冷却器、风道换热器、设备冷却器的任意一种或多种组合；所述高温主换热器包括但不仅限于太阳能光热换热器、锅炉、余热锅炉的任意一种或多种组合；
所述低温工质超临界气轮机的入口连接主换热器出口，所述低温工质超临界气轮机排气管道出口连接乏汽回热器高温管道入口；
所述低温工质超临界气轮机主蒸汽管输入的高压气体，温度必须明显高于低温工质的临界温度；所述低温工质超临界气轮机排气管道排出的乏汽，温度达到所述低温工质的临界温度；
储存在所述低温液体储罐中的低温发电工质，通过所述低温液体泵提升压力；流经乏汽回热器低温管道，输送至所述主换热器中吸收外界的热能，体积迅速膨胀，形成高温高压气体后，输送至所述低温工质超临界气轮机中，驱动所述低温工质超临界气轮机高速旋转对外输出机械能，或者带动发电机高速旋转对外输出电能；
所述低温工质超临界气轮机属于一种将高温高压气体能量转换成为机械功的旋转动力机械，又称气体透平，所述气体透平包括但不仅限于气轮机、气动机、气体螺杆膨胀机、气体透平膨胀机；
所述低温工质超临界气轮机设备的构造，需要满足低温发电工质的密度、成分、温度、以及压力的物理特性；
所述低温工质超临界气轮机的低温零部件需要采用耐低温材料，包括但不仅限于奥氏体低温钢、铁素体低温钢。
2.根据权利要求1所述的低温工质超临界发电的制冷系统及制冷设备，其特征在于，还包括有节流阀，所述节流阀设置在所述乏汽回热器高温管道出口与所述低温液体储罐入口之间；
所述节流阀为一种节流降压装置，所述节流降压装置包括但不仅限于节流阀、截止阀、膨胀阀；
进一步的，还包括有膨胀机或叶轮机，所述膨胀机或叶轮机设在所述乏汽回热器高温管道出口与所述低温液体储罐入口之间；
所述膨胀机或叶轮机为一种节流降压装置，所述膨胀机包括但不仅限于透平膨胀机、螺杆膨胀机，所述膨胀机的入口为高压，出口为低压，所述膨胀机高速旋转输出机械能或带动发电机输出电能；
所述膨胀机或叶轮机在实现节流降压同时，消耗高压流体内能对外做功，膨胀机在对外做功同时，实现对流经膨胀机的高压流体更深制冷，并将更低温的低温工质液体，返回到低温液体储罐中；
所述膨胀机或叶轮机单独设置或者关闭节流阀，所有高压流体进入所述膨胀机做功，高压流体经所述膨胀机实现节流降压，同时消耗所述高压气体的内能对外做功和实现深冷，令乏汽的液体返回低温液体储罐中；同时输出机械能或者带动发电机旋转输出电能；
优选的，所述膨胀机与所述节流阀同时设置；所述膨胀机与所述节流阀为并联关系，共同设置在所述乏汽回热器高温管道出口与所述低温液体储罐入口之间；
进一步的，当所述乏汽回热器高温管道出口所输出的高压乏汽流体为气液混合状态时，优选的，高压液体通过所述节流阀节流降压后返回低温液体储罐中储存；高压气体经所述膨胀机节流降压，同时消耗所述高压气体的内能做功和深冷，令乏汽的液体返回低温液体储罐中储存；同时输出机械能或者带动发电机旋转输出电能；
进一步的，所述节流阀入口与所述膨胀机入口之间还设置有气液分离器，所述气液分离器输出的液体连通所述节流阀入口；所述气液分离器输出的高压气体，输入并驱动所述膨胀机高速旋转输出机械能或者带动发电机输出电能；在做功的同时消耗所述高压流体的内能，令低温低压液体返回所述低温液体储罐中储存备用。
3.根据权利要求1-2所述的低温工质超临界发电的制冷系统及制冷设备，其特征在于，所述低温液体储罐还设置有降温装置，所述降温装置包括依次连接的低温液体储罐、压缩机、冷凝器，第二节流阀或者第二膨胀机或叶轮机构成；所述压缩机单独设置或同轴连接膨胀机；或在同轴连接的膨胀机和压缩机转轴上，再同轴连接一套电动发电一体机；所述压缩机启动或压缩机动力不够时，所述电动发电一体机为电动机，消耗电能输出动力驱动所述压缩机；当所述膨胀机输出的机械能大于所述压缩机的动力需求时，所述电动发电一体机则为发电机，将膨胀机高速旋转产生的多余机械能转为电能输出；
优选的，所述压缩机与所述膨胀机为同轴连接的一体设备；所述膨胀机高速旋转驱动同轴连接的压缩机高速旋转；所述压缩机吸收从低温液体储罐中蒸发出来的低温气体并进行压缩，通过设置在乏汽回热器高温管道出口与所述膨胀机之间的冷凝器，将压缩机压缩气体所产生出来的热能，释放到膨胀机入口前端的低温工质流体中；
所述膨胀机单独设置时，所述冷凝器设置在所述乏汽回热器高温管道出口与所述膨胀机入口之间；当系统中设置有所述节流阀时，所述冷凝器设置在气液分离器高压气体出口与所述膨胀机之间；
令所述冷凝器高温端与所述膨胀机入口端的高压流体换热，令所述冷凝器的低温端与乏汽回热器高温管道出口的高压流体换热；所述冷凝器连接所述压缩机出口的一端为冷凝器高温端；
所述低温液体储罐中的低温液体所蒸发出的气体，携带着大量的气化潜热，经低温液体储罐顶部收集以及管道输送至所述压缩机后，被压缩机压缩并通过所述冷凝器，令高压气体冷凝成液体，再经第二节流阀或第二膨胀机节流降压制冷后，返回低温液体储罐中；
优选的，当用第二膨胀机实现节流降压做功和实现更加深冷时，所述第二膨胀机入口为高压流体，出口为低压流体，驱动所述第二膨胀机或叶轮机高速旋转做功输出机械能，并对所流经的高压流体更深制冷，令更低温液体返回所述低温液体储罐中储存备用；进一步的，所述第二膨胀机同轴连接第二压缩机，所述第二压缩机为增压机，设置在压缩机与所述冷凝器之间；提升冷凝器中流体工质的压力；
进一步的，所述降温装置或者所述压缩冷凝系统还有提高低温液体储罐中气体密度的技术方案，所述技术方案通过提高低温工质超临界气轮机排气管道排出乏汽的压力，进而提高膨胀机的输出压力，提高低温液体储罐中的气体密度；令所述压缩机不断的将低温液体储罐中的高密度气体压缩，经冷凝器释放能量后还原成为液体；经第二节流阀或第二膨胀机或叶轮机节流降压后，返回低温液体储罐中。
4.根据权利要求1-3所述的低温工质超临界发电的制冷系统及制冷设备，其特征在于，所述低温主换热器是与热源进行换热和实现制冷的主要设备，所述低温主换热器与待冷却设备或者介子进行充分的换热，吸收所述待冷却设备或者介子的热能，实现所述待冷却设备或者介子的温度降低；同时，所述低温主换热器中的低温发电工质吸热气化形成高压，输入并驱动所述低温工质超临界气轮机或膨胀机高速旋转，输出机械能或者带动发电机高速旋转输出电能；
所述低温主换热器还包括有风道换热器系统或者空气换热器系统，主要由风扇和所述低温主换热器构成；所述风扇高速旋转，令热空气与风道中的低温主换热器充分的换热；热空气变成为冷空气进入风道，被输送至需要制冷的地方和空间；低温主换热器管道中的极其低温发电工质吸收热空气的热能后，气化形成高温高压气体，输入并驱动所述低温工质超临界气轮机或膨胀机高速旋转，输出机械能或者带动发电机高速旋转输出电能；
进一步的，低温主换热器还包括有载冷剂循环，所述载冷剂循环包括依次连接的液体泵、低温主换热器、低温载冷剂管道、制冷换热器、热载冷剂管道；所述热载冷剂管道连接所述液体泵形成循环。
5.根据权利要求1-4所述的低温工质超临界发电的制冷系统及制冷设备，其特征在于，还包括有余热回收发电或者燃烧发电系统；包括但不仅限于余热、地热、太阳能光热系统、燃烧加热系统；
所述余热发电、地热、太阳能加热发电，是利用一些余热、地热或者太阳能光热资源；所述燃烧加热系统包括但不仅限于燃烧沼气、秸秆或者垃圾；所述热源加热高温主换热器管道中的...
【专利技术属性】
技术研发人员：翁志远，
申请(专利权)人：北京宏远佰思德科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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