一种组合的蒸气压力和蒸气膨胀系统使用公共的制冷剂，其使能蒸气膨胀回路的超临界高压部分和亚临界低压部分。提供措施以组合来自蒸气膨胀器和来自压缩机排放口的制冷剂流。室外换热器的尺寸被设置成且被设计成使得从其排放的工作流体总是处于液体形式，从而提供液体进入泵入口。泵和膨胀器的尺寸被设置成并被设计成使得蒸气膨胀回路的高压部分总是超临界的。提供了顶部换热器、液体至抽吸换热器和各种其它设计特征，以进一步提高系统的热力学效率。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开一般地涉及蒸气压缩系统，并且更具体地涉及组合的蒸气压缩和蒸气膨胀系统。
技术介绍
将蒸气压缩系统与蒸气膨胀(即兰金循环)系统进行组合是已知的。例如参见美国专利6962056 (其被转让给本专利技术的受让人)和美国专利5761921。美国专利5761921在兰金循环中产生功率，该功率然后被应用以驱动蒸气压缩循环的压缩机，并且组合系统在三个压力水平上操作，即沸腾器、冷凝器和蒸发器压力水平。 公共的制冷剂R-134被用于蒸气压缩和兰金循环系统中。这种组合系统通常不允许使用跨临界制冷剂，因为跨临界系统通常不具有冷凝器(而仅具有气体冷却器)，从而在气体冷却器的下游没有可用的液体制冷剂用于泵送通过兰金回路。膨胀器需要高的进入压力，但是高的入口压力使得沸腾温度以及携带热功率的加热流体的离开温度升高。升高的离开温度使得废热利用的程度降低。出于这些原因，所述系统没有充分地利用可用的热能，从而具有低水平的热力学效率。此外，它们在可用热源低于180 °F时无法提供足够的性能。美国专利申请07/18958提供了分别来自压缩机和膨胀器的排出口处的两个系统的制冷剂的组合流。此外，提供了抽吸积蓄器，使得液体制冷剂总是对于兰金循环系统的泵可用，使得可以进行跨临界操作。然而，这种抽吸积蓄器的使用可能是不期望的，因为需要更大的泵，并且需要更高的功率。泵功率由泵两端的压力差和泵入口处的制冷剂流的比容积的乘积确定。尽管抽吸积蓄器中的液体具有低的比容积，但是泵仍可能需要在高压力差下工作。当压力差增大带来的缺点超过了液体比容积减小带来的优点时，用来自冷凝器的液体制冷剂来供给泵被认为是比使用抽吸积蓄器更有利的。
技术实现思路
简要地，根据本公开的一个方面，一种组合的蒸气压力和蒸气膨胀系统使用公共的制冷剂，其使能蒸气膨胀回路的超临界高压部分和亚临界低压部分，并且在室外换热器的入口处组合来自膨胀器排放口和来自压缩机排放口的制冷剂。室外换热器的尺寸被设置成且被设计成使得从其排放的制冷剂总是处于液体形式，从而其能够直接流到蒸气膨胀回路的泵。泵和膨胀器的尺寸被设置成并被设计成使得蒸气膨胀回路的高压部分总是超临界的。根据本公开的另一个方面，室外换热器包括冷却塔，以确保制冷剂在换热器中被转换成液体。根据本公开的另一个方面，在室外换热器和泵之间提供液体至抽吸换热器，以便在制冷剂液体流向泵之前提高过冷和制冷剂密度。根据本公开的又一个方面，在膨胀器出口的下游提供顶部换热器，以便再生该热流的焓。根据本公开的又一个方面，功率发生蒸气膨胀回路被用作独立的系统并产生电能，其可用作电源以用于不同目的，包括驱动制冷系统。附图说明将参照本专利技术的以下详细描述并结合附图进行阅读，以便进一步理解本专利技术的这些和目的，附图中图1是仅用于冷却或加热的热激活制冷剂系统的示意图。图2是仅用于冷却或加热的热激活制冷剂系统的过程的温熵(T-S)图的示意图。图3A-3C是一些示意图，分别比较超临界和亚临界应用中的滑移(glide)。图4是具有多级膨胀的热激活蒸气膨胀系统的示意图。图5是具有多级膨胀的热激活蒸气膨胀系统的过程的温熵(T-S)图的示意图。图6是提供空调和制冷的热激活制冷剂系统的示意图。图7是具有两个膨胀装置的热激活热泵的示意图。图8是具有一个双向膨胀装置的热激活热泵的示意图。图9A和图9B分别是换向阀和止回阀布置的示意图。图10是具有两个不同热源的热激活热泵的示意图。图11是具有多级压缩的热激活热泵的示意图。图12是具有蒸气至蒸气排出器的热激活热泵的示意图。图13是具有两相排出器的热激活热泵的示意图。图14是具有节约循环的热激活热泵的示意图。图15是具有两相膨胀器的热激活热泵的示意图。具体实施例方式虽然已经参照附图中所示的优选模式具体示出和描述了本公开，本领域技术人员将会明白，在不偏离由权利要求限定的本公开精神和范围的情况下，可在本公开内实现细节上的各种变化。根据图1，热激活制冷剂系统包括示作为实线的蒸气压缩回路21和示作为虚线的蒸气膨胀回路22。蒸气压缩回路21包括压缩机23、冷凝器M、液体至抽吸换热器沈、膨胀装置27和蒸发器观。蒸气膨胀回路22由泵四、顶部换热器31、加热器32、膨胀器33和冷凝器M。在来自压缩机的出口处的制冷剂蒸气流以及在来自膨胀器的出口处的蒸气制冷剂流在冷凝器入口处被连接，以提供组合流通过冷凝器M。如图所示，冷凝器出口处的或者液体至抽吸换热器沈的出口处的制冷剂液体流分裂成两个流一个供给到泵，另一个循环通过蒸气压缩回路的部件。热激活制冷剂系统具有三个压力水平加热压力、排热压力水平、以及蒸发压力。 加热压力是泵排放压力，排热压力是压缩机或膨胀器排放，并且蒸发压力是压缩机抽吸压力。加热和排热压力是蒸气膨胀回路的高压力和低压力。排热和蒸发压力是蒸气压缩回路的高压力和低压力。一种公共的工作流体被用于蒸气压缩以及蒸气膨胀回路。该工作流体具有以下特征其为蒸气膨胀回路的高压部分提供超临界操作，并且为蒸气膨胀回路的低压部分提供亚临界操作。因此，高压下的蒸气膨胀回路中的工作流体保持为气态，但是冷凝器中的工作流体出现在蒸气穹顶左侧的区域中并且被液化。这种工作流体的例子是(X)2或基于(X)2的混合物，例如(X)2和丙烷，等等。加热器32提供加热介质和被泵送的制冷剂流之间的热接触。通常，热源是废热， 例如可来自燃料电池、太阳能装置、微型涡轮、往复式发动机等。加热器中的压力是超临界的，也就是说，高于制冷剂的临界压力。这提供与图2所示的加热介质的温度滑移相兼容的有利的温度滑移。加热器32应当被设计成提供两个流的相等的热容比，并且使得在每个流上出现最高的温度差。滑移和相等的热容比提供了更高程度的废热利用以及高的进入膨胀器温度，从而导致膨胀器性能的改善。如果热源不是废热，则不需要热容比相等，温度滑移提供膨胀器入口处的更高的制冷剂温度，这改善了膨胀器的性能特性。冷凝器M提供冷却介质以及从压缩机23和膨胀器33出来的组合制冷剂流之间的热接触。冷凝器M中的冷却介质的温度总是维持成低于制冷剂临界点，以使得能够在排热压力处实现制冷剂冷凝，液体制冷剂供给到泵四。在更高环境温度下的操作期间，冷凝器M可由冷却塔34供给，以确保制冷剂蒸气的冷凝。另一种可选方式是使用CO2和丙烷等，以便将流体的临界点升高得充分高于环境温度的水平，以使得能够在排热压力下实现冷凝过程。加热器32中的加热压力由膨胀器至泵的容量比来控制，该容量比由膨胀器至泵的转速比、泵入口处的液体制冷剂温度和膨胀器入口处的蒸气制冷剂状态确定。液体至抽吸换热器沈是任选的。其使得从冷凝器M出来的液体流略微过冷并且使得从蒸发器观流出的蒸气流实质地过热。过冷降低了泵功率，这是由于泵入口处的制冷剂密度降低。而且，其增大了蒸发器观上的焓差并且增强了蒸发器效果。过热减小了压缩机入口处的制冷剂密度并且降低了压缩机质量流率和蒸发器容量。过热效应通常更强，从而总效果通常是不利的。因此，液体至抽吸换热器沈仅在压缩机入口处需要一定过热时使用。当热源温度高时，顶部换热器31实质地改善了系统的热力学效率。当热源温度低时，不需要顶部换热器。膨胀器33中产生的功率可驱动压缩机23和泵29。所有三个机器可放置在同一个轴上。可选的方式是将该轴与功率发生器36联接以不仅提供冷却或本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：IB维斯曼，TC瓦纳，JJ桑焦文尼，CR沃克，
申请(专利权)人：IB维斯曼，TC瓦纳，JJ桑焦文尼，CR沃克，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。