CN201637182U - 一种利用低品位热能制冷的装置 - Google Patents
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Abstract
一种利用低品位热能制冷的装置，主要组成为：一热压缩机，其内部由弹性隔膜隔成动力腔和压缩腔；动力腔分别连接换热器的动力工质出口和动力工质进口；动力腔内的底部安装有搅拌器；动力腔外的底部安装有肋片和风扇；压缩腔分别连接蒸发器的制冷工质出口以及换热器的制冷工质进口；换热器的制冷工质出口通过冷凝器连接蒸发器的制冷工质进口。本实用新型可以更好地利用太阳能等可再生能源做为空调运行的动力。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种利用低品位热能制冷的装置。
背景技术
人工制冷的方法很多，主要有相变制冷、气体膨胀制冷、热电制冷等。相变制冷中除以消耗机械能(或电能)作为补偿过程的蒸气压缩式制冷外，尚有消耗热能的吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷、吸附式制冷等。
蒸气压缩式制冷是最常见的制冷方式，其最核心部件为压缩机，通常是由电能驱动的，具有效率高的优势。然而，电空调在夏季的普遍应用，加剧了城市用电的峰谷不平衡，因而需要大力发展热能驱动的空调以实现能源互补。现有的吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷和吸附式制冷均各有特色，并广泛应用，但由于各种各样的限制因素，至今未能应用于家用空调。
制冷压缩机所能输出的高压，至少要超过制冷剂蒸气冷凝温度所对应的饱和蒸气压，同时其吸气压力至少要低于制冷剂蒸发温度所对应的饱和蒸气压。人们很早就学会了利用锅炉发生高压蒸汽以及利用蒸汽冷凝获得负压，应用该原理可制造出热能驱动的制冷压缩机，但是首先要找到能够与制冷剂压力特性匹配的工质。
氨水溶液属于非共沸混合物，在常温下饱和蒸气压力略高于常压，通过加热高浓度氨水溶液很容易获得高压蒸气。但是，同样浓度的氨水混合蒸气在常温下凝结时对应的饱和蒸气压并不足够低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于一种利用低品位热能压缩制冷剂蒸气并实现制冷循环的装置。
为实现上述目的，本实用新型提供的利用低品位热能制冷的装置，主要组成为：
一热压缩机，其内部由弹性隔膜隔成动力腔和压缩腔；
动力腔分别连接换热器的动力工质出口和动力工质进口；
动力腔内的底部安装有搅拌器；
动力腔外的底部安装有肋片和风扇；
压缩腔分别连接蒸发器的制冷工质出口以及换热器的制冷工质进口；
换热器的制冷工质出口通过冷凝器连接蒸发器的制冷工质进口。
所述的装置中，动力腔与换热器的动力工质出口之间连接有加热器。
所述的装置中，动力腔与换热器的动力工质进口之间安装有液体泵。
所述的装置中，动力腔内底部安装的搅拌器为磁性搅拌子。
所述的装置中，动力腔与换热器的动力工质出口和动力工质进口之间安装有电控阀。
所述的装置中，压缩腔与换热器的制冷工质出口和制冷工质进口之间安装有电控阀。
本实用新型的有益效果是：
1)可以利用低品位热能制冷；
2)形式上并不比传统的电空调复杂；
3)通过回热大大提高了热能利用率。
附图说明
图1为本实用新型的示意图，该热压缩机是用弹性隔膜将热压缩机内部空间分成动力腔和压缩腔。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作详细说明。
实施例1
请结合图1，本实施例采用的热压缩机是由弹性隔膜将热压缩机内部空间分成动力腔和压缩腔。
选用R600a为制冷工质，选用质量比32％NH3、20％NiCl2和48％H2O的溶液为动力工质。
蒸发温度定为272K，冷凝温度定为315K，与上述温度相对应的R600a的饱和蒸气压分别为0.151MPa和0.562MPa。
动力工质的热源温度355K，采用空气冷却，假设冷却温度308K，与上述温度相对应的混合溶液饱和蒸气压经测定分别为0.570MPa(353K)～0.652MPa(358K)和0.109MPa(308K)～0.135MPa(313K)。
可见，动力工质加热时的气相压力超过制冷工质冷凝所需的压力，动力工质冷却时的气相压力低于制冷工质蒸发时的气相压力，能够满足热压缩机的工作条件。
图1所示的制冷系统工作流程如下：
制冷剂在蒸发器2中蒸发，产生的冷量通过冷水输出用于空调，蒸气由A口流入压缩机1的压缩腔(由1-2与1-3围成，即图1中弹性隔膜1-3以上的空间)，该过程通过电磁阀8控制，当压缩腔压力与蒸发器2中的蒸发腔压力平衡后，关闭电磁阀8。
开启D口电磁阀，使得加热后的动力工质由D口喷入动力腔(由1-1与1-3围成，即图1中弹性隔膜1-3以下的空间)，氨气闪蒸进入气相形成混合气1-5)，镍盐及大部分水成雾滴并逐渐沉降在动力腔底部形成混合溶液1-4。弹性隔膜1-3在压差推动下向压缩腔凸起，使动力腔体积膨胀，压缩腔体积减小。压力达到设定值(略高于制冷剂冷凝压力)后，D口控制阀关闭。
开启B口电磁阀，使压缩后的制冷工质蒸气流入换热器4，然后关闭B口电磁阀。
启动冷却风扇1-8，其扇叶为铁质的，会带动磁性搅拌子1-6(四氟包覆)一起转动。外壳1-1、1-2及肋片1-7选用铜质或者不会被磁化的不锈钢。当风扇不转动时，由于肋片1-7的布局是不利于自然对流的，且内部无搅拌，动力腔内向外散热的热阻比较大，有利于保持动力工质的温度。当风扇转动时，对流换热被强化，液相1-4首先被冷却，由于磁性搅拌子1-6的扰动，增强了气液相的传质，气相中的氨气被冷下来的溶液吸收，使得动力腔内气压下降。
由于动力腔压力下降，弹性隔膜1-3回复原位并向动力腔凹陷，此时开启A口电磁阀，使蒸发器2蒸发腔内蒸气流入压缩腔。同时，关闭冷却风扇1-8，开启C口电磁阀8，启动脉冲式液体泵7，将冷却的动力工质溶液泵出动力腔，然后关闭液体泵7和C口电磁阀8及A口电磁阀8。
动力工质溶液由液体泵7泵入换热器4，换热后进入加热器5，然后经D口喷入动力腔，开始新一轮循环。
制冷工质在换热器4放热后，进入冷凝器3继续冷凝(冷凝器3是风冷换热器)，然后，经节流阀6回流至蒸发器2，开始新一轮循环。
上述过程采用其它制冷工质也可以实现，只是蒸发温度和冷凝温度有所不同。例如，R142b的蒸发温度可以设为274K(0.151MPa)，冷凝温度可以设为314K(0.537MPa)。
在具体运行时，本实用新型采用氨-氨络合剂-水混合溶液做为动力工质，其中氨络合剂主要指铜盐和镍盐中的一种或混合物，以氯化镍为首选，但并不限于氯化镍。另外，氨-磷酸氢铵-水混合溶液也可用为工质。混合溶液中，氨的质量分数控制在25％-35％为宜，为了防止盐结晶，氯化镍与水的质量比约1∶1-2为宜。具体配比可根据所选制冷剂的特性而定，一般情况下，若制冷剂冷凝压力较高，则含氨量较高。可选用R134a、R142b、R600a以及R600等环保型工质为制冷剂。
本实用新型的热压缩机是实现系统循环的最关键部件。其主体为一个压力容器，容器内部空间通过弹性隔膜被分割为两部分，本实用新型将这两部分分别定义为动力腔与压缩腔。动力腔中充入动力工质，压缩腔中充入制冷工质。当动力工质被加热时，氨(也包括少量的水)发生相变，导致动力腔压力升高，推动活塞或弹性隔膜向另一侧运动，直至两侧压力重新平衡。当压力腔内气压达到设定值时，制冷工质就会被压缩成过热蒸气，随后将其排出至冷凝器。将热的动力工质冷却下来，氨气将被溶液吸收，导致动力腔气压急剧下降，活塞或弹性隔膜回缩，直至压缩腔气压低于蒸发器中蒸发腔的气压，此时将蒸发器的蒸发腔与压缩腔相连通，就会使蒸发器内的部分制冷剂发生相变并流入压缩腔，从而产生制冷效果。
被压缩后的制冷工质温度会升高，成为过热蒸气，被冷却的动力工质与过热的制冷剂蒸气首先在换热器内进行热交换，利用过热蒸气的显热以及冷凝时的潜热使动力工质得以预热。预热后的动力工质再与温度相对较高的热源进行换热。
本实用新型还可以在氨水溶液中加入一定量的镍盐或铜盐，例如氯化镍，是由于氯化镍可以与氨形成配合物，最多能够形成六配位络合物，可降低氨的挥发性，因此该体系较同样浓度的氨水溶液具有更低的饱和蒸气压。加热时，络合氨变得不稳定而重新变成游离氨。因此，氨-氯化镍-水可以做为工质，通过一种类似于斯特林机的装置为制冷剂压缩提供动力。
本实用新型采用如上所述的装置以代替电空调的压缩机，利用80℃左右的低品位热源，可以高效地实现环保型有机工质的蒸气压缩式制冷循环。在太阳能制冷、工业余热制冷和地热制冷等多个领域有广阔的应用前景。
Claims (8)
1.一种利用低品位热能制冷的装置，其特征在于，主要组成为：
一热压缩机，其内部由弹性隔膜隔成动力腔和压缩腔；
动力腔分别连接换热器的动力工质出口和动力工质进口；
动力腔内的底部安装有搅拌器；
动力腔外的底部安装有肋片和风扇；
压缩腔分别连接蒸发器的制冷工质出口以及换热器的制冷工质进口；
换热器的制冷工质出口通过冷凝器连接蒸发器的制冷工质进口。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，动力腔与换热器的动力工质出口之间连接有加热器。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，动力腔与换热器的动力工质进口之间安装有液体泵。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，动力腔内底部安装的搅拌器为磁性搅拌子。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，动力腔与换热器的动力工质出口之间安装有电控阀。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，动力腔与换热器的动力工质进口之间安装有电控阀。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，压缩腔与换热器的制冷工质出口之间安装有电控阀。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，压缩腔与换热器的制冷工质进口之间安装有电控阀。
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| CN102235767A (zh) * | 2010-05-07 | 2011-11-09 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种利用低品位热能制冷的方法及其装置 |
| CN103438598A (zh) * | 2013-08-20 | 2013-12-11 | 中国科学院工程热物理研究所 | 基于正逆循环耦合的复叠式制冷系统及方法 |
| CN109667634A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-04-23 | 山东省科学院能源研究所 | 用于低品位热发电的氨水混合工质热力循环系统 |
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