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中温地 热能驱动的有机朗肯-复叠式制冷系统

阅读：1013发布：2020-11-08

专利汇可以提供中温地热能驱动的有机朗肯-复叠式制冷系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种中温地热能驱动的有机朗肯-复叠式制冷系统，由有机朗肯循环子系统和复叠式蒸汽压缩式制冷子系统两子系统组成。复叠式蒸汽压缩式制冷子系统由高温级制冷单元和低温级制冷单元组成。有机朗肯循环子系统中的膨胀机与复叠式蒸汽压缩式制冷子系统的高温级压缩机通过联轴器同轴连接，利用膨胀机输出的机械功驱动复叠式蒸汽压缩式制冷子系统当中的高温级制冷子单元，复叠式蒸汽压缩式制冷子系统当中的低温级制冷子单元则由电能直接驱动完成。本实用新型将有机朗肯循环子系统与复叠式蒸汽压缩式制冷子系统有机结合，实现中温地热能驱动的有机朗肯-复叠式制冷系统，具有成本低廉、节能环保、系统结构紧凑、可利用低品位热源等优点。，下面是中温地热能驱动的有机朗肯-复叠式制冷系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.中温地热能驱动的有机朗肯-复叠式制冷系统，其特征在于：所述有机朗肯-复叠式制冷系统由机朗肯循环子系统和复叠式蒸汽压缩制冷子系统组成，发生器(4)、膨胀机(5)、凝汽器(6)、工质泵(7)首尾顺次连接构成所述有机朗肯循环子系统，由地热流换热器(1)将热量通过第一水泵(2)和第二水泵(3)传递至发生器(4)；高温级压缩机(9)、冷凝器(10)、第一节流阀(11)、蒸发冷凝器(12)、第一风机(13)依次连接构成高温级制冷子单元；
低温级压缩机(14)、蒸发冷凝器(12)、第二节流阀(15)、蒸发器(16)、第二风机(17)、电动机(18)顺次连接构成低温级制冷子单元；其中的蒸发冷凝器(12)既是所述高温级制冷子单元的蒸发器又是所述低温级制冷子单元的冷凝器，通过蒸发冷凝器(12)把所述高温级制冷子单元和所述低温级制冷子单元联系在一起形成所述复叠式蒸汽压缩制冷子系统。
2.如权利要求1所述的中温地热能驱动的有机朗肯-复叠式制冷系统，其特征在于：
所述有机朗肯循环子系统中的膨胀机(5)与所述复叠式蒸汽压缩式制冷子系统的高温级压缩机(9)通过联轴器(8)同轴连接。
3.如权利要求1或2所述的中温地热能驱动的有机朗肯-复叠式制冷系统，其特征在于：地热流换热器(1)将热量通过第一水泵(2)和第二水泵(3)传递至发生器(4)中，有机工质在发生器(4)中加热升温，后进入膨胀机(5)中做功；从膨胀机(5)出来的有机工质经过凝汽器(6)凝结后通过工质泵(7)加压进入发生器(4)中加热升温，最后再进入膨胀机(5)中，完成有机朗肯循环。
4.如权利要求1或2所述的中温地热能驱动的有机朗肯-复叠式制冷系统，其特征在于：中温有机工质进入高温级压缩机(9)后进入冷凝器(10)，然后经第一节流阀(11)降温降压后进入蒸发冷凝器(12)中换热，最后由高温级压缩机(9)吸入；低温有机工质经低温级压缩机(14)后进入蒸发冷凝器(12)换热，然后经第二节流阀(15)节流降温降压，进入蒸发器(16)，最后由低温级压缩机(14)吸入。
5.如权利要求1或2所述的中温地热能驱动的有机朗肯-复叠式制冷系统，其特征在于：第一风机(13)、第二风机(17)分别冷却冷凝器(12)和蒸发器(16)，低温级压缩机(14)由电动机(18)直接驱动。
6.如权利要求1或2所述的中温地热能驱动的有机朗肯-复叠式制冷系统，其特征在于：膨胀机(5)采用涡旋式透平膨胀机，高温级压缩机(9)采用涡旋式压缩机，低温级压缩机(14)采用涡旋式压缩机。
7.如权利要求2所述的中温地热能驱动的有机朗肯-复叠式制冷系统，其特征在于：
联轴器(8)采用套筒式联轴器。

说明书全文

中温地 热能驱动的有机朗肯-复叠式制冷系统

技术领域

[0001] 本实用新型涉及制冷技术领域，尤其是涉及一种中温地热能驱动的有机朗肯-复叠式制冷系统。

背景技术

[0002] 我国的地热能资源非常丰富，主要用于发电、采暖、制冷、农业生产和医疗保健等。目前，对于中低温地热的利用仍在技术研究阶段，由于缺乏有效的技术手段没有得到有效利用，使得我国的能源利用效率偏低。而有机朗肯循环是一种有效利用地热源低品位热源的技术手段，利用地热将低沸点有机工质加热蒸发，产生的高压蒸汽推动膨胀机做功，不需要消耗化石燃料，对环境污染也很小，因而日益得到重视。利用有机朗肯循环膨胀机产生的机械能主要用来发电，近年来亦有研究利用膨胀机输出的机械功直接驱动蒸汽压缩制冷系统当中的压缩机从而实现制冷，但是所研究的重点集中在普通的单级压缩制冷系统，无法满足电力不足而又有特殊低温需求(如医疗和食品贮藏)的地区。常规的单级蒸汽压缩制冷系统无法满足特殊低温的需求，而复叠式蒸汽压缩制冷系统则可以解决这一问题，在节能环保日益重视的今天，现有复叠式蒸汽压缩制冷系统直接由电能驱动，不利于节能和减排。
实用新型内容

[0003] 本实用新型的目的是提供一种直接利用中温地热能驱动的有机朗肯-复叠式制冷系统，以利用低品位热源实现节约能源的目的。

[0004] 为了实现以上目的，本实用新型采取了以下的技术方案：中温地热能驱动的有机朗肯-复叠式制冷系统，由机朗肯循环子系统和复叠式蒸汽压缩制冷子系统组成，发生器、膨胀机、凝汽器、工质泵首尾顺次连接构成所述有机朗肯循环子系统，由地热流换热器将热量通过第一水泵和第二水泵传递至发生器；高温级压缩机、冷凝器、第一节流阀、蒸发冷凝器、第一风机依次连接构成高温级制冷子单元；低温级压缩机、蒸发冷凝器、第二节流阀、蒸发器、第二风机、电动机顺次连接构成低温级制冷子单元；其中的所述蒸发冷凝器既是所述高温级制冷子单元的蒸发器又是所述低温级制冷子单元的冷凝器，通过所述蒸发冷凝器把所述高温级制冷子单元和所述低温级制冷子单元联系在一起形成所述复叠式蒸汽压缩制冷子系统。

[0005] 进一步地，所述有机朗肯循环子系统中的所述膨胀机与所述复叠式蒸汽压缩式制冷子系统的所述高温级压缩机通过联轴器同轴连接。

[0006] 进一步地，所述地热流换热器将热量通过所述第一水泵和所述第二水泵传递至所述发生器中，有机工质在所述发生器中加热升温，后进入所述膨胀机中做功；从所述膨胀机出来的有机工质经过所述凝汽器凝结后通过所述工质泵加压进入所述发生器中加热升温，最后再进入所述膨胀机中，完成有机朗肯循环。

[0007] 进一步地，中温有机工质进入所述高温级压缩机后进入所述冷凝器，然后经所述第一节流阀降温降压后进入所述蒸发冷凝器中换热，最后由所述高温级压缩机吸入；低温有机工质经所述低温级压缩机后进入所述蒸发冷凝器换热，然后经所述第二节流阀节流降温降压，进入所述蒸发器，最后由所述低温级压缩机吸入。

[0008] 进一步地，所述第一风机、所述第二风机分别冷却所述冷凝器和所述蒸发器，所述低温级压缩机由所述电动机直接驱动。

[0009] 优选地，所述膨胀机采用涡旋式透平膨胀机，所述高温级压缩机采用涡旋式压缩机，所述低温级压缩机采用涡旋式压缩机。

[0010] 优选地，所述联轴器采用套筒式联轴器。

[0011] 本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供的中温地热能驱动的有机朗肯-复叠式制冷系统只需增加有机朗肯循环子系统，即可提供复叠式蒸汽压缩制冷子系统当中的高温级制冷子单元所需的动力，减少了电能的消耗；由于所采用制冷剂的比容比较大，而且采用涡旋膨胀机，机组的尺寸、重量大幅度减小；膨胀机和压缩机是一体结构，膨胀机输出的机械功驱动高温级压缩机，避免了能量转化损失，利于回收低品位热能，有利于节能减排。附图说明

[0012] 图1是本实用新型的实施例中的有机朗肯-复叠式制冷系统连接示意图。

具体实施方式

[0013] 下面结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。

[0014] 如图1所示，本实施例中的中温地热能驱动的有机朗肯-复叠式制冷系统包括有机朗肯循环子系统和复叠式蒸汽压缩制冷子系统。发生器4、膨胀机5、凝汽器6、工质泵7，首尾顺次连接构成有机朗肯循环子系统，由地热流换热器1将热量通过第一水泵2和第二水泵3传递至发生器4；高温级压缩机9、冷凝器10、第一节流阀11、蒸发冷凝器12、第一风机13依次连接构成高温级制冷子单元；低温级压缩机14、蒸发冷凝器12、第二节流阀15、蒸发器16、第二风机17、电动机18顺次连接构成低温级制冷子单元；其中的蒸发冷凝器12既是高温级制冷子单元的蒸发器又是低温级制冷子单元的冷凝器，通过蒸发冷凝器12把两个制冷子单元联系在一起形成复叠式蒸汽压缩制冷子系统，有机朗肯循环子系统中的膨胀机5与复叠式蒸汽压缩式制冷子系统的高温级压缩机9通过联轴器8同轴连接。

[0015] 高温制冷子单元采用中温制冷剂，低温级制冷子单元采用低温制冷剂。高温级制冷子单元中采用同种工质，为R245fa或R600a或R141b等低沸点有机工质，避免了长期运行过程中存在的泄露掺混隐患，低温级制冷子单元采用R744作为制冷剂。

[0016] 以下结合附图1对本实用新型的具体运行过程作进一步描述：

[0017] 中温地热能驱动的有机朗肯-复叠式制冷系统运行时，地热流换热器1将热量通过第一水泵2传递至发生器4中，换热结束后的地热流体通过第二水泵3输送至地热流换热器1中进一步加热。有机朗肯循环子系统的有机工质在发生器4中吸收热源的热量蒸发变为气态；之后高压气态有机工质进入膨胀机5中进行膨胀，输出机械功；从膨胀机5中出来的有机工质温度已大大降低，进入凝汽器6中被环境冷源凝结为液态工质，之后经过工质泵加压被送入发生器4，如此往复循环，完成有机朗肯循环。膨胀机5通过联轴器8将机械功传递至复叠式蒸汽压缩制冷子系统的高温级压缩机9中，高温级压缩机9将从蒸发冷凝器12中蒸发出来的低温低压的气态制冷剂工质压缩为高温高压的气体；高温高压的制冷剂气体在冷凝器10中被环境冷源所冷凝成为液态，流经第一节流阀11降温降压；之后气液两相制冷剂进入蒸发冷凝器12中，冷却低温热源，自身吸热蒸发为气态；低温低压的制冷剂气体被吸入高温级压缩机9，如此往复循环完成高温级制冷子单元循环。从蒸发器16中出来的低温低压的气态制冷剂工质被低温级压缩机14压缩为高温高压的气体；高温高压的制冷剂气体在蒸发冷凝器12中被高温级制冷子单元的蒸发器所提供的冷量冷凝成液态，流经第二节流阀15降温降压；之后气液两相制冷剂进入蒸发冷凝器12中冷却低温热源，自身吸热蒸发为气态；低温低压的制冷剂气体被吸入低温级压缩机14，如此往复循环完成低温级制冷子单元循环。

[0018] 本实用新型所提供的中温地热能驱动的有机朗肯-复叠式制冷系统，有机朗肯循环子系统可直接提供复叠式蒸汽压缩制冷子系统当中的高温级制冷子单元所需的动力，减少了电能的消耗；由于制冷剂的比容比较大，而且采用涡旋膨胀机，机组的尺寸、重大幅度减小；低温级制冷子单元采用二氧化碳为循环工质，因此没有腐蚀问题；膨胀机5和高温级压缩机9是一体结构，膨胀机5输出的机械功直接驱动高温级压缩机9，避免了能量转化损失；随着科学技术的发展，气体轴承的应用将可省去润滑系统，制冷机组将更加紧凑，利于回收低品位热能，有利于节能减排。

[0019] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并非用来限定本实用新型的实施范围。任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求书所界定范围为准。

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