[发明专利]一种超低温发电的制冷系统及制冷设备

说明书

本发明实施例涉及一种超低温发电的制冷系统及制冷设备，属于一种超低温朗肯循环的热机发电领域；ORC有机朗肯用沸点约15℃的工质，可实现60℃以上热水发电；本系统使用更低沸点的CO2、液氮、液空等极其低温液体，工质沸点低至零下‑196℃，可实现0℃以上热水热空气发电；本实施例核心是解决极其低温工质冷凝还原，以及低温工质汽轮机或膨胀机的轴端泄漏等难题；使本发明实施例形成一套完整高效超低温热源的超低温发电系统。尤其涉及炎热夏季的高温空气蕴藏的热能进行高效率发电的技术；主要应用于炎热夏季，大型办公楼、学校、医院、体育场馆、商场、机场、高铁站等等需要制冷空调的场所及领域，尤其适合赤道附近区域的高温场所。

技术领域

本发明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。

背景技术

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压力的工质蒸汽，使之压力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经节流阀节流后，成为压力较低的液体后，再送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽，再送入压缩机的入口，从而完成制冷循环。传统的制冷空调，是将室内热能转移到室外，额外加消耗的电能，一起被室外机散发到室外，采用的是热能“转移法”；来实现室内、机场、办公楼、酒店、高铁站、学校、医院等场所的温度降低。目前的制冷技术，基本都需消耗能量，从而实现“热能转移”与制冷。

在炎热夏季，室内空气或者室外环境温度都相对比较高。人们在炎热的夏天感觉非常不舒服，因此好多人都购买空调等制冷设备进行防暑降温。但是空调和制冷设备的耗能很大；尤其是大型飞机场、大型会议室，大型礼堂、电影院、酒店宾馆、大型商场商店、图书馆、会堂、医院、展览馆，以及高铁站、汽车站、轮船中，也都不同程度地安装有空调和制冷设备，这些大型空调设备的耗电量也是非常的惊人。炎热夏季，空气和海水中蕴藏着大量热能，尤其是非洲等赤道国家；如何将空气或海水中蕴藏的大量热能有效利用是本申请亟须解决的问题。

另外，在传统发电技术中，除采用水作发电工质，还有一种低温的有机朗肯循环，该发电技术采用了沸点温度约15℃的有机工质，可以实现对80℃(甚至60℃)以上的热水和蒸汽进行余热发电；该技术与用水作发电工质的原理大体相同，因为采用了约15℃沸点的有机工质朗肯循环发电，所以才能够对80℃(甚至60℃)以上的热水和热蒸汽进行发电。

对于标准大气压沸点低于0摄氏度的低温发电工质进行超低温发电，国内和国际都还处于研究阶段，最大难点是汽轮机或者膨胀机做功以后，低温乏汽的还原成为最大痛点。通常情况下，汽轮机做功后乏汽都采用冷却塔将乏汽潜热释放到环境中冷空气或冷水中；但是液氮等低温发电工质的乏汽温度要远远的低于环境温度，正常情况下是无法将极其低温潜热，释放到环境中的冷空气或者冷水中，因此也就无法冷凝和再进行朗肯循环。如果采用压缩机压缩乏汽或者用热泵将乏汽潜热，热泵到环境温度并释放到冷空气或冷水中，所付出的代价又太高。发电输出的电能都有可能不够压缩机及热泵所消耗的电能；因此，也就基本上没有人这样的去进行研究。很多从事发电技术和相关研究人员，学习和接触的都是采用水做发电工质，对低温液体工质绝大多数人员没去想，也有一些人认为这是不可能实现的，还有一部分人员认为这是“永动机”，因此也就不再去深入的研究。