[发明专利]一种高效制冷的方法及装置

说明书

本发明公开一种高效制冷的方法及装置，该方法利用液态或气液混合态工质转化为低压气体工质的过程，进行吸热制冷、能量转化和低压气体工质增压子过程，包括以下4个主过程：由气液混合态工质状态点A转化为低压气体工质状态点B的工质吸热和向动力转化装置转化的动力转化主过程；由低压气体工质状态点B转化为高压气体工质状态点C的动力转化装置能量向工质转化的增压主过程；由高压气体工质状态点C转化为高压液态工质状态点D的液化主过程；由高压液态工质状态点D转化为气液混合态工质状态点A的节流主过程；所述动力转化主过程包括工质汽化、对外吸热的子过程和工质体积膨胀向动力转化装置转化为机械能或其它能量的子过程，提高效率。

技术领域

本发明涉及利用热能获取动力提高制冷效率的方法及系统，具体涉及利用同一个热力循环系统提高制冷剂气体压力或输出动力的高效制冷方法及装置。

背景技术

液体变为气体时，体积膨胀数十至百倍，当热量不断补充时，具有做功能力；但汽化所需热量远大于汽化输出的膨胀功，能耗与膨胀功的比值太大，能量利用率低。传统火力发电把水汽化为蒸汽，然后继续加热至数百摄氏度，提高过热蒸汽的压力，再进行气-气膨胀，输出动力，从而提高发电效率和燃料热量的利用率。传统火力发电主要是利用汽化过程推动过热气体做气-气膨胀功，体现为做功过程气体状态迅速变化；本发明的汽化膨胀做功，主要体现为做功过程中，气体在做功装置内的状态变化不明显。

正向与逆向循环：高压液态工质吸热汽化为高压过热气态工质，高压过热气态工质做功后，冷却为低压液态工质，低压液态工质加压为高压液态工质的循环过程是正向循环系统，通常为做功系统；低压液态工质吸热汽化后，压缩为高压气态工质，高压气态工质液化后，降压为低压液体工质的循环过程为逆向循环系统，通常为制冷或热泵系统，通常逆向循环不对外做功，本发明属于逆向循环且对外做功系统。

现有利用空气热量做功的设备中，通常有三种(三种都是两个系统)，本发明为一个系统进行制冷或制热。

第一种是采用热泵系统驱动正向循环的动力系统，制冷或热泵系统不对外做功；正向循环的动力系统对外做功或发电，如图1；本发明的逆向循环系统没有技术相关性。

第二种是采用热泵系统驱动逆向循环的动力系统；参见图2；两个系统均为逆向循环系统，其制冷或热泵系统不对外做功，但可以选择制冷或制热用途；逆向循环的动力系统只对外做功或发电，不制冷或制热，其目的是为了发电，与本发明一个逆向系统制冷和做功不同。且方法存在主动消耗动力的问题，因热泵系统的作用仅是提高了热源的温度或降低了冷源的温度，为动力系统的工质汽化和液化服务。例如，授权公告号为CN105042939B的发明专利公开了“一种利用低温介质获取冷气、电能的方法及其装置”属于第二种，制冷用途系统+逆向循环做功系统，存在所述主动消耗动力，而且采用了同温度的水为冷凝和汽化的介质，还存在传热总温差大的问题。

第三种是两个动力系统相互驱动。参见图3，包括一个逆向循环动力系统和一个正向循环动力系统，存在如下两个主要问题：(1)存在两个系统工质之间的传热总温差大、逆向循环系统输入功率可能自身输出功率的问题，该系统是逆向循环系统同时用于正向系统的工质汽化和液化，工质之间存在两个传热温差，逆向循环系统自身液化温度最高、自身汽化温度最低，逆向循环系统需要克服两个传热温差的增压消耗。(2)存在逆向循环系统效率低、体积大的问题，逆向循环系统的压缩比大，压缩能效比低，而且同样的动力输出时，装置的体积大。

进一步地，前述三种设备的动力系统都存在没法再叠加使用或叠加使用效果更差的问题，只有热泵(热源)系统可以叠加。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种利用同一个热力循环系统提高制冷剂气体压力或输出动力的高效制冷的方法。

本发明的第二个目的在于提供一种用于实现上述高效制冷的方法的装置。

本发明的目的通过以下技术方案实现：