专利名称：一种利用回收低品位能量的动力供应系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于余热回收再利用系统；尤其涉及热电厂乏汽、大气、江河 湖海的水中的低品位能量的回收再利用系统。
背景技术：
大气、江河湖海的水中蕴含巨大的低品位热量；工业过程中会产生大量的 低温废热，如各种燃烧炉的烟道气、工业生产中冷却水、石油开采中的伴生水、 火电厂及核电厂汽轮机排出的乏汽等，其中包含大量热量，工业生产过程产生 上述废热的同时又伴生大量二氧化碳，加剧温室效应的产生，大气温度逐年升 高。为了利用这些蕴含量巨大的低品位热量科技人员正在研究一些利用方法和 手段。本申请人也在专利申请号为"200810231289.2"， "200820230737.2"的文献 中披露了几种利用低品位热量的技术方案。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种便于安装、使用方便、占地面积小、不
污染环境、节省能源；采用强制冷却低温液化技术、创造低温环境、在相对较 低的环境温度下和介质温度下将蕴含大气、江河湖海的水中及各种工业过程产 生的气、液流体中的低品位热量转化为有用动能的能量回收动力供应系统。
本实用新型是通过以下技术方案实现的包括透平膨胀机，通过管道与透 平膨胀机联通的低品位能量回收换热器、液体增压泵和通过管道与闪蒸罐相连 的压縮机，装在该管道上的减压阀；与电源线相连的控制柜通过控制线及电源 线束与压缩机、减压阀、液体增压泵、透平膨胀机相连，透膨胀机与闪蒸罐相 联通的进管上依次装有低品位能量回收换热器、强制冷却低温制冷系统中的冷 凝器、循环液化介质高温区冷量回收换热器、循环介质低温区冷量回收换热器、 液体增压泵，并且它们相连通；透平膨胀机与闪蒸罐相联通的出管上依次连通 有循环液化介质高温区冷量回收换热器、强制冷却低温制冷系统中的蒸发器、 循环介质低温区冷量回收换热器和减压阀，且循环介质低温区冷量回收换热器 通过减压阀与闪蒸罐相连通；在进管与出管上至少装有一组一级强制冷却低温 制冷系统；强制冷却低温制冷系统中的冷凝器与蒸发器由装有膨胀阀、测温点 和制冷系统压縮机的介质管道连通，膨胀阀通过毛细管道与测温点相连，强制冷却低温制冷系统中的冷凝器与制冷系统压縮机出口连通的介质管道相连通， 强制冷却低温制冷系统中的蒸发器与制冷系统压缩机进口连通的介质管道相连
通；与闪蒸罐连通的出气管经过循环介质低温区冷量回收换热器后与压縮机进 口连通，与压縮机出口连通的管道与出管连通，连通点位于高温区冷量回收换 热器与透平膨胀机之间的出管上；与电源线相连的控制柜通过控制线及电源线 束也与强制冷却低温制冷系统中的制冷系统压縮机、膨胀阀连接。
液化液体增压泵的入口管道上装有增液管道。
所述的低品位能量回收换热器为风能回收换热器或流体换热器或风能回收 换热器与流体换热器相结合的结构形式。
在进管与出管上装有一组一级强制冷却低温制冷系统；与制冷系统压縮机 进口连通的蒸发器装在与透平膨胀机联通的出管上，且该蒸发器位于循环液化 介质高温区冷量回收换热器与循环介质低温区冷量回收换热器之间；与制冷系 统压縮机出口连通的冷凝器装在与透平膨胀机联通的进管上，且位于低品位能 量回收换热器与循环液化介质高温区冷量回收换热器之间。
在进管与出管上装有至少一组两级强制冷却低温制冷系统；强制冷却低温 制冷系统中的蒸发器位于第一级强制冷却低温制冷系统中，它装在出管上，强 制冷却低温制冷系统中的冷凝器位于最后一级强制冷却低温制冷系统中，它装 在进管上，相邻两级强制冷却低温制冷系统的介质管道均与同一个换热器连通； 且该换热器是与相邻的上一级强制冷却低温制冷系统中系统压縮机出口连通的 介质管道连通，与相邻的下一级强制冷却低温制冷系统中的系统压縮机进口连 通的介质管道连通。
在进管与出管上装有两组至少两级强制冷却低温制冷系统。
所述的利用回收低品位能量的动力供应系统，其特征在于系统内至少有 两个透平膨胀机，它们并联或串联；至少有两台并联的气体压缩机与透平膨胀 机连接。
所述的利用回收低品位能量的动力供应系统，其特征在于系统内至少有 两个透平膨胀机，它们并联或串联；至少有两台并联的气体压縮机与透平膨胀 机连接。
这种利用回收低品位能量的动力供应系统结构很简单，因此便于安装，占地面积也很小，使用很方便；本系统把低沸点介质经过能量回收换热器加热后
进入透平膨胀机(马达)，透平膨胀机(马达)排出的乏汽和气体压縮机排出的 气体一起直接进入循环液化介质高温区冷量回收换热器、强制冷却低温制冷系 统的蒸发器、循环液化介质低温区冷量回收换热器，分别与液体增压泵输送的 液体和气体压縮机从闪蒸罐吸出的低温气体在高温区和低温区冷量回收换热器
内进行热交换，逐步冷却为较低温度的气体后进入减压阀，在闪蒸罐内一部分 闪蒸为液体，另一部分闪蒸为气体被压縮机吸回，这部分气体先进入低温区冷 量回收换热器、然后进入压縮机的压缩腔继续压縮，重复上述冷却过程进行循 环闪蒸液化，不断供应低温液化液体给液体增压泵，液体增压泵输出的液体重
复进行进入低温区冷量回收换热器预加热4进入强制冷却低温制冷系统的蒸 发器预加热—进入高温区冷量回收换热器预加热—进入能量回收换热器中吸热 汽化—进入透平膨胀机膨胀做功—汇合气体压縮机排出的气体—进入高温区冷 量回收换热器预冷却—进入强制冷却低温制冷系统的蒸发器冷却—进入低温区 冷量回收换热器—进一步冷却—进入闪蒸阀闪蒸液化—进入液体增压泵的不断 循环，实现不断从低温环境或低温流体吸收能量，对外做功的目的。该技术的 关键是采用强制冷却低温液化技术、创造低温环境、在相对较低的环境温度 下和介质温度下，通过闪蒸获得低温液体，选择的低温液体具备低温汽化的物 性，通过增压泵增压后送入换热器，首先通过低温制冷系统吸收待汽化的溶液 中的冷量冷却需要液化的循环气体，同时利用温差传热原理吸收从增压泵输出 的低温液体和从闪蒸罐排出的低温气体的冷量进一步冷凝从低温制冷系统的蒸 发器排出的气体，尔后送入减压阀进行闪蒸。同时由增压泵输送的液体得到加 热升温，尔后再吸收大气或其它流体中的热量使之汽化为温度与压力相对较高 的蒸汽后进入透平膨胀机，推动透平膨胀机做功；从而实现从低温热源吸热， 使之转化为功的热力发动机。
该系统能将蕴含于大气、江河湖海的水中及各种工业过程产生的气、液流 体中的低品位热量回收再利用，转化为有用的动能，为各种过程提供动力，如 可以作为汽车动力、火车动力、轮船动力、工业生产过程的动力、驱动发电机 的动力......同时，可为各种需要供冷的空间提供冷量、需要冷却的设备提供冷
却介质、为各种低温冷冻提供低温冷却介质......这不仅减少了环境污染、向需
冷空间及介质提供冷量，而且节省了能源，能从根本上降低能源成本、解决能
6源危机。
图l为实施例l的结构示意图； 图2为实施例2的结构示意图； 图3为实施例3的结构示意图； 图4为实施例4的结构示意图5为本实用新型的另一种结构形式。
具体实施方式
实施例1:这种利用回收低品位能量的动力供应系统有一个透平膨胀机l，
透平膨胀机1与闪蒸罐10相联通的进管上依次装有低品位能量回收换热器3、 强制冷却低温制冷系统中的冷凝器5、循环液化介质高温区冷量回收换热器37、
循环介质低温区冷量回收换热器15、液体增压泵8并且它们相连通；即透平
膨胀机1通过进管2与低品位能量回收换热器3相连通，低品位能量回收换热 器3通过进管4与强制冷却低温制冷系统中的冷凝器5相连通，强制冷却低温 制冷系统中的冷凝器5通过进管6与循环液化介质高温区冷量回收换热器37相 连通，循环液化介质高温区冷量回收换热器37通过进管36与循环介质低温区 冷量回收换热器15相连通，循环介质低温区冷量回收换热器15通过进管7与 液体增压泵8相连通，液体增压泵8通过进管9与闪蒸罐10连通；透平膨胀机 1与闪蒸罐IO相联通的出管上依次连通有循环液化介质高温区冷量回收换热器 37、强制冷却低温制冷系统中的蒸发器21、循环介质低温区冷量回收换热器15 和减压阀13， S卩透平膨胀机1通过出管19与循环液化介质高温区冷量回收换 热器37相连通，循环液化介质高温区冷量回收换热器37通过出管20与强制冷 却低温制冷系统中的蒸发器21相连通、强制冷却低温制冷系统中的蒸发器21 通过出管35与循环介质低温区冷量回收换热器15相连通，循环介质低温区冷 量回收换热器15通过出管14及装在该管上的减压阀13与闪蒸罐10相连通； 在进管与出管上装有包含强制冷却低温制冷系统中的冷凝器5和强制冷却低温 制冷系统中的蒸发器21组成的一级强制冷却低温制冷系统。强制冷却低温制冷 系统中的冷凝器5与蒸发器21由装有膨胀阀23、测温点28和制冷系统压縮机 26的介质管道连通；蒸发器21与制冷系统压縮机26的进口连通的介质管道27 相连通，冷凝器5与制冷系统压縮机26的出口连通的介质管道25相连通，测温点28装在连通蒸发器21与系统压縮机26进口的介质管道27上，膨胀阀23 装在连通蒸发器21与冷凝器5之间的介质管道22上，膨胀阀23通过毛细管道 34与测温点28相连；与闪蒸罐10连通的出气管11经过循环介质低温区冷量回 收换热器15后，再通过管道16与压縮机17的进口连通，与压縮机17出口连 通的管道18与出管连通，连通点位于高温区冷量回收换热器37与透平膨胀机1 之间的出管19上；与电源线31相连的控制柜32通过控制线及电源线束33分 别与气体压縮机17、减压阔13、透平膨胀机l、电子膨胀阀23、增压泵8和系 统压縮机26连接。控制柜32可以安装于透平膨胀机1旁，也可选择适当的安 装位置。介质管道内充有适量的氦气或氮气或R14或其它压縮介质。本实施例 中的低品位能量回收换热器3为流体换热器，在低品位能量回收换热器3上安 装有提供能量的流体的进管29、出管30。根据所提供能量的种类也可采用风能 回收换热器或风能回收换热器与流体换热器相结合的结构形式。
实施例2:本实施例中的透平膨胀机l为两级；强制冷却低温制冷系统为一 组两级。即在进管与出管上装有一组两级强制冷却低温制冷系统；装在与透平 膨胀机联通的出管上的强制冷却低温制冷系统中的蒸发器21位于第一级强制冷 却低温制冷系统中，装在与透平膨胀机1联通的进管上强制冷却低温制冷系统 中的冷凝器5位于第二级强制冷却低温制冷系统中，两级强制冷却低温制冷系 统之间是一个与第一级强制冷却低温制冷系统中的介质管道和第二级强制冷却 低温制冷系统中的介质管道均连通的换热器12; g卩位于第一级强制冷却低温 制冷系统中的蒸发器21与第一级强制冷却低温制冷系统中的制冷系统压縮机26 的进口连通的介质管道27相连通，换热器12与系统压縮机26的出口连通的介 质管道25相连通，测温点28装在连通蒸发器21与系统压縮机26的进口的介 质管道27上,膨胀偶23装在连通蒸发器21与换热器12之间的介质管道22上， 膨胀阀23通过毛细管道34与测温点28相连；换热器12又与第二级强制冷却 低温制冷系统中的制冷系统压縮机41的进口连通的介质管道42相连通，位于 第二级强制冷却低温制冷系统中的冷凝器5与该制冷系统压縮机41的出口连通 的介质管道40相连通，在连通换热器12与制冷系统压縮机41进口的介质管道 42上有测温点28b，连通冷凝器5与换热器12之间的介质管道39上装有膨胀 闳38，膨胀阀38通过毛细管道34b与测温点28b相连；
与电源线31相连的控制柜32通过控制线及电源线束33也与后一级强制冷却低温制冷系统中的电子膨胀阀38和系统压縮机26连接。其它结构与实施例1 相同。
实施例3:本实施例的结构与实施例2相近似，只是透平膨胀机和压縮机整 合为一个整体设备l，同时强制冷却低温制冷系统更改为三级，即在进管与出管 上装有三级强制冷却低温制冷系统；装在与透平膨胀机联通的出管上强制冷却 低温制冷系统中的蒸发器21位于第一级强制冷却低温制冷系统中，装在与透平 膨胀机1联通的进管上强制冷却低温制冷系统中的冷凝器5位于第三级强制冷 却低温制冷系统中；相邻两级强制冷却低温制冷系统的介质管道均与同一个换 热器连通；且该换热器是与相邻的上一级强制冷却低温制冷系统中系统压缩机 出口连通的介质管道连通，与相邻的下一级强制冷却低温制冷系统中的系统压 縮机进口连通的介质管道连通。
'本实施例中第一级强制冷却低温制冷系统中的介质管道和第二级强制冷却 低温制冷系统中的介质管道均与换热器12连通；第二级强制冷却低温制冷系统 中的介质管道和第三级强制冷却低温制冷系统中的介质管道均与换热器12b连 通。即位于第一级强制冷却低温制冷系统中的蒸发器21与第一级强制冷却低温 制冷系统中的制冷系统压縮机26的进口连通的介质管道27相连通，换热器12 与系统压縮机26的出口连通的介质管道25相连通，测温点28装在连通蒸发器 21与系统压縮机26的进口的介质管道27上，膨胀阀23装在连通蒸发器21与 换热器12之间的介质管道22上，膨胀阀23通过毛细管道34与测温点28相连； 换热器12又与第二级强制冷却低温制冷系统中的制冷系统压縮机41的进口连 通的介质管道18相连通，第二级强制冷却低温制冷系统与第三级强制冷却低温 制冷系统之间的换热器12b与第二级强制冷却低温制冷系统中制冷系统压縮机 41的出口连通的介质管道40相连通，在连通换热器12与制冷系统压縮机41进 口的介质管道18上有测温点28b，在连通换热器12b和换热器12之间的介质管 道39上装有膨胀阔38，膨胀阀38通过毛细管道34b与测温点28b相连；
位于第三级强制冷却低温制冷系统中的冷凝器5与该制冷系统压缩机46的 出口连通的介质管道47相连通，在连通换热器12b与制冷系统压縮机47进口 的介质管道45上有测温点28c，连通换热器12b与冷凝器5之间的介质管道44 上装有膨胀阀43，膨胀阀43通过毛细管道34c与测温点28c相连；
与电源线31相连的控制柜32通过控制线及电源线 33也与最后一级强制实施例4:本实施例的强制冷却低温制冷系统是把两组如实施例2相同结构 的两级强制冷却低温制冷系统并联，而后装在与透平膨胀机连通的进管和出管 上。每组中的蒸发器21装在与透平膨胀机连通的出管上；每组中的冷凝器5装 在与透平膨胀机连通的进管上。
另外透平膨胀机也有多台串联和并联，低品位能量回收换热器3采用不同 形式的多台能量回收换热器并联或串联后接入系统管道；压縮机为两台并联入 系统。
实施例4中的强制冷却低温制冷系统也可把压縮机进行三级、四级或更多 级的强制冷却低温制冷系统并联。并联的组数可为二、三、四或更多组。
在上述各实施例中的闪蒸罐10与液体增压泵8之间的进管上也可以安装增 液管道，增液管道安装在液化液体增压泵的入口管道上；根据所提供能量的种 类，低品位能量回收换热器可采用风能回收换热器或风能回收换热器与流体换 热器相结合的结构形式。透平膨胀机可以与压縮机合并在一起，或直接采用透 平膨胀机压縮机。
本实用新型中循环液化介质低温区冷量回收换热器及高温区冷量回收换热 器可以是三种流体之间同时进行能量交换的换热器，也可以是两个以上的两种 流体之间进行能量交换的换热器的组合；当循环液化介质低温区冷量回收换热 器及高温区冷量回收换热器是两个以上的两种流体之间进行能量交换的换热器 的组合时要对应设置强制冷却低温制冷系统。因此本实用新型还可采用如图5 的结构形式。
以上仅为几个典型的实例，根据实际情况可以增加或减少每个部件的数量， 也可重新组合相同性质部件的排列顺序，实现扩大或减小系统做功能力的目的。 为了整齐美观，本系统中的构件除风能回收换热器外可装配在一个机箱内。 本实用新型是把具有一定温度的流体送入该系统流体能量回收换热器内 (根据设计方案，也可采用其他多种形式的能量回收换热器串联或并联，把空气、江河湖海中的水、火电厂或核电厂的汽轮机排出的蕴含有低品位能量的乏 汽、冷冻系统的循环水、工业生产过程产生的具有一定温度(如温度在30°C 左右)的流体等中的一种或几种，通过风机驱动或液体泵的加压输送输入该系 统流体能量回收换热器内)，循环介质液体增压泵把液化后的循环压縮介质加压 后送入低温区冷量回收换热器内，与从强制冷却低温制冷系统的蒸发器排出的 气体进行换热，将低温制冷系统的蒸发器排出的气体充分冷却后送入减压阀进 行闪蒸，闪蒸后的气体经压縮机增压后与透平膨胀机排出的乏汽一起进入循环 介质高温区冷量回收换热器与待液化的液体进行能量交换，然后进入强制冷却 低温制冷系统的蒸发器，重复上述冷却过程后继续闪蒸，经过初步加热后的增 压泵输送的流体(液体或汽、液两相流体)，经过输送管道被送入流体能量回收 换热器内，被具有一定温度的流体进一步加热使其完全汽化成具有一定温度的 高压气体后进入透平膨胀机，驱动透平膨胀机对外做功。经气体压縮机增压后 的气体压力和温度不能太高，以便于冷却降温、利于闪蒸为宜，如氦气的压縮 机出口温度控制在40k以下为宜，氮气的压縮机出口温度应控制在180k以下为 宜等。温度、压力过高不但系统的能耗增加，而且闪蒸系统的液化率将会大大 降低，甚至无法液化。液化系统的气体进入减压阀前的温度降的越低，闪蒸气 体越易液化，系统能耗越低，对外做功能力越强。
权利要求1、一种利用回收低品位能量的动力供应系统，包括透平膨胀机，通过管道与透平膨胀机联通的低品位能量回收换热器、液体增压泵和通过管道与闪蒸罐相连的压缩机，装在该管道上的减压阀；与电源线相连的控制柜通过控制线及电源线束与压缩机、减压阀、液体增压泵、透平膨胀机相连，其特征在于透膨胀机与闪蒸罐相联通的进管上依次装有低品位能量回收换热器、强制冷却低温制冷系统中的冷凝器、循环液化介质高温区冷量回收换热器、循环介质低温区冷量回收换热器、液体增压泵，并且它们相连通；透平膨胀机与闪蒸罐相联通的出管上依次连通有循环液化介质高温区冷量回收换热器、强制冷却低温制冷系统中的蒸发器、循环介质低温区冷量回收换热器和减压阀，且循环介质低温区冷量回收换热器通过减压阀与闪蒸罐相连通；在进管与出管上至少装有一组一级强制冷却低温制冷系统；强制冷却低温制冷系统中的冷凝器与蒸发器由装有膨胀阀、测温点和制冷系统压缩机的介质管道连通，膨胀阀通过毛细管道与测温点相连，强制冷却低温制冷系统中的冷凝器与制冷系统压缩机出口连通的介质管道相连通，强制冷却低温制冷系统中的蒸发器与制冷系统压缩机进口连通的介质管道相连通；与闪蒸罐连通的出气管经过循环介质低温区冷量回收换热器后与压缩机进口连通，与压缩机出口连通的管道与出管连通，连通点位于高温区冷量回收换热器与透平膨胀机之间的出管上；与电源线相连的控制柜通过控制线及电源线束也与强制冷却低温制冷系统中的制冷系统压缩机、膨胀阀连接。
2、 根据权利要求l所述的利用回收低品位能量的动力供应系统，其特征在 于液化液体增压泵的入口管道上装有增液管道。
3、 根据权利要求1或2所述的利用回收低品位能量的动力供应系统，其特 征在于所述的低品位能量回收换热器为风能回收换热器或流体换热器或风能 回收换热器与流体换热器相结合的结构形式。
4、 根据权利要求3所述的利用回收低品位能量的动力供应系统，其特征在 于在进管与出管上装有一组一级强制冷却低温制冷系统；与制冷系统压縮机 进口连通的蒸发器装在与透平膨胀机联通的出管上，且该蒸发器位于循环液化 介质高温区冷量回收换热器与循环介质低温区冷量回收换热器之间；与制冷系统压縮机出口连通的冷凝器装在与透平膨胀机联通的进管上，且位于低品位能 量回收换热器与循环液化介质高温区冷量回收换热器之间。
5、 根据权利要求3所述的利用回收低品位能量的动力供应系统，其特征在 于在进管与出管上装有至少一组两级强制冷却低温制冷系统；强制冷却低温 制冷系统中的蒸发器位于第一级强制冷却低温制冷系统中，它装在出管上，强 制冷却低温制冷系统中的冷凝器位于最后一级强制冷却低温制冷系统中，它装 在进管上，相邻两级强制冷却低温制冷系统的介质管道均与同一个换热器连通； 且该换热器是与相邻的上一级强制冷却低温制冷系统中系统压縮机出口连通的 介质管道连通，与相邻的下一级强制冷却低温制冷系统中的系统压縮机进口连 通的介质管道连通。
6、 根据权利要求3所述的利用回收低品位能量的动力供应系统，其特征在 于在进管与出管上装有两组至少两级强制冷却低温制冷系统。
7、 根据权利要求5所述的利用回收低品位能量的动力供应系统，其特征在 于所述的利用回收低品位能量的动力供应系统，其特征在于系统内至少有 两个透平膨胀机，它们并联或串联；至少有两台并联的气体压縮机与透平膨胀机连接。
8、 根据权利要求6所述的利用回收低品位能量的动力供应系统，其特征在 于所述的利用回收低品位能量的动力供应系统，其特征在于系统内至少有 两个透平膨胀机，它们并联或串联；至少有两台并联的气体压縮机与透平膨胀 机连接。
专利摘要一种便于安装、使用方便、占地面积小、不污染环境、节省能源的利用回收低品位能量的动力供应系统。包括透平膨胀机，低品位能量回收换热器、液体增压泵和压缩机；与电源线相连的控制柜通过控制线及电源线束；透膨胀机与闪蒸罐相联通的进管上依次装有低品位能量回收换热器、强制冷却低温制冷系统中的冷凝器、循环液化介质高温区冷量回收换热器、循环介质低温区冷量回收换热器、液体增压泵，并且它们相连通。这不仅减少了环境污染、向需冷空间及介质提供冷量，而且节省了能源，能从根本上降低能源成本、解决能源危机。
文档编号F03G7/04GK201377399SQ20092008993
公开日2010年1月6日 申请日期2009年4月29日 优先权日2009年4月29日
发明者陈万仁 申请人:陈万仁