多效多级涡流管冷热双能机系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于新能源利用领域，特别涉及一种多效多级涡流管冷热双能机系统，包括多级涡流管，涡流管串联设置为热端出口串联或者冷端出口串联，液态工质经基础集能蒸发器相变为气相载能工质，气相载能工质进入第一级的涡流管的进气管，涡流管冷端出口连接冷能换热器，热端出口连接热能换热器，冷能换热器、热能换热器的出口分别对应通向温差发电混流器的冷热进口，温差发电混流器出口连接回流泵，回流泵连接工质罐，工质罐连接基础集能蒸发器。本实用新型结合温差发电技术，通过集空气能、太阳能、海水能等自然能，可稳定地产生超高能效比热冷双能，广泛应用于建筑空调、海水淡化、工农业生产用能发电的能源供给。
【专利说明】
多效多级满流管冷热双能机系统
技术领域
[0001] 本实用新型设及一种多效多级满流管冷热双能机系统，属于新能源利用领域。
【背景技术】
[0002] 传统的满流管设备主要是利用满流管的满流(冷热分离）效应，采用压缩空气，空 压机设备为能量动力源，产生-45~+130°C的冷气或热气，W满足冷热能量的需求，用于一 些不便于传统空调装置使用的特别环境。由于压缩空气是一次性排放、简单环保、能效比 化ER、C0P)较低、比传统主流空调造价高，不宜在主流和大规模推广使用。
[0003] 现有技术中，一种无工质累式循环发电方法(专利申请号:201110462221.7)、一种 取消工质回流累的闭式循环发电方法(201210102519.1)、一种利用满流进行制冷的空调工 作方法(201310103227.4)，上述文献的技术特征是利用了相变工质替代了压缩空气，在系 统中实现无动力自动循环。如果该技术能够实现其技术方案，就是"永动机"。上述已有技术 方案的关键点是工质在整个循环过程中低压向高压液化不使用回流累及压缩机，运是一个 难W实现的，且实现成本高于传统制冷及热累设备，工艺繁琐复杂，不能稳定或较大规模运 行，缺乏实用性。该已有技术集能设备装置(蒸发器），运个系统能源技术核屯、装置缺失是难 W进入主流能源设备实施大规模应用等不足。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型要解决的技术问题是：提供一种可利用相变工质进行一个大系统循 环，或多个子系统循环，产生高品位的能量，实现高溫和深冷，将集能装置产生的能量(冷 热)大功率高能效比的稳定输出，满足建筑空调及工业、农业生产用能的需要的多效多级满 流管冷热双能机系统。
[0005] 本实用新型所述的多效多级满流管冷热双能机系统，包括由两个W上的满流管串 联成的多级满流管，满流管包括进气口、冷端出口及热端出口，满流管串联设置为热端出口 串联或者冷端出口串联，液态工质经基础集能蒸发器相变为气相载能工质，气相载能工质 进入第一级的满流管的进气管，满流管冷端出口连接冷能换热器，热端出口连接热能换热 器，冷能换热器、热能换热器的出口分别对应通向溫差发电混流器的冷热进口，溫差发电混 流器内部设置溫差发电板，溫差发电混流器出口连接回流累，回流累连接工质罐，工质罐连 接基础集能蒸发器。
[0006] 多级满流管有至少两个W上的满流管个体组成，可W是按顺序，第一级的满流管 进气管连接于基础集能蒸发器的出口，一级满流管的热(冷)端与下一级满流管的进气管连 接，按顺序依次连接多效。末端满流管热(冷)端分别连接于热能换热器及冷能换热器。热、 冷换热器的出口分别通向溫差发电混流器的冷热进口。溫差发电混流器的出口连接于回流 累。工质罐的进口端连接于回流累的出口，出口连接于基础集能蒸发器的进口管，形成串联 或多级满流管的一个大循环回路。热能换热器的工质流向溫差发电混流器的热进口，冷能 换热器的工质流向溫差发电混流器的冷进口。
[0007] 所述的热端出口串联设置为第一级的满流管热端出口连接下一级的满流管的进 气口，依次热端出口连接相邻下一级的满流管的进气口，按顺序依次连接多效，末级的满流 管热端出口连接热能换热器，各级的冷端出口连接冷能换热器。
[0008] 所述的冷端出口串联设置为第一级的满流管冷端出口连接下一级的满流管的进 气口，依次冷端出口连接相邻下一级的满流管的进气口，按顺序依次连接多效，末级的满流 管冷端出口连接冷能换热器，各级的热端出口连接热能换热器。
[0009] 所述的相邻的满流管之间设置双效集能蒸发器和溫差发电混流器，第一级的满流 管热端出口连接下一级的双效集能蒸发器，换热后流向溫差发电混流器的热进口端，满流 管的冷端出口则经冷能换热器连接溫差发电混流器的冷进口端，溫差发电混流器的出口连 接回流累，回流累将工质液化回注工质罐，依次按顺序连接，各效都有一个完整的循环回路 系统，形成逐效的多效效应。多效满流管由至少两个W上的满流管个体组成，可W是第一效 的满流管分离出的热(冷)供给下一级的双效集能蒸发器，换热后流向溫差发电混流器，经 回流累将工质液化回注工质罐，各效都有一个完整的循环回路系统，形成逐效的多效效应。
[0010] 所述的工质设置为氣利昂、HCFC或者HFC。均为低沸点的相变工质。
[0011] 所述的基础集能蒸发器包括=维空间聚能的翅片管，翅片管的外表面涂有选择性 吸热涂层，翅片管内置换热忍管。基础集能蒸发器为高导热材质，如铜、侣材质等，聚能的翅 片管可W串并联组成列阵。
[0012] 所述的溫差发电混流器设置为在绝热保溫层包裹的密闭围护体，有热腔和冷腔， 冷、热腔之间有溫差发电板，末端有混流管。
[0013] 所述的热腔和冷腔设置为多个，多个热腔、冷腔和溫差发电板并列设置。
[0014] 为了达到高品位高溫和深冷能量及热冷流量可进行多级多效的混合串并联组合。 可W中央控制或分组控制循环。满流管的功率(流量)可根据系统中的满流管可W是同等流 量功率，也可W不同流量禪合使用，可W-个大流量上级多个小流量下级，或多个小流量上 级一个大流量下级连接形式。
[0015] 本实用新型的有益效果是：
[0016] 采用多效(级)满流管及环保型相变工质，结合溫差发电技术，通过集空气能、太阳 能、海水能等自然能，可稳定地产生超高能效比热冷双能，广泛应用于建筑空调、海水淡 化、工农业生产用能发电的能源供给，给新能源的开发利用提供了新的途径。
【附图说明】
[0017] 图1是本实用新型的结构示意图之一。
[0018] 图2是本实用新型的结构示意图之二。
[0019] 图3是本实用新型的结构示意图之S。
[0020] 图4是本实用新型的结构示意图之四。
[0021 ]图5是基础集能蒸发器的结构示意图。
[0022] 图6是溫差发电混流器的结构示意图。
[0023] 图7是多效满流管工艺流程图。
[0024] 图中：1、满流管2、基础集能蒸发器3、双效集能蒸发器4、溫差发电混流器5、回 流累6、工质罐7、热能换热器8、冷能换热器9、溫差发电板10、选择性吸热涂层11、翅 片管12、换热忍管13、热腔14、冷腔15、混流管16、绝热保溫层。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图对本实用新型做进一步描述：
[0026] 如图1~图7所示，本实用新型所述的多效多级满流管冷热双能机系统，包括由两 个W上的满流管1串联成的多级满流管，满流管1包括进气口、冷端出口及热端出口，满流管 1串联设置为热端出口串联或者冷端出口串联，液态工质经基础集能蒸发器2相变为气相载 能工质，气相载能工质进入第一级的满流管1的进气管，满流管1冷端出口连接冷能换热器 8,热端出口连接热能换热器7,冷能换热器8、热能换热器7的出口分别对应通向溫差发电混 流器4的冷热进口，溫差发电混流器4内部设置溫差发电板9,溫差发电混流器4出口连接回 流累5,回流累5连接工质罐6,工质罐6连接基础集能蒸发器2。热端出口串联设置为第一级 的满流管1热端出口连接下一级的满流管1的进气口，依次热端出口连接相邻下一级的满流 管1的进气口，按顺序依次连接多效，末级的满流管1热端出口连接热能换热器7,各级的冷 端出口连接冷能换热器8。冷端出口串联设置为第一级的满流管1冷端出口连接下一级的满 流管1的进气口，依次冷端出口连接相邻下一级的满流管1的进气口，按顺序依次连接多效， 末级的满流管1冷端出口连接冷能换热器8，各级的热端出口连接热能换热器7。相邻的满流 管1之间设置双效集能蒸发器3和溫差发电混流器4,第一级的满流管热端出口连接下一级 的双效集能蒸发器3,换热后流向溫差发电混流器4的热进口端，满流管1的冷端出口则经冷 能换热器8连接溫差发电混流器4的冷进口端，溫差发电混流器4的出口连接回流累5,回流 累引尋工质液化回注工质罐6,依次按顺序连接，各级都有一个完整的循环回路系统，形成 逐级的多效效应。工质设置为氣利昂、HCFC或者HFC。基础集能蒸发器2包括S维空间聚能的 翅片管11，翅片管11的外表面涂有选择性吸热涂层10,翅片管11内置换热忍管12。溫差发电 混流器4设置为在绝热保溫层16包裹的密闭围护体，有热腔13和冷腔14,冷、热腔之间有溫 差发电板9,末端有混流管15。热腔13和冷腔14设置为多个，多个热腔13和冷腔14并列设置。
[0027] 满流管1的材质可W是金属材料，如碳钢、侣合金、不诱钢SUS304、316、310S等。
[002引实施例(一）：
[0029] 本实施例为利用热能为主提供热源的实施例。满流管1材质为SUS304,进气流量 40m3/min、30m3/min、20m3/min，四只满流管为多级连接。
[0030] 基础集能蒸发器2材质为侣合金7072的太阳花翅片管，02QX刖如乂 IOX10 (管径 公称DN X翅片直径X翅片数量X管壁厚度mm)。材质导热系数28抓/m. k，管压> 3.8M化，外 涂选择性（阳极氧化)锻层，对太阳光的吸收率含91%，红外法线福射发射率含10%。
[0031] 翅片行距200mm，基础集能蒸发器2列阵集能面积500m2。选用工质R134a，或R600， 沸点溫度-26.1°C，临界溫度：101.1°C，沸点：-11.8°C，临界溫度：U4.98°C。工质罐30化不 诱钢钢瓶，工质罐承压^4.01?日。回流累为满旋式压缩机101(￥，累压^351口曰。
[0032] 溫差发电混流器为金属壳，外有50mm化泡沫保溫材料，规格:200 X 300 X 10000 (宽X高X长)mmXlO组，溫差发电总功率> 18KW。
[0033] 如果本实用新型的一种多效（级）满流管冷热双能机系统设备在年光照强度 7500MJ/m2的春秋两季，环境溫度25°C地区使用，可产生500KW热及冷双能量，除自身溫差发 电外接电源能耗为8.2W，其能效比:E邸含25、0)?^0，四级热能高溫可达到300°0^上。
[0034] 当环境溫度为25°C时，工质罐内可形成工质压力达到17.5~18kg/cm2,通过电磁 阀进入基础集能蒸发器后，通过集热蒸发器的金属高导热壁将环境空气热量和太阳能福射 热量的热量加热，由-26.2°C(或-11.8°C)就可W汽化的工质经换热加溫迅速溫升，增压至 3.0~5. OMPa(白昼光照与夜间或无光照条件情况下），W3.0~5. OMh的载能气体冲出满流 管进气口，通过满流内高速分离，热气体由热端出口排出，溫度为130°C。冷气排出溫度为-28°C，冷气进入换热器。
[0035] 130°C的一级满流管排出热气流进入二级满流管进气口，经二级满流管分离后，热 端出口达到200°C，冷端出口气体为-5°C。冷端气体进入冷能换热器(可单独，也可与所有各 级满流管冷端共用冷能换热器）。
[0036] 第二级的200°C高溫工质气体进入第=级满流管，分理处265°C的高溫工质气体和 15°C的低溫工质气体。
[0037] 第=级热端工质气体265°C进入第四级满流管的进气口，经满流分离后，热端出口 工质气体达到325°C，冷端出口为38°C。
[003引实施例（二）：
[0039] 四级热端排出的325°C的高溫工质气体进入换热器负载，经换热后（可多级换热） 回流工质气体可设定在100~50°C进入溫差发电混流器。发电溫差控制在30~100°C之间。 通过半导体晶体溫差发电板进行冷热中和后，混流管流出的15~30°C的工质气体(低于临 界溫度），经压缩机加压至^ 1 SMPa，液化进入工质罐，完成一次循环。
[0040] 实施例(S):
[0041] 通过多级满流管的冷端低溫工质气体的逐级进入下一级满流的进气口，最后达 至Ij-80°CW下的深冷效果，满足速冻工作需求。深冷制冷时选择超低溫沸点的工质，如R170、 R1150、R410A等。由于一般氣利昂的沸点在含-40°C，如低于沸点就会液化。由工质罐出口电 磁阀流出的液体工质，进入集能蒸发器，经与环境能(空气能、太阳能等)换热溫升迅速相变 汽化，工质溫度升高，密度减小，急剧膨胀，压力增大3.0~5. OMPa的载能气体冲入满流管进 气口，通过满流高速分离，130°C的热气由热端出口进入散热器(热能换热器），-28°C冷气由 冷端出口进入第二级满流管的进气口。
[0042] 经第二级满流管的分离后产生热端出口排出25°C热工质气体，进入热能换热器， 冷端排出-48°C冷工质气体进入第=级满流管，经分离后，由热端排出5°C工质气体，冷端排 出-70°C的工质气体。
[0043] 经第四级满流管的分离后，热端排出工质气体溫度为-15°C，冷端排出-80°C的深 冷工质气体，进入换热器负载，进行制冷换热后，进入在设定的临界溫度进入溫差发电混流 器，与进入热能的热工质气体进行溫差发电利用后混流中和进入回流累，在多级制冷时为 了实现深冷，可选择多级单元循环，方便选择不同沸点的工质，液化进入工质罐，完成一次 循环。
[0044] 实施例（四）：
[0045] 多效满流管与多级满流管的不同特征在于多效满流管可W每个满流管单元循环， 也可W中央循环；多效满流管适用于热冷能源不需品位太高而对流量需求大的工况。还在 于多效的第一效为基础集能蒸发器，二效及W后为双效集能蒸发器。通过双效集能蒸发器 将一效能量传至下一效，依次传递多效。本多效不适合冷利用。主要W热利用为主的技术形 式。第一效的热能传递给二效集能蒸发器，增加二效的蒸发热能，溫升增压的作用。其工作 流程如图7所示：
[0046] 依次逐效上一效将热(冷)传递给下一效，为增加下一效蒸发热源，最后一效产生 的高溫热能，通过热能换热器卸载后，进入溫差发电混流器，经回流累液化回流工质罐，完 成一次循环。
[0047] 实施例(五）：中央循环
[0048] 多效满流管的连接方式可W由一个基础集能蒸发器、多个双效集能蒸发器、两个 负载冷热换热器，共用一个溫差发电混流器和回流累、工质罐，形成中央循环控制。
[0049] 实施例(六）：
[0化0] 禪合；
[0051] 为了获得较大的热(冷)能流量和较高品位热(冷)能量，可采用多级多效禪合连接 工艺。多个单元满流管组成多效集能，末端满流管连接多级满流管。多级满流管的末端热 (冷)输出给换热负载。可W多效为一个循环系统，多级为一个循环系统。或者多效为多个单 元式循环系统，多级为一个循环系统。
[0052] 采用不诱钢材质511516，流量为10〇1113/111111的；只满流管，铜侣翅片管 01OXlO()X3.Omm的带有阳极氧化吸热涂层的3XlOOOm 2的换热集热方阵，集能功率 2400KW。采用4000L的工质罐，工质罐材质为SUS304，壁厚40mm，工作耐压含3 . OM化，回流累 功率IOOKW。
[0053] 溫差发电混流器：为带有绝热层的金属不诱钢矩形条状容器。规格:400X600 X 20000mm，8套，溫差发电半导体面积:400X20000X8mm，发电功率30KW。多级满流管材质为 SUS310S，流量分别是 300mVmin，210m3/min。
[0化4]多效采用相变工质为R410,沸点-51.6°C，临界溫度72.5°C。多级采用相变工质为 Rl 14，沸点：3.77°C，临界溫度145°C，及Rl 13，沸点47°C，临界溫度214°C。
[0化5] S只IOOmVmin满流管为并联连接，两只30〇111^111111、21〇111^111111，满流管为多级连 接。3000m的集能蒸发器，4000L的工质罐，IOOKW的回流累满旋式压缩机，400 X600 X 20000 的溫差发电混流器8套，及热能换热器负载组成一个大循环系统。
[0化6] S只并联的IOOmVmin满流管分离出冷端-28°C的低溫，及132°C的高溫。132°C的 高溫工质气体进入多级满流管，300mVmin第一级分理处-5°C与180°C，经第二级210mVmin 满流管分离出29°C的低溫、230°C的高溫，通入热能换热器负载蒸汽发生器，再经溫差发电 混流器产生25KW的电能。
[0057]本实施例的总能耗100KW(回流累100KW)，产生热冷能量2400KW，其超高的能效比 COP含24,是目前太阳能、空气源、地源、海水源MVR、漠化裡等传统制热工艺无法相比的。
[005引本实用新型的一种多效(级)满流管冷热双能机系统，可广泛应用于环境工程污水 处理、海水淡化、发电、石化、制药、食品等工农业生产提供冷热能源。运种能提供热冷双能 的技术，在应用中比传统仅能提供一种热或冷的更具有显著的经济效益。
[0059] 1.如:在污水处理及海水淡化工艺中，蒸馈法中的低溫多效、多级闪蒸、MVR机械蒸 汽压缩等工艺中，不仅提供蒸发热能，同时为冷凝设备提供冷能，一举两得的效果和收益。
[0060] 2.在食品行业中，可W为食品行业生产提供热水、热风，同时还为冷冻、冷藏提供 冷能量。如肉食、屠宰行业，既用热水，同时也需制冷，海产品等都是冷热能同时使用的。
[0061] 3.石化、制药行业是典型冷热双能使用，蒸馈与冷凝同在一个工艺中最常见的行 业。
[0062] 因此，本实用新型的一种多效(级）满流管冷热双能机系统，双能同产具有广泛的 应用领域。
【主权项】
1. 一种多效多级涡流管冷热双能机系统，其特征在于:包括由两个以上的涡流管（1)串 联成的多级涡流管，涡流管（1)包括进气口、冷端出口及热端出口，涡流管串联设置为热端 出口串联或者冷端出口串联，涡流管（1)冷端出口连接冷能换热器(8)，热端出口连接热能 换热器(7)，冷能换热器(8)、热能换热器(7)的出口分别对应通向温差发电混流器(4)的冷 热进口，温差发电混流器(4)内部设置温差发电板(9)，温差发电混流器(4)出口连接回流栗 (5)，回流栗(5)连接工质罐(6)，工质罐(6)连接基础集能蒸发器(2)。2. 根据权利要求1所述的多效多级涡流管冷热双能机系统，其特征在于:热端出口串联 设置为第一级的涡流管（1)热端出口连接下一级的涡流管（1)的进气口，依次热端出口连接 相邻下一级的涡流管（1)的进气口，按顺序依次连接多效，末级的涡流管（1)热端出口连接 热能换热器(7)，各级的冷端出口连接冷能换热器(8)。3. 根据权利要求1所述的多效多级涡流管冷热双能机系统，其特征在于:冷端出口串联 设置为第一级的涡流管（1)冷端出口连接下一级的涡流管（1)的进气口，依次冷端出口连接 相邻下一级的涡流管（1)的进气口，按顺序依次连接多效，末级的涡流管（1)冷端出口连接 冷能换热器(8)，各级的热端出口连接热能换热器(7)。4. 根据权利要求1所述的多效多级涡流管冷热双能机系统，其特征在于:相邻的涡流管 (1)之间设置双效集能蒸发器(3)和温差发电混流器(4)，第一级的涡流管（1)热端出口连接 下一级的双效集能蒸发器(3)，换热后流向温差发电混流器(4)的热进口端，涡流管（1)的冷 端出口则经冷能换热器(8)连接温差发电混流器(4)的冷进口端，温差发电混流器(4)的出 口连接回流栗(5)，回流栗(5)将工质液化回注工质罐(6)，依次按顺序连接，各级都有一个 完整的循环回路系统，形成逐级的多效效应。5. 根据权利要求1所述的多效多级涡流管冷热双能机系统，其特征在于:工质设置为氟 利昂、HFC或者HCFC。6. 根据权利要求1所述的多效多级涡流管冷热双能机系统，其特征在于:基础集能蒸发 器(2)包括三维空间聚能的翅片管（11)，翅片管（11)的外表面涂有选择性吸热涂层(10)，翅 片管（11)内置换热芯管（12)。7. 根据权利要求1所述的多效多级涡流管冷热双能机系统，其特征在于:温差发电混流 器(4)设置为在绝热保温层（16)包裹的密闭围护体，有热腔（13)和冷腔（14)，冷、热腔之间 有温差发电板(9)，末端有混流管（15)。8. 根据权利要求7所述的多效多级涡流管冷热双能机系统，其特征在于:热腔（13)和冷 腔(14)设置为多个，多个热腔(13)、冷腔(14)和温差发电板(9)并列设置。
【文档编号】F25B29/00GK205425501SQ201520946000
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年11月24日
【发明人】许刚, 窦小琳, 陈海帆, 赵军平, 许亮, 刘昭勇
【申请人】北京运特科技有限公司