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基本信息

項(xiàng)目名稱：
小型低品位熱源型熱泵機(jī)組
小類：
能源化工
簡介：
作品結(jié)合能源梯級利用、低品位能源復(fù)合高品位能源利用的理念，基于壓縮制冷、吸收制冷、擴(kuò)散制冷同屬相變制冷的理論基礎(chǔ)，提出了一種壓縮-吸收-擴(kuò)散復(fù)合制冷的模式；并配比了氨-醋酸鈉/醋酸-氦新型工質(zhì)對，較好的適應(yīng)壓縮制冷、吸收制冷、擴(kuò)散制冷復(fù)合循環(huán)的運(yùn)行；設(shè)計(jì)了制冷劑濃度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)和自熱式過熱器，保證壓縮-吸收-擴(kuò)散制冷系統(tǒng)的高效運(yùn)行；同時(shí)設(shè)計(jì)了纖維管束式熱虹吸泵，用以代替機(jī)械泵，減小了設(shè)備運(yùn)動(dòng)部件。文章最后結(jié)合以上創(chuàng)新，設(shè)計(jì)了制冷能力為2.5kW的樣機(jī)5臺。
詳細(xì)介紹：
空調(diào)設(shè)備、制冷設(shè)備逐漸普及，一方面其提升了人們生活品質(zhì)，而另一方面其帶來的能耗問題日益影響社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。 從能源的角度講，常規(guī)能源日益短缺，而目前一些低品位的能源卻得不到有效利用，如汽車余熱、太陽能集熱器生產(chǎn)的中低溫?zé)崮埽m目前太陽能向高溫轉(zhuǎn)化的技術(shù)已經(jīng)成熟，但其成本遠(yuǎn)高于普通集熱器，不具備商業(yè)開發(fā)價(jià)值）。 作品的思路就是：研發(fā)可以利用較低溫度余熱或較低溫度熱源（如非聚光太陽能集熱器產(chǎn)生的中溫?zé)崴?驅(qū)動(dòng)的單戶型熱泵機(jī)組，夏季供冷，而冬季可以供暖。 為此，作品從四個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新： 1、制冷機(jī)理方面：設(shè)計(jì)了一級壓縮-吸收-擴(kuò)散聯(lián)合運(yùn)行的制冷模式，其一級驅(qū)動(dòng)可以利用低品位余熱，二級驅(qū)動(dòng)靠電力供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)能源的梯級聯(lián)合運(yùn)用，既保證了電能的節(jié)約、又使得制冷機(jī)的高效運(yùn)行。經(jīng)中科院文獻(xiàn)情報(bào)中心的查新鑒定在國內(nèi)屬于首次提出（編號2008-181）； 2、控制調(diào)節(jié)方面：系統(tǒng)設(shè)計(jì)了濃度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，打破傳統(tǒng)吸收式制冷系統(tǒng)濃度恒定的運(yùn)行方式，設(shè)計(jì)了制冷劑與吸收劑相互置換調(diào)節(jié)的模式，當(dāng)循環(huán)適合在高濃度工況下進(jìn)行時(shí)，有制冷劑進(jìn)入循環(huán)、有等體積吸收劑離開循環(huán)，使得循環(huán)溶液濃度提升，當(dāng)溶液適合在低濃度下運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)過程相反，始終保證系統(tǒng)的最優(yōu)化運(yùn)行。 3、循環(huán)工質(zhì)方面：配比了氨-醋酸鈉/醋酸-氦新型工質(zhì)對，工質(zhì)對保證了三種制冷方式復(fù)合的工質(zhì)要求，且屬于環(huán)境友好型工質(zhì)。 4、設(shè)計(jì)纖維管束型熱虹吸泵，提高了虹吸提升高度、增加了溶液循環(huán)量、降低了驅(qū)動(dòng)溫度，冬季供暖時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行無需任何運(yùn)動(dòng)部件，完全熱驅(qū)動(dòng)。 最后結(jié)合以上創(chuàng)新，設(shè)計(jì)了制冷能力為2.5kW的樣機(jī)5臺。

作品圖片

  • 小型低品位熱源型熱泵機(jī)組
  • 小型低品位熱源型熱泵機(jī)組
  • 小型低品位熱源型熱泵機(jī)組
  • 小型低品位熱源型熱泵機(jī)組
  • 小型低品位熱源型熱泵機(jī)組

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

1、發(fā)明目的： 研發(fā)可以利用較低溫度余熱或較低溫度熱源（如非聚光太陽能集熱器產(chǎn)生的中溫?zé)崴?驅(qū)動(dòng)的戶用小型熱泵，用于夏季供冷、冬季供暖。 2、基本思路： 壓縮制冷、吸收制冷、擴(kuò)散制冷同屬于相變制冷的范疇，其本質(zhì)為：形成一相對高壓和一相對低壓，使氣態(tài)工質(zhì)在相對高壓下液化，而此時(shí)液態(tài)工質(zhì)在相對低壓下汽化制冷，基于這一基礎(chǔ)結(jié)合能量梯級利用的理念，設(shè)計(jì)了一壓縮-吸收-擴(kuò)散復(fù)合制冷系統(tǒng)，其可融合壓縮制冷效率高、吸收制冷易于回收余熱、擴(kuò)散制冷體積較小的特點(diǎn)。 3、創(chuàng)新點(diǎn)： 1）設(shè)計(jì)了一級壓縮-吸收-擴(kuò)散聯(lián)合運(yùn)行的制冷模式，其一級驅(qū)動(dòng)可以利用低品位余熱，二級驅(qū)動(dòng)靠電力功能，降低了驅(qū)動(dòng)溫度，實(shí)現(xiàn)能源的梯級聯(lián)合運(yùn)用。經(jīng)中科院文獻(xiàn)情報(bào)中心的查新鑒定在國內(nèi)屬于首次提出（編號2008-181）； 2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)了變濃度調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行濃度的自我調(diào)節(jié)，始終保證系統(tǒng)的最優(yōu)化運(yùn)行。 3）配比了氨-醋酸鈉/醋酸-氦新型工質(zhì)對，工質(zhì)對保證了三種制冷方式復(fù)合的工質(zhì)要求，且屬于環(huán)境友好型工質(zhì)。 4）設(shè)計(jì)纖維管束型熱虹吸泵，用以代替機(jī)械泵，減少了運(yùn)動(dòng)部件，簡化了結(jié)構(gòu)。 4、技術(shù)關(guān)鍵： 壓縮、吸收、擴(kuò)散制冷的有機(jī)復(fù)合以及運(yùn)行的控制 5、技術(shù)指標(biāo)： 實(shí)現(xiàn)了熱驅(qū)動(dòng)制冷小型化：制冷量2.5KW（驅(qū)動(dòng)熱源溫度85℃、制冷系數(shù)0.37、制冷溫度-10℃）

科學(xué)性、先進(jìn)性

作品有效融合了壓縮制冷效率高、吸收制冷可以利用余熱驅(qū)動(dòng)、擴(kuò)散制冷體積小的特點(diǎn)。 1、對熱源品位（溫度）要求低、且效率高；與普通的余熱驅(qū)動(dòng)的制冷機(jī)相比，由于其兩級升壓的結(jié)構(gòu)，降低了對一級升壓的要求，從而保證在較低溫度的余熱下達(dá)到較理想的放氣范圍，保證了制冷效果；配比的氨-醋酸鈉/醋酸-氦的工作安全性相對于氨制冷而言，節(jié)流損失有較大降低，提高了效率；且其可根據(jù)工況變化將吸收劑與制冷劑進(jìn)行置換調(diào)節(jié)，達(dá)到調(diào)整系統(tǒng)溶液濃度的目的，保證了系統(tǒng)在最優(yōu)工況下運(yùn)行。 2、體積小，適合單戶使用；系統(tǒng)引入了擴(kuò)散輔助平衡氣體，克服了小型氨吸收制冷過程中，需要高壓溶液泵的缺陷，使得系統(tǒng)得以小型化。 3、制冷工質(zhì)屬于友好型工質(zhì)，可以減少氟利昂的排放。 4、運(yùn)行簡單，冬季運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)無需任何運(yùn)動(dòng)部件，使用方便。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

2009年5月，獲校第七屆大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎(jiǎng)； 2008年6月5號經(jīng)中國科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)中心鑒定，本項(xiàng)目的技術(shù)方案在國內(nèi)屬于首創(chuàng)； 2009年本項(xiàng)目技術(shù)的受讓方馬鞍山市天澤能源科技有限公司委托安徽省文獻(xiàn)情報(bào)研究所對技術(shù)再次進(jìn)行復(fù)核查新，結(jié)果表明到目前為止，該技術(shù)仍處于國內(nèi)先進(jìn)水平

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

合作開發(fā)

作品可展示的形式

實(shí)物、產(chǎn)品、模型、圖紙、現(xiàn)場演示、圖片、錄像

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

本作品研制的熱泵機(jī)組主要四方面特點(diǎn)：1）對驅(qū)動(dòng)溫度要求低；2）實(shí)現(xiàn)了熱驅(qū)動(dòng)制冷的小型化；3）運(yùn)行效率高；4）結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動(dòng)部件少。 作品推廣有兩個(gè)方向： 1）余熱利用方向：即回收生產(chǎn)、生活中的余熱為生產(chǎn)、生活提供冷量。如以該技術(shù)為核心，由馬鞍山天澤能源科技公司設(shè)計(jì)的“廢熱蒸汽型皮鞋定型冷風(fēng)機(jī)”制冷量約為10KW，其完全利用為皮鞋加工皮革軟化時(shí)，產(chǎn)生的蒸汽廢熱驅(qū)動(dòng)，每年可節(jié)省3000度電左右，預(yù)計(jì)投資回收期在3.3年。 本作品實(shí)現(xiàn)了熱驅(qū)動(dòng)制冷的小型化，使其在汽車余熱空調(diào)、漁船尾氣制冷方面有較大技術(shù)優(yōu)勢。 2）新能源利用方向，如目前太陽能向中低溫?zé)崮苻D(zhuǎn)化技術(shù)已經(jīng)成熟、成本較低，而這類熱能驅(qū)動(dòng)由于溫度太低，無法驅(qū)動(dòng)普通吸收式空調(diào)，而其可以滿足本作品運(yùn)行需求。 隨社會(huì)發(fā)展，制冷產(chǎn)品需求逐漸增加，能源日益緊張，本作品優(yōu)勢會(huì)逐步彰顯，鑒于技術(shù)廣闊的市場前景，目前團(tuán)隊(duì)已和馬鞍山天澤能源科技有限公司達(dá)成協(xié)議，雙方正對技術(shù)做進(jìn)一步研發(fā)。

同類課題研究水平概述

隨能源消耗日益加劇，針對低品位熱能的利用成為一個(gè)研究的熱點(diǎn)，其中利用低品位熱源制冷是利用低品位熱源的有效途徑，目前研究較多的是集中在兩個(gè)方向上：一是固體吸附制冷，二是液體吸收制冷。 在吸附式制冷方面的研究主要集中在吸附工質(zhì)對選擇、吸附床效率以及吸附周期等幾個(gè)方面，且取得了一定的進(jìn)展。對于吸附制冷而言，其有諸多優(yōu)勢，如無運(yùn)動(dòng)部件、結(jié)構(gòu)相對簡單、運(yùn)行安全、可以利用較低品位的熱能等等因素，但其尚有許多問題需要解決：1、效率低，從目前文獻(xiàn)提供的數(shù)據(jù)看，吸附式制冷效率較吸收式制冷低，效率僅有吸收式效率的10%-50%，2、吸附劑大多采用微孔結(jié)構(gòu)、導(dǎo)熱系數(shù)低、傳熱效果差的固體吸附劑，導(dǎo)致吸附和解吸周期長；3、單位質(zhì)量吸附劑的制冷功率小，設(shè)備體積大，系統(tǒng)的熱利用率不高. 而對吸收制冷而言：目前大型吸收制冷設(shè)備基本成熟，在較高熱源下工作時(shí)，有不錯(cuò)的效率，但隨其熱源溫度下降時(shí)，其效率也會(huì)急劇下降。兩級吸收式制冷可有效的降低了對熱源溫度的要求，但其效率遠(yuǎn)低于一級吸收式制冷，而且體積大，設(shè)備復(fù)雜。對于溴化鋰制冷其主要缺陷在于，溶液易結(jié)晶、放氣范圍小、對金屬腐蝕性強(qiáng)，且其最低制冷溫度無法達(dá)到0℃以下、設(shè)備長時(shí)間在負(fù)壓下運(yùn)行容易滲入空氣，影響效率，需配備真空泵等幾個(gè)方面。氨水吸收制冷系統(tǒng)中，其氨蒸汽汽化潛熱較大，有較寬的制冷溫度范圍，有不錯(cuò)的適用前景，但系統(tǒng)需要一個(gè)容積式高壓電動(dòng)溶液泵，而目前小型高壓泵（功率小于30KW）的效率低、體積大且容易出現(xiàn)氣蝕，導(dǎo)致氨水吸收無法應(yīng)用于小型制冷，另外相對于溴化鋰制冷，它對余熱溫度要求較高，無法回收品位較低的余熱。 東南大學(xué)杜塏教授提出了一種氨壓縮制冷與氨吸收制冷復(fù)合的模式，即利用余熱驅(qū)動(dòng)吸收式制冷完成一級升壓、電能驅(qū)動(dòng)的壓縮制冷完成二次升壓，一方面實(shí)現(xiàn)了余熱的利用，另一方面保證了設(shè)備的效率，有不錯(cuò)的前景。吸收部分采用的仍是氨水吸收式制冷，所以系統(tǒng)仍需采用高壓溶液泵，較適合應(yīng)用于大型制冷系統(tǒng)，而且由于吸收制冷循環(huán)中的氨水往往會(huì)含有部分水蒸氣，進(jìn)入二級升壓時(shí)，會(huì)出現(xiàn)濕壓縮，影響了二級壓縮的效率。浙江大學(xué)陳光明教授還曾提出了一種擴(kuò)散制冷與壓縮制冷復(fù)合的模式，但其是靠兩套獨(dú)立的系統(tǒng)完成，即用擴(kuò)散制冷為壓縮制冷的冷凝器提供冷量，設(shè)備體積和初投資均較大。 到目前為止，尚未見到可以利用較低品位熱能驅(qū)動(dòng)的小型熱泵設(shè)備。
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