基本信息
- 項目名稱：
- 小型低品位熱源型熱泵機組
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 作品結合能源梯級利用、低品位能源復合高品位能源利用的理念，基于壓縮制冷、吸收制冷、擴散制冷同屬相變制冷的理論基礎，提出了一種壓縮-吸收-擴散復合制冷的模式；并配比了氨-醋酸鈉/醋酸-氦新型工質對，較好的適應壓縮制冷、吸收制冷、擴散制冷復合循環(huán)的運行；設計了制冷劑濃度調節(jié)結構和自熱式過熱器，保證壓縮-吸收-擴散制冷系統(tǒng)的高效運行；同時設計了纖維管束式熱虹吸泵，用以代替機械泵，減小了設備運動部件。文章最后結合以上創(chuàng)新，設計了制冷能力為2.5kW的樣機5臺。
- 詳細介紹：
- 空調設備、制冷設備逐漸普及，一方面其提升了人們生活品質，而另一方面其帶來的能耗問題日益影響社會的可持續(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)的中低溫熱能（雖目前太陽能向高溫轉化的技術已經(jīng)成熟，但其成本遠高于普通集熱器，不具備商業(yè)開發(fā)價值）。 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)生的中溫熱水)驅動的單戶型熱泵機組，夏季供冷，而冬季可以供暖。 為此，作品從四個方面進行了改進和創(chuàng)新： 1、制冷機理方面：設計了一級壓縮-吸收-擴散聯(lián)合運行的制冷模式，其一級驅動可以利用低品位余熱，二級驅動靠電力供應，實現(xiàn)能源的梯級聯(lián)合運用，既保證了電能的節(jié)約、又使得制冷機的高效運行。經(jīng)中科院文獻情報中心的查新鑒定在國內屬于首次提出（編號2008-181）； 2、控制調節(jié)方面：系統(tǒng)設計了濃度調節(jié)系統(tǒng)，打破傳統(tǒng)吸收式制冷系統(tǒng)濃度恒定的運行方式，設計了制冷劑與吸收劑相互置換調節(jié)的模式，當循環(huán)適合在高濃度工況下進行時，有制冷劑進入循環(huán)、有等體積吸收劑離開循環(huán)，使得循環(huán)溶液濃度提升，當溶液適合在低濃度下運行時，調節(jié)過程相反，始終保證系統(tǒng)的最優(yōu)化運行。 3、循環(huán)工質方面：配比了氨-醋酸鈉/醋酸-氦新型工質對，工質對保證了三種制冷方式復合的工質要求，且屬于環(huán)境友好型工質。 4、設計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、降低了驅動溫度，冬季供暖時系統(tǒng)運行無需任何運動部件，完全熱驅動。 最后結合以上創(chuàng)新，設計了制冷能力為2.5kW的樣機5臺。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 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)生的中溫熱水)驅動的戶用小型熱泵，用于夏季供冷、冬季供暖。 2、基本思路： 壓縮制冷、吸收制冷、擴散制冷同屬于相變制冷的范疇，其本質為：形成一相對高壓和一相對低壓，使氣態(tài)工質在相對高壓下液化，而此時液態(tài)工質在相對低壓下汽化制冷，基于這一基礎結合能量梯級利用的理念，設計了一壓縮-吸收-擴散復合制冷系統(tǒng)，其可融合壓縮制冷效率高、吸收制冷易于回收余熱、擴散制冷體積較小的特點。 3、創(chuàng)新點： 1）設計了一級壓縮-吸收-擴散聯(lián)合運行的制冷模式，其一級驅動可以利用低品位余熱，二級驅動靠電力功能，降低了驅動溫度，實現(xiàn)能源的梯級聯(lián)合運用。經(jīng)中科院文獻情報中心的查新鑒定在國內屬于首次提出（編號2008-181）； 2）系統(tǒng)設計了變濃度調節(jié)器，實現(xiàn)了運行濃度的自我調節(jié)，始終保證系統(tǒng)的最優(yōu)化運行。 3）配比了氨-醋酸鈉/醋酸-氦新型工質對，工質對保證了三種制冷方式復合的工質要求，且屬于環(huán)境友好型工質。 4）設計纖維管束型熱虹吸泵，用以代替機械泵，減少了運動部件，簡化了結構。 4、技術關鍵： 壓縮、吸收、擴散制冷的有機復合以及運行的控制 5、技術指標： 實現(xiàn)了熱驅動制冷小型化：制冷量2.5KW（驅動熱源溫度85℃、制冷系數(shù)0.37、制冷溫度-10℃）
科學性、先進性
- 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動、擴散制冷體積小的特點。 1、對熱源品位（溫度）要求低、且效率高；與普通的余熱驅動的制冷機相比，由于其兩級升壓的結構，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行置換調節(jié)，達到調整系統(tǒng)溶液濃度的目的，保證了系統(tǒng)在最優(yōu)工況下運行。 2、體積小，適合單戶使用；系統(tǒng)引入了擴散輔助平衡氣體，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、制冷工質屬于友好型工質，可以減少氟利昂的排放。 4、運行簡單，冬季運行時，系統(tǒng)無需任何運動部件，使用方便。
獲獎情況及鑒定結果
- 2009年5月，獲校第七屆大學生課外學術科技作品競賽特等獎； 2008年6月5號經(jīng)中國科學院文獻情報中心鑒定，本項目的技術方案在國內屬于首創(chuàng)； 2009年本項目技術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情報研究所對技術再次進行復核查新，結果表明到目前為止，該技術仍處于國內先進水平
作品所處階段
- 中試階段
技術轉讓方式
- 合作開發(fā)
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品、模型、圖紙、現(xiàn)場演示、圖片、錄像
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 本作品研制的熱泵機組主要四方面特點：1）對驅動溫度要求低；2）實現(xiàn)了熱驅動制冷的小型化；3）運行效率高；4）結構簡單，運動部件少。 作品推廣有兩個方向： 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。如以該技術為核心，由馬鞍山天澤能源科技公司設計的“廢熱蒸汽型皮鞋定型冷風機”制冷量約為10KW，其完全利用為皮鞋加工皮革軟化時，產(chǎn)生的蒸汽廢熱驅動，每年可節(jié)省3000度電左右，預計投資回收期在3.3年。 本作品實現(xiàn)了熱驅動制冷的小型化，使其在汽車余熱空調、漁船尾氣制冷方面有較大技術優(yōu)勢。 2）新能源利用方向，如目前太陽能向中低溫熱能轉化技術已經(jīng)成熟、成本較低，而這類熱能驅動由于溫度太低，無法驅動普通吸收式空調，而其可以滿足本作品運行需求。 隨社會發(fā)展，制冷產(chǎn)品需求逐漸增加，能源日益緊張，本作品優(yōu)勢會逐步彰顯，鑒于技術廣闊的市場前景，目前團隊已和馬鞍山天澤能源科技有限公司達成協(xié)議，雙方正對技術做進一步研發(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研究的熱點，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對選擇、吸附床效率以及吸附周期等幾個方面，且取得了一定的進展。對于吸附制冷而言，其有諸多優(yōu)勢，如無運動部件、結構相對簡單、運行安全、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構、導熱系數(shù)低、傳熱效果差的固體吸附劑，導致吸附和解吸周期長；3、單位質量吸附劑的制冷功率小，設備體積大，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備基本成熟，在較高熱源下工作時，有不錯的效率，但隨其熱源溫度下降時，其效率也會急劇下降。兩級吸收式制冷可有效的降低了對熱源溫度的要求，但其效率遠低于一級吸收式制冷，而且體積大，設備復雜。對于溴化鋰制冷其主要缺陷在于，溶液易結晶、放氣范圍小、對金屬腐蝕性強，且其最低制冷溫度無法達到0℃以下、設備長時間在負壓下運行容易滲入空氣，影響效率，需配備真空泵等幾個方面。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，有不錯的適用前景，但系統(tǒng)需要一個容積式高壓電動溶液泵，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，導致氨水吸收無法應用于小型制冷，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。 東南大學杜塏教授提出了一種氨壓縮制冷與氨吸收制冷復合的模式，即利用余熱驅動吸收式制冷完成一級升壓、電能驅動的壓縮制冷完成二次升壓，一方面實現(xiàn)了余熱的利用，另一方面保證了設備的效率，有不錯的前景。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)中的氨水往往會含有部分水蒸氣，進入二級升壓時，會出現(xiàn)濕壓縮，影響了二級壓縮的效率。浙江大學陳光明教授還曾提出了一種擴散制冷與壓縮制冷復合的模式，但其是靠兩套獨立的系統(tǒng)完成，即用擴散制冷為壓縮制冷的冷凝器提供冷量，設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動的小型熱泵設備。
