[发明专利]分时发电/空调一体化系统及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分时发电/空调一体化系统和工作方法，属于能源与动力领域。

背景技术

节能减排是目前热能动力领域的研究热点。我国南方地区夏季家庭空调制冷耗电量大已成为目前引起峰谷负荷差别大的重要原因之一。太阳能热水器也是一种常见的家用设备，夏季因阳光充足，不少家庭太阳能热水器指示温度甚至高达99℃。有机朗肯循环是可用于中低温太阳光热等回收的热力学正循环发电技术之一。

分析低温有机朗肯循环系统和空调系统构成，可发现其主要技术特点在于：

（1）以上两类系统均包括蒸发器和冷凝器；

（2）以上两类系统均可采用有机工质如氟利昂等作为工质；

（3）膨胀机和压缩机分别是以上两系统的关键核心技术设备。其工作原理相同、工作过程相反。膨胀机可将有机朗肯循环工质膨胀过程的内能转化为机械能对外输出，而空调系统的压缩机需要消耗机械能用以提高有机工质的内能。

涡旋压缩机是目前家用空调领域一种常见的容积式压缩机，通过消耗电能电动机带动涡旋式压缩机工作，从而可实现对有机工质的压缩。其中动涡盘与电动机同轴布置,动涡盘与静涡盘偏心布置，从涡旋压缩机切向口进入的低压气相有机工质进入动涡盘与静涡盘间的封闭腔，动涡盘在电动机驱动旋转过程中，封闭腔会不断向动涡盘和静涡盘的中心移动，封闭腔容积不断缩小、封闭腔内有机工质压力不断升高，最后从动涡盘与静涡盘的中心沿轴向排出。

涡旋膨胀机也是目前国内外的研究热点之一。不少研究者提出直接对涡旋压缩机进行改造，采用与涡旋压缩机相同型线的动涡盘和静涡盘，从涡旋中心的轴向输入高压有机工质进入动涡盘与静涡盘形成的封闭腔，封闭腔内高压有机工质推动动涡盘旋转，如果在动涡盘上装有同轴的发电机，则可以通过动涡盘旋转带动发电机对外发电。

如果能够采用同一种有机工质，共用蒸发器、冷凝器，改造现有涡旋压缩机使其能够实现动涡盘的双向旋转，并且将涡旋压缩机同轴机械连接电动发电机。则以上两种热力循环系统可以共用部分技术设备分时实现不同的功能；在具有中低温热源如太阳光热热水源的条件下，可以通过有机朗肯循环对外输出机械能或者发电；在需要空调功能时，可以消耗机械能通过热力学逆循环对外制冷或者供暖。

发明内容

本发明的目的在于提出一种高效、多功能的分时发电/空调一体化系统和方法。

该系统包括电动发电机、涡旋压缩/膨胀机、冷凝器、有机泵、蒸发器、节流阀；

上述涡旋压缩/膨胀机具有切向口和轴向口，涡旋压缩/膨胀机还包括外筒、静涡盘、动涡盘，静涡盘与动涡盘的两个切点间形成一个封闭腔；

冷凝器热侧出口分为两路：一路依次通过第二球阀、第一单向阀、有机泵，与蒸发器冷侧入口相连；另一路依次通过第四球阀、第二单向阀、节流阀，与蒸发器热侧入口相连。蒸发器还包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口，热源从蒸发器冷侧入口进入，从蒸发器冷侧出口排出；

蒸发器热侧出口分为两路，一路依次经过第五球阀、涡旋压缩/膨胀机、第一球阀后与冷凝器热侧入口相连；另一路依次经过第三球阀、涡旋压缩/膨胀机、第六球阀后与冷凝器热侧入口相连；冷凝器还包括冷侧入口和冷侧出口，冷源从冷凝器冷侧入口进入并从冷侧出口排出。

该分时发电/空调一体化系统的工作方法，其特征在于包括以下过程：

一、中低温热力正循环发电过程：

冷凝器热侧出口有机工质依次通过第二球阀、第一单向阀和有机泵增压后，进入蒸发器冷侧入口，受到蒸发器热侧入口进入的热源加热后，有机工质蒸发后从蒸发器冷侧排出，然后通过第五球阀进入涡旋压缩/膨胀机实现有机工质膨胀做功过程，之后有机工质从涡旋压缩/膨胀机排出，最后再通过第一球阀进入冷凝器热侧入口；

上述有机工质膨胀做功过程，具体过程如下：有机工质从涡旋压缩/膨胀机轴向口进入封闭腔，封闭腔内的有机工质自发膨胀，封闭腔逆时针从涡旋中心不断向外移动的过程中容积不断增加，同时会推动动涡盘逆时针旋转，动涡盘会带动电动发电机发电，随着封闭腔容积不断增加，有机工质压力降低，并最终从切向口排出;

二、热力学逆循环空调模式：

冷凝器热侧出口有机工质依次通过第四球阀、第二单向阀和节流阀膨胀降压、降温后，进入蒸发器冷侧入口，受到蒸发器热侧热源加热后，有机工质蒸发并从蒸发器冷侧排出，然后通过第三球阀进入涡旋压缩/膨胀机，在电动发电机的驱动下，实现有机工质的增压升温，之后有机工质从涡旋压缩/膨胀机排出，再通过第六球阀进入冷凝器热侧入口；