節能製冷設備及其系統和工藝的製作方法

2023-09-17 14:45:40

本發明涉及製冷技術領域，尤其涉及一種節能製冷設備及其系統和工藝。

背景技術：

隨著時代的發展，製冷與空調行業已經成為衡量一個社會經濟實力、科技水平與人民生活質量的重要標誌之一，製冷技術在工業、農業、科學技術及國防等領域具有越來越重要的作用。

傳統的製冷空調技術，是將室內熱能轉移到室外，同時額外加消耗的電能，一起被室外機散發到室外，採用的是熱能「轉移法」，來實現室內溫度降低。目前的製冷技術，基本都需要消耗電能，通過消耗電能實現製冷。

夏天室內空氣或者室外環境溫度，都相對比較高。人們在炎熱的夏天感覺非常的不舒服，因此好多人都購買空調等製冷設備進行防暑降溫。但是空調設備的消耗電能和耗電量，也是很多人無法接受的，尤其是飛機場、大型會議室，大型禮堂、電影院、酒店賓館、大型商場商店、圖書館、會堂、醫院、展覽館，以及汽車、火車、飛機和輪船中，也都不同程度地安裝有空氣調節設備，這些大型空調設備的耗電量應該說也是非常驚人的。

炎熱的夏天，空氣和海水中蘊藏著大量的熱能，尤其是非洲等赤道國家；如何將空氣或者海水中蘊藏的大量熱能有效利用是本申請亟須解決的問題。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供節能製冷設備及其系統和工藝，以有效利用空氣或海水中蘊藏的大量熱能。

本發明提供的節能製冷設備，包括首尾依次連通的一級低溫工質存儲器、一級增壓泵、空氣海水換熱器、一級低溫工質汽輪機、一級低溫工質凝汽器和一級凝結泵；

所述一級低溫工質存儲器內存儲的第一介質通過所述一級增壓泵輸送至所述空氣海水換熱器，用於冷卻流經所述空氣海水換熱器的海水或者空氣，並輸送至所述一級低溫工質汽輪機，以驅使所述一級低溫工質汽輪機轉動；

所述一級低溫工質凝汽器用於冷卻所述一級低溫工質汽輪機輸出的所述第一介質，並將所述第一介質通過所述一級凝結泵輸送至所述一級低溫工質存儲器內；

所述空氣海水換熱器設置有除冰除霜裝置；所述除冰除霜裝置能夠給所述空氣海水換熱器的外殼提供熱量；

所述空氣海水換熱器設置有風扇裝置；所述風扇裝置用於使流經所述空氣海水換熱器的海水或者空氣加速；

所述第一介質為低溫介質，且所述第一介質的沸點低於0℃；

所述空氣海水換熱器與所述一級增壓泵之間設置有入口閥門，所述空氣海水換熱器與所述一級低溫工質汽輪機之間設置有出口閥門；

所述空氣海水換熱器的數量為一個或者多個，一個或者多個所述空氣海水換熱器分別設置在所述一級增壓泵與所述一級低溫工質汽輪機之間；所述入口閥門和所述出口閥門的數量分別與所述空氣海水換熱器的數量一一對應；

所述一級低溫工質存儲器與所述一級凝結泵設置有一級低溫存儲器入口閥門，所述一級低溫工質存儲器與所述一級增壓泵之間設置有一級低溫存儲器出口閥門；

所述一級低溫工質汽輪機連通有第一介質排放閥，所述第一介質排放閥用於排放所述第一介質。

進一步地，所述空氣海水換熱器的數量為兩個，分別為第一空氣海水換熱器和第二空氣海水換熱器；

所述第一空氣海水換熱器和所述第二空氣海水換熱器分別與所述一級增壓泵之間設置有入口閥門，所述第一空氣海水換熱器和所述第二空氣海水換熱器分別與所述一級低溫工質汽輪機之間設置有出口閥門；

所述風扇裝置固定設置在所述第一空氣海水換熱器和所述第二空氣海水換熱器之間，且所述風扇裝置能夠給所述第一空氣海水換熱器和/或所述第二空氣海水換熱器供風；

所述第一空氣海水換熱器的外殼遠離所述風扇裝置的一面設置有除冰除霜裝置，所述第二空氣海水換熱器的外殼遠離所述風扇裝置的一面設置有除冰除霜裝置。

進一步地，所述的節能製冷設備包括低溫工質壓縮機和換熱器，還包括三級低溫工質汽輪機或者膨脹機；

所述低溫工質壓縮機、所述換熱器、所述三級低溫工質汽輪機或者所述膨脹機、所述一級低溫工質凝汽器首尾依次連通並形成循環迴路；

所述低溫工質壓縮機用於壓縮第三介質，並將所述第三介質通過所述換熱器冷卻，輸送至所述三級低溫工質汽輪機或者所述膨脹機，以驅使所述三級低溫工質汽輪機或者所述膨脹機轉動；

所述一級低溫工質凝汽器通過來自於所述三級低溫工質汽輪機或者所述膨脹機輸出的所述第三介質冷卻所述一級低溫工質汽輪機輸出的所述第一介質，並將所述第三介質輸送至所述低溫工質壓縮機。

進一步地，所述一級低溫工質汽輪機驅動連接一級發電機；

所述三級低溫工質汽輪機或者所述膨脹機驅動連接三級發電機；

所述第一介質為二氧化碳、氨、氦、氫、氧、氬、氮或者氟利昂；

所述第三介質為二氧化碳、氨、氦、氫、氧、氬、氮或者氟利昂；

所述除冰除霜裝置包括電加熱絲；

所述空氣海水換熱器具有多個翅片。

進一步地，所述換熱器連接在所述一級凝結泵與所述一級低溫存儲器入口閥門之間，用於將所述第三介質的熱能傳遞給所述第一介質。

進一步地，所述三級低溫工質汽輪機或者所述膨脹機與所述換熱器之間連接有三級低溫工質存儲器。

進一步地，所述低溫工質壓縮機驅動連接所述三級低溫工質汽輪機或者所述膨脹機。

進一步地，所述三級低溫工質汽輪機或者所述膨脹機連通有第三介質排放閥，所述第三介質排放閥用於排放所述第三介質；

所述換熱器與所述三級低溫工質存儲器設置有三級低溫存儲器入口閥門，所述三級低溫工質汽輪機或者所述膨脹機與所述三級低溫工質存儲器設置有三級低溫存儲器出口閥門。

本發明提供的節能製冷系統，包括所述的節能製冷設備。

本發明提供的節能製冷工藝，適用於所述的節能製冷設備，其特徵在於，包括如下步驟：

沸點溫度低於0℃的呈液態的第一介質從一級低溫工質存儲器內輸送至空氣海水換熱器；

在空氣海水換熱器內，溫度為20℃-50℃的空氣海水換熱器的海水或者空氣與第一介質熱交換後溫度下降到5℃-10℃，同時第一介質吸熱汽化後溫度升至1℃-5℃、壓力升至2.5MPa以上並輸送至一級低溫工質汽輪機；

第一介質驅使一級低溫工質汽輪機轉動做功後，溫度降至-35℃以下、壓力降至0.5MPa以下並輸送至一級低溫工質凝汽器；

第一介質在一級低溫工質凝汽器內被冷卻溫度降至-50℃以下，並輸送至一級低溫工質存儲器內，形成循環。

本發明提供的節能製冷設備及其系統和工藝，通過第一介質為低溫介質，以能夠防止第一介質洩漏時對大氣、人員的傷害；通過第一介質的沸點低於0℃，以在一定程度上確保空氣海水換熱器的海水或者空氣的熱能能夠使第一介質吸熱後驅使一級低溫工質汽輪機有效做功，以能夠有效利用空氣或海水中蘊藏的大量熱能；通過入口閥門和出口閥門以對應調節空氣海水換熱器，以能夠分別調節空氣海水換熱器流經的第一介質流量以及出口壓力，以進一步確保海水或者空氣與第一介質換熱效率和避免空氣海水換熱器表面結冰結霜，以確保第一介質吸熱後能夠有效驅使一級低溫工質汽輪機做功，以能夠有效轉化海水或者空氣熱能；通過並列設置多個空氣海水換熱器，一方面可以擴大與海水或者空氣的換熱面積，另一方面便於進行除霜除冰和在檢修其中一個空氣海水換熱器時，一級低溫工質汽輪機仍然可以有效做功；通過設置第一介質排放閥，以及一級低溫存儲器入口閥門和一級低溫存儲器出口閥門，便於設備調試和設備的檢修；通過控制一級低溫存儲器入口閥門和一級低溫存儲器出口閥門，以調節一級低溫工質存儲器的進口流量和出口流量，同時在一定程度上減少空氣海水在空氣海水換熱器上結冰結霜；由於海水和熱空氣溫度最高只有30-40攝氏度，即使這樣也很難掌控空氣海水換熱器表面不低於零度和結冰，因此可通過風扇裝置增加炎熱空氣或者海水的流動速度，通過除冰除霜裝置給空氣海水換熱器的外殼提供熱量，便於快速除冰除霜，以保障空氣或者海水的溫度能夠充分的與第一介質進行熱交換，以能夠有效轉化海水或者空氣熱能。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例一提供的節能製冷設備的第一流程示意圖；

圖2為本發明實施例一提供的節能製冷設備的第二流程示意圖；

圖3為本發明實施例一提供的節能製冷設備的第三流程示意圖；

圖4為本發明實施例一提供的節能製冷設備的第四流程示意圖。

圖標：101-空氣海水換熱器；1011-第一空氣海水換熱器；1012-第二空氣海水換熱器；102-一級低溫工質汽輪機；103-一級發電機；104-一級低溫工質凝汽器；105-一級凝結泵；106-一級低溫工質存儲器；1061-一級低溫存儲器入口閥門；1062-一級低溫存儲器出口閥門；107-一級增壓泵；108-入口閥門；109-出口閥門；110-第一介質排放閥；301-低溫工質壓縮機；302-換熱器；303-三級低溫工質汽輪機；3031-三級低溫存儲器入口閥門；3032-三級低溫存儲器出口閥門；304-三級發電機；305-三級低溫工質存儲器；306-第三介質排放閥；401-風扇裝置；402-除冰除霜裝置。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

實施例一

參見圖1-圖4所示，本實施例提供了一種節能製冷設備；圖1-圖4為本實施例提供的節能製冷設備的第一流程示意圖至第四流程示意圖；其中，圖1-圖4所示的箭頭為加速熱空氣和海水的流向。

參見圖1-圖4所示，本實施例提供的節能製冷設備，適於利用空氣或者海水中蘊藏的大量熱能，包括首尾依次連通的一級低溫工質存儲器106、一級增壓泵107、空氣海水換熱器101、一級低溫工質汽輪機102、一級低溫工質凝汽器104和一級凝結泵105，形成循環迴路。

一級低溫工質存儲器106內存儲的第一介質通過一級增壓泵107輸送至空氣海水換熱器101，用於冷卻流經空氣海水換熱器101的海水或者空氣，並輸送至一級低溫工質汽輪機102，以驅使一級低溫工質汽輪機102轉動；優選地，一級低溫工質汽輪機102驅動連接一級發電機103，以在一定程度上將空氣海水換熱器101的海水或者空氣的熱能轉化為一級發電機103的電能，提高發電效率和輸出。此外，一級低溫工質汽輪機102還可以選擇驅動連接的其他旋轉器械。

優選地，該節能製冷設備內流通的第一介質為氣液變相介質，也即第一介質在該節能製冷設備內進行氣相與液相的轉化。為使空氣海水換熱器101的海水或者空氣的冷卻效果更佳，優選地，一級低溫工質存儲器106內存儲的第一介質全部或者絕大部分呈液態，第一介質流經空氣海水換熱器101與海水或者空氣進行熱交換後，第一介質升溫呈全部或者絕大部分氣態；同時，流經空氣海水換熱器101的第一介質呈全部或者部分液態吸熱轉化為呈全部或者部分氣態，在特定環境中能夠形成高壓的第一介質，從而驅使一級低溫工質汽輪機102高速旋轉和做功；另外還可以同時帶動一級發電機103高速旋轉和發電輸出電能。

一級低溫工質凝汽器104用於冷卻一級低溫工質汽輪機102輸出的第一介質，也即一級低溫工質凝汽器104用於冷卻一級低溫工質汽輪機102輸出的乏汽冷凝成為液體後，並將第一介質通過一級凝結泵105輸送至一級低溫工質存儲器106內；優選地，第一介質通過一級低溫工質凝汽器104冷卻後呈全部或者絕大部分液態回流至一級低溫工質存儲器106內，實現循環。本領域技術人員可以理解的是，一級低溫工質凝汽器104冷卻第一介質後，一定程度上在一級低溫工質汽輪機102的排氣口造成真空，以使第一介質所含的熱能儘可能多的被一級低溫工質汽輪機102做功。

可選地，第一介質為低溫介質，且第一介質的沸點低於0℃；優選地，第一介質為無機低溫介質；優選地，第一介質的沸點低於-20℃；其中，一級低溫工質存儲器106內存儲的第一介質例如可以為二氧化碳、氨、氦、氫、氧、氬、氮或者氟利昂等；當然，一級低溫工質存儲器106內存儲的第一介質還可以為其他低溫介質。優選地，一級低溫工質存儲器106內存儲的第一介質為液態的二氧化碳或者液氮、液氧。二氧化碳或者液氮液氧的沸點溫度適中，海水或者空氣發電應用過程中產生的壓力適中，技術應用也相對比較成熟，同時二氧化碳、氮、氧無毒，無雜質，無刺激味道，無燃燒爆炸，不助燃。此外，二氧化碳、氮、工業氧成本和價格也比較低，因此成為本節能製冷設備優選低溫液體工質。

空氣海水換熱器101設置有除冰除霜裝置402；以使除冰除霜裝置402能夠給空氣海水換熱器提供熱量，以便空氣海水換熱器101上存在冰霜時，可以快速去除。例如，空氣海水換熱器101的外殼設置有除冰除霜裝置402，或者，空氣海水換熱器101的內部設置有除冰除霜裝置402，或者，空氣海水換熱器101的其他部位設置有除冰除霜裝置402。優選地，除冰除霜裝置402包括電加熱絲；優選地，空氣海水換熱器101具有多個翅片等等結構，以提高空氣海水換熱器的換熱效率。

空氣海水換熱器101相對固定設置有風扇裝置401；風扇裝置401能夠給空氣海水換熱器101供風，也即風扇裝置401能夠迫使空氣或海水加速和增量通過空氣海水換熱器101，以提高空氣海水換熱器101的換熱效率。風扇裝置401的數量為一套或者多套。

空氣海水換熱器101與一級增壓泵107之間設置有入口閥門108，空氣海水換熱器101與一級低溫工質汽輪機102之間設置有出口閥門109。

空氣海水換熱器101的數量為一個或者多個，一個或者多個空氣海水換熱器101分別設置在一級增壓泵107與一級低溫工質汽輪機102之間；可以通俗的理解為多個空氣海水換熱器101並列連接或者並聯。入口閥門108和出口閥門109的數量分別與空氣海水換熱器101的數量一一對應；即空氣海水換熱器101的數量為兩個，入口閥門108的數量也為兩個，出口閥門109的數量也為兩個，即每個空氣海水換熱器101均連通一個入口閥門108和一個出口閥門109。通過各個入口閥門108和出口閥門109以分別對應調節各個空氣海水換熱器101，以使各個空氣海水換熱器101可以同時工作，也可以分別進行工作。

一級低溫工質存儲器106與一級凝結泵105設置有一級低溫存儲器入口閥門1061，一級低溫工質存儲器106與一級增壓泵107之間設置有一級低溫存儲器出口閥門1062。通過一級低溫存儲器入口閥門1061和一級低溫存儲器出口閥門1062，以使一級低溫工質存儲器106能夠構成獨立的低溫工質儲存設備，同時也可以與一級增壓泵107、空氣海水換熱器101、一級低溫工質汽輪機102等設備中的低溫工質進行流通與分離，以在特定情況下運行保護及控制系統。

一級低溫工質汽輪機102連通有第一介質排放閥110，第一介質排放閥110用於排放第一介質，以方便調試和進行檢修。第一介質排放閥110的數量可以為一個或者多個。

所述節能製冷設備可以固定安裝，也可以安裝到移動和運動的設備上。

所述節能製冷設備，不但可以冷卻空氣、海水，當然也可以冷卻河水湖水等等其他介質。

本實施例中所述節能製冷設備，通過一級低溫工質存儲器106內存儲沸點低於0℃的第一介質經過一級增壓泵107輸送至一個或者多個空氣海水換熱器101，以冷卻流經空氣海水換熱器101中的海水或者空氣，以將海水或者空氣中的熱能通過空氣海水換熱器101換至第一介質內；第一介質吸收熱能後驅使一級低溫工質汽輪機102轉動，將第一介質的熱能轉化為一級低溫工質汽輪機102旋轉機械能；再通過一級低溫工質凝汽器104冷卻一級低溫工質汽輪機102輸出的第一介質，並將第一介質通過一級凝結泵105輸送至一級低溫工質存儲器106內，實現循環。

本實施例中所述節能製冷設備，通過第一介質為低溫介質，以能夠防止第一介質洩漏時對大氣、人員的傷害；通過第一介質的沸點低於0℃，以在一定程度上確保空氣海水換熱器101的海水或者空氣的熱能能夠使第一介質吸熱後驅使一級低溫工質汽輪機102有效做功，以能夠有效利用空氣或海水中蘊藏的大量熱能；通過入口閥門108和出口閥門109以對應調節空氣海水換熱器101，以能夠分別調節空氣海水換熱器101流經的第一介質流量以及出口壓力，以進一步確保海水或者空氣與第一介質換熱效率和避免空氣海水換熱器表面結冰結霜，以確保第一介質吸熱後能夠有效驅使一級低溫工質汽輪機102做功，以能夠有效轉化海水或者空氣熱能；通過並列設置多個空氣海水換熱器101，一方面可以擴大與海水或者空氣的換熱面積，另一方面便於進行除霜除冰和在檢修其中一個空氣海水換熱器101時，一級低溫工質汽輪機102仍然可以有效做功；通過設置第一介質排放閥110，以及一級低溫存儲器入口閥門1061和一級低溫存儲器出口閥門1062，便於設備調試和設備的檢修，還可以使該設備在海水或者空氣的溫度較低時，理論上是指海水或者空氣的溫度與第一介質交換的熱能不足以驅動一級低溫工質汽輪機102作功，以將一級低溫工質存儲器106從該設備上斷開，進而便於拆卸一級低溫工質存儲器106，通過第一介質排放閥110以將該系統管道內的第一介質排放；通過控制一級低溫存儲器入口閥門1061和一級低溫存儲器出口閥門1062，以調節一級低溫工質存儲器106的進口流量和出口流量，以在一定程度上減少海水在空氣海水換熱器101上結冰；由於海水和熱空氣溫度只有30-40攝氏度，即使這樣也很難掌控空氣海水換熱器表面不低於零度和結冰，因此可通過風扇裝置401增加炎熱空氣或者海水的流動速度，通過除冰除霜裝置402給空氣海水換熱器的外殼提供熱量，便於快速除冰除霜，以保障空氣或者海水的溫度能夠與第一介質進行熱交換，以能夠充分的有效轉化海水或者空氣熱能。

本實施例中所述節能製冷設備，可應用於機場、車站、大型會議室、大型禮堂、電影院、酒店賓館、大型商場商店、圖書館、會堂、醫院、展覽館，以及汽車、火車、飛機和輪船中，及冷藏冷凍及冷藏運輸，以及工業、農業、化工、科研等等場所。

空氣海水換熱器101的數量例如可以為一個、兩個、三個、五個等等；本實施例的可選方案中，空氣海水換熱器101的數量為兩個，分別為第一空氣海水換熱器1011和第二空氣海水換熱器1012。

第一空氣海水換熱器1011和第二空氣海水換熱器1012分別與一級增壓泵107之間設置有入口閥門108，第一空氣海水換熱器1011和第二空氣海水換熱器1012分別與一級低溫工質汽輪機102之間設置有出口閥門109。

風扇裝置401固定設置在第一空氣海水換熱器1011和第二空氣海水換熱器1012之間，且風扇裝置401能夠給第一空氣海水換熱器1011和/或第二空氣海水換熱器1012供風，也即風扇裝置401能夠迫使空氣或海水加速和增量通過第一空氣海水換熱器1011和/或第二空氣海水換熱器1012，以提高第一空氣海水換熱器1011和/或第二空氣海水換熱器1012的換熱效率；通過將風扇裝置401設置在第一空氣海水換熱器1011和第二空氣海水換熱器1012之間，以使一套風扇裝置即可滿足兩套空氣海水換熱器供風需求，簡化了節能製冷設備的結構。風扇裝置401包括一個或者多個風扇。風扇裝置401可以安裝在行動裝置上，利用設備移動，提供和增加空氣海水流量給第一空氣海水換熱器1011和/或第二空氣海水換熱器1012。

第一空氣海水換熱器1011的外殼遠離風扇裝置401的一面設置有除冰除霜裝置402，第二空氣海水換熱器1012的外殼遠離風扇裝置401的一面設置有除冰除霜裝置402。

本實施例的可選方案中，所述節能製冷設備包括低溫工質壓縮機301和換熱器302，還包括三級低溫工質汽輪機303或者膨脹機(圖中未顯示)。

低溫工質壓縮機301、換熱器302、三級低溫工質汽輪機303或者膨脹機、一級低溫工質凝汽器104首尾依次連通並形成循環迴路；即低溫工質壓縮機301、換熱器302、三級低溫工質汽輪機303和一級低溫工質凝汽器104首尾依次連通並形成循環迴路，或者，低溫工質壓縮機301、換熱器302、膨脹機和一級低溫工質凝汽器104首尾依次連通並形成循環迴路。可以理解的是，低溫工質壓縮機301、換熱器302、三級低溫工質汽輪機303或者膨脹機、一級低溫工質凝汽器104組成了一個完整的熱泵系統。

低溫工質壓縮機301用於壓縮第三介質，並將第三介質通過換熱器302冷卻，冷凝後輸送至三級低溫工質汽輪機303或者膨脹機，以驅使三級低溫工質汽輪機303或者膨脹機轉動。優選地，三級低溫工質汽輪機303或者膨脹機驅動連接三級發電機304，以將三級低溫工質汽輪機303或者膨脹機轉動機械能轉化為三級發電機304的電能，提高發電效率。此外，三級低溫工質汽輪機303或者膨脹機還可以驅動連接其他旋轉器械。

優選地，該節能製冷設備內流通的第三介質為氣液變相介質，也即第三介質在該節能製冷設備內進行氣相與液相的轉化。為使一級低溫工質凝汽器104的第一介質的冷卻效果更佳，優選地，低溫工質壓縮機301壓縮第三介質並經換熱器302冷卻後的第三介質全部或者部分呈液態，第三介質流經三級低溫工質汽輪機303或者膨脹機做功後釋放壓力並呈全部或者部分氣態。

為了更好地存儲經低溫工質壓縮機301壓縮、並經換熱器302冷卻的全部或者部分呈液態的第三介質，在三級低溫工質汽輪機303或者膨脹機與換熱器302之間連接有三級低溫工質存儲器305。

其中，第三介質例如可以為二氧化碳、氨、氦、氫、氧、氬、氮或者氟利昂等；當然，第三介質還可以為其他低溫介質。優選地，第三介質為氮或者沸點低於氮的低溫介質。

一級低溫工質凝汽器104通過來自於三級低溫工質汽輪機303或者膨脹機輸出的低溫低壓第三介質冷卻一級低溫工質凝汽器104輸出的第一介質，並將第三介質輸送至低溫工質壓縮機301，實現循環。

換熱器302可通過冷卻裝置將低溫工質壓縮機301壓縮第三介質產生的熱量冷卻；可選地，換熱器302可通過換熱方式將低溫工質壓縮機301壓縮第三介質產生的熱量冷卻；可選地，換熱器302連接在一級凝結泵105與一級低溫存儲器入口閥門1061之間，也即換熱器302連接在一級凝結泵105與一級低溫工質存儲器106之間，用於將第三介質的熱能傳遞給第一介質；即低溫工質壓縮機301壓縮第三介質產生的熱量通過一級凝結泵105與一級低溫工質存儲器106之間的第一介質冷卻，一方面簡化所述節能製冷設備的結構，另一方面減少熱能的損耗。

理論上由於一級凝結泵105的加壓作用，通過換熱器302得到熱能量的第一介質不會逆回饋到一級低溫工質凝汽器104。只能夠單向的流向一級低溫工質存儲器106；第一介質再經過一級增壓泵107輸送給空氣海水換熱器101的海水或者空氣進行再加熱，理論上產生的高壓第一介質蒸汽推動一級低溫工質汽輪機102高速旋轉，如此不斷的循環。

可選地，低溫工質壓縮機301驅動連接三級低溫工質汽輪機303或者膨脹機，通過將低溫工質壓縮機301與三級低溫工質汽輪機303，或者低溫工質壓縮機301與膨脹機同軸設置，以使三級低溫工質汽輪機303或者膨脹機產生的機械能，直接驅動低溫工質壓縮機301，簡化設備，節約低溫工質壓縮機301消耗的電能。低溫工質壓縮機301是消耗電能的，三級低溫工質汽輪機303或者膨脹機是輸出機械能的。三級低溫工質汽輪機303或者膨脹機的作用，是釋放掉低溫工質壓縮機301產生的壓力能，相當於低溫工質壓縮機301的一個壓力回收系統；以使在特定環境下讓壓力能變成三級低溫工質汽輪機303或者膨脹機輸出的機械能，達到一種節能效果和目的，同時得到三級低溫工質汽輪機303或者膨脹機產生的半真空低壓，有利於降低三級低溫工質汽輪機303或者膨脹機輸出的第三介質的溫度，有利於一級低溫工質凝汽器104冷卻和實現深冷。

可選地，三級低溫工質汽輪機303或者膨脹機連通有第三介質排放閥306，第三介質排放閥306用於排放第三介質，以方便調試和進行檢修。第三介質排放閥306的數量可以為一個或者多個。該設備在海水或者空氣的溫度較低時，理論上是指海水或者空氣的溫度與第一介質交換的熱能不足以驅動一級低溫工質汽輪機102作功，以將三級低溫工質汽輪機303或者膨脹機管道內的第三介質排放。

可選地，換熱器302與三級低溫工質存儲器305設置有三級低溫存儲器入口閥門3031，三級低溫工質汽輪機303或者膨脹機與三級低溫工質存儲器305設置有三級低溫存儲器出口閥門3032；以使該設備在海水或者空氣的溫度較低時，理論上是指海水或者空氣的溫度與第一介質交換的熱能不足以驅動一級低溫工質汽輪機102作功，以將三級低溫工質存儲器305從該設備上拆卸。通過三級低溫存儲器入口閥門3031和三級低溫存儲器出口閥門3032，以使三級低溫工質存儲器305能夠構成獨立的低溫工質儲存設備，同時也可以與低溫工質壓縮機301、換熱器302等設備中的低溫工質進行流通與分離，以在特定情況下運行保護及控制系統。

另外，同時關閉一級低溫存儲器入口閥門1061和一級低溫存儲器出口閥門1062，以及同時關閉三級低溫存儲器入口閥門3031和三級低溫存儲器出口閥門3032，就能夠切斷一級低溫工質存儲器106、三級低溫工質存儲器305與節能製冷設備所有流通與連接，再打開第一介質排放閥110和第三介質排放閥306，可以對該節能製冷設備進行調試和/或設備檢修。

為了便於理解本實施例，下面提供一些物理參數和參考數據：

1、二氧化碳物理性質：沸點-56.55℃，臨界溫度31℃，臨界壓力7.39MPa，汽化潛熱347kj/kg；

二氧化碳溫度15℃，壓力達到5.085Mpa；溫度25℃，壓力6.432Mpa；溫度31℃，壓力達到7.376Mpa；

2、氨的物理性質：沸點-33.5℃，臨界壓力11.2MPa，臨界溫度132.3℃，汽化熱1336.97kj/kg。

現有技術中，製冷系統由4個基本部分組成，即壓縮機、冷凝器、節流部件、蒸發器組成。由銅管將四大件按一定順序連接成一個封閉系統，系統內充注一定量的製冷劑。一般的空調用製冷劑為氟裡昂，以往通常採用的是R22，有些空調的氟裡昂已經採用新型的環保型製冷劑R407。以上是蒸汽壓縮製冷系統。以製冷為例，壓縮機吸入來自蒸發器的低溫低壓的氟裡昂氣體，壓縮成高溫高壓的氟裡昂氣體，經過冷凝器散熱和冷凝成為液體，然後流經熱力膨脹閥(毛細管)，節流成低溫低壓的氟裡昂汽液兩相，然後低溫低壓的氟裡昂在蒸發器中吸收來自室內空氣的熱量，成為低溫低壓的氟裡昂氣體，低溫低壓的氟裡昂氣體又被壓縮機吸入。室內空氣經過蒸發器後，釋放了熱量，空氣溫度下降。如此壓縮--冷凝--節流--蒸發反覆循環，製冷劑不斷帶走室內空氣的熱量，從而降低了房間的溫度。

制熱時，通過四通閥的切換，改變了製冷劑的流動方向，使室外熱交換器成為蒸發器，吸收了室外空氣的熱量，而室內的蒸發卻成為冷凝器，將熱量散發在室內，達到制熱的目的。

單級蒸汽壓縮製冷系統，是由製冷壓縮機、冷凝器、節流閥、和蒸發器四個基本部件組成。它們之間用管道依次連接，形成一個密閉的系統，製冷劑在系統中不斷地循環流動，發生狀態變化，與外界進行熱量交換。製冷劑現在一般採用的是水，氨，CO2，R12，R22，R134a，R404，R407C，R410和R600a等製冷劑，2009年後格力使用R290，佳冰，中緯製冷公司推出R433,福瑞至製冷公司推出ER445系列製冷，都是更節能、環保、高效的製冷劑，俗稱碳氫製冷劑，無毒，不會對臭氧層產生任何破壞。一般制冷機的製冷原理，壓縮機的作用是把壓力較低的蒸汽壓縮成壓力較高的蒸汽，使蒸汽的體積減小，壓力和溫度升高。壓縮機吸入從蒸發器出來的較低壓力的工質蒸汽，使之壓力和溫度升高後送入冷凝器，在冷凝器中釋放熱能後冷凝成壓力較高的液體，經節流閥節流後，成為壓力較低的液體和氣體，送入蒸發器，在蒸發器中吸熱蒸發，再送入壓縮機，從而完成製冷循環。

在製冷系統中，蒸發器、冷凝器、壓縮機和節流閥是製冷系統中必不可少的四大件，這當中蒸發器是輸送冷量的設備，製冷劑在其中吸收被冷卻物體的熱量實現製冷。壓縮機是心臟，起著吸入、壓縮、輸送製冷劑蒸汽的作用。冷凝器是放出熱量的設備，將蒸發器中吸收的熱量連同壓縮機功所轉化的熱量一起傳遞給冷卻介質帶走。節流閥對製冷劑起節流降壓作用、同時控制和調節流入蒸發器中製冷劑液體的數量，並將系統分為高壓側和低壓側兩大部分。實際製冷系統中，除上述四大件之外，常常有一些輔助設備，如電磁閥、分配器、乾燥器、集熱器、易熔塞、壓力控制器等部件組成，它們是為了提高運行的經濟性，可靠性和安全性而設置的。

另外還有半導體製冷：工作原理是基於帕爾帖原理，該效應是在1834年由J.A.C帕爾帖首先發現的，即利用當兩種不同的導體A和B組成的電路且通有直流電時，在接頭處除焦耳熱以外還會釋放出某種其它的熱量，而另一個接頭處則吸收熱量，且帕爾帖效應所引起的這種現象是可逆的，改變電流方向時，放熱和吸熱的接頭也隨之改變，吸收和放出的熱量與電流強度成正比，且與兩種導體的性質及熱端的溫度有關。半導體製冷器的尺寸小，可以製成體積不到1cm小的製冷器；重量輕，微型製冷器往往能夠小到只有幾克或幾十克。無機械傳動部分，工作中無噪音，無液、氣工作介質，因而不汙染環境，製冷參數不受空間方向以及重力影響，在大的機械過載條件下，能夠正常地工作；通過調節工作電流的大小，可方便調節製冷速率。

在人民生活中，家用冰箱、空調器的應用日益增多，有些發達國家的家用冰箱普及率已達到99％以上。在我國城鎮，冰箱和空調器已廣泛地進入家庭，近年來增長速度很快，發展前景很樂觀。製冷技術在商業上的應用主要是對易腐食品(如魚、肉、蛋、蔬菜、水果等)進行冷加工、冷藏及冷藏運輸。現代化的食品工業，對於易腐食品，從生產到銷售已形成一條完整的冷鏈，所採用的製冷裝置有凍結設備、冷庫、冷藏列車、冷藏船、冷藏汽車及冷藏貨櫃等。降溫和空氣調節在工礦企業、住宅和公共場所的應用也愈來愈廣。空氣調節對國民經濟各部門的發展和對人民物質文化生活水平的提高有著重要的作用。工業生產中的精密機械和儀器製造業及精密計量室要求高精度的恆溫恆溼；電子工業要求高潔淨度的空調；紡織業則要求保證溼度的空調。同時，在民用及公共建築中，隨著改革開放，旅遊業的蓬勃發展，裝有空調機的賓館、酒店、商店、圖書館、會堂、醫院、展覽館、遊樂場所日益增多。此外，在運輸工具如汽車、火車、飛機和輪船中，也不同程度地安裝有空氣調節設備。

在工業生產過程中，製冷應用也很廣。如機械製造中，對鋼的低溫處理，使金相組織內部的奧氏體轉變為馬氏體，改善鋼的性能。在鋼鐵和鑄造工業中，採用冷凍除溼送風技術，利用制冷機先將空氣除溼，然後再送入高爐或沖天爐，保證冶煉及鑄件質量。化學工業中，氣體的液化，棍合氣分離，鹽類結晶，潤滑油脫脂，某些化學反應過程的冷卻、吸收反應熱和控制反應速度等過程中，都需要應用製冷技術。此外，石油裂解、合成橡膠、合成樹脂、化肥、天然氣液化、貯運也需要製冷。工業生產用制冷機的特點是容量比較大，蒸發溫度範圍廣，一個工廠往往需要幾千至幾萬千瓦的製冷量，所需的蒸發溫度範圍亦大。

制冷機械與空調設備在國民經濟發展，人民生活提高及國防裝備保障中有著十分重要的作用，在壓縮式製冷循環佔主導地位的今天，製冷壓縮機就成為倍受關注的對象。上世紀下半葉，伴隨著材料、機械加工、電機、信息與控制、測試等工業的技術進步，製冷與空調壓縮機技術也得到了快速發展，製冷系統的整機能效比有了很大提高。但由於能源供應的日益趨緊和環境保護的雙重壓力，迫使我們必須總結歷史、放眼未來，探索新世紀製冷與空調行業的技術發展，以適應中國「節能優先」的能源戰略的發展要求和「資源持續利用、環境不斷改善」的社會發展目標。

與其他的技術型產業一樣，環境保護、經濟發展與技術進步的要求也是製冷空調產業發展的推動力。目前製冷空調業所面臨的最重要的問題，也可以說最大的挑戰與機遇就是如何實現環保與節能的產品發展目標。在環境保護方面，全球普遍關注的問題是，由臭氧層破壞和溫室效應引起的日趨惡化的地球環境。蒙特婁協議書的籤署及其後相繼通過的修訂條例，都表明了世界各國對環境問題的普遍認知和國際上政府間的共識。這些協議的直接效果就是停止以及限制CFCs和HCFCs的使用，從而可以降低非環保型製冷劑的排放對大氣的影響。在能源方面，自上世紀70年代的石油危機開始，全球的能源供求矛盾不但沒有減輕，而且日趨突出。儲量有限卻不可再生的化石能源依然控制著世界經濟發展的命脈，原油價格的飈升，戰爭的頻繁出現，無不與能源的供求有關。在加大可再生能源的研究、開發與規模化利用的力度的同時，各種節能技術的推廣應用就顯得尤為重要，而製冷與空調行業又是關注的重點之一。以家用空調為例，在中國一些大城市中，空調的用電量已佔居民用電量的40％－50％，剛剛過去的夏季電慌，再次敲響了節能的警鐘。在國外，美日等工業發達國家的中央空調系統的全年能耗已佔整個建築物總能耗的40％至60％，中國空氣調節的耗電總量及其所佔比重正處於增長期，節能任務任重道遠。因此，探索、研究、開發、實踐製冷與空調行業的新技術，以適應我國「節能優先」的能源戰略的發展要求以及「資源持續利用、環境不斷改善」的社會發展目標，是製冷行業義不容辭的責任。

本實施例提供的節能製冷設備，與上述製冷技術和其他相關製冷技術，具有完全不一樣的特性。該專利發明製冷技術，是依靠直接輸出機械能量，發電輸出電能來實現製冷的。這種新構思和發明專利，絕對的具有新穎性、實用性和創造性。對於現在能源緊張的年代，這種新專利技術的開發迫在眉睫，這種能夠輸出機械能，輸出高品位電能，來實現製冷的最新發明專利技術，理論上所有人都願意去接受。

夏天是用電高峰期，火力發電廠由於環境溫度的升高，汽輪機排出的約30攝氏度乏汽進入冷卻塔和空冷島冷卻，由於環境溫度有時都能夠超過30攝氏度，電廠冷凝器的冷凝效果明顯變差，汽輪機不能夠完全的進行工作和滿負荷發電。同時夏天越是炎熱，人們使用空調的時間和概率就越高，火力發電廠的機組發電效率降低，大型小型空調設備的耗電量明顯增加，將導致電力系統無法承受，導致一些地區在炎熱夏天拉閘限制用電，同時炎熱夏天掉閘現象也是頻頻發生。

炎熱的夏天和非洲等赤道國家，空氣和海水中蘊藏著大量的熱能，如果我們的新專利發明製冷設備和先進的製冷技術，能夠將炎熱夏天空氣和海水中蘊藏的熱能量，轉變為電能輸出，自用或者回饋給電網，將極大的緩解我們夏天用電緊張的問題。這種最新的製冷專利發明技術，也將深受到我們國家和廣大人民的熱烈期待和歡迎。原來夏天供電緊張，環境空氣溫度越是炎熱，發電廠的發電效率就越低，同時製冷和空調設備的耗電量越大，惡性循環，電網不堪重負，掉閘現象頻發，為了保護我們整個電網不崩潰，所以要對一些地區和行業採取拉閘限電，這也是現在應用技術沒有辦法的事情。高溫就是能量，現在的製冷技術，採用的都是消耗能量的「轉移法」，將室內的熱能通過壓縮機轉移到室外，同時加上消耗的電能一起被室外機散發到空氣中，炎熱夏天製冷設備需要消耗大量的寶貴電能，轉移室內熱能和消耗的電能到室外，加劇了室外環境溫度和空氣熱能量的增加，形成了惡性循環。

在炎熱夏天和炎熱的赤道國家，空氣和海水蘊藏的熱能就是能量，我們完全可以將這部分炎熱高溫能量轉變為電能輸出，炎熱空氣和海水蘊藏的高溫熱能轉變成為電能輸出，空氣和海水的溫度也自然會降低。同時，炎熱環境空氣海水的溫度越高，流量越大，本實施例提供的節能製冷設備輸出來的電能就會越多，該製冷系統回饋給電網的電能輸出也就越多。採用所述節能製冷設備不但不消耗電能，同時還能夠吸收環境熱能量和輸出電能回饋給電網，彌補發電廠在炎熱夏季電網電力不足的嚴重問題。可以說所述節能製冷設備的大量應用，理論上將扭轉炎熱夏季的現狀和局面，環境溫度越高，製冷面積越大，回饋電網的電能就會越多，所述節能製冷設備還可以安裝到移動的汽車、火車、飛機和輪船中，節約寶貴燃油能量。

本實施例提供的節能製冷設備，應用的是沸點溫度極其低的液體工質，吸取室內熱能實現低溫熱機發電和製冷，該製冷技術採用沸點溫度非常低的液體工質，通過低溫液體工質(例如液氮、液氧)去吸熱室內空氣的熱能，低溫液體工質吸收空氣熱能，形成高壓蒸汽輸送給汽輪機進行熱機發電(二氧化碳：溫度31℃，壓力約7.18Mpa；氧氣：溫度-118.95℃，壓力約5.08MPa；氬氣：溫度-122.4℃，壓力約4.87MPa；氮氣：溫度-146.9℃，壓力約3.3978MPa)。

例如，所述節能製冷設備採用極其低溫的液氮(或者液氧、液氬、二氧化碳等等)作為本實施例的發電工質，對夏季炎熱空氣(和海水)中蘊藏的熱能進行吸熱，當液氮與熱空氣、熱海水進行熱交換接觸後，液氮會吸收炎熱空氣的熱能，然後迅速氣化膨脹形成高壓蒸汽，這種超高壓力的氮氣，完全可以推動低溫汽輪機高速旋轉，並且帶動發電機進行發電和輸出電能。從低溫汽輪機排出的低溫乏汽，通過低溫的凝汽器進行冷凝，氮乏汽被冷凝還原成為液體以後，再進行循環吸熱和使用，如此該製冷系統便可以不斷的循環製冷和發電輸出，同時該製冷系統，可以不斷的實現炎熱空氣和海水的製冷，輸出電能同時降低整個地區的環境溫度。

本實施例提供的節能製冷設備，非常的適合炎熱夏天工作，或者是在非洲等赤道國家附近使用，不但可以降低當地空氣海水溫度，實現炎熱空氣溫度調節，同時還能夠為當地提供生產生活的電能，一舉多得。由於炎熱空氣和海水蘊藏的熱能量不是很多，所以這種製冷技術輸出的電力不是很大，要想讓該製冷設備多發電，就必須要增加空氣海水換熱器的換熱面積，以及空氣海水流量，只有這樣才能夠獲得更多的空氣海水熱能量，同時這樣做也能夠讓當地獲得更多的冷空氣。

炎熱高溫熱空氣和熱海水能量嚴重影響廣大人民的生活及品質，也是一個嚴重的環境問題。所述節能製冷設備對於高溫地域的國家來說，可以說是一個比較理想的製冷技術。

本實施例提供的節能製冷設備，還可以安裝到汽車、火車、和艦船上。由於汽車、火車和艦船高速行駛，與空氣和海水產生相對運動，因此該製冷系統就能夠更多的獲得空氣和海水的熱能以及產生更多電能。該製冷設備白天和黑夜可以不斷的進行發電，積少成多，可以通過蓄電池儲能，這樣做無形之中能夠為汽車火車和艦船節約出不少的電能，同時該製冷系統還能夠使汽車、火車和艦船在行駛運行過程中，得到很好的設備冷卻效果。對汽車火車和艦船上的人員，更具有防高溫和保護作用。所述節能製冷設備如果被市場接受，獲得推廣，具有防暑降溫、節能低碳、利國家又利民。

本實施例還提供了一種節能製冷工藝，適用於所述的節能製冷設備，包括如下步驟：

沸點溫度低於0℃的呈液態的第一介質從一級低溫工質存儲器內輸送至空氣海水換熱器；以使第一介質在空氣海水換熱器內升溫升壓。

在空氣海水換熱器內，溫度為20℃-50℃的空氣海水換熱器的海水或者空氣與第一介質熱交換後溫度下降到5℃-10℃，同時第一介質吸熱汽化後溫度升至1℃-5℃、壓力升至2.5MPa以上並輸送至一級低溫工質汽輪機。

第一介質驅使一級低溫工質汽輪機轉動做功後，溫度降至約-35℃以下、壓力降至約0.5MPa以下並輸送至一級低溫工質凝汽器；；也即第一介質經過一級低溫工質汽輪機後降溫降壓。

第一介質在一級低溫工質凝汽器內被冷卻，溫度降至約-50℃以下，形成冷凝液體後，並輸送至一級低溫工質存儲器內，形成循環。

可選地，低溫工質壓縮機壓縮第三介質，經換熱器冷卻後的第三介質全部或者部分呈液態且溫度降至約-20℃以下、壓力約為1Mpa左右，並輸送至三級低溫工質存儲器內；

溫度低於約-20℃全部或者部分呈液態的第三介質從三級低溫工質存儲器內輸送至三級低溫工質汽輪機或者膨脹機；

第三介質驅使三級低溫工質汽輪機或者膨脹機轉動做功後，溫度下降至約-50℃以下、壓力降至0.1MPa以下並輸送至一級低溫工質凝汽器；

在一級低溫工質凝汽器內，溫度為-20℃以下的一級低溫工質汽輪機的輸出的第一介質與第三介質熱交換後溫度下降至-30℃以下，同時第三介質吸熱後全部或者部分汽化溫度上升約5℃-10℃、壓力升至約0.2MPa並輸送至低溫工質壓縮機，形成循環。

實施例二

實施例二提供了一種節能製冷系統，該實施例包括實施例一所述的節能製冷設備，實施例一所公開的節能製冷設備的技術特徵也適用於該實施例，實施例一已公開的節能製冷設備的技術特徵不再重複描述。

本實施例提供的節能製冷系統，包括所述的節能製冷設備。所述節能製冷系統例如可以包括多個節能製冷設備。

本實施例中所述節能製冷系統具有實施例一所述節能製冷設備的優點，實施例一所公開的所述節能製冷設備的優點在此不再重複描述。

最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。