获能式制冷的科技应用

符国绣 符永源

摘  要：利用获能式制冷技术，用于制冷空调，千万用户变耗能为供电;用于冷冻厂用户大户变为供电站;用于工业冷却，机电设备和工业设施的废热变为电能，设备获得冷却降温;用于降低沙漠高温，可收获丰富电能，改善沙漠气候。

关键词：获能式制冷;降温;冷却;废热;发电

中图分类号：TB657        文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）26-0171-02

Abstract： When energy-obtaining refrigeration technology is used for air conditioning， tens of millions of users change energy consumption into power supply; when used for refrigeration plants， the users change the plants into power stations; when used for industrial cooling， the waste heat from the mechanical and electrical equipment and industrial facilities are transformed into electrical energy， and temperature lowering is realized for equipment; and when used to lower the high temperature of the desert， rich electricity can be obtained and thus can improve the desert climate.

Keywords： energy-obtaining refrigeration; temperature lowering; cooling; waste heat; power generation

引言

經过多年来的科技发展进步，制冷技术随之日趋成熟，但是迄今为止，现用的制冷设备仍然是一门能耗大户。在运行中由于耗电量大，使用成本高，致它的应用范围受到局限。

今后如果获能式制冷技术得到推广应用，其发展前景就大为改观。

关于获能式制冷技术，详见《获能式制冷及其在工业冷却中的应用》一文。（《节能》杂志，2019-02期P33-P38）

为说明原有的制冷装置和获能式制冷的原理差别，下面简单介绍两者工作原理的基本情况。

比较图1和图2，可看出它们制冷原理是一样的，其区别在于冷却降温环节上。前者借助外来的冷却水或吹风将制冷剂中的热能带走，后者是利用一套简易的汽轮发电机组将制冷剂的高温高压能量转换为电能，使制冷剂中的能量耗尽达到降温降压的目的。同时又把电能反馈回电网，其能量除了制冷剂吸收的热能外，还包含有压缩机工作的压缩势能，因此发电所获得的能量将大于压缩机从电网中吸取的能量，这种制冷装置是获能性的。

图1所示的制冷装置除了压缩机工作时吸收电能外，制冷剂的冷却散热还消耗一部分电能，因此它是纯耗能性的。

两种装置只是耗能与获能一字之差，但其使用价值却有天渊之别。

图1所示的原有耗能式制冷装置，不但耗电量大，成本高，而且大量使用将增加电网负担，得不偿失。

图2所示的获能式制冷装置，不但收到制冷降温的效果，而且还从中获得电能，收到一箭双雕的效果。因此它可以广泛应用于降温冷却的各个领域。

1 降温空调中的应用

高温炎热时期，为了降温各家各户都装设降温空调器，若是获能式的制冷空调器，将不再从电网中吸取电能，而是向电网供送电能。对用户而言，不但无需电费负担，而且可以收取供电收入。对电网而，不但减轻了大量的供电负担，而且增加了电网的供电容量。可见这种制冷空调的推广使用，对用户和社会都有收益。

制冷装置应用冷冻厂制冷。往日的制冷用电大户，将变为向电网供电的电源点。这样冷冻厂不但省去电费负担，甚至还获得电费收入。

2 大型机电设备的冷却

各种大型机电设备运行中，轴承和机身部产生热量，为了安全工作，必须对其发热部位进行冷却。一般的冷却手段是装置细管冷却器，并通以冷却水或气体，将其中的热量带走，达到冷却的目的。这种冷却剂一般都是常温物质，所带走的热量有限，冷却效率不高。

例如一台大型的水轮发电机组三道轴承和发电机数个定子冷却器，均采用管道冷却器，管中通以冷却水经传热把管外面的热量带走，并排除到外环境，达到冷却效果。一般机组运行中的室温都在30-40℃左右，室温状态下冷却水带走的热量有限，其冷却效率不高。如果把上述的冷却管改为获能式制冷装置蒸发器管，制冷工作时，制冷剂通过蒸发器吸收其周围的热量。由于制冷剂工作时温度接近0℃，温差大所带走的热量要多得多，因此不但冷却效率高，而且其热能还用于发送电，一举两得。可见这种冷却方式将收到良好的技术经济效果。

3 大型内燃机的冷却

内燃机是利用燃烧燃料把热能转换为动能而工作的，由于相当一部分热能未被使用，而把热量传给机体，因而机身温度甚高，必须通过良好的冷却措施，把热量带走，降低机身温度，才能维持机器正常运转。

通常是采用冷却水通过冷却器把热量带走，冷却水送到专用的散热水池降温后，再循环利用。由于水温不够低，带走的热量不多，所以冷却效率并不理想。但是若改用获能式制冷剂作为冷却介质，效果可大为改观。

即把原来的冷却器作为制冷装置的蒸发器，制冷剂通过其中吸热，并循环制冷。蒸发器中的制冷剂接近0℃，可以吸收大量热量，冷却效果极佳。不但提高机器的运行效率，而且又可把废热转变为电能，机器的降温可以减轻重量，降低造价。又省去冷却水循环系统，收到一举多得的效果。

4 冶炼炉、锅炉等高温车间的降温

由于车间的空间大，热容量多，不宜采用冷却器的手段降温，而是装设通风机排气，对流换气而降温。在一般季节环境温度高，降温效果不佳，因而在车间里运行的设备和操作人员，都处在不良环境中工作。

利用获能式制冷装置进行制冷降温，将可收到满意的效果。

在车间里的热源近旁装配制冷剂蒸发器，制冷装置运行时，便可吸收其散发的热量。这样既可利用其丰富的热能发电，又可以降低所在环境的温度，使车间的运行环境大为改善。

5 改善沙漠气候

沙漠地区，长期处在太阳光的曝晒之下，沙层中吸收大量热能，地表温度高，蒸发量大。其蒸发量远大于降水量，长期处于干燥缺水状态，成为无水无草无生命的死亡区域。

获能式制冷设备的出现，为改变沙漠地区恶劣环境成为可能。利用制冷时获得电能的原理，在沙漠地面的沙层中，埋设制冷装置的蒸发器，在制冷运行时，蒸发器可从沙层中吸收其热量而转变为电能。通过不断的循环运行，可以从沙层中收获大量的废热能变为电能。同时使沙层地表的温度明显下降，因而其蒸发量也随之降低，地区的湿度也慢慢增加，为生物的生长提供必要的条件。这样沙漠地区便可慢慢恢复生机，改变原来的面貌。

从上述原理可知，这种环境改造工程，并不耗费太多成本，反而还可以在制冷过程收获大量电能，补充能源。

6 结束语

由上述技术应用中可知，这种获能式制冷技术，使用得越多收获的电能也越多。因此，凡高温过热的场所，都可以使用获能式制冷技术作为降温手段，使其温度调节至所需的水平，并且又从中收获可观的电能，这种技术措施的应用，对改善环境和回收散发于大气中的废热，增加能源会起到巨大作用。

参考文献：

[1]张时正，萧自能，刘火土.冷库实用制冷技术（第2版）[M].机械工业出版社，2016.

[2]韩雪涛.中央空调安装与维修[M].机械工业出版社，2018.

[3]天津电气传动设计研究.水轮机设计与计算[M].科学出版社，1971.