專利名稱：吸附型低溫?zé)嵩窗l(fā)電制冷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制冷技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種吸附式低溫?zé)嵩窗l(fā)電制冷 裝置。
背景技術(shù)：
統(tǒng)計(jì)表明，35(TC以下的低溫余熱總量約占工業(yè)產(chǎn)熱總量的5(T/。左右。在實(shí) 際應(yīng)用中，由于缺乏有效的回收利用方式，大部分低溫余熱被直接排放到環(huán)境中， 這樣既浪費(fèi)了大量能源，又對周圍環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重的熱污染。低溫朗肯循環(huán)低溫 余熱發(fā)電技術(shù)是一種有效的低溫余熱回收利用方法，它以有機(jī)物工質(zhì)作為能量的 載體，將低品位熱能轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)熱源溫度低于270'C時(shí)，低溫朗肯循環(huán)工質(zhì) 選擇范圍廣，針對性強(qiáng)，設(shè)備要求相對簡單，與常規(guī)的水蒸氣朗肯循環(huán)相比，具 有更高的能源利用率。
吸附式制冷方法最初由Faraday于1848年發(fā)現(xiàn)。20世紀(jì)70年代，伴隨著 能源危機(jī)的產(chǎn)生，吸附式制冷技術(shù)得到了發(fā)展。進(jìn)入90年代后，由于氟利昂破 壞臭氧層問題以及二氧化碳溫室氣體的排放問題引起了越來越多的關(guān)注，關(guān)于吸 附式制冷技術(shù)研究進(jìn)一步加速。目前，憑借著其節(jié)能環(huán)保，操作方便，適用范圍 廣等優(yōu)點(diǎn)，吸附式制冷技術(shù)己經(jīng)成為制冷學(xué)界研究中的熱點(diǎn)問題。
經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)eng Xu等在《能源》雜志2000年第25 巻233 _ 246頁上發(fā)表了一篇題目為"一種發(fā)電制冷循環(huán)"的文章， (Xu， F. ， Goswami， D. Y" and Bhagwat， S. S., 2000, "A Combined Power/Cooling Cycle, " Energy, 25, pp. 233-246.)該系統(tǒng)將低溫朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)與吸收式制 冷技術(shù)相結(jié)合，選擇二元溶液作為工質(zhì)，將低品位熱能轉(zhuǎn)化為電能和冷量同時(shí)輸 出，提出了一套低品位熱能回收利用的新方案。但該技術(shù)存在一定的不足在制 冷過程中，工質(zhì)沒有發(fā)生相變，主要依靠工質(zhì)顯熱變化實(shí)現(xiàn)制冷，因此制冷量受 到了一定的限制。同時(shí)，為了使工質(zhì)在透平出口達(dá)到低溫實(shí)現(xiàn)制冷，需要透平具 有較大的膨脹比，這樣增加了設(shè)備的設(shè)計(jì)制造難度，限制了裝置的適用范圍。此外，蒸汽發(fā)生器中流出的低濃度溶液并沒有用于做功和制冷，其熱量僅通過回?zé)?換熱器進(jìn)行回收利用，這限制了系統(tǒng)單位工質(zhì)的發(fā)電量和制冷量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種吸附式低溫?zé)嵩窗l(fā)電制冷裝置，選 擇二元工質(zhì)作為循環(huán)工質(zhì)，將低溫朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)同吸附式制冷循環(huán)有機(jī)的結(jié) 合起來，同時(shí)滿足用戶電量和冷量的需求，不僅有效的提高了低溫余熱回收裝置 的整體能量利用率，而且整個(gè)過程簡單易行，潔凈環(huán)保，安全可靠。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括工質(zhì)泵、蒸汽發(fā)生器、透 平、發(fā)電機(jī)、節(jié)流閥、吸附式制冷機(jī)、吸收器。工質(zhì)泵出口與蒸汽發(fā)生器工質(zhì)入 口相連，蒸汽發(fā)生器氣態(tài)工質(zhì)出口與透平工質(zhì)入口相連，透平工質(zhì)出口與吸收器 氣態(tài)工質(zhì)入口相連，透平主軸與發(fā)電機(jī)主軸相連，蒸汽發(fā)生器液態(tài)工質(zhì)出口與吸 附式制冷機(jī)工質(zhì)入口相連，吸附式制冷機(jī)工質(zhì)出口與節(jié)流闊工質(zhì)入口相連，節(jié)流 閥工質(zhì)出口與吸收器液態(tài)工質(zhì)入口相連，吸收器工質(zhì)出口與工質(zhì)泵入口相連，所 述工質(zhì)為液態(tài)二元工質(zhì)。
本發(fā)明透平與吸附式制冷機(jī)以并聯(lián)方式連接，其中二元工質(zhì)經(jīng)蒸發(fā)器加熱后 產(chǎn)生的氣態(tài)組分經(jīng)過透平發(fā)電，剩余的液態(tài)組分經(jīng)過吸附式制冷機(jī)制冷。
本發(fā)明中選擇的二元工質(zhì)由兩種不同沸點(diǎn)的非共沸工質(zhì)組成，為了確保透平 出口工質(zhì)為氣態(tài)，低沸點(diǎn)工質(zhì)應(yīng)具有揮發(fā)性。同時(shí)，蒸汽發(fā)生器的工作溫度應(yīng)在 工質(zhì)對兩種組分的沸點(diǎn)之間，以實(shí)現(xiàn)在加熱過程中將兩種組分有效分離。該二元 工質(zhì)可以選擇氨水或自然工質(zhì)，氟利昂等的混合物。
在本發(fā)明中，液態(tài)二元工質(zhì)經(jīng)由工質(zhì)泵提高壓力，在蒸汽生成裝置中利用余 熱加熱，在加熱過程中，可以通過精餾等手段使二元工質(zhì)中沸點(diǎn)較低的工質(zhì)變?yōu)?飽和或者過熱氣體狀態(tài)，過熱氣體進(jìn)而推動(dòng)透平旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組向外輸出 電功。在蒸汽生成裝置中剩余的液態(tài)工質(zhì)同樣被余熱加熱，并進(jìn)入吸附式制冷機(jī) 放熱產(chǎn)生冷量。在吸附式制冷機(jī)中放熱后的液態(tài)工質(zhì)經(jīng)過節(jié)流閥減壓，達(dá)到吸收 器工作壓力。透平出口的氣體工質(zhì)在吸收器中被節(jié)流閥流出的液體工質(zhì)吸收，并 在冷卻水冷卻作用下重新成為二元工質(zhì)，該二元工質(zhì)重新被由工質(zhì)泵提高壓力， 完成循環(huán)。在整個(gè)循環(huán)過程中，低品位的熱能不斷被回收利用，同時(shí)，系統(tǒng)不斷 向用戶輸出電能和冷量，從而實(shí)現(xiàn)利用低溫余熱發(fā)電制冷。由于選擇了所述的二元工質(zhì)，在本裝置的工作過程中，發(fā)電與制冷過程以并 聯(lián)的方式進(jìn)行。系統(tǒng)的電冷比可以通過二元工質(zhì)中各個(gè)組分的濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng) 低沸點(diǎn)組分濃度增加時(shí)，系統(tǒng)的電冷比增加，當(dāng)?shù)头悬c(diǎn)組分濃度減小時(shí)，系統(tǒng)的 電冷比減小。同時(shí)，與背景技術(shù)中介紹的吸收式發(fā)電制冷復(fù)合循環(huán)相比，由于選 用了吸附式制冷機(jī)與透平并聯(lián)布置的連接方式，本發(fā)明中透平出口溫度不再需要 達(dá)到環(huán)境溫度以下，因此，透平膨脹比可以適當(dāng)減小，透平設(shè)計(jì)制造難度也相應(yīng) 降低。此外，選用吸附式制冷機(jī)代替原有的回?zé)崞骱椭评湔舭l(fā)器，解決了原系統(tǒng) 中僅僅利用制冷劑顯熱制冷的缺點(diǎn)，提高了單位工質(zhì)的制冷量，并且提高了系統(tǒng) 電冷比的調(diào)節(jié)范圍。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖1所示，本實(shí)施例包括工質(zhì)泵l、蒸汽發(fā)生器2、透平3、發(fā)電機(jī)4、
吸收器5、吸附式制冷機(jī)6、節(jié)流閥7。工質(zhì)泵l出口與蒸汽發(fā)生器2工質(zhì)入口 相連，蒸汽發(fā)生器2氣態(tài)工質(zhì)出口與透平3工質(zhì)入口相連，透平3工質(zhì)出口與吸 收器5氣態(tài)工質(zhì)入口相連，透平3主軸與發(fā)電機(jī)4主軸相連，蒸汽發(fā)生器2液態(tài) 工質(zhì)出口與吸附式制冷機(jī)6工質(zhì)入口相連，吸附式制冷機(jī)6工質(zhì)出口與節(jié)流閥7 工質(zhì)入口相連，節(jié)流閥7工質(zhì)出口與吸收器5液態(tài)工質(zhì)入口相連，吸收器5工質(zhì) 出口與工質(zhì)泵入口相連，所述工質(zhì)為液態(tài)二元工質(zhì)。
本實(shí)施例中，所述的吸附式低溫?zé)嵩窗l(fā)電制冷裝置，其二元工質(zhì)為質(zhì)量濃度 50%的氨水。采用余熱溫度12(TC ，蒸汽發(fā)生器蒸發(fā)壓力20bar，吸收器工作壓 力10bar，冷卻水溫度2(TC，來說明循環(huán)流程，具體實(shí)施過程中所涉及的參數(shù)不 對本發(fā)明構(gòu)成限制。
本實(shí)施例中，蒸汽發(fā)生器中還可以包含精餾設(shè)備。
1. 約4(TC的液態(tài)氨水工質(zhì)由工質(zhì)泵提高壓力至20bar，送入蒸汽發(fā)生器中加熱。
2. 液態(tài)氨水工質(zhì)在蒸汽發(fā)生器中被12(TC左右的低溫余熱加熱至約ll(TC，
5壓力20bar。在加熱過程中，氨變?yōu)檫^熱蒸汽從蒸汽發(fā)生器的氣態(tài)工質(zhì)出口流出， 其余液態(tài)部分從蒸汽發(fā)生器的液態(tài)工質(zhì)出口流出。
3. 從蒸汽發(fā)生器中流出的過熱氨氣進(jìn)入透平，推動(dòng)透平旋轉(zhuǎn)做功并輸出功 率，該功率可由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電力輸出。經(jīng)過透平后的氨氣壓力降低到10bar， 在理想情況下，溫度會(huì)降低到40'C,仍為過熱蒸汽。
4. 從蒸汽發(fā)生器中流出的其余液態(tài)部分工質(zhì)進(jìn)入吸附式制冷機(jī)，液態(tài)工質(zhì) 在吸附式制冷劑中放熱，吸附式制冷機(jī)對外輸出冷量。吸附式制冷機(jī)工質(zhì)出口溫 度約為6(TC。
5. 吸附式制冷機(jī)流出的液態(tài)工質(zhì)經(jīng)過節(jié)流閥減壓至10bar。
6. 從節(jié)流閥流出的液態(tài)工質(zhì)與透平出口氮?dú)膺M(jìn)入吸收器中，在冷卻水冷卻 下，透平出口的氨氣被節(jié)流閥流出的液態(tài)工質(zhì)吸收，重新變?yōu)?(TC左右的液態(tài) 氨水，從而完成整個(gè)循環(huán)過程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電量和冷量的同時(shí)輸出。
該系統(tǒng)將低溫朗肯循環(huán)與吸附式制冷循環(huán)相結(jié)合，以二元工質(zhì)作為載體，可 以利用太陽能，地?zé)崮?，生物質(zhì)能，各種工業(yè)余熱作為系統(tǒng)熱源。實(shí)現(xiàn)了同時(shí)向 用戶輸出電量和冷量的目的。
權(quán)利要求
1、一種吸附式低溫?zé)嵩窗l(fā)電制冷裝置，包括工質(zhì)泵、蒸汽發(fā)生器、透平、發(fā)電機(jī)、吸附式制冷機(jī)、節(jié)流閥、吸收器，其特征在于，所述透平與吸附式制冷機(jī)以并聯(lián)方式連接，所述工質(zhì)泵出口與蒸汽發(fā)生器工質(zhì)入口相連，蒸汽發(fā)生器氣態(tài)工質(zhì)出口與透平工質(zhì)入口相連，透平工質(zhì)出口與吸收器氣態(tài)工質(zhì)入口相連，透平主軸與發(fā)電機(jī)主軸相連，蒸汽發(fā)生器液態(tài)工質(zhì)出口與吸附式制冷機(jī)工質(zhì)入口相連，吸附式制冷機(jī)工質(zhì)出口與節(jié)流閥工質(zhì)入口相連，節(jié)流閥工質(zhì)出口與吸收器液態(tài)工質(zhì)入口相連，吸收器工質(zhì)出口與工質(zhì)泵入口相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附式低溫余熱發(fā)電制冷裝置，其特征是，所述 工質(zhì)為液態(tài)二元工質(zhì)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附式低溫余熱發(fā)電制冷裝置，其特征是，所述 蒸汽發(fā)生器的工作溫度在液態(tài)二元工質(zhì)兩種組分的沸點(diǎn)之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附式低溫余熱發(fā)電制冷裝置，其特征是，所述 液態(tài)二元工質(zhì)由兩種不同沸點(diǎn)的非共沸工質(zhì)組成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或3或4所述的吸附式低溫余熱發(fā)電制冷裝置，其特征 是，所述液態(tài)二元工質(zhì)為氨水。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能源技術(shù)領(lǐng)域的吸附式低溫?zé)嵩窗l(fā)電制冷裝置，包括工質(zhì)泵，蒸汽發(fā)生器、透平、發(fā)電機(jī)、吸附式制冷機(jī)、節(jié)流閥、吸收器。這些部件依次連接，以太陽能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能或各種工業(yè)余熱作為系統(tǒng)熱源，選擇二元工質(zhì)作為系統(tǒng)工質(zhì)，在熱源加熱過程中，二元工質(zhì)中低沸點(diǎn)易揮發(fā)組分變成氣態(tài)推動(dòng)透平做功發(fā)電，液態(tài)部分在吸附式制冷機(jī)中放熱，實(shí)現(xiàn)制冷。透平出口流出的氣態(tài)工質(zhì)在吸收器中被吸附式制冷機(jī)流出的液態(tài)工質(zhì)重新吸收，從而完成工作循環(huán)。本發(fā)明將低溫朗肯循環(huán)與吸附式制冷循環(huán)結(jié)合起來，在低品位熱能不斷被回收利用的同時(shí)，不斷向用戶輸出電能和冷量，從而實(shí)現(xiàn)利用低溫余熱發(fā)電制冷。
文檔編號F25B27/00GK101520254SQ20091004824
公開日2009年9月2日 申請日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者凌基薇, 孫紹芹, 秦鈺奇, 翁一武, 彬 鄭 申請人:上海交通大學(xué)