CN110552750A - 一种非共沸有机朗肯-双喷射冷热电联供*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非共沸有机朗肯‑双喷射冷热电联供***，包括膨胀机、喷射器、冷凝器、喷射回热器、储液罐、工质泵、发生器、节流阀、蒸发器和调节阀；膨胀机的乏气出口与喷射器的工作流体进口相连，喷射器的出口经冷凝器与喷射回热器的引射流体进口相连，喷射回热器的出口经储液罐后，一路依次经工质泵、发生器与膨胀机的蒸气进口相连，另一路依次经节流阀、蒸发器与喷射器的引射流体进口相连，膨胀机的抽气口经调节阀与喷射回热器的工作流体进口相连。本发明利用非共沸混合工质在换热器内的温度滑移特性降低***的不可逆损失，采用喷射回热器达到高效换热和增压的目的，回收膨胀机抽气的热量，降低了工质泵功耗，提高***效率及技术经济性。

Description

一种非共沸有机朗肯-双喷射冷热电联供***
技术领域
本发明涉及低品位热能利用技术，具体涉及一种非共沸有机朗肯-双喷射冷热电联供***。
背景技术
我国具有丰富可再生能源，如太阳能、生物质能、地热能、海洋能等，但普遍存在能量品位较低的问题，而且，工业生产过程中也存在大量的低温余热资源。发展低品位热能的髙效回收利用技术，可大幅提髙我国能源利用效率，减少化石能源消耗实现我国社会、经济可持续发展。
能源联供***是提高能源利用率的一种非常重要且行之有效的手段，该类循环***不仅可以满足日常生活和工业生产中的多重的能源需求，还可以实现能源的高效转换、综合梯级利用和节能。近年来由于能源短缺及制冷耗能的不断增长，冷热电联供***受到了越来越广泛的关注。
发明内容
为回收利用低品位热能及多种能源需求输出，本发明提出了一种非共沸有机朗肯-双喷射冷热电联供***，利用低品位热能，包括工业余热、太阳能、生物质能、地热能等，进行电力和冷量输出。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种非共沸有机朗肯-双喷射冷热电联供***，包括膨胀机、喷射器、冷凝器、喷射回热器、储液罐、工质泵、发生器、节流阀、蒸发器、热源、发电机和调节阀；
膨胀机的乏气出口与喷射器的工作流体进口相连，喷射器的出口经冷凝器与喷射回热器的引射流体进口相连，喷射回热器的出口经储液罐后分为两路，一路依次经工质泵、发生器与膨胀机的蒸气进口相连，另一路依次经节流阀、蒸发器与喷射器的引射流体进口相连，膨胀机的抽气口经调节阀与喷射回热器的工作流体进口相连；
热源与发生器相连，加热发生器中的循环工质；膨胀机与发电机相连，驱动发电机发电；循环工质在冷凝器中冷凝释热，获得热能；循环工质在蒸发器中蒸发吸热，获得冷能。
本发明的冷热电联供***，发电量与制冷量的能量分配通过调节阀实现；膨胀机出口的有机工质乏汽进入喷射器中，在喷射器喉管部分减压增速，引射蒸发器出口的二次有机工质气体，二者在混合室内进行混合后，经过增压减速流出喷射器进入冷凝器；从膨胀机抽取的一定压力的有机工质蒸汽进入喷射回热器中，引射冷凝器出口的液态有机工质进入喷射回热器，两股流体在喷射回热器内经过换热后进入储液罐。
作为本发明的一种改进，还包括回热器，其一侧连接在喷射器与冷凝器之间，另一侧连接在工质泵与发生器之间。回热器用于回收喷射器出口循环工质的热量，减少冷凝器的热负荷，提高热量的利用效率。
作为本发明的一种改进，还包括一用于供热的风机盘管，热源依次流经发生器和风机盘管。如此，热源先提供发生器所需要的热量，然后再进入风机盘管满足用户采暖需求，实现能源的梯级利用。
作为本发明的一种改进，所述的膨胀机与喷射器相连的管道上还并联设置一用于冷却发电机的发电机冷却管。如此，可利用膨胀机出口的循环工质乏汽冷却发电机，冷却效果更好且结构简单，同时回收了发电机的热量，提高了***的热效率。
作为本发明的一种改进，所述的蒸发器还配套有液位传感器，液位传感器与工质泵的变频器电性连接。如此，当蒸发器液位较高时，调大工质泵的频率，当蒸发器液位较低时，调小工质泵的频率，实现蒸发器的液位稳定，保障***的稳定运行。
作为本发明的一种改进，所述的循环工质采用R245fa和R601a组成的非共沸混合工质，且R245fa与R601a的质量配比为0.376:0.624。如此，既可降低R245fa的温室效应潜能值，又可解决R601a的可燃性，同时利用非共沸工质在发生器、冷凝器和蒸发器内的温度滑移特性，降低了换热设备的不可逆损失，提高了***能量利用的经济性。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
(1)采用R245fa和R601a组成的非共沸混合工质，R245fa与R601a的质量配比为0.376:0.624，降低了R245fa的温室效应潜能值，解决了R601a的可燃性。同时，利用非共沸混合工质在换热器内的温度滑移特性，可有效降低***的不可逆损失。
(2)膨胀机出口设置旁通管连接发电机，利用膨胀机出口的循环工质乏汽冷却发电机，冷却效果更好且结构简单，同时回收了发电机的热量，提高了***的热效率。
(3)喷射回热器既作为喷射器又作为回热器，一方面，由于循环工质在喷射器内的激波现象，达到高效换热和增压的目的，降低了工质泵功耗，避免了工质泵入口循环工质的汽蚀问题；另一方面，可回收膨胀机抽气的热量，提高***效率及技术经济性。
附图说明
图1是本发明的非共沸有机朗肯-双喷射冷热电联供***的原理图。
附图标记说明：1-膨胀机；2-喷射器；3-冷凝器；4-喷射回热器；5-储液罐；6-工质泵；7-发生器；8-节流阀；9-蒸发器；10-热源；11-冷却塔；12-水泵；13-用冷侧；14-同轴器；15-发电机；16-发电机冷却管；17-液位传感器；18-调节阀；19-风机盘管；20-回热器。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本实施例的一种非共沸有机朗肯-双喷射冷热电联供***，包括膨胀机1、喷射器2、冷凝器3、喷射回热器4、储液罐5、工质泵6、发生器7、节流阀8、蒸发器9、热源10、冷却塔11、水泵12、用冷侧13、同轴器14、发电机15、发电机冷却管16、液位传感器17、调节阀18、风机盘管19、回热器20以及配套的连接管道。
膨胀机1的乏气出口与喷射器2的工作流体进口相连，喷射器2的出口依次经回热器20、冷凝器3与喷射回热器4的引射流体进口相连，喷射回热器4的出口经储液罐5后分为两路，一路依次经工质泵6、回热器20、发生器7与膨胀机1的蒸气进口相连，另一路依次经节流阀8、蒸发器9与喷射器2的引射流体进口相连，膨胀机1的抽气口经调节阀18与喷射回热器4的工作流体进口相连。
膨胀机1出口的循环工质乏汽进入喷射器2中，在喷射器2喉管部分减压增速，引射蒸发器9出口的二次循环工质气体，二者在混合室内进行混合后，经过增压减速流出喷射器2进入冷凝器3。
回热器20用于回收喷射器2出口循环工质的热量，减少冷凝器3的热负荷，提高热量的利用效率。
从膨胀机1抽取的一定压力的循环工质蒸汽进入喷射回热器4中，引射冷凝器3出口的液态循环工质进入喷射回热器4，两股流体在喷射回热器4内经过换热后进入储液罐5。
本发明的喷射回热器4，从膨胀机1抽取的循环工质在流道内处于超音速流动状态，由于背压的因素，在喉管部位产生激波，使气相凝结加快，使得流体的压力迅速升高，从而达到高效换热和增压的目的。喷射回热器4既作为喷射器实现冷凝器3出口液态工质的引射和增压，降低了工质泵6功耗，避免了工质泵6入口有机工质的汽蚀问题，又作为回热器，回收膨胀机1抽气的热量，提高***效率及技术经济性。
从喷射器2和喷射回热器4的连接关系可以看出，本申请***的发电量与制冷量的能量分配通过调节阀18实现。
膨胀机1与发电机15通过联轴器14连接，驱动发电机15发电。膨胀机1的乏气出口设有一发电机冷却管16连接发电机，利用膨胀机1出口的循环工质乏汽冷却发电机15，冷却效果好且结构简单，同时回收了发电机15的热量，提高了***的热效率。
冷凝器3、冷却塔11和水泵12依次相连构成冷却水回路，用于将循环工质冷凝释放的热量带出，本实施例虽然通过冷却塔11将热量排放至大气中，容易想到的，完全可以将热水提供给用户，实现供热。当然，还可以根据实际情况采用风冷形式，向用户提供热风。
蒸发器9则与用冷侧13相连，循环工质在蒸发器9中蒸发吸热产生的冷能通过用冷侧13提供给用户，其供冷方式不作限制。
蒸发器9还配套有液位传感器17，液位传感器17与工质泵6的变频器电性连接，当蒸发器9液位较高时，调大工质泵6的频率，当蒸发器9液位较低时，调小工质泵6的频率，通过液位控制，实现蒸发器9的液位稳定，保障***的稳定运行。
热源10、发生器7和风机盘管19依次相连构成回路，热源10先提供发生器7所需要的热量，然后再进入风机盘管19满足用户采暖需求，实现能源的梯级利用。热源10可以是工业余热、太阳能、地热能、生物质能等，或者多种低品位热能的组合形式。
循环工质采用R245fa和R601a组成的非共沸混合工质，也还可以采用其他多组分非共沸混合工质。R245fa与R601a的质量配比为0.376:0.624，降低了R245fa的温室效应潜能值，解决了R601a的可燃性，同时利用非共沸工质在发生器7、冷凝器3和蒸发器9内的温度滑移特性，降低了换热设备的不可逆损失，提高了***能量利用的经济性。
下面以R245fa/R601a作为循环工质为例，对本发明的工作过程进行说明：
混合工质R245fa/R601a(0.376:0.624)在发生器7中被热源10加热成高温高压过热过饱和蒸汽，进入膨胀机1做功带动发电机15进行发电，膨胀机1出口的混合工质乏汽进入喷射器2中，在喷射器2喉管内减压增速，同时引入蒸发器9出口的二次混合工质气体，二者在混合室内进行混合后，经过增压减速流出喷射器2，通过回热器20加热工质泵6出口的混合工质后，进入冷凝器3。从膨胀机1抽取一定压力的混合工质蒸汽进入喷射回热器4中，引射冷凝器3出口的液态混合工质进入喷射回热器4，两股流体在喷射回热器4内经过换热后进入储液罐5，然后分成两部分，一部分经工质泵6加压后经回热器20回收喷射器2出口的混合工质的热量后，进入发生器7中与热源10进行热交换，定压加热后再进入膨胀机1中形成循环，另一部分经节流阀8进入蒸发器9内进行蒸发制冷。蒸发器9的液位通过液位传感器17和工质泵6的变频器进行联动控制，实现***的稳定运行。发电量与制冷量的能量分配通过调节阀18实现。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种非共沸有机朗肯-双喷射冷热电联供***，其特征在于：包括膨胀机(1)、喷射器(2)、冷凝器(3)、喷射回热器(4)、储液罐(5)、工质泵(6)、发生器(7)、节流阀(8)、蒸发器(9)、热源(10)、发电机(15)和调节阀(18)；
膨胀机(1)的乏气出口与喷射器(2)的工作流体进口相连，喷射器(2)的出口经冷凝器(3)与喷射回热器(4)的引射流体进口相连，喷射回热器(4)的出口经储液罐(5)后分为两路，一路依次经工质泵(6)、发生器(7)与膨胀机(1)的蒸气进口相连，另一路依次经节流阀(8)、蒸发器(9)与喷射器(2)的引射流体进口相连，膨胀机(1)的抽气口经调节阀(18)与喷射回热器(4)的工作流体进口相连；
热源(10)与发生器(7)相连，加热发生器(7)中的循环工质；膨胀机(1)与发电机(15)相连，驱动发电机(15)发电；循环工质在冷凝器(3)中冷凝释热，获得热能；循环工质在蒸发器(9)中蒸发吸热，获得冷能。
2.根据权利要求1所述的一种非共沸有机朗肯-双喷射冷热电联供***，其特征在于：还包括回热器(20)，其一侧连接在喷射器(2)与冷凝器(3)之间，另一侧连接在工质泵(6)与发生器(7)之间。
3.根据权利要求1所述的一种非共沸有机朗肯-双喷射冷热电联供***，其特征在于：还包括一用于供热的风机盘管(19)，热源(10)依次流经发生器(7)和风机盘管(19)。
4.根据权利要求1所述的一种非共沸有机朗肯-双喷射冷热电联供***，其特征在于：所述的膨胀机(1)与喷射器(2)相连的管道上还并联设置一用于冷却发电机(15)的发电机冷却管(16)。
5.根据权利要求1所述的一种非共沸有机朗肯-双喷射冷热电联供***，其特征在于：所述的蒸发器(9)还配套有液位传感器(17)，液位传感器(17)与工质泵(6)的变频器电性连接。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种非共沸有机朗肯-双喷射冷热电联供***，其特征在于：所述的循环工质采用R245fa和R601a组成的非共沸混合工质，且R245fa与R601a的质量配比为0.376:0.624。
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