CN113720040B - 一种带余热分级回收和吸收式制冷装置的冷热电联产*** - Google Patents

一种带余热分级回收和吸收式制冷装置的冷热电联产*** Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种带余热分级回收和吸收式制冷装置的冷热电联产***，包括液氨罐、冷却水箱、氨内燃机、蓄热式温差发电装置、冷却液控制单元、吸收式制冷单元，冷却液控制单元包括温度控制单元、第一温度传感器、第二温度传感器、第一电控三通阀、第二电控三通阀。本发明充分利用发电***中的余热，进行余热发电的同时提供冷量，最大限度对余热进行分级回收，提高***的能量利用率。设置冷却液控制单元，通过温度控制单元可以控制冷却液工作循环，提高冷却液的循环利用率，保证吸收式制冷***的可控高效，节约成本提高***的经济效益。

Description

一种带余热分级回收和吸收式制冷装置的冷热电联产***
技术领域
本发明涉及的是一种清洁能源，具体地说是冷热电联产***。
背景技术
随着科技和社会的不断发展，人类对能源需求的不断增长，导致了能源的过度使用和枯竭，能源匮乏的形势越来越严峻。冷热电联产技术遵循能源梯级利用的原则，高能高用、低能低用，优化能量供给与分配，有利于降低能量转换过程中的损失，提高能源利用率，具有极高的经济与社会效益，是可持续发展在能源领域的必然选择。
以内燃机和温差发电和吸收式制冷结合进行冷热电联产***，燃料燃烧后的尾气携带大量高品位余热能量，内燃机的缸套冷却液同时也携带大量的热量，这部分余热品位低，但是储量巨大，可以作为联产***的热源。温差发电装置吸收发电***产生的高品位热量直接进行热-电转换，相比朗肯循环发电***具有更简单的结构，减少了能量转换次数，对热源的要求也降低了很多，吸收式制冷循环不需要压缩机为循环提供动力，减少***电能的输入，而为循环所需的驱动热能由发电***产生的低品位能量提供，温度对应符合能量梯级利用原则，可以高效的提供冷量、热量和电量，物尽其用的同时又节能环保。
发明内容
本发明的目的在于提供解决低品位余热难以利用等问题的一种带余热分级回收和吸收式制冷装置的冷热电联产***。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种带余热分级回收和吸收式制冷装置的冷热电联产***，其特征是：包括液氨罐、冷却水箱、氨内燃机、蓄热式温差发电装置、冷却液控制单元、吸收式制冷单元，所述冷却液控制单元包括温度控制单元、第一温度传感器、第二温度传感器、第一电控三通阀、第二电控三通阀，所述吸收式制冷单元包括吸收器、换热器、发生器、冷凝器、蒸发器，液氨罐通过截止阀连接预热器，预热器连接氨内燃机，氨内燃机连接发电机，冷却水箱的出口包括三路，第一路连接蓄热式温差发电装置的冷侧，氨内燃机的尾气连通蓄热式温差发电装置的热侧，蓄热式温差发电装置通过整流装置连接蓄电池，蓄电池和发电机并联并连接负载，第二路经第一膨胀阀连接氨内燃机，第三路经第二膨胀阀连接冷凝器，第一温度传感器、第二温度传感器、第一电控三通阀、第二电控三通阀均连接温度控制单元，蓄热式温差发电装置的冷却液经第一温度传感器流入第一电控三通阀，第一电控三通阀分别连通冷凝器和集水箱，氨内燃机的高温缸套冷却液室连接发生器，发生器经第二温度传感器连接第二电控三通阀，第二电控三通阀分别连接冷凝器和集水箱，制冷剂溶液从吸收器中通过工质泵进入换热器，换热器出口连接发生器，制冷剂溶液在发生器吸热变成冷剂蒸汽，剩余浓溶液从发生器出口流入换热器，对低温制冷剂溶液预热后回到吸收器，冷剂蒸汽进入冷凝器变成液态制冷剂，液态制冷剂经蒸发器进入吸收器，冷凝器连接吸收器。
本发明还可以包括：
1、当第一温度传感器与第二温度传感器测得冷却液温度均低于设定值，第一电控三通阀和第二电控三通阀连接至冷凝器冷却液入口通道，关闭连接至集水箱通道，冷却液进入冷凝器中对冷剂蒸汽进行冷却，冷凝器冷却液出口与吸收器冷却液入口连接，吸收器冷却液出口与冷却水箱连接，完成冷却液循环。
2、当第一温度传感器或第二温度传感器测得冷却液温度高于设定值，第一电控三通阀和第二电控三通阀中测得温度低于设定值的连接至冷凝器冷却液入口通道，连接至集水箱通道关闭，冷却液进入冷凝器中对冷剂蒸汽进行冷却后经吸收式制冷***循环后回到水箱中完成冷却液循环，第一电控三通阀和第二电控三通阀中测得温度高于设定值打开连接至集水箱通道，冷却液进入集水箱中，集水箱出口与水泵连接，不满足温度的冷却液经水泵回到冷却水箱中冷却等待下一次工作循环，同时，第二膨胀阀打开，冷却液经过第二膨胀阀进入冷凝器对冷剂蒸汽进行冷却，冷凝器冷却液出口与吸收器冷却液入口连接，吸收器冷却液出口与水箱连接，完成冷却液循环。
3、当第一温度传感器与第二温度传感器测得冷却液温度均高于设定值，第一电控三通阀和第二电控三通阀关闭连接冷凝器冷却液入口通道，打开连接至集水箱通道，冷却液进入集水箱中，集水箱出口与水泵连接，不满足温度的冷却液经水泵回到冷却水箱中冷却等待下一次工作循环，同时，第二膨胀阀打开，冷却液经过第二膨胀阀进入冷凝器对冷剂蒸汽进行冷却，冷凝器冷却液出口与吸收器冷却液入口连接，吸收器冷却液出口与水箱连接，完成冷却液循环。
本发明的优势在于：
1、充分利用发电***中的余热，进行余热发电的同时提供冷量，最大限度对余热进行分级回收，提高***的能量利用率。
2、设置冷却液控制单元，通过温度控制单元可以控制冷却液工作循环，提高冷却液的循环利用率，保证吸收式制冷***的可控高效，节约成本提高***的经济效益。
3、通过蓄热式温差发电装置对氨燃料发动机的余热进行回收利用将热能直接转化为电能，减少热-功-电的能量转换次数，减少能量损失，添加相变材料可以有效稳定温差发电片的热端温度，当排气温度低于相变温度时，相变材料会释放储存的潜热以维持温差发电片的热端温度，缓解稳压电路的负担，延长发电时间。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1，本发明包括冷却液控制单元1、吸收式制冷***2、液氨罐3、截止阀4、预热器5、氨内燃机6、发电机7、负载8、冷却液9、膨胀阀10a、10b、蓄热式温差发电装置11、整流装置12、蓄电池13、集水器14、水泵15，所述冷却液***包括冷却液箱9、膨胀阀10a、10b、冷却液控制单元1、集水箱14、水泵15，所述冷却液控制单元1包括第一温度传感器101、第二温度传感器102、温度控制单元103、第一电控三通阀104、第二电控三通阀105，所述吸收式制冷***2包括制冷剂箱201、吸收器202、工质泵203、换热器204、发生器205、冷凝器206、蒸发器207。
所述液氨罐3出口经截止阀4进入预热器5，经过预热后的氨燃料在预热器5出口与氨燃料发动机6连接，所述氨燃料发动机6与发电机7连接，发电机7为负载8提供电力，所述氨燃料发动机6的尾气经过蓄热式温差发电装置11热侧后排出，蓄热式温差发电装置11中的相变材料吸收并储存尾气热量，使温差发电装置上下产生温差进行热电转化，产生电能经过整流装置12储存在蓄电池13中，蓄电池13与负载链接为负载8提供电力。
吸收式制冷***2中的制冷剂溶液进入吸收器202通过工质泵203进入换热器204，换热器204出口与发生器205连接，流经氨燃料发动机6升温后的高温缸套冷却液进入吸收式制冷***2的发生器205，制冷剂在发生器205内吸热变成冷剂蒸汽，剩余浓溶液从发生器205出口流入换热器204对低温制冷剂溶液进行预热后回到吸收器202，冷剂蒸汽进入冷凝器206中放热变成液态制冷剂，制冷剂液体进入蒸发器207，制冷剂在蒸发器207内吸收热空气中的热量蒸发释放冷量，蒸发后的制冷剂进入吸收器202中被吸收剂吸收进入下一次循环。
所述水箱9出口分为三路，一路进入蓄热式温差发电装置11的冷侧作冷媒，另一路经过第一膨胀阀10a进入氨燃料发动机6进行冷却，第三路经过第二膨胀阀10b进入冷凝器206进行冷却。其中，为吸收式制冷***2提供热量后的低温缸套冷却液和流经蓄热式温差发电装置冷侧的冷却液分别经第一温度传感器101和第二温度传感器102测温，将测得温度分别传递至温度控制单元103，温度控制单元103传递电信号给第一电控三通阀104和第二电控三通阀105对冷却液的流向进行控制。
本实施例中，相变储能装置内部填充的相变材料应优选适宜的相变温度，应具有较大的相变潜热值，可以是单一的相变材料也可是复合相变材料，蓄热式温差发电装置11中优选相变温度为200～300℃的相变材料进行填充。本发明所选相变材料如下所示，蓄热式温差发电装置11中储能装置内部填充的相变材料优选料LiNO3-NaCl，其中LiNO3的质量占比13.5％、NaCl的质量占比86.5％，该相变材料相变温度为255℃，相变潜热为354kJ·kg-1。
若第一温度传感器101与第二温度传感器102测得冷却液温度均低于设定值，则控制第一电控三通阀104和第二电控三通阀105连接至冷凝器206冷却液入口通道，关闭连接至集水箱14通道，冷却液进入冷凝器206中对冷剂蒸汽进行冷却，冷凝器206冷却液出口与吸收器202冷却液入口连接，吸收器202冷却液出口与水箱9连接，完成冷却液循环。
若第一温度传感器101或第二温度传感器102测得冷却液温度高于设定值，则控制第一电控三通阀104和第二电控三通阀105中测得温度低于设定值的连接至冷凝器206冷却液入口通道，关闭连接至集水箱14通道，冷却液进入冷凝器206中对冷剂蒸汽进行冷却后经吸收式制冷***循环2后回到水箱9中完成冷却液循环。则控制第一电控三通阀104和第二电控三通阀105中测得温度高于设定值打开连接至集水箱14通道，冷却液进入集水箱14中，集水箱14出口与水泵15连接，不满足温度的冷却液经水泵15回到水箱9中冷却等待下一次工作循环。同时，温度控制单元103传递电信号给第二膨胀阀10b打开，冷却液经过第二膨胀阀10b进入冷凝器206对冷剂蒸汽进行冷却，冷凝器206冷却液出口与吸收器202冷却液入口连接，吸收器202冷却液出口与水箱9连接，完成冷却液循环。
若第一温度传感器101与第二温度传感器102测得冷却液温度均高于设定值，则控制第一电控三通阀104和第二电控三通阀105关闭连接冷凝器206冷却液入口通道，打开连接至集水箱14通道，冷却液进入集水箱14中，集水箱14出口与水泵15连接，不满足温度的冷却液经水泵15回到水箱9中冷却等待下一次工作循环。同时，温度控制单元103传递电信号给第二膨胀阀10b打开，冷却液经过第二膨胀阀10b进入冷凝器206对冷剂蒸汽进行冷却，冷凝器206冷却液出口与吸收器202冷却液入口连接，吸收器202冷却液出口与水箱9连接，完成冷却液循环。

Claims (4)

1.一种带余热分级回收和吸收式制冷装置的冷热电联产***，其特征是：包括液氨罐、冷却水箱、氨内燃机、蓄热式温差发电装置、冷却液控制单元、吸收式制冷单元，所述冷却液控制单元包括温度控制单元、第一温度传感器、第二温度传感器、第一电控三通阀、第二电控三通阀，所述吸收式制冷单元包括吸收器、换热器、发生器、冷凝器、蒸发器，液氨罐通过截止阀连接预热器，预热器连接氨内燃机，氨内燃机连接发电机，冷却水箱的出口包括三路，第一路连接蓄热式温差发电装置的冷侧，氨内燃机的尾气连通蓄热式温差发电装置的热侧，蓄热式温差发电装置通过整流装置连接蓄电池，蓄电池和发电机并联并连接负载，第二路经第一膨胀阀连接氨内燃机，第三路经第二膨胀阀连接冷凝器，第一温度传感器、第二温度传感器、第一电控三通阀、第二电控三通阀均连接温度控制单元，蓄热式温差发电装置的冷却液经第一温度传感器流入第一电控三通阀，第一电控三通阀分别连通冷凝器和集水箱，氨内燃机的高温缸套冷却液室连接发生器，发生器经第二温度传感器连接第二电控三通阀，第二电控三通阀分别连接冷凝器和集水箱，制冷剂溶液从吸收器中通过工质泵进入换热器，换热器出口连接发生器，制冷剂溶液在发生器吸热变成冷剂蒸汽，剩余浓溶液从发生器出口流入换热器，对低温制冷剂溶液预热后回到吸收器，冷剂蒸汽进入冷凝器变成液态制冷剂，液态制冷剂经蒸发器进入吸收器，冷凝器连接吸收器。
2.根据权利要求1所述的一种带余热分级回收和吸收式制冷装置的冷热电联产***，其特征是：当第一温度传感器与第二温度传感器测得冷却液温度均低于设定值，第一电控三通阀和第二电控三通阀连接至冷凝器冷却液入口通道，关闭连接至集水箱通道，冷却液进入冷凝器中对冷剂蒸汽进行冷却，冷凝器冷却液出口与吸收器冷却液入口连接，吸收器冷却液出口与冷却水箱连接，完成冷却液循环。
3.根据权利要求1所述的一种带余热分级回收和吸收式制冷装置的冷热电联产***，其特征是：当第一温度传感器或第二温度传感器测得冷却液温度高于设定值，第一电控三通阀和第二电控三通阀中测得温度低于设定值的连接至冷凝器冷却液入口通道，连接至集水箱通道关闭，冷却液进入冷凝器中对冷剂蒸汽进行冷却后经吸收式制冷***循环后回到水箱中完成冷却液循环，第一电控三通阀和第二电控三通阀中测得温度高于设定值打开连接至集水箱通道，冷却液进入集水箱中，集水箱出口与水泵连接，不满足温度的冷却液经水泵回到冷却水箱中冷却等待下一次工作循环，同时，第二膨胀阀打开，冷却液经过第二膨胀阀进入冷凝器对冷剂蒸汽进行冷却，冷凝器冷却液出口与吸收器冷却液入口连接，吸收器冷却液出口与水箱连接，完成冷却液循环。
4.根据权利要求1所述的一种带余热分级回收和吸收式制冷装置的冷热电联产***，其特征是：当第一温度传感器与第二温度传感器测得冷却液温度均高于设定值，第一电控三通阀和第二电控三通阀关闭连接冷凝器冷却液入口通道，打开连接至集水箱通道，冷却液进入集水箱中，集水箱出口与水泵连接，不满足温度的冷却液经水泵回到冷却水箱中冷却等待下一次工作循环，同时，第二膨胀阀打开，冷却液经过第二膨胀阀进入冷凝器对冷剂蒸汽进行冷却，冷凝器冷却液出口与吸收器冷却液入口连接，吸收器冷却液出口与水箱连接，完成冷却液循环。
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