CN101663473B - 冷热电集成系统 - Google Patents

Abstract

本发明的一个示例性实施方案提供了一种单效吸收式制冷机，其包括一个吸收器，所述吸收器有效地连接至溶液热交换器和发电机；以及一个冷凝器，所述冷凝器与所述吸收器流体连通，其中所述吸收器被这样定尺寸并配置，以从水源接收进给水并将热量传递至所述进给水，然后将所述进给水传送到所述冷凝器，在所述进给水进入所述冷凝器之前不对所述进给水进一步热调节，以及其中所述冷凝器被这样定尺寸并配置，以从所述吸收器接收进给水并将热量传递到所述进给水，由此冷却所述冷凝器，而没有借助一个外部热交换器，诸如传统的冷却塔。

Description

冷热电集成系统

技术领域

本发明涉及冷热电集成系统（integrated cooling,heat andpower system）的领域。

背景技术

已经进行了各种努力以提供冷热电联产系统（combined cooling,heat,and power system）。然而，已知的系统都具有其缺点。例如，在小于200kW范围内的分布式发电中，这种发电在本领域被认为是“微型”或“微型发电”，发电效率相对较低。因此，值得考虑多联产——例如热电联产（CHP），作为用于小功率或低热量需求的实践。

几乎所有目前的冷热电联产（CCHP）应用都是利用现有商业产品来设计和安装的。典型地，它们包括一个电力发生器、一个热回收装置（HRU）、一个冷却系统（电压缩系统或吸收式制冷系统）以及一个冷却塔。对于住宅或小型商业应用，目前的实践过于复杂、体积庞大、昂贵并且骇人。此外，由于各组件的小尺寸以及另外的在独立商业装置之间产生的不可逆性，现有微型CCHP系统的整体热/电效率基本低于70%并且在65%左右。

因此，继续存在对克服上述已知系统的一个或多个缺点的集成CCHP系统的需要。

发明内容

通过提供一种将燃气轮机、吸收式制冷机以及燃气轮机进口制冷机集成到一个紧凑模块的方法，本发明解决了这种需要。本发明还提供了一种通过使用燃气轮机进口冷却技术（inlet coolingtechnology）来产生既大又恒定的电功率的方法。此外，本发明提供了一种将热回收装置集成到吸收式制冷机系统的发生器中从而省略独立的热回收系统的方法，以及一种通过将冷凝器冷却系统纳入到吸收式制冷机的吸收器中从而省略冷却塔的方法。这将显著减少CCHP系统的占用空间和尺寸，提高系统性能，并使其易于运输、安装和控制。

在本发明的一个实施方案中，提供了一种单效吸收式制冷机，其包括：一个吸收器，所述吸收器有效地连接至（operatively connectedto）溶液热交换器和发生器；以及一个冷凝器，所述冷凝器与所述吸收器流体连通，其中所述吸收器被这样定尺寸并配置，以从水源接收进给水并将热量传递至所述进给水，然后将所述进给水传送到所述冷凝器，在所述进给水进入所述冷凝器之前不对所述进给水进一步热调节，以及其中所述冷凝器被这样定尺寸并配置，以从所述吸收器接收进给水并将热量传递至所述进给水，由此冷却所述冷凝器，而没有借助于一个外部的热交换器，诸如传统的冷却塔。

本发明的另一实施方案提供了一种单效吸收式制冷机，其包括：一个吸收器，所述吸收器有效地连接至溶液热交换器和发生器；以及一个冷凝器，所述冷凝器有效地连接至所述发生器的热交换器组件，其中所述冷凝器被这样定尺寸并配置，以从水源接收进给水并将热量传递至所述进给水，然后将所述进给水传送至所述发生器的热交换器组件并将热量从外部热源传递至所述进给水从而提供热水，而没有借助于一个外部的热回收装置。

本发明的另一实施方案是一种方法，该方法包括：将致冷剂蒸气提供至单效吸收式制冷机的吸收器，在所述吸收器中至少所述致冷剂蒸气接触来自溶液热交换器的冷凝的吸收剂流，所述致冷剂蒸气被所述冷凝的吸收剂流吸收从而形成液体稀释溶液混合物，以及从水源提供水流以冷却所述吸收器，从而在吸收过程中在所述致冷剂蒸气和所述冷凝吸收剂流之间产生高亲和性并将热量传递至所述进给水；将所述水流从所述吸收器提供至冷凝器，使得所述水流吸收来自所述冷凝器的至少一部分释放潜热，由此形成被冷凝器加热的水流并冷却所述冷凝器，而不没有借助于一个外部热交换器，诸如传统的冷却塔；通过将所述被冷凝器加热的水流穿过热交换器组件进给到发生器，进一步加热所述被冷凝器加热的水流，其中所述被冷凝器加热的水流吸收来自外部热源能量的附加热量从而提供热水，而不没有借助于一个外部的热回收装置；将第二水流提供进蒸发器，在所述蒸发器中低温、低压的致冷剂闪蒸为蒸气并吸收来自第二水流的热量，由此降低所述第二水流的温度并形成冷水流；将所述冷水流的至少一部分传递至有效连接到燃烧发动机的发动机进口制冷机；以及使外部空气循环穿过所述发动机进口制冷机。

在本发明的另一实施方案中，提供了一种多效吸收式制冷机系统。该系统包括：一个吸收器，所述吸收器有效地连接至溶液热交换器和发生器；以及一个初始冷凝器，所述初始冷凝器与所述吸收器流体连通，其中所述吸收器被这样定尺寸并配置，以从水源接收进给水并将热量传递至所述进给水，然后将所述进给水传送到初始冷凝器，在所述进给水进入所述初始冷凝器之前不对所述进给水进一步热调节，以及其中所述初始冷凝器被这样定尺寸并配置，以从所述吸收器接收进给水并将热量传递至所述进给水，由此冷却所述初始冷凝器，而没有借助于一个外部热交换器，诸如传统的冷却塔。

本发明的再一实施方案为一种多效吸收式制冷机系统，其包括一个吸收器，所述吸收器有效地连接至溶液热交换器和发生器；以及一个冷凝器，所述冷凝器有效地连接至终端发生器的热交换器组件，其中所述冷凝器被这样定尺寸并配置，以从水源接收尚未被有意热调节的进给水并将热量传递至所述进给水，然后将所述进给水传送至发生器的热交换器组件，所述发生器的热交换器组件被这样定尺寸并配置，以接收所述进给水并将热量从外部热源传递至所述进给水，而不没有借助于一个外部热回收装置。

在本发明的另一实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：将致冷剂蒸气提供至多效吸收式制冷机中的吸收器，在所述吸收器中至少所述致冷剂蒸气接触来自溶液热交换器的冷凝的吸收剂流，所述致冷剂蒸气被冷凝的吸收剂流吸收从而形成液体稀释溶液混合物，并且从水源提供水流以冷却所述吸收器，从而在吸收过程中在所述致冷剂蒸气和所述冷凝的吸收剂流之间产生高亲和性并将热量传递至所述进给水；将所述水流从所述吸收器提供至初始冷凝器，使得所述水流吸收所述初始冷凝器的至少一部分释放潜热，由此形成被初始冷凝器加热的水流并冷却所述初始冷凝器，而没有借助于一个外部热交换器，诸如传统的冷却塔；通过将所述被初始冷凝器加热的水进给入终端发生器穿过热交换组件，在所述热交换器组件中所述被初始冷凝器加热的水流吸收来自外部热源能量的附加热量从而提供热水，而进一步加热所述被初始冷凝器加热的水流，而没有借助于外部热回收装置；将第二水流提供入蒸发器，在所述蒸发器中低温、低压的致冷剂闪蒸为蒸气并吸收来自第二水流的热量，由此降低所述第二水流的温度并形成冷水流；将至少一部分冷水流传递至有效连接到燃烧发动机的发动机进口制冷机；以及使外部空气循环穿过所述发动机进口制冷机。

在本发明的另一实施方案中提供的系统包括一个燃烧发动机、一个根据本说明书教导的单效吸收式制冷机、一个有效地连接到至少所述燃烧发动机的发动机进口制冷机、以及用于将冷水从吸收式制冷机传送至发动机进口制冷机的管道，上述组件被这样定尺寸并配置，使得在使用中，从燃烧发动机释放的废热向所述单效吸收式制冷机的发生器提供动力。所述单效吸收式制冷机提供空间冷却以及产生冷水，所述系统被这样定尺寸并配置，以使得至少一部分冷水循环通过所述管道回到发动机进口制冷机，从而冷却正在进入所述燃烧发动机的空气。

本发明的另一实施方案为一种系统，其包括：一个燃烧发动机、一个根据本说明书教导的多效吸收式制冷机、一个有效地连接到至少所述燃烧发动机的发动机进口制冷机、以及用于将冷水从吸收式制冷机传送到发动机进口制冷机的管道，上述组件被这样定尺寸并配置，使得在使用中，从燃烧发动机释放的废热向多效吸收式制冷机的至少一个内部发生器提供动力。所述多效吸收式制冷机提供空间冷却以及产生冷水，所述系统被这样定尺寸并配置，以使得至少一部分冷水循环通过所述管道至所述发动机进口制冷机，从而冷却正在进入所述燃烧发动机的空气。

根据随后的描述、附图和所附的权利要求，本发明的这些和其它实施方案、特征和优点将更加显而易见。

附图说明

图1是一个关于冷热电联产系统的简图，其具有进口冷却以及在单效吸收式制冷机系统内的集成式热回收装置。在本发明的该实施方案中，省略了冷却塔和独立的HRU。

图2是一个关于单效吸收式制冷机的简图。在该实施方案中，热回收装置和冷却塔的等效作用被内含在该单效吸收式制冷机中。

图3是一个关于双效吸收式制冷机的简图。在该实施方案中，热回收装置和冷却塔的等效作用被内含在该双效吸收式制冷机中。

在不同图中所使用的相同参考数字或字母代表同一部件或组件。

具体实施方式

在高温且潮湿的夏季，当电力需求达到最高值时，燃气轮机进口冷却在抵制不断下降的微型燃气轮机性能方面异常有效。使用燃气轮机进口冷却，能使环境温度和湿度对燃气轮机电力输出的影响最小化，因为燃气轮机输出是关于环境温度的强函数，通常进口温度每上升1℉，就损失它们的ISO额定功率的0.3%-0.5%。在所考虑的发动机大小（标称28kW）的情况下，一个典型的微型燃气涡轮发动机——其不使用同流换热器（诸如Capstone330型）——被评估为具有额定为大约23%（HHV）的燃料输入的转化效率（在不施加系统负载或持续时间的情况下的满载等级）。不幸地，类似于发动机的功率输出，其效率也受周围条件的影响，并且在86℉时，效率下降至大约19%（HHV）。这粗略地等于大约17,963Btu/kWh的有效热耗率。

为了补偿效率和功率输出的衰退，可以使用多种涡轮进口冷却（TIC）技术，以通过冷却进口空气来增加通过燃气轮机的质量流量。较冷的空气较稠密，并且由于燃气轮机是恒定体积流量的机器，较稠密的空气等于较大的质量流量。通过进口冷却来改善微型燃气轮机性能的选择很多，包括间接蒸发式“预冷却”系统、基于主动“制冷机”致冷的系统（电驱动和热驱动）、干燥冷却系统以及许多喷水/成雾的选择。然而，本领域已知的这些方法具有公知的缺点。具体而言，在夏季高温且潮湿的地区，蒸发式冷却和成雾的方法不能有效地降低温度。为了解决这些问题，本发明的第一个实施方案——示于图1——使用来自单效或者多效吸收式制冷机中的至少一部分冷水以冷却燃气轮机的进口空气。此外，在本发明的该实施方案中，该单效或多效吸收式制冷机可以使用任意组合的致冷剂/吸收剂溶液。优选的致冷剂/吸收剂溶液为水/溴化锂以及氨/水，水/溴化锂溶液为最优选的。具体而言，溴化锂对于凝固点以上的冷却是最理想的。

如本发明具体实施方案中所示，相较于现有技术，一个单效或多效吸收式制冷机是用于提供进口空气冷却的较好选择，尤其当夏季月份中对于热水的需求减少时。此外，在夏季，多余热量可被有效地用作该单效或多效吸收式制冷机的一个能量来源。因此，如图1所示，本发明的第一个实施方案将一个吸收式制冷机系统与微型燃气轮机结合，以在夏季提供涡轮进口空气冷却、提高燃料-电力效率以及功率输出。

用作本发明的第一个实施方案系统的一部分的单效或多效吸收式制冷机，提供空间冷却（space cooling）和对涡轮进口空气的冷却。以这种方式冷却涡轮进口空气，使得在热天将空气冷却到至少ISO条件（59℉和60%相对湿度）。通过使用本发明的第一个实施方案，即将涡轮进口空气冷却用于微型燃气涡轮发动机以将进口空气冷却到至少ISO条件，电功率输出可被提高高达大约17%，并且在特定情况下可能被提高得更多，如在85℉的日子里。通过从吸收式制冷机的出口中提供至少一部分冷水将微型燃气轮机的进口空气进一步冷却到42℉，电功率输出可被提高高达大约27%，并且在特定情况下可能被提高得更多，如在85℉的日子里同样通过使用本发明的第一个实施方案。因此，在一些实施方案中，通过从吸收式制冷机的出口中提供至少一部分冷水来冷却微型燃气轮机的进口空气，电功率输出增量在约5%到约27%的范围内，然而在其他实施方案中，通过在85℉的日子使用本发明的第一个实施方案，该增量在约10%到约27%的范围内。通过从吸收式制冷机的出口提供至少一部分冷水将微型燃气轮机的进口空气从95℉冷却到至少ISO条件（59℉），电功率输出可以被提高高达大约20%，并且在一些特定情况下可能被提高得更多，如在95℉的日子里同样通过使用本发明的第一个实施方案。通过从吸收式制冷机的出口提供至少一部分冷水以将微型燃气轮机的进口空气进一步冷却至42℉，电功率输出可被提高高达大约30%，并且在一些特定情况下可能被提高得更多，即在95℉的日子里同样通过使用本发明的第一个实施方案。因此，在一些实施方案中，该电功率输出的增量在约5%到约30%的范围内，然而在其他实施方案中，在95℉的日子里，该增量可能在约10%到约30%的范围内。在所附权利要求的主旨和范围内，通过使用本发明任意实施方案的电功率输出增量的范围易受显著变化的影响。同样地，除了提供电功率输出增量之外，通过使用涡轮进口空气冷却技术，燃气轮机能够以恒定的定额产生输出功率，典型的输出功率额定值取决于燃气轮机周围的环境温度。使用本发明的涡轮进口空气冷却技术缓和了进口空气温度的变化，并由此提供了更加恒定的输出功率定额。

此外，如果需要更多的电功率，微型燃气轮机进口温度可以进一步冷却到42℉，并且增加大约10%的电功率输出。然而，对于微型燃气轮机应用，进口空气不应冷却低于约40℉以避免起霜，起霜可能是当空气加速进入压缩机时由静温损失产生的。

微型CCHP系统的运行性能涉及以下三个系统之间复杂的交互作用和权衡折衷：同流换热的布雷顿（Brayton）循环系统、吸收式致冷系统、以及热回收系统。此外，热力学第一和第二定律——分别关于能量分析和熵产生——被应用于优化该组合系统的效率。

示于图2中的本发明的第二个实施方案通过将一个热交换器加入单效吸收式制冷机的发生器并通过使用来自水源的进给水作为吸收器中以及吸收式制冷机的冷凝器中的冷却系统，去除了对于独立HRU和冷却塔的需要，所述独立HRU和冷却塔在已知系统中是必要的。

在已知的单效吸收式制冷机中，发生器用作气液分离器并通常占据相对大的体积。然而，在本发明的第二个实施方案中，发生器的热交换器组件允许水在分离的通道中通过发生器并被涡轮排气加热，如图2中所示。这种设计可以省略用于已知系统中的现有HRU，并利用发生器的体积来加热水。这种集成将显著减小空间、成本以及系统不可逆性。

此外，通过使用本发明的第二个实施方案，如图2中所示，可以通过使用水源中的进给水穿过吸收器然后将该进给水从吸收器改道至冷凝器，使得冷凝器中释放的能量可被有效利用，可去除在已知系统中多数单效吸收式制冷机所使用的冷却塔。在已知的商业吸收式制冷机系统中，通过在吸收式制冷系统外部闭环运行的水提供冷凝器冷却。在该新设计中，来自水源（诸如水龙头、城市用水、或井水）的水将作为冷却水被进给，其中所述水将（a）进入吸收器并吸收释放的热，（b）继续进入冷凝器并吸收由冷凝致冷剂释放的潜热，以及（c）该进给水（其在该阶段已变暖）通过发生器的热交换器组件以被高温排气加热。以这种方式，可以省略常规吸收式制冷机的独立冷却塔。示于图3中的本发明的第三个实施方案，通过将热交换器加入多效吸收式制冷机的终端发生器、并通过使用来自水源的进给水作为多效吸收式制冷机的吸收器中的冷却系统，去除了对于独立HRU和冷却塔的需要，所述独立HRU和冷却塔在已知系统中是必要的。

在已知的多效吸收式制冷机中，终端发生器用作气液分离器并通常占据相对大的体积。然而，在本发明的第三个实施方案中，终端发生器的热交换器组件允许水在分离的通道中通过终端发生器并被涡轮排气加热，如图3中所示。这种设计可以省略目前已知系统中使用的HRU，并利用终端发生器的体积用于加热水。这种集成将显著减小空间、成本、以及系统不可逆性。

此外，通过使用本发明的第三个实施方案，如图3中所示，可以通过使用水源中的进给水穿过吸收器然后将该进给水从吸收器改道至初始冷凝器，使得初始冷凝器中释放的能量可被有效利用，而省略在已知系统中多数多效吸收式制冷机所使用的冷却塔。在已知的商业多效吸收式制冷机系统中，通过在吸收式制冷系统外部闭环运行的水提供初始冷凝器冷却。在该新设计中，来自水源（诸如水龙头、城市用水、或井水）的水将作为冷却水被进给，其中所述水将（a）进入吸收器并吸收释放的热，（b）继续进入初始冷凝器并吸收由冷凝致冷剂释放的潜热，以及（c）该进给水（其在该阶段已变暖）通过终端发生器的热交换器组件以被高温排气加热。以这种方式，可以省略常规多效吸收式制冷机的独立冷却塔。

现在转向各图的细节，如上所述，图1示出了本发明的一个具体实施方案。在该图中可以看到，所示的冷热电联产系统包括一个燃烧发动机10、一个吸收式制冷机12A、一个发动机进口制冷机14、以及一个管道用于将冷水16从吸收式制冷机12A传送到发动机进口制冷机14，上述组件被这样定尺寸并配置，使得在使用中，从燃烧发动机10中释放的废热24为吸收式制冷机12A的发生器26提供动力。该吸收式制冷机12A产生冷水20，所述冷水至少部分地提供空间冷却18，并且该系统被配置为使冷水20中的至少一部分循环流经管道16流至发动机进口制冷机14以冷却正进入燃烧发动机10的空气22，然后使所述水28中的至少一部分从发动机进口制冷机14循环流回所述吸收式制冷机12A以重复该循环。

图2示出了本发明的另一具体实施方案。该图中可以看到，所示单效吸收式制冷机12包括一个吸收器30、一个溶液热交换器32、一个发生器26、一个发生器26的热交换器组件34、冷凝器36、一个泵46、一个蒸发器48、以及一个节流阀58。前述组件被这样定尺寸并配置，以在使用中，将水流28提供到蒸发器48，其中在蒸发器48中低温、低压的致冷剂迅速变为蒸气并吸收水流28中的热，由此降低水流28的温度并产生冷水20。致冷剂蒸气40被提供到吸收器30，在吸收器30中至少致冷剂蒸气40接触来自溶液热交换器32的冷凝吸收剂流42，所述致冷剂蒸气40被冷凝吸收剂流42吸收从而形成液体稀释溶液混合物44，并且提供来自水源38的进给水以冷却吸收器30，从而在吸收过程中在致冷剂蒸气40和冷凝吸收剂流42之间产生高亲和性。使用泵46，将该液体稀释溶液混合物44泵至足够压力并泵入溶液热交换器32，其中热量从冷凝吸收器流42传递到液体稀释溶液混合物44，形成被预热的液体稀释溶液混合物50。所述被预热的液体稀释溶液混合物50被提供到发生器26。利用尾部热源62的热量，所述被预热的液体稀释溶液混合物50在发生器26中被加热至足够的温度，使得被预热的液体稀释溶液混合物50中的至少一部分致冷剂再蒸发，由此将被预热的液体稀释溶液混合物分离为过热致冷剂蒸气52和冷凝吸收剂流42。所述过热致冷剂蒸气52被提供到冷凝器36，在该冷凝器中保持与在发生器26中基本相同的压力，所述过热致冷剂蒸气52在冷凝器36中转变回饱和液相，使得形成冷凝的致冷剂56并释放潜热。进给水38从吸收器30被提供到冷凝器36，使得该进给水38吸收至少一部分由冷凝的致冷剂释放的潜热，由此形成被冷凝器加热的水流54并冷却冷凝器36，并通过使水流54穿过发生器26的热交换器组件34进入发生器26来进一步加热被冷凝器加热的水流54，其中该被冷凝器加热的水流54吸收外部热源62中残余能量的附加热量。该冷凝的致冷剂56被进给通过一个节流阀58，其中该冷凝的致冷剂56的压力减小，使得该冷凝的致冷剂56闪蒸，由此形成闪蒸的致冷剂蒸气60。所述闪蒸的致冷剂蒸气60中的至少一部分随后再循环回到蒸发器，并且所述冷凝的吸收剂流42中的至少一部分再循环回到溶液热交换器32。

图3是本发明的另一具体实施方案的简图。图中可以看到，所示双效吸收式制冷机70包括蒸发器74、一个吸收器78、一个初始溶液热交换器82、一个初始泵88、一个初始发生器92、一个初始冷凝器110、一个初始节流阀104、一个终端泵108、一个终端溶液热交换器112、一个终端发生器118、一个终端发生器118的热交换器组件132、一个终端冷凝器94、以及一个终端节流阀126。前述组件被这样定尺寸和配置，使得在使用中，第一水流72被提供到含有致冷剂的蒸发器74，所述致冷剂吸收来自第一水流72的热，由此形成加热的致冷剂72并降低第一水流72的温度。加热的致冷剂72被提供到吸收器78，在该吸收器中所述加热的致冷剂76直接接触来自初始溶液热交换器82的冷凝吸收剂流80，该加热的致冷剂76被冷凝的吸收剂流80吸收从而形成液体稀释溶液混合物84，第二水流86被提供以将吸收器78冷却，从而在吸收过程中在致冷剂蒸气76和冷凝的吸收剂流80之间产生高亲和性。利用初始泵88，将液体稀释溶液混合物84泵至足够压力并泵入初始溶液热交换器82，在该初始溶液热交换器中热量从冷凝的吸收剂流80传递到液体稀释溶液混合物84，产生被预热的液体稀释溶液混合物90。该被预热的液体稀释溶液混合物90进给到初始发生器92，通过利用从终端冷凝器94释放潜热的热量，该被预热的液体稀释溶液混合物90在初始发生器92中被加热到足够温度，使得将预热的液体稀释溶液混合物90中的至少一部分致冷剂再蒸发，由此至少部分地将该预热液体稀释溶液混合物分离为过热致冷剂蒸气96、冷凝的吸收剂流80、以及残留的预热的液体稀释溶液混合物100。所述过热致冷剂蒸气96被提供到初始冷凝器110，所述初始冷凝器被保持为与在初始发生器92中基本相同的压力，该过热致冷剂蒸气96在初始冷凝器110中被转变回到饱和液相，从而形成冷凝致冷剂102并释放潜热。通过使用初始节流阀104减小了冷凝致冷剂102的压力，使得通过减小该冷凝致冷剂102的压力和温度将其闪蒸，由此形成闪蒸的致冷剂蒸气106。该闪蒸的致冷剂蒸气106被提供至蒸发器74。通过利用终端泵108，所述残留的预热液体稀释溶液混合物100被泵至足够压力并泵至终端溶液热交换器112，使得热量从冷凝吸收剂流114传递到残留的预热液体稀释溶液混合物100，产生被预热的液体稀释溶液混合物116，所述预热液体稀释溶液混合物116被进给到终端发生器118。第二水流86从吸收器78被提供到初始冷凝器110，使得第二水流86吸收从冷凝致冷剂102中释放潜热的至少一部分。通过利用来自外部热源120的热量，残留的预热液体稀释溶液混合物116在终端发生器118中被加热到足够温度，使得将预热液体稀释溶液混合物116中的至少一部分致冷剂再蒸发，由此将预热液体稀释溶液混合物116分离为过热致冷剂蒸气122和冷凝的吸收剂流114。所述过热致冷剂蒸气122被提供到终端冷凝器94，在该所述终端冷凝器中它被保持与在终端发生器118中基本相同的压力。该过热致冷剂蒸气122在终端冷凝器94中转变回液相，使得形成冷凝的致冷剂124并释放潜热。利用终端节流阀126，通过减小该冷凝的致冷剂124的压强和温度将其闪蒸，由此形成闪蒸的致冷剂蒸气128。该闪蒸的致冷剂蒸气128被提供到初始冷凝器110，该闪蒸的致冷剂蒸气128在初始冷凝器110中转变回饱和液相，由此形成冷凝的致冷剂102并释放潜热。利用初始节流阀，通过减小该冷凝的致冷剂102的压强和温度将其闪蒸，由此形成闪蒸的致冷剂蒸气106。所述闪蒸的致冷剂蒸气106中的至少一部分再循环回到蒸发器74，所述冷凝的吸收剂流80中的至少一部分再循环回到吸收器78。最后，第二水流86通过以下步骤被进一步加热：将第二水流进给到终端发生器118通过终端发生器118的紧凑的热交换器组件132，并利用外部热源120中保留的能量加热第二水流86。

一个CCHP系统的核心包括任意动力产生设备，其包括燃气轮机、往复式发动机（火花点燃、柴油、以及斯特林发动机）、风力涡轮机、燃料电池、太阳能电池板、以及微型水电机。目前，往复式发动机，尤其是汽油和柴油发动机占住宅和小型商业市场的主导地位。在本发明中，最优选使用燃烧发动机，诸如往复式发动机和燃气轮机。

对于微型CCHP，最优选使用具有双效吸收式制冷机的微型燃气轮机的系统。由于微型燃气轮机的排气在275℃左右，高于往复式发动机的排气温度，使用双效吸收式制冷机的实施方案利用了微型燃气轮机的较高的排气温度。当使用双效吸收式制冷机时，冷水和热水都会增加。使用双效制冷机要以其更大的尺寸和复杂性为代价。

如上所述，由于各个组件的小尺寸以及另外的在独立商业装置之间产生的不可逆性，现有微型CCHP系统的整体热/电效率通常低于70%并在65%左右。在本发明的一个实施方案中，如图1所示，一个冷热电联产系统包括一个燃烧发动机10、一个吸收式制冷机12A、一个发动机进口制冷机14、以及一个管道用于将冷水16从吸收式制冷机12A传送到发动机进口制冷机14。微型CCHP系统的典型热回收装置被集成到本发明的吸收式制冷机（图2中的单效吸收式制冷机12；图3中的双效吸收式制冷机70）的发生器中，从而省略独立的热回收系统，并通过纳入冷凝器冷却系统去除对冷却塔（或等效的冷却热交换器）的需要，在所述冷凝器冷却系统中冷却水从外部源（图2中38；图3中86）进入吸收式制冷机（图2中12；图3中70）的吸收器（图2中30；图3中78）。通过将这些组件集成为一个紧凑的模块并省略独立的热回收系统和冷却塔，本发明提供了一个使用微型燃气轮机的集成微型CCHP，其是具有杰出性能的高效率系统。通过在微型CCHP技术——即小于200kW——领域中使用本发明的该实施方案（图1中12A），当一个单效吸收式制冷机（图2中12）用作示于图1的实施方案中的吸收式制冷机12A，该微型CCHP性能可以高达大约142.5%，并在一些特定情况下可能更高；当一个双效吸收式制冷机（图3中70）用作示于图1的实施方案中的吸收式制冷机12A时，该微型CCHP性能可以高达大约164.8%，并且在一些特定情况下可能更高。应注意的是，整体性能高于100%并不违背热力学第二定律。超出100%的能量部分并不来自燃料，而是经由吸收式制冷机12A从环境中获得的。

当单效吸收式制冷机（图2中12）用作图1中的吸收式制冷机12A时，该微型CCHP性能可以高达大约142.5%，并在一些特定情况下可能更高，所述微型CCHP的性能包括30%用于电力、31.5%用于冷水、以及81%用于热水。特别地，对于图1中的本发明的该实施方案，如果360,000kJ/h的燃料用于微型燃气轮机10，会产生29.6kW的电（大约30%的性能用于产生的电力），大约6,000kJ/h的散热损失和从燃烧发动机10释放到吸收式制冷机12A的大约242,000kJ/h废热。然后，具有嵌入式热回收装置的单效吸收式制冷机12从微型燃气轮机接收242,000kJ/h并从返回水流28接收117,000kJ/h，并且假定单效吸收式制冷机的性能的典型导热系数为0.68，则以68摄氏温度热水的方式输出289,000kJ/h、损失22,000kJ/h、以及排放48,000kJ/h。因此具有嵌入式热回收装置的单效吸收式制冷机12的最后形成的性能，对于所产生的热水而言为大约81%。此外，对于该单效吸收式制冷机12所产生的冷水20而言，存在117,000kJ/h或31.5%的性能。因此，如从上述附图中可以看出，对于输入该微型燃气轮机的每100kW燃料，可以获得高达大约142.5%的性能。再次，应注意的是，整体性能高于100%并不违背热力学第二定律。超出100%的能量部分并不来自燃料，而是经由吸收式制冷机12A从环境中获得的。冷水的31.5kW的冷却能力被计算两次——首先作为冷却性能，然后被热水重新获得。

当双效吸收式制冷机（图3中70）用作图1中的吸收式制冷机12A时，该微型CCHP性能可以高达大约164.8%，并在一些特定情况下可能更高，所述微型CCHP的性能包括30%用于电力、43.3%用于冷水、以及91.4%用于热水。特别地，对于在图1中本发明的该实施方案，如果在微型燃气轮机10中使用360,000kJ/h的燃料，会产生29.6kW的功率（产生大约30%的性能用于电力）以及大约6,000kJ/h的散热损失和从燃烧发动机10释放到吸收式制冷机12A的大约242,000kJ/h的废热。然后，具有嵌入式热回收装置的双效吸收式制冷机70从微型燃气轮机10接收242,000kJ/h并从返回的水流72接收156,000kJ/h，并且假定双效吸收式制冷机的典型导热系数性能为1.3，则以68摄氏温度热水的方式输出328,000kJ/h、损失22,000kJ/h、以及排放48,000kJ/h。因此具有嵌入式热回收装置的双效吸收式制冷机70的最后形成性能，对于所产生的热水而言为大约91.4%。此外，对于该双效吸收式制冷机70所产生的冷水而言，存在156,000kJ/h或43.3%的性能。因此，如从上述附图中可以看出的，对于输入该微型燃气轮机的每100kW燃料，可以获得高达大约164.8%的性能。再次，应注意的是，整体性能高于100%并不违背热力学第二定律。超出100%的能量部分并不来自燃料，而是经由吸收式制冷机70从环境中获得的。

已知的微型CHP系统仅将废热转换为热水，由此仅节省了所述热水耗费的燃料。相反地，使用本发明的上述实施方案，当一个单效吸收式制冷机（图2中12）用作示于图1的实施方案中的吸收式制冷机12A时，一个合成的微型CCHP系统可以提供高达约142.5%的整体性能，并且在一些特定情况下可能更高；当一个双效吸收式制冷机（图3中70）用作示于图1的实施方案中的吸收式制冷机12A时，该微型CCHP系统可提供高达约164.8%的整体性能，并且在一些特定情况下可能更高。产生更多电力和冷水的能力比产生热水的能量更重要，尤其在不发达国家的农村地区，因为村民可以利用传统的生物质——诸如木头和农业残留物——来产生热水。此外，应该注意，尽管前述讨论限于微型CCHP系统领域，但是在使用本发明的较大系统——诸如1MW、50MW、250MW等——中存在类似的改进。

在本发明的所有实施方案中，所使用的单效或多效吸收式制冷机可以使用任意组合的致冷剂/吸收剂溶液。优选的致冷剂/吸收剂溶液为水/溴化锂或氨/水，其中水/溴化锂溶液为最优选的。

应该理解，尽管上文描述了具体的实施方案，本领域普通技术人员鉴于本公开文本可以想到那些实施方案的若干其它变体，这些变体仍然也落在本发明的主旨和范围内。因此，本发明的范围并不限于上文详细描述的具体实施方案。

Claims (12)

1.一种单效吸收式制冷机，包括：

一个吸收器，其有效地连接至溶液热交换器和发生器，以及

一个冷凝器，其与所述吸收器流体连通，

其中所述吸收器被这样定大小并配置，以从水源接收进给水并将热量传递至所述进给水，然后将所述进给水传送至冷凝器，在所述进给水进入所述冷凝器之前不对所述进给水进一步热调节，以及其中所述冷凝器被这样定大小并配置，以从所述吸收器接收进给水并将热量传递至所述进给水，由此冷却所述冷凝器，

所述单效吸收式制冷机进一步包括所述发生器的热交换器组件，其中所述发生器的热交换器组件被这样定尺寸并配置，以从所述冷凝器接收所述进给水并将热量从外部热源传递至所述进给水。

2.一种单效吸收式制冷机，包括：

一个吸收器，其有效地连接至溶液热交换器和发生器，以及

一个冷凝器，其有效地连接至所述发生器的热交换器组件，

其中所述冷凝器被这样定尺寸并配置，以从水源接收进给水并将热量传递至所述进给水，然后将所述进给水传送至所述发生器的热交换器组件并将热量从外部热源传递至所述进给水。

3.一种用于单效吸收式制冷机的方法，包括：

a．将致冷剂蒸气提供至单效吸收式制冷机的吸收器，在所述吸收器中至少

i.所述致冷剂蒸气接触来自溶液热交换器的进入的冷凝的吸收剂流，

ii.所述致冷剂蒸气被所述冷凝的吸收剂流吸收从而形成液体稀释溶液混合物，以及

iii.从水源提供水流以冷却所述吸收器，从而在（a）（ii）的吸收过程中在所述致冷剂蒸气和所述冷凝的吸收剂流之间产生高亲和性并将热量传递到所述进给水；

b.将所述水流从所述吸收器提供至冷凝器，使得所述水流吸收来自冷凝器的至少一部分释放潜热，由此形成被冷凝器加热的水流并冷却所述冷凝器；以及

c．通过将所述被冷凝器加热的水流通过热交换器组件进给到发生器，进一步加热所述被冷凝器加热的水流，在所述热交换器组件中所述被冷凝器加热的水流吸收来自外部热源能量的附加热量。

4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：

d．将第二水流提供至蒸发器，在所述蒸发器中低温、低压的致冷剂闪蒸为蒸气并吸收来自第二水流的热量，由此降低所述第二水流的温度并形成冷水流。

5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：

e．将所述冷水流的至少一部分传递到发动机进口制冷机，所述发动机进口制冷机有效地连接到一个燃烧发动机，以及

f．使外部空气循环穿过所述发动机进口制冷机。

6.一种多效吸收式制冷机系统，包括：

一个吸收器，其有效地连接到溶液热交换器和发生器，以及

一个初始冷凝器，其与所述吸收器流体连通，

其中所述吸收器被这样定尺寸并配置，以从水源接收进给水并将热量传递到所述进给水，然后将所述进给水传送到初始冷凝器，在所述进给水进入所述初始冷凝器之前不对所述进给水进一步热调节，以及其中所述初始冷凝器被这样定尺寸并配置，以从所述吸收器接收进给水并将热量传递到所述进给水，由此冷却所述初始冷凝器，

所述多效吸收式制冷机系统进一步包括终端发生器的热交换器组件，其中所述终端发生器的热交换器组件被这样定尺寸并配置，以从所述初始冷凝器接收进给水并将热量从外部热源传递至所述进给水。

7.一种多效吸收式制冷机系统，包括：

一个吸收器，其有效地连接到溶液热交换器和发生器，以及

一个冷凝器，其有效地连接到终端发生器的热交换器组件，

其中所述冷凝器被这样定尺寸并配置，以从水源接收尚未被有意热调节的进给水并将热量传递至所述进给水，然后将所述进给水传送到所述终端发生器的热交换器组件，所述终端发生器的热交换器组件被这样定尺寸并配置，以接收所述进给水并将热量从外部热源传递到所述进给水。

8.一种用于多效吸收式制冷机的方法，包括：

a．将致冷剂蒸气提供至多效吸收式制冷机的吸收器，在所述吸收器中至少

i．所述致冷剂蒸气接触来自溶液热交换器的进入的冷凝的吸收剂流，

ii．所述致冷剂蒸气被所述冷凝的吸收剂流吸收从而形成液体稀释溶液混合物，以及

iii．从水源提供水流以冷却所述吸收器，从而在（a）（ii）的吸收过程中在所述致冷剂蒸气和所述冷凝的吸收剂流之间产生高亲和性并将热量传递至所述进给水；

b．将所述水流从所述吸收器提供至初始冷凝器，使得所述水流吸收来自初始冷凝器的至少一部分释放潜热，由此形成被初始冷凝器加热的水流并冷却所述初始冷凝器；以及

c．通过使所述被初始冷凝器加热的水流通过热交换器组件进给到终端发生器，进一步加热所述被初始冷凝器加热的水流，在该热交换器组件中所述被初始冷凝器加热的水流吸收来自外部热源能量的附加热量。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

d．将第二水流提供至蒸发器，在所述蒸发器中低温、低压的致冷剂闪蒸为蒸气并吸收来自所述第二水流的热量，由此降低所述第二水流的温度并形成冷水流。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：

e．将至少一部分所述冷水流传递到发动机进口制冷机，所述发动机进口制冷机有效地连接到一个燃烧发动机；以及

f．使外部空气循环穿过所述发动机进口制冷机。

11.一种冷热电联产系统，包括：一个燃烧发动机、一个根据权利要求2的单效吸收式制冷机、一个有效地连接到至少所述燃烧发动机的发动机进口制冷机以及用于将冷水从所述吸收式制冷机传送到所述发动机进口制冷机的管道，所述燃烧发动机、单效吸收式制冷机、发动机进口制冷机以及管道被这样定尺寸并配置，使得在使用中，从所述燃烧发动机释放的废热向所述单效吸收式制冷机的发生器提供动力，所述单效吸收式制冷机产生冷水，所述系统被这样定尺寸并配置，以使得至少一部分所述冷水循环通过所述管道至发动机进口制冷机，以冷却进入所述燃烧发动机的空气。

12.一种冷热电联产系统，包括：一个燃烧发动机、一个根据权利要求7的多效吸收式制冷机、一个有效地连接到至少所述燃烧发动机的发动机进口制冷机以及用于将冷水从所述吸收式制冷机传送到所述发动机进口制冷机的管道，所述燃烧发动机、多效吸收式制冷机、发动机进口制冷机以及管道被这样定尺寸并配置，使得在使用中，从所述燃烧发动机释放的废热向所述多效吸收式制冷机的至少一个内部发生器提供动力，所述多效吸收式制冷机产生冷水，所述系统被这样定尺寸并配置，以使得至少一部分所述冷水循环通过所述管道至所述发动机进口制冷机，以冷却进入所述燃烧发动机的空气。