CN103712366B - 一种低温流体冷能利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温流体冷能利用系统，涉及液氧、液氮和液化天然气的冷能用于发电、冷冻、冷藏和制冷空调领域。该系统包括低温、中温制冷剂闭式循环和低温流体冷量释放流程。低温循环包括第一至第三换热器、第二液体增压泵和膨胀发电机，中温循环包括第二、第三换热器和第三液体增压泵，低温流体冷量释放流程包括第一液体增压泵、第一至第三换热器。低温流体的冷量最终被第三换热器中的载冷剂和膨胀发电机所利用，载冷剂的冷量可用于冷冻、冷藏和空调制冷，膨胀发电机的发电量除满足系统自身需求外还有大量盈余，使得低温流体冷能得到充分利用。本发明可以充分利用低温流体的冷能，显著提高能源转化效率，减少污染物排放，改善系统的性能。

Description

一种低温流体冷能利用系统

技术领域

本发明涉及液氧、液氮、液化天然气等低温流体的冷能利用，也涉及发电、冷冻、冷藏、制冷空调技术的利用，具体为一种低温流体冷能利用系统。

背景技术

空气分离行业的产品液氧、液氮有着广泛的用途，在冶金、化工、石油、机械、采矿、食品、军事等工业部门工业中发挥重要的作用；液化天然气作为一种重要的能源，在全球范围内有着广泛的应用。然而液氧、液氮和液化天然气温度极低，常压下液化天然气的温度为110K左右，液氧的温度为90K左右，液氮的温度为77K左右，在使用前需要将它们气化并且复热到常温，目前的常规做法是采用海水或空气甚至是热蒸汽来对其进行复热，液氧、液氮和液化天然气所储存的巨大的冷量在这个过程中被浪费掉，经济性很差。如常压下氧从饱和液相复热到20℃所损失的冷量高达400kJ/kg左右，常压下氮从饱和液相复热到20℃所损失的冷量高达430kJ/kg左右，常压下液化天然气从饱和液相复热到20℃所损失的冷量高达890kJ/kg左右。

另一方面，冷冻、冷藏和空调制冷领域对冷量有着很大的需求。目前这些领域中冷量的获取都是以消耗电能为代价。如半集中式空调系统由冷(热)水机组提供规定工况的冷(热)水，用水泵对其加压，通过管道配送至各个房间的风机盘管中，并且在风机盘管内进行冷热交换，从而对空气进行处理，从而达到降温或升温的作用。在这个过程中，制冷剂、水泵、风机等会消耗大量的电力，经济费用很高。

发明内容

本发明提供一种可行、高效的低温流体冷能利用系统，目的在于能够将液氧、液氮和液化天然气原本浪费的冷能用于发电、冷冻、冷藏和空调制冷系统。

本发明提供的一种低温流体冷能利用系统，其特征在于，该系统包括第一换热器、第二换热器、第三换热器、第二液体增压泵、第三液体增压泵和膨胀发电机；

第一换热器的低温流体入口用于接收低温流体，第一换热器的低温流体出口与第二换热器的低温流体入口连接，第二换热器的低温流体出口与第三换热器的低温流体入口连接，第三换热器的低温流体出口用于作为用户接口，由此构成低温流体冷量释放流程；

第二液体增压泵用于低温制冷剂的循环连接，其出口与第二换热器的低温制冷剂的入口连接，第二换热器的低温制冷剂的出口与第三换热器的低温制冷剂入口连接，第三换热器的低温制冷剂出口与膨胀发电机的入口连接，膨胀发电机的出口与第一换热器的低温制冷剂入口连接，第一换热器的低温制冷剂出口与膨胀发电机的入口连接，由此构成低温制冷剂闭式循环；

第三液体增压泵用于中温制冷剂的循环连接，其出口与第三换热器的中温制冷剂的入口连接，第三换热器的中温制冷剂的出口与第二换热器的中温制冷剂的入口连接，第二换热器的中温制冷剂的出口与第三液体增压泵的入口连接，由此构成中温制冷剂闭式循环；

第三换热器还设有载冷剂的入口和出口。

本发明的优点在于：回收了低温流体液氧、液氮和液化天然气的原本浪费的冷能，并且将其用于发电、冷冻、冷藏和空调制冷系统，为其提供了大量的冷量，降低了电能的消耗。本发明系统可以充分利用低温流体的冷能，显著提高了能源转化效率，减少了污染物排放，改善系统的性能，使得低温流体的经济性得到极大提升，采用不燃、不爆、无毒的工作介质，大大提高了液氧和液化天然气等危险介质准能利用的安全性。

附图说明

图1为本发明的一种实施例的结构示意图；其中，1-第一换热器，2-第二换热器，3-第三换热器，4-第一液体增压泵，5-第二液体增压泵，6-第三液体增压泵，7-膨胀发电机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

通常而言，中温是指高于-60℃，低于20℃，低温是指低于-60℃。

如图1所示，本发明提供的一种低温流体冷能利用系统，该系统第一换热器1、第二换热器2、第三换热器3、第一液体增压泵4、第二液体增压泵5、第三液体增压泵6和膨胀发电机7，它们通过管路连接形成低温制冷剂闭式循环、中温制冷剂闭式循环和低温流体冷量释放流程。

第一液体增压泵4的出口与第一换热器1的低温流体入口连接，第一换热器1的低温流体出口与第二换热器2的低温流体入口连接；第二换热器2的低温流体出口与第三换热器3的低温流体入口连接；第三换热器3的低温流体出口用于与用户连接；由此构成低温流体冷量释放流程。

低温流体首先进入第一液体增压泵4中进行增压，增压后的低温流体进入第一换热器1中吸收低温制冷剂的热量从而成为气态，再进入第二换热器2吸收中温制冷剂的热量，最后进入第三换热器3中吸收载冷剂的热量，此时低温流体完全成为气态，可供用户使用。

第二液体增压泵5用于低温制冷剂的循环连接，其出口与第二换热器2的低温制冷剂的入口连接，第二换热器2的低温制冷剂的出口与第三换热器3的低温制冷剂入口连接，第三换热器3的低温制冷剂出口与膨胀发电机7的入口连接，膨胀发电机7的出口与第一换热器1的低温制冷剂入口连接，第一换热器1的低温制冷剂出口与膨胀发电机7的入口连接；由此构成低温制冷剂闭式循环。

低温制冷剂蒸汽在第一换热器1中与低温流体换热，并被冷凝为液体，冷凝液体经过第二液体增压泵5被增压，然后经过第二换热器2和第三换热器3吸收热量，蒸发并且达到过热状态，随后进入膨胀发电机7做功发电，同时低温制冷剂降温制冷，并回到第一换热器1，完成低温制冷剂闭式循环。

第一换热器1与第二液体增压泵5之间可以增设一个储液器，防止第一换热器1中没有全部液化的低温制冷剂气体进入第二液体增压泵5。

第三液体增压泵6用于中温制冷剂的循环连接，其出口与第三换热器3的中温制冷剂的入口连接，第三换热器3的中温制冷剂的出口与第二换热器2的中温制冷剂的入口连接，第二换热器2的中温制冷剂的出口与第三液体增压泵6的入口连接，由此构成中温制冷剂闭式循环。

中温制冷剂液体在第二换热器2中被低温制冷剂和低温流体冷却降温，随后进入第三液体增压泵6中进行增压，增压后的中温制冷剂进入第三换热器3吸收载冷剂的热量，再回到第二换热器2中，完成中温制冷剂闭式循环。

同样，第二换热器2与第三液体增压泵6之间也可以增设一个储液器，防止第二换热器2中没有全部液化的低温制冷剂气体进入第三液体增压泵6。

本系统的低温制冷剂可采用R14、R13等，中温制冷剂可采用R22、R744等，载冷剂采用乙二醇溶液或R744等，这些介质均为不燃烧、不爆炸无毒的安全流体，避免了低温流体如液氧、液化天然气可燃可爆带来的危险；

本系统的第一换热器1可以采用冷凝蒸发器，低温制冷剂在其中冷凝，低温流体在其中蒸发；

本系统的第一换热器1也采用绕管式换热器，第二换热器2、第三换热器3采用多股流板翅式换热器；

本系统如果低温流体进入本系统前有压力，则可去掉液体增压泵4。

下面具体说明本发明系统的工作过程：

低温流体液氮首先进入换热器1中，吸收低温制冷剂R14的热量，使R14冷凝为液体，然后进入换热器2中，吸收中温制冷剂R22的热量，使R22液体降温，再进入换热器3中和载冷剂乙二醇溶液换热，将冷量交给乙二醇溶液，获得冷量的乙二醇溶液用于冷冻、冷藏或空调制冷，完成低温流体液氮的冷量释放流程；

在低温制冷剂R14的循环中，低温制冷剂R14蒸汽进入换热器1，被低温流体液氮冷却为液态，然后进入液体增压泵5中增压，压力提升后的R14液体进入换热器2中，吸收中温制冷剂R22的热量，R14液体不断气化，随后进入换热器3中继续吸收载冷剂的热量，达到过热状态，过热的R14气体进入膨胀发电机7中做功发电，产生电能，而R14则降温降压，回到换热器1中；

在中温制冷剂R22的循环中，中温制冷剂R22进入换热器2中获取低温流体液氮和低温制冷剂R14的冷量，自身温度得到降低，降温后的R14液体进入液体增压泵6中增压，然后进入换热器3中向载冷剂乙二醇溶液释放冷量，R22自身温度身高，进入换热器1中。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种低温流体冷能利用系统，其特征在于，该系统包括第一换热器、第二换热器、第三换热器、第一液体增压泵、第二液体增压泵和膨胀发电机；

第一换热器的低温流体入口用于接收低温流体，第一换热器的低温流体出口与第二换热器的低温流体入口连接，第二换热器的低温流体出口与第三换热器的低温流体入口连接，第三换热器的低温流体出口用于作为用户接口，由此构成低温流体冷量释放流程；

第一液体增压泵用于低温制冷剂的循环连接，其出口与第二换热器的低温制冷剂的入口连接，第二换热器的低温制冷剂的出口与第三换热器的低温制冷剂入口连接，第三换热器的低温制冷剂出口与膨胀发电机的入口连接，膨胀发电机的出口与第一换热器的低温制冷剂入口连接，第一换热器的低温制冷剂出口与膨胀发电机的入口连接，由此构成低温制冷剂闭式循环；

第二液体增压泵用于中温制冷剂的循环连接，其出口与第三换热器的中温制冷剂的入口连接，第三换热器的中温制冷剂的出口与第二换热器的中温制冷剂的入口连接，第二换热器的中温制冷剂的出口与第二液体增压泵的入口连接，由此构成中温制冷剂闭式循环；

第三换热器还设有载冷剂的入口和出口；

工作时，低温流体进入第一换热器中吸收低温制冷剂的热量从而成为气态，再进入第二换热器吸收中温制冷剂的热量，最后进入第三换热器中吸收载冷剂的热量，此时低温流体完全成为气态，可供用户使用；低温制冷剂蒸汽在第一换热器中与低温流体换热，并被冷凝为液体，冷凝液体经过第一液体增压泵被增压，然后经过第二换热器和第三换热器吸收热量，蒸发并且达到过热状态，随后进入膨胀发电机做功发电，同时低温制冷剂降温制冷，并回到第一换热器，完成低温制冷剂闭式循环；中温制冷剂液体在第二换热器中被低温制冷剂和低温流体冷却降温，随后进入第二液体增压泵中进行增压，增压后的中温制冷剂进入第三换热器吸收载冷剂的热量，再回到第二换热器中，完成中温制冷剂闭式循环。

2.根据权利要求1所述的一种低温流体冷能利用系统，其特征在于，该系统还包括第三液体增压泵，其出口与第一换热器的低温流体入口连接。

3.根据权利要求1所述的一种低温流体冷能利用系统，其特征在于，第一换热器与第一液体增压泵之间增设一个储液器，防止第一换热器中没有全部液化的低温制冷剂气体进入第一液体增压泵。

4.根据权利要求1所述的一种低温流体冷能利用系统，其特征在于，第二换热器与第二液体增压泵之间增设一个储液器，防止第二换热器中没有全部液化的低温制冷剂气体进入第二液体增压泵。

5.根据权利要求1至4中任一所述的一种低温流体冷能利用系统，其特征在于，该系统采用的低温制冷剂为R14、R13，中温制冷剂为R22、R744，载冷剂为乙二醇溶液或R744。

6.根据权利要求1至4中任一所述的一种低温流体冷能利用系统，其特征在于，第一换热器采用冷凝蒸发器，低温制冷剂在其中冷凝，低温流体在其中蒸发。

7.根据权利要求1至4中任一所述的一种低温流体冷能利用系统，其特征在于，第一换热器采用绕管式换热器，第二换热器、第三换热器采用多股流板翅式换热器。