CN111912135B - 双级引射冷电联供混合循环系统 - Google Patents

双级引射冷电联供混合循环系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及制冷技术领域，尤其是一种双级引射冷电联供混合循环系统。包括太阳能集热器、高压发生器、气液分离器I、膨胀机、双级引射吸收装置、气液分离器II、低压发生器、吸收器和溶液换热器；所述高压发生器上设有热流出口、热流入口、工质入口和工质出口，溶液换热器设有热流出口、热流入口、冷流出口和冷流入口，吸收器上设有溶液泵入口、引射器入口、工质出口、冷流出口和冷流入口，低压发生器上设有冷气出口、冷气入口、工质出口和工质入口，太阳能集热器的出口与高压发生器的热流入口连通。其可以利用太阳能和海洋热能进行冷电联供，配合氨水二元溶液的使用减小了循环不可逆损失，有效改善了循环效率，可获得更低的冷库运行温度。

Description

双级引射冷电联供混合循环系统
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，尤其是一种双级引射冷电联供混合循环系统。
背景技术
渔业制冷技术是沿海地区，特别是热带沿海地区渔业发展的关键技术。为获得更高的经济效益，冷电联供是一种有效的手段。目前的冷电联供混合循环系统主要为引射式混合循环系统，如图1所示。引射式混合循环系统包括高压发生器1’，膨胀机2’，发电机3’，引射器4’，低压发生器5’，冷库6’，节流阀7’，冷凝器8’和溶液泵9’。高压发生器的工质出口与膨胀机入口相连，引射器的主流入口与膨胀机出口相连，引射器的引射入口与低压发生器的工质出口相连，引射器的出口与冷凝器的工质入口相连，冷凝器的工质出口分别通过节流阀和溶液泵与低压发生器工质入口和高压发生器工质入口相连。该循环以有机制冷剂，如丙烷、氟利昂、异丁烷等作为循环工质。循环工质在高压发生器中加热汽化，随后推动膨胀机对外做功。做功后的乏汽作为主流流体进入引射器，随后将低压发生器中蒸发出的低压工质引射入冷凝器中进行冷凝过程。冷凝后的工质一部分通过节流阀进入低压发生器并在低压条件下蒸发吸热以产生冷量；另一部分被溶液泵泵回高压发生器以完成循环。该系统通过上述的蒸发-引射-冷凝过程实现连续的制冷-发电联供。
但是，上述的引射式混合循环系统的局限性在于，其循环热源来自燃烧化石燃料或工业废气余热，无法利用热带沿海地区丰富的海洋热能、太阳能等低品味能源；另外，上述循环的工作流体选用有机制冷剂，利用工质的相变完成蒸发、冷凝过程，在蒸发、冷凝中的换热温差较高，导致不可逆损失相对较高，从而限制了循环效率的提高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种双级引射冷电联供混合循环系统，其可以利用太阳能和海洋热能进行冷电联供，同时，双级引射吸收的特殊结构配合氨水二元溶液的使用减小了循环不可逆损失，有效改善了循环效率，可获得更低的冷库运行温度。
本发明的技术方案是：一种双级引射冷电联供混合循环系统，其中，包括太阳能集热器、高压发生器、气液分离器I、膨胀机、双级引射吸收装置、气液分离器II、低压发生器、吸收器和溶液换热器；
所述高压发生器上设有热流出口、热流入口、工质入口和工质出口，溶液换热器设有热流出口、热流入口、冷流出口和冷流入口，吸收器上设有溶液泵入口、引射器入口、工质出口、冷流出口和冷流入口，低压发生器上设有冷气出口、冷气入口、工质出口和工质入口，太阳能集热器的出口与高压发生器的热流入口连通，高压发生器的工质入口与溶液换热器的冷流出口连通，高压发生器的工质出口与气液分离器I的入口连通，气液分离器I的气体出口与膨胀机的入口连通，气液分离器I的液体出口与溶液换热器的热流入口连通；
所述双级引射吸收装置包括一级引射器、二级引射器和强化吸收换热器，一级引射器上设有一级主流入口、一级引射入口和一级引射器出口，二级引射器上设有二级主流入口、二级引射入口和二级引射器出口，强化吸收换热器上设有强化吸收换热器出口和强化吸收换热器入口，一级引射器的一级主流入口与膨胀机的出口连通，一级引射器的一级引射入口与气液分离器II的液体出口连通，一级引射器的一级引射器出口与二级引射器的二级主流入口连通，二级引射器的二级引射入口与溶液换热器的热流出口连通，二级引射器的二级引射器出口与吸收器的引射入口连通，强化吸收换热器入口与冷海水泵II的出口连通；
所述吸收器的溶液泵入口与气液分离器II的气体出口连通，吸收器的工质出口分别与溶液换热器的冷流入口和低压发生器的工质入口连通，吸收器的冷流入口与冷海水泵I的出口连通；
所述低压发生器的工质出口与气液分离器II的入口连通。
本发明中，所述二级引射器包括喷嘴和混合室，喷嘴设置在二级主流入口处，混合室的内表面沿其周向间隔分布有数个轴向的管内换热肋片，强化吸收换热器套在混合室的外部，强化吸收换热器的内表面沿中心轴设有螺旋翅片板，流道两端分别设有强化吸收换热器入口和强化吸收换热器出口，强化吸收换热器出口与扩压室连接。
所述膨胀机的动力输出轴直接与发电机连接。从气液分离器I中分离出的氨气进入膨胀机，并推动其对外做功，通过发电机获得电力。
所述低压发生器的冷气入口与冷库的出口连通，低压发生器的冷气出口通过管道和冷库的入口连通。
所述吸收器的溶液泵入口与气液分离器II的气体出口的连接管道上设有溶液泵I，溶液泵I的入口与气液分离器II的气体出口连通，溶液泵I的出口与吸收器的溶液泵入口连通。
所述吸收器的工质出口与溶液换热器的冷流入口的连接管道上设有溶液泵II，溶液泵II的入口与吸收器的工质出口连通，溶液泵II的出口与溶液换热器的冷流入口连通。
所述吸收器的工质出口与低压发生器的工质入口的连接管道上设有节流阀，节流阀的入口与吸收器的工质出口连通，节流阀的出口与低压发生器的工质入口连通。
所述太阳能集热器的入口与温海水泵连通，温海水泵直接泵取表层温海水，随后温海水进入太阳能集热器并被加热，获得温度较高的海水，高温海水随即流入高压发生器。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的循环系统由太阳能集热器加热的表层温海水和泵取的深层冷海水驱动：利用太阳能，温海水的温度被提升至驱动冷电联供循环所需的温度范围，因此该系统可以充分利用热带沿海地区的丰富热能资源，避免了化石燃料的消耗；
(2)本发明提出的循环系统以氨水作为工作流体，循环的发生-吸收过程是变温过程，其换热温差相对于传统有机制冷剂的蒸发-冷凝换热温差得到了显著降低，减小了循环不可逆损失，有效改善循环效率。
(3)本发明提出的双级引射吸收装置，具有下列优点：第一，氨气、氨水溶液在二级引射器的混合室充分混合吸收，吸收过程得到了强化，此过程释放的大量热量直接被混合室外侧的强化吸收换热器带走，可有效降低出口的混合溶液温度，因此循环的吸收器温度得到降低，提高了循环效率；第二，相对于现有的单级引射结构，二级引射结构可获得更高的压降，吸收器的吸收压力由此得到降低，而与其相连的低压发生器压力得到了进一步降低，因此对应的蒸发温度也随之降低，因此可以获得更低的冷库运行温度。
附图说明
图1为现有引射式制冷动力混合循环系统结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为双级引射吸收装置的结构示意图；
图4为二级引射吸收器的主视局部剖视图；
图5为二级引射吸收器的左视图。
图中：1’高压发生器；2’膨胀机；3’发电机；4’引射器；5’低压发生器；6’冷库；7’节流阀；8’冷凝器；9’溶液泵；1温海水泵；2太阳能集热器；3高压发生器；4气液分离器I；5膨胀机；6发电机；7双级引射吸收装置；8气液分离器II；9低压发生器；10冷库；11节流阀；12溶液泵I；13吸收器；14冷海水泵I；15冷海水泵II；16溶液泵II；17溶液换热器；18一级引射器；19二级引射器；20强化吸收换热器；21喷嘴；22混合室；23螺旋翅片板；24扩压室；25换热肋片。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
如图2所示，本发明所述的双级引射冷电联供混合循环系统包括太阳能集热器2、高压发生器3、气液分离器I 4、膨胀机5、双级引射吸收装置7、气液分离器II 8、低压发生器9、节流阀11、溶液泵I 12、吸收器13、溶液泵II 16和溶液换热器17。
太阳能集热器2的入口通过管道和温海水泵1连通，高压发生器3设置有热流出口、热流入口、工质入口和工质出口，太阳能集热器2的出口通过管道和高压发生器3的热流入口连通，高压发生器3的工质入口通过管道和溶液换热器17的冷流出口连通，高压发生器3的工质出口通过管道和气液分离器I4的入口连通。温海水泵1直接泵取表层温海水，随后温海水进入太阳能集热器2并被加热，获得温度较高的海水。高温海水随即流入高压发生器3，对其中的氨水工质加热。此加热过程为氨水的高温高压解吸过程，氨-水蒸汽混合物从氨水浓溶液中解吸出来，随后进入气液分离器I 4进行气液分离。
气液分离器I 4的气体出口通过管道与膨胀机5的入口连通，气液分离器I4的液体出口通过管道与溶液换热器17的热流入口连通，膨胀机5的动力输出轴直接与发电机连接。从气液分离器I 4中分离出的氨气进入膨胀机5，并推动其对外做功，通过发电机6获得电力。溶液换热器17设有热流出口、热流入口、冷流出口和冷流入口，气液分离器I 4分离出的高温氨水稀溶液流入溶液换热器17进行换热，对将要流入高压发生器3的氨水工质进行预加热。
如图3所示，双级引射吸收装置7包括一级引射器18、二级引射器19和强化吸收换热器20，一级引射器18上设有一级主流入口、一级引射入口和一级引射器出口，二级引射器19上设有二级主流入口、二级引射入口和二级引射器出口，强化吸收换热器20上设有强化吸收换热器出口和强化吸收换热器入口。一级引射器18的一级主流入口通过管道与膨胀机5的出口连通，一级引射器18的一级引射入口通过管道与气液分离器II 8的液体出口连通，双级引射装置7的一级引射器出口通过管道与二级引射器19的二级主流入口连通。二级引射器19的二级引射入口通过管道与溶液换热器17的热流出口连通，二级引射器19的二级引射器出口通过管道与吸收器13的引射入口连通。强化吸收换热器入口通过管道与冷海水泵II 15的出口连通。
如图4和图5所示，二级引射器19包括喷嘴21和混合室22，喷嘴21设置在二级主流入口处，混合室22的内表面沿其周向间隔分布有多个轴向的管内换热肋片25，强化吸收换热器20套在混合室22的外部，强化吸收换热器20的内表面沿中心轴布置有螺旋翅片板23，以此将其内部流场分割成螺旋状流道，流道两端分别设有强化吸收换热器入口和强化吸收换热器出口，以便于冷海水在螺旋状流道内流通。强化吸收换热器出口与扩压室24连接。
高温高压氨气通过膨胀机5对外做功后，产生的中压乏汽作为主流流体进入一级引射器，对低压发生器9产生并分离出的低压氨气进行引射；混合后的氨气随后作为主流流体进入二级引射器的喷嘴21，对来自溶液换热器17的热流出口的稀氨水进行引射，并在混合室22中混合吸收。该吸收过程为氨气-稀氨水溶液的吸收反应，反应得到浓氨水，并释放出大量的热量。通过混合室的换热肋片25和强化吸收换热器的螺旋翅片板23的强化换热，反应释放的热量被通入的深海冷海水带走。冷却后的氨水浓溶液首先在扩压室24中扩压，随后流入吸收器13。
吸收器13上设有溶液泵入口、引射器入口、工质出口、冷流出口和冷流入口，其溶液泵入口通过管道与溶液泵I 12连通，其工质出口通过管道分别与溶液换热器17的冷流入口和节流阀11的入口连通，其冷流入口通过管道和冷海水泵I 14出口连通。冷海水泵I 14和冷海水泵II 15均通过管道泵取深层冷海水。在吸收器13内，双级引射吸收装置7流出的氨水浓溶液与被溶液泵I 12泵入的稀氨水溶液混合并进一步吸收，产生饱和浓氨水并放出热量，热量被泵入的深海冷海水带走，浓氨水一部分被溶液泵II 16泵入溶液换热器17进行换热，并最终流入高压发生器3；另一部分通过节流阀的降温降压作用流入低压发生器9。
低压发生器9上设有冷气出口、冷气入口、工质出口和工质入口，其冷气入口通过管道和冷库10的出口连通，其冷气出口通过管道和冷库10的入口连通，其工质入口通过管道与节流阀11的出口连通，其工质出口通过管道与气液分离器II 8的入口连通，气液分离器II8的气体出口通过管道与溶液泵I 12入口连通。低温低压的氨水浓溶液在低压发生器9中进行氨水解吸反应，此反应为吸热反应，由此产生的冷量对冷库进行供给。低压发生过程解吸的氨-水蒸汽混合物在气液分离器II 8中分离，分离后产生的低压氨水进入双级引射吸收装置7，低压氨气进入吸收器13，以完成循环。本发明可用于沿海地区的发电和渔业制冷。
以上对本发明所提供的双级引射冷电联供混合循环系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种双级引射冷电联供混合循环系统，其特征在于：包括太阳能集热器(2)、高压发生器(3)、气液分离器I(4)、膨胀机(5)、双级引射吸收装置(7)、气液分离器II(8)、低压发生器(9)、吸收器(13)和溶液换热器(17)；
所述高压发生器(3)上设有热流出口、热流入口、工质入口和工质出口，溶液换热器(17)设有热流出口、热流入口、冷流出口和冷流入口，吸收器(13)上设有溶液泵入口、引射器入口、工质出口、冷流出口和冷流入口，低压发生器(9)上设有冷气出口、冷气入口、工质出口和工质入口，太阳能集热器(2)的出口与高压发生器(3)的热流入口连通，高压发生器(3)的工质入口与溶液换热器(17)的冷流出口连通，高压发生器(3)的工质出口与气液分离器I(4)的入口连通，气液分离器I(4)的气体出口与膨胀机(5)的入口连通，气液分离器I(4)的液体出口与溶液换热器(1 7)的热流入口连通；
所述双级引射吸收装置(7)包括一级引射器(18)、二级引射器(19)和强化吸收换热器(20)，一级引射器(18)上设有一级主流入口、一级引射入口和一级引射器出口，二级引射器(19)上设有二级主流入口、二级引射入口和二级引射器出口，强化吸收换热器(20)上设有强化吸收换热器出口和强化吸收换热器入口，一级引射器(18)的一级主流入口与膨胀机(5)的出口连通，一级引射器(18)的一级引射入口与气液分离器II(8)的液体出口连通，一级引射器(18)的一级引射器出口与二级引射器(19)的二级主流入口连通，二级引射器(19)的二级引射入口与溶液换热器(17)的热流出口连通，二级引射器(19)的二级引射器出口与吸收器(13)的引射入口连通，强化吸收换热器入口与冷海水泵II(15)的出口连通；
所述吸收器(13)的溶液泵入口与气液分离器II(8)的气体出口连通，吸收器(13)的工质出口分别与溶液换热器(17)的冷流入口和低压发生器(9)的工质入口连通，吸收器(13)的冷流入口与冷海水泵I(14)的出口连通；
所述低压发生器(9)的工质出口与气液分离器II(8)的入口连通；
所述二级引射器(19)包括喷嘴(21)和混合室(22)，喷嘴(21)设置在二级主流入口处，混合室(22)的内表面沿其周向间隔分布有数个轴向的管内换热肋片(25)，强化吸收换热器(20)套在混合室(22)的外部，强化吸收换热器(20)的内表面沿中心轴设有螺旋翅片板(23)，流道两端分别设有强化吸收换热器入口和强化吸收换热器出口，强化吸收换热器出口与扩压室(24)连接。
2.根据权利要求1所述的双级引射冷电联供混合循环系统，其特征在于：所述膨胀机(5)的动力输出轴直接与发电机(6)连接。
3.根据权利要求1所述的双级引射冷电联供混合循环系统，其特征在于：所述低压发生器(9)的冷气入口与冷库(10)的出口连通，低压发生器(9)的冷气出口通过管道和冷库(10)的入口连通。
4.根据权利要求1所述的双级引射冷电联供混合循环系统，其特征在于：所述吸收器(13)的溶液泵入口与气液分离器II(8)的气体出口的连接管道上设有溶液泵I(12)，溶液泵I(12)的入口与气液分离器II(8)的气体出口连通，溶液泵I(12)的出口与吸收器(13)的溶液泵入口连通。
5.根据权利要求1所述的双级引射冷电联供混合循环系统，其特征在于：所述吸收器(13)的工质出口与溶液换热器(17)的冷流入口的连接管道上设有溶液泵II(16)，溶液泵II(16)的入口与吸收器(13)的工质出口连通，溶液泵II(16)的出口与溶液换热器(17)的冷流入口连通。
6.根据权利要求1所述的双级引射冷电联供混合循环系统，其特征在于：所述吸收器(13)的工质出口与低压发生器(9)的工质入口的连接管道上设有节流阀(11)，节流阀(11)的入口与吸收器(13)的工质出口连通，节流阀(11)的出口与低压发生器(9)的工质入口连通。
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