CN115560494A - 一种二次利用余热的制冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及利用余热的制冷机的领域，公开了一种二次利用余热的制冷系统，包括溴化锂制冷机模块和ORC膨胀机模块，ORC膨胀机模块基于第一工质进行热力循环；溴化锂制冷机模块基于第二工质进行热力循环；溴化锂制冷机模块和ORC膨胀机模块经冷凝蒸发器耦合在一起；ORC膨胀机模块包括第一蒸发器，第一蒸发器的管程内为余热源，壳程内为第一工质；溴化锂制冷机模块包括发生器，发生器的管程内为余热源，壳程内为第二工质；冷凝蒸发器的壳程内为第二工质，管程内为第一工质。本发明的利用余热的制冷机一年四季工作工况非常稳定，不像传统余热利用制冷机那样在夏冬季工作工况存在巨大差异。
Description
技术领域
本发明涉及利用余热的制冷机组的领域，尤其涉及一种二次利用余热的制冷系统。
背景技术
制冷机可以将具有较低温度的被冷却物体的热量转移给具有较高温度的环境介质中，而自然界中，热量总是从温度较高的物体传递到温度较低的物体上，前述制冷机的工作过程必须借助外部能量，借助内部制冷剂的相变才能实现上述过程。传统的借助工业余热的制冷机均是利用工业余热作为制冷机的能源，制取冷量后传输给终端用冷端使用，用冷端一般是传统的空调、冰箱等设施设备，而用冷端对冷量的需求受环境温度的变化而存在很大的波动，比如当用冷端为室内的空调系统时，夏天需冷量大，春秋冬季需冷量就小很多，白天需冷量大，夜晚需冷量就小很多，导致传统的借助余热的制冷机工况很不稳定，对余热的利用率也很不稳定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种二次利用余热的制冷系统，利用ORC膨胀机模块与溴化锂制冷机模块的巧妙组合，得到一种对余热进行二次利用的制冷系统。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种二次利用余热的制冷系统，包括：溴化锂制冷机模块和ORC膨胀机模块，溴化锂制冷机模块和ORC膨胀机模块经冷凝蒸发器耦合在一起；
所述ORC膨胀机模块基于内置的第一工质进行闭式热力循环；所述溴化锂制冷机模块基于内置的第二工质进行闭式热力循环；
具体地，所述溴化锂制冷机模块包括发生器、第二冷凝器、吸收器和所述冷凝蒸发器，所述吸收器的管程入口连接冷却水供水管，所述吸收器的管程出口连通至所述第二冷凝器的管程入口，所述第二冷凝器的管程出口连通至冷却水回水管；所述发生器的管程内为余热源，所述发生器的壳程内为第二工质；所述第二工质热循环过程中在所述冷凝蒸发器的壳程内被气化；
所述ORC膨胀机模块包括工质泵、第一蒸发器、膨胀机和所述冷凝蒸发器，所述第一蒸发器的管程内为余热源，所述第一蒸发器的壳程内为第一工质，所述工质泵的出口连接至所述第一蒸发器的壳程入口，所述第一蒸发器的壳程出口连接至所述膨胀机的介质入口，所述膨胀机的介质出口连通至所述冷凝蒸发器的管程入口，所述冷凝蒸发器的管程出口连通至所述工质泵的入口；所述第一工质热循环过程中在所示冷凝蒸发器的管程内被冷凝。
所述冷凝蒸发器的壳程内为第二工质，所述冷凝蒸发器的管程内为第一工质，所述第一工质与第二工质在冷凝蒸发器内实现直接换热，气态的第一工质被第二工质冷却成液态，液态的第二工质被第一工质加热成气态；即冷凝蒸发器对于第一工质而言是冷凝器，对于第二工质而言是蒸发器。
第二工质为溴化锂溶液中的水。
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
借助将ORC膨胀机模块中的冷凝器与溴化锂设备中的蒸发器合二为一形成冷凝蒸发器，一方面利用低温余热源驱动溴化锂制冷机产生冷水，并将这一冷量直接供给ORC膨胀机模块作为冷却水使用，由于ORC膨胀机模块可以对外持续稳定做功，进而相当于制冷机组的下游需冷量保持稳定，由此，确保了利用工业余热的制冷机系统的工作工况的稳定性。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
优选地，所述余热源先进入第一蒸发器换热，随后进入发生器换热。这样可以更充分的利用余热源的热能，也就是说对余热源的降温作用更大。
优选地，所述余热源分为两路，一路进入第一蒸发器换热，另一路进入发生器换热。这在余热源温度偏低的情况下，确保第一蒸发器和发生器的工作效果，保证整个系统的工作效率。
优选地，所述工质泵与第一蒸发器之间还设有回热器，所述工质泵的出口连通至回热器的壳程入口，所述回热器的壳程出口连通至所述第一蒸发器的壳程入口，所述第一蒸发器的管程出口连通至所述回热器的管程入口，所述回热器的管程出口连通至余热源回水管或连通至发生器的管程入口。
上述方案可以进一步提高余热热量的利用率。
优选地，所述第一工质为R245fa制冷剂，这一制冷剂技术成熟，安全环保，价格低廉。
附图说明
图1为实施例1的结构简图；
图2为实施例2的结构简图；
图3为实施例3的结构简图；
在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：
1、第一蒸发器；2、工质泵；3、膨胀机；4、冷凝蒸发器；5、吸收器；6、发生器；7、第二冷凝器；8、余热源；9、冷却水；10、回热器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：
请参照图1所示，其为本发明的二次利用余热的制冷系统的结构简图。所述二次利用余热的制冷系统包括：溴化锂制冷机模块和ORC膨胀机模块，所述ORC膨胀机模块基于内置的第一工质-R245fa制冷剂，进行闭式热力循环；所述溴化锂制冷机模块基于内置的第二工质-水，进行闭式热力循环；
ORC（Organic Rankine Cycle，有机朗肯循环）膨胀机设备是采用低沸点工质进行闭式热力循环，从而驱动膨胀机转动对外输出动能。旨在利用较低温度热源进行动力输出，将低品位热能转化为机械能，这里的低品位热能一般是废热水、废蒸汽、废烟气、物料余热，传统的ORC膨胀机设备，利用有机工质，如R245fa（五氟丙烷）的低沸点特性（其在标准大气压下的蒸发温度为15℃，在实际使用时，如果加热温度达到90℃以上，压力可以达到1Mpa以上），利用热能加热蒸发器内的有机工质，有机工质蒸发成气态推动膨胀机旋转，进而对外做功，做完功的有机工质随后进入冷凝器，由冷却水降温成液态，通过工质泵输送至蒸发器，进入下一循环。本例中，膨胀机对外连接发电机，将膨胀机的动能转化为电能。
溴化锂制冷机模块和ORC膨胀机模块经冷凝蒸发器4耦合在一起；
所述ORC膨胀机模块包括第一蒸发器1、工质泵2、膨胀机3，第一蒸发器1的管程内为余热源8，壳程内为第一工质；工质泵2的出口连接至第一蒸发器1的壳程入口，第一蒸发器1的壳程出口连接至膨胀机3的介质入口，膨胀机3的介质出口连通至冷凝蒸发器4的管程入口，冷凝蒸发器4的管程出口连通至工质泵2的入口。
90℃的余热源8进入第一蒸发器1的管程，40℃左右的第一工质接入第一蒸发器1的壳程，第一工质在第一蒸发器1内与余热源8进行热能交换，余热源8释放热量温度降低至75℃，第一工质吸收热量由液态变成85℃、1200kpa的高温高压的气态，气态的第一工质从第一蒸发器1的壳程出来后，进入膨胀机3做功，膨胀机3带动发电机发电，第一工质压力温度双双下降，从膨胀机3出来的温度约57℃、压力为230kpa的低温低压气态第一工质进入冷凝蒸发器4的管程进行热交换，被冷凝蒸发器4壳程内的低温第二工质冷却变成40℃左右的液态第一工质，液态的第一工质再次被工质泵2泵送到第一蒸发器1内，由此实现循环。
所述溴化锂制冷机模块包括第二冷凝器7、吸收器5、发生器6，所述吸收器5的管程入口连接冷却水9，所述吸收器5的管程出口连通至第二冷凝器7的管程入口，所述第二冷凝器7的管程出口连通至冷却水9回水管；所述发生器6的管程内为余热源8，所述发生器6的壳程内为液态第二工质；
所述冷凝蒸发器4的壳程内为第二工质，所述冷凝蒸发器4的管程内为第一工质，所述第一工质与第二工质在冷凝蒸发器4内实现直接换热，气态的第一工质被第二工质冷却成液态，液态的第二工质被第一工质加热成气态；即冷凝蒸发器4对于第一工质而言是冷凝器，对于第二工质而言是蒸发器。
第二工质为溴化锂溶液中的水。
溴化锂制冷机组工作原理如下：
冷凝蒸发器4壳程内的第二工质-水处于接近真空状态，其蒸发温度在4℃左右，其吸收冷凝蒸发器4管程内气态第一工质的热量变成气态水，此位置气态水的温度大约5℃，压力大约0.9kpa，气态的水被吸收器5内的溴化锂浓溶液吸收，溴化锂浓溶液变成溴化锂稀溶液，溴化锂浓溶液吸收水分的过程中，温度会上升，而温度过高会导致吸收水的能力下降，为了确保吸收器5内的溴化锂浓溶液持续处于最佳的吸收效能，吸收器5管程内通入冷却水9，以保持吸收器5内溴化锂浓溶液的温度恒定在大约40℃左右；吸收器5内的溴化锂稀溶液被输送到发生器6的壳程内，从第一蒸发器1换热之后的余热源8的温度在75℃左右，被再次接入发生器6的管程内，由此，发生器6壳程内的溴化锂稀溶液吸收管程内余热源8的热量，其中的水分蒸发形成温度约70℃，压力约80kpa气态水，溴化锂稀溶液变成溴化锂浓溶液，发生器6内的溴化锂浓溶液被输送到吸收器5内被冷却水冷却后，继续吸附从冷凝蒸发器4内转来的气态水，第二冷凝器7管程内通有冷却水9，发生器6内形成的气态水被转运到第二冷凝器7的壳程内，由此从发生器6来的气态水在第二冷凝器7管程内在冷却水9的冷却下液化，形成液态的水，冷凝器内液态的水被输送到冷凝蒸发器4内吸收从膨胀机3来的第一工质的热量，由此实现循环。在此例中，可以将余热源8离的温度降至55℃左右，传统的制冷机系统大概只能降低到70℃，显然，本制冷系统可以将余热源的温度降得更低。
实施例2：
请参照图2所示，与实施例1相比，本例中，余热源8直接分为两路，第一路进入ORC膨胀机模块的第一蒸发器1进行热能回收，但这一路只能冷却到75℃左右，第二路进入溴化锂制冷机组的发生器6，第二路可以将余热温度冷却到55℃左右。
实施例3：
请参照图3所示，区别于实施例1和实施例2，本例中，在工质泵2与第一蒸发器1之间增设了回热器10，所述工质泵2与第一蒸发器1之间还设有回热器10，所述工质泵2的出口连通至回热器10的壳程入口，所述回热器10的壳程出口连通至所述第一蒸发器1的壳程入口，所述第一蒸发器1的管程出口连通至所述回热器10的管程入口，所述回热器10的管程出口连通至余热源8回水管或连通至发生器6的管程入口；
将从第一蒸发器1内出来的余热源8再次接入回热器10内，对从工质泵2内出来的第一工质进行预加热，工质泵2内泵出的第一工质温度在40摄氏度左右，在回热器10内进一步吸收余热源8的余热，可以进一步提升对热能的回收效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种二次利用余热的制冷系统，包括：溴化锂制冷机模块和ORC膨胀机模块，所述ORC膨胀机模块基于内置的第一工质进行闭式热力循环；所述溴化锂制冷机模块基于内置的第二工质进行闭式热力循环；其特征在于，包括冷凝蒸发器；
所述溴化锂制冷机模块包括发生器、第二冷凝器、吸收器和所述冷凝蒸发器，所述吸收器的管程入口连接冷却水供水管，所述吸收器的管程出口连通至所述第二冷凝器的管程入口，所述第二冷凝器的管程出口连通至冷却水回水管；所述发生器的管程内为余热源，所述发生器的壳程内为第二工质；所述第二工质热循环过程中在所述冷凝蒸发器的壳程内被气化；
所述ORC膨胀机模块包括工质泵、第一蒸发器、膨胀机和所述冷凝蒸发器，所述第一蒸发器的管程内为余热源，所述第一蒸发器的壳程内为第一工质，所述工质泵的出口连接至所述第一蒸发器的壳程入口，所述第一蒸发器的壳程出口连接至所述膨胀机的介质入口，所述膨胀机的介质出口连通至所述冷凝蒸发器的管程入口，所述冷凝蒸发器的管程出口连通至所述工质泵的入口；所述第一工质热循环过程中在所示冷凝蒸发器的管程内被冷凝。
2.根据权利要求1所述的二次利用余热的制冷系统，其特征在于，所述余热源先进入所述第一蒸发器换热，随后进入所述发生器换热。
3.根据权利要求1所述的二次利用余热的制冷系统，其特征在于，所述余热源分为两路，一路进入所述第一蒸发器换热，另一路进入所述发生器换热。
4.根据权利要求1-3任一项所述的二次利用余热的制冷系统，其特征在于，所述工质泵与所述第一蒸发器之间还设有回热器，所述工质泵的出口连通至所述回热器的壳程入口，所述回热器的壳程出口连通至所述第一蒸发器的壳程入口，所述第一蒸发器的管程出口连通至所述回热器的管程入口，所述回热器的管程出口连通至余热源回水管或连通至所述发生器的管程入口。
5.根据权利要求1所述的二次利用余热的制冷系统，其特征在于，所述第一工质为R245fa制冷剂。
6.根据权利要求1所述的二次利用余热的制冷系统，其特征在于，所述第二工质为溴化锂溶液中的水。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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