CN115773290A - 预胀引射机构及预胀升温非共沸吸收式冷功联供循环系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冷电联供技术领域，特别是一种预胀引射机构以及预胀升温非共沸吸收式冷功联供循环系统。预胀引射机构包括换热器，换热器包括扩压室、换热室和换热管，换热管设置换热室内，换热室的一端与扩压室固定连接，换热室的另一端与接收室固定连接，且该端与喷嘴连通；所述换热器的自由端设有液体工质入口，换热器靠近接收室的端部侧壁设有低浓度液体工质出口，换热器靠近接收室一端设有热源入口，热源入口与换热器内换热管的入口连接，对应的在换热器的靠近扩压室一端处设有热源出口，热源出口与换热管的出口连接。使用分离气体进行引射，大大减小了循环过程中的不可逆损失，提升循环输出功及制冷量的效果，有效改善了循环系统的整体效率。
Description
技术领域
本发明涉及冷电联供技术领域，特别是一种预胀引射机构以及包括该机构的基于海洋温差能的预胀升温非共沸吸收式冷功联供循环系统。
背景技术
在世界范围内，海洋占了全球面积的绝大部分，其中海洋能是一种取之不尽的清洁能源，但目前海洋能的开发和利用还处于初级阶段，随着世界经济的发展以及能耗的增加，能源与环境问题目前已经成为全世界所共同关注的热点问题，同时，随着各地远洋渔业的不断发展，渔业制冷问题也是沿海区域的主要关注点，为了更加高效的能源开发及利用，冷电联供将成为解决沿海地区能源及制冷问题的有效手段之一。
目前基于有机朗肯循环的冷电联供装置多以燃烧化石燃料或工业废水废气余热作为循环热源，无法适用于海洋温差能等低品位能源，且循环工质多使用有机制冷剂，由于蒸发和冷凝过程相变潜热的影响，循环过程存在较高的不可逆损失。而非共沸引射吸收循环中，引射器一般采用液气引射器，由于液气与气体工质体积比过小，且液体相变易产生壅塞等问题，导致引射器工作范围过小，引射效果不足。此外，低品位能源的可利用温差小，能源利用程度不充分，如何提升能源利用率将是低品位能源研究的重要方向。
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，提出了一种预胀引射机构及预胀升温非共沸吸收式冷功联供循环系统，可以利用广泛存在的优质稳定低品位热能作为循环热源，充分利用热源的有效能，实现了对非共沸工质进行预胀升温分离，使用分离气体进行引射，大大减小了循环过程中的不可逆损失，提升循环输出功及制冷量的效果，有效改善了循环系统的整体效率。
本发明的技术方案是：一种预胀引射机构，包括引射器，引射器包括喷嘴、接收室、混合室和扩散室，接收室上设有引射入口，其中，还包括换热器，接收室的一端与换热器固定连接，接收室的另一端与混合室固定连接，混合室的另一端与扩散室固定连接，换热器包括扩压室、换热室和换热管，换热管设置换热室内，换热室的一端与扩压室固定连接，换热室的另一端与接收室固定连接，且该端与喷嘴连通；
所述换热器的自由端设有液体工质入口，换热器靠近接收室的端部侧壁设有低浓度液体工质出口，换热器靠近接收室一端设有热源入口，热源入口与换热器内换热管的入口连接，对应的在换热器的靠近扩压室一端处设有热源出口，热源出口与换热管的出口连接。
本发明中，所述扩压室与换热室连接端的腔体尺寸大于扩压室自由端的腔体尺寸，从而在扩压室内形成扩压腔体。
所述换热管包括但不限于蛇形换热管、板式换热器、列管式换热器、管式换热器、U形管式换热器等换热方式。
本发明还公开了一种包括上述预胀引射机构的预胀升温非共沸吸收式冷功联供循环系统，其中，包括发生器、汽轮机、再热器、冷凝器、蒸发器和预胀引射机构，发生器内设有换热管，发生器的换热管入口与热源连接，发生器的出气口与汽轮机Ⅰ的进气口连接，发生器的出液口与预胀引射机构的液体工质入口连接，发生器与预胀引射机构的液体工质入口连接；
所述汽轮机Ⅰ的出气口与再热器的进气口连接，再热器的出气口与汽轮机Ⅱ的进气口连接，汽轮机Ⅱ的出气口与冷凝器的进气口连接，汽轮机Ⅰ和汽轮机Ⅱ的动力输出轴直接与发电机连接；
所述冷凝器的出气口与蒸发器的进气口连接，冷凝器与蒸发器的连接管路上设有节流阀，蒸发器为冷库和/或楼宇提供冷量，蒸发器的出气口与预胀引射机构的引射入口连接，冷凝器与蒸发器的连接管路和蒸发器与预胀引射机构的连接管路之间设有回热器Ⅱ；
所述发生器换热管的出口与预胀引射机构的热源入口连接，低浓度液体工质出口与吸收器的进液口连接，扩散室的出气口与吸收器的进气口连接，吸收器的出液口与发生器的进液口连接，吸收器和发生器的连接管路上设有工质泵，且吸收器和发生器的连接管路与换热器和吸收器的连接管路之间设有回热器Ⅰ，冷凝器的换热管和吸收器的换热管均与冷源连接。
所述发生器的换热管入口通过连接管路与表层温海水连接，该连接管路上设有表层温海水泵；
所述冷凝器的换热管的进口通过连接管路与深层冷海水连接，该连接管路上设有深层冷海水泵Ⅱ；
所述吸收器的换热管的进口通过连接管路与深层冷海水连接，该连接管路上设有深层冷海水泵Ⅰ。
所述蒸发器的换热管入口与冷库和/或楼宇的工质出口连通，蒸发器的换热管出口与冷库和/或楼宇的工质入口连通。
所述冷热源包括但不限于地热能、空气热能、工业废热。
该系统中的循环工质包括但不限于氨-水、水-溴化锂、R124A-DMAC。
本发明的有益效果是：
(1)本发明所述的预胀引射机构实现了气体对气体的引射，提高了两种气体之间的体积比，有效地防止了因液体相变而导致的壅塞问题，增加了预胀引射机构的工作范围，提高了预胀引射机构的工作效果，并可以延长预胀引射机构的使用寿命；
(2)预胀引射机构内设置扩压室，通过扩压室的扩压作用，可以使二次分离后析出的气体工质的压力降低，从而使回热器Ⅱ流出的气体的压力降低，可以保证蒸发器内的压力降低，使蒸发器能够达到更好的制冷效果；
(3)该预胀引射机构利用引射作用降低蒸发器与透平出口压力，能够有效提升汽轮机的输出功和蒸发器的输出冷量，提升整个系统的循环综合效率；
(4)该系统选取低沸点非共沸有机工质作为循环工质，同时以两级再热的形式推动汽轮机做功，利用非共沸工质的温度滑移特质，有效降低工作循环过程中的不可逆损失；
(5)带有该预胀引射机构的循环系统实现了废热利用，提升了循环热源的利用程度；
(6)采用冷功联供形式，实现海洋温差能的多方向利用，有利于解决沿海地区的供能供冷问题；
(7)该循环系统的热源和冷源可以采用海洋温差能、地热能、空气热能、工业废热等低品位热能，因此其循环过程中的冷源和热源的选取具有广泛性和自由性。
附图说明
图1是预胀引射器机构的结构示意图；
图2是预胀引射器机构的主视局部剖视结构示意图；
图3是预胀引射器机构的左视结构示意图；
图4是本发明所述联供循环系统的结构示意图。
图中：1发生器；2汽轮机Ⅰ；3再热器；4汽轮机Ⅱ；5发电机；6冷凝器；7预胀引射机构；8吸收器；9工质泵；10回热器Ⅰ；11回热器Ⅱ；12节流阀；13蒸发器；14冷库；15楼宇；16表层温海水泵；17深层冷海水泵Ⅰ；18深层冷海水泵Ⅱ；19换热器；20引射器；21扩压室；22换热室；23换热管；24喷嘴；25接收室；26混合室；27扩散室；28液体工质入口；29低浓度液体工质出口；30热源出口；31热源入口；32引射入口。
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1至图3所示，本发明所述的预胀引射机构包括换热器19和引射器20，引射器20包括喷嘴24、接收室25、混合室26和扩散室27，喷嘴24设置在接收室25内。换热器19包括扩压室21、换热室22和换热管23，换热管23设置换热室22内。接收室25的一端与换热器19的换热室22固定连接，接收室25的另一端与混合室26固定连接，混合室26的另一端与扩散室27固定连接。换热室22一端与扩压室21固定相连，换热室22的另一端与喷嘴24连通，实现了换热器19与接收室25之间的连通。扩压室21与换热室22连接端的腔体尺寸大于扩压室21自由端的腔体尺寸，从而在扩压室21内形成扩压腔体。扩压室21及喷嘴24能够通过调节流量开度调节控制出口压力。
换热器19的自由端设有液体工质入口28，换热器19靠近接收室25的端部侧壁设有低浓度液体工质出口29。换热器19靠近接收室25一端设有热源入口31，热源入口31与换热器内换热管23的入口连接，对应的在换热器19的自由端处设有热源出口30，热源出口30与换热管23的出口连接。本实施例中，热源入口31设置在换热器的侧壁下部，热源出口30设置在换热器的侧壁上部，以便于延长热源在换热器内的流动时间和流动长度。在本申请中，换热器19内高浓度液体的流动方向与换热管23内热源的流动方向相反。换热管内的热源在流动过程中，与换热器内流动的高浓度液体工质之间进行热交换，高浓度液体工质吸收换热管内热源的热量，对高浓度液体工质进行了气液分离，得到了气体纯工质和低浓度液体工质。气体纯工质通过喷嘴24进入接收室25内，低浓度液体工质从低浓度液体工质出口29流出。
本实施例中，换热管23为蛇形换热管，也可以采用板式换热器、列管式换热器、管式换热器、U形管式换热器等换热方式。
接收室25上设有引射入口32，被引射气体通过引射入口32进入接收室25内。经过分离后得到的气体纯工质通过喷嘴24流入引射器20的过程中，经过喷嘴24的迅速升压，喷出喷嘴后带动接收室25内的气体进行高速流动，从而导致接收室25内的压力降低，引射入口32处的气体被压入接收室25内，从而实现了气气引射。
该预胀引射机构工作时，低温高压混合工质流向换热器19的扩压室21，工质在扩压室21内实现了扩压，从而使工质的压力降低后进入换热室22，在换热室22内，低温低压混合工质与换热管23中的热源进行换热，低温低压混合工质吸收热量后进行气液分离，析出的气体进入引射器20。分离后的剩余液体混合物从低浓度液体工质出口29流出预胀引射机构。气体工质在流经喷嘴24的过程中被迅速升压，喷出喷嘴后带动接收室25内的气体进行高速流动，导致接收室25的压力降低，接收室25的引射入口32处的流体被压入接收室25内，实现了引射作用。
引射入口32处的气体被引射入接收室25内后，与喷嘴24喷出的气体纯工质共同流入混合室26内，在混合室内两种气体进行传质传热并充分混合，混合流入流入扩散室27内进行稳流扩压，成为饱和气体工质。
通过该预胀引射机构，实现了气体对气体的引射，提高了两种气体之间的体积比，有效地防止了因液体相变而导致的壅塞问题，增加了预胀引射机构的工作范围，提高了预胀引射机构的工作效果，并可以延长预胀引射机构的使用寿命。
本发明还公开了一种包括上述预胀引射机构的预胀升温非共沸吸收式冷功联供循环系统，包括发生器1、汽轮机、再热器3、冷凝器6、蒸发器13和预胀引射机构7，发生器1内设有换热管，发生器的换热管入口通过连接管路与表层温海水连接，该连接管路上设有表层温海水泵16，通过表层温海水泵16直接泵取表层温海水，并流入发生器换热管内。发生器1内的高浓度冷剂工质液体吸收换热管内表层温海水的热量，其中的低沸点工质吸收热量蒸发为高温高压气体工质。发生器1的出气口通过连接管路与汽轮机Ⅰ2的进气口连接，发生器1的出液口通过连接管路与预胀引射机构7的液体工质入口28连接，因此从发生器内析出的气体工质进入汽轮机Ⅰ2内，剩余的低浓度液体工质流入预胀引射机构7内。
汽轮机Ⅰ2的出气口通过连接管路与再热器3的进气口连接，再热器3的出气口通过连接管路与汽轮机Ⅱ4的进气口连接，汽轮机Ⅱ4的出气口通过连接管路与冷凝器6的进气口连接。汽轮机Ⅰ2和汽轮机Ⅱ4的动力输出轴直接与发电机5连接，从发生器1中析出的低沸点气体工质进入汽轮机中，推动汽轮机叶片做功，使发电机5工作产生功/电。汽轮机Ⅱ4的出气口流出的乏汽流向冷凝器6。
冷凝器6的出气口通过连接管路与蒸发器13的进气口连接。冷凝器6内设有换热管，冷凝器换热管的进口通过连接管路与深层冷海水连接，连接管路上设有深层冷海水泵Ⅱ18，通过深层冷海水泵Ⅱ18直接泵取深层冷海水，并流入冷凝器的换热管内，冷凝器换热管内的冷海水吸收冷凝器内气体的热量，进一步降冷凝器内气体的温度。冷凝器6与蒸发器13的连接管路上设有节流阀12，通过节流阀12的节流作用，将冷凝器6流出的气体工质转为低温低压饱和气体工质，并流入蒸发器13内。蒸发器13内的换热管入口可以与冷库14和/或楼宇15的工质出口连通，蒸发器13内的换热管出口与冷库14和/或楼宇15的工质入口连通。流入蒸发器13内的低温低压饱和工质与蒸发器换热管内的制冷工质换热，蒸发器换热管内的制冷工质吸收低温低压饱和气体工质的冷量，并为冷库14和/或楼宇15提供冷量。蒸发器13的出气口通过连接管路与预胀引射机构7的引射入口32连接。冷凝器6与蒸发器13的连接管路和蒸发器13与预胀引射机构7的连接管路之间设有回热器Ⅱ12，在回热器Ⅱ12内，从蒸发器13流出的乏汽吸收从冷凝器6流出的乏汽热量，并被引射入预胀引射机构7内。
发生器换热管的出口通过连接管路与预胀引射机构7内的热源入口31连接，在发生器换热管内经过换热的温海水再次流入预胀引射机构7的换热管Ⅰ22内，并再次利用温海水的剩余热量。从发生器1流出的低浓度液体工质经过扩压室21扩压后流入换热室22内，低浓度液体工质吸收换热管23内温海水的热量，进行二次析出分离，其中的低沸点工质吸收热量蒸发为高温高压气体工质，分离后所得的极低浓度液体工质通过低浓度液体工质出口29流出，低浓度液体工质出口29通过连接管路与吸收器8的进液口连接，极低浓度液体工质流入吸收器8内。扩散室27的出气口通过连接管路与吸收器8的进气口连接，在换热器19内析出的气体工质对回热器Ⅱ12流出的气体工质进行引射作用，引射混合后的气体一同流入吸收器8内。吸收器8内，极低浓度液体工质吸收气体工质成为高浓度液体工质，吸收过程中放热，此时吸收器8的换热管通过连接管路与深层冷海水连接，该连接管路上设有深层冷海水泵Ⅰ17，通过深层冷海水泵Ⅰ17泵取深层冷海水，并流入吸收器的换热管内，液体工质吸收气体工质过程中产生的热量被深层冷海水吸收。
吸收器8的出液口通过连接管路与发生器1的进液口连接，该连接管路上设有工质泵9，且吸收器和发生器的连接管路与换热器和吸收器的连接管路之间设有回热器Ⅰ10，吸收器8内产生的高浓度液体工质，经工质泵9进行升压，成为高压高浓度液体工质，并在回热器Ⅰ10内吸收从换热器流出的极低浓度液体工质的热量进行回热，最终再次流入发生器1内，实现整个系统的工质循环。
在该系统中，其利用的冷热源除了可以采用本实施例中的海洋温差能外，还可以使用地热能、空气热能、工业废热等。
该系统中的循环工质包括氨-水、水-溴化锂、R124A-DMAC等吸收式工质对。蒸发器换热器与冷库和/或楼宇之间的循环工质可以使用不同制冷剂工质，包括纯工质或混合工质。
该系统的循环工作过程如下所述。高浓度制冷剂工质液体在发生器1中升温，其中的低沸点工质析出并流向汽轮机，剩余低浓度液体工质流向预胀引射机构7。析出的气体工质依次进入汽轮机Ⅰ2、再热器3、汽轮机Ⅱ4，汽轮机Ⅰ2和汽轮机Ⅱ4做功，带动发电机5发电。汽轮机Ⅱ4内做功得到的乏汽流向冷凝器6，冷凝后经过回热器Ⅱ11，流入节流阀12进行节流，工质转为低温低压饱和工质并流入蒸发器13中，与蒸发器13的换热管中的制冷工质进行换热，为冷库14及楼宇15等提供冷量，乏汽经过回热器Ⅱ11进行回热后被引射入预胀引射机构7。发生器1中剩余的低浓度液体工质流入预胀引射机构7的换热器19内，在预胀引射机构的换热器19内部进行二次析出分离，分离所得的极低浓度液体工质流入回热器Ⅰ10中，充分利用剩余热量后，流入吸收器8。换热器19内析出的气体工质对回热器Ⅱ11流出的气体工质进行引射作用，后一同流入吸收器8内。吸收器8中混合流体放热吸收为高浓度液体工质，后经由工质泵9进行升压，成为高压高浓度饱和液体工质，在回热器Ⅰ10中进行回热后流入发生器1，实现循环。
以上对本发明所提供的预胀引射器机构及预胀升温非共沸吸收式冷功联供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 (9)
1.一种预胀引射机构，包括引射器(20)，引射器(20)包括喷嘴(24)、接收室(25)、混合室(26)和扩散室(27)，接收室(25)上设有引射入口(32)，其特征在于，还包括换热器(19)，接收室(25)的一端与换热器(19)固定连接，接收室(25)的另一端与混合室(26)固定连接，混合室(26)的另一端与扩散室(27)固定连接，换热器(19)内设有扩压腔体，换热管(22)设置扩压腔体内，换热器(19)包括扩压室(21)、换热室(22)和换热管(23)，换热管(23)设置换热室(22)内，换热室(22)的一端与扩压室(21)固定连接，换热室(22)的另一端与接收室固定(25)连接，且该端与喷嘴(24)连通；
所述换热器(20)的自由端设有液体工质入口(28)，换热器(19)靠近接收室(25)的端部侧壁设有低浓度液体工质出口(29)，换热器(19)靠近接收室(25)的一端设有热源入口(31)，热源入口(31)与换热器内换热管(23)的入口连接，对应的在换热器(19)靠近扩压室的一端设有热源出口(30)，热源出口(30)与换热管(23)的出口连接。
2.根据权利要求1所述的预胀引射机构，其特征在于，所述扩压室(21)与换热室(22)连接端的腔体尺寸大于扩压室自由端的腔体尺寸，从而在扩压室内形成扩压腔体。
3.根据权利要求1所述的预胀引射机构，其特征在于，所述换热管(22)包括但不限于蛇形换热管、板式换热器、列管式换热器、管式换热器、U形管式换热器。
4.一种包括权利要求1-3任一所述预胀引射机构的预胀升温非共沸吸收式冷功联供循环系统，其特征在于，包括发生器(1)、汽轮机、再热器(3)、冷凝器(6)、蒸发器(13)和预胀引射机构(7)，发生器(1)内设有换热管，发生器的换热管入口与热源连接，发生器(1)的出气口与汽轮机Ⅰ(2)的进气口连接，发生器(1)的出液口与预胀引射机构(7)的液体工质入口(28)连接；
所述汽轮机Ⅰ(2)的出气口与再热器(3)的进气口连接，再热器(3)的出气口与汽轮机Ⅱ(4)的进气口连接，汽轮机Ⅱ(4)的出气口与冷凝器(6)的进气口连接，汽轮机Ⅰ(2)和汽轮机Ⅱ(4)的动力输出轴直接与发电机(5)连接；
所述冷凝器(6)的出气口与蒸发器(13)的进气口连接，冷凝器(6)与蒸发器(13)的连接管路上设有节流阀(12)，蒸发器(13)为冷库(14)和/或楼宇(15)提供冷量，蒸发器(13)的出气口与预胀引射机构(7)的引射入口(32)连接，冷凝器(6)与蒸发器(13)的连接管路和蒸发器(13)与预胀引射机构(7)的连接管路之间设有回热器Ⅱ(11)；
所述发生器换热管的出口与预胀引射机构(7)的热源入口(31)连接，低浓度液体工质出口(29)与吸收器(8)的进液口连接，扩散室(27)的出气口与吸收器(8)的进气口连接，吸收器(8)的出液口与发生器(1)的进液口连接，吸收器(8)和发生器(1)的连接管路上设有工质泵(9)，且吸收器和发生器的连接管路与换热器和吸收器的连接管路之间设有回热器Ⅰ(10)，冷凝器(6)的换热管和吸收器(8)的换热管均与冷源连接。
5.根据权利要求4所述的预胀升温非共沸吸收式冷功联供循环系统，其特征在于，所述发生器(1)的换热管入口通过连接管路与表层温海水连接，该连接管路上设有表层温海水泵(16)；
所述冷凝器(6)的换热管的进口通过连接管路与深层冷海水连接，该连接管路上设有深层冷海水泵Ⅱ(18)。
6.根据权利要求4所述的预胀升温非共沸吸收式冷功联供循环系统，其特征在于，所述吸收器(8)的换热管的进口通过连接管路与深层冷海水连接，该连接管路上设有深层冷海水泵Ⅰ(17)。
7.根据权利要求4所述的预胀升温非共沸吸收式冷功联供循环系统，其特征在于，所述蒸发器(13)的换热管入口与冷库(14)和/或楼宇(15)的工质出口连通，蒸发器(13)的换热管出口与冷库(14)和/或楼宇(15)的工质入口连通。
8.根据权利要求4所述的预胀升温非共沸吸收式冷功联供循环系统，其特征在于，所述冷热源包括但不限于地热能、空气热能、工业废热。
9.根据权利要求4所述的预胀升温非共沸吸收式冷功联供循环系统，其特征在于，该系统中的循环工质包括但不限于氨-水、水-溴化锂、R124A-DMAC。
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