CN116558140B - 一种冷电联供系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种冷电联供系统，包括膨胀机、发电机、第一蒸发器、第二蒸发器、喷射器、冷凝器、第一泵和第二泵；膨胀机的输入口与第二蒸发器的输出口连通，输出口与第一蒸发器的输入口连通，并与发电机连接，以驱动发电机进行发电；喷射器的引射流体入口与第一蒸发器的输出口连通，工作流体入口与第一泵的输出口连通，喷嘴与冷凝器的输入口连通；第一泵和第二泵的输入口均与冷凝器的输出口连通；第二泵的输出口与第二蒸发器的输入口连通。系统由一个三角循环和一个喷射式制冷循环有机耦合而成，通过低品位热源同时进行发电和制冷，所需部件少，结构简单。

Description

一种冷电联供系统

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种冷电联供系统。

背景技术

目前，我国能源在利用方面存在利用率低、效益差等问题。而节能减排作为我国的重要战略，是解决能源问题的重要方式之一。要实现节能减排主要依靠工业领域，其中，回收余热降低能耗对我国实现节能减排有着重要意义。我国中低温热源种类繁多、总量庞大、分布广泛，主要包括两大类，一是存在于自然界的中低温可再生能源，主要包括太阳能、生物质能、地热能等，二是工业生产过程中排放的余热、废热等。但普遍存在能量品位较低的问题，传统的朗肯循环不能很好地回收利用中、低品位废热，因此大量的热能被浪费。

在能源利用技术发展过程中，能源动力系统从单个循环系统形式逐渐向多个热力循环组合的总能系统方向发展，侧重于不同形式热力循环的有机耦合，基于热能品位的“温度对口、梯级利用”的原理构建联合循环。冷电联供系统是一种分布在用户侧兼备发电、制冷的总能系统，是提高能源利用率的一种非常重要且行之有效的手段，不仅可以满足日常生活和工业生产中的多重的能源需求，还可以实现能源的高效转换、综合梯级利用和节能。但传统的冷电联供系统存在部件繁多，结构复杂，循环效率低的问题。

发明内容

本发明提供了一种冷电联供系统，用于解决现有技术中冷电联供系统部件繁多、结构复杂的技术问题。

本发明提供的一种冷电联供系统，包括：

膨胀机、发电机、第一蒸发器、第二蒸发器、喷射器、冷凝器、第一泵和第二泵；

该膨胀机的输入口与该第二蒸发器的输出口连通，输出口与该第一蒸发器的输入口连通，并与该发电机连接，以驱动该发电机进行发电；

该喷射器的引射流体入口与该第一蒸发器的输出口连通，工作流体入口与该第一泵的输出口连通，喷嘴与该冷凝器的输入口连通；

该第一泵和该第二泵的输入口均与该冷凝器的输出口连通；

该第二泵的输出口与该第二蒸发器的输入口连通。

在第一种可能实现的系统中，该第一蒸发器设有制冷管道，该制冷管道与待降温空间连通；

该第二蒸发器设有热源管道，该热源管道用于通入热源；

该冷凝器设有冷却管道，该冷却管道用于通入常温冷却液。

结合一种冷电联供系统或第一种可能实现的系统，在第二种可能实现的系统中，该第一泵的压力小于该第二泵的压力。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明提供的冷电联供系统设有膨胀机、发电机、第一蒸发器、第二蒸发器、喷射器、冷凝器、第一泵和第二泵；膨胀机的输入口与第二蒸发器的输出口连通，输出口与第一蒸发器的输入口连通，并与发电机连接，以驱动发电机进行发电；喷射器的引射流体入口与第一蒸发器的输出口连通，工作流体入口与第一泵的输出口连通，喷嘴与冷凝器的输入口连通；第一泵和第二泵的输入口均与冷凝器的输出口连通；第二泵的输出口与第二蒸发器的输入口连通。工质经第二泵升压后流入第二蒸发器中经低品位热源等压加热后变成高温高压气体，然后流入膨胀机进行膨胀做功变成低温低压的两相流体，膨胀过程中带动发电机发电，低温低压的两相流体从膨胀机流出后流入第一蒸发器吸收外部热量，达成制冷目的，从第一蒸发器流出的工质经喷射器升压后经冷凝器过冷，然后部分工质再次流入第二泵形成循环，部分工质流入第一泵升压后变成喷射器的工作流体。系统由一个三角循环和一个喷射式制冷有机耦合而成，通过低品位热源同时进行发电和制冷，所需部件少，结构简单。

另外，利用喷射器对工质进行初步升压后可通过常温冷却水对工质进行过冷，降低了对冷却水的温度要求，从而降低了系统自身的能耗，同时，喷射器可提高膨胀机的膨胀深度，从而提高膨胀机输出功量，进而提高系统循环效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种冷电联供系统的结构示意图；

其中:

1、膨胀机 2、发电机 3、第一蒸发器

31、制冷管道 4、喷射器 5、冷凝器

51、冷却管道 6、第一泵 7、第二泵

8、第二蒸发器 81、热源管道。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种冷电联供系统，用于解决的技术问题是现有技术中冷电联供系统部件繁多、结构复杂。

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可更换连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

在能源利用技术发展过程中，能源动力系统从单个循环系统形式逐渐向多个热力循环组合的总能系统方向发展，侧重于不同形式热力循环的有机耦合，基于热能品位的“温度对口、梯级利用”的原理构建联合循环。冷电联供系统是一种分布在用户侧兼备发电、制冷的总能系统，是提高能源利用率的一种非常重要且行之有效的手段，不仅可以满足日常生活和工业生产中的多重的能源需求，还可以实现能源的高效转换、综合梯级利用和节能。但传统的冷电联供系统存在部件繁多，结构复杂，循环效率低的问题。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种冷电联供系统，包括：

膨胀机1、发电机2、第一蒸发器3、第二蒸发器8、喷射器4、冷凝器5、第一泵6和第二泵7；膨胀机1的输入口与第二蒸发器8的输出口连通，输出口与第一蒸发器3的输入口连通，并与发电机2连接，以驱动发电机2进行发电；喷射器4的引射流体入口与第一蒸发器3的输出口连通，工作流体入口与第一泵6的输出口连通，喷嘴与冷凝器5的输入口连通；第一泵6和第二泵7的输入口均与冷凝器5的输出口连通；第二泵7的输出口与第二蒸发器8的输入口连通。

需要说明的是：

膨胀机1是利用工质膨胀降压时向外输出机械功使工质温度降低的原理以获得功量的机械。当工质具有一定的压力和温度时，就具有由压力而体现的势能和由温度所体现的动能，这两种能量总称为内能。膨胀机1主要的作用是利用工质在膨胀机1内进行绝热膨胀对外做功消耗工质本身的内能，使工质的压力和温度大幅度降低达到制冷温度。

发电机2用于将膨胀机1输出的动能转换成电能。

第一蒸发器3用于供工质与待降温空间进行热交换，以将待降温空间的热量转移给工质，让待降温空间的温度降低，实现制冷。

第二蒸发器8用于供工质与低品位热源进行热交换，以将低品位热源的热量转移给工质，让工质具备可对膨胀机1做功的内能，最终通过发电机2将低品位热源的热量转换成电能，实现对低品位热源的回收利用。

喷射器4，又名：引射器、射流真空泵、射流真空喷射器4、喷射泵、水喷射器4、真空喷射器4，是利用流体来传递能量和质量的真空获得装置，在这种装置里，不同压力的两股流体相互混合，并发生能量交换，以形成一股居中压力的混合流体。混合流体分为气(蒸汽)相，液相，或者是气体(蒸汽)、液体和固体的混合物。进入装置以前，压力较高的那种工质叫做工作工质。工作工质流叫做工作流体。工作流体以很高的速度从喷嘴出来，进入喷射器4的接受室，并把在喷射器4前的压力较低的工质带走。被带走的流体叫做引射流体。通常在喷射器4里，最初是发生工作流体的势能或热能转变为动能。工作流体的动能，一部分传给引射流体。在沿喷射器4流动的过程中，混合流体的速度渐渐均衡，于是混合流体的动能相反地转变为势能或热能。用于通入工作流体的入口为工作流体入口，用于通入引射流体的入口为引射流体入口。因从第一蒸发器3流出的工质的温度较低，无法通过常温冷却液进行冷却，需要提高工质的温度和压力，所以设置喷射器4对工质进行升压和升温，使工质的温度高于常温，从而可通过常温冷却液进行冷却。

冷凝器5用于供工质与常温冷却液进行热交换，以将工质的热量转移给常温冷却液，使工质过冷，从而避免第一泵6和第二泵7发生空化。

第一泵6和第二泵7用于对工质进行升压。

冷电联供系统的工作原理：

从冷凝器5的输出口流出的工质分为两部分，一部分工质流入第二泵7，经第二泵7加压至第二蒸发器8的蒸发压力后，从第二泵7的输出口流出，流入第二蒸发器8，经其中的低品位热源等压加热至蒸发温度后，从第二蒸发器8的输出口流出，流入膨胀机1，在膨胀机1中进行深度膨胀做功，从而带动与膨胀机1连接的发电机2进行发电，工质深度膨胀后压力和温度降低进入两相状态，从膨胀机1的输出口流出，流入第一蒸发器3进行热交换，压力和温度足够低的工质会吸收待降温空间的热量，使待降温空间的温度降低，热交换完成后从第一蒸发器3的输出口流出，作为引射流体经引射流体入口流入喷射器4，与喷射器4的工作流体混合后，压力被提高至冷凝压力后从喷射器4的喷嘴流出，流入冷凝器5过冷，然后工质再次分为两部分，一部分工质继续流入第二泵7，形成循环。从冷凝器5流出的另一部分工质流入第一泵6，经第一泵6加压至一定压力后作为工作流体经工作流体入口流入喷射器4，然后与经引射流体入口流入喷射器4的引射流体混合，两条单相流体混合后转化为两相流体，而两相流体的压力与冷凝压力相等，温度与冷凝温度相等，两相流体从喷射器4的喷嘴射出，进入冷凝器5经常温冷却液冷却放热，然后从冷凝器5的输出口流出，并分为两部分，其中一部分继续流入第一泵6，形成循环。

本实施例的有益效果包括：

①通过低品位热源同时进行发电和制冷，所需部件少，结构简单。

②利用低品位热源进行发电和制冷，实现了对低品位热源的高效回收，减少了能源的浪费，提高了能源的利用效率。

③利用喷射器4对工质进行初步升压后可通过常温冷却水对工质进行过冷，降低了对冷却水的温度要求，从而降低了系统自身的能耗，同时，喷射器4可提高膨胀机1的膨胀深度，从而提高膨胀机1输出功量，进而提高系统循环效率。

④相较于传统的压缩式制冷，本系统利用喷射器4代替了高功耗的压缩机，降低了制冷能耗。

具体的，第一蒸发器3设有制冷管道31，制冷管道31与待降温空间连通，用于将待降温空间中的空气通入第一蒸发器3与其中低温低压的工质进行热交换，将自身热量传递给工质；第二蒸发器8设有热源管道81，热源管道81用于向第二蒸发器8源源不断地通入低品位热源，让低品位热源与处于第二蒸发器8蒸发压力的工质进行热交换，将工质等压加热至蒸发温度；冷凝器5设有冷却管道51，冷却管道51用于向冷凝器5源源不断地通入常温冷却液，以通过常温冷却液将经喷射器4升压后的工质的热量带走，让工质在流入第一泵6和第二泵7前过冷，防止第一泵6和第二泵7发生空化。需要说明的是，制冷管道31、热源管道81、冷却管道51和连接各个部件之间的管道是相互独立的。

具体的，第一泵6的压力小于第二泵7的压力，更具体地说，第一泵6为低压泵，第二泵7为高压泵。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种冷电联供系统，其特征在于，包括：

膨胀机、发电机、第一蒸发器、第二蒸发器、喷射器、冷凝器、第一泵和第二泵；

所述膨胀机的输入口与所述第二蒸发器的输出口连通，输出口与所述第一蒸发器的输入口连通，并与所述发电机连接，以驱动所述发电机进行发电；

所述喷射器的引射流体入口与所述第一蒸发器的输出口连通，工作流体入口与所述第一泵的输出口连通，喷嘴与所述冷凝器的输入口连通；

所述第一泵和所述第二泵的输入口均与所述冷凝器的输出口连通；

所述第二泵的输出口与所述第二蒸发器的输入口连通；

所述第一蒸发器用于供工质与待降温空间进行热交换，将待降温空间的热量转移给工质，使得待降温空间的温度降低；

所述第二蒸发器用于供工质与低品位热源进行热交换，将低品位热源的热量转移给工质，使得工质等压加热至蒸发温度；

所述第一蒸发器设有制冷管道，所述制冷管道与待降温空间连通；

所述第二蒸发器设有热源管道，所述热源管道用于通入热源；

所述冷凝器设有冷却管道，所述冷却管道用于通入常温冷却液。

2.根据权利要求1所述的一种冷电联供系统，其特征在于：

所述第一泵的压力小于所述第二泵的压力。