CN1249418A - 增压闪蒸制冷方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的增压闪蒸制冷方法和装置,利用常压下汽化点低于常温的液态低沸点工质与具有常温的载冷剂之间的能量转换,提供低温载冷剂供冷量用户使用。利用低品位(t< 250℃)热能加热了的高压汽态低沸点工质在背压汽轮机中的绝热膨胀,带动发电机发电对外输出电能。利用冷却介质,将汽态低沸点工质冷凝成液态工质,使循环得以继续。本发明的方法和装置大大降低用于制冷的能量消耗和大大地提高低品位热能利用率,可在需要冷量与电能的场所使用。

Description

增压闪蒸制冷方法和装置
本发明涉及一种以低品位(t＜250℃)能热为能源，以低沸点工质为循环制冷作功工质的，用常温较高压力液态低沸点工质闪蒸制冷的方法与装置。
目前应用最广泛的制冷方法是蒸气压缩式制冷。其原理如图1。制冷循环时，低沸点的常温高压液态工质，经节流阀2节流，成为低温低压液态工质，进入蒸发器1与常温载冷剂进行热交换。常温载冷剂放出热量，温度降低，成为低温载冷剂，供冷量用户使用。低温低压液态工质，吸收热量，蒸发汽化，成为常温低压气态工质。该常温低压气态工质进入压缩机3，被压缩成高温高压气态工质，进入冷凝器4与冷却介质进入热交换，放出热量，被冷却成常温高压液态工质，再经节流阀2节流，循环运行制冷。
传统的压缩制冷方式，由于其主要的工作过程为将常温低压气态工质用压缩机压缩成高温高压气态工质，也就是说是以机械压缩的方法为基础来维持它的运行的，所以在工作的进程中不但有很高的能量消耗，而且伴有严重的噪声。另外，长时间的工作，制冷工质也会慢慢地损失，制冷效果会减低，需要时时地进行维修和维护。
本发明的目的在于，对传统的制冷方法进行变革，创建一种对低沸点的液态工质进行增压闪蒸的制冷方法与相应的制冷装置。
本发明的目的还在于，在本发明的增压闪蒸制冷方法及装置的基础上，进行适当的改进，提供一种利用低品位(t＜250℃)热能为热源，以低沸点工质为循环工质的制冷发电方法。
本发明的目的是通过以下的方法来实现的：
利用泵增压的技术，对在常压下汽化点低于常温的低温低压液态工质进行增压处理，使液态工质具备一定压力，使其凭借该压力在制冷系统或制冷发电系统中循环运行；
利用在常压下汽化点低于常温的低温高压液态工质与常温载冷剂之间的能量转换，常温载冷剂放出热量，温度降低，成为低温载冷剂，供冷量用户使用；在此过程中低温高压液态工质吸收热量，温度升高，变成常温高压液态工质或汽液态混合工质；
利用冷却介质冷却汽态工质，使其冷凝成为常温次高压力液态工质；
利用闪蒸技术，将具有次高压力的常温汽态工质引入节流装置进行节流，在此过程中，压力骤降，发生闪蒸，产生冷量；供下一循环继续向冷量用户提供冷量。
本发明的另一目的完成是在上述方法的基础上，在增压进程和闪蒸进程俩主进程的中间，将较高压或高压汽态工质导入背压汽轮机绝热膨胀，带动发电机发电，上述的方法成为一种同时又可制冷又可发电的方法。
本发明的制冷装置包括了一液态工质贮罐，一低温液态工质输送装置，一换热装置，一射流装置，一冷凝装置和一节流装置。
本发明的制冷装置在运行时，液态工质贮罐内的低温低压液态工质经低温液态工质输送装置加压以后成为低温高压液态工质，泵入换热装置，与常温载冷剂进行热交换。常温载冷剂放出热量，温度降低成为低温载冷剂，供冷量用户使用，低温高压液态工质吸收热量，温度升高，成为常温高压液态工质或汽液态混合工质。
常温高压液态工质作为射流装置的，也就是射流器的动力源，引射从工质贮罐内导出的在后面将要介绍的闪蒸过程中所产生的低温低压汽态工质。从液态工质贮罐中导出的汽态的和从换热装置排出的常温高压液态工质经射流器混合后，成为常温较高压力的汽液态混合工质进入冷凝器。
在冷凝器中，常温较高压力的汽液态混合工质与冷凝器中冷却介质进行热交换，常温较高压力的汽液态混合工质放出热量，被冷凝成常温较高压力的液态工质；而冷却介质吸收热量，温度升高，从冷凝器中导出。
从冷凝器中出来的常温较高压力的液态工质被导入节流阀，在节流过程中，压力骤降，发生闪蒸，生成新的冷量。常温较高压力的液态工质成为低温低压的液态工质，被送入工质贮罐。供下一个循环继续运行。
在本发明的制冷方法和装置中，由于没有使用压缩机压缩制冷的过程，在工作过程中能量消耗低，噪声小。较压缩制冷过程可以节电50％。
下面结合附图对本发明的增压闪蒸制冷方法及装置进行详细的说明。
图1为先有技术中的传统的机械压缩式制冷方法的示意图，
图2为本发明的增压闪蒸制冷装置的实施例，
图3为本发明的增压闪蒸制冷发电装置的第一实施例。
图4为本发明的增压闪蒸制冷发电装置的第二实施例。
图5为本发明的增压闪蒸制冷发电装置的第三实施例。
图2为本发明的增压闪蒸制冷装置的实施例，本发明的制冷装置包括了一液态工质贮罐，一低温液态工质输送装置，一换热装置，一射流装置，一冷凝装置和一节流装置。
在图中，标号1表示了一个低温低压液态工质贮罐。液态工质贮罐1的出口与液态工质输送泵2的入口端相接。液态工质输送泵2的出口端与换热器3内腔的入口端相接。输送泵2的功能是将从工质贮罐1出来的低温低压液态工质增压，再将增压后的低温高压液态工质泵入换热器3的内腔。
低温高压液态工质在压力下通过换热器3的内腔时，与换热器的外腔流过的常温载冷剂进行热交换。常温载冷剂从换热器3的A端流入换热器的外腔，与内腔中通过的低温高压液态工质进行热量交换。常温载冷剂放出热量，温度降低，成为低温载冷剂，从换热器外腔的B端输出，供冷量用户使用。内腔的低温高压液态工质吸收热量，温度升高，成为常温高压液态工质或汽液态混合工质，从换热器内腔的输出端输入与其相接的射流装置4。
射流装置4，也可称为射流器4的出口端与冷凝器5的内腔的输入端相接。射流器4还有一个入口与工质贮罐1的上方出口相联。当常温高压液态工质或汽液态混合工质在高压的驱动下，通过射流装置时，它作为射流器4的动力源，将工质贮罐内贮有的在后面将要介绍的闪蒸过程中所产生的低温低压汽态工质从贮罐中导出。从贮罐中导出的汽态的和从换热装置排出的常温高压液态工质或汽液态混合工质经射流器4混合后，成为常温较高压力的汽液态混合工质进入冷凝器5的内腔的输入端。
冷凝器5的内腔的输出端与节流装置，即节流阀6的输入端相连。冷却介质，例如冷却水从冷凝器5的外腔的输入端C输入，与内腔通过的常温较高压力的汽液态混合工质进行热交换，常温较高压力的汽液态混合工质放出热量，被冷凝成常温较高压力的液态工质；而冷却介质吸收热量，温度升高，从冷凝器5外腔的输出端导出。
从冷凝器5中出来的常温较高压力的液态工质被导入节流阀6进行节流，在节流过程中，压力骤降，发生闪蒸，生成新的冷量。常温较高压力的液态工质被节流成为低温低压的液态工质，送入工质贮罐1。供下一个循环继续运行。
图3为本发明的增压闪蒸制冷发电装置的第一实施例。在图中，标号1表示了一个液态工质贮罐。液态工质贮罐1的出口与液态工质输送泵2的入口端相接。输送泵2的出口端与换热器3-1，3-2内腔的入口端相接。低温液态工质经输送泵2被送入换热器3中。
换热器3是一个双效换热器。从常温载冷剂入口C导入的常温载冷剂在换热器3-1中与内腔中的低温液态工质进行热交换。常温载冷剂放出热量，温度降低成为低温载冷剂，从换热器外腔的D端输出，供冷量用户使用。从高温热源载热体入口A导入的载热体在换热器3-2中与内腔中的低沸点工质进行热交换，放出热量，温度降低成为常温载热体，从换热器外腔的B端输出。内腔中的低沸点工质吸收载热体的热量，蒸发汽化，变成具有一定温度的高压汽态作功工质。
高压汽态作功工质从蒸发器3-2中流出，经射流器4进入背压汽轮机7绝热膨胀，带动发电机8发电，对外输出电能，泛汽从汽轮机7的尾部排出，内能减少，温度降低，成为常温一定压力的饱和汽态工质，进入双效冷凝器5。
冷凝器5的内腔的输入端与节流装置，即节流阀6的输入端相连。冷却介质，例如冷却水从冷凝器5-2的外腔的输入端E输入，与内腔通过的常温饱和汽态作功工质进行热交换，将其冷凝成常温一定压力的液态工质；而冷却介质吸收热量，温度升高，从冷凝器5-2外腔的输出端F导出。
从冷凝器5中出来的常温液态工质被导入节流阀6进行节流，生成低温低压液态工质回到液态工质贮罐1。供下一个循环继续运行。
在冷凝液态工质经节流阀6节流时，因闪蒸产生了少量的饱和汽态工质，这些汽态的工质聚集在液态工质贮罐1的顶部。它们可从液态工质贮罐1中导出，进入冷凝器5-1，与汽轮机排出的泛汽进行热交换，吸收热量，温度增高，成为过热汽态工质，进入射流装置4被引射，与主流高压汽态工质一起，进入汽轮机7绝热膨胀作功，一起循环运行，制冷，发电。
图4为本发明的增压闪蒸制冷发电装置的第二实施例。在图4中编号1-8所表示的部件与在图3中的第一实施例所表示的相同。下面仅就两个实施例之间的不同之处加以说明。
在本实施例中，所使用的热源可以是太阳能，地热能及低品位(t＜250℃)的工业余热或低污染的燃油，燃气提供的工业热能。
低沸点液态工质在双效换热器的第一部分3-1中吸收了载冷剂的热量以后，温度有所升高，进入双效换热器的第二部分3-2。具有低品位(t＜250℃)热能的热源载热体从A处进入换热器，与低沸点工质进行热交换，放出热量，温度降低，从G处流出，再进入四效冷凝器的5-4和5-3部分，最后从B处流出。低沸点液态工质在换热器3-2吸收了载热体的热量以后，蒸发汽化，成为具有一定温度的高压的汽态作功工质。
在冷凝液态工质经节流阀6节流时，因闪蒸产生了少量的饱和汽态工质，这些汽态的饱和工质聚集在液态工质贮罐1的顶部。它们可从液态工质贮罐1中导出，先进入过热器9，后进入冷凝器5-1，与汽轮机排出的泛汽进行热交换，吸收热量，温度升高，成为过热汽态工质，进入射流装置4被引射，与主流高压汽态工质一起，进入汽轮机7绝热膨胀作功，一起循环运行，制冷，发电。
图5为本发明的增压闪蒸制冷发电装置的第三实施例。在图5中编号1-8所表示的部件与在图3中的第一实施例所表示的相同。下面仅就两个实施例之间的不同之处加以说明。
在本实施例中，所使用的热源和低温载冷剂可以是高效除尘含硫烟气。在利用本发明方法和装置进行制冷发电的同时，还能对烟气中的二氧化硫进行回收。
在本实施例中，有一个三效过热器，热源载热体(含二氧化硫烟气)从A处进入三效过热器的第三部分9-3，再经过双效换热器3-2和3-1，与其中低温工质进行热交换，放出热量，温度降低，成为低温载冷剂供冷量用户使用。
在冷凝液态工质经节流阀6节流时，因闪蒸产生了少量的饱和汽态工质，这些汽态的饱和工质聚集在液态工质贮罐1的顶部。它们可从液态工质贮罐1中导出，先进入过热器9-1再进入过热器9-2和9-3，与热介质进行热交换，吸收热量，温度升高，成为过热汽态工质，进入射流装置4被引射，与主流高压汽态工质一起，进入汽轮机7绝热膨胀作功，一起循环运行，制冷，发电。
上面所介绍的几个实施例，只是利用增压闪蒸方法进行制冷发电的具体实例。当然，普通技术人员在本发明的思想的启发之下，不经过创造性的构思可以得到其它的构形，这些都属于本发明方法和装置的专利保护范围。

Claims (17)

1.一种增压闪蒸制冷方法，其特征在于，该方法包括以下几个步骤：
增压：利用泵增压的技术，对在常压下汽化点低于常温的低温低压液态工质进行增压处理，使液态工质具备一定压力，使其凭借该压力在制冷系统中循环运行；
制冷：利用在常压下汽化点低于常温的低温高压液态工质与常温载冷剂之间的能量转换，常温载冷剂放出热量，温度降低，成为低温载冷剂，供冷量用户使用；在此过程中低温高压液态工质吸收热量，温度升高，变成常温高压液态工质或汽液态混合工质；
冷却：利用冷却介质冷却汽态工质，使其冷凝成为常温较高压力液态工质；
闪蒸：利用闪蒸技术，将具有较高压力的常温液态工质引入节流装置进行节流，在此过程中，压力骤降，发生闪蒸，产生冷量；供下一循环继续向冷量用户提供冷量。
2.一种根据权利要求2的增压闪蒸制冷方法，其特征在于，还包括以下步骤：
射流：将在节流时，因闪蒸产生的聚集在液态工质贮罐顶部的汽态工质，从液态工质贮罐中导出，引入射流装置，与主射流液态工质一起参与循环。
3.一种根据权利要求2的增压闪蒸制冷方法，其特征在于，
所用的制冷工质为低沸点工质，其汽化点在常压下低于常温。
4.一种增压闪蒸制冷发电方法，其特征在于，包括以下步骤：
增压：利用泵增压的技术，对在常压下汽化点低于常温的低温低压液态工质进行增压处理，使液态工质具备一定压力，使其凭借该压力在制冷发电系统中循环运行；
制冷：利用在常压下汽化点低于常温的低温高压液态工质与常温载冷剂之间的能量转换，常温载冷剂放出热量，温度降低，成为低温载冷剂，供冷量用户使用；在此过程中低温高压液态工质吸收热量，温度升高，变成常温高压液态工质或汽液态混合工质；
射流：将在节流时，因闪蒸产生的聚集在液态工质贮罐顶部的汽态工质，从液态工质贮罐中导出，引入射流装置，与主射流汽态工质一起参与循环；
发电：在射流过程以后，将较高压或高压汽态工质导入背压汽轮机绝热膨胀，带动发电机发电；
冷却：利用冷却介质冷却汽态工质，使其冷凝成为常温次高压力液态工质；
闪蒸：利用闪蒸技术，将具有次高压力的常温液态工质引入节流装置进行节流，在此过程中，压力骤降，发生闪蒸，产生冷量；供下一循环继续向冷量用户提供冷量。
5.一种根据权利要求4的增压闪蒸制冷发电方法，其特征在于，
在将聚集在液态工质贮罐顶部的汽态工质引入到射流装置以前，将其导入冷凝器，与汽轮机排出的泛汽进行热交换，使其成为过热汽态工质，再进入射流装置。
6.一种根据权利要求5的增压闪蒸制冷发电方法，其特征在于，
由射流装置输出的过热汽态工质，与主射流高压汽态工质一起，进入汽轮机绝热膨胀作功，一起循环运行，制冷，发电。
7.一种根据权利要求4-6的增压闪蒸制冷发电方法，其特征在于，
所用的制冷发电工质为低沸点工质，其汽化点在常压下低于常温。
8.一种根据权利要求7的增压闪蒸制冷发电方法，其特征在于，
所消耗的热能是太阳能，地热能及低品位(t＜250℃)的工业余热或低污染的燃油，燃气提供的工业热能。
9.一种根据权利要求7的增压闪蒸制冷发电方法，其特征在于，
所消耗的热能为含二氧化硫烟气所带的热能，或矿物能源燃烧排放烟气所含热能。
10.一种根据权利要求9的增压闪蒸制冷发电方法，其特征在于，
所用的载冷剂为液体，气体或脱二氧化硫烟气。
11.一种增压闪蒸制冷装置，包括一液态工质贮罐，一低温液态工质输送装置，一换热装置，一冷凝装置和一节流装置；
其特征在于：还包括一射流装置，
液态工质贮罐(1)的出口与液态工质输送泵(2)的入口端相接，液态工质输送泵(2)的出口端与换热器(3)内腔的入口端相接；
换热器(3)的外腔的输入端为常温载冷剂的输入端，输出端为低温载冷剂输出端；换热器(3)内腔的输出端与射流装置(4)相接；
射流装置(4)还有一个入口与工质贮罐(1)的上方出口相联，射流装置4的输出端与冷凝器(5)的内腔的输入端相接，
冷凝器(5)的内腔的输出端与节流装置(6)的输入端相连，冷却介质从冷凝器(5)的外腔的输入端C输入，温度升高的冷却介质从冷凝器(5)外腔的输出端导出；
节流装置(6)与液态工质贮罐(1)相联。
12.一种增压闪蒸制冷发电装置，包括一液态工质贮罐，一低温液态工质输送装置，一换热装置，一冷凝装置和一节流装置；
其特征在于：还包括一射流装置，一背压式汽轮机和一发电机，
液态工质贮罐(1)的出口与液态工质输送泵(2)的入口端相接，液态工质输送泵(2)的出口端与换热器(3)内腔的入口端相接；
换热器(3)的外腔的输入端为常温载冷剂的输入端，输出端为低温载冷剂输出端；换热器内腔的输出端与射流装置(4)相接；
射流装置(4)还有一个入口与工质贮罐(1)的上方出口相联，射流装置(4)的出口端与背压式汽轮机(7)相接；
发电机(8)与背压式汽轮机(7)相接，汽轮机(7)的泛汽出口与冷凝器(5)的内腔的输入端相接；
冷凝器(5)的内腔的输出端与节流装置(6)的输入端相连，冷却介质从冷凝器(5)的外腔的输入端输入，温度升高的冷却介质从冷凝器(5)外腔的输出端导出；
节流装置(6)与液态工质贮罐(1)相联。
13.根据权利要求12的增压闪蒸制冷发电装置，其特征在于：
所说的换热器(3)是一个双效换热器，第一部分(3-1)用于输出载冷剂，第二部分(3-2)用于提供有一定温度的高压汽态作功工质。
14.根据权利要求13的增压闪蒸制冷发电装置，其特征在于：
所说的冷凝器(5)为一个双效冷凝器，第一部分(5-1)用于对从液态工质贮罐(1)的顶部出来的在闪蒸过程产生的汽态工质加热，第二部分(5-2)用于对循环工质进行冷凝。
15.根据权利要求12的增压闪蒸制冷发电装置，其特征在于：
所说的冷凝器(5)为一个四效冷凝器。
16.根据权利要求12的增压闪蒸制冷发电装置，其特征在于：
还包括一个过热器(9)，用于对从液态工质贮罐(1)的顶部出来的在闪蒸过程产生的汽态工质提供能量。
17.根据权利要求16的增压闪蒸制冷发电装置，其特征在于：
所说的过热器(9)为一个三效过热器。
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