專利名稱：吸附式低溫?zé)嵩窗l(fā)電制冷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制冷技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種吸附式低溫?zé)嵩窗l(fā)電制冷 方法。
背景技術(shù)：
統(tǒng)計表明，350匸以下的低溫余熱總量約占工業(yè)產(chǎn)熱總量的50%左右。在實 際應(yīng)用中，由于缺乏有效的回收利用方式，大部分低溫余熱被直接排放到環(huán)境中， 這樣既浪費了大量能源，又對周圍環(huán)境構(gòu)成了嚴重的熱污染。低溫循環(huán)低溫余熱 發(fā)電技術(shù)是一種有效的低溫余熱回收利用方法，它通常以有機物工質(zhì)作為能量的 載體，將低品位熱能轉(zhuǎn)化為電能。當熱源溫度低于27(TC時，低溫朗肯循環(huán)工質(zhì) 選擇范圍廣，針對性強，設(shè)備要求相對簡單，與常規(guī)的水蒸氣朗肯循環(huán)相比，具 有更高的能源利用率。
吸附式制冷方法最初由Faraday于1848年發(fā)現(xiàn)。20世紀70年代，伴隨著 能源危機的產(chǎn)生，吸附式制冷技術(shù)得到了發(fā)展。進入90年代后，由于氟利昂破 壞臭氧層問題以及二氧化碳溫室氣體的排放問題引起了越來越多的關(guān)注，關(guān)于吸 附式制冷技術(shù)研究進一步加速。目前，憑借著其節(jié)能環(huán)保，操作方便，適用范圍 廣等優(yōu)點，吸附式制冷技術(shù)已經(jīng)成為制冷學(xué)界研究中的一個熱點問題。
經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)eng Xu等在《能源》雜志2000年第25 巻233 — 246頁上發(fā)表了一篇題目為"一種發(fā)電制冷循環(huán)"的文章，(Xu， F.， Go swam i ， D. Y. ， and Bhagwat ， S. S. ， 2000， "A Combined Power/Cooling Cycle, "Energy, 25， pp. 233-246.)該系統(tǒng)將低溫朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)與吸收式 制冷技術(shù)相結(jié)合，選擇二元溶液作為工質(zhì)，將低品位熱能轉(zhuǎn)化為電能和冷量同時 輸出，提出了一套低品位熱能回收利用的新方案。但該技術(shù)存在一定的不足在 制冷過程中，工質(zhì)沒有發(fā)生相變，主要依靠工質(zhì)顯熱變化實現(xiàn)制冷，因此制冷量 受到了一定的限制。

發(fā)明內(nèi)容
3本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種吸附式低溫余熱發(fā)電制
冷方法，旨在合理利用低溫余熱資源，提高冷電聯(lián)供系統(tǒng)的制冷性能，簡化系統(tǒng)
結(jié)構(gòu)，促進其實用化。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟-
第一步，液態(tài)二元工質(zhì)由工質(zhì)泵加壓送到蒸汽發(fā)生器中加熱。本發(fā)明選擇二
元工質(zhì)作為循環(huán)工質(zhì)，該二元工質(zhì)由兩種不同沸點的工質(zhì)組成，其中沸點較低的
工質(zhì)具有揮發(fā)性。
第二步，蒸汽發(fā)生器中的熱源可以采用太陽能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能，或各種 低溫余熱。二元工質(zhì)在蒸汽發(fā)生器中被熱源加熱后，低沸點易揮發(fā)的成分達到飽 和蒸汽或者過熱蒸汽狀態(tài)，從蒸汽發(fā)生器的氣態(tài)工質(zhì)出口流出，液態(tài)高沸點工質(zhì) 從蒸汽發(fā)生器的液態(tài)工質(zhì)出口流出。
第三步，從蒸汽發(fā)生器出來的氣體工質(zhì)進入透平，推動透平做功，并由發(fā)電 機轉(zhuǎn)化為電能輸出。
第四步，在蒸汽發(fā)生器中剩余的液態(tài)高沸點工質(zhì)流入吸附式制冷機，液態(tài)高 沸點工質(zhì)在吸附式制冷機中放熱，并輸出冷量。
第五步，吸附式制冷機流出的液態(tài)高沸點工質(zhì)進入節(jié)流閥減壓節(jié)流。
第六步，透平出口流出的氣態(tài)低沸點工質(zhì)在吸收器中被節(jié)流閥出口流出的液 態(tài)高沸點工質(zhì)吸收，向冷卻水放熱的同時，變成二元工質(zhì)，進入循環(huán)重新利用， 從而完成整個循環(huán)過程，實現(xiàn)系統(tǒng)電量和冷量的同時輸出。
本發(fā)明以太陽能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能，或各種工業(yè)余熱作為熱源，冷卻水可 以由地下水、河水、湖水或海水提供，并以其作為冷源，組成封閉循環(huán)系統(tǒng)，向 用戶輸出電能、冷量。在系統(tǒng)工作過程中，液態(tài)二元工質(zhì)經(jīng)由工質(zhì)泵提高壓力， 在蒸汽生成裝置中利用余熱加熱，在加熱過程中，通過精餾等手段使二元工質(zhì)中 沸點較低的工質(zhì)變?yōu)轱柡突蛘哌^熱氣體狀態(tài)，過熱氣體進而推動透平旋轉(zhuǎn)，并帶 動發(fā)電機組向外輸出電功。在蒸汽生成裝置中剩余的液態(tài)工質(zhì)同樣被余熱加熱， 并進入吸附式制冷機放熱產(chǎn)生冷量。在吸附式制冷機中放熱后的液態(tài)工質(zhì)經(jīng)過節(jié) 流閥減壓，達到吸收器工作壓力。透平出口的氣體工質(zhì)在吸收器中被節(jié)流閥流出 的液體工質(zhì)吸收，并在冷卻水冷卻作用下重新成為二元工質(zhì)，該二元工質(zhì)重新被 工質(zhì)泵提高壓力，完成循環(huán)。在整個循環(huán)過程中，低品位的熱能不斷被回收利用，同時，系統(tǒng)不斷向用戶輸出電能和冷量，從而實現(xiàn)利用低溫余熱發(fā)電制冷。
本發(fā)明中選擇的二元工質(zhì)由兩種不同沸點的非共沸工質(zhì)組成，為了確保透平 出口工質(zhì)為氣態(tài)，低沸點工質(zhì)應(yīng)具有揮發(fā)性。同時，蒸汽發(fā)生器的工作溫度應(yīng)在 工質(zhì)對兩種組分的沸點之間，以實現(xiàn)在加熱過程中將兩種組分有效分離。該二元 工質(zhì)可以選擇氨水或自然工質(zhì)，氟利昂等的混合物。通過調(diào)節(jié)二元工質(zhì)中各個組 分濃度可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電冷比。當?shù)头悬c組分增加時，系統(tǒng)電冷比增加，當?shù)头?點組分減小時，系統(tǒng)電冷比減小。
整個循環(huán)過程所需要的電力可以由系統(tǒng)自身提供，并有額外電能和冷量的輸 出，滿足用戶的負荷要求。
所述蒸汽發(fā)生器工作溫度在蒸汽發(fā)生器工作壓力下、兩種工質(zhì)的沸點之間。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過一種二元工質(zhì)將低溫朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)同吸附 式制冷系統(tǒng)有機的結(jié)合起來，實現(xiàn)了合理利用低品位能量，同時滿足了用戶電量 和冷量的需求。本發(fā)明不僅提出了一套新型的低溫余熱回收方法，有效的提高了 余熱回收過程中的整體能量利用率，強化了系統(tǒng)的制冷效果，而且整個過程安全 可靠，潔凈環(huán)保。


圖1為本發(fā)明實施例流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下 進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限 于下述的實施例。
如圖1所示，本實施例所采用的系統(tǒng)由工質(zhì)泵1、蒸汽發(fā)生器2、透平3、 發(fā)電機4、吸收器5、吸附式制冷機6、節(jié)流閥7等部件以及各部件之間的管道 組成。其中工質(zhì)泵l出口與蒸汽發(fā)生器2工質(zhì)入口相連，蒸汽發(fā)生器2氣態(tài)工質(zhì) 出口與透平3工質(zhì)入口相連，透平3工質(zhì)出口與吸收器5氣體工質(zhì)入口相連，透 平3主軸與發(fā)電機4主軸相連，蒸汽發(fā)生器2液體工質(zhì)出口與吸附式制冷機6 工質(zhì)入口相連，吸附式制冷機6工質(zhì)出口與節(jié)流闊7工質(zhì)入口相連，節(jié)流閥7 工質(zhì)出口與吸收器5液態(tài)工質(zhì)入口相連，吸收器5工質(zhì)出口與工質(zhì)泵1工質(zhì)入口 相連。實施例以質(zhì)量濃度為50%的氨水為例，采用余熱溫度12(TC ，蒸汽發(fā)生器 蒸發(fā)壓力20bar，吸收器工作壓力10bar，冷卻水溫度2(TC，來說明循環(huán)流程， 具體實施過程中所涉及的參數(shù)不對本發(fā)明構(gòu)成限制。
1. 約40'C的液態(tài)氨水工質(zhì)由工質(zhì)泵提高壓力至20bar，送入蒸汽發(fā)生器中加
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2. 液態(tài)氨水工質(zhì)在蒸汽發(fā)生器中被120'C左右的低溫余熱加熱至約ll(TC， 壓力20bar。在加熱過程中，氨變?yōu)檫^熱蒸汽從蒸汽發(fā)生器的氣態(tài)工質(zhì)出口流出， 其余液態(tài)部分從蒸汽發(fā)生器的液態(tài)工質(zhì)出口流出。
3. 從蒸汽發(fā)生器中流出的過熱氨氣進入透平，推動透平旋轉(zhuǎn)做功并輸出功 率，該功率可由發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電力輸出。經(jīng)過透平后的氨氣壓力降低到10bar， 在理想情況下，溫度會降低到4(TC，仍為過熱蒸汽。
4. 從蒸汽發(fā)生器中流出的其余液態(tài)部分工質(zhì)進入吸附式制冷機，液態(tài)工質(zhì) 在吸附式制冷劑中放熱，吸附式制冷機對外輸出冷量。吸附式制冷機工質(zhì)出口溫 度約為60。C。
5. 吸附式制冷機流出的液態(tài)工質(zhì)經(jīng)過節(jié)流閥減壓至10bar。
6. 從節(jié)流閥流出的液態(tài)工質(zhì)與透平出口氨氣進入吸收器中，在冷卻水冷卻 下，透平出口的氨氣被節(jié)流閥流出的液態(tài)工質(zhì)吸收，重新變?yōu)?(TC左右的液態(tài) 氨水，從而完成整個循環(huán)過程，實現(xiàn)系統(tǒng)電量和冷量的同時輸出。
該系統(tǒng)將低溫朗肯循環(huán)與吸附式制冷循環(huán)相結(jié)合，以二元工質(zhì)作為載體，可 以利用太陽能，地?zé)崮?，生物質(zhì)能，各種工業(yè)余熱作為系統(tǒng)熱源。實現(xiàn)了同時向 用戶輸出電量和冷量的目的。
權(quán)利要求
1、一種吸附式低溫?zé)嵩窗l(fā)電制冷方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，液態(tài)二元工質(zhì)由工質(zhì)泵加壓送到蒸汽發(fā)生器中加熱，所述二元工質(zhì)由兩種不同沸點的工質(zhì)組成，其中沸點低的工質(zhì)具有揮發(fā)性；第二步，二元工質(zhì)在蒸汽發(fā)生器中被熱源加熱后，低沸點易揮發(fā)的成分達到飽和蒸汽或者過熱蒸汽狀態(tài)，從蒸汽發(fā)生器的氣態(tài)工質(zhì)出口流出，液態(tài)高沸點工質(zhì)從蒸汽發(fā)生器的液態(tài)工質(zhì)出口流出；第三步，從蒸汽發(fā)生器出來的氣體工質(zhì)進入透平，推動透平做功，并由發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能輸出；第四步，在蒸汽發(fā)生器中剩余的液態(tài)高沸點工質(zhì)流入吸附式制冷機，液態(tài)高沸點工質(zhì)在吸附式制冷機中放熱，并輸出冷量；第五步，吸附式制冷機流出的液態(tài)高沸點工質(zhì)進入節(jié)流閥減壓節(jié)流；第六步，透平出口流出的氣態(tài)低沸點工質(zhì)在吸收器中被節(jié)流閥出口流出的液態(tài)高沸點工質(zhì)吸收，向冷卻水放熱的同時，變成二元工質(zhì)，進入循環(huán)重新利用，從而完成整個循環(huán)過程，實現(xiàn)系統(tǒng)電量和冷量的同時輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附式低溫?zé)嵩窗l(fā)電制冷方法，其特征是，所述 二元工質(zhì)，通過調(diào)節(jié)其組分濃度實現(xiàn)系統(tǒng)的電冷比調(diào)節(jié)，當?shù)头悬c組分增加時， 系統(tǒng)電冷比增加，當?shù)头悬c組分減小時，系統(tǒng)電冷比減小。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附式低溫?zé)嵩窗l(fā)電制冷方法，其特征是，所述 蒸汽發(fā)生器工作溫度在蒸汽發(fā)生器工作壓力下、二元工質(zhì)的沸點之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的吸附式低溫?zé)嵩窗l(fā)電制冷方法，其特征 是，所述二元工質(zhì)為氨水。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能源技術(shù)領(lǐng)域的吸附式低溫?zé)嵩窗l(fā)電制冷方法，以各種低溫余熱作為系統(tǒng)熱源組成封閉循環(huán)系統(tǒng)。選擇二元工質(zhì)作為循環(huán)工質(zhì)，二元工質(zhì)中低沸點工質(zhì)應(yīng)具有揮發(fā)性。液態(tài)二元工質(zhì)由工質(zhì)泵送入蒸汽發(fā)生器中加熱。二元工質(zhì)中的低沸點工質(zhì)變?yōu)轱柡突蜻^熱狀態(tài)，并推動透平旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機組輸出電功。蒸汽發(fā)生器中其余液態(tài)工質(zhì)流入吸附式制冷機中放熱，實現(xiàn)制冷。吸附式制冷機流出的液態(tài)工質(zhì)經(jīng)過節(jié)流閥減壓節(jié)流至吸收器工作壓力，并在吸收器中將透平出口流出的低沸點工質(zhì)吸收。在冷卻水的冷卻下，吸收器中的二元工質(zhì)重新達到工質(zhì)泵入口工作狀態(tài)，完成循環(huán)。從而實現(xiàn)利用低溫?zé)嵩赐瑫r發(fā)電制冷。
文檔編號F25B27/00GK101520253SQ20091004824
公開日2009年9月2日 申請日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者周定賢, 張振巖, 秦鈺奇, 翁一武, 彬 鄭 申請人:上海交通大學(xué)