吸收式冷功联供循环系统和吸收式冷功联供方法

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

本发明公开了一种吸收式冷功联供循环系统（以下简称循环系统），需要注意的是以下附图中的箭头方向示出了工质在其中的流动方向。

图5是根据本发明一个实施方式的吸收式冷功联供循环系统500的示意图。循环系统500采用非共沸溶液作为工作介质。非共沸点溶液可以为氨水溶液、乙胺的水溶液、甲胺的水溶液、或者硫氰酸钠与氨的混合溶液等。非共沸点溶液还可以为溴化锂的水溶液、氯化锂的水溶液、碘化锂的水溶液、或氯化钙的水溶液等。非共沸点溶液还可以为甲醇与溴化锂的混合溶液、甲醇与溴化锌的混合溶液、或者甲醇、溴化锂和溴化锌的混合溶液等。此外，非共沸点溶液还可以为R21、R22与四乙醇二甲基乙醚等有机物组成的混合溶液。

循环系统500包括顺次连接成环路的蒸汽发生器501、第一级气液分离器502、透平机503、第二级气液分离器505、冷凝器506、节流装置507、制冷蒸发器508、吸收器509、循环泵510和回热器511。其中，所述顺次连接的方向是工质在上述环路中的流动方向。

蒸汽发生器501中设置有热源管道516，热源通入热源管道516中，工作介质在蒸汽发生器501中被加热后产生蒸汽，由于只需要产生蒸汽，因此可以使用各种热源，尤其是80℃-250℃的低温热源。第一级气液分离器502与蒸汽发生器501连接，蒸汽发生器501产生的蒸汽进入第一级气液分离器502中进行气液分离。透平机503与第一级气液分离器502连接，透平机503利用从第一级气液分离器502接收的汽态工作介质膨胀做功，输出机械功率，以驱动机械装置。例如，可以用来驱动发电机发电，或者用于工业拖动，例如拖动风机、压缩机、泵等。其中该机械装置可以为任何需要机械功率的装置，例如，发电机、风机、压缩机、泵等。根据本发明一个实施例，透平机503可以和发电机504同轴连接，以驱动发电机504输出电量。另外，在第一级气液分离器502和蒸汽发生器501之间还设置有第一通路，用于将第一级气液分离器502分离出的液态工作介质回收至蒸汽发生器501。可以理解的是，第一通路不限于图中所示的情形，该第一通路还可以为从第一级气液分离器502直接连接至蒸汽发生器501的通路。

第二级气液分离器505与透平机503连接，用于对从透平机503出来的工作介质进行进一步的气液分离。其中，第二级气液分离器505分离出的液态工作介质可以通过设置在第二级气液分离器505和吸收器509之间的第二通路，被回收至吸收器509。第二级气液分离器505分离出汽态工作介质经冷凝器506冷凝，节流装置507降压后，在制冷蒸发器508中进行蒸发吸热，并通过冷量输出管道518对外输出制冷量。其中，节流装置507可以为本领域常用的装置，例如，节流阀等。从制冷蒸发器508出来的工作介质进入吸收器509中被吸收器冷却管道519冷凝，然后进入循环泵510中升压，回热器511中预热后进入蒸汽发生器501中。

循环系统500还包括从蒸汽发生器501经由回热器511至吸收器509的反向通路，用于将在蒸汽发生器501中没有被热源管道516蒸发的工作介质经过回热器511提供给吸收器509。该反向通路可以实现工作介质回收形成循环的目的，另外，由于热源管道的加热，流经该反向通路的工作介质的温度较高，经过回热器511进行热交换后，可以对由循环泵510提供的工作介质进行预热，因此提高能源的利用率。

在反向通路上，回热器511和吸收器509之间连接有第一减压装置513。在第二通路上连接有第二减压装置514。第一减压装置513和第二减压装置514可以为常用的减压装置，例如减压阀。第一减压装置513和第二减压装置514可以调节通过第二通路和反向通路流入吸收器509的工作介质的压力，进而保证来自两条通路的工作介质有效混合。这样工作介质在根据本发明的吸收式冷功联供循环系统500中完成了一个工作循环。此外，上述部件已为本领域内的技术人员所熟知，因此对上述部件本身的结构不再详细描述。

优选地，在环路上，在回热器511和蒸汽发生器501之间连接有第一混合器512，并使第一级气液分离器502分离出的液态工作介质经由第一混合器512流入蒸汽发生器501。即第一通路是从第一级气液分离器502经由第一混合器512至蒸汽发生器501。第一混合器512可以使来自第一级气液分离器502的液态工作介质和来自回热器的工作介质在其内均匀混合。

优选地，在第一减压装置513和吸收器509之间连接有第二混合器515，并使第二级气液分离器505分离出的液态工作介质经由第二减压阀514和第二混合器515流入吸收器509。即第二通路是从第二级气液分离器505经由第二减压装置514和第二混合器515至吸收器509。第二混合器515可以使来自第二级气液分离器505的液态工作介质和来自回热器的未蒸发的工作介质在其内均匀混合。

由于氨水溶液的吸热温度曲线和热源的放热温度曲线达到很好的匹配，并且氨水溶液成本较低，优选地采用氨水溶液作为工作介质。下面将以氨水溶液作为工作介质来说明本发明的优选实施方式的循环系统。

氨水溶液在蒸汽发生器501中被加热后产生氨水湿蒸汽，由于只需要产生蒸汽，因此可以使用各种热源，尤其是80℃-250℃的低温热源。第一级气液分离器502与蒸汽发生器501连接，蒸汽发生器501产生的氨水湿蒸汽进入第一级气液分离器502中进行气液分离。经过第一级气液分离器502分离后，氨水湿蒸汽分离为第一液态贫氨溶液和第一富氨蒸汽。透平机503与第一级气液分离器502连接，透平机503利用从第一级气液分离器502接收的第一富氨蒸汽做功，输出功率以驱动机械装置。根据本发明一个实施例，透平机503可以和发电机504同轴连接，以驱动发电机504输出电量。另外，在第一级气液分离器502和蒸汽发生器501之间还设置有第一通路，用于将第一级气液分离器502分离出的第一液态贫氨溶液回收至蒸汽发生器501。可以理解的是，第一通路不限于图中所示的情形，该第一通路还可以为从第一级气液分离器502直接连接至蒸汽发生器501的通路。

第二级气液分离器505与透平机503连接，透平机503做功之后，第一富氨蒸汽形成富氨湿蒸汽。从透平机503出来的富氨湿蒸汽进入第二级气液分离器505进一步分离出第二液态贫氨溶液和第二富氨蒸汽。其中，第二液态贫氨溶液可以通过设置在第二级气液分离器505和吸收器509之间的第二通路，被回收至吸收器509。

冷凝器506与第二级气液分离器505连接，冷凝器506中设置有冷凝器冷却管道517，用于对接近纯的第二富氨蒸汽进行冷凝，以形成液态的接近纯的氨溶液。节流装置507与冷凝器506连接，用于对该氨溶液进行节流降压，而形成低干度的氨湿蒸汽。其中，节流装置507可以为本领域常用的装置，例如，节流阀等。氨湿蒸汽进入与节流装置507连接的制冷蒸发器508中进行蒸发吸热，并通过冷量输出管道518对外输出制冷量。从制冷蒸发器508出来的富氨蒸汽进入吸收器509中被吸收器冷却管道519冷凝，然后进入循环泵510中升压，回热器511中预热后进入蒸汽发生器501中。

循环系统500还包括从蒸汽发生器501经由回热器511至吸收器509的反向通路，用于将在蒸汽发生器501没有被热源管道516蒸发的氨水溶液经过回热器511提供给吸收器509。

在反向通路上，回热器511和吸收器509之间连接有第一减压装置513。在第二通路上连接有第二减压装置514。第一减压装置513和第二减压装置514可以为常用的减压装置，例如减压阀。第一减压装置513和第二减压装置514可以调节通过第二通路和反向通路流入吸收器509的工作介质的压力，进而保证来自两条通路的工作介质有效混合。这样氨水溶液在根据本发明的吸收式冷功联供循环系统500中完成了一个工作循环。

在环路上，在回热器511和蒸汽发生器501之间连接有第一混合器512，并使第一级气液分离器502分离出的第一液态贫氨溶液经由第一混合器512流入蒸汽发生器501。即第一通路是从第一级气液分离器502经由第一混合器512至蒸汽发生器501。在第一减压装置513和吸收器509之间连接有第二混合器515，并使第二级气液分离器505分离出的第二液态贫氨溶液经由第二减压阀514和第二混合器515流入吸收器509。即第二通路是从第二级气液分离器505经由第二减压装置514和第二混合器515至吸收器509。从第二混合器515出来的贫氨溶液和从制冷蒸发器508出来的富氨蒸汽一同进入吸收器509中被吸收器冷却管道519冷却，以形成液态氨水基本溶液。然后，氨水基本溶液进入循环泵510中升压，回热器511预热后，进入第一混合器512。在第一混合器512中，该氨水基本溶液和从第一级气液分离器502中分离出的第一液态贫氨溶液混合后进入蒸汽发生器501中。

本发明进一步公开了上述优选实施方式的循环系统进行吸收式冷功联供方法600，如图6所示，该方法600包括以下步骤：

步骤601，使氨水溶液在蒸汽发生器中吸收热源（尤其是80℃-250℃的低温热源）的热量并产生氨水湿蒸汽。步骤602，将该氨水湿蒸汽提供给第一级气液分离器，并由第一级气液分离器分离出第一富氨蒸汽和第一液态贫氨溶液；步骤603，将该第一富氨蒸汽提供给透平机，并由透平机膨胀做功，输出机械功率，以驱动发电机输出电量，并将该第一液态贫氨溶液经由所述第一通路提供给蒸汽发生器，以回收氨水溶液；步骤604，将该透平机排出的富氨湿蒸汽提供给第二级气液分离器，由第二级气液分离器分离出第二富氨蒸汽和第二液态贫氨溶液；步骤605，将第二富氨蒸汽经冷凝器冷凝和节流装置减压后提供给制冷蒸发器，以输出制冷量，并将第二液态贫氨溶液经由第二通路提供给吸收器；步骤606，将制冷蒸发器排出的富氨蒸汽提供给吸收器；步骤607，将蒸汽发生器中未蒸发的贫氨溶液经由反向通路提供给吸收器；步骤608，将吸收器中形成的氨水基本溶液通过循环泵增压和回热器预热后经由第一混合器提供给蒸汽发生器。

还需要理解的是，当提到“顺次连接”或者“连接”多个装置时，此“顺次连接”或者“连接”可以是直接将相邻的装置连接在一起，或者是在相邻的装置之间还可以连接有其它装置。

根据本发明的吸收式冷功联供循环系统以及方法，其采用非共沸溶液（例如，氨水溶液）作为循环工质，采用两级气液分离装置将热源同时转化为功和制冷量，可以充分利用现有技术不能利用或者很难利用的低温热源（比如80℃-250℃），有效地回收了低温热源。此外，根据本发明的循环系统和方法还充分利用了循环工质的压力能，因此，提高了热源的利用率。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。