CN110081629A - 一种多模式co2冷热电联产系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多模式CO2冷热电联产系统，包括发电系统、供热系统和制冷系统，所述发电系统的始端与所述制冷系统的始端并联设置，且并联节点位置设置有第Ⅰ三通阀；所述发电系统的末端与所述供热系统的入口连通；所述制冷系统的末端通过第Ⅱ三通阀分别与压缩机和喷射器的引射流体入口连通，所述压缩机的出口与所述供热系统的入口连通，所述供热系统的出口与所述喷射器的主流体入口连通，所述喷射器的出口通过冷凝器与所述第Ⅰ三通阀连通，以上连通为通过流通有工质的管路连通。本发明的多模式CO2冷热电联产系统，使系统能够实现多运行模式的切换，可实现冷热电负荷的大范围调节。
Description
技术领域
本发明涉及能源利用及转化技术领域，特别涉及一种多模式CO2冷热电联产系统。
背景技术
余热回收作为一种节能减排的重要技术手段受到日益广泛的关注。CO2作为一种自然工质，存在于自然界中，无毒，容易大量获得。相对传统制冷剂，且对臭氧层没有危害，且温室效应小得多。
冷热电成为余热回收系统的三种主要能量输出形式，以余热驱动的冷热电联产系统可以满足多元能量需求。对于某些特定的应用场合，冷热电三种能量的需求不同，使得冷热电联产系统需要具备大范围的调节能力。目前，以复叠式和自耦式为主的冷热电联产系统中，余热能量转化方向均侧重于热-电转化，难以具有冷热电不同需求的大范围调节功能。
因此，如何提供一种多模式CO2冷热电联产系统，使系统能够实现多运行模式的切换，且可实现冷热电负荷的大范围调节，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种多模式CO2冷热电联产系统，使系统能够实现多运行模式的切换，实现冷热电负荷的大范围调节。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种多模式CO2冷热电联产系统，包括发电系统、供热系统和制冷系统，所述发电系统的始端与所述制冷系统的始端并联设置，且并联节点位置设置有第Ⅰ三通阀；所述发电系统的末端与所述供热系统的入口连通；所述制冷系统的末端通过第Ⅱ三通阀分别与压缩机和喷射器的引射流体入口连通，所述压缩机的出口与所述供热系统的入口连通，所述供热系统的出口与所述喷射器的主流体入口连通，所述喷射器的出口通过冷凝器与所述第Ⅰ三通阀连通，以上连通为通过流通有工质的管路连通。
优选地，所述工质为CO2。
优选地，所述制冷系统包括依次连通的膨胀阀和蒸发器，所述膨胀阀的入口与所述第Ⅰ三通阀连通，所述蒸发器的出口与所述第Ⅱ三通阀的入口连通。
优选地，所述发电系统包括依次连通的气体加热器和膨胀机，所述膨胀机的传动端与发电机的主轴连接，所述气体加热器的入口与所述第Ⅰ三通阀连通，所述膨胀机的工质出口与所述供热系统连通。
优选地，所述气体加热器与所述第Ⅰ三通阀之间设置有用于对工质加压的工质泵。
优选地，所述供热系统包括供热器，所述供热器的入口分别与所述发电系统及所述压缩机连通，出口与所述喷射器的主流体入口连通。
优选地，所述第Ⅰ三通阀为高压三通阀。
优选地，所述第Ⅱ三通阀为低压三通阀。
优选地，所述系统的多模式包括大负荷热电模式、大负荷制冷模式和冷热电模式，通过调节所述第Ⅰ三通阀、第Ⅱ三通阀和压缩机的开关状态，实现系统的大负荷热电模式、大负荷制冷模式和冷热电模式的切换。
从上述技术方案可以看出，本发明提供的一种多模式CO2冷热电联产系统，发电系统与制冷系统的并联节点位置设置第Ⅰ三通阀，制冷系统通过第Ⅱ三通阀分别与压缩机和喷射器连通，压缩机的出口与供热系统的入口连通，通过调节第Ⅰ三通阀、第Ⅱ三通阀和压缩机的开关状态，实现大负荷热电模式、大负荷制冷模式和冷热电模式的多运行模式的切换，实现了冷热电负荷的大范围调节。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的多模式CO2冷热电联产系统的结构示意图。
1、工质泵，2、气体加热器，3、膨胀阀，4、蒸发器，5、压缩机，6、发电机，7、膨胀机，8、冷凝器，9、喷射器，10、供热器，11、第Ⅰ三通阀，12、第Ⅱ三通阀，A、冷却水，B、热媒，C、冷媒，D、热源。
具体实施方式
本发明公开了一种多模式CO2冷热电联产系统，使系统能够实现多运行模式的切换，实现冷热电负荷的大范围调节。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明公开了一种多模式CO2冷热电联产系统，包括发电系统、供热系统和制冷系统。
所述发电系统的始端与所述制冷系统的始端并联设置，且并联节点位置设置有第Ⅰ三通阀11。所述发电系统的末端与所述供热系统的入口连通。所述制冷系统的末端通过第Ⅱ三通阀12分别与压缩机5和喷射器9连通，压缩机5的出口与所述供热系统的入口连通，所述供热系统的出口与喷射器9连通，喷射器9的出口通过冷凝器8与所述并联节点连通。以上连通均为通过管路连通，所述管路内流通有CO2工质。
可以理解的，此处的第Ⅱ三通阀12包括一个入口两个出口，第Ⅱ三通阀12的入口与所述制冷系统的末端连通，一个出口与压缩机5的入口连通，另一个出口与喷射器9的入口连通。
第Ⅰ三通阀11包括一个入口两个出口，第Ⅰ三通阀11的入口与所述冷凝器8的出口端连通，一个出口与所述发电系统的入口连通，另一个出口与所述制冷系统的入口连通。
其中，压缩机5是将低压气体提升为高压气体的一种从动的流体机械。本发明的压缩机5，在制冷量需求较大时，从所述制冷系统出来的工质较多，其中一部分工质通过压缩机5进行加压，另一部分工质通过喷射器9引射加压。在制冷量需求较小时，压缩机5不需要工作，所述制冷系统出来的工质较少，可以直接被喷射器9引射。压缩机5根据具体的需求情况决定是否工作。
冷凝器8属于换热器的一种，能把气体或蒸气转变成液体，本发明中的冷凝器8的冷却介质为冷却水A。冷凝器8工作过程是个放热的过程，其将气态形式的CO2工质转化为液态CO2工质。
通过调节第Ⅰ三通阀11、第Ⅱ三通阀12和压缩机5的开关状态，实现多运行模式的切换，具体包括以下三种模式：
大负荷热电模式：通过调整第Ⅰ三通阀11，分配少量CO2工质进入所述制冷系统，所述制冷系统输出少量冷量，此模式下，压缩机5停机，第Ⅱ三通阀12截止进入压缩机5的工质，所述制冷系统的工质均通过引射的方式进入喷射器9；同时，第Ⅰ三通阀11分配大量CO2工质进入所述发电系统和供热系统，从而输出大量电量和大量热量。
大负荷制冷模式：通过第Ⅰ三通阀11分配大量工质进入所述制冷系统，所述制冷系统输出大量冷量，压缩机5运行，第Ⅱ三通阀12调节一部分工质引射进入喷射器9，另一部分工质进入压缩机5；同时，第Ⅰ三通阀11分配少量的工质进入所述发电系统和供热系统，通过所述发电系统输出少量电量，通过所述供热系统输出少量热量。
冷热电模式：通过第Ⅰ三通阀11分配工质到所述发电系统和制冷系统内，使进入两个系统内的工质量介于所述大负荷热电模式和大负荷制冷模式之间，此时压缩机5根据所述制冷系统工质流量的大小进行小负荷运行或停转。
通过调整第Ⅰ三通阀11和第Ⅱ三通阀12的开度及连通状态，调整系统内不同管路的工质流量，同时根据工作状态相应调整压缩机5的开关，实现系统在大负荷热电模式、大负荷制冷模式和冷热电模式之间的切换。
本发明的多模式CO2冷热电联产系统，通过调节第Ⅰ三通阀11、第Ⅱ三通阀12和压缩机5的状态，实现系统在大负荷热电模式、大负荷制冷模式和冷热电模式的多模式的切换，实现冷热电负荷的大范围调节。
在一具体实施例中，第Ⅱ三通阀12与喷射器9的引射流体入口连通，所述供热系统的出口与喷射器9的主流体入口连通。所述供热系统的工质作为工作流体，引射所述制冷系统出口的工质，提升了所述制冷系统的工质流体的压力。
具体的，所述制冷系统包括依次连通的膨胀阀3和蒸发器4，膨胀阀3的入口与第Ⅰ三通阀11的一个出口连通，蒸发器4的出口与第Ⅱ三通阀12的入口连通。
其中，膨胀阀3是制冷系统中的一个重要部件，膨胀阀3使中温高压的液体制冷剂成为低温低压的湿蒸汽，然后制冷剂在蒸发器中吸收热量达到制冷效果。蒸发器4是制冷中很重要的一个部件，低温的冷凝液体通过蒸发器，与外界的空气进行热交换，气化吸热，达到制冷的效果。进入所述制冷系统的工质经膨胀阀3节流降温后进入蒸发器4，蒸发器4输出冷量至冷媒C。
在一具体实施例中，所述发电系统包括依次连通的气体加热器2和膨胀机7，膨胀机7的输出轴与发电机6的主轴连接，气体加热器2与第Ⅰ三通阀11的一个出口连通，膨胀机7的出口与所述供热系统连通。其中，气体加热器2采用热源D为流经的CO2工质加热，经过气体加热器2加热后的CO2工质成为气态，将CO2工质加热，提高了膨胀机7的输出功，使得膨胀机7可靠工作。膨胀机7膨胀做功，与膨胀机7连接的发电机6将膨胀功转变为电能输出，完成发电过程。
在一具体实施例中，为了对进入气体加热器2的CO2工质加热，使工质成为高压流体，气体加热器2与第Ⅰ三通阀11之间设置有工质泵1。
具体的，所述供热系统包括供热器10，供热器10的入口与所述发电系统及压缩机5连通，出口与喷射器9的主流体入口连通。在一实施例中，供热器10的入口与膨胀机7的出口连通。CO2工质在供热器10中放热，供热器10输出热量至热媒B。
由于第Ⅰ三通阀11处的工质的压力较高，第Ⅰ三通阀11为高压三通阀。
由于第Ⅱ三通阀12处的工质的压力较低，第Ⅱ三通阀12为低压三通阀。
系统的工作过程：工质经冷凝器8之后由第Ⅰ三通阀11分流两路，一路为所述制冷系统的制冷回路：工质经膨胀阀3节流降温后进入蒸发器4输出冷量至冷媒C；另一路为所述供热系统和发电系统的热电回路：工质经工质泵1加压和气体加热器2加热后进入膨胀机7做功，拖动发电机6发电，然后经供热器10输出热量至热媒B。上述制冷回路的工质由第Ⅱ三通阀12分流为两路：一路通过喷射器9引流进入冷凝器8；一路通过压缩机5加压进入供热器10。
通过调节第Ⅰ三通阀11、第Ⅱ三通阀12和压缩机5的状态，实现多运行模式的切换，具体的：
大负荷热电模式：通过第Ⅰ三通阀11分配少量工质进入所述制冷回路的流量，由蒸发器4输出少量冷量，压缩机5停机，第Ⅱ三通阀12截止进入压缩机5的工质流量，所述制冷回路的工质流量均通过引射的方式进入喷射器9；同时，第Ⅰ三通阀11分配大量的工质进入所述热电回路，通过膨胀机7和发电机6输出大量电量，通过供热器10输出大量热量。
大负荷制冷模式：通过第Ⅰ三通阀11分配大量工质进入所述制冷回路的流量，由蒸发器4输出大量冷量，压缩机5运行，第Ⅱ三通阀12调节一部分工质流量引射进入喷射器9，另一部分工质流量进入压缩机5；同时，第Ⅰ三通阀11分配少量的工质进入所述热电回路，通过膨胀机7和发电机6输出少量电量，通过供热器10输出少量热量。
冷热电模式：通过第Ⅰ三通阀11分配工质流量介于所述大负荷热电模式和大负荷制冷模式之间，此时压缩机5根据制冷回路工质流量的大小进行小负荷运行或停转。
在本方案的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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方案的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本方案的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
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)
1.一种多模式CO2冷热电联产系统，包括发电系统、供热系统和制冷系统，其特征在于，所述发电系统的始端与所述制冷系统的始端并联设置，且并联节点位置设置有第Ⅰ三通阀(11)；所述发电系统的末端与所述供热系统的入口连通；所述制冷系统的末端通过第Ⅱ三通阀(12)分别与压缩机(5)和喷射器(9)的引射流体入口连通，所述压缩机(5)的出口与所述供热系统的入口连通，所述供热系统的出口与所述喷射器(9)的主流体入口连通，所述喷射器(9)的出口通过冷凝器(8)与所述第Ⅰ三通阀(11)连通，以上连通为通过流通有工质的管路连通。
2.根据权利要求1所述的多模式CO2冷热电联产系统，其特征在于，所述工质为CO2。
3.根据权利要求1所述的多模式CO2冷热电联产系统，其特征在于，所述制冷系统包括依次连通的膨胀阀(3)和蒸发器(4)，所述膨胀阀(3)的入口与所述第Ⅰ三通阀(11)连通，所述蒸发器(4)的出口与所述第Ⅱ三通阀(12)的入口连通。
4.根据权利要求1所述的多模式CO2冷热电联产系统，其特征在于，所述发电系统包括依次连通的气体加热器(2)和膨胀机(7)，所述膨胀机(7)的传动端与发电机(6)的主轴连接，所述气体加热器(2)的入口与所述第Ⅰ三通阀(11)连通，所述膨胀机(7)的工质出口与所述供热系统连通。
5.根据权利要求4所述的多模式CO2冷热电联产系统，其特征在于，所述气体加热器(2)与所述第Ⅰ三通阀(11)之间设置有用于对工质加压的工质泵(1)。
6.根据权利要求1所述的多模式CO2冷热电联产系统，其特征在于，所述供热系统包括供热器(10)，所述供热器(10)的入口分别与所述发电系统及所述压缩机(5)连通，出口与所述喷射器(9)的主流体入口连通。
7.根据权利要求1所述的多模式CO2冷热电联产系统，其特征在于，所述第Ⅰ三通阀(11)为高压三通阀。
8.根据权利要求1或7所述的多模式CO2冷热电联产系统，其特征在于，所述第Ⅱ三通阀(12)为低压三通阀。
9.根据权利要求1所述的多模式CO2冷热电联产系统，其特征在于，所述系统的多模式包括大负荷热电模式、大负荷制冷模式和冷热电模式，通过调节所述第Ⅰ三通阀(11)、第Ⅱ三通阀(12)和压缩机(5)的开关状态，实现系统的大负荷热电模式、大负荷制冷模式和冷热电模式的切换。
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