CN111141051B - 一种吸收压缩引射复合梯级过冷跨临界co2冷热联供系统 - Google Patents
一种吸收压缩引射复合梯级过冷跨临界co2冷热联供系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出一种吸收压缩引射复合梯级过冷跨临界CO2冷热联供系统。本发明由跨临界CO2制冷循环、吸收压缩引射复合梯级过冷循环以及热端供热循环组成，吸收压缩引射复合梯级过冷循环通过梯级节流降压，从而实现两个不同蒸发压力的过冷，从而连续两次梯级过冷跨临界CO2制冷循环CO2气体冷却器出口的CO2流体，使换热过程形成更好的温度匹配，传热温差缩小，CO2过冷过程中的换热不可逆损失显著降低，气体冷却器出口CO2流体温度降低，从而减少CO2的节流损失，降低压缩机压缩比，提高等熵效率，进而提升系统COP。本发明冷热联供系统可广泛应用于制冷、制中高温热水、供暖等多种需制冷或制热的场合。
Description
技术领域
本发明涉及制冷制热、吸收式制冷、热泵技术领域，特别是涉及一种吸收压缩引射复合梯级过冷跨临界CO2冷热联供系统。
背景技术
在能源日益紧缺、环境问题愈加突出的今天，全社会都在寻求节能环保的可行方式。同时性能优良、价格低廉、运行稳定的新技术、新产品也在不断涌现。在能耗方面，采暖及制冷空调建筑占比很大，是建筑中的用电大户，需要探索新型节能制冷热泵技术。对于民用和商业应用领域，制冷供热需求日益剧增。目前主要是通过两个及其多个设备分别工作来达到对低温与高温的要求，这样很大程度造成了能源浪费和环境破坏。与此同时，多数设备充注的制冷剂为HFCs类高GWP工质。
CO2制冷技术比传统技术更高效、节能、环保。二氧化碳凭借着自身优良特性，被誉为是CFCs、HCFCs和HFCs最具发展潜力的替代物。因此，绿色二氧化碳制冷技术具有广阔的发展前景。然而，由于CO2临界温度较低(31.1℃)，临界压力较高(7.38MPa)，使其节流不可逆损失大，制冷效率较低，对跨临界CO2制冷循环气体冷却器出口的CO2进行冷却可使得节流损失降低，循环冷量增加，同时降低CO2循环的运行高压和压缩机排气压力，延长压缩机的使用寿命，提升循环COP。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种吸收压缩引射复合梯级过冷跨临界CO2冷热联供系统。
本发明为一种吸收压缩引射复合梯级过冷跨临界CO2冷热联供系统，其特征在于，由跨临界CO2制冷循环、吸收压缩引射复合梯级过冷循环以及热端供热循环组成；
(1)跨临界CO2制冷循环由CO2压缩机、CO2气体冷却器、节流阀五以及CO2蒸发器组成。CO2蒸发器出口的低温低压CO2流体被CO2压缩机吸入压缩至高温高压的CO2流体，然后进入CO2气体冷却器与换热流体换热，之后依次流经一级过冷器CO2侧与二级过冷器CO2侧，通过普通工质蒸发过程连续进行两次放热，而后流经节流阀五节流降压后在CO2蒸发器内进行蒸发吸热，完成跨临界CO2制冷循环。
(2)吸收压缩引射复合梯级过冷循环由三通阀一、吸收器、溶液泵、节流阀一、回热器、热用户、三通阀二、发生器、引射器、冷凝器、节流阀二、气液分离器、节流阀三、一级过冷器、节流阀四、二级过冷器、压缩机组成。吸收器内工质对经溶液泵流经回热器低温侧被加热，之后流入发生器继续加热至高温高压，发生器内制冷剂与吸收剂分离，高温吸收剂流经回热器高温侧与低温侧换热后流经节流阀一节流降压后流入吸收器进行吸收，冷却水流经吸收器换热带走吸收过程释放的热量；高温制冷剂流入引射器主流入口引射来自气液分离器的中温制冷剂气体在混合室内降压流入冷凝器与换热流体换热降温，而后流经节流阀节流降压后流入气液分离器；气液分离器液体出口中温制冷剂流经节流阀三节流降压后分为两路，一路低温制冷剂流入一级过冷器普通工质侧蒸发吸热降低CO2气体冷却器出口CO2温度；另一路低温制冷剂再次流经节流阀节流降压后流入二级过冷器普通工质侧蒸发吸热，再次降低CO2温度，实现CO2梯级过冷，之后二级过冷器普通工质侧出口制冷剂气体被压缩机压缩至高温高压后与一级过冷器普通工质侧出口制冷剂汇合流入吸收器。如此反复，完成吸收压缩引射复合梯级过冷循环。
(3)热端供热循环由吸收器、CO2气体冷却器、冷凝器、三通阀以及热用户组成。热用户出口低温循环流体分别流经吸收器、CO2气体冷却器冷却流体侧被加热，吸收器冷却流体侧出口中温流体流经冷凝器冷却流体侧被再次加热至高温与CO2气体冷却器冷却流体侧出口高温流体汇合，然后流入热用户。如此反复，完成热端供热循环。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
(1)为解决常规机械过冷CO2循环的最优过冷度过大，过冷过程CO2与常规制冷剂温度不匹配，使得换热不可逆损失大的问题。本发明通过梯级节流实现两个不同蒸发压力，通过两个过冷器串联实现两个不同温位的蒸发过程，连续两次冷却气体冷却器出口的CO2流体，每次过冷过程CO2的温降都不高，实现与常规制冷剂的蒸发过程的良好温度匹配，传热温差减小，换热不可逆损失降低，CO2气体冷却器出口温度降低，得到较大过冷度。同时降低进入节流阀的CO2温度，减小不可逆节流损失，系统总体能效提升；
(2)相较于传统CO2压缩过程，吸收压缩引射复合梯级过冷跨临界CO2制冷循环降低了CO2的运行高压，压缩机排气压力降低，压比减小，等熵效率提高，延长压缩机使用寿命；
(3)吸收压缩引射复合梯级过冷跨临界CO2冷热联供系统可满足同时制冷制热的需求，冷端可用于房间制冷、储存食品等，热端可用于家庭热水供给等。相比传统的设备，一套此系统即可实现同时制冷制热的功能，系统紧凑，减小设备占地，系统总体能效高。
(4)通过高品位热源的输入，吸收压缩引射复合梯级过冷循环实现CO2循环的过冷，并且通过能量品位的降低，获得更多的低品位热量用于供暖。最大程度的利用吸收压缩引射复合梯级过冷循环的冷凝热以及CO2循环气体冷却放热。实现了能量的高效梯级利用。
(5)跨临界CO2循环的制冷剂为自然工质CO2。ODP为0，GWP为1，高温条件下也不会分解，安全无毒，环境友好。
(6)通过设置引射器，可以降低吸收式制冷循环的冷凝压力，降低节流阀二的节流损失。
(7)本装置可与空气、水等不同换热流体进行换热，实现应用供暖供冷两联供、生产中高温热水等多种场合。供热末端可配置风机盘管、地盘管、暖气片等装置，冷凝器、气体冷却器直接为其提供热量，用于房间供暖；CO2蒸发器与空气换热，实现制冷功能。
附图说明
图1为吸收压缩引射复合梯级过冷跨临界CO2冷热联供系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明由吸收压缩引射复合梯级过冷循环、跨临界CO2制冷循环、热端供热循环组成，示意图如图1所示。
具体实施方式如下：
第一步：CO2蒸发器21出口的低温低压CO2流体被CO2压缩机1吸入压缩至高温高压的CO2流体，然后进入CO2气体冷却器2与换热流体换热，之后依次流经一级过冷器16CO2侧与二级过冷器18CO2侧，通过制冷剂蒸发过程连续进行两次放热，而后流经节流阀五20节流降压后流入CO2蒸发器21进行蒸发吸热，完成跨临界CO2制冷循环。
第二步：吸收器4内工质对经溶液泵5流经回热器7低温侧被加热，之后流入发生器10继续加热至高温高压，发生器10内制冷剂与吸收剂分离，高温吸收剂流经回热器7高温侧与低温侧换热后流经节流阀一6节流降压后流入吸收器4进行吸收，冷却水流经吸收器4换热带走吸收过程释放的热量；高温制冷剂流入引射器11主流入口引射来自气液分离器14的中温制冷剂气体在混合室内降压流入冷凝器12与换热流体换热降温，而后流经节流阀二13节流降压后流入气液分离器14；气液分离器14液体出口中温制冷剂流经节流阀三15节流降压后分为两路，一路低温制冷剂流入一级过冷器16普通工质侧蒸发吸热降低CO2气体冷却器2出口CO2温度；另一路低温制冷剂再次流经节流阀四17节流降压后流入二级过冷器18普通工质侧蒸发吸热，再次降低CO2温度，实现CO2梯级过冷，之后二级过冷器18普通工质侧出口制冷剂气体被压缩机19压缩至高温高压后与一级过冷器16普通工质侧出口制冷剂汇合流入吸收器4。如此反复，完成吸收压缩引射复合梯级过冷循环。
第三步：热用户出口低温循环流体分别流经吸收器、CO2气体冷却器冷却流体侧被加热，而后吸收器冷却流体侧出口中温流体流经冷凝器冷却流体侧被再次加热至高温与CO2气体冷却器冷却流体侧出口高温流体汇合，然后流入热用户。如此反复，完成热端供热循环。
Claims (1)
1.一种吸收压缩引射复合梯级过冷跨临界CO2冷热联供系统，其特征在于，由跨临界CO2制冷循环、吸收压缩引射复合梯级过冷循环以及热端供热循环组成；
所述跨临界CO2制冷循环包括CO2压缩机(1)、CO2气体冷却器(2)、节流阀五(20)、CO2蒸发器(21)； CO2蒸发器出口的低温低压CO2流体被CO2压缩机吸入压缩至高温高压的CO2流体，然后进入CO2气体冷却器与换热流体换热，之后依次流经一级过冷器CO2侧与二级过冷器CO2侧，通过普通工质蒸发过程连续进行两次放热，而后流经节流阀五节流降压后在CO2蒸发器内进行蒸发吸热，完成跨临界CO2制冷循环；
所述吸收压缩引射复合梯级过冷循环包括三通阀一(3)、吸收器(4)、溶液泵(5)、节流阀一(6)、回热器(7)、热用户(8)、三通阀二(9)、发生器(10)、引射器(11)、冷凝器(12)、节流阀二(13)、气液分离器(14)、节流阀三(15)、一级过冷器(16)、节流阀四(17) 、二级过冷器(18) 、压缩机(19)；
所述CO2蒸发器(21)出口与CO2压缩机(1)入口相连，所述CO2压缩机(1)出口与CO2气体冷却器(2)入口相连，所述CO2气体冷却器(2)出口与一级过冷器(16)CO2侧入口相连，所述一级过冷器(16)CO2侧出口与二级过冷器(18)CO2侧入口相连，所述二级过冷器(18)CO2侧出口与节流阀五(20)入口相连，所述节流阀五(20)出口与CO2蒸发器(21)入口相连；
所述吸收器(4)出口通过溶液泵(5)与回热器(7)低温测入口相连，所述回热器(7)低温测出口与发生器(10)制冷工质对入口相连，所述发生器(10)内流体分为两路，一路为吸收剂出口与回热器(7)高温测入口相连，所述回热器(7)高温测出口与节流阀一(6)入口相连，所述节流阀一(6)出口与吸收器(4)入口连接；另一路为制冷剂出口与引射器(11)主流入口相连，所述引射器(11)出口与冷凝器(12)入口相连，所述冷凝器(12)出口与节流阀二(13)入口相连，所述节流阀二(13)出口与气液分离器(14)入口相连，气液分离器(14)气体出口与引射器(11)二次流入口相连；气液分离器(14)液体出口与节流阀三(15)入口相连，所述节流阀三(15)出口分为两路，一路与一级过冷器(16)普通工质侧入口相连；另一路与节流阀四(17)入口相连，所述节流阀四(17)出口与二级过冷器(18)普通工质侧入口相连，所述二级过冷器(18)普通工质侧出口与压缩机(19)入口相连，所述压缩机(19)出口与一级过冷器(16)普通工质侧出口连接然后与吸收器(4)入口相连；
所述热用户(8)出口与三通阀一(3)入口相连，所述三通阀一(3)出口与吸收器(4)冷却流体侧入口相连，所述吸收器(4)冷却流体侧出口与冷凝器(12)冷却流体侧入口相连，所述冷凝器(12)冷却流体侧出口与三通阀二(9)入口相连；所述三通阀一(3) 另一出口与CO2气体冷却器(2) 冷却流体侧入口相连，所述CO2气体冷却器(2)冷却流体侧出口与三通阀二(9)入口相连，所述三通阀二(9)出口与热用户(8)入口相连；
吸收器内工质对经溶液泵流经回热器低温侧被加热，之后流入发生器继续加热至高温高压，发生器内制冷剂与吸收剂分离，高温吸收剂流经回热器高温侧与低温侧换热后流经节流阀一节流降压后流入吸收器进行吸收，冷却水流经吸收器换热带走吸收过程释放的热量；高温制冷剂流入引射器主流入口引射来自气液分离器的中温制冷剂气体在混合室内降压流入冷凝器与换热流体换热降温，而后流经节流阀二节流降压后流入气液分离器；气液分离器液体出口中温制冷剂流经节流阀三节流降压后分为两路，一路低温制冷剂流入一级过冷器普通工质侧蒸发吸热降低CO2气体冷却器出口CO2温度；另一路低温制冷剂再次流经节流阀四节流降压后流入二级过冷器普通工质侧蒸发吸热，再次降低CO2温度，实现CO2梯级过冷，之后二级过冷器普通工质侧出口制冷剂气体被压缩机压缩至高温高压后与一级过冷器普通工质侧出口制冷剂汇合流入吸收器；如此反复，完成吸收压缩引射复合梯级过冷循环；
热用户出口低温循环流体分别流经吸收器、CO2气体冷却器冷却流体侧被加热，吸收器冷却流体侧出口中温流体流经冷凝器冷却流体侧被再次加热至高温与CO2气体冷却器冷却流体侧出口高温流体汇合，然后流入热用户；如此反复，完成热端供热循环；
跨临界CO2循环的制冷剂为自然工质CO2；吸收压缩引射复合梯级过冷循环使用NH3-H2O或LiBr-H2O作为工质。
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