CN113218096B - 一种冷热联供系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种冷热联供系统及其工作方法，应用于制冷供热技术领域，可以方便的通过调节控制阀的开断切换系统运行模式以匹配不同的热源工况和制冷制热需求，一方面充分利用太阳能或低品位余热能等热源，另一方面采用喷射器降低压缩机耗功，提升了系统制冷和制热性能，从而达到经济节能的目的。

Description

一种冷热联供系统及工作方法

技术领域

本申请涉及制冷供热技术领域，尤其涉及一种冷热联供系统及工作方法。

背景技术

近年来，以太阳能、内燃机余热以及其他低品位热能驱动的制冷热泵循环受到国内外学者的关注。一方面，热驱动喷射系统由于具有构造简单、机械能消耗低、可利用低品位可再生能源等优点，被认为是实现节能减排的一种有效途径，但由于太阳能以及内燃机余热等热源工况的逐时波动，导致循环系统在热源不足时性能恶化严重甚至无法正常工作。

另一方面，随着对工质环境性能和经济性能要求的提高，以自然物质二氧化碳作为工质的循环系统在制冷热泵循环领域受到越来越多的关注。由于二氧化碳的临界温度低，冷凝条件苛刻，因此低品位热驱动的二氧化碳喷射制冷热泵循环通常具有较低的性能系数，不能充分地利用热源，且不能适应常规冷源条件。尽管不少案例开展了关于二氧化碳喷射制冷热泵循环的应用研究，但主要集中在气冷型喷射膨胀制冷热泵循环，未能将二氧化碳喷射制冷与低品位热能利用相结合。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种冷热联供系统及工作方法，可将二氧化碳喷射制冷与低品位热能利用相结合。

为实现上述目的，本申请实施例第一方面提供一种冷热联供系统，包括：

第一控制阀，包括两端，一端与循环泵的一进口相连；

所述循环泵，包括一进口和一出口，所述循环泵的一出口与发生器的一进口相连；

所述发生器，包括一进口和一出口，所述发生器的一出口与第一喷射器的一进口相连；

所述第一喷射器，包括二进口和一出口，所述第一喷射器的另一进口与所述第二控制阀的一端相连，所述第一喷射器的一出口与回热器的一低压出口和压缩机的一进口相连；

所述压缩机，包括一进口和一出口，所述压缩机的一出口与气体冷却器的一进口相连；

所述气体冷却器，包括一进口和一出口，所述气体冷却器的一出口与所述回热器的一高压进口相连；

所述回热器包括一低压进口、一低压出口、一高压进口和一高压出口，所述回热器的一低压进口与所述气液分离器的一出口相连，所述回热器的一高压出口与高压调节阀的一进口相连；

所述高压调节阀，包括一进口和一出口，所述高压调节阀的一出口与气液分离器的一进口相连；

第二喷射器，包括二进口和一出口，所述第二喷射器的一进口与第三控制阀的一端相连，所述第二喷射器的另一进口与第四控制阀的一端相连，所述第二喷射器的一出口和所述气液分离器的一进口相连；

所述气液分离器，包括一进口和三出口，所述气液分离器的另一出口与所述蒸发器的一进口相连，又一出口与第一控制阀的另一端相连；

所述蒸发器，包括一进口和一出口，所述蒸发器的一出口与第二控制阀的另一端相连，且与所述第四控制阀的另一端相连；

所述第三控制阀，包括两端，所述第三控制阀的另一端与所述回热器的一高压出口相连。

在本公开一实施例中，还包括：

第一节流阀；

所述第一节流阀串联在所述气液分离器的另一出口与所述蒸发器的一进口之间。

在本公开一实施例中，还包括：

第二节流阀；

所述第二节流阀串联在所述气液分离器的一出口与所述蒸发器的一进口之间。

本申请实施例第二方面提供一种如上述第一方面所述的冷热联供系统的工作方法，包括：

获取当前热源工况及需求负荷；

根据当前热源工况及需求负荷，调节第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀中的至少一个，实现热源驱动单喷射模式、热源驱动双喷射模式和无热源驱动单喷射模式中的一个。

在本公开一实施例中，其中，

当所述热源工况为热源充足，所述需求负荷为低需求负荷时，控制所述第一控制阀和所述第二控制阀开启，所述第三控制阀和所述第四控制阀关闭，实现所述热源驱动单喷射模式。

在本公开一实施例中，其中，

当所述热源工况为热源充足，所述需求负荷为高需求负荷时，控制所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述第三控制阀和所述第四控制阀开启，实现所述热源驱动双喷射模式。

在本公开一实施例中，其中，

当所述热源工况为热源不充足，所述需求负荷为高需求负荷或低需求负荷时，控制所述第一控制阀和所述第二控制阀关闭，所述第三控制阀和所述第四控制阀开启，实现所述无热源驱动单喷射模式。

在本公开一实施例中，所述第二喷射器不工作，循环泵、发生器、第一喷射器、压缩机、气体冷却器、回热器、高压调节阀、气液分离器、第一节流阀、第二节流阀和蒸发器均工作。

在本公开一实施例中，所述循环泵、发生器、第一喷射器、压缩机、气体冷却器、回热器、高压调节阀、第二喷射器气液分离器、第一节流阀、第二节流阀和蒸发器均工作。

在本公开一实施例中，所述循环泵、发生器和第一喷射器均停止工作，所述压缩机、气体冷却器、回热器、高压调节阀、第二喷射器气液分离器、第一节流阀、第二节流阀和蒸发器均工作。

从上述本申请实施例可知，本申请提供的冷热联供系统及其工作方法，可以方便的通过调节控制阀的开断切换系统运行模式以匹配不同的热源工况和制冷制热需求，一方面充分利用太阳能或低品位余热能等热源，另一方面采用喷射器降低压缩机耗功，提升了系统制冷和制热性能，从而达到经济节能的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为本公开一实施例提供的冷热联供系统的结构示意图；

图2为本公开一实施例提供的冷热联供系统实现热源驱动单喷射模式的运行示意图；

图3为本公开一实施例提供的冷热联供系统实现热源驱动双喷射模式的运行示意图；

图4为本公开一实施例提供的冷热联供系统实现无热源驱动单喷射模式的运行示意图；

图5为本公开一实施例提供的冷热联供系统的工作方法的流程示意图。

具体实施方式

为使得本申请的申请目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。

图1为本公开一实施例提供的冷热联供系统的结构示意图。

如图1所示，该冷热联供系统包括循环泵1、发生器2、第一喷射器3、压缩机4、气体冷却器5、回热器6、高压调节阀7、第二喷射器8、气液分离器9、第一节流阀10、第二节流阀11，蒸发器12，第一控制阀v1、第二控制阀v2、第三控制阀v3、第四控制阀v4。

第一控制阀v1，包括两端，一端与循环泵1的一进口相连；循环泵1，包括一进口和一出口，循环泵1的一出口与发生器2的一进口相连；发生器2，包括一进口和一出口，发生器2的一出口与第一喷射器3的一进口相连；第一喷射器3，包括二进口和一出口，第一喷射器3的另一进口与第二控制阀v2的一端相连，第一喷射器3的一出口与回热器6的一低压出口和压缩机4的一进口相连；压缩机4，包括一进口和一出口，压缩机4的一出口与气体冷却器5的一进口相连；气体冷却器5，包括一进口和一出口，气体冷却器5的一出口与回热器6的一高压进口相连；回热器6包括一低压进口、一低压出口、一高压进口和一高压出口，回热器6的一低压进口与气液分离器9的一出口相连，回热器6的一高压出口与高压调节阀7的一进口相连；高压调节阀7，包括一进口和一出口，高压调节阀7的一出口与气液分离器9的一进口相连；第二喷射器8，包括二进口和一出口，第二喷射器8的一进口与第三控制阀v3的一端相连，第二喷射器8的另一进口与第四控制阀v4的一端相连，第二喷射器8的一出口和气液分离器9的一进口相连；气液分离器9，包括一进口和三出口，气液分离器9的另一出口与蒸发器12的一进口相连，又一出口与第一控制阀v1的另一端相连；蒸发器12，包括一进口和一出口，蒸发器12的一出口与第二控制阀v2的另一端相连，且与第四控制阀v4的另一端相连；第三控制阀v3，包括两端，第三控制阀v3的另一端与回热器6的一高压出口相连。

可选的，冷热联供系统还包括第一节流阀10，第一节流阀10串联在气液分离器9的另一出口与蒸发器12的一进口之间。

可选的，冷热联供系统还包括：第二节流阀11，第二节流阀11串联在气液分离器9的一出口与蒸发器12的一进口之间。

在本公开中，第一喷射器由气液分离器9出口的一部分饱和液经工质泵升压和发生器加热后驱动，第一喷射器3出口与压缩机4进口相连，实现热驱动二氧化碳喷射器的引射性能提升。

在本公开中，第一喷射器3出口与压缩机4进口相连，之后经过气体冷却器5与回热器6后通过第二喷射器8进行膨胀，改善二氧化碳系统冷凝条件，实现节流过程中可用能的回收。

在本公开中，通过调节第一控制阀v1、第二控制阀v2、第三控制阀v3和第四控制阀v4，该冷热联供系统可以实现热源驱动单喷射模式、热源驱动双喷射模式和无热源驱动单喷射模式中的一个。

图2为本公开一实施例提供的冷热联供系统实现热源驱动单喷射模式的运行示意图。

热源驱动单喷射模式适用于太阳能、内燃机余热等低品位热能充足且需求侧负荷较小的工况，此时第一控制阀v1和第二控制阀v2打开，第三控制阀v3和第四控制阀v4关闭，第二喷射器8不工作。从气液分离器9又一出口的一股饱和液通过循环泵1加压，从发生器2吸收热量后进入第一喷射器3，引射从蒸发器12出来的全部蒸汽；第一喷射器3一出口工质与回热器6一低压出口工质混合后进入压缩机4的一进口，经过压缩机4升压后进入气体冷却器5，释放热能，接着进入回热器6一高压进口进一步冷却；回热器6一高压出口的工质全部经过高压调节阀7节流形成两相流，进入气液分离器9进行分离；分离出来的饱和气体分成两股，其中一股通过回热器6的一低压进口升温后与第一喷射器3出口混合进入压缩机4进口，另一股经过第二节流阀11节流，与第一节流阀10出口的工质混合后进入蒸发器12进行制冷；从气液分离器9出来的饱和液体也被分为两股，一股经过循环泵1泵送至发生器进行吸热，另一股通过第一节流阀10节流后进入蒸发器12制冷；蒸发器12出口工质再由第一喷射器3引射至压缩机4进口，完成循环。

图3为本公开一实施例提供的冷热联供系统实现热源驱动双喷射模式的运行示意图。

热源驱动双喷射模式适用于太阳能、内燃机余热等低品位热能充足且需求侧负荷较大的工况，此时第一控制阀v1、第二控制阀v2、第三控制阀v3和第四控制阀v4均开启，第二喷射器8工作；该工作模式工作过程与热源驱动单喷射模式类似，从气液分离器9又一出口的一股饱和液通过循环泵1加压，从发生器2吸收热量后进入第一喷射器3引射从蒸发器12出来的一部分蒸汽，第一喷射器3一出口工质与回热器6一低压出口工质混合后进入压缩机4一进口，经过压缩机4升压后进入气体冷却器5，释放热能，接着进入回热器6一高压进口进一步冷却；回热器6一高压出口的大部分工质经过第二喷射器8进行膨胀，同时引射蒸发器12一出口的另一部分蒸汽，小部分工质通过高压调节阀7进行节流，之后进入气液分离器9进行分离；分离出来的饱和气体分成两股，其中一股通过回热器6一低压出口升温后与第一喷射器3的一出口混合进入压缩机4一进口，另一股经过第二节流阀11节流，与第一节流阀10出口的工质混合后进入蒸发器12进行制冷；从气液分离器9出来的饱和液体也被分为两股，一股经过循环泵1泵送至发生器2进行吸热，另一股通过第一节流阀10节流后进入蒸发器12制冷；蒸发器12一出口分成的两股工质分别被第一喷射器3引射至压缩机4一进口压力和被第二喷射器8引射至气液分离器9以完成循环。

图4为本公开一实施例提供的冷热联供系统实现无热源驱动单喷射模式的运行示意图。

无热源驱动单喷射模式适用于太阳能、内燃机余热等低品位热能不足的工况，此时第一控制阀v1和第二控制阀v2关闭，第三控制阀v3和第四控制阀v4开启，循环泵1、发生器2和第一喷射器3停止工作；从气液分离器9另一出口的所有饱和液通过第一节流阀10进行节流，气液分离器9一出口的部分饱和气体通过第二节流阀11进行节流，两者混合后进入蒸发器12制冷，然后全部被第二喷射器8引射至气液分离器9；气液分离器9一出口的另一股饱和气体经过回热器6升温后进入压缩机4一进口，升压后相继通过气体冷却器5和回热器6进行冷却，之后大部分工质进入第二喷射器8引射蒸发器12一出口的蒸汽，少部分工质流经高压调节阀7，最后回到气液分离器9以完成循环。

根据本公开实施例，第一喷射器3由气液分离器9又一出口的一部分饱和液经循环泵1升压和发生器2加热后引射蒸发器12一出口的一股蒸汽；第一喷射器3一出口和经过回热器6的气液分离器9的一出口饱和气体混合后与压缩机4的一进口相连，经过气体冷却器5与回热器6冷却后再分别进入第二喷射器8引射蒸发器12一出口的第二股蒸汽和进入高压调节阀7进行节流。本发明可结合太阳能、内燃机余热等低品位热能利用，用于同时生产供冷用冷水和生活热水，可改善二氧化碳制冷热泵系统的冷凝条件，实现节流过程可用能的回收，且可根据热源工况和需求负荷的不同，实现不同运行模式以充分利用热源和匹配需求。

请参阅图5，图5为本公开一实施例提供的冷热联供系统的工作方法的流程示意图，该冷热联供系统如图1所示，该方法主要包括以下步骤：

S1、获取当前热源工况及需求负荷；

S2、根据当前热源工况及需求负荷，调节第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀中的至少一个，实现热源驱动单喷射模式、热源驱动双喷射模式和无热源驱动单喷射模式中的一个。

在本公开一实施例中，当热源工况为热源充足，需求负荷为低需求负荷时，控制第一控制阀和第二控制阀开启，第三控制阀和第四控制阀关闭，实现热源驱动单喷射模式。此时，该模式下冷热联供系统的运行示意图如图2所示，其中，第二喷射器不工作，循环泵、发生器、第一喷射器、压缩机、气体冷却器、回热器、高压调节阀、气液分离器、第一节流阀、第二节流阀和蒸发器均工作。

在本公开一实施例中，当热源工况为热源充足，需求负荷为高需求负荷时，控制第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀开启，实现热源驱动双喷射模式。此时，该模式下冷热联供系统的运行示意图如图3所示，其中循环泵、发生器、第一喷射器、压缩机、气体冷却器、回热器、高压调节阀、第二喷射器、气液分离器、第一节流阀、第二节流阀和蒸发器均工作。

在本公开一实施例中，当热源工况为热源不充足，需求负荷为高需求负荷或低需求负荷时，控制第一控制阀和第二控制阀关闭，第三控制阀和第四控制阀开启，实现无热源驱动单喷射模式。此时，该模式下冷热联供系统的运行示意图如图4所示，其中，循环泵、发生器和第一喷射器均停止工作，压缩机、气体冷却器、回热器、高压调节阀、第二喷射器、气液分离器、第一节流阀、第二节流阀和蒸发器均工作。

需要说明的是，在本公开各个实施例中的各功能器件可以集成在一个器件中，也可以是各个器件单独物理存在，也可以两个或两个以上器件集成在一个器件中。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本发明所提供的一种冷热联供系统及其工作方法的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种冷热联供系统，其特征在于，包括：

第一控制阀，包括两端，一端与循环泵的一进口相连；

所述循环泵，包括一进口和一出口，所述循环泵的一出口与发生器的一进口相连；

所述发生器，包括一进口和一出口，所述发生器的一出口与第一喷射器的一进口相连；

所述第一喷射器，包括二进口和一出口，所述第一喷射器的另一进口与第二控制阀的一端相连，所述第一喷射器的一出口与回热器的一低压出口和压缩机的一进口相连；

所述压缩机，包括一进口和一出口，所述压缩机的一出口与气体冷却器的一进口相连；

所述气体冷却器，包括一进口和一出口，所述气体冷却器的一出口与所述回热器的一高压进口相连；

所述回热器包括一低压进口、一低压出口、一高压进口和一高压出口，所述回热器的一低压进口与气液分离器的一出口相连，所述回热器的一高压出口与高压调节阀的一进口相连；

所述高压调节阀，包括一进口和一出口，所述高压调节阀的一出口与气液分离器的一进口相连；

第二喷射器，包括二进口和一出口，所述第二喷射器的一进口与第三控制阀的一端相连，所述第二喷射器的另一进口与第四控制阀的一端相连，所述第二喷射器的一出口和所述气液分离器的一进口相连；

所述气液分离器，包括一进口和三出口，所述气液分离器的另一出口与蒸发器的一进口相连，又一出口与第一控制阀的另一端相连；

所述蒸发器，包括一进口和一出口，所述蒸发器的一出口与第二控制阀的另一端相连，且与所述第四控制阀的另一端相连；

所述第三控制阀，包括两端，所述第三控制阀的另一端与所述回热器的一高压出口相连；

第一节流阀，所述第一节流阀串联在所述气液分离器的另一出口与所述蒸发器的一进口之间；

第二节流阀，所述第二节流阀串联在所述气液分离器的一出口与所述蒸发器的一进口之间。

2.一种如权利要求1所述的冷热联供系统的工作方法，其特征在于，包括：

获取当前热源工况及需求负荷；

根据当前热源工况及需求负荷，调节第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀中的至少一个，实现热源驱动单喷射模式、热源驱动双喷射模式和无热源驱动单喷射模式中的一个。

3.根据权利要求2所述的工作方法，其特征在于，其中，

当所述热源工况为热源充足，所述需求负荷为低需求负荷时，控制所述第一控制阀和所述第二控制阀开启，所述第三控制阀和所述第四控制阀关闭，实现所述热源驱动单喷射模式。

4.根据权利要求2所述的工作方法，其特征在于，其中，

当所述热源工况为热源充足，所述需求负荷为高需求负荷时，控制所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述第三控制阀和所述第四控制阀开启，实现所述热源驱动双喷射模式。

5.根据权利要求2所述的工作方法，其特征在于，其中，

当所述热源工况为热源不充足，所述需求负荷为高需求负荷或低需求负荷时，控制所述第一控制阀和所述第二控制阀关闭，所述第三控制阀和所述第四控制阀开启，实现所述无热源驱动单喷射模式。

6.根据权利要求3所述的工作方法，其特征在于，所述第二喷射器不工作，循环泵、发生器、第一喷射器、压缩机、气体冷却器、回热器、高压调节阀、气液分离器、第一节流阀、第二节流阀和蒸发器均工作。

7.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于，所述循环泵、发生器、第一喷射器、压缩机、气体冷却器、回热器、高压调节阀、第二喷射器气液分离器、第一节流阀、第二节流阀和蒸发器均工作。

8.根据权利要求5所述的工作方法，其特征在于，所述循环泵、发生器和第一喷射器均停止工作，所述压缩机、气体冷却器、回热器、高压调节阀、第二喷射器、气液分离器、第一节流阀、第二节流阀和蒸发器均工作。

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