跨临界CO2冷热电联合循环系统技术方案

本发明专利技术公开了以CO2作为工质，采用跨临界循环的冷热电联产系统。该系统包括制冷系统、发电系统，供热系统和气体加热器。其中，制冷系统包括压缩机、蒸发器、喷射器、节流阀、气液分离器。供热系统包括供热器、气体冷却器。发电系统包括中间抽气式膨胀机、发电机。利用广泛存在的低品位热源加热CO2工质，发电系统通过膨胀机做功发电，回收了部分膨胀功；利用膨胀机出口CO2工质的热能给供热用户；利用喷射制冷实现冷量供给。本发明专利技术在跨临界CO2压缩制冷系统基础上采用了中间抽气式膨胀机和喷射器相结合的设计，并且加入气体加热器利用了低品位热源，实现了冷热电联产。

【技术实现步骤摘要】
跨临界GO2冷热电联合循环系统
本专利技术涉及一种能源
的系统，具体是采用了中间抽气式膨胀机、喷射器以及气体加热器的新型跨临界CO2冷热电联合循环系统。
技术介绍
CO2作为一种自然工质，存在于自然界中，无毒，容易大量获得。相对传统制冷剂对臭氧层没有危害且温室效应小得多。并且CO2临界温度低，临界压力高，适宜采用跨临界循环。跨临界循环工质与变温热源的匹配性优于亚临界循环，可以使工质在发生器中吸热曲线与热源放热曲线更加匹配，从而减少蒸发过程中的不可逆损失，提高系统性能。此外，CO2具有优良的流动和传热特性，单位容积制冷量大，可以使得系统十分紧凑。无毒，不可燃，化学稳定性好可以适用普通润滑油与设备材料等优点。所以采用CO2作为工质的跨临界循环循环越来越受到人们的关注。跨临界CO2制冷循环的高压侧压力大于临界压力，一般为IOMPa以上，而蒸发压力处于亚临界状态，一般为4MPa左右，如果采用常规的节流方式，较大的节流前后压差将产生非常大的节流损失，制冷系数低于常规工质25%左右。如何降低节流损失是提高跨临界CO2制冷循环性能的关键。目前主要的解决方法有:采用膨胀机代替膨胀阀回收部分膨胀功；采用喷射器代替膨胀阀，提高压缩机入口压力减小压缩功。两种方法分别通过膨胀机和喷射器回收部分压缩功来达到提高系统效率的目的，两种方法各有特点。在一般工况下，从理论回收膨胀功和内部不可逆损失来讲采用膨胀机优于喷射器。但是喷射器具有价格低廉，工作可靠的特点，并且可以在两相区正常工作，这样就可以进一步降低CO2进入节流阀的压力从而降低的节流损失。国内外研究表明两种方式均可以较大幅度的提高跨临界CO2制冷循环的性能。传统的跨临界CO2制冷系统，如图1所示。除了节流损失比较大以外，特别之处是压缩机出口温度能达到80 - 150°C，经气体冷却器冷却后出口温度为常温。如果直接冷却则这部分热量就排入环境造成浪费，所以我们将气体冷却器换为气体加热器利用低品位热源(太阳能、工业废热、电厂余热等)对其进一步加热，这样既提高了膨胀机工作性能又利用了这部分热量来供热。基于以上现状及思想，本专利技术以CO2作为工质，采用跨临界循环，把中间抽气式膨胀机和喷射器结合起来，并加入了利用低品位余热的气体加热装置组成一个新型循环。解决了传统循环节流损失大的问题，实现了冷热电联产。经过对现有技术的公开文献检索发现，申请号200910020990.4，名称为一种用于60?90°C低温热源的发电系统，该发电系统采用的工质为CO2，但是只有电能输出，没有冷能和热能输出。申请号03145079.2，名称为带有节流可控喷嘴的喷射器和使用它的喷射循环，申请号200510007893.3，名称为具有多蒸发器的喷射循环，上述二者为压缩喷射制冷/热泵循环，只有冷能或热能，且没有电能输出；本专利技术的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种采用CO2超临界冷热电联产系统。利用低品位热源对压缩机出口的CO2工质进一步加热，并引入膨胀机和喷射器实现发电、供热和制冷。其最大的特点就是采用环保工质CO2，对不同品质的能量进行梯级利用，温度比较高、具有较大可用能的热能用来被发电，而温度比较低的低品位热能则被用来供热或是制冷。这样做不仅提高了能源的利用效率，而且具有良好的经济效益和社会效益。
技术实现思路
本专利技术的目的针对现有技术的不足之处，提供一种新的跨临界CO2冷热电联合循环系统。相对传统循环，将喷射器和中间抽气式膨胀机结合起来，减小了节流损失，回收了部分压缩功。另外，节能减排的一个重要途径是回收与利用各种类型的中低品位热能。本专利技术还采用了气体加热器有效利用低品位余热，提高膨胀机工作性能，实现了冷热电三联产。为实现以上目标，本专利技术采用了以下技术方案:本专利技术包括发电系统，供热系统，制冷系统，气体加热器等主要部分。其中，发电系统由中间抽气式膨胀机及其配套的发电机组组成；供热系统由串联的供热器和气体冷却器组成；制冷系统采用喷射式制冷，由喷射器、蒸发器、节流阀、气液分离器机构等组成。所述系统连接方式为:压缩机出口与气体加热器相连，气体加热器出口管路接入中间抽气式膨胀机入口，中间抽气式膨胀机出口管路分为两支:抽气出口通过管路经过供热器和气体冷却器之后和喷射器主流体入口连接；乏汽出口管路经过供热器和气体冷却器之后与蒸发器出口管路合并后接入喷射器引射流体入口。喷射器出口和气液分离器入口相连，气液分离器气体出口和压缩机吸气口相连，气液分离器液体出口管路经节流阀和蒸发器入口相连。需要指出的是本专利技术在气液分离器气体出口处有一支带有节流阀的旁通支路，支路另一端接入蒸发器入口，该支路起到调节流量的作用使得系统稳定持久运行。所述系统连接方式为:压缩机出口与气体加热器相连，气体加热器出口管路接入中间抽气式膨胀机入口，中间抽气式膨胀机出口管路分为两支:抽气出口通过管路经过供热器和气体冷却器之后和喷射器主流体入口连接；喷射器出口和气液分离器入口相连，气液分离器的气体出口管路先引出一支带有节流阀的旁通支路，再与中间抽气式膨胀机乏汽出口经过供热系统后的管路连接后一同接入压缩机吸气口，气液分离器液体出口经节流阀后接入蒸发器入口。所述系统连接方式为:压缩机出口与气体加热器相连，气体加热器出口管路接入中间抽气式膨胀机入口，中间抽气式膨胀机出口管路分为两支:抽气出口通过管路经过供热器和气体冷却器之后和喷射器主流体入口连接；喷射器出口和气液分离器入口相连，气液分离器的气体出口管路先与中间抽气式膨胀机乏汽出口经过供热系统后的管路连接后，沿气液分离器气体出口管路再引出一支旁通路，气液分离器气体管路最后接入压缩机吸气口，气液分离器液体出口经节流阀后接入蒸发器入口。所述发电系统由中间抽气式膨胀机以及配套的发电机组组成，高压高温的CO2I质在中间抽气式膨胀机中膨胀做功并由配套的发电机组转换为电能。不同于普通膨胀机，一部分CO2工质在中间抽气式膨胀机中膨胀到一定压力后即由膨胀机中抽出，由抽气口排出膨胀机，剩下的CO2工质则继续膨胀至膨胀机背压，由乏汽出口排出。处于超临界状态的高压CO2工质在膨胀机中膨胀做功回收了部分低品位热能和压缩功提高了系统整体性能。所述供热系统包括供热器和气体冷却器，两者为串联关系，位于发电系统下游。发电系统的膨胀机抽气出口和乏汽出口分别通过独立的管道先后经过供热器和气体冷却器。在供热器中温度较高的CO2工质对外放热，向供热用户提供热量，之后CO2工质进入气体冷却器中进一步冷却至常温。供热系统利用了膨胀机出口的温度较高CO2工质的热能对供热用户提供热能。所述制冷系统采用喷射式制冷，喷射式制冷没有运动部件，可靠性好，成本低，可以提高压缩机入口压力从而减小压缩功。中间抽气式膨胀机的抽气出口经过过供热系统后与喷射器主流体入口连接。膨胀机乏汽出口经过供热系统后并入蒸发器出口管路然后接入喷射器引射流体入口或直接接入压缩机吸气口。中间抽气式膨胀机的抽气出口出来CO2工质经喷嘴后速度提高压力降低，将引射流体入口处的CO2工质吸入喷射器，主流工质与引射工质在喷射器混合段混合后进入扩压段减速增压，并以气液两相的状态进入气液分离器，分离出的气态工质部分进入压缩机压缩。由于喷射器的引射作用，CO2工质在喷射器出口处的压力高于喷射器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种跨临界CO2冷热电联合循环系统，其特征在于：压缩机排气口与气体加热器入口相连，气体加热器出口和中间抽气式膨胀机入口相连；中间抽气式膨胀机的抽气出口经过供热系统后与喷射器主流体入口连接；喷射器出口与气液分离器的入口相连；气液分离器的气体出口端分为两支，一支和压缩机吸气口相连，另一支和带有节流阀的旁通路相连接；气液分离器的液体出口端和节流阀连接，通过节流阀后和旁通路另一端连接后接入蒸发器。

【技术特征摘要】
1.一种跨临界CO2冷热电联合循环系统，其特征在于: 压缩机排气口与气体加热器入口相连，气体加热器出口和中间抽气式膨胀机入口相连； 中间抽气式膨胀机的抽气出口经过供热系统后与喷射器主流体入口连接； 喷射器出口与气液分离器的入口相连； 气液分离器的气体出口端分为两支，一支和压缩机吸气口相连，另一支和带有节流阀的旁通路相连接；气液分离器的液体出口端和节流阀连接，通过节流阀后和旁通路另一端连接后接入蒸发器。2.如权利I所述的跨临界CO2冷热电联合循环系统，其特征在于: 所述压缩机排气口与气体加热器入口相连。3.如权利2所述的跨临界CO2冷热电联合循环系统，其特征在于: 所述压缩机排气口的CO2工质为超临界状态。4.如权利I所述的跨临界CO2冷热电联合循环系统，其特征在于: 所述的气体加热器利用太阳能、地热能或工业废热作为驱动热源。5.如权利I所述的跨临界CO2冷热电联合循环系统，其特征在于: 所述供热系统包括供热器和气体冷却器，和发电系统相连，所述发电系...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐肖肖，浮翔，刘朝，高虹，贺超，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：