一种多功能制冷模式的co2冷电联产系统
阅读说明：本技术 一种多功能制冷模式的co2冷电联产系统 (CO of multi-functional refrigeration mode2Combined cooling and power generation system ) 是由 石凌峰 卢博闻 舒歌群 田华 王轩 张永浩 于 2021-03-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多功能制冷模式的CO-2冷电联产系统,包括：工质泵、预热器、回热器、气体加热器、膨胀机、发电机、压缩机、背压阀、冷冻蒸发器、冷藏蒸发器、冷冻膨胀阀、冷藏膨胀阀、冷凝器、冷冻分流三通阀和冷藏分流三通阀。系统采用CO-2作为循环工质,所需制冷温度不同时,可通过分别调节冷藏分流三通阀和冷冻分流三通阀分配进入冷藏回路、冷冻回路和发电的工质流量,使冷电具备大范围配置调节的能力,并可根据制冷需求改变制冷模式。通过控制调节冷冻分流三通阀和冷藏分流三通阀的开度、压缩机和膨胀机的不同工作状态,可实现冷藏模式、冷冻模式、冷冻冷藏模式、发电模式、冷电模式五种运行模式的切换。(The invention discloses a multifunctional CO in a refrigeration mode 2 A cogeneration system comprising: the system comprises a working medium pump, a preheater, a heat regenerator, a gas heater, an expander, a generator, a compressor, a back pressure valve, a freezing evaporator, a cold storage evaporator, a freezing expansion valve, a cold storage expansion valve, a condenser, a freezing shunt three-way valve and a cold storage shunt three-way valve. The system adopts CO 2 When the required refrigeration temperature is different as a circulating working medium, the flow rates of the working media entering the refrigeration loop, the refrigeration loop and the power generation can be distributed by respectively adjusting the refrigeration shunt three-way valve and the refrigeration shunt three-way valve, so that the working media are enabled to be in a refrigerating stateThe cold electric device has the capability of large-range configuration and adjustment, and can change the refrigeration mode according to the refrigeration requirement. The five operation modes of the refrigeration mode, the freezing and refrigerating mode, the power generation mode and the cold and power mode can be switched by controlling and adjusting the opening degrees of the freezing and refrigerating shunt three-way valve and the different working states of the compressor and the expander.)
技术领域
本发明属于热力循环技术，具体涉及一种多功能制冷模式的CO2冷电联产系统，适用于冷电大范围调节和多制冷模式需求。
背景技术
目前，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。冷电成为余热回收系统的两种主要能量输出形式，以余热驱动的冷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，制冷温度的需求不同，冷电两种能量的需求也有所差异，使得冷电联产系统既需要具备大范围的调节能力，也需要具备冷藏、冷冻两种模式分别或并行运行的能力。目前，以复叠式和自耦式为主的冷电联产系统中余热能量转化方向均侧重于热-电转化，难以做到冷电不同需求的大范围调节功能，单一制冷模式也无法满足对不同制冷温度的需求，需要进行结构上的改进。此外，只利用单一余热源会增加系统的损，限制余热回收效率，需要设置多个换热器以实现不同品位余热源的梯级利用。同时，CO2工质作为一种环保安全性工质，既可以作为发电循环的工质，也是一种良好的制冷工质，具有作为冷电联产系统工质的潜力。
发明内容
针对现有技术情况，本发明提出了一种多功能制冷模式的CO2冷电联产系统，适用于冷电大范围调节和多制冷模式需求，同时满足冷电需求，并实现制冷温度需求变化时多种制冷模式的切换。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种多功能制冷模式的CO2冷电联产系统，包括工质泵、预热器、回热器、气体加热器、膨胀机、发电机、压缩机、背压阀、冷冻蒸发器、冷藏蒸发器、冷冻膨胀阀、冷藏膨胀阀、冷凝器，冷冻分流三通阀和冷藏分流三通阀。所述发电机和所述压缩机由所述膨胀机驱动；所述压缩机的出口连接至冷凝器的进口，所述冷凝器的出口通过所述冷藏分流三通阀连接至所述冷藏膨胀阀的进口和所述冷冻分流三通阀的进口；所述冷藏膨胀阀的出口连接至所述冷藏蒸发器的进口，所述冷藏蒸发器的出口通过所述背压阀连接至所述压缩机的进口；所述冷冻分流三通阀的出口连接至所述冷冻膨胀阀的进口和所述工质泵的进口；所述冷冻膨胀阀的出口连接至所述冷冻蒸发器的进口，所述冷冻蒸发器的出口连接至所述压缩机的进口；所述工质泵的出口连接至所述预热器的进口，所述预热器的出口连接至所述回热器低温侧的进口，所述回热器低温侧的出口连接至所述气体加热器的进口，所述气体加热器的出口连接至所述膨胀机的进口，所述膨胀机的出口连接至回热器高温侧的进口，所述回热器高温测的出口连接至所述冷凝器的进口；循环系统的工质为CO2，工质经所述冷凝器之后由所述冷藏分流三通阀分流两路，一路为冷藏回路：经所述冷藏膨胀阀节流降温后进入所述冷藏蒸发器输出冷量至高温冷媒；另一路进入所述冷冻分流三通阀被进一步分配；工质经所述冷冻分流三通阀分流两路，一路为冷冻回路：经所述冷冻膨胀阀节流降温后进入所述冷冻蒸发器输出冷量至低温冷媒；另一路为发电回路：依次经所述工质泵加压，经过所述预热器、所述回热器低温侧和所述气体加热器加热后进入所述膨胀机做功，拖动所述发电机发电，然后经所述回热器高温测向回热器低温侧工质传递余热；上述冷藏回路的工质通过所述背压阀调压至所述压缩机吸入压力后与上述冷冻回路的工质汇合进入所述压缩机；上述发电回路的工质在所述回热器高温测出口处与所述压缩机出口的工质汇合进入所述冷凝器。
采用上述多功能制冷模式的CO2冷电联产系统，通过调节所述冷藏分流三通阀、冷冻分流三通阀、压缩机和膨胀机的状态，实现多运行模式的切换，分别为冷冻模式、冷藏模式、冷冻冷藏模式、发电模式或冷电模式。
冷藏模式：所述发电机停转，所述冷藏分流三通阀分配进入所述发电回路的工质流量，使所述膨胀机输出功与所述压缩机消耗功相同；所述冷冻分流三通阀截止进入所述冷冻回路的工质流量；通过所述冷藏分流三通阀分配进入所述冷藏回路的工质流量，由所述冷藏蒸发器输出冷藏冷量；
冷冻模式：所述发电机停转，所述冷冻分流三通阀分配进入所述发电回路的工质流量，使所述膨胀机输出功与所述压缩机消耗功相同；所述冷藏分流三通阀截止进入所述冷藏回路的工质流量；通过所述冷冻分流三通阀分配进入所述冷冻回路的工质流量，由所述冷冻蒸发器输出冷冻冷量；
冷冻冷藏模式：所述发电机停转，所述冷冻分流三通阀分配进入所述发电回路的工质流量，使所述膨胀机输出功与所述压缩机消耗功相同；所述冷藏分流三通阀分配进入所述冷藏回路的工质流量，由所述冷藏蒸发器输出冷藏冷量；所述冷冻分流三通阀分配进入所述冷冻回路的工质流量，由所述冷冻蒸发器输出冷冻冷量；
发电模式：所述压缩机停转；所述冷藏分流三通阀截止进入所述冷藏回路的工质流量；所述冷冻分流三通阀截止进入所述冷冻回路的工质流量；所述冷冻分流三通阀分配工质流量进入发电回路，通过所述膨胀机和所述发电机输出电量。
冷电模式：根据冷藏负荷需求，所述冷藏分流三通阀分配进入所述冷藏回路的工质流量，由所述冷藏蒸发器输出所需冷藏冷量；根据冷冻负荷需求，所述冷冻分流三通阀分配进入所述冷冻回路的工质流量，由所述冷冻蒸发器输出所需冷冻冷量；其余工质通过所述冷冻分流三通阀进入发电回路，通过所述膨胀机和所述发电机输出电量；此时所述压缩机根据所述冷藏回路和所述冷冻回路工质流量的大小正常运行或停转。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
该循环系统集成了余热回收发电系统、冷藏系统和冷冻系统，减少了系统部件；该系统可以做到多制冷运行模式的切换，可实现冷热电负荷的大范围调节；利用三个换热器实现对多品位余热源的梯级利用，提高系统余热回收效率，减小系统的损；CO2工质安全环保，能很好匹配高温热源，良好的换热性能使得循环部件的尺寸减小；CO2工质不仅能满足0℃以上的空调制冷，同时满足0℃以下的低温需求，因此有利于该冷电系统在各领域的使用。
附图说明
图1是本发明多功能制冷模式的CO2冷电联产系统构成及原理图。
图中，1-工质泵、2-预热器、3-回热器、4-气体加热器、5-膨胀机、6-发电机、7-压缩机、8-背压阀、9-冷冻蒸发器、10-冷藏蒸发器、11-冷冻膨胀阀、12-冷藏膨胀阀、13-冷凝器、14-冷冻分流三通阀、15-冷藏分流三通阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
如图1所示，本发明多功能制冷模式的CO2冷电联产系统，其系统结构具体组成为：工质泵1、预热器2、回热器3、气体加热器4、膨胀机5、发电机6、压缩机7、背压阀8、冷冻蒸发器9、冷藏蒸发器10、冷冻膨胀阀11、冷藏膨胀阀12、冷凝器13、冷冻分流三通阀14和冷藏分流三通阀15。
上述各部分之间的连接关系是：
所述发电机6和所述压缩机7由所述膨胀机5驱动；
所述压缩机7的出口连接至冷凝器13的进口，所述冷凝器13的出口通过所述冷藏分流三通阀15连接至所述冷藏膨胀阀12的进口和所述冷冻分流三通阀14的进口；
所述冷藏膨胀阀12的出口连接至所述冷藏蒸发器10的进口，所述冷藏蒸发器10的出口通过所述背压阀8连接至所述压缩机7的进口；
所述冷冻分流三通阀14的出口连接至所述冷冻膨胀阀11的进口和所述工质泵1的进口；
所述冷冻膨胀阀11的出口连接至所述冷冻蒸发器9的进口，所述冷冻蒸发器9的出口连接至所述压缩机7的进口；
所述工质泵1的出口连接至所述预热器2的进口，所述预热器2的出口连接至所述回热器3低温侧的进口，所述回热器3低温侧的出口连接至所述气体加热器4的进口，所述气体加热器4的出口连接至所述膨胀机5的进口，所述膨胀机5的出口连接至回热器3高温侧的进口，所述回热器3高温测的出口连接至所述冷凝器13的进口；
循环系统的工质为CO2，工质经所述冷凝器13之后由所述冷藏分流三通阀15分流两路，一路为冷藏回路：经所述冷藏膨胀阀12节流降温后进入所述冷藏蒸发器10输出冷量至高温冷媒；另一路进入所述冷冻分流三通阀14被进一步分配；工质经所述冷冻分流三通阀14分流两路，一路为冷冻回路：经所述冷冻膨胀阀11节流降温后进入所述冷冻蒸发器9输出冷量至低温冷媒；另一路为发电回路：依次经所述工质泵1加压，经过所述预热器2、所述回热器3低温侧和所述气体加热器4加热后进入所述膨胀机5做功，拖动所述发电机6发电，然后经所述回热器3高温测向回热器3低温侧工质传递余热；
上述冷藏回路的工质通过所述背压阀8调压至所述压缩机7吸入压力后与上述冷冻回路的工质汇合进入所述压缩机7；
上述发电回路的工质在所述回热器3高温测出口处与所述压缩机7出口的工质汇合进入所述冷凝器13；
通过调节所述冷藏分流三通阀15、冷冻分流三通阀14、压缩机7和膨胀机5的状态，实现多运行模式的切换，分别为冷冻模式、冷藏模式、冷冻冷藏模式、发电模式或冷电模式。
冷藏模式：所述发电机6停转，所述冷藏分流三通阀15分配进入所述发电回路的工质流量，使所述膨胀机5输出功与所述压缩机7消耗功相同；所述冷冻分流三通阀14截止进入所述冷冻回路的工质流量；通过所述冷藏分流三通阀15分配进入所述冷藏回路的工质流量，由所述冷藏蒸发器10输出冷藏冷量；
冷冻模式：所述发电机6停转，所述冷冻分流三通阀14分配进入所述发电回路的工质流量，使所述膨胀机5输出功与所述压缩机7消耗功相同；所述冷藏分流三通阀15截止进入所述冷藏回路的工质流量；通过所述冷冻分流三通阀14分配进入所述冷冻回路的工质流量，由所述冷冻蒸发器9输出冷冻冷量；
冷冻冷藏模式：所述发电机6停转，所述冷冻分流三通阀14分配进入所述发电回路的工质流量，使所述膨胀机5输出功与所述压缩机7消耗功相同；所述冷藏分流三通阀15分配进入所述冷藏回路的工质流量，由所述冷藏蒸发器10输出冷藏冷量；所述冷冻分流三通阀14分配进入所述冷冻回路的工质流量，由所述冷冻蒸发器9输出冷冻冷量；
发电模式：所述压缩机7停转；所述冷藏分流三通阀15截止进入所述冷藏回路的工质流量；所述冷冻分流三通阀14截止进入所述冷冻回路的工质流量；所述冷冻分流三通阀14分配工质流量进入发电回路，通过所述膨胀机5和所述发电机6输出电量。
冷电模式：根据冷藏负荷需求，所述冷藏分流三通阀15分配进入所述冷藏回路的工质流量，由所述冷藏蒸发器10输出所需冷藏冷量；根据冷冻负荷需求，所述冷冻分流三通阀14分配进入所述冷冻回路的工质流量，由所述冷冻蒸发器9输出所需冷冻冷量；其余工质通过所述冷冻分流三通阀14进入发电回路，通过所述膨胀机5和所述发电机6输出电量；此时所述压缩机7根据所述冷藏回路和所述冷冻回路工质流量的大小正常运行或停转。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。