一种利用高压储气发电的CO2载冷剂储能供冷系统

一种利用高压储气发电的co2载冷剂储能供冷系统
技术领域
1.本发明涉及一种供冷系统，尤其是一种利用高压储气发电的co2载冷剂储能供冷系统，属于供冷系统能效利用研发技术领域。

背景技术：

2.在供冷系统领域中存在常见的峰谷电价、昼夜运行效率和用冷需求差异的问题：在白天制冷循环效率较低，电价较高，但用冷需求较大；在夜间制冷循环效率较高，电价较低，但用冷需求确较小。因此通常使用储能技术来解决这类供需能力的不匹配和运行成本收益的较大差距问题，即在夜间运行效率高、运行成本低、用冷需求小时，多生产冷量进行储存，在白天将夜间储存的冷量补充使用，减少白天的制冷需求，降低成本。
3.鉴于上述原因，本发明通过外接co2高压储气罐的方式增大载冷剂系统中co2量实现储能的效果，同时，由于co2高压储气罐释放的高压co2气体在进入冷凝蒸发器前需进行降压，而常规使用减压阀进行降压虽然过程简单，但其压力下降产生的能量没有被利用，不利于能效利用率的提升。因此，有必要在外接co2高压储气罐保证压力稳定的同时，充分利用系统运行期间产生的高压co2气体进行发电，以进一步提升系统的能效利用率，这对供冷系统的能效利用性和使用经济性具有重要意义。

技术实现要素：

4.为解决背景技术存在的不足，本发明提供一种利用高压储气发电的co2载冷剂储能供冷系统，它通过外接的co2高压储气罐实现储能作用，提升系统的安全稳定运行能力，并且充分利用释放的高压co2气体进行发电，提升能效利用率。
5.为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种利用高压储气发电的co2载冷剂储能供冷系统，包括制冷剂环路、co2载冷剂环路及发电机构，两个环路除共用的冷凝蒸发器之外，所述制冷剂环路还包括压缩机、冷凝器、制冷剂储液器及电子膨胀阀eev，所述压缩机的出口、冷凝器、制冷剂储液器和电子膨胀阀eev之间依次连接，压缩机的入口与冷凝蒸发器的制冷剂出口连接，所述电子膨胀阀eev与冷凝蒸发器的制冷剂入口连接，所述co2载冷剂环路还包括co2液泵、用冷蒸发器、co2储液罐、co2高压储气罐及空压机，所述co2储液罐的液管出口与co2液泵连接，所述co2液泵通过主路和旁路最终与co2储液罐的气管入口连接，所述主路包括并联的多条支路且每条所述支路依次布置有电磁调节阀、截止阀及所述用冷蒸发器，所述旁路布置有电磁调节阀，co2储液罐的液管入口与冷凝蒸发器的co2冷凝管出口连接，co2储液罐的气管出口与冷凝蒸发器的co2冷凝管入口连接，所述空压机将co2储液罐的气管出口与co2高压储气罐的气管入口相连，所述co2高压储气罐的气管出口依次经电磁调节阀及发电机构与冷凝蒸发器的co2冷凝管入口连接，所述发电机构包括透平及发电机，所述透平的进出口连接在co2高压储气罐气管出口的所述电磁调节阀和冷凝蒸发器的co2冷凝管入口之间，透平的转轴连接传动所述发电机。
6.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设置外接的co2高压储气罐能实现
良好的储能作用，当制冷量大于用冷需求时，冷凝蒸发器液化从co2高压储气罐内释放出来的co2气体，增加co2储液罐内的液态co2，使液态co2储存冷量达到储能的作用，其储存的冷量可在制冷剂环路发生故障停机时依然能够保证系统的运行，此外，在储能过程中通过增设的发电机构充分利用co2高压储气罐释放的高压co2气体进行发电，高压co2气体推动透平做功传动发电机旋转发电，可用于系统内用电，减少系统的耗电量，提升能效利用率，也可连接蓄电池进行蓄电另作他用。
附图说明
7.图1是本发明的利用高压储气发电的co2载冷剂储能供冷系统的示意图。
具体实施方式
8.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，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。
9.如图1所示，一种利用高压储气发电的co2载冷剂储能供冷系统，包括制冷剂环路、co2载冷剂环路及发电机构，两个环路除共用的冷凝蒸发器5之外，所述制冷剂环路还包括压缩机1、冷凝器2、制冷剂储液器3及电子膨胀阀eev4，所述压缩机1的出口、冷凝器2、制冷剂储液器3和电子膨胀阀eev4之间通过管线依次连接，压缩机1的入口与冷凝蒸发器5的制冷剂出口通过管线连接，所述电子膨胀阀eev4与冷凝蒸发器5的制冷剂入口通过管线连接，所述co2载冷剂环路还包括co2液泵6、用冷蒸发器9、co2储液罐10、co2高压储气罐11及空压机12，所述co2储液罐10的液管出口通过管线与co2液泵6连接，所述co2液泵6通过主路和旁路最终与co2储液罐10的气管入口连接，所述主路包括并联的多条支路且每条所述支路依次布置有电磁调节阀7、截止阀8及所述用冷蒸发器9，所述旁路布置有电磁调节阀7，co2储液罐10的液管入口通过管线与冷凝蒸发器5的co2冷凝管出口连接，co2储液罐10的气管出口与冷凝蒸发器5的co2冷凝管入口通过管线连接，所述空压机12通过管线将co2储液罐10的气管出口与co2高压储气罐11的气管入口相连，所述co2高压储气罐11的气管出口通过管线依次经电磁调节阀7及发电机构与冷凝蒸发器5的co2冷凝管入口连接，进一步的，空压机12和co2高压储气罐11气管出口的所述电磁调节阀7连接有控制线路，所述控制线路连接有压力传感器，所述压力传感器设置在co2储液罐10内，通过压力传感器检测co2储液罐10内部压力与设定值对比，压力低于设定值则空压机12关闭而该电磁调节阀7开启，压力高于设定值则空压机12开启而该电磁调节阀7关闭，以此结合co2高压储气罐11实现co2储液罐10的压力稳定，所述发电机构包括透平13及发电机14，所述透平13的进出口连接在co2高压储气罐11气管出口的所述电磁调节阀7和冷凝蒸发器5的co2冷凝管入口之间，透平13的转轴通过传动杆15连接传动所述发电机14。
10.本发明的供冷系统具体运行过程如下：
11.一、制冷剂环路运行过程
12.压缩机1排出的高温高压的制冷剂气体，经过冷凝器2换热后变成低温高压的制冷剂气液混合流体流入制冷剂储液器3中，制冷剂储液器3中的制冷剂液体经过电子膨胀阀
eev4变成低温低压的制冷剂液体，进入冷凝蒸发器5中与co2进行换热吸收热量变为制冷剂气体，最后流入并经过压缩机1做功变成高温高压的制冷剂气体。
13.二、co2载冷剂环路用户供冷过程
14.co2储液罐10中的co2液体经co2液泵6做功并分为主路和旁路，主路分成多条支路依次经过电磁调节阀7和截止阀8进入用冷蒸发器9进行吸热气化后，用冷蒸发器9出口的co2气液混合流体流入co2储液罐10中，旁路则经过电磁调节阀7后流入co2储液罐8中。
15.三、co2载冷剂环路co2冷凝液化过程
16.co2储液罐10中co2气体经过空压机12加压送入co2高压储气罐11内，co2高压储气罐11内高压co2气体流经电磁调节阀7进入透平13，推动透平13做功变成低压co2气体后，和co2储液罐10中直接出来的低压co2气体混合进入冷凝蒸发器5中吸收冷量液化成co2液体，最后流入co2储液罐10中。
17.四、发电机构运行过程
18.进行储能时，制冷剂环路的制冷量大于用户的用冷量，即冷凝蒸发器5产生的液化co2多于用冷蒸发器9产生的气态co2，使得co2储液罐10内的气态co2减少，压力下降，co2储液罐10内设置的压力传感器检测到压力低于设定值后，空压机12关闭，调节电磁调节阀7的开度使co2高压储气罐11内的高压co2气体通过透平13降压进入冷凝蒸发器5，气体co2吸收制冷剂环路的冷量变成液化co2流入co2储液罐10，未完全液化的气体co2一同进入co2储液罐10保证其压力稳定，同时co2储液罐10内液态co2用于储存冷能，从co2高压储气罐11流出的高压co2气体推动透平13做功，透平13通过传动杆15传动发电机14旋转发电，输出的电能可用于为本发明供冷系统的压缩机1、co2液泵6或空压机12提供电能，也可通过蓄电池进行储存，则该蓄电池可充当系统的调节电源，或为另作他用。
19.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
20.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：

1.一种利用高压储气发电的co2载冷剂储能供冷系统，其特征在于：包括制冷剂环路、co2载冷剂环路及发电机构，两个环路除共用的冷凝蒸发器(5)之外，所述制冷剂环路还包括压缩机(1)、冷凝器(2)、制冷剂储液器(3)及电子膨胀阀eev(4)，所述压缩机(1)的出口、冷凝器(2)、制冷剂储液器(3)和电子膨胀阀eev(4)之间依次连接，压缩机(1)的入口与冷凝蒸发器(5)的制冷剂出口连接，所述电子膨胀阀eev(4)与冷凝蒸发器(5)的制冷剂入口连接，所述co2载冷剂环路还包括co2液泵(6)、用冷蒸发器(9)、co2储液罐(10)、co2高压储气罐(11)及空压机(12)，所述co2储液罐(10)的液管出口与co2液泵(6)连接，所述co2液泵(6)通过主路和旁路最终与co2储液罐(10)的气管入口连接，所述主路包括并联的多条支路且每条所述支路依次布置有电磁调节阀(7)、截止阀(8)及所述用冷蒸发器(9)，所述旁路布置有电磁调节阀(7)，co2储液罐(10)的液管入口与冷凝蒸发器(5)的co2冷凝管出口连接，co2储液罐(10)的气管出口与冷凝蒸发器(5)的co2冷凝管入口连接，所述空压机(12)将co2储液罐(10)的气管出口与co2高压储气罐(11)的气管入口相连，所述co2高压储气罐(11)的气管出口依次经电磁调节阀(7)及发电机构与冷凝蒸发器(5)的co2冷凝管入口连接，所述发电机构包括透平(13)及发电机(14)，所述透平(13)的进出口连接在co2高压储气罐(11)气管出口的所述电磁调节阀(7)和冷凝蒸发器(5)的co2冷凝管入口之间，透平(13)的转轴连接传动所述发电机(14)。2.根据权利要求1所述的一种利用高压储气发电的co2载冷剂储能供冷系统，其特征在于：所述空压机(12)和co2高压储气罐(11)气管出口的所述电磁调节阀(7)连接有控制线路，所述控制线路连接有压力传感器，所述压力传感器设置在co2储液罐(10)内。

技术总结

一种利用高压储气发电的CO2载冷剂储能供冷系统，涉及一种供冷系统。压缩机、冷凝器、制冷剂储液器和电子膨胀阀依次连接，压缩机与冷凝蒸发器连接，电子膨胀阀与冷凝蒸发器连接，CO2储液罐的液管出口连接液泵后通过主路和旁路与CO2储液罐的气管入口连接，主路布置用冷蒸发器，旁路布置电磁调节阀，CO2储液罐的液管入口与冷凝蒸发器连接，CO2储液罐的气管出口与冷凝蒸发器连接，空压机将CO2储液罐的气管出口与CO2高压储气罐的气管入口相连，CO2高压储气罐的气管出口经电磁调节阀及发电机构与冷凝蒸发器连接。外接的CO2高压储气罐实现储能作用，系统安全稳定运行，充分利用高压CO2气体进行发电，提升能效利用率。提升能效利用率。提升能效利用率。

技术研发人员：

杨树鑫 姜帅 王雅茹 江辉民 倪龙 姚杨

受保护的技术使用者：

哈尔滨工业大学

技术研发日：

2022.11.28

技术公布日：

2023/3/7