一种低品位余热驱动的冷热电联产系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种冷热电联产系统，尤其是涉及一种低品位余热驱动的冷热电联产系统。
【背景技术】
[0002]伴随着工业化、城镇化的快速发展，我国能源消耗量不断攀升，由此带来的环境负担也不断加重。因此，加大节能降耗力度，进一步提高能源利用效率，大力开发可再生能源，是我国建立资源节约型、环境友好型产业结构和生产方式，以及破解能源资源环境制约、走中国特色新型工业化道路的必然选择。
[0003]低品位工业余热、太阳能及地热能等可再生能源因其总量巨大而逐渐受到人们的关注。低温余热回收技术是我国正在蓬勃发展的又一项新型节能技术，特别是低温余热发电技术大多数采用有机朗肯循环低温发电系统技术，在冶炼、工业炉窑的尾气回收、化工行业的余热回收、生物质发电等领域已经得到实际应用。
[0004]有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，0RC)作为一种能高效、环保地实现低品位热能向高品位电能或动力转化的技术，现已成为低品位能源利用领域研究的热点。热栗是一项高效的供热、制冷技术，其通过消耗一部分高品位能量，能实现数倍输出能量的热量或冷量，在空调领域已得到广泛使用；目前蒸汽压缩式热栗一般采用电动式压缩机，通过电能驱动实现制冷或供热。在合适的条件下，若将热栗与有机朗肯循环技术结合，不仅可以满足生产生活的供热、制冷及电能的需求，减少外界电能或化石能源的消耗，同时提高了能源利用率，避免温室效应和大气污染，对节能减排具有重要意义。
[0005]中国专利ZL201520110622.X公开了一种低温余热驱动的热电联产系统，包括有机朗肯循环子系统与热栗循环子系统，有机朗肯循环子系统由发生器、膨胀机、回热器、低温冷凝器及工质栗顺序连接形成循环回路，热栗循环子系统由蒸发器、压缩机、高温冷凝器及节流阀顺序连接形成循环回路，膨胀机与压缩机之间通过传动装置连接，膨胀机与发电机连接，机朗肯循环子系统与热栗循环子系统分别外接余热水进行热量交换，有机朗肯循环子系统的膨胀机利用余热水热量做功，所做的功一部分驱动压缩机，提供热栗循环子系统的动力需求，剩余部分的功驱动发电机发电，实现系统的热、电联供。该热电联产系统实现了低品位余热的回收利用，也较好的实现了热、电联供，但是该系统中的有机朗肯循环子系统与热栗循环子系统相对独立，不仅使得有机朗肯循环子系统的能量容易损失，还使得整个系统的部件增多，流程不够简化，整个系统的成本较高。
【发明内容】
[0006]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低品位余热驱动的冷热电联产系统。
[0007]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0008]—种低品位余热驱动的冷热电联产系统，包括有机朗肯循环单元，该有机朗肯循环单元由依次连接并构成循环的工质栗、蒸发器、膨胀机、内置热栗循环单元组成，所述的内置热栗循环单元包括循环连接的压缩机、第一换热器、节流阀和第二换热器，该热栗循环管路中还设有分别与连接压缩机、第一换热器和第二换热器连接的四通换向阀，所述的蒸发器连接余热流，所述的膨胀机的输出功端分别连接压缩机和发电机；
[0009]工作时，液态有机工质经工质栗输送至蒸发器，与余热流换热后变成气态有机工质，驱动膨胀机做功后，进入内置热栗循环单元，通过第一换热器或第二换热器与外接换热流换热将做功后的气态有机工质冷却，并返回工质栗循环使用，膨胀机所做的功一部分驱动发电机发电，另一部分作为内置热栗循环单元工作的动力，驱动压缩机工作，此时，通过四通换向阀将内置热栗循环单元切换成制冷模式或制热模式，分别实现第二换热器的冷能或热能的输出，从而实现系统的冷电联产工况或热电联产工况。
[0010]所述的四通换向阀包括端口 a、端口 b、端口 c和端口 d，所述的端口 a和端口 c分别连接第一换热器和第二换热器，所述的端口 b和端口 d分别连接压缩机的入口端和出口端，所述的膨胀机的出口端处设有第一三通换向阀，该第一三通换向阀的入口端e连接膨胀机的出口，出口端f和出口端g分别连接第一换热器与端口 d，所述的工质栗的入口端处设有第二三通换向阀，该第二三通换向阀的出口端j连接工质栗的入口，入口端h与入口端i分别连接第一换热器和第二换热器，通过切换第一三通换向阀、第二三通换向阀和四通换向阀将内置热栗循环单元切换成制冷模式或制热模式，从而实现系统的冷电联产和热电联产两种工况；
[0011]当系统为冷电联产工况时，四通换向阀切换至端口 d、a接通，端口 c、b接通，所述的压缩机的出口端通过管路依次连接四通换向阀的da通道、第一换热器、节流阀、第二换热器和四通换向阀的cb通道，并返回压缩机入口端，第一三通换向阀切换至入口端e与出口端f接通，第二三通换向阀切换至入口端h与出口端j接通，此时，第一换热器内有机工质与外接冷却流体换热，第二换热器内有机工质与外接待制冷流体换热，由膨胀机流出的有机工质与压缩机流出的工质混合，进入第一换热器冷凝换热后，混合工质一部分通过第二三通换向阀进入工质栗，另一部分通过节流阀后，继续进入第二换热器蒸发吸热，对待制冷流体制冷，然后经四通换向阀的cb通道返回压缩机循环使用；
[0012]当系统为热电联产工况时，四通换向阀切换至端口 a、b接通，端口 d、c接通，所述的压缩机的出口端通过管路依次连接四通换向阀的dc通道、第二换热器、节流阀、第一换热器和四通换向阀的ab通道，并返回压缩机入口端，第一三通换向阀切换至入口端e与出口端g接通，第二三通换向阀切换至入口端i与出口端j接通，此时，第一换热器外接热源，第二换热器外接待加热流体，由膨胀机流出的有机工质与压缩机流出的工质混合，进入第二换热器冷凝放热，加热待加热流体，混合工质一部分通过第二三通换向阀进入工质栗，另一部分通过节流阀后，继续进入第一换热器与外接热源换热后，经四通换向阀的ab通道返回压缩机循环使用。
[0013]系统还可以切换成全电运行工况，此时，四通换向阀全部端口切断，压缩机和第二换热器不运行，第一三通换向阀切换至入口端e与出口端f接通，第二三通换向阀切换至入口端h与出口端j接通，第一换热器外接冷源，由膨胀机流出的有机工质进入第一换热器冷凝后，再通过第二三通换向阀进入工质栗，继续参与循环，此时，膨胀机所做的功全部用来提供给发电机发电。
[0014]所述的第二三通换向阀与第一换热器、第二换热器的连接管路上还分别设有流量调节阀。
[0015]所述的有机工质为五氟丙烷、R-制冷剂或制冷剂Rea。
[0016]所述的膨胀机通过传动装置连接压缩机，传动装置的一端连接膨胀机的输出功轴，另一端连接压缩机的输入功轴。
[0017]所述的传动装置为联轴器。
[0018]本发明中，所述的低品位余热驱动的冷热电联产系统根据季节的不同，可切换至不同的运行模式，夏季时系统可为冷电联产模式，冬季时系统可为热电联产模式，过渡季节无冷热负荷需求时，系统可切换至全电运行模式。内置热栗循环单元作为有机朗肯循环的内置循环，实现了有机朗肯循环的冷凝过程，同时完成了热栗循环的产热或产冷过程；系统的两个循环单元使用同一种有机工质并采用传动装置将膨胀机与压缩机传动连接，使得膨胀机所做的功优先驱动压缩机，用以满足热栗循环的动力需求，而剩余部分的功驱动发电机发电，从而实现系统的冷电或热电联产。