[发明专利]一种夏供冷冬供热冷热电三联供装置及方法

权利要求书

1.一种夏供冷冬供热冷热电三联供装置，其特征在于，包括多级空气压缩系统(Ⅰ)、太阳能相变蓄热系统(Ⅱ)、空气液化系统(Ⅲ)和膨胀机冷热电三联供系统(Ⅳ)；

所述多级空气压缩系统(Ⅰ)包括低压压缩机组(1)、级间冷却器(2)、高压压缩机组(3)、级末冷却器(4)，其中，低压压缩机组(1)出口与级间冷却器(2)热端入口相连，级间冷却器(2)热端出口与高压压缩机组(3)入口相连，高压压缩机组(3)出口与级末冷却器(4)热端入口相连；

所述太阳能相变蓄热系统(Ⅱ)包括太阳能集热器(5)、相变蓄热器(6)、导热油槽(7)，其中，导热油槽(7)出口分别与太阳能集热器(5)入口、级间冷却器(2)冷端入口、级末冷却器(4)冷端入口、相变蓄热器(6)相连，太阳能集热器(5)出口与相变蓄热器(6)入口相连，级间冷却器(2)、级末冷却器(4)冷端出口均与相变蓄热器(6)入口相连，相变蓄热器(6)第一出口与导热油槽(7)入口相连；

所述空气液化系统(Ⅲ)包括主换热器(8)、节流阀(9)、低温液体储罐(10)、保冷箱(11)，其中，主换热器(8)热端入口与级末冷却器(4)热端出口相连，主换热器(8)热端出口与节流阀(9)入口相连，节流阀(9)出口与低温液体储罐(10)入口相连，低温液体储罐(10)底部出口与主换热器(8)冷端入口相连，低温液体储罐(10)顶部出口排空，主换热器(8)、节流阀(9)、低温液体储罐(10)均处于保冷箱(11)内；

所述膨胀机冷热电三联供系统(Ⅳ)包括回热器(12)、高压膨胀机组(13)、级间再热器(14)、低压膨胀机组(15)、热水器(16)、供热/供冷头(17)，其中，回热器(12)冷端入口与主换热器(8)冷端出口相连，回热器(12)热端入口与相变蓄热器(6)第二出口相连，回热器(12)热端出口与导热油槽(7)入口相连，回热器(12)冷端出口与高压膨胀机组(13)入口相连，高压膨胀机组(13)出口与级间再热器(14)冷端入口相连，级间再热器(14)冷端出口与低压膨胀机组(15)相连，级间再热器(14)热端入口与相变蓄热器(6)第二出口相连，级间再热器(14)热端出口与导热油槽(7)入口相连，热水器(16)热端入口与相变蓄热器(6)第三出口相连，热水器(16)热端出口与导热油槽(7)入口相连，供热/供冷头(17)与低压膨胀机组(15)出口相连。

2.根据权利要求1所述的夏供冷冬供热冷热电三联供装置，其特征在于，所述低压压缩机组(1)入口接空气源，包括至少一台低压空气压缩机。

3.根据权利要求1所述的夏供冷冬供热冷热电三联供装置，其特征在于，所述的高压压缩机组(3)入口接级间冷却器(2)出口排出的高压空气，包括至少一台高压空气压缩机。

4.根据权利要求1所述的夏供冷冬供热冷热电三联供装置，其特征在于，所述的太阳能集热器(5)采用平板型太阳能集热器。

5.根据权利要求1所述的夏供冷冬供热冷热电三联供装置，其特征在于，所述的相变蓄热器(6)内填充有相变蓄热材料，相变蓄热材料选用熔融盐类高温相变蓄热材料，该相变蓄热材料固液相变温度区间应在350K-700K之间。

6.根据权利要求1所述的夏供冷冬供热冷热电三联供装置，其特征在于，所述的主换热器(8)应是绕管式换热器或板式换热器。

7.根据权利要求1所述的夏供冷冬供热冷热电三联供装置，其特征在于，所述的低温液体储罐(10)应是压力容器，工作压力应为10MPa以上。

8.根据权利要求1所述的夏供冷冬供热冷热电三联供装置，其特征在于，所述的高压膨胀机组(13)入口接回热器(12)出口排出的高压空气，包括至少一台高压空气膨胀机。

9.根据权利要求1所述的夏供冷冬供热冷热电三联供装置，其特征在于，所述的低压膨胀机组(15)出口通大气，包括至少一台低压空气膨胀机。

10.一种夏供冷冬供热冷热电三联供方法，其采用权利要求1-9任一项所述的夏供冷冬供热冷热电三联供装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S100：压缩空气和回收压缩热，具体包括：利用电源驱动低压压缩机组(1)、高压压缩机组(3)，逐级压缩空气，低压压缩机组(1)压缩空气后空气温度升高，经级间冷却器(2)热端入口进入级间冷却器(2)，同时关闭导热油槽(7)与相变蓄热器(6)相连的的出口，导热油由导热油槽(7)出口排出，经级间冷却器(2)冷端入口进入级间冷却器(2)，在级间冷却器(2)中导热油与压缩空气换热，压缩空气被冷却到接近常温，进入高压压缩机组(3)，导热油升温后由级间冷却器(2)冷端出口排出，经相变蓄热器(6)入口进入相变蓄热器(6)，空气在高压压缩机组(3)中进一步压缩，在级末冷却器(4)中与导热油槽(7)中排出的导热油换热，导热油升温后由第级末冷却器(4)冷端出口排出，经相变蓄热器(6)入口进入相变蓄热器(6)；

同时，导热油由导热油槽(7)出口排出，进入太阳能集热器(5)，在太阳能集热器(5)中，该部分导热油吸收太阳能升温，升温后进入相变蓄热器(6)，在相变蓄热器(6)中，分别由级间冷却器(2)、级末冷却器(4)冷端出口中排出的导热油与太阳能集热器(5)中排出的导热油混合，加热相变蓄热器(6)中的相变蓄热材料使其熔化，导热油被冷却后排出相变蓄热器(6)第一出口，进入导热油槽(7)，在导热油槽(7)中冷却至常温后再分别进入级间冷却器(2)、级末冷却器(4)与太阳能集热器(5)，完成导热油吸收压缩热、加热相变蓄热材料的循环；

步骤S200：进行空气液化，减小空气储存体积，具体包括：级末冷却器(4)排出的空气经主换热器(8)热端后进入节流阀(9)，在节流阀(9)中由于节流效应，空气压力降低，温度降低，此后空气进入低温液体储罐(10)，初始阶段关闭低温液体储罐(10)顶部出口，空气经低温液体储罐(10)底部出口排出，经主换热器(8)冷端入口进入主换热器(8)，在主换热器(8)冷端内和主换热器(8)热端流过的高压空气换热，利用节流效应的冷量冷却主换热器(8)热端的高压空气，然后经主换热器(8)冷端出口排出，以上过程重复进行，主换热器(8)热端流过的高压空气温度不断降低，直至冷却至液化温度附近，经节流阀(9)节流后部分液化，然后打开低温液体储罐(10)顶部出口，以保证经低温液体储罐(10)底部出口排出的为纯液态空气，节流过程继续进行，主换热器(8)热端流过的高压空气温度继续降低，直至冷却至液化温度以下，经节流阀(9)节流后全部液化成液态空气，形成主换热器(8)热端高压空气和冷端液态空气的稳定换热过程，换热后高压空气温度降至液化温度以下，经过节流阀(9)节流后液化成液态空气流入低温液态储罐(10)，再进入主换热器(8)冷端与主换热器(8)热端高压空气换热后排出，经回热器(12)冷端入口进入回热器(12)；

步骤S300：根据供冷或供热目标选择是否通过相变蓄热材料释放压缩热加热空气，具体包括：

若目标为供冷，则关闭相变蓄热器(6)第二出口与回热器(12)热端入口相连处的阀门，阻止导热油加热即将进入膨胀机组的做功空气，降低做功空气初温；

若目标为供热，则打开导热油槽(7)与相变蓄热器(6)相连的出口，导热油由导热油槽(7)直接进入相变蓄热器(6)，与相变蓄热材料发生换热，相变蓄热材料冷却凝固成固态，导热油升温后由相变蓄热器(6)第二出口排出，经回热器(12)热端入口进入回热器(12)，在回热器(12)中与回热器(12)冷端入口进入的低温高压空气进行换热，空气被加热到常温附近，导热油被冷却后经回热器(12)热端出口排出，进入导热油槽(7)，完成吸收相变材料蓄热、释放压缩热加热空气的循环过程；

步骤S400：压缩空气在膨胀机中实现冷热电三联供，具体包括：回热器(12)冷端出口的高压空气依次进入高压膨胀机组(13)、低压膨胀机组(15)，逐级膨胀做功，高压膨胀机组(13)中空气膨胀后温度降低，由级间再热器(14)冷端入口进入级间再热器(14)，同时导热油由相变蓄热器(6)第二出口排出，经级间再热器(14)热端入口进入级间再热器(14)，在级间再热器(14)中导热油与压缩空气进行换热，压缩空气温度升温后进入低压膨胀机组(15)，导热油冷却后由级间再热器(18)热端出口排出，进入导热油槽(7)，空气在低压膨胀机组(15)中继续膨胀，经供热/供冷头(17)排出。