燃氣內(nèi)燃機微型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)集成式熱管理器的研究.pdf

1、冷熱電聯(lián)供是一種多聯(lián)供總能系統(tǒng),實現(xiàn)了能源的梯級利用,綜合效率高,近年來引起了廣泛的關(guān)注. 基于燃氣內(nèi)燃機的微型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng),由于價格低廉,靈活性、適用性好,十分適合在我國的開展與應(yīng)用,成為近期節(jié)能領(lǐng)域的研究熱點.內(nèi)燃機冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)一般采取"以電定熱"的方式運行,回收發(fā)電過程中內(nèi)燃機的缸套水和煙氣中的余熱.由于內(nèi)燃機自身的特點,決定了基于燃氣內(nèi)燃機的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)屬于多種類熱源輸入、多熱用戶熱量輸出的場合,并且同時還需要實現(xiàn)

2、對熱源(缸套水)溫度的控制.為了解決常規(guī)方法中存在的熱管理系統(tǒng)投資高、靈活性和可靠性差等問題,本文提出了通過構(gòu)建集成式"熱管理器"實現(xiàn)該類型聯(lián)供系統(tǒng)熱管理的思路,并展開深入的理論與實驗研究.熱管理器的運行依靠純熱力過程,無任何運動部件,自動實現(xiàn)了對熱源溫度的控制及余熱的回收與管理,是一種具有熱控特點熱管理器新方法.該裝置的有效性、可靠性與穩(wěn)定性在聯(lián)供系統(tǒng)的實際運行中都得到了驗證.在此基礎(chǔ)上,基于16kW小型燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組、固體高效吸附

3、式制冷機和熱管理器,實現(xiàn)了可移動式微型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的集成與示范.本文的研究成果對基于燃氣內(nèi)燃機的小型、微型聯(lián)供系統(tǒng)的實用化和商業(yè)化具有重要意義,將促進聯(lián)供系統(tǒng)向家用和小型商用領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用。主要的研究內(nèi)容包括： (1)針對當(dāng)前基于燃氣內(nèi)燃機的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)在推廣中遇到的實際問題,基于控溫?zé)峁艿倪\行原理,提出了通過構(gòu)建集成式熱管理器實現(xiàn)對熱源溫度的控制以及熱管理的功能.通過與常規(guī)熱管理方法的比較,確定了熱管理器的特點及應(yīng)用范圍

4、.該設(shè)計思路已經(jīng)申請了中國發(fā)明專利. (2)通過對熱管理器實驗系統(tǒng)的構(gòu)建,驗證了熱管理器運行原理的可行性,為熱管理器的實際應(yīng)用積累了實驗數(shù)據(jù).在實驗中,詳細考察了工質(zhì)、不凝性氣體和運行工況對熱管理器性能的影響,以及在動態(tài)、穩(wěn)態(tài)條件下,熱管理器控溫特性與熱量分配規(guī)律. (3) 建立熱管理器工作過程的數(shù)學(xué)模型.通過理論與實驗數(shù)據(jù)的對比分析,修正平面交界面理論中交界面區(qū)域內(nèi)的換熱系數(shù)與溫度分布,提高了模型的計算精度,拓廣了平面

5、交界面理論的適用范圍.在對熱管理器理論模型進行修正的基礎(chǔ)上,對熱管理器的工作過程進行仿真,分析了影響熱管理器性能的各項因素,指明了提高熱管理器性能及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的途徑。 (4) 針對燃氣內(nèi)燃機冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的特點,結(jié)合16kW燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組和吸附式制冷機,進行配套的熱管理器實用化裝置的開發(fā).通過箱體與底盤的設(shè)計,將發(fā)電、制冷與熱管理器進行模塊化連接,實現(xiàn)了可移動式微型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的集成。 (5) 通過搭建冷熱電聯(lián)供實

6、驗系統(tǒng),進行了熱電聯(lián)供以及冷熱電聯(lián)供的綜合調(diào)控實驗研究.經(jīng)實際運行的檢驗,驗證了熱管理器具備對缸套水溫度控制的可靠性以及可以根據(jù)工況的變化自動實現(xiàn)對余熱的回收與管理的功能,明確了多熱源輸入與多熱用戶輸出之間的相互的關(guān)系.實驗結(jié)果表明,聯(lián)供系統(tǒng)的綜合能源利用率可達75.3﹪.在設(shè)計極限工況下,缸套水溫度的變化僅有5.4℃.同時,在額定發(fā)電負荷條件下,熱管理器的熱回收效率可以達到90﹪以上.當(dāng)以吸附式制冷機作為用熱對象時,其具有用熱負荷周期