燃氣內燃機微型冷熱電聯(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),實現了能源的梯級利用,綜合效率高,近年來引起了廣泛的關注. 基于燃氣內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用,成為近期節(jié)能領域的研究熱點.內燃機冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)一般采取"以電定熱"的方式運行,回收發(fā)電過程中內燃機的缸套水和煙氣中的余熱.由于內燃機自身的特點,決定了基于燃氣內燃機的冷熱電聯(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

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,本文提出了通過構建集成式"熱管理器"實現該類型聯(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.在此基礎上,基于16kW小型燃氣內燃發(fā)電機組、固體高效吸附

3、式制冷機和熱管理器,實現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域的推廣和應用。主要的研究內容包括： (1)針對當前基于燃氣內燃機的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)在推廣中遇到的實際問題,基于控溫熱管的運行原理,提出了通過構建集成式熱管理器實現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用范圍

4、.該設計思路已經申請了中國發(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用積累了實驗數據.在實驗中,詳細考察了工質、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學模型.通過理論與實驗數據的對比分析,修正平面交界面理論中交界面區(qū)域內的換熱系數與溫度分布,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構優(yōu)化設計的途徑。 (4) 針對燃氣內燃機冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的特點,結合16kW燃氣內燃發(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計,將發(fā)電、制冷與熱管理器進行模塊化連接,實現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)供的綜合調控實驗研究.經實際運行的檢驗,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工況的變化自動實現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系.實驗結果表明,聯(lián)供系統(tǒng)的綜合能源利用率可達75.3﹪.在設計極限工況下,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.當以吸附式制冷機作為用熱對象時,其具有用熱負荷周期