超临界二氧化碳制冷循环系统及方法

本发明涉及矿井开采，尤其涉及一种超临界二氧化碳制冷循环系统及方法。

背景技术：

1、随着能源结构的调整和清洁化的需要，开发和利用深层煤层气资源对满足能源需求具有重要意义。但在开采过程中，随着采空区的扩大，地表塌陷、裂隙增多，地热流体大量涌出，形成了严重的煤矿热害问题。

2、在矿井生产中，会遇到各种不利的微气候，其中主要是矿井的高温、高湿，产生高温、高湿的微气候则表明热害出现。在高温作业环境中，由于热害会导致人体产生一系列生理功能的改变，使人体的机能受到影响，因此，需要采取降温措施，以保证煤矿的正常生产。

3、在碳达峰、碳中和的背景下，制冷行业碳的排放，一方面来自用电、生产过程中的二氧化碳排放，另一方面来自于制冷剂等非二氧化碳温室气体的排放。从全球来看，商用制冷是制冷的主体，其制冷剂排放量最大(按co2当量计算)，占制冷剂总排放量的30％以上。由于co2是天然冷媒，其无毒、不可燃，消耗臭氧潜能值为零，全球变暖潜能值为1，若采用co2做制冷剂，可以将商用制冷系统碳足迹减少到几乎为零，从而co2制冷系统在化工、煤化工等工业上应用得到广泛应用。

4、现有技术中，co2制冷系统使用节流阀来减少高压co2的压力，但该节流方式下，部分能量会以损失无用的形式消耗掉，从而造成能量的浪费。

技术实现思路

1、本发明提供一种超临界二氧化碳制冷循环系统及方法，用以解决现有技术中部分能量以损失无用的形式消耗掉而造成能量浪费的缺陷。

2、本发明提供一种超临界二氧化碳制冷循环系统，包括依次连接形成循环回路的地面压缩机、第一喷射器、气液分离器和空冷系统，位于所述地面压缩机和所述第一喷射器之间的所述循环回路上连接旁喷射管路，所述旁喷射管路连接至所述第一喷射器；

3、所述旁喷射管路沿流体流动方向依次设置有动能回收单元和至少一个第二喷射器。

4、根据本发明实施例提供的一种超临界二氧化碳制冷循环系统，所述空冷系统的出口与所述第二喷射器的引射流体入口连接。

5、根据本发明实施例提供的一种超临界二氧化碳制冷循环系统，所述气液分离器的气体出口与所述第二喷射器的引射流体入口连接。

6、根据本发明实施例提供的一种超临界二氧化碳制冷循环系统，所述地面压缩机和所述第一喷射器之间的所述循环回路上设置有静压保护单元，所述静压保护单元用于管路静压保护。

7、根据本发明实施例提供的一种超临界二氧化碳制冷循环系统，所述静压保护单元包括设置于所述循环回路上的压力检测元件和与所述循环回路连接的第一电控阀门。

8、根据本发明实施例提供的一种超临界二氧化碳制冷循环系统，所述动能回收单元包括设置于所述旁喷射管路上的高压透平机组和与所述高压透平机组连接的发电机组。

9、根据本发明实施例提供的一种超临界二氧化碳制冷循环系统，所述旁喷射管路上设置有第二电控阀门。

10、根据本发明实施例提供的一种超临界二氧化碳制冷循环系统，还包括控制器，所述控制器与所述第二电控阀门、所述压力检测元件和所述第一电控阀门电连接。

11、根据本发明实施例提供的一种超临界二氧化碳制冷循环系统，所述第二喷射器的引射流体入口与所述空冷系统之间设置有单向阀。

12、本发明还提供一种超临界二氧化碳制冷循环方法，基于任一上述的超临界二氧化碳制冷循环系统，所述方法包括：

13、所述地面压缩机输出的高压液相sco2分成两路；

14、其中一路进入所述动能回收单元进行能量转换输出电能，同时所述动能回收单元输出低压液相sco2并进入所述第二喷射器进行喷射；

15、另一路进入所述第一喷射器，并与所述第二喷射器喷出的液相sco2混合喷射至所述气液分离器，经气液分离器输出的液相sco2输送至所述空冷系统进行制冷降温，降温后的液相sco2回流至所述地面压缩机。

16、本发明实施例提供的超临界二氧化碳制冷循环系统，通过由地面压缩机压缩后的高压液相sco2分两路，一路进入第一喷射器，另一路进入动能回收单元进行发电后进入第二喷射器喷射后，进入第一喷射器与液相sco2混合均匀喷射，从而第一喷射器和第二喷射器实现高低压二级喷射，可以保证喷射效率和喷射稳定性，并能够减小节流损失，提高能源利用率。

17、进一步的，本发明实施例提供的超临界二氧化碳制冷循环系统，地面压缩机输出的部分高压液相sco2进入动能回收单元进行能量转换并输出电能，有效利用地面压缩机压缩后导入深层矿井的高压sco2的高势能，从而实现高压sco2的动能回收，避免势能因损失无用形式消耗掉而造成的能量浪费。

技术特征：

1.一种超临界二氧化碳制冷循环系统，其特征在于，包括依次连接形成循环回路的地面压缩机、第一喷射器、气液分离器和空冷系统，位于所述地面压缩机和所述第一喷射器之间的所述循环回路上连接旁喷射管路，所述旁喷射管路连接至所述第一喷射器；

2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳制冷循环系统，其特征在于，所述空冷系统的出口与所述第二喷射器的引射流体入口连接。

3.根据权利要求1或2所述的超临界二氧化碳制冷循环系统，其特征在于，所述气液分离器的气体出口与所述第二喷射器的引射流体入口连接。

4.根据权利要求3所述的超临界二氧化碳制冷循环系统，其特征在于，所述地面压缩机和所述第一喷射器之间的所述循环回路上设置有静压保护单元，所述静压保护单元用于管路静压保护。

5.根据权利要求4所述的超临界二氧化碳制冷循环系统，其特征在于，所述静压保护单元包括设置于所述循环回路上的压力检测元件和与所述循环回路连接的第一电控阀门。

6.根据权利要求3所述的超临界二氧化碳制冷循环系统，其特征在于，所述动能回收单元包括设置于所述旁喷射管路上的高压透平机组和与所述高压透平机组连接的发电机组。

7.根据权利要求5所述的超临界二氧化碳制冷循环系统，其特征在于，所述旁喷射管路上设置有第二电控阀门。

8.根据权利要求7所述的超临界二氧化碳制冷循环系统，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与所述第二电控阀门、所述压力检测元件和所述第一电控阀门电连接。

9.根据权利要求3所述的超临界二氧化碳制冷循环系统，其特征在于，所述第二喷射器的引射流体入口与所述空冷系统之间设置有单向阀。

10.一种超临界二氧化碳制冷循环方法，其特征在于，基于权利要求1至9任一项所述的超临界二氧化碳制冷循环系统，所述方法包括：

技术总结本发明涉及矿井开采技术领域，提供一种超临界二氧化碳制冷循环系统及方法，其中系统包括依次连接形成循环回路的地面压缩机、第一喷射器、气液分离器和空冷系统，位于地面压缩机和第一喷射器之间的循环回路上连接旁喷射管路，旁喷射管路连接至第一喷射器；旁喷射管路沿流体流动方向依次设置有动能回收单元和至少一个第二喷射器。本发明通过地面压缩机压缩后的高压液相SCO<subgt;2</subgt;分两路，一路进入第一喷射器，另一路进入动能回收单元进行发电后进入第二喷射器喷射后，进入第一喷射器与液相SCO<subgt;2</subgt;混合均匀喷射，从而第一喷射器和第二喷射器实现高低压二级喷射，能够减小节流损失，提高能源利用率。技术研发人员：张信荣,梁宇浩,张儒驹受保护的技术使用者：北京大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13