單級重力泵有機朗肯發電及供熱聯合系統及其循環的製作方法
2023-10-19 18:38:22
單級重力泵有機朗肯發電及供熱聯合系統及其循環的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種單級重力泵有機朗肯發電及供熱聯合系統及其循環，其中的聯合系統包括由蒸發器、膨脹機和冷凝器依稀連接形成的循環發電閉環，所述膨脹機外接有發電機；所述冷凝器包括有機工質管路和循環水管路，低沸點有機工質在所述冷凝器中將熱量釋放給循環水；所述循環水管路通過調節閥連接有地板採暖管路，所述地板採暖管路通過循環水泵再與所述循環水管路相連接，形成地板採暖閉環；所述循環發電閉環和地板採暖閉環組成聯合系統。通過有機工質的壓差代替了工質輸送設備-工質泵，直接將熱能轉變為循環所需的壓差，迴避了工質增壓及輸送設備的應用。
【專利說明】單級重力泵有機朗肯發電及供熱聯合系統及其循環
【技術領域】
[0001]本發明屬於低品位熱能開發和回收利用領域，具體涉及一種單級重力泵有機朗肯發電及供熱聯合系統及其循環。
【背景技術】
[0002]能源需求不斷擴大和化石能源不斷減少的能源大背景下，包括低溫地熱能、低溫太陽熱能和低溫工業餘熱廢熱能等在內的低品位能源的重視度逐漸提高。與常規的熱能發電技術相比，有機朗肯循環技術在低品位熱能開發和回收利用領域具有顯著優勢，能夠大幅度提升熱能利用效率。
[0003]有機朗肯循環所採用的有機工質一般包括HCFCs、HFC和HCs等，這些有機工質一般具有可燃性、高GDP性、高GWP性和毒性中的一個或多個缺點，有效的系統密封是系統安全運行和環境保護的保證。有機朗肯循環利用低沸點有機工質作為循環工質，在低溫條件下可以獲得較高的蒸汽壓力，推動膨脹機轉化為機械能用於直接發電，可以充分利用低品位熱源。
[0004]工質泵運動部件密封困難和效率低下是有機朗肯循環技術推廣的難點之一。採用單級重力泵有機朗肯發電及供熱聯合系統可以避免系統中工質洩露的問題，提供系統的循環動力壓頭，並將朗肯循環的冷凝熱用於加熱地板採暖系統的回水，提供供暖用熱水。聯合系統可以提高系統能源的利用率，對節能減排意義重大。
【發明內容】
[0005]有鑑於此，本發明提供一種單級重力泵有機朗肯發電及供熱聯合系統及其循環，通過有機工質的壓差代替了工質輸送設備-工質泵，解決密封困難問題，同時地板採暖閉環提高了能源的利用率。
[0006]本發明採用的技術方案具體為:單級重力泵有機朗肯發電及供熱聯合系統，包括由蒸發器、膨脹機和冷凝器依稀連接形成的循環發電閉環，所述膨脹機外接有發電機；所述冷凝器包括低沸點有機工質管路和循環水管路，低沸點有機工質在所述冷凝器中將熱量釋放給循環水；所述循環水管路通過調節閥連接有地板採暖管路，所述地板採暖管路通過循環水泵再與所述循環水管路相連接，形成地板採暖閉環；所述循環發電閉環和地板採暖閉環組成聯合系統。
[0007]所述有機工質為低沸點有機工質。
[0008]所述低沸點有機工質為氟利昂或者烷烴。
[0009]單級重力泵有機朗肯發電及供熱聯合循環，包括發電循環和供熱循環，具體為:
[0010]高溫高壓的氣態有機工質推動膨脹機對外輸出軸功，變為低溫低壓的氣態有機工質；低溫低壓的氣態有機工質上升到達系統冷凝段，低溫低壓的氣態有機工質被冷卻水冷卻凝結，變為低溫低壓的液態有機工質；低溫低壓的液態有機工質在重力作用下壓力升高併到達加熱段，變為低溫高壓的液態有機工質；低溫高壓的液態有機工質被熱源加熱變為飽和或者過熱的高溫高壓氣態有機工質，高溫高壓氣的態有機工質再次進入膨脹機，完成一個發電循環；
[0011]在冷凝器中，有機工質管路中的低壓蒸汽釋放的熱量被循環水管路中的採暖回水吸收，回水溫度升高後再次通過循環水管路輸送到地板採暖系統，溫度升高後的循環水作為採暖供水被循環水泵輸送到地板採暖管路中散熱，所述循環水的流量通過調節閥進行調節，釋放熱量後的回水再次循環到冷凝器吸收低溫低壓的氣態有機工質釋放的冷凝熱，完成一個供熱循環。
[0012]所述有機工質為低沸點有機工質。
[0013]所述低沸點有機工質為氟利昂或者烷烴。
[0014]本發明產生的有益效果是:本發明提供的單級重力泵有機朗肯發電及供熱聯合系統及其循環可根據有機工質在氣態與液體狀態下的密度差，直接將熱能轉變為循環所需的壓差，迴避了工質增壓及輸送設備的應用，具有提高循環效率的潛力，同時解決了增壓過程密封困難的問題；且地板採暖閉環充分利用了冷凝熱作為地板採暖熱源，二者的匹配進一步提高了能源利用率，具有良好適用性和潛在的價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]當結合附圖考慮時，能夠更完整更好地理解本發明。此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。
[0016]圖1為常規有機朗肯循環工質循環狀態示意圖；
[0017]圖2為本發明單級重力泵有機朗肯發電及供熱聯合循環的發電循環的狀態示意圖；
[0018]圖3為本發明單級重力泵有機朗肯發電及供熱聯合系統的循環發電閉環的結構示意圖；
[0019]圖4為本發明單級重力泵有機朗肯發電及供熱聯合系統的結構示意圖。
[0020]圖中:1-蒸發器，2-膨脹機，3-發電機，4-冷凝器，5-有機工質管路，6_循環水管路，7-調節閥，8-地板採暖管路，9-循環水泵。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖及實施例對本發明的技術方案作進一步詳細的說明。
[0022]常規的有機朗肯循環中工質的循環過程如圖1所示:高溫高壓的有機工質進入膨脹機膨脹做功(I?2)，低溫低壓的氣態有機工質在冷凝器中冷卻凝結為低溫低壓的飽和液態工質(2?4)，飽和液態工質在工質泵中壓力升高(4?5)，在蒸發器中高壓低溫液態工質吸熱成為高溫高壓的過熱有機工質(5?I)，高溫高壓的氣態工質重新進入膨脹機完成一個循環。
[0023]單級重力泵有機朗肯發電循環中的工質循環過程如圖2所示，蒸發器I內產生的高溫高壓的氣態有機工質推動膨脹機2對外輸出軸功(I?2)，膨脹機2外界有發電機3，低溫低壓的氣態有機工質上升到達系統冷凝段(2?3)，低壓蒸汽在冷凝器4中被冷卻水冷卻凝結(3?5)，低壓液態的有機工質在重力作用下壓力升高併到達加熱段(5?6)，有機工質被熱源加熱成為飽和或者過熱的氣態有機工質出?I)，高溫高壓的氣態有機工質進入膨脹機2完成一個發電循環。
[0024]進一步如圖3所示，在冷凝器4中，有機工質管路5中的低壓蒸汽釋放的熱量被循環水管路6中的採暖回水吸收，回水溫度升高後再次通過循環水管路6輸送到地板採暖系統，循環水管路6中的循環水流量可以通過調節閥7進行調節，溫度升高後的循環水作為採暖供水被循環水泵9輸送到地板採暖管路8中散熱，釋放熱量後的回水再次循環到冷凝器4吸收低溫低壓的氣態有機工質釋放的冷凝熱，完成一個供熱循環。
[0025]上述兩個循環對應的循環發電閉環和地板採暖閉環構成的聯合系統如圖4所示，包括由蒸發器1、膨脹機2和冷凝器3依稀連接形成的循環發電閉環，膨脹機2外接有發電機3 ;冷凝器4包括有機工質管路5和循環水管路6，低沸點有機工質在冷凝器4中將熱量釋放給循環水；所述循環水管路通過調節閥7連接有地板採暖管路8，地板採暖管路8通過循環水泵9再與冷凝器4相連接，形成地板採暖閉環；循環發電閉環和地板採暖閉環共同組成本發明的聯合系統。
[0026]在單級重力泵有機朗肯循環發電及地板採暖聯合系統中，有機工質管路5中的有機工質的運行動力由氣態有機工質和液態有機工質的循環壓差提供，系統的循環壓差是由有機工質的密度差、蒸發器I和冷凝器3間的高差、膨脹機2前後壓差等因素來綜合確定，作為一種較佳實施例，系統中的有機工質為低沸點有機工質，可以為氟利昂或者燒烴等；且系統的絕熱效率對系統性能具有重要影響，因此在系統的運行過程中對液態有機工質段和氣態有機工質段均需良好的保溫。
[0027]如上所述，對本發明的實施例進行了詳細地說明，顯然，只要實質上沒有脫離本發明的發明點及效果、對本領域的技術人員來說是顯而易見的變形，也均包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種單級重力泵有機朗肯發電及供熱聯合系統，其特徵在於，包括由蒸發器、膨脹機和冷凝器依稀連接形成的循環發電閉環，所述膨脹機外接有發電機；所述冷凝器包括有機工質管路和循環水管路，低沸點有機工質在所述冷凝器中將熱量釋放給循環水；所述循環水管路通過調節閥連接有地板採暖管路，所述地板採暖管路通過循環水泵再與所述循環水管路相連接，形成地板採暖閉環；所述循環發電閉環和地板採暖閉環組成聯合系統。
2.根據權利要求1所述的一種單級重力泵有機朗肯發電及供熱聯合系統，其特徵在於，所述有機工質為低沸點有機工質。
3.根據權利要求2所述的一種單級重力泵有機朗肯發電及供熱聯合系統，其特徵在於，所述低沸點有機工質為氟利昂或者烷烴。
4.一種單級重力泵有機朗肯發電及供熱聯合循環，其特徵在於，包括發電循環和供熱循環，具體為: 高溫高壓的氣態有機工質推動膨脹機對外輸出軸功，變為低溫低壓的氣態有機工質；低溫低壓的氣態有機工質上升到達系統冷凝段，低溫低壓的氣態有機工質被冷卻水冷卻凝結，變為低溫低壓的液態有機工質；低溫低壓的液態有機工質在重力作用下壓力升高併到達加熱段，變為低溫高壓的液態有機工質；低溫高壓的液態有機工質被熱源加熱變為飽和或者過熱的高溫高壓氣態有機工質，高溫高壓氣的態有機工質再次進入膨脹機，完成一個發電循環； 在冷凝器中，有機工質管路中的低壓蒸汽釋放的熱量被循環水管路中的採暖回水吸收，回水溫度升高後再次通過循環水管路輸送到地板採暖系統，溫度升高後的循環水作為採暖供水被循環水泵輸送到地板採暖管路中散熱，所述循環水的流量通過調節閥進行調節，釋放熱量後的回水再次循環到冷凝器吸收低溫低壓的氣態有機工質釋放的冷凝熱，完成一個供熱循環。
5.根據權利要求4述的一種單級重力泵有機朗肯發電及供熱聯合循環，其特徵在於，所述有機工質為低沸點有機工質。
6.根據權利要求5所述的一種單級重力泵有機朗肯發電及供熱聯合循環，其特徵在於，所述低沸點有機工質為氟利昂或者烷烴。
【文檔編號】F01K17/02GK103982253SQ201410175512
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月28日 優先權日:2014年4月28日
【發明者】史維秀, 潘利生, 李海 申請人:北京建築大學