一種熱泵發電系統的製作方法

2023-07-12 05:46:46 3

專利名稱：一種熱泵發電系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種熱泵發電系統。
背景技術：
隨著能源的日益緊張，環保節能的發電方式正在成為發展的方向。除了傳統的火力發電、水力發電方式以外，風能發電、光伏發電等正在成為廣泛推廣的發電方式。但是，光伏發電由於受到晝夜陰晴等外部因素的影響，發電量不穩定，為了穩定供電需要增加其他輔助設備來存儲電能，設備投資大。而且，用蓄電池儲能，會有後期汙染。風能發電需要將發電設備安裝在風能充足的地方，需要通過專門的電網送到用戶，投資大，難以收回投資。 目前，隨著熱泵用戶的增多，熱泵運行消耗了大量的電能。而且，熱泵運行過程中產生的大量熱能直接排放到空氣中，一方面造成環境溫度的升高，另一方面，造成大量熱能的浪費。

實用新型內容本實用新型是為了克服現有技術中的不足之處，提供一種能夠利用熱泵運行過程中產生的熱能進行發電，並可以將所發電能用於供熱泵運行的發電系統。本實用新型通過下述技術方案實現一種熱泵發電系統，包括由壓縮機、冷凝器、節流閥、蒸發器組成的熱泵，其特徵在於，在熱泵的制熱端安裝有熱電轉換裝置，所述熱電轉換裝置的電能輸出端一路為負載供電，另一路為熱泵的壓縮機供電。所述熱電轉換裝置為由多個熱電偶連接而成的熱電堆，所述蒸發器和冷凝器的外形為扁平狀，蒸發器一端與壓縮機進口連接，另一端通過節流閥與冷凝器連接，冷凝器另一端與壓縮機出口連接，所述熱電堆安裝在蒸發器與冷凝器之間並與蒸發器和冷凝器緊密接觸。所述冷凝器和蒸發器上分別安裝有換熱翅；啟動燈上部安裝有熱啟動導熱管，所述熱啟動導熱管與熱反饋導熱管連接，所述熱反饋導熱管一端與冷凝器上的換熱翅連接，所述熱反饋導熱管的另一端與壓縮機入口緊密接觸，所述蒸發器外側安裝有憎溼保溫層，所述蒸發器的換熱翅上安裝有熱風通道，所述熱風通道上安裝有單向活門，所述單向活門外部安裝有送風風扇，所述冷凝器、憎溼保溫層、熱反饋導熱管的外部安裝有絕熱保溫層。所述冷凝器的表面設置有黑色塗層，所述冷凝器上安裝有平-凸透鏡聚焦升溫器，所述平-凸透鏡聚焦升溫器焦斑匯聚在高溫氣密室底面上，所述高溫氣密室四側面安裝有保溫層，所述熱電堆一面與所述高溫氣密室的頂面緊密接觸，所述熱電堆的另一面與所述蒸發器緊密接觸。所述冷凝器為曲面狀，所述冷凝器的表面設置有黑色塗層，所述冷凝器的焦斑匯聚到高溫氣密室底面上，所述熱電堆一面與所述高溫氣密室的頂面緊密接觸，所述熱電堆的另一面與所述蒸發器緊密接觸，所述高溫氣密室四側面安裝有保溫層。[0011]所述冷凝器系由外環腔管和集熱芯管組成中空環腔管，外環腔管內是長管型凹面反射鏡，無限多焦斑組成的焦線落在集熱芯管上；所述外環腔管的內壁光滑且設置有黑色塗層，所述集熱芯管外壁與外環腔管內壁之間環腔抽真空；所述集熱芯管的外表面設置有黑色塗層，所述集熱芯管一端通過連接管與高溫氣密室上端進口連接，所述集熱芯管另一端通過保溫管與所述高溫氣密室下端出口連接，將熱量傳遞到高溫氣密室內；所述熱電堆與所述高溫氣密室頂面緊密接觸，所述中空環腔管外壁外部和高溫氣密室其餘五面外部分別設置有絕熱層。所述熱電轉換裝置包括水蒸汽鍋爐、汽輪機、發電機、注水泵和冷凝換熱器，所述熱泵中冷凝器的熱量傳遞給水蒸汽鍋爐內的工質水；所述水蒸汽鍋爐的高溫高壓蒸汽出口通過管道與汽輪機的蒸汽進口連接；所述汽輪機的輸出軸與發電機的動力輸入軸連接；所述汽輪機的排氣口與冷凝換熱器的進口連接；所述冷凝器的出口與注水泵的入口連接；所述注水泵的出口與水蒸汽鍋爐的補水口連接；所述發電機的電力輸出端一路與外接負載連接，另一路分別與注水泵和熱泵的電源輸入端連接。 所述冷凝器的表面設置有黑色塗層，所述冷凝器上安裝有多個平-凸透鏡聚焦升溫器，每個平-凸透鏡聚焦升溫器的焦斑匯聚在水蒸汽鍋爐中的換熱管上加熱換熱管中的工質水。所述冷凝器為曲面狀，所述冷凝器的表面設置有黑色塗層，所述冷凝器的焦斑匯聚到在水蒸汽鍋爐中的換熱管上加熱換熱管中的工質水。所述冷凝器系由外環腔管和集熱芯管組成中空環腔管，外環腔管內是長管型凹面反射鏡，無限多焦斑組成的焦線落在集熱芯管上；所述外環腔管的內壁光滑且設置有黑色塗層，所述集熱芯管外壁與外環腔管內壁之間環腔抽真空；所述集熱芯管的外表面設置有黑色塗層，所述集熱芯管一端通過連接管與高溫氣密室上端進口連接，所述集熱芯管另一端通過保溫管與所述高溫氣密室下端出口連接，所述中空環腔管外壁外部和高溫氣密室外部分別設置有絕熱層，所述集熱芯管將熱量傳遞到水蒸氣鍋爐內的工質水。本實用新型具有下述技術效果I、本實用新型的發電系統利用熱泵制熱端釋放出的熱能進行發電，不消耗任何燃料，無汙染，有利於保護環境。2、本實用新型發電系統產生的電能在可以為熱泵供電的同時，還可以為各種負載供電，可以在居民區、學校、商廈、礦山等獨立環境組網供電，節約了國家電網遠距離供電的費用，使用方便。3、本實用新型的發電系統不受外界自然環境因素的影響，發電更穩定。

圖I為本實用新型熱泵發電系統的示意圖；圖2為利用熱電偶發電的示意圖；圖3為利用平-凸透鏡聚焦升溫的熱電偶發電的示意圖；圖4為利用凹面反射聚焦升溫的熱電偶發電的示意圖；圖5為利用複合管升溫的熱電偶發電的示意圖；圖6為圖5的A-A剖視圖；[0026]圖7為利用汽輪發電的示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。本實用新型的熱泵發電系統的示意圖如圖I所述，包括由壓縮機、冷凝器、節流閥、蒸發器組成的熱泵1，在熱泵I的制熱端安裝有熱電轉換裝置2。所述熱電轉換裝置的電能輸出 端一路為負載供電，另一路為熱泵的壓縮機供電。對點電壓要求不高的場合，無須穩壓電路，由熱電轉換裝置直接供電。對電壓要求穩定的直流負載，需要使用直流穩壓器進行穩壓。對於交流負載，需要使用逆變器。C端為製冷端，溫度TL(K)運行中，熱泵從空氣中吸收熱能EC ；H端為制熱端,溫度TH⑷，運行中熱泵向外放出熱能ElH ；D端為激勵端，輸入電能ED，驅動壓縮機令熱泵運行；熱電轉換裝置將熱泵H的熱能轉換成電能，一部分反饋給D端供熱泵繼續運行，多餘的電能向外負載供電。以熱泵實驗為基礎，熱泵制熱係數Wh = EH/ED = 4_20，熱電轉換裝置的熱-電效率nH-E ^ 0. 1-0. 4，調整系統參數使Wh = 20，當nH-E = 0. I時，則系統總增益為Gmin =WhX Hh-E = 20X0. I = 2，即若發電200KW，反饋100KW至D端運行，另100KW向外負載供電；當nH-E = 0.4時，則系統總增益為Gmax = WhX IIh-E = 20X0. 4 = 8，即若發電800KW，反饋至D端100KW，則有700KW向外負載供電。熱電轉換裝置可以採用熱電偶發電或汽輪發電。圖2為利用熱電偶發電的示意圖，所述熱電轉換裝置為由多個熱電偶(即澤貝克效應器件)連接而成的熱電堆8，所述蒸發器9和冷凝器7的外形為扁平狀，蒸發器9 一端與壓縮機6進口連接，另一端通過節流閥12與冷凝器7連接，冷凝器7另一端與壓縮機6出口連接，所述熱電堆8安裝在蒸發器9與冷凝器7之間並與蒸發器和冷凝器緊密接觸，使熱量得到充分利用。所述冷凝器7上安裝有換熱翅13，蒸發器9上安裝有換熱翅5。啟動燈16上部安裝有熱啟動導熱管15，熱啟動導熱管15與熱反饋導熱管14連接，所述熱反饋導熱管14 一端與冷凝器上的換熱翅13連接，熱反饋導熱管的另一端與壓縮機入口緊密接觸實現熱反饋導熱管與壓縮機入口的熱耦合，可以採用盤繞形式，也可以是扁管平面緊貼。所述蒸發器9外側安裝有憎溼保溫層10，所述蒸發器9的換熱翅5上安裝有熱風通道，所述熱風通道上安裝有單向活門4，所述單向活門4外部安裝有送風風扇3，所述冷凝器、憎溼保溫層、熱反饋導熱管的外部分別安裝有絕熱保溫層11。工程中，熱泵的制熱係數可確保Wh = 20，熱電堆的效率nH_E~ 0. 1，因此，圖2所示系統的總增益G = 20X0. I = 2。壓縮機的啟動可以採用蓄電池為壓縮機供電的啟動方式，也可以採用啟動燈熱能啟動的方式。當採用啟動燈熱能啟動方式時，點燃啟動燈，啟動燈火焰的溫度為600°C左右，熱啟動導熱管15吸收啟動燈16加熱產生的熱量，並通過熱反饋導熱管14的一部分將熱量傳到冷凝器的換熱翅13，使冷凝器外殼的溫度升高超過60°C，冷凝器外殼與蒸發器外殼之間存在溫度差，熱電堆8利用兩者之間的溫度差發電，給壓縮機提供電能。熱啟動後壓縮機正常工作，啟動燈熄滅。熱反饋導熱管14 一端從冷凝器吸收熱量傳到壓縮機入口處加熱入口處氣體工質，以提聞熱慄制熱比。當環境溫度高於蒸發器出口氣體工質的溫度時，打開單向活門4，啟動送風風扇3，將熱風送入熱風風道內，蒸發器上的換熱翅5吸收熱風的熱量，提高進入壓縮機入口處氣體工質的溫度。當環境溫度較低時，送風風扇停止，關閉單向活門。熱泵正常工作時，蒸發器與冷凝器之間產生溫差，熱電堆利用冷凝器與蒸發器之間的溫差發電。為了提高冷凝器處的溫度，可以採用三種方式進行升溫。圖3為利用平-凸透鏡聚焦升溫的熱電偶發電的示意圖，所述冷凝器7-1的表面 設置有黑色塗層，所述冷凝器7-1上安裝有平-凸透鏡聚焦升溫器17，所述平-凸透鏡聚焦升溫器17焦斑匯聚在高溫氣密室18底面上，所述熱電堆8 一面與高溫氣密室18的頂面緊密接觸，熱電堆8的另一面與所述蒸發器緊密接觸，所述高溫氣密室四側面安裝有保溫層。利用聚焦作用使高溫氣密室內的氣體溫度升高後提高熱電堆高溫一側的溫度。圖4為利用凹面反射聚焦升溫的熱電偶發電的示意圖，所述冷凝器7-2為曲面狀，所述冷凝器的表面設置有黑色塗層，所述冷凝器7-2的焦斑匯聚到高溫氣密室18底面上，所述熱電堆8—面與高溫氣密室18的頂面緊密接觸，熱電堆8的另一面與所述蒸發器緊密接觸，所述高溫氣密室四側面安裝有保溫層。利用聚焦作用使高溫氣密室內的氣體溫度升高後提高熱電堆高溫一側的溫度。圖5和圖6為利用複合管升溫的熱電偶發電的示意圖，所述冷凝器系由外環腔管22和集熱芯管19組成中空環腔管，系長同心管型凹面聚焦升溫吸熱組合外環腔管內即是長管型凹面反射鏡，無限多焦斑組成的焦線恰好落在集熱芯管上，因之而升溫。所述冷凝器由中空環腔管22和集熱芯管19組成，所述外環腔管的內壁20光滑且設置有黑色塗層，所述集熱芯管19外壁與外環腔管22內壁之間環腔抽真空。所述集熱芯管19的外表面設置有黑色塗層，所述集熱芯管19 一端通過連接管與高溫氣密室18上端進口連接，所述集熱芯管19另一端通過保溫管與所述高溫氣密室18下端出口連接，將熱量傳遞到高溫氣密室內，所述熱電堆8與高溫氣密室18頂面緊密接觸，所述中空環腔管外壁21外部和高溫氣密室其餘五面外部分別設置有絕熱層。集熱芯管19吸收熱量後加熱管內的空氣，熱空氣從高溫氣密室上部進入，與熱電堆8進行熱交換，變冷的空氣從高溫氣密室下端流出，再次進入集熱芯管加熱。圖7為利用汽輪發電的示意圖，所述熱電轉換裝置包括水蒸汽鍋爐24、汽輪機25、發電機26、注水泵27和冷凝換熱器28，所述熱泵中冷凝器的熱量傳遞給水蒸汽鍋爐內的工質水，所述水蒸汽鍋爐的高溫高壓蒸汽出口通過管道與汽輪機的蒸汽進口連接，所述汽輪機的輸出軸與發電機的動力輸入軸連接，所述汽輪機的排氣口與冷凝換熱器的進口連接，所述冷凝器的出口與注水泵的入口連接，所述注水泵的出口與水蒸汽鍋爐的補水口連接；所述發電機的電力輸出端一路與外接負載連接，另一路分別與注水泵和熱泵的電源輸入端連接。為了加快水蒸汽鍋爐內工質水的升溫，所述熱泵的冷凝器與水蒸汽鍋爐之間設置有升溫器23。可以採用與熱電偶相同的三種升溫方式。第一種升溫方式所述冷凝器的表面設置有黑色塗層，所述冷凝器上安裝有多個平-凸透鏡聚焦升溫器，每個平-凸透鏡聚焦升溫器的焦斑匯聚在水蒸汽鍋爐中的換熱管上加熱換熱管中的工質水。第二種升溫方式所述冷凝器為曲面狀，所述冷凝器的表面設置有黑色塗層，所述冷凝器的焦斑匯聚到在水蒸汽鍋爐中的換熱管上加熱換熱管中的工質水。第三種升溫方式所述冷凝器系由外環腔管和集熱芯管組成中空環腔管，外環腔管內是長管型凹面反射鏡，無限多焦斑組成的焦線落在集熱芯管上；所述外環腔管的內壁光滑且設置有黑色塗層，所述集熱芯管外壁與外環腔管內壁之間環腔抽真空；所述集熱芯管的外表面設置有黑色塗層，所述集熱芯管一端通過連接管與高溫氣密室上端進口連接，所述集熱芯管另一端通過保溫管與所述高溫氣密室下端出口連接，所述中空環腔管外壁外部和高溫氣密室外部分別設置有絕熱層，所述集熱芯管將熱量傳遞到水蒸氣鍋爐內的工質水。熱泵器制熱係數Wh = 20，升溫器熱傳遞係數n i = 0. 9，水蒸汽鍋爐-汽輪機-發電機的綜合效率Hs = 0.445，故而圖7的總增益為G = WhX H1X ns = 20X0.9X0. 445 =
8.02，這意味著圖7中每發電800KW，取100KW為熱泵器供電，另外700KW向外負載供電。
權利要求1.一種熱泵發電系統，包括由壓縮機、冷凝器、節流閥、蒸發器組成的熱泵，其特徵在於，在熱泵的制熱端安裝有熱電轉換裝置，所述熱電轉換裝置的電能輸出端一路為負載供電，另一路為熱泵的壓縮機供電。
2.根據權利要求I所述的熱泵發電系統，其特徵在於，所述熱電轉換裝置為由多個熱電偶連接而成的熱電堆，所述蒸發器和冷凝器的外形為扁平狀，蒸發器一端與壓縮機進口連接，另一端通過節流閥與冷凝器連接，冷凝器另一端與壓縮機出口連接，所述熱電堆安裝在蒸發器與冷凝器之間並與蒸發器和冷凝器緊密接觸。
3.根據權利要求2所述的熱泵發電系統，其特徵在於，所述冷凝器和蒸發器上分別安裝有換熱翅；啟動燈上部安裝有熱啟動導熱管，所述熱啟動導熱管與熱反饋導熱管連接，所述熱反饋導熱管一端與冷凝器上的換熱翅連接，所述熱反饋導熱管的另一端與壓縮機入口緊密接觸，所述蒸發器外側安裝有憎溼保溫層，所述蒸發器的換熱翅上安裝有熱風通道，所述熱風通道上安裝有單向活門，所述單向活門外部安裝有送風風扇，所述冷凝器、憎溼保溫層、熱反饋導熱管的外部安裝有絕熱保溫層。
4.根據權利要求2或3所述的熱泵發電系統，其特徵在於，所述冷凝器的表面設置有黑色塗層，所述冷凝器上安裝有平-凸透鏡聚焦升溫器，所述平-凸透鏡聚焦升溫器焦斑匯聚在高溫氣密室底面上，所述高溫氣密室四側面安裝有保溫層，所述熱電堆一面與所述高溫氣密室的頂面緊密接觸，所述熱電堆的另一面與所述蒸發器緊密接觸。
5.根據權利要求2或3所述的熱泵發電系統，其特徵在於，所述冷凝器為曲面狀，所述冷凝器的表面設置有黑色塗層，所述冷凝器的焦斑匯聚到高溫氣密室底面上，所述熱電堆一面與所述高溫氣密室的頂面緊密接觸，所述熱電堆的另一面與所述蒸發器緊密接觸，所述高溫氣密室四側面安裝有保溫層。
6.根據權利要求2或3所述的熱泵發電系統，其特徵在於，所述冷凝器系由外環腔管和集熱芯管組成中空環腔管，外環腔管內是長管型凹面反射鏡，無限多焦斑組成的焦線落在集熱芯管上；所述外環腔管的內壁光滑且設置有黑色塗層，所述集熱芯管外壁與外環腔管內壁之間環腔抽真空；所述集熱芯管的外表面設置有黑色塗層，所述集熱芯管一端通過連接管與高溫氣密室上端進口連接，所述集熱芯管另一端通過保溫管與所述高溫氣密室下端出口連接，將熱量傳遞到高溫氣密室內；所述熱電堆與所述高溫氣密室頂面緊密接觸，所述中空環腔管外壁外部和高溫氣密室其餘五面外部分別設置有絕熱層。
7.根據權利要求I所述的熱泵發電系統，其特徵在於，所述熱電轉換裝置包括水蒸汽鍋爐、汽輪機、發電機、注水泵和冷凝換熱器，所述熱泵中冷凝器的熱量傳遞給水蒸汽鍋爐內的工質水；所述水蒸汽鍋爐的高溫高壓蒸汽出口通過管道與汽輪機的蒸汽進口連接；所述汽輪機的輸出軸與發電機的動力輸入軸連接；所述汽輪機的排氣口與冷凝換熱器的進口連接；所述冷凝器的出口與注水泵的入口連接；所述注水泵的出口與水蒸汽鍋爐的補水口連接；所述發電機的電力輸出端一路與外接負載連接，另一路分別與注水泵和熱泵的電源輸入端連接。
8.根據權利要求7所述的熱泵發電系統，其特徵在於，所述冷凝器的表面設置有黑色塗層，所述冷凝器上安裝有多個平-凸透鏡聚焦升溫器，每個平-凸透鏡聚焦升溫器的焦斑匯聚在水蒸汽鍋爐中的換熱管上加熱換熱管中的工質水。
9.根據權利要求7所述的熱泵發電系統，其特徵在於，所述冷凝器為曲面狀，所述冷凝器的表面設置有黑色塗層，所述冷凝器的焦斑匯聚到在水蒸汽鍋爐中的換熱管上加熱換熱管中的工質水。
10.根據權利要求7所述的熱泵發電系統，其特徵在於，所述冷凝器系由外環腔管和集熱芯管組成中空環腔管，外環腔管內是長管型凹面反射鏡，無限多焦斑組成的焦線落在集熱芯管上；所述外環腔管的內壁光滑且設置有黑色塗層，所述集熱芯管外壁與外環腔管內壁之間環腔抽真空；所述集熱芯管的外表面設置有黑色塗層，所述集熱芯管一端通過連接管與高溫氣密室上端進口連 接，所述集熱芯管另一端通過保溫管與所述高溫氣密室下端出口連接，所述中空環腔管外壁外部和高溫氣密室外部分別設置有絕熱層，所述集熱芯管將熱量傳遞到水蒸氣鍋爐內的工質水。
專利摘要本實用新型公開了一種熱泵發電系統，旨在提供一種能夠利用熱泵運行過程中產生的熱能進行發電，並可以將所發電能用於供熱泵運行的發電系統。包括由壓縮機、冷凝器、節流閥、蒸發器組成的熱泵，在熱泵的制熱端安裝有熱電轉換裝置，熱電轉換裝置的電能輸出端一路為負載供電，另一路為熱泵的壓縮機供電。所述熱電轉換裝置為由多個熱電偶連接而成的熱電堆，蒸發器和冷凝器的外形為扁平狀，蒸發器一端與壓縮機進口連接，另一端通過節流閥與冷凝器連接，冷凝器另一端與壓縮機出口連接，熱電堆安裝在蒸發器與冷凝器之間並與蒸發器和冷凝器緊密接觸。該發電系統利用熱泵制熱端釋放出的熱能進行發電，不消耗任何燃料，無汙染，有利於保護環境。
文檔編號F25B39/02GK202483651SQ201120219310
公開日2012年10月10日 申請日期2011年6月27日 優先權日2011年6月27日
發明者李治國 申請人:李治國