超導rt有機郎肯循環太陽能綜合發電系統的製作方法

2023-04-25 10:29:41 1

專利名稱：超導rt有機郎肯循環太陽能綜合發電系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發電裝置，具體講是一種高效環保節能的超導RT有機郎肯循環太陽能綜合發電系統
背景技術：
有機郎肯循環太陽能發電是利用低品位地太陽能輻射熱為動力源發出高品位電能的新型發電技術。隨著化石能源的緊缺、環境壓力的加大，人們對於清潔可再生綠色能源越來越重 視，太陽能發電是利用清結可再生綠色能源發電的最理想形式。但太陽能發電在我國熱利用技術發展中處於嚴重失衡狀態，我國太陽能相當豐富，單位面積年輻照量高於5016MJ/m2，而國內低溫發電熱利用的關鍵技術卻甚缺，特別是低溫發電有機郎肯循環技術，國外向我國嚴格保密，致使我國低溫發電30多年來徘徊不前，至今也無ORC裝置的專業設計和製造單位。美國聯合技術公司(UTC)掌握全球中低溫利用的先進技術，與我國的某油田進行技術合作，但技術上最終還必須依賴美國人，甚至連掉棵螺絲釘都得打電話讓美國方面來人解決，一年要價30萬美金。
發明內容本發明是為打破國外技術封鎖，採用有機朗肯循環(ORC)原理，以高效安全低沸點TR液體為工質，設計成的一種超導RT有機郎肯循環太陽能綜合發電系統，它用新研製的與環境友好的低沸點有機物TR工質在流動系統中從超導太陽能集熱器中獲得熱量，產生有機工質蒸汽，進入透平膨脹機推動汽輪機旋轉，帶動發電機發電，透平膨脹機排出的熱TR工質蒸汽經熱聚變發電器再進行二次發電，其方案如下一種超導RT有機郎肯循環太陽能綜合發電系統，由集熱蒸發器、透平膨脹機、發電機、冷凝器、回熱器、儲液罐、工質加壓泵、熱泵、冷水泵、循環工質管、熱聚變發電器、超導太陽能集熱器、冷卻塔及各種管道構成，其特徵是集熱蒸發器由過熱氣熱交換器和過工質熱交換器組成，過氣熱交換器通過輸熱管道、熱泵與超導太陽能集熱器連接，超導太陽能集熱器中的工質蒸汽經輸熱管道進入集熱蒸發器的過氣熱交換器，將太陽輻射熱能傳導給過工質熱交換器，使流經過工質熱交換器中的TR液體工質迅速蒸發為工質蒸汽。過工質熱交換器的出口通過循環工質管道與透平膨脹機連接，工質蒸汽由循環工質管道進入透平膨脹機內做功，帶動發電機發電。透平膨脹機排出的熱TR工質蒸汽經熱聚變發電器再進行二次發電，熱聚變發電器通過循環工質管道與回熱器的入口連通，回熱器的出口通過循環工質管道與冷凝器的進氣口連通，冷凝器的出液口與儲液罐進口連通，儲液罐的出口通過工質加壓泵與回熱器的進液口連通，回熱器的出液口與集熱蒸發器的過工質熱交換器的進口連通。由透平膨脹機膨脹後的排氣進入熱聚變發電器、再進入回熱器、再進入冷凝器凝結成液體進入儲液罐，再被工質加壓泵加壓進入回熱器預熱後又進入集熱蒸發器的過工質熱交換器，汲取過氣熱交換器傳導來的太陽輻射熱能繼續蒸發，完成一個迴路循環，周而復始，發電機和熱聚變發電器連續發電。整個工質循環迴路為密閉狀態，TR液體工質裝在整個工質循環迴路中進行氣液變化。所述的裝在整個工質循環迴路的TR液體介質是新研製的高效安全低沸點無CFCs的有機液體工質，外觀無色透明，易流動，極易揮發，冰點-150°C，臨界溫度260°C，臨界壓力460Kpa，其換熱能力強，對於傳熱溫差小、換熱面積大的低溫地熱發電有機郎肯循環迴路而g，是一關鍵物質。所述的冷凝器由兩組熱交換器組成，一組為過氣熱交換器，一組為過液熱交換器，在冷凝器中冷卻介質為冷卻水或者空氣，冷卻介質經過過液熱交換器可以將透平排氣流經熱聚變發電器的熱量帶走送入冷卻塔進行冷卻待用；為了提高冷凝器的工作效率冷凝器中裝有超導散熱裝置。採用冷卻水冷卻的特點是水溫低，在冷凝器中換熱係數高，可使動力循環在比較低的凝結溫度下運行，同時冷凝器的傳熱面積也可做小。在有河流的地方還可利 用河水進行工質氣體冷卻凝結。所述的回熱器由兩組熱交換器組成，一組為過氣熱交換器，一組為過液熱交換器，在回熱器中透平排氣將從工質加壓泵來的液態工質加熱後進入集熱蒸發器，這樣可以降低集熱蒸發器的加熱負荷和冷凝器的冷卻負荷，提高系統的熱效率。所述的儲液罐上安裝有超導散熱裝置，可以將儲液罐中TR液體工質的熱量散發，降低集熱蒸發器的加熱負荷和冷凝器的冷卻負荷，提高系統的熱效率。所述的透平膨脹機也可以是螺杆膨脹機，或者向心透平機，或者滾動轉子膨脹機，或者渦旋式膨脹機。所述的熱聚變發電器根據熱電偶發電源原理而製作的超導溫差發電裝置，由發電器、超導聚熱通道及冷水通道構成，由透平膨脹機排出的熱TR工質蒸汽經熱聚變發電器的超導聚熱通道將發電餘熱傳導給熱聚變發電器的聚熱器，發電器即可在熱、冷效應作用下產生電勢；熱聚變發電器的冷水口通過冷水泵與冷卻塔連接，冷水泵將冷卻塔的冷水送入熱聚變發電器的冷水通道為熱電偶發電提供冷源。所述的超導太陽能集熱器由吸熱板、焊接在吸熱板上的超導排管、工質加熱箱及熱泵構成，吸熱板吸收來的太陽能輻射熱經超導排管傳導給流經工質加熱箱的太陽能工質，太陽能工質即刻汽化，在熱泵的作用下，工質蒸汽經輸熱管道進入集熱蒸發器的過氣熱交換器，將太陽輻射熱能傳導給過工質熱交換器，使流經過工質熱交換器中的TR液體工質迅速蒸發為工質蒸汽。超導RT有機郎肯循環太陽能綜合發電系統可以充分利用太陽能低品位輻射熱能高效率發出高品位電能，安全、可靠、環保、無汙染，發電穩定，效率高達30%，在目前全球性化石能源緊缺、環境壓力增大的背景下，利用巨大的太陽能發電具有十分重要的意義。

圖I是本發明的循環系統原理示意圖。圖I中I、集熱蒸發器2、透平膨脹機3、發電機4、冷凝器5、回熱器6、儲液罐7、工質加壓泵8、熱泵9、冷水泵10、循環工質管道11、過氣熱交換器12、過工質熱交換器13、輸熱管道14、超導太陽能集熱器15、回流管道16、TR液體工質17、循環工質管道18、回熱器入口 19、回熱器出口 20、循環工質管道21、冷凝器進氣口 22、冷凝器出液口 23、儲液罐進口 24、儲液罐出口 25、回熱器進液口 26、回熱器出液口 27、過工質熱交換器進口 28、過氣熱交換器29、過液熱交換器30、冷卻水31、超導散熱裝置32、輸水管道33、過工質熱交換器出口 34、超導散熱裝置18-19、過氣熱交換器25-26、過液熱交換器35、熱聚變發電器36、發電器37、超導聚熱通道38、冷水通道39、冷卻塔40、吸熱板41、超導排管42、工質加熱箱43、太陽能工質、44、循環工質管道45、聚熱器46、發電器冷水口47、冷水泵具體實施方式
以下結合附圖I對本發明作進一步說明一種超導RT有機郎肯循環太陽能綜合發電系統，由集熱蒸發器I、透平膨脹機2、發電機3、冷凝器4、回熱器5、儲液罐6、工質加壓泵7、熱泵8、冷水泵9、循環工質管道10、熱聚變發電器35、超導太陽能集熱器14、冷卻塔39及各種管道構成，其特徵是集熱蒸發器I由過熱氣熱交換器11和過工質熱交換器12組成，過氣熱交換器11通過輸熱管道13、熱泵8與超導太陽能集熱器14連接，超導太陽能集熱器14中的工質蒸汽經輸熱管道13進入集熱蒸發器I的過氣熱交換器11，將太陽輻射熱能傳導給過工質熱交換器12，使流經過工質熱交換器12中的TR液體工質16迅速蒸發為工質蒸汽。過工質熱交換器出口 33通過循環工質管道10與透平膨脹機2連接，工質蒸汽由循環工質管道10進入透平膨脹機2內做功，帶動發電機3發電。透平膨脹機2排出的熱TR工質蒸汽經熱聚變發電器35再進行二次發電，熱聚變發電器35通過循環工質管道44與回熱器入口 18連通，回熱器的出口 19通過循環工質管道20與冷凝器進氣口 21連通，冷凝器的出液口 22與儲液罐進口 23連通，儲液罐出口 24通過工質加壓泵7與回熱器進液口 25連通，回熱器出液口 26與集熱蒸發器I的過工質熱交換器進口 27連通。由透平膨脹機2膨脹後的排氣進入熱聚變發電器35、再進入回熱器5、再進入冷凝器4凝結成液體進入儲液罐6，再被工質加壓泵7加壓進入回熱器5預熱後又進入集熱蒸發器I的過工質熱交換器12，汲取過氣熱交換器11傳導來的地熱能繼續蒸發，完成一個迴路循環，周而復始，發電機和熱聚變發電器連續發電。形成的整個工質循環迴路為密閉狀態，TR液體工質16裝在整個工質循環迴路中進行氣液變化。所述的裝在整個工質循環迴路的TR液體介質16是新研製的高效、安全、低沸點、無CFCs的有機液體工質，外觀無色透明，易流動，極易揮發，冰點_150°C，臨界溫度260°C，臨界壓力460Kpa，其換熱能力強，對於傳熱溫差小、換熱面積大的低品溫太陽能發電有機郎肯循環迴路而目，是一關鍵物質。所述的冷凝器4由兩組熱交換器組成，一組為過氣熱交換器28，一組為過液熱交換器29，在冷凝器4中冷卻介質為冷卻水30或者空氣，冷卻介質經過過液熱交換器29可以將透平排氣流經熱聚變發電器35的熱量帶走送入冷卻塔39進行冷卻待用；為了提高冷凝器4的工作效率冷凝器4中裝有超導散熱裝置34。採用冷卻水30冷卻的特點是水溫低，在冷凝器4中換熱係數高，可使動力循環在比較低的凝結溫度下運行，同時冷凝器4的傳熱面積也可做小。在有河流的地方還可利用河水進行工質氣體冷卻凝結。所述的回熱器5由兩組熱交換器組成，一組為過氣熱交換器18-19，一組為過液熱交換器25-26，在回熱器5中透平排氣將從工質如壓泵7來的TR液體工質16加熱後進入集熱蒸發器1，這樣可以降低集熱蒸發器I的加熱負荷和冷凝器的冷卻負荷，提高系統的熱效率。所述的儲液罐6上安裝有超導散熱裝置31，可以將儲液罐6中TR液體工質16的熱量散發，降低集熱蒸發器I的加熱負荷和冷凝器4的冷卻負荷，提高系統的熱效率。所述的透平膨脹機2是螺杆膨脹機，或者向心透平機，或者滾動轉子膨脹機，或者渦旋式膨脹機。所述的熱聚變發電器35由發電器36、超導聚熱通道37及冷水通道38構成，由透平膨脹機2排出的熱TR工質蒸汽經熱聚變發電器35的超導聚熱通道37將發電餘熱傳導給熱聚變發電器35的聚熱器45，發電器36即可在熱、冷效應作用下產生電勢。熱聚變發電 器36的冷水口 46通過冷水泵47與冷卻塔39連接，冷水泵47將冷卻塔39的冷水30送入熱聚變發電器的冷水通道38為熱電偶發電提供冷源。所述的超導太陽能集熱器14由吸熱板40、焊接在吸熱板上的超導排管41、工質加熱箱42及熱泵8構成，吸熱板40吸收來的太陽能輻射熱經超導排管41傳導給流經工質加熱箱42的太陽能工質43，太陽能工質43即刻汽化，在熱泵8的作用下，工質蒸汽經輸熱管道13進入集熱蒸發器I的過氣熱交換器11，將太陽輻射熱能傳導給過工質熱交換器12，使流經過工質熱交換器12中的TR液體工質16迅速蒸發為工質蒸汽。
權利要求1.一種超導RT有機郎肯循環太陽能綜合發電系統，由集熱蒸發器(I)、透平膨脹機(2)、發電機(3)、冷凝器(4)、回熱器(5)、儲液罐￠)、エ質加壓泵(7)、熱泵(8)、冷水泵(9)、循環エ質管道(10)、熱聚變發電器(35)、超導太陽能集熱器(14)、冷卻塔(39)及各種管道構成，其特徵是集熱蒸發器(I)由過熱氣熱交換器(11)和過エ質熱交換器(12)組成，過氣熱交換器(11)通過輸熱管道(13)、熱泵(8)與超導太陽能集熱器(14)連接；過エ質熱交換器出口(33)通過循環エ質管道(10)與透平膨脹機(2)連接，エ質蒸汽可由循環エ質管道(10)進入透平膨脹機(2)內驅動發電機(3);透平膨脹機(2)排出的熱TRエ質蒸汽能進入熱聚變發電器(35)進行二次發電；熱聚變發電器(35)通過循環エ質管道(44)與回熱器入口(18)連通，回熱器的出口(19)通過循環エ質管 道(20)與冷凝器進氣ロ(21)連通，冷凝器的出液ロ(22)與儲液罐進ロ(23)連通，儲液罐出口(24)通過エ質加壓泵(7)與回熱器進液ロ(25)連通，回熱器出液ロ(26)與集熱蒸發器(I)的過エ質熱交換器進ロ(27)連通，由透平膨脹機(2)膨脹後的排氣能進入熱聚變發電器(35)、再進入回熱器(5)、再進入冷凝器(4)凝結成液體進入儲液罐出)，再被エ質加壓泵(7)加壓進入回熱器(5)預熱後進入集熱蒸發器(I)的過エ質熱交換器(12)，形成ーエ質循環迴路，構成的整個エ質循環迴路為密閉狀態，TR液體エ質(16)裝在整個エ質循環迴路中。
2.根據權利要求I所述的超導RT有機郎肯循環太陽能綜合發電系統，其特徵是所述的裝在整個エ質循環迴路的TR液體介質(16)是低沸點、無CFCs的有機液體エ質，外觀無色透明，易流動，極易揮發，冰點_150°C，臨界溫度260°C，臨界壓力460Kpa。
3.根據權利要求I所述的超導RT有機郎肯循環太陽能綜合發電系統，其特徵是所述的冷凝器(4)由兩組熱交換器組成，ー組為過氣熱交換器(28)，ー組為過液熱交換器(29)，在冷凝器(4)中冷卻介質為冷卻水(30)或者空氣，凝器(4)中裝有超導散熱裝置(34)。
4.根據權利要求I所述的超導RT有機郎肯循環太陽能綜合發電系統，其特徵是所述的回熱器(5)由兩組熱交換器組成，ー組為過氣熱交換器(18-19)，ー組為過液熱交換器(25-26)。
5.根據權利要求I所述的超導RT有機郎肯循環太陽能綜合發電系統，其特徵是所述的儲液罐(6)上安裝有超導散熱裝置(31)。
6.根據權利要求I所述的超導RT有機郎肯循環太陽能綜合發電系統，其特徵是所述的透平膨脹機(2)是螺杆膨脹機，或者向心透平機，或者滾動轉子膨脹機，或者渦旋式膨脹機。
7.根據權利要求I所述的超導RT有機郎肯循環太陽能綜合發電系統，其特徵是所述的熱聚變發電器(35)由發電器(36)、超導聚熱通道(37)及冷水通道(38)構成，熱聚變發電器(36)的冷水ロ(46)通過冷水泵(47)與冷卻塔(39)連接。
8.根據權利要求I所述的超導RT有機郎肯循環太陽能綜合發電系統，其特徵是所述的超導太陽能集熱器(14)由吸熱板(40)、焊接在吸熱板上的超導排管(41)、エ質加熱箱(42)及熱泵(8)構成，超導排管(41)內部裝有太陽能エ質(43)。
專利摘要一種超導RT有機郎肯循環太陽能綜合發電系統，由集熱蒸發器、透平膨脹機、發電機、冷凝器、回熱器、儲液罐、工質加壓泵、熱泵、冷水泵、循環工質管、超導太陽能集熱器、冷卻塔及各種管道構成，其特徵是集熱蒸發器、透平膨脹機、熱聚變發電器、回熱器、冷凝器、儲液罐、工質加壓泵與回熱器、集熱蒸發器構成一密閉TR工質循環迴路，選用新研製的高效安全低沸點無CFCs有機TR液體工質利用高效超導太陽能發電，發電穩定，效率高，安全、環保、無汙染，在目前全球性化石能源緊缺、環境壓力增大的背景下，具有十分深遠的意義。
文檔編號F01D15/10GK202579069SQ201220130000
公開日2012年12月5日 申請日期2012年3月30日 優先權日2012年3月30日
發明者田海金, 田衛東, 田旭東 申請人:田海金, 田衛東, 田旭東