[发明专利]单级重力泵有机朗肯发电及供热联合系统及其循环

说明书

技术领域

本发明属于低品位热能开发和回收利用领域，具体涉及一种单级重力泵有机朗肯发电及供热联合系统及其循环。

背景技术

能源需求不断扩大和化石能源不断减少的能源大背景下，包括低温地热能、低温太阳热能和低温工业余热废热能等在内的低品位能源的重视度逐渐提高。与常规的热能发电技术相比，有机朗肯循环技术在低品位热能开发和回收利用领域具有显著优势，能够大幅度提升热能利用效率。

有机朗肯循环所采用的有机工质一般包括HCFCs、HFC和HCs等，这些有机工质一般具有可燃性、高GDP性、高GWP性和毒性中的一个或多个缺点，有效的系统密封是系统安全运行和环境保护的保证。有机朗肯循环利用低沸点有机工质作为循环工质，在低温条件下可以获得较高的蒸汽压力，推动膨胀机转化为机械能用于直接发电，可以充分利用低品位热源。

工质泵运动部件密封困难和效率低下是有机朗肯循环技术推广的难点之一。采用单级重力泵有机朗肯发电及供热联合系统可以避免系统中工质泄露的问题，提供系统的循环动力压头，并将朗肯循环的冷凝热用于加热地板采暖系统的回水，提供供暖用热水。联合系统可以提高系统能源的利用率，对节能减排意义重大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种单级重力泵有机朗肯发电及供热联合系统及其循环，通过有机工质的压差代替了工质输送设备-工质泵，解决密封困难问题，同时地板采暖闭环提高了能源的利用率。

本发明采用的技术方案具体为：单级重力泵有机朗肯发电及供热联合系统，包括由蒸发器、膨胀机和冷凝器依稀连接形成的循环发电闭环，所述膨胀机外接有发电机；所述冷凝器包括低沸点有机工质管路和循环水管路，低沸点有机工质在所述冷凝器中将热量释放给循环水；所述循环水管路通过调节阀连接有地板采暖管路，所述地板采暖管路通过循环水泵再与所述循环水管路相连接，形成地板采暖闭环；所述循环发电闭环和地板采暖闭环组成联合系统。

所述有机工质为低沸点有机工质。

所述低沸点有机工质为氟利昂或者烷烃。

单级重力泵有机朗肯发电及供热联合循环，包括发电循环和供热循环，具体为：

高温高压的气态有机工质推动膨胀机对外输出轴功，变为低温低压的气态有机工质；低温低压的气态有机工质上升到达系统冷凝段，低温低压的气态有机工质被冷却水冷却凝结，变为低温低压的液态有机工质；低温低压的液态有机工质在重力作用下压力升高并到达加热段，变为低温高压的液态有机工质；低温高压的液态有机工质被热源加热变为饱和或者过热的高温高压气态有机工质，高温高压气的态有机工质再次进入膨胀机，完成一个发电循环；

在冷凝器中，有机工质管路中的低压蒸汽释放的热量被循环水管路中的采暖回水吸收，回水温度升高后再次通过循环水管路输送到地板采暖系统，温度升高后的循环水作为采暖供水被循环水泵输送到地板采暖管路中散热，所述循环水的流量通过调节阀进行调节，释放热量后的回水再次循环到冷凝器吸收低温低压的气态有机工质释放的冷凝热，完成一个供热循环。

所述有机工质为低沸点有机工质。

所述低沸点有机工质为氟利昂或者烷烃。

本发明产生的有益效果是：本发明提供的单级重力泵有机朗肯发电及供热联合系统及其循环可根据有机工质在气态与液体状态下的密度差，直接将热能转变为循环所需的压差，回避了工质增压及输送设备的应用，具有提高循环效率的潜力，同时解决了增压过程密封困难的问题；且地板采暖闭环充分利用了冷凝热作为地板采暖热源，二者的匹配进一步提高了能源利用率，具有良好适用性和潜在的价值。

附图说明

当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为常规有机朗肯循环工质循环状态示意图；

图2为本发明单级重力泵有机朗肯发电及供热联合循环的发电循环的状态示意图；

图3为本发明单级重力泵有机朗肯发电及供热联合系统的循环发电闭环的结构示意图；

图4为本发明单级重力泵有机朗肯发电及供热联合系统的结构示意图。

图中：1-蒸发器，2-膨胀机，3-发电机，4-冷凝器，5-有机工质管路，6-循环水管路，7-调节阀，8-地板采暖管路，9-循环水泵。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。