[发明专利]一种单膨胀机实现热能梯级分时有机朗肯循环装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单膨胀机实现热能梯级分时有机朗肯循环装置，属于能源与环境技术领域。

背景技术

随着煤炭、石油、天然气等化石能源消耗的不断增加，以及由于能源消耗带来的环境负担(如二氧化碳排放等)，能源与环境问题已经成为全世界共同关注的重大问题。在此背景下，使用有机朗肯循环将低品位热量转换为电能引起来越多的关注。所谓有机朗肯循环，即在传统朗肯循环中采用有机工质(如R113，R123等)代替水作为工质推动膨胀机做功。

随着科学技术不断发展以及能源价格的不断攀升，将余热资源品位提高再利用的方式，特别是将工业过程中产生的低品位热能资源转换为方便、灵活的电能的回收方式受到广泛关注。有机朗肯循环系统以其良好的机动性及对于维护保养的要求比较低等优点，将其整合到能源系统发电，可以实现用低品位能源(废热)提供高品位能源(电能)，减轻电力负担，提高总的发电效率及发电量。在相同输出的条件下，减少了二氧化碳等污染物的排放，有利于环境保护。有机朗肯循环低温余热发电技术为有效解决大量低温余热资源回收问题提供了选择。

现实中有些能源供应受时间影响，一段时间内能提供较高品味热量，而一段时间无热能来源，如太阳能、有些工厂废热，这种情况下有机朗肯循环不能持续对外提供电能。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种单膨胀机实现热能梯级分时有机朗肯循环装置，可实现在热源受时间限制的情况下连续对外供电，同时满足其它用热及生活热水的需求。

技术方案：本发明具体采用以下技术方案解决技术问题：

本发明的一种单膨胀机实现热能梯级分时利用有机朗肯循环装置，包括有机朗肯循环系统和附属系统，有机朗肯循环系统包括依次连接的工质泵、一号控制器的B端、换热器、二号控制器、膨胀机、储热器、一号控制器的C端构成的一个闭循环，和由换热器的出端依次连接的四号控制器、冷凝器、冷凝循环泵、三号控制器、换热器的进端构成的一个闭循环；

所述的附属系统包括其它来源热量除热系统、供热系统、生活用水预热系统；其中，其它来源热量除热系统、供热系统的两端分别接储热器的两端，生活用水预热系统的两端分别接冷凝器的两端。

储热器为内装相变储热介质的大型容器，其内部根据需要设置一到三套换热管路，分别与有机朗肯循环系统、其他来源热量储热系统、供热系统连接。

本发明的单膨胀机实现热能梯级分时利用有机朗肯循环装置的循环方法为：当采用外部热源供热时，有机工质经工质泵升压后，输送到换热器中，与由k管路进i管路出的余热流换热后，进入膨胀机，驱动膨胀机做功后，进入储热器中放热后进入工质泵完成循环1；当不采用外部热源供热时，有机工质经工质泵升压后输送到储热器中吸热后，进入膨胀机驱动膨胀机做功后，进入换热器与由j管路进k管路出的冷凝工质换热进行防热后，进入工质泵完成循环2；其他系统包括其它来源热量储热系统、供热系统，夜间生活用水系统。

当采用外部热源供热使用循环1时，所述的一号控制器能实现其a管路与b管路联通，c管路与d管路联通，二号控制器的h管路与e管路联通，g管路与f管路联通，三号控制器i管路通路，j管路闭合，四号控制器k管路通路，l管路闭合。

当不采用外部热源供热使用循环2时，所述的一号控制器能实现其d管路与b管路联通，c管路与a管路联通，二号控制器g管路与e管路联通，h管路与f管路联通，三号控制器j管路通路，i管路闭合，四号控制器l管路通路，k管路闭合。

不采用外部热源供热采用循环2时，冷凝循环泵、冷凝器、换热器组成冷凝回路，冷凝回路通过冷凝器跟外界生活用水预热系统连接加热生活用水，可以用作为地暖、生活用水等的热源。

当存在外部其它低品位热源时，通过其他来源热量储热系统，直接将热量高品质部分通过换热储存在储热器中，剩下更低品位热量作为生活用热；当外界存在需要用与储热器中低品位热源相近温度热量时，可直接将储热器作为热源通过供热系统对外界供热，用于如吸收式、吸附式空调系统的热源。

有益效果：对于外界热源随时间变化的情况下，可用单膨胀机有机朗肯循环系统实现连续对外供电，且对能源梯级利用提高了效率，同时可作为热源对外界需热系统进行供热。

附图说明

图1为本发明的一种单膨胀机实现热能梯级分时利用的有机朗肯循环装置的结构示意图。