[发明专利]利用有机工质无泵循环的连续发电装置及方法

说明书

一种利用有机工质无泵循环的连续发电装置及方法，属于中低温热源发电技术领域，用于将70～400℃范围内热源的热能通过动力循环转换为电能。该装置利用闪蒸喷射力与重力联合驱动，装置包括闪蒸喷射管束、磁球运动管束、储液罐、直线发电机单元以及旋转发电机单元。闪蒸喷射管束中的低沸点工质受热沸腾后，下磁球起止回阀作用，工质沸腾膨胀的动能，驱动上磁球切割直线发电机绕组发电；同时，气液混合物推动叶轮转动，带动旋转发电机发电。当传热管中的低沸点工质受热沸腾时，对于单个传热管，沸腾喷射过程是间歇的，而对于闪蒸喷射管束，叶轮可以连续转动发电。与传统有机朗肯循环相比，节省了泵功，具有效率高的优点，可应用于中低温余热发电。

技术领域

本发明属于中低温热源发电技术领域，特别涉及一种利用有机工质无泵循环的连续发电装置及方法。

背景技术

热能是国民经济和人民生活中应用最广泛的能量形式，近年来很多学者对各种中低温热能的利用做了大量研究。这种中低温能源种类繁多，总量巨大，包括各种工业余热、太阳能、地热、生物质能、海洋温差能和LNG 冷能等。随着节能减排工作的大力推进，目前针对中高温热源，如工业余热、太阳能聚光热等都有较成熟的应用技术。针对中低温热源如浅表层地热能、太阳能以及工业余热等的利用率有待提高。

中低温热源的热功转换主要方式之一是有机朗肯循环，常见的形式包含多层有机朗肯循环或者重力驱动有机朗肯循环，但其存在泵的功耗占比大所导致发电效率低下或者驱动力不足导致的系统高度过高的问题。

近年来，针对中低温热源的利用，相关学者还提出trilateral-flash循环，该循环由蒸发器、压缩机以及膨胀机组成，其蒸发器中工质受热后不会发生相变，而是当压力达到一定值时，处于膨胀机入口的阀门打开，高温高压的液体通过喷嘴进入低压环境，在喷嘴出口发生闪蒸产生射流推动膨胀机旋转。由于该系统蒸发器中的工质每次加热需到达一定压力后，才可以开启阀门发电，存在产生脉冲性电流的问题。

因此研究一种减少泵功、减小系统规模的连续发电系统具有重要的现实意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用有机工质无泵循环的连续发电装置及方法，具有结构简单、效率高的优点。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用有机工质无泵循环的连续发电装置，由有机工质封闭循环回路以及两个发电单元组成；所述有机工质封闭循环回路包括闪蒸喷射管束 1、磁球运动管束2、储液罐3、下降管4和集箱5，闪蒸喷射管束1出口连接磁球运动管束2入口，磁球运动管束2出口全部连通储液罐3入口，储液罐3出口连接下降管4入口，下降管4出口连通集箱5入口，集箱5 出口连通闪蒸喷射管束1入口；所述两个发电单元包括直线发电机单元6 与旋转发电机单元7，其中直线发电机单元6由缠绕在磁球运动管束2外壁的直线发电机绕组8、与直线发电机绕组8连接的整流电路9以及与整流电路9连接的负载20组成，旋转发电机单元7由置于储液罐3中并位于磁球运动管束2正上方的叶轮10以及与叶轮10连接的旋转发电机11 组成；闪蒸喷射管束1放置于热源12中，储液罐3上方布满冷凝毛细管 13；闪蒸喷射管束1进出口设置下喷嘴14和上喷嘴15，下喷嘴14和上喷嘴15上分别放置下磁球16和上磁球17。

所述磁球运动管束2出口为锥形渐缩口18。

所述有机工质封闭循环回路中为低沸点有机工质19。

所述下喷嘴14和上喷嘴15均为缩放型喷嘴。

所述下磁球16和上磁球17均为强磁耐高温型钕铁硼磁球。

所述储液罐3临近下降管4的一侧向下倾斜放置。

所述热源12的温度为70～400℃，介质类型不限于水、导热油等物质。