專利名稱：基于第三工作介質(zhì)發(fā)電的燃?xì)鉄岜霉┠芟到y(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用余熱進(jìn)行發(fā)電的冷熱電聯(lián)產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)裝置。
背景技術(shù)：
夏季空調(diào)負(fù)荷劇增所引發(fā)的供電緊張導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行不堪重負(fù)，因此以天然氣作為能源的燃?xì)鉄岜孟到y(tǒng)日益受到廣泛的關(guān)注。燃?xì)鈾C(jī)熱泵系統(tǒng)能夠回收燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)余熱，其一次能源利用率比網(wǎng)電熱泵要高，節(jié)能效果十分明顯。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的余熱主要應(yīng)用于輔助供暖，而應(yīng)用于制冷則較少。與此同時(shí)，普通燃?xì)鈾C(jī)熱泵系統(tǒng)的輔助設(shè)備如風(fēng)機(jī)、水泵等，仍需要網(wǎng)電驅(qū)動(dòng)，這對于天然氣資源豐富而電力相對匱乏的地區(qū)來說，燃?xì)鉄岜玫拈_發(fā)利用將受到很大限制。
微型燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行，無需外界供電。其發(fā)電機(jī)是由微型燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)，需外界供應(yīng)天然氣予以實(shí)現(xiàn)。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)回收的余熱屬于低品位能源，主要用于生活熱水或供暖，如能將該低品位能源與燃?xì)鉄岜眉夹g(shù)等相結(jié)合，將低品位余熱轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的電能，實(shí)現(xiàn)冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)而無需網(wǎng)電，則是能源領(lǐng)域的一大技術(shù)進(jìn)步。可直接大幅提高系統(tǒng)的一次能源利用率，具有經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保的效果。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于第三工作介質(zhì)發(fā)電的燃?xì)鉄岜霉┠芟到y(tǒng)。由天然氣一種能源輸入形式，實(shí)現(xiàn)低品位能源向高品位能源轉(zhuǎn)化技術(shù)及燃?xì)鉄岜孟到y(tǒng)脫離網(wǎng)電而獨(dú)立供能運(yùn)行。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的基于第三工作介質(zhì)發(fā)電的燃?xì)鉄岜霉┠芟到y(tǒng)包括燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)、冷凝器、電子膨脹閥、蒸發(fā)器、燃?xì)鈾C(jī)缸套換熱器、燃?xì)庥酂釗Q熱器、渦輪透平機(jī)、發(fā)電機(jī)、蓄電裝置、冷卻器、儲(chǔ)液罐、循環(huán)泵以及三個(gè)截止閥等，其技術(shù)方案是通過燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)由壓縮機(jī)、冷凝器、電子膨脹閥、蒸發(fā)器依次連接所構(gòu)成的熱泵系統(tǒng)；由燃?xì)鈾C(jī)缸套換熱器工質(zhì)側(cè)、燃?xì)庥酂釗Q熱器工質(zhì)側(cè)、渦輪透平機(jī)、冷卻器、儲(chǔ)液罐、循環(huán)泵以及第一截止閥依次連接構(gòu)成余熱回收循環(huán)系統(tǒng)。循環(huán)泵與冷凝器之間設(shè)有第二截止閥；第一截止閥與燃?xì)鈾C(jī)缸套換熱器之間設(shè)有第三截止閥。渦輪透平機(jī)、發(fā)電機(jī)以及蓄電裝置依次連接。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)所用的燃料作為第一工作介質(zhì)；熱泵循環(huán)系統(tǒng)灌充的制冷工質(zhì)B作為第二工作介質(zhì)；余熱回收循環(huán)系統(tǒng)灌充的制冷工質(zhì)C作為第三工作介質(zhì)。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)通過驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)使熱泵系統(tǒng)運(yùn)行，通過第二工作介質(zhì)實(shí)現(xiàn)制冷或制熱；第三工作介質(zhì)吸收燃?xì)鈾C(jī)缸套余熱和燃?xì)鈾C(jī)排(廢)氣余熱使得高溫高壓第三工作介質(zhì)推動(dòng)渦輪透平機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電，然后進(jìn)入冷卻器冷凝后進(jìn)入循環(huán)泵，由此使得發(fā)電機(jī)發(fā)電或給予蓄電裝置輸出的電能用于自身輔助設(shè)備需求。本發(fā)明的特點(diǎn)及有益效果是
(I)第一工作介質(zhì)不局限于天然氣一種能源，還可利用甲烷(沼氣)、生物質(zhì)氣等可再生能源；第三工作介質(zhì)所用制冷劑具有低沸點(diǎn)、大比熱等特點(diǎn)。(2)由天然氣一次能源輸入，通過余熱回收循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)脫離電網(wǎng)而獨(dú)立運(yùn)行，因此其系統(tǒng)效率和穩(wěn)定性得到極大的提高。(3)第三工作介質(zhì)與燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)余熱換熱后通過渦輪發(fā)電系統(tǒng)獲得高品位電能，從而實(shí)現(xiàn)了低品位能源向高品位能源的轉(zhuǎn)化，擴(kuò)大了能源的利用范圍。(4)本發(fā)明在一次能源利用率和環(huán)保等方面都有明顯的優(yōu)勢，同時(shí)降低了系統(tǒng)的運(yùn)行成本，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)節(jié)能的效果。
所示附圖為本發(fā)明的工作原理及部件連接系統(tǒng)簡圖。圖中所示箭頭分別為二種制冷工質(zhì)的循環(huán)路徑。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施例對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理作進(jìn)一步的說明。但是本實(shí)施例是敘述性的，而非限制性的，并不局限于本發(fā)明所要保護(hù)的范圍?；诘谌ぷ鹘橘|(zhì)發(fā)電的燃?xì)鉄岜霉┠芟到y(tǒng)(如圖)，其原理以及各部件連接結(jié)構(gòu)為通過燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)I驅(qū)動(dòng)由壓縮機(jī)2、冷凝器3、電子膨脹閥4、蒸發(fā)器5依次連接所構(gòu)成的熱泵系統(tǒng)；由燃?xì)鈾C(jī)缸套換熱器6工質(zhì)側(cè)、燃?xì)庥酂釗Q熱器7工質(zhì)側(cè)、渦輪透平機(jī)8、冷卻器9、儲(chǔ)液罐10、循環(huán)泵11以及第一截止閥12-1依次連接構(gòu)成余熱回收循環(huán)系統(tǒng)。循環(huán)泵與冷凝器之間設(shè)有第二截止閥12-2 ;第一截止閥與燃?xì)鈾C(jī)缸套換熱器之間設(shè)有第三截止閥12-3，第二和第三截止閥將兩個(gè)系統(tǒng)連接在一起。渦輪透平機(jī)8、發(fā)電機(jī)13以及蓄電裝置14依次連接，根據(jù)用能要求，或者發(fā)電或者蓄電(能)。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的燃料是天然氣、或者是甲烷氣體、或者是生物質(zhì)氣體作為第一工作介質(zhì)；熱泵循環(huán)系統(tǒng)灌充制冷工質(zhì)B作為第二工作介質(zhì)；余熱回收循環(huán)系統(tǒng)灌充制冷工質(zhì)C作為第三工作介質(zhì)。本實(shí)施例燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的燃料是天然氣；制冷工質(zhì)B為R134a ;制冷工質(zhì)C為R245fa。在熱泵循環(huán)系統(tǒng)制冷工況下，第一截止閥開啟，第二和第三截止閥關(guān)閉。制冷工質(zhì)C通過燃?xì)鈾C(jī)缸套換熱器和燃?xì)庥酂釗Q熱器吸收燃?xì)鈾C(jī)余熱，進(jìn)入渦輪透平機(jī)做功，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電或者對蓄電裝置蓄能。在熱泵系統(tǒng)制熱工況下，第一截止閥開啟，第二、第三截止閥關(guān)閉。制冷工質(zhì)C依次通過所述燃?xì)鈾C(jī)缸套換熱器和燃?xì)?廢氣)余熱換熱器吸收發(fā)動(dòng)機(jī)余熱，進(jìn)入渦輪透平機(jī)，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)行發(fā)電或者對蓄電裝置蓄能，制冷工質(zhì)C溫度和壓力降低，進(jìn)入冷卻器和儲(chǔ)液罐，由循環(huán)泵經(jīng)第一截止閥到燃?xì)鈾C(jī)缸套換熱器和燃?xì)庥酂釗Q熱器完成發(fā)電循環(huán)。發(fā)出的電力向自身輔助設(shè)備及建筑物其它設(shè)備供電。由燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)熱泵系統(tǒng)壓縮機(jī)、冷凝器、電子膨脹閥、蒸發(fā)器以及制冷工質(zhì)B等完成制熱循環(huán)。供冷運(yùn)行時(shí)，熱泵機(jī)組使低溫介質(zhì)降溫實(shí)現(xiàn)用戶供冷，制冷工質(zhì)C由循環(huán)泵泵入冷凝器換熱，此時(shí)，第二和第三截止閥開啟，第一截止閥關(guān)閉。工質(zhì)從燃?xì)鈾C(jī)缸套換熱器和燃?xì)庥酂釗Q熱器吸收發(fā)動(dòng)機(jī)余熱后，進(jìn)入渦輪透平機(jī)做功，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。然后工質(zhì)經(jīng)冷卻器和儲(chǔ)液罐循環(huán)到循環(huán)泵。發(fā)出的電力向自身輔助設(shè)備及建筑物其它設(shè)備供電。因?yàn)楣?、暖或供冷過程中的制冷工質(zhì)C均通過渦輪透平機(jī)和發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，因此，系統(tǒng)能夠脫離電網(wǎng)而獨(dú)立運(yùn)行。與此同時(shí)，作為第三工作介質(zhì) 的制冷工質(zhì)C將低品位的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)余熱通過渦輪透平機(jī)和發(fā)電機(jī)或蓄電裝置轉(zhuǎn)化為高品位的電能。
權(quán)利要求
1.基于第三工作介質(zhì)發(fā)電的燃?xì)鉄岜霉┠芟到y(tǒng)，包括燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)、冷凝器、電子膨脹閥、蒸發(fā)器、燃?xì)鈾C(jī)缸套換熱器、燃?xì)庥酂釗Q熱器、渦輪透平機(jī)、發(fā)電機(jī)、蓄電裝置、冷卻器、儲(chǔ)液罐、循環(huán)泵以及截止閥，其特征在于通過燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)(I)驅(qū)動(dòng)由壓縮機(jī)(2)、冷凝器(3)、電子膨脹閥(4)、蒸發(fā)器(5)依次連接所構(gòu)成的熱泵系統(tǒng)，由燃?xì)鈾C(jī)缸套換熱器(6)工質(zhì)側(cè)、燃?xì)庥酂釗Q熱器(7)工質(zhì)側(cè)、渦輪透平機(jī)(8)、冷卻器(9)、儲(chǔ)液罐(10)、循環(huán)泵(11)以及第一截止閥(12-1)依次連接構(gòu)成余熱回收循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)泵與冷凝器之間設(shè)有第二截止閥(12-2)，第一截止閥與燃?xì)鈾C(jī)缸套換熱器之間設(shè)有第三截止閥(12-3)，渦輪透平機(jī)(8)、發(fā)電機(jī)(13)以及蓄電裝置(14)依次連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于第三工作介質(zhì)發(fā)電的燃?xì)鉄岜霉┠芟到y(tǒng)，其特征在于所述燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)(I)的燃料是天然氣、或者是甲烷氣體、或者是生物質(zhì)氣體作為第一工作介質(zhì)；所述熱泵循環(huán)系統(tǒng)灌充制冷工質(zhì)B作為第二工作介質(zhì)；所述余熱回收循環(huán)系統(tǒng)灌充制冷工質(zhì)C作為第三工作介質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于第三工作介質(zhì)發(fā)電的燃?xì)鉄岜霉┠芟到y(tǒng)，其特征在于所述熱泵循環(huán)系統(tǒng)制熱工況下，所述第一截止閥(12-1)開啟，第二和第三截止閥關(guān)閉，所述制冷工質(zhì)C通過所述燃?xì)鈾C(jī)缸套換熱器(6 )和燃?xì)庥酂釗Q熱器(7 )吸收燃?xì)鈾C(jī)余熱，進(jìn)入所述渦輪透平機(jī)(8)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)(13)進(jìn)行發(fā)電或者對所述蓄電裝置(14)蓄能。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于第三工作介質(zhì)發(fā)電的燃?xì)鉄岜霉┠芟到y(tǒng)，其特征在于所述熱泵系統(tǒng)制冷工況下，所述第二、第三截止閥開啟，第一截止閥關(guān)閉，所述制冷工質(zhì)C依次通過所述冷凝器(3 )、燃?xì)鈾C(jī)缸套換熱器(6 )和燃?xì)庥酂釗Q熱器(7 )吸收發(fā)動(dòng)機(jī)余熱，進(jìn)入所述渦輪透平機(jī)(8 )驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)(13 )進(jìn)行發(fā)電或者對所述蓄電裝置(14)蓄能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于第三工作介質(zhì)發(fā)電的燃?xì)鉄岜霉┠芟到y(tǒng)，其原理及結(jié)構(gòu)為通過燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)由壓縮機(jī)、冷凝器、電子膨脹閥、蒸發(fā)器依次連接所構(gòu)成的熱泵系統(tǒng)；由燃?xì)鈾C(jī)缸套換熱器、燃?xì)庥酂釗Q熱器、渦輪透平機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、冷卻器、儲(chǔ)液罐以及循環(huán)泵等構(gòu)成余熱回收循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。通過第二和第三截止閥將兩個(gè)系統(tǒng)連接在一起。第三工作介質(zhì)從冷凝器、燃?xì)鈾C(jī)缸套換熱器和燃?xì)庥酂釗Q熱器吸收發(fā)動(dòng)機(jī)余熱后，進(jìn)入渦輪透平機(jī)做功，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。由天然氣一次能源輸入，通過余熱回收循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)脫離電網(wǎng)而獨(dú)立運(yùn)行，因此其系統(tǒng)效率和穩(wěn)定性得到極大的提高，同時(shí)降低了系統(tǒng)的運(yùn)行成本，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)節(jié)能的效果。
文檔編號(hào)F25B41/04GK102748895SQ20121021832
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月28日
發(fā)明者劉煥衛(wèi) 申請人:煙臺(tái)大學(xué)