一種使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環系統的制作方法
【專利摘要】一種使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環系統，膨脹機的混合有機工質輸入連接引射器的輸出，膨脹機的輸出連接四通閥的第一端口，四通閥的第二端口連接熱泵冷凝器的一端，第三端口連接引射器的輸入，第四端口連接低溫蒸發器的一端，引射器的輸入還連接高溫蒸發器的輸出，熱泵冷凝器的另一端分別連接第一三通閥的第一端口和第二三通閥的第一端口，第一三通閥的第二端口連接氣液分離器的液相輸出口，第二三通閥的第二端口連接氣液分離器的輸入口，第一三通閥的第三端口和第二三通閥的第三端口分別連接低溫蒸發器的另一端，氣液分離器的氣相輸出口連接ORC冷凝器的輸入，ORC冷凝器的輸3出通過工質泵連接高溫蒸發器的輸入。本實用新g型提高能源的利用效率。卜
【專利說明】一種使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種有機朗肯循環系統。特別是涉及一種使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環系統。
【背景技術】
[0002]隨著能源與環境壓力日益凸顯，低品位的工業生活余熱、廢熱及可再生熱能因其總量巨大而逐漸被人們所關注。有機朗肯循環(Organic Rankine Cycle,0RC)系統作為一項能夠高效、環保地將低品位熱能轉化為電能的技術，已成為低品位能源利用研究的熱點。
[0003]熱泵是一項高效的供熱、制冷技術，使用熱泵技術，往往能產生數倍于輸入能量的熱量或冷量。在合適的條件下，將熱泵和有機朗肯循環技術結合，進行熱電冷聯產，在滿足用戶需求的同時，能夠彌補單純使用有機朗肯循環發電的總能源利用率較低的缺陷。
[0004]不同于純工質，非共沸混合有機工質具有變溫相變的特性，吸熱過程中與熱源更為匹配，可減少因溫差變化而引起的火用損失。混合有機工質的組分濃度變化時，其熱力性能會隨之變化而可以適合不同的熱源。
[0005]洪光，張新銘，李建軍，內置熱泵的熱電冷聯合有機朗肯循環能效分析，合肥工業大學學報(自然科學版)，Vol.35，N0.10，pp.1297-1301，2012。提出了一種在中低溫熱能利用方面更加高效，且具有熱電聯產和冷電聯產兩種運行模式的內置熱泵的有機朗肯循環。但是將混合有機工質應用到該系統時，該系統不能靈活地調節混合有機工質的組分濃度，使之分別適應系統中熱量轉移循環和動力產生循環的特性。同時，在生活和生產過程中，用戶往往有供熱和供冷同時進行的需求，例如同時有室內冷氣和生活熱水需求，已有的系統往往無法滿足這種需求。
【發明內容】
[0006]本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種能夠充分發揮混合有機工質的特點，實現在同一系統中調節混合有機工質的組分濃度，使之分別適應系統中熱量轉移循環和動力產生循環，可有效減少系統的火用損失，提高能源利用效率的使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環系統。
[0007]本實用新型所采用的技術方案是:一種使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環系統，包括有動力輸出端與發電機相連的膨脹機，所述膨脹機的混合有機工質輸入端通過管路連接用于對高溫高壓的混合有機工質與低溫低壓的混合有機工質混流引射的引射器的輸出端，所述膨脹機的混合有機工質輸出端通過管路連接四通閥的第一端口，所述的四通閥的第二端口通過管路連接熱泵冷凝器混合有機工質管的一端，四通閥的第三端口通過管路連接所述引射器的輸入端，四通閥的第四端口通過管路連接低溫蒸發器混合有機工質管的一端，所述引射器的輸入端還通過管路連接高溫蒸發器混合有機工質管的輸出端，所述熱泵冷凝器混合有機工質管的另一端分別通過管路連接第一三通閥的第一端口和第二三通閥的第一端口，第一三通閥的第二端口通過管路連接氣液分離器的液相輸出端口，第二三通閥的第二端口通過管路連接氣液分離器的輸入端口，第一三通閥的第三端口和第二三通閥的第三端口分別通過管路連接所述低溫蒸發器混合有機工質管的另一端，所述氣液分離器的氣相輸出端口連接ORC冷凝器混合有機工質管的輸入端，所述的ORC冷凝器混合有機工質管的輸出端通過工質泵連接所述高溫蒸發器混合有機工質管的輸入端。
[0008]在所述的第一三通閥的第二端口與所述的氣液分離器的輸出端口之間的管路上設置有節流閥。
[0009]在熱電聯產模式下，所述四通閥的第一端口與第二端口相連通，第三端口與第四端口相連通，而第一端口與第四端口之間不導通，第二端口與第三端口之間不導通；所述第一三通閥的第二端口與第三端口相連通，第一端口與第二端口之間不導通；所述第二三通閥第一端口與第二端口相連通，第二端口與第三端口之間不導通。
[0010]在冷熱電聯產模式下，所述四通閥的第一端口與第四端口相連通，第二端口與第三端口相連通，而第一端口與第二端口之間不導通，第三端口與第四端口之間不導通；所述第一三通閥的第一端口與第二端口相連通，第二端口與第三端口之間不導通；所述第二三通閥的第二端口與第三端口相連通，第二端口與第一端口之間不導通。
[0011]本實用新型涉及的一種使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環系統，能夠充分發揮混合有機工質的特點，實現在同一系統中調節混合有機工質的組分濃度，使之分別適應系統中熱量轉移循環和動力產生循環，可有效減少系統的火用損失，提高能源的利用效率，本實用新型還應能夠根據需要，具有同時供應冷、熱、電的能力。本實用新型具有如下有益效果:
[0012]1、本系統實現了可以利用低品位熱能，采用一套系統進行熱電冷聯產，而無需額外供電；
[0013]2、通過部分冷凝、氣液分離的方法，改變、調節系統中各子循環的中混合有機工質的組分濃度，使從各個熱源吸熱的工質與其對應的熱源更加匹配，減小系統的換熱損失，提高系統的能源利用率；
[0014]3、本系統有熱電聯產和冷熱電聯產兩種運行模式，改進了現有一些基于有機朗肯循環的冷熱電聯產系統不能同時供熱和供冷的不足；
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型的整體結構示意圖。
[0016]圖中
[0017]Fl:高溫蒸發器的熱源管道F2:低溫蒸發器的熱源管道
[0018]F3:熱泵冷凝器的冷源管道F4:0RC冷凝器的冷源輸入管道
[0019]1:高溫蒸發器2:引射器
[0020]3:膨脹機4 =ORC冷凝器
[0021]5:低溫蒸發器6:熱泵冷凝器
[0022]7:節流閥8:氣液分離器
[0023]9:四通閥10:工質泵
[0024]11:第一三通閥12:第二三通閥
【具體實施方式】
[0025]下面結合實施例和附圖對本實用新型的一種使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環系統做出詳細說明。
[0026]如圖1所不，本實用新型的一種使用混合有機工質的內置熱栗的有機朗肯循環系統，包括有動力輸出端與發電機G相連的膨脹機3，所述膨脹機3的混合有機工質輸入端通過管路連接用于對高溫高壓的混合有機工質與低溫低壓的混合有機工質混流引射的引射器2的輸出端，所述膨脹機3的混合有機工質輸出端通過管路連接四通閥9的第一端口 a，所述的四通閥9的第二端口 b通過管路連接熱泵冷凝器6混合有機工質管的一端，四通閥9的第三端口 c通過管路連接所述引射器2的輸入端，所述引射器2的輸入端還通過管路連接高溫蒸發器I混合有機工質管的輸出端，四通閥9的第四端口 d通過管路連接低溫蒸發器5混合有機工質管的一端。
[0027]所述熱泵冷凝器6混合有機工質管的另一端分別通過管路連接第一三通閥11的第一端口 a'和第二三通閥12的第一端口 a"，第一三通閥11的第二端口 b'通過管路連接氣液分離器8的液相輸出端口，并且在所述的第一三通閥11的第二端口 b'與所述的氣液分離器8的液相輸出端口之間的管路上設置有節流閥7。
[0028]第二三通閥12的第二端口 b"通過管路連接氣液分離器8的輸入端口，第一三通閥11的第三端口 C'和第二三通閥12的第三端口 C"分別通過管路連接所述低溫蒸發器5混合有機工質管的另一端，所述氣液分離器8的氣相輸出端口連接ORC冷凝器4混合有機工質管的輸入端，所述的ORC冷凝器4混合有機工質管的輸出端通過管路和工質泵10連接所述高溫蒸發器I混合有機工質管的輸入端。
[0029]本實用新型的一種使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環系統，在熱電聯產模式下，即在制熱和發電同時進行的模式下，所述四通閥9的第一端口 a與第二端口 b相連通，第三端口 c與第四端口 d相連通，而第一端口 a與第四端口 d之間不導通，第二端口b與第三端口 c之間不導通；所述第一三通閥11的第二端口 b'與第三端口 c'相連通，第一端口 a'與第二端口 b'之間不導通；所述第二三通閥12第一端口 a"與第二端口 b"相連通，第二端口 b"與第三端口 c"之間不導通。
[0030]本實用新型的一種使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環系統，在冷熱電聯產模式下，即在制冷、制熱和發電同時進行的模式下，所述四通閥9的第一端口 a與第四端口 d相連通,第二端口 b與第三端口 c相連通,而第一端口 a與第二端口 b之間不導通，第三端口 c與第四端口 d之間不導通；所述第一三通閥11的第一端口 a'與第二端口 b'相連通，第二端口 b'與第三端口 c'之間不導通；所述第二三通閥12的第二端口 b"與第三端口 c"相連通，第二端口 b"與第一端口 a"之間不導通。此時與熱電聯產模式下相比，所述的低溫蒸發器5和熱泵冷凝器6的功能互換。
[0031]本實用新型的使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環系統，具有熱量轉移循環以向用戶供熱或供冷和動力產生循環以帶動發電機發電或直接驅動水泵、風機等其它耗功設備；通過改變系統中三通閥和四通閥的方向，實現系統熱電聯產和熱電冷聯產的轉換調節；通過引射升溫升壓和節流降溫降壓等流程，使混合有機工質的狀態發生改變，在熱電聯產模式下，從低溫蒸發器5吸熱，從熱泵冷凝器6放熱，在冷熱電聯產模式下，從熱泵冷凝器6吸熱，從低溫蒸發器5放熱，實現了熱量從低溫環境向高溫環境的轉移；通過從ORC冷凝器4冷凝液化，在工質泵中升壓，從高溫蒸發器I吸熱汽化，使混合有機工質的狀態發生改變，實現了可以不斷從熱源吸熱并在膨脹機膨脹，將熱能轉換為機械能。
[0032]下面，結合圖1說明本實用新型的工作流程:
[0033]在熱電聯產模式下，高溫蒸發器I的熱源管道Fl接入工業生活余熱、廢熱或可再生熱能的載體流體，高溫蒸發器I的混合有機工質管道的輸出端連接引射器2的輸入端，低溫蒸發器5的熱源管道F2可以通入室外空氣、水或地埋管熱載體流體，低溫蒸發器5的混合有機工質管道的輸出端連接四通閥9的上側輸入端第四端口 d，四通閥9的右側輸出端第三端口 c與引射器2的輸入端相連,引射器2的輸出端與膨脹機3的混合有機工質輸入端相連，膨脹機3的混合有機工質輸出端與四通閥9的左側輸入端第一端口 a相連，膨脹機3的動力輸出端連接發電機G，四通閥9的下側輸出端第二端口 b與熱泵冷凝器6的混合有機工質輸入端相連，熱泵冷凝器6的混合有機工質輸出端與第二三通閥12的下側輸入端第一端口 a "相連，熱泵冷凝器6的冷源管道F3可以接入室內空氣、供熱供冷管道循環水或其它供暖供冷循環介質，第二三通閥12的左側輸出端第二端口 b"連接氣液分離器8的輸入端口，氣液分離器8的氣相混合有機工質輸出端口連接ORC冷凝器4的混合有機工質輸入端，ORC冷凝器4的混合有機工質輸出端連接工質泵10的輸入端，ORC冷凝器4的冷源輸入管道F4可接入空氣、生活用水或供熱管道循環水，工質泵10的輸出端連接高溫蒸發器I的混合有機工質輸入端，氣液分離器8的液相混合有機工質輸出端口連接節流閥7的輸入端，節流閥7的輸出端連接第一三通閥11的左側輸入端第二端口 b'，第一三通閥11的上側輸出端第三端口 c'連接低溫蒸發器5的混合有機工質輸入端。
[0034]在熱電冷聯產模式下，四通閥9的上側輸出端第四端口 d與低溫蒸發器5的混合有機工質輸入端相連，熱泵冷凝器6的混合有機工質輸出端與四通閥9的下側輸入端第二端口 b相連，低溫蒸發器5的混合有機工質輸出端連接第二三通閥12的上側輸入端第二端口 c"，第一三通閥11的下側輸出端第一端口 a'連接熱泵冷凝器6的混合有機工質輸入端，第二三通閥12的下側接口第一端口 a"和第一三通閥11的上側接口第二端口 c'封閉，低溫蒸發器5和熱泵冷凝器6的功能互換。
[0035]本實用新型中所述的膨脹機3輸出的動力，還可用于帶動發電機G以外的其它設備。
【權利要求】
1.一種使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環系統，包括有動力輸出端與發電機(G)相連的膨脹機(3)，其特征在于，所述膨脹機(3)的混合有機工質輸入端通過管路連接用于對高溫高壓的混合有機工質與低溫低壓的混合有機工質混流引射的引射器(2)的輸出端，所述膨脹機(3)的混合有機工質輸出端通過管路連接四通閥(9)的第一端口(a)，所述的四通閥(9)的第二端口(b)通過管路連接熱泵冷凝器(6)混合有機工質管的一端，四通閥(9)的第三端口(c)通過管路連接所述引射器(2)的輸入端，四通閥(9)的第四端口(d)通過管路連接低溫蒸發器(5)混合有機工質管的一端，所述引射器(2)的輸入端還通過管路連接高溫蒸發器(I)混合有機工質管的輸出端，所述熱泵冷凝器(6)混合有機工質管的另一端分別通過管路連接第一三通閥(11)的第一端口(a')和第二三通閥(12)的第一端口(a")，第一三通閥(11)的第二端口(b')通過管路連接氣液分離器(8)的液相輸出端口，第二三通閥(12)的第二端口(b")通過管路連接氣液分離器(8)的輸入端口，第一三通閥(11)的第三端口(c')和第二三通閥(12)的第三端口(c")分別通過管路連接所述低溫蒸發器(5)混合有機工質管的另一端，所述氣液分離器(8)的氣相輸出端口連接ORC冷凝器(4)混合有機工質管的輸入端，所述的ORC冷凝器(4)混合有機工質管的輸出端通過工質泵(10)連接所述高溫蒸發器(I)混合有機工質管的輸入端。
2.根據權利要求1所述的一種使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環系統，其特征在于，在所述的第一三通閥(11)的第二端口(b')與所述的氣液分離器(8)的輸出端口之間的管路上設置有節流閥(7)。
3.根據權利要求1所述的一種使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環系統，其特征在于，在熱電聯產模式下，所述四通閥(9)的第一端口(a)與第二端口(b)相連通，第三端口(C)與第四端口⑷相連通，而第一端口(a)與第四端口⑷之間不導通，第二端口(b)與第三端口(C)之間不導通；所述第一三通閥(11)的第二端口(b')與第三端口(c')相連通，第一端口(a')與第二端口(b')之間不導通；所述第二三通閥(12)第一端口(a")與第二端口(b")相連通，第二端口(b")與第三端口(c")之間不導通。
4.根據權利要求1所述的一種使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環系統，其特征在于，在冷熱電聯產模式下，所述四通閥(9)的第一端口(a)與第四端口(d)相連通，第二端口(b)與第三端口(C)相連通，而第一端口(a)與第二端口(b)之間不導通，第三端口(C)與第四端口(d)之間不導通；所述第一三通閥(11)的第一端口(a')與第二端口(b')相連通，第二端口(b')與第三端口(c')之間不導通；所述第二三通閥(12)的第二端口(b")與第三端口(c")相連通，第二端口(b")與第一端口(a")之間不導通。
【文檔編號】F25B41/04GK204024735SQ201420342588
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年6月24日 優先權日:2014年6月24日
【發明者】李惟毅, 徐博睿 申請人:天津大學