一種利用低品位熱能驅動的有機工質發電裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用低品位熱能驅動的有機工質發電裝置，包括：第一換熱器以及第二換熱器；冷源以及熱源，分別用以提供冷卻液體或加熱液體；第一四通閥，分別連接第一換熱器的換熱管、第二換熱器的換熱管、冷源以及熱源；第三四通閥，分別連接第一換熱器的有機工質出入口、第二換熱器的有機工質出入口以及一膨脹機的入口和出口，膨脹機連接一發電機；其中，通過切換第一四通閥以及第三四通閥的導通狀態，第一換熱器作為蒸發器，第二換熱器作為冷凝器，或者，第一換熱器作為冷凝器，第二換熱器作為蒸發器；加熱液體通過第一四通閥進入蒸發器的換熱管進行換熱，冷卻液體通過第一四通閥進入冷凝器的換熱管進行換熱。
【專利說明】一種利用低品位熱能驅動的有機工質發電裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及發電設備【技術領域】，特別涉及一種利用低品位熱能驅動的有機工質發電裝置。
[0002]
【背景技術】
[0003]有機朗肯循環(ORC)作為一種將中低品位的熱能(如太陽能、生物質能、工業廢熱及地熱能)轉化為電能的技術，引起了廣泛的研宄。圖1所示的是現有的常規有機工質發電裝置，有機朗肯循環在應用中低品位的熱能發電的過程中，尤其是小型有機朗肯循環存在一個瓶頸問題即高壓工質泵消耗的電能，由于高壓工質泵出口的壓力必須不小于蒸發壓力，以有機工質制冷劑R245fa為例，當蒸發溫度為100 °C，蒸發壓力為1.26 MPa，同時泵入口壓力為0.18 MPa，高壓工質泵需要將制冷劑液體從0.18 MPa增壓到1.26 MPa，而高壓工質泵的效率通常比較低，因此該過程消耗的電能相對于小型有機朗肯循環的發電量是不容忽視的，造成了系統的凈發電效率低。如上海交通大學顧偉在其博士論文“低品位熱能有機物朗肯動力循環機理研宄和實驗驗證”中闡述:搭建了利用低品位熱能驅動的IkW有機朗肯循環發電的實驗裝置，熱源采用100°C以下的熱水，工質采用制冷劑R600a，膨脹機選為渦旋式膨脹機，在不考慮高壓工質泵耗電時，系統最大的發電效率為2.9%，當考慮高壓工質泵耗電時，發電效率降至1.5%，降幅達到48.2%。
[0004]
【發明內容】
[0005]本發明針對現有技術存在的上述不足，提供了一種利用低品位熱能驅動的有機工質發電裝。本發明通過以下技術方案實現:
一種利用低品位熱能驅動的有機工質發電裝置，包括:
第一換熱器以及第二換熱器，通過有機工質對流經內部換熱管的液體進行換熱；
冷源以及熱源，分別用以提供冷卻液體或加熱液體；
第一四通閥，分別連接第一換熱器的換熱管、第二換熱器的換熱管、冷源以及熱源；第三四通閥，分別連接第一換熱器的有機工質出入口、第二換熱器的有機工質出入口以及一膨脹機的入口和出口，膨脹機連接一發電機；
其中，通過切換第一四通閥以及第三四通閥的導通狀態，第一換熱器作為蒸發器，第二換熱器作為冷凝器，或者，第一換熱器作為冷凝器，第二換熱器作為蒸發器；加熱液體通過第一四通閥進入蒸發器的換熱管進行換熱，冷卻液體通過第一四通閥進入冷凝器的換熱管進行換熱；
蒸發器中的有機工質吸收加熱液體中的熱量，由液體狀態逐漸轉換為氣體狀態，并通過第三四通閥從膨脹機的入口進入，帶動膨脹機工作后，從膨脹機的出口排出，并通過第三四通閥進入冷凝器，經過冷凝器中的冷卻液體的吸熱，氣體狀態的有機工質逐漸轉換回液體狀態。
[0006]較佳的，還包括:
第二四通閥，分別連接第一換熱器的換熱管、第二換熱器的換熱管、冷源以及熱源，經過換熱后的加熱液體以及冷卻液體通過第二四通閥分別回到熱源以及冷源。
[0007]較佳的，熱源以及冷源的入口處分別包括一水泵。
[0008]較佳的，第一換熱器以及第二換熱器包括一充注口，用以補充有機工質。
[0009]較佳的，有機工質包括制冷劑R245fa。
[0010]本發明通過兩個四通閥使換熱器發揮蒸發器與冷凝器的作用，共同使用一個加熱/冷卻回路，省去高壓工質泵，系統較現有技術更加簡單緊湊，造價更低，且凈發電效率得到提尚。
[0011]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1所示的是現有的有機工質發電裝置結構示意圖；
圖2所示的是本發明第一實施例的結構示意圖；
圖3所示的是本發明第二實施例的結構示意圖。
[0013]
【具體實施方式】
[0014]以下將結合本發明的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述和討論，顯然，這里所描述的僅僅是本發明的一部分實例，并不是全部的實例，基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。
[0015]為了便于對本發明實施例的理解，下面將結合附圖以具體實施例為例作進一步的解釋說明，且各個實施例不構成對本發明實施例的限定。
[0016]如圖2所示，本發明的第一實施例中，包括:第一換熱器1、第二換熱器3，第一四通閥9、冷源5、熱源11、第三四通閥8、膨脹機7以及發電機6。冷源5、熱源11分別用來提供冷卻水和熱水，第一四通閥9用來控制冷卻水及熱水的流向。
[0017]本實施例的工作原理如下:
先將第一換熱器I作為蒸發器，第二換熱器3作為冷凝器，通過充注口 10向第一換熱器I中注入換熱所需的有機工質，一般為制冷劑R245fa，本實施例對此不做限制。
[0018]通過切換第一四通閥9的導通狀態，熱源11中的熱水通過第一四通閥9流入第一換熱器I的換熱管中，第一換熱器I中的有機工質在吸收了熱水中的熱量后，由原先的過冷液體依次變成飽和液體、飽和氣體、過熱氣體，同時第一換熱器I中的壓力也在升高，當壓力達到某一值，從第一換熱器I的有機工質出入口通過第三四通閥8將氣體狀態的有機工質(較佳的為過熱氣體狀態)導入膨脹機7的入口，高溫高壓的氣體狀態的有機工質推動膨脹機7旋轉，膨脹機7帶動發電機發電。同時，氣體狀態的有機工質從膨脹機7的出口排出，通過第三四通閥8以及第二換熱器3的有機工質出入口導入第二換熱器3中。
[0019]冷源5所提供的冷卻水通過第一四通閥9進入第二換熱器3的換熱管中，與上述進入第二換熱器3的高溫高壓的氣體狀態的有機工質進行換熱，冷卻水帶走氣體狀態的有機工質中的熱量使其冷凝，逐漸轉換回液體狀態。
[0020]此時，第一換熱器I中的有機工質的量越來越少，當第一換熱器I中的有機工質少于一定量后，切換第一四通閥9與第三四通閥8。熱水通過第一四通閥9進入第二換熱器3的換熱管，冷卻水通過第一四通閥9進入第一換熱器I的換熱管，即此時的第一換熱器I從原先的作為蒸發器改為了冷凝器，第二換熱器3從原先的作為冷凝器改為了蒸發器。冷凝在第二換熱器3中的液體狀態的有機工質吸收了第二換熱器3中熱水的熱量后，依次變成飽和液體、飽和氣體、過熱氣體，同時，第二換熱器3中的壓力不斷增加，當壓力達到某一值，從第二換熱器3的有機工質出入口通過第三四通閥8將氣體狀態的有機工質(較佳的為過熱氣體狀態)導入膨脹機7的入口，高溫高壓的氣體狀態的有機工質推動膨脹機7旋轉，膨脹機7帶動發電機發電。同時，氣體狀態的有機工質從膨脹機7的出口排出，通過第三四通閥8以及第一換熱器I的有機工質出入口導入第一換熱器I中。氣體狀態的有機工質與第一換熱器I中的冷水換熱冷凝，轉換回液體狀態。
[0021]如此，通過第一四通閥9與第三四通閥8的切換，使第一換熱器I與第二換熱器3交替作為蒸發器和冷凝器，使得有機工質在第一換熱器I與第二換熱器3中往復換熱，無需設置高壓介質泵，節約了電能消耗，即增加了凈發電效率。
[0022]如圖3所示，在上述第一實施例的基礎上，增設了第二四通閥2以及水泵4、水泵12。經過第一換熱器I以及第二換熱器3換熱后的冷卻水及熱水通過第二四通閥2分別對應送回冷源5和熱源11進行制冷和加熱，實現了循環重復利用，節約水源，水泵4和水泵12分別為此提供循環的動力。
[0023]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種利用低品位熱能驅動的有機工質發電裝置，其特征在于，包括: 第一換熱器以及第二換熱器，通過有機工質對流經內部換熱管的液體進行換熱； 冷源以及熱源，分別用以提供冷卻液體或加熱液體； 第一四通閥，分別連接所述第一換熱器的換熱管、第二換熱器的換熱管、所述冷源以及所述熱源； 第三四通閥，分別連接所述第一換熱器的有機工質出入口、所述第二換熱器的有機工質出入口以及一膨脹機的入口和出口，所述膨脹機連接一發電機； 其中，通過切換所述第一四通閥以及所述第三四通閥的導通狀態，所述第一換熱器作為蒸發器，所述第二換熱器作為冷凝器，或者，所述第一換熱器作為冷凝器，所述第二換熱器作為蒸發器；加熱液體通過所述第一四通閥進入蒸發器的換熱管進行換熱，冷卻液體通過所述第一四通閥進入冷凝器的換熱管進行換熱； 蒸發器中的有機工質吸收加熱液體中的熱量，由液體狀態逐漸轉換為氣體狀態，并通過所述第三四通閥從所述膨脹機的入口進入，帶動所述膨脹機工作后，從所述膨脹機的出口排出，并通過所述第三四通閥進入冷凝器，經過冷凝器中的冷卻液體的吸熱，氣體狀態的有機工質逐漸轉換回液體狀態。
2.根據權利要求1所述的利用低品位熱能驅動的有機工質發電裝置，其特征在于，還包括: 第二四通閥，分別連接所述第一換熱器的換熱管、第二換熱器的換熱管、所述冷源以及所述熱源，經過換熱后的所述加熱液體以及所述冷卻液體通過所述第二四通閥分別回到所述熱源以及所述冷源。
3.根據權利要求2所述的利用低品位熱能驅動的有機工質發電裝置，其特征在于，所述熱源以及所述冷源的入口處分別包括一水泵。
4.根據權利要求1所述的利用低品位熱能驅動的有機工質發電裝置，其特征在于，所述第一換熱器以及所述第二換熱器包括一充注口，用以補充所述有機工質。
5.根據權利要求1所述的利用低品位熱能驅動的有機工質發電裝置，其特征在于，所述有機工質包括制冷劑R245fa。
【文檔編號】F01K23/04GK104481615SQ201410680177
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月25日 優先權日:2014年11月25日
【發明者】高鵬, 王麗偉, 江龍, 宋分平, 周志松 申請人:上海交通大學