一種循環熱泵發電系統的制作方法

本發明公開的一種多循環熱交換的發電系統，屬于廢熱回收和綠色能源開發與利用技術領域。

背景技術：

現有技術中，燃煤或核能發電，都是通過對水加熱使之氣化膨脹產生動壓來推動汽輪機帶動發電機運轉所實現的發電。在取暖、制冷領域的熱泵技術發展的很快，但通常由于熱效率不高等原因，熱泵發電系統常常效率不高，發電效率低下。同時由于能量轉換必然存在損失，常規工業廢熱（包括廢熱氣、廢熱水）利用系統在使用過程中會出現不同部件的能耗損失，尤其是在關鍵部件比如冷卻塔、熱交換器等組件上的效能就顯得很重要，本發明還提出了一種新型的冷卻塔結構應用于發電工質冷卻。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發明提供了一種循環熱泵發電系統，其目的：以通過使冷卻塔、儲蓄罐、管道泵、逆止閥、水熱交換器、蓄壓罐和氣動馬達或汽輪機以及發電機經過聯通管路的連接所設計的發電系統設施，來實現利用工業廢熱加熱的水、太陽能熱、地熱能等，使蒸發器內的低沸點液體氣化膨脹產生的動壓（蒸汽壓力）通過氣動馬達或汽輪機帶動發電機運轉來發電的新型技術。

具體來說，本發明采用以下技術方案：

一種循環熱泵發電系統，包括第一循環回路和第二循環回路，該第一循環回路包括聚熱器、壓縮機、總熱交換器、貯藏罐、膨脹閥和第二蒸發器；其中，由聚熱器下游出口端連接壓縮機，壓縮機通過第一輸送管路連通總熱交換器的上側壁入口，由總熱交換器的下側壁出口經由第二輸送管路連通到第二蒸發器，由第二蒸發器經由聚熱器管路連通聚熱器的上游入口端，由此構成一個完整的閉合循環回路，同時在第二輸送管路上面沿流體方向依次設置有貯藏罐和膨脹閥；該第二循環回路包括發電機、汽輪機、水熱交換器、冷卻塔、儲蓄罐、高壓泵、單向閥、位于總熱交換器中的第一蒸發器和蓄壓罐；其中，在汽輪機使用后的熱乏汽通過排放管路連通到水熱交換器的入口端，熱乏汽在水熱交換器進行熱交換，水熱交換器的下游端通過儲蓄罐管路連通到冷卻塔經冷卻后而返回儲蓄罐中，儲蓄罐中的工質通過泵管路和工質輸送管路連接到總熱交換器底部連接端，從而與其內設置的第一蒸發器連通，在泵管路沿流動方向上還依次設置有高壓泵和逆止閥，第一蒸發器與位于總熱交換器頂端一體設置的蓄壓罐連通，從而通過氣壓輸送管路連接到汽輪機上，利用汽輪機做功帶動發電機發電。

作為本發明的一個方面，其中，所述冷卻塔結構如下，在其內部利用預埋在冷卻塔墻體內的預埋螺栓和螺母固定有若干個分流缸托架，通過第二螺栓將橫向焊接在球狀分流缸底部的固定板固定在分流缸托架上面，利用第一螺栓使分流缸接口法蘭與冷凝管法蘭固定對接，則在上一個球狀分流缸與下一個球狀分流缸之間順向交錯的安裝有若干個冷凝管。

采用上述技術方案后，取得如下有益效果：

1）提出一種新型的循環熱泵發電系統，較為詳細展示其結構細節，其部件之間緊密配合協同作用，通過兩個不同循環回路之間的工質進行熱交換獲得熱泵動力的工作原理，使其氣化產生的壓力推動汽輪機運轉來獲得動力，對于經由汽輪機使用后的熱乏汽（廢氣等），使之經由水熱交換器及冷凝罐或冷凝塔的熱交換凝結成的液體繼續使用，由此可以最大程度利用廢氣廢熱進行發電，增加發電系統的環境友好性，節約能源；

2）設計關鍵部件包括冷卻塔等組件，其結構獨特性增加了其應用上的效能，例如冷卻塔構造既增大了冷卻塔的有效冷卻面積，而提升器冷卻效率，同時又節省了建造空間，使得在有限空間內最大效度發揮冷卻性能；

3）設計關鍵部件包括熱交換器，其熱交換管使接觸工質面積的增大而提高了由工質導出熱量的換熱效率，相應降低了制作聚熱器或熱交換器的成本。

附圖說明

附圖1為本發明公開的一種多循環熱泵發電系統實施例；

附圖2為本發明公開的熱泵發電系統的冷卻塔結構之一；

附圖3為本發明公開的熱泵發電系統的冷卻塔結構之二；

附圖4為本發明公開的熱泵發電系統的熱交換管結構之一；

附圖5為本發明公開的熱泵發電系統的熱交換管結構之二；

附圖6為本發明公開的熱泵發電系統的熱交換管結構之三。

附圖標記：1-發電機；2-汽輪機；3-排放管路；4-氣壓輸送管路；5-安全閥排放氣體管路；6-壓力傳感器；7-液面傳感器；8-蓄壓罐；9-第一輸送管路；10-壓縮機；11-聚熱器；12-第二輸送管路；13-第一蒸發器；14-水熱交換器；15-總熱交換器；16-膨脹閥；17-貯藏罐；18-冷凝罐或空調制冷器；19-冷凝罐連通管路；20-單向閥；21-高壓泵；22-工質輸送管路；23-泵管路；24-第二蒸發器；25-冷卻塔；26-儲蓄罐；27-儲蓄罐管路；28-聚熱器管路。

具體實施方式

參見圖1所示，本發明的循環熱泵發電系統實施例，該發電系統主要包括第一循環回路和第二循環回路，該第一循環回路包括聚熱器11、壓縮機10、總熱交換器15、貯藏罐17、膨脹閥16和第二蒸發器24；

其中，由聚熱器11下游出口端連接壓縮機10，壓縮機10通過第一輸送管路9連通總熱交換器15的上側壁入口，由總熱交換器15的下側壁出口經由第二輸送管路12連通到第二蒸發器24，由第二蒸發器24經由聚熱器管路28連通聚熱器11的上游入口端，由此構成一個完整的閉合循環回路，同時在第二輸送管路12上面沿流體方向依次設置有貯藏罐17和膨脹閥16，以及在此閉合回路中注入易氣化、易冷凝的流動性工質（乙醚、二甲醚、環戊烷等），由此通過該第一循環回路中的流動性工質聚集各種形式熱源的熱能來提高熱能分布品位；

該第二循環回路包括發電機1、汽輪機（氣動電機）2、水熱交換器14、冷卻塔25、儲蓄罐26、高壓泵21、單向閥20、位于總熱交換器15中的第一蒸發器13和蓄壓罐8；

其中，在汽輪機2使用后的熱乏汽通過排放管路3連通到水熱交換器14的入口端，熱乏汽在水熱交換器14進行熱交換，水熱交換器14的下游端通過儲蓄罐管路27連通到冷卻塔25經冷卻后而返回儲蓄罐26中（也可由儲蓄罐管路27直接聯通儲蓄罐26而無需冷卻塔），儲蓄罐26中的工質通過泵管路23和工質輸送管路22連接到總熱交換器15底部連接端，從而與其內設置的第一蒸發器13連通，在泵管路23沿流動方向上還依次設置有高壓泵21和逆止閥20，第一蒸發器13與位于總熱交換器15頂端一體設置的蓄壓罐8連通，從而通過氣壓輸送管路4連接到汽輪機2上，利用汽輪機2做功帶動發電機1，由此構成一個完整的閉合循環回路，同時在氣壓輸送管路4上面設置有壓力傳感器6，在第一蒸發器13上面設置有液面傳感器7，在排放管路3與蓄壓罐8之間設置有安全閥排放氣體管路5，在此閉合回路系統中注入蒸汽壓值高而易氣化、易于冷凝的流動性工質，由此將汽輪做功后的熱乏汽熱能得以回收再利用。

其中，通過第一循環回路中的工質與第二循環回路中的工質進行熱交換所獲得的熱泵動力，是利用高壓泵21和逆止閥20的逆向止流由儲蓄罐26中抽出蒸汽壓值高而易于氣化又易于冷凝的流動性工質供給在總熱交換器15內設置的屬于第二循環回路的第一蒸發器13而與總熱交換器15內由第一循環回路中工質聚集的熱量進行熱交換后，在第一蒸發器13內被氣化的流動性工質而膨脹所產生的動壓，經由氣壓輸送管路4的輸送推動汽輪機2運轉來獲得旋轉的動力，通過此動力可以驅使發電機1運轉進行發電，也可以用來驅動壓縮機10或高壓泵21，以此來保障熱源熱泵系統的正常運轉。

與此同時，在第一循環回路中，利用聚熱器11可以對太陽能熱或地巖熱或地表熱或工業余熱或空氣熱或水熱或土壤熱等這些熱源進行聚熱，在壓縮機10的作用下，使之經由總熱交換器15與第一蒸發器13內的流動性工質進行熱交換，在此被冷卻的第一循環回路的高壓氣態或液態工質，經由設有貯藏罐17和膨脹閥16的第二輸送管路12輸送到第二蒸發器24內，經過降壓冷卻后返回聚熱器11繼續循環。

通過第一循環回路和第二循環回路中的工質進行熱交換獲得熱泵動力的工作原理，而基于此原理所制作的能夠獲得電能或高品位熱能的熱源聚熱與系統耗熱交換的發電系統或發電機組。第一循環回路和第二循環回路中的工質類型可以相同也可以不同。

其中，涉及到的在保障汽輪機輸出動力穩定性的控制方面，通過在第一蒸發器13上面設置的液面傳感器11測得的數據控制高壓泵21的轉速來保障供給第一蒸發器13內的流動性工質數量的穩定，和通過在氣壓輸送管路4上面設置的壓力傳感器6測得的數據來控制供給總熱交換器內熱量的多少，來保障供給汽輪機2氣壓的穩定，由此所保障的汽輪機2輸出動力的穩定。

參見圖2-3，作為本發明重點方面之一，本發明的冷卻塔25或類似于冷卻塔25的設施，外形如煙囪或通風井，可設置在地面、水面、山頂、樓頂或隨建筑物一體建造，在其內部利用預埋在冷卻塔25墻體內的預埋螺栓25-5和螺母25-7固定有若干個分流缸托架25-1，通過第二螺栓25-6將橫向焊接在球狀分流缸25-2底部的固定板2-2固定在分流缸托架25-1上面，利用第一螺栓使分流缸接口法蘭2-1與冷凝管法蘭3-1固定對接，則在上一個球狀分流缸與下一個球狀分流缸之間順向交錯的安裝有若干個冷凝管25-3，該冷凝管25-3是由若干個鋼管3-2和若干個支撐固定板3-3所固定的若干個冷凝管翅片管3-4并使其兩端穿過冷凝管法蘭3-1經過焊接而制成。最下層或最上層的球狀分流缸25-2通過分流缸外接管法蘭聯接管路，在上下球狀分流缸25-2之間連通有聯通管25-4，聯通管25-4通過冷凝液體回流管路將冷凝液體匯集返回儲蓄罐26，其作用是以冷卻塔1向上抽取空氣形成的氣流來帶走冷凝管25-3散發出來的熱量，從而使冷凝管25-3內的氣體得到冷凝后回流到儲蓄罐內繼續使用，這樣的冷卻塔構造既增大了冷卻塔的有效冷卻面積，而提升器冷卻效率，同時又節省了建造空間，使得在有限空間內最大效度發揮冷卻塔性能。

參見圖4-6，作為本發明重點方面之一，現有技術中，用于制作聚熱器或熱交換器的熱交換管，通常是將其外部制成翅片管的裝配形式，但由于在其內部并沒有增加與工質接觸的導熱面積。而本發明的蒸發器、聚熱器、水熱交換器中的熱交換管可以設計為如下結構，熱交換管通過擠出成型為鋁制或銅制圓形熱交換管或扁形熱交換管，該圓形熱交換管或扁形熱交換管內部帶有由內壁向中心延伸的若干內設導熱片a，或在圓形熱交換管內部設有內設導熱片a以及其外部設有外設導熱片b，內設導熱片a與外設導熱片b沿圓形熱交換管周向均勻貫通分布且向中心延伸。此結構的熱交換管使接觸工質面積的增大而提高了由工質傳遞熱量的熱交換效率，相應降低了制造聚熱器或熱交換器的成本，大大彌補了現有技術的不足。

其中，所涉及到的可利用的熱源包括工業廢熱加熱的水，工業廢熱加熱的空氣或工業廢熱本身為工業廢水或廢蒸氣。

盡管上文對本發明的具體實施方式給予了詳細描述和說明，但是應該指明的是，我們可以依據本發明的構想對上述實施方式進行各種等效改變和修改，其所產生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，均應在本發明的保護范圍之內。以上所述，僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何細微修改、等同替換和改進，均應包含在本發明技術方案的保護范圍之內。