一種低品位熱能的循環發電實驗平臺的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于能源利用的技術領域，具體地涉及一種低品位熱能的循環發電實驗平臺O
【背景技術】
[0002]隨著人類社會的不斷發展和化石能源的不斷減少，能源供給面臨越來越嚴峻的問題。由于低品位熱能分布廣泛、儲量巨大，越來越受到重視。低品位熱能主要包括低溫地熱能、低溫太陽熱能和低溫工業余熱廢熱能。與高品位熱能相比，低品位熱能利用效率低下、技術復雜且仍不夠成熟。采用非常規工質的動力循環具有高效利用低品位熱能的潛力，被廣泛關注的非常規工質包括C02、NH3及有機工質。
[0003]CO2相比其他非常規工質具有眾多優點，如零ODP值、低GWP值、無毒、不可燃。處于超臨界狀態的CO2，其物性介于液體與氣體之間。其密度比一般氣體要大兩個數量級，與液體相近。其粘度比液體小，但擴散速度比液體快(約兩個數量級)，所以有較好的流動性和傳遞性能。它的介電常數隨壓力而急劇變化(如介電常數增大有利于溶解一些極性大的物質)。CO2跨臨界動力循環中，超臨界工質換熱過程不存在定溫吸熱過程，工質溫度變化與熱源溫度變化具有良好的匹配性。
[0004]因此，CO2跨臨界動力循環是一種具有發展潛力的動力循環，具有高效利用熱能的優點。但是，目前還沒有采用超臨界狀態的0)2進行循環發電的報道。
【發明內容】
[0005]本發明的技術解決問題是:克服現有技術的不足，提供一種低品位熱能的循環發電實驗平臺，其在實驗室中實現了采用0)2為工質的跨臨界動力循環發電，有助于推進CO2跨臨界動力循環技術的進一步發展。
[0006]本發明的技術解決方案是:這種低品位熱能的循環發電實驗平臺，其包括導熱油循環子系統、CO2循環子系統、冷卻水循環子系統、發電機、負載、數據采集及控制系統，CO2循環子系統包括CO2柱塞泵、超臨界加熱器、CO 2膨脹機、冷凝器，導熱油循環子系統與超臨界加熱器連接，冷卻水循環子系統與冷凝器連接，0)2依次流經CO2柱塞泵、超臨界加熱器、CO2膨脹機、冷凝器，CO2膨脹機、發電機、負載依次連接。
[0007]本發明通過導熱油循環子系統加熱COJf環子系統中的CO2，通過冷卻水循環子系統冷卻0)2循環子系統中的CO 2，從而實現0)2膨脹機膨脹做功，推動發電機發電，并由負載消耗電能，因此在實驗室中實現了采用0)2為工質的跨臨界動力循環發電，有助于推進CO2跨臨界動力循環技術的進一步發展。
【附圖說明】
[0008]圖1是根據本發明的C02跨臨界動力循環狀態不意圖；
[0009]圖2是根據本發明的低品位熱能的循環發電實驗平臺的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0010]如圖2所示，這種低品位熱能的循環發電實驗平臺，其包括導熱油循環子系統、CO2循環子系統、冷卻水循環子系統、發電機、負載、數據采集及控制系統，0)2循環子系統包括CO2柱塞泵、超臨界加熱器、CO 2膨脹機、冷凝器，導熱油循環子系統與超臨界加熱器連接，冷卻水循環子系統與冷凝器連接，0)2依次流經CO2柱塞泵、超臨界加熱器、CO2膨脹機、冷凝器，0)2膨脹機、發電機、負載依次連接。
[0011]本發明通過導熱油循環子系統加熱COJf環子系統中的CO2，通過冷卻水循環子系統冷卻0)2循環子系統中的CO 2，從而實現0)2膨脹機膨脹做功，推動發電機發電，并由負載消耗電能，因此在實驗室中實現了采用0)2為工質的跨臨界動力循環發電，有助于推進CO2跨臨界動力循環技術的進一步發展。
[0012]另外，所述CO2循環子系統還包括回熱器，0)2依次流經CO2柱塞泵、回熱器高壓側、超臨界加熱器、0)2膨脹機、回熱器低壓側、冷凝器。
[0013]另外，所述冷卻水循環子系統包括冷水機組、冷卻水泵。由于0)2臨界溫度較低，為31°C，因此CO2跨臨界動力循環系統必須采用低溫冷卻水才能將亞臨界CO 2冷卻冷凝，采用冷卻塔產生的冷卻水并不能滿足要求，本發明公開的0)2跨臨界動力循環發電實驗平臺采用冷水機組產生冷卻水，冷卻水溫度可以在o°c和室溫間進行調節。
[0014]另外，所述導熱油循環子系統包括導熱油加熱爐、導熱油流量計、導熱油泵。導熱油依次流經導熱油泵、導熱油加熱爐、超臨界加熱器導熱油側、導熱油流量計及相應導熱油管路和閥門。
[0015]另外，所述導熱油循環子系統還包括導熱油膨脹罐。導熱油升溫過程中比容增大，導熱油膨脹罐能夠起到緩沖作用，防止導熱油溢出系統或系統壓力上升。
[0016]另外，所述0)2柱塞泵還連接變頻器。通過調節變頻器來調節CO 2柱塞泵的壓力。
[0017]另外，所述負載為燈箱。更進一步地，所述燈箱為白熾燈燈箱。
[0018]另外，所述CO2循環子系統還包括潤滑油分離器，其在CO 2膨脹機和冷凝器之間。這樣能使潤滑油從CO2中分離出來而保證純度。
[0019]實驗時的工況調節手段包括以下幾種:通過調節負載燈箱白熾燈數目調節燈箱負載，進而調節膨脹機轉速和0)2循環流量；通過調節CO 2柱塞泵頻率調節CO 2柱塞泵運行頻率，進而調節CO2循環流量；通過調節導熱油子系統的主管路閥門及旁通管路閥門調節系統導熱油流量；通過調節冷卻水子系統的主管路閥門及旁通管路閥門調節系統冷卻水流量；通過調節冷水機組溫度設置調節系統冷卻水溫度；通過調節導熱油加熱爐溫度設置調節系統導熱油溫度。
[0020]圖1為CO2跨臨界動力循環狀態示意圖，圖2為根據本發明的低品位熱能的循環發電實驗平臺的結構示意圖。通過閥門調節，可以對采用回熱器的平臺進行實驗研宄，也可以對不采用回熱器的平臺進行實驗研宄。
[0021]當采用回熱器時，高溫高壓的超臨界狀態CO2進入膨脹機膨脹做功(圖1、2中I?2)，推動發電機發電，并由負載燈箱消耗，膨脹后的低溫低壓亞臨界狀態的氣態CO2進入回熱器低壓側與高壓側低溫狀態的0)2進行換熱(圖1、2中2?a)，進一步被冷卻的0)2進入冷凝器，被低溫冷卻水冷卻冷凝為液態CO2 (圖1、2中a?4)，液態0)2在CO 2柱塞泵中壓力升高(圖1、2中4?5)，達到超臨界壓力狀態的低溫CO2進入回熱器高壓側與低壓側CO2換熱(圖1、2中5?b)，預熱后的0)2在超臨界加熱器中被導熱油進一步加熱達到高溫高壓的超臨界狀態的CO2 (圖1、2中b?I)，從而完成一個循環。
[0022]當不采用回熱器時，高溫高壓的超臨界狀態CO2進入膨脹機膨脹做功(圖1、2中I?2)，推動發電機發電，并由負載燈箱消耗，膨脹后的低溫低壓亞臨界狀態的氣態0)2進入冷凝器，被低溫冷卻水冷卻冷凝為液態CO2 (圖1、2中2?4)，液態0)2在CO 2柱塞泵中壓力升高(圖1、2中4?5)，達到超臨界壓力狀態的低溫0)2進入超臨界加熱器中被導熱油加熱達到高溫高壓的超臨界狀態的CO2 (圖1、2中5?I)，從而完成一個循環。
[0023]本發明公開的低品位熱能的循環發電實驗平臺，在實驗室中實現了 0)2跨臨界動力循環發電，平臺發電功率可達1.6kW，該平臺有助于對CO2跨臨界動力循環開展實驗研宄，有助于推進0)2跨臨界動力循環技術研宄進展，為該技術工程應用提供參考。
[0024]以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發明技術方案的保護范圍。
【主權項】
1.一種低品位熱能的循環發電實驗平臺，其特征在于:其包括導熱油循環子系統、CO2循環子系統、冷卻水循環子系統、發電機、負載、數據采集及控制系統，0)2循環子系統包括CO2柱塞泵、超臨界加熱器、CO 2膨脹機、冷凝器，導熱油循環子系統與超臨界加熱器連接，冷卻水循環子系統與冷凝器連接，0)2依次流經CO2柱塞泵、超臨界加熱器、CO2膨脹機、冷凝器，0)2膨脹機、發電機、負載依次連接。
2.根據權利要求1所述的低品位熱能的循環發電實驗平臺，其特征在于:所述CO2循環子系統還包括回熱器，0)2依次流經CO 2柱塞泵、回熱器高壓側、超臨界加熱器、0)2膨脹機、回熱器低壓側、冷凝器。
3.根據權利要求2所述的低品位熱能的循環發電實驗平臺，其特征在于:所述冷卻水循環子系統包括冷水機組、冷卻水泵。
4.根據權利要求3所述的低品位熱能的循環發電實驗平臺，其特征在于:所述導熱油循環子系統包括導熱油加熱爐、導熱油流量計、導熱油泵。
5.根據權利要求4所述的低品位熱能的循環發電實驗平臺，其特征在于:所述導熱油循環子系統還包括導熱油膨脹罐。
6.根據權利要求1所述的低品位熱能的循環發電實驗平臺，其特征在于:所述CO2柱塞泵還連接變頻器。
7.根據權利要求1所述的低品位熱能的循環發電實驗平臺，其特征在于:所述負載為燈箱。
8.根據權利要求7所述的低品位熱能的循環發電實驗平臺，其特征在于:所述燈箱為白熾燈燈箱。
9.根據權利要求1所述的低品位熱能的循環發電實驗平臺，其特征在于:所述0)2膨脹機為0)2滾動轉子膨脹機；所述發電機為永磁發電機，其放在膨脹機殼體內。
10.根據權利要求1所述的低品位熱能的循環發電實驗平臺，其特征在于:所述COJf環子系統還包括潤滑油分離器，其在CO2膨脹機和冷凝器之間。
【專利摘要】本發明公開了一種低品位熱能的循環發電實驗平臺，其在實驗室中實現了采用CO2為工質的跨臨界動力循環發電，有助于推進CO2跨臨界動力循環技術的進一步發展。其包括導熱油循環子系統、CO2循環子系統、冷卻水循環子系統、發電機、負載、數據采集及控制系統。CO2循環子系統包括CO2柱塞泵、超臨界加熱器、CO2膨脹機、冷凝器，導熱油循環子系統與超臨界加熱器連接，冷卻水循環子系統與冷凝器連接，CO2依次流經CO2柱塞泵、超臨界加熱器、CO2膨脹機、冷凝器，CO2膨脹機、發電機、負載依次連接。
【IPC分類】F02G1-043
【公開號】CN104747316
【申請號】CN201510041920
【發明人】潘利生, 魏小林, 李博, 李騰
【申請人】中國科學院力學研究所
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年1月28日