使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)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(huán)系統(tǒng)，膨脹機的混合有機工質輸入通過管路連接引射器的輸出，膨脹機的輸出通過管路連接ORC冷凝器的輸入，ORC冷凝器的輸出通過管路連接氣液分離器的輸入，氣液分離器的液相輸出通過管路連接工質泵的輸入，工質泵的輸出通過管路連接高溫蒸發(fā)器的輸入，氣液分離器的氣相輸出通過管路連接四通閥的第三端口，四通閥的第一端口通過管路連接引射器的輸入，四通閥的第二端口通過管路連接熱泵冷凝器的一端，四通閥的第四端口通過管路連接低溫蒸發(fā)器的一端，高溫蒸發(fā)器的輸出通過管路連接引射器的輸入，低溫蒸發(fā)器的另一端通過管路連接熱泵冷凝器的另一端。本發(fā)明實現(xiàn)在同一系統(tǒng)中調節(jié)混合有機工質的組分濃度。
【專利說明】使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)。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(huán)系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著能源與環(huán)境壓力日益凸顯，低品位的工業(yè)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(huán)(Organic Rankine Cycle，0RC)系統(tǒng)作為一項能夠高效、環(huán)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(shù)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(huán)技術結合，進行熱電冷聯(lián)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(huán)發(fā)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?；旌嫌袡C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(lián)合有機朗肯循環(huán)能效分析，合肥工業(yè)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(lián)產和冷電聯(lián)產兩種運行模式的內置熱泵的有機朗肯循環(huán)。但是將混合有機工質應用到該系統(tǒng)時，該系統(tǒng)不能靈活地調節(jié)混合有機工質的組分濃度，使之分別適應系統(tǒng)中熱量轉移循環(huán)和動力產生循環(huán)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(tǒng)往往無法滿足這種需求。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種能夠充分發(fā)揮混合有機工質的特點，實現(xiàn)在同一系統(tǒng)中調節(jié)混合有機工質的組分濃度，使之分別適應系統(tǒng)中熱量轉移循環(huán)和動力產生循環(huán)，可有效減少系統(tǒng)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(huán)系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明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(huán)系統(tǒng)，包括有動力輸出端與發(fā)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ORC冷凝器混合有機工質管的輸入端，ORC冷凝器混合有機工質管的輸出端通過管路連接氣液分離器的輸入端，所述氣液分離器的液相輸出端通過管路連接工質泵的輸入端，所述工質泵的輸出端通過管路連接高溫蒸發(fā)器混合有機工質管的輸入端，所述氣液分離器的氣相輸出端通過管路連接四通閥的第三端口，四通閥的第一端口通過管路連接所述引射器的輸入端，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，四通閥的第四端口通過管路連接低溫蒸發(fā)器混合有機工質管的一端，所述高溫蒸發(fā)器混合有機工質管的輸出端通過管路連接所述引射器的輸入端，所述低溫蒸發(fā)器混合有機工質管的另一端通過管路連接所述熱泵冷凝器混合有機工質管的另一端。
[0008]在所述低溫蒸發(fā)器混合有機工質管與所述熱泵冷凝器混合有機工質管之間相連的管路上設置有節(jié)流閥。
[0009]在熱電聯(lián)產模式下，所述四通閥的第四端口與第一端口相連通，第三端口與第二端口相連通，而第一端口第二端口之間不導通，第三端口與第四端口之間不導通。
[0010]在冷熱電聯(lián)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。
[0011]本發(fā)明涉及的使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，能夠充分發(fā)揮混合有機工質的特點，實現(xiàn)在同一系統(tǒng)中調節(jié)混合有機工質的組分濃度，使之分別適應系統(tǒng)中熱量轉移循環(huán)和動力產生循環(huán)，可有效減少系統(tǒng)的火用損失，提高能源的利用效率，還能夠根據(jù)需要，具有同時供應冷、熱、電的能力。具本發(fā)明有如下有益效果:
[0012]1、本發(fā)明實現(xiàn)了可以利用低品位熱能，采用一套系統(tǒng)進行熱電冷聯(lián)產，而無需額外供電；
[0013]2、本發(fā)明通過部分冷凝、氣液分離的方法，改變、調節(jié)系統(tǒng)中各子循環(huán)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(tǒng)的換熱損失，提高系統(tǒng)的能源利用率；
[0014]3、本發(fā)明有熱電聯(lián)產和冷熱電聯(lián)產兩種運行模式，改進了現(xiàn)有一些基于有機朗肯循環(huán)的冷熱電聯(lián)產系統(tǒng)不能同時供熱和供冷的不足；
【專利附圖】

【附圖說明】[0015]圖1是本發(fā)明的整體結構示意圖。
[0016]圖中
[0017]Fl:高溫蒸發(fā)器的熱源管道F2:低溫蒸發(fā)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(fā)器2:引射器
[0020]3:膨脹機4 =ORC冷凝器
[0021]5:低溫蒸發(fā)器6:熱泵冷凝器
[0022]7:節(jié)流閥8:氣液分離器
[0023]9:四通閥10:工質泵
【具體實施方式】
[0024]下面結合實施例和附圖對本發(fā)明的使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)做出詳細說明。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明的使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，包括有動力輸出端與發(fā)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ORC冷凝器4混合有機工質管的輸入端，ORC冷凝器4混合有機工質管的輸出端通過管路連接氣液分離器8的輸入端，所述氣液分離器8的液相輸出端通過管路連接工質泵10的輸入端，所述工質泵10的輸出端通過管路連接高溫蒸發(fā)器I混合有機工質管的輸入端。所述氣液分離器8的氣相輸出端通過管路連接四通閥9的第三端口 C，四通閥9的第一端口 a通過管路連接所述引射器2的輸入端，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的第四端口 d通過管路連接低溫蒸發(fā)器5混合有機工質管的一端，所述高溫蒸發(fā)器I混合有機工質管的輸出端通過管路連接所述引射器2的輸入端，所述低溫蒸發(fā)器5混合有機工質管的另一端通過管路連接所述熱泵冷凝器6混合有機工質管的另一端，并且在所述低溫蒸發(fā)器5混合有機工質管與所述熱泵冷凝器6混合有機工質管之間相連的管路上設置有節(jié)流閥7。
[0026]本發(fā)明的使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，在熱電聯(lián)產模式下，即在制熱和發(fā)電同時進行的模式下，所述四通閥9的第四端口 d與第一端口 a相連通，第三端口 c與第二端口 b相連通，而第一端口 a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。
[0027]本發(fā)明的使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，在冷熱電聯(lián)產模式下，即在制熱、制冷和發(fā)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。此時與熱電聯(lián)產模式下相比，所述的低溫蒸發(fā)器5和熱泵冷凝器6的功能互換。
[0028]本發(fā)明的使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，具有熱量轉移循環(huán)以向用戶供熱或供冷和動力產生循環(huán)以帶動發(fā)電機發(fā)電或直接驅動水泵、風機等其它耗功設備；通過改變系統(tǒng)中三通閥和四通閥的方向，實現(xiàn)系統(tǒng)熱電聯(lián)產和熱電冷聯(lián)產的轉換調節(jié)；通過引射升溫升壓和節(jié)流降溫降壓等流程，使混合有機工質的狀態(tài)發(fā)生改變，在熱電聯(lián)產模式下，從低溫蒸發(fā)器5吸熱，從熱泵冷凝器6放熱，在冷熱電聯(lián)產模式下，從熱泵冷凝器6吸熱，從低溫蒸發(fā)器5放熱，實現(xiàn)了熱量從低溫環(huán)境向高溫環(huán)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(fā)器I吸熱汽化，使混合有機工質的狀態(tài)發(fā)生改變，實現(xiàn)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。
[0029]下面，結合圖1說明本發(fā)明的工作流程:
[0030]在熱電聯(lián)產模式下，高溫蒸發(fā)器I的熱源管道接入工業(yè)生活余熱、廢熱及可再生熱能的載體流體，高溫蒸發(fā)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(fā)器5的熱源管道可以通入室外空氣、水或地埋管冷熱載體流體，低溫蒸發(fā)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的右側輸出端第一端口 a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連接ORC冷凝器4的混合有機工質輸入端，膨脹機3的動力輸出端連接發(fā)電機G，ORC冷凝器4的混合有機工質輸出端連接氣液分離器8的輸入端，ORC冷凝器4的冷源輸入管道可接入空氣、生活用水或供熱管道循環(huán)水，氣液分離器8的液相混合有機工質輸出端連接工質泵10的輸入端，工質泵10的輸出端連接高溫蒸發(fā)器I的混合有機工質輸入端，氣液分離器8的氣相混合有機工質輸出端連接四通閥9的左側輸入端第三端口 c，四通閥9的下側輸出端第二端口 b連接熱泵冷凝器6的混合有機工質輸入端，熱泵冷凝器6的混合有機工質輸出端連接節(jié)流閥7的混合有機工質輸入端，熱泵冷凝器6的冷源管道可以接入室內空氣、供熱供冷管道循環(huán)水或其它供熱供冷循環(huán)介質，節(jié)流閥7的輸出端連接低溫蒸發(fā)器5的混合有機工質輸入端。在熱電冷聯(lián)產模式下，四通閥9的上側輸出端第四端口 d與低溫蒸發(fā)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連接四通閥9的下側輸入端第二端口 b,低溫蒸發(fā)器5的混合有機工質輸出端連接節(jié)流閥7的混合有機工質輸入端，節(jié)流閥7的輸出端連接熱泵冷凝器6的混合有機工質輸入端，低溫蒸發(fā)器5和熱泵冷凝器6的功能互換。
[0031]本發(fā)明中所述的膨脹機3輸出的動力，還可用于帶動發(fā)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(huán)系統(tǒng)，包括有動力輸出端與發(fā)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ORC冷凝器(4)混合有機工質管的輸入端，ORC冷凝器(4)混合有機工質管的輸出端通過管路連接氣液分離器(8)的輸入端，所述氣液分離器(8)的液相輸出端通過管路連接工質泵(10)的輸入端，所述工質泵(10)的輸出端通過管路連接高溫蒸發(fā)器(I)混合有機工質管的輸入端，所述氣液分離器(8)的氣相輸出端通過管路連接四通閥(9)的第三端口(C)，四通閥(9)的第一端口(a)通過管路連接所述引射器(2)的輸入端，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)的第四端口(d)通過管路連接低溫蒸發(fā)器(5)混合有機工質管的一端，所述高溫蒸發(fā)器(I)混合有機工質管的輸出端通過管路連接所述引射器(2)的輸入端，所述低溫蒸發(fā)器(5)混合有機工質管的另一端通過管路連接所述熱泵冷凝器(6)混合有機工質管的另一端。
2.根據(jù)權利要求1所述的使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，在所述低溫蒸發(fā)器(5)混合有機工質管與所述熱泵冷凝器(6)混合有機工質管之間相連的管路上設置有節(jié)流閥(7)。
3.根據(jù)權利要求1所述的使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，在熱電聯(lián)產模式下，所述四通閥(9)的第四端口(d)與第一端口(a)相連通，第三端口(C)與第二端口(b)相連通，而第一端口(a)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。
4.根據(jù)權利要求1所述的使用混合有機工質的內置熱泵的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，在冷熱電聯(lián)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。
【文檔編號】F25B41/06GK104033200SQ201410290671
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權日:2014年6月24日
【發(fā)明者】李惟毅, 徐博睿 申請人:天津大學