本發(fā)明涉及能源利用與環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種低溫余熱綜合回收利用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，低溫?zé)嵩谧匀唤缰袩o(wú)處不在且儲(chǔ)量巨大，如太陽(yáng)能、地?zé)崮艿?，而工業(yè)余熱作為一種低溫?zé)幔渑欧帕恳彩蔷薮蟮?，如冶金、化工、煉化、食品、建材、發(fā)電等行業(yè)都有大量的余熱排放，這些低溫?zé)岬呐欧挪粌H造成能源的極大浪費(fèi)，也是環(huán)境熱污染的主要因素。因此，充分利用余熱資源是高耗能行業(yè)節(jié)能減排的重要內(nèi)容和主要手段之一。

在各種品位的余熱資源中，高溫及中高溫的余熱回收利用技術(shù)已經(jīng)成熟。中低溫余熱回收利用技術(shù)也有商業(yè)化應(yīng)用，技術(shù)基本成熟，但是，回收利用系統(tǒng)的效率、穩(wěn)定性和適應(yīng)性上還存在一定問(wèn)題。而對(duì)于低溫余熱的回收和利用，由于技術(shù)難度較高，還沒(méi)有商業(yè)化運(yùn)行案例。利用低溫余熱的關(guān)鍵是如何提高余熱品質(zhì)，以及如何解決在使用余熱時(shí)受時(shí)間和使用條件的限制。

目前還沒(méi)有一種技術(shù)，其能夠有效回收利用低溫余熱，提高余熱品質(zhì)，避免在使用余熱時(shí)受時(shí)間和使用條件的限制，有效提高對(duì)低溫余熱的利用效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種低溫余熱綜合回收利用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其能夠有效地從低溫余熱中取熱，提高余熱品質(zhì)，避免在使用余熱時(shí)受時(shí)間和使用條件的限制，有效提高對(duì)低溫余熱的利用效率，有利于太陽(yáng)能、地?zé)崮艿鹊蜏匦履茉吹耐茝V普及，為新能源及工業(yè)廢熱擴(kuò)大使用區(qū)域和延伸使用時(shí)間提供應(yīng)用基礎(chǔ)技術(shù)。

為此，本發(fā)明提供了一種低溫余熱綜合回收利用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括恒溫水箱，所述恒溫水箱分別與第一循環(huán)水泵、第二循環(huán)水泵相連通；

所述恒溫水箱用于加熱和存儲(chǔ)預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)的水；

所述第一循環(huán)水泵與一個(gè)熱泵系統(tǒng)相連通，所述熱泵系統(tǒng)用于吸收所述第一循環(huán)水泵輸送過(guò)來(lái)的恒溫水箱中水的熱量，并在做升溫處理后向外輸出熱量；

所述第二循環(huán)水泵分別與所述熱泵系統(tǒng)和一個(gè)所述低溫發(fā)電系統(tǒng)相連通，所述低溫發(fā)電系統(tǒng)用于通過(guò)所述第二循環(huán)水泵吸收所述恒溫水箱中水的熱量或吸收所述熱泵系統(tǒng)向外輸出的熱量，然后進(jìn)行發(fā)電，將發(fā)電獲得的電能輸出給用戶使用。

其中，所述熱泵系統(tǒng)包括熱泵蒸發(fā)器、熱泵壓縮機(jī)和熱泵冷凝器，所述熱泵蒸發(fā)器右端上部的工質(zhì)出口與所述熱泵壓縮機(jī)左端的工質(zhì)入口相連通，所述熱泵壓縮機(jī)右端的工質(zhì)出口與所述熱泵冷凝器左端上部的工質(zhì)入口相連通，所述熱泵冷凝器左端下部的工質(zhì)出口經(jīng)節(jié)流元件與所述熱泵蒸發(fā)器右端下部的工質(zhì)入口相連通；

所述第二循環(huán)水泵通過(guò)一個(gè)儲(chǔ)液罐與所述熱泵系統(tǒng)中的熱泵冷凝器底部的循環(huán)水出口相連通，所述熱泵冷凝器頂部的循環(huán)水入口與所述恒溫水箱相連通；

所述熱泵蒸發(fā)器底部的循環(huán)水入口與所述第一循環(huán)水泵相連通，所述熱泵蒸發(fā)器頂部的循環(huán)水出口與所述恒溫水箱相連通。

其中，所述低溫發(fā)電系統(tǒng)包括低溫發(fā)電蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、低溫發(fā)電冷凝器、低溫發(fā)電工質(zhì)泵和發(fā)電機(jī)；

其中，所述低溫發(fā)電蒸發(fā)器底部的循環(huán)水入口與所述第二循環(huán)水泵相連通，所述低溫發(fā)電蒸發(fā)器頂部的循環(huán)水出口與所述恒溫水箱相連通，所述熱泵冷凝器頂部的循環(huán)水入口與所述恒溫水箱相連通，所述熱泵冷凝器底部的循環(huán)水出口通過(guò)一個(gè)第三循環(huán)水泵與所述恒溫水箱相連通；

所述低溫發(fā)電蒸發(fā)器右端上部的工質(zhì)出口與所述膨脹機(jī)左端的工質(zhì)入口相連通，所述膨脹機(jī)右端的工質(zhì)出口與所述低溫發(fā)電冷凝器左端上部的工質(zhì)入口相連通，所述低溫發(fā)電冷凝器左端下部的工質(zhì)出口與所述低溫發(fā)電工質(zhì)泵右端的工質(zhì)入口相連通，所述低溫發(fā)電工質(zhì)泵左端的工質(zhì)出口與所述低溫發(fā)電蒸發(fā)器右端下部的工質(zhì)入口相連通；

所述膨脹機(jī)與所述發(fā)電機(jī)相連接。

其中，所述發(fā)電機(jī)與預(yù)設(shè)的任意一個(gè)或者多個(gè)用電設(shè)備相連接，用于為所述用電設(shè)備提供工作用電。

其中，所述低溫發(fā)電冷凝器底部的循環(huán)水出口與所述第三循環(huán)水泵相連通，所述低溫發(fā)電冷凝器頂部的循環(huán)水入口與所述恒溫水箱相連通。

其中，所述恒溫水箱上部與一個(gè)外部冷水水源相連通，所述恒溫水箱下部與一個(gè)外部存水器相連通。

其中，所述恒溫水箱內(nèi)設(shè)置有彎曲的自來(lái)水冷卻盤(pán)管，所述自來(lái)水冷卻盤(pán)管與所述外部冷水水源相連通。

其中，所述恒溫水箱上還安裝有加熱電阻絲。

由以上本發(fā)明提供的技術(shù)方案可見(jiàn)，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供了一種低溫余熱綜合回收利用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其能夠有效地從低溫余熱中取熱，提高余熱品質(zhì)，避免在使用余熱時(shí)受時(shí)間和使用條件的限制，有效提高對(duì)低溫余熱的利用效率，有利于太陽(yáng)能、地?zé)崮艿鹊蜏匦履茉吹耐茝V普及，為新能源及工業(yè)廢熱擴(kuò)大使用區(qū)域和延伸使用時(shí)間提供應(yīng)用基礎(chǔ)技術(shù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的一種低溫余熱綜合回收利用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖；

圖中，1為恒溫水箱，2為第一循環(huán)水泵，11為自來(lái)水冷卻盤(pán)管，31為熱泵蒸發(fā)器，32為熱泵壓縮機(jī)，33為熱泵冷凝器；

4為儲(chǔ)液罐，5為第二循環(huán)水泵，61為低溫發(fā)電蒸發(fā)器，62為膨脹機(jī)，63為低溫發(fā)電冷凝器，64為低溫發(fā)電工質(zhì)泵，65為發(fā)電機(jī)，7為第三循環(huán)水泵；

100為外部冷水水源，200為外部存水器。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

參見(jiàn)圖1，本發(fā)明提供了一種低溫余熱綜合回收利用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括恒溫水箱1，所述恒溫水箱1分別與第一循環(huán)水泵2、第二循環(huán)水泵5相連通；

所述恒溫水箱1用于加熱和存儲(chǔ)預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)(例如50～100攝氏度)的水；

所述第一循環(huán)水泵2與一個(gè)熱泵系統(tǒng)相連通，所述熱泵系統(tǒng)用于吸收所述第一循環(huán)水泵2輸送過(guò)來(lái)的恒溫水箱1中水的熱量，并在做升溫處理后向外輸出熱量，具體為：輸出給用戶需要供熱的空間(如客廳、臥室)或者低溫發(fā)電系統(tǒng)；

所述第二循環(huán)水泵5分別與所述熱泵系統(tǒng)和一個(gè)所述低溫發(fā)電系統(tǒng)相連通，所述低溫發(fā)電系統(tǒng)用于通過(guò)所述第二循環(huán)水泵5吸收所述恒溫水箱1中水的熱量或吸收所述熱泵系統(tǒng)向外輸出的熱量，然后進(jìn)行發(fā)電，將發(fā)電獲得的電能輸出給用戶使用。

在本發(fā)明中，具體實(shí)現(xiàn)上，所述熱泵系統(tǒng)包括熱泵蒸發(fā)器31、熱泵壓縮機(jī)32和熱泵冷凝器33，所述熱泵蒸發(fā)器31右端上部的工質(zhì)(具體為制冷劑)出口與所述熱泵壓縮機(jī)32左端的工質(zhì)入口相連通(具體通過(guò)一根管路)，所述熱泵壓縮機(jī)32右端的工質(zhì)出口與所述熱泵冷凝器33左端上部的工質(zhì)入口相連通(具體通過(guò)一根管路)，所述熱泵冷凝器33左端下部的工質(zhì)出口經(jīng)節(jié)流元件(如毛細(xì)管、熱力膨脹閥、電子膨脹閥等)與所述熱泵蒸發(fā)器31右端下部的工質(zhì)入口相連通(具體通過(guò)一根管路)；

具體實(shí)現(xiàn)上，所述第二循環(huán)水泵5通過(guò)一個(gè)儲(chǔ)液罐4與所述熱泵系統(tǒng)中的熱泵冷凝器33底部的循環(huán)水出口相連通，所述熱泵冷凝器33頂部的循環(huán)水入口與所述恒溫水箱1相連通；

所述熱泵蒸發(fā)器31底部的循環(huán)水入口與所述第一循環(huán)水泵2相連通，所述熱泵蒸發(fā)器31頂部的循環(huán)水出口與所述恒溫水箱1相連通。

在本發(fā)明中，具體實(shí)現(xiàn)上，所述低溫發(fā)電系統(tǒng)包括低溫發(fā)電蒸發(fā)器61、膨脹機(jī)62、低溫發(fā)電冷凝器63、低溫發(fā)電工質(zhì)泵64和發(fā)電機(jī)65；

其中，所述低溫發(fā)電蒸發(fā)器61底部的循環(huán)水入口與所述第二循環(huán)水泵5相連通(具體通過(guò)一根管路)，所述低溫發(fā)電蒸發(fā)器61頂部的循環(huán)水出口與所述恒溫水箱1相連通，熱泵冷凝器33頂部的循環(huán)水入口與所述恒溫水箱1相連通，所述熱泵冷凝器33底部的循環(huán)水出口通過(guò)一個(gè)第三循環(huán)水泵7與所述恒溫水箱1相連通；

需要說(shuō)明的是，所述儲(chǔ)液罐4、第二循環(huán)水泵5位于所述熱泵冷凝器33和低溫發(fā)電蒸發(fā)器61之間，同時(shí)鑒于所述熱泵冷凝器33頂部的循環(huán)水入口與所述恒溫水箱1相連通以及所述低溫發(fā)電蒸發(fā)器61頂部的循環(huán)水出口與所述恒溫水箱1相連通，從而所述儲(chǔ)液罐4、第二循環(huán)水泵5、所述熱泵冷凝器33和低溫發(fā)電蒸發(fā)器61之間可以形成閉式循環(huán)管路。

在本發(fā)明中，需要說(shuō)明的是，對(duì)于所述熱泵系統(tǒng)，低溫低壓的液態(tài)工質(zhì)(如氟利昂)，首先在熱泵蒸發(fā)器31里從低溫?zé)嵩?即恒溫水箱1中的熱水)吸熱并氣化成低壓蒸氣。然后該低壓工質(zhì)蒸氣在熱泵壓縮機(jī)32內(nèi)被壓縮成高溫高壓的蒸氣，然后繼續(xù)進(jìn)入熱泵冷凝器33中，該高溫高壓的工質(zhì)氣體在熱泵冷凝器33內(nèi)被冷卻凝結(jié)成高壓液體(在本本發(fā)明的系統(tǒng)中是被來(lái)自圖1所示外部冷水水源100的自來(lái)水冷卻，或者是被與低溫發(fā)電系統(tǒng)中的低溫發(fā)電蒸發(fā)器61相連通的循環(huán)水冷卻。再經(jīng)節(jié)流元件(毛細(xì)管、熱力膨脹閥、電子膨脹閥等)節(jié)流成低溫低壓液態(tài)的工質(zhì)回到熱泵蒸發(fā)器31中。如此完成一個(gè)熱泵循環(huán)。

在本發(fā)明中，所述低溫發(fā)電蒸發(fā)器61右端上部的工質(zhì)(制冷劑)出口與所述膨脹機(jī)62左端的工質(zhì)入口相連通(具體通過(guò)一根管路)，所述膨脹機(jī)62右端的工質(zhì)出口與所述低溫發(fā)電冷凝器63左端上部的工質(zhì)入口相連通，所述低溫發(fā)電冷凝器63左端下部的工質(zhì)出口與所述低溫發(fā)電工質(zhì)泵64右端的工質(zhì)入口相連通，所述低溫發(fā)電工質(zhì)泵64左端的工質(zhì)出口與所述低溫發(fā)電蒸發(fā)器61右端下部的工質(zhì)入口相連通；

具體實(shí)現(xiàn)上，所述膨脹機(jī)62與所述發(fā)電機(jī)65相連接，所述膨脹機(jī)62用于向所述發(fā)電機(jī)65輸出能量，驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)65切割磁力線做功并發(fā)電。具體實(shí)現(xiàn)上，所述膨脹機(jī)62可以基于有機(jī)朗肯循環(huán)(即雙循環(huán))帶動(dòng)所述發(fā)電機(jī)65進(jìn)行發(fā)電。

具體實(shí)現(xiàn)上，所述發(fā)電機(jī)65與預(yù)設(shè)的任意一個(gè)或者多個(gè)用電設(shè)備相連接，用于為所述用電設(shè)備提供工作用電。所述用電設(shè)備可以為電視機(jī)、冰箱等任意一種用戶預(yù)先設(shè)置的電器設(shè)備。具體實(shí)現(xiàn)上，對(duì)于本發(fā)明提供的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，優(yōu)選為用白熾燈作為用電設(shè)備來(lái)消耗發(fā)電機(jī)65所發(fā)出的電能，優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)榘谉霟糇鳛閷?shí)驗(yàn)展示較為直觀。

具體實(shí)現(xiàn)上，所述低溫發(fā)電冷凝器63底部的循環(huán)水出口與所述第三循環(huán)水泵7相連通，所述低溫發(fā)電冷凝器63頂部的循環(huán)水入口與所述恒溫水箱1相連通。

對(duì)于本發(fā)明，具體實(shí)現(xiàn)上，鑒于有時(shí)候恒溫水箱1的熱量在供給熱泵系統(tǒng)后，還有富裕的熱量，為了平衡富裕的熱量，所述恒溫水箱1上部還可以與一個(gè)外部冷水水源100(例如自來(lái)水水源)相連通，同時(shí)所述恒溫水箱1下部與一個(gè)外部存水器200(例如一個(gè)中空的存水箱)相連通，該外部存水器200用于存儲(chǔ)所述恒溫水箱1中放置不下的多余的水，即恒溫水箱1的排水。

具體實(shí)現(xiàn)上，所述恒溫水箱1內(nèi)設(shè)置有彎曲的自來(lái)水冷卻盤(pán)管11，所述自來(lái)水冷卻盤(pán)管11與所述外部冷水水源相連通。

具體實(shí)現(xiàn)上，所述熱泵蒸發(fā)器31頂部的循環(huán)水出口、所述熱泵冷凝器33頂部的循環(huán)水入口、所述低溫發(fā)電蒸發(fā)器61頂部的循環(huán)水出口和熱泵冷凝器33頂部的循環(huán)水入口分別通過(guò)管路與所述外部冷水水源相連通，從而通過(guò)閥門(mén)的控制，可以方便與外部冷水水源、恒溫水箱1之間形成閉式的循環(huán)管路，便于水循環(huán)。

對(duì)于本發(fā)明，具體實(shí)現(xiàn)上，鑒于有時(shí)候恒溫水箱1的熱量在供給低溫發(fā)電系統(tǒng)后，將使得水溫?zé)o法保持在預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)(例如50～100攝氏度)，這時(shí)候，需要對(duì)恒溫水箱1進(jìn)行加熱。因此，所述恒溫水箱1上還安裝有加熱電阻絲，所述加熱電阻絲用于對(duì)所述恒溫水箱1存放的水進(jìn)行加熱。

對(duì)于本發(fā)明，需要說(shuō)明的是，任意兩個(gè)相鄰的相互連通的部件之間，具體通過(guò)至少一根中空的管路相連通。

需要說(shuō)明的是，對(duì)于本發(fā)明，利用低溫余熱的關(guān)鍵是如何提高余熱品質(zhì)，以及如何解決在使用余熱時(shí)受時(shí)間和地理?xiàng)l件的限制。目前，高溫?zé)岜靡云涓咝Ъ療?、轉(zhuǎn)移熱量的特點(diǎn)可用于提高余熱的品質(zhì)，并用于供暖、空調(diào)、生活熱水供應(yīng)等生活用熱及生產(chǎn)工藝的工業(yè)用熱領(lǐng)域；但是無(wú)論是生活或生產(chǎn)供熱，對(duì)于熱的需求都受季節(jié)或使用條件的限制。本發(fā)明采用低溫發(fā)電技術(shù)，能夠利用有機(jī)朗肯循環(huán)將原本廢棄的熱能轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)變廢為寶，電能是一種使用方便、靈活的高級(jí)能，可用于任何一個(gè)領(lǐng)域，能完全解決熱需求對(duì)于時(shí)間地點(diǎn)條件的限制，是一種提高能源利用效率、降低環(huán)境污染、實(shí)現(xiàn)能源綜合利用的有效途徑。

對(duì)于本發(fā)明，為了更加清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明具有的三種工作模式的工作原理分別進(jìn)行說(shuō)明。

一、高溫?zé)岜媚Ｊ?。即本發(fā)明作為高溫?zé)岜孟到y(tǒng)使用。在恒溫水箱1中存儲(chǔ)50～100℃范圍的水，從而恒溫水箱1模擬了低溫余熱源，然后通過(guò)第一循環(huán)水泵2將恒溫水箱1中的水輸送給熱泵蒸發(fā)器31，熱泵蒸發(fā)器31將吸收水中的熱量，水被吸熱降溫后通過(guò)管路循環(huán)回到恒溫水箱1中；

熱泵蒸發(fā)器31中吸取熱量后的工質(zhì)被熱泵壓縮機(jī)32壓縮后高溫高壓的工質(zhì)，然后輸出給熱泵冷凝器33(即經(jīng)過(guò)逆卡諾循環(huán)轉(zhuǎn)移到熱泵冷凝器33)，熱泵冷凝器33的工質(zhì)冷凝放熱，使得流經(jīng)熱泵冷凝器33的循環(huán)水溫度上升，溫度上升后的水通過(guò)管路循環(huán)回到恒溫水箱1中。因此，在本發(fā)明的系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，再用外部冷水水源200提供的冷水對(duì)恒溫水箱升溫后的水進(jìn)行冷卻，以平衡恒溫水箱1的富裕熱量。

需要說(shuō)明的是，對(duì)于本發(fā)明，可以通過(guò)測(cè)量熱泵蒸發(fā)器31和熱泵冷凝器33的循環(huán)水流量及進(jìn)口水溫、出口水溫來(lái)獲得這兩個(gè)器件的傳熱量，然后用作為常規(guī)儀表的電功率計(jì)來(lái)直接測(cè)量獲得熱泵壓縮機(jī)32的電流、電壓和輸入的電功率，進(jìn)一步計(jì)算獲得本發(fā)明此時(shí)的制熱系數(shù)cop。對(duì)于本發(fā)明，通過(guò)模擬單獨(dú)運(yùn)行的大溫差高溫?zé)岜孟到y(tǒng)，可模擬工業(yè)余熱經(jīng)過(guò)熱泵的集熱和高效轉(zhuǎn)移熱量后直接供給熱用戶的過(guò)程。

在本發(fā)明中，具體實(shí)現(xiàn)上，為了測(cè)量熱泵蒸發(fā)器31和熱泵冷凝器33的循環(huán)水流量，可以在連接熱泵蒸發(fā)器31和熱泵冷凝器33進(jìn)出口的循環(huán)水管路上設(shè)置用于測(cè)量循環(huán)水流量的液體渦輪流量計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且在進(jìn)出口水管的管壁上分別設(shè)置溫度傳感器(如熱電阻pt100)，可測(cè)得熱泵蒸發(fā)器31和熱泵冷凝器33的進(jìn)出口水溫。

需要說(shuō)明的是，由于熱泵蒸發(fā)器31、熱泵冷凝器33均為換熱器，因此，循環(huán)水與工質(zhì)之間的傳熱量即為循環(huán)水進(jìn)出熱泵蒸發(fā)器31、熱泵冷凝器33時(shí)釋放、吸收的熱量，具體計(jì)算公式如下：

q＝m·cp·(tc-tj)；

其中，q為工質(zhì)與循環(huán)水之間的換熱量kw，m為循環(huán)水的流量kg/s，cp為水的定容比熱4.187kj/kg·℃，tc和tj分別為熱泵蒸發(fā)器31或熱泵冷凝器33的出口、進(jìn)口水溫。

具體實(shí)現(xiàn)上，對(duì)于本發(fā)明中提供的熱泵系統(tǒng)，可以計(jì)算獲得其制熱系統(tǒng)，具體為：該熱泵系統(tǒng)的制熱系數(shù)cop＝qc/p，其中qc為熱泵冷凝器33的放熱量；p為熱泵壓縮機(jī)32的輸入功率。

為了更加清楚地理解本發(fā)明，本發(fā)明中的熱泵系統(tǒng)進(jìn)行逆卡諾循環(huán)的具體過(guò)程為：低溫低壓的液態(tài)工質(zhì)(如氟利昂)，首先在熱泵蒸發(fā)器31里從低溫?zé)嵩?恒溫水箱1中的熱水)吸熱并氣化成低壓蒸氣。然后該低壓工質(zhì)蒸氣在熱泵壓縮機(jī)32內(nèi)被壓縮成高溫高壓的蒸氣，然后繼續(xù)進(jìn)入熱泵冷凝器33中，該高溫高壓的工質(zhì)氣體在熱泵冷凝器33內(nèi)被冷卻凝結(jié)成高壓液體(在本本發(fā)明的系統(tǒng)中是被來(lái)自圖1所示外部冷水水源100的自來(lái)水冷卻，或者是被與低溫發(fā)電系統(tǒng)中的低溫發(fā)電蒸發(fā)器61相連通的循環(huán)水冷卻。再經(jīng)節(jié)流元件(毛細(xì)管、熱力膨脹閥、電子膨脹閥等)節(jié)流成低溫低壓液態(tài)的工質(zhì)回到熱泵蒸發(fā)器31中。如此完成一個(gè)逆卡諾循環(huán)。

需要說(shuō)明的是，對(duì)于本發(fā)明的熱泵系統(tǒng)，該熱泵系統(tǒng)就是通過(guò)逆卡諾循環(huán)實(shí)現(xiàn)高效的集熱和轉(zhuǎn)移熱量，以輸入少量的高級(jí)電能為代價(jià)，實(shí)現(xiàn)熱量從低溫環(huán)境向高溫環(huán)境轉(zhuǎn)移，低品位能提質(zhì)后直接供給熱用戶使用。對(duì)于本發(fā)明，通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)調(diào)試檢測(cè)，所述熱泵蒸發(fā)器31可從40～60℃的低溫?zé)?如恒溫水箱1)中提取熱量，經(jīng)過(guò)熱泵壓縮機(jī)32的提質(zhì)，可從熱泵冷凝器33處獲得不低于110℃的熱水，經(jīng)檢測(cè)，所述熱泵系統(tǒng)的制熱系數(shù)cop值不低于3，在這個(gè)溫度下的高溫水可以可靠、良好地供給采暖空調(diào)或生活熱水等熱用戶。

二、低溫發(fā)電模式。即本發(fā)明作為低溫發(fā)電系統(tǒng)使用。切斷熱泵系統(tǒng)與恒溫水箱1之間的連接，恒溫水箱1通過(guò)第二循環(huán)水泵5將水輸送給低溫發(fā)電蒸發(fā)器61，從而低溫發(fā)電蒸發(fā)器61吸取水中的熱量，即從恒溫水箱1吸熱。在有機(jī)朗肯循環(huán)中，低溫發(fā)電蒸發(fā)器61中低溫高壓的工質(zhì)吸熱后變成具有一定壓力和溫度的氣體進(jìn)入膨脹機(jī)62膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)65切割磁力線做功并發(fā)電。發(fā)電獲得的電能可以提供給用戶使用，由用戶消耗掉。膨脹機(jī)62發(fā)電后輸出工質(zhì)給低溫發(fā)電冷凝器63，低溫發(fā)電冷凝器63中的工質(zhì)將被循環(huán)水冷卻放熱，凝結(jié)成液態(tài)，使得流經(jīng)低溫發(fā)電冷凝器63的循環(huán)水溫度上升，此時(shí)工質(zhì)在低溫發(fā)電工質(zhì)泵64的驅(qū)動(dòng)下回到低溫發(fā)電蒸發(fā)器61，如此不斷實(shí)現(xiàn)有機(jī)朗肯循環(huán)。溫度上升后的水通過(guò)管路以及在第三循環(huán)水泵7的驅(qū)動(dòng)下循環(huán)，將低溫發(fā)電冷凝器63放出的熱量帶回到恒溫水箱1中。因此，在本發(fā)明的系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，由于恒溫水箱1中的部分能量已用于低溫發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電，為了維持水溫在預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)，需要由加熱電阻絲對(duì)所述恒溫水箱1存放的水進(jìn)行加熱，即對(duì)恒溫水箱1進(jìn)行補(bǔ)熱。

需要說(shuō)明的是，低溫發(fā)電蒸發(fā)器61和低溫發(fā)電冷凝器63這兩個(gè)器件的換熱量可以通過(guò)各自的進(jìn)口水溫、出口水溫及循環(huán)水流量得到，低溫發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)65的發(fā)電量及低溫發(fā)電工質(zhì)泵64的輸入功率由作為常規(guī)儀表的電功率計(jì)測(cè)得(該電功率計(jì)可以直接測(cè)量獲得低溫發(fā)電工質(zhì)泵64的電流、電壓和輸出的電功率以及發(fā)電機(jī)65的電流、電壓和發(fā)電量)，由此可進(jìn)一步計(jì)算得到低溫發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率。對(duì)于本發(fā)明，通過(guò)模擬單獨(dú)運(yùn)行的低溫發(fā)電系統(tǒng)，可以模擬將80～100℃的余熱直接用于低溫發(fā)電并供電給用戶使用。

在本發(fā)明中，具體實(shí)現(xiàn)上，為了測(cè)量低溫發(fā)電蒸發(fā)器61和低溫發(fā)電冷凝器63的循環(huán)水流量，可以在連接低溫發(fā)電蒸發(fā)器61和低溫發(fā)電冷凝器63進(jìn)出口的循環(huán)水管路上設(shè)置用于測(cè)量循環(huán)水流量的液體渦輪流量計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且在進(jìn)出口水管管壁上分別設(shè)置溫度傳感器(如熱電阻pt100)，可測(cè)得低溫發(fā)電蒸發(fā)器61和低溫發(fā)電冷凝器63的進(jìn)出口水溫。

需要說(shuō)明的是，由于低溫發(fā)電蒸發(fā)器61、低溫發(fā)電冷凝器63均為換熱器，循環(huán)水與工質(zhì)之間的傳熱量即為循環(huán)水進(jìn)出低溫發(fā)電蒸發(fā)器61、低溫發(fā)電冷凝器63時(shí)釋放、吸收的熱量，具體計(jì)算公式如下：

q＝m·cp·(tc-tj)；

其中，q為工質(zhì)與循環(huán)水之間的換熱量kw，m為循環(huán)水的流量kg/s，cp為水的定容比熱4.187kj/kg·℃，tc和tj分別是低溫發(fā)電蒸發(fā)器或低溫發(fā)電冷凝器的出口、進(jìn)口水溫。

在本發(fā)明中，對(duì)于所述低溫發(fā)電系統(tǒng)，其具有發(fā)電效率η＝w/qe，其中，qc為低溫發(fā)電蒸發(fā)器61的吸熱量；w為發(fā)電機(jī)65的輸出電量。

為了更加清楚地理解本發(fā)明，本發(fā)明中的低溫發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行的有機(jī)朗肯循環(huán)，需要進(jìn)一步說(shuō)明如下：

有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電是利用液態(tài)有機(jī)工質(zhì)低沸點(diǎn)蒸發(fā)的熱物理性質(zhì)，經(jīng)低溫發(fā)電蒸發(fā)器61與低溫?zé)嵩?如恒溫水箱1中的熱水)換熱，蒸發(fā)為飽和或者過(guò)熱的工質(zhì)蒸汽，推動(dòng)膨脹機(jī)62做功，將攜帶的低品位熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，由發(fā)電機(jī)65進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為電能。膨脹后的乏汽進(jìn)入低溫發(fā)電冷凝器63中冷凝為飽和液體，經(jīng)低溫發(fā)電工質(zhì)泵64加壓后再進(jìn)入低溫發(fā)電蒸發(fā)器61中，從而完成一個(gè)有機(jī)朗肯循環(huán)。

需要說(shuō)明的是，對(duì)于本發(fā)明，其具有的低溫發(fā)電系統(tǒng)有效形成了有機(jī)朗肯循環(huán)，通過(guò)有機(jī)朗肯循環(huán)利用工質(zhì)的相變，實(shí)現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為電能，完成低溫?zé)岬幕厥绽谩?duì)于本發(fā)明，通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)調(diào)試檢測(cè)，低溫發(fā)電蒸發(fā)器61可從85～95℃的低溫?zé)?如恒溫水箱1)中提取熱量，經(jīng)過(guò)膨脹機(jī)62的做功，發(fā)電機(jī)65發(fā)出的電量可以供給電用戶，整個(gè)低溫發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率應(yīng)不低于7％。

三、高溫?zé)岜煤偷蜏匕l(fā)電聯(lián)合運(yùn)行模式。即本發(fā)明同時(shí)作為高溫?zé)岜孟到y(tǒng)和低溫發(fā)電系統(tǒng)使用。

第一循環(huán)水泵2將恒溫水箱1中的水抽取后輸送給熱泵蒸發(fā)器31，熱泵蒸發(fā)器31吸收水中的熱量，熱泵蒸發(fā)器31中吸收熱量后的工質(zhì)經(jīng)過(guò)熱泵循環(huán)，由熱泵壓縮機(jī)32進(jìn)行提質(zhì)升溫后，工質(zhì)流經(jīng)熱泵冷凝器33處并進(jìn)行冷凝放熱。

鑒于儲(chǔ)液罐4、第二循環(huán)水泵5連接所述熱泵冷凝器33和低溫發(fā)電蒸發(fā)器61，并在所述熱泵冷凝器33和低溫發(fā)電蒸發(fā)器61兩者之間形成閉式循環(huán)管路，從而流經(jīng)熱泵冷凝器33的循環(huán)水將把熱泵冷凝器33發(fā)出的熱量，通過(guò)循環(huán)管路輸送給低溫發(fā)電蒸發(fā)器61，低溫發(fā)電蒸發(fā)器61中的工質(zhì)在蒸發(fā)吸熱后將通過(guò)有機(jī)朗肯循環(huán)推動(dòng)膨脹機(jī)62，由膨脹機(jī)62帶動(dòng)發(fā)電機(jī)65做功并發(fā)電，低溫發(fā)電冷凝器63中的工質(zhì)冷凝放熱，使得流經(jīng)低溫發(fā)電冷凝器63的水在升溫后在第三循環(huán)水泵7的驅(qū)動(dòng)下循環(huán)回到恒溫水箱1中。

需要說(shuō)明的是，任何一個(gè)換熱器(例如低溫發(fā)電蒸發(fā)器61、低溫發(fā)電冷凝器63、熱泵蒸發(fā)器31和熱泵冷凝器33)均可通過(guò)測(cè)得的循環(huán)水流量及進(jìn)口水溫、出口水溫計(jì)算得到換熱量，熱泵壓縮機(jī)和低溫發(fā)電工質(zhì)泵的輸入功率、發(fā)電量均可用電功率計(jì)測(cè)得，從而可獲得聯(lián)合運(yùn)行下的運(yùn)行性能。

在聯(lián)合運(yùn)行工況下，恒溫水箱可以用來(lái)模擬低溫?zé)嵩?，熱泵系統(tǒng)從恒溫水箱中吸熱并提質(zhì)，熱泵冷凝器33經(jīng)循環(huán)水將熱量輸送給低溫發(fā)電蒸發(fā)器61，供其吸熱生成高溫高壓的蒸氣來(lái)推動(dòng)膨脹機(jī)62做功，膨脹機(jī)62帶動(dòng)發(fā)電機(jī)65切割磁力線而發(fā)出電能，同時(shí)低溫發(fā)電冷凝器63將冷凝熱釋放到冷卻水中。恒溫水箱可以模擬溫度范圍為40～95℃的低溫?zé)嵩矗瑹岜孟到y(tǒng)從低溫?zé)嶂腥?，?jīng)熱泵系統(tǒng)的提質(zhì)可升溫達(dá)45℃以上，其中熱泵冷凝器33出口的水溫能達(dá)到85-135℃，循環(huán)水將熱泵系統(tǒng)中熱泵冷凝器33的冷凝熱送入低溫發(fā)電蒸發(fā)器61中，供低溫發(fā)電蒸發(fā)器61吸熱，進(jìn)而推動(dòng)膨脹機(jī)62膨脹做功并進(jìn)一步帶動(dòng)發(fā)電機(jī)65發(fā)電，發(fā)電機(jī)65的發(fā)電效率不低于7％，聯(lián)合運(yùn)行時(shí)，熱泵系統(tǒng)的制熱系數(shù)cop應(yīng)不低于3。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行的模式，可用于當(dāng)熱泵提質(zhì)后供應(yīng)的季節(jié)性消耗，如熱用戶為供暖用戶，非采暖季不能消耗熱量，聯(lián)合運(yùn)行的系統(tǒng)可在采暖季熱泵供暖，非采暖季可將低溫?zé)峤?jīng)熱泵提質(zhì)后進(jìn)一步發(fā)電，克服熱用戶使用時(shí)間的限制，同時(shí)余熱轉(zhuǎn)換成電能，可擴(kuò)大用戶范圍，并且電能可以遠(yuǎn)距離輸送，從熱用戶延伸至電用戶，完全克服用戶的時(shí)間和條件的限制，實(shí)現(xiàn)低溫余熱的綜合利用，為低溫?zé)岬耐茝V應(yīng)用提供基礎(chǔ)技術(shù)。

綜上所述可知，對(duì)于本發(fā)明，其具有三種運(yùn)行方式，可以通過(guò)恒溫水箱1來(lái)模擬恒定輸出的工業(yè)低溫余熱，從而在遇到熱用戶對(duì)余熱的利用受到時(shí)間和使用條件的限制時(shí)，可采用該方式將工業(yè)余熱加以綜合利用，轉(zhuǎn)化成電能的方式并網(wǎng)供給所有的電用戶使用。

需要說(shuō)明的是，對(duì)于本發(fā)明提供的一種低溫余熱綜合回收利用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，熱泵蒸發(fā)器從恒溫水箱中吸熱，由熱泵系統(tǒng)中工質(zhì)通過(guò)逆卡諾循環(huán)提升品位，在熱泵冷凝器側(cè)放熱供用戶需要供熱的空間(即模擬的熱用戶)或供低溫發(fā)電系統(tǒng)使用。

同時(shí)，低溫發(fā)電系統(tǒng)中的低溫蒸發(fā)器側(cè)從熱泵冷凝器吸熱進(jìn)行發(fā)電；低溫發(fā)電冷凝器側(cè)的剩余熱通過(guò)冷卻水系統(tǒng)回收至恒溫水箱內(nèi)，以達(dá)到節(jié)能目的；為了避免恒溫水箱內(nèi)熱量累積導(dǎo)致溫度過(guò)高，多余熱量由恒溫水箱內(nèi)自來(lái)水冷卻盤(pán)管11冷卻消耗掉。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的一種低溫余熱綜合回收利用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，具有以下的技術(shù)效果：

1、本發(fā)明可模擬大溫差的熱泵系統(tǒng)，能夠?qū)⒌蜏赜酂崽嵘凛^高品質(zhì)，直接供給供暖、空調(diào)、生活用熱水及工業(yè)用熱等熱用戶使用；

2、本發(fā)明可模擬低溫發(fā)電系統(tǒng)與大溫差的熱泵系統(tǒng)的聯(lián)合運(yùn)行，可將低溫余熱經(jīng)熱泵系統(tǒng)提質(zhì)后，輸出給低溫發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電，電能是使用靈活方便的高級(jí)能，能隨時(shí)隨地供給所有的電用戶，能有效擺脫如供暖空調(diào)、生活熱水及工業(yè)用熱等對(duì)時(shí)間和區(qū)域的限制；

3、本發(fā)明可以將低溫發(fā)電系統(tǒng)與熱泵系統(tǒng)中冷凝側(cè)(即熱泵冷凝器和低溫發(fā)電冷凝器側(cè))的剩余熱量通過(guò)冷卻水系統(tǒng)回收至恒溫水箱內(nèi)，可大大降低實(shí)驗(yàn)過(guò)程中模擬余熱的恒溫水箱內(nèi)的加熱量，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)用電。

4、本發(fā)明可以單獨(dú)運(yùn)行熱泵系統(tǒng)、低溫發(fā)電系統(tǒng)以及兩者的聯(lián)合運(yùn)行，通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得熱媒的流量及溫差進(jìn)一步計(jì)算得出熱泵的制熱系數(shù)cop值和低溫發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率，完成對(duì)熱泵系統(tǒng)、低溫發(fā)電系統(tǒng)及聯(lián)合運(yùn)行的性能試驗(yàn)；

5、本發(fā)明通過(guò)利用水箱的電加熱及水冷卻，可模擬40～95℃范圍內(nèi)的工業(yè)余熱，以此作為熱泵及低溫發(fā)電的蒸發(fā)熱來(lái)源，通過(guò)大溫差的熱泵系統(tǒng)將低品位的余熱可升溫至130℃直接供給熱用戶(如用戶需要供熱的空間)使用，或轉(zhuǎn)化為方便靈活的電能加以綜合利用，克服熱用戶對(duì)用熱時(shí)間和區(qū)域的限制。

綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的一種低溫余熱綜合回收利用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其能夠有效地從低溫余熱中取熱，提高余熱品質(zhì)，避免在使用余熱時(shí)受時(shí)間和使用條件的限制，有效提高對(duì)低溫余熱的利用效率，有利于太陽(yáng)能、地?zé)崮艿鹊蜏匦履茉吹耐茝V普及，為新能源及工業(yè)廢熱擴(kuò)大使用區(qū)域和延伸使用時(shí)間提供應(yīng)用基礎(chǔ)技術(shù)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。