本發(fā)明涉及一種朗肯循環(huán)系統(tǒng)，具體涉及一種帶有相變儲(chǔ)能換熱器的朗肯循環(huán)系統(tǒng)，屬于能源與動(dòng)力技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

朗肯循環(huán)是一種將熱能轉(zhuǎn)化為功的熱力學(xué)循環(huán)。郎肯循環(huán)從外界吸收熱量，將其閉環(huán)的工質(zhì)加熱做功。朗肯循環(huán)有以下四個(gè)過(guò)程：

1、工質(zhì)被泵壓縮，液體會(huì)從低壓上升至高壓，成為高壓液；

2、高壓液被加熱，在恒定壓力下，高壓液吸收了外部熱源成為飽和蒸汽或過(guò)熱蒸汽；

3、蒸汽膨脹后，會(huì)推動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電，蒸汽的溫度和壓力因此減少，并成為濕蒸汽；

4、濕蒸汽然后進(jìn)入冷凝器，被冷凝成為飽和液體或過(guò)冷液體。

相變儲(chǔ)能換熱器是將相變材料PCM封裝于換熱器中，外部可對(duì)其充熱或放熱，并且在一定條件下，充放熱過(guò)程可保持溫度恒定。

郎肯循環(huán)產(chǎn)生世界上90％的電力，包括幾乎所有的太陽(yáng)能熱能，生物質(zhì)能，煤炭與核能的電站。在太陽(yáng)能熱利用領(lǐng)域，尤其是太陽(yáng)能熱發(fā)電領(lǐng)域中，由于太陽(yáng)輻照的強(qiáng)烈的不連續(xù)性和不穩(wěn)定性，系統(tǒng)的運(yùn)行也具有強(qiáng)烈的波動(dòng)性和間歇性。為保證太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，彌補(bǔ)能源的供應(yīng)和需求之間存在的數(shù)量上、形態(tài)上、時(shí)間和空間上的差異，太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)中一般都帶有儲(chǔ)熱系統(tǒng)。儲(chǔ)熱系統(tǒng)可將白天的太陽(yáng)輻照轉(zhuǎn)換為熱量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在沒(méi)有太陽(yáng)輻照時(shí)再把熱量釋放出來(lái)利用。尤其對(duì)于太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)，儲(chǔ)熱系統(tǒng)的引入不僅可以解決太陽(yáng)能的可用性與電力需求不匹配的矛盾，對(duì)太陽(yáng)能“移峰填谷”以延長(zhǎng)系統(tǒng)發(fā)電時(shí)間，優(yōu)化使用可再生能源和提高太陽(yáng)能在能量利用中的份額和能源效率，而且可以有效地穩(wěn)定系統(tǒng)運(yùn)行和提高系統(tǒng)發(fā)電效率。

目前太陽(yáng)能熱利用領(lǐng)域中可以選擇的儲(chǔ)熱方式主要包括三種：顯熱儲(chǔ)熱、相變潛熱儲(chǔ)熱和化學(xué)能儲(chǔ)熱?；陲@熱儲(chǔ)熱的儲(chǔ)熱系統(tǒng)主要有兩種：雙罐儲(chǔ)熱系統(tǒng)和單罐儲(chǔ)熱系統(tǒng)。雙罐儲(chǔ)熱系統(tǒng)中有一個(gè)熱罐和一個(gè)冷罐，儲(chǔ)熱時(shí)通過(guò)泵將冷罐內(nèi)的液體介質(zhì)抽出，在其吸收熱量后將之存儲(chǔ)在熱罐內(nèi)，放熱時(shí)通過(guò)泵將熱罐內(nèi)的高溫介質(zhì)抽出，在其釋放熱量后將之泵回冷罐。單罐儲(chǔ)熱系統(tǒng)只有一個(gè)儲(chǔ)熱罐。放熱時(shí)高溫儲(chǔ)熱工質(zhì)在罐的頂部被高溫泵抽出，經(jīng)過(guò)換 熱器放熱冷卻后，由罐底部進(jìn)入罐內(nèi)；充熱時(shí)低溫儲(chǔ)熱工質(zhì)在罐的底部被低溫泵抽出，經(jīng)過(guò)換熱器加熱后，由罐的頂部進(jìn)入罐內(nèi)。

現(xiàn)有雙罐及單罐儲(chǔ)熱系統(tǒng)等均屬常規(guī)的顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)，在工質(zhì)的相變過(guò)程中，工質(zhì)溫度保持不變，而傳熱流體的溫度逐步降低，此過(guò)程中傳熱溫差大，系統(tǒng)火用損大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，本發(fā)明提供一種帶有相變儲(chǔ)能換熱器的朗肯循環(huán)系統(tǒng)，該朗肯循環(huán)系統(tǒng)可分級(jí)加熱工質(zhì)，將相變儲(chǔ)能換熱器應(yīng)用于工質(zhì)的蒸發(fā)階段，可保證工質(zhì)蒸發(fā)過(guò)程中與傳熱介質(zhì)溫差保持恒定，減少系統(tǒng)火用損。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：一種帶有相變儲(chǔ)能換熱器的朗肯循環(huán)系統(tǒng)；所述系統(tǒng)包括依次串接的過(guò)熱換熱器，熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備，冷凝換熱器和泵，所述熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備與發(fā)電機(jī)相連；其改進(jìn)之處在于：所述系統(tǒng)還包括相變儲(chǔ)能換熱器和預(yù)熱換熱器；所述相變儲(chǔ)能換熱器的一端與所述預(yù)熱換熱器的一端相連，其另一端與所述過(guò)熱換熱器相連；所述預(yù)熱換熱器的另一端連接所述泵。

優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括蒸發(fā)換熱器，所述蒸發(fā)換熱器的兩端分別串接第一開(kāi)關(guān)閥后與兩端分別串接有第二開(kāi)關(guān)閥的所述相變儲(chǔ)能換熱器并聯(lián)。

進(jìn)一步，所述蒸發(fā)換熱器、過(guò)熱換熱器和預(yù)熱換熱器均包括一次進(jìn)口、一次出口、二次進(jìn)口和二次出口；所述蒸發(fā)換熱器的二次進(jìn)口和二次出口分別串接所述第一開(kāi)關(guān)閥，其一次進(jìn)口和一次出口分別連接所述過(guò)熱換熱器的一次出口和所述預(yù)熱換熱器的一次進(jìn)口；

所述過(guò)熱換熱器的二次進(jìn)口通過(guò)所述第二開(kāi)關(guān)閥與所述相變儲(chǔ)能換熱器的一端相連，其二次出口與熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備的一端相連；所述預(yù)熱換熱器的二次進(jìn)口與泵的一端相連，其二次出口通過(guò)所述第二開(kāi)關(guān)閥與所述相變儲(chǔ)能換熱器的另一端相連。

進(jìn)一步，所述過(guò)熱換熱器的一次進(jìn)口和所述預(yù)熱換熱器的一次出口與太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)相連。

進(jìn)一步，所述太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)包括熱罐、太陽(yáng)能集熱器和冷罐；所述太陽(yáng)能集熱器的兩端分別連接所述熱罐的一端和所述冷罐的一端；所述熱罐的另一端與所述過(guò)熱換熱器的一次進(jìn)口相連；所述冷罐的另一端與所述預(yù)熱換熱器的一次出口相連。

進(jìn)一步，預(yù)熱換熱器和/或過(guò)熱換熱器和/或冷凝換熱器至少設(shè)置有兩個(gè)，換熱器之間采用串聯(lián)、并聯(lián)或混合方式連接。

進(jìn)一步，工質(zhì)經(jīng)過(guò)泵升壓后進(jìn)入預(yù)熱換熱器，經(jīng)預(yù)熱換熱器加熱到飽和液態(tài)；飽和液態(tài)的工質(zhì)進(jìn)入相變儲(chǔ)能換熱器或蒸發(fā)換熱器，經(jīng)相變儲(chǔ)能換熱器恒溫加熱到飽和氣態(tài)后或經(jīng)蒸發(fā)換熱器加熱到飽和氣態(tài)后進(jìn)入過(guò)熱換熱器；過(guò)熱換熱器將飽和氣態(tài)工質(zhì)加熱到過(guò)熱蒸汽，過(guò)熱蒸汽進(jìn)入熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備，使熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備做功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備做功后的過(guò)熱蒸汽變?yōu)闈裾羝?，進(jìn)入冷凝換熱器冷凝成飽和液體或過(guò)冷液體，再次經(jīng)過(guò)泵升壓完成一次朗肯循環(huán)。

進(jìn)一步，所述工質(zhì)為單一組分的工質(zhì)或混合物工質(zhì)；所述相變儲(chǔ)能換熱器的相變材料與工質(zhì)蒸發(fā)溫度相匹配。

進(jìn)一步，所述熱罐內(nèi)存儲(chǔ)高溫集熱介質(zhì)；所述冷罐內(nèi)存儲(chǔ)低溫集熱介質(zhì)；所述太陽(yáng)能集熱器吸收太陽(yáng)能，用于給集熱介質(zhì)升溫；

所述低溫集熱介質(zhì)從所述冷罐中抽出進(jìn)入所述太陽(yáng)能集熱器，在所述太陽(yáng)能集熱器內(nèi)變?yōu)楦邷丶療峤橘|(zhì)后進(jìn)入熱罐中儲(chǔ)存起來(lái)，同時(shí)熱罐中抽出部分高溫集熱介質(zhì)進(jìn)入過(guò)熱換熱器放熱，加熱進(jìn)入到過(guò)熱換熱器內(nèi)的飽和氣態(tài)工質(zhì)，使之變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽，驅(qū)動(dòng)熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；高溫集熱介質(zhì)放熱后變?yōu)榈蜏丶療峤橘|(zhì)再次進(jìn)入冷罐。

進(jìn)一步，所述相變儲(chǔ)能換熱器的加熱方式來(lái)源于太陽(yáng)能加熱、電加熱或內(nèi)設(shè)傳熱管道加熱中的任意一種。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著進(jìn)步：

本發(fā)明提供的技術(shù)方案將相變儲(chǔ)能換熱器與傳統(tǒng)的朗肯循環(huán)系統(tǒng)相結(jié)合，將循環(huán)工質(zhì)進(jìn)行分級(jí)加熱，將相變儲(chǔ)能換熱器應(yīng)用于朗肯循環(huán)回路工質(zhì)的蒸發(fā)階段，利用相變儲(chǔ)能換熱器中相變材料相變時(shí)溫度保持恒定的特性，使得傳熱介質(zhì)和工質(zhì)的傳熱溫差較小，且傳熱溫差保持不變，有效減小了系統(tǒng)火用損。

附圖說(shuō)明

圖1為傳統(tǒng)朗肯循環(huán)系統(tǒng)圖。

圖2為本發(fā)明提供的帶有相變儲(chǔ)能換熱器的朗肯循環(huán)系統(tǒng)圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)號(hào)：1-泵、2-工質(zhì)回路、3-冷凝換熱器、4-熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備、5-發(fā)電機(jī)、6-換熱器、6a-預(yù)熱換熱器、6b-相變儲(chǔ)能換熱器、6c-過(guò)熱換熱器、6d-蒸發(fā)換熱器、7-傳熱流體回路、8-熱罐、9-太陽(yáng)能集熱器、10-冷罐。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

為了徹底了解本發(fā)明實(shí)施例，將在下列的描述中提出詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。顯然，本發(fā)明實(shí)施例的施行并不限定于本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。

圖1為傳統(tǒng)朗肯循環(huán)系統(tǒng)圖，本實(shí)施例提供的朗肯循環(huán)系統(tǒng)在傳統(tǒng)朗肯循環(huán)系統(tǒng)中增加了相變儲(chǔ)能換熱器6b和預(yù)熱換熱器6a，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。所述朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括依次串接的過(guò)熱換熱器6c，熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備4，冷凝換熱器3和泵1，所述熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備4與發(fā)電機(jī)5相連；相變儲(chǔ)能換熱器6b和預(yù)熱換熱器6a串聯(lián)連接后一端與所述過(guò)熱換熱器6c相連，另一端與所述泵1連接。

其中預(yù)熱換熱器6a、過(guò)熱換熱器6c和冷凝換熱器3均設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)；換熱器之間采用串聯(lián)、并聯(lián)或混合方式連接。

工質(zhì)經(jīng)過(guò)泵1升壓后進(jìn)入預(yù)熱換熱器6a，經(jīng)預(yù)熱換熱器6a加熱到飽和液態(tài)，飽和液態(tài)的工質(zhì)進(jìn)入相變儲(chǔ)能換熱器6b，經(jīng)相變儲(chǔ)能換熱器6b恒溫加熱到飽和氣態(tài)后進(jìn)入過(guò)熱換熱器6c，過(guò)熱換熱器6c將飽和氣態(tài)工質(zhì)加熱到過(guò)熱蒸汽，過(guò)熱蒸汽進(jìn)入熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備4，使熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備4做功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)5發(fā)電；熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備4做功后的過(guò)熱蒸汽變?yōu)闈裾羝?，進(jìn)入冷凝換熱器3冷凝成飽和液體或過(guò)冷液體，再次經(jīng)過(guò)泵1升壓完成一次朗肯循環(huán)。

上述步驟中工質(zhì)采用單一組分的工質(zhì)(例如水)或混合物工質(zhì)作為循環(huán)介質(zhì)。預(yù)熱后的飽和液態(tài)工作進(jìn)入相變儲(chǔ)能換熱器6b，相變儲(chǔ)能換熱器6b中的相變材料與工質(zhì)蒸發(fā)溫度相匹配，利用相變儲(chǔ)能換熱器6b中相變材料相變時(shí)溫度保持恒定的特性，使得傳熱介質(zhì)和工質(zhì)的傳熱溫差較小，且傳熱溫差保持不變，可減小系統(tǒng)火用損。

所述相變儲(chǔ)能換熱器6b的加熱方式采用太陽(yáng)能加熱、電加熱或內(nèi)設(shè)傳熱管道加熱等方式。

本發(fā)明提供的另一實(shí)施例如圖3所示：在附圖2的基礎(chǔ)上增加蒸發(fā)換熱器6d；蒸發(fā)換熱器6d的兩端分別串接第一開(kāi)關(guān)閥后與兩端分別串接有第二開(kāi)關(guān)閥的所述相變儲(chǔ)能換熱器6b并聯(lián)。

所述蒸發(fā)換熱器6d、過(guò)熱換熱器6c和預(yù)熱換熱器6a均包括一次進(jìn)口、一次出口、二次進(jìn)口和二次出口；所述蒸發(fā)換熱器6d的二次進(jìn)口和二次出口分別串接所述第一開(kāi)關(guān)閥，其一 次進(jìn)口和一次出口分別連接所述過(guò)熱換熱器6c的一次出口和所述預(yù)熱換熱器6a的一次進(jìn)口；

所述過(guò)熱換熱器6c的二次進(jìn)口通過(guò)所述第二開(kāi)關(guān)閥與所述相變儲(chǔ)能換熱器6b的一端相連，其二次出口與熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備4的一端相連；所述預(yù)熱換熱器6a的二次進(jìn)口與泵1的一端相連，其二次出口通過(guò)所述第二開(kāi)關(guān)閥與所述相變儲(chǔ)能換熱器6b的另一端相連；

所述過(guò)熱換熱器6c的一次進(jìn)口和所述預(yù)熱換熱器6a的一次出口與太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)相連，利用太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)給相變儲(chǔ)能換熱器6b供熱。

所述太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)包括依次串接的熱罐8、太陽(yáng)能集熱器9和冷罐10；所述熱罐8的另一端與所述過(guò)熱換熱器6c的一次進(jìn)口相連；所述冷罐10的另一端與所述預(yù)熱換熱器6a的一次出口相連。

所述熱罐8內(nèi)存儲(chǔ)高溫集熱介質(zhì)；所述冷罐10內(nèi)存儲(chǔ)低溫集熱介質(zhì)；所述太陽(yáng)能集熱器9吸收太陽(yáng)能，用于給集熱介質(zhì)升溫；

白天太陽(yáng)充足時(shí)，低溫集熱介質(zhì)從所述冷罐10中抽出進(jìn)入所述太陽(yáng)能集熱器9，在所述太陽(yáng)能集熱器9內(nèi)變?yōu)楦邷丶療峤橘|(zhì)后進(jìn)入熱罐8中儲(chǔ)存起來(lái)，同時(shí)熱罐8中抽出部分高溫集熱介質(zhì)進(jìn)入過(guò)熱換熱器6c放熱，加熱進(jìn)入到過(guò)熱換熱器6c內(nèi)的飽和氣態(tài)工質(zhì)，使之變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽，驅(qū)動(dòng)熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備4帶動(dòng)發(fā)電機(jī)5發(fā)電；高溫集熱介質(zhì)放熱后變?yōu)榈蜏丶療峤橘|(zhì)經(jīng)過(guò)傳熱流體回路7再次進(jìn)入冷罐10；

晚上太陽(yáng)能不足時(shí)，白天儲(chǔ)存的多余的高溫集熱介質(zhì)可保證一段時(shí)間的供熱量。

本發(fā)明提供的第二種實(shí)施例有兩種運(yùn)行方式：

(1)相變儲(chǔ)能換熱器6b充熱后，可開(kāi)啟其所在工質(zhì)回路2，關(guān)閉蒸發(fā)換熱器6d工質(zhì)回路2，工質(zhì)經(jīng)過(guò)預(yù)熱換熱器6a預(yù)熱成飽和液態(tài)后進(jìn)入相變儲(chǔ)能換熱器6b，吸收相變材料能量變成飽和氣態(tài)，再進(jìn)入過(guò)熱換熱器6c加熱成過(guò)熱蒸汽，通過(guò)熱功轉(zhuǎn)換熱備4做功并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)5發(fā)電，最后通過(guò)冷凝換熱器3冷凝，此種運(yùn)行方式系統(tǒng)火用損小。

(2)相變儲(chǔ)能換熱器6b放熱后，關(guān)閉其所在工質(zhì)回路2，開(kāi)啟蒸發(fā)換熱器6d所在工質(zhì)回路2。此時(shí)，系統(tǒng)工質(zhì)加熱階段由常規(guī)換熱器進(jìn)行換熱。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。