波動熱源余熱利用有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及余熱利用有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，尤其涉及一種波動熱源余熱利用有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]有機朗肯循環(huán)余熱利用技術(shù)是一種高效的節(jié)能技術(shù)，通過有機朗肯循環(huán)對余熱進行回收可以提高原動力系統(tǒng)總能利用效率、提高輸出功率。而在一些余熱熱源波動的場合，如車用內(nèi)燃機、航空內(nèi)燃機等，熱源的流量、溫度隨原能源利用系統(tǒng)工況變化有很明顯的波動，這會影響有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的性能，甚至損壞部件。熱源溫度或流量波動時，若采用傳統(tǒng)的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)對其進行能量回收，會使得在有機朗肯循環(huán)膨脹機入口前的有機工質(zhì)熱力學(xué)狀態(tài)波動劇烈，這可能導(dǎo)致有機工質(zhì)進入不飽和狀態(tài)區(qū)，影響渦輪型膨脹機正常運行、縮短渦輪型膨脹機的壽命，也可能導(dǎo)致有機工質(zhì)溫度過高而發(fā)生不可逆的化學(xué)反應(yīng)。
[0003]現(xiàn)有的余熱利用有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)對余熱熱源波動的措施是采用合適的主動控制策略，通過控制有機朗肯循環(huán)中工質(zhì)栗與膨脹機的轉(zhuǎn)速以及關(guān)鍵閥門的開度進行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)始終運行在安全工況、高效工況。這是一種從主動控制角度提出的解決辦法，并沒有針對熱源特性改變有機朗肯循環(huán)余熱利用系統(tǒng)工況適應(yīng)能力差的特性，所以仍然會引起有機朗肯循環(huán)工況的大幅波動，這對換熱器設(shè)計與膨脹機的全工況設(shè)計提出了很高要求，同時對控制算法也提出很高的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于【背景技術(shù)】中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種波動熱源余熱利用有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其能改善系統(tǒng)本身對復(fù)雜工況的適應(yīng)能力，進而使系統(tǒng)平穩(wěn)運行，降低控制難度，提高系統(tǒng)性能。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供一種波動熱源余熱利用有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其對換熱器與膨脹機的設(shè)計無過高的要求。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種波動熱源余熱利用有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其包括:換熱器，內(nèi)設(shè)置有儲熱介質(zhì)，具有熱源流體入口、熱源流體出口、有機工質(zhì)入口以及有機工質(zhì)出口 ；熱源流體輸送管路，連通熱源流體輸出端口和換熱器的熱源流體入口 ；有機工質(zhì)儲液罐，用于盛放液態(tài)有機工質(zhì)；有機工質(zhì)循環(huán)栗，一端連通于有機工質(zhì)儲液罐；有機工質(zhì)輸送管路，一端連通于有機工質(zhì)循環(huán)栗而另一端連通于換熱器的有機工質(zhì)入口 ；膨脹機，具有連通于換熱器的有機工質(zhì)出口的輸入端以及輸出端；發(fā)電機，連接于膨脹機，并連通外部的供電或儲能裝置；以及冷凝器，一端連通于膨脹機的輸出端而另一端連通于有機工質(zhì)儲液罐。其中，正常工作狀態(tài)下，有機工質(zhì)儲液罐、有機工質(zhì)循環(huán)栗、換熱器的有機工質(zhì)入口、換熱器、換熱器的有機工質(zhì)出口、膨脹機以及冷凝器形成有機朗肯循環(huán)回路；有機工質(zhì)從有機工質(zhì)儲液罐中流出、經(jīng)有機工質(zhì)循環(huán)栗加壓后經(jīng)由有機工質(zhì)輸送管路以及換熱器的有機工質(zhì)入口進入換熱器中，同時從熱源流體輸出端口排出的熱源流體經(jīng)由熱源流體輸送管路以及熱源流體入口進入換熱器中；在換熱器中，熱源流體與儲熱介質(zhì)進行熱交換，熱源流體放熱降溫，儲熱介質(zhì)吸收熱源流體放出的熱，同時儲熱介質(zhì)又與有機工質(zhì)進行熱交換，儲熱介質(zhì)將所吸收的熱放出給有機工質(zhì)，有機工質(zhì)吸熱升溫并蒸發(fā)為氣態(tài)有機工質(zhì)；隨后氣態(tài)有機工質(zhì)經(jīng)由換熱器的有機工質(zhì)出口以及膨脹機的輸入端進入膨脹機內(nèi)、驅(qū)動膨脹機做功從而驅(qū)動發(fā)電機向外部供電裝置或儲能裝置輸出電能；氣態(tài)有機工質(zhì)在驅(qū)動膨脹機做功后變?yōu)榉膺M入冷凝器并冷卻成液態(tài)有機工質(zhì)、冷卻成液態(tài)有機工質(zhì)輸送到有機工質(zhì)儲液罐存儲。
[0007]本發(fā)明的有益效果如下:
[0008]在根據(jù)本發(fā)明所述的波動熱源余熱利用有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)中，由于換熱器內(nèi)設(shè)置有儲熱介質(zhì)，在換熱器中同時進行熱源流體與儲熱介質(zhì)的熱交換、儲熱介質(zhì)與有機工質(zhì)的熱交換，這相當(dāng)于增加了中間儲熱層，由此用間接熱交換替代【背景技術(shù)】中的直接熱交換，利用儲熱介質(zhì)的儲熱特性，即使波動熱源的工況產(chǎn)生大的波動，儲熱介質(zhì)的儲熱建立了熱源流體與有機工質(zhì)之間的隔離和緩沖，使得有機工質(zhì)的換熱波動大大減低，從而使得有機朗肯循環(huán)回路工作相對穩(wěn)定，有效改善波動熱源余熱利用有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)本身對波動熱源的適應(yīng)能力，進而使波動熱源余熱利用有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)平穩(wěn)運行、降低控制難度、提高系統(tǒng)性能，進而對換熱器與膨脹機的全工況設(shè)計無過高的要求；此外由于儲熱介質(zhì)只是作為中間過渡，所以有機工質(zhì)最終間接吸收的熱源流體總熱量始終保持相對恒定。
【附圖說明】
[0009]圖1是根據(jù)本發(fā)明的波動熱源余熱利用有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的示意圖。
[0010]其中，附圖標(biāo)記說明如下:
[0011 ]E波動熱源4有機工質(zhì)循環(huán)栗
[0012]El熱源流體輸出端口5有機工質(zhì)輸送管路
[0013]I換熱器6膨脹機
[0014]12A熱源流體入口61輸入端
[0015]12B熱源流體出口62輸出端
[0016]13A有機工質(zhì)入口7發(fā)電機
[0017]13B有機工質(zhì)出口8冷凝器
[0018]2熱源流體輸送管路81風(fēng)機
[0019]3有機工質(zhì)儲液罐9安全閥
【具體實施方式】
[0020]下面參照附圖來詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的波動熱源余熱利用有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)。
[0021]參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的波動熱源余熱利用有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，包括換熱器1、熱源流體輸送管路2、有機工質(zhì)儲液罐3、有機工質(zhì)循環(huán)栗4、有機工質(zhì)輸送管路5、膨脹機6、發(fā)電機7以及冷凝器8。
[0022]換熱器I內(nèi)設(shè)置有儲熱介質(zhì)11，具有熱源流體入口 12A、熱源流體出口 12B、有機工質(zhì)入口 13A以及有機工質(zhì)出口 13B。
[0023]熱源流體輸送管路2連通波動熱源E的熱源流體輸出端口 El和換熱器I的熱源流體入口 12A。
[0024]有機工質(zhì)儲液罐3用于盛放液態(tài)有機工質(zhì)。
[0025]有機工質(zhì)循環(huán)栗4的一端連通于有機工質(zhì)儲液罐3。
[0026]有機工質(zhì)輸送管路5的一端連通于有機工質(zhì)循環(huán)栗4而另一端連通于換熱器I的有機工質(zhì)入口 13A。
[0027]膨脹機6具有:輸入端61，連通于換熱器I的有機工質(zhì)出口 13B ;以及輸出端62。
[0028]發(fā)電機7連接于膨脹機6，并連通外部的供電或儲能裝置。
[0029]冷凝器8的一端連通于膨脹機6的輸出端62而另一端連通于有機工質(zhì)儲液罐3。
[0030]其中，正常工作狀態(tài)下，有機工質(zhì)儲液罐3、有機工質(zhì)循環(huán)栗4、換熱器I的有機工質(zhì)入口 13A、換熱器1、換熱器I的有機工質(zhì)出口 13B、膨脹機6以及冷凝器8形成有機朗肯循環(huán)回路；有機工質(zhì)從有機工質(zhì)儲液罐3中流出、經(jīng)有機工質(zhì)循環(huán)栗4加壓后經(jīng)由有機工質(zhì)輸送管路5以及換熱器I的有機工質(zhì)入口 13A進入換熱器I中，從波動熱源E的熱源流體輸出端口 El輸出的熱源流體經(jīng)由熱源流體輸送管路2以及熱源流體入口 12A進入換熱器I中；在換熱器I中，熱源流體與儲熱介質(zhì)11進行熱交換，熱源流體放熱降溫，儲熱介質(zhì)11吸收熱源流體放出的熱，同時儲熱介質(zhì)11又與有機工質(zhì)進行熱交換，儲熱介質(zhì)11將所吸收的熱放出給有機工質(zhì)，有機工質(zhì)吸熱升溫并蒸發(fā)為氣態(tài)有機工質(zhì)；隨后氣態(tài)有機工質(zhì)經(jīng)由換熱器I的有機工質(zhì)出口 13B以及膨脹機6的輸入端61進入膨脹機6內(nèi)、驅(qū)動膨脹機6做功從而驅(qū)動發(fā)電機7向外部供電裝置或儲能裝置輸出電能；氣態(tài)有機工質(zhì)在驅(qū)動膨脹機6做功后變?yōu)榉膺M入冷凝器8并冷卻成液態(tài)有機工質(zhì)、冷卻成液態(tài)有機工質(zhì)輸送到有機工質(zhì)儲液罐3存儲。
[0031]在根據(jù)本發(fā)明所述的波動熱源余熱利用有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)中，由于換熱器I內(nèi)設(shè)置有儲熱介質(zhì)11，在換熱器I中同時進行熱源流體與儲熱介質(zhì)11的熱交換、儲熱介質(zhì)11與有機工質(zhì)的熱交換，這相當(dāng)于增加了中間儲熱層，由此用間接熱交換替代【背景技術(shù)】中的直接熱交換，利用儲熱介質(zhì)11的儲熱特性，即使波動熱源的工況產(chǎn)生大的波動，儲熱介質(zhì)11的儲熱建立了熱源流體與有機工質(zhì)之間的隔離和緩沖，使得有機工質(zhì)的換熱波動大大減低，從而使得波動熱源余熱利用有機朗肯循環(huán)回路工作相對穩(wěn)定，有效改善波動熱源余熱利用有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)本身對波動熱源的適應(yīng)能力，進而使波動熱源余熱利用有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)平穩(wěn)運行、降低了控制難度、提高了系統(tǒng)性能，進而對換熱器與膨脹機的全工況設(shè)計無過高的要求；此外由于儲熱介質(zhì)11只是作為中間過渡，所以有機工質(zhì)最終間接吸收的熱源流體總熱量始終保持相對恒定。
[0032]在根據(jù)本發(fā)明所述的波動熱源余熱利用有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)中，在一實施例中，參照圖1，冷凝器8采用風(fēng)機81進行風(fēng)冷，以實現(xiàn)有機朗肯循環(huán)回路中的乏氣的冷凝。
[0033]在根據(jù)本發(fā)明所述的波動熱源余熱利用有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)中，在一實施例中，參照圖1，所述波動熱源余熱利用有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)還可包括:安全閥9，一端連通于換熱器I的有機工質(zhì)出口 13B而另一端連通于膨脹機6的輸出端62。其中，系統(tǒng)的啟動控制:當(dāng)在換熱器I的有機工質(zhì)出口 13B處的氣態(tài)有機工質(zhì)的溫度等于或大于預(yù)設(shè)的啟動溫度時，有機工質(zhì)循環(huán)栗4開始啟動，安全閥9從開啟狀態(tài)變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)，從而使得波動熱源余熱利用有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)下，有機朗肯循環(huán)回路工作，實現(xiàn)波動熱源余熱利用有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的啟動。系統(tǒng)的運行控制:有機工質(zhì)儲液罐3、有機工質(zhì)循環(huán)栗4、換熱器I的有機工質(zhì)入口 13A、換熱器1、換熱器I的有機工質(zhì)出口 13B、安全閥9以及冷凝器8形成系統(tǒng)控制循環(huán)回路，波動熱源余熱利用有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)啟動后，如果在換熱器I的有機工質(zhì)出口 13B處的氣態(tài)有機工質(zhì)的溫度小于預(yù)設(shè)的啟動溫度時，則安全閥9從關(guān)閉狀態(tài)變?yōu)殚_啟狀態(tài)，有機朗肯循環(huán)回路不工作，而系統(tǒng)控制循環(huán)回路工作，有機工質(zhì)從有機工質(zhì)儲液罐3中流出、經(jīng)有機工質(zhì)循環(huán)栗4加壓后經(jīng)由有機工質(zhì)輸送管路5以及換熱器I的有機工質(zhì)入口 13A進入換熱器I中，從波動熱源E的熱源流體輸出端口 El排出的熱源流體經(jīng)由熱源流體輸送管路2以及熱源流體入口 12A進入換熱器I中；在換熱器I中，熱源流體與儲熱介質(zhì)11進行熱交換，熱源流體放熱降溫，儲熱