CN111342703A - 一种基于蒸汽喷射器的溶液浓差“热-电”转换循环系统 - Google Patents
一种基于蒸汽喷射器的溶液浓差“热-电”转换循环系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于蒸汽喷射器的溶液浓差“热‑电”转换循环系统，包括蒸汽喷射器循环模块和逆向电渗析电池堆(简称RED电池堆)；所述蒸汽喷射器循环模块包括蒸汽喷射器、低温蒸发器、冷凝器、溶液泵和高温蒸发器；所述蒸汽喷射器的工作流体进口、被引射流体进口和混合流体出口通过管路分别与高温蒸发器的蒸汽出口、低温蒸发器的蒸汽出口和低温蒸发器加热室的进口相连；所述RED电池堆包括端盖板、阴极、阳极、阴极室、阳极室、多个阳离子交换膜组件、多个阴离子交换膜组件、多个稀溶液室和多个浓溶液室。本发明中利用蒸汽喷射器的抽真空作用使得低温蒸发器中的蒸发温度降至10～25℃，减少了因高温蒸发产生的蒸发器的结垢问题。
Description
技术领域
本发明属于低品位热能发电技术领域，特别涉及一种基于蒸汽喷射器的溶液浓差“热-电”转换循环系统。
背景技术
目前低品位热能利用技术的研究越来越多。中国专利CN105261808A公开了一种新型低品位热能发电方法及装置，该装置可以将低品位热能转换为化学势能，再将化学势能转换为电能输出。但是，该系统使用的热能直接加热盐溶液，会造成换热器结垢等问题，久而久之会极大地影响系统的经济效应。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能减少蒸发器的结垢的基于蒸汽喷射器的溶液浓差“热-电”转换循环系统。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于蒸汽喷射器的溶液浓差“热-电”转换循环系统，包括蒸汽喷射器循环模块和逆向电渗析电池堆，逆向电渗析电池堆简称RED电池堆；
所述蒸汽喷射器循环模块包括蒸汽喷射器、低温蒸发器、冷凝器、溶液泵和高温蒸发器；
所述蒸汽喷射器的工作流体进口、被引射流体进口和混合流体出口通过管路分别与高温蒸发器的蒸汽出口、低温蒸发器的蒸汽出口和低温蒸发器加热室的进口相连；
所述低温蒸发器加热室的出口通过管路分别与冷凝器的溶液进口和RED电池堆的稀溶液室相连；
所述低温蒸发器的蒸汽出口通过管路与冷凝器的溶液进口相连；
所述低温蒸发器的浓溶液出口通过管路与RED电池堆的浓溶液室相连；
所述低温蒸发器加料口通过管路与RED电池堆的中间浓度溶液出口相连；
所述低温蒸发器顶部安装有温度传感器b；
所述低温蒸发器的蒸发温度范围为10～25℃；
所述冷凝器的溶液出口通过管路分别与溶液泵的进口和RED电池堆的稀溶液室相连；
所述冷凝器的冷水进口和冷水出口通过管路分别与冷源和排出系统连接,所述冷凝器的进水管路上安装有温度传感器a；
所述溶液泵的出口通过管路与和高温蒸发器加料口相连；
所述高温蒸发器加热室的热水进口和热水出口通过管路分别与低品位热源和排出系统连接；
所述高温蒸发器的蒸发温度范围为40～70℃；
所述RED电池堆包括端盖板、阴极、阳极、阴极室、阳极室、多个阳离子交换膜组件、多个阴离子交换膜组件、多个稀溶液室和多个浓溶液室；所述阳极室和阴极室位于RED电池堆的两端，所述阴极室由左侧的阳离子交换膜组件与左侧的端盖板分隔而成，所述阳极室由右侧的阳离子交换膜组件与右侧的端盖板分隔而成；阴离子交换膜组件和阳离子交换膜组件交替排列形成浓溶液室和稀溶液室；
所述阳极室和阴极室内部溶液通过电极液循环泵循环流动；
所述阳极和阴极分别位于阳极室和阴极室内，阳极和阴极之间连接外部负载。
进一步地，所述蒸汽喷射器的混合流体出口与低温蒸发器加热室的进口之间的管路上设置蒸汽阀a，所述蒸汽喷射器的工作流体进口与高温蒸发器的蒸汽出口之间的管路上设置蒸汽阀b，所述蒸汽喷射器的被引射流体进口与低温蒸发器的蒸汽出口之间的管路上设置蒸汽阀c；
所述低温蒸发器的浓溶液出口的管路上设置溶液阀；所述冷凝器的冷水进口管路上设置冷水阀；所述高温蒸发器的热水进口管路上设置热水阀；
所述蒸汽喷射器的被引射流体进口与冷凝器的溶液进口之间的管路上设置电磁阀a；所述低温蒸发器加热室的出口与冷凝器的溶液进口之间的管路上设置电磁阀b；所述低温蒸发器加热室的出口与RED电池堆的稀溶液室的管路上设置电磁阀c；所述冷凝器的溶液出口与RED电池堆的稀溶液室的管路上设置电磁阀d。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明中利用蒸汽喷射器的抽真空作用使得低温蒸发器中的蒸发温度降至10～25℃，减少了因高温蒸发产生的蒸发器的结垢问题。
附图说明
图1为本发明的组成示意图。
图中：1、热水阀，2、冷水阀，3、蒸汽阀b，4、高温蒸发器，5、高温蒸发器加料口，6、高温蒸发器加热室，7、温度传感器a，8、溶液泵，9、蒸汽喷射器，10、电磁阀a，11、电磁阀b，12、冷凝器，13、电磁阀d，14、蒸汽阀c，15、电磁阀c，16、温度传感器b，17、低温蒸发器，18、蒸汽阀a，19、低温蒸发器加料口，20、低温蒸发器加热室，21、溶液阀，22、浓溶液室，23、稀溶液室，24、RED电池堆，25、阳离子交换膜组件，26、阴离子交换膜组件，27、阴极，28、阳极，29、阴极室，30、阳极室，31、电极液循环泵，32、负载。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细阐述。如图1所示，一种基于蒸汽喷射器的溶液浓差“热-电”转换循环系统，包括蒸汽喷射器循环模块和逆向电渗析电池堆，逆向电渗析电池堆简称RED电池堆24；
所述蒸汽喷射器循环模块包括蒸汽喷射器9、低温蒸发器17、冷凝器12、溶液泵8和高温蒸发器4；
所述蒸汽喷射器9的工作流体进口、被引射流体进口和混合流体出口通过管路分别与高温蒸发器4的蒸汽出口、低温蒸发器17的蒸汽出口和低温蒸发器加热室20的进口相连；
所述低温蒸发器加热室20的出口通过管路分别与冷凝器12的溶液进口和RED电池堆24的稀溶液室23相连；
所述低温蒸发器17的蒸汽出口通过管路与冷凝器12的溶液进口相连；
所述低温蒸发器17的浓溶液出口通过管路与RED电池堆24的浓溶液室22相连；
所述低温蒸发器加料口19通过管路与RED电池堆24的中间浓度溶液出口相连；
所述低温蒸发器17顶部安装有温度传感器b16；
所述低温蒸发器17的蒸发温度范围为10～25℃；
所述冷凝器12的溶液出口通过管路分别与溶液泵8的进口和RED电池堆24的稀溶液室23相连；
所述冷凝器12的冷水进口和冷水出口通过管路分别与冷源和排出系统连接,所述冷凝器12的进水管路上安装有温度传感器a7；
所述溶液泵8的出口通过管路与和高温蒸发器加料口5相连；
所述高温蒸发器加热室6的热水进口和热水出口通过管路分别与低品位热源和排出系统连接；
所述高温蒸发器4的蒸发温度范围为40～70℃；
所述RED电池堆24包括端盖板、阴极27、阳极28、阴极室29、阳极室30、多个阳离子交换膜组件25、多个阴离子交换膜组件26、多个稀溶液室23和多个浓溶液室22；所述阳极室30和阴极室29位于RED电池堆24的两端，所述阴极室29由左侧的阳离子交换膜组件25与左侧的端盖板分隔而成，所述阳极室30由右侧的阳离子交换膜组件25与右侧的端盖板分隔而成；阴离子交换膜组件26和阳离子交换膜组件25交替排列形成浓溶液室22和稀溶液室23；
所述阳极室30和阴极室29内部溶液通过电极液循环泵31循环流动；
所述阳极28和阴极27分别位于阳极室30和阴极室29内，阳极28和阴极27之间连接外部负载32。
进一步地，所述蒸汽喷射器9的混合流体出口与低温蒸发器加热室20的进口之间的管路上设置蒸汽阀a18，所述蒸汽喷射器9的工作流体进口与高温蒸发器4的蒸汽出口之间的管路上设置蒸汽阀b3，所述蒸汽喷射器9的被引射流体进口与低温蒸发器17的蒸汽出口之间的管路上设置蒸汽阀c14；
所述低温蒸发器17的浓溶液出口的管路上设置溶液阀21；所述冷凝器12的冷水进口管路上设置冷水阀2；所述高温蒸发器4的热水进口管路上设置热水阀1；
所述蒸汽喷射器9的被引射流体进口与冷凝器12的溶液进口之间的管路上设置电磁阀a10；所述低温蒸发器加热室20的出口与冷凝器12的溶液进口之间的管路上设置电磁阀b11；所述低温蒸发器加热室20的出口与RED电池堆24的稀溶液室23的管路上设置电磁阀c15；所述冷凝器12的溶液出口与RED电池堆24的稀溶液室23的管路上设置电磁阀d13。
本发明具体工作过程有如下两种运行模式：
模式一：当温度传感器a7测得的冷水进水温度高于低温蒸发器17上温度传感器b16测得的蒸发温度时，电磁阀a10、电磁阀c15关闭，电磁阀b11、电磁阀d13打开。热水通过热水阀1进入高温蒸发器加热室6加热通过高温蒸发器加料口5加入的盐溶液，产生蒸汽作为高压工作流体进入蒸汽喷射器9，用于驱动蒸汽喷射器9，高压蒸汽通过喷嘴射入蒸汽喷射器9内，在蒸汽喷射器9内形生低压，在蒸汽喷射器9的作用下低温蒸发器17内压力降低并使低温蒸发器17中的盐溶液在低温下蒸发成蒸汽作为被引射流体进入蒸汽喷射器9后与工作流体混合，混合蒸汽进入低温蒸发器加热室20，加热低温蒸发器17内的盐溶液，部分混合蒸汽冷凝成液体，然后通过电磁阀b11进入冷凝器12完全冷凝成液体。这些盐溶液一部分进入溶液泵8作为高温蒸发器4的蒸发盐溶液，一部分通过电磁阀d13进入RED电池堆24的稀溶液室23作为稀溶液，而低温蒸发器17中蒸发后的剩余液体作为浓溶液通过溶液阀21进入RED电池堆24的浓溶液室22作为浓溶液。RED电池堆内浓溶液室22和稀溶液室23交替排列,浓溶液中的阴、阳离子分别通过阴离子交换膜26和阳离子交换膜25、迁移至各稀溶液室23内，RED电池堆24的膜组件间因阴、阳离子的迁移形成离子流进而产生内电流。这样，在RED电池堆24内，稀、浓溶液之间的化学势能差被转换成直流电能。阳极室30和阴极室29内的电极液通过电极液循环泵31在阳极室30和阴极室29之间循环流动，保持电中性，带有阳离子的电极液通过电极液循环泵31到达阴极室29，在阴极27发生还原反应获得电子变成金属原子，金属原子与电极液一起经电极液循环泵31到达阳极室30，金属原子在阳极28发生氧化反应，失去电子成为阳离子，电子经外电路由阳极28流向阴极27，外电路由于电子的定向移动产生直流电流直接输出。
模式二：当温度传感器a7测得的冷水进水温度低于低温蒸发器17上温度传感器b16测得的蒸发温度时，电磁阀a10、电磁阀c15打开，电磁阀b11、电磁阀d13关闭。热水通过热水阀1进入高温蒸发器加热室6加热通过高温蒸发器加料口5加入的盐溶液，产生蒸汽作为高压工作流体进入蒸汽喷射器9，用于驱动蒸汽喷射器9，高压蒸汽通过喷嘴射入蒸汽喷射器9内，在蒸汽喷射器9内形生低压，在蒸汽喷射器9的作用下低温蒸发器17内压力降低并使低温蒸发器17中的盐溶液在低温下蒸发成蒸汽，这些蒸汽一部分作为被引射流体通过蒸汽阀c14进入蒸汽喷射器9后与工作流体混合，一部分通过电磁阀a10进入冷凝器12中冷凝成液体，这些盐溶液进入溶液泵8作为高温蒸发器4的蒸发盐溶液。蒸汽喷射器9中的混合蒸汽进入低温蒸发器加热室20，加热低温蒸发器17内的盐溶液，部分混合蒸汽冷凝成液体，然后通过电磁阀c15进入RED电池堆24的稀溶液室23作为稀溶液，而低温蒸发器17中蒸发后的剩余液体作为浓溶液通过溶液阀21进入RED电池堆24的浓溶液室22作为浓溶液。RED电池堆内浓溶液室22和稀溶液室23交替排列，浓溶液中的阴、阳离子分别通过阴离子交换膜26和阳离子交换膜25，迁移至各稀溶液室23内，在RED电池堆24的膜组件间因阴、阳离子的迁移形成离子流进而产生内电流。这样，在RED电池堆24内，稀、浓溶液之间的化学势能差被转换成直流电能。阳极室30和阴极室29内的电极液通过电极液循环泵31在阳极室30和阴极室29之间循环流动，保持电中性，带有阳离子的电极液通过电极液循环泵31到达阴极室29，在阴极27发生还原反应获得电子变成金属原子，金属原子与电极液一起经电极液循环泵31到达阳极室30，金属原子在阳极28发生氧化反应，失去电子成为阳离子，电子经外电路由阳极28流向阴极27，外电路由于电子的定向移动产生直流电流直接输出。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但本领域内的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本发明中的实施方式做出多种变更和修改，而不背离本发明的原理和实质。
Claims (2)
1.一种基于蒸汽喷射器的溶液浓差“热-电”转换循环系统，其特征在于：包括蒸汽喷射器循环模块和逆向电渗析电池堆，逆向电渗析电池堆简称RED电池堆(24)；
所述蒸汽喷射器循环模块包括蒸汽喷射器(9)、低温蒸发器(17)、冷凝器(12)、溶液泵(8)和高温蒸发器(4)；
所述蒸汽喷射器(9)的工作流体进口、被引射流体进口和混合流体出口通过管路分别与高温蒸发器(4)的蒸汽出口、低温蒸发器(17)的蒸汽出口和低温蒸发器加热室(20)的进口相连；
所述低温蒸发器加热室(20)的出口通过管路分别与冷凝器(12)的溶液进口和RED电池堆(24)的稀溶液室(23)相连；
所述低温蒸发器(17)的蒸汽出口通过管路与冷凝器(12)的溶液进口相连；
所述低温蒸发器(17)的浓溶液出口通过管路与RED电池堆(24)的浓溶液室(22)相连；
所述低温蒸发器加料口(19)通过管路与RED电池堆(24)的中间浓度溶液出口相连；
所述低温蒸发器(17)顶部安装有温度传感器b(16)；
所述低温蒸发器(17)的蒸发温度范围为10～25℃；
所述冷凝器(12)的溶液出口通过管路分别与溶液泵(8)的进口和RED电池堆(24)的稀溶液室(23)相连；
所述冷凝器(12)的冷水进口和冷水出口通过管路分别与冷源和排出系统连接,所述冷凝器(12)的进水管路上安装有温度传感器a(7)；
所述溶液泵(8)的出口通过管路与和高温蒸发器加料口(5)相连；
所述高温蒸发器加热室(6)的热水进口和热水出口通过管路分别与低品位热源和排出系统连接；
所述高温蒸发器(4)的蒸发温度范围为40～70℃；
所述RED电池堆(24)包括端盖板、阴极(27)、阳极(28)、阴极室(29)、阳极室(30)、多个阳离子交换膜组件(25)、多个阴离子交换膜组件(26)、多个稀溶液室(23)和多个浓溶液室(22)；所述阳极室(30)和阴极室(29)位于RED电池堆(24)的两端，所述阴极室(29)由左侧的阳离子交换膜组件(25)与左侧的端盖板分隔而成，所述阳极室(30)由右侧的阳离子交换膜组件(25)与右侧的端盖板分隔而成；阴离子交换膜组件(26)和阳离子交换膜组件(25)交替排列形成浓溶液室(22)和稀溶液室(23)；
所述阳极室(30)和阴极室(29)内部溶液通过电极液循环泵(31)循环流动；
所述阳极(28)和阴极(27)分别位于阳极室(30)和阴极室(29)内，阳极(28)和阴极(27)之间连接外部负载(32)。
2.根据权利要求1所述的一种基于蒸汽喷射器的溶液浓差“热-电”转换循环系统，其特征在于：所述蒸汽喷射器(9)的混合流体出口与低温蒸发器加热室(20)的进口之间的管路上设置蒸汽阀a(18)，所述蒸汽喷射器(9)的工作流体进口与高温蒸发器(4)的蒸汽出口之间的管路上设置蒸汽阀b(3)，所述蒸汽喷射器(9)的被引射流体进口与低温蒸发器(17)的蒸汽出口之间的管路上设置蒸汽阀c(14)；
所述低温蒸发器(17)的浓溶液出口的管路上设置溶液阀(21)；所述冷凝器(12)的冷水进口管路上设置冷水阀(2)；所述高温蒸发器(4)的热水进口管路上设置热水阀(1)；
所述蒸汽喷射器(9)的被引射流体进口与冷凝器(12)的溶液进口之间的管路上设置电磁阀a(10)；所述低温蒸发器加热室(20)的出口与冷凝器(12)的溶液进口之间的管路上设置电磁阀b(11)；所述低温蒸发器加热室(20)的出口与RED电池堆(24)的稀溶液室(23)的管路上设置电磁阀c(15)；所述冷凝器(12)的溶液出口与RED电池堆(24)的稀溶液室(23)的管路上设置电磁阀d(13)。
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111342703B (zh) | 2024-04-05 |
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