CN112727557B - 节能型有机朗肯循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种节能型有机朗肯循环系统，属于有机朗肯循环系统技术领域，包括膨胀机的出口连接冷凝器的入口，冷凝器的出口连接工质泵的入口，工质泵的出口连接蒸发器的入口，蒸发器的出口连接膨胀机的入口；膨胀机的驱动端连接能量转换一体机，能量转换一体机的驱动端连接工质泵；在开机启动时，能量转换一体机驱动工质泵；当蒸发器内的有机工质蒸汽进入膨胀机后，膨胀机驱动能量转换一体机产生电能。本发明膨胀机的叶轮与一体机的外转子相连，工质泵的叶轮与内转子相连，膨胀机和工质泵可以以不同的转速转动，不需要变速系统使膨胀机和工质泵达到相同的转速，减少了变速系统的机械摩擦损失，减少了能量转换过程，提高了能量利用率，降低了能耗。

Description

节能型有机朗肯循环系统

技术领域

本发明涉及有机朗肯循环系统技术领域，具体涉及一种节能型有机朗肯循环系统。

背景技术

ORC(有机朗肯循环)是一种可以利用中低温热源发电的动力循环。它包括蒸发器、冷凝器、膨胀机、工质泵、发电机和电动机等。有机工质在蒸发器中定压加热，高压的气态有机工质进入膨胀机膨胀做功，带动发电机发电；膨胀机尾部排出的有机工质进入冷凝器中定压冷凝，冷凝器出口的有机工质经过工质泵加压后进入蒸发器完成一次发电循环。

传统的有机朗肯循环中，膨胀机带动发电机，为发电设备；工质泵由电动机驱动，为耗电设备，发电机的输入端与膨胀机连接且发电机的输出端与工质泵连接，膨胀机的叶轮和工质泵的叶轮连在同一条轴上，通过变速系统形成相同的工作转速后以相同转速转动。有机朗肯循环过程中膨胀机先带动发电机发电，然后工质泵由电动机驱动耗电，增加了能量转换过程，增加了能耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减少了能量转换过程，降低了能耗、提高了能量利用率的节能型有机朗肯循环系统，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明提供一种节能型有机朗肯循环系统，包括：

膨胀机、工质泵、蒸发器、冷凝器以及能量转换一体机；

所述膨胀机的出口端连接所述冷凝器的入口端，所述冷凝器的出口端连接所述工质泵的入口端，所述工质泵的出口端连接所述蒸发器的入口端，所述蒸发器的出口端连接所述膨胀机的入口端；

所述膨胀机的驱动端连接所述能量转换一体机的一端，所述能量转换一体机的驱动端连接所述工质泵；

节能型有机朗肯循环系统在开机启动时，所述能量转换一体机驱动所述工质泵做功，为有机工质提供压力；当所述蒸发器内的有机工质蒸汽进入所述膨胀机后，所述膨胀机驱动所述能量转换一体机产生电能。

优选的，所述能量转换一体机包括外转子和内转子；所述外转子连接所述膨胀机的驱动端，所述内转子连接所述工质泵；

在开机启动时，所述膨胀机驱动所述外转子围绕所述内转子转动，形成旋转磁场；所述旋转磁场驱动所述内转子转动。

优选的，所述膨胀机的驱动端设第一叶轮，所述第一叶轮连接所述外转子。

优选的，所述工质泵设有第二叶轮，所述内转子连接所述第二叶轮。

优选的，所述第一叶轮通过第一转轴连接所述外转子。

优选的，所述内转子通过第二转轴连接所述第二叶轮。

优选的，所述能量转换一体机还包括外壳，所述外转子和所述内转子均设于所述外壳内。

优选的，所述第一转轴可活动的穿过所述外壳与所述外转子连接；所述第二转轴可活动的穿过所述外壳与所述第二叶轮连接。

优选的，所述外转子设有绕组线圈，所述内转子为圆柱型永磁体。

优选的，所述内转子伸入所述外转子内部。

本发明有益效果：膨胀机的叶轮与一体机的外转子相连，工质泵的叶轮与内转子相连，膨胀机和工质泵可以以不同的转速转动，不需要变速系统使膨胀机和工质泵达到相同的转速，较少了变速系统的机械摩擦损失，减少了能量转换过程，提高了能量利用率，降低了能耗。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述的节能型有机朗肯循环系统结构原理框图。

图2为本发明实施例所述的节能型有机朗肯循环系统能量转换一体机的内部结构图。

其中：1-膨胀机；2-工质泵；3-蒸发器；4-冷凝器；5-能量转换一体机；6-外转子；7-内转子；8-第一叶轮；9-第二叶轮；10-第一转轴；11-第二转轴；12-外壳。

具体实施方式

下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。

实施例1

本发明实施例1提供一种节能型ORC系统包括蒸发器3、冷凝器4、膨胀机1、工质泵2和一体机(即能量转换一体机5)。

节能型ORC的原理如图1所示。有机工质在蒸发器3中定压加热，高压的气态有机工质进入膨胀机1，推动膨胀机1的叶轮(第一叶轮8)转动，叶轮(即第一叶轮8)带动外转子6转动，同时内转子7带动工质泵叶轮(即第二叶轮9)转动。

膨胀机1出口的乏汽经过冷凝器4冷凝成液态后进入工质泵2，工质泵2提升液态有机工质的压力后，有机工质重新进入蒸发器3完成一次发电循环。

一体机由外转子6、内转子7和外壳12组成，外转子6有绕组线圈，内转子7为磁体。外转子6与膨胀机1的叶轮(第一叶轮8)相连，内转子7与工质泵2的叶轮(第二叶轮9)相连。膨胀机1带动外转子6转动，通过电磁感应，内转子7跟随一起转动，外转子6的转速比内转子7的转速快，二者存在相对速度，外转子6线圈切割磁感线向外发电。

开机启动时，由外部输入电能，外转子6形成旋转磁场，带动内转子7转动，这时一体机相当于电动机，驱动工质泵2做功。当工质泵2在蒸发器3入口建立足够的压力后，高温高压的有机工质蒸汽进入膨胀机1，推动膨胀机1的叶轮旋转。膨胀机1带动外转子6旋转，在保持工质泵2正常工作的条件下，向外发电，这时一体机相当于发电机。

本实施例1中，将ORC系统中的发电机和电动机做成一体机，一体机的内转子7与工质泵2的叶轮相连，外转子6与膨胀机1的叶轮相连。在膨胀机1带动外转子6转动时，内转子7可以一同转动，由于外转子6和内转子7间存在相对速度，线圈切割磁感线向外发电。膨胀机叶轮(即第一叶轮8)的机械能一部分转化为电能，另一部分转化为工质泵叶轮(即第二叶轮9)的机械能，减少了传统ORC膨胀机的机械能转化为电能，然后电能转化为工质泵叶轮的机械能的能量转化损失，降低了耗能。

实施例2

如图1所示，本发明实施例2提供一种节能型有机朗肯循环系统，包括：

膨胀机1、工质泵2、蒸发器3、冷凝器4以及能量转换一体机5；

所述膨胀机1的出口端连接所述冷凝器4的入口端，所述冷凝器4的出口端连接所述工质泵2的入口端，所述工质泵2的出口端连接所述蒸发器3的入口端，所述蒸发器3的出口端连接所述膨胀机1的入口端。

所述蒸发器3对有机工质进行定压升温，高温高压的气态有机工质进入膨胀机1，膨胀机1的出口端的乏汽进入冷凝器4冷凝降温形成液态工质，液态工质由冷静期的出口进入工质泵2，工质泵再对液态有机工质提升压力进入所述蒸发器3。所述膨胀机1的驱动端连接所述能量转换一体机5的一端，所述能量转换一体机5的驱动端连接所述工质泵2。

在开机启动时，所述能量转换一体机5驱动所述工质泵2；当所述蒸发器3内的有机工质蒸汽进入所述膨胀机1后，所述膨胀机1驱动所述能量转换一体机5产生电能。

如图2所示，本发明实施例2所述的能量转换一体机5包括外转子6和内转子7；所述外转子6连接所述膨胀机1的驱动端，所述内转子7连接所述工质泵2；膨胀机1可驱动所述外转子6，所述内转子7可驱动所述工质泵2。

在开机启动时，所述膨胀机1驱动所述外转子6围绕所述内转子7转动，形成旋转磁场；所述旋转磁场驱动所述内转子7转动。

所述膨胀机1的驱动端设第一叶轮8，所述第一叶轮8连接所述外转子6。

所述工质泵2设有第二叶轮9，所述内转子7连接所述第二叶轮9。所述第一叶轮8通过第一转轴10连接所述外转子6。所述内转子7通过第二转轴11连接所述第二叶轮9。

所述能量转换一体机5还包括外壳12，所述外转子6和所述内转子7均设于所述外壳12内。所述第一转轴10可活动的穿过所述外壳12与所述外转子6连接；所述第二转轴11可活动的穿过所述外壳12与所述第二叶轮9连接。

所述外转子6设有绕组线圈，所述内转子7为圆柱型永磁体。所述内转子7伸入所述外转子6的内部。

综上所述，本发明实施例提供的节能型有机朗肯循环系统，将发电机和电动机做成一体机，一体机的外转子与膨胀机的叶轮相连，内转子与工质泵的叶轮相连，当有机工质推动膨胀机的叶轮旋转时，外转子转动，同时带动内转子转动，外转子与内转子间存在相对速度，实现在发电的同时带动工质泵做功。膨胀机叶轮的机械能一部分转化为电能，一部分转化为工质泵叶轮的机械能，减少了能量转化过程。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域技术人员在不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种节能型有机朗肯循环系统，其特征在于，包括：

膨胀机(1)、工质泵(2)、蒸发器(3)、冷凝器(4)以及能量转换一体机(5)；

所述膨胀机(1)的出口端连接所述冷凝器(4)的入口端，所述冷凝器(4)的出口端连接所述工质泵(2)的入口端，所述工质泵(2)的出口端连接所述蒸发器(3)的入口端，所述蒸发器(3)的出口端连接所述膨胀机(1)的入口端；

所述膨胀机(1)的驱动端连接所述能量转换一体机(5)的一端，所述能量转换一体机(5)的驱动端连接所述工质泵(2)；

在开机启动时，所述能量转换一体机(5)驱动所述工质泵(2)；当所述蒸发器(3)内的有机工质蒸汽进入所述膨胀机(1)后，所述膨胀机(1)驱动所述能量转换一体机(5)产生电能；

所述能量转换一体机(5)包括外转子(6)和内转子(7)；所述外转子(6)连接所述膨胀机(1)的驱动端，所述内转子(7)连接所述工质泵(2)；所述外转子(6)设有绕组线圈，所述内转子(7)为圆柱型永磁体；

所述膨胀机(1)的驱动端设第一叶轮(8)，所述第一叶轮(8)连接所述外转子(6)；所述工质泵(2)设有第二叶轮(9)，所述内转子(7)连接所述第二叶轮(9)；所述第一叶轮(8)通过第一转轴(10)连接所述外转子(6)；所述内转子(7)通过第二转轴(11)连接所述第二叶轮(9)；

开机启动时，由外部输入电能，外转子( 6) 形成旋转磁场，带动内转子( 7) 转动，这时一体机相当于电动机，驱动工质泵( 2) 做功；当工质泵( 2) 在蒸发器( 3) 入口建立足够的压力后，高温高压的有机工质蒸汽进入膨胀机( 1) ，推动膨胀机( 1) 的叶轮旋转；膨胀机( 1) 带动外转子( 6) 旋转，通过电磁感应，内转子( 7) 跟随一起转动，外转子( 6)的转速比内转子( 7) 的转速快，二者存在相对速度，外转子( 6) 线圈切割磁感线，在保持工质泵( 2) 正常工作的条件下，向外发电，这时一体机相当于发电机。

2.根据权利要求1所述的节能型有机朗肯循环系统，其特征在于：

所述能量转换一体机(5)还包括外壳(12)，所述外转子(6)和所述内转子(7)均设于所述外壳(12)内。

3.根据权利要求2所述的节能型有机朗肯循环系统，其特征在于：

所述第一转轴(10)可活动的穿过所述外壳(12)与所述外转子(6)连接；所述第二转轴(11)可活动的穿过所述外壳(12)与所述第二叶轮(9)连接。

4.根据权利要求3所述的节能型有机朗肯循环系统，其特征在于：

所述内转子(7)伸入所述外转子(6)的内部。

Images