CN201367998Y - 一种低温液化能量回收动力供应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种便于安装使用方便、占地面积小、不污染环境，能从低温热源吸热，使之全部转化为功，而不留下其他任何变化的低温液化能量回收动力供应系统。由循环液化介质热交换器、压缩机、流体能量回收换热器、透平膨胀机、闪蒸罐和连通它们之间的介质管道所组成；压缩机与闪蒸罐之间装有使它们连通的进介质管道和出介质管道，压缩机与闪蒸罐之间的出介质管道上置于减压阀，闪蒸罐与液体增压泵之间有连通它们的液化液体输出管道，该输出管道并与透平膨胀机连通；与电源线相连的控制柜通过控制线及电源线束与压缩机、闪蒸阀、液体增压泵、透平膨胀机、流体能量回收换热器连接。

Description

一种低温液化能量回收动力供应系统

技术领域

本实用新型属于余热回收再利用系统；尤其涉及温能量的回收再利用系统。

背景技术

大气、江河湖海的水中蕴含巨大的低品位热量；工业过程中会产生大量的低温废热，工业生产过程产生上述废热的同时又伴生大量二氧化碳，加剧温室效应的产生，使大气温度逐年升高。目前，为了回收这些低品位的热量，人们发明了风源热泵用于供暖，但是低品位能量的利用率仍很低。专利申请号为200710050627.8的专利申请中披露了一种利用多个分散余热、热源、多种余热载体介质发电的方法及装置，这种方法可以使多种余热得到部分利用，但是这种方法存在以下不足：只能回收温度较高的余热，对温度在50℃左右及其以下的余热或废热无法利用；系统中所需的冷凝效果须由空冷、水冷或其他方式来辅助实现，要消耗额外的能量、浪费大量水资源等；将该技术用于回收余热时其经济性、环保性、技术的先进性等与本技术相比存在较大差距。如何开发利用这些取之不尽、用之不竭的低品位能源是当代科学家一直努力解决的问题。本发明人也曾在专利申请号为200810140773.4、200820148143.7、200820148144.1、200820148145.6的文献中公开了几种余热回收再利用的系统，但是余热回收再利用的研究和设备的开放仍有很大的范围。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种便于安装使用方便、占地面积小、不污染环境，能从低温热源吸热，使之全部转化为功，而不留下其他任何变化的低温液化能量回收动力供应系统。

本实用新型目的是通过以下技术方案实现的：一种低品位能量全部回收利用的低温液化动力供应系统，由循环液化介质热交换器、压缩机、闪蒸阀、流体能量回收换热器、透平膨胀机、液体增压泵、闪蒸罐和连通它们之间的介质管道所组成；压缩机与闪蒸罐之间装有使它们连通的进介质管道和出介质管道，压缩机与闪蒸罐之间的出介质管道上置于减压阀，闪蒸罐与液体增压泵之间有连通它们的液化液体输出管道，该输出管道上连通有热交换器及流体能量回收换热器，该输出管道并与透平膨胀机连通；与透平膨胀机连通的乏汽排出介质管道与循环液化介质热交换器或进介质管道连接，并与压缩机的气体进口相连通；与电源线相连的控制柜通过控制线及电源线束与压缩机、闪蒸阀、液体增压泵、透平膨胀机、流体能量回收换热器连接。

连通液化介质闪蒸罐与液体增压泵之间的液化液体输出管道上装有增液管道，该增液管道装在液化液体增压泵的入口处的管道上。

压缩机与闪蒸罐之间的管道上装有热交换器，热交换器分别与闪蒸罐和压缩机之间的进介质管道和出介质管道相连通。

压缩机与闪蒸罐之间的管道上装有热交换器，一个热交换器的一边与闪蒸罐和压缩机之间的进介质管道连通，另一边的一端与出介质管道相连，它的另一端与装在另一个热交换器上的介质管道连通，该介质管道通过此热交换器与装有减压阀的介质管道相连通，并与闪蒸罐相连，另一个热交换器的一端与液体增压泵出口连接的进液介质管道相连，另一端与由液体增压泵出口连接的进液介质管道所连通的换热器相连通。

在透平膨胀机与闪蒸罐之间的管道上并联或串联至少两组循环液化介质换热器组。

与闪蒸罐连接的压缩机至少有两台压缩机并联，透平膨胀机与闪蒸罐之间至少两组循环液化介质换热器组并联或串联。

系统中的透平膨胀机与压缩机直接组成为一个整体。

能量回收换热器为风能回收换热器或流体换热器或风能回收换热器与流体换热器的组合。

这种低温液化能量回收动力供应系统，是由循环液化介质换热器、压缩机、减压阀、闪蒸罐、液体增压泵、流体能量回收换热器、透平膨胀机和连通它们的介质管道及介质溶液补充管道所组成，整个系统结构很简单，因此便于安装，占地面积也很小，使用很方便；本实用新型中提供能量的流体进入能量回收换热器，低沸点介质经过能量回收换热器加热后进入透平膨胀机，低温液化能量回收动力供应系统的透平膨胀机排出的乏汽直接进入乏汽能量回收系统的换热器，与液体增压泵输送的液体在换热器内进行热交换，逐步变成低温气体，经过压缩机升压后进入减压阀，在闪蒸罐内一部分闪蒸为液体，另一部分被压缩机吸回压缩腔继续压缩，同时由换热器经低温液体冷却的从透平膨胀机排出的低温气体也进入压缩机，并在此被增压、压缩成为具有一定压力的低温气体而进入减压阀，进行循环闪蒸液化，不断供应低温液化液体给液体增压泵，实现从能量回收换热器中吸热汽化→进入透平膨胀机膨胀做功→进入压缩机压缩增压→闪蒸液化的不断循环，达到不断从低温环境或低温流体吸收能量，对外做功的目的。

因此该系统能将蕴含于大气、江河湖海的水中及各种工业过程产生的气、液流体中的低品位热量回收再利用，转化为有用的动能，为各种过程提供动力，如：可以作为汽车动力、火车动力、轮船动力、工业生产过程的动力、驱动发电机的动力......。同时，可为各种需要供冷的空间提供冷冻水、需要冷却的设备提供冷却介质、为各种低温冷冻过程提供低温冷量......。这不仅减少了环境污染、向需冷空间及介质提供冷量，而且节省了能源，能从根本上降低能源成本、解决能源危机。

从理论分析这种系统是合理的，热力学第二定律的卡诺解释告诉我们：不可能从单一热源吸热，使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机。

热力学对第二类永动机也有定义：从环境大气或海水里吸热不断获得机械功，这种单一热源下做功的动力机称为第二类永动机。它虽不违反热力学第一定律和能量守恒，但是违背了热力学第二定律，热力学第二定律也可以表示为：第二类永动机是不存在的。

“只冷却一个热源的循环发动机是不成功的”、“自发过程是不可逆的”、“在不可逆绝热过程中，熵增加，但不可能减少”。上述理论是正确的。因此采用低温液化技术、创造低温环境、在相对较低的环境温度下和介质温度下，通过闪蒸获得低温液体，选择的低温液体具备低温汽化的物性，通过加压泵增压后送入换热器，吸收常温或较低温度的大气及其它流体中的热量汽化为温度与压力相对较高的蒸汽，推动透平膨胀机做功；同时利用温差传热原理将低温液体蒸发产生的冷量又应用于冷凝从透平膨胀机排出的温度相对较高的低温流体，将其温度降温后送入压缩机压缩后闪蒸，循环获得低温液体。就能实现：从低温热源吸热，使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机。这样的系统是可行的，它没有违背热力学定律，以风能动力供应系统为例：当冷却了两个热源：①空气②乏汽(从透平机排出的氦气、氮气、二氧化碳气等)，而且这些过程都是强制性的。系统中选择了十分环保、低温下热力性能又较好的压缩介质：氦气、氮气、二氧化碳等，能够从低温热源中取出热量。

通过该实用新型，可以得出：系统本身如能够创造温度相对较低的环境，实现循环介质汽-液两相间相互转化，该系统就可从温度相对较高的热源中取出热量，这样的系统就可实现从低温热源吸热使之全部转化为功的热力发动机。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例1另一种结构形式的示意图；

图3为实施例2的结构示意图；

图4为实施例3的结构示意图；

图5为实施例3另一种结构形式的示意图；

图6为实施例4的结构示意图；

图7为实施例4另一种结构形式的示意图；

图8为实施例5的结构示意图；

图9为系统中的透平膨胀机和压缩机为一个整体、流体能量回收换热器采用流体换热器时的结构示意图；

图10为有多台透平膨胀机并联、多台压缩机并联，多台能量回收换热器并联的系统结构示意图；

图11为多台透平膨胀机和压缩机并联的系统结构示意图；

图12为透平膨胀机和压缩机为一个整体并多台并联的系统结构示意图。

图13在透平膨胀机与闪蒸罐之间的管道上并联有两组循环液化介质换热器组的结构示意图；

图14为实施例6的结构示意图；

图15为实施例6的另一种结构示意图。

具体实施方式

实施例1：一种低温液化能量回收动力供应系统，包括压缩机15、减压阀14、闪蒸罐(也可称为储液罐)12、第一换热器5、第二换热器7、第三换热器9、流体能量回收换热器3、透平膨胀机(也可称为马达)1、电源控制柜23、液体增压泵11以及它们之间的连接管道和控制线束。

闪蒸罐(也可称为储液罐)12与压缩机15之间有使它们连通的进介质管道16和出介质管道17，压缩机15与闪蒸罐12之间的出介质管道17上置于减压阀14；闪蒸罐12与液体增压泵11之间由液化循环介质管道25连接，与液体增压泵11出口连接的进液介质管道10与第一换热器9连通。第一换热器9和第二换热器7之间装有连接它们的输送介质管道8和排出介质管道19，第二换热器7和第三换热器5之间有连接它们的输送介质管道6和排出介质管道20，第三换热器5和流体能量回收换热器3之间由输送介质管道4连接，流体能量回收换热器3和透平膨胀机1之间由气体输送介质管道2连接。透平膨胀机1与换热器5之间由乏汽排出介质管道21连接。排出介质管道18并与闪蒸罐12和压缩机15之间的进介质管道16连接，进介质管道16与压缩机的气体进口相连通。

而与液体增压泵11出口连接的进液介质管道10是与第一换热器9和第二换热器7之间相连的输送介质管道8、第二换热器7和第三换热器5之间相连的输送介质管道6、第三换热器5和流体能量回收换热器3之间的输送介质管道4及流体能量回收换热器3和透平膨胀机1之间的气体输送介质管道2相连通。而透平膨胀机1与换热器5之间的乏汽排出介质管道21与第二换热器7和第三换热器5之间的排出介质管道20、第一换热器9和第二换热器7之间的排出介质管道19、与第一换热器9相连的排出介质管道18及闪蒸罐12和压缩机15之间的进介质管道16相连通，再与压缩机的气体进口相连通。

与电源线22相连的控制柜23通过控制线及电源线束24分别与压缩机15、减压阀14、透平膨胀机1、流体能量回收换热器3和增压泵11连接。控制柜23可以安装于透平膨胀机1旁，也可选择适当的安装位置。介质管道内充有适量的氦气或氮气或其它压缩介质。

本实施例中是把空气通过风机驱动送入该系统流体能量回收换热器3内；经过闪蒸后的液体由液体增压泵增压后输送至换热器内，与从透平膨胀机排出的乏汽进行热交换，将循环压缩介质逐步加热成气体或部分加热成气体(此时为多相流体)，然后送入能量回收换热器内在能量回收换热器内被空气进一步加热使其完全汽化成具有一定温度的高压气体，经气体输送介质管道2进入透平膨胀机1、驱动透平膨胀机1对外做功，做功后的乏汽由乏汽排出介质管道21进入换热器。在换热器内对由增压泵增压后输送的经过闪蒸后的液体加热而后逐步变成低温气体，经过压缩机升压后进入减压阀，在闪蒸罐内一部分闪蒸为液体。所述闪蒸罐为液化介质闪蒸罐。

本实施例中的换热器不仅可以采用三个，可以根据需要采用一个、二个、四个或其他数量。

在本实施例中，由一条与液体增压泵11出口连接的进液介质管道连通换热器和一个能量回收换热器称为一组循环液化介质换热器组。根据需要在透平膨胀机与闪蒸罐之间的管道上可以并联或串联至少两组循环液化介质换热器组。如图13所示。

实施例2：本实施例的结构与实施例1相近似，只是在闪蒸罐(也可称为储液罐)12与液体增压泵11之间的液化循环介质管道25上再连通一个增液管26，增液管26位于液体增压泵11进口一侧，其它结构与实施例1相同。

实施例3：本实施例的闪蒸罐12与压缩机15之间装有热交换器13，热交换器13分别与闪蒸罐(也可称为储液罐)12和压缩机15之间的进介质管道16和出介质管道17相连通，在出介质管道17上装有减压阀14；减压阀14装在闪蒸罐12与热交换器13之间，排出介质管道18与进介质管道16相连通。其他结构与实施例1相同。本实施例中的系统是把压缩气体经热交换器13冷却后送入减压阀14。

实施例4：本实施例的闪蒸罐12与压缩机15之间装有热交换器13，热交换器13一边与闪蒸罐12和压缩机15之间的进介质管道16连通，另一边的一端与出介质管道17相连，另一端与装在另一个热交换器9a上的介质管道29连通，介质管道29通过另一个热交换器9a与装有减压阀14的介质管道28相连通；装有减压阀14的介质管道28与闪蒸罐12相连。另一个热交换器9a的一端与液体增压泵11出口连接的进液介质管道10相连，另一端通过输送介质管道8与由液体增压泵11出口连接的进液介质管道10所连通的第二换热器7及第一换热器5连通。其他结构与实施例1相同。

本系统是将经热交换器13冷却的压缩气体送入热交换器9a进一步冷却后送入减压阀14。

实施例5：本实施例的结构与实施例4相近，但在压缩机17出口增加一个透平膨胀机1a；本实施例的闪蒸罐12与压缩机15之间装有前热交换器13和后热交换器13a，闪蒸罐12与压缩机15之间的进介质管道16与前热交换器13和后热交换器13a连通；在出介质管道17上装有减压阀14；减压阀14装在闪蒸罐12与前热交换器13a之间；压缩机15的出口装有排出管17a，排出管17a与出介质管道17和进管26相连通，进管26又与增加的透平膨胀机1a相连；增加的透平膨胀机1a上所装的乏汽排出管27与进介质管道16相连通，连通处位于前热交换器13和后热交换器13a之间。增加的透平膨胀机1a也通过控制线及电源线束24与控制柜23相连。

为了使系统的结构更紧凑，本实用新型中的透平膨胀机和压缩机可以整合成为一个整体装置；这样，实施例1的结构则为图2所示；实施例3的结构则为图5所示；实施例4结构则为图8所示。

实施例6：如图14所示，本实施例中仅有一个换热器9，压缩机与闪蒸罐之间装有使它们连通的进介质管道16和出介质管道17，换热器9与和压缩机相连的出介质管道16连通，出介质管道17通过换热器9与装在液化介质闪蒸罐12上的介质管道30连通，介质管道30上装有减压阀14，液化介质闪蒸罐12与液体增压泵11之间有连通它们的液化液体输出管道25，换热器9与液体增压泵11出口相连的输出管道10相连，输出管道10通过热交换器9及流体能量回收换热器3与输出管道2连通，该输出管道2与透平膨胀机1连通；与透平膨胀机连通的乏汽排出介质管道21与进介质管道16连接。与电源线相连的控制柜通过控制线及电源线束与压缩机、闪蒸阀、液体增压泵、透平膨胀机、流体能量回收换热器连接。

为了使系统的结构更紧凑，本实用新型中的透平膨胀机和压缩机可以整合成为一个整体装置；如图15所示。

透平膨胀机和压缩机可以整合成为一个整体装置，或者使用透平膨胀机增压机。

上述实施例中的流体能量回收换热器可为风能回收换热器也可为流体换热器，当采用流体换热器时，被利用的液体则应从进水管进入流体换热器内对循环压缩介质进一步加热，从出水管排出的水可为各种需要供冷的空间提供冷冻水、需要冷却的设备提供冷却介质、为各种低温冷冻过程提供低温冷量......。流体能量回收换热器可为风能回收换热器与流体换热器的组合。

图9为透平膨胀机和压缩机可以整合成为一个整体、流体能量回收换热器采用流体换热器时的结构示意图；

根据需要本实用新型中的系统中与闪蒸罐连接的压缩机也可采用至少台压缩机并联、透平膨胀机与闪蒸罐之间至少两组循环液化介质换热器组并联或串联的形式，如图10所示；

还可采用多台透平膨胀机并联、多台压缩机并联，多台能量回收换热器并联或串联后接入系统管道的形式，如图11所示；

还可采用多台透平膨胀机和压缩机并联后接入系统的结构形式；或把透平膨胀机和压缩机整合为一个整体并多台并联后接入系统，如图12所示。

上述实施例中连通液化介质闪蒸罐与液体增压泵之间的液化液体输出管道上均可安装增液管道，该增液管道应装在液化液体增压泵的入口处的管道上。

根据系统设计方案，也可采用多种形式的能量回收换热器串联或并联的形式，以便把空气、江河湖海中的水、火电厂或核电厂的汽轮机排出的蕴含有低品位能量的乏汽、冷冻系统的循环水等中的一种或几种，通过风机驱动或液体泵的加压输送，输入该系统流体能量回收换热器内而将其热量利用。

本系统中闪蒸后的气体经压缩机增压后继续闪蒸，经压缩机增压后的压力和温度不能太高，以利于闪蒸为宜。如氦气的压缩机出口温度控制在40k以下为宜，氮气的压缩机出口温度应控制在140k以下为宜等。温度、压力过高不但系统的能耗增加，而且闪蒸系统的液化率将会大大降低，甚至无法液化。液化系统的温度保持的越低，气体越易液化，系统能耗越低。

Claims (8)

1、一种低温液化能量回收动力供应系统，由循环液化介质热交换器、压缩机、闪蒸阀、流体能量回收换热器、透平膨胀机、液体增压泵、闪蒸罐和连通它们之间的介质管道所组成；其特征在于：压缩机与闪蒸罐之间装有使它们连通的进介质管道和出介质管道，压缩机与闪蒸罐之间的出介质管道上置于减压阀，闪蒸罐与液体增压泵之间有连通它们的液化液体输出管道，该输出管道上连通有热交换器及流体能量回收换热器，该输出管道并与透平膨胀机连通；与透平膨胀机连通的乏汽排出介质管道与循环液化介质热交换器或进介质管道连接，并与压缩机的气体进口相连通；与电源线相连的控制柜通过控制线及电源线束与压缩机、闪蒸阀、液体增压泵、透平膨胀机、流体能量回收换热器连接。

2、根据权利要求1所述的低温液化能量回收动力供应系统，其特征在于：连通液化介质闪蒸罐与液体增压泵之间的液化液体输出管道上装有增液管道，该增液管道装在液化液体增压泵的入口处的管道上。

3、根据权利要求1所述的低温液化能量回收动力供应系统，其特征在于：压缩机与闪蒸罐之间的管道上装有热交换器，热交换器分别与闪蒸罐和压缩机之间的进介质管道和出介质管道相连通。

4、根据权利要求1所述的低温液化能量回收动力供应系统，其特征在于：压缩机与闪蒸罐之间的管道上装有热交换器，一个热交换器的一边与闪蒸罐和压缩机之间的进介质管道连通，另一边的一端与出介质管道相连，它的另一端与装在另一个热交换器上的介质管道连通，该介质管道通过此热交换器与装有减压阀的介质管道相连通，并与闪蒸罐相连，另一个热交换器的一端与液体增压泵出口连接的进液介质管道相连，另一端与由液体增压泵出口连接的进液介质管道所连通的换热器相连通。

5、根据权利要求4所述的低温液化能量回收动力供应系统，其特征在于：在透平膨胀机与闪蒸罐之间的管道上并联或串联至少两组循环液化介质换热器组。

6、根据权利要求1或5所述的低温液化能量回收动力供应系统，其特征在于：与闪蒸罐连接的压缩机至少有两台压缩机并联，透平膨胀机与闪蒸罐之间至少两组循环液化介质换热器组并联或串联。

7、根据权利要求1或3所述的低温液化能量回收动力供应系统，其特征在于：系统中的透平膨胀机与压缩机直接组成为一个整体。

8、根据权利要求1所述的低温液化能量回收动力供应系统，其特征在于：能量回收换热器为风能回收换热器或流体换热器或风能回收换热器与流体换热器的组合。

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