CN202579069U - 超导rt有机郎肯循环太阳能综合发电系统 - Google Patents

Abstract

一种超导RT有机郎肯循环太阳能综合发电系统，由集热蒸发器、透平膨胀机、发电机、冷凝器、回热器、储液罐、工质加压泵、热泵、冷水泵、循环工质管、超导太阳能集热器、冷却塔及各种管道构成，其特征是集热蒸发器、透平膨胀机、热聚变发电器、回热器、冷凝器、储液罐、工质加压泵与回热器、集热蒸发器构成一密闭TR工质循环回路，选用新研制的高效安全低沸点无CFCs有机TR液体工质利用高效超导太阳能发电，发电稳定，效率高，安全、环保、无污染，在目前全球性化石能源紧缺、环境压力增大的背景下，具有十分深远的意义。

Description

超导RT有机郎肯循环太阳能综合发电系统

技术领域

本发明涉及一种发电装置，具体讲是一种高效环保节能的超导RT有机郎肯循环太阳能综合发电系统

背景技术

有机郎肯循环太阳能发电是利用低品位地太阳能辐射热为动力源发出高品位电能的新型发电技术。

随着化石能源的紧缺、环境压力的加大，人们对于清洁可再生绿色能源越来越重视，太阳能发电是利用清结可再生绿色能源发电的最理想形式。但太阳能发电在我国热利用技术发展中处于严重失衡状态，我国太阳能相当丰富，单位面积年辐照量高于5016MJ/m²，而国内低温发电热利用的关键技术却甚缺，特别是低温发电有机郎肯循环技术，国外向我国严格保密，致使我国低温发电30多年来徘徊不前，至今也无ORC装置的专业设计和制造单位。美国联合技术公司(UTC)掌握全球中低温利用的先进技术，与我国的某油田进行技术合作，但技术上最终还必须依赖美国人，甚至连掉棵螺丝钉都得打电话让美国方面来人解决，一年要价30万美金。

发明内容

本发明是为打破国外技术封锁，采用有机朗肯循环(ORC)原理，以高效安全低沸点TR液体为工质，设计成的一种超导RT有机郎肯循环太阳能综合发电系统，它用新研制的与环境友好的低沸点有机物TR工质在流动系统中从超导太阳能集热器中获得热量，产生有机工质蒸汽，进入透平膨胀机推动汽轮机旋转，带动发电机发电，透平膨胀机排出的热TR工质蒸汽经热聚变发电器再进行二次发电，其方案如下：

一种超导RT有机郎肯循环太阳能综合发电系统，由集热蒸发器、透平膨胀机、发电机、冷凝器、回热器、储液罐、工质加压泵、热泵、冷水泵、循环工质管、热聚变发电器、超导太阳能集热器、冷却塔及各种管道构成，其特征是集热蒸发器由过热气热交换器和过工质热交换器组成，过气热交换器通过输热管道、热泵与超导太阳能集热器连接，超导太阳能集热器中的工质蒸汽经输热管道进入集热蒸发器的过气热交换器，将太阳辐射热能传导给过工质热交换器，使流经过工质热交换器中的TR液体工质迅速蒸发为工质蒸汽。过工质热交换器的出口通过循环工质管道与透平膨胀机连接，工质蒸汽由循环工质管道进入透平膨胀机内做功，带动发电机发电。透平膨胀机排出的热TR工质蒸汽经热聚变发电器再进行二次发电，热聚变发电器通过循环工质管道与回热器的入口连通，回热器的出口通过循环工质管道与冷凝器的进气口连通，冷凝器的出液口与储液罐进口连通，储液罐的出口通过工质加压泵与回热器的进液口连通，回热器的出液口与集热蒸发器的过工质热交换器的进口连通。由透平膨胀机膨胀后的排气进入热聚变发电器、再进入回热器、再进入冷凝器凝结成液体进入储液罐，再被工质加压泵加压进入回热器预热后又进入集热蒸发器的过工质热交换器，汲取过气热交换器传导来的太阳辐射热能继续蒸发，完成一个回路循环，周而复始，发电机和热聚变发电器连续发电。

整个工质循环回路为密闭状态，TR液体工质装在整个工质循环回路中进行气液变化。

所述的装在整个工质循环回路的TR液体介质是新研制的高效安全低沸点无CFCs的有机液体工质，外观无色透明，易流动，极易挥发，冰点-150℃，临界温度260℃，临界压力460Kpa，其换热能力强，对于传热温差小、换热面积大的低温地热发电有机郎肯循环回路而言，是一关键物质。

所述的冷凝器由两组热交换器组成，一组为过气热交换器，一组为过液热交换器，在冷凝器中冷却介质为冷却水或者空气，冷却介质经过过液热交换器可以将透平排气流经热聚变发电器的热量带走送入冷却塔进行冷却待用；为了提高冷凝器的工作效率冷凝器中装有超导散热装置。采用冷却水冷却的特点是水温低，在冷凝器中换热系数高，可使动力循环在比较低的凝结温度下运行，同时冷凝器的传热面积也可做小。在有河流的地方还可利用河水进行工质气体冷却凝结。

所述的回热器由两组热交换器组成，一组为过气热交换器，一组为过液热交换器，在回热器中透平排气将从工质加压泵来的液态工质加热后进入集热蒸发器，这样可以降低集热蒸发器的加热负荷和冷凝器的冷却负荷，提高系统的热效率。

所述的储液罐上安装有超导散热装置，可以将储液罐中TR液体工质的热量散发，降低集热蒸发器的加热负荷和冷凝器的冷却负荷，提高系统的热效率。

所述的透平膨胀机也可以是螺杆膨胀机，或者向心透平机，或者滚动转子膨胀机，或者涡旋式膨胀机。

所述的热聚变发电器根据热电偶发电源原理而制作的超导温差发电装置，由发电器、超导聚热通道及冷水通道构成，由透平膨胀机排出的热TR工质蒸汽经热聚变发电器的超导聚热通道将发电余热传导给热聚变发电器的聚热器，发电器即可在热、冷效应作用下产生电势；热聚变发电器的冷水口通过冷水泵与冷却塔连接，冷水泵将冷却塔的冷水送入热聚变发电器的冷水通道为热电偶发电提供冷源。

所述的超导太阳能集热器由吸热板、焊接在吸热板上的超导排管、工质加热箱及热泵构成，吸热板吸收来的太阳能辐射热经超导排管传导给流经工质加热箱的太阳能工质，太阳能工质即刻汽化，在热泵的作用下，工质蒸汽经输热管道进入集热蒸发器的过气热交换器，将太阳辐射热能传导给过工质热交换器，使流经过工质热交换器中的TR液体工质迅速蒸发为工质蒸汽。

超导RT有机郎肯循环太阳能综合发电系统可以充分利用太阳能低品位辐射热能高效率发出高品位电能，安全、可靠、环保、无污染，发电稳定，效率高达30％，在目前全球性化石能源紧缺、环境压力增大的背景下，利用巨大的太阳能发电具有十分重要的意义。

附图说明

图1是本发明的循环系统原理示意图。

图1中1、集热蒸发器 2、透平膨胀机 3、发电机 4、冷凝器 5、回热器 6、储液罐 7、工质加压泵 8、热泵 9、冷水泵 10、循环工质管道 11、过气热交换器 12、过工质热交换器 13、输热管道 14、超导太阳能集热器 15、回流管道 16、TR液体工质 17、循环工质管道 18、回热器入口 19、回热器出口 20、循环工质管道 21、冷凝器进气口 22、冷凝器出液口 23、储液罐进口 24、储液罐出口 25、回热器进液口 26、回热器出液口 27、过工质热交换器进口 28、过气热交换器 29、过液热交换器 30、冷却水 31、超导散热装置 32、输水管道 33、过工质热交换器出口 34、超导散热装置 18-19、过气热交换器25-26、过液热交换器 35、热聚变发电器 36、发电器 37、超导聚热通道 38、冷水通道 39、冷却塔 40、吸热板 41、超导排管 42、工质加热箱 43、太阳能工质、44、循环工质管道45、聚热器 46、发电器冷水口 47、冷水泵

具体实施方式

下面结合附图1对本发明作进一步说明：

一种超导RT有机郎肯循环太阳能综合发电系统，由集热蒸发器1、透平膨胀机2、发电机3、冷凝器4、回热器5、储液罐6、工质加压泵7、热泵8、冷水泵9、循环工质管道10、热聚变发电器35、超导太阳能集热器14、冷却塔39及各种管道构成，其特征是集热蒸发器1由过热气热交换器11和过工质热交换器12组成，过气热交换器11通过输热管道13、热泵8与超导太阳能集热器14连接，超导太阳能集热器14中的工质蒸汽经输热管道13进入集热蒸发器1的过气热交换器11，将太阳辐射热能传导给过工质热交换器12，使流经过工质热交换器12中的TR液体工质16迅速蒸发为工质蒸汽。过工质热交换器出口33通过循环工质管道10与透平膨胀机2连接，工质蒸汽由循环工质管道10进入透平膨胀机2内做功，带动发电机3发电。透平膨胀机2排出的热TR工质蒸汽经热聚变发电器35再进行二次发电，热聚变发电器35通过循环工质管道44与回热器入口18连通，回热器的出口19通过循环工质管道20与冷凝器进气口21连通，冷凝器的出液口22与储液罐进口23连通，储液罐出口24通过工质加压泵7与回热器进液口25连通，回热器出液口26与集热蒸发器1的过工质热交换器进口27连通。由透平膨胀机2膨胀后的排气进入热聚变发电器35、再进入回热器5、再进入冷凝器4凝结成液体进入储液罐6，再被工质加压泵7加压进入回热器5预热后又进入集热蒸发器1的过工质热交换器12，汲取过气热交换器11传导来的地热能继续蒸发，完成一个回路循环，周而复始，发电机和热聚变发电器连续发电。

形成的整个工质循环回路为密闭状态，TR液体工质16装在整个工质循环回路中进行气液变化。

所述的装在整个工质循环回路的TR液体介质16是新研制的高效、安全、低沸点、无CFCs的有机液体工质，外观无色透明，易流动，极易挥发，冰点-150℃，临界温度260℃，临界压力460Kpa，其换热能力强，对于传热温差小、换热面积大的低品温太阳能发电有机郎肯循环回路而言，是一关键物质。

所述的冷凝器4由两组热交换器组成，一组为过气热交换器28，一组为过液热交换器29，在冷凝器4中冷却介质为冷却水30或者空气，冷却介质经过过液热交换器29可以将透平排气流经热聚变发电器35的热量带走送入冷却塔39进行冷却待用；为了提高冷凝器4的工作效率冷凝器4中装有超导散热装置34。采用冷却水30冷却的特点是水温低，在冷凝器4中换热系数高，可使动力循环在比较低的凝结温度下运行，同时冷凝器4的传热面积也可做小。在有河流的地方还可利用河水进行工质气体冷却凝结。

所述的回热器5由两组热交换器组成，一组为过气热交换器18-19，一组为过液热交换器25-26，在回热器5中透平排气将从工质如压泵7来的TR液体工质16加热后进入集热蒸发器1，这样可以降低集热蒸发器1的加热负荷和冷凝器的冷却负荷，提高系统的热效率。

所述的储液罐6上安装有超导散热装置31，可以将储液罐6中TR液体工质16的热量散发，降低集热蒸发器1的加热负荷和冷凝器4的冷却负荷，提高系统的热效率。

所述的透平膨胀机2是螺杆膨胀机，或者向心透平机，或者滚动转子膨胀机，或者涡旋式膨胀机。

所述的热聚变发电器35由发电器36、超导聚热通道37及冷水通道38构成，由透平膨胀机2排出的热TR工质蒸汽经热聚变发电器35的超导聚热通道37将发电余热传导给热聚变发电器35的聚热器45，发电器36即可在热、冷效应作用下产生电势。热聚变发电器36的冷水口46通过冷水泵47与冷却塔39连接，冷水泵47将冷却塔39的冷水30送入热聚变发电器的冷水通道38为热电偶发电提供冷源。

所述的超导太阳能集热器14由吸热板40、焊接在吸热板上的超导排管41、工质加热箱42及热泵8构成，吸热板40吸收来的太阳能辐射热经超导排管41传导给流经工质加热箱42的太阳能工质43，太阳能工质43即刻汽化，在热泵8的作用下，工质蒸汽经输热管道13进入集热蒸发器1的过气热交换器11，将太阳辐射热能传导给过工质热交换器12，使流经过工质热交换器12中的TR液体工质16迅速蒸发为工质蒸汽。

Claims (8)

1.一种超导RT有机郎肯循环太阳能综合发电系统，由集热蒸发器(1)、透平膨胀机(2)、发电机(3)、冷凝器(4)、回热器(5)、储液罐(6)、工质加压泵(7)、热泵(8)、冷水泵(9)、循环工质管道(10)、热聚变发电器(35)、超导太阳能集热器(14)、冷却塔(39)及各种管道构成，其特征是集热蒸发器(1)由过热气热交换器(11)和过工质热交换器(12)组成，过气热交换器(11)通过输热管道(13)、热泵(8)与超导太阳能集热器(14)连接；过工质热交换器出口(33)通过循环工质管道(10)与透平膨胀机(2)连接，工质蒸汽可由循环工质管道(10)进入透平膨胀机(2)内驱动发电机(3)；透平膨胀机(2)排出的热TR工质蒸汽能进入热聚变发电器(35)进行二次发电；热聚变发电器(35)通过循环工质管道(44)与回热器入口(18)连通，回热器的出口(19)通过循环工质管道(20)与冷凝器进气口(21)连通，冷凝器的出液口(22)与储液罐进口(23)连通，储液罐出口(24)通过工质加压泵(7)与回热器进液口(25)连通，回热器出液口(26)与集热蒸发器(1)的过工质热交换器进口(27)连通，由透平膨胀机(2)膨胀后的排气能进入热聚变发电器(35)、再进入回热器(5)、再进入冷凝器(4)凝结成液体进入储液罐(6)，再被工质加压泵(7)加压进入回热器(5)预热后进入集热蒸发器(1)的过工质热交换器(12)，形成一工质循环回路，构成的整个工质循环回路为密闭状态，TR液体工质(16)装在整个工质循环回路中。

2.根据权利要求1所述的超导RT有机郎肯循环太阳能综合发电系统，其特征是所述的装在整个工质循环回路的TR液体介质(16)是低沸点、无CFCs的有机液体工质，外观无色透明，易流动，极易挥发，冰点-150℃，临界温度260℃，临界压力460Kpa。

3.根据权利要求1所述的超导RT有机郎肯循环太阳能综合发电系统，其特征是所述的冷凝器(4)由两组热交换器组成，一组为过气热交换器(28)，一组为过液热交换器(29)，在冷凝器(4)中冷却介质为冷却水(30)或者空气，凝器(4)中装有超导散热装置(34)。

4.根据权利要求1所述的超导RT有机郎肯循环太阳能综合发电系统，其特征是所述的回热器(5)由两组热交换器组成，一组为过气热交换器(18-19)，一组为过液热交换器(25-26)。

5.根据权利要求1所述的超导RT有机郎肯循环太阳能综合发电系统，其特征是所述的储液罐(6)上安装有超导散热装置(31)。

6.根据权利要求1所述的超导RT有机郎肯循环太阳能综合发电系统，其特征是所述的透平膨胀机(2)是螺杆膨胀机，或者向心透平机，或者滚动转子膨胀机，或者涡旋式膨胀机。

7.根据权利要求1所述的超导RT有机郎肯循环太阳能综合发电系统，其特征是所述的热聚变发电器(35)由发电器(36)、超导聚热通道(37)及冷水通道(38)构成，热聚变发电器(36)的冷水口(46)通过冷水泵(47)与冷却塔(39)连接。

8.根据权利要求1所述的超导RT有机郎肯循环太阳能综合发电系统，其特征是所述的超导太阳能集热器(14)由吸热板(40)、焊接在吸热板上的超导排管(41)、工质加热箱(42)及热泵(8)构成，超导排管(41)内部装有太阳能工质(43)。

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