CN204327218U - 一种空气能发电系统 - Google Patents

Abstract

一种空气能发电系统，涉及一种能源发电系统，本实用新型为空气能热泵循环系统和郎肯循环低温发电系统构成的空气能发电系统。换热装置（4）采用双介质流道结构，一条为空气能热泵循环系统的冷媒介质流道、另一条为郎肯循环系统的工作介质流道，换热装置（4）既是空气能热泵循环系统的冷凝器又是郎肯循环系统的发生器，这两个循环系统通过换热装置（4）连接；空气能热泵技术和郎肯循环低温发电技术有机结合，充分利用了空气能热泵技术1:4以上的高能效比来实现将空气能转换成电能，为在更广阔的工农业生产和生活领域节约电能，实现节能减排提供了一条有效的途径。

Description

一种空气能发电系统

技术领域

    本实用新型涉及一种能源发电系统，特别是涉及一种空气能发电系统。

背景技术

随着经济的发展，资源环境问题日益突出。近年来“节能减排”、“大气污染治理”工作已经成为国家政府的工作重点，低碳环保将是城镇发展的必须坚持的原则，在发展经济的同时大力发展清洁能源和可再生能源、调整能源结构将是我国今后相当长一段时间内的主要任务。

空气能热泵就是利用空气中的能量来产生热能，其超高的能效比受到人们的青睐，空气能热泵技术现今已在我国得到广泛应用，并不断的与风电、光伏电技术相融合，目前正向更大型化、更高的能效比和更低的环境使用温度等方向上发展。

空气能热泵技术是目前比较先进的新能源技术，其原理是利用电能带动气体压缩机工作，来驱动冷媒进行逆卡诺循环，通过蒸发器将空气中大量的低品位热能（空气中的热量）通过压缩机和冷媒，转变为高品位的热能，其能效比至少达到1:4以上，从可查询的资料上来看，采用二氧化碳做冷媒介质的空气能热泵可在零下-30摄氏度工作，热能输出的介质温度可以达到100摄氏度以上，其能效比最高达到1:4.5以上，具有显著的节能效果。但从目前市场上空气能热泵的产品来看，其应用范围还仅限于作为热源应用于家庭住宅或小型建筑物的供暖，家庭或旅馆用热水，作为采用风电或光伏电进行加热的辅助热源等领域。

因目前空气能热泵技术及相关产品只是简单的将其作为热源使用，极大地限制了其技术的应用领域和应用范围。

低温余热回收技术是目前我国正在蓬勃发展的又一项新节能技术，特别是低温余热发电技术多数采用的就是郎肯循环低温发电系统技术，在冶炼、工业炉窑的尾气回收、化工行业的余热回收、生物质发电等领域已经得到实际应用。其工作过程如下:工作介质泵将工作介质输送到发生器，工作介质在发生器内被加热汽化，产生的介质蒸汽进入到膨胀动力机中膨胀做功，驱动膨胀机旋转带动发电机发电，做功后的低压蒸汽进入冷凝器凝结，然后再回到工作介质泵中，在进入下一个循环。郎肯循环的低温发电技术在我国已经是成熟技术，如西藏的羊八井电站、辽宁熊岳的100千瓦试验电站、河北怀来200千瓦试验电站等等均已得到实际运行并成功发电。

郎肯循环发电中的关键因数是膨胀动力机和工作介质。

适合使用膨胀动力机有涡旋膨胀机、单螺杆膨胀机、双螺杆膨胀机等，目前在低温发电领域比较公认的采用双螺杆膨胀机发电效果最好，在我国已有生产。根据江西华电电力有限公司公开的产品数据计算，其“螺杆膨胀发电机”的热电转换效率至少达到65%以上。

目前郎肯低温发电系统中采用的工作介质有很多种，在150摄氏度以上至350摄氏度的低温发电领域中无机介质水是常用的工作介质，而在海洋温差发电和较低温领域如20-150摄氏度时多采用有机工作介质。我国的一些机构和学者如天津大学、昆明理工大学、王光辉、王华在郎肯循环低温发电系统工作介质方面已做过很多研究，其中许多工作介质我国都有生产。

发明内容

本实用新型提出一种由空气能热泵循环系统和郎肯循环低温发电系统构成的空气能发电系统，其目的是利用空气能热泵技术1:4以上的高能效比，将其产生的热能经郎肯循环低温发电系统转换成电能输出，以实现在更广阔的应用领域节约电能、更大的范围内应用空气能热泵技术和郎肯低温发电技术的目的。

本实用新型的技术方案是通过以下技术方案实现的：

一种空气能发电系统，该系统由空气能热泵循环系统和郎肯循环低温发电系统两个部分构成，空气能热泵循环系统通过换热装置与郎肯循环低温发电系统连接；换热装置采用双介质流道结构，一条为空气能热泵循环系统的冷媒介质流道，另一条为郎肯循环系统的工作介质流道，换热装置既是空气能热泵循环系统的冷凝器又是郎肯循环系统的发生器，这两个循环系统通过换热装置连接；空气能热泵循环系统由风机、蒸发器、压缩机、换热装置和膨胀阀、冷媒介质构成；蒸发器连接压缩机，压缩机连接换热装置的冷媒介质流道的入口端，换热装置的冷媒介质流道的出口端连接膨胀阀，膨胀阀连接蒸发器。

所述的空气能发电系统，郎肯循环低温发电系统由换热装置、膨胀动力机、回热器、冷却器、工作介质泵、发电机及工作介质构成。

所述的空气能发电系统，换热装置的工作介质流道出口端连接膨胀动力机，膨胀动力机连接回热器和发电机，回热器连接冷却器，冷却器连接工作介质泵，工作介质泵连接回热器，回热器连接换热装置工作介质流道的入口端。

所述的空气能发电系统，发电及所发电能输出端直接连接输出；或经过电压稳压器再连接对外输出，电压稳压器同时作为系统风机、压缩机和工作介质泵、冷却水泵的工作电源。

所述的空气能发电系统，空气能热泵循环系统和郎肯循环低温发电系统的组成部件安装成一台设备，或两个系统单独安装，再经管线连接。

其原理是通过空气能热泵循环系统利用电能带动气体压缩机工作，来驱动冷媒介质进行逆卡诺循环，蒸发器将空气中大量的低品位热能（空气中的热量）通过压缩机和冷媒介质转变为高品位的热能，再经换热装置将高品位热能传递给郎肯循环低温发电系统中的工作介质，工作介质被加热蒸发后，驱动膨胀动力机旋转带动发电机发电。该系统充分利用空气能热泵技术1:4以上的高能效比来实现将空气能转换成电能。

本实用新型的优点与积极效果是：

本实用新型充分利用空气能热泵技术和郎肯循环低温发电系统技术这两项技术，通过系统技术集成将空气能热泵技术和郎肯循环低温发电系统技术有机结合，很好地解决了现有空气能热泵技术及类似技术产品中只是简单的作为热源使用，产品用途单一，适用范围较窄的问题，极大地拓宽了空气能热泵技术和郎肯循环低温发电系统技术的应用领域。更重要的是充分利用了空气能热泵技术1:4以上的高能效比来实现将空气能转换成电能，为在更广阔的工农业生产和生活领域节约电能，实现节能减排提供了一条有效的途径。可以更充分地发挥空气能热泵技术和郎肯循环低温发电系统技术在可再生能源、清洁能源应用和节能减排、大气污染治理等方面的作用。

附图说明

图1是本实用新型实施方式示意图；

图2 是空气能发电系统电气接线图。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本实用新型做进一步的说明：

图1和图2所示，图中标记为：

1. 风机；2. 蒸发器；3. 压缩机；4. 换热装置（冷凝器/发生器）；5. 膨胀阀； 6. 膨胀动力机；7. 回热气；8. 冷却器；9. 工作介质泵；10. 发电机；11. 冷却水；12.冷媒介质；13. 工作介质；14.电压稳压器；15.输出开关。

本实用新型提供一种空气能发电系统，其原理是通过空气能热泵循环系统利用电能带动气体压缩机工作，来驱动冷媒介质进行逆卡诺循环，蒸发器将空气中大量的低品位热能（空气中的热量）通过压缩机和冷媒介质转变为高品位的热能，再经换热装置将热能通过郎肯循环低温发电系统转换成电能应用。该系统充分利用了空气能热泵1:4以上的高能效比来实现将空气能转换成电能。

空气能热泵循环系统主要由风机、蒸发器、压缩机、换热装置和膨胀阀、冷媒介质构成；蒸发器连接压缩机、压缩机连接换热装置的冷媒介质流道的入口端、换热装置的冷媒介质流道的出口端连接膨胀阀、膨胀阀连接蒸发器。

郎肯循环低温发电系统主要由换热装置、膨胀动力机、回热器、冷却器、工作介质泵、发电机、及工作介质构成；换热装置的工作介质流道出口端连接膨胀动力机、膨胀动力机连接回热器和发电机、回热器连接冷却器、冷却器连接工作介质泵、工作介质泵连接回热器、回热器连接换热装置工作介质流道的入口端。

换热装置采用双介质流道结构，一条为空气能热泵循环系统的冷媒介质流道、另一条为郎肯循环系统的工作介质流道，换热装置既是空气能热泵循环系统的冷凝器又是郎肯循环低温发电系统的发生器，这两个循环系统通过换热装置连接。

发电及所发电能可直接对外输出；也可以经过电压稳压器对外输出，电压稳压器同时作为系统中风机、压缩机、工作介质泵和冷却水泵的工作电源。

工作介质可以是无机介质、有机介质，也可以是多元介质的混合物。

制造安装时，空气能热泵循环系统和郎肯循环低温发电系统的组成部件可以安装成一台设备，也可以两个系统分别安装经管线连接。

其工作过程如下：

先通过空气能热泵循环系统，利用电能带动风机1和气体压缩机3工作，风机1将大量的空气吹向蒸发器2，蒸发器2吸收空气中的热能加热循环系统中的冷媒介质12，冷媒介质12被加热后变成介质蒸汽，被压缩机3吸入、压缩、输出后变成高温高压的介质流，在经过换热器4的冷媒介质流道时，将热能传递给工作介质流道中郎肯循环低温发电系统的工作介质13，同时冷媒介质12被降温、冷凝经膨胀阀5，再进入蒸发器2，冷媒介质完成一次逆卡诺循环。在换热装置4中被加热的工作介质受热后气化、并达到一定的压力和温度，驱动膨胀动力机6旋转，膨胀动力机带动发电机10发电，经膨胀机做功后的工作介质13经回热器7和冷却器8被冷却水11冷却后再经工作介质泵9进入下一个郎肯循环。

发电机所发出的电能可以直接对外输出；也可以经过电压稳压器14带风机1电机、压缩机电机3、工作介质电机9和冷却水电机11后，经输出开关15对外输出（见图2  空气能发电电气接线图）。

Claims (5)

1.一种空气能发电系统，其特征在于：该系统由空气能热泵循环系统和郎肯循环低温发电系统两个部分构成，空气能热泵循环系统通过换热装置与郎肯循环低温发电系统连接；换热装置（4）采用双介质流道结构，一条为空气能热泵循环系统的冷媒介质流道，另一条为郎肯循环系统的工作介质流道，换热装置（4）既是空气能热泵循环系统的冷凝器又是郎肯循环系统的发生器，这两个循环系统通过换热装置（4）连接；空气能热泵循环系统由风机（1）、蒸发器（2）、压缩机（3）、换热装置（4）和膨胀阀（5）、冷媒介质（12）构成；蒸发器（2）连接压缩机（3），压缩机（3）连接换热装置（4）的冷媒介质流道的入口端，换热装置（4）的冷媒介质流道的出口端连接膨胀阀（5），膨胀阀（5）连接蒸发器（2）。

2.根据权利要求1所述的空气能发电系统，其特征在于：郎肯循环低温发电系统由换热装置（4）、膨胀动力机（6）、回热器（7）、冷却器（8）、工作介质泵（9）、发电机（10）及工作介质（13）构成。

3.根据权利要求2所述的空气能发电系统，其特征在于：换热装置（4）的工作介质流道出口端连接膨胀动力机（6），膨胀动力机（6）连接回热器（7）和发电机（10），回热器（7）连接冷却器（8），冷却器（8）连接工作介质泵（9），工作介质泵（9）连接回热器（7），回热器（7）连接换热装置（4）工作介质流道的入口端。

4. 根据权利要求1所述的空气能发电系统，其特征在于：发电及所发电能输出端直接连接输出；或经过电压稳压器再连接对外输出，电压稳压器同时作为系统风机、压缩机和工作介质泵、冷却水泵的工作电源。

5.根据权利要求1所述的空气能发电系统，其特征在于：空气能热泵循环系统和郎肯循环低温发电系统的组成部件安装成一台设备，或两个系统单独安装，再经管线连接。