CN215446928U

CN215446928U - 加热、做功、热量交换结合的热能利用系统

Info

Publication number: CN215446928U
Application number: CN202121264185.9U
Authority: CN
Inventors: 葛众; 汤翀; 谢建斌; 解志勇; 庞小兵; 王亚琦; 赵伟
Original assignee: Yunnan University YNU
Current assignee: Yunnan University YNU
Priority date: 2021-06-07
Filing date: 2021-06-07
Publication date: 2022-01-07
Anticipated expiration: 2031-06-07

Abstract

本实用新型公开了一种加热、做功、热量交换结合的热能利用系统，涉及热能利用系统技术领域，它包括相互连通构成闭环的加热系统、做功系统、热量交换系统，做功系统包括蒸汽发生器，热量交换系统包括热交换器；热交换器的液相区、加热系统、蒸汽发生器的气相区、蒸汽发生器的液相区、热交换器的气相区依次连通形成闭环。中低温热源作为能源提供给加热系统和做功系统，使得不同的中低温热源同时使用；做功系统使用中低温热源后的余热提供给热量交换系统使用。三个系统结合，同时使用不同的中低温热源，并对同一种中低温热源梯级充分使用，使得中低温热源能够高效被使用，相对增加能源的利用率。

Description

加热、做功、热量交换结合的热能利用系统

技术领域

本实用新型涉及热能利用系统技术领域，具体涉及一种加热、做功、热量交换结合的热能利用系统。

背景技术

大多数国家一直试图从能源资源中获利，以满足其能源消费需求，近年来，随着我国经济的快速发展，我国能源消费总量迅速增长。我国能源消费仍以煤炭等化石燃料为主，化石燃料属于不可再生能源。化石燃料的大规模使用向大气排放了大量的CO₂、SO₂、NO_x等有害气体，导致全球变暖，造成大气污染并加剧了能源危机，严重影响了社会经济的发展和人民健康。因此，优化能源结构，降低化石燃料消耗，节能减排，对提高能源利用率具有十分重要的意义。

利用和回收可再生能源和工业生产过程中产生的废热可有效减少化石燃料材料消耗，减轻能源和环境问题。中国的太阳能、地热能和工业余热等可再生能源资源丰富。中国可采地热储量相当于2560亿吨标准煤，其中70％以上的储量在150℃以下。中国总能耗的42％–46％将转化为各种工业废热，但其中63％以上的废热低于200℃。总体而言，中国大部分可再生能源和工业废热属于200℃以下的中低温废热。

传统的使用中低温热源的方法为例如利用闪蒸技术的做功系统、利用太阳能的加热系统，每个系统都是单一的系统，只能利用单一的中低温热源，中低温热源无法同时使用，并且每种中低温热源只能应用于一个系统，造成能源的利用率低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种多系统结合，提高能源利用率的加热、做功、热量交换结合的热能利用系统。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种加热、做功、热量交换结合的热能利用系统，包括相互连通构成闭环的加热系统、做功系统、热量交换系统，做功系统包括蒸汽发生器，热量交换系统包括热交换器；热交换器的液相区、加热系统、蒸汽发生器的气相区、蒸汽发生器的液相区、热交换器的气相区依次连通形成闭环。

优选的，加热系统包括依次连通的第一工质泵、太阳能集热器、换热器，第一工质泵与热交换器的液相区出口连通，换热器与蒸汽发生器的气相区入口连通。

优选的，太阳能集热器与换热器之间还连通有加热器。

优选的，加热系统还包括连通于热交换器与第一工质泵之间的第一节流阀、连通于太阳能集热器与换热器之间的第二节流阀、连通于太阳能集热器与加热器之间的第三节流阀、连通于换热器与蒸汽发生器之间的第四节流阀；太阳能集热器的出口分支，一支依次连通第三节流阀和加热器、另一支依次连通第二节流阀和换热器。

优选的，加热系统还包括连通于第一工质泵与太阳能集热器之间的第五节流阀。

优选的，做功系统还包括依次连通的第七节流阀、第一冷凝器、第二工质泵，第四节流阀与蒸汽发生器气相区出口连通，第二工质泵的出口连通蒸汽发生器的液相区入口。

优选的，做功系统还包括与第七节流阀出口连通的分液器，分液器的气相区连通有透平、液相区连通有第六节流阀，透平和第六节流阀两者的出口连通有混合器，混合器的出口与第一冷凝器的入口连通。

优选的，热量交换系统还包括与热交换器气相区出口连通的喷射器、连通喷射器出口的第二冷凝器，第二冷凝器分支，一支依次连通有膨胀阀、蒸发器、另一支连通有第三工质泵，蒸发器的出口连通喷射器的入口，第三工质泵的出口连通热交换器液相区的入口。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：加热系统、做功系统、热量交换系统三个系统的结合设计，中低温热源作为能源提供给加热系统和做功系统，使得不同的中低温热源同时使用；做功系统使用中低温热源后的余热提供给热量交换系统使用。三个系统结合，同时使用不同的中低温热源，并对同一种中低温热源梯级充分使用，使得中低温热源能够高效被使用，相对增加能源的利用率。

附图说明

图1为加热、做功、热量交换结合的热能利用系统的系统原理图。

图中标记：加热系统-1、第一节流阀-11、第一工质泵-12、第五节流阀-13、太阳能集热器-14、第三节流阀-15、加热器-16、第二节流阀-17、换热器-18、第四节流阀-19、做功系统-2、蒸汽发生器-21、第七节流阀-22、分液器-23、透平-24、第六节流阀-25、混合器-26、第一冷凝器-27、第二工质泵-28、热量交换系统-3、热交换器-31、喷射器-32、第二冷凝器-33、膨胀阀-34、蒸发器-35、第三工质泵-36。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参看图1，一种加热、做功、热量交换结合的热能利用系统，包括加热系统1、做功系统2、热量交换系统3。

加热系统1包括依次连通的第一节流阀11、第一工质泵12、第五节流阀13、太阳能集热器14，太阳能集热器14分支为两个管路，其中一个分支管路依次连通有第三节流阀15、加热器16，另一个分支管路依次连通有第二节流阀17、换热器18、第四节流阀19；加热器16的出口与换热器18的入口连通。

做功系统2包括蒸汽发生器21，蒸汽发生器21的气相区入口与第四节流阀19的出口连通个、气相区入口依次连通有第七节流阀22和分液器23，分液器23的气相区出口连通有透平24、液相区出口连通有第六节流阀25，透平24和第六节流阀25两者的出口连通有混合器26，混合器26的出口依次连通有第一冷凝器27、第二工质泵28，第二工质泵28的出口与蒸汽发生器21的液相区入口连通。相比于传统的闪蒸系统将节流的饱和液体直接送入冷凝器进行冷凝，本做功系统2先经过分液器23分液，也相对减少了火用损失。

热量交换系统3包括热交换器31，热交换器31的气相区入口与蒸汽发生器21的液相区出口连通、液相区出口与第一节流阀11的入口连通，热交换器31的气相区出口依次连通有喷射器32、第二冷凝器33，第二冷凝器33分支为两个管路，其中一个分支管路依次连通有膨胀阀34和蒸发器35，另一个分支管路连通有第三工质泵36，蒸发器35的出口与喷射器32的入口连通，第三工质泵36的出口与热交换器31的液相区入口连通。

进一步的，加热系统1采用太阳能系统，其利用液体作为工质并回收了OFC和ERC的余热，避免了节流产生的火用损失，能够提高中低温热源的能量利用效率；做功系统2采用闪蒸系统，能够扩大热源的适用范围、提升与中低温热源的匹配性、实现热能梯级利用、提高系统的经济性；热量交换系统3采用喷射式制冷系统。

进一步的，太阳能集热器14采用非聚集太阳能集热器14，加热器16采用生物质补燃系统，换热器18使用传热/蓄热流体换热器18。

进一步的，本系统中采用的循环物质为纯净水、R142b、戊烷、异戊烷、丁烷、有机工质或其混合物。本系统引入非共沸工质，能够提升系统换热温度的匹配度、扩大工质的选择范围、实现不同工质组分的优势互补。加热系统1、做功系统2、热量交换系统3三个系统之间能够适用不同工质，使整个系统能效提高。

进一步的，本系统根据余热温度、使用地气候条件、循环流量等因素选择具体的循环工质。根据实际需求的发电容量配备本系统中所有部件以及连通它们的管道和附件。根据本系统中管路容积计算循环工质的充注量。

本系统的工作原理为：

做功系统2：中低温热源为蒸汽发生器21提供热量。有机工质从蒸汽发生器21的冷流体侧入口进入，在蒸汽发生器21中吸热后，从蒸汽发生器21的热流体侧出口流出，进入第七节流阀22中进行节流后，从分液器23的冷流体侧入口进入，在分液器23中进行气液分离，分离形成的饱和气体进入透平24中膨胀做功，变成乏汽后从透平24出口输出并进入混合器26中；分离形成的饱和液体进入第六节流阀25中进行节流后，进入混合器26中与乏汽混合，混合后的混合物从第一冷凝器27的热流体入口进入，在第一冷凝器27中放热形成过冷液体，并从第一冷凝器27的热流体出口流出，进入第二工质泵28中加压后，再从蒸汽发生器21的冷流体测入口进入，再次加热，形成做功循环。

热量交换系统3：蒸汽发生器21使用后的余热为热交换器31提供热量。蒸汽发生器21液相区的有机工质从热交换器31的冷流体侧入口进入，在热交换器31中吸收热量并蒸发汽化后，从热交换器31的热流体侧出口流出，进入喷射器32，进行压力恢复后变成混合气体，并从喷射器32的出口进入第二冷凝器33，在第二冷凝器33中放热形成过冷液体后，从第二冷凝器33的热流体出口流出，分为一次流和二次流两股流，一次流进入第三工质泵36进入，在第三工质泵36中加压后，从热交换器31的冷流体侧进口进入，再次热交换，形成热量交换循环。

加热系统1：中低温热源中的太阳能为太阳能集热器14提供热源，热交换器31中的液体流出至第一节流阀11中进行节流后，进入第一工质泵12加压，再进入第五节流阀13进行节流后，进入太阳能集热器14中吸热，并从太阳能集热器14的热流体出口流出，热量充足时，进入第二节流阀17中节流后，进入换热器18中吸热或放热，再进入第四节流阀19中节流，后从蒸汽发生器21入口进入，在蒸汽发生器21中放热后从蒸汽发生器21的出口流出至热交换器31中，在热交换器31中放热后从热交换器31的出口流出，形成加热循环；热量不足时进入第三节流阀15中节流，再进入加热器16中吸热，后进入换热器18中吸热或放热，进入第四节流阀19中节流，后从蒸汽发生器21入口进入，在蒸汽发生器21中放热后从蒸汽发生器21的出口流出至热交换器31中，在热交换器31中放热后从热交换器31的出口流出，形成加热循环。

在一较佳实施例中，蒸汽发生器21热流体侧出口处的压力为0.97MPa，110℃；透平24采用IT10螺杆式透平24，净输出功率为10Kw，压力为0.49MPa；热交换器31均采用管壳式热交换器31，第一工质泵12、第二工质泵28、第三工质泵36均采用高压屏蔽泵。

本文中应用了具体的实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种加热、做功、热量交换结合的热能利用系统，其特征在于，包括相互连通构成闭环的加热系统、做功系统、热量交换系统，做功系统包括蒸汽发生器，热量交换系统包括热交换器；热交换器的液相区、加热系统、蒸汽发生器的气相区、蒸汽发生器的液相区、热交换器的气相区依次连通形成闭环。

2.如权利要求1所述的加热、做功、热量交换结合的热能利用系统，其特征在于，所述加热系统包括依次连通的第一工质泵、太阳能集热器、换热器，第一工质泵与热交换器的液相区出口连通，换热器与蒸汽发生器的气相区入口连通。

3.如权利要求2所述的加热、做功、热量交换结合的热能利用系统，其特征在于，所述太阳能集热器与换热器之间还连通有加热器。

4.如权利要求3所述的加热、做功、热量交换结合的热能利用系统，其特征在于，所述加热系统还包括连通于热交换器与第一工质泵之间的第一节流阀、连通于太阳能集热器与换热器之间的第二节流阀、连通于太阳能集热器与加热器之间的第三节流阀、连通于换热器与蒸汽发生器之间的第四节流阀；太阳能集热器的出口分支，一支依次连通第三节流阀和加热器、另一支依次连通第二节流阀和换热器。

5.如权利要求2～4任一所述的加热、做功、热量交换结合的热能利用系统，其特征在于，所述加热系统还包括连通于第一工质泵与太阳能集热器之间的第五节流阀。

6.如权利要求1～4任一所述的加热、做功、热量交换结合的热能利用系统，其特征在于，所述做功系统还包括依次连通的第七节流阀、第一冷凝器、第二工质泵，第四节流阀与蒸汽发生器气相区出口连通，第二工质泵的出口连通蒸汽发生器的液相区入口。

7.如权利要求6所述的加热、做功、热量交换结合的热能利用系统，其特征在于，所述做功系统还包括与第七节流阀出口连通的分液器，分液器的气相区连通有透平、液相区连通有第六节流阀，透平和第六节流阀两者的出口连通有混合器，混合器的出口与第一冷凝器的入口连通。

8.如权利要求6所述的加热、做功、热量交换结合的热能利用系统，其特征在于，所述热量交换系统还包括与热交换器气相区出口连通的喷射器、连通喷射器出口的第二冷凝器，第二冷凝器分支，一支依次连通有膨胀阀、蒸发器、另一支连通有第三工质泵，蒸发器的出口连通喷射器的入口，第三工质泵的出口连通热交换器液相区的入口。