CN215672571U - 一种基于有机朗肯循环太阳能发电系统 - Google Patents

Abstract

本申请为一种基于有机朗肯循环太阳能发电系统，属于低品味热能发电领域，包括热交换器，热交换器具有介质进口和介质出口、工质进口和工质出口，用于对介质和工质进行热交换；介质循环管路，介质循环管路连接于介质进口和介质出口之间，用于对介质加热；工质循环管路，包括第一循环管道和沿工质流向依次设置于第一循环管道的透平膨胀机、预热器和工质泵，第一循环管道连接于工质进口和工质出口之间，透平膨胀机还连接有发电机；通过在透平膨胀机后的第一循环管道上设置预热器，可以通过对从透平膨胀机而来的工质直接进行加热而不进行冷凝之后再加热，这样在工质进入热交换器时，工质所需吸收的热量会减少，降低热量的消耗，更加节能。

Description

一种基于有机朗肯循环太阳能发电系统

技术领域

本实用新型涉及中低品味热能发电领域，尤其涉及一种基于有机朗肯循环太阳能发电系统。

背景技术

有机朗肯循环(简称ORC)是一种常见的低温余热回收技术，可以有效的把低品位的余热转换为机械能或电力等高品位能源，在提高能源体用率的同时还能达到节能环保的目的。主要包括等熵压缩、等压冷凝、等熵膨胀、等压吸热四个过程。其工作原理主要是低温低压的工质通过工质泵被加压然后进入热交换器，工质在其中吸收热源热量后变成高温高压蒸汽。随后进入膨胀机膨胀对外做功，工质的一部分内能转为机械能，进而转变为电能。做功后的工质变成低压的蒸汽进入冷凝器，在释放部分热量后变成低温低压的液体重新进入泵中被加压，从而进入下一次循环。然而，做功后的工质变为低压蒸汽后，其虽然压力降低，但是还是具有一定的温度的，现有技术中，往往对做工后的工质进行冷凝变为液体工质，然而，在冷凝的过程中，此部分的热量(内能)被白白浪费掉，而将工质冷凝成液态之后再吸收热源变为高温、高压的蒸汽时，其所需要吸收的热量增多，这显然有悖于目前对能源利用的节能的要求。

实用新型内容

本申请是为了解决目前在有机朗肯太阳能发电领域，工质做功后要将从膨胀机出来的工质进行冷凝为液体，然而，事实上，从膨胀机出来的工质还具有较高的温度，而直接将其冷凝未免造成内能的损失的问题；同时，如果直接对从膨胀机出来的工质直接冷凝，那么冷凝后的工质再次吸收热源变为高温、高压的蒸汽时，就需要吸收更多的热量，不利于整个系统更加节能，本申请设计一种基于有机朗肯循环太阳能发电系统，其具体采用的技术方案为：

一种基于有机朗肯循环太阳能发电系统，包括：

热交换器，热交换器具有介质进口和介质出口、工质进口和工质出口，用于对介质和工质进行热交换；

介质循环管路，介质循环管路连接于介质进口和介质出口之间，用于对介质加热；

工质循环管路，包括第一循环管道和沿工质流向依次设置于第一循环管道的透平膨胀机、预热器和工质泵，第一循环管道连接于工质进口和工质出口之间，透平膨胀机还连接有发电机。

优选的，介质循环管路包括：

第二循环管道；

太阳能集热器，太阳能集热器设置于第二循环管道；

介质泵，介质泵设置于太阳能集热器与介质出口之间的第二循环管道上。

优选的，上述介质为导热油。

优选的，上述工质为正戊烷。

优选的，工质循环管路还包括：

支管道，支管道一端连接于预热器与工质进口之间的第一循环管道，另一端与工质进口连接；

过热器，过热器设置于支管道，过热器与预热器之间的支管道上设有第一截止阀，支管道在第一循环管道的连接位置与工质进口之间对应的第一循环管道上设有第二截止阀。

优选的，预热器与过热器之间的对应第一循环管道上设有第一温度表。

优选的，第一温度表与过热器之间的对应第一循环管道上设有第一压力表，或第一温度表与预热器之间的对应第一循环管道上设有第一压力表。

优选的，透平膨胀机与热交换器之间还设有控制阀，控制阀与热交换器之间对应的第一循环管道与透平膨胀机与预热器之间对应的第一循环管道之间连接有旁管道，旁管道设有第三截止阀和冷凝器，透平膨胀机与热交换器之间对应的第一循环管道上还设有第二温度表和第二压力表。

优选的，太阳能集热器包括集光板和集热管，集光板安装于集热管的上侧，集光板具有折射面，使得光线经由集光板折射于集热管。

本实用新型采用上述技术方案，取得的技术效果如下：

1.通过在透平膨胀机后的第一循环管道上设置预热器，可以通过对从透平膨胀机而来的工质直接进行加热而不进行冷凝之后再加热，这样在工质进入热交换器时，工质所需吸收的热量会减少，降低热量的消耗。

2.工质不进行冷凝并且通过预热器再次对其加热直接进入热交换器内，这样消耗的热量不仅少，而且太阳能集热器的光照强度对时段不同而不同，当在光照强度较弱的时段下，此时的介质可能温度较低，而由于进入热交换器的工质本身具有一定温度，所以，光照强度在较弱时也可以满足工质温度的需要，这样发电便基本不会受到影响。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为太阳能集热器的结构示意图；

图3为集光板的结构示意图；

图4为图3中I处的放大图；

图5为图3中II处的放大图。

图中，1、介质循环管路，101、介质泵，102、第二循环管道，103、太阳能集热器，103a、集热管，103b、集光板，103c、折射面，2、热交换器，3、工质循环管路，301、第二温度表，302、第二压力表，303、控制阀，304、透平膨胀机，305、发电机，306、第三截止阀，307、旁管道，308、冷凝器，309、预热器，310、工质泵，311、第一温度表，312、第一压力表，313、第一截止阀，314、支管道，315、过热器，316、第二截止阀，317、第一循环管道。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式并结合附图，对本实用新型进行详细阐述。

另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本申请为一种基于有机朗肯循环太阳能发电系统，其主要包括热交换器2、介质循环管路1和工质循环管路3。

其中，上述热交换器2为管壳式热交换器2，其结构为成熟的现有技术，热交换器2具有介质进口和介质出口、工质进口和工质出口，介质和工质在热交换器2内换热，液体工质在热交换器2进行热交换后变成高温、高压的蒸汽。

介质循环管路1连接在介质进口和介质出口之间，其内部主要盛装热源所加热的介质，介质子在介质循环管路1上实现被加热，同时被换热后温度又降低的过程，加热后的介质在热交换器2内与工质进行热交换，由此介质温度降低，实现介质的循坏作用。

工质循环管路3，其内部盛装有工质，工质主要是起到做功发电的目的，工质循环管路3包括第一循环管道317和沿工质流向依次设置在第一循环管道317上的透平膨胀机304、预热器309和工质泵310，该工质泵采用螺杆泵，第一循环管道317连接在工质进口和工质出口之间，同时透平膨胀机304还连接有发电机305。

工质在工质循环管路3内实现在热换热器处升温、升压后并在透平膨胀机304处做功，透平膨胀机304触动发电机305发电，而工质在做功后变为低压蒸汽，虽然压力降低，但是做功后的工质在还是具有一定温度的，而预热器309能够将做功后的工质再次加热并通过工质泵310输入至热交换器2内，在进入热交换器2的工质已经具有一定的温度，因此，当进入热交换吸热时，工质所需吸收的热量会减少，因此，在光照强度较弱的时段，仍然能够满足产生工质产生蒸汽的要求，而不影响发电。

进一步的，对于上述的介质循环管路1的结构，具体的包括第二循环管道102、太阳能集热器103和介质泵101。第二循环管道102一端与介质进口连接，另一端与介质出口连接，太阳能集热器103设置在第二循环管道102上，上述介质泵101设置在第二循环管道102上，介质泵101作为介质循环的动力，将加热后的介质输入至热交换器2内，然后再将热交换器2交换后的较低温的介质再通过介质泵101输入至太阳能集热器103，再次对介质加热。

进一步的，上述介质为导热油，导热油的温度加热时能够达到250°左右，所以利用导热油加热工质，可以将工质快速转变为高压、高温的蒸汽，进而发电。

进一步的，基于上述实施例，上述工质为正戊烷，正戊烷可以利用温度相对较高的热源，正好可以匹配上述的导热油的温度，使得系统发电得到较高的效率。

进一步的，对于上述工质循环管路3还包括支管道314和过热器315，这里的支管道314一端连接在预热器309与工质进口之间的第一循环管道317上，另一端与工质进口连接。支管道314上设有过热器315，过热器315与预热器309之间的支管道314上设有第一截止阀313，支管道314在第一循环管道317的连接位置与工质进口之间对应的第一循环管道317上设有第二截止阀316。如此，热交换器2、透平膨胀机304、介质泵101、预热器309、过热器315所形成一条串联管路，当太阳能集热器103所对介质加热的热源温度较低时，可以在预热器309较热一定温度后，工质再次进入过热器315进行再加热，这便可满足较低热源下余热的利用。另外，热交换器2、透平膨胀机304、介质泵101、预热器309形成一条串联管路，当太阳能集热器103所对介质的加热温度较高时，可以在预热器309中加热一定温度后直接进入热交换器2换热，这便可以满足较高热源下余热的利用。通过预热器309和过热器315可以根据热源强度的不同实现余热梯级利用。

进一步的，为了可以量化第一循环管道317上从透平膨胀机304出来工质的温度大小，在预热器309与过热器315之间的对应第一循环管道317上设有第一温度表311，第一温度表311可以检测并显示从预热器309而来的工质的温度，从而以此来判断是否需要开启第一截止阀313、关闭第二截止阀316，以此来满足太阳能集热器103对介质所能加热的温度较低时的需要，实现即使在太阳能集热器103对介质加热温度较低时也能够实现余热的利用。

进一步的，在第一温度表311与过热器315之间的对应第一循环管道317上设有第一压力表312，压力表用于检测和显示从预热器309来的工质加热后的压力。

可替换的，上述第一压力表312也可以设置在第一温度表311与预热器309之间的对应第一循环管道317上。

进一步的，透平膨胀机304与热交换器2之间还设有控制阀303，该控制阀303用于控制整个第一循环管道317的通断。而控制阀303与热交换器2之间对应的第一循环管道317与透平膨胀机304与预热器309之间对应的第一循环管道317之间连接有旁管道307，旁管道307设有第三截止阀306和冷凝器308，第三截止阀306用于控制该旁管道307的通断。在透平膨胀机304与热交换器2之间对应的第一循环管道317上还设有第二温度表301和第二压力表302，第二温度表301和第二压力表302检测从热交换器2而来的工质温度。如果温度过高、压力过大，为避免透平膨胀机304不受损坏，第三截止阀306打开，控制阀303关闭，从热交换器2而来的工质直接进入冷凝器308对工质降温，这时，工质在进入预热器309后，可以通过关闭第一截止阀313，使得工质不经过过热器315，直接进入热交换器2，此时便可以避免工质的温度过高、压力过大的问题。

进一步的，在一个实施例中，如图2-5所示的，上述太阳能集热器包括集光板103b和集热管103a，集光板103b安装于集热管103a的上侧，集光板103b具有折射面103c，使得光线经由集光板103b折射于集热管103a。上述集热管103a与与现有的太阳能热水器的玻璃真空管的结构相近似，只不过区别在于，太阳能热水器的玻璃真空管内部的加热介质是水，而本申请中的加热介质是导热油。同时，在集热管103a的上侧设置一个集光板103b，而上述集光板103b则与菲涅尔透镜结构相似，集光板103b上的折射面103c可将集光板103b一侧的光线折射引导至集热管103a，能更大程度的收集光线，聚焦的太阳光温度高，加快对集热管103a的加热速度，提高集热效率，将导热油快速升温，使得较少的集热管103a就能满足使用需要，减少了单位集热面积使用集热管103a的数量。导热油快速升温之后就可以与工质在热交换器2发生频繁的换热，换热次数的增加也就增加了工质对透平膨胀机304的做功次数，进而提高发电量。

上述具体实施方式不能作为对本实用新型保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本实用新型实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本实用新型的保护范围内。

本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种基于有机朗肯循环太阳能发电系统，其特征在于，包括：

热交换器，所述热交换器具有介质进口和介质出口、工质进口和工质出口，用于对介质和工质进行热交换；

介质循环管路，所述介质循环管路连接于所述介质进口和所述介质出口之间，用于对介质加热；

工质循环管路，包括第一循环管道和沿工质流向依次设置于所述第一循环管道的透平膨胀机、预热器和工质泵，所述第一循环管道连接于所述工质进口和所述工质出口之间，所述透平膨胀机还连接有发电机。

2.根据权利要求1所述的一种基于有机朗肯循环太阳能发电系统，其特征在于，所述介质循环管路包括：

第二循环管道；

太阳能集热器，所述太阳能集热器设置于所述第二循环管道；

介质泵，所述介质泵设置于所述太阳能集热器与所述介质出口之间的所述第二循环管道上。

3.根据权利要求2所述的一种基于有机朗肯循环太阳能发电系统，其特征在于，介质为导热油。

4.根据权利要求3所述的一种基于有机朗肯循环太阳能发电系统，其特征在于，工质为正戊烷。

5.根据权利要求1所述的一种基于有机朗肯循环太阳能发电系统，其特征在于，所述工质循环管路还包括：

支管道，所述支管道一端连接于所述预热器与所述工质进口之间的所述第一循环管道，另一端与所述工质进口连接；

过热器，所述过热器设置于所述支管道，所述过热器与所述预热器之间的所述支管道上设有第一截止阀，所述支管道在所述第一循环管道的连接位置与所述工质进口之间对应的所述第一循环管道上设有第二截止阀。

6.根据权利要求5所述的一种基于有机朗肯循环太阳能发电系统，其特征在于，所述预热器与所述过热器之间的对应所述第一循环管道上设有第一温度表。

7.根据权利要求6所述的一种基于有机朗肯循环太阳能发电系统，其特征在于，所述第一温度表与所述过热器之间的对应所述第一循环管道上设有第一压力表，或所述第一温度表与所述预热器之间的对应所述第一循环管道上设有第一压力表。

8.根据权利要求5所述的一种基于有机朗肯循环太阳能发电系统，其特征在于，所述透平膨胀机与所述热交换器之间还设有控制阀，所述控制阀与所述热交换器之间对应的所述第一循环管道与所述透平膨胀机与所述预热器之间对应的所述第一循环管道之间连接有旁管道，所述旁管道设有第三截止阀和冷凝器，所述透平膨胀机与所述热交换器之间对应的所述第一循环管道上还设有第二温度表和第二压力表。

9.根据权利要求2所述的一种基于有机朗肯循环太阳能发电系统，其特征在于，所述太阳能集热器包括集光板和集热管，所述集光板安装于所述集热管的上侧，所述集光板具有折射面，使得光线经由所述集光板折射于所述集热管。

Images