CN220979590U - 一种耦合斯特林发动机的余热orc发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种耦合斯特林发动机的余热ORC发电系统，包括余热排放管道，所述余热排放管道内部的输入端至输出端依次设置有用于向蒸发组件提供热量的第一换热组件、用于对斯特林发动机加热的第二换热组件，所述第一换热组件的输入端还设置有换热介质驱动组件，所述斯特林发动机用于向换热介质驱动组件提供动力，所述蒸发组件通过管道依次首尾连接有膨胀机、冷凝器、工质罐、工质泵，所述膨胀机的动力输出端连接有发电机。本实用新型通过第一换热组件用于向蒸发组件提供热量，第二换热组件用于对斯特林发动机加热，通过斯特林发动的工作从而带动换热介质驱动组件工作，使第一换热组件内部的换热介质产生流动，使剩余余热得到充分利用，降低低温余热资源的浪费。

Description

一种耦合斯特林发动机的余热ORC发电系统

技术领域

本实用新型属于ORC发电技术领域，尤其涉及一种耦合斯特林发动机的余热ORC发电系统。

背景技术

目前世界各国都非常重视能源的有效利用，一些发达国家能源利用率都在50%以上，美国的能源利用率已超过60%，而我国只有30%左右。我国能源利用率低的一个重要原因就是低温余热能源没有得到充分利用。低温热源泛指温度小于250°C但大于80°C的热源，包括工业过程废热、太阳能、海洋温差、地热等。在工业领域中，一般低温余热指的是200°C以下的工业生产过程产生的余热气、冷凝水、热水; 150°C以下的气体以及锅炉、工业加热炉的排烟气等热量。由于这部分余热其品位较低，回收系统初期投资大，回收期长，因此，在相当长的一段时间里低温余热资源都没有引起足够的重视。

低温余热发电是通过回收钢铁、水泥、石化等行业生产过程中余热排放管道排放的中低温废烟气、蒸汽、热水等所含的低品位热量来发电，是一项变废为宝的高效节能技术。由于低温余热发电大部分利用的是温度小于150°C的热源，此时传统的以水蒸汽为循环工质的发电系统由于产生的蒸汽压力低，导致发电效率较低，无法产生经济效益在低温余热发电中多采用有机工质(如R123、R245fa、R152a、氯乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷等 )作为循环工质。由于有机工质在较低的温度下就能气化产生较高的压力，推动涡轮机(膨胀机)做功，故有机工质循环发电系统可以在烟气温度200°C左右，水温在80°C左右实现有利用价值的发电。

现有的ORC余热发电装置中，大多仅仅通过集热结构实现与余热排放管道内部余热的一次热量交换，即使集热结构的热交换效率很高，也难以吸收余热排放管道内部的全部余热，导致剩余余热不能得到充分利用，一定程度上浪费了低温余热资源。

实用新型内容

针对现有技术不足，本实用新型的目的在于提供一种耦合斯特林发动机的余热ORC发电系统。

本实用新型提供如下技术方案：

一种耦合斯特林发动机的余热ORC发电系统，包括余热排放管道，所述余热排放管道内部的输入端至输出端依次设置有用于向蒸发组件提供热量的第一换热组件、用于对斯特林发动机加热的第二换热组件，所述第一换热组件的输入端还设置有换热介质驱动组件，所述斯特林发动机用于向换热介质驱动组件提供动力，所述蒸发组件通过管道依次首尾连接有膨胀机、冷凝器、工质罐、工质泵，所述膨胀机的动力输出端连接有发电机。

优选的，所述膨胀机为透平机。

优选的，所述工质罐内部装有有机工质。

优选的，所述有机工质为R123、R245fa、R152a、氯乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷中的一种。

优选的，所述第一换热组件包括U型吸热管，所述U型吸热管呈水平设置在所述余热排放管道内部，所述U型吸热管的内部设置有换热介质，所述U型吸热管的输入端设置有第一进液管，所述U型吸热管的输出端设置有第一出液管。

优选的，所述换热介质为水、导热油中的一种。

优选的，所述U型吸热管的外侧设置有集热翅，所述集热翅为环形集热翅，所述环形集热翅同轴设置在所述U型吸热管的外侧，所述集热翅设置有若干个，若干个所述集热翅沿所述U型吸热管的延伸方向等间隔均匀设置。

优选的，所述蒸发组件包括罐体，所述罐体的中部设置有蒸发管，所述蒸发管的外侧沿其长度方向设置有螺旋加热管。

优选的，所述换热介质驱动组件包括壳体，所述壳体的一侧面设置有进液口，所述壳体的另一侧面设置有出液口，所述第一出液管的另一端与所述螺旋加热管的输入端连通，所述螺旋加热管的输出端与所述进液口连通，所述出液口与所述第一进液管连通。

优选的，所述壳体的内部设置有驱动叶片，所述驱动叶片通过转轴、第一轴承、连接杆与所述壳体内壁连接，所述壳体的下侧面同轴第二轴承竖直设置有转动杆，所述转动杆的上端部通过第一传动副与所述转轴连接，所述转动杆的下端部通过第二传动副与所述斯特林发动机的输出轴连接。

优选的，所述第一传动副包括第一锥形齿轮和与第一锥形齿轮相适配的第二锥形齿轮，所述第一锥形齿轮同轴套接在所述转轴上，所述第二锥形齿轮同轴套接在所述转动杆上端部。

优选的，所述第二传动副包括第三锥形齿轮和与第三锥形齿轮相适配的第四锥形齿轮，所述第三锥形齿轮同轴套接在所述转动杆的下端部，所述第四形齿轮同轴套接在所述斯特林发动机的输出轴上。

优选的，所述第二换热组件包括导热片，所述导热片呈水平设置在所述余热排放管道内部，所述导热片的一端延伸至所述余热排放管道外侧且设置有导热槽，所述斯特林发动机的加热部位于所述导热槽内部。

优选的，所述导热片的外侧设置有第二集热翅，所述第二集热翅设置有若干个，若干个所述第二集热翅沿所述导热片的延伸方向等间隔均匀设置。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型一种耦合斯特林发动机的余热ORC发电系统，通过在余热排放管道内部的输入端至输出端依次设置第一换热组件第二换热组件，第一换热组件用于向蒸发组件提供热量，第二换热组件用于对斯特林发动机加热，通过斯特林发动的工作从而带动换热介质驱动组件工作，使第一换热组件内部的换热介质产生流动，使剩余余热得到充分利用，降低低温余热资源的浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的第一换热组件结构示意图。

图3为本实用新型的第二换热组件结构示意图。

图4为本实用新型的蒸发组件结构示意图。

图5为本实用新型的换热介质驱动组件结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-5所示，一种耦合斯特林发动机的余热ORC发电系统，包括余热排放管道1，所述余热排放管道1内部的输入端至输出端依次设置有用于向蒸发组件4提供热量的第一换热组件2、用于对斯特林发动机5加热的第二换热组件3，所述第一换热组件2的输入端还设置有换热介质驱动组件6，所述斯特林发动机5用于向换热介质驱动组件6提供动力，所述蒸发组件4通过管道依次首尾连接有膨胀机8、冷凝器9、工质罐10、工质泵11，所述膨胀机8的动力输出端连接有发电机12。通过在余热排放管道内部的输入端至输出端依次设置第一换热组件第二换热组件，第一换热组件用于向蒸发组件提供热量，第二换热组件用于对斯特林发动机加热，通过斯特林发动的工作从而带动换热介质驱动组件工作，使第一换热组件内部的换热介质产生流动，使剩余余热得到充分利用，降低低温余热资源的浪费。

所述工质罐内部装有有机工质。所述有机工质为R123、R245fa、R152a、氯乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷中的一种。

所述第一换热组件2包括U型吸热管21，所述U型吸热管21呈水平设置在所述余热排放管道1内部，所述U型吸热管21的内部设置有换热介质，所述U型吸热管21的输入端设置有第一进液管22，所述U型吸热管21的输出端设置有第一出液管23。通过在U型吸热管21内部填充换热介质，换热介质能够吸收U型吸热管21上的热量并传送至螺旋加热管43上，实现对罐体41内部有机工质的加热蒸发。

所述U型吸热管21的外侧设置有集热翅24，所述集热翅24为环形集热翅，所述环形集热翅同轴设置在所述U型吸热管21的外侧，所述集热翅24设置有若干个，若干个所述集热翅24沿所述U型吸热管21的延伸方向等间隔均匀设置。

所述蒸发组件4包括罐体41，所述罐体41的中部设置有蒸发管42，所述蒸发管42的外侧沿其长度方向设置有螺旋加热管43。蒸发管42受热对内部的有机工质进行加热并使其蒸发，气态有机工质经管道进入膨胀机，蒸汽进入膨胀机械膨胀做功，从而带动发电机。从膨胀机排出的蒸汽在冷凝器中凝结成液态，最后借助工质泵重新回到蒸发组件，如此不断地循环下去。

所述换热介质驱动组件6包括壳体61，所述壳体61的一侧面设置有进液口，所述壳体61的另一侧面设置有出液口，所述第一出液管23的另一端与所述螺旋加热管43的输入端连通，所述螺旋加热管43的输出端与所述进液口连通，所述出液口与所述第一进液管22连通。

所述壳体61的内部设置有驱动叶片62，所述驱动叶片62通过转轴63、第一轴承、连接杆与所述壳体61内壁连接，所述壳体61的下侧面同轴第二轴承竖直设置有转动杆64，所述转动杆64的上端部通过第一传动副65与所述转轴63连接，所述转动杆64的下端部通过第二传动副66与所述斯特林发动机5的输出轴连接。

所述第一传动副65包括第一锥形齿轮和与第一锥形齿轮相适配的第二锥形齿轮，所述第一锥形齿轮同轴套接在所述转轴63上，所述第二锥形齿轮同轴套接在所述转动杆64上端部。

所述第二传动副66包括第三锥形齿轮和与第三锥形齿轮相适配的第四锥形齿轮，所述第三锥形齿轮同轴套接在所述转动杆64的下端部，所述第四形齿轮同轴套接在所述斯特林发动机5的输出轴上。斯特林发动机5的工作能够带动转动杆转动，进而带动转轴、驱动叶片进行转动，使换热介质经进液口从出液口流出。

所述第二换热组件3包括导热片31，所述导热片31呈水平设置在所述余热排放管道1内部，所述导热片31的一端延伸至所述余热排放管道1外侧且设置有导热槽32，所述斯特林发动机5的加热部位于所述导热槽32内部。导热片31上的热量能够经导热槽32对斯特林发动机5的加热部51加热，使斯特林发动机5进行工作。

所述导热片31的外侧设置有第二集热翅33，所述第二集热翅33设置有若干个，若干个所述第二集热翅33沿所述导热片31的延伸方向等间隔均匀设置。

以上所述，仅为本实用新型的优选实施方式而已，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种耦合斯特林发动机的余热ORC发电系统，包括余热排放管道（1），其特征在于：所述余热排放管道（1）内部的输入端至输出端依次设置有用于向蒸发组件（4）提供热量的第一换热组件（2）、用于对斯特林发动机（5）加热的第二换热组件（3），所述第一换热组件（2）的输入端还设置有换热介质驱动组件（6），所述斯特林发动机（5）用于向换热介质驱动组件（6）提供动力，所述蒸发组件（4）通过管道依次首尾连接有膨胀机（8）、冷凝器（9）、工质罐（10）、工质泵（11），所述膨胀机（8）的动力输出端连接有发电机（12）。

2.根据权利要求1所述一种耦合斯特林发动机的余热ORC发电系统，其特征在于，所述第一换热组件（2）包括U型吸热管（21），所述U型吸热管（21）呈水平设置在所述余热排放管道（1）内部，所述U型吸热管（21）的内部设置有换热介质，所述U型吸热管（21）的输入端设置有第一进液管（22），所述U型吸热管（21）的输出端设置有第一出液管（23）。

3.根据权利要求2所述一种耦合斯特林发动机的余热ORC发电系统，其特征在于，所述蒸发组件（4）包括罐体（41），所述罐体（41）的中部设置有蒸发管（42），所述蒸发管（42）的外侧沿其长度方向设置有螺旋加热管（43）。

4.根据权利要求3所述一种耦合斯特林发动机的余热ORC发电系统，其特征在于，所述换热介质驱动组件（6）包括壳体（61），所述壳体（61）的一侧面设置有进液口，所述壳体（61）的另一侧面设置有出液口，所述第一出液管（23）的另一端与所述螺旋加热管（43）的输入端连通，所述螺旋加热管（43）的输出端与所述进液口连通，所述出液口与所述第一进液管（22）连通。

5.根据权利要求4所述一种耦合斯特林发动机的余热ORC发电系统，其特征在于，所述壳体（61）的内部设置有驱动叶片（62），所述驱动叶片（62）通过转轴（63）、第一轴承、连接杆与所述壳体（61）内壁连接，所述壳体（61）的下侧面同轴第二轴承竖直设置有转动杆（64），所述转动杆（64）的上端部通过第一传动副（65）与所述转轴（63）连接，所述转动杆（64）的下端部通过第二传动副（66）与所述斯特林发动机（5）的输出轴连接。

6.根据权利要求5所述一种耦合斯特林发动机的余热ORC发电系统，其特征在于，所述第二换热组件（3）包括导热片（31），所述导热片（31）呈水平设置在所述余热排放管道（1）内部，所述导热片（31）的一端延伸至所述余热排放管道（1）外侧且设置有导热槽（32），所述斯特林发动机（5）的加热部位于所述导热槽（32）内部。

7.根据权利要求2所述一种耦合斯特林发动机的余热ORC发电系统，其特征在于，所述U型吸热管（21）的外侧设置有集热翅（24），所述集热翅（24）为环形集热翅，所述环形集热翅同轴设置在所述U型吸热管（21）的外侧，所述集热翅（24）设置有若干个，若干个所述集热翅（24）沿所述U型吸热管（21）的延伸方向等间隔均匀设置。