[實用新型]一種集成熱泵和發電功能的新型熱能利用系統

有效

• 申請號: 201720558595.1
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN207018041U
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 張于峰;賀中祿;吳璋翔;鄧娜;董勝明;張彥;于曉慧
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F01K25/08
• 分類號: F01K25/08;F01D15/10;F25B41/06;F25B30/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 杜文茹

技術領域

本實用新型涉及一種熱能利用裝置。特別是涉及一種集成熱泵和發電功能的新型熱能利用系統。

背景技術

熱泵技術和低溫余熱發電技術作為兩項獨立的熱能回收利用技術，在環境問題日益嚴峻和節能減排政策驅動下，逐漸在市場普及并產生的可觀的環境和經濟效益。這兩項技術對低溫熱的要求不同：低溫余熱發電對熱源溫度要求為60-150℃；熱泵根據不同的能質提升區間,其可利用的低溫熱源的溫區為10-80℃。在目前的技術條件下，熱泵機組和余熱發電機組是兩套獨立且只有單一功能的設備，因此，當低溫熱源達不到設備運行的條件時，系統無法運行，造成熱能的回收利用率降低。同時，根據實際應用中的不同生產工藝，對熱源的利用可能是不連續的，單一功能的技術會無法滿足用戶的多樣化需求。

發明內容

本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種可以實現壓縮式熱泵和有機朗肯循環(ORC)發電兩種運行模式及功能的集成熱泵和發電功能的新型熱能利用系統。

本實用新型所采用的技術方案是：一種集成熱泵和發電功能的新型熱能利用系統，包括的冷凝器、蒸發器、電子膨脹閥和工質泵，還設置有壓縮膨脹一體機，以及與所述的壓縮膨脹一體機、冷凝器、蒸發器、電子膨脹閥和工質泵相連的由構成熱泵模式的熱泵循環管路和構成有機朗肯循環發電模式的有機朗肯工質循環管路組成的循環管路，所述的循環管路中設置有用于選擇熱泵模式或有機朗肯循環發電模式的控制閥門，其中，在熱泵模式下，所述的壓縮膨脹一體機、冷凝器、電子膨脹閥和蒸發器依次通過熱泵循環管路相連接構成熱泵循環回路，在有機朗肯循環發電模式下所述的壓縮膨脹一體機、冷凝器、工質泵和蒸發器依次通過有機朗肯工質循環管路相連接構成有機朗肯循環發電模循環回路，所述的蒸發器的熱交換管路采用低溫熱源循環。

所述的熱泵循環回路是由：壓縮膨脹一體機、連接在壓縮膨脹一體機高壓端口的第一共用管路、第一熱泵管路、第三共用管路、冷凝器內的工質管、第四共用管路、第二熱泵管路、設置在第二熱泵管路上的電子膨脹閥、第五共用管路、蒸發器內的工質管、第六共用管路、第三熱泵管路、以及連接在壓縮膨脹一體機低壓端口的第二共用管路依次串聯連接構成，所述的第一熱泵管路上設置有第三控制閥門，所述的第二熱泵管路上設置有第五控制閥門，所述的第三熱泵管路上設置有第二控制閥門，連接冷凝器的第一熱交換管路采用高溫熱源循環，并且在連接冷凝器的高溫熱源入口側的第一熱交換管路上設置有第十控制閥門，在連接冷凝器的高溫熱源出口側的第一熱交換管路上設置有第七控制閥門。

所述的有機朗肯循環發電模循環回路是由：壓縮膨脹一體機、連接在壓縮膨脹一體機低壓端口的第二共用管路、第一有機朗肯工質循環管路、第三共用管路、冷凝器內的工質管、第四共用管路、第二有機朗肯工質循環管路、設置在第二有機朗肯工質管路上的工質泵、第五共用管路、蒸發器內的工質管、第六共用管路、第三有機朗肯工質循環管路、以及連接在壓縮膨脹一體機高壓端口的第一共用管路依次串聯連接構成，所述的第一有機朗肯工質循環管路上設置有第四控制閥門，所述的第二有機朗肯工質循環管路上設置有第六控制閥門，所述的第三有機朗肯工質循環管路上設置有第一控制閥門，連接冷凝器的第二熱交換通路采用冷卻水循環，并且在連接冷凝器的冷卻水入口側的第二熱交換通路上設置有第九控制閥門，在連接冷凝器的冷卻水出口側的第二熱交換通路上設置有第八控制閥門。

所述的壓縮膨脹一體機是由壓縮膨脹機和連接在所述壓縮膨脹機輸出端的雙功能永磁電機構成，其中，壓縮膨脹機為渦旋式壓縮膨脹機或雙螺桿式壓縮膨脹機或單螺桿式壓縮膨脹機，所述壓縮膨脹機的高壓端和低壓端構成壓縮膨脹一體機的高壓端和低壓端，在熱泵模式下，所述的雙功能永磁電機以電動機模式運行，驅動壓縮膨脹機以壓縮模式運行，在有機朗肯循環發電模式下，所述的壓縮膨脹機以膨脹模式運行，驅動雙功能永磁電機發電。

所述的壓縮膨脹一體機是由永磁渦旋式壓縮機構成，其中，所述永磁渦旋式壓縮機的供油方式采用離心式供油機構，并且所述永磁渦旋式壓縮機高壓端為雙向循環通道，所述永磁渦旋式壓縮機的高壓端和低壓端構成壓縮膨脹一體機的高壓端和低壓端。

所述的冷凝器和蒸發器采用板式換熱器或管殼式換熱器或套管式換熱器。

所述的工質泵采用多級離心泵或螺桿泵或葉片泵。

系統循環工質為低沸點有機工質。