[發明專利]利用有機工質無泵循環的發電裝置及方法

在審

• 申請號: 202010087252.8
• 申請日: 2020-02-11
• 公開（公告）號: CN111237022A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 畢勤成;趙金樂;霍福強;張濤
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10;H02K35/02;F22B3/04
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

一種利用有機工質無泵循環的發電裝置及方法，該裝置利用閃蒸噴射力與重力聯合驅動，關鍵部件為閃蒸噴射段、磁球運動段以及直線發電機，循環工質為低沸點有機工質。工質在閃蒸噴射段被加熱，下磁球起止回閥作用；工質受熱體積膨脹，推開上磁球，因壓力降低而閃蒸，閃蒸噴射力的動能驅動上磁球向上運動，使直線發電機繞組切割磁力線產生電流。工質隨后進入儲液罐氣液分離，蒸氣在冷卻回路冷凝為液態流回儲液罐，工質在重力作用下經下降管再次充滿閃蒸噴射段。與傳統有機朗肯循環(ORC)系統相比，本裝置中的閃蒸噴射段取代了ORC的增壓泵，磁球運動段取代了膨脹機，具有結構簡單、效率高、成本低的優點，可應用于中低溫余熱發電。

技術領域

本發明屬于中低溫熱源發電技術領域，特別涉及一種利用有機工質無泵循環的發電裝置及方法。

背景技術

熱能是國民經濟和人民生活中應用最廣泛的能量形式，近年來很多學者對各種中低溫熱能的利用做了大量研究。這種中低溫能源種類繁多，總量巨大，包括各種工業余熱、太陽能、地熱、生物質能、海洋溫差能和LNG冷能等。

目前針對地熱能、太陽能以及工業余熱等中低溫熱源利用方式主要包括有機朗肯循環、卡琳娜循環以及超臨界二氧化碳循環等幾大類。以上方式存在結構復雜，發電效率低以及經濟回收成本高的問題。因此研究使用閃蒸噴射力與重力聯合驅動的有機工質無泵循環發電裝置，將中低溫、特別是低溫熱能高效轉換為電能對能源的利用和發展具有重要的現實意義。

發明內容

為了避免傳統有機朗肯循環中增壓泵以及膨脹機的軸向密封難而產生的工質泄露問題，本發明的目的在于提供一種利用有機工質無泵循環的發電裝置及方法，具有結構簡單、成本低、易實施的優點，特別是無泵循環可保證低溫余熱高效轉換為電能。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種利用有機工質無泵循環的發電裝置，包括由閃蒸噴射段1、磁球運動段2、儲液罐3和下降段4依次連通形成的主回路以及由儲液罐3上部經由向下傾斜管道連接至翅片管10，翅片管10再由管道連接至儲液罐3形成的冷卻回路；所述閃蒸噴射段1下端布置有下噴嘴5與下磁球6形成止回閥，限制蒸氣只能向上運動；閃蒸噴射段1上端布置的上噴嘴7與上磁球8形成閃蒸噴嘴，使蒸氣驅動上磁球8向上運動，上磁球8的運動空間為磁球運動段2，閃蒸噴射段1與其外部的管道形成套管式換熱器，換熱器殼側為熱源11；磁球運動段2末端為錐形漸擴段9，磁球運動段2外部纏繞直線發電機繞組12，直線發電機繞組12與整流電路13相連，整流電路13連接負載14，上磁球8、磁球運動段2、直線發電機繞組12和整流電路13組成直線發電機。

所述主回路內的充灌低沸點有機工質。

所述下噴嘴5和上噴嘴7均為縮放型噴嘴。

所述下磁球6和上磁球8均為強磁耐高溫型釹鐵硼磁球。

所述下磁球6和上磁球8的直徑小于磁球運動段2的管道內徑。

所述翅片管10為矩形翅片管。

本發明一種利用有機工質無泵循環的發電裝置的發電方法：