[發明專利]替代混合工質的疊合有機朗肯循環及其調節方法

在審

• 申請號: 202010300661.1
• 申請日: 2020-04-16
• 公開（公告）號: CN111441836A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 李新國;高冠怡
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F01K23/00
• 分類號: F01K23/00;F01K25/08;F01K25/10;F01K25/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程小艷

本發明公開一種替代混合工質的疊合有機朗肯循環及其調節方法，以提高循環對外界熱源與冷源的調節性、適應性和提高系統的發電能力。如雙工質的疊合有機朗肯循環，系統具體連接與工作流程為：蒸發器、膨脹機A、冷凝器、工質泵A串接構成有機朗肯循環??循環1。蒸發器、膨脹機B、冷凝器、工質泵B構成另一有機朗肯循環??循環2。循環1與循環2采用臨界溫度不同的工質。不同于混合工質有機朗肯循環，疊合循環中各循環及工質彼此獨立，其運行工況(蒸發器溫度、冷凝溫度與循環流量)可以獨立調節，以提高循環的調節性和對外界熱源/冷源的傳熱匹配性及適應性，和提高循環的性能(加熱量和熱效率)。

技術領域

本發明屬于中低溫熱源發電技術領域，具體涉及一種替代混合工質的疊合有機朗肯循環及其調節方法，由臨界溫度不同的工質有機朗肯循環疊加構成疊合循環，以代替混合工質有機朗肯循環，以提高循環的發電能力和對外界熱源與冷源的適應性。

背景技術

在中低溫熱能的利用與轉換中，有機朗肯循環是一種有效的技術措施。現有的中低溫熱能資源主要是有限熱源，即隨著熱能的利用，其溫度會逐步降低；而循環工質的吸熱過程存在單相(液相)向兩相(氣-液)的變化，與熱源的單相變化存在很大的傳熱不匹配，造成循環的熱效率低和較高的有效能損失。目前有采取雙級循環方式，但這類循環構型大多采取了熱源的梯級加熱方式，先后加熱高溫循環與低溫循環，這種方式雖然提高了循環的加熱量，提高了做功能力，但循環的熱效率降低了。因此，在提高循環加熱量同時，不降低循環的熱效率、甚至提高熱效率有很高的意義和應用價值。非共沸混合工質的兩相區具有溫度滑移特征，可以改善和增大傳熱過程中的傳熱匹配性，但其有傳熱系數低、工質泄露等相關問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中常規有機朗肯循環與混合工質有機朗肯循環的不足，提出一種替代混合工質的疊合有機朗肯循環及其調節方法，由臨界溫度不同的工質有機朗肯循環疊加構成疊合循環。不同于混合工質有機朗肯循環，疊合循環中各循環及工質彼此獨立，其運行工況(蒸發器溫度、冷凝溫度與循環流量)可以獨立調節，以提高循環與熱源/冷源的傳熱匹配性，提高循環性能(加熱量和熱效率)，和提高循環對外界熱源與冷源的適應性。

為實現上述目的，本發明具體提出的技術方案是替代混合工質的疊合有機朗肯循環，系統具體連接方法為：

由蒸發器、膨脹機A、冷凝器、工質泵A構成循環回路1(循環1)；

由蒸發器、膨脹機B、冷凝器、工質泵B構成循環回路2(循環2)。

本發明的第二個技術方案是替代混合工質的疊合有機朗肯循環的調節方法，包括如下步驟：

1)循環1：冷凝器出口的飽和液態工質經由工質泵A加壓到蒸發壓力，然后進入蒸發器被加熱到飽和氣體狀態，工質進入膨脹機A做功帶動發電機發電，膨脹機A出口的乏汽進入冷凝器冷凝后進入工質泵A，形成循環回路1。

2)循環2：冷凝器出口的飽和液態工質經由工質泵B加壓到蒸發壓力，然后進入蒸發器被加熱到飽和氣體狀態，進入膨脹機B做功帶動發電機發電，膨脹機B出口的乏汽進入冷凝器冷凝后進入工質泵B，形成循環回路2。

3)疊合循環的各循環及工質彼此獨立，其運行工況(蒸發器溫度、冷凝溫度與循環流量)可以獨立調節，以提高循環與熱源/冷源的傳熱匹配性，提高循環性能(加熱量和熱效率)，和提高循環對外界熱源與冷源的適應性。

本發明的有益效果是：本發明提出采用疊合有機朗肯循環，代替非共沸混合工質有機朗肯循環，以提高循環與熱源/冷源的傳熱匹配性，提高循環性能(加熱量和熱效率)，和提高循環對外界熱源與冷源的適應性。