波动热源余热利用有机朗肯循环系统技术方案

本发明专利技术提供了一种波动热源余热利用有机朗肯循环系统，其包括换热器、热源流体输送管路、有机工质储液罐、有机工质循环泵、有机工质输送管路、膨胀机、发电机以及冷凝器。正常工作状态下，有机工质从有机工质储液罐中流出、经有机工质循环泵加压后经由有机工质输送管路进入换热器，同时波动热源流体经由热源流体输送管路进入换热器；在换热器中，热源流体与储热介质进行热交换，同时储热介质又与有机工质进行热交换，有机工质吸热升温并蒸发为气态有机工质；气态有机工质进入膨胀机内、驱动膨胀机做功从而驱动发电机输出电能；气态有机工质在驱动膨胀机做功后变为乏气进入冷凝器并冷却成液态有机工质，冷却成液态的有机工质输送到有机工质储液罐存储。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及余热利用有机朗肯循环系统，尤其涉及一种波动热源余热利用有机朗肯循环系统。
技术介绍
有机朗肯循环余热利用技术是一种高效的节能技术，通过有机朗肯循环对余热进行回收可以提高原动力系统总能利用效率、提高输出功率。而在一些余热热源波动的场合，如车用内燃机、航空内燃机等，热源的流量、温度随原能源利用系统工况变化有很明显的波动，这会影响有机朗肯循环系统的性能，甚至损坏部件。热源温度或流量波动时，若采用传统的有机朗肯循环系统对其进行能量回收，会使得在有机朗肯循环膨胀机入口前的有机工质热力学状态波动剧烈，这可能导致有机工质进入不饱和状态区，影响涡轮型膨胀机正常运行、缩短涡轮型膨胀机的寿命，也可能导致有机工质温度过高而发生不可逆的化学反应。现有的余热利用有机朗肯循环系统应对余热热源波动的措施是采用合适的主动控制策略，通过控制有机朗肯循环中工质栗与膨胀机的转速以及关键阀门的开度进行调节，使系统始终运行在安全工况、高效工况。这是一种从主动控制角度提出的解决办法，并没有针对热源特性改变有机朗肯循环余热利用系统工况适应能力差的特性，所以仍然会引起有机朗肯循环工况的大幅波动，这对换热器设计与膨胀机的全工况设计提出了很高要求，同时对控制算法也提出很高的要求。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种波动热源余热利用有机朗肯循环系统，其能改善系统本身对复杂工况的适应能力，进而使系统平稳运行，降低控制难度，提高系统性能。本专利技术的另一目的在于提供一种波动热源余热利用有机朗肯循环系统，其对换热器与膨胀机的设计无过高的要求。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种波动热源余热利用有机朗肯循环系统，其包括:换热器，内设置有储热介质，具有热源流体入口、热源流体出口、有机工质入口以及有机工质出口 ；热源流体输送管路，连通热源流体输出端口和换热器的热源流体入口 ；有机工质储液罐，用于盛放液态有机工质；有机工质循环栗，一端连通于有机工质储液罐；有机工质输送管路，一端连通于有机工质循环栗而另一端连通于换热器的有机工质入口 ；膨胀机，具有连通于换热器的有机工质出口的输入端以及输出端；发电机，连接于膨胀机，并连通外部的供电或储能装置；以及冷凝器，一端连通于膨胀机的输出端而另一端连通于有机工质储液罐。其中，正常工作状态下，有机工质储液罐、有机工质循环栗、换热器的有机工质入口、换热器、换热器的有机工质出口、膨胀机以及冷凝器形成有机朗肯循环回路；有机工质从有机工质储液罐中流出、经有机工质循环栗加压后经由有机工质输送管路以及换热器的有机工质入口进入换热器中，同时从热源流体输出端口排出的热源流体经由热源流体输送管路以及热源流体入口进入换热器中；在换热器中，热源流体与储热介质进行热交换，热源流体放热降温，储热介质吸收热源流体放出的热，同时储热介质又与有机工质进行热交换，储热介质将所吸收的热放出给有机工质，有机工质吸热升温并蒸发为气态有机工质；随后气态有机工质经由换热器的有机工质出口以及膨胀机的输入端进入膨胀机内、驱动膨胀机做功从而驱动发电机向外部供电装置或储能装置输出电能；气态有机工质在驱动膨胀机做功后变为乏气进入冷凝器并冷却成液态有机工质、冷却成液态有机工质输送到有机工质储液罐存储。本专利技术的有益效果如下:在根据本专利技术所述的波动热源余热利用有机朗肯循环系统中，由于换热器内设置有储热介质，在换热器中同时进行热源流体与储热介质的热交换、储热介质与有机工质的热交换，这相当于增加了中间储热层，由此用间接热交换替代
技术介绍
中的直接热交换，利用储热介质的储热特性，即使波动热源的工况产生大的波动，储热介质的储热建立了热源流体与有机工质之间的隔离和缓冲，使得有机工质的换热波动大大减低，从而使得有机朗肯循环回路工作相对稳定，有效改善波动热源余热利用有机朗肯循环系统本身对波动热源的适应能力，进而使波动热源余热利用有机朗肯循环系统平稳运行、降低控制难度、提高系统性能，进而对换热器与膨胀机的全工况设计无过高的要求；此外由于储热介质只是作为中间过渡，所以有机工质最终间接吸收的热源流体总热量始终保持相对恒定。【附图说明】图1是根据本专利技术的波动热源余热利用有机朗肯循环系统的示意图。其中，附图标记说明如下:E波动热源4有机工质循环栗El热源流体输出端口5有机工质输送管路I换热器6膨胀机12A热源流体入口61输入端12B热源流体出口62输出端13A有机工质入口7发电机13B有机工质出口8冷凝器2热源流体输送管路81风机3有机工质储液罐9安全阀【具体实施方式】下面参照附图来详细说明根据本专利技术的波动热源余热利用有机朗肯循环系统。参照图1，根据本专利技术的波动热源余热利用有机朗肯循环系统，包括换热器1、热源流体输送管路2、有机工质储液罐3、有机工质循环栗4、有机工质输送管路5、膨胀机6、发电机7以及冷凝器8。换热器I内设置有储热介质11，具有热源流体入口 12A、热源流体出口 12B、有机工质入口 13A以及有机工质出口 13B。热源流体输送管路2连通波动热源E的热源流体输出端口 El和换热器I的热源流体入口 12A。有机工质储液罐3用于盛放液态有机工质。有机工质循环栗4的一端连通于有机工质储液罐3。有机工质输送管路5的一端连通于有机工质循环栗4而另一端连通于换热器I的有机工质入口 13A。膨胀机6具有:输入端61，连通于换热器I的有机工质出口 13B ;以及输出端62。发电机7连接于膨胀机6，并连通外部的供电或储能装置。冷凝器8的一端连通于膨胀机6的输出端62而另一端连通于有机工质储液罐3。其中，正常工作状态下，有机工质储液罐3、有机工质循环栗4、换热器I的有机工质入口 13A、换热器1、换热器I的有机工质出口 13B、膨胀机6以及冷凝器8形成有机朗肯循环回路；有机工质从有机工质储液罐3中流出、经有机工质循环栗4加压后经由有机工质输送管路5以及换热器I的有机工质入口 13A进入换热器I中，从波动热源E的热源流体输出端口 El输出的热源流体经由热源流体输送管路2以及热源流体入口 12A进入换热器I中；在换热器I中，热源流体与储热介质11进行热交换，热源流体放热降温，储热介质11吸收热源流体放出的热，同时储热介质11又与有机工质进行热交换，储热介质11将所吸收的热放出给有机工质，有机工质吸热升温并蒸发为气态有机工质；随后气态有机工质经由换热器I的有机工质出口 13B以及膨胀机6的输入端61进入膨胀机6内、驱动膨胀机6做功从而驱动发电机7向外部供电装置或储能装置输出电能；气态有机工质在驱动膨胀机6做功后变为乏气进入冷凝器8并冷却成液态有机工质、冷却成液态有机工质输送到有机工质储液罐3存储。在根据本专利技术所述的波动热源余热利用有机朗肯循环系统中，由于换热器I内设置有储热介质11，在换热器I中同时进行热源流体与储热介质11的热交换、储热介质11与有机工质的热交换，这相当于增加了中间储热层，由此用间接热交换替代
技术介绍
中的直接热交换，利用储热介质11的储热特性，即使波动热源的工况产生大的波动，储热介质11的储热建立了热源流体与有机工质之间的隔离和缓冲，使得有机工质的换热波动大大减低，从而使得波动热源余热利用有机朗肯循环回路工作相对稳定，有效改善波动热源余热利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波动热源余热利用有机朗肯循环系统，其特征在于，包括：换热器(1)，内设置有储热介质(11)，具有热源流体入口(12A)、热源流体出口(12B)、有机工质入口(13A)以及有机工质出口(13B)；热源流体输送管路(2)，连通波动热源(E)的热源流体输出端口(E1)和换热器(1)的热源流体入口(12A)；有机工质储液罐(3)，用于盛放液态有机工质；有机工质循环泵(4)，一端连通于有机工质储液罐(3)；有机工质输送管路(5)，一端连通于有机工质循环泵(4)而另一端连通于换热器(1)的有机工质入口(13A)；膨胀机(6)，具有：输入端(61)，连通于换热器(1)的有机工质出口(13B)；以及输出端(62)；发电机(7)，连接于膨胀机(6)，并连通外部的供电或储能装置；以及冷凝器(8)，一端连通于膨胀机(6)的输出端(62)而另一端连通于有机工质储液罐(3)；其中，正常工作状态下，有机工质储液罐(3)、有机工质循环泵(4)、换热器(1)的有机工质入口(13A)、换热器(1)、换热器(1)的有机工质出口(13B)、膨胀机(6)以及冷凝器(8)形成有机朗肯循环回路；有机工质从有机工质储液罐(3)中流出、经有机工质循环泵(4)加压后经由有机工质输送管路(5)以及换热器(1)的有机工质入口(13A)进入换热器(1)中，从波动热源(E)的热源流体输出端口(E1)排出的热源流体经由热源流体输送管路(2)以及热源流体入口(12A)进入换热器(1)中；在换热器(1)中，热源流体与储热介质(11)进行热交换，热源流体放热降温，储热介质(11)吸收热源流体放出的热，同时储热介质(11)又与有机工质进行热交换，储热介质(11)将所吸收的热放出给有机工质，有机工质吸热升温并蒸发为气态有机工质；随后气态有机工质经由换热器(1)的有机工质出口(13B)以及膨胀机(6)的输入端(61)进入膨胀机(6)内、驱动膨胀机(6)做功从而驱动发电机(7)向外部供电装置或储能装置输出电能；气态有机工质在驱动膨胀机(6)做功后变为乏气进入冷凝器(8)并冷却成液态有机工质、冷却成液态有机工质输送到有机工质储液罐(3)存储。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张扬军，陈韬，诸葛伟林，张磊，李志勇，王恩华，彭杰，赵春华，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11