无泵式恒定功率输出的有机朗肯循环发电方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种无泵式恒定功率输出的有机朗肯循环发电方法和装置，利用有机工质在两个交替工作的蒸发器内密闭加热到工作压力时进入膨胀机做功，带动发电机发电。当第一蒸发器内的液态有机工质向膨胀机定压汽化输出蒸汽达到接近蒸干状态所对应的最低液位，且压力仍保持在蒸发器的恒定压力时，膨胀机切换至第二蒸发器工作。第一蒸发器内的残余蒸汽在压差作用下进入储液罐与冷凝后的过冷有机工质混合并快速凝结，使第一蒸发器内压力瞬间降至储液罐的压力，同时，储液罐内的液态有机工质在重力作用下，回流至第一蒸发器内，直至达到最高设定液位。本发明专利技术提高了有机朗肯循环系统的发电效率和发电功率，以及系统运行的稳定性。

Organic Rankine Cycle Power Generation Method and Device with Pumpless Constant Power Output

The invention discloses an organic Rankine cycle power generation method and device without pump constant power output, which uses organic working substance to work in an expander when heated to working pressure in two alternating evaporators and drives the generator to generate electricity. When the liquid organic working substance in the first evaporator reaches the lowest liquid level corresponding to the steady-pressure vaporization of the expander, and the pressure remains at the constant pressure of the evaporator, the expander switches to the second evaporator. The residual vapor in the first evaporator enters the liquid storage tank under the action of pressure difference and mixes with the supercooled organic working substance after condensation, which makes the pressure in the first evaporator drop instantly to the pressure in the liquid storage tank. At the same time, the liquid organic working substance in the liquid storage tank returns to the first evaporator under the action of gravity until it reaches the highest set liquid level. The invention improves the generation efficiency and power of the organic Rankine cycle system and the stability of the system operation.

【技术实现步骤摘要】
无泵式恒定功率输出的有机朗肯循环发电方法和装置
本专利技术涉及中低温余热利用
，具体涉及一种无泵式恒定功率输出的有机朗肯循环发电方法和装置。
技术介绍
随着能源供应形势日趋紧张，余热资源的有效回收利用是提高能源利用效率的重要手段，有机朗肯循环作为一种将低品位热能转化为高品位电能的发电技术，受到了越来越多的关注。与传统火力发电厂不同，低品位热能驱动的有机朗肯循环发电系统效率相对偏低，而工质泵作为系统中主要的耗能部件，其对整个系统的效率影响较大，尤其是中小型有机朗肯循环发电系统，系统效率相对较低，再考虑工质泵的能耗，系统的循环效率将进一步降低。文献(路会同、江龙、王丽伟等.低温余热驱动的无泵有机朗肯循环瞬时稳态发电性能.化工学报，2017，DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20170405)搭建了一套实验装置用以研究系统发电性能，并对系统效率进行了分析。实验中系统的两个换热器分别作为蒸发器和冷凝器交替运行，换热器的功能切换时的冷热抵消过程降低了整个系统的能量转换效率。由于受到换热器热惰性的影响，系统轴功输出存在较大的波动性，导致发电机功率输出稳定性较差。专利技术专利(201410331353.X)公开了一种无泵式有机朗肯发电循环方法和装置，利用锅炉产生的高温高压工质蒸汽对液体工质进行加压，液体工质靠重力进入锅炉，实现了从低压的冷凝器向高压的锅炉输送流体，但该方案需要对排气后的储液罐进行冷却降压，需要增加一套冷却水系统，同时加热之后的储液罐也需要再冷却降压，冷热抵消过程也降低了整个系统的效率。专利技术专利(201310496376.1)公开了一种非能动式低温热能有机工质发电方法，利用两个交替工作的蒸发器对有机工质进行加热加压，带动透平做功。该方法需要蒸发器内的有机工质消耗待尽，蒸发器压力下降到冷凝压力，液态工质才能依靠重力回流到蒸发器。蒸发器输出压力下降也就造成透平输出轴功下降，使透平输出功率存在一个周期性的下降过程，造成发电机的输出功率不恒定。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，提供了一种无泵式恒定功率输出的有机朗肯循环发电方法，有机工质在两个并联交替运行的蒸发器内密闭加热到工作压力后推动膨胀机做功，当蒸发器内的有机工质逐渐蒸发消耗，有机工质液位下降到设定最低液位，且压力仍保持在蒸发器的恒定压力时，切换到另外一台蒸发器工作。实现了系统的连续运行，并且保证率膨胀机进口蒸汽压力恒定，从而使膨胀机输出轴功恒定，保证系统输出电能的稳定性。本专利技术还提供了一种无泵式恒定功率输出的有机朗肯循环发电装置，该装置利用在蒸发器和储液罐的沉浸式汽液混合器之间增加一个降压管路，蒸发器内做工后残余的有机工质蒸汽进入储液罐与储液罐内的冷凝后的过冷有机工质混合，使蒸汽器内的压力降至与储液罐内的压力相等，从而使储液罐内的液态有机工质在重力作用下回流到蒸发器，实现了系统的无泵循环。本专利技术采用的技术方案是：一种无泵式恒定功率输出的有机朗肯循环发电方法，包括两个蒸发器内工质的密闭升温升压汽化过程、有机工质做功工程和蒸发器降压充液过程，具体步骤如下：(1)第一蒸发器内有机工质的密闭升温升压汽化过程：液态有机工质在密闭的第一蒸发器内被中低温热源加热蒸发，获得满足膨胀机进口压力要求的饱和有机工质蒸汽。(2)第一蒸发器做功循环过程：当第一蒸发器内的有机工质达到设定工作压力时，第一蒸发器做功出口的电磁阀打开，有机工质蒸汽进入膨胀机内膨胀做功带动发电机发电，做功后的乏汽进入冷凝器内冷凝。冷凝后的有机工质冷凝液进入储液罐内储存，当第一蒸发器内的有机工质逐渐蒸发消耗，液位下降到设定最低液位，且压力仍保持在蒸发器的恒定压力时，蒸发器做功出口的电磁阀和冷凝器出口的电磁阀自动关闭。(3)第二蒸发器内有机工质的密闭升温升压汽化过程：当第一蒸发器做功时，液态有机工质在密闭的第二蒸发器内被中低温热源加热蒸发，获得满足膨胀机进口压力要求的饱和有机工质蒸汽。(4)第一蒸发器降压充液过程：第一蒸发器做功完毕后，该蒸发器加热热源管道上的电磁阀自动关闭，与之对应的降压管路上的电磁阀联动打开，蒸发器内残余的有机工质蒸汽进入储液罐与储液罐内的过冷有机工质进行混合，使第一蒸发器内的压力降低。待第一蒸发器内的压力降至与储液罐内的压力相等时，降压管路上的电磁阀自动关闭，第一蒸发器工质进口的电磁阀联动打开，储液罐内的有机工质液体在重力的作用下，流入第一蒸发器。当第一蒸发器充液达到设定最高液位时，第一蒸发器工质进口的电磁阀联动关闭，冷凝器出口的电磁阀打开，冷凝器内的冷凝液进入储液罐。同时打开加热热源管道上的电磁阀，第一蒸发器内的有机工质被加热升压等待下一次循环。(5)第二蒸发器做功循环过程：当第一蒸发器开始进行降压、装液的过程时，第二蒸发器内的工质已经被加热到设定工作压力，当第一蒸发器做功出口的电磁阀关闭时，第二蒸发器做功出口的电磁阀打开，有机工质蒸汽进入膨胀机内膨胀做功带动发电机发电，接替第一蒸发器工作。(6)第二蒸发器降压充液过程：第二蒸发器降压、充液的过程与第一蒸发器相同。第二蒸发器做功出口电磁阀和冷凝器出口电磁阀关闭，第二蒸发器加热热源管道上的电磁阀关闭，与之对应的降压管路上的电磁阀联动打开，待第二蒸发器内的压力降至与储液罐内的压力相等时，降压管路上的电磁阀自动关闭，第二蒸发器工质进口的电磁阀联动打开，储液罐内的有机工质液体在重力的作用下流入第二蒸发器。当第二蒸发器充液达到设定最高液位时，第二蒸发器工质进口的电磁阀关闭，冷凝器出口的电磁阀打开，冷凝器内的冷凝液进入储液罐。同时打开加热热源管道上的电磁阀，第二蒸发器内的有机工质被加热升压等待下一次循环。(7)当第二蒸发器开始降压充液时，第一蒸发器内的工质已经被加热到设定工作压力，接替第二蒸发器进行工作。第一蒸发器和第二蒸发器轮流输出压力恒定的有机工质蒸汽，推动膨胀机做功，保证膨胀机输出的膨胀功连续而且恒定。本专利技术方法利用两个蒸发器交替运行工作，每个蒸发器循环工作过程包括：密闭加热过程、输出蒸汽做功过程、降压过程、充液过程。密闭加热过程时，蒸发器充液完毕，进出口阀门全部关闭，定容加热到设定的工作压力。输出蒸汽做功过程时，蒸发器做功出口阀门打开，有机工质蒸汽推动膨胀机做功，当蒸发器内液位下降到设定最低液位，且压力仍保持在蒸发器的恒定压力时，该蒸发器做功出口阀门关闭，切换至另一蒸发器工作。降压过程时，蒸发器在完成做功过程后，打开降压管路的电磁阀，使蒸发器内残余的有机工质蒸汽进入储液罐，与储液罐内的过冷有机工质混合，使蒸发器内的压力降低到和储液罐内压力相同。充液过程时，待蒸发器内的压力降低到和储液罐内压力相等时，打开蒸发器工质进口的电磁阀，储液罐内的有机工质在重力作用下回流到蒸发器，当蒸发器内的液位达到设定最高液位时，充液过程完成。本专利技术方法发电过程通过控制器、电磁阀、液位传感器、压力传感器控制。作为优选，两个蒸发器交替做功时，蒸发器内的压力已经加热到设定工作压力，即蒸发器的做功时间t1大于或等于蒸发器的降压充液时间t2和加热到设定工作压力时间t3。作为优选，所述蒸发器的加热热源为太阳能、废热或地热能。作为优选，所述有机工质选至异戊烷、R245fa、R600a、R141b或R142b中的一种或几种。为了实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无泵式恒定功率输出的有机朗肯循环发电方法，其特征在于，该方法包括两个蒸发器内工质的密闭升温升压汽化过程、有机工质做功工程和蒸发器降压充液过程，具体工作过程包括以下步骤：(1)第一蒸发器内有机工质的密闭升温升压汽化过程：液态有机工质在密闭的第一蒸发器内被中低温热源加热蒸发，获得满足膨胀机进口压力要求的饱和有机工质蒸汽；(2)第一蒸发器做功循环过程：当第一蒸发器内的有机工质达到设定工作压力时，第一蒸发器做功出口的电磁阀打开，有机工质蒸汽进入膨胀机内膨胀做功带动发电机发电，做功后的乏汽进入冷凝器内冷凝；冷凝后的有机工质冷凝液进入储液罐内储存，当第一蒸发器内的有机工质逐渐蒸发消耗，液位下降到设定最低液位，且压力仍保持在蒸发器的恒定压力时，蒸发器做功出口的电磁阀和冷凝器出口的电磁阀自动关闭；(3)第二蒸发器内有机工质的密闭升温升压汽化过程：当第一蒸发器做功时，液态有机工质在密闭的第二蒸发器内被中低温热源加热蒸发，获得满足膨胀机进口压力要求的饱和有机工质蒸汽；(4)第一蒸发器降压充液过程：第一蒸发器做功完毕后，该蒸发器加热热源管道上的电磁阀自动关闭，与之对应的降压管路上的电磁阀联动打开，蒸发器内残余的有机工质蒸汽进入储液罐与储液罐内的过冷有机工质进行混合，使第一蒸发器内的压力降低；待第一蒸发器内的压力降至与储液罐内的压力相等时，降压管路上的电磁阀自动关闭，第一蒸发器工质进口的电磁阀联动打开，储液罐内的有机工质液体在重力的作用下，流入第一蒸发器；当第一蒸发器充液达到设定最高液位时，第一蒸发器工质进口的电磁阀联动关闭，冷凝器出口的电磁阀打开，冷凝器内的冷凝液进入储液罐；同时打开加热热源管道上的电磁阀，第一蒸发器内的有机工质被加热升压等待下一次循环；(5)第二蒸发器做功循环过程：当第一蒸发器开始进行降压、装液的过程时，第二蒸发器内的工质已经被加热到设定工作压力，当第一蒸发器做功出口的电磁阀关闭时，第二蒸发器做功出口的电磁阀打开，有机工质蒸汽进入膨胀机内膨胀做功带动发电机发电，接替第一蒸发器工作；(6)第二蒸发器降压充液过程：第二蒸发器降压、充液的过程与第一蒸发器相同；第二蒸发器做功出口电磁阀和冷凝器出口电磁阀关闭，第二蒸发器加热热源管道上的电磁阀关闭，与之对应的降压管路上的电磁阀联动打开，待第二蒸发器内的压力降至与储液罐内的压力相等时，降压管路上的电磁阀自动关闭，第二蒸发器工质进口的电磁阀联动打开，储液罐内的有机工质液体在重力的作用下流入第二蒸发器；当第二蒸发器充液达到设定最高液位时，第二蒸发器工质进口的电磁阀关闭，冷凝器出口的电磁阀打开，冷凝器内的冷凝液进入储液罐；同时打开加热热源管道上的电磁阀，第二蒸发器内的有机工质被加热升压等待下一次循环；(7)当第二蒸发器开始降压充液时，第一蒸发器内的工质已经被加热到设定工作压力，接替第二蒸发器进行工作；第一蒸发器和第二蒸发器轮流输出压力恒定的有机工质蒸汽，推动膨胀机做功，保证膨胀机输出的膨胀功连续而且恒定。...

【技术特征摘要】
1.一种无泵式恒定功率输出的有机朗肯循环发电方法，其特征在于，该方法包括两个蒸发器内工质的密闭升温升压汽化过程、有机工质做功工程和蒸发器降压充液过程，具体工作过程包括以下步骤：(1)第一蒸发器内有机工质的密闭升温升压汽化过程：液态有机工质在密闭的第一蒸发器内被中低温热源加热蒸发，获得满足膨胀机进口压力要求的饱和有机工质蒸汽；(2)第一蒸发器做功循环过程：当第一蒸发器内的有机工质达到设定工作压力时，第一蒸发器做功出口的电磁阀打开，有机工质蒸汽进入膨胀机内膨胀做功带动发电机发电，做功后的乏汽进入冷凝器内冷凝；冷凝后的有机工质冷凝液进入储液罐内储存，当第一蒸发器内的有机工质逐渐蒸发消耗，液位下降到设定最低液位，且压力仍保持在蒸发器的恒定压力时，蒸发器做功出口的电磁阀和冷凝器出口的电磁阀自动关闭；(3)第二蒸发器内有机工质的密闭升温升压汽化过程：当第一蒸发器做功时，液态有机工质在密闭的第二蒸发器内被中低温热源加热蒸发，获得满足膨胀机进口压力要求的饱和有机工质蒸汽；(4)第一蒸发器降压充液过程：第一蒸发器做功完毕后，该蒸发器加热热源管道上的电磁阀自动关闭，与之对应的降压管路上的电磁阀联动打开，蒸发器内残余的有机工质蒸汽进入储液罐与储液罐内的过冷有机工质进行混合，使第一蒸发器内的压力降低；待第一蒸发器内的压力降至与储液罐内的压力相等时，降压管路上的电磁阀自动关闭，第一蒸发器工质进口的电磁阀联动打开，储液罐内的有机工质液体在重力的作用下，流入第一蒸发器；当第一蒸发器充液达到设定最高液位时，第一蒸发器工质进口的电磁阀联动关闭，冷凝器出口的电磁阀打开，冷凝器内的冷凝液进入储液罐；同时打开加热热源管道上的电磁阀，第一蒸发器内的有机工质被加热升压等待下一次循环；(5)第二蒸发器做功循环过程：当第一蒸发器开始进行降压、装液的过程时，第二蒸发器内的工质已经被加热到设定工作压力，当第一蒸发器做功出口的电磁阀关闭时，第二蒸发器做功出口的电磁阀打开，有机工质蒸汽进入膨胀机内膨胀做功带动发电机发电，接替第一蒸发器工作；(6)第二蒸发器降压充液过程：第二蒸发器降压、充液的过程与第一蒸发器相同；第二蒸发器做功出口电磁阀和冷凝器出口电磁阀关闭，第二蒸发器加热热源管道上的电磁阀关闭，与之对应的降压管路上的电磁阀联动打...

【专利技术属性】
技术研发人员：周剑秋，苏磊，张钧波，庄志，陈琦璐，金苏敏，张中男，
申请(专利权)人：南京工业大学，江苏丰远德节能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32