本發(fā)明涉及發(fā)電機(jī)，具體涉及一種自驅(qū)動(dòng)膨脹發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著煤炭、石油、天然氣等化石能源消耗量的不斷攀升，以及由于能源消耗帶來(lái)的環(huán)境負(fù)擔(dān)(如二氧化碳排放等)，能源和環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)成為全世界共同關(guān)注的重大問(wèn)題。在此背景下，使用有機(jī)朗肯循環(huán)將低品位熱量轉(zhuǎn)換為電能引起了越來(lái)越多的關(guān)注。所謂有機(jī)朗肯循環(huán)，即在傳統(tǒng)朗肯循環(huán)中采用有機(jī)工質(zhì)(如r113，r123等)代替水作為工質(zhì)推動(dòng)膨脹機(jī)做功。近年來(lái)，有機(jī)朗肯循環(huán)的研究工作在國(guó)內(nèi)外大力進(jìn)行，它是利用低品位熱能的理想方式。有機(jī)郎肯循環(huán)的膨脹發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，機(jī)組系統(tǒng)還不夠穩(wěn)定，發(fā)電效率也不夠高，所以，現(xiàn)有的膨脹發(fā)電機(jī)系統(tǒng)還有待進(jìn)一步的改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供一種自驅(qū)動(dòng)膨脹發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，該發(fā)電機(jī)系統(tǒng)采用了自驅(qū)動(dòng)雙動(dòng)力泵設(shè)備，從而提高了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性及其發(fā)電效率。

本發(fā)明為了解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種自驅(qū)動(dòng)膨脹發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，包括膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、工質(zhì)泵、離合器和啟動(dòng)裝置，所述膨脹機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與發(fā)電機(jī)連接，所述蒸發(fā)器通過(guò)進(jìn)氣閥與膨脹機(jī)連接，所述冷凝器進(jìn)口與膨脹機(jī)連接，所述冷凝器出口與蒸發(fā)器之間設(shè)有工質(zhì)泵，所述膨脹機(jī)通過(guò)離合器與工質(zhì)泵連接，所述啟動(dòng)裝置用于系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)將液體工質(zhì)泵入蒸發(fā)器。

優(yōu)選地，所述啟動(dòng)裝置為工質(zhì)泵電機(jī)，所述工質(zhì)泵電機(jī)通過(guò)離合器與工質(zhì)泵連接。

優(yōu)選地，所述啟動(dòng)裝置為工質(zhì)起動(dòng)泵，所述工質(zhì)起動(dòng)泵設(shè)于所述冷凝器出口與蒸發(fā)器進(jìn)口之間，且與工質(zhì)泵并聯(lián)。

優(yōu)選地，所述冷凝器與工質(zhì)泵之間設(shè)有儲(chǔ)液器，所述工質(zhì)泵與蒸發(fā)器之間設(shè)有預(yù)熱器，所述儲(chǔ)液器與工質(zhì)泵之間設(shè)有液路過(guò)濾器。

優(yōu)選地，所述膨脹機(jī)與冷凝器之間設(shè)有氣液分離消音器，所述氣液分離消音器還設(shè)有管路直接與所述儲(chǔ)液器連接，所述預(yù)熱器為殼管式、板式或者板殼式換熱器。

優(yōu)選地，還包括用于加熱液體工質(zhì)的起動(dòng)汽包，所述膨脹機(jī)為無(wú)油氣浮透平式膨脹機(jī)，所述膨脹機(jī)包括氣浮軸承，所述起動(dòng)汽包一端通過(guò)旁通閥與氣浮軸承連接，另一端與冷凝器連接。

優(yōu)選地，所述膨脹機(jī)包括軸承，所述軸承為噴油潤(rùn)滑軸承、磁懸浮軸承或陶瓷軸承。

優(yōu)選地，所述蒸發(fā)器的出氣口與所述膨脹機(jī)的進(jìn)氣口之間設(shè)有旁通管路，所述旁通管路上設(shè)有噴液閥。

優(yōu)選地，所述冷凝器和蒸發(fā)器分別為殼管式、板式或者板殼式換熱器，所述膨脹機(jī)與進(jìn)氣閥之間設(shè)有氣路過(guò)濾器。

優(yōu)選地，所述發(fā)電機(jī)為同步發(fā)電機(jī)或異步發(fā)電機(jī)，所述膨脹機(jī)為透平式、螺桿式或渦旋式膨脹機(jī)，所述工質(zhì)泵為離心式或容積式工質(zhì)泵。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的自驅(qū)動(dòng)膨脹發(fā)電機(jī)系統(tǒng)采用有機(jī)朗肯循環(huán)原理，并采用自驅(qū)動(dòng)的方式，減少了整個(gè)系統(tǒng)對(duì)外部能量的需求；并通過(guò)設(shè)有的起動(dòng)汽包來(lái)啟動(dòng)無(wú)油膨脹機(jī)、設(shè)有的氣液分離消音器用于對(duì)工質(zhì)進(jìn)行氣液分離及消音功能、設(shè)有的并聯(lián)式雙動(dòng)力泵有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、設(shè)有的儲(chǔ)液器和過(guò)濾器用于過(guò)濾流通工質(zhì)中的雜質(zhì)，以防止流通工質(zhì)中的雜質(zhì)引起系統(tǒng)的運(yùn)行不穩(wěn)定，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電效率和系統(tǒng)可靠性能。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：10-膨脹機(jī)，11-聯(lián)軸器，12-噴液閥，13-氣液分離消音器，14-離合器，20-發(fā)電機(jī)，30-蒸發(fā)器，31-進(jìn)氣閥，32-氣路過(guò)濾器，40-冷凝器，50-儲(chǔ)液器，51-液路過(guò)濾器，60-預(yù)熱器，70-工質(zhì)起動(dòng)泵，80-工質(zhì)泵，81-工質(zhì)泵電機(jī)，90-啟動(dòng)汽包，91-旁通閥。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例：如圖1所示，一種自驅(qū)動(dòng)膨脹發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，包括膨脹機(jī)10、發(fā)電機(jī)20、蒸發(fā)器30、冷凝器40、工質(zhì)泵80、離合器14和啟動(dòng)裝置，各個(gè)器件之間依次按照工質(zhì)的流動(dòng)方向通過(guò)管路連接，圖中各個(gè)部件之間連線表示為連接管路，連線上的箭頭方向標(biāo)識(shí)管路內(nèi)的工質(zhì)流動(dòng)方向。所述膨脹機(jī)10通過(guò)聯(lián)軸器11與發(fā)電機(jī)20連接，所述蒸發(fā)器30通過(guò)進(jìn)氣閥31與膨脹機(jī)10連接，所述冷凝器40進(jìn)口與膨脹機(jī)10連接，所述冷凝器40出口與蒸發(fā)器30之間設(shè)有工質(zhì)泵80，所述膨脹機(jī)10通過(guò)離合器14與工質(zhì)泵80連接，所述啟動(dòng)裝置用于系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)將液體工質(zhì)泵入蒸發(fā)器30。本發(fā)明的膨脹機(jī)10與發(fā)電機(jī)20連接，用于使氣體工質(zhì)的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，兩者之間通過(guò)聯(lián)軸器11連接，聯(lián)軸器用于跟隨膨脹機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。冷凝器40用于將膨脹機(jī)膨脹之后的工質(zhì)進(jìn)行冷卻；蒸發(fā)器30用于將被冷凝器冷凝為液體的工質(zhì)與低品位熱源進(jìn)行熱交換，所述啟動(dòng)裝置用于系統(tǒng)剛啟動(dòng)時(shí)將液體工質(zhì)泵入蒸發(fā)器加熱為氣體工質(zhì)，以便氣體工質(zhì)進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹而使膨脹機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，一旦膨脹機(jī)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后，則離合器飛輪和工質(zhì)泵80嚙合，膨脹機(jī)通過(guò)離合器帶動(dòng)工質(zhì)泵轉(zhuǎn)動(dòng)，工質(zhì)泵80用于將液體工質(zhì)泵入蒸發(fā)器中，而完成自驅(qū)動(dòng)持續(xù)發(fā)電過(guò)程。本發(fā)明自驅(qū)動(dòng)膨脹發(fā)電機(jī)系統(tǒng)可以利用各種廢熱余熱產(chǎn)生電能，系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，膨脹機(jī)利用離合器帶動(dòng)工質(zhì)泵工作而不需要其他外部能源，因此本發(fā)明為一種運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高、高效率以及節(jié)能環(huán)保性設(shè)備。

其中，所述啟動(dòng)裝置采用工質(zhì)泵電機(jī)81或工質(zhì)啟動(dòng)泵70。在實(shí)施例1中，如圖1所示，所述啟動(dòng)裝置為工質(zhì)泵電機(jī)81，所述工質(zhì)泵電機(jī)81通過(guò)離合器14與工質(zhì)泵80連接。本系統(tǒng)采用單泵系統(tǒng)，成本低，即啟動(dòng)裝置采用工質(zhì)泵電機(jī)81，啟動(dòng)時(shí)，工質(zhì)泵電機(jī)81驅(qū)動(dòng)工質(zhì)泵運(yùn)行，待進(jìn)入膨脹機(jī)內(nèi)氣體工質(zhì)膨脹后，離合器14中的工質(zhì)泵電機(jī)側(cè)的飛輪與工質(zhì)泵脫離，而膨脹機(jī)側(cè)的飛輪與工質(zhì)泵80嚙合，膨脹機(jī)10轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)離合器帶動(dòng)工質(zhì)泵運(yùn)行，工質(zhì)泵運(yùn)行方式從外部驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換為自驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。

在實(shí)施例2中，如圖2所示，所述啟動(dòng)裝置為工質(zhì)起動(dòng)泵70，所述工質(zhì)起動(dòng)泵70設(shè)于所述冷凝器40出口與蒸發(fā)器30進(jìn)口之間，且與工質(zhì)泵80并聯(lián)。本系統(tǒng)采用并聯(lián)的雙泵系統(tǒng)，具有設(shè)備簡(jiǎn)單且運(yùn)行可靠性高的特點(diǎn)，即啟動(dòng)裝置采用工質(zhì)起動(dòng)泵70，利用外部能量的工質(zhì)起動(dòng)泵直接將液體工質(zhì)泵入蒸發(fā)器，從而啟動(dòng)膨脹機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，待膨脹機(jī)達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速后，離合器飛輪與工質(zhì)泵嚙合，膨脹機(jī)10轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)離合器帶動(dòng)工質(zhì)泵運(yùn)行，工質(zhì)啟動(dòng)泵70斷電，系統(tǒng)完成由工質(zhì)起動(dòng)泵供液轉(zhuǎn)換為工質(zhì)泵供液，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。

其中，所述冷凝器40與工質(zhì)泵80之間設(shè)有儲(chǔ)液器50，所述工質(zhì)泵80與蒸發(fā)器30之間設(shè)有預(yù)熱器60，所述儲(chǔ)液器50與工質(zhì)泵80之間設(shè)有液路過(guò)濾器51。所述膨脹機(jī)10與冷凝器40之間設(shè)有氣液分離消音器13，所述氣液分離消音器13還設(shè)有管路直接與所述儲(chǔ)液器50連接，所述預(yù)熱器60為殼管式、板式或者板殼式換熱器。優(yōu)選地，從膨脹機(jī)10出口排出的膨脹后的有機(jī)工質(zhì)先經(jīng)氣液分離消音器13分離，分離出來(lái)的氣體工質(zhì)進(jìn)入冷凝器進(jìn)行熱交換，而分離出來(lái)的液體直接通過(guò)旁通管進(jìn)入儲(chǔ)液器，在冷凝器中被冷凝為液體的有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入儲(chǔ)液器50中，再通過(guò)工質(zhì)泵泵入預(yù)熱器60，設(shè)有的氣液分離消音器13起到對(duì)分離以及消音的作用，有利于減小系統(tǒng)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的噪音污染；設(shè)有的儲(chǔ)液器50用于儲(chǔ)存冷凝器40形成的液體工質(zhì)，可以使較大的雜質(zhì)沉積下來(lái)，較佳地，在液體工質(zhì)進(jìn)入工質(zhì)泵之前經(jīng)過(guò)液路過(guò)濾器51過(guò)濾，從而進(jìn)一步過(guò)濾工質(zhì)中的細(xì)小雜質(zhì)，避免雜質(zhì)隨著液體工質(zhì)進(jìn)入下一設(shè)備中；預(yù)熱器60用于將要進(jìn)入蒸發(fā)器的液體工質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱，以降低蒸發(fā)器內(nèi)液體工作的蒸發(fā)時(shí)間，提高了工作效率。

優(yōu)選地，還包括用于加熱液體工質(zhì)的起動(dòng)汽包90，所述膨脹機(jī)10為無(wú)油氣浮透平式膨脹機(jī)，所述膨脹機(jī)10包括氣浮軸承，所述起動(dòng)汽包90一端通過(guò)旁通閥91與氣浮軸承連接，另一端與冷凝器40連接。當(dāng)膨脹機(jī)采用無(wú)油氣浮透平式膨脹機(jī)時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行前，起動(dòng)汽包90先將其內(nèi)的氣體工質(zhì)通過(guò)旁通閥91送入膨脹機(jī)10內(nèi)，為膨脹機(jī)的氣浮軸承提供氣體浮力，待軸承運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，方開(kāi)啟啟動(dòng)裝置，本系統(tǒng)中采用無(wú)油膨脹機(jī)，從而減少了整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部以及對(duì)環(huán)境造成的潤(rùn)滑油的污染。所述膨脹機(jī)10包括軸承，所述軸承為噴油潤(rùn)滑軸承、磁懸浮軸承或陶瓷軸承，所述蒸發(fā)器30的出氣口與所述膨脹機(jī)10的進(jìn)氣口之間設(shè)有旁通管路，所述旁通管路上設(shè)有噴液閥12。此旁通管路用于在開(kāi)機(jī)時(shí)調(diào)節(jié)膨脹機(jī)10前后的壓力差，當(dāng)膨脹機(jī)前后壓差過(guò)大時(shí)，所述噴液閥12自動(dòng)打開(kāi)，蒸發(fā)器30排出的氣體工質(zhì)部分分流至膨脹機(jī)的排氣口，從而減少膨脹機(jī)前后壓差，當(dāng)膨脹機(jī)前后壓差降到一定值后，噴液閥12自動(dòng)關(guān)閉。所述冷凝器40和蒸發(fā)器30分別為殼管式、板式或者板殼式換熱器，所述膨脹機(jī)10與進(jìn)氣閥31之間設(shè)有氣路過(guò)濾器32。氣路過(guò)濾器32用于進(jìn)一步過(guò)濾進(jìn)入膨脹機(jī)的氣體工質(zhì)中的雜質(zhì)，以防雜質(zhì)對(duì)膨脹機(jī)的污染。所述發(fā)電機(jī)20為同步發(fā)電機(jī)或異步發(fā)電機(jī)，所述膨脹機(jī)10為透平式、螺桿式或渦旋式膨脹機(jī)，所述工質(zhì)泵80為離心式或容積式工質(zhì)泵。

本發(fā)明的工作過(guò)程是：

實(shí)施例1：如圖1所示，在本實(shí)施例中啟動(dòng)裝置為工質(zhì)泵電機(jī)，起動(dòng)汽包90將其內(nèi)的有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)成氣體后經(jīng)過(guò)旁通閥91進(jìn)入膨脹機(jī)10內(nèi)，為膨脹機(jī)的氣浮軸承提供氣體浮力，待軸承運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，工質(zhì)泵電機(jī)81驅(qū)動(dòng)工質(zhì)泵80運(yùn)行，工質(zhì)泵80將儲(chǔ)液器中的液體工質(zhì)泵入預(yù)熱器60中預(yù)熱，在儲(chǔ)液器與工質(zhì)泵之間設(shè)有的液路過(guò)濾器51用于過(guò)濾液體工質(zhì)中的雜質(zhì)，被預(yù)熱后的液體工質(zhì)進(jìn)入蒸發(fā)器中被外界的低品位熱源加熱為高溫蒸汽后經(jīng)過(guò)進(jìn)氣閥31和氣路過(guò)濾器32進(jìn)入膨脹機(jī)10膨脹，離合器14中的工質(zhì)泵電機(jī)側(cè)的飛輪與工質(zhì)泵脫離，而膨脹機(jī)側(cè)的飛輪與工質(zhì)泵80嚙合，膨脹機(jī)10轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)離合器帶動(dòng)工質(zhì)泵運(yùn)行，工質(zhì)泵運(yùn)行方式從外部驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換為自驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)膨脹機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并通過(guò)聯(lián)軸器11帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，膨脹后的有機(jī)工質(zhì)氣體經(jīng)氣液分離消音器13分離，分離后的液體通過(guò)旁通管路直接進(jìn)入儲(chǔ)液器50，而分離后的氣體工質(zhì)進(jìn)入冷凝器被冷凝為液體工質(zhì)后進(jìn)入儲(chǔ)液器50，從而完成一個(gè)循環(huán)。

實(shí)施例2：如圖2所示，在本實(shí)施例中，啟動(dòng)裝置為工質(zhì)起動(dòng)泵，初始時(shí)離合器14和工質(zhì)泵80為脫離狀態(tài)，起動(dòng)汽包90將其內(nèi)的有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)成氣體后經(jīng)過(guò)旁通閥91進(jìn)入膨脹機(jī)10內(nèi)，為膨脹機(jī)的氣浮軸承提供氣體浮力，待軸承運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，工質(zhì)起動(dòng)泵70將儲(chǔ)液器中的液體工質(zhì)泵入預(yù)熱器60中預(yù)熱，在儲(chǔ)液器與工質(zhì)泵之間設(shè)有的液路過(guò)濾器51用于過(guò)濾液體工質(zhì)中的雜質(zhì)，被預(yù)熱后的液體工質(zhì)進(jìn)入蒸發(fā)器中被外界的低品位熱源加熱為高溫蒸汽后經(jīng)過(guò)進(jìn)氣閥31和氣路過(guò)濾器32進(jìn)入膨脹機(jī)10膨脹，待膨脹機(jī)達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速后，離合器14飛輪與工質(zhì)泵嚙合，膨脹機(jī)10轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)離合器帶動(dòng)工質(zhì)泵運(yùn)行，工質(zhì)啟動(dòng)泵70斷電，系統(tǒng)完成由工質(zhì)起動(dòng)泵供液轉(zhuǎn)換為工質(zhì)泵供液，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)膨脹機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并通過(guò)聯(lián)軸器11帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，膨脹后的有機(jī)工質(zhì)氣體經(jīng)氣液分離消音器13分離，分離后的液體通過(guò)旁通管路直接進(jìn)入儲(chǔ)液器50，而分離后的氣體工質(zhì)進(jìn)入冷凝器被冷凝為液體工質(zhì)后進(jìn)入儲(chǔ)液器50，從而完成一個(gè)循環(huán)。

應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。