本實用新型屬于中低溫熱能發(fā)電系統(tǒng)領域，更具體的說，本實用新型涉及一種利用兩相管氣泡泵的中低溫熱能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)及裝置。

背景技術：

我國具有豐富的中低品位能源，如太陽能、地熱能、中低溫工業(yè)余熱等，隨著能源危機和環(huán)境問題的日益加劇，中低品位能源的利用已經逐漸引起人們的重視。利用有機朗肯循環(huán)和全流膨脹發(fā)電能夠將這些中低品位能源轉化為電能。

有機朗肯循環(huán)中有機工質沸點低，可充分利用中低品位能源，系統(tǒng)結構簡單；全流膨脹發(fā)電系統(tǒng)適用范圍廣，飽和蒸汽、氣液兩相、較高溫度熱水均可作為介質用來發(fā)電，結構簡單緊湊，運行平穩(wěn)可靠。

在傳統(tǒng)有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中，熱源加熱有機工質后，就從系統(tǒng)中排出，熱源利用率較低。并且需要工質泵為有機工質提供驅動力，消耗一定的泵功。在全流膨脹發(fā)電系統(tǒng)中，同樣需要水泵為系統(tǒng)提供驅動力。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術，本實用新型提供一種利用兩相管氣泡泵的中低溫熱能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，利用有低沸點機工質和熱水在兩相管中的直接熱交換，實現(xiàn)了全流發(fā)電系統(tǒng)和有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的耦合，同時替代了水泵和工質泵，提高了單位熱能的發(fā)電量，可實現(xiàn)中低品位熱能的有效利用。

為了解決上述技術問題，本實用新型提出的一種利用兩相管氣泡泵的中低溫熱能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，包括氣液分離器、低位儲液器、混合器、全流膨脹發(fā)電子系統(tǒng)、有機朗肯發(fā)電子系統(tǒng)和熱源系統(tǒng)，所述低位儲液器與所述混合器相連；所述全流膨脹發(fā)電子系統(tǒng)包括第一發(fā)電機、與所述氣液分離器連接的全流膨脹機、與所述低位儲液器相連的加熱器，所述全流膨脹機與所述加熱器連接；所述全流膨脹機與所述第一發(fā)電機相連；所述有機朗肯發(fā)電子系統(tǒng)包括第二發(fā)電機、與所述氣液分離器連接的有機工質膨脹機，與所述混合器相連的冷凝器，所述冷凝器通過冷卻水泵與冷卻塔連接；所述有機工質膨脹機與所述第二發(fā)電機相連；所述熱源系統(tǒng)包括與所述加熱器連接的熱源；所述氣液分離器放置于高處，所述混合器放置于低處，所述氣液分離器與所述混合器之間連接有兩相管氣泡泵，所述兩相管氣泡泵為細長管、且垂直放置，形成重力勢差；所述兩相管氣泡泵中的低沸點有機工質被加熱后產生氣泡，氣泡驅動液體上升，所述兩相管氣泡泵形成的重力勢差和氣泡為所述全流膨脹發(fā)電子系統(tǒng)和所述有機朗肯發(fā)電子系統(tǒng)提供驅動力。

進一步講，本實用新型中，所述氣液分離器與所述混合器之間并聯(lián)有多個兩相管氣泡泵；所有兩相管氣泡泵的下部由所述混合器連接，所有兩相管氣泡泵的上部由所述氣液分離器連接。

所述冷凝器高位放置，但低于所述有機工質膨脹機的位置，所述全流膨脹機低位放置，但高于所述加熱器的位置。

所述熱源系統(tǒng)中的熱源是中低品位熱源。所述熱源是地熱能、太陽能和工業(yè)余熱中的一種或幾種。

所述熱源是地熱能，所述熱源系統(tǒng)包括生產井和回灌井，所述生產井通過地熱出水管與所述加熱器的進口相連，所述回灌井通過地熱回水管與所述加熱器的出口相連。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是：

本實用新型利用兩相管氣泡泵中低沸點有機工質的沸騰氣泡和密度差驅動效應，有效地替代了全流膨脹發(fā)電子系統(tǒng)的水泵。通過合理設置有機工質膨脹機和冷凝器的高度，有效地利用了兩相管氣泡泵附帶的重力勢差，有效地替代了有機朗肯循環(huán)子系統(tǒng)的工質泵，聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)結構簡單，減小聯(lián)合系統(tǒng)水泵和工質泵功耗。

有機工質和高溫熱水，均實現(xiàn)了發(fā)電利用，且直接換熱，實現(xiàn)了熱能的最大利用。實現(xiàn)了中低溫熱能的高效利用，聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)熱源利用率高，系統(tǒng)熱源可以是地熱能、太陽能、工業(yè)余熱等中低品位熱源，系統(tǒng)適應度高。

附圖說明

圖1為本實用新型低溫熱能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為本實用新型中兩相管氣泡泵的側面圖；

圖中標記：1-氣液分離器、2-兩相管氣泡泵、3-發(fā)電機1、4-全流膨脹機、5-加熱器、6-地熱出水管、7-生產井、8-地熱回水管、9-回灌井、10-低位儲液器、11-混合器、12-冷凝器、13-冷卻水泵、14-冷卻塔、15-發(fā)電機2、16-有機工質膨脹機、17-氣泡。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型技術方案作進一步詳細描述，所描述的具體實施例僅對本實用新型進行解釋說明，并不用以限制本實用新型。

如圖1和圖2所示，本實用新型提出的一種利用兩相管氣泡泵的中低溫熱能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，包括兩相管氣泡泵2、氣液分離器1、低位儲液器10、混合器11、全流膨脹發(fā)電子系統(tǒng)、有機朗肯發(fā)電子系統(tǒng)和熱源系統(tǒng)，所述低位儲液器10與所述混合器11相連。

所述全流膨脹發(fā)電子系統(tǒng)包括第一發(fā)電機3、與所述氣液分離器1連接的全流膨脹機4、與所述低位儲液器10相連的加熱器5，所述全流膨脹機4與所述加熱器5連接；所述全流膨脹機4與所述第一發(fā)電機3。

所述有機朗肯發(fā)電子系統(tǒng)包括第二發(fā)電機15、與所述氣液分離器1連接的有機工質膨脹機16，與所述混合器11相連的冷凝器12，所述冷凝器12通過冷卻水泵13與冷卻塔14連接；所述有機工質膨脹機16與所述第二發(fā)電機15相連。

所述熱源系統(tǒng)包括與所述加熱器6連接的熱源，所述熱源是中低品位熱源，例如可以是所述熱源是地熱能、太陽能和工業(yè)余熱中的一種或幾種。如圖1所示，本實施例中的熱源是地熱能，所述熱源系統(tǒng)包括生產井7和回灌井9，所述生產井7通過地熱出水管6與所述加熱器5的進口相連，所述回灌井9通過地熱回水管8與所述加熱器5的出口相連，地熱出水管6從生產井7中抽取出地熱熱水，進入加熱器5，加熱來自全流膨脹機4的液態(tài)水，最后經地熱回水管8進入回灌井9。

所述氣液分離器1放置于高處，所述混合器11放置于低處，所述兩相管氣泡泵2連接在所述氣液分離器1與所述混合器11之間，所述兩相管氣泡泵2的上端與氣液分離器1連接，所述兩相管氣泡泵2的下端通過混合器11后連接至所述低位儲液器10；本實用新型中，所述兩相管氣泡泵2為細長管，所述兩相管氣泡泵2內，利用高溫熱水加熱低沸點有機工質，使有機工質沸騰產生大量氣泡17帶動液態(tài)水上升，進入氣液分離器1，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有機朗肯發(fā)電子系統(tǒng)的工質泵和全流膨脹發(fā)電子系統(tǒng)的水泵。所述兩相管氣泡泵2垂直放置，形成重力勢差，所述兩相管氣泡泵2形成的重力勢差為所述全流膨脹發(fā)電子系統(tǒng)和所述有機朗肯發(fā)電子系統(tǒng)提供驅動力。所述低沸點有機工質不能與水互溶；相同壓力下，所述有機工質的沸點低于水，如R245fa、R1234ze等。

本實用新型中，所述氣液分離器1與所述混合器11之間可以并聯(lián)有多個兩相管氣泡泵2；所有兩相管氣泡泵2的下部由所述混合器11連接，所有兩相管氣泡泵2的上部由所述氣液分離器1連接。

本實用新型利用兩相管氣泡泵2代替?zhèn)鹘y(tǒng)系統(tǒng)中的工質泵和水泵，降低系統(tǒng)泵功能耗、無噪音、系統(tǒng)運行穩(wěn)定，實現(xiàn)中低溫熱能的高效利用。

在兩相管氣泡泵2內，低沸點有機工質經低位儲液器10與高溫熱水直接混合，被加熱后迅速沸騰產生大量上升的氣泡17，與熱水形成氣液兩相流并利用氣泡17的驅動在兩相管氣泡泵2內達到泵送液體、提高壓力的目的；所述冷凝器12布置在高位，兩相管氣泡泵2和重力勢差為所述全流膨脹發(fā)電子系統(tǒng)和所述有機朗肯發(fā)電子系統(tǒng)提供驅動力，代替?zhèn)鹘y(tǒng)循環(huán)中的水泵和工質泵?；旌弦航泝上喙軞馀荼?后，經氣液分離器1分離，液態(tài)水推動全流膨脹機4做功，帶動發(fā)電機14輸出電能，發(fā)電后進入加熱器5，即液態(tài)水進入全流膨脹發(fā)電子系統(tǒng)推動全流膨脹機4做功，帶動發(fā)電機14輸出電能，液態(tài)水經全流膨脹機4后進入加熱器5內，吸收熱源系統(tǒng)的熱量，進入低位儲液器10暫存后流入混合器11，完成一個循環(huán)。有機工質蒸汽推動有機工質膨脹機16發(fā)電后經冷凝器12冷凝，即有機工質蒸汽進入有機朗肯發(fā)電子系統(tǒng)的有機工質膨脹機16帶動發(fā)電機14發(fā)電，最后經冷凝器12中的冷卻水冷凝后進入混合器11，完成一個循環(huán)。

經加熱器5加熱的高溫熱水進入低位儲液器10后，進入混合器11，與所述冷凝器12出口的液態(tài)有機工質在混合器11內混合，在兩相管氣泡泵2內直接接觸，低沸點有機工質被加熱至沸騰，產生大量氣泡17，帶動液態(tài)水上升，汽水混合物經汽水分離器1分離成液態(tài)水和有機工質蒸汽。

在全流膨脹發(fā)電子系統(tǒng)中，經所述氣液分離器1分離出的液態(tài)水進入全流膨脹機4，利用重力勢差、速度勢差和溫度差推動全流膨脹機4和第一發(fā)電機3發(fā)電，發(fā)電后的液態(tài)水溫度降低，勢能降低，隨后進入加熱器5，經加熱后進入低位儲液器10。

在有機朗肯發(fā)電子系統(tǒng)中，高溫高壓的有機工質蒸汽從氣液分離器1引入有機工質膨脹機16，推動有機工質膨脹機16和第二發(fā)電機15發(fā)電后，經冷凝器12冷卻為液態(tài)工質。由于兩相管氣泡泵2垂直安裝，管細長，合理布置冷凝器處于高位后，冷凝器和混合器之間就形成了足夠的重力勢差，形成了類似“有機朗肯循環(huán)”的工質泵效應。重力勢差推動了液態(tài)有機工質進入混合器，實現(xiàn)有機工質朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)。

所述低沸點有機工質不能與水互溶；相同壓力下，所述有機工質的沸點低于水。所述熱源系統(tǒng)中熱源可以是地熱能、太陽能、工業(yè)余熱等中低品位熱源。

本實用新型利用兩相管氣泡泵代替?zhèn)鹘y(tǒng)系統(tǒng)中的工質泵和水泵，降低系統(tǒng)泵功能耗、單位熱能凈輸出功大、系統(tǒng)運行穩(wěn)定，噪音小，能夠實現(xiàn)地熱能、太陽能等中低溫熱能的高效利用。

通過上述結合實施例和附圖對本實用新型進行了描述，但以上具體實施案例僅僅是部分實驗，并不是用來限制本實用新型的實施范圍。本領域的相關技術人員依據(jù)本實用新型或不脫離本實用新型宗旨的情況下，所進行的等效變形和相關修飾，這些都在本實用新型的保護之內。