太陽能orc制取壓縮空氣的系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及太陽能利用技術領域，尤其是涉及一種太陽能ORC制取壓縮空氣的系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]目前可實現(xiàn)熱功(電)轉化技術的熱力循環(huán)技術主要有:朗肯循環(huán)(ORC)、氨水Kalina循環(huán)、半導體熱電材料溫差發(fā)電、熱聲發(fā)電等。其中半導體溫差發(fā)電技術受到熱電能量轉換效率和成本的限制；熱聲技術存在弛豫時間等問題，循環(huán)效率并不能保證；Kalina循環(huán)理論效率高，但構成復雜，工程應用可靠性仍需檢驗。ORC發(fā)電系統(tǒng)具有良好的機動性、高度的安全性及對維護保養(yǎng)的要求比較低等優(yōu)點，將其整合到能源系統(tǒng)，以余熱驅動可以實現(xiàn)低品位能源向高品位能源(電能)的轉化，減輕電力負擔，提高總的發(fā)電效率及發(fā)電量。
[0003]太陽能熱發(fā)電是先將太陽能轉換為熱能，再將熱能轉化為電能，它有兩種轉化方式。一種是將太陽熱能直接轉化成電能，如半導體或金屬材料的溫差發(fā)電，真空器件中的熱電子和熱電離子發(fā)電，堿金屬熱電轉換，以及磁流體發(fā)電等。另一種方式是將太陽能通過熱機(如汽輪機)帶動發(fā)電機發(fā)電。其中，太陽能通過熱機帶動發(fā)電機發(fā)電是通過將太陽能轉化為熱能將水加熱成蒸汽后帶動汽輪機發(fā)電。這種發(fā)電方式存在以下不足:
[0004](I)采用常規(guī)水蒸氣朗肯循環(huán)，水蒸氣汽化潛熱比例大，整個系統(tǒng)來自太陽能的吸熱量有很大部分由冷凝器放熱浪費，系統(tǒng)效率很低；
[0005](2)由于熱源溫度不高，換熱器不能產(chǎn)生很高的蒸汽壓力，且做功蒸汽比容大。
[0006]壓縮空氣是僅次于電力的第二大動力能源，又是具有多種用途的工藝氣源，其應用范圍遍及石油、化工、冶金、電力、機械、輕工、紡織、汽車制造、電子、食品、醫(yī)藥、生化、國防、科研等行業(yè)和部門?，F(xiàn)有的壓縮空氣制取方法往往需要大量的能耗，如果采用太陽能ORC來制取壓縮空氣，即可大大降低流程工業(yè)的能耗，提高能源效率。
[0007]然而，ORC發(fā)電系統(tǒng)中，由于進入膨脹機工質(zhì)流量和壓力的隨機波動，工質(zhì)在膨脹機中不能充分有效的平穩(wěn)膨脹做功(一般螺桿膨脹機的膨脹比控制在1:4左右)，導致轉速不穩(wěn)定，影響ORC系統(tǒng)發(fā)電的穩(wěn)定性，降低了發(fā)電效率。如果利用膨脹機直接驅動空氣壓縮機，對普通空氣進行壓縮。壓縮空氣通過穩(wěn)壓(減壓)后直接并入氣體管網(wǎng)，系統(tǒng)的能源效率可以大幅提尚。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]本實用新型要解決的技術問題是，克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種太陽能ORC制取壓縮空氣的系統(tǒng)。
[0009]為解決技術問題，本實用新型所采用的技術方案是:
[0010]提供一種太陽能ORC制取壓縮空氣的系統(tǒng)，包括換熱器、透平同軸一體機、回熱器、冷凝器、工質(zhì)泵、太陽能集熱板和導熱油循環(huán)泵；所述透平同軸一體機由透平膨脹機和透平壓縮機同軸直聯(lián)，透平膨脹機用于膨脹做功，透平壓縮機用于制取壓縮空氣；其中，透平膨脹機設有工質(zhì)入口和工質(zhì)出口，透平壓縮機設有空氣入口和壓縮空氣出口 ；
[0011]各設備之間通過管線實現(xiàn)連接:工質(zhì)泵的出口端經(jīng)回熱器的第一換熱通道與換熱器的工質(zhì)入口相接，換熱器的工質(zhì)出口接至透平膨脹機的工質(zhì)入口 ；透平膨脹機的工質(zhì)出口經(jīng)回熱器的第二換熱通道接至冷凝器的工質(zhì)入口，冷凝器的工質(zhì)出口接至工質(zhì)泵的入口端；換熱器上設有熱源入口和熱源出口，太陽能集熱板的通道出口接至熱源入口，熱源出口經(jīng)導熱油循環(huán)泵接至太陽能集熱板的通道入口。
[0012]本實用新型中，所述冷凝器是空冷或水冷的冷凝器。
[0013]本實用新型中，在換熱器熱源出口和導熱油循環(huán)泵之間的管線上設有儲油罐。
[0014]利用本實用新型所述裝置實現(xiàn)ORC制取壓縮空氣的方法，包括:
[0015]低壓(I?2.5bar)液態(tài)的有機工質(zhì)由工質(zhì)泵加壓為過冷液態(tài)，經(jīng)回熱器換熱后再送入換熱器，吸收太陽能集熱板排出的導熱油中的能量，轉變?yōu)楦邏?5?1bar)高溫(60?80°C )蒸汽；有機工質(zhì)自換熱器中排出后，被導入透平膨脹機；透平膨脹機膨脹做功的同時，驅動直聯(lián)的透平壓縮機對普通空氣進行壓縮，得到壓縮空氣；透平膨脹機做功后，有機工質(zhì)以1.5?3bar的蒸氣形式排出并送至回熱器，與工質(zhì)泵加壓的過冷液態(tài)的有機工質(zhì)進行換熱，再進入冷凝器向冷源放熱后冷凝為液態(tài)，返回工質(zhì)泵入口，以此實現(xiàn)往復循環(huán)。
[0016]所述冷源是空氣或水:如果采用空冷冷凝器，冷源為空氣；如果采用水冷冷凝器，冷源為水。所述有機工質(zhì)是氟利昂。在一些特殊工業(yè)場合也可以應用非氟利昂工質(zhì)，例如硅油，二氧化碳等。
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0018]1、利用太陽能ORC，制取工業(yè)生產(chǎn)過程中需量大的壓縮空氣；
[0019]2、通過儲油罐一方面可起到緩沖的作用，保證導熱油持續(xù)順暢的循環(huán)，從而保證有機工質(zhì)在換熱器內(nèi)的溫度不會出現(xiàn)大幅波動，有利于保護有機工質(zhì)不因溫度波動發(fā)生物性改變；另一方面可及時補充導熱油。而且，通過儲油罐可控制系統(tǒng)內(nèi)導熱油的量，進而可保證有機工質(zhì)的溫度穩(wěn)定，不會出現(xiàn)大幅波動。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型的ORC制取壓縮空氣的裝置示意圖；
[0021]圖2為透平同軸一體機示意圖。
[0022]圖中標記為:換熱器1，透平同軸一體機2，回熱器3，冷凝器4，工質(zhì)泵5，太陽能集熱板6，儲油罐7，導熱油循環(huán)泵8，(換熱器)熱源入口 11，(換熱器)工質(zhì)出口 12，(換熱器)熱源出口 13，(換熱器)工質(zhì)入口 14，(透平膨脹機)工質(zhì)入口 21，(透平膨脹機)工質(zhì)出口 22，透平膨脹機23，透平壓縮機24，(第二換熱通道)工質(zhì)入口 31，(第二換熱通道)工質(zhì)出口 32，(第一換熱通道)工質(zhì)入口 34，(第一換熱通道)工質(zhì)出口 33，(冷凝器)工質(zhì)入口 41，(冷凝器)工質(zhì)出口 42，(太陽能集熱板)通道出口 61，(太陽能集熱板)通道入口 62。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進一步說明。
[0024]本實用新型中太陽能ORC制取壓縮空氣的系統(tǒng)，包括換熱器1、透平同軸一體機2、回熱器3、冷凝器4、工質(zhì)泵5、太陽能集熱板6和導熱油循環(huán)泵7 ;其中，透平同軸一體機2由透平膨脹機23和透平壓縮機24同軸直聯(lián)，透平膨脹機23用于膨脹做功，透平壓縮機24用于制取壓縮空氣；其中，透平膨脹機23設有工質(zhì)入口和工質(zhì)出口，透平壓縮機24設有空氣入口和壓縮空氣出口；
[0025]透平同軸一體機2工作時，透平膨脹機23和透平壓縮機24同軸等速相連，避免了不同軸傳動的機械效率損失，提高了制取壓縮空氣的整體效率。
[0026]本實用新型的各設備之間通過管線實現(xiàn)連接:工質(zhì)泵5的出口端經(jīng)回熱器3的第一換熱通道與換熱器I的工質(zhì)入口 14相接，換熱器I的工質(zhì)出口 12接至透平膨脹機23的工質(zhì)入口 21 ;透平膨脹機23的工質(zhì)出口 22經(jīng)回熱器3的第二換熱通道接至冷凝器4的工質(zhì)入口 41，冷凝器4的工質(zhì)出口 42接至工質(zhì)泵5的入口端；換熱器I上設有熱源入口 11和熱源出口 13，太陽能集熱板6的通道出口 61接至熱源入口 11，熱源出口 13經(jīng)儲油罐7、導熱油循環(huán)泵8接至太陽能集熱板6的通道入口 62。
[0027]本實用新型中的裝置設控制系統(tǒng)，不僅實現(xiàn)與裝置相關的電氣和儀表的基本控制，而且通過在管路上設置傳感器，通過控制調(diào)節(jié)閥的開度，達到提高透平膨脹機23的最佳工況效果和系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。透平同軸一體機2設潤滑油系統(tǒng)。
[0028]利用前述系統(tǒng)實現(xiàn)ORC制取壓縮空氣的方法，包括:
[0029]低壓(I?2.5bar)有機工質(zhì)由工質(zhì)泵5加壓為過冷液態(tài)，經(jīng)回熱器3換熱后再送入換熱器1，吸收太陽能集熱板6排出的導熱油中的能量，轉變?yōu)楦邏?5?1bar)高溫(60?80°C)蒸汽；有機工質(zhì)自換熱器I中排出后，被導入透平膨脹機23 ;透平膨脹機23膨脹做功的同時，驅動直聯(lián)的透平壓縮機24對普通空氣進行壓縮，得到壓縮空氣；透平膨脹機23做功后，有機工質(zhì)以低壓蒸氣(1.5?3bar)的形式排出并送至回熱器3，與工質(zhì)泵5加壓的過冷液態(tài)的有機工質(zhì)進行換熱，再進入冷凝器4向冷源(如果水冷模式，冷卻水30 0C左右；如果風冷模式，空氣常溫20°C )放熱后冷凝為液態(tài)，返回工質(zhì)泵5入口，以此實現(xiàn)往復循環(huán)。所述冷源是水或空氣，有機工質(zhì)是氟利昂。
【主權項】
1.一種太陽能ORC制取壓縮空氣的系統(tǒng)，包括換熱器；其特征在于，該裝置還包括:透平同軸一體機、回熱器、冷凝器、工質(zhì)泵、太陽能集熱板和導熱油循環(huán)泵； 所述透平同軸一體機由透平膨脹機和透平壓縮機同軸直聯(lián)，透平膨脹機用于膨脹做功，透平壓縮機用于制取壓縮空氣；其中，透平膨脹機設有工質(zhì)入口和工質(zhì)出口，透平壓縮機設有空氣入口和壓縮空氣出口 ； 各設備之間通過管線實現(xiàn)連接:工質(zhì)泵的出口端經(jīng)回熱器的第一換熱通道與換熱器的工質(zhì)入口相接，換熱器的工質(zhì)出口接至透平膨脹機的工質(zhì)入口 ；透平膨脹機的工質(zhì)出口經(jīng)回熱器的第二換熱通道接至冷凝器的工質(zhì)入口，冷凝器的工質(zhì)出口接至工質(zhì)泵的入口端； 換熱器上設有熱源入口和熱源出口，太陽能集熱板的通道出口接至熱源入口，熱源出口經(jīng)導熱油循環(huán)泵接至太陽能集熱板的通道入口。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷凝器是空冷冷凝器或水冷冷凝器。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，在換熱器熱源出口和導熱油循環(huán)泵之間的管線上設有儲油罐。
【專利摘要】本實用新型涉及太陽能利用技術，旨在提供一種太陽能ORC制取壓縮空氣的系統(tǒng)。該系統(tǒng)中，透平同軸一體機由透平膨脹機和透平壓縮機同軸直聯(lián)；各設備通過管線實現(xiàn)連接：工質(zhì)泵的出口端經(jīng)回熱器的第一換熱通道與換熱器的工質(zhì)入口相接，換熱器的工質(zhì)出口接至透平膨脹機的工質(zhì)入口；透平膨脹機的工質(zhì)出口經(jīng)回熱器的第二換熱通道接至冷凝器的工質(zhì)入口，冷凝器的工質(zhì)出口接至工質(zhì)泵的入口端；換熱器上設有熱源入口和熱源出口，太陽能集熱板的通道出口接至熱源入口，熱源出口經(jīng)導熱油循環(huán)泵接至太陽能集熱板的通道入口。本實用新型利用太陽能ORC制取壓縮空氣；通過儲油罐一方面可起到緩沖的作用，還可控制系統(tǒng)內(nèi)導熱油的量。
【IPC分類】F03G6-06, F01K25-10, F01D15-08
【公開號】CN204511792
【申請?zhí)枴緾N201520056541
【發(fā)明人】沈新榮, 方飛龍, 許丹丹, 任世琛, 沈岑, 何川, 楊笑梅
【申請人】杭州哲達科技股份有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年1月27日