基于ORC和温差发电的低品位余热废液余温回收装置的制作方法

本实用新型涉及一种电子显示设备，尤其涉及一种基于ORC和温差发电的低品位余热废液余温回收装置。

背景技术：

工业作为国民经济三大支柱性产业之一，是我国经济增长的重要支撑。伴随着经济发展和科技进步，我国工业企业也迎来新的发展机遇期。然而，工业企业的扩张使废气和废液量迅速增长。长期以来，我国工业尤其是制造业仍处于外延式增长阶段，一方面，依靠大量的资源投入获得经济利益；另一方面，忽视资源回收和再利用，导致严重的资源浪费，使我国能源要素日益趋紧、环境保护压力不断加大。2012年12月，世界经济论坛(WEF)发布了《全球能源架构表现指数报告》。该报告对全球105个国家和地区的能源使用效率进行了评估，中国仅排在第74位。这表明我国的能源利用效率亟待提高。2011年，我国一次能源消费量26．1亿吨油当量，占全球的21．3％，居世界首位；我国煤炭消费量18．4亿吨油当量，占全球的49．4％，远超过排在第二位美国的13．5％的份额。在消耗大量能源资源的同时，我国却没有贡献出与资源消耗成比例的产出规模，2011年我国GDP占全球的比重为10．5％，而同期美国GDP占全球的比重高达21．4％。从工业来看，一方面，近年来工业能源消耗占我国能源消耗总量始终保持在70％以上，但是工业增加值占全国GDP的比重则仅为 40％左右，对经济增长贡献率在45％左右；另一方面，工业企业未对生产过程中产生的废液余温进行二次利用，工业能源效率低下问题凸显。

随着全球化石能源告急，美国、日本、欧盟等发达国家更加重视温差发电技术在民用领域的研究，而我国作为全球最大的半导体热电器件输出国，在温差发电器综合设计和应用领域的研究还很欠缺。目前温差发电技术主要存在以下几大问题：1、发电效率低，目前温差发电的效率为5%-7%，远低于火力发电的40%。最主要的原因是热电材料性能不理想，另一方面是发电器的匹配问题。2、温差电组件使用寿命短、可靠性差，以常见的三明治式温差电组件为例，要达到较高的发电效率，通常要求发电组件冷热端之间形成较大的温差，这将造成冷端连接片收缩或热端连接片膨胀，从而产生机械应力。而机械应力的存在使刚性接头或P、N电臂很容易断裂，最终可能导致温差电偶损坏，缩短温差电组件的使用寿命。

有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，ORC)是目前新兴起的一种低温余热发电技术。低温（通产指常温到100℃的温度）余热普遍存在于建材、冶金、化工和轻工等工业过程中，也普遍存在于我们的日常生活中，例如洗澡水等。对于传统的以水为循环工质的朗肯循环而言，低温余热难以回收，目前这类余热主要是强调对其量即焓值的利用，如用于供暖回水的加热、卫生热水供应、温水养殖等农业及水产业上的应用。低温余热具有很大的利用价值，将低温余热所具有的热能转换为电能，是提高能源能源利用效率和降低环境污染的有效途径，ORC系统能较好地实现这一利用。

技术实现要素：

本实用新型的目的：提供一种基于ORC和温差发电的低品位余热废液余温回收装置，符合环保理念，可创造社会效益；可降低企业用电成本，提高经济效益。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种基于ORC和温差发电的低品位余热废液余温回收装置，包括汽轮机、励磁发电机、冷凝器、储液罐、第一循环泵、第一蒸发器、温差发电器、温度传感器、阀门、第二蒸发器、第二循环泵、第一管路及第二管路；热废水流入所述的第一蒸发器的入水口，所述的第一蒸发器的蒸汽出口连接到所述的汽轮机的入口，所述的汽轮机与所述的励磁发电机连接，所述的汽轮机的出口连接到所述的冷凝器的入口；所述的冷凝器的出口与所述的储液罐的一端连接，所述的储液罐的另一端通过所述的第一循环泵连接到所述的第一蒸发器，完成一个循环；经过所述的第一蒸发器一次利用的热废水通过所述的第一蒸发器进入所述的温差发电器发电，发电后的热废水经所述的温度传感器连接到所述的阀门的一端；所述的温度传感器感应到所述的热废水的温度高于50℃时，热废水经所述的第二管路流入所述的第二蒸发器的入水口，所述的第二蒸发器的蒸汽出口连接到所述的汽轮机的入口，热废水经所述的第二蒸发器的出水口排出，所述的储液罐通过所述的第二循环泵连接到所述的第二蒸发器的入水口；所述的温度传感器感应到所述的热废水的温度低于50℃时，热废水经所述的第一管路直接排出。

上述的基于ORC和温差发电的低品位余热废液余温回收装置，其中，所述的汽轮机由喷嘴叶珊及与所述的喷嘴叶珊相适配的动叶栅构成，所述的喷嘴叶珊为不规则曲面结构。

上述的基于ORC和温差发电的低品位余热废液余温回收装置，其中，所述的第一蒸发器及第二蒸发器为间壁式换热器中的板式换热器，所述的板式换热器内叠装有多块金属片，形成多条矩形通道，温废水与液态循环工质和气态循环工质分别在相互交错的所述的多条矩形通道内流动。

上述的基于ORC和温差发电的低品位余热废液余温回收装置，其中，所述的温差发电器包括流体通道、导电片、多块PN结热电偶及多块陶瓷片，所述的导电片包裹在所述的流体通道的外部，所述的导电片的截面为正多边形结构，所述的多块PN结热电偶分别固定设置在所述的导电片的外表面上，所述的多块陶瓷片分别对应覆盖在所述的多块PN结热电偶的表面。

上述的基于ORC和温差发电的低品位余热废液余温回收装置，其中，每块所述的PN结热电偶上对应设有单独的冷板，每块所述的冷板内间隔设有多条冷却水通道，所述的多块PN结热电偶上的冷板串联依次连接。

本实用新型采用温差发电装置为两个液泵及温度传感器模块提供电源，不再需要外界提供能源驱动，正真实现了能源方面的自给自足，使系统结构完成，功能全面。

附图说明

图1是本实用新型基于ORC和温差发电的低品位余热废液余温回收装置的连接框图。

图2是本实用新型基于ORC和温差发电的低品位余热废液余温回收装置的汽轮机的内部结构图。

图3是本实用新型基于ORC和温差发电的低品位余热废液余温回收装置的第一蒸发器的内部结构图。

图4是本实用新型基于ORC和温差发电的低品位余热废液余温回收装置的温差发电器的主视图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例。

请参见附图1所示，一种基于ORC和温差发电的低品位余热废液余温回收装置，包括汽轮机1、励磁发电机2、冷凝器3、储液罐4、第一循环泵5、第一蒸发器6、温差发电器7、温度传感器8、阀门9、第二蒸发器10、第二循环泵11、第一管路12及第二管路13；热废水流入所述的第一蒸发器6的入水口，所述的第一蒸发器6的蒸汽出口连接到所述的汽轮机1的入口，所述的汽轮机1与所述的励磁发电机2连接，所述的汽轮机1的出口连接到所述的冷凝器3的入口；所述的冷凝器3的出口与所述的储液罐4的一端连接，所述的储液罐4的另一端通过所述的第一循环泵5连接到所述的第一蒸发器6，完成一个循环；经过所述的第一蒸发器6一次利用的热废水通过所述的第一蒸发器6进入所述的温差发电器7发电，发电后的热废水经所述的温度传感器8连接到所述的阀门9的一端；所述的温度传感器8感应到所述的热废水的温度高于50℃时，热废水经所述的第二管路13流入所述的第二蒸发器10的入水口，所述的第二蒸发器10的蒸汽出口连接到所述的汽轮机1的入口，热废水经所述的第二蒸发器10的出水口排出，所述的储液罐4通过所述的第二循环泵11连接到所述的第二蒸发器10的入水口；所述的温度传感器8感应到所述的热废水的温度低于50℃时，热废水经所述的第一管路12直接排出。

请参见附图2所示，所述的汽轮机1由喷嘴叶珊及与所述的喷嘴叶珊相适配的动叶栅构成，所述的喷嘴叶珊为不规则曲面结构。当具有一定压力和温度的蒸汽通过汽轮机1时，在喷嘴叶栅中膨胀，使蒸汽的热能转化为动能，然后蒸汽流入动叶栅，在动叶栅中继续膨胀，同时流动方向发生改变，此时蒸汽对气道产生离心力，推动叶栅做功，从而产生电能。

汽轮机1是ORC中的重要组成部分，是将热能转变为机械能的设备，高温高压的有机工质在透平机内膨胀做功，推动叶片旋转，将热能转变为动能进行输出，动能输入到发电机中，带动线圈切割磁感线产生感应电流，从而达到发电的目的。

请参见附图3所示，所述的第一蒸发器6及第二蒸发器10为间壁式换热器中的板式换热器，所述的板式换热器内叠装有多块金属片，形成多条矩形通道，高温废水和较低温废水与液态循环工质和气态循环工质分别在相互交错的所述的多条矩形通道内流动。

板式换热器具有体积小，换热效率高的特点，在相同压力损失情况下，其传热系数比管壳式换热器高3-5倍，占地面积为管壳式换热器的三分之一，热回收效率可高达百分之九十以上，且价格相对较为低廉，制造方便。

请参见附图4所示，所述的温差发电器7包括流体通道71、导电片72、多块PN结热电偶73及多块陶瓷片74，所述的导电片72包裹在所述的流体通道71的外部，所述的导电片72的截面为正多边形结构，所述的多块PN结热电偶73分别固定设置在所述的导电片72的外表面上，所述的多块陶瓷片74分别对应覆盖在所述的多块PN结热电偶73的表面。

每块所述的PN结热电偶73上对应设有单独的冷板，每块所述的冷板内间隔设有多条冷却水通道，所述的多块PN结热电偶73上的冷板串联依次连接。

余热废水进入第一蒸发器6，加热液态循环工质（R123），循环工质被加热汽化，蒸汽进入汽轮机1推动叶片旋转做功，将热能转变成机械能，输入到励磁发电机2产生电能；乏汽离开汽轮机1通过冷凝器3，冷凝成液态工质，进入储液罐4储存，储液罐4中的液态循环工质因第一循环泵5被抬高一定高度进入第一蒸发器6完成一个循环。

温差发电器7通过材料中的载流子运动进行发电。其中半导体材料应用最为广泛，将P型材料和N型材料的一段相连形成一个PN结，并使之处于高温状态，另一端形成低温，则由于热激发作用，P(N)型材料高温端载流子浓度高于低温端，形成浓度差，载流子就开始向低温端扩散，从而在低温开路端形成电势差，这样就完成了热电转换。

综上所述，本实用新型采用温差发电装置为两个液泵及温度传感器模块提供电源，不再需要外界提供能源驱动，正真实现了能源方面的自给自足，使系统结构完成，功能全面。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。