一种利用两相管气泡泵的中低温热能联合发电系统的制作方法

本发明属于中低温热能发电系统领域，更具体的说，本发明涉及一种利用两相管气泡泵的中低温热能联合发电系统及装置。

背景技术：

我国具有丰富的中低品位能源，如太阳能、地热能、中低温工业余热等，随着能源危机和环境问题的日益加剧，中低品位能源的利用已经逐渐引起人们的重视。利用有机朗肯循环和全流膨胀发电能够将这些中低品位能源转化为电能。

有机朗肯循环中有机工质沸点低，可充分利用中低品位能源，系统结构简单；全流膨胀发电系统适用范围广，饱和蒸汽、气液两相、较高温度热水均可作为介质用来发电，结构简单紧凑，运行平稳可靠。

在传统有机朗肯循环发电系统中，热源加热有机工质后，就从系统中排出，热源利用率较低。并且需要工质泵为有机工质提供驱动力，消耗一定的泵功。在全流膨胀发电系统中，同样需要水泵为系统提供驱动力。

技术实现要素：

针对上述现有技术，本发明提供一种利用两相管气泡泵的中低温热能联合发电系统，利用有低沸点机工质和热水在两相管中的直接热交换，实现了全流发电系统和有机朗肯循环发电系统的耦合，同时替代了水泵和工质泵，提高了单位热能的发电量，可实现中低品位热能的有效利用。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种利用两相管气泡泵的中低温热能联合发电系统，包括气液分离器、低位储液器、混合器、全流膨胀发电子系统、有机朗肯发电子系统和热源系统，所述低位储液器与所述混合器相连；所述全流膨胀发电子系统包括第一发电机、与所述气液分离器连接的全流膨胀机、与所述低位储液器相连的加热器，所述全流膨胀机与所述加热器连接；所述全流膨胀机与所述第一发电机相连；所述有机朗肯发电子系统包括第二发电机、与所述气液分离器连接的有机工质膨胀机，与所述混合器相连的冷凝器，所述冷凝器通过冷却水泵与冷却塔连接；所述有机工质膨胀机与所述第二发电机相连；所述热源系统包括与所述加热器连接的热源；所述气液分离器放置于高处，所述混合器放置于低处，所述气液分离器与所述混合器之间连接有两相管气泡泵，所述两相管气泡泵为细长管、且垂直放置，形成重力势差；所述两相管气泡泵中的低沸点有机工质被加热后产生气泡，气泡驱动液体上升，所述两相管气泡泵形成的重力势差和气泡为所述全流膨胀发电子系统和所述有机朗肯发电子系统提供驱动力。

进一步讲，本发明中，所述气液分离器与所述混合器之间并联有多个两相管气泡泵；所有两相管气泡泵的下部由所述混合器连接，所有两相管气泡泵的上部由所述气液分离器连接。

所述冷凝器高位放置，但低于所述有机工质膨胀机的位置，所述全流膨胀机低位放置，但高于所述加热器的位置。

所述热源系统中的热源是中低品位热源。所述热源是地热能、太阳能和工业余热中的一种或几种。

所述热源是地热能，所述热源系统包括生产井和回灌井，所述生产井通过地热出水管与所述加热器的进口相连，所述回灌井通过地热回水管与所述加热器的出口相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明利用两相管气泡泵中低沸点有机工质的沸腾气泡和密度差驱动效应，有效地替代了全流膨胀发电子系统的水泵。通过合理设置有机工质膨胀机和冷凝器的高度，有效地利用了两相管气泡泵附带的重力势差，有效地替代了有机朗肯循环子系统的工质泵，联合发电系统结构简单，减小联合系统水泵和工质泵功耗。

有机工质和高温热水，均实现了发电利用，且直接换热，实现了热能的最大利用。实现了中低温热能的高效利用，联合发电系统热源利用率高，系统热源可以是地热能、太阳能、工业余热等中低品位热源，系统适应度高。

附图说明

图1为本发明低温热能联合发电系统的结构示意图；

图2为本发明中两相管气泡泵的侧面图；

图中标记：1-气液分离器、2-两相管气泡泵、3-发电机1、4-全流膨胀机、5-加热器、6-地热出水管、7-生产井、8-地热回水管、9-回灌井、10-低位储液器、11-混合器、12-冷凝器、13-冷却水泵、14-冷却塔、15-发电机2、16-有机工质膨胀机、17-气泡。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

如图1和图2所示，本发明提出的一种利用两相管气泡泵的中低温热能联合发电系统，包括两相管气泡泵2、气液分离器1、低位储液器10、混合器11、全流膨胀发电子系统、有机朗肯发电子系统和热源系统，所述低位储液器10与所述混合器11相连。

所述全流膨胀发电子系统包括第一发电机3、与所述气液分离器1连接的全流膨胀机4、与所述低位储液器10相连的加热器5，所述全流膨胀机4与所述加热器5连接；所述全流膨胀机4与所述第一发电机3。

所述有机朗肯发电子系统包括第二发电机15、与所述气液分离器1连接的有机工质膨胀机16，与所述混合器11相连的冷凝器12，所述冷凝器12通过冷却水泵13与冷却塔14连接；所述有机工质膨胀机16与所述第二发电机15相连。

所述热源系统包括与所述加热器6连接的热源，所述热源是中低品位热源，例如可以是所述热源是地热能、太阳能和工业余热中的一种或几种。如图1所示，本实施例中的热源是地热能，所述热源系统包括生产井7和回灌井9，所述生产井7通过地热出水管6与所述加热器5的进口相连，所述回灌井9通过地热回水管8与所述加热器5的出口相连，地热出水管6从生产井7中抽取出地热热水，进入加热器5，加热来自全流膨胀机4的液态水，最后经地热回水管8进入回灌井9。

所述气液分离器1放置于高处，所述混合器11放置于低处，所述两相管气泡泵2连接在所述气液分离器1与所述混合器11之间，所述两相管气泡泵2的上端与气液分离器1连接，所述两相管气泡泵2的下端通过混合器11后连接至所述低位储液器10；本发明中，所述两相管气泡泵2为细长管，所述两相管气泡泵2内，利用高温热水加热低沸点有机工质，使有机工质沸腾产生大量气泡17带动液态水上升，进入气液分离器1，代替传统的有机朗肯发电子系统的工质泵和全流膨胀发电子系统的水泵。所述两相管气泡泵2垂直放置，形成重力势差，所述两相管气泡泵2形成的重力势差为所述全流膨胀发电子系统和所述有机朗肯发电子系统提供驱动力。所述低沸点有机工质不能与水互溶；相同压力下，所述有机工质的沸点低于水，如r245fa、r1234ze等。

本发明中，所述气液分离器1与所述混合器11之间可以并联有多个两相管气泡泵2；所有两相管气泡泵2的下部由所述混合器11连接，所有两相管气泡泵2的上部由所述气液分离器1连接。

本发明利用两相管气泡泵2代替传统系统中的工质泵和水泵，降低系统泵功能耗、无噪音、系统运行稳定，实现中低温热能的高效利用。

在两相管气泡泵2内，低沸点有机工质经低位储液器10与高温热水直接混合，被加热后迅速沸腾产生大量上升的气泡17，与热水形成气液两相流并利用气泡17的驱动在两相管气泡泵2内达到泵送液体、提高压力的目的；所述冷凝器12布置在高位，两相管气泡泵2和重力势差为所述全流膨胀发电子系统和所述有机朗肯发电子系统提供驱动力，代替传统循环中的水泵和工质泵。混合液经两相管气泡泵2后，经气液分离器1分离，液态水推动全流膨胀机4做功，带动发电机14输出电能，发电后进入加热器5，即液态水进入全流膨胀发电子系统推动全流膨胀机4做功，带动发电机14输出电能，液态水经全流膨胀机4后进入加热器5内，吸收热源系统的热量，进入低位储液器10暂存后流入混合器11，完成一个循环。有机工质蒸汽推动有机工质膨胀机16发电后经冷凝器12冷凝，即有机工质蒸汽进入有机朗肯发电子系统的有机工质膨胀机16带动发电机14发电，最后经冷凝器12中的冷却水冷凝后进入混合器11，完成一个循环。

经加热器5加热的高温热水进入低位储液器10后，进入混合器11，与所述冷凝器12出口的液态有机工质在混合器11内混合，在两相管气泡泵2内直接接触，低沸点有机工质被加热至沸腾，产生大量气泡17，带动液态水上升，汽水混合物经汽水分离器1分离成液态水和有机工质蒸汽。

在全流膨胀发电子系统中，经所述气液分离器1分离出的液态水进入全流膨胀机4，利用重力势差、速度势差和温度差推动全流膨胀机4和第一发电机3发电，发电后的液态水温度降低，势能降低，随后进入加热器5，经加热后进入低位储液器10。

在有机朗肯发电子系统中，高温高压的有机工质蒸汽从气液分离器1引入有机工质膨胀机16，推动有机工质膨胀机16和第二发电机15发电后，经冷凝器12冷却为液态工质。由于两相管气泡泵2垂直安装，管细长，合理布置冷凝器处于高位后，冷凝器和混合器之间就形成了足够的重力势差，形成了类似“有机朗肯循环”的工质泵效应。重力势差推动了液态有机工质进入混合器，实现有机工质朗肯循环发电子系统。

所述低沸点有机工质不能与水互溶；相同压力下，所述有机工质的沸点低于水。所述热源系统中热源可以是地热能、太阳能、工业余热等中低品位热源。

本发明利用两相管气泡泵代替传统系统中的工质泵和水泵，降低系统泵功能耗、单位热能净输出功大、系统运行稳定，噪音小，能够实现地热能、太阳能等中低温热能的高效利用。

通过上述结合实施例和附图对本发明进行了描述，但以上具体实施案例仅仅是部分实验，并不是用来限制本发明的实施范围。本领域的相关技术人员依据本发明或不脱离本发明宗旨的情况下，所进行的等效变形和相关修饰，这些都在本发明的保护之内。