一种无冷源热能梯级转换系统及方法与流程

本发明涉及一种热能转换系统及方法，属于发电领域。

背景技术：

目前，火力发电仍然是我国电力的主要来源之一，特别是燃煤发电，不仅污染环境，而且还要消耗大量的水资源或其他冷却介质对工质进行冷却，且冷却工质的过程中带走大量热源，造成极大浪费，也会面临资源枯竭等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种无冷源热能梯级转换系统，以解决现有火力发电及其它热能(电)转换中需要例如水等冷却介质对工质进行冷却，需要消耗大量冷却介质，尤其是水资源，且冷却工质的过程中带走大量热源，造成能源大量浪费的问题，以解决将来能源枯竭的问题。

为解决上述问题，提供一种无冷源热能梯级转换方法，该方法将在膨胀机a内第一次做功后的气态工质经管路引入换热器a的放热部分放热，形成一级热能转换，放热后的气态工质经管路引出再进入膨胀机b内第二次做功，做功后的气态工质再经管路引入换热器b的放热部分内放热，形成二级热能转换，气态工质在换热器b的放热部分内放热后降温成液态，可增加膨胀机和换热器放热部分数量来增加热能转换的级数，液态工质经管路引出并依次经工质泵和节流阀后，又先后进入换热器b的吸热部分、换热器a的吸热部分内吸热后再次进入膨胀机a内做功，节流阀下游与膨胀机a之间的管路上还设置有吸热器和压缩机，吸热器用于为工质补偿损耗的热量，通过压缩机为节流阀与压缩机之间管路内的工质抽相对负压，促使工质汽化、升温，汽化、升温的过程中通过换热器b的吸热部分、换热器a的吸热部分从换热器b的放热部分内和换热器a的放热部分内吸收热量，使换热器a的放热部分、换热器b的放热部分内气态工质降温、液化，汽化、升温后的工质经压缩机抽取、压缩后再次进入膨胀机a内做功，如此往复循环，使膨胀机a和膨胀机b向外界输出动能。

前述方法中，所述膨胀机a、换热器a放热部分组成一级热能转换系统，膨胀机b、换热器b放热部分组成二级热能转换系统，据此，工质泵进口端管路中可有多个级数的热能转换系统串联连接。

前述方法中，所述压缩机设置于换热器a的吸热部分与膨胀机a之间的管路上。

本发明还提供了一种无冷源热能梯级转换系统，包括膨胀机a、膨胀机b、换热器a、换热器b、工质泵、节流阀、吸热器和压缩机，膨胀机a的工质出口经第一管路与换热器a的放热流体入口相连通，换热器a的放热流体出口经第二管路与换热器b的放热流体入口相连，所述膨胀机b设置于第二管路上，换热器b的放热流体出口经第三管路与换热器b的吸热流体入口相连，工质泵和节流阀在第三管路上沿换热器b的放热流体出口至换热器b的吸热流体入口的方向依次设置，换热器b的吸热流体出口经第四管路与换热器a的吸热流体入口相连，换热器a的吸热流体出口经第五管路与膨胀机a的工质入口相连，所述压缩机设置于第五管路上，用于为管路内工质补偿损耗的热能的吸热器设置于第三管路或第四管路或第五管路上，或者在第三管路上、第四管路上、第五管路上同时设置有吸热器。

前述系统中，所述膨胀机为内置涡轮机叶轮的管路，且膨胀机a和膨胀机b内的涡轮机叶轮同轴传动连接；

前述系统中，所述压缩机替换为气泵。

与现有技术相比，本发明在运行时不需要外界介质对工质进行冷却，即不需要空气或水来冷却工质，通过循环工质的汽化吸热即可实现对工质的冷却，这样热能不会被冷却介质带走浪费，极大地提高了能源的利用率，同时，节约了大量的水资源，减少了对空气的污染，具有极高的实用价值。

附图说明

图1是本发明的系统示意图；

图2是本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：

参照图1和图2，本实施例提供一种无冷源热能梯级转换系统，包括膨胀机a1、膨胀机b2、换热器a3、换热器b4、工质泵5、节流阀6、吸热器7和压缩机8，压缩机8可替换为气泵，膨胀机a1的工质出口经第一管路9与换热器a3的放热流体入口相连通，换热器a3的放热流体出口经第二管路10与换热器b4的放热流体入口相连，所述膨胀机b2设置于第二管路10上，换热器b4的放热流体出口经第三管路11与换热器b4的吸热流体入口相连，工质泵5和节流阀6在第三管路11上沿换热器b4的放热流体出口至换热器b4的吸热流体入口的方向依次设置，换热器b4的吸热流体出口经第四管路12与换热器a3的吸热流体入口相连，换热器a3的吸热流体出口经第五管路13与膨胀机a1的工质入口相连，所述压缩机8设置于第五管路13上，用于为管路内工质补偿损耗的热能的吸热器7设置于第三管路11或第四管路12或第五管路13上，或者在第三管路11上、第四管路12上、第五管路13上同时设置有吸热器7，所述膨胀机a1、换热器a3放热部分组成一级热能转换系统，膨胀机b2、换热器b4放热部分组成二级热能转换系统，据此，工质泵5进口端管路中可有多个级数的热能转换系统串联连接，所述压缩机8设置于换热器a3的吸热部分与膨胀机a1之间的管路上，所述膨胀机为内置涡轮机叶轮14的管路，且膨胀机a1和膨胀机b2内的涡轮机叶轮14同轴传动连接，工质流过膨胀机时，带动涡轮机叶轮14转动做功，实现膨胀机的功能。

利用上述装置实现无冷源热能梯级转换的方法如下：

工质采用氨或r22或其它，该方法将在膨胀机a1内第一次做功后的气态工质经管路引入换热器a3的放热部分放热，形成一级热能转换，放热后的气态工质经管路引出再进入膨胀机b2内第二次做功，做功后的气态工质再经管路引入换热器b4的放热部分内放热，形成二级热能转换，气态工质在换热器b4的放热部分内放热后降温成液态，可增加膨胀机和换热器放热部分数量来增加热能转换级数，液态工质经管路引出并依次经工质泵5和节流阀6后，又先后进入换热器b4的吸热部分、换热器a3的吸热部分内吸热后再次进入膨胀机a1内做功，节流阀6下游与膨胀机a1之间的管路上还设置有吸热器7和压缩机8，吸热器7用于为工质补偿损耗的热量，通过压缩机8为节流阀6与压缩机8之间管路内的工质抽相对负压，促使工质汽化、升温，汽化、升温的过程中通过换热器b4的吸热部分、换热器a3的吸热部分从换热器b4的放热部分和换热器a3的放热部分吸收热量，使换热器a3的放热部分、换热器b4的放热部分内气态工质降温、液化，汽化、升温后的工质经压缩机8抽取、压缩后再次进入膨胀机a1内做功，该系统在最初运行时，先在压缩机8与膨胀机a1之间的管路内加入高温气态工质(80-90℃)，在节流阀6上游的第三管路11内加入低温液态工质(5-10℃)，该低温液态工质经节流阀6进入下游管路时，即可通过压缩机8抽相对负压并使之汽化、升温，汽化、升温过程中从换热器b4、换热器a3的放热部分吸热，而后即可实现上述过程，如此往复循环，使膨胀机a1、膨胀机b2向外界输出动能。

所述换热器a3和换热器b4的放热部分是指工质进入后通过该放热部分向相对应换热器的吸热部分内的工质进行放热，换热器a3和换热器b4的吸热部分是指工质进入后通过该吸热部分从相对应换热器的放热部分内的工质吸热，利用常规换热器即可实现；

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。