一种自然复叠大温差有机朗肯循环动力转换系统的制作方法

本发明涉及能量利用与动力转换，具体涉及一种自然复叠大温差有机朗肯循环动力转换系统。

背景技术：

1、余热回收是一种提高能源利用率的有效手段，尤其是对中低温(100～300℃)余热资源的利用，在欧洲，一些国家把余热作为新能源进行开发利用。orc是一种能实现中低品位热能高效转化利用的动力循环，它可回收利用工业生产以及环境中大量存在着的中低品位热能，如工业余热、地热、太阳能、生物质能、发动机排气余热等低品位能源，能有效地提高能源利用率，降低能源消耗，减轻污染物排放，并能在一定程度上缓解能源和环境危机。

2、有机朗肯循环可采用不同纯有机工质及其混合物作为工作介质，对不同温度范围的中低温热能进行回收，系统结构简单，运行维护成本低。现有技术中，当余热源与冷却介质之间的温度差增大时，为了让有机工质工作在较优的工况点并保证合适的膨胀比，通常采用两级或多级有机朗肯循环复叠系统，这虽然在一定程度上提高了循环热效率，但同时也增加了换热器和驱动泵的数量，使得有机工质与热源热量交换过程中的能量损失增大，输出功率较低，系统也更加复杂。

技术实现思路

1、本发明是为了解决现有的两级或多级有机朗肯循环复叠系统存在的能量损失大，输出功率较低，系统复杂的技术问题，目的在于提供一种自然复叠大温差有机朗肯循环动力转换系统，相比于传统简单的两级或多级有机朗肯循环复叠系统，不仅可减少泵和换热器的数量，使系统结构更加简单，还能有效提升系统热效率，提高输出功率，减少可用能损失，系统的可行性更高。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种自然复叠大温差有机朗肯循环动力转换系统，包括依次连接的混合器、低沸点有机蒸气发生器和气液分离器，

4、所述气液分离器底部通过管道依次连接高沸点有机蒸气发生器、高温膨胀机、回热器和混合器构成高温转换系统，所述高温膨胀机驱动发电机一发电；

5、所述气液分离器顶部通过管道依次连接回热器、低温膨胀机、冷凝器和混合器构成低温转换系统，所述低温膨胀机驱动发电机二发电；

6、所述高温膨胀机排出的高温混合工质进入回热器，与来自气液分离器顶部的低沸点有机混合工质换热，所述高温混合工质冷凝为液体工质一进入混合器，所述低沸点有机混合工质依次经过低温膨胀机和冷凝器后冷凝为液体工质二进入混合器。

7、作为本发明进一步的技术方案，所述混合器通过混合工质对管道与低沸点有机蒸气发生器连接，所述混合工质对管道上设置有驱动泵。

8、作为本发明进一步的技术方案，所述低沸点有机蒸气发生器通过气液混合物管道与气液分离器连接。

9、作为本发明进一步的技术方案，所述低沸点有机蒸气发生器与热源管道的较低温段进行热量交换。

10、作为本发明进一步的技术方案，所述气液分离器底部通过高沸点有机混合工质管道与高沸点有机蒸气发生器连接。

11、作为本发明进一步的技术方案，所述高沸点有机蒸气发生器与热源管道的较高温段进行热量交换。

12、作为本发明进一步的技术方案，所述高沸点有机蒸气发生器通过高温混合工质管道一与高温膨胀机的入口连接。

13、作为本发明进一步的技术方案，所述回热器的高温侧进口与高温膨胀机出口连接，所述回热器的高温侧出口与混合器连接，所述回热器的低温侧进口与气液分离器顶部出口连接，所述回热器的低温侧出口与低温膨胀机的入口连接。

14、作为本发明进一步的技术方案，所述回热器的高温侧进口通过高温混合工质管道二与高温膨胀机出口连接，所述回热器的高温侧出口通过液体工质一管道与混合器入口连接。

15、作为本发明进一步的技术方案，所述回热器的低温侧进口通过低沸点有机混合工质管道与气液分离器顶部出口连接，所述回热器的低温侧出口通过低温混合工质管道与低温膨胀机的入口连接，所述低温膨胀机的出口通过低温低压有机蒸气管道与冷凝器连接，所述冷凝器通过液体工质二管道与混合器入口连接。

16、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

17、1.本发明采用低沸点有机蒸气发生器将混合有机工质加热得到以低沸点有机工质为主的混合有机蒸气和以高沸点有机工质为主的混合有机液体组成的气液混合物，分别进入高温转换系统和低温转换系统做功，做功后的排气再通过回热器实现自然复叠，可用于冷热源大温差跨度条件下的能量转换过程，相比于传统简单的两级或多级有机朗肯循环复叠系统，不仅可减少泵和换热器的数量，使系统结构更加简单，还能有效提升系统热效率，提高输出功率，减少可用能损失，系统的可行性更高。

18、2.本发明利用双组分或多组分工质沸点差异通过分阶段加热分离后构建多级蒸发，蒸发冷凝过程利用了高沸点工质排气以加热低沸点工质，相比于现有技术通过设备功能来实现不同组分混合工质分液后蒸发冷凝而言，本发明是完全由工质特性实现高温级和低温级的内部耦合，使加热和冷凝过程耦合火用损失更小。

19、3.本发明中，低沸点有机蒸气发生器与热源管道的较低温段进行热量交换，高沸点有机蒸气发生器与热源管道的较高温段进行热量交换，通过利用热源不同温度区间对不同混合浓度的混合有机工质进行加热，热源与有机工质的匹配更好，混合工质变温吸放热过程火用损更小，换热效果更佳。

技术特征：

1.一种自然复叠大温差有机朗肯循环动力转换系统，其特征在于，包括依次连接的混合器(1)、低沸点有机蒸气发生器(4)和气液分离器(6)，

2.根据权利要求1所述的一种自然复叠大温差有机朗肯循环动力转换系统，其特征在于，所述混合器(1)通过混合工质对管道(2)与低沸点有机蒸气发生器(4)连接，所述混合工质对管道(2)上设置有驱动泵(3)。

3.根据权利要求1所述的一种自然复叠大温差有机朗肯循环动力转换系统，其特征在于，所述低沸点有机蒸气发生器(4)通过气液混合物管道(5)与气液分离器(6)连接。

4.根据权利要求1或3所述的一种自然复叠大温差有机朗肯循环动力转换系统，其特征在于，所述低沸点有机蒸气发生器(4)与热源管道(9)的较低温段(902)进行热量交换。

5.根据权利要求1所述的一种自然复叠大温差有机朗肯循环动力转换系统，其特征在于，所述气液分离器(6)底部通过高沸点有机混合工质管道(7)与高沸点有机蒸气发生器(8)连接。

6.根据权利要求1或5所述的一种自然复叠大温差有机朗肯循环动力转换系统，其特征在于，所述高沸点有机蒸气发生器(8)与热源管道(9)的较高温段(901)进行热量交换。

7.根据权利要求1所述的一种自然复叠大温差有机朗肯循环动力转换系统，其特征在于，所述高沸点有机蒸气发生器(8)通过高温混合工质管道一(10)与高温膨胀机(11)的入口连接。

8.根据权利要求1所述的一种自然复叠大温差有机朗肯循环动力转换系统，其特征在于，所述回热器(15)的高温侧进口与高温膨胀机(11)出口连接，所述回热器(15)的高温侧出口与混合器(1)连接，所述回热器(15)的低温侧进口与气液分离器(6)顶部出口连接，所述回热器(15)的低温侧出口与低温膨胀机(18)的入口连接。

9.根据权利要求8所述的一种自然复叠大温差有机朗肯循环动力转换系统，其特征在于，所述回热器(15)的高温侧进口通过高温混合工质管道二(13)与高温膨胀机(11)出口连接，所述回热器(15)的高温侧出口通过液体工质一管道(17)与混合器(1)入口连接。

10.根据权利要求8所述的一种自然复叠大温差有机朗肯循环动力转换系统，其特征在于，所述回热器(15)的低温侧进口通过低沸点有机混合工质管道(14)与气液分离器(6)顶部出口连接，所述回热器(15)的低温侧出口通过低温混合工质管道(16)与低温膨胀机(18)的入口连接，所述低温膨胀机(18)的出口通过低温低压有机蒸气管道(20)与冷凝器(21)连接，所述冷凝器(21)通过液体工质二管道(22)与混合器(1)入口连接。

技术总结
本发明公开了一种自然复叠大温差有机朗肯循环动力转换系统，包括依次连接的混合器、低沸点有机蒸气发生器和气液分离器，所述气液分离器底部通过管道依次连接高沸点有机蒸气发生器、高温膨胀机、回热器和混合器构成高温转换系统，所述气液分离器顶部通过管道依次连接回热器、低温膨胀机、冷凝器和混合器构成低温转换系统；所述高温膨胀机排出的高温混合工质进入回热器，与来自气液分离器顶部的低沸点有机混合工质换热，所述高温混合工质冷凝为液体工质一进入混合器，所述低沸点有机混合工质依次经过低温膨胀机和冷凝器后冷凝为液体工质二进入混合器；本发明系统结构简单，可有效提升系统热效率，提高输出功率，减少可用能损失，系统的可行性更高。

技术研发人员：张诚,袁德文,闫晓,刘文兴
受保护的技术使用者：中国核动力研究设计院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25