一种集成热泵和发电功能的新型热能利用系统技术方案

一种集成热泵和发电功能的新型热能利用系统，包括的冷凝器、蒸发器、电子膨胀阀和工质泵，还设置有压缩膨胀一体机，与压缩膨胀一体机、冷凝器、蒸发器、电子膨胀阀和工质泵相连的由构成热泵模式的热泵循环管路和构成有机朗肯循环发电模式的有机朗肯工质循环管路组成的循环管路，循环管路中设置有控制阀门，在热泵模式下，压缩膨胀一体机、冷凝器、电子膨胀阀和蒸发器依次通过热泵循环管路相连接构成热泵循环回路，在有机朗肯循环发电模式下压缩膨胀一体机、冷凝器、工质泵和蒸发器依次通过有机朗肯工质循环管路相连接构成有机朗肯循环发电模循环回路，蒸发器的热交换管路采用低温热源循环。本发明专利技术可以进行发电与热泵功能的选择，提高热能的利用效率。

The use of an integrated system of new energy power generation and heat pump function

The use of an integrated system of new heat pump and the function of power generation, including the condenser, evaporator, electronic expansion valve and a refrigerant pump is also provided with a compression expansion machine and compression expansion machine, condenser, evaporator, electronic expansion valve and a refrigerant pump connected by a heat pump circulation pipeline and pump mode a refrigerant circulating pipeline of organic Rankine cycle power generation mode of the organic Rankine cycle consisting of pipeline, a control valve is arranged in the circulation line, in the pump mode, compression expansion machine, a condenser, an electronic expansion valve and evaporator sequentially through the heat pump cycle pipeline connects the heat pump cycle loop expansion machine, condenser, refrigerant pump followed by the organic Rankine and evaporator refrigerant circulating pipeline is connected with organic Rankine cycle compression in organic Rankine cycle power generation mode under The heat exchange pipeline of the evaporator adopts low temperature heat source circulation. The invention can select the function of power generation and heat pump, and improve the utilization efficiency of heat energy.

【技术实现步骤摘要】
一种集成热泵和发电功能的新型热能利用系统
本专利技术涉及一种热能利用装置。特别是涉及一种集成热泵和发电功能的新型热能利用系统。
技术介绍
热泵技术和低温余热发电技术作为两项独立的热能回收利用技术，在环境问题日益严峻和节能减排政策驱动下，逐渐在市场普及并产生的可观的环境和经济效益。这两项技术对低温热的要求不同：低温余热发电对热源温度要求为60-150℃；热泵根据不同的能质提升区间,其可利用的低温热源的温区为10-80℃。在目前的技术条件下，热泵机组和余热发电机组是两套独立且只有单一功能的设备，因此，当低温热源达不到设备运行的条件时，系统无法运行，造成热能的回收利用率降低。同时，根据实际应用中的不同生产工艺，对热源的利用可能是不连续的，单一功能的技术会无法满足用户的多样化需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种可以实现压缩式热泵和有机朗肯循环(ORC)发电两种运行模式及功能的集成热泵和发电功能的新型热能利用系统。本专利技术所采用的技术方案是：一种集成热泵和发电功能的新型热能利用系统，包括的冷凝器、蒸发器、电子膨胀阀和工质泵，还设置有压缩膨胀一体机，以及与所述的压缩膨胀一体机、冷凝器、蒸发器、电子膨胀阀和工质泵相连的由构成热泵模式的热泵循环管路和构成有机朗肯循环发电模式的有机朗肯工质循环管路组成的循环管路，所述的循环管路中设置有用于选择热泵模式或有机朗肯循环发电模式的控制阀门，其中，在热泵模式下，所述的压缩膨胀一体机、冷凝器、电子膨胀阀和蒸发器依次通过热泵循环管路相连接构成热泵循环回路，在有机朗肯循环发电模式下所述的压缩膨胀一体机、冷凝器、工质泵和蒸发器依次通过有机朗肯工质循环管路相连接构成有机朗肯循环发电模循环回路，所述的蒸发器的热交换管路采用低温热源循环。所述的热泵循环回路是由：压缩膨胀一体机、连接在压缩膨胀一体机高压端口的第一共用管路、第一热泵管路、第三共用管路、冷凝器内的工质管、第四共用管路、第二热泵管路、设置在第二热泵管路上的电子膨胀阀、第五共用管路、蒸发器内的工质管、第六共用管路、第三热泵管路、以及连接在压缩膨胀一体机低压端口的第二共用管路依次串联连接构成，所述的第一热泵管路上设置有第三控制阀门，所述的第二热泵管路上设置有第五控制阀门，所述的第三热泵管路上设置有第二控制阀门，连接冷凝器的第一热交换管路采用高温热源循环，并且在连接冷凝器的高温热源入口侧的第一热交换管路上设置有第十控制阀门，在连接冷凝器的高温热源出口侧的第一热交换管路上设置有第七控制阀门。所述的有机朗肯循环发电模循环回路是由：压缩膨胀一体机、连接在压缩膨胀一体机低压端口的第二共用管路、第一有机朗肯工质循环管路、第三共用管路、冷凝器内的工质管、第四共用管路、第二有机朗肯工质循环管路、设置在第二有机朗肯工质管路上的工质泵、第五共用管路、蒸发器内的工质管、第六共用管路、第三有机朗肯工质循环管路、以及连接在压缩膨胀一体机高压端口的第一共用管路依次串联连接构成，所述的第一有机朗肯工质循环管路上设置有第四控制阀门，所述的第二有机朗肯工质循环管路上设置有第六控制阀门，所述的第三有机朗肯工质循环管路上设置有第一控制阀门，连接冷凝器的第二热交换通路采用冷却水循环，并且在连接冷凝器的冷却水入口侧的第二热交换通路上设置有第九控制阀门，在连接冷凝器的冷却水出口侧的第二热交换通路上设置有第八控制阀门。所述的压缩膨胀一体机是由压缩膨胀机和连接在所述压缩膨胀机输出端的双功能永磁电机构成，其中，压缩膨胀机为涡旋式压缩膨胀机或双螺杆式压缩膨胀机或单螺杆式压缩膨胀机，所述压缩膨胀机的高压端和低压端构成压缩膨胀一体机的高压端和低压端，在热泵模式下，所述的双功能永磁电机以电动机模式运行，驱动压缩膨胀机以压缩模式运行，在有机朗肯循环发电模式下，所述的压缩膨胀机以膨胀模式运行，驱动双功能永磁电机发电。所述的压缩膨胀一体机是由永磁涡旋式压缩机构成，其中，所述永磁涡旋式压缩机的供油方式采用离心式供油机构，并且所述永磁涡旋式压缩机高压端为双向循环通道，所述永磁涡旋式压缩机的高压端和低压端构成压缩膨胀一体机的高压端和低压端。所述的冷凝器和蒸发器采用板式换热器或管壳式换热器或套管式换热器。所述的工质泵采用多级离心泵或螺杆泵或叶片泵。系统循环工质为低沸点有机工质。本专利技术的一种集成热泵和发电功能的新型热能利用系统，可以根据热源的温度变化和用户的需求，进行发电与热泵功能的选择，提高热能的利用效率，满足用户多样化需求。本专利技术可以实现压缩式热泵和有机朗肯循环(ORC)发电两种运行模式及功能。双功能系统的两种运行模式之间的切换可通过开启和关闭系统循环管路中的阀门实现。本专利技术拓展单一功能机组可利用热源的温度区间，克服在单一功能系统中由于热源温度变化超出可利用范围造成的系统停机等缺陷，避免了能源的间歇性回收，此系统适用于热源工况变化较大的场合，可实现对热能的全时段、大温区回收利用。产能方式更加灵活，满足用户多样化需求。用户可以根据自己的用能需求，合理选择双功能机组的运行模式。对热源波动和用能负荷变化的适应性较强。系统主要设备一套多用，降低设备成本。附图说明图1是在同一系统中通过完成两种热力学循环来实现热泵和发电功能的T-S原理图；图2是本专利技术一种集成热泵和发电功能的新型热能利用系统的构成示意图；图3是本专利技术中压缩膨胀一体机与系统管道连接示意图；图4是本专利技术中压缩膨胀一体机第一实施例的结构示意图；图5a是本专利技术中压缩膨胀一体机第一实施例在有机朗肯循环发电模式下的结构示意图；图5b是本专利技术中压缩膨胀一体机第一实施例在热泵模式下的结构示意图。图中1：压缩膨胀一体机11：压缩膨胀机12：双功能永磁电机2：冷凝器3：电子膨胀阀4：工质泵5：蒸发器G1：第一有机朗肯工质循环管路G2：第二有机朗肯工质循环管路G3：第三有机朗肯工质循环管路R1：第一热泵管路R2：第二热泵管路R3：第三热泵管路Y1：第一共用管路Y2：第二共用管路Y3：第三共用管路Y4：第四共用管路Y5：第五共用管路Y6：第六共用管路具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术的一种集成热泵和发电功能的新型热能利用系统做出详细说明。压缩式热泵与发电集成系统的热力学原理是逆卡诺循环(ReverseCarnotcycle)和朗肯循环(Rankinecycle)，在同一系统中通过完成两种热力学循环来实现热泵和发电功能。系统的T-S图如图1所示，图中的a→b→cS→d→a为逆卡诺循环，1→2s→3→4→5→1为朗肯循环。逆卡诺循环中，工质被绝热压缩，沿等熵线由状态b到状态cS(由于节流作用、摩擦阻力、传热等不可逆因素的存在，实际的压缩过程是熵增过程(b→c))，然后沿等温线cS-d进行放热后液化，随后经过绝热膨胀，由状态d到状态a，经过等温吸热，状态由a到状态b。系统完成一次循环并将热量从低温热源转移到高温热源，实现热泵功能。在朗肯循环中，液态工质经过工质泵升压(3→4)进入蒸发器，工质在蒸发器内的等压吸热过程包括预热过程(4→5)、等温蒸发过程和过热过程(5→1)，随后高温高压气态工质进入膨胀机绝热膨胀做功(1→2s)(实际的膨胀过程为熵增过程(1→2))，乏气进入冷凝器完成等压冷凝过程(2s→3)。至此，系统完成一次循环，并将热源的热量转化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成热泵和发电功能的新型热能利用系统，包括的冷凝器(2)、蒸发器(5)、电子膨胀阀(3)和工质泵(4)，其特征在于，还设置有压缩膨胀一体机(1)，以及与所述的压缩膨胀一体机(1)、冷凝器(2)、蒸发器(5)、电子膨胀阀(3)和工质泵(4)相连的由构成热泵模式的热泵循环管路和构成有机朗肯循环发电模式的有机朗肯工质循环管路组成的循环管路，所述的循环管路中设置有用于选择热泵模式或有机朗肯循环发电模式的控制阀门，其中，在热泵模式下，所述的压缩膨胀一体机(1)、冷凝器(2)、电子膨胀阀(3)和蒸发器(5)依次通过热泵循环管路相连接构成热泵循环回路，在有机朗肯循环发电模式下所述的压缩膨胀一体机(1)、冷凝器(2)、工质泵(4)和蒸发器(5)依次通过有机朗肯工质循环管路相连接构成有机朗肯循环发电模循环回路，所述的蒸发器(5)的热交换管路采用低温热源循环。

【技术特征摘要】
1.一种集成热泵和发电功能的新型热能利用系统，包括的冷凝器(2)、蒸发器(5)、电子膨胀阀(3)和工质泵(4)，其特征在于，还设置有压缩膨胀一体机(1)，以及与所述的压缩膨胀一体机(1)、冷凝器(2)、蒸发器(5)、电子膨胀阀(3)和工质泵(4)相连的由构成热泵模式的热泵循环管路和构成有机朗肯循环发电模式的有机朗肯工质循环管路组成的循环管路，所述的循环管路中设置有用于选择热泵模式或有机朗肯循环发电模式的控制阀门，其中，在热泵模式下，所述的压缩膨胀一体机(1)、冷凝器(2)、电子膨胀阀(3)和蒸发器(5)依次通过热泵循环管路相连接构成热泵循环回路，在有机朗肯循环发电模式下所述的压缩膨胀一体机(1)、冷凝器(2)、工质泵(4)和蒸发器(5)依次通过有机朗肯工质循环管路相连接构成有机朗肯循环发电模循环回路，所述的蒸发器(5)的热交换管路采用低温热源循环。2.根据权利要求1所述的一种集成热泵和发电功能的新型热能利用系统，其特征在于，所述的热泵循环回路是由：压缩膨胀一体机(1)、连接在压缩膨胀一体机(1)高压端口的第一共用管路(Y1)、第一热泵管路(R1)、第三共用管路(Y3)、冷凝器(2)内的工质管、第四共用管路(Y4)、第二热泵管路(R2)、设置在第二热泵管路(R2)上的电子膨胀阀(3)、第五共用管路(Y5)、蒸发器(5)内的工质管、第六共用管路(Y6)、第三热泵管路(R3)、以及连接在压缩膨胀一体机(1)低压端口的第二共用管路(Y2)依次串联连接构成，所述的第一热泵管路(R1)上设置有第三控制阀门(V3)，所述的第二热泵管路(R2)上设置有第五控制阀门(V5)，所述的第三热泵管路(R3)上设置有第二控制阀门(V2)，连接冷凝器(2)的第一热交换管路(R4)采用高温热源循环，并且在连接冷凝器(2)的高温热源入口侧的第一热交换管路(R4)上设置有第十控制阀门(V10)，在连接冷凝器(2)的高温热源出口侧的第一热交换管路(R4)上设置有第七控制阀门(V7)。3.根据权利要求1所述的一种集成热泵和发电功能的新型热能利用系统，其特征在于，所述的有机朗肯循环发电模循环回路是由：压缩膨胀一体机(1)、连接在压缩膨胀一体机(1)低压端口的第二共用管路(Y2)、第一有机朗肯工质循环管路(G1)、第三共用管路(Y3)、冷凝器(2)内的工质管、第四共用管路...

【专利技术属性】
技术研发人员：张于峰，贺中禄，吴璋翔，邓娜，董胜明，张彦，姚胜，于晓慧，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12