一种二氧化碳朗肯循环动力系统及其操作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种二氧化碳朗肯循环动力系统及其操作方法，包括：二氧化碳朗肯循环子系统和吸收式制冷循环子系统；所述二氧化碳朗肯循环子系统用于获取热量输出动力，并用于为所述吸收式制冷循环子系统提供热源；所述吸收式制冷循环子系统用于回收利用所述二氧化碳朗肯循环子系统乏气的余热，并用于为所述二氧化碳朗肯循环子系统提供冷源。本发明专利技术的二氧化碳朗肯循环动力系统，既可对膨胀机出口乏气的余热进行利用，又可在不使用特殊冷源以及不消耗额外能量的情况下将二氧化碳冷凝成液。

A Carbon Dioxide Rankine Cycle Power System and Its Operation Method

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳朗肯循环动力系统及其操作方法
本专利技术属于二氧化碳朗肯循环
，特别涉及一种二氧化碳朗肯循环动力系统及其操作方法。
技术介绍
随着工业化和现代化的进程，全球能源消耗总量十分庞大，节能减排成为了一个重要任务，发展基于新型环保工质的高效动力循环是实现节能减排目标的重要途径。二氧化碳具有来源广泛、密度大以及良好的环保、流动和换热性能等优点，以二氧化碳为工质的循环动力系统具有效率高、体积小等优势，在利用太阳能、地热、工业余热等热量提供动力和发电方面具有巨大的应用前景。目前国际上研究较多的是二氧化碳布雷顿循环动力系统，这类循环难以克服的缺点是压缩机耗功较大。二氧化碳朗肯循环动力系统是以液体泵替代压缩机增压，耗功大大减小，但是二氧化碳临界温度接近室温，室温较高时难以以常规室温冷却水或空气将乏气冷凝成液；传统的冷凝方式或特殊冷源(液化天然气、深海水等)，或消耗额外能量(利用电能实现压缩式制冷、热能实现吸收式制冷等)实现二氧化碳冷凝成液。特殊冷源在应用上具有局限性，消耗额外能量会降低系统独立性和效率。同时，这两种冷凝方式均没有回收利用膨胀机出口二氧化碳的余热，造成能源浪费。综上，亟需一种新型的二氧化碳朗肯循环动力系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种二氧化碳朗肯循环动力系统及其操作方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本专利技术的二氧化碳朗肯循环动力系统，既可对膨胀机出口乏气的余热进行利用，又可在不使用特殊冷源以及不消耗额外能量的情况下将二氧化碳冷凝成液。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种二氧化碳朗肯循环动力系统，包括：二氧化碳朗肯循环子系统和吸收式制冷循环子系统；所述二氧化碳朗肯循环子系统用于获取热量输出动力，并用于为所述吸收式制冷循环子系统提供热源；所述吸收式制冷循环子系统用于回收利用所述二氧化碳朗肯循环子系统乏气的余热，并用于为所述二氧化碳朗肯循环子系统提供冷源。本专利技术的进一步改进在于，所述二氧化碳朗肯循环子系统包括：加热器，用于通过外部热源对输入的二氧化碳进行加热；膨胀机，用于接入所述加热器加热后的二氧化碳，并输出动力；第一冷凝器，用于对膨胀机输出的乏气进行冷凝。本专利技术的进一步改进在于，所述吸收式制冷循环子系统包括：吸收器、溶液换热器、发生器、第二冷凝器和蒸发器；所述吸收器用于将制冷剂溶解到吸收剂中形成溶液A；所述溶液A送入所述溶液换热器中进行第一次吸热；第一次吸热后的溶液A送入所述发生器，进行再次吸热使制冷剂析出，并形成溶液B；析出的制冷剂及溶液B送入所述溶液换热器中进行放热；放热后的溶液B送入所述吸收器中，用于作为下次循环的吸收剂；放热后的制冷剂送入所述第二冷凝器中进行冷凝；冷凝后的制冷剂送入所述蒸发器中，用于吸收二氧化碳的热量；与二氧化碳换热后的制冷剂送入所述吸收器中，用于溶解于吸收剂中，以实现下一次循环。本专利技术的进一步改进在于，所述二氧化碳朗肯循环子系统包括：加热器、膨胀机和第一冷凝器；所述吸收式制冷循环子系统包括：吸收器、溶液换热器、发生器、第二冷凝器和蒸发器；所述加热器的二氧化碳入口通过第一管道与所述蒸发器的二氧化碳出口相连通，所述第一管道上设置有第一液体泵；所述加热器的二氧化碳出口与所述膨胀机的二氧化碳入口相连通，所述膨胀机的乏气出口与所述发生器的入气口相连通；所述发生器的二氧化碳出口与所述第一冷凝器的二氧化碳入口相连通，所述第一冷凝器的二氧化碳出口与所述蒸发器的二氧化碳入口相连通；所述蒸发器的制冷剂出口与所述吸收器的制冷剂入口相连通；所述吸收器的液体出口与所述溶液换热器的第一液体入口通过第二管道相连通，所述第二管道上设置有第二液体泵；所述溶液换热器的第一液体出口与所述发生器的液体入口相连通，所述发生器的液体出口与所述溶液换热器的第二液体入口相连通，所述溶液换热器的第二液体出口与所述吸收器的液体入口相连通；所述发生器的制冷剂出口与所述溶液换热器的制冷剂入口相连通，所述溶液换热器的制冷剂出口与所述第二冷凝器的制冷剂入口相连通，所述第二冷凝器的制冷剂出口与所述蒸发器的制冷剂入口相连通。本专利技术的进一步改进在于，所述溶液换热器的第二液体出口通过第三管道与所述吸收器的液体入口相连通，所述第三管道上设置有第一节流阀。本专利技术的进一步改进在于，所述第二冷凝器的制冷剂出口通过第四管道与所述蒸发器的制冷剂入口相连通，所述第四管道上设置有第二节流阀。本专利技术的进一步改进在于，第一冷凝器、第二冷凝器及吸收器中的冷却流体为室温冷却水或空气。本专利技术的进一步改进在于，所述膨胀机的抽气与乏气出口均与所述发生器的入气口相连通。本专利技术上述的一种二氧化碳朗肯循环动力系统的操作方法，包括：S1，通过二氧化碳朗肯循环子系统，从外部热源获取热量输出动力，并为所述吸收式制冷循环子系统提供热源；S2，通过所述吸收式制冷循环子系统回收利用所述二氧化碳朗肯循环子系统乏气的余热，并为所述二氧化碳朗肯循环子系统提供冷源。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术中将二氧化碳朗肯循环与吸收式制冷循环进行结合，利用吸收式制冷循环为二氧化碳朗肯循环乏气提供冷源保证其冷凝成液，利用膨胀器乏气为吸收式制冷循环提供热源，不但解决了二氧化碳室温下难以冷凝成液的问题，而且对二氧化碳朗肯循环乏气余热进行了回收利用。本专利技术对于提高二氧化碳循环动力系统的热效率和适用性，实现大规模推广应用有重要的意义。本专利技术中，将吸收式制冷循环发生器出口的高温制冷剂引入到溶液换热器中，可对其余热进行利用，能够提高吸收式制冷循环的制冷效率，可降低冷凝器的负荷。本专利技术不但能够回收来自发生器的制冷剂的热量、提高制冷效率，而且可以降低第二冷凝器的负荷。本专利技术中，膨胀机出口的乏气和抽气在发生器中与吸收式制冷子系统的工质对所形成的溶液进行换热，既提供制冷剂从溶液中析出所需的热量，又达到回收乏气和抽气余热、降低其温度的目的；在吸收式制冷循环子系统中，制冷剂从发生器出来后进入到溶液换热器，用于加热来自第二液体泵的稀溶液，不但能够回收来自发生器的制冷剂的热量、提高制冷效率，而且可以降低第二冷凝器的负荷；外部冷却流体为室温水或空气，不需要特殊冷源也不消耗额外能量。本专利技术中，膨胀机出口的乏气为发生器主要热量来源，抽气为辅助热源，当乏气热量能够满足发生器需求时，不需要抽气。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例的一种二氧化碳朗肯循环动力系统的示意图；图2是现有的常规二氧化碳朗肯循环动力系统的示意图；图中：1、吸收器；2、第二液体泵；3、第一节流阀；4、溶液换热器；5、发生器；6、蒸发器；7、第二冷凝器；8、第二节流阀；9、第一冷凝器；10、加热器；11、膨胀机；12、第一液体泵。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例。基于本专利技术公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化碳朗肯循环动力系统，其特征在于，包括：二氧化碳朗肯循环子系统和吸收式制冷循环子系统；所述二氧化碳朗肯循环子系统用于获取热量输出动力，并用于为所述吸收式制冷循环子系统提供热源；所述吸收式制冷循环子系统用于回收利用所述二氧化碳朗肯循环子系统乏气的余热，并用于为所述二氧化碳朗肯循环子系统提供冷源。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳朗肯循环动力系统，其特征在于，包括：二氧化碳朗肯循环子系统和吸收式制冷循环子系统；所述二氧化碳朗肯循环子系统用于获取热量输出动力，并用于为所述吸收式制冷循环子系统提供热源；所述吸收式制冷循环子系统用于回收利用所述二氧化碳朗肯循环子系统乏气的余热，并用于为所述二氧化碳朗肯循环子系统提供冷源。2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳朗肯循环动力系统，其特征在于，所述二氧化碳朗肯循环子系统包括：加热器(10)，用于通过外部热源对输入的二氧化碳进行加热；膨胀机(11)，用于接入所述加热器(10)加热后的二氧化碳，并输出动力；第一冷凝器(9)，用于对膨胀机(11)输出的乏气进行冷凝。3.根据权利要求1所述的一种二氧化碳朗肯循环动力系统，其特征在于，所述吸收式制冷循环子系统包括：吸收器(1)、溶液换热器(4)、发生器(5)、第二冷凝器(7)和蒸发器(6)；所述吸收器(1)用于将制冷剂溶解到吸收剂中形成溶液A；所述溶液A送入所述溶液换热器(4)中进行第一次吸热；第一次吸热后的溶液A送入所述发生器(5)，进行再次吸热使制冷剂析出，并形成溶液B；析出的制冷剂及溶液B送入所述溶液换热器(4)中进行放热；放热后的溶液B送入所述吸收器(1)中，用于作为下次循环的吸收剂；放热后的制冷剂送入所述第二冷凝器(7)中进行冷凝；冷凝后的制冷剂送入所述蒸发器(6)中，用于吸收二氧化碳的热量；与二氧化碳换热后的制冷剂送入所述吸收器(1)中，用于溶解于吸收剂中，以实现下一次循环。4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳朗肯循环动力系统，其特征在于，所述二氧化碳朗肯循环子系统包括：加热器(10)、膨胀机(11)和第一冷凝器(9)；所述吸收式制冷循环子系统包括：吸收器(1)、溶液换热器(4)、发生器(5)、第二冷凝器(7)和蒸发器(6)；所述加热器(10)的二氧化碳入口通过第一管道与所述蒸发器(6)的二氧化碳出口相连通，所述第一管道上设置有第一液体泵(12)；所述加热器(10)的二氧化碳出口与所述膨胀机(11)的二氧化碳入口相连通，所述膨胀机(11)的乏气出口...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘向阳，叶铮，何茂刚，张颖，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61