热泵集热式自然热能发电机组 |
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| 申请号 | CN201210360597.1 | 申请日 | 2012-09-25 | 公开(公告)号 | CN102852575A | 公开(公告)日 | 2013-01-02 |
| 申请人 | 黄敏坚; | 发明人 | 黄敏坚; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 热 泵 集热式自然 热能 发 电机 组，其包括热泵集 热机 、工质 蒸汽 加温 热交换器 、液态工质加温热交换器、低压低温 汽轮机 、余热回收 冷凝器 、工质 循环泵 和发电机；热泵集热机、工质蒸汽加温热交换器、液态工质加温热交换器、低压低温汽轮机、余热回收冷凝器、工质循环泵通过管路连接；低压低温汽轮机的动 力 输出轴 与发电机的 转轴 连接。本发明将热泵集热技术与低压低温汽轮机技术相结合，在工作过程中，吸收自然热能(空气， 海 水 、河水等自然热能)，将自然热能转化为 电能 。本发明是一种能够有效利用自然界热能的环保的新型 能源 设备。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种热泵集热式自然热能发电机组，其特征在于：所述热泵集热式自然热能发电机组包括热泵集热机、工质蒸汽加温热交换器、液态工质加温热交换器、低压低温汽轮机、余热回收冷凝器、工质循环泵和发电机； |
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| 说明书全文 | 热泵集热式自然热能发电机组技术领域背景技术[0002] 热能发电机组是一种将热能转化为电能的设备。现有技术中的热能发电机组通常由锅炉和汽轮发电机组构成。工作过程中，通过燃烧油、煤或利用核能产生的热给锅炉中的工质加温产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机运转，汽轮机带动发电机发电。 [0003] 然而，现有技术的汽轮机通常以水作为工质，水在常压下的沸点是100摄氏度，因此有较高温度的热源才能有效发电，受热源温度的限制，现有技术的热能发电机组不能利用自然热能(如自然空气的热能、江河湖海水中的热能、地热温泉的热能)发电。 [0004] 现有技术中亟需一种能够利用自然热能发电的自然热能发电机组。 发明内容[0005] 本发明为了克服现有技术存在的不足，提供一种能够利用自然界热能发电的热泵集热式自然热能发电机组。 [0006] 本发明是通过以下技术方案实现的：一种热泵集热式自然热能发电机组，包括热泵集热机、工质蒸汽加温热交换器、液态工质加温热交换器、低压低温汽轮机、余热回收冷凝器、工质循环泵和发电机；其中，工质蒸汽加温热交换器、液态工质加温热交换器、余热回收冷凝器均设置有能够相互换热的热媒流道和工质流道，工质蒸汽加温热交换器、液态工质加温热交换器、余热回收冷凝器均设置有与热媒流道连通的热媒输入口、热媒输出口以及与工质流道连通的工质输入口和工质输出口；热泵集热机的高压输出端口通过管路与工质蒸汽加温热交换器的热媒输入口连通，工质蒸汽加温热交换器的热媒输出口通过管路与液态工质加温热交换器的热媒输入口连通，液态工质加温热交换器的热媒输出口通过管路与余热回收冷凝器的热媒输入口连通，余热回收冷凝器的热媒输出口通过管路与热泵集热机的低压输入端口连通；工质循环泵的输出口通过管路与液态工质加温热交换器的工质输入口连通，液态工质加温热交换器的工质输出口通过管路与工质蒸汽加温热交换器的工质输入口连通，工质蒸汽加温热交换器的工质输出口通过管路与低压低温汽轮机的进汽口连通，低压低温汽轮机的排汽口通过管路与余热回收冷凝器的工质输入口连通，余热回收冷凝器的工质输出口通过管路与工质循环泵的输入口连通；低压低温汽轮机的动力输出轴与发电机的转轴连接。 [0007] 所述低压低温汽轮机使用常压下沸点在40摄氏度以下的材料作为工质。 [0008] 所述工质蒸汽加温热交换器包括罐体、热媒换热管路和工质均布管，罐体内设置有工质腔，热媒换热管路、工质均布管均设置于该工质腔内，所述工质蒸汽加温热交换器的热媒输入口与热媒输出口分别设置于热媒换热管路的始端和末端，所述工质蒸汽加温热交换器的工质输入口设置于工质均布管的始端，罐体设置有工质输出口。 [0009] 所述热媒换热管路上均匀分布有多个散热片。 [0011] 所述工质蒸汽加温热交换器的热媒输入口与工质输出口均位于所述罐体的上部，所述工质蒸汽加温热交换器的热媒输出口与工质输入口均位于所述罐体的下部。 [0012] 所述液态工质加温热交换器包括保温层、热媒输入管、热媒输出管、工质输入管、工质输出管、多个热媒模块和多个工质模块，所述热媒模块由立方形的金属体以及回旋设置于该金属体内的热媒管构成，所述工质模块由立方形的金属体以及回旋设置于该金属体内的工质管构成，这些热媒模块与这些工质模块交叉层叠设置构成热媒工质换热块，保温层设置于热媒工质换热模块的外侧，热媒输入管和热媒输出管分别与热媒管的始端和末端连通，工质输入管和工质输出管分别与工质管的始端和末端连通，所述液态工质加温热交换器的热媒输入口和热媒输出口分别设置于热媒输入管的始端和热媒输出管的末端，所述液态工质加温热交换器的工质输入口和工质输出口分别设置于工质输入管的始端和工质输出管的末端。 [0013] 所述液态工质加温热交换器的热媒输入管和工质输出管均设置于所述热媒工质换热块的上部，所述液态工质加温热交换器的热媒输出管和工质输入管均设置于所述热媒工质换热块的下部。 [0014] 所述余热回收冷凝器包括罐体和热媒管路，罐体内设置有工质腔，热媒管路设置于工质腔内，所述余热回收冷凝器的热媒输入口和热媒输出口分别设置于热媒管路的始端和末端，所述余热回收冷凝器的工质输入口和工质输出口均设置于罐体上。 [0015] 所述热媒管路上均匀分布有多个吸热片。 [0016] 所述热媒输入口位于所述罐体的下部，所述热媒输出口位于所述罐体的上部，所述工质输入口设置于所述罐体的上部，所述工质输出口设置于所述罐体的下端。 [0017] 本发明的有益效果是：本发明将热泵集热技术与低压低温汽轮机技术相结合，使用热泵集热的方式取得热能能源，用热交换器生产蒸汽，不需要锅炉，在工作过程中，吸收自然热能(如自然空气的热能、江河湖海水中的热能、地热温泉的热能)，将自然热能转化为电能。本发明是一种能够有效利用自然界热能的环保的新型能源设备。附图说明 [0018] 图1是本发明的整体结构示意图； [0019] 图2是工质蒸汽加温热交换器的结构示意图； [0020] 图3是液态工质加温热交换器的立体结构示意图； [0021] 图4是液态工质加温热交换器的热媒模块的结构示意图； [0022] 图5是液态工质加温热交换器的热媒模块的立体结构示意图； [0023] 图6是液态工质加温热交换器的工质模块的结构示意图； [0024] 图7是余热回收冷凝器的结构示意图。 [0025] 在图中： [0026] 100-工质蒸汽加温热交换器； [0027] 110-工质蒸汽加温热交换器的罐体；120-热媒换热管路；130-工质均布管；140-工质蒸汽加温热交换器的热媒输入口；150-工质蒸汽加温热交换器的热媒输出口； 160-工质蒸汽加温热交换器的工质输入口；170-工质蒸汽加温热交换器的工质输出口； 180-工质蒸汽加温热交换器的散热片；190-喷嘴； [0028] 200-液态工质加温热交换器； [0029] 210-热媒模块；211-热媒模块的金属体；212-热媒模块的热媒管；213-热媒模块的螺丝孔；220-工质模块；221-工质模块的金属体；222-工质模块的工质管；223-工质模块的螺丝孔；230-热媒输入管；240-热媒输出管；250-工质输入管；260-工质输出管； [0030] 300-余热回收冷凝器； [0031] 310-余热回收冷凝器的罐体；320-热媒管路；330-余热回收冷凝器的热媒输入口；340-余热回收冷凝器的热媒输出口；350-余热回收冷凝器的工质输入口；360-余热回收冷凝器的工质输出口；370-余热回收冷凝器的吸热片。 [0032] 400-热泵集热机；500-低压低温汽轮机；600-工质循环泵；700-发电机。 具体实施方式[0033] 以下结合附图对本发明作详细描述。 [0034] 如图1所示，一种热泵集热式自然热能发电机组，包括热泵集热机400、工质蒸汽加温热交换器100、液态工质加温热交换器200、低压低温汽轮机500、余热回收冷凝器300、工质循环泵600和发电机700；其中，工质蒸汽加温热交换器100、液态工质加温热交换器200、余热回收冷凝器300均设置有能够相互换热的热媒流道和工质流道，工质蒸汽加温热交换器100、液态工质加温热交换器200、余热回收冷凝器300均设置有与热媒流道连通的热媒输入口、热媒输出口以及与工质流道连通的工质输入口和工质输出口；热泵集热机 400的高压输出端口通过管路与工质蒸汽加温热交换器100的热媒输入口140连通，工质蒸汽加温热交换器100的热媒输出口150通过管路与液态工质加温热交换器200的热媒输入口连通，液态工质加温热交换器200的热媒输出口通过管路与余热回收冷凝器300的热媒输入口330连通，余热回收冷凝器300的热媒输出口340通过管路与热泵集热机400的低压输入端口连通；工质循环泵600的输出口通过管路与液态工质加温热交换器200的工质输入口连通，液态工质加温热交换器200的工质输出口通过管路与工质蒸汽加温热交换器100的工质输入口160连通，工质蒸汽加温热交换器100的工质输出口170通过管路与低压低温汽轮机500的进汽口连通，低压低温汽轮机500的排汽口通过管路与余热回收冷凝器300的工质输入口350连通，余热回收冷凝器300的工质输出口360通过管路与工质循环泵600的输入口连通；低压低温汽轮机500的动力输出轴与发电机700的转轴连接。 [0035] 本发明利用热泵集热技术吸收自然空气中或海水河流中的热能，在15摄氏度的空气中，用1度电的能量运行，可以吸收到3倍于运行电能的热能(气温30℃时是5倍)。低压低温汽轮机500使用常压下沸点在40摄氏度以下的材质作为工质，低压低温汽轮机 500的工作温度可在100摄氏度以下，进汽压力1.2兆帕也有较高工作效率，恰好适合利用温度较低的热源。本发明将热泵集热技术与低压低温汽轮机500组技术结合，带动发电机 700发电，是一种高效环保的新能源发电设备。 [0036] 如图2所示，工质蒸汽加温热交换器100包括罐体110、热媒换热管路120和工质均布管130，罐体110内设置有工质腔，热媒换热管路120、工质均布管130均设置于该工质腔内，工质蒸汽加温热交换器100的热媒输入口140与热媒输出口150分别设置于热媒换热管路120的始端和末端，工质蒸汽加温热交换器100的工质输入口160设置于工质均布管130的始端，罐体110设置有工质输出口170。作为优选，热媒换热管路120上均匀分布有多个散热片180，设置散热片180的目的是增加热交换的接触面，使工质蒸汽温度迅速升高。工质均布管130均匀设置有多个喷嘴190。工质蒸汽加温热交换器100的外层包有保温材料，防止热量散失。工质蒸汽加温热交换器100的热媒输入口140与工质输出口170均位于罐体110的上部，工质蒸汽加温热交换器100的热媒输出口150与工质输入口160均位于罐体110的下部。喷嘴190设置在热媒换热管路120的下方，使工质蒸汽由下而上运动，使吸热更加充分，工质蒸汽输出口在热交换器上方，使输出的工质蒸汽能量最高，膨胀力最大。 [0037] 工质蒸汽加温热交换器100是为了使低沸点工质(常压下沸点在40℃以下的材料)能够在适合的压力下汽化，并使工质蒸汽继续吸收热媒的热能，膨胀能力进一步提高，专为低压低温汽轮机500设计。 [0038] 如图3-图6所示，液态工质加温热交换器200包括保温层、热媒输入管230、热媒输出管240、工质输入管250、工质输出管260、多个热媒模块210和多个工质模块220，热媒模块210由立方形的金属体211以及回旋设置于该金属体211内的热媒管212构成，工质模块220由立方形的金属体221以及回旋设置于该金属体221内的工质管222构成，这些热媒模块210与这些工质模块220交叉层叠设置构成热媒工质换热块，保温层设置于热媒工质换热模块的外侧，热媒输入管230和热媒输出管240分别与热媒管212的始端和末端连通，工质输入管250和工质输出管260分别与工质管222的始端和末端连通，液态工质加温热交换器200的热媒输入口和热媒输出口分别设置于热媒输入管230的始端和热媒输出管240的末端，液态工质加温热交换器200的工质输入口和工质输出口分别设置于工质输入管250的始端和工质输出管260的末端。作为优选，液态工质加温热交换器200的热媒输入管230和工质输出管260均设置于热媒工质换热块的上部，液态工质加温热交换器200的热媒输出管240和工质输入管250均设置于热媒工质换热块的下部。 [0039] 液态工质加温热交换器200是利用金属良好的热传递特性提高液态工质与热媒之间的热交换效率，达到热能利用的最大化。工质管222、热媒管212的管道成回旋型是为了增加热交换时间，提高热交换效果。热媒模块210设置有螺丝孔213，工质模块220设置有螺丝孔223。工质模块220与热媒模块210紧挨着交替层叠安装，使热传递效果更好。液态工质加温热交换器200设计成层叠式也有利于制造、安装及维修，可根据不同的功率要求加减模块的数量。液态工质加温热交换器200外层包有保温材料，防止热量散失。 [0040] 如图7所示，余热回收冷凝器300包括罐体310和热媒管路320，罐体310内设置有工质腔，热媒管路320设置于工质腔内，余热回收冷凝器300的热媒输入口330和热媒输出口340分别设置于热媒管路320的始端和末端，余热回收冷凝器300的工质输入口350和工质输出口360均设置于罐体310上。作为优选，热媒管路320上均匀分布有多个吸热片370，设置吸热片370的目的是增加热交换的接触面，使工质蒸汽温度迅速下降凝结为液体。热媒输入口330位于罐体310的下部，热媒输出口340位于罐体310的上部，工质输入口350设置于罐体310的上部，工质输出口360设置于罐体310的下端。 [0041] 余热回收冷凝器300能够吸收低压低温汽轮机500的排汽余热，加速工质液化，由于工质在冷凝器内急速凝结成液体，使余热回收冷凝器内压力降低，因此降低汽轮机的排汽压力，提高汽轮机效率。罐体310外围包有隔热材料层，防止热量传入罐体内。 [0042] 在工作过程中，热泵集热机400的低压端内的热媒吸收空气(或水)中的热能，温度由0℃以下升高到接近空气(热源)的温度，在热泵集热机400的高压端，热媒受压温度升高到120℃以上，高压高温热媒流入工质蒸汽加温热交换器100，通过管壁把热能传递给工质蒸汽，这是第一次热交换；进行了第一次热交换的热媒流入液态工质加温热交换器200，继续把热能传递给液态工质，完成第二次热交换；经过两次热交换后，热媒温度下降到 30℃以下并液化，流入余热回收冷凝器300，液态热媒在余热回收冷凝器300内减压汽化为 0℃以下的低温汽体，吸收工质的余热后，回流到热泵集热机400内，再吸收空气(或水)的热能，进行第二次循环。 [0043] 液态的低沸点工质由工质循环泵600加压输送到液态工质加温热交换器200内，吸收热媒的热能。加温后的液态工质的温度高于该工质在1兆帕压力下的汽化温度，流入工质蒸汽加温热交换器100并汽化，继续吸收热媒的热能，使温度升高，膨胀力提高。有足够能量的工质蒸汽，输送到低压低温汽轮机500的进汽口，推动低压低温汽轮机500并带动发电机700发电，把热能变成电能。造功后的低温工质蒸汽被吸入余热回收冷凝器300内液化，再被工质循环泵600吸出加压，输送到液态工质加温热交换器200内，进行第二次循环。 |
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