太陽能orc制取壓縮空氣的系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及太陽能利用技術領域，尤其是涉及一種太陽能ORC制取壓縮空氣的系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]目前可實現(xiàn)熱功(電)轉化技術的熱力循環(huán)技術主要有:朗肯循環(huán)(ORC)、氨水Kalina循環(huán)、半導體熱電材料溫差發(fā)電、熱聲發(fā)電等。其中半導體溫差發(fā)電技術受到熱電能量轉換效率和成本的限制；熱聲技術存在弛豫時間等問題，循環(huán)效率并不能保證；Kalina循環(huán)理論效率高，但構成復雜，工程應用可靠性仍需檢驗。ORC發(fā)電系統(tǒng)具有良好的機動性、高度的安全性及對維護保養(yǎng)的要求比較低等優(yōu)點，將其整合到能源系統(tǒng)，以余熱驅動可以實現(xiàn)低品位能源向高品位能源(電能)的轉化，減輕電力負擔，提高總的發(fā)電效率及發(fā)電量。
[0003]太陽能熱發(fā)電是先將太陽能轉換為熱能，再將熱能轉化為電能，它有兩種轉化方式。一種是將太陽熱能直接轉化成電能，如半導體或金屬材料的溫差發(fā)電，真空器件中的熱電子和熱電離子發(fā)電，堿金屬熱電轉換，以及磁流體發(fā)電等。另一種方式是將太陽能通過熱機(如汽輪機)帶動發(fā)電機發(fā)電。其中，太陽能通過熱機帶動發(fā)電機發(fā)電是通過將太陽能轉化為熱能將水加熱成蒸汽后帶動汽輪機發(fā)電。這種發(fā)電方式存在以下不足:
[0004](I)采用常規(guī)水蒸氣朗肯循環(huán)，水蒸氣汽化潛熱比例大，整個系統(tǒng)來自太陽能的吸熱量有很大部分由冷凝器放熱浪費，系統(tǒng)效率很低；
[0005](2)由于熱源溫度不高，換熱器不能產生很高的蒸汽壓力，且做功蒸汽比容大。
[0006]壓縮空氣是僅次于電力的第二大動力能源，又是具有多種用途的工藝氣源，其應用范圍遍及石油、化工、冶金、電力、機械、輕工、紡織、汽車制造、電子、食品、醫(yī)藥、生化、國防、科研等行業(yè)和部門?，F(xiàn)有的壓縮空氣制取方法往往需要大量的能耗，如果采用太陽能ORC來制取壓縮空氣，即可大大降低流程工業(yè)的能耗，提高能源效率。
[0007]然而，ORC發(fā)電系統(tǒng)中，由于進入膨脹機工質流量和壓力的隨機波動，工質在膨脹機中不能充分有效的平穩(wěn)膨脹做功(一般螺桿膨脹機的膨脹比控制在1:4左右)，導致轉速不穩(wěn)定，影響ORC系統(tǒng)發(fā)電的穩(wěn)定性，降低了發(fā)電效率。如果利用膨脹機直接驅動空氣壓縮機，對普通空氣進行壓縮。壓縮空氣通過穩(wěn)壓(減壓)后直接并入氣體管網，系統(tǒng)的能源效率可以大幅提尚。
【實用新型內容】
[0008]本實用新型要解決的技術問題是，克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種太陽能ORC制取壓縮空氣的系統(tǒng)。
[0009]為解決技術問題，本實用新型所采用的技術方案是:
[0010]提供一種太陽能ORC制取壓縮空氣的系統(tǒng)，包括換熱器、透平同軸一體機、回熱器、冷凝器、工質泵、太陽能集熱板和導熱油循環(huán)泵；所述透平同軸一體機由透平膨脹機和透平壓縮機同軸直聯(lián)，透平膨脹機用于膨脹做功，透平壓縮機用于制取壓縮空氣；其中，透平膨脹機設有工質入口和工質出口，透平壓縮機設有空氣入口和壓縮空氣出口 ；
[0011]各設備之間通過管線實現(xiàn)連接:工質泵的出口端經回熱器的第一換熱通道與換熱器的工質入口相接，換熱器的工質出口接至透平膨脹機的工質入口 ；透平膨脹機的工質出口經回熱器的第二換熱通道接至冷凝器的工質入口，冷凝器的工質出口接至工質泵的入口端；換熱器上設有熱源入口和熱源出口，太陽能集熱板的通道出口接至熱源入口，熱源出口經導熱油循環(huán)泵接至太陽能集熱板的通道入口。
[0012]本實用新型中，所述冷凝器是空冷或水冷的冷凝器。
[0013]本實用新型中，在換熱器熱源出口和導熱油循環(huán)泵之間的管線上設有儲油罐。
[0014]利用本實用新型所述裝置實現(xiàn)ORC制取壓縮空氣的方法，包括:
[0015]低壓(I?2.5bar)液態(tài)的有機工質由工質泵加壓為過冷液態(tài)，經回熱器換熱后再送入換熱器，吸收太陽能集熱板排出的導熱油中的能量，轉變?yōu)楦邏?5?1bar)高溫(60?80°C )蒸汽；有機工質自換熱器中排出后，被導入透平膨脹機；透平膨脹機膨脹做功的同時，驅動直聯(lián)的透平壓縮機對普通空氣進行壓縮，得到壓縮空氣；透平膨脹機做功后，有機工質以1.5?3bar的蒸氣形式排出并送至回熱器，與工質泵加壓的過冷液態(tài)的有機工質進行換熱，再進入冷凝器向冷源放熱后冷凝為液態(tài)，返回工質泵入口，以此實現(xiàn)往復循環(huán)。
[0016]所述冷源是空氣或水:如果采用空冷冷凝器，冷源為空氣；如果采用水冷冷凝器，冷源為水。所述有機工質是氟利昂。在一些特殊工業(yè)場合也可以應用非氟利昂工質，例如硅油，二氧化碳等。
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0018]1、利用太陽能ORC，制取工業(yè)生產過程中需量大的壓縮空氣；
[0019]2、通過儲油罐一方面可起到緩沖的作用，保證導熱油持續(xù)順暢的循環(huán)，從而保證有機工質在換熱器內的溫度不會出現(xiàn)大幅波動，有利于保護有機工質不因溫度波動發(fā)生物性改變；另一方面可及時補充導熱油。而且，通過儲油罐可控制系統(tǒng)內導熱油的量，進而可保證有機工質的溫度穩(wěn)定，不會出現(xiàn)大幅波動。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型的ORC制取壓縮空氣的裝置示意圖；
[0021]圖2為透平同軸一體機示意圖。
[0022]圖中標記為:換熱器1，透平同軸一體機2，回熱器3，冷凝器4，工質泵5，太陽能集熱板6，儲油罐7，導熱油循環(huán)泵8，(換熱器)熱源入口 11，(換熱器)工質出口 12，(換熱器)熱源出口 13，(換熱器)工質入口 14，(透平膨脹機)工質入口 21，(透平膨脹機)工質出口 22，透平膨脹機23，透平壓縮機24，(第二換熱通道)工質入口 31，(第二換熱通道)工質出口 32，(第一換熱通道)工質入口 34，(第一換熱通道)工質出口 33，(冷凝器)工質入口 41，(冷凝器)工質出口 42，(太陽能集熱板)通道出口 61，(太陽能集熱板)通道入口 62。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進一步說明。
[0024]本實用新型中太陽能ORC制取壓縮空氣的系統(tǒng)，包括換熱器1、透平同軸一體機2、回熱器3、冷凝器4、工質泵5、太陽能集熱板6和導熱油循環(huán)泵7 ;其中，透平同軸一體機2由透平膨脹機23和透平壓縮機24同軸直聯(lián)，透平膨脹機23用于膨脹做功，透平壓縮機24用于制取壓縮空氣；其中，透平膨脹機23設有工質入口和工質出口，透平壓縮機24設有空氣入口和壓縮空氣出口；
[0025]透平同軸一體機2工作時，透平膨脹機23和透平壓縮機24同軸等速相連，避免了不同軸傳動的機械效率損失，提高了制取壓縮空氣的整體效率。
[0026]本實用新型的各設備之間通過管線實現(xiàn)連接:工質泵5的出口端經回熱器3的第一換熱通道與換熱器I的工質入口 14相接，換熱器I的工質出口 12接至透平膨脹機23的工質入口 21 ;透平膨脹機23的工質出口 22經回熱器3的第二換熱通道接至冷凝器4的工質入口 41，冷凝器4的工質出口 42接至工質泵5的入口端；換熱器I上設有熱源入口 11和熱源出口 13，太陽能集熱板6的通道出口 61接至熱源入口 11，熱源出口 13經儲油罐7、導熱油循環(huán)泵8接至太陽能集熱板6的通道入口 62。
[0027]本實用新型中的裝置設控制系統(tǒng)，不僅實現(xiàn)與裝置相關的電氣和儀表的基本控制，而且通過在管路上設置傳感器，通過控制調節(jié)閥的開度，達到提高透平膨脹機23的最佳工況效果和系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。透平同軸一體機2設潤滑油系統(tǒng)。
[0028]利用前述系統(tǒng)實現(xiàn)ORC制取壓縮空氣的方法，包括:
[0029]低壓(I?2.5bar)有機工質由工質泵5加壓為過冷液態(tài)，經回熱器3換熱后再送入換熱器1，吸收太陽能集熱板6排出的導熱油中的能量，轉變?yōu)楦邏?5?1bar)高溫(60?80°C)蒸汽；有機工質自換熱器I中排出后，被導入透平膨脹機23 ;透平膨脹機23膨脹做功的同時，驅動直聯(lián)的透平壓縮機24對普通空氣進行壓縮，得到壓縮空氣；透平膨脹機23做功后，有機工質以低壓蒸氣(1.5?3bar)的形式排出并送至回熱器3，與工質泵5加壓的過冷液態(tài)的有機工質進行換熱，再進入冷凝器4向冷源(如果水冷模式，冷卻水30 0C左右；如果風冷模式，空氣常溫20°C )放熱后冷凝為液態(tài)，返回工質泵5入口，以此實現(xiàn)往復循環(huán)。所述冷源是水或空氣，有機工質是氟利昂。
【主權項】
1.一種太陽能ORC制取壓縮空氣的系統(tǒng)，包括換熱器；其特征在于，該裝置還包括:透平同軸一體機、回熱器、冷凝器、工質泵、太陽能集熱板和導熱油循環(huán)泵； 所述透平同軸一體機由透平膨脹機和透平壓縮機同軸直聯(lián)，透平膨脹機用于膨脹做功，透平壓縮機用于制取壓縮空氣；其中，透平膨脹機設有工質入口和工質出口，透平壓縮機設有空氣入口和壓縮空氣出口 ； 各設備之間通過管線實現(xiàn)連接:工質泵的出口端經回熱器的第一換熱通道與換熱器的工質入口相接，換熱器的工質出口接至透平膨脹機的工質入口 ；透平膨脹機的工質出口經回熱器的第二換熱通道接至冷凝器的工質入口，冷凝器的工質出口接至工質泵的入口端； 換熱器上設有熱源入口和熱源出口，太陽能集熱板的通道出口接至熱源入口，熱源出口經導熱油循環(huán)泵接至太陽能集熱板的通道入口。
2.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷凝器是空冷冷凝器或水冷冷凝器。
3.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，在換熱器熱源出口和導熱油循環(huán)泵之間的管線上設有儲油罐。
【專利摘要】本實用新型涉及太陽能利用技術，旨在提供一種太陽能ORC制取壓縮空氣的系統(tǒng)。該系統(tǒng)中，透平同軸一體機由透平膨脹機和透平壓縮機同軸直聯(lián)；各設備通過管線實現(xiàn)連接：工質泵的出口端經回熱器的第一換熱通道與換熱器的工質入口相接，換熱器的工質出口接至透平膨脹機的工質入口；透平膨脹機的工質出口經回熱器的第二換熱通道接至冷凝器的工質入口，冷凝器的工質出口接至工質泵的入口端；換熱器上設有熱源入口和熱源出口，太陽能集熱板的通道出口接至熱源入口，熱源出口經導熱油循環(huán)泵接至太陽能集熱板的通道入口。本實用新型利用太陽能ORC制取壓縮空氣；通過儲油罐一方面可起到緩沖的作用，還可控制系統(tǒng)內導熱油的量。
【IPC分類】F03G6-06, F01K25-10, F01D15-08
【公開號】CN204511792
【申請?zhí)枴緾N201520056541
【發(fā)明人】沈新榮, 方飛龍, 許丹丹, 任世琛, 沈岑, 何川, 楊笑梅
【申請人】杭州哲達科技股份有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年1月27日