[发明专利]一种多级重力驱动动力循环系统

说明书

技术领域

本发明涉及低品位热能开发和回收领域，具体涉及一种多级重力驱动动力循环系统。

背景技术

随着人类社会对能源需求的不断扩大而化石能源的不断减少，在这样的能源趋紧的大背景下，低品位能源的开发和回收越来越受到重视。低品位能源主要包括低温地热能、低温太阳热能和低温工业余热废热能等，与常规的热能发电利用技术相比，有机朗肯循环技术在低品位热能开发和回收利用过程中能够大幅度提升热能利用效率，在领域内具有显著优势。

有机朗肯循环所采用的有机工质包括HCFCs、HFC和HCs等，有机工质一般具有可燃性、高GDP性、高GWP性和毒性中的一个或多个缺点，系统的密封性作为可有效克服上述缺点的关键，显然是系统安全运行和环境保护的保证。而工质泵运动部件密封困难和系统效率相对低下是限制有机朗肯循环技术进一步推广的难点，工质泵存在技术难度大，易气蚀、效率低、单位功率成本高等问题。

采用重力泵装置取代工质泵，冷凝器出口工质不经过泵而依靠重力增压然后进入蒸发器气化，上述的重力增压循环显示了应用于热电联供领域的潜力。常规的单级重力泵有机工质朗肯循环系统中，去除工质泵运动部件，完全依靠工质液态与气态的密度差产生的循环压差提供系统的循环动力，不仅解决了工质增压的密封问题，而且将部分热能直接转换为工质的压差，避免了工质泵电能的消耗，提高了工质压缩过程的效率。但是单级重力泵循环提供的压差有限，阻碍了有机工质朗肯循环系统的进一步推广。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种多级重力驱动动力循环系统，很好地解决了传统有机朗肯循环系统存在的提供压差有限的问题，提高了系统整体的运行效率，具有广泛的市场潜力。

本发明采用的技术方案具体为：一种多级重力驱动动力循环系统，包括用于产生高温高压有机工质的第一级蒸发器，所述第一级蒸发器通过第一级膨胀机与第一级冷凝器相连接；所述第一级冷凝器通过下一级蒸发器连接至下一级膨胀机，所述最后一级冷凝器与所述第一级蒸发器连接，构成一个闭环；每一级所述膨胀机都外接发电机。

所述多级重力驱动动力循环系统为至少两级的多级重力驱动动力循环系统。

一种多级重力驱动动力循环，有机工质经冷凝器冷凝后进入蒸发器内吸热，然后进入膨胀机膨胀做功，产生的动力通过膨胀机外接的发电机输出电能，具体包括以下步骤：

S1：第一级蒸发器产生的高温高压的有机工质进入第一级膨胀机膨胀做功，转变为低温低压的有机工质，所述低温低压的气态有机工质经第一级冷凝器冷凝，凝结为低温低压的饱和液态工质，所述低温低压的饱和液态工质在重力作用下压力升高，转变为高压低温的液态工质；

S2：所述高压低温的液态工质在下一级蒸发器中吸热，转变成为高温高压的过热有机工质，所述高温高压的过热有机工质进入下一级膨胀机膨胀做功转变为低温低压的气态有机工质；所述低温低压的气态有机工质经下一级冷凝器中冷凝，凝结为低温低压的饱和液态工质，所述低温低压的饱和液态工质在重力作用下压力升高，转变为高压低温的饱和液态工质；所述高压低温的饱和液态工质在下一级蒸发器中吸热，转变成为高温高压的过热有机工质；

S3：以此类推，经最后一级冷凝器冷凝后的低温低压饱和液态工质在重力作用下压力升高，转变为高压低温的饱和液态工质，所述高压低温的饱和液态工质在第一级蒸发器中吸热，转变成高温高压的过热有机工质，所述高温高压过热有机工质进入第一级膨胀机膨胀做功，完成一个循环。

所述多级重力驱动动力循环为至少两级的多级重力驱动动力循环。

本发明产生的有益效果是：本发明的多级（以二级为例）重力驱动动力循环系统，根据工质气态与液态的密度差直接将热能转变为循环所需的压差，回避了工质增压及输送设备的应用，克服了传统的单级重力泵有机朗肯循环提供压差十分有限的缺陷，有效解决了增压过程中密封困难的技术问题，能够提供足够的循环作用压差，从而优化了重力驱动动力循环系统的整体运行效率。

附图说明

当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为现有技术的常规有机朗肯循环系统的循环工质循环状态示意图；

图2为本发明多级重力驱动动力循环系统中的两级重力驱动动力循环系统的工质循环流程示意图；

图3为本发明多级重力驱动动力循环系统中的两级重力驱动动力循环系统的结构示意图。