[发明专利]一种用于有机朗肯循环的小压差蒸气直驱高增压比工质泵

说明书

一种用于有机朗肯循环的小压差蒸气直驱高增压比工质泵，属于中低品位能源利用领域。在有机朗肯循环系统中，采取牺牲一小部分蒸发器与冷凝器之间的压力差来驱动工质泵运转，该工质泵气缸活塞面积大于液缸活塞面积，在小压差驱动下也可实现对液态工质的高增压比，从而使工质泵不再消耗电能，剩下的压差驱动膨胀机做功发电，膨胀机输出功全部为有机朗肯循环净功。驱动工质泵工作的高压蒸气与被压缩液体工质为同种工质，无需考虑工质泄漏问题。在工质泵中利用了一小部分压差，膨胀机前后压差降低，膨胀比减小。

技术领域

本发明涉及用于有机朗肯循环的小压差蒸气直驱高增压比工质泵，属于中低品位能源利用领域。

背景技术

有机朗肯循环系统在回收利用如工业废热、太阳能等各种中低品位热能方面具有显著优势，现有的研究主要是将系统产生的能量用于发电。在有机朗肯循环系统中，膨胀机是功率输出部件，而工质泵会消耗掉一部分膨胀机轴功，由于有机工质的临界温度远低于水，故和传统的蒸汽动力循环相比，有机朗肯循环的理论泵功要大得多，而实际有机朗肯循环系统中，工质泵消耗的能量比理论泵功更大，因此，有机朗肯循环的泵功不能忽略，在某些情况下还可能对有机朗肯循环造成重要影响。电动工质泵的缺点是工质泵效率太低，尤其是在小规模有机朗肯循环中，工质泵中存在很大的不可逆损失，有人研究了一种无泵有机朗肯循环，不需要工质泵的增压，但系统的输出功率小且不稳定。传统工质泵与电动机之间采用联轴器连接，大多采用机械密封进行轴封，但轴封属于易损件，有机工质在轴封处易泄漏。此外在高温差工况下，膨胀比大，膨胀机在大膨胀比工况下性能衰减严重，造成有机朗肯循环效率降低。

发明内容

本发明目的是解决以下三个问题：1.有机朗肯循环中电动工质泵耗功占膨胀机输出功比例较大；2.传统工质泵需要轴封，轴封为易损件且易泄漏；3.高温差工况下膨胀比大，膨胀机性能衰减严重。

本发明主要设计思路为，在有机朗肯循环中，从蒸发器到冷凝器之间存在很大压力差，在高温差工况下压力差更大，采取牺牲一小部分压力差用来驱动工质泵运转，该工质泵气缸活塞面积大于液缸活塞面积，在小压差驱动下也可实现对液态工质的高增压比，剩下的压差驱动膨胀机做功发电，这样膨胀机输出功即为有机朗肯循环净功，可有效解决工质泵耗功占膨胀机输出功比例较大的问题；此外，驱动工质泵工作的高压蒸气与被压缩液体工质为同种工质，即无需考虑工质泄漏问题，解决传统工质泵需要轴封处理问题；最后，由于在工质泵中利用了一小部分压差，膨胀机前后压差降低，膨胀比减小，可有效解决大膨胀比工况下膨胀机性能衰减的问题，提高了膨胀机效率。

本发明所述的是一种用于有机朗肯循环的小压差蒸气直驱高增压比工质泵，主要包括液缸A(9)、液缸B(10)、气缸A(11)、气缸B(12)、缸体(17)、气缸活塞(16)、三通阀、单向阀，其特征在于，所述的缸体(17)整体结构为圆柱型大缸腔体或长方体大缸腔体，圆柱型大缸腔体或长方体大缸腔体的两端中心分别各设有一个圆柱型小缸腔体或长方体小缸腔体，上述所述的缸体均连通且同轴，记轴向为水平方向；气缸活塞(16)垂直轴位于圆柱型大缸腔体或长方体大缸腔体内，将圆柱型大缸腔体或长方体大缸腔体分为左右两部分，左侧部分即为气缸A(11)，右侧即为气缸B(12)；与气缸A(11)左侧连通的圆柱型小缸腔体或长方体小缸腔体记为液缸A(10)，则气缸B(12)右侧连通的圆柱型小缸腔体或长方体小缸腔体记为液缸B(9)，液缸A(10)和液缸B(9)内均各设有一个液缸活塞，两液缸活塞位于气缸活塞(16)的两侧且与气缸活塞(16)平行，两液缸活塞之间采用连杆或固定轴固定连接，且连杆穿过气缸活塞(16)与气缸活塞(16)固定在一起，使得两液缸活塞与气缸活塞(16)形成一个固定的整体，两液缸活塞面积均小于气缸活塞(16)面积。