[发明专利]一种太阳能梯级相变储热与分凝分馏型变浓度调节朗肯-热泵系统及运行方法

说明书

本发明公开了一种太阳能梯级相变储热与分凝分馏型变浓度调节朗肯‑热泵系统及运行方法，属于低温热能利用与动力技术领域。所述系统主要包括：太阳能集热器、高温相变蓄热器、低温相变蓄热器、循环泵、工质泵、高温蒸发器、膨胀机、发电机、组分调节装置、高压压缩机、一级分凝器、低温蒸发器、四通阀及相应管道与阀门。通过增设储热装置、填料柱及组分分凝器，可实现二级蓄热、多级分离与组分浓度调控等功能。该系统综合应用梯级相变储热、非共沸工质浓度调节技术，可提高传热介质与冷热源之间的匹配性，提高朗肯‑热泵系统不同季节下的综合效率。

技术领域

本发明涉及低温利用与动力技术领域，尤其涉及一种太阳能梯级相变储热与分凝分馏型变浓度调节朗肯-热泵系统及运行方法的技术领域。

背景技术

低品位热能一般是指温度低于230℃的低温热源，这些热能种类繁多，包括太阳能、地热能等新能源及各种余热与废热等。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。我国陆地面积接受的太阳辐射总量在3.3×10³kJ/m²·年～8.4×10³kJ/m²·年之间，属太阳能资源丰富的国家之一，它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染，利用前景十分广阔。如今能源短缺与环境污染是制约我国经济和社会可持续发展的主要瓶颈，充分利用太阳能可有效减少能源消耗，体现可持续发展和人类回归自然理念，使社会进入节约能源与减少污染的时代。

有机朗肯循环可将低品位热能转化为电能，具有结构简单、安全可靠与环境友好等优点，是一种极具发展前景的中低温余热发电技术。然而，由于低品位热能温度较低，导致有机朗肯循环热功转化效率偏低，这限制有机朗肯循环发电技术在低温热源中推广应用。朗肯-热泵循环利用低品位热能驱动朗肯循环，再带动热泵系统输出热能或冷能，实现热/冷电联供，可有效提升中低温余热的利用效率。

然而，太阳能具有显著的波动性与间歇性，且环境温度随季节显著变化，导致朗肯-热泵系统经常偏离设计工况，系统输出的电能与冷/热能明显低于设计值，严重影响系统的整体性能及运行稳定性。因此，如何降低冷热源波动对朗肯-热泵系统输出性能的影响，是该技术能否推广与应用的关键所在。

发明内容

本发明提出了一种太阳能梯级相变储热与分凝分馏型变浓度调节朗肯-热泵系统及运行方法，系统采用多循环回路结合，通过增设储热装置、填料柱及组分分凝器，可实现二级蓄热、多级分离与组分浓度调控等功能，通过综合应用分凝分离、组分浓度调节技术与梯级相变储热技术，组分分离过程不需要设置额外的加热装置，可实现：低品位热能高效利用，非共沸工质浓度调节功能，可增强传热介质与冷热源之间的匹配性，提高朗肯-热泵系统不同季节下的综合效率，具有高效节能优点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种太阳能梯级相变储热与分凝分馏型变浓度调节朗肯-热泵系统，主要包括：太阳能集热器，高温相变蓄热器，低温相变蓄热器，高温蒸发器，循环泵，膨胀机，发电机，组分调节装置，工质泵，高压压缩机，一级分凝器，热力膨胀阀，低温蒸发器，四通阀及相应管道与阀门；所述组分调节装置包括：填料柱，控制阀，二级分凝器，汽液分离器，低压压缩机，全凝器，轻组分储液罐，重组分储液罐。

所述太阳能梯级相变储热与分凝分馏型变浓度调节朗肯-热泵系统，其特征在于包括：太阳能储热系统、有机朗肯循环系统、热泵系统与组分调节装置；

在所述太阳能储热系统中，所述太阳能集热器出口分三条支路，支路一经第一控制阀与所述高温相变蓄热器入口相连，支路二经第二控制阀与所述低温相变蓄热器入口相连，支路三经第三控制阀后与所述高温相变蓄热器出口、所述低温相变蓄热器出口相连，再与所述高温蒸发器入口相连；所述高温蒸发器出口与所述循环泵入口相连，所述循环泵出口分别经第四控制阀与所述太阳能集热器入口相连，第四控制阀入口与所述太阳能集热器出口设置旁通管路，管路上设置控第五控制阀。