本發(fā)明涉及一種朗肯循環(huán)系統(tǒng)，具體涉及一種帶有相變儲能換熱器的朗肯循環(huán)系統(tǒng)，屬于能源與動力技術領域。

背景技術：

朗肯循環(huán)是一種將熱能轉化為功的熱力學循環(huán)。郎肯循環(huán)從外界吸收熱量，將其閉環(huán)的工質加熱做功。朗肯循環(huán)有以下四個過程：

1、工質被泵壓縮，液體會從低壓上升至高壓，成為高壓液；

2、高壓液被加熱，在恒定壓力下，高壓液吸收了外部熱源成為飽和蒸汽或過熱蒸汽；

3、蒸汽膨脹后，會推動渦輪機發(fā)電，蒸汽的溫度和壓力因此減少，并成為濕蒸汽；

4、濕蒸汽然后進入冷凝器，被冷凝成為飽和液體或過冷液體。

相變儲能換熱器是將相變材料PCM封裝于換熱器中，外部可對其充熱或放熱，并且在一定條件下，充放熱過程可保持溫度恒定。

郎肯循環(huán)產(chǎn)生世界上90％的電力，包括幾乎所有的太陽能熱能，生物質能，煤炭與核能的電站。在太陽能熱利用領域，尤其是太陽能熱發(fā)電領域中，由于太陽輻照的強烈的不連續(xù)性和不穩(wěn)定性，系統(tǒng)的運行也具有強烈的波動性和間歇性。為保證太陽能熱利用系統(tǒng)穩(wěn)定運行，彌補能源的供應和需求之間存在的數(shù)量上、形態(tài)上、時間和空間上的差異，太陽能熱利用系統(tǒng)中一般都帶有儲熱系統(tǒng)。儲熱系統(tǒng)可將白天的太陽輻照轉換為熱量儲存起來，在沒有太陽輻照時再把熱量釋放出來利用。尤其對于太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，儲熱系統(tǒng)的引入不僅可以解決太陽能的可用性與電力需求不匹配的矛盾，對太陽能“移峰填谷”以延長系統(tǒng)發(fā)電時間，優(yōu)化使用可再生能源和提高太陽能在能量利用中的份額和能源效率，而且可以有效地穩(wěn)定系統(tǒng)運行和提高系統(tǒng)發(fā)電效率。

目前太陽能熱利用領域中可以選擇的儲熱方式主要包括三種：顯熱儲熱、相變潛熱儲熱和化學能儲熱。基于顯熱儲熱的儲熱系統(tǒng)主要有兩種：雙罐儲熱系統(tǒng)和單罐儲熱系統(tǒng)。雙罐儲熱系統(tǒng)中有一個熱罐和一個冷罐，儲熱時通過泵將冷罐內(nèi)的液體介質抽出，在其吸收熱量后將之存儲在熱罐內(nèi)，放熱時通過泵將熱罐內(nèi)的高溫介質抽出，在其釋放熱量后將之泵回冷罐。單罐儲熱系統(tǒng)只有一個儲熱罐。放熱時高溫儲熱工質在罐的頂部被高溫泵抽出，經(jīng)過換 熱器放熱冷卻后，由罐底部進入罐內(nèi)；充熱時低溫儲熱工質在罐的底部被低溫泵抽出，經(jīng)過換熱器加熱后，由罐的頂部進入罐內(nèi)。

現(xiàn)有雙罐及單罐儲熱系統(tǒng)等均屬常規(guī)的顯熱儲熱技術，在工質的相變過程中，工質溫度保持不變，而傳熱流體的溫度逐步降低，此過程中傳熱溫差大，系統(tǒng)火用損大。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術中所存在的上述不足，本發(fā)明提供一種帶有相變儲能換熱器的朗肯循環(huán)系統(tǒng)，該朗肯循環(huán)系統(tǒng)可分級加熱工質，將相變儲能換熱器應用于工質的蒸發(fā)階段，可保證工質蒸發(fā)過程中與傳熱介質溫差保持恒定，減少系統(tǒng)火用損。

本發(fā)明提供的技術方案是：一種帶有相變儲能換熱器的朗肯循環(huán)系統(tǒng)；所述系統(tǒng)包括依次串接的過熱換熱器，熱功轉換設備，冷凝換熱器和泵，所述熱功轉換設備與發(fā)電機相連；其改進之處在于：所述系統(tǒng)還包括相變儲能換熱器和預熱換熱器；所述相變儲能換熱器的一端與所述預熱換熱器的一端相連，其另一端與所述過熱換熱器相連；所述預熱換熱器的另一端連接所述泵。

優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括蒸發(fā)換熱器，所述蒸發(fā)換熱器的兩端分別串接第一開關閥后與兩端分別串接有第二開關閥的所述相變儲能換熱器并聯(lián)。

進一步，所述蒸發(fā)換熱器、過熱換熱器和預熱換熱器均包括一次進口、一次出口、二次進口和二次出口；所述蒸發(fā)換熱器的二次進口和二次出口分別串接所述第一開關閥，其一次進口和一次出口分別連接所述過熱換熱器的一次出口和所述預熱換熱器的一次進口；

所述過熱換熱器的二次進口通過所述第二開關閥與所述相變儲能換熱器的一端相連，其二次出口與熱功轉換設備的一端相連；所述預熱換熱器的二次進口與泵的一端相連，其二次出口通過所述第二開關閥與所述相變儲能換熱器的另一端相連。

進一步，所述過熱換熱器的一次進口和所述預熱換熱器的一次出口與太陽能供熱系統(tǒng)相連。

進一步，所述太陽能供熱系統(tǒng)包括熱罐、太陽能集熱器和冷罐；所述太陽能集熱器的兩端分別連接所述熱罐的一端和所述冷罐的一端；所述熱罐的另一端與所述過熱換熱器的一次進口相連；所述冷罐的另一端與所述預熱換熱器的一次出口相連。

進一步，預熱換熱器和/或過熱換熱器和/或冷凝換熱器至少設置有兩個，換熱器之間采用串聯(lián)、并聯(lián)或混合方式連接。

進一步，工質經(jīng)過泵升壓后進入預熱換熱器，經(jīng)預熱換熱器加熱到飽和液態(tài)；飽和液態(tài)的工質進入相變儲能換熱器或蒸發(fā)換熱器，經(jīng)相變儲能換熱器恒溫加熱到飽和氣態(tài)后或經(jīng)蒸發(fā)換熱器加熱到飽和氣態(tài)后進入過熱換熱器；過熱換熱器將飽和氣態(tài)工質加熱到過熱蒸汽，過熱蒸汽進入熱功轉換設備，使熱功轉換設備做功帶動發(fā)電機發(fā)電；熱功轉換設備做功后的過熱蒸汽變?yōu)闈裾羝?，進入冷凝換熱器冷凝成飽和液體或過冷液體，再次經(jīng)過泵升壓完成一次朗肯循環(huán)。

進一步，所述工質為單一組分的工質或混合物工質；所述相變儲能換熱器的相變材料與工質蒸發(fā)溫度相匹配。

進一步，所述熱罐內(nèi)存儲高溫集熱介質；所述冷罐內(nèi)存儲低溫集熱介質；所述太陽能集熱器吸收太陽能，用于給集熱介質升溫；

所述低溫集熱介質從所述冷罐中抽出進入所述太陽能集熱器，在所述太陽能集熱器內(nèi)變?yōu)楦邷丶療峤橘|后進入熱罐中儲存起來，同時熱罐中抽出部分高溫集熱介質進入過熱換熱器放熱，加熱進入到過熱換熱器內(nèi)的飽和氣態(tài)工質，使之變?yōu)檫^熱蒸汽，驅動熱功轉換設備帶動發(fā)電機發(fā)電；高溫集熱介質放熱后變?yōu)榈蜏丶療峤橘|再次進入冷罐。

進一步，所述相變儲能換熱器的加熱方式來源于太陽能加熱、電加熱或內(nèi)設傳熱管道加熱中的任意一種。

與最接近的現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下顯著進步：

本發(fā)明提供的技術方案將相變儲能換熱器與傳統(tǒng)的朗肯循環(huán)系統(tǒng)相結合，將循環(huán)工質進行分級加熱，將相變儲能換熱器應用于朗肯循環(huán)回路工質的蒸發(fā)階段，利用相變儲能換熱器中相變材料相變時溫度保持恒定的特性，使得傳熱介質和工質的傳熱溫差較小，且傳熱溫差保持不變，有效減小了系統(tǒng)火用損。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)朗肯循環(huán)系統(tǒng)圖。

圖2為本發(fā)明提供的帶有相變儲能換熱器的朗肯循環(huán)系統(tǒng)圖。

圖3為本發(fā)明實施例的結構示意圖。

圖中標號：1-泵、2-工質回路、3-冷凝換熱器、4-熱功轉換設備、5-發(fā)電機、6-換熱器、6a-預熱換熱器、6b-相變儲能換熱器、6c-過熱換熱器、6d-蒸發(fā)換熱器、7-傳熱流體回路、8-熱罐、9-太陽能集熱器、10-冷罐。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的詳細說明。

為了徹底了解本發(fā)明實施例，將在下列的描述中提出詳細的結構。顯然，本發(fā)明實施例的施行并不限定于本領域的技術人員所熟習的特殊細節(jié)。本發(fā)明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。

圖1為傳統(tǒng)朗肯循環(huán)系統(tǒng)圖，本實施例提供的朗肯循環(huán)系統(tǒng)在傳統(tǒng)朗肯循環(huán)系統(tǒng)中增加了相變儲能換熱器6b和預熱換熱器6a，其結構如圖2所示。所述朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括依次串接的過熱換熱器6c，熱功轉換設備4，冷凝換熱器3和泵1，所述熱功轉換設備4與發(fā)電機5相連；相變儲能換熱器6b和預熱換熱器6a串聯(lián)連接后一端與所述過熱換熱器6c相連，另一端與所述泵1連接。

其中預熱換熱器6a、過熱換熱器6c和冷凝換熱器3均設置有一個或多個；換熱器之間采用串聯(lián)、并聯(lián)或混合方式連接。

工質經(jīng)過泵1升壓后進入預熱換熱器6a，經(jīng)預熱換熱器6a加熱到飽和液態(tài)，飽和液態(tài)的工質進入相變儲能換熱器6b，經(jīng)相變儲能換熱器6b恒溫加熱到飽和氣態(tài)后進入過熱換熱器6c，過熱換熱器6c將飽和氣態(tài)工質加熱到過熱蒸汽，過熱蒸汽進入熱功轉換設備4，使熱功轉換設備4做功帶動發(fā)電機5發(fā)電；熱功轉換設備4做功后的過熱蒸汽變?yōu)闈裾羝M入冷凝換熱器3冷凝成飽和液體或過冷液體，再次經(jīng)過泵1升壓完成一次朗肯循環(huán)。

上述步驟中工質采用單一組分的工質(例如水)或混合物工質作為循環(huán)介質。預熱后的飽和液態(tài)工作進入相變儲能換熱器6b，相變儲能換熱器6b中的相變材料與工質蒸發(fā)溫度相匹配，利用相變儲能換熱器6b中相變材料相變時溫度保持恒定的特性，使得傳熱介質和工質的傳熱溫差較小，且傳熱溫差保持不變，可減小系統(tǒng)火用損。

所述相變儲能換熱器6b的加熱方式采用太陽能加熱、電加熱或內(nèi)設傳熱管道加熱等方式。

本發(fā)明提供的另一實施例如圖3所示：在附圖2的基礎上增加蒸發(fā)換熱器6d；蒸發(fā)換熱器6d的兩端分別串接第一開關閥后與兩端分別串接有第二開關閥的所述相變儲能換熱器6b并聯(lián)。

所述蒸發(fā)換熱器6d、過熱換熱器6c和預熱換熱器6a均包括一次進口、一次出口、二次進口和二次出口；所述蒸發(fā)換熱器6d的二次進口和二次出口分別串接所述第一開關閥，其一 次進口和一次出口分別連接所述過熱換熱器6c的一次出口和所述預熱換熱器6a的一次進口；

所述過熱換熱器6c的二次進口通過所述第二開關閥與所述相變儲能換熱器6b的一端相連，其二次出口與熱功轉換設備4的一端相連；所述預熱換熱器6a的二次進口與泵1的一端相連，其二次出口通過所述第二開關閥與所述相變儲能換熱器6b的另一端相連；

所述過熱換熱器6c的一次進口和所述預熱換熱器6a的一次出口與太陽能供熱系統(tǒng)相連，利用太陽能供熱系統(tǒng)給相變儲能換熱器6b供熱。

所述太陽能供熱系統(tǒng)包括依次串接的熱罐8、太陽能集熱器9和冷罐10；所述熱罐8的另一端與所述過熱換熱器6c的一次進口相連；所述冷罐10的另一端與所述預熱換熱器6a的一次出口相連。

所述熱罐8內(nèi)存儲高溫集熱介質；所述冷罐10內(nèi)存儲低溫集熱介質；所述太陽能集熱器9吸收太陽能，用于給集熱介質升溫；

白天太陽充足時，低溫集熱介質從所述冷罐10中抽出進入所述太陽能集熱器9，在所述太陽能集熱器9內(nèi)變?yōu)楦邷丶療峤橘|后進入熱罐8中儲存起來，同時熱罐8中抽出部分高溫集熱介質進入過熱換熱器6c放熱，加熱進入到過熱換熱器6c內(nèi)的飽和氣態(tài)工質，使之變?yōu)檫^熱蒸汽，驅動熱功轉換設備4帶動發(fā)電機5發(fā)電；高溫集熱介質放熱后變?yōu)榈蜏丶療峤橘|經(jīng)過傳熱流體回路7再次進入冷罐10；

晚上太陽能不足時，白天儲存的多余的高溫集熱介質可保證一段時間的供熱量。

本發(fā)明提供的第二種實施例有兩種運行方式：

(1)相變儲能換熱器6b充熱后，可開啟其所在工質回路2，關閉蒸發(fā)換熱器6d工質回路2，工質經(jīng)過預熱換熱器6a預熱成飽和液態(tài)后進入相變儲能換熱器6b，吸收相變材料能量變成飽和氣態(tài)，再進入過熱換熱器6c加熱成過熱蒸汽，通過熱功轉換熱備4做功并帶動發(fā)電機5發(fā)電，最后通過冷凝換熱器3冷凝，此種運行方式系統(tǒng)火用損小。

(2)相變儲能換熱器6b放熱后，關閉其所在工質回路2，開啟蒸發(fā)換熱器6d所在工質回路2。此時，系統(tǒng)工質加熱階段由常規(guī)換熱器進行換熱。

最后應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的權利要求保護范圍之內(nèi)。