本實(shí)用新型涉及一種適應(yīng)太陽能有機(jī)朗肯循環(huán)的閃蒸主動(dòng)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

太陽能作為一種中低溫?zé)嵩矗哂蟹植紡V、資源潛力大、強(qiáng)度不穩(wěn)定等特性。

結(jié)合太陽能中低溫品位的特點(diǎn)，有機(jī)朗肯循環(huán)表現(xiàn)出優(yōu)良的熱力性能，將有機(jī)朗肯循環(huán)與太陽能集熱器相結(jié)合，采用太陽能低溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用潛力巨大。但太陽能的瞬變特性帶來了有機(jī)朗肯循環(huán)運(yùn)行的不穩(wěn)定，引起循環(huán)膨脹機(jī)的液擊損傷和系統(tǒng)性能的惡化。目前尚沒有很好的解決方法，大多只停留在仿真模擬階段，限制了太陽能有機(jī)朗肯循環(huán)的發(fā)展應(yīng)用。

太陽能受云層和氣象影響的瞬變特性使得有機(jī)朗肯循環(huán)的熱源輸入波動(dòng)大，階躍頻繁，從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)吸熱功率不足時(shí)，有機(jī)工質(zhì)未達(dá)到飽和氣態(tài)，形成兩相態(tài)工質(zhì)，有機(jī)工質(zhì)中的液滴會(huì)對膨脹機(jī)造成液擊破壞，使膨脹設(shè)備受損，降低膨脹效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實(shí)用新型提出一種適應(yīng)太陽能有機(jī)朗肯循環(huán)的閃蒸主動(dòng)控制系統(tǒng)，通過閃蒸式儲(chǔ)液罐和控制裝置進(jìn)行閃蒸和有機(jī)工質(zhì)流量調(diào)節(jié)，以適應(yīng)太陽輻射的變化，避免膨脹機(jī)的液擊損傷，并提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，優(yōu)化系統(tǒng)性能。

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出的一種適應(yīng)太陽能有機(jī)朗肯循環(huán)的閃蒸主動(dòng)控制系統(tǒng)，包括太陽能槽式集熱器、閃蒸式儲(chǔ)液罐和控制裝置，所述太陽能槽式集熱器與所述閃蒸式儲(chǔ)液罐之間連接有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，所述有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)、冷卻塔、冷凝器和變頻式工質(zhì)泵；所述蒸發(fā)器與所述太陽能槽式集熱器連接，所述膨脹機(jī)與所述發(fā)電機(jī)連接，自所述膨脹機(jī)的出口至所述蒸發(fā)器的進(jìn)口依次連接所述冷凝器、閃蒸式儲(chǔ)液罐和變頻式工質(zhì)泵，所述冷凝器與所述冷卻塔連接；在太陽輻射穩(wěn)定狀況時(shí)，有機(jī)工質(zhì)經(jīng)過所述有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)提供穩(wěn)定電力；所述控制裝置包括溫壓傳感器、電磁閥和膨脹閥；所述溫壓傳感器和電磁閥連接在所述蒸發(fā)器的出口至所述膨脹機(jī)的高壓級(jí)入口之間；所述閃蒸式儲(chǔ)液罐的未完全蒸發(fā)的兩相態(tài)工質(zhì)進(jìn)口連接在所述溫度傳感器與電磁閥之間的連接管路，所述膨脹閥連接在所述管路上，從而使所述蒸發(fā)器通過所述膨脹閥與所述閃蒸式儲(chǔ)液罐的兩相態(tài)工質(zhì)進(jìn)口相連；所述閃蒸式儲(chǔ)液罐的低壓飽和蒸汽出口連接至所述膨脹機(jī)的低壓級(jí)入口；所述溫壓傳感器分別與膨脹閥、電磁閥和變頻式工質(zhì)泵聯(lián)接。

進(jìn)一步講，本實(shí)用新型中，所述閃蒸式儲(chǔ)液罐對兩相態(tài)工質(zhì)兩相態(tài)工質(zhì)進(jìn)行閃蒸。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：

本實(shí)用新型控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對太陽能瞬變特性的即時(shí)反應(yīng)，通過閃蒸產(chǎn)生低壓飽和蒸汽進(jìn)入膨脹機(jī)低壓級(jí)，調(diào)節(jié)有機(jī)工質(zhì)流量從而實(shí)現(xiàn)變工況運(yùn)行，主動(dòng)能力強(qiáng)，適用于不同太陽強(qiáng)度區(qū)，避免繁雜的重復(fù)設(shè)計(jì)；通過對蒸發(fā)器出口有機(jī)工質(zhì)干度檢測與調(diào)節(jié)，避免對膨脹機(jī)的液擊損傷；優(yōu)化循環(huán)性能，提高循環(huán)效率；可實(shí)現(xiàn)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)安全快速啟停；本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)控。

附圖說明

圖1為一種太陽能有機(jī)朗肯循環(huán)恒溫主動(dòng)膨脹保護(hù)及自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖；

圖中：1-槽式太陽能集熱器；2-蒸發(fā)器；3-溫壓傳感器；4-電磁閥；5-膨脹機(jī)；6-發(fā)電機(jī)；7-冷卻塔；8-冷凝器；9-閃蒸式儲(chǔ)液罐；10-膨脹閥；11-變頻式工質(zhì)泵。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述，所描述的具體實(shí)施例僅對本實(shí)用新型進(jìn)行解釋說明，并不用以限制本實(shí)用新型。

如圖1所示，本實(shí)用新型一種適應(yīng)太陽能有機(jī)朗肯循環(huán)的閃蒸主動(dòng)控制系統(tǒng)，包括太陽能槽式集熱器1、閃蒸式儲(chǔ)液罐9、有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)和控制裝置。

所述有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括蒸發(fā)器2、膨脹機(jī)5、發(fā)電機(jī)6、冷卻塔7、冷凝器8和變頻式工質(zhì)泵11。在太陽輻射穩(wěn)定狀況時(shí)，有機(jī)工質(zhì)經(jīng)過所述有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)提供穩(wěn)定電力。所述蒸發(fā)器2與所述太陽能槽式集熱器1連接，所述太陽能槽式集熱器1用于收集太陽能為所述蒸發(fā)器2供熱。所述膨脹機(jī)5與所述發(fā)電機(jī)6連接，自所述膨脹機(jī)5的出口至所述蒸發(fā)器2的進(jìn)口依次連接所述冷凝器8、閃蒸式儲(chǔ)液罐9和變頻式工質(zhì)泵11，所述冷凝器8與所述冷卻塔7連接。

所述控制裝置包括溫壓傳感器3、電磁閥4和膨脹閥10。所述溫壓傳感器3和電磁閥4連接在所述蒸發(fā)器2的出口至所述膨脹機(jī)5的高壓級(jí)入口之間；自所述閃蒸式儲(chǔ)液罐9的未完全蒸發(fā)的兩相態(tài)工質(zhì)進(jìn)口連接至所述溫壓傳感器3與電磁閥4之間的連接管路連接有一旁路，所述膨脹閥10連接在所述旁路上，從而使所述蒸發(fā)器2通過所述膨脹閥10與所述閃蒸式儲(chǔ)液罐9的兩相態(tài)工質(zhì)進(jìn)口相連；所述閃蒸式儲(chǔ)液罐9的低壓飽和蒸汽出口連接至所述膨脹機(jī)5的低壓級(jí)入口，所述閃蒸式儲(chǔ)液罐9一方面對兩相態(tài)工質(zhì)進(jìn)行閃蒸，閃蒸后再用于所述膨脹機(jī)5低壓級(jí)做功；另一方面可以對剩余的液態(tài)有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行儲(chǔ)存，用于有機(jī)工質(zhì)的流量調(diào)節(jié)。

所述溫壓傳感器3分別與膨脹閥10、電磁閥4和變頻式工質(zhì)泵11聯(lián)接，從而完成對系統(tǒng)的即時(shí)控制。當(dāng)蒸發(fā)器出口有機(jī)工質(zhì)為兩相態(tài)工質(zhì)時(shí)，控制裝置已方面可以通過調(diào)節(jié)所述電磁閥4和膨脹閥10的開度，使有機(jī)工質(zhì)達(dá)到飽和氣態(tài)，再進(jìn)入所述膨脹機(jī)5的高壓級(jí)； 另一方面根據(jù)當(dāng)前工況通過控制所述變頻式工質(zhì)泵11的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)有機(jī)工質(zhì)的流量以適應(yīng)當(dāng)前工況。

下面從太陽輻射強(qiáng)烈穩(wěn)定時(shí)的正常運(yùn)行、太陽輻射強(qiáng)度降低、太陽輻射極端強(qiáng)烈以及系統(tǒng)開啟關(guān)閉時(shí)四個(gè)方面來描述本實(shí)用新型適應(yīng)太陽能有機(jī)朗肯循環(huán)的閃蒸主動(dòng)控制裝置的控制過程：

正常運(yùn)行時(shí)，有機(jī)工質(zhì)經(jīng)過太陽能槽式集熱器1將吸收到的熱量用于加熱蒸發(fā)器2中的有機(jī)工質(zhì)，使有機(jī)工質(zhì)完全變?yōu)闅鈶B(tài)，然后，依次經(jīng)過溫壓傳感器3和電磁閥4進(jìn)入所述膨脹機(jī)5高壓級(jí)做功，帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)6發(fā)電，所述膨脹機(jī)5出口的工質(zhì)進(jìn)入冷凝器8冷凝為液相有機(jī)工質(zhì)，流經(jīng)閃蒸式儲(chǔ)液罐9進(jìn)入變頻式工質(zhì)泵11，經(jīng)變頻式工質(zhì)泵11升壓后再次進(jìn)入所述蒸發(fā)器2，從而完成一個(gè)熱力循環(huán)。

當(dāng)太陽輻射階躍降低，使得太陽能槽式集熱器1吸熱量不足以提供有機(jī)工質(zhì)完全蒸發(fā)所需熱量時(shí)，蒸發(fā)器2出口處干度下降，溫壓傳感器3檢測到變化后，關(guān)閉電磁閥4，打開膨脹閥10，低干度的有機(jī)工質(zhì)經(jīng)過膨脹閥10進(jìn)入閃蒸式儲(chǔ)液罐9進(jìn)行閃蒸，閃蒸過后的低溫低壓飽和氣態(tài)有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入膨脹機(jī)5低壓級(jí)做功，液態(tài)有機(jī)工質(zhì)儲(chǔ)存于儲(chǔ)液罐，用于系統(tǒng)有機(jī)工質(zhì)回路的緩沖。與此同時(shí)，通過調(diào)節(jié)變頻式工質(zhì)泵11，降低所述變頻式工質(zhì)泵11的轉(zhuǎn)速，從而有機(jī)工質(zhì)流量降低以適應(yīng)當(dāng)前工況。相同的吸熱量下，小流量的有機(jī)工質(zhì)溫度提高，干度升高，達(dá)到飽和，蒸發(fā)器2出口的有機(jī)工質(zhì)經(jīng)溫壓傳感器3檢測后，重新開啟電磁閥4，關(guān)閉膨脹閥10，系統(tǒng)運(yùn)行恢復(fù)正常。

當(dāng)太陽輻射極端強(qiáng)烈，使得蒸發(fā)器2出口蒸汽進(jìn)入過熱區(qū)，所述溫壓傳感器3檢測到變化后，通過增大變頻式工質(zhì)泵11的轉(zhuǎn)速，加大有機(jī)工質(zhì)流量，提高運(yùn)行效率。

系統(tǒng)開啟時(shí)，控制電磁閥4的開關(guān)，逐漸增大變頻式工質(zhì)泵11的轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)平穩(wěn)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)；系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，控制電磁閥4的開關(guān)，逐漸減小變頻式工質(zhì)泵11的轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)平穩(wěn)進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)。

盡管上面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)之內(nèi)。