阅读说明：本技术 一种用于有机朗肯循环的膨胀压缩一体机 (Expansion and compression integrated machine for organic Rankine cycle ) 是由 雷标 吴玉庭 王伟 于 2020-07-03 设计创作，主要内容包括：一种用于有机朗肯循环的膨胀压缩一体机,属于中低品位能源利用领域。本发明将工质泵和膨胀机做成整体,以减小工质泵功耗对系统的影响。由气缸(1)、活塞(2)、蒸发器(3)冷凝器(4)和四个阀门由相应的连接管路组成。其中气缸(1)有四个工质进出口,分别经一个阀门和冷凝器出口、冷凝器进口、蒸发器进口、蒸发器出口连接,部件及管路内部充满有机工质。经过四个阀门的不同打开顺序推动活塞(2)运动做功,实现了有机工质膨胀做功,又实现了液体压缩。(An expansion and compression integrated machine for organic Rankine cycle belongs to the field of medium-low grade energy utilization. The working medium pump and the expansion machine are integrated, so that the influence of the power consumption of the working medium pump on a system is reduced. The device consists of a cylinder (1), a piston (2), an evaporator (3), a condenser (4) and four valves which are formed by corresponding connecting pipelines. The cylinder (1) is provided with four working medium inlets and outlets which are respectively connected with a condenser outlet, a condenser inlet, an evaporator inlet and an evaporator outlet through a valve, and the parts and the pipeline are filled with organic working media. The piston (2) is pushed to move to do work through different opening sequences of the four valves, so that the expansion work of the organic working medium is realized, and the liquid compression is also realized.)

一种用于有机朗肯循环的膨胀压缩一体机

技术领域

本发明涉及用于有机朗肯循环的膨胀压缩一体机，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，一般包括蒸发器、膨胀机、冷凝器和工质泵四个部件。一般而言，膨胀机和工质泵是两个独立的部件，膨胀机输出机械功率，而工质泵会消耗掉一部分膨胀机输出机械功。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。传统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，工质泵功耗占膨胀机输出功比例过大，甚至某些情况下工质泵功耗还大于膨胀机输出功。这大大制约了有机朗肯循环的性能提升。

发明内容

本发明主要解决工质泵功耗占膨胀机输出功比例过大问题，主要思路是利用一台设备同时实现工质泵和膨胀机的功能，该设备(即膨胀压缩一体机)的输出功即为有机朗肯循环的净功。

本发明主要思路为利用一套气缸活塞系统实现工质泵和膨胀机的全部功能，包括气缸(1)、活塞(2)、蒸发器(3)、冷凝器(4)、第一阀门(5)、第二阀门(6)、第三阀门(7)、第四阀门(8)和相应的连接管路。其中气缸(1)、活塞(2)配套，活塞(2)可沿气缸(1)中心轴长度方向运动；气缸(1)有四个工质进出口，分别经第一阀门(5)、第二阀门(6)、第三阀门(7)、第四阀门(8)和冷凝器(4)出口、冷凝器(4)进口、蒸发器(3)进口、蒸发器(3)出口通过管道连接。部件及管路内部充满有机工质。从蒸发器(3)出来的高压有机工质蒸气经第四阀门(8)进入气缸(1)，推动活塞向下止点运动，高压工质膨胀做功，期间活塞运行至某一中间位置时第四阀门(8)关闭。当活塞运行到下止点时，第二阀门(6)打开，活塞向上止点运动，将气缸内做完功的乏气经第二阀门(6)送入冷凝器(4)冷凝。当活塞移动至某一中间位置时，第一阀门(5)打开，冷凝器(4)内的冷凝液经第一阀门(5)进入气缸(1)，并将气缸(1)内残余乏气置换出气缸(1)，气缸内充满有机工质流体，然后第一阀门(5)、第二阀门(6)关闭。活塞(2)继续向上止点运动，压缩流体，液体压力升高后，第三阀门(7)打开，将液体有机工质加压并送入蒸发器(3)。当活塞(2)运动到上止点时第三阀门(7)关闭，第四阀门(8)打开，从蒸发器(3)出来高压有机工质蒸气经第四阀门(8)进入气缸(1)，推动活塞(2)运动做功。

可选的，有机工质冷凝液经第一阀门(5)进入气缸的动力可为重力作用或某种前置泵的作用，但该泵出口压力远小于有机朗肯循环的工作压力，有机工质液体压力升高主要在气缸内完成。

可选的，第三阀门(7)可为某种单向阀，当气缸内压力高于蒸发器进口压力时，第三阀门(7)自动打开。

附图说明

附图1，有机朗肯循环的膨胀压缩一体机工作流程图

气缸(1)、活塞(2)、蒸发器(3)、冷凝器(4)、第一阀门(5)、第二阀门(6)、第三阀门(7)、第四阀门(8)

具体实施方式

下面结合实施示例对本发做进一步说明，但本发明并不限于以下实施示例。

实施例1：

构建如附图1所示的工作系统，包含气缸(1)、活塞(2)、蒸发器(3)、冷凝器(4)、第一阀门(5)、第二阀门(6)、第三阀门(7)、第四阀门(8)和相应的连接管路，其中活塞(2)一般通过连杆和曲轴联结，把其往复运动变换为旋转运动。其中气缸内有四个工质进出口，分别经第一阀门(5)、第二阀门(6)、第三阀门(7)、第四阀门(8)和冷凝器(4)出口、冷凝器(4)进口、蒸发器(3)进口、蒸发器(3)出口通过管道连接。一般情况下，冷凝器(4)置于气缸(1)和活塞(2)的上方，以便使冷凝液在重力的作用下进入气缸。上述系统内充满有机朗肯循环的工作介质。有机工质在蒸发器(3)中吸收热量并蒸发，从蒸发器(3)出来的高压有机工质蒸气经第四阀门(8)进入气缸(1)，推动活塞向下止点运动(图示为右行)，高压工质膨胀做功，期间活塞运行至某一中间位置时第四阀门(8)关闭，气体停止进入气缸，缸内的高压气随活塞移动继续膨胀做功。当活塞运行到下止点时，气缸容积达到最大，气缸内气体已膨胀至较低压力，此时第二阀门(6)打开，活塞开始向上止点运动(图示为左移)，活塞运动把气缸内做完功的乏气经第二阀门(6)送入冷凝器(4)冷凝。当活塞运动(左移)至某一中间位置时，第一阀门(5)打开，由于此时冷凝器(4)内压力和气缸内压力几乎相等，冷凝器(4)内的冷凝液在重力的作用下经第一阀门(5)进入气缸(1)，并将气缸(1)内残余乏气排出气缸(1)。为使残余低压气更好的排出气缸，与冷凝器(4)进口相连的气缸出入口可置于气缸(1)上方。当气缸内充满液体工质时，第一阀门(5)和第二阀门(6)关闭。活塞(2)继续上行，压缩气缸内工质，液体压力升高后，将第三阀门(7)打开，液体有机工质压力升高并送入蒸发器(3)。当活塞(2)运动到上止点(图示为最左侧)时，有机工质液体几乎全部排出气缸(1)，第三阀门(7)关闭，第四阀门(8)打开，从蒸发器(3)出来高压有机工质蒸气经第四阀门(8)进入气缸(1)，推动活塞(2)运动做功。

由此可见，气缸(1)、活塞(2)和第一阀门(5)、第二阀门(6)、第三阀门(7)、第四阀门(8)组成的系统既实现了有机工质膨胀做功，又实现了液体压缩。上述阀门的启闭一般由专门的控制系统控制，其开闭取决于曲轴角度或活塞位置、运动方向。其控制方式可为机械控制，如通过凸轮机构在一定旋转相位将其顶开；或电子控制，如利用传感器检测活塞位置或曲轴角度，发出控制信号实现各阀门的启闭。