本實(shí)用新型屬于中低溫?zé)崮馨l(fā)電系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體的說，本實(shí)用新型涉及一種利用兩相管氣泡泵的中低溫?zé)崮苈?lián)合發(fā)電系統(tǒng)及裝置。

背景技術(shù)：

我國具有豐富的中低品位能源，如太陽能、地?zé)崮?、中低溫工業(yè)余熱等，隨著能源危機(jī)和環(huán)境問題的日益加劇，中低品位能源的利用已經(jīng)逐漸引起人們的重視。利用有機(jī)朗肯循環(huán)和全流膨脹發(fā)電能夠?qū)⑦@些中低品位能源轉(zhuǎn)化為電能。

有機(jī)朗肯循環(huán)中有機(jī)工質(zhì)沸點(diǎn)低，可充分利用中低品位能源，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單；全流膨脹發(fā)電系統(tǒng)適用范圍廣，飽和蒸汽、氣液兩相、較高溫度熱水均可作為介質(zhì)用來發(fā)電，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，運(yùn)行平穩(wěn)可靠。

在傳統(tǒng)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中，熱源加熱有機(jī)工質(zhì)后，就從系統(tǒng)中排出，熱源利用率較低。并且需要工質(zhì)泵為有機(jī)工質(zhì)提供驅(qū)動(dòng)力，消耗一定的泵功。在全流膨脹發(fā)電系統(tǒng)中，同樣需要水泵為系統(tǒng)提供驅(qū)動(dòng)力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型提供一種利用兩相管氣泡泵的中低溫?zé)崮苈?lián)合發(fā)電系統(tǒng)，利用有低沸點(diǎn)機(jī)工質(zhì)和熱水在兩相管中的直接熱交換，實(shí)現(xiàn)了全流發(fā)電系統(tǒng)和有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的耦合，同時(shí)替代了水泵和工質(zhì)泵，提高了單位熱能的發(fā)電量，可實(shí)現(xiàn)中低品位熱能的有效利用。

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出的一種利用兩相管氣泡泵的中低溫?zé)崮苈?lián)合發(fā)電系統(tǒng)，包括氣液分離器、低位儲液器、混合器、全流膨脹發(fā)電子系統(tǒng)、有機(jī)朗肯發(fā)電子系統(tǒng)和熱源系統(tǒng)，所述低位儲液器與所述混合器相連；所述全流膨脹發(fā)電子系統(tǒng)包括第一發(fā)電機(jī)、與所述氣液分離器連接的全流膨脹機(jī)、與所述低位儲液器相連的加熱器，所述全流膨脹機(jī)與所述加熱器連接；所述全流膨脹機(jī)與所述第一發(fā)電機(jī)相連；所述有機(jī)朗肯發(fā)電子系統(tǒng)包括第二發(fā)電機(jī)、與所述氣液分離器連接的有機(jī)工質(zhì)膨脹機(jī)，與所述混合器相連的冷凝器，所述冷凝器通過冷卻水泵與冷卻塔連接；所述有機(jī)工質(zhì)膨脹機(jī)與所述第二發(fā)電機(jī)相連；所述熱源系統(tǒng)包括與所述加熱器連接的熱源；所述氣液分離器放置于高處，所述混合器放置于低處，所述氣液分離器與所述混合器之間連接有兩相管氣泡泵，所述兩相管氣泡泵為細(xì)長管、且垂直放置，形成重力勢差；所述兩相管氣泡泵中的低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)被加熱后產(chǎn)生氣泡，氣泡驅(qū)動(dòng)液體上升，所述兩相管氣泡泵形成的重力勢差和氣泡為所述全流膨脹發(fā)電子系統(tǒng)和所述有機(jī)朗肯發(fā)電子系統(tǒng)提供驅(qū)動(dòng)力。

進(jìn)一步講，本實(shí)用新型中，所述氣液分離器與所述混合器之間并聯(lián)有多個(gè)兩相管氣泡泵；所有兩相管氣泡泵的下部由所述混合器連接，所有兩相管氣泡泵的上部由所述氣液分離器連接。

所述冷凝器高位放置，但低于所述有機(jī)工質(zhì)膨脹機(jī)的位置，所述全流膨脹機(jī)低位放置，但高于所述加熱器的位置。

所述熱源系統(tǒng)中的熱源是中低品位熱源。所述熱源是地?zé)崮堋⑻柲芎凸I(yè)余熱中的一種或幾種。

所述熱源是地?zé)崮?，所述熱源系統(tǒng)包括生產(chǎn)井和回灌井，所述生產(chǎn)井通過地?zé)岢鏊芘c所述加熱器的進(jìn)口相連，所述回灌井通過地?zé)峄厮芘c所述加熱器的出口相連。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：

本實(shí)用新型利用兩相管氣泡泵中低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)的沸騰氣泡和密度差驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，有效地替代了全流膨脹發(fā)電子系統(tǒng)的水泵。通過合理設(shè)置有機(jī)工質(zhì)膨脹機(jī)和冷凝器的高度，有效地利用了兩相管氣泡泵附帶的重力勢差，有效地替代了有機(jī)朗肯循環(huán)子系統(tǒng)的工質(zhì)泵，聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，減小聯(lián)合系統(tǒng)水泵和工質(zhì)泵功耗。

有機(jī)工質(zhì)和高溫?zé)崴?，均?shí)現(xiàn)了發(fā)電利用，且直接換熱，實(shí)現(xiàn)了熱能的最大利用。實(shí)現(xiàn)了中低溫?zé)崮艿母咝Ю茫?lián)合發(fā)電系統(tǒng)熱源利用率高，系統(tǒng)熱源可以是地?zé)崮?、太陽能、工業(yè)余熱等中低品位熱源，系統(tǒng)適應(yīng)度高。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型低溫?zé)崮苈?lián)合發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型中兩相管氣泡泵的側(cè)面圖；

圖中標(biāo)記：1-氣液分離器、2-兩相管氣泡泵、3-發(fā)電機(jī)1、4-全流膨脹機(jī)、5-加熱器、6-地?zé)岢鏊堋?-生產(chǎn)井、8-地?zé)峄厮堋?-回灌井、10-低位儲液器、11-混合器、12-冷凝器、13-冷卻水泵、14-冷卻塔、15-發(fā)電機(jī)2、16-有機(jī)工質(zhì)膨脹機(jī)、17-氣泡。

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和圖2所示，本實(shí)用新型提出的一種利用兩相管氣泡泵的中低溫?zé)崮苈?lián)合發(fā)電系統(tǒng)，包括兩相管氣泡泵2、氣液分離器1、低位儲液器10、混合器11、全流膨脹發(fā)電子系統(tǒng)、有機(jī)朗肯發(fā)電子系統(tǒng)和熱源系統(tǒng)，所述低位儲液器10與所述混合器11相連。

所述全流膨脹發(fā)電子系統(tǒng)包括第一發(fā)電機(jī)3、與所述氣液分離器1連接的全流膨脹機(jī)4、與所述低位儲液器10相連的加熱器5，所述全流膨脹機(jī)4與所述加熱器5連接；所述全流膨脹機(jī)4與所述第一發(fā)電機(jī)3。

所述有機(jī)朗肯發(fā)電子系統(tǒng)包括第二發(fā)電機(jī)15、與所述氣液分離器1連接的有機(jī)工質(zhì)膨脹機(jī)16，與所述混合器11相連的冷凝器12，所述冷凝器12通過冷卻水泵13與冷卻塔14連接；所述有機(jī)工質(zhì)膨脹機(jī)16與所述第二發(fā)電機(jī)15相連。

所述熱源系統(tǒng)包括與所述加熱器6連接的熱源，所述熱源是中低品位熱源，例如可以是所述熱源是地?zé)崮堋⑻柲芎凸I(yè)余熱中的一種或幾種。如圖1所示，本實(shí)施例中的熱源是地?zé)崮?，所述熱源系統(tǒng)包括生產(chǎn)井7和回灌井9，所述生產(chǎn)井7通過地?zé)岢鏊?與所述加熱器5的進(jìn)口相連，所述回灌井9通過地?zé)峄厮?與所述加熱器5的出口相連，地?zé)岢鏊?從生產(chǎn)井7中抽取出地?zé)釤崴?，進(jìn)入加熱器5，加熱來自全流膨脹機(jī)4的液態(tài)水，最后經(jīng)地?zé)峄厮?進(jìn)入回灌井9。

所述氣液分離器1放置于高處，所述混合器11放置于低處，所述兩相管氣泡泵2連接在所述氣液分離器1與所述混合器11之間，所述兩相管氣泡泵2的上端與氣液分離器1連接，所述兩相管氣泡泵2的下端通過混合器11后連接至所述低位儲液器10；本實(shí)用新型中，所述兩相管氣泡泵2為細(xì)長管，所述兩相管氣泡泵2內(nèi)，利用高溫?zé)崴訜岬头悬c(diǎn)有機(jī)工質(zhì)，使有機(jī)工質(zhì)沸騰產(chǎn)生大量氣泡17帶動(dòng)液態(tài)水上升，進(jìn)入氣液分離器1，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有機(jī)朗肯發(fā)電子系統(tǒng)的工質(zhì)泵和全流膨脹發(fā)電子系統(tǒng)的水泵。所述兩相管氣泡泵2垂直放置，形成重力勢差，所述兩相管氣泡泵2形成的重力勢差為所述全流膨脹發(fā)電子系統(tǒng)和所述有機(jī)朗肯發(fā)電子系統(tǒng)提供驅(qū)動(dòng)力。所述低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)不能與水互溶；相同壓力下，所述有機(jī)工質(zhì)的沸點(diǎn)低于水，如R245fa、R1234ze等。

本實(shí)用新型中，所述氣液分離器1與所述混合器11之間可以并聯(lián)有多個(gè)兩相管氣泡泵2；所有兩相管氣泡泵2的下部由所述混合器11連接，所有兩相管氣泡泵2的上部由所述氣液分離器1連接。

本實(shí)用新型利用兩相管氣泡泵2代替?zhèn)鹘y(tǒng)系統(tǒng)中的工質(zhì)泵和水泵，降低系統(tǒng)泵功能耗、無噪音、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)中低溫?zé)崮艿母咝Ю谩?/p>

在兩相管氣泡泵2內(nèi)，低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)經(jīng)低位儲液器10與高溫?zé)崴苯踊旌?，被加熱后迅速沸騰產(chǎn)生大量上升的氣泡17，與熱水形成氣液兩相流并利用氣泡17的驅(qū)動(dòng)在兩相管氣泡泵2內(nèi)達(dá)到泵送液體、提高壓力的目的；所述冷凝器12布置在高位，兩相管氣泡泵2和重力勢差為所述全流膨脹發(fā)電子系統(tǒng)和所述有機(jī)朗肯發(fā)電子系統(tǒng)提供驅(qū)動(dòng)力，代替?zhèn)鹘y(tǒng)循環(huán)中的水泵和工質(zhì)泵?；旌弦航?jīng)兩相管氣泡泵2后，經(jīng)氣液分離器1分離，液態(tài)水推動(dòng)全流膨脹機(jī)4做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)14輸出電能，發(fā)電后進(jìn)入加熱器5，即液態(tài)水進(jìn)入全流膨脹發(fā)電子系統(tǒng)推動(dòng)全流膨脹機(jī)4做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)14輸出電能，液態(tài)水經(jīng)全流膨脹機(jī)4后進(jìn)入加熱器5內(nèi)，吸收熱源系統(tǒng)的熱量，進(jìn)入低位儲液器10暫存后流入混合器11，完成一個(gè)循環(huán)。有機(jī)工質(zhì)蒸汽推動(dòng)有機(jī)工質(zhì)膨脹機(jī)16發(fā)電后經(jīng)冷凝器12冷凝，即有機(jī)工質(zhì)蒸汽進(jìn)入有機(jī)朗肯發(fā)電子系統(tǒng)的有機(jī)工質(zhì)膨脹機(jī)16帶動(dòng)發(fā)電機(jī)14發(fā)電，最后經(jīng)冷凝器12中的冷卻水冷凝后進(jìn)入混合器11，完成一個(gè)循環(huán)。

經(jīng)加熱器5加熱的高溫?zé)崴M(jìn)入低位儲液器10后，進(jìn)入混合器11，與所述冷凝器12出口的液態(tài)有機(jī)工質(zhì)在混合器11內(nèi)混合，在兩相管氣泡泵2內(nèi)直接接觸，低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)被加熱至沸騰，產(chǎn)生大量氣泡17，帶動(dòng)液態(tài)水上升，汽水混合物經(jīng)汽水分離器1分離成液態(tài)水和有機(jī)工質(zhì)蒸汽。

在全流膨脹發(fā)電子系統(tǒng)中，經(jīng)所述氣液分離器1分離出的液態(tài)水進(jìn)入全流膨脹機(jī)4，利用重力勢差、速度勢差和溫度差推動(dòng)全流膨脹機(jī)4和第一發(fā)電機(jī)3發(fā)電，發(fā)電后的液態(tài)水溫度降低，勢能降低，隨后進(jìn)入加熱器5，經(jīng)加熱后進(jìn)入低位儲液器10。

在有機(jī)朗肯發(fā)電子系統(tǒng)中，高溫高壓的有機(jī)工質(zhì)蒸汽從氣液分離器1引入有機(jī)工質(zhì)膨脹機(jī)16，推動(dòng)有機(jī)工質(zhì)膨脹機(jī)16和第二發(fā)電機(jī)15發(fā)電后，經(jīng)冷凝器12冷卻為液態(tài)工質(zhì)。由于兩相管氣泡泵2垂直安裝，管細(xì)長，合理布置冷凝器處于高位后，冷凝器和混合器之間就形成了足夠的重力勢差，形成了類似“有機(jī)朗肯循環(huán)”的工質(zhì)泵效應(yīng)。重力勢差推動(dòng)了液態(tài)有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入混合器，實(shí)現(xiàn)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)。

所述低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)不能與水互溶；相同壓力下，所述有機(jī)工質(zhì)的沸點(diǎn)低于水。所述熱源系統(tǒng)中熱源可以是地?zé)崮堋⑻柲?、工業(yè)余熱等中低品位熱源。

本實(shí)用新型利用兩相管氣泡泵代替?zhèn)鹘y(tǒng)系統(tǒng)中的工質(zhì)泵和水泵，降低系統(tǒng)泵功能耗、單位熱能凈輸出功大、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，噪音小，能夠?qū)崿F(xiàn)地?zé)崮堋⑻柲艿戎械蜏責(zé)崮艿母咝Ю谩?/p>

通過上述結(jié)合實(shí)施例和附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但以上具體實(shí)施案例僅僅是部分實(shí)驗(yàn)，并不是用來限制本實(shí)用新型的實(shí)施范圍。本領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)人員依據(jù)本實(shí)用新型或不脫離本實(shí)用新型宗旨的情況下，所進(jìn)行的等效變形和相關(guān)修飾，這些都在本實(shí)用新型的保護(hù)之內(nèi)。