CN106968737A - 一种低温余热综合回收利用实验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温余热综合回收利用实验系统，包括恒温水箱，所述恒温水箱分别与第一循环水泵、第二循环水泵相连通；所述恒温水箱用于加热和存储预设温度范围内的水；所述第一循环水泵与一个热泵系统相连通，所述热泵系统用于吸收所述第一循环水泵输送过来的恒温水箱中水的热量，并在做升温处理后向外输出热量；所述第二循环水泵分别与所述热泵系统和一个所述低温发电系统相连通，所述低温发电系统用于通过所述第二循环水泵吸收所述恒温水箱中水的热量或吸收所述热泵系统向外输出的热量，然后发电。本发明能够有效地从低温余热中取热，提高余热品质，避免在使用余热时受时间和使用条件的限制，有效提高对低温余热的利用效率。
Description
技术领域
本发明涉及能源利用与环境技术领域，特别是涉及一种低温余热综合回收利用实验系统。
背景技术
目前，低温热在自然界中无处不在且储量巨大，如太阳能、地热能等，而工业余热作为一种低温热，其排放量也是巨大的，如冶金、化工、炼化、食品、建材、发电等行业都有大量的余热排放，这些低温热的排放不仅造成能源的极大浪费，也是环境热污染的主要因素。因此，充分利用余热资源是高耗能行业节能减排的重要内容和主要手段之一。
在各种品位的余热资源中，高温及中高温的余热回收利用技术已经成熟。中低温余热回收利用技术也有商业化应用，技术基本成熟，但是，回收利用系统的效率、稳定性和适应性上还存在一定问题。而对于低温余热的回收和利用，由于技术难度较高，还没有商业化运行案例。利用低温余热的关键是如何提高余热品质，以及如何解决在使用余热时受时间和使用条件的限制。
目前还没有一种技术，其能够有效回收利用低温余热，提高余热品质，避免在使用余热时受时间和使用条件的限制，有效提高对低温余热的利用效率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种低温余热综合回收利用实验系统，其能够有效地从低温余热中取热，提高余热品质，避免在使用余热时受时间和使用条件的限制，有效提高对低温余热的利用效率，有利于太阳能、地热能等低温新能源的推广普及，为新能源及工业废热扩大使用区域和延伸使用时间提供应用基础技术。
为此，本发明提供了一种低温余热综合回收利用实验系统，包括恒温水箱，所述恒温水箱分别与第一循环水泵、第二循环水泵相连通；
所述恒温水箱用于加热和存储预设温度范围内的水；
所述第一循环水泵与一个热泵系统相连通，所述热泵系统用于吸收所述第一循环水泵输送过来的恒温水箱中水的热量，并在做升温处理后向外输出热量；
所述第二循环水泵分别与所述热泵系统和一个所述低温发电系统相连通，所述低温发电系统用于通过所述第二循环水泵吸收所述恒温水箱中水的热量或吸收所述热泵系统向外输出的热量，然后进行发电，将发电获得的电能输出给用户使用。
其中，所述热泵系统包括热泵蒸发器、热泵压缩机和热泵冷凝器，所述热泵蒸发器右端上部的工质出口与所述热泵压缩机左端的工质入口相连通，所述热泵压缩机右端的工质出口与所述热泵冷凝器左端上部的工质入口相连通，所述热泵冷凝器左端下部的工质出口经节流元件与所述热泵蒸发器右端下部的工质入口相连通；
所述第二循环水泵通过一个储液罐与所述热泵系统中的热泵冷凝器底部的循环水出口相连通，所述热泵冷凝器顶部的循环水入口与所述恒温水箱相连通；
所述热泵蒸发器底部的循环水入口与所述第一循环水泵相连通，所述热泵蒸发器顶部的循环水出口与所述恒温水箱相连通。
其中，所述低温发电系统包括低温发电蒸发器、膨胀机、低温发电冷凝器、低温发电工质泵和发电机；
其中，所述低温发电蒸发器底部的循环水入口与所述第二循环水泵相连通，所述低温发电蒸发器顶部的循环水出口与所述恒温水箱相连通，所述热泵冷凝器顶部的循环水入口与所述恒温水箱相连通，所述热泵冷凝器底部的循环水出口通过一个第三循环水泵与所述恒温水箱相连通；
所述低温发电蒸发器右端上部的工质出口与所述膨胀机左端的工质入口相连通，所述膨胀机右端的工质出口与所述低温发电冷凝器左端上部的工质入口相连通，所述低温发电冷凝器左端下部的工质出口与所述低温发电工质泵右端的工质入口相连通，所述低温发电工质泵左端的工质出口与所述低温发电蒸发器右端下部的工质入口相连通；
所述膨胀机与所述发电机相连接。
其中，所述发电机与预设的任意一个或者多个用电设备相连接，用于为所述用电设备提供工作用电。
其中，所述低温发电冷凝器底部的循环水出口与所述第三循环水泵相连通，所述低温发电冷凝器顶部的循环水入口与所述恒温水箱相连通。
其中，所述恒温水箱上部与一个外部冷水水源相连通，所述恒温水箱下部与一个外部存水器相连通。
其中，所述恒温水箱内设置有弯曲的自来水冷却盘管，所述自来水冷却盘管与所述外部冷水水源相连通。
其中，所述恒温水箱上还安装有加热电阻丝。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种低温余热综合回收利用实验系统，其能够有效地从低温余热中取热，提高余热品质，避免在使用余热时受时间和使用条件的限制，有效提高对低温余热的利用效率，有利于太阳能、地热能等低温新能源的推广普及，为新能源及工业废热扩大使用区域和延伸使用时间提供应用基础技术。
附图说明
图1为本发明提供的一种低温余热综合回收利用实验系统的结构示意简图；
图中，1为恒温水箱，2为第一循环水泵，11为自来水冷却盘管，31为热泵蒸发器，32为热泵压缩机，33为热泵冷凝器；
4为储液罐，5为第二循环水泵，61为低温发电蒸发器，62为膨胀机，63为低温发电冷凝器，64为低温发电工质泵，65为发电机，7为第三循环水泵；
100为外部冷水水源，200为外部存水器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图1，本发明提供了一种低温余热综合回收利用实验系统，包括恒温水箱1，所述恒温水箱1分别与第一循环水泵2、第二循环水泵5相连通；
所述恒温水箱1用于加热和存储预设温度范围内(例如50～100摄氏度)的水；
所述第一循环水泵2与一个热泵系统相连通，所述热泵系统用于吸收所述第一循环水泵2输送过来的恒温水箱1中水的热量，并在做升温处理后向外输出热量，具体为：输出给用户需要供热的空间(如客厅、卧室)或者低温发电系统；
所述第二循环水泵5分别与所述热泵系统和一个所述低温发电系统相连通，所述低温发电系统用于通过所述第二循环水泵5吸收所述恒温水箱1中水的热量或吸收所述热泵系统向外输出的热量，然后进行发电，将发电获得的电能输出给用户使用。
在本发明中，具体实现上，所述热泵系统包括热泵蒸发器31、热泵压缩机32和热泵冷凝器33，所述热泵蒸发器31右端上部的工质(具体为制冷剂)出口与所述热泵压缩机32左端的工质入口相连通(具体通过一根管路)，所述热泵压缩机32右端的工质出口与所述热泵冷凝器33左端上部的工质入口相连通(具体通过一根管路)，所述热泵冷凝器33左端下部的工质出口经节流元件(如毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀等)与所述热泵蒸发器31右端下部的工质入口相连通(具体通过一根管路)；
具体实现上，所述第二循环水泵5通过一个储液罐4与所述热泵系统中的热泵冷凝器33底部的循环水出口相连通，所述热泵冷凝器33顶部的循环水入口与所述恒温水箱1相连通；
所述热泵蒸发器31底部的循环水入口与所述第一循环水泵2相连通，所述热泵蒸发器31顶部的循环水出口与所述恒温水箱1相连通。
在本发明中，具体实现上，所述低温发电系统包括低温发电蒸发器61、膨胀机62、低温发电冷凝器63、低温发电工质泵64和发电机65；
其中，所述低温发电蒸发器61底部的循环水入口与所述第二循环水泵5相连通(具体通过一根管路)，所述低温发电蒸发器61顶部的循环水出口与所述恒温水箱1相连通，热泵冷凝器33顶部的循环水入口与所述恒温水箱1相连通，所述热泵冷凝器33底部的循环水出口通过一个第三循环水泵7与所述恒温水箱1相连通；
需要说明的是，所述储液罐4、第二循环水泵5位于所述热泵冷凝器33和低温发电蒸发器61之间，同时鉴于所述热泵冷凝器33顶部的循环水入口与所述恒温水箱1相连通以及所述低温发电蒸发器61顶部的循环水出口与所述恒温水箱1相连通，从而所述储液罐4、第二循环水泵5、所述热泵冷凝器33和低温发电蒸发器61之间可以形成闭式循环管路。
在本发明中，需要说明的是，对于所述热泵系统，低温低压的液态工质(如氟利昂)，首先在热泵蒸发器31里从低温热源(即恒温水箱1中的热水)吸热并气化成低压蒸气。然后该低压工质蒸气在热泵压缩机32内被压缩成高温高压的蒸气，然后继续进入热泵冷凝器33中，该高温高压的工质气体在热泵冷凝器33内被冷却凝结成高压液体(在本本发明的系统中是被来自图1所示外部冷水水源100的自来水冷却，或者是被与低温发电系统中的低温发电蒸发器61相连通的循环水冷却。再经节流元件(毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀等)节流成低温低压液态的工质回到热泵蒸发器31中。如此完成一个热泵循环。
在本发明中，所述低温发电蒸发器61右端上部的工质(制冷剂)出口与所述膨胀机62左端的工质入口相连通(具体通过一根管路)，所述膨胀机62右端的工质出口与所述低温发电冷凝器63左端上部的工质入口相连通，所述低温发电冷凝器63左端下部的工质出口与所述低温发电工质泵64右端的工质入口相连通，所述低温发电工质泵64左端的工质出口与所述低温发电蒸发器61右端下部的工质入口相连通；
具体实现上，所述膨胀机62与所述发电机65相连接，所述膨胀机62用于向所述发电机65输出能量，驱动所述发电机65切割磁力线做功并发电。具体实现上，所述膨胀机62可以基于有机朗肯循环(即双循环)带动所述发电机65进行发电。
具体实现上，所述发电机65与预设的任意一个或者多个用电设备相连接，用于为所述用电设备提供工作用电。所述用电设备可以为电视机、冰箱等任意一种用户预先设置的电器设备。具体实现上，对于本发明提供的实验系统，优选为用白炽灯作为用电设备来消耗发电机65所发出的电能，优点是因为白炽灯作为实验展示较为直观。
具体实现上，所述低温发电冷凝器63底部的循环水出口与所述第三循环水泵7相连通，所述低温发电冷凝器63顶部的循环水入口与所述恒温水箱1相连通。
对于本发明，具体实现上，鉴于有时候恒温水箱1的热量在供给热泵系统后，还有富裕的热量，为了平衡富裕的热量，所述恒温水箱1上部还可以与一个外部冷水水源100(例如自来水水源)相连通，同时所述恒温水箱1下部与一个外部存水器200(例如一个中空的存水箱)相连通，该外部存水器200用于存储所述恒温水箱1中放置不下的多余的水，即恒温水箱1的排水。
具体实现上，所述恒温水箱1内设置有弯曲的自来水冷却盘管11，所述自来水冷却盘管11与所述外部冷水水源相连通。
具体实现上，所述热泵蒸发器31顶部的循环水出口、所述热泵冷凝器33顶部的循环水入口、所述低温发电蒸发器61顶部的循环水出口和热泵冷凝器33顶部的循环水入口分别通过管路与所述外部冷水水源相连通，从而通过阀门的控制，可以方便与外部冷水水源、恒温水箱1之间形成闭式的循环管路，便于水循环。
对于本发明，具体实现上，鉴于有时候恒温水箱1的热量在供给低温发电系统后，将使得水温无法保持在预设温度范围内(例如50～100摄氏度)，这时候，需要对恒温水箱1进行加热。因此，所述恒温水箱1上还安装有加热电阻丝，所述加热电阻丝用于对所述恒温水箱1存放的水进行加热。
对于本发明，需要说明的是，任意两个相邻的相互连通的部件之间，具体通过至少一根中空的管路相连通。
需要说明的是，对于本发明，利用低温余热的关键是如何提高余热品质，以及如何解决在使用余热时受时间和地理条件的限制。目前，高温热泵以其高效集热、转移热量的特点可用于提高余热的品质，并用于供暖、空调、生活热水供应等生活用热及生产工艺的工业用热领域；但是无论是生活或生产供热，对于热的需求都受季节或使用条件的限制。本发明采用低温发电技术，能够利用有机朗肯循环将原本废弃的热能转化为电能，实现变废为宝，电能是一种使用方便、灵活的高级能，可用于任何一个领域，能完全解决热需求对于时间地点条件的限制，是一种提高能源利用效率、降低环境污染、实现能源综合利用的有效途径。
对于本发明，为了更加清楚地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明具有的三种工作模式的工作原理分别进行说明。
一、高温热泵模式。即本发明作为高温热泵系统使用。在恒温水箱1中存储50～100℃范围的水，从而恒温水箱1模拟了低温余热源，然后通过第一循环水泵2将恒温水箱1中的水输送给热泵蒸发器31，热泵蒸发器31将吸收水中的热量，水被吸热降温后通过管路循环回到恒温水箱1中；
热泵蒸发器31中吸取热量后的工质被热泵压缩机32压缩后高温高压的工质，然后输出给热泵冷凝器33(即经过逆卡诺循环转移到热泵冷凝器33)，热泵冷凝器33的工质冷凝放热，使得流经热泵冷凝器33的循环水温度上升，温度上升后的水通过管路循环回到恒温水箱1中。因此，在本发明的系统运行稳定后，再用外部冷水水源200提供的冷水对恒温水箱升温后的水进行冷却，以平衡恒温水箱1的富裕热量。
需要说明的是，对于本发明，可以通过测量热泵蒸发器31和热泵冷凝器33的循环水流量及进口水温、出口水温来获得这两个器件的传热量，然后用作为常规仪表的电功率计来直接测量获得热泵压缩机32的电流、电压和输入的电功率，进一步计算获得本发明此时的制热系数COP。对于本发明，通过模拟单独运行的大温差高温热泵系统，可模拟工业余热经过热泵的集热和高效转移热量后直接供给热用户的过程。
在本发明中，具体实现上，为了测量热泵蒸发器31和热泵冷凝器33的循环水流量，可以在连接热泵蒸发器31和热泵冷凝器33进出口的循环水管路上设置用于测量循环水流量的液体涡轮流量计来实现，并且在进出口水管的管壁上分别设置温度传感器(如热电阻Pt100)，可测得热泵蒸发器31和热泵冷凝器33的进出口水温。
需要说明的是，由于热泵蒸发器31、热泵冷凝器33均为换热器，因此，循环水与工质之间的传热量即为循环水进出热泵蒸发器31、热泵冷凝器33时释放、吸收的热量，具体计算公式如下：
Q＝m·Cp·(tc-tj)；
其中，Q为工质与循环水之间的换热量kW，m为循环水的流量kg/s，Cp为水的定容比热4.187kJ/kg·℃，tc和tj分别为热泵蒸发器31或热泵冷凝器33的出口、进口水温。
具体实现上，对于本发明中提供的热泵系统，可以计算获得其制热系统，具体为：该热泵系统的制热系数COP＝Qc/P，其中Qc为热泵冷凝器33的放热量；P为热泵压缩机32的输入功率。
为了更加清楚地理解本发明，本发明中的热泵系统进行逆卡诺循环的具体过程为：低温低压的液态工质(如氟利昂)，首先在热泵蒸发器31里从低温热源(恒温水箱1中的热水)吸热并气化成低压蒸气。然后该低压工质蒸气在热泵压缩机32内被压缩成高温高压的蒸气，然后继续进入热泵冷凝器33中，该高温高压的工质气体在热泵冷凝器33内被冷却凝结成高压液体(在本本发明的系统中是被来自图1所示外部冷水水源100的自来水冷却，或者是被与低温发电系统中的低温发电蒸发器61相连通的循环水冷却。再经节流元件(毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀等)节流成低温低压液态的工质回到热泵蒸发器31中。如此完成一个逆卡诺循环。
需要说明的是，对于本发明的热泵系统，该热泵系统就是通过逆卡诺循环实现高效的集热和转移热量，以输入少量的高级电能为代价，实现热量从低温环境向高温环境转移，低品位能提质后直接供给热用户使用。对于本发明，通过具体的实验调试检测，所述热泵蒸发器31可从40～60℃的低温热(如恒温水箱1)中提取热量，经过热泵压缩机32的提质，可从热泵冷凝器33处获得不低于110℃的热水，经检测，所述热泵系统的制热系数COP值不低于3，在这个温度下的高温水可以可靠、良好地供给采暖空调或生活热水等热用户。
二、低温发电模式。即本发明作为低温发电系统使用。切断热泵系统与恒温水箱1之间的连接，恒温水箱1通过第二循环水泵5将水输送给低温发电蒸发器61，从而低温发电蒸发器61吸取水中的热量，即从恒温水箱1吸热。在有机朗肯循环中，低温发电蒸发器61中低温高压的工质吸热后变成具有一定压力和温度的气体进入膨胀机62膨胀做功，带动发电机65切割磁力线做功并发电。发电获得的电能可以提供给用户使用，由用户消耗掉。膨胀机62发电后输出工质给低温发电冷凝器63，低温发电冷凝器63中的工质将被循环水冷却放热，凝结成液态，使得流经低温发电冷凝器63的循环水温度上升，此时工质在低温发电工质泵64的驱动下回到低温发电蒸发器61，如此不断实现有机朗肯循环。温度上升后的水通过管路以及在第三循环水泵7的驱动下循环，将低温发电冷凝器63放出的热量带回到恒温水箱1中。因此，在本发明的系统运行稳定后，由于恒温水箱1中的部分能量已用于低温发电系统进行发电，为了维持水温在预设温度范围内，需要由加热电阻丝对所述恒温水箱1存放的水进行加热，即对恒温水箱1进行补热。
需要说明的是，低温发电蒸发器61和低温发电冷凝器63这两个器件的换热量可以通过各自的进口水温、出口水温及循环水流量得到，低温发电系统中发电机65的发电量及低温发电工质泵64的输入功率由作为常规仪表的电功率计测得(该电功率计可以直接测量获得低温发电工质泵64的电流、电压和输出的电功率以及发电机65的电流、电压和发电量)，由此可进一步计算得到低温发电系统的发电效率。对于本发明，通过模拟单独运行的低温发电系统，可以模拟将80～100℃的余热直接用于低温发电并供电给用户使用。
在本发明中，具体实现上，为了测量低温发电蒸发器61和低温发电冷凝器63的循环水流量，可以在连接低温发电蒸发器61和低温发电冷凝器63进出口的循环水管路上设置用于测量循环水流量的液体涡轮流量计来实现，并且在进出口水管管壁上分别设置温度传感器(如热电阻Pt100)，可测得低温发电蒸发器61和低温发电冷凝器63的进出口水温。
需要说明的是，由于低温发电蒸发器61、低温发电冷凝器63均为换热器，循环水与工质之间的传热量即为循环水进出低温发电蒸发器61、低温发电冷凝器63时释放、吸收的热量，具体计算公式如下：
Q＝m·Cp·(tc-tj)；
其中，Q为工质与循环水之间的换热量kW，M为循环水的流量kg/s，Cp为水的定容比热4.187kJ/kg·℃，tc和tj分别是低温发电蒸发器或低温发电冷凝器的出口、进口水温。
在本发明中，对于所述低温发电系统，其具有发电效率η＝W/Qe，其中，Qc为低温发电蒸发器61的吸热量；W为发电机65的输出电量。
为了更加清楚地理解本发明，本发明中的低温发电系统进行的有机朗肯循环，需要进一步说明如下：
有机朗肯循环发电是利用液态有机工质低沸点蒸发的热物理性质，经低温发电蒸发器61与低温热源(如恒温水箱1中的热水)换热，蒸发为饱和或者过热的工质蒸汽，推动膨胀机62做功，将携带的低品位热能转化为机械能，由发电机65进一步转化为电能。膨胀后的乏汽进入低温发电冷凝器63中冷凝为饱和液体，经低温发电工质泵64加压后再进入低温发电蒸发器61中，从而完成一个有机朗肯循环。
需要说明的是，对于本发明，其具有的低温发电系统有效形成了有机朗肯循环，通过有机朗肯循环利用工质的相变，实现热能转化为机械能并进一步转化为电能，完成低温热的回收利用。对于本发明，通过具体的实验调试检测，低温发电蒸发器61可从85～95℃的低温热(如恒温水箱1)中提取热量，经过膨胀机62的做功，发电机65发出的电量可以供给电用户，整个低温发电系统的发电效率应不低于7％。
三、高温热泵和低温发电联合运行模式。即本发明同时作为高温热泵系统和低温发电系统使用。
第一循环水泵2将恒温水箱1中的水抽取后输送给热泵蒸发器31，热泵蒸发器31吸收水中的热量，热泵蒸发器31中吸收热量后的工质经过热泵循环，由热泵压缩机32进行提质升温后，工质流经热泵冷凝器33处并进行冷凝放热。
鉴于储液罐4、第二循环水泵5连接所述热泵冷凝器33和低温发电蒸发器61，并在所述热泵冷凝器33和低温发电蒸发器61两者之间形成闭式循环管路，从而流经热泵冷凝器33的循环水将把热泵冷凝器33发出的热量，通过循环管路输送给低温发电蒸发器61，低温发电蒸发器61中的工质在蒸发吸热后将通过有机朗肯循环推动膨胀机62，由膨胀机62带动发电机65做功并发电，低温发电冷凝器63中的工质冷凝放热，使得流经低温发电冷凝器63的水在升温后在第三循环水泵7的驱动下循环回到恒温水箱1中。
需要说明的是，任何一个换热器(例如低温发电蒸发器61、低温发电冷凝器63、热泵蒸发器31和热泵冷凝器33)均可通过测得的循环水流量及进口水温、出口水温计算得到换热量，热泵压缩机和低温发电工质泵的输入功率、发电量均可用电功率计测得，从而可获得联合运行下的运行性能。
在联合运行工况下，恒温水箱可以用来模拟低温热源，热泵系统从恒温水箱中吸热并提质，热泵冷凝器33经循环水将热量输送给低温发电蒸发器61，供其吸热生成高温高压的蒸气来推动膨胀机62做功，膨胀机62带动发电机65切割磁力线而发出电能，同时低温发电冷凝器63将冷凝热释放到冷却水中。恒温水箱可以模拟温度范围为40～95℃的低温热源，热泵系统从低温热中取热，经热泵系统的提质可升温达45℃以上，其中热泵冷凝器33出口的水温能达到85-135℃，循环水将热泵系统中热泵冷凝器33的冷凝热送入低温发电蒸发器61中，供低温发电蒸发器61吸热，进而推动膨胀机62膨胀做功并进一步带动发电机65发电，发电机65的发电效率不低于7％，联合运行时，热泵系统的制热系数COP应不低于3。该实验系统联合运行的模式，可用于当热泵提质后供应的季节性消耗，如热用户为供暖用户，非采暖季不能消耗热量，联合运行的系统可在采暖季热泵供暖，非采暖季可将低温热经热泵提质后进一步发电，克服热用户使用时间的限制，同时余热转换成电能，可扩大用户范围，并且电能可以远距离输送，从热用户延伸至电用户，完全克服用户的时间和条件的限制，实现低温余热的综合利用，为低温热的推广应用提供基础技术。
综上所述可知，对于本发明，其具有三种运行方式，可以通过恒温水箱1来模拟恒定输出的工业低温余热，从而在遇到热用户对余热的利用受到时间和使用条件的限制时，可采用该方式将工业余热加以综合利用，转化成电能的方式并网供给所有的电用户使用。
需要说明的是，对于本发明提供的一种低温余热综合回收利用实验系统，在系统运行时，热泵蒸发器从恒温水箱中吸热，由热泵系统中工质通过逆卡诺循环提升品位，在热泵冷凝器侧放热供用户需要供热的空间(即模拟的热用户)或供低温发电系统使用。
同时，低温发电系统中的低温蒸发器侧从热泵冷凝器吸热进行发电；低温发电冷凝器侧的剩余热通过冷却水系统回收至恒温水箱内，以达到节能目的；为了避免恒温水箱内热量累积导致温度过高，多余热量由恒温水箱内自来水冷却盘管11冷却消耗掉。
与现有技术相比较，本发明提供的一种低温余热综合回收利用实验系统，具有以下的技术效果：
1、本发明可模拟大温差的热泵系统，能够将低温余热提升至较高品质，直接供给供暖、空调、生活用热水及工业用热等热用户使用；
2、本发明可模拟低温发电系统与大温差的热泵系统的联合运行，可将低温余热经热泵系统提质后，输出给低温发电系统进行发电，电能是使用灵活方便的高级能，能随时随地供给所有的电用户，能有效摆脱如供暖空调、生活热水及工业用热等对时间和区域的限制；
3、本发明可以将低温发电系统与热泵系统中冷凝侧(即热泵冷凝器和低温发电冷凝器侧)的剩余热量通过冷却水系统回收至恒温水箱内，可大大降低实验过程中模拟余热的恒温水箱内的加热量，节约了实验用电。
4、本发明可以单独运行热泵系统、低温发电系统以及两者的联合运行，通过数据采集系统获得热媒的流量及温差进一步计算得出热泵的制热系数COP值和低温发电系统的发电效率，完成对热泵系统、低温发电系统及联合运行的性能试验；
5、本发明通过利用水箱的电加热及水冷却，可模拟40～95℃范围内的工业余热，以此作为热泵及低温发电的蒸发热来源，通过大温差的热泵系统将低品位的余热可升温至130℃直接供给热用户(如用户需要供热的空间)使用，或转化为方便灵活的电能加以综合利用，克服热用户对用热时间和区域的限制。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种低温余热综合回收利用实验系统，其能够有效地从低温余热中取热，提高余热品质，避免在使用余热时受时间和使用条件的限制，有效提高对低温余热的利用效率，有利于太阳能、地热能等低温新能源的推广普及，为新能源及工业废热扩大使用区域和延伸使用时间提供应用基础技术。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种低温余热综合回收利用实验系统，其特征在于，包括恒温水箱(1)，所述恒温水箱(1)分别与第一循环水泵(2)、第二循环水泵(5)相连通；
所述恒温水箱(1)用于加热和存储预设温度范围内的水；
所述第一循环水泵(2)与一个热泵系统相连通，所述热泵系统用于吸收所述第一循环水泵(2)输送过来的恒温水箱(1)中水的热量，并在做升温处理后向外输出热量；
所述第二循环水泵(5)分别与所述热泵系统和一个所述低温发电系统相连通，所述低温发电系统用于通过所述第二循环水泵(5)吸收所述恒温水箱(1)中水的热量或吸收所述热泵系统向外输出的热量，然后进行发电，将发电获得的电能输出给用户使用。
2.如权利要求1所述的低温余热综合回收利用实验系统，其特征在于，所述热泵系统包括热泵蒸发器(31)、热泵压缩机(32)和热泵冷凝器(33)，所述热泵蒸发器(31)右端上部的工质出口与所述热泵压缩机(32)左端的工质入口相连通，所述热泵压缩机(32)右端的工质出口与所述热泵冷凝器(33)左端上部的工质入口相连通，所述热泵冷凝器(33)左端下部的工质出口经节流元件与所述热泵蒸发器(31)右端下部的工质入口相连通；
所述第二循环水泵(5)通过一个储液罐(4)与所述热泵系统中的热泵冷凝器(33)底部的循环水出口相连通，所述热泵冷凝器(33)顶部的循环水入口与所述恒温水箱(1)相连通；
所述热泵蒸发器(31)底部的循环水入口与所述第一循环水泵(2)相连通，所述热泵蒸发器(31)顶部的循环水出口与所述恒温水箱(1)相连通。
3.如权利要求1或2所述的低温余热综合回收利用实验系统，其特征在于，所述低温发电系统包括低温发电蒸发器(61)、膨胀机(62)、低温发电冷凝器(63)、低温发电工质泵(64)和发电机(65)；
其中，所述低温发电蒸发器(61)底部的循环水入口与所述第二循环水泵(5)相连通，所述低温发电蒸发器(61)顶部的循环水出口与所述恒温水箱(1)相连通，所述热泵冷凝器(33)顶部的循环水入口与所述恒温水箱(1)相连通，所述热泵冷凝器(33)底部的循环水出口通过一个第三循环水泵(7)与所述恒温水箱(1)相连通；
所述低温发电蒸发器(61)右端上部的工质出口与所述膨胀机(62)左端的工质入口相连通，所述膨胀机(62)右端的工质出口与所述低温发电冷凝器(63)左端上部的工质入口相连通，所述低温发电冷凝器(63)左端下部的工质出口与所述低温发电工质泵(64)右端的工质入口相连通，所述低温发电工质泵(64)左端的工质出口与所述低温发电蒸发器(61)右端下部的工质入口相连通；
所述膨胀机(62)与所述发电机(65)相连接。
4.如权利要求3所述的低温余热综合回收利用实验系统，其特征在于，所述发电机(65)与预设的任意一个或者多个用电设备相连接，用于为所述用电设备提供工作用电。
5.如权利要求3所述的低温余热综合回收利用实验系统，其特征在于，所述低温发电冷凝器(63)底部的循环水出口与所述第三循环水泵(7)相连通，所述低温发电冷凝器(63)顶部的循环水入口与所述恒温水箱(1)相连通。
6.如权利要求1至5中任一项所述的低温余热综合回收利用实验系统，其特征在于，所述恒温水箱(1)上部与一个外部冷水水源(100)相连通，所述恒温水箱(1)下部与一个外部存水器(200)相连通。
7.如权利要求6所述的低温余热综合回收利用实验系统，其特征在于，所述恒温水箱(1)内设置有弯曲的自来水冷却盘管(11)，所述自来水冷却盘管(11)与所述外部冷水水源相连通。
8.如权利要求1至5中任一项所述的低温余热综合回收利用实验系统，其特征在于，所述恒温水箱(1)上还安装有加热电阻丝。
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