[发明专利]一种温差发电-有机朗肯联合循环系统的地热流体循环装置及联合循环系统在审

专利信息
申请号: 202210571035.5 申请日: 2022-05-24
公开(公告)号: CN114893367A 公开(公告)日: 2022-08-12
发明(设计)人: 纪冬旭;张雅琦;谭慧;凌帆;尹文斌;张亚龙 申请(专利权)人: 香港中文大学(深圳)
主分类号: F03G4/00 分类号: F03G4/00;F01K25/10;F01K17/04;H02N11/00
代理公司: 哈尔滨奥博专利代理事务所(普通合伙) 23220 代理人: 桑林艳
地址: 518172 广东*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 一种 温差 发电 有机 联合 循环系统 地热 流体 循环 装置
【权利要求书】:

1.一种温差发电-有机朗肯联合循环系统的地热流体循环装置,其特征在于,所述温差发电-有机朗肯联合循环系统用于中低温地热流体,所述地热流体循环装置包括生产井、回注井、蒸发器、预热器、供给泵、膨胀机、发电机和温差发电模块;

所述生产井:用于在地热资源丰富的地区进行钻孔,通过循环泵抽取中低温地热流体;

所述回注井:用于在经过多级能量利用之后,通过工质泵将地热水重新注入地下,以保证地下水资源质量及数量;

所述蒸发器:用于有机工质通过在蒸发器中与地热流体进行非混合高温热交换,从液体转变为可推动膨胀机的气体;

所述预热器:用于经过蒸发器中高温热交换的地热流体在蒸发器前对有机工质进行非混合低温热交换,达到预热效果,同时实现能量的多级利用;

所述供给泵:用于为有机朗肯循环中的有机工质提供循环动力;

所述膨胀机:用于气体有机工质通过膨胀降压放热,向外输出机械功,同时降低气体温度使其成为乏汽;

所述发电机:用于利用膨胀机输出的机械功带动发电,向外输出功率;

所述温差发电模块:由温差发电单元构成,实现温差发电,进一步实现能量多级利用,降低有机工质温度,向外输出功率。

2.根据权利要求1所述的地热流体循环装置,其特征在于,所述中低温为90-200℃。

3.根据权利要求2所述的地热流体循环装置,其特征在于,在所述地热流体循环装置中进行地热水循环,具体为:通过循环泵从生产井中将地热水抽出,经蒸发器与预热器分别进行高温热交换与低温热交换后,重新由循环泵通过回注井注入地下。

4.根据权利要求3所述的地热流体循环装置,其特征在于,在所述地热流体循环装置中进行有机工质循环,具体为:有机工质通过供给泵提高压强,同时获得循环动力,在预热器与蒸发器中分别进行低温热交换与高温热交换后汽化,经膨胀机降压、放热、做功后,输出机械功,然后作为温差发电模块热源,进一步实现能量的多级利用。

5.根据权利要求4所述的地热流体循环装置,其特征在于,在所述地热流体循环装置中进行功率输出,温差发电模块为供给泵进行能量供应。

6.根据权利要求1所述的地热流体循环装置,其特征在于,所述温差发电模块利用经过膨胀机后的乏汽作为热源,气体或冷水作为冷源。

7.根据权利要求4所述的地热流体循环装置,其特征在于,两次热交换过程和膨胀机做工过程遵从以下公式:

其中Q为地热流体对有机工质的热量输入,W为有机工质产生的机械功,为有机工质的流量,h1、h2分别为流出工质与流入工质的焓值。

8.一种基于中低温地热流体的温差发电-有机朗肯联合循环系统,其特征在于,所述联合循环系统包括权利要求1所述的地热流体循环装置、有机朗肯循环装置和温差发电器件。

9.根据权利要求8所述的联合循环系统,其特征在于,乏汽沿管路流至温差发电模块作为热源,冷却循环中使用空气或冷水作为冷源,进行温差发电,进一步降低乏汽温度并实现能量多级利用,TEG组件热、冷两端热流关系为:

TEG内热场和电场之间相互耦合的关系如下所示:

TEG功率输为:

P=(αHTHCTC)I-RI2

TEG效率为:

10.根据权利要求9所述的联合循环系统,其特征在于,温差发电模块产生的电能将用于供给泵的能量消耗以保证系统能量消耗的独立,增强其在紧急情况下的被动安全性,最后乏汽通过工质泵再次加压,进入之后的循环。

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