CN107120151B - 一种基于压力发电的自循环废热利用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及压力发电领域，公开了一种基于压力发电的自循环废热利用系统，其包括：第一发生器、第二发生器、第一换向阀、第二换向阀、热流体供应单元、冷流体供应单元、膜壳、冷却器、储液器以及电力输出电路。本发明能够利用余热或废热将流体压力升高，使其压缩压力发电体产生形变进而转化为电能，实现对余热和废热的回收和利用。
Description
技术领域
本发明涉及压力发电技术领域，特别是涉及一种基于压力发电的自循环废热利用系统。
背景技术
废热和余热在生活和生产过程中大量存在，如何对废热和余热进行再利用对于提高能源利用率具有重要意义。
目前，余热和废热的主要利用形式包括余热废热发电、热水供应、制冷。研究表明，当压电体受到某些方向的力并引起形变的时候，会在压电体的两个表面会出现等量的正负电荷。目前进行有关压力发电的研究和应用还非常少，只有少数关于将压力发电用在人的脚踏压力发电以及汽车公路压力发电的报道。因此，如何利用余热废热增压，然后将其转换为电能是一种新的能源转换形式，对于节能减排具有重要的意义。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种基于压力发电的自循环废热利用系统，利用余热或废热将流体压力升高，使其压缩压力发电体产生形变进而转化为电能，实现对余热和废热的回收和利用。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于压力发电的自循环废热利用系统，其包括：第一发生器、第二发生器、第一换向阀、第二换向阀、热流体供应单元、冷流体供应单元、膜壳、冷却器、储液器以及电力输出电路；
所述第一发生器和第二发生器分别设有四个接口，所述第一发生器的第一接口通过第一换向阀与所述热流体供应单元的出口连接，所述第一发生器的第二接口通过第二换向阀与所述热流体供应单元的入口连接；
所述热流体供应单元通过余热或废热加热流体，为第一发生器或第二发生器提供热流体；
所述第二发生器的第一接口通过第一换向阀与所述冷流体供应单元的出口连接，所述第二发生器的第二接口通过第二换向阀与所述冷流体供应单元的入口连接，所述冷流体供应单元用于为所述第二发生器或第一发生器提供冷流体；
所述膜壳内设有压力发电体，多个内置压力发电体的膜壳并列布置组成一组，相邻的两个膜壳之间留有通道，所述通道的进口端通过流体进入管路分别与所述第一发生器的第三接口以及第二发生器的第三接口连接，所述通道的出口端通过流体流出管路与所述储液器的进口连接，所述储液器的出口通过第一流体支路与所述第一发生器的第四接口连接，所述储液器的出口通过第二流体支路与所述第二发生器的第四接口连接；
多个所述压力发电体的两端均通过导线连接并汇总连接至所述电力输出电路；
所述流体流出管路上设有冷却器，所述冷却器与所述通道出口之间设有第一调节阀，所述冷却器与所述储液器之间设有第二调节阀，所述第二流体支路上设有第三调节阀，所述第一流体支路上设有第四调节阀，所述通道的入口与第一发生器之间的流体进入管路上设有第五调节阀，所述通道的入口与第二发生器之间的流体进入管路上设有第六调节阀；
所述第一发生器、第二发生器的压力用于对压力发电体压缩，所述冷却器用于对压力发电体冷却释压，以完成对所述压力发电体的压缩变形和恢复，从而产生电能并由所述电力输出电路输出。
其中，所述热流体供应单元设有余热或废热管道以及换热管，所述换热管与所述余热或废热管道进行热交换，通过所述换热管为该系统提供热流体。
其中，所述热流体供应单元与第二换向阀之间的管路上设有热流体循环泵。
其中，所述第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀、第四调节阀、第五调节阀和第六调节阀均为电磁阀。
其中，所述压力发电体由压力发电材料制成。
其中，所述第一换向阀和第二换向阀均为四通换向阀。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的一种基于压力发电的自循环废热利用系统，通过控制电磁阀的启闭，并在换向阀的控制下使加热和冷却流体依次流经两个发生器进而实现保证一个发生器维持高压，另一个发生器维持低压，利用高压发生器完成对压力发电体的压缩变形，并在冷却器的作用下实现流体的降温释压从而使压力发电体恢复变形；在膜壳及其内置的压力发电体受压和释压的过程中，通过压力发电体的受压形变，进而产生电能并由电力输出电路输出，实现对余热或废热的回收和利用，且发电循环工质的循环不需要外部提供循环动力。两个发生器依次交替运行，保证系统循环的持续进行。
附图说明
图1为本发明一种基于压力发电的自循环废热利用系统的连接示意图；
图中：1、压力发电体；2、膜壳；3、第一电磁阀；4、冷却器；5、第二电磁阀；6、储液器；7、第三电磁阀；8、第四电磁阀；9、第一发生器；10、第二发生器；11、第五电磁阀；12、第六电磁阀；13、热流体供应单元；131：余热或废热管道；132：换热管；14、第一换向阀；15、第二换向阀；16、电力输出电路；17、热流体循环泵；18、第一流体支路；19、第二流体支路；20、流体进入管路；21、流体流出管路。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种基于压力发电的自循环废热利用系统，其包括：第一发生器9、第二发生器10、第一换向阀14、第二换向阀15、热流体供应单元13、冷流体供应单元、膜壳2、冷却器4、储液器6以及电力输出电路16；
所述第一发生器9和第二发生器10分别设有四个接口，所述第一发生器9的第一接口通过第一换向阀14与所述热流体供应单元13的出口连接，所述第一发生器9的第二接口通过第二换向阀15与所述热流体供应单元13的入口连接；
所述热流体供应单元13通过余热或废热加热流体，为第一发生器9或第二发生器10提供热流体；
所述第二发生器10的第一接口通过第一换向阀14与所述冷流体供应单元的出口连接，所述第二发生器10的第二接口通过第二换向阀15与所述冷流体供应单元的入口连接，所述冷流体供应单元用于为所述第二发生器10或第一发生器9提供冷流体，其中，通过第一换向阀14和第二换向阀15换向，使得第二发生器10和第一发生器9内的工质互换；本发明的实施例中，所述第一换向阀和第二换向阀均为四通换向阀；
所述膜壳2内设有压力发电体1，多个内置压力发电体1的膜壳2并列布置组成一组，相邻的两个膜壳2之间留有通道，所述通道的进口端通过流体进入管路20分别与所述第一发生器9的第三接口以及第二发生器10的第三接口连接，所述通道的出口端通过流体流出管路21与所述储液器6的进口连接，所述储液器6的出口通过第一流体支路18与所述第一发生器9的第四接口连接，所述储液器6的出口通过第二流体支路19与所述第二发生器10的第四接口连接；所述热流体供应单元13与第二换向阀15之间的管路上设有热流体循环泵17；
多个所述压力发电体1的两端均通过导线连接并汇总连接至所述电力输出电路16，通过导线将电能传输给电力输出电路16；
所述流体流出管路21上设有冷却器4，所述冷却器4与所述通道出口之间设有第一调节阀，所述冷却器4与所述储液器6之间设有第二调节阀，所述第二流体支路19上设有第三调节阀，所述第一流体支路18上设有第四调节阀，所述通道的入口与第一发生器9之间的流体进入管路20上设有第五调节阀，所述通道的入口与第二发生器10之间的流体进入管路20上设有第六调节阀；
所述第一发生器9、第二发生器10的压力用于对压力发电体1压缩，所述冷却器4用于对压力发电体1内介质冷却释压，以完成对所述压力发电体1的压缩变形和恢复，从而产生电能并由所述电力输出电路16输出。系统运行时，首先保持第五电磁阀11打开，第六电磁阀12、第一电磁阀3、第四电磁阀8、第三电磁阀7关闭，加热流体经第一换向阀14进入第一发生器9，冷流体由第一换向阀14进入第二发生器10。第一发生器9和第二发生器10内的工质的压力分别被加热升高和冷却降低。当第一发生器9内的压力升高至最大且稳定时，膜壳2内的压力发电体1被压缩变形，此时打开第一电磁阀3，保持第二电磁阀5关闭，在冷却器4的作用下，第一发生器9内的压力降低至最低，压力发电体1恢复形变。此时，第二发生器10在冷流体的作用下压力降低，打开第三电磁阀7，储液器6内的工质进入第二发生器10，压力平衡后关闭第三电磁阀7。然后打开第二电磁阀5，冷却器4内的工质进入储液器6直至压力平衡。对于加热和冷却流体环路，加热流体流出第一发生器9，经过第二换向阀15在经过热流体循环泵17流经热流体供应单元13进入第一换向阀14。冷流体则流出第二发生器10流经第二换向阀15流出继续被冷却。在储液器6和第二发生器10压力平衡关闭第三电磁阀7的同时，关闭第一电磁阀3并打开第二电磁阀5，冷却器4内的工质进入储液器6并在压力平衡后关闭第二电磁阀5。关闭第三电磁阀7的同时，还需要关闭第五电磁阀11，打开第六电磁阀12，切换第一换向阀14和第二换向阀15，使加热流体和冷却流体流分别经第二发生器10和第一发生器9，第一发生器9内的压力降低，第二发生器10内的压力升高，然后再利用第二发生器10内的工质压力去压缩膜壳2内的压力发电体1，依次交替运行。在膜壳2及其内置的压力发电体1受压和释压的过程中，通过压力发电体1的受压形变，进而产生电能并由电力输出电路16输出；第一发生器9、第二发生器10依次交替运行，当第一发生器9升压时，第二发生器10被冷却水冷却降压，当压力降低至小于储液器内的压力时，储液器内的工作介质进入第二发生器10，由此保证循环的持续进行。实现了对余热或废热的回收和利用，膨胀/压缩流体的流动依靠系统内的压力差完成循环，不需要另外提供机械循环设备。
具体地，所述热流体供应单元13设有余热或废热管道131以及换热管132，所述换热管132与所述余热或废热管道131进行热交换，通过所述换热管132为该系统提供热流体。
为了便于自动控制，所述第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀、第四调节阀、第五调节阀和第六调节阀均可以为电磁阀。
其中，所述压力发电体1可以由压力发电材料制成，例如压电陶瓷等。
由以上实施例可以看出，本发明能够利用余热或废热将流体压力升高，使其压缩压力发电体产生形变进而转化为电能，实现对余热和废热的回收和利用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于压力发电的自循环废热利用系统，其特征在于，包括：第一发生器、第二发生器、热流体供应单元、冷流体供应单元、膜壳、冷却器、储液器以及电力输出电路；
所述第一发生器和第二发生器分别设有四个接口，所述第一发生器的第一接口通过第一换向阀与所述热流体供应单元的出口连接，所述第一发生器的第二接口通过第二换向阀与所述热流体供应单元的入口连接；
所述热流体供应单元通过废热加热流体，为第一发生器或第二发生器提供热流体；
所述第二发生器的第一接口通过第一换向阀与所述冷流体供应单元的出口连接，所述第二发生器的第二接口通过第二换向阀与所述冷流体供应单元的入口连接，所述冷流体供应单元用于为所述第二发生器或第一发生器提供冷流体；
所述膜壳内设有压力发电体，多个内置压力发电体的膜壳并列布置组成一组，相邻的两个膜壳之间留有通道，所述通道的进口端通过流体进入管路分别与所述第一发生器的第三接口以及第二发生器的第三接口连接，所述通道的出口端通过流体流出管路与所述储液器的进口连接，所述储液器的出口通过第一流体支路与所述第一发生器的第四接口连接，所述储液器的出口通过第二流体支路与所述第二发生器的第四接口连接；
多个所述压力发电体的两端均通过导线连接并汇总连接至所述电力输出电路；
所述流体流出管路上设有冷却器，所述冷却器与所述通道出口之间设有第一调节阀，所述冷却器与所述储液器之间设有第二调节阀，所述第二流体支路上设有第三调节阀，所述第一流体支路上设有第四调节阀，所述通道的入口与第一发生器之间的流体进入管路上设有第五调节阀，所述通道的入口与第二发生器之间的流体进入管路上设有第六调节阀；
所述第一发生器、第二发生器的压力用于对压力发电体压缩，所述冷却器用于对压力发电体冷却释压，以完成对所述压力发电体的压缩变形和恢复，从而产生电能并由所述电力输出电路输出；
所述第一发生器、所述第二发生器依次交替运行，当所述第一发生器升压时，所述第二发生器被冷却水冷却降压，当压力降低至小于所述储液器内的压力时，所述储液器内的工作介质进入所述第二发生器，由此保证循环的持续进行。
2.根据权利要求1所述的基于压力发电的自循环废热利用系统，其特征在于，所述热流体供应单元设有废热管道以及换热管，所述换热管与所述废热管道进行热交换，通过所述换热管为该系统提供热流体。
3.根据权利要求1所述的基于压力发电的自循环废热利用系统，其特征在于，所述热流体供应单元与第二换向阀之间的管路上设有热流体循环泵。
4.根据权利要求1所述的基于压力发电的自循环废热利用系统，其特征在于，所述第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀、第四调节阀、第五调节阀和第六调节阀均为电磁阀。
5.根据权利要求1所述的基于压力发电的自循环废热利用系统，其特征在于，所述压力发电体由压力发电材料制成。
6.根据权利要求1所述的基于压力发电的自循环废热利用系统，其特征在于，所述第一换向阀和第二换向阀均为四通换向阀。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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