[發明專利]采用二次流機構提高非共沸工質朗肯循環效率的裝置

有效

• 申請號: 201410392755.0
• 申請日: 2014-08-12
• 公開（公告）號: CN104265385A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 陳九法;劉玉蘭;曹政
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10;F01K27/00
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明涉及中低溫熱能的高效利用領域，具體涉及一種采用二次流機構提高非共沸工質朗肯循環效率的裝置。

背景技術

隨著可再生能源的日益緊缺，新能源的開發及利用日益重要，利用中低溫的太陽能、地熱能、生物質能及工業生產過程中的余熱廢熱作為驅動熱能的有機朗肯循環發電是解決這一問題的有效方式之一。但目前，國內外研究的有機朗肯循環系統的實際發電效率還不是很高，其能量損失主要來自膨脹機和換熱器。對于某一固定的膨脹機，它的不可逆損失除了取決于其制造技術本身，主要受循環膨脹比的制約，而膨脹比的變化范圍有限，所以可行的減少系統可用能損失的方法是減小換熱器中的不可逆損失。

在實際的有機朗肯循環中，為了減小換熱器的不可逆損失，可以采用具有變溫相變特性的非共沸混合工質，利用其在相變過程中的溫度滑移特性來匹配熱流體的溫度變化，盡可能地逼近洛倫茲循環，減少換熱過程中由于平均傳熱溫差大造成的不可逆損失，進而提高循環系統的熱力性能。

非共沸混合工質在有機朗肯循環中的應用可以提高其循環效率，但在蒸汽發生器中，由于混合工質的沸點不同，受熱時液膜表面處低沸點工質易先蒸發，使其組分比例發生變化。一方面，由于液膜表面處的低沸點組分小于液膜主流中的值而形成濃度邊界層，構成了傳質熱阻。另一方面，由于液膜表面處高沸點組分的比例增加，導致氣液界面的溫度升高，使液膜表面和氣體層之間存在溫差，從而傳入的熱量將有一部分消耗于氣體層的顯熱而產生額外的傳熱熱阻。因此，非共沸混合工質在蒸發換熱過程中會由于傳質傳熱阻力增加而出現傳熱惡化的現象。同理，在冷凝器中，混合工質在壁面處放熱時高沸點工質易先冷凝，并形成液體邊界層薄膜，阻礙低沸點氣體的冷凝，造成界面處傳質傳熱阻力增加而產生傳熱惡化現象。此外，兩器中不可逆損失的產生主要來自蒸汽發生器。因此，為了減少非共沸混合工質在溫度滑移過程中產生的傳熱惡化現象、提高換熱器的換熱效率以及控制流動阻力的增加，通過對換熱器特別是蒸汽發生器特定功能的選擇，并對有機朗肯循環裝置的優化具有十分重要的實際意義。本發明的目的在于提供一種優化設計的非共沸工質朗肯循環裝置，采用二次流機構優化設計的蒸汽發生器，引入擾動和混合作用，可以克服非共沸混合工質在蒸發換熱過程中由低沸點工質先蒸發形成的氣體邊界層而產生的額外傳質傳熱熱阻，減小傳熱惡化現象的影響，從而有效地提高循環的效率。

發明內容

針對現有技術采用非共沸混合工質的有機朗肯循環系統中，其換熱器特別是蒸汽發生器內混合工質傳熱惡化的現象，本發明提出了一種采用二次流機構提高非共沸工質朗肯循環效率的裝置，其能夠強化傳熱，減小在蒸發過程中由于溫度滑移導致組分濃度分布不均勻而產生的傳熱惡化影響，提高蒸汽發生器的傳熱效率。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

本發明采用二次流機構提高非共沸工質朗肯循環效率的裝置包括蒸汽發生器，膨脹機，發電機，冷凝器，儲液器，工質泵，該裝置還包括預熱器以及控制機構，所述蒸汽發生器包括工質通道和載熱流通道，所述工質通道設置為使工質能夠產生二次流的二次流機構；所述的蒸汽發生器的工質出口與所述膨脹機入口連接；所述膨脹機第一出口與所述發電機入口連接，所述膨脹機第二出口與所述冷凝器的工質入口連接；所述冷凝器的工質出口與所述儲液器入口連接；所述冷凝器設置有冷卻水入口和冷卻水出口；所述儲液器出口與所述工質泵入口連接，所述工質泵出口與所述預熱器的工質入口連接；所述預熱器的工質出口與所述蒸汽發生器的工質入口連接，且所述預熱器的載熱流入口通過三通閥與所述蒸汽發生器的載熱流出口連接，所述預熱器的載熱流入口與三通閥的第一出口連接，三通閥入口與所述蒸汽發生器的載熱流出口連接；所述三通閥的第二出口與所述預熱器的載熱流出口連接；所述蒸汽發生器還設置有載熱流入口；在所述預熱器的工質出口處設置有溫度傳感器和壓力傳感器，所述控制機構的第一接口和第二接口分別與所述的溫度傳感器和壓力傳感器連接，且控制機構的第三接口與所述三通閥的執行接口連接，所述控制機構通過預熱器的工質出口的溫度和壓力調節三通閥第一出口的開度，使進入蒸汽發生器的非共沸混合工質達到泡點溫度。

所述的蒸汽發生器、膨脹機、冷凝器、儲液器、工質泵和預熱器形成混合工質子循環。

所述的蒸汽發生器、三通閥、預熱器以及熱源形成熱源子循環。

所述的冷凝器設置有冷卻水入口和冷卻水出口；所述冷凝器和冷卻塔形成冷卻水子循環。