[發明專利]用縱向渦克服非共沸工質傳熱惡化的有機朗肯循環裝置

無效

• 申請號: 201410392867.6
• 申請日: 2014-08-12
• 公開（公告）號: CN104265384A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 陳九法;曹政;劉玉蘭
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: F01K25/08
• 分類號: F01K25/08;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

本發明涉及太陽能等低品位熱能的應用，具體涉及一種用縱向渦克服非共沸工質傳熱惡化的有機朗肯循環裝置。

背景技術

當今世界，資源匱乏、能源枯竭的形勢越來越嚴峻，開發可再生能源日益重要，其中，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，可有效緩解能源短缺的問題。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，它的不可逆損失主要受循環膨脹比和制造技術本身的制約，而膨脹比的變化范圍有限。因此減小換熱器中的不可逆損失，是可行的減少系統可用能損失的方法。

為了減小換熱器的不可逆損失，使有機朗肯循環盡可能地接近洛倫茲循環，可以在實際的有機朗肯循環中，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高溫熱源流體的溫度變化，以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。

將多組分組成的非共沸混合工質應用于有機朗肯循環系統，可有效地匹配有機朗肯循環系統特性，通過減小傳熱溫差提高循環效率。但是，非共沸混合工質由于由多組分組成，且在非共沸的前提下，各組分工質的沸點不同，當工質在換熱器壁面處受熱時，低沸點工質較易蒸發，在壁面上形成氣體邊界層，該邊界層既造成了傳質熱阻，又導致氣液界面的溫度升高，使換熱時有限的熱量被消耗于氣體層的顯熱而產生的傳熱熱阻，從而阻礙高沸點工質的蒸發，出現傳熱惡化現象。因此，研究減弱非共沸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并盡可能付出較少的阻力損失，對非共沸混合工質在有機朗肯循環中的有效應用有著深遠的意義。本發明旨在提供一種優化設計的采用非共沸工質的有機朗肯循環裝置，該裝置采用具有縱向渦發生器的蒸汽發生器，減小非共沸工質在蒸汽發生器中換熱時的傳熱惡化影響，以提高循環效率。

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，本發明提出了一種用縱向渦克服非共沸工質傳熱惡化的有機朗肯循環裝置，其能夠使流體在蒸發換熱過程中產生縱向渦，提升換熱流體的速度場與溫度場的場協同性，克服非共沸工質蒸發過程的傳熱惡化現象。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

本發明采用縱向渦克服非共沸工質傳熱惡化的有機朗肯循環裝置包括蒸汽發生器、膨脹機、發電機，冷凝器、工質泵；所述的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縱向漩渦的縱向渦發生器；所述的蒸汽發生器的工質出口與所述膨脹機的入口連接；所述膨脹機的第一出口與所述冷凝器的工質入口連接，所述膨脹機第二出口與所述發電機連接；所述冷凝器的工質出口與工質泵入口連接；所述冷凝器的冷卻水出口與低溫熱源入口連接，所述低溫熱源的出口與冷卻水泵入口連接，所述冷卻水泵的出口與所述冷凝器的冷卻水入口連接；所述工質泵出口與所述縱向渦式蒸汽發生器工質入口連接；所述縱向渦式蒸汽發生器熱媒流體出口與所述高溫熱源入口連接；所述高溫熱源出口與所述熱媒流體泵的入口連接，所述熱媒流體泵的出口與所述縱向渦式蒸汽發生器熱媒流體入口連接；

所述縱向渦式蒸汽發生器、膨脹機、冷凝器，工質泵形成有機工質循環回路。

所述高溫熱源，熱媒流體泵，縱向渦式蒸汽發生器形成高溫熱源側循環回路。

所述冷凝器、低溫熱源，冷卻水泵形成冷卻水循環回路。

所述縱向渦發生器結構為:?所述工質通道設置為多個連續的交叉縮放橢圓型結構、所述交叉縮放橢圓型結構包括依次連接的第一橢圓直管段、第一過渡段、第二橢圓直管段、第二過渡段和第三橢圓直管段，其中，第一橢圓直管段和第三橢圓直管段的長軸和短軸分別與第二橢圓直管段的長軸和短軸垂直布置。

所述縱向渦發生器結構為：在所述工質通道內設置有多個三角翼、矩形翼、三角對翼或者矩形對翼，且上述多個三角翼、矩形翼、三角對翼或者矩形對翼以一段距離呈間隔設置。

對蒸汽發生器及冷凝器進行保溫，保溫材料為巖棉或者陶瓷纖維棉。

所述的非共沸混合工質為兩組份、三組份和四組份中的任一種。

所述的非共沸混合工質的滑移溫度與縱向渦式蒸汽發生器內熱媒流體的溫差相匹配。

所述的高溫熱源采用低品位熱能或者常規能源。

與現有技術相比，本發明具有的有益效果是：