[發(fā)明專利]一種提高有機朗肯循環(huán)效率的變流道式換熱器

有效

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• 申請日: 2014-12-02
• 公開（公告）號: CN105716331B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發(fā)明（設計）人: 陳九法;齊東昇;劉玉蘭;曹政
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學;寶蓮華新能源技術(shù)（上海）有限公司
• 主分類號: F25B39/00
• 分類號: F25B39/00
• 代理公司: 上海容慧專利代理事務所(普通合伙) 31287
• 代理人: 于曉菁

本發(fā)明公開了一種提高有機朗肯循環(huán)效率的變流道式換熱器。有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括蒸發(fā)器、膨脹機、發(fā)電機、冷凝器、工質(zhì)泵，且各部件用管路連接。為了提高系統(tǒng)的效率，系統(tǒng)中蒸發(fā)器和冷凝器將采用如下變流道形式：對于管殼式換熱器，本發(fā)明通過逐步增加換熱管支管的數(shù)量來改變換熱器流道的數(shù)量；對于板式換熱器，本發(fā)明通過增加工質(zhì)在板間空腔中的流程來改變板式換熱器流道的數(shù)量。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)換熱器因工質(zhì)相變帶來流動阻力增大的問題，而且使工質(zhì)的流型始終趨于環(huán)狀，強化了換熱器的換熱能力，進而提高有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的集熱效率與冷凝效率。適用于有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)冷熱源側(cè)的相變傳熱。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種換熱器，包括蒸發(fā)器和冷凝器在有機朗肯循環(huán)中的循環(huán)工質(zhì)流速變化，尤其涉及一種優(yōu)化朗肯循環(huán)效率的變流道式換熱器。

背景技術(shù)

在有機朗肯循環(huán)動力系統(tǒng)中，蒸發(fā)器(1)、膨脹機(2)、冷凝器(4)、工質(zhì)泵(5)、蒸發(fā)器(1)順次進行連接。發(fā)電機(3)通過軸承與膨脹機(2)連接。

其中，蒸發(fā)器(1)和冷凝器(4)均屬于換熱器，其換熱效率對有機朗肯循環(huán)效率起到重要影響。

在有機朗肯循環(huán)動力系統(tǒng)中，循環(huán)工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)吸收熱量使液態(tài)工質(zhì)完全蒸發(fā)為氣體，然后推動膨脹機進行做功。做功后的氣體在冷凝器內(nèi)放出熱量使氣態(tài)工質(zhì)完全液化為液態(tài)。

當循環(huán)工質(zhì)是一種混合工質(zhì)應用于有機朗肯循環(huán)動力系統(tǒng)中時，混合工質(zhì)會在換熱器內(nèi)會產(chǎn)生強烈的相變。混合工質(zhì)由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程中，由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的過程中，其體積流量會相差2到3個數(shù)量級。

這樣極度增加了氣態(tài)的循環(huán)工質(zhì)在蒸發(fā)器中的流速，降低了循環(huán)工質(zhì)在換熱器中的吸熱能力，換熱器出口氣態(tài)工質(zhì)的過熱度降低。相反，極度降低了液態(tài)的循環(huán)工質(zhì)在冷凝器中的流速，降低了循環(huán)工質(zhì)在冷凝器中的放熱能力。

因此需要開發(fā)一種能夠更高循環(huán)效率應用于有機朗肯循環(huán)動力系統(tǒng)中的換熱器，使換熱器避免因循環(huán)工質(zhì)的流速變化導致?lián)Q熱效率降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：如何通過改變換熱器流道的方法來提高有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)中蒸發(fā)器出口工質(zhì)的過熱度，提高冷凝器和蒸發(fā)器的換熱效率。進而提高有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的動力輸出效率。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下方案：

一種變流道式換熱器，包括：至少一個第一工質(zhì)流經(jīng)的循環(huán)流道與至少一個第二工質(zhì)流經(jīng)的換熱流道，隨著第一工質(zhì)與第二工質(zhì)的換熱，第一工質(zhì)在液態(tài)與氣態(tài)間逐漸變化，同時第一工質(zhì)在循環(huán)流道內(nèi)的流速逐漸變化；其中，所述循環(huán)流道包括至少一級支流道和主流道，每一級支流道由兩條以上的相同支流道組成，與上一級支流道中的一條或上一級主流道相連通；其中，在每一條支流道或主流道的流道入口處，第一工質(zhì)的流速在預設的流速限值范圍之內(nèi)；在每一條支流道或主流道的流道出口處，第一工質(zhì)的流速在預設的流速限值范圍之外。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種變流道式換熱器，包括：至少一個第一工質(zhì)流經(jīng)的循環(huán)流道與至少一個第二工質(zhì)流經(jīng)的換熱流道，隨著第一工質(zhì)與第二工質(zhì)的換熱，第一工質(zhì)在液態(tài)與氣態(tài)間逐漸變化，同時第一工質(zhì)在循環(huán)流道內(nèi)的流速逐漸變化；其中，所述循環(huán)流道包括至少一級支流道和主流道，每一級支流道由兩條以上的相同支流道組成，與上一級支流道中的一條或上一級主流道相連通；其中，在每一條支流道或主流道的流道入口處，第一工質(zhì)的流速在預設的流速限值范圍之內(nèi)；在每一條支流道或主流道的流道出口處，第一工質(zhì)的流速在預設的流速限值范圍之外。其中，第一工質(zhì)為有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)中的循環(huán)工質(zhì)，其可以是混合工質(zhì)，但不限于混合工質(zhì)。第一工質(zhì)是R245fa、R136fa、R600、R601、R601a中的一種或幾種混合。