[發明專利]利用工業余熱驅動ORC系統的相變蒸發器

在審

• 申請號: 201510548608.2
• 申請日: 2015-08-31
• 公開（公告）號: CN105115330A
• 公開（公告）日: 2015-12-02
• 發明（設計）人: 趙軍;趙棟;安青松;王永真
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F28D15/02
• 分類號: F28D15/02;F28D20/00;F01K25/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 張金亭

技術領域

本發明涉及一種驅動ORC系統的相變蒸發器，特別是涉及一種基于相變蓄熱技術利用工業余熱驅動ORC系統的相變蒸發器。

背景技術

隨著社會的進步、經濟的發展，能源的的需求量不斷增長。一方面，傳統能源難以滿足急劇上升的能耗需求，另一方面能源的利用率偏低，大量的工業余熱被排放，不僅造成了能源的大量消耗，同時也對環境造成了很大的污染。

有機郎肯循環系統(ORC)，是指在傳統循環中工質采用有機工質，將低品位熱能轉化為電能。ORC系統由于所使用的工質沸點較低，可以在低沸點下獲得較高的蒸汽壓力，推動汽輪機做工，有助于提高能源的總利用率，解決能源的緊缺問題。同時，ORC系統降低了CO2、SO2、NOx的排放，因此，有機郎肯循環可以作為余熱回收、節能減排的有效手段。

余熱資源，作為一種新型能源，具有極大的利用潛力，尤其是中低溫工業余熱儲量十分巨大，將工業余熱作為ORC循環的熱源，不僅能夠使能源的利用率得到極大的提高，同時也會減少污染物的排放，對節能減排具有巨大意義。

但是，利用余熱資源作為ORC循環的熱源存在著一些問題，余熱資源的溫度波動較大，難以保證ORC系統運行的穩定性，此外余熱資源存在著間歇性，不能保證ORC系統連續運行。這些問題都會導致ORC系統的效率降低。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種利用工業余熱驅動ORC系統的相變蒸發器，采用該相變蒸發器利用余熱資源作為ORC循環的熱源驅動ORC系統，能夠保證ORC系統連續穩定性運行。

本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：一種利用工業余熱驅動ORC系統的相變蒸發器，順著有機工質流動方向設有預熱段、蒸發段和過熱段，在所述預熱段、所述蒸發段和所述過熱段內貫穿有采用逆流換熱的余熱側換熱管和工質側換熱管，所述工質側換熱管位于所述余熱側換熱管的上方；所述預熱段、所述蒸發段和所述過熱段采用絕熱隔板隔開，在所述預熱段內的所述余熱側換熱管和所述有機工質側換熱管之間填充有與預熱段工質溫度相匹配的相變材料Ⅰ，在所述蒸發段內的所述余熱側換熱管和所述有機工質側換熱管之間填充有與蒸發段工質溫度相匹配的相變材料Ⅱ，在所述過熱段內的所述余熱側換熱管和所述有機工質側換熱管之間填充有與過熱段工質溫度相匹配的相變材料Ⅲ。

所述余熱側換熱管和所述有機工質側換熱管均采用盤管，并且在所述盤管外加裝有肋片。

該相變蒸發器的外殼是采用絕熱材料制成的。

本發明具有的優點和積極效果是：在余熱資源充足時，相變材料一方面作為傳熱介質進行余熱與有機工質之間的換熱，同時相變材料也作為蓄熱介質蓄存大量的熱量；在余熱資源匱乏時，相變材料蓄存的熱量能夠作為ORC系統的熱源。在相變蒸發器內，換熱與蓄熱同時進行。通過相變材料的加入，利用相變材料相變溫度恒定，潛熱大的特點，可以克服余熱熱源不穩定的缺點，為ORC系統提供相對穩定持續的熱源。本發明能夠極大的克服余熱資源不穩定以及間歇性的問題，保證ORC系統持續、穩定的運行，極大的提高ORC系統的效率。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為應用本發明的ORC系統工作原理圖。

圖中：1、相變蒸發器，1-1、預熱段，1-2、蒸發段，1-3、過熱段，1-4、余熱側換熱管，1-5、工質側換熱管，1-6、絕熱隔板，1-7、相變材料Ⅰ，1-8、相變材Ⅱ，1-9、相變材料Ⅲ，2、膨脹機，3、冷凝器，4、工質泵，5、冷卻塔，6、循環水泵。

具體實施方式

為能進一步了解本發明的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下：