[發明專利]內置超臨界二氧化碳大溫差混合器及控制調節方法

有效

• 申請號: 202110380404.8
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113251827B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 浙江態能動力技術有限公司;浙江高晟光熱發電技術研究院有限公司
• 主分類號: F28D7/02
• 分類號: F28D7/02;F28F27/02
• 代理公司: 青島仟航知識產權代理事務所(普通合伙) 37289
• 代理人: 紀尚旭

本發明提供一種內置超臨界二氧化碳大溫差混合換熱器及控制調節方法，包括依次連接的熱管線、漸擴管、混合管和漸縮管，熱管線和漸擴管之間設置有熱調閥，混合管外側連接有冷管線，混合管內部設置有螺旋管，穿過混合管的冷管線與螺旋管連接，冷管線上設置有冷調閥，冷管線通過法蘭與混合管連接。本發明提供的內置超臨界二氧化碳大溫差混合器及控制調節方法，能夠在大溫差條件下實現溫度的調節，減少了熱膨脹應力和熱疲勞，提高了控溫過程的可靠性。

技術領域

本發明屬于換熱器領域，尤其是氣氣直接混合換熱的換熱器及其調節方法。

背景技術

換熱器被廣泛應用于化工、石油、制冷、核能和動力等工業，由于世界性的能源危機，為了降低能耗，工業生產中對換熱器的需求量也越來越多，對換熱器的質量要求也越來越高。近幾十年來，雖然緊湊式換熱器(板式、板翅式、壓焊板式換熱器等)、熱管式換熱器、直接接觸式換熱器等得到了迅速的發展，但由于管殼式換熱器具有高度的可靠性和廣泛的適應性，其仍占據產量和用量的統治地位，據相關統計，目前工業裝置中管殼式換熱器的用量仍占全部換熱器用量的70％左右。

超臨界二氧化碳熱力循環技術是以超臨界二氧化碳為工質構成的新型熱力循環技術，在中高熱源溫度區間相比當前蒸汽朗肯循環技術具有高效率、占地面積小、系統簡單等優點，是未來可以大規模替代當前蒸汽朗肯循環新型發電技術，具有廣闊應用前景。

超臨界二氧化碳熱力系統的熱源出口溫度超過500℃，甚至在某些設計要求中達到 700℃。在熱力系統負荷控制的溫度調節過程中，需要利用低溫二氧化碳與高溫二氧化碳進行混合，達到降低二氧化碳工質溫度的目的。由于二氧化碳溫度很高，要實現溫度的迅速調節，低溫二氧化碳工質的溫度不宜太高；因此在大溫差條件下實現溫度的調節是非常必要的。基于以上背景需求，本發明提出了一種內置超臨界二氧化碳大溫差混合換熱器。

發明內容

本發明的目的在于提供一種內置超臨界二氧化碳大溫差混合器及控制調節方法，解決了如何在大溫差條件下實現溫度調節的技術問題，減少了熱膨脹應力和熱疲勞，提高了控溫過程的可靠性。

一種內置超臨界二氧化碳大溫差混合換熱器，包括依次連接的熱管線、漸擴管、混合管和漸縮管，所述熱管線和所述漸擴管之間設置有熱調閥，所述混合管外側連接有冷管線，所述混合管內部設置有螺旋管，穿過所述混合管的冷管線與所述螺旋管連接，所述冷管線上設置有冷調閥，所述冷管線通過法蘭與所述混合管連接。

漸擴管和漸縮管用于連接混合器與外圍管線，使外圍管線與混合器的連接實現平滑過渡，減小阻力和壓降損失；混合管的內部通流面積與熱管線的內部通流面積相當，以減少因流通面積改變而引起額外的形阻壓降。

冷管線與混合管的連接點采用法蘭連接，使用填料密封，再用法蘭蓋壓緊。這種連接方式在大溫差條件下，可允許冷熱管線在熱膨脹作用下產生一定滑動，降低局部熱應力。在長期運行條件下，可減少熱疲勞造成的累積性損傷，有助于延長設備使用壽命。

所述混合管內部的流通面積與熱管線內部的流通面積相當。

以減少因流通面積改變而引起額外的形阻壓降。

所述法蘭內設置有用于密封的填料。

說明書這種連接方式在大溫差條件下，可允許冷熱管線在熱膨脹作用下產生一定滑動，降低局部熱應力；在長期運行條件下，可減少熱疲勞造成的累積性損傷，有助于延長設備使用壽命。

所述螺旋管為三段周期螺旋，且管壁沿程開有若干小孔，小孔尺寸在不同螺旋段內呈三段分布，包括第I段、第II段、第III段。

從所述第I段到所述第III段，小孔尺寸逐漸增大，且數量逐漸增加。

所述螺旋管采用高線膨脹系數不銹鋼材料，線膨脹系數不低于14×10^-6℃^-1。