一种提高有机朗肯循环效率的变流道式换热器的制造方法

文档序号:9928526阅读:543来源:国知局
一种提高有机朗肯循环效率的变流道式换热器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种换热器,包括蒸发器和冷凝器在有机朗肯循环中的循环工质流速变化,尤其涉及一种优化朗肯循环效率的变流道式换热器。
【背景技术】
[0002]在有机朗肯循环动力系统中,蒸发器(1)、膨胀机(2)、冷凝器(4)、工质栗(5)、蒸发器(I)顺次进行连接。发电机(3)通过轴承与膨胀机(2)连接。
[0003]其中,蒸发器(I)和冷凝器(4)均属于换热器,其换热效率对有机朗肯循环效率起到重要影响。
[0004]在有机朗肯循环动力系统中,循环工质在蒸发器内吸收热量使液态工质完全蒸发为气体,然后推动膨胀机进行做功。做功后的气体在冷凝器内放出热量使气态工质完全液化为液态。
[0005]当循环工质是一种混合工质应用于有机朗肯循环动力系统中时,混合工质会在换热器内会产生强烈的相变。混合工质由液态变为气态的过程中,由气态变为液态的过程中,其体积流量会相差2到3个数量级。
[0006]这样极度增加了气态的循环工质在蒸发器中的流速,降低了循环工质在换热器中的吸热能力,换热器出口气态工质的过热度降低。相反,极度降低了液态的循环工质在冷凝器中的流速,降低了循环工质在冷凝器中的放热能力。
[0007]因此需要开发一种能够更高循环效率应用于有机朗肯循环动力系统中的换热器,使换热器避免因循环工质的流速变化导致换热效率降低。

【发明内容】

[0008]本发明要解决的技术问题是:如何通过改变换热器流道的方法来提高有机朗肯循环系统中蒸发器出口工质的过热度,提高冷凝器和蒸发器的换热效率。进而提高有机朗肯循环系统的动力输出效率。
[0009]本发明为解决上述技术问题采用以下方案:
[0010]一种变流道式换热器,包括:至少一个第一工质流经的循环流道与至少一个第二工质流经的换热流道,随着第一工质与第二工质的换热,第一工质在液态与气态间逐渐变化,同时第一工质在循环流道内的流速逐渐变化;其中,所述循环流道包括至少一级支流道和主流道,每一级支流道由两条以上的相同支流道组成,与上一级支流道中的一条或上一级主流道相连通;其中,在每一条支流道或主流道的流道入口处,第一工质的流速在预设的流速限值范围之内;在每一条支流道或主流道的流道出口处,第一工质的流速在预设的流速限值范围之外。
[0011]根据本发明的另一个方面,提供一种变流道式换热器,包括:至少一个第一工质流经的循环流道与至少一个第二工质流经的换热流道,随着第一工质与第二工质的换热,第一工质在液态与气态间逐渐变化,同时第一工质在循环流道内的流速逐渐变化;其中,所述循环流道包括至少一级支流道和主流道,每一级支流道由两条以上的相同支流道组成,与上一级支流道中的一条或上一级主流道相连通;其中,在每一条支流道或主流道的流道入口处,第一工质的流速在预设的流速限值范围之内;在每一条支流道或主流道的流道出口处,第一工质的流速在预设的流速限值范围之外。其中,第一工质为有机朗肯循环系统中的循环工质,其可以是混合工质,但不限于混合工质。第一工质是R245fa、R136fa、R600、R601、R601a中的一种或几种混合。
[0012]根据本发明的又一个方面,提供一种变流道式蒸发器,其中:第一工质在循环流道中由主流道流入,尔后依照由小级次至大级次流经各级支流道,由最后一级支流道流出,随着第一工质与第二工质的换热,第一工质由液态逐渐变化为气态,同时第一工质在循环流道内的流速逐渐变快;在主流道或每一条支流道的流道入口处,第一工质的流速小于预设的流速上限值;在主流道或每一条支流道的流道出口处,第一工质的流速大于等于预设的流速上限值。其中,第二工质可以为导热油,但不限于导热油。
[0013]根据本发明的又一个方面,提供一种变流道式冷凝器,其中:第一工质在循环流道中由最后一级支流道流入,尔后依照由大级次至小级次流经各级支流道,由主流道流出,随着第一工质与第二工质的换热,第一工质由气态逐渐变化为液态,同时第一工质在循环流道内的流速逐渐变慢;在每一条支流道或主流道的流道入口处,第一工质的流速大于预设的流速下限值;在每一条支流道或主流道的流道出口处,第一工质的流速小于等于预设的流速下限值。其中,所述的第二工质可以为冷却水,但不限于冷却水。
[0014]根据本发明的又一个方面,提供一种变流道式管壳式换热器;其中,第一工质流经的循环流道是管壳式换热器的管段流道,第二工质流经的换热流道是管壳式换热器的壳体流道;所述各级支流道或主流道的管段长度和管径根据管段中的第一工质的流速确定。
[0015]根据本发明的又一个方面,提供一种变流道式管壳式换热器;其外壳是一锥形的壳体,锥形壳体截面小的一侧与换热管段数量少的在同一侧,锥形壳体截面大的一侧与换热管段数量多的在同一侧,在锥形壳体与换热管段之间的空间内设有折流板。
[0016]根据本发明的又一个方面,提供一种变流道式板式换热器;其中,第一工质流经的循环流道板间空腔与第二工质流经的换热流道板间空腔相互间隔;所述各级支流道的板间空腔的数量根据空腔中的第一工质的流速确定。
[0017]本发明适用于工质在换热器中的相变传热,例如有机朗肯循环中蒸发器与冷凝器的传热过程,但不限于有机朗肯循环。
[0018]本发明采用以上技术方案,具有以下有益效果:提高有机朗肯循环蒸发器和冷凝器的换热效率;使蒸发器出口处工质的过热度更高。
【附图说明】
[0019]图1为现有技术的有机朗肯循环的系统示意图;
[0020]图2为本发明的管式换热器结构的示意图;
[0021]图3为本发明的管式换热器截面的示意图;
[0022]图4为本发明的管式换热器中换热管结构的示意图;
[0023]图5为本发明的板式换热器结构的示意图;
[0024]图6为本发明的板换式换热器单个板间空腔流道的结构示意图。
[0025]附图标记含义为:,I为蒸发器、2为膨胀机、3为发电机、4为冷凝器、5为工质栗。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图,通过【具体实施方式】对本发明作进一步描述。
[0027]如图1,蒸发器(1)、膨胀机(2)、冷凝器(4)、工质栗(5)、蒸发器⑴顺次进行连接。发电机(3)通过轴承与膨胀机(2)连接。本发明主要针对提高有机朗肯循环系统中蒸发器(I)和冷凝器(4)换热效率,提高蒸发器(I)出口处工质的过热度。进而提高有机朗肯循环效率。
[0028]如图2,一种用于有机朗肯循环的管壳式换热器:首先液态第一工质A进入一个总管,随着第一工质A与管外第二工质B的换热,第一工质A蒸发,第一工质A逐渐由液态变为气态。在管内第一工质A平均流速变化较大处,分开两个支管。同样在两个支管中第一工质A流速变化较大处,各分开两个支管......,依次类推在分开的每个支管末端再分开两个支管。这样在工质的流动方向上管道的数量由I个变为2个,2个变为4个......即在工质出口处管道的数量变为2n个,η为管道进行分支的次数。支管的长度和管径的选择根据管段中第一工质A的流速在一定范围内波动来确定。在这个流速下换热器的效率最高。另外在换热管外套上一个锥形的壳体。锥形壳体截面小的一侧与换热管管段数量少的在同一侧,锥形壳体截面大的一侧与换热管管段数量多的在同一侧。在锥形壳体与换热管之间的空间设置折流板。
[0029]如图2,在锥形柱体AB⑶的AB端开一个孔,并插入换热管段ab。AB端与换热总管ab密封连接。锥形柱体ABCD的CD端的开孔数量与de端支管的数量相等,开孔大小与支管管径相同,支管与CD端密封连接。在CD端再连接一个一段开口的柱体CDGH,用来汇集从支管中出来的气体。如图2,在E、F处开孔,分别作为第二工质B的出口和进口,开孔位置也不限于图1所示,但要保证锥形柱体AB⑶内流通的第二工质B与换热管内的第一工质A为逆流。图2中ab、bc、cd、de段中换热管的数量与尺寸大小根据换热管中流体的速度变化进行确定。总之要保证图2中ab、be、cd、de段中换热管中工质的流速变化在要求范围之内。如图2,锥形柱体AB⑶可以分成ab、bc、cd、de段,但不限于这4段,应该根据具体工况进
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