利用工業(yè)余熱驅(qū)動orc系統(tǒng)的相變蒸發(fā)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種驅(qū)動0RC系統(tǒng)的相變蒸發(fā)器，特別是涉及一種基于相變蓄熱技術(shù)利用工業(yè)余熱驅(qū)動0RC系統(tǒng)的相變蒸發(fā)器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會的進步、經(jīng)濟的發(fā)展，能源的的需求量不斷增長。一方面，傳統(tǒng)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(yè)余熱被排放，不僅造成了能源的大量消耗，同時也對環(huán)境造成了很大的污染。
[0003]有機郎肯循環(huán)系統(tǒng)(0RC)，是指在傳統(tǒng)循環(huán)中工質(zhì)采用有機工質(zhì)，將低品位熱能轉(zhuǎn)化為電能。0RC系統(tǒng)由于所使用的工質(zhì)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，0RC系統(tǒng)降低了C02、S02、N0x的排放，因此，有機郎肯循環(huán)可以作為余熱回收、節(jié)能減排的有效手段。
[0004]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(yè)余熱儲量十分巨大，將工業(yè)余熱作為0RC循環(huán)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(jié)能減排具有巨大意義。
[0005]但是，利用余熱資源作為0RC循環(huán)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0RC系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，此外余熱資源存在著間歇性，不能保證0RC系統(tǒng)連續(xù)運行。這些問題都會導(dǎo)致0RC系統(tǒng)的效率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種利用工業(yè)余熱驅(qū)動0RC系統(tǒng)的相變蒸發(fā)器，采用該相變蒸發(fā)器利用余熱資源作為0RC循環(huán)的熱源驅(qū)動0RC系統(tǒng)，能夠保證0RC系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定性運行。
[0007]本實用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種利用工業(yè)余熱驅(qū)動0RC系統(tǒng)的相變蒸發(fā)器，順著有機工質(zhì)流動方向設(shè)有預(yù)熱段、蒸發(fā)段和過熱段，在所述預(yù)熱段、所述蒸發(fā)段和所述過熱段內(nèi)貫穿有采用逆流換熱的余熱側(cè)換熱管和工質(zhì)側(cè)換熱管，所述工質(zhì)側(cè)換熱管位于所述余熱側(cè)換熱管的上方；所述預(yù)熱段、所述蒸發(fā)段和所述過熱段采用絕熱隔板隔開，在所述預(yù)熱段內(nèi)的所述余熱側(cè)換熱管和所述有機工質(zhì)側(cè)換熱管之間填充有與預(yù)熱段工質(zhì)溫度相匹配的相變材料I，在所述蒸發(fā)段內(nèi)的所述余熱側(cè)換熱管和所述有機工質(zhì)側(cè)換熱管之間填充有與蒸發(fā)段工質(zhì)溫度相匹配的相變材料II，在所述過熱段內(nèi)的所述余熱側(cè)換熱管和所述有機工質(zhì)側(cè)換熱管之間填充有與過熱段工質(zhì)溫度相匹配的相變材料III。
[0008]所述余熱側(cè)換熱管和所述有機工質(zhì)側(cè)換熱管均采用盤管，并且在所述盤管外加裝有肋片。
[0009]該相變蒸發(fā)器的外殼是采用絕熱材料制成的。
[0010]本實用新型具有的優(yōu)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(zhì)進行余熱與有機工質(zhì)之間的換熱，同時相變材料也作為蓄熱介質(zhì)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(tǒng)的熱源。在相變蒸發(fā)器內(nèi)，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(wěn)定的缺點，為ORC系統(tǒng)提供相對穩(wěn)定持續(xù)的熱源。本實用新型能夠極大的克服余熱資源不穩(wěn)定以及間歇性的問題，保證ORC系統(tǒng)持續(xù)、穩(wěn)定的運行，極大的提高ORC系統(tǒng)的效率。
【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為應(yīng)用本實用新型的0RC系統(tǒng)工作原理圖。
[0013]圖中:1、相變蒸發(fā)器，1-1、預(yù)熱段，1-2、蒸發(fā)段，1-3、過熱段，1_4、余熱側(cè)換熱管，1-5、工質(zhì)側(cè)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(zhì)栗，5、冷卻塔，6、循環(huán)水栗。
【具體實施方式】
[0014]為能進一步了解本實用新型的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:
[0015]請參閱圖1?圖2，一種利用工業(yè)余熱驅(qū)動0RC系統(tǒng)的相變蒸發(fā)器，順著有機工質(zhì)流動方向設(shè)有預(yù)熱段1-1、蒸發(fā)段1-2和過熱段1-3，在所述預(yù)熱段1-1、所述蒸發(fā)段1-2和所述過熱段1-3內(nèi)貫穿有采用逆流換熱的余熱側(cè)換熱管1-4和工質(zhì)側(cè)換熱管1-5，所述工質(zhì)側(cè)換熱管1-5位于所述余熱側(cè)換熱管1-4的上方；所述預(yù)熱段1-1、所述蒸發(fā)段1-2和所述過熱段1-3采用絕熱隔板1-6隔開，在所述預(yù)熱段1-1內(nèi)的所述余熱側(cè)換熱管1-4和所述有機工質(zhì)側(cè)換熱管1-5之間填充有與預(yù)熱段工質(zhì)溫度相匹配的相變材料I 1-7，在所述蒸發(fā)段1-2內(nèi)的所述余熱側(cè)換熱管1-4和所述有機工質(zhì)側(cè)換熱管1-5之間填充有與蒸發(fā)段工質(zhì)溫度相匹配的相變材料II 1-8，在所述過熱段1-3內(nèi)的所述余熱側(cè)換熱管1-4和所述有機工質(zhì)側(cè)換熱管1-5之間填充有與過熱段工質(zhì)溫度相匹配的相變材料III 1-9。
[0016]在本實施例中，為了強化換熱，所述余熱側(cè)換熱管1-4和所述有機工質(zhì)側(cè)換熱管1-5均采用盤管，并且在所述盤管外加裝有肋片，管材采用高導(dǎo)熱系數(shù)的材料。為了盡可能保證熱量不散失，使余熱全部被有機工質(zhì)以及相變材料吸收。該相變蒸發(fā)器1的外殼是采用絕熱材料制成的。
[0017]請參閱圖1?圖2，應(yīng)用本實用新型的0RC系統(tǒng)的工作原理:余熱與有機工質(zhì)在相變蒸發(fā)器1內(nèi)部進行換熱，有機工質(zhì)經(jīng)過預(yù)熱、蒸發(fā)和過熱過程成為高溫高壓氣體，進入膨脹機2，推動膨脹機2做工，將熱能轉(zhuǎn)化為機械能，機械能再通過發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能。
[0018]經(jīng)過膨脹機2的工質(zhì)變?yōu)榈蜏氐蛪簹怏w，然后經(jīng)過冷凝器3，經(jīng)過遇冷、冷凝、過冷區(qū)段成為液態(tài)，再由工質(zhì)栗4循環(huán)至相變蒸發(fā)器1進行下一次循環(huán)。整個冷卻過程采用循環(huán)水冷卻法，水通過冷卻塔5進行冷卻，采用循環(huán)水栗6推動冷卻水循環(huán)。相變蒸發(fā)器的大小根據(jù)0RC機組的大小來選擇。
[0019]本實用新型的工作原理:
[0020]余熱與有機工質(zhì)采用逆流換熱，順著有機工質(zhì)流動方向，有機工質(zhì)溫度逐漸升高，根據(jù)有機工質(zhì)的狀態(tài)，將整個蒸發(fā)器分為預(yù)熱段、蒸發(fā)段、過熱段。在預(yù)熱段、蒸發(fā)段、過熱段分別填充相變材料1、相變材料II和相變材料III，相變材料I的相變溫度最低，相變材料III的相變溫度最高，相變材料II的相變溫度居中。不同的相變材料之間用絕熱隔板隔開。相變材料的選擇要滿足系統(tǒng)的溫度要求，同時應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性。三種相變材料的相變溫度依次增高，每種相變材料之間用絕熱隔板隔開。每個區(qū)段內(nèi)相變材料的相變溫度都應(yīng)該與該區(qū)段工質(zhì)溫度要求相匹配，通過梯級相變換熱的手段，能夠提升換熱溫差，強化換熱，同時能夠盡可能保證每個區(qū)段有機工質(zhì)溫度的穩(wěn)定。對于系統(tǒng)的穩(wěn)定運行具有積極意義。同時，相變材料在傳熱的同時會蓄存大量的潛熱，在余熱匱乏時，能夠直接作為ORC的熱源。相變材料的加入能夠緩解余熱溫度波動較大以及間歇性的問題，始終提供一個溫度較為恒定的熱源。
[0021]工質(zhì)側(cè)換熱管1-5布置于相變蒸發(fā)器1的上部，余熱側(cè)換熱管1-4布置于相變蒸發(fā)器1的下部，在相變材料的熔化過程中，由于密度的變化，高溫液態(tài)相變材料由于密度較小，會在浮升力的作用下向上運動，高溫液態(tài)相變材料與工質(zhì)側(cè)換熱管換熱，放熱凝固后會向下沉積，下沉至余熱側(cè)換熱管時吸熱熔化再度上浮，形成動態(tài)循環(huán)。
[0022]本實用新型在余熱資源充足情況下的工作模式:工業(yè)余熱通過余熱側(cè)換熱管1-4流入相變蒸發(fā)器1，有機工質(zhì)沿與余熱相反的方向通過工質(zhì)側(cè)換熱管1-5流入相變蒸發(fā)器1。相變蒸發(fā)器1內(nèi)的相變材料從余熱側(cè)換熱管1-4吸收熱量，逐漸熔化，高溫液態(tài)相變材料的密度要小于固態(tài)相變材料的密度，在浮升力的作用下，高溫液態(tài)相變材料會向上運動，當(dāng)液態(tài)相變材料與工質(zhì)側(cè)換熱管1-5接觸后，放熱凝固，由于密度增大，固態(tài)相變材料會向下沉積，當(dāng)與余熱側(cè)換熱管1-4接觸換熱后，再次吸熱熔化，向上運動，最終在相變蒸發(fā)器1內(nèi)部形成一個動態(tài)平衡狀態(tài)，余熱與有機工質(zhì)通過相變材料的相變過程進行換熱。
[0023]本實用新型在余熱資源匱乏的情況下的工作模式:當(dāng)余熱資源匱乏時，沒有余熱流過余熱側(cè)換熱管1-4。但是，相變蒸發(fā)器1內(nèi)部的相變材料由于在余熱資源充足時蓄存了大量的潛熱，在這種情況下，相變材料可作為0RC循環(huán)的熱源，直接為工質(zhì)側(cè)換熱管1-5供熱，相變材料放熱，逐漸凝固。
[0024]盡管上面結(jié)合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種利用工業(yè)余熱驅(qū)動ORC系統(tǒng)的相變蒸發(fā)器，順著有機工質(zhì)流動方向設(shè)有預(yù)熱段、蒸發(fā)段和過熱段，在所述預(yù)熱段、所述蒸發(fā)段和所述過熱段內(nèi)貫穿有采用逆流換熱的余熱側(cè)換熱管和工質(zhì)側(cè)換熱管，其特征在于，所述工質(zhì)側(cè)換熱管位于所述余熱側(cè)換熱管的上方；所述預(yù)熱段、所述蒸發(fā)段和所述過熱段采用絕熱隔板隔開，在所述預(yù)熱段內(nèi)的所述余熱側(cè)換熱管和所述有機工質(zhì)側(cè)換熱管之間填充有與預(yù)熱段工質(zhì)溫度相匹配的相變材料I，在所述蒸發(fā)段內(nèi)的所述余熱側(cè)換熱管和所述有機工質(zhì)側(cè)換熱管之間填充有與蒸發(fā)段工質(zhì)溫度相匹配的相變材料II，在所述過熱段內(nèi)的所述余熱側(cè)換熱管和所述有機工質(zhì)側(cè)換熱管之間填充有與過熱段工質(zhì)溫度相匹配的相變材料III。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用工業(yè)余熱驅(qū)動ORC系統(tǒng)的相變蒸發(fā)器，其特征在于，所述余熱側(cè)換熱管和所述有機工質(zhì)側(cè)換熱管均采用盤管，并且在所述盤管外加裝有肋片。
【專利摘要】本實用新型公開了一種利用工業(yè)余熱驅(qū)動ORC系統(tǒng)的相變蒸發(fā)器，順著有機工質(zhì)流動方向設(shè)有預(yù)熱段、蒸發(fā)段和過熱段，在預(yù)熱段、蒸發(fā)段和過熱段內(nèi)貫穿有采用逆流換熱的余熱側(cè)換熱管和工質(zhì)側(cè)換熱管，工質(zhì)側(cè)換熱管位于余熱側(cè)換熱管的上方；預(yù)熱段、蒸發(fā)段和過熱段采用絕熱隔板隔開，在預(yù)熱段內(nèi)的余熱側(cè)換熱管和有機工質(zhì)側(cè)換熱管之間填充有與預(yù)熱段工質(zhì)溫度相匹配的相變材料Ⅰ，在蒸發(fā)段內(nèi)的余熱側(cè)換熱管和有機工質(zhì)側(cè)換熱管之間填充有與蒸發(fā)段工質(zhì)溫度相匹配的相變材料Ⅱ，在過熱段內(nèi)的余熱側(cè)換熱管和有機工質(zhì)側(cè)換熱管之間填充有與過熱段工質(zhì)溫度相匹配的相變材料Ⅲ。本實用新型能夠保證ORC系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定性運行。
【IPC分類】F28D15/02, F28D20/00, F01K25/08
【公開號】CN205049027
【申請?zhí)枴緾N201520667851
【發(fā)明人】趙軍, 趙棟, 安青松, 王永真
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年8月31日