一種用于分析有機(jī)工質(zhì)傳熱規(guī)律的試驗(yàn)裝置和方法
【專利摘要】一種用于分析有機(jī)工質(zhì)傳熱規(guī)律的試驗(yàn)裝置和方法屬于分析有機(jī)工質(zhì)傳熱領(lǐng)域。裝置包括工質(zhì)泵(1)、變頻器(3)、干燥過(guò)濾器(4)、質(zhì)量流量計(jì)(5)、水加熱器(6)、預(yù)熱器(7)、測(cè)試管段(9)、蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)閥(10)、冷卻器(11)、低溫恒溫槽(12)和儲(chǔ)液罐(13)；工質(zhì)在循環(huán)過(guò)程中依次實(shí)現(xiàn)了加壓、預(yù)熱、蒸發(fā)和冷卻過(guò)程；水加熱器(6)用于對(duì)工質(zhì)進(jìn)行加熱；低溫恒溫槽(12)用于提供冷卻液冷卻工質(zhì)。本發(fā)明可以分析不同工質(zhì)的傳熱特性，也可用于比較不同類型管的傳熱效果。
【專利說(shuō)明】
一種用于分析有機(jī)工質(zhì)傳熱規(guī)律的試驗(yàn)裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于分析有機(jī)工質(zhì)傳熱規(guī)律的試驗(yàn)裝置和方法，尤其是針對(duì)于中低溫余熱有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中所需的有機(jī)工質(zhì)。
【背景技術(shù)】
[0002]能源問(wèn)題嚴(yán)重制約了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，余熱的高效綜合利用是提高能源利用率最有效的方法?；谟袡C(jī)朗肯循環(huán)的中低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)是工業(yè)余熱高效利用的重要途徑，此循環(huán)中所用的工質(zhì)為有機(jī)工質(zhì)，而在設(shè)計(jì)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)所用的換熱器過(guò)程中，為了設(shè)計(jì)合理高效的換熱設(shè)備，必須把握有機(jī)工質(zhì)的換熱特性。但是現(xiàn)在對(duì)于很多有機(jī)工質(zhì)的傳熱規(guī)律都有待研究，在換熱器的設(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有依據(jù)可尋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了得到有機(jī)工質(zhì)的傳熱規(guī)律，為有機(jī)朗循環(huán)的換熱器的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供傳熱設(shè)計(jì)的依據(jù)，本發(fā)明提供一種用于分析有機(jī)工質(zhì)傳熱規(guī)律的試驗(yàn)裝置，該裝置可以測(cè)量不同有機(jī)工質(zhì)的傳熱特性，也可以對(duì)比不用類型管材的強(qiáng)化傳熱效果。根據(jù)工質(zhì)的傳熱規(guī)律設(shè)計(jì)和優(yōu)化換熱設(shè)備，有利于有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)正常高效地運(yùn)行。
[0004]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]—種用于分析有機(jī)工質(zhì)傳熱規(guī)律的試驗(yàn)裝置，其特征在于:包括工質(zhì)栗1、變頻器
3、干燥過(guò)濾器4、質(zhì)量流量計(jì)5、水加熱器6、預(yù)熱器7、測(cè)試管段9、蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)閥10、冷卻器
11、低溫恒溫槽12和儲(chǔ)液罐13;
[0006]儲(chǔ)液罐連接工質(zhì)栗，通過(guò)干燥過(guò)濾器、質(zhì)量流量計(jì)連接到預(yù)熱器，預(yù)熱器連接測(cè)試管段，接測(cè)試管段通過(guò)蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)閥10連接到冷卻器，冷卻器連接儲(chǔ)液罐13;水加熱器連通到預(yù)熱器7形成回路，且水加熱器連通到測(cè)試管段形成回路;工質(zhì)栗I兩端并聯(lián)有球閥，工質(zhì)栗I連有變頻器3;冷卻器11連通低溫恒溫槽12形成回路;還包括均與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接的溫度傳感器、壓力變送器16、質(zhì)量流量計(jì)5以及電磁流量計(jì)。
[0007]應(yīng)用所述裝置的方法，其特征在于:
[0008]工質(zhì)充注在儲(chǔ)液罐中，從儲(chǔ)液罐中出來(lái)的工質(zhì)經(jīng)過(guò)工質(zhì)栗加壓，通過(guò)干燥過(guò)濾器和質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)入預(yù)熱器中被預(yù)熱，從預(yù)熱器出來(lái)的工質(zhì)開(kāi)始進(jìn)入測(cè)試管段與加熱水進(jìn)行對(duì)流換熱，然后經(jīng)過(guò)冷卻器冷凝后重新流回儲(chǔ)液罐，以此循環(huán);從水加熱器出來(lái)的熱水，一部分進(jìn)入預(yù)熱器對(duì)工質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱，另一部分流經(jīng)測(cè)試管段與工質(zhì)進(jìn)行換熱，最后流回水加熱器中，熱水管經(jīng)過(guò)保溫處理，流經(jīng)測(cè)試管段和預(yù)熱器熱水的流量能通過(guò)閥門(mén)進(jìn)行調(diào)節(jié);通過(guò)蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)閥和變頻器實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置壓力和流量的調(diào)節(jié)。
[0009]本發(fā)明所述的用于分析有機(jī)工質(zhì)傳熱規(guī)律的試驗(yàn)裝置，有機(jī)工質(zhì)的循環(huán)回路包括工質(zhì)栗、變頻器、干燥過(guò)濾器、質(zhì)量流量計(jì)、預(yù)熱器、壓力變送器、測(cè)試管段、蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)閥、視液鏡、冷卻器、儲(chǔ)液罐，從儲(chǔ)液罐出來(lái)的工質(zhì)經(jīng)過(guò)工質(zhì)栗的加壓后，經(jīng)過(guò)預(yù)熱器預(yù)熱進(jìn)入測(cè)試管段與熱水進(jìn)行換熱以后進(jìn)入冷卻器冷卻成為液體，最后重新流入儲(chǔ)液罐中完成一次循環(huán)，在測(cè)試管段的進(jìn)、出口位置上分別布置壓力變送器和溫度傳感器。
[0010]本發(fā)明所述的用于分析有機(jī)工質(zhì)傳熱規(guī)律的試驗(yàn)裝置，加熱水的循環(huán)回路包括熱水加熱器、電磁流量計(jì)、測(cè)試管段。從水加熱器出來(lái)的熱水經(jīng)過(guò)電磁流量計(jì)后流經(jīng)測(cè)試管段與工質(zhì)進(jìn)行換熱最后重新流入水加熱器完成一次循環(huán)，在加熱水的進(jìn)出口分別布置溫度傳感器。
[0011]本發(fā)明所述的用于分析有機(jī)工質(zhì)傳熱規(guī)律的試驗(yàn)裝置，冷卻液的回路包括一臺(tái)低溫恒溫槽、冷卻器。從低溫恒溫槽出來(lái)的是低溫乙醇和水的混合溶液流經(jīng)冷卻器與工質(zhì)進(jìn)行換熱，將工質(zhì)冷卻后流回低溫恒溫槽完成一次循環(huán)。
[0012]本發(fā)明所述的用于分析有機(jī)工質(zhì)傳熱規(guī)律的試驗(yàn)裝置，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為安捷倫數(shù)據(jù)采集器和一臺(tái)計(jì)算機(jī)。
[0013]本發(fā)明所述的用于分析有機(jī)工質(zhì)傳熱規(guī)律的試驗(yàn)裝置，預(yù)熱回路為從水加熱器出來(lái)的一部分熱水經(jīng)過(guò)預(yù)熱器對(duì)工質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱，可根據(jù)工質(zhì)進(jìn)入測(cè)試管段之前的狀態(tài)調(diào)節(jié)預(yù)熱器熱水的流量。
[0014]本發(fā)明所述的用于分析有機(jī)工質(zhì)傳熱規(guī)律的試驗(yàn)裝置，測(cè)試管段為長(zhǎng)度2-6m的同心套管，外管為外徑32mm的不銹鋼管厚度2mm，內(nèi)管為外徑1mm的不銹鋼管厚度1mm，有機(jī)工質(zhì)走內(nèi)管，加熱水走外管環(huán)形區(qū)域，換熱方式為逆流方式，測(cè)試管段周?chē)甲鲞^(guò)保溫處理可認(rèn)為絕熱，測(cè)試管段上等間距的布置溫度傳感器，第一個(gè)傳感器深入到內(nèi)管中心位置，第二個(gè)傳感器貼在內(nèi)管外壁，第三個(gè)傳感器深入到環(huán)形區(qū)域中間，這三個(gè)傳感器在同一截面上，均為焊接方式，密封?？蓪?duì)不同管材進(jìn)行測(cè)量和比較不同強(qiáng)化換熱管的換熱效果，只需更換內(nèi)管即可。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明的工作結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明測(cè)試管段示意圖；
[0017]圖3是本發(fā)明測(cè)試管段溫度傳感器安裝及尺寸示意圖；
[0018]圖中I是工質(zhì)栗，2是球閥，3是變頻器，4是干燥過(guò)濾器，質(zhì)量流量計(jì)5，6是水加熱器，7是預(yù)熱器，8是視液鏡，9是測(cè)試管段，10是蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)閥，11是冷卻器，12是低溫恒溫槽，13是儲(chǔ)液罐，14是安全閥，15是溫度傳感器，壓力變送器16，17是電磁流量計(jì)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
[0020]如圖1所示，有機(jī)工質(zhì)傳熱規(guī)律分析的試驗(yàn)裝置，包括工質(zhì)栗1、變頻器3、干燥過(guò)濾器4、質(zhì)量流量計(jì)5、預(yù)熱器7、壓力變送器16、視液鏡8、測(cè)試管段9、蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)閥10、冷卻器11、低溫恒溫槽12、電磁流量計(jì)17、儲(chǔ)液罐13、水加熱器6。
[0021]工質(zhì)充注在儲(chǔ)液罐13中，從儲(chǔ)液罐13中出來(lái)的工質(zhì)經(jīng)過(guò)工質(zhì)栗I加壓，一次通過(guò)干燥過(guò)濾器4、質(zhì)量流量計(jì)5進(jìn)入預(yù)熱器7中被預(yù)熱，從預(yù)熱器7出來(lái)的工質(zhì)開(kāi)始進(jìn)入測(cè)試管段9與加熱水進(jìn)行對(duì)流換熱，然后經(jīng)過(guò)冷卻器11冷凝后重新流回儲(chǔ)液罐13，以此循環(huán)。
[0022]從水加熱器6出來(lái)的熱水，一部分進(jìn)入預(yù)熱器7對(duì)工質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱，另一部分流經(jīng)測(cè)試管段9與工質(zhì)進(jìn)行換熱如圖2，最后流回水加熱器6中，熱水管經(jīng)過(guò)保溫處理，流經(jīng)測(cè)試管段和預(yù)熱器熱水的流量均可通過(guò)閥門(mén)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0023]整個(gè)系統(tǒng)中壓力和流量調(diào)節(jié)通過(guò)變頻器3和蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)閥10，變頻器是通過(guò)改變工質(zhì)栗的轉(zhuǎn)速來(lái)改變流量和壓力，流量的調(diào)節(jié)也可通過(guò)閥門(mén)。
[0024]在工質(zhì)測(cè)試管段上等間距布置溫度傳感器，每組中的溫度傳感器分別測(cè)量管內(nèi)工質(zhì)的溫度、內(nèi)管外壁的溫度以及環(huán)形區(qū)域水的溫度，每個(gè)溫度傳感器的布置安裝尺寸如圖3所示。以測(cè)量過(guò)程中任意兩個(gè)相鄰的截面為例，根據(jù)溫度傳感器所測(cè)的熱水的溫度可得到熱水在所選測(cè)點(diǎn)之間的放熱量，根據(jù)熱平衡熱水的放熱量就等于工質(zhì)在這一段的吸熱量，而根據(jù)溫度傳感器所測(cè)的管壁的溫度可推算出內(nèi)管內(nèi)壁的平均溫度，最后根據(jù)吸熱量可推算出工質(zhì)在這一管段間的換熱系數(shù)，進(jìn)而得出工質(zhì)在整個(gè)測(cè)試管段中換熱系數(shù)的變化情況。工質(zhì)進(jìn)出口的壓力變送器，可以測(cè)得工質(zhì)在換熱過(guò)程中的壓降。.
[0025]所以，通過(guò)本發(fā)明可對(duì)不同有機(jī)工質(zhì)的傳熱規(guī)律進(jìn)行測(cè)量分析，也可對(duì)于同一種工質(zhì)在不同管型中傳熱特性進(jìn)行比較或者比較不同強(qiáng)化換熱管的換熱效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于分析有機(jī)工質(zhì)傳熱規(guī)律的試驗(yàn)裝置，其特征在于:包括工質(zhì)栗(I)、變頻器(3)、干燥過(guò)濾器(4)、質(zhì)量流量計(jì)(5)、水加熱器(6)、預(yù)熱器(7)、測(cè)試管段(9)、蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)閥(10)、冷卻器(11)、低溫恒溫槽(12)和儲(chǔ)液罐(13); 儲(chǔ)液罐連接工質(zhì)栗，通過(guò)干燥過(guò)濾器、質(zhì)量流量計(jì)連接到預(yù)熱器，預(yù)熱器連接測(cè)試管段，接測(cè)試管段通過(guò)蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)閥(10)連接到冷卻器，冷卻器連接儲(chǔ)液罐(13);水加熱器連通到預(yù)熱器(7)形成回路，且水加熱器連通到測(cè)試管段形成回路;工質(zhì)栗(I)兩端并聯(lián)有球閥，工質(zhì)栗(I)連有變頻器(3);冷卻器(11)連通低溫恒溫槽(12)形成回路;還包括均與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接的溫度傳感器、壓力變送器(16)、質(zhì)量流量計(jì)(5)以及電磁流量計(jì)。2.應(yīng)用如權(quán)利要求1所述裝置的方法，其特征在于: 工質(zhì)充注在儲(chǔ)液罐中，從儲(chǔ)液罐中出來(lái)的工質(zhì)經(jīng)過(guò)工質(zhì)栗加壓，通過(guò)干燥過(guò)濾器和質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)入預(yù)熱器中被預(yù)熱，從預(yù)熱器出來(lái)的工質(zhì)開(kāi)始進(jìn)入測(cè)試管段與加熱水進(jìn)行對(duì)流換熱，然后經(jīng)過(guò)冷卻器冷凝后重新流回儲(chǔ)液罐，以此循環(huán)； 從水加熱器出來(lái)的熱水，一部分進(jìn)入預(yù)熱器對(duì)工質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱，另一部分流經(jīng)測(cè)試管段與工質(zhì)進(jìn)行換熱，最后流回水加熱器中，熱水管經(jīng)過(guò)保溫處理，流經(jīng)測(cè)試管段和預(yù)熱器熱水的流量能通過(guò)閥門(mén)進(jìn)行調(diào)節(jié);通過(guò)蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)閥和變頻器實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置壓力和流量的調(diào)-K-■P。
【文檔編號(hào)】G01N25/20GK105866171SQ201610406007
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年6月11日
【發(fā)明人】王景甫, 周明君, 張新欣
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)