[发明专利]带有表面处理基底的热交换器

说明书

技术领域

本发明大体涉及一种处于有机朗肯循环(organic rankine cycle)的热交换器，并且更具体而言，涉及一种带有用于提高热交换效率的表面处理基底(surface-treated substrate)的热交换器。

背景技术

大多数有机朗肯循环系统(ORC)被运用作为小型和中型燃气轮机的改型，以在发动机的基线输出之上从连续的燃气轮机的热烟气(fluegas)中获取附加动力。典型地，在这些循环中所使用的工作流体为带有比由国际标准化组织(ISO)所定义的在大气压力下的温度略高的沸腾温度的碳氢化合物。由于考虑到如果直接暴露在高温(约500℃)燃气轮机排气流中这种碳氢化合物流体可发生分解，因此中间热油回路系统一般用于将来自废气的热量传送至向朗肯循环锅炉。热油回路系统导致了可代表整个循环的成本的四分之一的附加的投资成本。而且，结合热油回路系统导致热源的可利用温度水平的显著降低。此外，中间流体系统和热交换器需要更高的温差，从而导致尺寸增大和总效率降低。

因此，期望一种改进的ORC系统以解决上述问题中的一个或多个。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供了一种通过使用工作流体的闭合回路以用于回收和利用来自废热源的废热的有机朗肯循环系统。该有机朗肯循环系统包括至少一个蒸发器。蒸发器还包括表面处理基底以用于促进工作流体的泡核沸腾(nucleate boiling)从而将工作流体的温度限制在预定温度以下。蒸发器还构造成通过利用来自废热源的废热使工作流体蒸发。

根据本发明的另一实施例，提供了一种表面处理基底以用于促进工作流体的泡核沸腾从而在热交换器中将工作流体的温度限制在预定温度以下。该表面处理基底包括用于促进工作流体中的气泡(bubble)的形成并且悬浮在基质中的多个微粒或多束纤维。该表面处理基底还包括热传导结合剂以用于使多个微粒或多束纤维结合。

根据本发明的又一实施例，提供了一种处理热交换器的沸腾表面以用于促进流过热交换器的工作流体的泡核沸腾从而将工作流体的温度限制在预定温度以下的方法。该方法包括为了一个或多个非均匀(non-uniformity)制备(prepare)热交换器的表面。该方法还包括在热交换器的表面上沉积涂层。

附图说明

当在参考附图(在其中，在整个图中相同的符号表示相同的部件)的情况下来阅读下面的详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面以及优点将变得更好理解，其中

图1是具有直接式蒸发器的有机朗肯循环系统的一个实施例的示意性的流程图。

图2是热交换器管的透视图，其中，剖开(broken away)的管的部分示出了根据本发明的示范性的实施例的表面处理基底。

图3描述了用于在热交换器管的沸腾侧上产生处理表面的示意性的框图。

部件列表

10 有机朗肯循环系统

12 直接式蒸发器

14 工作流体

16 涡轮

18 冷凝器

20 泵

22 膨胀的工作流体

24 冷凝的工作流体

26 增压的工作流体

30 直接式蒸发器管

32 表面处理基底

34 微粒或纤维

36 涂层

38 沸腾表面

40 用于在直接式蒸发器管的沸腾表面上制备处理表面的方法

42 处理表面

44 为一个或多个非均匀制备热交换器或直接式蒸发器的表面的步骤

46 在热交换器或直接式蒸发器管的沸腾表面上沉积涂层的步骤

48 通过化学腐蚀(chemical etching)为非均匀制备直接式蒸发器壁的表面的步骤

50 通过机械加工为非均匀制备直接式蒸发器壁的表面的步骤

52 通过喷涂(spray)多个微粒或多束纤维在热交换器或直接式蒸发器管的沸腾表面上沉积涂层的步骤

54 通过烧结在热交换器或直接式蒸发器管的沸腾表面上沉积涂层的步骤

具体实施方式

本技术一般针对用于通过使用工作流体的闭合回路来回收和利用来自废热源的废热的有机朗肯循环系统。具体而言，有机朗肯循环系统的实施例包括带有用于促进工作流体的泡核沸腾的表面处理基底的热交换器，从而将工作流体的温度限制在预定温度以下。本技术也针对处理热交换器的沸腾表面以用于促进流过热交换器的工作流体的泡核沸腾的方法。