[发明专利]一种提高有机朗肯循环效率的变流道式换热器

说明书

本发明公开了一种提高有机朗肯循环效率的变流道式换热器。有机朗肯循环系统包括蒸发器、膨胀机、发电机、冷凝器、工质泵，且各部件用管路连接。为了提高系统的效率，系统中蒸发器和冷凝器将采用如下变流道形式：对于管壳式换热器，本发明通过逐步增加换热管支管的数量来改变换热器流道的数量；对于板式换热器，本发明通过增加工质在板间空腔中的流程来改变板式换热器流道的数量。本发明解决了传统换热器因工质相变带来流动阻力增大的问题，而且使工质的流型始终趋于环状，强化了换热器的换热能力，进而提高有机朗肯循环系统的集热效率与冷凝效率。适用于有机朗肯循环系统冷热源侧的相变传热。

技术领域

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

在有机朗肯循环动力系统中，蒸发器(1)、膨胀机(2)、冷凝器(4)、工质泵(5)、蒸发器(1)顺次进行连接。发电机(3)通过轴承与膨胀机(2)连接。

其中，蒸发器(1)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。

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。

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。

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。

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

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。

本发明为解决上述技术问题采用以下方案：

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。

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。