利用渦流管的高效熱力循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱量循環(huán)利用技術(shù)和渦流管冷卻技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用渦流管的高效熱力循環(huán)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]利用渦流管的高效熱力循環(huán)系統(tǒng)，是基于朗肯循環(huán)的熱力循環(huán)系統(tǒng)。朗肯循環(huán)是指以水蒸氣作為工質(zhì)的一種理想循環(huán)過程，主要包括等熵壓縮、等壓加熱、等熵膨脹、以及一個等壓冷凝過程，主要用于蒸汽裝置動力循環(huán)。目前，國內(nèi)外研究開發(fā)的朗肯循環(huán)熱力系統(tǒng)，包括有機朗肯循環(huán)和超臨界朗肯循環(huán)。有機朗肯循環(huán)是以低沸點有機物為工質(zhì)的朗肯循環(huán)，超臨界朗肯循環(huán)是以超臨界流體為工質(zhì)的朗肯循環(huán)，這兩種熱力循環(huán)目前主要應(yīng)用在低溫余熱發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)中。在現(xiàn)有的基于朗肯循環(huán)的熱力循環(huán)系統(tǒng)中，存在的問題是在循環(huán)工質(zhì)冷卻過程中，系統(tǒng)的熱量向外界散失，造成能源浪費，或者在循環(huán)工質(zhì)壓縮過程中，使用壓氣機，消耗的壓縮功大，這些情況都降低了熱力循環(huán)熱效率。
[0003]渦流管是一種沒有運動部件，結(jié)構(gòu)非常簡單的能量分離裝置，它是由噴嘴、渦流室、分離孔板和冷熱兩端管組成，只需輸入一定壓力的壓縮空氣，通過渦流管內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換，一端產(chǎn)生冷空氣，一端產(chǎn)生熱空氣。利用渦流管冷卻，不消耗外功，高溫?zé)崃靠梢曰厥绽茫幌蛲饨缟⑹В梢赃_到工質(zhì)的液化溫度，減小壓縮功。而且渦流管具有很多優(yōu)點，如性能安全可靠、溫度可調(diào)整、安裝拆卸維護方便、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、價格便宜、無轉(zhuǎn)動部件、可連續(xù)長時間工作、壽命長等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種利用渦流管的高效熱力循環(huán)系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的工質(zhì)在冷卻過程熱量散失、壓縮過程壓縮功大、熱力循環(huán)效率低的問題，采用渦流管冷卻的方法，不消耗外功，高溫?zé)崃靠梢曰厥绽?，不向外界散失熱量，可以實現(xiàn)膨脹做功后的氣態(tài)工質(zhì)的冷卻液化，使用液體工質(zhì)栗，減小壓縮功，提高了系統(tǒng)的循環(huán)熱效率。
[0005]本發(fā)明是基于朗肯循環(huán)的熱力循環(huán)系統(tǒng)，主要由工質(zhì)栗、熱交換器、膨脹機和渦流管分流冷卻單元組成，工質(zhì)栗出口通過熱交換器與膨脹機相連，膨脹機和工質(zhì)栗之間設(shè)置冷卻單元，解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是冷卻單元為渦流管分流冷卻單元，渦流管分流冷卻單元由若干渦流管組合而成，渦流管分流冷卻單元分離的低溫液態(tài)工質(zhì)進入工質(zhì)栗的進口，渦流管分流冷卻單元分離的高溫氣態(tài)工質(zhì)進入若干個熱交換器與循環(huán)系統(tǒng)高壓側(cè)的低溫工質(zhì)進行換熱，換熱后溫度降低的工質(zhì)也進入工質(zhì)栗的進口，使工質(zhì)栗進口處氣態(tài)工質(zhì)與液態(tài)工質(zhì)的熱量比例合適，實現(xiàn)工質(zhì)栗進口處工質(zhì)全部液化。
[0006]上述渦流管分流冷卻單元包括多級渦流管組合，渦流管低溫端出口達到液體狀態(tài)的工質(zhì)直接進入工質(zhì)栗進口，高溫端出口工質(zhì)再進入下一級渦流管繼續(xù)分流或者進入熱交換器與循環(huán)系統(tǒng)高壓側(cè)的低溫工質(zhì)進行換熱降溫，溫度降低后的工質(zhì)再次進入渦流管分流冷卻，低溫端出口液化的工質(zhì)進入工質(zhì)栗進口，高溫端出口的工質(zhì)再次進入熱交換器與循環(huán)系統(tǒng)高壓側(cè)的低溫工質(zhì)換熱，經(jīng)過多級渦流管分流冷卻和多次與低溫工質(zhì)換熱，絕大部分工質(zhì)達到液化溫度以液態(tài)形式進入工質(zhì)栗進口，僅有極少部分工質(zhì)未被液化，將未被液化的極少部分工質(zhì)并入工質(zhì)栗進口處，工質(zhì)栗進口處氣態(tài)工質(zhì)與液態(tài)工質(zhì)的熱量比例合適，使工質(zhì)栗進口處所有工質(zhì)為液態(tài)。
[0007]本發(fā)明系統(tǒng)工作原理:工質(zhì)以液態(tài)形式進入工質(zhì)栗，低溫低壓的液態(tài)工質(zhì)經(jīng)過工質(zhì)栗增壓變?yōu)榈蜏馗邏旱墓べ|(zhì)，經(jīng)工質(zhì)栗增壓后的高壓工質(zhì)連續(xù)經(jīng)過多個熱交換器，吸收熱量溫度升高，熱交換器的熱量分別為來自膨脹機做功后工質(zhì)的熱量和渦流管分流冷卻單元分流后高溫端出口工質(zhì)的熱量，最后經(jīng)過熱交換器吸收外界熱源的熱量，例如高溫?zé)煔?、廢氣余熱或者太陽能等，從而形成高溫高壓的工質(zhì)，達到過熱蒸汽或者超臨界流體的狀態(tài)，經(jīng)過膨脹機膨脹做功，做功后的氣態(tài)工質(zhì)與循環(huán)系統(tǒng)高壓側(cè)低溫的工質(zhì)進行換熱，然后再進入渦流管分流冷卻單元在其中分流冷卻，經(jīng)過多級渦流管的分流，液化的低溫工質(zhì)回到工質(zhì)栗進口，高溫工質(zhì)經(jīng)過熱交換器降溫，再經(jīng)渦流管分流冷卻，再換熱，經(jīng)過多級渦流管，高溫工質(zhì)的流量越來越少，攜帶的熱量也越來越少，最后僅剩微量氣態(tài)工質(zhì)的時候并入工質(zhì)栗進口，工質(zhì)栗進口處氣態(tài)工質(zhì)與液態(tài)工質(zhì)的熱量比例合適，使工質(zhì)栗進口處所有工質(zhì)為液態(tài)，完成一次熱力循環(huán)。
[0008]本發(fā)明通過渦流管分流冷卻單元對膨脹做功后的氣態(tài)工質(zhì)進行分流冷卻，將氣態(tài)工質(zhì)變?yōu)橐簯B(tài)，減小工質(zhì)栗的壓縮功，而且高溫工質(zhì)攜帶的熱量可以回收利用，沒有熱量散失，提高了熱力循環(huán)系統(tǒng)凈效率。該熱力循環(huán)系統(tǒng)是一個封閉式的系統(tǒng)，整個循環(huán)過程除了設(shè)備的散熱，沒有熱量排放到外界，不產(chǎn)生污染，僅有工質(zhì)栗耗功，并可吸收清潔能源(太陽能、空氣能等)或者工業(yè)廢氣的熱量，不破壞環(huán)境，循環(huán)效率高，節(jié)能高效。
【附圖說明】
[0009]下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明進一步說明。
[0010]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的工作原理示意圖；
圖2是本發(fā)明系統(tǒng)渦流管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖中1工質(zhì)栗、2熱交換器一、3膨脹機、4熱交換器二、5第一級渦流管、6第二級渦流管、7第三級渦流管、8第四級渦流管、9第五級渦流管、10熱交換器三、11熱交換器四、12噴嘴、13低溫端管、14高溫端管、15渦流室、16分離孔板、17調(diào)節(jié)閥。
【具體實施方式】
[0012]如圖1和圖2所示，一種利用渦流管的高效熱力循環(huán)系統(tǒng)，主要由工質(zhì)栗1、熱交換器一 2和膨脹機3組成，工質(zhì)栗1出口通過熱交換器一 2與膨脹機3相連，膨脹機3和工質(zhì)栗1之間設(shè)置冷卻單元，冷卻單元為渦流管分流冷卻單元，渦流管分流冷卻單元包括五級渦流管組合，渦流管是一種結(jié)構(gòu)非常簡單的能量分離裝置，它是由噴嘴12、渦流室15、分離孔板16、低溫端管13、高溫端管14和調(diào)節(jié)閥17組成，第一級渦流管5和第三級渦流管7分離的低溫液態(tài)工質(zhì)進入工質(zhì)栗1的進口，第二級渦流管6和第三級渦流管7分離的高溫氣態(tài)工質(zhì)通過兩個熱交換器三10與循環(huán)系統(tǒng)高壓側(cè)低溫工質(zhì)換熱后進入第四級渦流管8，第四級渦流管8和第五級渦流管9分離的低溫液態(tài)工質(zhì)進入工質(zhì)栗1的進口，第五級渦流管9分離的高溫氣態(tài)工質(zhì)通過熱交換器四11與工質(zhì)栗1出口低溫工質(zhì)換熱后進入工質(zhì)栗1的進口。
[0013]本發(fā)明系統(tǒng)工作原理:工質(zhì)以液態(tài)形式進入工質(zhì)栗1，低溫低壓的工質(zhì)經(jīng)過工質(zhì)栗1變?yōu)榈蜏馗邏旱墓べ|(zhì)，經(jīng)工質(zhì)栗增壓后的高壓工質(zhì)先后經(jīng)過熱交換器四11、熱交換器三10和熱交換器二 4，吸收熱量溫度升高，熱交換器四11的熱量來自第五級渦流管9分流后高溫端出口工質(zhì)的熱量，熱交換器三10的熱量來自第二級渦流管6和第三級渦流管7分流后高溫端出口工質(zhì)的熱量，熱交換器二 4的熱量來自膨脹機做功后工質(zhì)的熱量，最后經(jīng)過熱交換器一 2吸收外界熱源的熱量，例如高溫?zé)煔?、廢氣余熱或者太陽能等，從而形成高溫高壓的工質(zhì)，達到過熱蒸汽或者超臨界流體的狀態(tài)，再經(jīng)過膨脹機膨脹做功，壓力和溫度降低后的氣態(tài)工質(zhì)經(jīng)過熱交換器二 4與循環(huán)系統(tǒng)高壓側(cè)的低溫工質(zhì)換熱后溫度再次降低，然后進入第一級渦流管5進行分流冷卻，第一級渦流管5低溫端出口的液態(tài)工質(zhì)進入工質(zhì)栗1進口，第一級渦流管5高溫端出口的工質(zhì)進入第二級渦流管6，第二級渦流管6低溫端出口的工質(zhì)沒有達到液化溫度，進入第三級渦流管7繼續(xù)分流，第二級渦流管6和第三級渦流管7高溫端出口的工質(zhì)經(jīng)兩個熱交換器三10降溫，再進入第四級渦流管8和第五級渦流管9分流冷卻，第四級渦流管8和第五級渦流管9低溫端出口的液態(tài)工質(zhì)進入工質(zhì)栗1進口，第五級渦流管9高溫端出口的工質(zhì)進入熱交換器四11與工質(zhì)栗1出口的低溫工質(zhì)進行換熱，經(jīng)過多級渦流管，高溫工質(zhì)流量越來越少，攜帶的熱量也越來越少，最后僅剩微量氣態(tài)工質(zhì)的時候并入工質(zhì)栗進口，工質(zhì)栗進口處氣態(tài)工質(zhì)與液態(tài)工質(zhì)的熱量比例合適，使工質(zhì)栗進口處所有工質(zhì)為液態(tài)，完成一次熱力循環(huán)。
[0014]本【具體實施方式】中采用了五級渦流管的多級組合，但是不同的工質(zhì)、不同的工作壓力和溫度，使用不同數(shù)量的渦流管、渦流管使用不同的組合方式才能達到最優(yōu)的效果。根據(jù)渦流管的實際性能，通過靈活多級組合，調(diào)整工質(zhì)栗進口處氣態(tài)工質(zhì)與液態(tài)工質(zhì)的比例，能夠使工質(zhì)全部液化進入工質(zhì)栗進口，實現(xiàn)熱力循環(huán)。
【主權(quán)項】
1.一種利用渦流管的高效熱力循環(huán)系統(tǒng)，是基于朗肯循環(huán)的熱力循環(huán)系統(tǒng)，主要由工質(zhì)栗、熱交換器、膨脹機和渦流管分流冷卻單元組成，工質(zhì)栗出口通過熱交換器與膨脹機相連，膨脹機和工質(zhì)栗之間設(shè)置冷卻單元，其特征是冷卻單元為渦流管分流冷卻單元，渦流管分流冷卻單元由若干渦流管組合而成，渦流管分流冷卻單元分離的低溫液態(tài)工質(zhì)進入工質(zhì)栗的進口，渦流管分流冷卻單元分離的高溫氣態(tài)工質(zhì)進入若干個熱交換器與循環(huán)系統(tǒng)高壓側(cè)的低溫工質(zhì)進行換熱，換熱后溫度降低的工質(zhì)也進入工質(zhì)栗的進口，使工質(zhì)栗進口處氣態(tài)工質(zhì)與液態(tài)工質(zhì)的熱量比例合適，實現(xiàn)工質(zhì)栗進口處工質(zhì)全部液化。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用渦流管的高效熱力循環(huán)系統(tǒng)，其特征是渦流管分流冷卻單元包括多級渦流管組合，渦流管低溫端出口達到液體狀態(tài)的工質(zhì)直接進入工質(zhì)栗進口，高溫端出口工質(zhì)再進入下一級渦流管繼續(xù)分流或者進入熱交換器與循環(huán)系統(tǒng)高壓側(cè)的低溫工質(zhì)進行換熱降溫，溫度降低后的工質(zhì)再次進入渦流管分流冷卻，低溫端出口液化的工質(zhì)進入工質(zhì)栗進口，高溫端出口的工質(zhì)再次進入熱交換器與循環(huán)系統(tǒng)高壓側(cè)的低溫工質(zhì)換熱，經(jīng)過多級渦流管分流冷卻和多次與低溫工質(zhì)換熱，絕大部分工質(zhì)達到液化溫度以液態(tài)形式進入工質(zhì)栗進口，僅有極少部分工質(zhì)未被液化，將未被液化的極少部分工質(zhì)并入工質(zhì)栗進口處，工質(zhì)栗進口處氣態(tài)工質(zhì)與液態(tài)工質(zhì)的熱量比例合適，使工質(zhì)栗進口處所有工質(zhì)為液態(tài)。
【專利摘要】利用渦流管的高效熱力循環(huán)系統(tǒng)，主要由工質(zhì)泵、熱交換器、膨脹機和渦流管分流冷卻單元組成。渦流管分流冷卻單元由若干渦流管組合而成，渦流管分離出的液態(tài)工質(zhì)直接進入工質(zhì)泵進口，氣態(tài)工質(zhì)進入熱交換器與循環(huán)系統(tǒng)高壓側(cè)的低溫工質(zhì)換熱，溫度降低后的工質(zhì)再次進入渦流管分流冷卻，液態(tài)工質(zhì)進入工質(zhì)泵進口，氣態(tài)工質(zhì)再次進入熱交換器與循環(huán)系統(tǒng)高壓側(cè)的低溫工質(zhì)換熱。經(jīng)過多級渦流管分流冷卻和多次與低溫工質(zhì)換熱，絕大部分工質(zhì)以液態(tài)形式進入工質(zhì)泵進口，僅有極少部分工質(zhì)未被液化，兩者比例合適，將兩者合并可以保證工質(zhì)泵進口處所有工質(zhì)為液態(tài)。本發(fā)明使用液體工質(zhì)泵對工質(zhì)增壓，泵的耗功減小，而且循環(huán)系統(tǒng)中熱量回收利用，熱效率高。
【IPC分類】F01K19/10, F25B9/04
【公開號】CN105401988
【申請?zhí)枴緾N201510972963
【發(fā)明人】靳宗寶, 劉煥英
【申請人】德州高科力液壓有限公司
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年12月23日