利用渦流管的高效熱力循環系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及熱量循環利用技術和渦流管冷卻技術領域，具體涉及一種利用渦流管的高效熱力循環系統。
【背景技術】
[0002]利用渦流管的高效熱力循環系統，是基于朗肯循環的熱力循環系統。朗肯循環是指以水蒸氣作為工質的一種理想循環過程，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。目前，國內外研究開發的朗肯循環熱力系統，包括有機朗肯循環和超臨界朗肯循環。有機朗肯循環是以低沸點有機物為工質的朗肯循環，超臨界朗肯循環是以超臨界流體為工質的朗肯循環，這兩種熱力循環目前主要應用在低溫余熱發電循環系統中。在現有的基于朗肯循環的熱力循環系統中，存在的問題是在循環工質冷卻過程中，系統的熱量向外界散失，造成能源浪費，或者在循環工質壓縮過程中，使用壓氣機，消耗的壓縮功大，這些情況都降低了熱力循環熱效率。
[0003]渦流管是一種沒有運動部件，結構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，通過渦流管內部能量轉換，一端產生冷空氣，一端產生熱空氣。利用渦流管冷卻，不消耗外功，高溫熱量可以回收利用，不向外界散失，可以達到工質的液化溫度，減小壓縮功。而且渦流管具有很多優點，如性能安全可靠、溫度可調整、安裝拆卸維護方便、結構緊湊、質量輕、價格便宜、無轉動部件、可連續長時間工作、壽命長等。
【發明內容】
[0004]本發明提供了一種利用渦流管的高效熱力循環系統，以解決現有技術存在的工質在冷卻過程熱量散失、壓縮過程壓縮功大、熱力循環效率低的問題，采用渦流管冷卻的方法，不消耗外功，高溫熱量可以回收利用，不向外界散失熱量，可以實現膨脹做功后的氣態工質的冷卻液化，使用液體工質栗，減小壓縮功，提高了系統的循環熱效率。
[0005]本發明是基于朗肯循環的熱力循環系統，主要由工質栗、熱交換器、膨脹機和渦流管分流冷卻單元組成，工質栗出口通過熱交換器與膨脹機相連，膨脹機和工質栗之間設置冷卻單元，解決其技術問題所采用的技術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工質進入工質栗的進口，渦流管分流冷卻單元分離的高溫氣態工質進入若干個熱交換器與循環系統高壓側的低溫工質進行換熱，換熱后溫度降低的工質也進入工質栗的進口，使工質栗進口處氣態工質與液態工質的熱量比例合適，實現工質栗進口處工質全部液化。
[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的工質直接進入工質栗進口，高溫端出口工質再進入下一級渦流管繼續分流或者進入熱交換器與循環系統高壓側的低溫工質進行換熱降溫，溫度降低后的工質再次進入渦流管分流冷卻，低溫端出口液化的工質進入工質栗進口，高溫端出口的工質再次進入熱交換器與循環系統高壓側的低溫工質換熱，經過多級渦流管分流冷卻和多次與低溫工質換熱，絕大部分工質達到液化溫度以液態形式進入工質栗進口，僅有極少部分工質未被液化，將未被液化的極少部分工質并入工質栗進口處，工質栗進口處氣態工質與液態工質的熱量比例合適，使工質栗進口處所有工質為液態。
[0007]本發明系統工作原理:工質以液態形式進入工質栗，低溫低壓的液態工質經過工質栗增壓變為低溫高壓的工質，經工質栗增壓后的高壓工質連續經過多個熱交換器，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的熱量和渦流管分流冷卻單元分流后高溫端出口工質的熱量，最后經過熱交換器吸收外界熱源的熱量，例如高溫煙氣、廢氣余熱或者太陽能等，從而形成高溫高壓的工質，達到過熱蒸汽或者超臨界流體的狀態，經過膨脹機膨脹做功，做功后的氣態工質與循環系統高壓側低溫的工質進行換熱，然后再進入渦流管分流冷卻單元在其中分流冷卻，經過多級渦流管的分流，液化的低溫工質回到工質栗進口，高溫工質經過熱交換器降溫，再經渦流管分流冷卻，再換熱，經過多級渦流管，高溫工質的流量越來越少，攜帶的熱量也越來越少，最后僅剩微量氣態工質的時候并入工質栗進口，工質栗進口處氣態工質與液態工質的熱量比例合適，使工質栗進口處所有工質為液態，完成一次熱力循環。
[0008]本發明通過渦流管分流冷卻單元對膨脹做功后的氣態工質進行分流冷卻，將氣態工質變為液態，減小工質栗的壓縮功，而且高溫工質攜帶的熱量可以回收利用，沒有熱量散失，提高了熱力循環系統凈效率。該熱力循環系統是一個封閉式的系統，整個循環過程除了設備的散熱，沒有熱量排放到外界，不產生污染，僅有工質栗耗功，并可吸收清潔能源(太陽能、空氣能等)或者工業廢氣的熱量，不破壞環境，循環效率高，節能高效。
【附圖說明】
[0009]下面結合附圖和實施方式對本發明進一步說明。
[0010]圖1是本發明系統的工作原理示意圖；
圖2是本發明系統渦流管的結構示意圖。
[0011]圖中1工質栗、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調節閥。
【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系統，主要由工質栗1、熱交換器一 2和膨脹機3組成，工質栗1出口通過熱交換器一 2與膨脹機3相連，膨脹機3和工質栗1之間設置冷卻單元，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，渦流管是一種結構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和調節閥17組成，第一級渦流管5和第三級渦流管7分離的低溫液態工質進入工質栗1的進口，第二級渦流管6和第三級渦流管7分離的高溫氣態工質通過兩個熱交換器三10與循環系統高壓側低溫工質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分離的低溫液態工質進入工質栗1的進口，第五級渦流管9分離的高溫氣態工質通過熱交換器四11與工質栗1出口低溫工質換熱后進入工質栗1的進口。
[0013]本發明系統工作原理:工質以液態形式進入工質栗1，低溫低壓的工質經過工質栗1變為低溫高壓的工質，經工質栗增壓后的高壓工質先后經過熱交換器四11、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的熱量，熱交換器二 4的熱量來自膨脹機做功后工質的熱量，最后經過熱交換器一 2吸收外界熱源的熱量，例如高溫煙氣、廢氣余熱或者太陽能等，從而形成高溫高壓的工質，達到過熱蒸汽或者超臨界流體的狀態，再經過膨脹機膨脹做功，壓力和溫度降低后的氣態工質經過熱交換器二 4與循環系統高壓側的低溫工質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低溫端出口的液態工質進入工質栗1進口，第一級渦流管5高溫端出口的工質進入第二級渦流管6，第二級渦流管6低溫端出口的工質沒有達到液化溫度，進入第三級渦流管7繼續分流，第二級渦流管6和第三級渦流管7高溫端出口的工質經兩個熱交換器三10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低溫端出口的液態工質進入工質栗1進口，第五級渦流管9高溫端出口的工質進入熱交換器四11與工質栗1出口的低溫工質進行換熱，經過多級渦流管，高溫工質流量越來越少，攜帶的熱量也越來越少，最后僅剩微量氣態工質的時候并入工質栗進口，工質栗進口處氣態工質與液態工質的熱量比例合適，使工質栗進口處所有工質為液態，完成一次熱力循環。
[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、不同的工作壓力和溫度，使用不同數量的渦流管、渦流管使用不同的組合方式才能達到最優的效果。根據渦流管的實際性能，通過靈活多級組合，調整工質栗進口處氣態工質與液態工質的比例，能夠使工質全部液化進入工質栗進口，實現熱力循環。
【主權項】
1.一種利用渦流管的高效熱力循環系統，是基于朗肯循環的熱力循環系統，主要由工質栗、熱交換器、膨脹機和渦流管分流冷卻單元組成，工質栗出口通過熱交換器與膨脹機相連，膨脹機和工質栗之間設置冷卻單元，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工質進入工質栗的進口，渦流管分流冷卻單元分離的高溫氣態工質進入若干個熱交換器與循環系統高壓側的低溫工質進行換熱，換熱后溫度降低的工質也進入工質栗的進口，使工質栗進口處氣態工質與液態工質的熱量比例合適，實現工質栗進口處工質全部液化。2.根據權利要求1所述的利用渦流管的高效熱力循環系統，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的工質直接進入工質栗進口，高溫端出口工質再進入下一級渦流管繼續分流或者進入熱交換器與循環系統高壓側的低溫工質進行換熱降溫，溫度降低后的工質再次進入渦流管分流冷卻，低溫端出口液化的工質進入工質栗進口，高溫端出口的工質再次進入熱交換器與循環系統高壓側的低溫工質換熱，經過多級渦流管分流冷卻和多次與低溫工質換熱，絕大部分工質達到液化溫度以液態形式進入工質栗進口，僅有極少部分工質未被液化，將未被液化的極少部分工質并入工質栗進口處，工質栗進口處氣態工質與液態工質的熱量比例合適，使工質栗進口處所有工質為液態。
【專利摘要】利用渦流管的高效熱力循環系統，主要由工質泵、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工質直接進入工質泵進口，氣態工質進入熱交換器與循環系統高壓側的低溫工質換熱，溫度降低后的工質再次進入渦流管分流冷卻，液態工質進入工質泵進口，氣態工質再次進入熱交換器與循環系統高壓側的低溫工質換熱。經過多級渦流管分流冷卻和多次與低溫工質換熱，絕大部分工質以液態形式進入工質泵進口，僅有極少部分工質未被液化，兩者比例合適，將兩者合并可以保證工質泵進口處所有工質為液態。本發明使用液體工質泵對工質增壓，泵的耗功減小，而且循環系統中熱量回收利用，熱效率高。
【IPC分類】F01K19/10, F25B9/04
【公開號】CN105401988
【申請號】CN201510972963
【發明人】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