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一种磁制冷组分调控有机朗肯循环系统

专利查询2022-5-23  59

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1.本实用新型涉及发电技术领域,尤其是指一种磁制冷组分调控有机朗肯循环系统。


背景技术:

2.我国是能源消耗大国,化石能源的消耗呈逐年激增态势,造成了能源短缺和环境污染问题。开发新能源和提高化石能源的利用率成为缓解能源短缺和环境保护的重要措施。我国存在大量的工业余热和地热能,如能有效地回收和开发,这对缓解能源短缺和环境保护具有重要的意义。有机朗肯循环(简称orc)是一种热功转化技术,由于它操作简单和运行方便等优点,成为回收工业余热和开发地热能的有效手段。但由于余热回收效率低,系统变工况运行性能不理想等问题,导致我国还未能进行大规模的推广和商业化。
3.工质是热功转化的载体,根据orc所使用的工质,可将其分为纯工质orc和非共沸orc系统,由于同等运行条件下,非共沸orc系统具有更好的热力学性能和更好的余热回收效率,成为目前研究热点。但系统变工况运行性能仍然受限于传统运行策略。非共沸工质是由两种或者两种以上的纯工质混合而成,不同的混合组分比,对工质的热物性影响巨大。而系统在不同的工况下运行,对最佳的工质组分比提出了新的要求,而如果能根据系统的运行规律,来实时调控工质的组分比,这将能在很大程度上提高系统运行的灵活性。
4.传统的组分调控方法主要是采用蒸馏塔进行调控,也就是给orc额外配置一个蒸馏塔组分调控装置,但该方法会加重orc投资成本;t型管组分调控方法比较简单,但调控组分的范围有限,主要是用来克服组分迁移对系统的影响;分液冷凝组分调控方法,是利用工质在冷凝器冷凝过程中,将气液及时分离出来,从而实现组分的调控,但该方法会受限于冷凝器的设计结构,同时该分离效果对空气温度的变化非常敏感。因此,亟需一种快捷、稳定、有效的组分调控方法,来提高系统变工况运行性能。


技术实现要素:

5.本实用新型针对现有技术的问题提供一种磁制冷组分调控有机朗肯循环系统,结构新颖、设计巧妙,磁制冷材料在放热的时候,可以用来蒸发液态工质,而在吸热的时候,可以用来冷凝气态工质,进而完成一个完整的闭合传热循环;工质在蒸发的时候将会产生两相流,对气液进行分离,将能获得不同的工质组分比,从而实现组分的调控,可实现快捷、稳定和有效地组分调控。
6.为了解决上述技术问题,本实用新型采用如下技术方案:
7.本实用新型提供的一种磁制冷组分调控有机朗肯循环系统,包括磁制冷组分调控系统、三向阀和非共沸orc系统,所述磁制冷组分调控系统通过三向阀与非共沸orc系统连接;
8.所述磁制冷组分调控系统包括磁制冷设备、高沸点工质储液罐和低沸点工质储液罐;
9.所述非共沸orc系统包括依次连接的工质泵、蒸发器、膨胀机、冷凝器和0rc循环工质储液罐;
10.所述磁制冷设备的蒸发端工质入口与三向阀连接,所述磁制冷设备的蒸发端液态工质出口与高沸点工质储液罐的入口连接,所述磁制冷设备的蒸发端气态工质出口与所述磁制冷设备的冷凝端工质入口连接,所述磁制冷设备的冷凝端液态工质出口与低沸点工质储液罐的入口连接,高沸点工质储液罐的出口和低沸点工质储液罐的出口均通过阀门与0rc循环工质储液罐连接。
11.其中,所述磁制冷设备包括蒸发端密封端盖、加热条纹板、单向放热二极管、电磁铁、隔热箱体、单向制冷二极管、冷凝条纹板、冷凝端密封端盖和磁制冷材料;所述蒸发端密封端盖装设在所述隔热箱体的前端面,所述加热条纹板装设在所述隔热箱体和所述蒸发端密封端盖之间,所述磁制冷材料位于所述隔热箱体内,所述单向放热二极管设置于所述磁制冷材料和所述加热条纹板之间;所述电磁铁设置在所述隔热箱体的侧面;所述冷凝端密封端盖装设在所述隔热箱体的后端面,所述冷凝条纹板装设在所述冷凝端密封端盖和所述隔热箱体之间,所述单向制冷二极管装设于所述磁制冷材料和所述冷凝条纹板之间。
12.其中,所述电磁铁设置有两个,两个所述电磁铁分别装设在所述隔热箱体的两侧面。
13.其中,所述单向放热二极管和所述单向制冷二极管均设置有多个。
14.其中,所述加热条纹板的表面左下角平行设置有多条第一斜条纹;所述加热条纹板的表面右下角平行设置有多条第二斜条纹。
15.其中,所述第一斜条纹与所述第二斜条纹呈交错设置。
16.其中,所述第一斜条纹与所述第二斜条纹呈垂直设置。
17.其中,所述冷凝条纹板的表面平行设置有多条第三斜条纹。
18.本实用新型的有益效果:
19.本实用新型结构新颖、设计巧妙,磁制冷材料在放热的时候,可以用来蒸发液态工质,而在吸热的时候,可以用来冷凝气态工质,进而完成一个完整的闭合传热循环;工质在蒸发的时候将会产生两相流,对气液进行分离,将能获得不同的工质组分比,从而实现组分的调控,可实现快捷、稳定和有效地组分调控。
附图说明
20.图1为本实用新型的一种磁制冷组分调控有机朗肯循环系统的结构示意图。
21.图2为本实用新型的磁制冷设备的结构示意图。
22.图3为本实用新型的隔热箱体的结构示意图。
23.图4为本实用新型的加热条纹板的结构示意图。
24.图5为本实用新型的冷凝条纹板的结构示意图。
25.在图1至图5中的附图标记包括:
26.1、蒸发端密封端盖;2、加热条纹板;3、单向放热二极管;4、电磁铁;5、隔热箱体;6、单向制冷二极管;7、冷凝条纹板;8、冷凝端密封端盖;9、磁制冷材料;10、工质泵;11、蒸发器;12、膨胀机;13、冷凝器;14、0rc循环工质储液罐;15、高沸点工质储液罐;16、低沸点工质储液罐;17、磁制冷设备;18、三向阀;19、第一斜条纹;20、第二斜条纹;21、第三斜条纹;
27.30、蒸发端工质入口;31、冷凝端液态工质出口;32、蒸发端气态工质出口;33、冷凝端工质入口;41、蒸发端液态工质出口。
具体实施方式
28.为了便于本领域技术人员的理解,下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步的说明,实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。以下结合附图对本实用新型进行详细的描述。
29.一种磁制冷组分调控有机朗肯循环系统,如图1至图5所示,包括磁制冷组分调控系统、三向阀18和非共沸orc系统,磁制冷组分调控系统通过三向阀18与非共沸orc系统连接;
30.磁制冷组分调控系统包括磁制冷设备17、高沸点工质储液罐15和低沸点工质储液罐16;
31.非共沸orc系统包括依次连接的工质泵10、蒸发器11、膨胀机12、冷凝器13和0rc循环工质储液罐14;
32.磁制冷设备17的蒸发端工质入口30与三向阀18连接,磁制冷设备17的蒸发端液态工质出口41与高沸点工质储液罐15的入口连接,磁制冷设备17的蒸发端气态工质出口32与磁制冷设备17的冷凝端工质入口33连接,磁制冷设备17的冷凝端液态工质出口31与低沸点工质储液罐16的入口连接,高沸点工质储液罐15的出口和低沸点工质储液罐16的出口均通过阀门与0rc循环工质储液罐14连接。
33.本实施例中,磁制冷设备17包括蒸发端密封端盖1、加热条纹板2、单向放热二极管3、电磁铁4、隔热箱体5、单向制冷二极管6、冷凝条纹板7、冷凝端密封端盖8和磁制冷材料9;蒸发端密封端盖1装设在隔热箱体5的前端面,加热条纹板2装设在隔热箱体5和蒸发端密封端盖1之间,磁制冷材料9位于隔热箱体5内,单向放热二极管3设置于磁制冷材料9和加热条纹板2之间;电磁铁4设置在隔热箱体5的侧面;冷凝端密封端盖8装设在隔热箱体5的后端面,冷凝条纹板7装设在冷凝端密封端盖8和隔热箱体5之间,单向制冷二极管6装设于磁制冷材料9和冷凝条纹板7之间;其中,电磁铁4设置有两个,两个电磁铁4分别装设在隔热箱体5的两侧面;其中,单向放热二极管3和单向制冷二极管6均设置有多个。
34.具体地,本实用新型结构新颖、设计巧妙,单向放热二极管3是用来传导磁性材料放出来的热量,单向制冷二极管6是用来传导磁性材料放出来的冷量;其中,工质在泵的输送下,从蒸发端工质入口30进入到蒸发端加热条纹板2吸热蒸发,混合工质中的轻组分工质吸热蒸发成气态,经过蒸发端气态工质出口32溢出,液态工质在重力的作用下,经过蒸发端液态工质出口41流出,并储存在高沸点工质储液罐15;
35.气态工质经过流动,进入到冷凝端冷凝条纹板7上冷凝,冷凝液经过冷凝端液态工质出口31流出,并储存在低沸点工质储液罐16。同时,改变电磁铁4的电流来影响磁场的强弱,从而影响工质的冷凝过程,进而影响储液罐中的工质组分,进而达到组分调控的目的,且其能克服环境温度的影响,可实现快捷、稳定和有效地组分调控。
36.磁制冷是一种环保、节能的制冷技术,磁性材料在被磁化时,温度上升,对外界释放热量;退磁时,温度下降,对外界吸收热量。其运行原理简单、无运动部件、能量消耗低,目前已成功运用于制冷冰箱,可实现零度以下的制冷温度。而利用磁制冷进行组分调控,目前
暂未有相关的手段公开。本专利申请中,磁制冷材料9在放热的时候,可以用来蒸发液态工质,而在吸热的时候,可以用来冷凝气态工质,进而完成一个完整的闭合传热循环;工质在蒸发的时候将会产生两相流,对气液进行分离,将能获得不同的工质组分比,从而实现组分的调控。
37.本实施例中,加热条纹板2的表面左下角平行设置有多条第一斜条纹19;加热条纹板2的表面右下角平行设置有多条第二斜条纹20,第一斜条纹19与第二斜条纹20呈交错设置,进一步的,第一斜条纹19与第二斜条纹20呈垂直设置。具体地,第一斜条纹19用于导流液体,第二斜条纹20用于导流气体。
38.本实施例中,冷凝条纹板7的表面平行设置有多条第三斜条纹21。具体地,该第三斜条纹21用于增强换热和导流,结构新颖。
39.以上所述,仅是本实用新型较佳实施例而已,并非对本实用新型作任何形式上的限制,虽然本实用新型以较佳实施例公开如上,然而并非用以限定本实用新型,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本实用新型技术方案范围内,当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本实用新型技术方案内容,依据本实用新型技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均属于本实用新型技术方案的范围内。

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