[发明专利]一种闭合循环传热设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及闭合热力设备，比如热虹吸器和热管，该设备经常出 现在许多工程应用中，比如有机郎肯循环(Organic Rankine Cycle)中 的工作流体的直接加热。

背景技术

在这种设备中，热量主要通过潜热蒸发传递。在闭合系统内的固 定容积的传热流体通过在蒸发器中施加热量而蒸发。然后蒸气传到冷 凝器，在冷凝器中热量传递到一些其它的过程，蒸发的工作流体被冷 却介质冷凝。当热量散出后，冷凝的工作流体返回到蒸发器，从而完 成过程或重复过程。在大多数这种应用中，循环是连续的并且传递的 热量决定了连续蒸发和冷凝的工作流体的质量流量。在热虹吸器和热 管中，利用在行进到冷凝器的蒸气和回到蒸发器的冷凝物之间的密度 的显著的差异，以便产生重力返回路径，并且在这种系统中，冷凝器 必须总是位于比蒸发器高的高度上。然而，在冷凝器和蒸发器必须在 大约相同的高度上的情形下，例如在头上空间有限的情形下，可使用 泵使冷凝物返回到蒸发器。

如果不是必要的，则理想的是，在上面描述的类型的传热设备的 运行中，闭合系统只包含一种工作流体，或预先确定的流体混合物， 并且不存在在冷凝器的工作温度下不冷凝的气体。

对于涉及许多这种系统的特殊应用必须从循环中排除空气，如果 空气存在，则空气将趋向于在冷凝器中聚集，其使传热效率下降。同 样，空气会影响系统的压力/温度特性。实际上，在冷凝温度下不冷凝 的气体将占用系统的容积，于是使其不能用于潜热传递。

为了消除不可冷凝的气体，具体是空气，通常为了充入或填充这 种系统，常见的做法是，在引入为液体的工作流体之前，首先通过在 倒空的系统中实现真空，采取预防措施以确保空气及其他不可冷凝气 体不被引入。用这样的方式被引入系统的工作流体的容积从而限定可 用的蒸气空间。取决于工作流体的饱和特性，当系统为冷态时，这种 填充方法也意味着这种系统可以是真空条件。因此，当系统不运行时， 条件可以允许通过渗漏将空气引入到系统中。对于许多高温工作流体， 包括水，即对于在大气压下在超过系统的不运行温度的温度沸腾的工 作流体，将发生这种条件。

发明内容

本发明的目的是提供一种闭合循环传热设备和方法，所述设备和 方法包括在所述设备中补偿流体蒸气相的膨胀的装置，同时保证系统 内不存在不可冷凝气体。

根据本发明的一个方面，提供一种闭合循环传热设备，包括：蒸 发器和冷凝器；第一流体导管，该第一流体导管用于将加热的流体从 蒸发器传送到冷凝器；和第二流体导管，该第二流体导管用于使冷凝 物从冷凝器返回到蒸发器；其特性在于，膨胀装置，该膨胀装置连接 到第二流体导管并与第二流体导管连通，以接收来所述第二流体导管 中的液体冷凝物，从而补偿在至少第一流体导管中的流体蒸气相的膨 胀。

膨胀装置可以包括容器，该容器内部被柔性膜分成为若干密闭的 单独室，使得第一所述室与第二流体导管连通，第二所述室与第一室 隔离开，以容纳气体。

可以提供使第二所述室填充预定压力的气体的装置。

所述填充装置可以适合于调节第二所述室中的压力。

蒸发器可以是锅炉。

冷凝器可以是连接到用于在有机郎肯循环中加热工作流体的装置 的间接换热器。

可以提供用于使所述设备填充工作流体的装置。

冷凝器可以设置在相对于蒸发器升高的高度，从而作为热虹吸器 运行。

泵可以连接到第二流体导管以产生冷凝物到蒸发器的正返回流 动。

一个或多个另外的冷凝器可以连接到第一流体导管，并且通过调 节阀连接到第二流体导管。

根据本发明另一方面，提供一种使在闭合循环传热设备内的蒸气 相的工作流体膨胀的方法，所述设备包括：蒸发器和冷凝器；第一流 体导管，该第一流体导管用于将加热的流体从蒸发器传送到冷凝器； 和第二流体导管，该第二导管用于使冷凝物从冷凝器返回到蒸发器， 所述方法包括以下步骤：提供连接到第二流体导管的膨胀室，并且控 制液体相的工作流体进入膨胀室的流动，以补偿工作流体蒸气的膨胀。

首先可以将膨胀室填充到第一预定压力，于是将工作流体引入以 填充设备，然后将膨胀室中的压力降低到第二预定压力。

可以通过气体对着柔性膜的一侧作用，对膨胀室加压，所述柔性 膜的相对一侧与液体相的工作流体连通。

附图说明