[发明专利]基于布朗循环的中低温混合工质热电联合循环

权利要求书

1.采用毛细泵回路热管(CPL)是一种两相的高效传热装置作为吸热式热泵 的换热，提高冷凝热的利用充分发挥毛细泵回路热管(CPL)蒸发器、冷凝器、蒸 汽通道、液体通道储液器、隔离器以及控制系统(加热器和温度传感器)特点；

1)CPL具有较高的传热能力和等温性。CPL回路的压力损失小，使得CPL 系统可以实现长距离传热。

(2)CPL具有优良的控温特性。CPL可以利用控制系统将回路的工作温度调 控在所需的温度范围内。储液器和CPL回路相连通，因此二者具有相同的工作 压力，通过对储液器的加热或冷凝来调节系统的工作压力，从而调节冷凝器的 换热面积以达到控制系统的饱和工作温度。

(3)热分享特性。CPL的蒸发器可以由多个蒸发器并联而成，每个蒸发器的 热负荷可以有很大的不同，即使有的蒸发器没有负荷，由于系统内压力平衡和 各蒸发器的抽吸作用，它也可分享其余蒸发器的负荷，使系统温度一致。

(4)压力灌注特性。一旦个别蒸发器由于热负荷意外超载而出现干涸，可在 系统的继续运行中，通过加热储液器，进行压力灌注而使干涸的蒸发器恢复工 作。

(5)热二极管特性。冷凝器内没有毛细结构，因此热量只能从蒸发器传向冷 凝器，从此起到了热二极管的作用。

在液体中氧化铜—水纳米流体显著提高了液体的导热系数，其原因可能有 以下两方面：

a)、由于固体颗粒的导热系数远远大于液体的导热系数。固体颗粒的加入 改变了液体的结构，增强了混合物内部的能量传递过程，使得液体的导热系数 增大。纳米流体导热系数随着纳米颗粒体积分数的增大而增大。纳米颗粒的体 积分数越大，单位体积内液体分散的纳米颗粒越多，导致纳米颗粒与纳米颗粒 的热传导、纳米颗粒与液体的微对流增强，能量传递加快，热导率增大；纳米流 体的导热系数与构成纳米颗粒的材料的导热系数有关，构成纳米颗粒的材料的 导热系数越大，纳米流体的导热系数也越大。

b)、由于纳米颗粒的小尺寸效应，热管工作压力越低，纳米颗粒对热管换 热强化作用越显著，热管的换热系数最大提高了160％临界热流密度提高了120％； 存在着一个最佳的纳米颗粒质量浓度，在该浓度下，热管蒸发段的换热系数最 高。

2.见图(3)-(6)一个带有引射循环回路的涡轮发电系统。主要设备有 引射器、增压室、涡轮机和回路热管加热器。工作蒸气被引入喷管中作绝热膨 胀，产生的高速气流将已加热至90℃的冷凝热水引入混合室混合，混合蒸气体 在扩压室内绝热减速增压经两级增压或三级增压至150℃热水的压力增加至 3-5MPa进热水发电机与图5相对应(定压加热d-e)，进入气轮机绝热膨胀对外 作功，然后排入循环系统(定压放热f-o)；一部分蒸气温度与压力满足引射器正 常运行所需的入口条件。

3.引射循环系统分为两个回路见图(4)质量o的冷凝热水的工质作循环 o-c-d-e-f-o对外作功，而质量为a蒸汽的工质作引射循环a-b-c-d-e-o增压冷 凝热水。虽然冷凝热水和蒸汽的形态不同，但一者的热力性质很接近，而且一 般情况下所用的蒸汽与冷凝热水质量相比很小，可被忽略，所以整个循环过程 中始终是一定量的蒸汽工质在工作。喷管中的绝热膨胀过程在图(4)上是不可逆 的绝热过程。c表示蒸汽流体与引射冷凝热流体在混合室中混合后的状态，可逆 过程c-d表示混合后的液体在扩压室中的绝热压缩过程，实际过程伴有摩擦和 激波，是不可逆的。过程d-e被简化为定容加热过程。当将整个循环看成一个 整体时，单位质量工质总循环吸热量为Q，由定容加热和定压加热两部分得到。

图(5)引射循环发电系统温--熵(T-S)图。图(6)多级引射增压系统⑧的 系统图的布置与设计原则。