[发明专利]基于布朗循环的中低温混合工质热电联合循环

说明书

技术领域：火、核发电 热电联产 分布式热电冷联供 煤基多联产 

技术背景：

(一)、前言： 

能源动力系统研究的导向主要取决于世界能源发展与结构变化的趋势和能源科学本身研究的发展。其研究可分为3代：第一代的研究以热力学第一定律为基础，一般通过提高循环热力参数与部件内效率来求得较高的热效率；第二代的特点是基于第二定律，注重能的品位差别与梯级利用以及不同循环有机结合，提出总能系统；第三代的研究突出可持续发展概念，注重总能系统与高效洁净利用、优化经济效果结合和能源与环境综合渗透。 

常规的化石能源动力系统存在四大弊病：燃烧过程燃料品位的重大损失，高温段热能转换利用的断层，低温段大量中低温热能排放损失以及对生态环境严重污染。为此，人们不断提出能量转换利用新概念、工程热物理过程新机理、热力循环新构思以及能源动力发展新模式，在传统能源科学基础上不断开拓新的研究热点。它们通常是提高能源资源利用率和改善生态环境的关键与突破口，旨在建立革命性的能源动力系统。新一代能源动力系统是一个更加复杂的系统，其研究对象为物理层次的复杂性科学，除了更深入研究共性问题(系统模拟与综合优化，系统集成、功能及特性，系统多目标评价准则以及系统的调控与筹划等)外，目前基于不同的发展目标，主要研究方向有：①热力循环创新与能量转换利用新机理；②多功能的能源动力系统；③多能源的综合利用系统；④无公害的能源动力系统；⑤中低温能源转换利用系统等。 

热力循环是动力系统发展的理论基础。多年来，各种热力循环的改进原则上都是遵循一方面不断提高循环的最高温度与最低温度之比和提高部件性能；另一方面使实际循环尽量接近理想的卡诺循环的方向进行。 

目前，人们已对几乎所有的简单循环进行过详尽分析，对这些简单循环的特性已有了全面的掌握。现在人们开始把目光转向如何构建新的循环，并尽量提高 其热力学性能上来。在能源与动力领域，通过热力循环实现机械能的输出，围绕热力循环的研究是能源利用转换领域的永久课题，能源高效、洁净开发利用需要相应热力循环的开拓性基础研究。 

(二)、毛细泵回路热管(CPL)： 

毛细泵回路热管(CPL)主要由以下部分组成：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)。毛细泵回路的原理图如图1.所示。 

工作液体在蒸发器内从热源吸收热量而蒸发汽化，产生的蒸汽经过蒸汽通道进入冷凝器，蒸汽在冷凝器内放出热量而凝结成液体，液体由于毛细结构提供的毛细力而经过液体通道回到蒸发器。如此循环，回路内的工质以相变传热的形式不断的将热量从蒸发器传向冷凝器。隔离器设置在液体管道进入蒸发器的入口处，其作用是收集液体通道所输送的不凝结气体和蒸汽气泡，防止它们进入蒸发器的毛细芯而阻塞液体流动。储液器适用于温度调控和蒸发器的启动以及运行过程中任何情况的再启动。CPL作为热控元件，它具有如下特点： 

(1)CPL具有较高的传热能力和等温性。由于在CPL回路中，蒸汽和液体的通道是完全分开的，所以不存在普通热管中的携带极限。除了蒸发器外，其余部分都可以采用光滑管道，这就减少了系统的压力损失，从而使得CPL的传热能力比普通热管高。在CPL回路中流体的相变过程几乎是在等温下完成的，因此，CPL系统的等温性非常好。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。 

在液体中添加纳米颗粒显著提高了液体的导热系数，其原因可能有以下两方面：氧化铜—水纳米流体