一種冷卻器及超臨界二氧化碳布雷頓循環發電系統的製作方法
2023-10-22 02:43:23
1.本發明屬於發電技術領域，尤其涉及一種冷卻器及超臨界二氧化碳布雷頓循環發電系統。
背景技術：
2.超臨界二氧化碳布雷頓循環發電系統以其發電效率高、環保無汙染等優勢被普遍認為是下一代革命性的發電技術，在600℃以上區域，相比於現有的蒸汽循環發電技術具有明顯的優勢。
3.超臨界二氧化碳的發電效率隨著壓縮機的進口溫度的下降而提高，這主要是因為壓縮機的進口溫度降低，密度也會降低，從而降低壓縮機的耗功。
4.而壓縮機進口溫度的降低依賴於冷卻器的冷卻能力，而目前的冷卻器主要是空冷技術，空冷的冷卻能力受限於環境溫度，空冷技術最多只能將超臨界二氧化碳冷卻至環境溫度。這大大限制了超臨界二氧化碳發電效率的提高。
5.若採用循環冷卻液冷卻超臨界二氧化碳，一是還需要扣除循環水泵的耗功，二是該類發電系統通常建造在青海等乾旱地區，不允許採用液冷技術。
技術實現要素：
6.本發明要解決的技術問題是提供一種冷卻器，用於解決現有超臨界二氧化碳布雷頓循環發電系統難以在耗能相對較少的情況下進一步提高發電效率的問題。
7.本發明的一種冷卻器，用於冷卻超臨界二氧化碳工質，包括：
8.冷卻器本體，所述冷卻器本體內設有依次相鄰的超臨界二氧化碳流道、液冷流道和強制風冷流道；所述超臨界二氧化碳流道內設有若干沿流體流動方向設置的間隔壁面。
9.若干傳熱件，所述傳熱件與所述間隔壁面一一對應並布置於所述冷卻器本體內，且所述傳熱件均穿設於所述液冷流道和所述強制風冷流道；其中，所述傳熱件位於所述液冷流道和所述強制風冷流道內的部分分別為液冷段和風冷段；
10.若干吸液芯，所述吸液芯分別包覆於對應的所述風冷段和所述液冷段；
11.冷卻液供給部，所述冷卻液供給部的輸出端與所述液冷流道相連通。
12.本發明的冷卻器，所述冷卻器本體內設有風冷隔板和液冷隔板；
13.所述液冷隔板沿流體流動方向設於所述冷卻器本體內，並配合所述冷卻器本體內腔形成所述超臨界二氧化碳流道；
14.所述風冷隔板沿流體流動方向設於所述冷卻器本體內，並配合所述液冷隔板和所述冷卻器本體內腔形成所述液冷流道，配合所述冷卻器本體的內腔形成所述強制風冷流道。
15.本發明的冷卻器，所述風冷隔板沿流體流動方向水平設置於所述冷卻器本體內；
16.所述液冷隔板包括兩塊子隔板，兩塊所述子隔板的第一側互相連接，兩塊所述子隔板的第二側分別與所述冷卻器本體內腔沿流體流動方向位於橫向的兩側相連；
17.其中，沿所述子隔板的第二側至第一側的方向上，所述子隔板與所述風冷隔板的豎向間距逐漸增大。
18.本發明的冷卻器，所述冷卻液供給部包括兩個供液單元；
19.兩個所述供液單元的輸出端分別連通於所述液冷流道沿流體流動方向位於橫向的兩側。
20.本發明的冷卻器，所述供液單元為水管，兩個所述水管分別安裝於所述冷卻器本體沿流體流動方向位於橫向的兩側，且所述冷卻器本體上開設有與所述水管內腔相連通的進液通道。
21.本發明的冷卻器，若干間隔設置的所述液冷段分隔所述液冷流道為若干液冷子流道；
22.所述液冷段上設有至少一個連通相鄰的所述液冷子流道的連通通道。
23.本發明的冷卻器，所述吸液芯包覆於所述液冷段，且所述吸液芯的第一端延伸至所述間隔壁面靠近所述液冷流道的一側。
24.本發明的冷卻器，還包括一供風部，所述供風部的輸出端與所述強制風冷流道的一端相連通。
25.本發明的冷卻器，所述冷卻液為水。
26.本發明的一種超臨界二氧化碳布雷頓循環發電系統，包括上述任意一項所述的冷卻器。
27.本發明由於採用以上技術方案，使其與現有技術相比具有以下的優點和積極效果：
28.1、本發明一實施例通過在冷卻器本體內設置與間隔壁面相對於的若干傳熱件，並將傳熱件設置為穿設液冷流道和所述強制風冷流道；在傳熱件的風冷段和至少部分液冷段包覆吸液芯；液冷流道則是設置為由冷卻液供給部提供冷卻液；在冷卻時，冷卻液供給部提供的冷卻液進入液冷流道內，在液冷段的吸液芯毛細力的作用下進入風冷段的吸液芯，並在強制風冷的作用下，將冷卻液蒸發，從而將傳熱件的溫度降至露點溫度，傳熱件將冷量傳遞至超臨界二氧化碳流道內的間隔壁面對超臨界二氧化碳工質進行冷卻；
29.2、本發明一實施例中，吸液芯的冷卻液被強制風冷蒸發，液冷流道中的冷卻液不斷的在吸液芯毛細力的作用下流動，液冷流道的冷卻液對超臨界二氧化碳流道中的超臨界二氧化碳流動換熱，達到液冷的效果，同時傳熱件的溫度低至露點溫度，降低液冷流道中冷卻液的溫度，增大超臨界二氧化碳與冷卻液之間的換熱溫差，加強液冷的冷卻效果；
30.從而可在不需要液體泵耗功的情況下，穩定有效地將超臨界二氧化碳工質冷卻至露點溫度，降低超臨界二氧化碳發電系統中壓縮機的進口溫度，提高超臨界二氧化碳發電系統的發電效率。
附圖說明
31.圖1為本發明的冷卻器的示意圖；
32.圖2為本發明的冷卻器的另一示意圖。
33.附圖標記說明：1：冷卻器本體；101：超臨界二氧化碳流道；102：液冷流道；103：強制風冷流道；2：間隔壁面；3：傳熱件；301：液冷段；302：風冷段；303：連通通道；4：冷卻液供
給部；5：吸液芯；6：風冷隔板；7：液冷隔板；701：子隔板。
具體實施方式
34.以下結合附圖和具體實施例對本發明提出的一種冷卻器及超臨界二氧化碳布雷頓循環發電系統作進一步詳細說明。根據下面說明和權利要求書，本發明的優點和特徵將更清楚。
35.實施例一
36.參看圖1和圖2，在一個實施例中，一種冷卻器，用於冷卻超臨界二氧化碳工質，包括冷卻器本體1、若干傳熱件3、若干吸液芯5和冷卻液供給部4。
37.其中，冷卻器本體1內設有依次相鄰的超臨界二氧化碳流道101、液冷流道102和強制風冷流道103。超臨界二氧化碳流道101內設有若干沿流體流動方向設置的間隔壁面2。冷卻液供給部4的輸出端則是與液冷流道102相連通，用於供給冷卻液。
38.傳熱件3與間隔壁面2一一對應並布置於冷卻器本體1內，且傳熱件3均穿設於液冷流道102和強制風冷流道103。其中，傳熱件3位於液冷流道102和強制風冷流道103內的部分分別為液冷段301和風冷段302。
39.吸液芯5則是設置為分別包覆於對應的風冷段302和液冷段301。
40.本實施例通過在冷卻器本體1內設置與間隔壁面2相對於的若干傳熱件3，並將傳熱件3設置為穿設液冷流道102和強制風冷流道103。在傳熱件3的風冷段302和至少部分液冷段301包覆吸液芯5。液冷流道102則是設置為由冷卻液供給部4提供冷卻液。在冷卻時，冷卻液供給部4提供的冷卻液進入液冷流道102內，在液冷段301的吸液芯5毛細力的作用下進入風冷段302的吸液芯5，並在強制風冷的作用下，將冷卻液蒸發，從而將傳熱件3的溫度降至露點溫度，傳熱件3將冷量傳遞至超臨界二氧化碳流道101內的間隔壁面2對超臨界二氧化碳工質進行冷卻。從而可在不需要液體泵耗功的情況下，將超臨界二氧化碳工質冷卻至露點溫度，降低超臨界二氧化碳發電系統中壓縮機的進口溫度，提高超臨界二氧化碳發電系統的發電效率。
41.同時，在實施例中，吸液芯5的冷卻液被強制風冷蒸發，液冷流道102中的冷卻液不斷的在吸液芯5毛細力的作用下流動，液冷流道102的冷卻液對超臨界二氧化碳流道101中的超臨界二氧化碳流動換熱，達到液冷的效果，同時傳熱件3的溫度低至露點溫度，降低液冷流道102中冷卻液的溫度，增大超臨界二氧化碳與冷卻液之間的換熱溫差，加強液冷的冷卻效果。
42.下面對本實施例的冷卻器的具體結構進行進一步說明：
43.在本實施例中，上述的冷卻器本體1內可設有風冷隔板6和液冷隔板7。
44.液冷隔板7沿流體流動方向設於冷卻器本體1內，並配合冷卻器本體1內腔形成超臨界二氧化碳流道101。風冷隔板6沿流體流動方向設於冷卻器本體1內，並配合液冷隔板7和冷卻器本體1內腔形成液冷流道102，配合冷卻器本體1的內腔形成強制風冷流道103。(即風冷隔板6和液冷隔板7分別間隔設置在冷卻器本體1的內腔內，並將該內腔分隔為三個腔室，這三個腔室即為超臨界二氧化碳流道101、液冷流道102和強制風冷流道103)
45.如圖1，需要注意的是，風冷隔板6和液冷隔板7的數量需根據間隔壁面2的數量進行設置，相鄰的兩塊間隔壁面2以及對應的傳熱件3之間分別設置位於上方的一塊風冷隔板
6和位於下方的一塊液冷隔板7，從而形成所需的超臨界二氧化碳流道101、液冷流道102和強制風冷流道103。
46.由於液冷段301的冷卻液是通過吸液芯5的毛細力流動至風冷段301，因此吸液芯5需要連續包覆在風冷段302和液冷段301(位於風冷段302的吸液芯5與位於液冷段301的吸液芯5至少是部分相連的)，即風冷隔板6與兩側的傳熱件3之間存在用於使吸液芯穿過的縫隙的。風冷隔板6的具體安裝方式可通過該隔板的兩端與冷卻器本體1相連來實現，如風冷隔板6的長度較長的話，則可在其長度方向上間隔布置若干連接點位，風冷隔板6在這些連接點位處固定連接於對應的傳熱件3。
47.同樣地，如吸液芯5需進一步延伸至超臨界二氧化碳流道101，則液冷隔板7可與上述的風冷隔板6採用相同的布置方式。當然，液冷隔板7與兩側的傳熱件3之間的間隙在被吸液芯填充後需要保證冷卻液不流入或儘可能少的流入超臨界二氧化碳流道101。
48.在本實施例中，風冷隔板6可設置為沿流體流動方向水平設置於冷卻器本體1內。
49.而液冷隔板7則可包括兩塊子隔板701，兩塊子隔板701的第一側互相連接，也可視作穿接過傳熱件3，兩塊子隔板701的第二側分別與冷卻器本體1內腔沿流體流動方向位於橫向的兩側相連。
50.其中，沿子隔板701的第二側至第一側的方向上，子隔板701與風冷隔板6的豎向間距逐漸增大。即兩塊子隔板701的第一側在冷卻器本體1內腔的中間位置互相連接，而兩塊子隔板701的第二側則是連接在冷卻器本體1內腔兩側的壁面上；上述的豎向間距逐漸增大即為兩塊子隔板701均相對於水平方向傾斜設置，且兩塊子隔板701的第一側均在第二側的下方。如此設置可使得越靠近中間，液冷流道102的截面積越大；由於超臨界二氧化碳各個流道的截面不同，隨著冷卻液流向截面面積逐漸減小，主要考慮截面面積減小，換熱係數越高，而冷卻液依靠重力從第二側流向第一側時，水溫會上升，故為保證各流道之間的溫度均勻性，本實施例將液冷流道102的截面積設置為越來越大。
51.同時，將兩塊子隔板701設置為傾斜也可保證冷卻液可流動至液冷通道的中間位置，使得位於中間位置的吸液芯5可以吸到冷卻液。
52.在本實施例中，基於上述的兩塊子隔板701的設置方式，冷卻液供給部4也可設置為兩個供液單元。兩個供液單元的輸出端分別連通於液冷流道102沿流體流動方向位於橫向的兩側，即分別從兩側對液冷流道102進行供液，冷卻液從冷卻器本體1的兩側進入液冷流道102並逐步流動至液冷流道102的中間位置。
53.在本實施例中，冷卻液具體可為水，因此，上述的供液單元具體可為水管，兩個水管分別安裝於冷卻器本體1沿流體流動方向位於橫向的兩側，且冷卻器本體1上開設有與水管內腔相連通的進液通道，水可直接通過進液通道從水管內進入液冷流道102內。
54.在本實施例中，若干間隔設置的液冷段301分隔液冷流道102為若干液冷子流道。液冷段301上設有至少一個連通相鄰的液冷子流道的連通通道303，目的是為了使得冷卻液可以流動至每一液冷子流道。
55.其中，傳熱件3具體可為肋板，以一個具體實例進行說明，肋板的數量可為單數，例如九塊肋板，依次間隔豎向設置在冷卻器本體1的內腔內，即可將液冷流道102和強制風冷流道103分為八個液冷子流道和八個強制風冷子流道。位於中間的肋板即處在兩塊子隔板701的第一側的連接處，位於最外側的兩塊肋板也可作為冷卻器本體1的內腔沿流體流動方
向位於橫向的兩側，即處在兩塊子隔板701的第二側的連接處。
56.進一步地，肋板與間隔壁面2可設置為一體，主要目的是為了減少肋板與超臨界二氧化碳流道101表面的接觸熱阻。
57.在本實施例中，上述的吸液芯5可設置為部分包覆於風冷段302和液冷段301，也可設置為完全包覆於風冷段302和液冷段301，可根據需求進行設置，在此不作具體限定。進一步地，吸液芯5的第一端可延伸至間隔壁面2靠近液冷流道102的一側，保證對冷卻液的毛細力。
58.在本實施例中，冷卻器還可包括一供風部，供風部的輸出端與強制風冷流道103的一端相連通，用於提供強制風冷流道103所需的風量。當然，如發電系統內已有符合要求的供風裝置或是供風管路，也可不額外設置供風部。
59.實施例二
60.本實施例提供一種超臨界二氧化碳布雷頓循環發電系統，包括上述實施例一中的冷卻器。通過在冷卻器本體1內設置與間隔壁面2相對於的若干傳熱件3，並將傳熱件3設置為穿設液冷流道102和強制風冷流道103。在傳熱件3的風冷段302和至少部分液冷段301包覆吸液芯5。液冷流道102則是設置為由冷卻液供給部4提供冷卻液。在冷卻時，冷卻液供給部4提供的冷卻液進入液冷流道102內，在液冷段301的吸液芯5毛細力的作用下進入風冷段302的液冷段301，並在強制風冷的作用下，將冷卻液蒸發，從而將傳熱件3的溫度降至露點溫度，傳熱件3將冷量傳遞至超臨界二氧化碳流道101內的間隔壁面2對超臨界二氧化碳工質進行冷卻。從而可在不需要液體泵耗功的情況下，將超臨界二氧化碳工質冷卻至露點溫度，降低超臨界二氧化碳發電系統中壓縮機的進口溫度，提升超臨界二氧化碳發電系統的發電效率。
61.上面結合附圖對本發明的實施方式作了詳細說明，但是本發明並不限於上述實施方式。即使對本發明作出各種變化，倘若這些變化屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則仍落入在本發明的保護範圍之中。