温差驱动的用于混合工质组分调节的T形组分调节系统技术方案

本发明专利技术公开了一种温差驱动的用于混合工质组分调节的T形组分调节系统，由T形管组分分离器和温差控制系统组成：T形管组分分离器具有1个混合工质入口和2个混合工质出口，在T形管组分分离器的2个混合工质出口的管段上均分别设有对工质的流量进行调节的流量调节阀；温差控制系统可以是设置在2个混合工质出口管段之间的热泵系统；或是由两个换热器和设置在两个换热器之间的温差生成部件组构成，温差生成部件组用于在两个换热器中产生、并维持恒定温差。本发明专利技术组分调节系统通过温差控制系统在T形管组分分离器两出口构建可控的温差，实现对流入T形管组分分离器的单相、多相混合工质的高效、可控组分调节。

Temperature difference driven T-type composition regulation system for mixed working medium composition regulation

【技术实现步骤摘要】
温差驱动的用于混合工质组分调节的T形组分调节系统
本专利技术属于热力循环中混合工质组分调节
，特别涉及基于非共沸工质的高效循环中混合工质组分的高效、可控分离。
技术介绍
近年来，随着能源紧缺、环境恶化等问题的日益凸显，太阳能、地热能等可再生能源得到了长足发展，其开发利用的主要技术手段包括以有机朗肯循环为代表的新型动力循环和以蒸汽压缩逆循环为代表的制冷/热泵循环。为了实现变工况下各能流的高效转换，在传统循环基础上，众多学者通过引入非共沸混合工质，经过组分分离调节减小不可逆损失，进而提高热力系统变工况下的循环性能。中国专利CN201710300817.4《基于非共沸工质的热力循环升维构建方法》提出了基于非共沸工质的新型热力循环构建方法以减小能量转换过程中的损失。在此类基于非共沸工质的新型循环中，非共沸工质的组分调节是关键热力过程。因此，如何实现非共沸工质组分的受控调节，满足全工况下热力系统的高效运行，成为热力循环中亟待解决的问题。T形组分调节器以其结构简单、安装方便、易于维护的优点而被用作非共沸工质的组分调节器，其基于相分离的组分调节性能引起国内外学者的广泛兴趣，当在T形管组分调节器入口通入气液两相混合工质，在T形管组分调节器两出口流出的混合工质组分质量分数是不同的(如文献SuW.,HwangY.,ZhengN.,DengS.,ZhaoL.,ExperimentalstudyontheconstituentseparationperformanceofbinaryzeotropicmixturesinhorizontalbranchT-junctions[J],InternationalJournalofHeatandMassTransfer127,76-87)。此外，中国专利CN201620454560.9《一种用于非共沸工质组分调节的顺流式T形管组分调节器》，中国专利CN200910029249.4《一种多相流分离的复合T形管分离器及其分离方法》提出了采用复合型T型分离器提高非共沸工质组分调节性能的思路。上述研究中，组分调节是基于非共沸工质在T形分离器中的相分离而实现，非共沸工质气液相平衡时，气相中含有较多低沸点组元，而液相中含有较多高沸点组元。因此，在T形分离器内发生的组分分离往往是不可控的，仅取决于非共沸工质的种类、入口干度等因素。此外，由于相分离而产生的组分分离效果也往往不显著。因此，由于存在的上述问题，T形组分调节器在基于非共沸工质的热力循环系统中的应用受限。
技术实现思路
针对上述现有的T形管组分调节技术，本专利技术目的旨在克服现有技术的以下不足：其一，上述现有技术对非共沸工质的组分分离的分离效率较低；其二，组分调节高度依赖入口处工况条件，无法实现非共沸工质的可控调节。本专利技术以现有T形管组分分离器的优点为基础，克服上述技术不足，开发一种改进的温差驱动的T形组分调节系统。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种温差驱动的用于混合工质组分调节的T形组分调节系统，由T形管组分分离器和温差控制系统组成：所述T形管组分分离器具有1个混合工质入口和2个混合工质出口，依据混合工质入口布置不同，T形管组分分离器分为顺流型T形管组分分离器和撞击型T形管组分分离器；在所述T形管组分分离器的2个混合工质出口的管段上均分别设有对工质的流量进行调节的流量调节阀；所述温差控制系统选用下述两种结构之一：一种结构是设置在采用2个混合工质出口管段之间的热泵系统；另外一种结构是包括分别设置在两个混合工质出口管段上的第一换热器和第二换热器，所述第一换热器和所述第二换热器实现换热器内换热流体与所述T形管组分分离器2个混合工质出口的工质之间的换热；所述第一换热器和第二换热器之间设有温差生成部件组，所述温差生成部件组通过换热器内换热流体，在第一换热器和第二换热器中产生、并维持恒定温差；所述温差生成部件组由多个部件或是单一部件构成。进一步讲，本专利技术所述的温差驱动的用于混合工质组分调节的T形组分调节系统，所述T形混合工质组分调节器的截面形状是圆形、方形或是其他形状。所述T形混合工质组分调节器的混合工质入口的管段与2个混合工质出口管段的管径相等或不等；2个混合工质出口管段的管径可以相等或不相等。所述T形管组分分离器的混合工质入口与混合工质输送管路相连，所述T形管组分分离器的2个混合工质出口与工质储液罐或基于混合工质的热力循环系统接口管路相连。所述热泵系统包括第一换热器、压缩机、四通换向阀、节流阀、和第二换热器；所述第一换热器的出口与所述节流阀的入口管道相连；所述节流阀的出口管道与所述第二换热器的入口管道相连；所述第二换热器的出口连接至所述四通换向阀的一个进口；所述四通换向阀的一个出口和另一个进口分别与所述压缩机的入口和出口相连；所述四通换向阀的另一个出口与第一换热器的入口相连。在2个混合工质出口的管段上分别设置的流量调节阀均位于所述第一换热器和所述第二换热器的入口。所述第一换热器和所述第二换热器是相同类型的换热器或是不同类型的换热器；所述T形管组分分离器内流体在所述第一换热器和所述第二换热器内是顺流换热或是逆流换热。采用的混合工质为二元或是多元混合工质，所述混合工质的相态为纯液相、气液两相和纯气相中的一种。当T形管组分分离器的混合工质入口处流入纯液相或纯气相混合工质，因T形管组分分离器的2个混合工质出口存在温差，该混合工质发生组分分离；当T形管组分分离器的混合工质入口处流入气液两相混合工质，因相分离及T形管组分分离器的2个混合工质出口存在温差，该混合工质发生组分分离。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)通过在所述T形管组分分离器两出口间引入可控温差，显著提高混合工质的组分分离效率。(2)通过温差控制系统对温差的控制调节、流量调节阀对T形管组分分离器内流量的控制调节，实现了混合工质组分的可控调节，使混合工质在热力循环中能更好的匹配循环工况。附图说明图1为本专利技术T形组分调节系统实施例1的示意图；图2为本专利技术T形组分调节系统实施例2的示意图；图3为本专利技术T形组分调节系统实施例3的示意图；图4为本专利技术T形组分调节系统实施例4的示意图。图中：1-T形管组分分离器，1a-T形管组分分离器入口，1b-T形管组分分离器出口1，1c-T形管组分分离器出口2，2-第一流量调节阀，3-第一换热器，4-压缩机，5-四通换向阀，6-节流阀，7-第二换热器，8-第二流量调节阀，9-温差生成部件组。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的说明，但下述实施例绝非对本专利技术有任何限制。本专利技术提出的一种温差驱动的用于混合工质组分调节的T形组分调节系统的设计思路是为了实现混合工质的高效、可控组分调节，如图1和图2所示，主要由T形管组分分离器1和温差控制系统组成。所述T形管组分分离器1具有1个混合工质入口1a和2个混合工质出口1b和1c，依据混合工质入口1a布置不同分为顺流型和撞击型T形管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种温差驱动的用于混合工质组分调节的T形组分调节系统，其特征在于：/n由T形管组分分离器(1)和温差控制系统组成：/n所述T形管组分分离器(1)具有1个混合工质入口(1a)和2个混合工质出口，依据混合工质入口(1a)布置不同，T形管组分分离器分为顺流型T形管组分分离器和撞击型T形管组分分离器；在所述T形管组分分离器(1)的2个混合工质出口的管段上均分别设有对工质的流量进行调节的流量调节阀；/n所述温差控制系统选用下述两种结构之一：/n一种结构是设置在采用2个混合工质出口支管段之间的热泵系统；/n另外一种结构是包括分别设置在两个混合工质出口管段上的第一换热器(3)和第二换热器(7)，所述第一换热器(3)和所述第二换热器(7)实现换热器内换热流体与所述T形管组分分离器的2个混合工质出口的工质之间的换热；所述第一换热器(3)和第二换热器(7)之间设有温差生成部件组(9)，所述温差生成部件组(9)通过换热器内换热流体，在第一换热器(3)和第二换热器(7)中产生、并维持恒定温差；所述温差生成部件组(9)由多个部件或是单一部件构成。/n

【技术特征摘要】
1.一种温差驱动的用于混合工质组分调节的T形组分调节系统，其特征在于：
由T形管组分分离器(1)和温差控制系统组成：
所述T形管组分分离器(1)具有1个混合工质入口(1a)和2个混合工质出口，依据混合工质入口(1a)布置不同，T形管组分分离器分为顺流型T形管组分分离器和撞击型T形管组分分离器；在所述T形管组分分离器(1)的2个混合工质出口的管段上均分别设有对工质的流量进行调节的流量调节阀；
所述温差控制系统选用下述两种结构之一：
一种结构是设置在采用2个混合工质出口支管段之间的热泵系统；
另外一种结构是包括分别设置在两个混合工质出口管段上的第一换热器(3)和第二换热器(7)，所述第一换热器(3)和所述第二换热器(7)实现换热器内换热流体与所述T形管组分分离器的2个混合工质出口的工质之间的换热；所述第一换热器(3)和第二换热器(7)之间设有温差生成部件组(9)，所述温差生成部件组(9)通过换热器内换热流体，在第一换热器(3)和第二换热器(7)中产生、并维持恒定温差；所述温差生成部件组(9)由多个部件或是单一部件构成。


2.根据权利要求1所述的温差驱动的用于混合工质组分调节的T形组分调节系统，其特征在于：所述T形混合工质组分调节器(1)的截面形状是圆形、方形或是其他形状。


3.根据权利要求1所述的温差驱动的用于混合工质组分调节的T形组分调节系统，其特征在于：所述T形混合工质组分调节器(1)的混合工质入口(1a)的管段与2个混合工质出口管段的管径相等或不等；2个混合工质出口管段的管径相等或不相等。


4.根据权利要求1所述的温差驱动的用于混合工质组分调节的T形组分调节系统，其特征在于：所述T形管组分分离器(1)的混合工质入口(1a)与混合工质输送管路相连，所述T形管组分分离器(1)的2个混合工质出口与工质储液罐或基于混合工质的热力循环系统接口管路相连。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵力，聂显铧，邓帅，张月，卢培，杜振宇，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12