一种二氧化碳混合工质的循环微通道换热实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种二氧化碳混合工质的循环微通道换热实验装置，包括二氧化碳混合工质配气系统和M型循环实验系统，二氧化碳混合工质配气系统用于存储并提供不同实验参数的混合工质；M型循环实验系统用于提供多个首尾依次串联连接且呈M型分布的微通道换热实验段，每个微通道换热实验段均采用独立工作的加热装置，每个微通道换热实验段的加热温度相同或不等；M型循环实验系统的首尾均与二氧化碳混合工质配气系统连接以形成循环管路，使得同一种组合和实验参数的混合工质重复多次充入M型循环实验系统内进行实验；本发明专利技术形成循环实验管路，实现对多种混合工质的物性研究，满足现实工况中局部换热实验段的超高温模拟加热需求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳混合工质的循环微通道换热实验装置


[0001]本专利技术涉及新能源热源换热装置
，具体涉及一种二氧化碳混合工质的循环微通道换热实验装置。

技术介绍

[0002]新能源资源丰富，普遍具备可再生特性，不含碳或含碳量很少，对环境影响小，但是成本高、转换效率低，能量密度低使得开发利用需要较大空间，受环境或者工艺影响间断且波动式供应导致热源温度宽域(0～1600℃以上)、无法持续供能，且中低温热源能量无法回收或者回收效率低，因此新能源利用技术的提高至关重要。
[0003]二氧化碳具有无毒、不燃、热稳定性强、热性能优良等特点，可作为替代工质用于动力循环，在新能源发电领域具有广阔的应用前景，二氧化碳工质跨临界循环适用于热源温度宽域(包括中低温热源)，有利于提高能源利用效率，但是工作压力较高，压比很低，对换热装置提出较高要求。
[0004]现有的新能源热源换热实验装置还存在的缺陷如下：
[0005](1)大多在同一微通道换热管道的壁面设置非均匀加热机构，模拟新能源热源跨临界二氧化碳余热回收利用装置中换热管道的热量非均匀特征，但是单一电加热方式无法满足现实工况不同微通道换热管道的某个管道超高温模拟加热需求；
[0006](2)大多利用二氧化碳这一单一实验工质，单一实验工质物性特性限制循环效率，缺乏对混合工质物性优化实验研究。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种二氧化碳混合工质的循环微通道换热实验装置，以解决现有技术中单一电加热方式无法满足现实工况不同微通道换热管道的某个管道超高温模拟加热需求，单一实验工质物性特性限制循环效率，缺乏对混合工质物性优化实验研究的技术问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术具体提供下述技术方案：
[0009]一种二氧化碳混合工质的循环微通道换热实验装置，包括：
[0010]二氧化碳混合工质配气系统，用于存储并提供实验所需的不同实验参数的混合工质；
[0011]M型循环实验系统，用于提供多个首尾依次串联连接且呈M型分布的微通道换热实验段，每个所述微通道换热实验段均采用独立工作的加热装置，所述加热装置通过微通道燃烧加热方式实现加热，以使得所述M型循环实验系统的每个所述微通道换热实验段的加热温度相同或不等；
[0012]其中，所述M型循环实验系统的首尾均与所述二氧化碳混合工质配气系统连接以形成一个循环管路，使得同一种组合和实验参数的混合工质重复多次充入所述M型循环实验系统内进行实验。
[0013]作为本专利技术的一种优选方案，所述M型循环实验系统包括依次连接且呈M型分布的逆重力加速度微通道换热实验段、斜向下微通道换热实验段、斜向上微通道换热实验段以及顺重力加速度微通道换热实验段，其中，所述逆重力加速度微通道换热实验段的上游连接有水平微通道换热实验段；
[0014]其中所述水平微通道换热实验段和所述顺重力加速度微通道换热实验段均与所述二氧化碳混合工质配气系统连接，所述M型循环实验系统内输出的混合工质重新导入所述M型循环实验系统内，以对同一种组合和实验参数的混合工质进行重复多次实验。
[0015]作为本专利技术的一种优选方案，所述顺重力加速度微通道换热实验段与所述二氧化碳混合工质配气系统之间的连接管道上设有制冷装置，所述制冷装置用于降低换热后的混合工质的温度，以维持重新返回至所述二氧化碳混合工质配气系统的温度达到平衡。
[0016]作为本专利技术的一种优选方案，所述水平微通道换热实验段、逆重力加速度微通道换热实验段、斜向下微通道换热实验段、斜向上微通道换热实验段以及顺重力加速度微通道换热实验段的管道外设置独立调控的加热装置，且每个加热装置采用微通道燃烧、电阻焦耳释热、熔盐浴以及水浴的一种方式或者多种加热装置，每个加热装置通过调控多个加热方式的组合以设定不同的加热温度，其中，
[0017]每个加热装置通过调控多个加热方式的组合设定的加热温度范围为0℃～3000℃。
[0018]作为本专利技术的一种优选方案，所述电阻焦耳释热加热装置采用单面电阻丝网络或双面电阻丝网络对各微通道换热实验段进行加热；
[0019]且所述电阻焦耳释热加热装置通过电阻丝网络布置的稀疏，实现均匀或者非均匀加热；
[0020]且所述电阻丝网络的布置形状为工字型，且工字型的所述电阻丝网络的四个末端设置有突起，工字型的所述电阻丝网络将热流引导至四个所述的突起，以模拟新能源热源的非均匀加热以及存在局部热点的现实工况。
[0021]作为本专利技术的一种优选方案，所述二氧化碳混合工质配气系统连接有配气控制系统，所述配气控制系统用于调控所述二氧化碳混合工质配气系统提供所需的不同实验参数，并监控所述二氧化碳混合工质配气系统连接管路的实验参数数据；
[0022]所述M型循环实验系统连接有循环实验控制系统，所述循环实验控制系统用于独立调控每个所述微通道换热实验段的加热装置的加热方式，以及监控每个所述微通道换热实验段内的混合工质的工作状态。
[0023]作为本专利技术的一种优选方案，所述水平微通道换热实验段、逆重力加速度微通道换热实验段、斜向下微通道换热实验段、斜向上微通道换热实验段和顺重力加速度微通道换热实验段的管道内，以及所述顺重力加速度微通道换热实验段与所述二氧化碳混合工质配气系统的连接管道内均设有至少两个压力传感器和至少两个温度传感器；
[0024]所述压力传感器和温度传感器连接在循环实验控制系统的输入端，所述加热装置和制冷装置连接在循环实验控制系统的输出端，所述循环实验控制系统基于实验设定和所述温度传感器的输出值调控所述加热装置和制冷装置的工作。
[0025]作为本专利技术的一种优选方案，所述水平微通道换热实验段、逆重力加速度微通道换热实验段、斜向下微通道换热实验段、斜向上微通道换热实验段和顺重力加速度微通道
换热实验段内的压力传感器安装在各实验段的前后两端，且所述水平微通道换热实验段、逆重力加速度微通道换热实验段、斜向下微通道换热实验段、斜向上微通道换热实验段和顺重力加速度微通道换热实验段内的温度传感器安装在各实验段的前后两端。
[0026]作为本专利技术的一种优选方案，所述二氧化碳混合工质配气系统包括多个气体存储罐，多个所述存储罐连接在同一个混合工质缓冲罐内，多个所述气体存储罐通过不同组合方式以及不同的实验参数形成多种混合工质，所述混合工质缓冲罐与所述M型循环实验系统头部的微通道换热管道连接，且M型循环实验系统尾部的微通道换热管道也与所述混合工质缓冲罐连接。
[0027]作为本专利技术的一种优选方案，所述混合工质的组分浓度配比为体积分数，所述混合工质的组分浓度配比具体为二氧化碳90％～100％、丙烷0％～10％、丙烯0％～10％、一氟乙烷0％～10％、二氟乙烷0％～10％。
[0028]作为本专利技术的一种优选方案，所述混合工质缓冲罐的底部设有连接多个所述气体存储罐的输出管道的旋流器，所述旋流器的侧曲面上设有多个与所述气体存储罐连接的小水利直径入口，多个所述小水利直径入口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳混合工质的循环微通道换热实验装置，其特征在于，包括：二氧化碳混合工质配气系统(1
‑
1)，用于存储并提供实验所需的不同实验参数的混合工质；M型循环实验系统(1
‑
2)，用于提供多个首尾依次串联连接且呈M型分布的微通道换热实验段，每个所述微通道换热实验段均采用独立工作的加热装置，且所述M型循环实验系统(1
‑
2)的多个所述微通道换热实验段的加热温度相同或不等；所述M型循环实验系统(1
‑
2)的首尾均与所述二氧化碳混合工质配气系统(1
‑
1)连接以形成一个循环管路，使得同一种组合和实验参数的混合工质重复多次充入所述M型循环实验系统(1
‑
2)内进行实验。2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳混合工质的循环微通道换热实验装置，其特征在于：所述M型循环实验系统(1
‑
2)包括依次连接且呈M型分布的逆重力加速度微通道换热实验段(13)、斜向下微通道换热实验段(14)、斜向上微通道换热实验段(15)以及顺重力加速度微通道换热实验段(16)，其中，所述逆重力加速度微通道换热实验段(13)的上游连接有水平微通道换热实验段(12)；其中所述水平微通道换热实验段(12)和所述顺重力加速度微通道换热实验段(16)均与所述二氧化碳混合工质配气系统(1
‑
1)连接，所述M型循环实验系统(1
‑
2)内输出的混合工质重新导入所述M型循环实验系统(1
‑
2)内，以对同一种组合和实验参数的混合工质进行重复多次实验。3.根据权利要求2所述的一种二氧化碳混合工质的循环微通道换热实验装置，其特征在于：所述顺重力加速度微通道换热实验段(16)与所述二氧化碳混合工质配气系统(1
‑
1)之间的连接管道上设有制冷装置(17)，所述制冷装置(17)用于降低换热后的混合工质的温度，以维持重新返回至所述二氧化碳混合工质配气系统(1
‑
1)的温度达到平衡。4.根据权利要求2所述的一种二氧化碳混合工质的循环微通道换热实验装置，其特征在于：所述水平微通道换热实验段(12)、逆重力加速度微通道换热实验段(13)、斜向下微通道换热实验段(14)、斜向上微通道换热实验段(15)以及顺重力加速度微通道换热实验段(16)的管道外设置独立调控的加热装置，每个所述加热装置采用微通道燃烧、电阻焦耳释热、熔盐浴以及水浴的一种方式或者多种加热方式，且每个加热装置通过调控多个加热方式的组合以设定不同的加热温度，其中，每个加热装置通过调控多个加热方式的组合设定加热温度范围为0～3000℃。5.根据权利要求4所述的一种二氧化碳混合工质的循环微通道换热实验装置，其特征在于：电阻焦耳释热加热装置采用单面电阻丝网络或双面电阻丝网络对各微通道换热实验段进行加热；且电阻焦耳释热加热装置通过电阻丝网络布置的稀疏，实现均匀或者非均匀加热；且所述电阻丝网络的布置形状为工字型，且工字型的所述电阻丝网络的四个末端设置有突起，所述电阻丝网络将热流引导至四个所述的突起，以模拟新能源热源的非均匀加热以及存在局部热点的现实工况。6.根据权利要求1所述的一种二氧化碳混合工质的循环微通道换热实验装置，其特征在于：所述二氧化碳混合工质配气系统(1
‑
1)连接有配气控制系统，所述配气控制系统用于调控所述二氧化碳混合工质配气系统(1
‑
1)提供所需的不同实验参数，并监控所述二氧化
碳混合工质配气系统(1
‑
1)连接管路的实验参数数据；所述M型循环实验系统(1
‑
2)连接有循环实验控制系统，所述循环实验控制系统用于独立调控每个所述微通道换热实验段的加热装置的加热方式，以及监控每个所述微通道换...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚远，魏小林，潘利生，李森，宾峰，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：