Orkubrú og tæknilegur kjarni ORC rafallkerfis fyrir varmaendurheimt hitaskipta

Lág-varmagjafaeiginleikar ORC kerfisins og eðliseiginleikar lífræna vinnuvökvans setja strangar sérsniðnar hönnunarkröfur á varmaendurnýtingarvarmaskiptinn og tæknilegir eiginleikar hans endurspeglast aðallega í eftirfarandi fjórum þáttum:

(1) Skilvirk varmaskiptahönnun: jafnvægi á nýtingu úrgangshita og þéttleika kerfisins

Lágstigsvarmagjafar hafa litla hitastig og lágan orkuþéttleika, sem krefst þess að varmaendurheimtarvarmaskipti hafi ofur-háa varmaflutningsskilvirkni. Í verkfræði er uppbyggingarhönnun á "finned tube + cross flow / counter flow arrangement" venjulega tekin upp: há-tíðni fined rör eru notuð til að auka hitaflutning í heitu hliðarrásinni, auka snertiflöturinn við úrgangshitamiðilinn; Vinnuvökvarásin á köldu hliðinni notar hæfilega rásúthlutun til að ná fram mótstraumsvarmaflutningi með heita hliðarmiðlinum, sem hámarkar hitaflutningsmismuninn. Á sama tíma eru ORC kerfi oft notuð á iðnaðarsvæðum eða í fartækjum (svo sem nýjum orkuþungum-flutningabílum) og varmaskiptir þurfa að ná hámarks hitaflutningssvæði í takmörkuðu rými. Þess vegna hefur þétt hönnun (svo sem plötuugga og örrásarbyggingar) orðið almennt val og rúmmálshitaflutningsstuðull þeirra getur náð 3-5 sinnum hærri en hefðbundin skel- og rörvarmaskipti.

(2) Aðlögunarhæfni vinnuvökva: fjallar um einstaka eðlis- og efnafræðilega eiginleika lífrænna vinnuvökva

Verulegur munur er á suðumarki, seigju og ætandi áhrifum á milli lífrænna vinnuvökva og vatns, sem krefst sérstakra krafna um efnisval og burðarhönnun varmaskipta. Til dæmis geta sumir lífrænir vinnuvökvar (eins og R134a) orðið fyrir umtalsverðri rúmmálsþenslu við fasaskipti og það er nauðsynlegt að hanna þversniðssvæði flæðirásar með hæfilegu-sniði til að forðast of mikið þrýstingstap; Vinnuvökvi sem inniheldur klór getur brotnað niður og myndað ætandi lofttegundir við háan hita, þannig að efnið í varmaskiptinum ætti að vera 316L ryðfríu stáli eða Hastelloy álfelgur með sterka tæringarþol; Fasaskiptaeiginleikar þurrra vökva (eins og R245fa) og blauts vökva (eins og n-pentans) eru mismunandi og hanna þarf markviss hitaskiptaferli til að forðast myndun dropa við úttak blauts vökva, sem getur valdið skemmdum á hverflinum vegna vökvaáhrifa.

(3) Hitastig og þrýstingsstýring: tryggir stöðugan rekstur kerfisins

Uppgufunarhitastig lífræns vinnuvökva í ORC kerfi er venjulega á milli 60 gráður -180 gráður og vinnuþrýstingur getur náð 2-4MPa. Hitaendurnýtingarvarmaskiptirinn þarf að stjórna úttakshitastigi og þurrki vinnuvökvans nákvæmlega - of mikill ofhiti mun auka orkunotkun kerfisins á meðan ófullnægjandi ofurhiti getur leitt til bilunar í hverflum. Af þessum sökum samþykkja varmaskipti venjulega aðgreinda hönnun, skipt í forhitunarhluta, uppgufunarhluta og ofhitunarhluta. Með því að hámarka lengd hverrar rennslisrásar og dreifingu varmaflutningssvæðis er tryggt að þurrkur vinnuvökvaúttaksins sé stöðugur við 0,95 eða hærri. Á sama tíma þarf varmaskiptarinn að hafa nægjanlegt þrýstingsþol og þéttingargetu til að takast á við þrýstingssveiflur lífrænna vinnuvökva við fasaskipti og koma í veg fyrir öryggisáhættu og orkutap af völdum vökvaleka.