CN108468576A - 一种具有油分离功能的循环工质换热器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有油分离功能的循环工质换热器及其应用，该具有油分离功能的循环工质换热器包括油分离换热装置(b)和放置于油分离换热装置(b)下方的换热储油装置(c)，且两者相通；在油分离换热装置(b)内部设置滤网滤芯组件(15)，将油分离和换热器功能集成在一起，节省设备材料和占用空间；该装置使用液相工质从气相工质中回收余热，同时将气相工质中的润滑油分离出来，分离的润滑油储存在换热储油装置筒体，筒体内有换热管对润滑油进行加热和冷却。该换热器应用于有机朗肯循环系统(d)中，降低容积式膨胀机(19)出口气相工质的温度，提高系统热效率的同时也提高了油分离的效果。

Description

一种具有油分离功能的循环工质换热器及其应用

技术领域

本发明涉及一种具有油分离功能的循环工质换热器及其应用，属于能源技术领域。

背景技术

当今社会能源短缺，解决能源短缺问题的办法之一就是充分利用各种余热资源，以及开发利用地热能、太阳能等可再生能源。有机朗肯循环系统简单，对于地热、太阳能、工厂废热及发电机余热等热源有着较高的回收利用率。一般有机朗肯循环膨胀机系统(ORC)由膨胀机、油分离器、冷凝器、储液器、工质泵、回热器和蒸发器等重要设备组成。

在有机朗肯循环系统中，抽气回热器抽取膨胀机内的工质用于加热冷凝后的工质，提高液态工质进入蒸发器的温度，能有效的提高循环系统的热效率。

在有机朗肯循环系统中，油分离器是膨胀机良好运转的是关键部件，膨胀机的运转需要可靠的润滑油供应系统进行润滑。

在传统带有油分离器和回热器的有机朗肯循环系统中，油分离器和回热器是分离的两个设备，系统较为复杂，回热器回收的热量是从油分离器之后开始，热回收效率较低，设备占用空间较大。

传统油分离器结构较为简单，功能较为单一，在膨胀机连续运转的情况下润滑油温度很高使其黏度降低性能下降；在装置不运行时润滑油溶解大量工质使其浓度很低达不到良好润滑效果，传统的油分离器不能监测到润滑油的浓度和温度，对润滑油及时起到加热和降温作用。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种具有油分离功能的循环工质换热器及其应用，在换热器内部加入分离过滤装置，把油分离器和换热器集成到一个设备，气液换热器在回收余热的同时分离润滑油，且储油筒体内有换热管对润滑油有加热和降温作用。

技术方案：本发明提供了一种具有油分离功能的循环工质换热器及其应用，该具有油分离功能的循环工质换热器包括油分离换热装置和放置于油分离换热装置下方的换热储油装置，且两者相通；

所述的油分离换热装置包括壳体，在壳体内部的上下两端分别设置有上管板、下管板，换热器换热管贯穿固定于上管板和下管板之间，在上管板与下管板的外侧、与壳体分别固定连接有上封头和下封头，在上封头处设置有换热器换热管的液体入口，在下封头处设置有换热器换热管的液体出口，在壳体的一侧设置有气体入口，在对应的另一侧设置有气体出口，且气体入口位置高于气体出口，在壳体内部从上至下交错固定有折流挡板，在壳体内部、换热器换热管周围空隙处布置有滤网滤芯组件；

所述的换热储油装置包括与油分离换热装置的下封头相通的储油筒体，在储油筒体内有换热管，在储油筒体上设置油位表和温度计，所述储油筒体底部有回油装置和过滤装置。

其中：

所述的气体入口、气体出口、液体入口、液体出口处均设置有阀门。

所述的换热器换热管U形布置于壳体内部。

所述的壳体的外部焊接有支架，用来支撑安装整个油分离换热装置。

所述的油分离换热装置为间壁式换热器，优选为壳管式换热器。

所述的循环工质换热器中的换热器采用立式形式，但不局限于立式。

所述滤网滤芯组件为滤网和钢丝填料，所述钢丝填料堆积在所述过滤网上；滤网多少根据需要来布置，可以将滤网布满整个壳体中换热器换热管的外部空间，也可部分布置滤网；可以通过改变滤网的疏密和混合气体在混热气中的流速来改变过滤效果和能量交换效率，保证系统的适用性和可靠性。

所述换热储油筒体下部的过滤装置在机器运转时处于关闭状态，在机器停止运转时定期打开阀门清除杂质。

所述换热储油装置换热管内的介质可以为水但不局限于水；当润滑油无需换热时，热储油装置换热管的阀门为关闭状态。

本发明还提供了一种具有油分离功能的循环工质换热器的应用，该换热器应用于有机朗肯循环系统。

其中：

所述的有机朗肯循环系统包括具有油分离功能的循环工质换热器、容积式膨胀机、冷凝器、油泵、蒸发器、主泵；气体工质从容积式膨胀机出来之后里面混有润滑油，从具有油分离功能的循环工质换热器的气体入口进入油分离器的壳体内进行分离，分离过后的工质从气体出口进入冷凝器进行冷凝，得到液体工质，分离过后的润滑油通过回油装置和油泵回到膨胀机；冷凝器冷凝过后的液体工质从具有油分离功能的循环工质换热器的液体进口进入到换热器换热管内，与从容积式膨胀机出来的气体工质进行换热，温度升高过后的液体工质从液体出口流出经过工质泵加压进入到蒸发器，从蒸发器蒸发过后进入膨胀机完成一个循环。

当有机朗肯循环系统长时间不运转，润滑油内溶解大量制冷剂，所述换热储油筒体上的油位表检测到筒体油量过多时，则打开筒体的换热储油装置换热管的阀门使通入热水加热润滑油，将其中制冷剂蒸发分离，且打开回油装置将润滑油通过回油管和油泵回到容积式膨胀机内。

当有机朗肯循环系统连续运转，所述换热储油筒体上的温度计检测到润滑油温度过高时，则打开筒体的换热储油装置换热管阀门使换热管通入冷水使润滑油降温。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

换热器和油分离器相结合的具有油分离功能的循环工质换热器，较以往相互独立的油分离器和回热器相比回热效率高，节省制造材料，减少了系统设备的数量和设备占用的空间，集成了设备使系统整体结构更加紧凑；

带有此具有换热功能的油分离器的有机朗肯循环系统，较传统的有机朗肯循环系统，充分回收利用膨胀机出口气体的余热，提高了蒸发器的过热度，减小蒸发器的能量输入，有效节省能源，提高了热回收效率；同时降低了进入冷凝器工质的温度，降低了冷凝器的冷凝负荷，减小冷凝器的尺寸，同时提高了系统效率；

当系统长时间不运转时，润滑油内溶解大量制冷剂导致润滑油浓度变低油量过大，此时具有油分离功能的循环工质换热器的换热储油筒体的油位计可以有效监测到油量变多，可以通过换热储油装置换热管加热使制冷剂分离；

在有机朗肯循环系统正常运转时，油位计检测到分离的润滑油达到标准值时，打开回油装置通过回油管和和油泵将润滑油返回到膨胀机；

当有机朗肯循环系统连续长时间运转，润滑油温度变高使其粘度降低润滑效果下降，温度计可以检测有效到油温变化，及时通过换热储油装置换热管对润滑油加热或冷却使润滑油维持良好的润滑效果。

附图说明

图1为本发明的具有油分离功能的循环工质换热器图；

图2为本发明带有换热功能油分离器中的有机朗肯循环系统图；

图中有：具有油分离功能的循环工质换热器a、油分离换热装置b、换热储油装置c、有机朗肯循环系统d、气体入口1、液体入口2、上封头3a、下封头3b、上管板4a、下封头4b、换热器换热管5、气体出口6、液体出口7、温度计8、回油装置9、过滤装置10、换热储油筒体11、支架12、换热储油装置换热管13、油位表14、滤网滤芯组件15、壳体16、折流挡板17、阀门18、容积式膨胀机19、油泵20、冷凝器21、主泵22和蒸发器23。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

一种具有油分离功能的循环工质换热器包括油分离换热装置b和换热储油装置c，所述的油分离换热装置b放置在换热储油装置c的上方且二者相通，油分离换热装置b利用液相工质从气相工质中回收余热同时对气相工质中混合的润滑油起到分离作用，换热储油装置c储存分离出来的润滑油且有换热储油装置换热管13对润滑油有加热和降温作用；

所述的油分离换热装置b包括壳体16，在壳体16内部的上下两端分别设置有上管板4a、下管板4b，换热器换热管5贯穿固定于上管板4a和下管板4b之间，U形布置于壳体16内部，在上管板4a与下管板4b的外侧、与壳体16分别固定连接有上封头3a和下封头3b，在上封头3a处设置有换热器换热管5的液体入口2，在下封头3b处设置有换热器换热管5的液体出口7，在壳体16的一侧设置有气体入口1，在对应的另一侧设置有气体出口6，且气体入口1位置高于气体出口6，在壳体16内部从上至下交错固定有折流挡板17，在壳体16内部、换热器换热管5周围空隙处布置有滤网滤芯组件15；

壳体16的外部焊接有支架12，用来支撑安装整个油分离换热装置b；

所述的油分离换热装置b壳管式换热器；

所述的的循环工质换热器中的换热器采用立式形式，但不局限于立式；

所述的气体入口1、气体出口6、液体入口2、液体出口7处均设置有阀门18；

所述滤网滤芯组件15为滤网和钢丝填料，所述钢丝填料堆积在所述过滤网上；滤网多少根据需要来布置，可以将滤网布满整个壳体16中换热器换热管5的外部空间，也可部分布置滤网；可以通过改变滤网15的疏密和混合气体在混热气中的流速来改变过滤效果和能量交换效率，保证系统的适用性和可靠性；

所述的换热储油装置c包括与油分离换热装置b的下封头3b相通的储油筒体11，在储油筒体11内有换热管13，在储油筒体11上设置油位表14和温度计8，所述储油筒体(11)底部有回油装置9和过滤装置10；

所述换热储油筒体11下部的过滤装置10在机器运转时处于关闭状态，在机器停止运转时定期打开阀门清除杂质；

所述换热储油装置换热管13内的介质可以为水但不局限于水；当润滑油无需换热时，热储油装置换热管13的阀门为关闭状态；

本发明还提供了一种具有油分离功能的循环工质换热器的应用，该换热器应用于有机朗肯循环系统d。

其中：

所述的有机朗肯循环系统d包括具有油分离功能的循环工质换热器a、容积式膨胀机19、冷凝器21、油泵20、蒸发器23、主泵22；气体工质从容积式膨胀机19出来之后里面混有润滑油，从具有油分离功能的循环工质换热器a的气体入口18进入油分离器的壳体16内进行分离，分离过后的工质从气体出口6进入冷凝器21进行冷凝，冷凝为液体工质，分离过后的润滑油通过回油装置9和油泵20回到膨胀机19；冷凝过后的液体工质从具有油分离功能的循环工质换热器a的液体进口2进入到换热器换热管5内，与从容积式膨胀机19出来的气体工质进行换热，温度升高过后的液体工质从液体出口流出经过工质泵22加压进入到蒸发器23，从蒸发器23蒸发过后进入膨胀机完成一个循环。

换热储油装置c中的过滤装置10在换热储油筒体11的底部用于过滤润滑油里面的杂质，油位表14用来检测换热储油装置里的油量，当油量大于标准油量时，说明润滑油内溶解有大量工质浓度很低，起不到良好润滑作用，此时开启换热储油装置换热管13的阀门通入热水加热润滑油使溶解的制冷工质蒸发分离；温度计8用来检测润滑油的温度，当压缩机连续运转润滑油温度很高时，润滑油黏度降低润滑性能下降，此时开启换热储油装置换热管13的阀门通入冷水冷却润滑油使润滑油降温。

该装置的工作状况如下所述：

运行时，膨胀机出口为高温润滑油与工质的混合物，其中工质是过热蒸气状态，而润滑油为雾化液滴状态，由具有油分离功能的循环工质换热器a的气体入口1以一定速度流入壳体16内，该高温混合物经过折流挡板17折流和滤网15的碰撞和过滤作用，润滑油液滴和气态工质分离；分离出来的气态工质从具有油分离功能的循环工质换热器a的气体出口6以一定速度流出；分离出来的润滑油，聚集滴落在油分离换热装置b底部，通过壳体内部的凹槽流到换热储油筒体11内。

经过气体出口6流出的工质流入冷凝器21被冷凝为液体之后通过管路经油分离换热装置b的液体入口2流入具有油分离功能的循环工质换热器a，与从气体入口1流入的高温润滑油和工质的混合物换热，从而提高了进入蒸发器23液体工质的温度，有效节省了能源；与此同时降低了进入冷凝器21气体工质的温度，减小了冷凝器21的冷凝负荷，且冷凝器21设备尺寸得以降低。

分离过后的润滑油通过壳体内部凹槽流到换热储油筒体11，当油位表14检测到换热储油筒体11内润滑油达到一定量时，则通过回油装置9用油泵20将润滑油泵回到容积式膨胀机19，系统内的杂质沉淀至换热储油筒体11底部，定期打开过滤装置10上的阀门排除杂质。

当有机朗肯循环系统d连续运转时，温度计8监测到润滑油温度过高时，润滑油粘度降低润滑效果下降，打开换热储油装置换热管13的阀门通入冷水冷却润滑油至合适温度。

当有机朗肯循环系统d长时间不运转，储油筒体的油位表14检测到润滑油超过最大量时，说明润滑油内溶解大量制冷剂，润滑油浓度较低起不到良好润滑效果，此时需要打开换热储油装置换热管13阀门通入热水加热润滑油使溶解其中的制冷剂蒸发分离。

本发明考虑到过滤式油分离器和换热器的两种设备的共同特点，将油分离器和换热器两个设备结合，达到一种设备完成两种功能的效果；针对现有机朗肯循环系统中需要回收气体热量和分离润滑油的问题，提出在换热器内加入滤网，达到一器两用的效果，减少了系统中设备的数量；降低冷凝负荷减小了设备尺寸，充分利用容积式膨胀机19出口余热减小蒸发器23输入能量，提高系统能源利用效率。换热储油筒体11加入了换热储油装置换热管13，油位表14，温度计8可以及时对润滑油进行加热或冷却，保证了润滑油的润滑功能。该系统可以通过改变滤网滤芯组件15的疏密和混合气体在混热气中的流速来改变过滤效果和能量交换效率，保证系统的适用性和可靠性。

以上所述仅为本发明的实施例，仅用于本发明的原理，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改，等同替换，改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种具有油分离功能的循环工质换热器，其特征在于：该具有油分离功能的循环工质换热器包括油分离换热装置(b)和放置于油分离换热装置(b)下方的换热储油装置(c)，且两者相通；

所述的油分离换热装置(b)包括壳体(16)，在壳体(16)内部的上下两端分别设置有上管板(4a)、下管板(4b)，换热器换热管(5)贯穿固定于上管板(4a)和下管板(4b)之间，在上管板(4a)与下管板(4b)的外侧、与壳体(16)分别固定连接有上封头(3a)和下封头(3b)，在上封头(3a)处设置有换热器换热管(5)的液体入口(2)，在下封头(3b)处设置有换热器换热管(5)的液体出口(7)，在壳体(16)的一侧设置有气体入口(1)，在对应的另一侧设置有气体出口(6)，且气体入口(1)位置高于气体出口(6)，在壳体(16)内部从上至下交错固定有折流挡板(17)，在壳体(16)内部、换热器换热管(5)周围空隙处布置有滤网滤芯组件(15)；

所述的换热储油装置(c)包括与油分离换热装置(b)的下封头(3b)相通的储油筒体(11)，在储油筒体(11)内有换热储油装置换热管(13)，在储油筒体(11)上设置油位表(14)和温度计(8)，所述储油筒体(11)底部有回油装置(9)和过滤装置(10)。

2.如权利要求1所述的一种具有油分离功能的循环工质换热器，其特征在于：所述的气体入口(1)、气体出口(6)、液体入口(2)、液体出口(7)处均设置有阀门(18)。

3.如权利要求1所述的一种具有油分离功能的循环工质换热器，其特征在于：所述的换热器换热管(5)U形布置于壳体(16)内部。

4.如权利要求1所述的一种具有油分离功能的循环工质换热器，其特征在于：所述的壳体(16)的外部焊接有支架(12)。

5.如权利要求1所述的一种具有油分离功能的循环工质换热器，其特征在于：所述的油分离换热装置(b)为间壁式换热器。

6.如权利要求5所述的一种具有油分离功能的循环工质换热器，其特征在于：所述的间壁式换热器为壳管式换热器。

7.如权利要求1所述的一种具有油分离功能的循环工质换热器，其特征在于：所述滤网滤芯组件(15)为滤网和钢丝填料；所述钢丝填料堆积在所述过滤网上。

8.一种如权利要求1所述的具有油分离功能的循环工质换热器的应用，其特征在于：该换热器应用于有机朗肯循环系统(d)。

9.如权利要求8所述的一种具有油分离功能的循环工质换热器的应用，其特征在于：所述的有机朗肯循环系统(d)包括具有油分离功能的循环工质换热器(a)、容积式膨胀机(19)、冷凝器(21)、油泵(20)、蒸发器(23)、主泵(22)；气体工质从容积式膨胀机(19)出来之后里面混有润滑油，从具有油分离功能的循环工质换热器的气体入口(18)进入油分离器的壳体(16)内进行分离，分离过后的工质从气体出口(6)进入冷凝器(21)进行冷凝，得到液体工质，分离过后的润滑油通过回油装置(9)和油泵(20)回到膨胀机(19)；冷凝器(21)冷凝过后的液体工质从具有油分离功能的循环工质换热器的液体进口(2)进入到换热器换热管(5)内，与从容积式膨胀机(19)出来的气体工质进行换热，温度升高过后的液体工质从液体出口流出经过工质泵(22)加压进入到蒸发器(23)，从蒸发器(23)蒸发过后进入膨胀机完成一个循环。