RU2521903C2 - Система, работающая по органическому циклу ренкина, поверхностно-обработанная подложка и способ обработки поверхности кипения теплообменника - Google Patents

Система, работающая по органическому циклу ренкина, поверхностно-обработанная подложка и способ обработки поверхности кипения теплообменника Download PDF

Info

Publication number
RU2521903C2
RU2521903C2 RU2010115092/06A RU2010115092A RU2521903C2 RU 2521903 C2 RU2521903 C2 RU 2521903C2 RU 2010115092/06 A RU2010115092/06 A RU 2010115092/06A RU 2010115092 A RU2010115092 A RU 2010115092A RU 2521903 C2 RU2521903 C2 RU 2521903C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
working fluid
evaporator
heat exchanger
treated substrate
boiling
Prior art date
Application number
RU2010115092/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2010115092A (ru
Inventor
Габор АСТ
Себастьян Вальтер ФРОЙНД
Томас Йоханнес ФРЕЙ
Мэттью Александер ЛЕХАР
Рихард АУМАНН
Original Assignee
Дженерал Электрик Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дженерал Электрик Компани filed Critical Дженерал Электрик Компани
Publication of RU2010115092A publication Critical patent/RU2010115092A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2521903C2 publication Critical patent/RU2521903C2/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/18—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
    • F28F13/185—Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings
    • F28F13/187—Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings especially adapted for evaporator surfaces or condenser surfaces, e.g. with nucleation sites
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/10—Water tubes; Accessories therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/10—Water tubes; Accessories therefor
    • F22B37/107—Protection of water tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/20—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes with nanostructures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24355—Continuous and nonuniform or irregular surface on layer or component [e.g., roofing, etc.]
    • Y10T428/24372—Particulate matter

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в системах теплообмена, предназначенных для восстановления и использования отработанного тепла. Система, работающая по органическому циклу Ренкина, для восстановления и использования отработанного тепла, поступающего от источника отработанного тепла, с помощью замкнутого контура рабочей текучей среды содержит по меньшей мере один испаритель. Указанный испаритель дополнительно содержит поверхностно-обработанную подложку для содействия пузырьковому кипению рабочей текучей среды с обеспечением ограничения температуры рабочей текучей среды до значения ниже заданной температуры. Кроме того, испаритель выполнен с обеспечением испарения рабочей текучей среды путем использования отработанного тепла, поступающего от источника отработанного тепла. Технический результат - уменьшение размеров, снижение стоимости и повышение эффективности системы. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Изобретение относится в целом к теплообменнику в органическом цикле Ренкина и, более конкретно, к теплообменнику с поверхностно-обработанной подложкой для достижения повышенной эффективности теплообмена.
[0002] Большинство систем, работающих по органическому циклу Ренкина (ОЦР), используется в качестве модернизаций малых и средних газовых турбин для обеспечения поглощения дополнительной мощности в верхней части выхода основного тракта турбины из потока горячих отработанных газов газовых турбин. Рабочая текучая среда, используемая в этих циклах, обычно представляет собой углеводород, температура кипения которого немного превышает температуру, определенную Международной Организацией по Стандартизации (ISO), при атмосферном давлении. Из-за опасения, что такие углеводородные текучие среды могут разрушаться при непосредственном воздействии высокой температуры (≈500°C) выхлопного потока газовой турбины, обычно используется промежуточный термомасляный контур, обеспечивающий передачу тепла от выпуска к котлу, работающему по циклу Ренкина. Термомасляный контур требует дополнительных капитальных затрат, которые могут составлять до одной четверти стоимости полного цикла. Кроме того, встраивание термомасляного контура вызывает значительное уменьшение применимого уровня температуры источника тепла. Более того, промежуточная гидравлическая система и теплообменники требуют более высокой разницы температур, что приводит к увеличению размеров и снижению общей эффективности.
[0003] Таким образом, желательно создание усовершенствованной системы, работающей по органическому циклу Ренкина (ОЦР), обеспечивающей решение вышеупомянутых проблем.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] В соответствии с вариантом выполнения данного изобретения предложена система, работающая по органическому циклу Ренкина, предназначенная для восстановления и использования отработанного тепла, поступающего от источника отработанного тепла, с помощью замкнутого контура рабочей текучей среды. Указанная система содержит по меньшей мере один испаритель. Указанный испаритель дополнительно содержит поверхностно-обработанную подложку для содействия пузырьковому кипению рабочей среды с обеспечением ограничения температуры рабочей текучей среды до значения ниже заданной температуры. Кроме того, испаритель выполнен с обеспечением испарения рабочей среды путем использования отработанного тепла, поступающего от источника отработанного тепла.
[0005] В соответствии с другим вариантом выполнения изобретения предложена поверхностно-обработанная подложка для содействия пузырьковому кипению рабочей текучей среды с обеспечением ограничения температуры рабочей текучей среды в теплообменнике до значения ниже заданной температуры. Поверхностно-обработанная подложка содержит частицы или волокна, предназначенные для содействия образованию пузырьков в рабочей среде и находящиеся во взвешенном состоянии в растворе связующего материала. Указанная подложка дополнительно содержит теплопроводное связующее вещество для связывания частиц или волокон.
[0006] В соответствии с еще одним вариантом выполнения изобретения предложен способ обработки поверхности кипения теплообменника для содействия пузырьковому кипению потока рабочей текучей среды, проходящего через теплообменник, с обеспечением ограничения температуры рабочей текучей среды до значения ниже заданной температуры. Указанный способ включает подготовку поверхности теплообменника для получения одной или более неоднородностей. Способ также включает нанесение слоя покрытия на поверхность теплообменника.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0007] Эти и другие особенности, аспекты и преимущества данного изобретения станут более понятны при прочтении нижеследующего подробного описания, приведенного со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми номерами позиций и на которых:
[0008] Фиг.1 изображает принципиальную схему варианта выполнения системы, работающей по органическому циклу Ренкина и содержащей испаритель прямого действия.
[0009] Фиг.2 изображает вид в аксонометрии трубки теплообменника, на котором части трубки вырезаны для отображения поверхностно-обработанной подложки в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения.
[0010] Фиг.3 иллюстрирует блок-схему способа создания обработанной поверхности на стороне кипения трубки теплообменника.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0011] Данные технологии в целом относятся к системам, работающим по органическому циклу Ренкина, для восстановления и использования отработанного тепла, поступающего от источника отработанного тепла, с помощью замкнутого контура рабочей текучей среды. В частности, вариант выполнения такой системы содержит теплообменник с поверхностно-обработанной подложкой для содействия пузырьковому кипению рабочей текучей среды с обеспечением ограничения температуры рабочей текучей среды до значения ниже заданной температуры. Данная технология также относится к способу обработки поверхности кипения теплообменника для содействия пузырьковому кипению потока рабочей текучей среды, проходящего через теплообменник.
[0012] При введении элементов различных вариантов выполнения использование их названий в единственном числе означает, что имеется один или более элементов. Термины «содержащий», «включающий» и «имеющий» являются охватывающими и означают, что могут иметься дополнительные элементы, отличные от перечисленных. Любые примеры рабочих параметров не являются исключительными по отношению к другим параметрам описываемых вариантов выполнения.
[0013] Фиг.1 изображает принципиальную схему иллюстративного варианта выполнения системы 10, работающей по органическому циклу Ренкина и предназначенной для восстановления и использования отработанного тепла, поступающего от источника отработанного тепла, с помощью замкнутого контура рабочей текучей среды 14. В системе 10 используется органическая рабочая текучая среда 14 с высокой молекулярной массой, обеспечивающая возможность восстановления тепла из тепловых источников, к которым относятся потоки выхлопных газов от газовых турбин. В одном варианте выполнения система 10 может выполнять восстановление тепла из низкотемпературных источников, например, промышленного отработанного тепла, геотермального тепла, солнечных прудов и т.д. Кроме того, система 10 превращает низкотемпературное тепло в полезную работу, которая затем может быть превращена в электрическую энергию. Это осуществляется путем использования по меньшей мере одной турбины 16 для расширения рабочей среды 14, так что обеспечивается создание мощности на валу и получение расширенной рабочей текучей среды 22. Указанная турбина 16 может представлять собой двухступенчатую радиальную турбину для расширения рабочей среды 14. Во время расширения рабочей среды 14 значительная часть тепловой энергии, восстановленной из испарителя 12 прямого действия, превращается в полезную работу. Расширение рабочей среды 14 в турбине 16 приводит к понижению температуры и давления указанной среды 14.
[0014] Далее расширенная рабочая текучая среда 22 поступает в конденсатор 18 для конденсации с помощью охлаждающей текучей среды, протекающей через указанный конденсатор 18, с обеспечением получения конденсированной рабочей среды 24 при еще более низком давлении. В одном варианте выполнения конденсация расширенной рабочей среды 22 может выполняться с помощью воздуха, находящегося при температуре окружающей среды. Поток воздуха при температуре окружающей среды может быть получен с помощью вентилятора или воздуходувки, в результате чего происходит понижение температуры на величину, которая может достигать приблизительно 40°C. В другом варианте выполнения конденсатор 18 может использовать в качестве охлаждающей текучей среды охлаждающую воду. Конденсатор 18 может содержать типовой теплообменник с многочисленными трубчатыми проходами, обеспечивающими прохождение через них расширенной рабочей среды 22. В одном варианте выполнения для продувания окружающего воздуха через теплообменную секцию используется вентилятор с двигателем. Во время такого процесса скрытая теплота расширенной рабочей среды 22 выделяется и передается охлаждающей текучей среде, используемой в конденсаторе 18. Расширенная рабочая среда 22, таким образом, конденсируется до конденсированной рабочей текучей среды 24, находящейся в жидкой фазе при еще более низкой температуре и давлении.
[0015] Давление конденсированной рабочей среды 24 затем повышается от низкого давления до высокого давления с помощью насоса 20. После этого сжатая рабочая текучая среда 26 может поступить в испаритель прямого действия или бойлер 12 и пройти через многочисленные трубки, проточно сообщающиеся с замкнутым контуром рабочей текучей среды 14, как показано на фиг.1. Указанный испаритель 12 может иметь каналы для отработанных газов, поступающих от источника отработанного тепла, для непосредственного нагревания сжатой рабочей среды 26, проходящей через многочисленные трубки в испарителе 12.
[0016] Сжатая рабочая среда 26, поступающая в испаритель 12, может содержать углеводород с низкой температурой кипения. Термодинамические характеристики, такие как высокая температурная стабильность рабочей среды 14 в испарителе 12 прямого действия системы 10, может быть трудно поддерживать, поскольку на температуру рабочей среды 14 может воздействовать пороговая температура разрушения на поверхности теплообменника в трубках испарителя 12, что приводит к тепловому разложению рабочей среды 14. В одном варианте выполнения испаритель 12 или конденсатор 18 системы 10 может представлять собой типичный теплообменник, используемый в цикле теплового двигателя.
[0017] Фиг.2 изображает вид в аксонометрии трубки 30 испарителя прямого действия, на котором части трубки вырезаны для отображения поверхностно-обработанной подложки 32 в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения. Испаритель 12 прямого действия, показанный на фиг.1, может содержать многочисленные трубки 30. Поверхностно-обработанная подложка 32 в трубке 30 испарителя способствует пузырьковому кипению рабочей текучей среды с обеспечением ограничения температуры рабочей среды 14 (фиг.1) до значения ниже заданной температуры. Следовательно, возникновение высоких температур на поверхности 38 кипения стенок трубок испарителя 12 предотвращается путем использования указанной подложки 32, предназначенной для содействия пузырьковому кипению, которое дополнительно увеличивает интенсивность теплового потока в процессе кипения для обеспечения достижения лучшего охлаждения поверхности 38 кипения трубки 30 испарителя. Таким образом, данная технология улучшает передачу тепла от нагретой поверхности испарителя прямого действия к кипящей рабочей среде 14. Явление пузырькового кипения, вызываемое с помощью поверхностно-обработанной подложки 32, подробно рассмотрено ниже.
[0018] В одном варианте выполнения поверхностно-обработанная подложка 32 имеет покрытие 36, нанесенное на поверхность кипения 38 трубки 30 испарителя прямого действия и используемое для содействия пузырьковому кипению рабочей текучей среды с обеспечением ограничения тем самым температуры рабочей среды до значения ниже заданной температуры в указанном испарителе 12. В одном варианте выполнения заданная температура рабочей среды 14 может изменяться от 200°C до 300°C. Поверхностно-обработанная подложка 32 может содержать многочисленные частицы или волокна 34, находящиеся во взвешенном состоянии в связующем веществе. В одном варианте выполнения поверхностно-обработанная подложка 32 также может содержать многочисленные волокна, находящиеся во взвешенном состоянии в связующем веществе. При работе указанные частицы или волокна 34 действуют в качестве зародышей для образования пузырьков, когда необходимо обеспечить испарение рабочей среды. Это приводит к образованию большего числа местоположений, в которых образуются пузырьки пара, с созданием в то же время большего потока тепла, поскольку известно, что поток тепла к текучей среде, в которой происходит фазовое изменение, почти на порядок выше, чем передача тепла к текучей среде вследствие конвекции. Более высокий поток тепла помогает охладить поверхность теплообменника более эффективно, что приводит к более низкой равновесной температуре поверхности теплообменника, так как коэффициент теплопередачи на горячей стороне остается почти таким же. Кроме того, поток тепла слегка возрастает благодаря более высокому температурному градиенту. Металлические частицы 34, действующие в качестве зародышей испарения, также помогают разрушить адгезионную связь пузырьков с поверхностью теплообменника, так что пузырьки пара отрываются от поверхности, будучи еще небольшими, в результате чего поток тепла на более холодной стороне стенки теплообменника дополнительно возрастает. Такие зародыши испарения не только способствуют пузырьковому кипению, но также повышают смачиваемость поверхности по сравнению с гладкой поверхностью и, таким образом, подавляют возникновение пленочного кипения. Другой положительный эффект улучшения отделения пузырьков пара от поверхности кипения состоит в том, что это препятствует объединению пузырьков в непрерывную пленку пара, которая бы в противном случае значительно снизила конвективную теплопередачу, так как такая теплопередача в слое пара на порядок меньше, чем в жидкой пленке.
[0019] Напротив, в случае гладкой поверхности кипения существует лишь несколько точек образования пузырьков, и вследствие сжимающей силы поверхностного натяжения жидкости на очень маленьком пузырьке для начала роста пузырьков требуется большая степень перегрева. Тепло для роста пузырька должно передаваться вследствие конвекции и проводимости от гладкой поверхности кипения к отдаленной границе раздела жидкость-пар пузырька, который почти полностью окружен основной массой жидкости. Таким образом, можно сказать, что неоднородная поверхность стенки теплообменника, имеющаяся вследствие наличия поверхностно-обработанной подложки, увеличивает поток тепла на стороне кипения или испарения, что приводит к низким температурам стенки теплообменника или испарителя 12 прямого действия, показанного на фиг.1, результатом чего в свою очередь являются более низкие скорости разложения рабочей среды 14 в ОЦР.
[0020] В одном варианте выполнения размер частиц может изменяться от 1 мкм до 100 мкм. Отделение пузырьков пара от поверхности 38 кипения дополнительно улучшается благодаря покрытию 36, в результате чего увеличивается площадь активной поверхности теплопередачи, что дополнительно приводит к более высокому потоку тепла. Поверхностно-обработанная подложка 32 также содержит теплопроводное связующее вещество для связывания многочисленных частиц или волокон 34. В другом варианте выполнения теплопроводное связующее вещество содержит материал с высокой теплопроводностью, изменяющейся от 1 Вт·м-1·К-1 до 300 Вт·м-1·К-1. В еще одном варианте выполнения волокна 34 содержат стекловолокно, кварц, минеральные кристаллы и металлические соединения. В еще одном варианте выполнения волокна 34 могут содержать керамические соединения.
[0021] Кроме того, в одном варианте выполнения покрытие 36 может иметь гидрофильный слой, который дополнительно содержит имплантированные ионы. Имплантация ионов может изменять поверхностную энергию и, таким образом, влияет на то, является ли поверхность гидрофильной или гидрофобной. В другом варианте выполнения многочисленные ионы могут содержать ионы на основе азота. Ионы на основе азота являются одним из наиболее распространенных классов ионов, которыми поверхность может быть насыщена для обеспечения содействия адгезии жидкости.
[0022] Фиг.3 изображает блок-схему 40, иллюстрирующую различные варианты выполнения подготовки обработанной поверхности 42 на поверхности 38 кипения трубки 30 испарителя прямого действия, показанной на фиг.2. Блок-схема 40 главным образом иллюстрирует способ обработки поверхности 38 кипения испарителя 12 прямого действия (фиг.1) для содействия пузырьковому кипению потока рабочей среды через трубку 30 указанного испарителя. В одном варианте выполнения, как отображено с помощью блока 44, проиллюстрирован способ подготовки поверхности теплообменника или испарителя 12. В другом варианте выполнения, как отображено с помощью блока 46, проиллюстрирован способ нанесения покрытия 36, показанного на фиг.2, на поверхность 38 кипения трубки 30 испарителя прямого действия или теплообменника. В дополнительном варианте выполнения покрытие 38 может быть наслоено на поверхность 38 кипения трубки 30, где происходит испарение сжатой рабочей среды. В еще одном варианте выполнения подготовка поверхности стенки испарителя для получения неоднородностей может включать химическое травление, как отображено в блоке 48. В еще одном варианте выполнения подготовка поверхности стенки испарителя для получения неоднородностей может включать механическую обработку, как показано в блоке 50. Механическая обработка включает по меньшей мере один из процессов прокатки, фрезерования, шлифовки или обточки.
[0023] В другом варианте выполнения нанесение покрытия на поверхность 38 кипения трубки 30 испарителя или теплообменника включает распыление многочисленных частиц или волокон на поверхности теплообменника, как проиллюстрировано в блоке 52 на фиг.3. В конкретном варианте выполнения многочисленные частицы 34, показанные на фиг.2, могут содержать металлические частицы. В еще одном варианте выполнения нанесение покрытия на поверхность 38 кипения трубки 30 испарителя или теплообменника включает спекание, как проиллюстрировано в блоке 54 на фиг.3. В конкретном варианте выполнения спекание 54 может включать нагревание металлических частиц до температуры ниже точки плавления до тех пор, пока они не прилипнут друг к другу или не сплавятся друг с другом. При работе частицы или волокна 34 могут действовать в качестве зародышей для пузырькового кипения, так что вместо больших пузырьков образуется большее количество мелких пузырьков пара. Это явление приводит к увеличению потока тепла через стенку теплообменника испарителя 12.
[0024] Преимущественно в данном изобретении применяется поверхностно-обработанная подложка, содержащая покрытие, или механически обработанную поверхность, или химически обработанную поверхность, в испарителе прямого действия системы, работающей по органическому циклу Ренкина, для получения существенной эффективности теплопередачи от поверхности кипения или испарения теплообменника к рабочей среде 14. Таким образом, температура поверхности кипения теплообменника или испарителя 12 прямого действия остается относительно низкой, что предотвращает разложение рабочей среды 14. Другое преимущество данного изобретения заключается в устранении промежуточного замкнутого термомасляного контура, что делает данное изобретение менее сложным и экономически выгодным. Благодаря устранению замкнутого термомасляного контура капитальные затраты в системе с ОЦР могут быть снижены на одну четверть от величины общих затрат.
[0025] Следует понимать, что все такие цели или преимущества, описанные выше, не обязательно могут быть достигнуты в соответствии с каким-либо конкретным вариантом выполнения. Таким образом, например, специалистам должно быть понятно, что устройства и способы, описанные в данном документе, могут быть реализованы или выполнены таким образом, который обеспечивает достижение или оптимизацию одного преимущества или группы преимуществ, указанных в данном документе, без обязательного достижения других целей или преимуществ, указанных или предполагающихся в данном документе.
[0026] Несмотря на то, что в данном документе проиллюстрированы и описаны только некоторые особенности изобретения, специалистам будут очевидны различные модификации и изменения. Таким образом, следует понимать, что прилагаемая формула изобретения охватывает все такие модификации и изменения, как находящиеся в рамках сущности изобретения.
ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВ
10 Система, работающая по органическому циклу Ренкина
12 Испаритель прямого действия
14 Рабочая текучая среда
16 Турбина
18 Конденсатор
20 Насос
22 Расширенная рабочая текучая среда
24 Конденсированная рабочая текучая среда
26 Сжатая рабочая текучая среда
30 Трубка испарителя прямого действия
32 Поверхностно-обработанная подложка
34 Частицы или волокна
36 Покрытие
38 Поверхность кипения
40 Способ подготовки обработанной поверхности на поверхности кипения трубки испарителя прямого действия
42 Обработанная поверхность
44 Этап подготовки поверхности теплообменника или испарителя прямого действия для получения одной или более неоднородностей
46 Этап нанесения покрытия на поверхность кипения трубки теплообменника или испарителя прямого действия
48 Этап подготовки поверхности стенки испарителя прямого действия для получения неоднородностей путем химического травления
50 Этап подготовки поверхности стенки испарителя прямого действия для получения неоднородностей путем механической обработки
52 Этап нанесения покрытия на поверхность кипения трубки теплообменника или испарителя прямого действия путем распыления многочисленных частиц или волокон
54 Этап нанесения покрытия на поверхность кипения трубки теплообменника или испарителя прямого действия путем спекания.

Claims (21)

1. Система, работающая по органическому циклу Ренкина, предназначенная для восстановления и использования отработанного тепла, поступающего от источника отработанного тепла, с помощью замкнутого контура рабочей текучей среды и содержащая:
по меньшей мере один испаритель, содержащий поверхностно-обработанную подложку для содействия пузырьковому кипению рабочей текучей среды с обеспечением ограничения температуры рабочей текучей среды до значения ниже заданной температуры, причем указанный испаритель дополнительно выполнен с обеспечением испарения рабочей текучей среды путем использования отработанного тепла, поступающего от источника отработанного тепла.
2. Система по п.1, дополнительно содержащая по меньшей мере одну турбину для расширения рабочей текучей среды с обеспечением создания мощности на валу и получения расширенной рабочей текучей среды, причем указанная рабочая текучая среда является углеводородом.
3. Система по п.1, дополнительно содержащая по меньшей мере один конденсатор для конденсации расширенной рабочей текучей среды путем воздействия потока воздуха при температуре окружающей среды с обеспечением получения конденсированной рабочей текучей среды при низком давлении.
4. Система по п.1, дополнительно содержащая по меньшей мере один насос для нагнетания конденсированной рабочей текучей среды к испарителю.
5. Система по п.1, в которой испаритель содержит трубки, проточно сообщающиеся с указанным замкнутым контуром рабочей текучей среды, и дополнительно имеет канал для отработанных газов, поступающих от источника отработанного тепла, для непосредственного нагревания рабочей текучей среды, проходящей через испаритель.
6. Система по п.1, в которой поверхностно-обработанная подложка содержит покрытие, наслоенное на сторону кипения поверхности испарителя.
7. Система по п.6, в которой указанное покрытие содержит частицы или волокна для образования пузырьков рабочей текучей среды в испарителе.
8. Система по п.1, в которой поверхностно-обработанная подложка имеет неоднородную поверхность для образования пузырьков рабочей текучей среды в испарителе.
9. Поверхностно-обработанная подложка, предназначенная для содействия пузырьковому кипению рабочей текучей среды с обеспечением ограничения температуры рабочей текучей среды до значения ниже заданной температуры в теплообменнике и содержащая:
частицы или волокна для содействия образованию пузырьков в рабочей текучей среде, находящиеся во взвешенном состоянии в связующем веществе, и
теплопроводное связующее вещество для связывания указанных частиц или волокон.
10. Поверхностно-обработанная подложка по п.9, в которой размер частиц варьируется от 1 мкм до 100 мкм.
11. Поверхностно-обработанная подложка по п.9, в которой заданная температура рабочей текучей среды варьируется от 200°C до 300°C.
12. Поверхностно-обработанная подложка по п.9, в которой теплопроводное связующее вещество содержит материал с высокой проводимостью, варьирующейся от 1 Вт·м-1·К-1 до 300 Вт·м-1·К-1.
13. Поверхностно-обработанная подложка по п.9, в которой волокна содержат стекловолокно, кварц, минеральные кристаллы, металлические или керамические соединения.
14. Поверхностно-обработанная подложка по п.9, в которой теплообменник содержит по меньшей мере испаритель или конденсатор.
15. Поверхностно-обработанная подложка по п.9, дополнительно содержащая покрытие, нанесенное на сторону кипения испарителя и имеющее гидрофильный слой, который дополнительно содержит ионы на основе азота.
16. Способ обработки поверхности кипения теплообменника, предназначенной для содействия пузырьковому кипению потока рабочей текучей среды, проходящей через теплообменник, с обеспечением ограничения температуры рабочей текучей среды до значения ниже заданной температуры, включающий:
подготовку поверхности теплообменника для одной или более неоднородностей и
нанесение слоя покрытия на поверхность теплообменника.
17. Способ по п.16, в котором при подготовке поверхности теплообменника выполняют химическое травление.
18. Способ по п.16, в котором при подготовке поверхности теплообменника выполняют механическую обработку.
19. Способ по п.16, в котором во время механической обработки выполняют по меньшей мере один из следующих процессов: прокатку, фрезерование, шлифовку или обточку.
20. Способ по п.16, в котором при нанесении слоя покрытия выполняют распыление металлических частиц на поверхность кипения теплообменника.
21. Способ по п.16, в котором при нанесении слоя покрытия выполняют спекание.
RU2010115092/06A 2009-04-17 2010-04-16 Система, работающая по органическому циклу ренкина, поверхностно-обработанная подложка и способ обработки поверхности кипения теплообменника RU2521903C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/425,424 2009-04-17
US12/425,424 US20100263842A1 (en) 2009-04-17 2009-04-17 Heat exchanger with surface-treated substrate

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010115092A RU2010115092A (ru) 2011-10-27
RU2521903C2 true RU2521903C2 (ru) 2014-07-10

Family

ID=42980119

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010115092/06A RU2521903C2 (ru) 2009-04-17 2010-04-16 Система, работающая по органическому циклу ренкина, поверхностно-обработанная подложка и способ обработки поверхности кипения теплообменника

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20100263842A1 (ru)
EP (1) EP2423475A3 (ru)
JP (1) JP5681373B2 (ru)
CN (1) CN101892905A (ru)
AU (1) AU2010201481A1 (ru)
BR (1) BRPI1001104A2 (ru)
CA (1) CA2699196A1 (ru)
RU (1) RU2521903C2 (ru)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011004429A1 (de) * 2011-02-18 2012-08-23 Coperion Gmbh Vorrichtung zur Herstellung von Granulaten aus polymeren Werkstoffen
US8650879B2 (en) 2011-04-20 2014-02-18 General Electric Company Integration of waste heat from charge air cooling into a cascaded organic rankine cycle system
US20140096939A1 (en) * 2012-10-10 2014-04-10 Novel Concepts, Inc. Heat Spreader with Thermal Conductivity Inversely Proportional to Increasing Heat
US10295167B2 (en) * 2013-04-24 2019-05-21 Xiaodong Xiang Cooling mechanism for LED light using 3-D phase change heat transfer
WO2015057472A1 (en) * 2013-10-14 2015-04-23 J R Thermal LLC Heat transfer engine
CN103940110B (zh) * 2014-04-14 2015-12-09 浙江大学 沸腾传热改善型直通式自然循环太阳能集热管及方法
DE102016209082A1 (de) * 2016-05-25 2017-11-30 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verdampfer- und/oder Kondensatorelement mit oberflächlich eingebetteten porösen Partikeln
US11199112B2 (en) 2017-08-18 2021-12-14 Nederlandse Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno Method and system for heat recovery
US11486370B2 (en) 2021-04-02 2022-11-01 Ice Thermal Harvesting, Llc Modular mobile heat generation unit for generation of geothermal power in organic Rankine cycle operations
US11592009B2 (en) 2021-04-02 2023-02-28 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig
US11644015B2 (en) 2021-04-02 2023-05-09 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig
US11293414B1 (en) 2021-04-02 2022-04-05 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power in an organic rankine cycle operation
US11493029B2 (en) 2021-04-02 2022-11-08 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig
US11421663B1 (en) 2021-04-02 2022-08-23 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power in an organic Rankine cycle operation
US11326550B1 (en) 2021-04-02 2022-05-10 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods utilizing gas temperature as a power source
US11280322B1 (en) 2021-04-02 2022-03-22 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems for generating geothermal power in an organic Rankine cycle operation during hydrocarbon production based on wellhead fluid temperature
US11480074B1 (en) 2021-04-02 2022-10-25 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods utilizing gas temperature as a power source
EP4198390A1 (en) * 2021-12-17 2023-06-21 Vito NV An energy transfer system, a method of manufacturing thereof, and a method of increasing a thermal stability of a working fluid therein

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2215165C2 (ru) * 1998-12-31 2003-10-27 Ормат Индастриз Лтд. Способ регенерации тепла выхлопных газов в преобразователе органической энергии с помощью промежуточного жидкостного цикла (варианты) и система регенерации тепла выхлопных газов
US20080016866A1 (en) * 2005-01-11 2008-01-24 Peter Mohr Multi-chamber heat accumulator for storing heat energy and for generating electrical energy
US20090000294A1 (en) * 2005-01-27 2009-01-01 Misselhorn Jurgen K Power Plant with Heat Transformation

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA923388A (en) * 1968-05-20 1973-03-27 M. Czikk Alfred Heat transfer process
US3750399A (en) * 1972-05-15 1973-08-07 Gen Electric Combustor-boiler for rankine-cycle engines
US3945210A (en) * 1974-06-07 1976-03-23 Rodina Energy R & D Corporation Energy recovery
US4342200A (en) * 1975-11-12 1982-08-03 Daeco Fuels And Engineering Company Combined engine cooling system and waste-heat driven heat pump
JPS52114158A (en) * 1976-03-22 1977-09-24 Agency Of Ind Science & Technol Manufacturing of terrestrial heat power generation heat transfer pipe
US4246057A (en) * 1977-02-16 1981-01-20 Uop Inc. Heat transfer surface and method for producing such surface
US4219078A (en) * 1978-12-04 1980-08-26 Uop Inc. Heat transfer surface for nucleate boiling
US4358930A (en) * 1980-06-23 1982-11-16 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method of optimizing performance of Rankine cycle power plants
US4359086A (en) * 1981-05-18 1982-11-16 The Trane Company Heat exchange surface with porous coating and subsurface cavities
JPS5777684U (ru) * 1981-08-27 1982-05-13
JPS5993181A (ja) * 1982-11-19 1984-05-29 Hitachi Ltd 液膜蒸発式熱交換器
JPS59170796U (ja) * 1983-04-21 1984-11-15 住友軽金属工業株式会社 蒸発器用伝熱管
US4917960A (en) * 1983-12-29 1990-04-17 Sermatech International, Inc. Porous coated product
GB8405969D0 (en) * 1984-03-07 1984-04-11 Marston Palmer Ltd Nucleate boiling surfaces
JPH01139997A (ja) * 1987-11-25 1989-06-01 Furukawa Electric Co Ltd:The 沸謄伝熱管
US5018573A (en) * 1989-12-18 1991-05-28 Carrier Corporation Method for manufacturing a high efficiency heat transfer surface and the surface so manufactured
JPH06307791A (ja) * 1993-04-26 1994-11-01 Y K K Kk 高性能伝熱体
US6167706B1 (en) * 1996-01-31 2001-01-02 Ormat Industries Ltd. Externally fired combined cycle gas turbine
JPH08203890A (ja) * 1995-01-25 1996-08-09 Sony Corp 半導体装置の層間絶縁膜形成方法
JPH08313191A (ja) * 1995-03-16 1996-11-29 Furukawa Electric Co Ltd:The 熱交換器用アルミニウムフィン材
JPH09209998A (ja) * 1996-02-05 1997-08-12 Nippon Dennetsu Co Ltd 気泡ポンプ及びそれを用いた液体加熱装置
JP3044386U (ja) * 1997-06-13 1997-12-22 ネプコ・インコーポレーテッド 発電装置
JPH11211376A (ja) * 1998-01-27 1999-08-06 Mitsubishi Materials Corp 伝熱部材及びその製造方法
DE10159860C2 (de) * 2001-12-06 2003-12-04 Sdk Technik Gmbh Wärmeübertragungsfläche mit einer aufgalvanisierten Mikrostruktur von Vorsprüngen
JP4029628B2 (ja) * 2002-02-20 2008-01-09 株式会社豊田中央研究所 着霜防止部材及び熱交換器
US6568465B1 (en) * 2002-05-07 2003-05-27 Modine Manufacturing Company Evaporative hydrophilic surface for a heat exchanger, method of making the same and composition therefor
KR100624877B1 (ko) * 2002-07-08 2006-09-18 한국과학기술연구원 젖음성 향상을 위한 습표면 열교환기의 표면처리방법
FI120050B (fi) * 2004-06-03 2009-06-15 Luvata Oy Menetelmä metallioksidipulverin pelkistämiseksi ja liittämiseksi lämmönsiirtopintaan ja lämmönsiirtopinta
WO2007100297A1 (en) * 2006-03-03 2007-09-07 Richard Furberg Porous layer
US20070230128A1 (en) * 2006-04-04 2007-10-04 Vapro Inc. Cooling apparatus with surface enhancement boiling heat transfer
EP2212524A4 (en) * 2007-10-04 2012-04-18 United Technologies Corp CASCADED ORGANIC RANKINE CYCLE (ORC) SYSTEM USING RESIDUAL HEAT FROM AN ALTERNATIVE ENGINE

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2215165C2 (ru) * 1998-12-31 2003-10-27 Ормат Индастриз Лтд. Способ регенерации тепла выхлопных газов в преобразователе органической энергии с помощью промежуточного жидкостного цикла (варианты) и система регенерации тепла выхлопных газов
US20080016866A1 (en) * 2005-01-11 2008-01-24 Peter Mohr Multi-chamber heat accumulator for storing heat energy and for generating electrical energy
US20090000294A1 (en) * 2005-01-27 2009-01-01 Misselhorn Jurgen K Power Plant with Heat Transformation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010115092A (ru) 2011-10-27
US20100263842A1 (en) 2010-10-21
CA2699196A1 (en) 2010-10-17
CN101892905A (zh) 2010-11-24
JP5681373B2 (ja) 2015-03-04
EP2423475A3 (en) 2013-12-18
BRPI1001104A2 (pt) 2011-03-22
AU2010201481A1 (en) 2010-11-04
EP2423475A2 (en) 2012-02-29
JP2010249501A (ja) 2010-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2521903C2 (ru) Система, работающая по органическому циклу ренкина, поверхностно-обработанная подложка и способ обработки поверхности кипения теплообменника
US9816402B2 (en) Heat recovery system series arrangements
US10548241B2 (en) Two-phase cooling with ambient cooled condensor
US6701712B2 (en) Method of and apparatus for producing power
JP2010540837A (ja) 往復機関からの廃熱を利用するカスケード型有機ランキンサイクル（ｏｒｃ）システム
WO2013115668A1 (en) Heat engine and method for utilizing waste heat
CN104185717B (zh) 用于从双热源回收废热的系统和方法
EA000058B1 (ru) Способ преобразования тепла в полезную энергию и устройство для его осуществления
KR20120047795A (ko) 흡수 냉각기가 통합된 랭킨 사이클
US20110094227A1 (en) Waste Heat Recovery System
WO2014041417A2 (en) Method and apparatus for producing power from geothermal fluid
Lienhard Humidification-dehumidification desalination
KR100907662B1 (ko) 히트파이프열방출기가 구비된 엠에스에프 해수 담수화 장치
JP2007085195A (ja) 廃熱回生装置
KR101481010B1 (ko) 해양온도차발전 시스템 및 그 작동방법
CN105682761A (zh) 溶剂净化系统和方法
EP3670853A1 (en) Heat pump apparatus and district heating network comprising a heat pump apparatus
KR101336788B1 (ko) 유기랭킨사이클용 냉각시스템
JPH0626725A (ja) 極めて高温で操作される吸収式ヒートポンプに対する作動流体
JP4852331B2 (ja) 吸収ヒートポンプ装置、及びその運転方法
Birajdar et al. Experimental investigations of pump‐driven closed‐loop thermosyphon system
Mawade et al. Waste Heat Recovery Systems for Refrigeration-A Review
FI126752B (fi) Menetelmä tehokertoimen parantamiseksi lämpöpumppuprosessissa
JPH05280825A (ja) 吸収式ヒートポンプ
US20040007451A1 (en) Energy efficient evaporation system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160417