Energiasild ja ORC generaatorisüsteemi tehniline tuum soojustagastussoojusvaheti jaoks
ORC-süsteemi madala kvaliteediga soojusallika omadused ja orgaanilise töövedeliku füüsikalised omadused seavad soojustagastusega soojusvahetile ranged kohandatud konstruktsiooninõuded ning selle tehnilised omadused kajastuvad peamiselt neljas järgmises aspektis:
(1) Tõhus soojusvahetuse disain: heitsoojuse kasutamise ja süsteemi kompaktsuse tasakaalustamine
Madala kvaliteediga soojusallikatel on väike temperatuurigradient ja madal energiatihedus, mistõttu soojustagastusega soojusvahetitel peab olema üli{0}}kõrge soojusülekande efektiivsus. Inseneritöös kasutatakse tavaliselt "ribidega toru+ristvoolu/vastuvoolu paigutust": kõrgsageduslikke ribilisi torusid kasutatakse kuuma külgkanali soojusülekande parandamiseks, suurendades kontaktpinda heitsoojuskeskkonnaga; Külma külje töövedeliku kanal kasutab mõistlikku kanalite jaotust, et saavutada vastuvoolu soojusülekanne kuuma küljega, maksimeerides soojusülekande temperatuuride erinevust. Samal ajal kasutatakse ORC-süsteeme sageli tööstusobjektides või mobiilseadmetes (nagu uued energiaga raskeveokite{5}}veokid) ning soojusvahetid peavad saavutama maksimaalse soojusülekandeala piiratud ruumis. Seetõttu on kompaktsed konstruktsioonid (nagu plaatribide ja mikrokanalite struktuurid) muutunud peamiseks valikuks ning nende mahuline soojusülekandetegur võib ulatuda 3–5 korda traditsiooniliste kestade ja torude soojusvahetite omast.
(2) Töövedeliku kohanemisvõime: orgaaniliste töövedelike ainulaadsete füüsikaliste ja keemiliste omaduste käsitlemine
Orgaaniliste töövedelike ja vee vahel on olulisi erinevusi keemistemperatuuris, viskoossuses ja söövitavuses, mis nõuavad erinõudeid materjali valikul ja soojusvahetite konstruktsiooni projekteerimisel. Näiteks võib mõne orgaanilise töövedeliku (nt R134a) maht faasisiirde ajal märkimisväärselt suureneda ja liigse rõhukadu vältimiseks on vaja kujundada mõistlik voolukanali ristlõikepindala; Kloori sisaldavad töövedelikud võivad kõrgel temperatuuril laguneda ja tekitada söövitavaid gaase, seega peaks soojusvaheti materjal olema 316L roostevaba teras või tugeva korrosioonikindlusega Hastelloy sulam; Kuivade vedelike (nt R245fa) ja märgade vedelike (nt n-pentaan) faasisiirdeomadused on erinevad ning tuleb kavandada sihipärane soojusvahetusprotsess, et vältida tilkade teket märgade vedelike väljalaskeavas, mis võib vedelikuga kokkupõrke tõttu turbiini kahjustada.
(3) Temperatuuri ja rõhu juhtimine: süsteemi stabiilse töö tagamine
Orgaanilise töövedeliku aurustumistemperatuur ORC-süsteemis on tavaliselt vahemikus 60 kraadi -180 kraadi ja töörõhk võib ulatuda 2-4 MPa-ni. Soojustagastusega soojusvaheti peab täpselt kontrollima töövedeliku väljalasketemperatuuri ja kuivust – liigne ülekuumenemine suurendab süsteemi energiatarbimist, samas kui ebapiisav ülekuumenemine võib põhjustada turbiini rikke. Sel põhjusel kasutavad soojusvahetid tavaliselt segmenteeritud konstruktsiooni, mis on jagatud eelsoojendussektsiooniks, aurustamise sektsiooniks ja ülekuumenemise sektsiooniks. Iga voolukanali pikkuse ja soojusülekandeala jaotuse optimeerimisega tagatakse töövedeliku väljalaskeava stabiilne kuivus 0,95 või üle selle. Samal ajal peab soojusvahetil olema piisav rõhukindlus ja tihendusvõime, et tulla toime orgaaniliste töövedelike rõhukõikumistega faasisiirde ajal ning vältida vedeliku lekkimisest tulenevaid ohutusriske ja energiakadu.
