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研究生:李世文
論文名稱:低焓熱源回收系統膨脹器搭配工作流體之設計研究
論文名稱(外文):The designing studies on expander of recovering low-geade waste heat combine with working fluid
指導教授:白寶實白寶實引用關係洪祖全
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:工程與系統科學系
學門:工程學門
學類:核子工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:85
中文關鍵詞:廢熱有機朗肯循環汽電共生系統理論分析實驗環路
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近年來,由於隨著全世界環保意識的逐漸抬頭,對於一些破壞環境的污染源處理,逐漸的受到法令的限制,如工廠製程所排放的廢熱。而在工業界裡,當廢熱低於某溫度值時,其轉換成動力的效率已大幅度降低,面對低焓值的熱源,使用有機流體當作郎肯循環循環的工作流體,此熱循環稱做有機郎肯循環 ( Organic Rankine Cycle,ORC ),應用有機流體的特殊熱力性質,可達到廢熱有效的回收利用,或是根據工業界製程的需要,搭配汽電共生 ( cogeneration ) 系統,以增加系統動力或電力效率,同時又可兼具環保及經濟上的考量,相信可解決電源需求一直處於短缺的問題並且可提升經濟的發展與產業的升級。
本研究的工作主要是探討有機郎肯循環應用於低焓熱源回收系統的核心-膨脹作功元件,研究方法分為理論分析與實驗迴路兩部分,在理論分析方面,主要利用流體力學與熱力學的角度,去研究建立輪葉式膨脹器的效能計算以作為設計規劃輪葉式膨脹器的方向,並且探討其應用於ORC系統的熱效率。在實驗迴路方面,則是進行ORC實驗環路的組立,利用HCFC-141b冷煤作為工作流體,將所設計製作的輪葉式膨脹器應用於環路上進行運轉測試,並且做更進一步的整合研究。同時亦改良活塞式膨脹器應用於實驗環路上,並獲得初步的成果。此外,也蒐整了ORC所使用工作流體的安全性,及流體於實驗環路上與材料搭配的相容性問題,可作為日後在材料與流體搭配上的參考。
第一章 序論....……………………………………………………………………1
1-1 前言……………………………………………………………………….…1
1-2 文獻回顧……………..………………………………………….…………..2
1-3 有機朗肯環路動作原理..…………………………………………………...4
1-4 研究過程與方法………………………………………………………….…5
第二章 工作流體與材料的搭配性………………………………………… .7
2-1 工作流體與材料的選用考量……………………………………………. .7
2-2 ORC可能產生腐蝕的形式………………………………………….….…9
2-3 有機工作流體的物性及化性…………………………………………….12
2-3-1 冷煤類………………..……………………………………….…12
2-3-2 芳香族……..………………………………………………….…17
2-3-3 烷類………………...……………….……………………….…..20
第三章 膨脹器的介紹………………….……………………………………..24
3-1 膨脹器的基本介紹……………………………………………………….24
3-2 輪葉式膨脹器…………………………………………………………….24
3-3 活塞式膨脹器…………………………………………………………….29
第四章 膨脹器之理論分析………..………………………………………....31
4-1 有機朗肯循環系統實驗迴路的計算……………………………….…....31
4-2 膨脹器的特性………………………………………………………….....33
4-3 輪葉式膨脹器之理論模式分析……………………………………...…..34
4-4 輪葉式膨脹器之理論結果與討論……….………………………… …41
第五章 膨脹器的設計建構及改良 ………………………………………..56
5-1 膨脹做功元件的發展及沿革…………………………………………….56
5-2 輪葉式膨脹器的設計及建構…………….………………………………59
5-2-1 第一代輪葉式膨脹器…………………………………………...59
5-2-2 第二代輪葉式膨脹器…………………………………………...61
5-2-3 第三代輪葉式膨脹器…………………………………………...62
5-3 活塞式膨脹器…………………………………………………………….63
第六章 膨脹器實驗環路測試與結果討論………………………………..66
6-1 實驗目的………………………………………………………………….66
6-2 實驗環路測試裝置介紹………………………………………………….66
6-3 輪葉式膨脹器測試結果………………………………………………….70
6-4 活塞式膨脹器測試結果………………………………………………….71
6-5 實驗環路測試結果與討論……………………………………………….75
第七章 結論與未來工作...…………………………………………………....77
7-1 結論……………………………………………………………………….77
7-2 未來工作………………………………………………………………….78
參考文獻……………………………………………………………………………..80
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