CN103742289A - 非承压壁式热力循环工质加热器 - Google Patents

Abstract

本发明属于能源与动力领域，涉及一种非承压壁式热力循环工质加热器。本发明包括内燃燃烧室、承压腔和被加热流体通道，所述内燃燃烧室和所述被加热流体通道设在所述承压腔内，所述内燃燃烧室和氧化剂源连通，所述内燃燃烧室和燃料源连通，在所述承压腔上设排气口，在所述承压腔内设传热液体。本发明传热效率高，温差小，具有更高的加热温度。

Description

非承压壁式热力循环工质加热器

技术领域

本发明属于能源与动力领域，涉及一种非承压壁式热力循环工质加热器。

背景技术

在至今为止的热动力循环中，按加热方式分，只有两类循环，即内燃加热循环和外燃加热循环，外燃加热循环由于材料等限制，其工质的温度和加热速率严重受限，所以往往会造成功率密度低、设备笨重等情况，而内燃加热循环中，燃烧产物均作为循环工质参与做功过程，而燃烧产物多数为水或二氧化碳或水和二氧化碳以及氮（来自于空气）的混合物，这种工质的绝热指数小，因此，在需要一定温比的前提下，压比必须很大，温度和压力的提高，必然导致循环系统承压能力的提高，然而由于系统结构及其使用材料以及传热方式的限制，使循环系统的承压能力受限，这就对机构提出了难以实现的要求。因此，需要发明一种新型的非承压壁式热力循环工质加热器。

发明内容

方案一：一种非承压壁式热力循环工质加热器，包括内燃燃烧室、承压腔和被加热流体通道，所述内燃燃烧室和所述被加热流体通道设在所述承压腔内，所述内燃燃烧室和氧化剂源连通，所述内燃燃烧室和燃料源连通，在所述承压腔上设排气口，在所述承压腔内设传热液体。

方案二：在方案一的基础上，所述氧化剂源内的氧化剂设为液氧、高压氧气、高压空气或设为双氧水。

方案三：在方案一或二的基础上，所述燃料源内的燃料设为汽油、柴油、煤油、天然气、液化气、煤层气、甲烷、乙烷、甲醇、乙醇或设为氢气。

方案四：在上述任一方案的基础上，所述排气口与做功机构连通。

方案五：一种非承压壁式热力循环工质加热器，包括承压腔、加热流体通道和被加热流体通道，所述加热流体通道和所述被加热流体通道设在所述承压腔内，在所述承压腔内设传热液体。

方案六：在方案五的基础上，所述承压腔经压力平衡管与所述被加热流体通道连通。

方案七：在方案一至六中任一项的基础上，所述传热液体设为熔盐或高温熔盐。

方案八：在方案一至六中任一项的基础上，所述传热液体设为高沸点金属单质。

方案九：在方案一至六中任一项的基础上，所述传热液体设为高沸点非金属单质。

方案十：在方案一至六中任一项的基础上，所述传热液体设为高沸点碱。

方案十一：在方案一至六中任一项的基础上，所述传热液体设为高沸点酸。

方案十二：在上述任一项方案的基础上，本发明中，所述被加热流体通道中的气体工质可以设为氮气、二氧化碳、氢气、氦气、氖气、氩气、氪气或设为氙气。

本发明的原理如下：

所述氧化剂源内的氧化剂和所述燃料源内的燃料分别进入或混合后进入所述燃烧室，在所述燃烧室内发生燃烧化学反应，形成高温气体，此高温气体在所述承压腔内直接对所述传热液体传热（所谓直接对所述传热液体传热是指所述高温气体与所述传热液体直接接触或混合，包括辐射、传导、对流和混合传热），这样，不仅传热速率快，而且，温差损失小，在传热过程中，所述传热液体被加热，被加热的所述传热液体对所述被加热流体通道内的所述气体工质传热，使所述气体工质被加热。所述被加热流体通道内外的压力差较小，因此可以将所述被加热流体通道内的所述气体工质加热到更高的温度，使其具有更高的压力。

本发明中，所谓的“传热液体”是指在常温下是固体或液体，但在工作条件下是液体的物质，可以是金属单质、非金属单质、有机化合物、无机化合物、盐类、酸、碱、氧化物等一切在工作条件的最低温度下是液体状态，在工作条件的最高温度下其蒸汽分压小于0.1MPa的物质。

本发明中，所谓的“传热液体”在常温下可以是液体也可以是固体，只要在工作环境下是液体即可。

本发明中，在具体选择所述传热液体时，应综合考虑所述传热液体的导热系数、流动性、化学稳定性、安全性及腐蚀性等性质而决定。

本发明中，在具体选择所述传热液体时，应根据热力循环过程的压力及温度等因素选择熔点和沸点适合的物质，通常情况下，应选择：在热力循环的最高温度条件下，不应汽化或蒸汽分压可以接受，而在热力循环的最低温度条件下，不应发生固化的液体。

本发明中，在有选择的前提下，所述传热液体熔点越低，沸点越高的物质越为适宜。

本发明中,所述传热液体可以选择熔点高于100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃或选择熔点高于200℃的物质。

本发明中，所述承压腔内的所谓传热液体，可选择性的选择单质或化合物。

本发明中，应尽可能选择熔点低、沸点高的所述传热液体，例如，汞、铯、铷、钠、钫、镓、钾、低熔点高沸点合金以及低熔点高沸点化合物（例如，浓硫酸、油酸等）。

本发明中，所述传热液体可选择性地选择：汞、铯、铷、钠、锂、钋、铊、铅、锑、镎、铝、钡、镱、钙、镧、钫、镓、钾、铟、锡、铋、镉、锌、镁、镨、银或选择镅等符合条件的金属单质，还可以选择符合条件的低熔点合金。

本发明中，所述传热液体可选择性地选择：氯化镨、氯化钾、氯化钠、氯化银、氯化钡或氯化钙等符合条件的熔盐或高温熔盐（HTS），以及烧碱等符合条件的高沸点碱。

本发明中，所述传热液体可选择性地选择：硼、硫、硒、硅、碲、磷、砹或砷等符合条件的非金属单质。

本发明中，所述传热液体可选择性地选择：硅烷、油酸、硬脂酸、卤代烃或丙三醇等符合条件的有机化合物。

本发明中，所述气体工质可选择性地选择：氮气、二氧化碳、氢气、氦气、氖气、氩气、氪气或选择氙气等气体。

本发明中，所述气体工质还可以选择性地选择氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氢气、氮气和空气中的两种或三种以上物质的混合物。

本发明中，所述气体工质可选择性地选择单质或化合物。

本发明中，所谓的“高沸点”是指物质的沸点应满足该物质在工作条件下的最高温度下是液体状态且其蒸汽分压小于0.1MPa的条件。

本发明中，所谓的“高温熔盐”是指工作条件下的最高温度下是液体状态且其蒸汽分压小于0.1MPa的熔盐。

本发明中，应根据能源与动力领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或系统。

本发明的有益效果如下：

本发明的所述非承压壁式热力循环工质加热器传热效率高，温差小，具有更高的加热温度。

附图说明

图1所示的是本发明实施例1的结构示意图；

图2所示的是本发明实施例2的结构示意图；

图中：

1内燃燃烧室、2承压腔、3被加热流体通道、4加热流体通道、5压力平衡管、101氧化剂源、102燃料源、201排气口。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的非承压壁式热力循环工质加热器，包括内燃燃烧室1、承压腔2和被加热流体通道3，所述内燃燃烧室1和所述被加热流体通道3设在所述承压腔2内，所述内燃燃烧室1和氧化剂源101连通，所述内燃燃烧室1和燃料源102连通，在所述承压腔2上设排气口201，在所述承压腔2内设传热液体。

所述氧化剂源101内的氧化剂设为液氧，所述燃料源102内的燃料设为汽油，所述传热液体设为锡，所述被加热流体通道3中的气体工质设为氪气。

作为可以变换的实施方式，所述氧化剂源101内的氧化剂可改设为高压氧气、高压空气或改设为双氧水；所述燃料源102内的燃料可改设为柴油、煤油、天然气、液化气、煤层气、甲烷、乙烷、甲醇、乙醇或改设为氢气；所述传热液体改设为熔盐、高温熔盐、高沸点金属单质、高沸点非金属单质、高沸点碱或改设为高沸点酸；所述气体工质改设为二氧化碳、氢气、氦气、氖气、氩气、氪气或改设为氙气。

作为可以变换的实施方式，所述排气口201与做功机构连通。

实施例2

如图2所示的非承压壁式热力循环工质加热器，包括承压腔2、加热流体通道4和被加热流体通道3，所述加热流体通道4和所述被加热流体通道3设在所述承压腔2内，在所述承压腔2内设传热液体。

本实施例中，所述承压腔2经压力平衡管5与所述被加热流体通道3连通。

所述加热流体通道4内的流体与所述传热液体可以选择混合换热或非混合换热的方式进行热交换。

作为可以变换的实施方式，可以取消所述压力平衡管5，并选择性地将所述被加热流体通道中的气体工质选择性地设为氮气、二氧化碳、氢气、氦气、氖气、氩气、氪气或设为氙气。

上述所有实施方式中，具体实施时，可将所述传热液体可选择性的选择单质或化合物，具体的可设为熔盐、高温熔盐、高沸点金属单质、高沸点非金属单质、高沸点碱或设为高沸点酸，并可根据本发明指出的选择所述传热液体的原则，可选择性地选择本发明列举的具体物质。

显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案也应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种非承压壁式热力循环工质加热器，包括内燃燃烧室（1）、承压腔（2）和被加热流体通道（3），其特征在于：所述内燃燃烧室（1）和所述被加热流体通道（3）设在所述承压腔（2）内，所述内燃燃烧室（1）和氧化剂源（101）连通，所述内燃燃烧室（1）和燃料源（102）连通，在所述承压腔（2）上设排气口（201），在所述承压腔（2）内设传热液体。

2.如权利要求1所述非承压壁式热力循环工质加热器，其特征在于：所述氧化剂源内的氧化剂设为液氧、高压氧气、高压空气或设为双氧水。

3.如权利要求1所述非承压壁式热力循环工质加热器，其特征在于：所述燃料源内的燃料设为汽油、柴油、煤油、天然气、液化气、煤层气、甲烷、乙烷、甲醇、乙醇或设为氢气。

4.如权利要求1所述非承压壁式热力循环工质加热器，其特征在于：所述排气口与做功机构连通。

5.一种非承压壁式热力循环工质加热器，包括承压腔（2）、加热流体通道（4）和被加热流体通道（3），其特征在于：所述加热流体通道（4）和所述被加热流体通道（3）设在所述承压腔（2）内，在所述承压腔（2）内设传热液体。

6.如权利要求5所述非承压壁式热力循环工质加热器，其特征在于：所述承压腔（2）经压力平衡管（5）与所述被加热流体通道（3）连通。

7.如权利要求1至6中任一项所述非承压壁式热力循环工质加热器，其特征在于：所述传热液体设为熔盐或高温熔盐。

8.如权利要求1至6中任一项所述非承压壁式热力循环工质加热器，其特征在于：所述传热液体设为高沸点金属单质。

9.如权利要求1至6中任一项所述非承压壁式热力循环工质加热器，其特征在于：所述传热液体设为高沸点非金属单质。

10.如权利要求1至6中任一项所述非承压壁式热力循环工质加热器，其特征在于：所述传热液体设为高沸点碱。