CN103775239B - 近恒温压冷源热机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种近恒温压冷源热机，包括温压压气机、气体液化物源和膨胀做功机构，所述气体液化物源与所述温压压气机的冷却流体通道入口连通，所述气体液化物源内的气体液化物作为吸热载体吸收所述温压压气机排出的热量，所述温压压气机的被压缩气体出口与工质加热器的工质入口连通，所述工质加热器的工质出口与所述膨胀做功机构的工质入口连通，所述膨胀做功机构的工质出口与所述温压压气机的被压缩气体入口连通。本发明结构简单，功率密度高、节能环保。

Description

近恒温压冷源热机

技术领域

本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种近恒温压冷源热机。

背景技术

无论是何种热力学循环，降低其工质的排热温度比增加其工质的吸热温度对其效率的提高有着更明显的作用。热动力系统尤其是车辆用发动机因其混杂在人类生活空间内，其污染排放对人类的影响十分严重，如果能发明一种用冷载体吸收发动机压缩过程所产生的热量就会有效地提高发动机的效率，尽管制造冷载体需要能量，但是这种发动机至少可以减少污染排放的空间配置，使污染排热远离人类生活空间，减少污染排放对人类的直接影响。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：

方案1： 一种近恒温压冷源热机，包括温压压气机、气体液化物源和膨胀做功机构，所述气体液化物源与所述温压压气机的冷却流体通道入口连通，所述气体液化物源内的气体液化物作为吸热载体吸收所述温压压气机排出的热量，所述温压压气机的被压缩气体出口与工质加热器的工质入口连通，所述工质加热器的工质出口与所述膨胀做功机构的工质入口连通，所述膨胀做功机构的工质出口与所述温压压气机的被压缩气体入口连通。

方案2：在方案1的基础上，所述温压压气机的冷却流体通道出口与附属膨胀做功机构的工质入口连通。

方案3：在方案2的基础上，在所述温压压气机的冷却流体通道出口与所述附属膨胀做功机构的工质入口之间的连通通道上设附属工质加热器。

方案4：在方案3的基础上，所述附属工质加热器设为附属工质外燃加热器。

方案5. 在方案2至4中任一方案的基础上，所述工质加热器设为工质外燃加热器，所述附属膨胀做功机构的排气道设为所述工质加热器的被冷却流体通道。

方案6：上述所有技术方案中，都可以选择性地将所述温压压气机设为容积式温压压气机或设为速度式温压压气机。

方案7：在方案1至方案5中任一方案的基础上，选择性地将所述温压压气机设为三级叶轮机构温压压气机。

方案8：上述所有技术方案中，都可以选择性地将所述膨胀做功机构设为容积式膨胀做功机构或设为速度式膨胀做功机构。

方案9：上述所有技术方案中，都可以选择性地将包括所述温压压气机和所述膨胀做功机构的闭合回路内的循环工质设为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氢气、氮气、烃类化合物或设为空气或设为上述工质中的两种或三种以上物质的混合物。

方案10：上述所有技术方案中，都可以选择性地将所述气体液化物源内的液化气体设为液氮、液氧、液化甲烷、液化空气或液体二氧化碳。

方案11：上述除方案5之外的所有技术方案中，都可以选择性地将所述工质加热器设为工质外燃加热器。

本发明中，所述活塞式做功机构和所述附属活塞式做功机构都是活塞式做功机构，名称不同只是为了区分而定义的。

本发明中，所述工质加热器和所述附属工质加热器都是工质加热器，名称不同只是为了区分而定义的。

本发明中，所谓的“温压压气机”是指一切具有冷却流体通道在压缩进程中和/或在多级压缩级间对被压缩气体进行降温冷却的气体压缩机构，例如具有冷却流体通道的活塞式压气机、多级级间具有冷却流体通道的活塞式压气机；具有冷却流体通道的螺杆式压气机、多级级间具有冷却流体通道的螺杆式压气机；具有冷却流体通道的叶轮式压气机、多级级间具有冷却流体通道的叶轮式压气机；具有冷却流体通道的罗茨式压气机、多级级间具有冷却流体通道的罗茨式压气机等。

本发明中，所谓的“容积式压气机”包括活塞式、罗茨式、螺杆式压气机等。

本发明中，所谓的“速度式压气机”包括叶轮式压气机等。

本发明中，所谓的“膨胀做功机构”是指一切利用工质膨胀做功的机构，包括速度型膨胀做功机构和容积型膨胀做功机构，例如活塞式膨胀做功机构、透平式膨胀做功机构、喷管式膨胀做功机构等。

本发明中，所谓的“容积式膨胀做功机构”包括活塞式、罗茨式、螺杆式膨胀做功机构等。

本发明中，所谓的“速度式膨胀做功机构”包括指透平式膨胀做功机构、喷管式膨胀做功机构等。

本发明中，所述膨胀做功机构和所述附属膨胀做功机构都是膨胀做功机构，名称不同只是为了区分而定义的。

本发明中，在设有所述附属膨胀做功机构的结构中，可在所述气体液化物源和所述温压压气机的冷却流体通道之间设加压泵。

本发明中，所谓的“气体液化物”是指被液化的标准状态下为气态的气体，这里的气体是指标准状态下其蒸气分气压大于或等于一个大气压的物质，例如，液氮、液氧、液体二氧化碳或液化空气等。

本发明中，在选择工质时，应综合考虑工质的绝热指数、分子量和热导率，在有些情况下，某一种物质的热导率很高，但其分子量小，由于分子量小会影响叶轮式压气机等速度型压气机的压比，例如氦气；另一种物质的热导率低但其分子量大，有利于提高叶轮式压气机等速度型压气机的压比，例如氪气、氙气，在这种情况下，我们可以选择氦气和氪气的混合物、氦气和氙气的混合物或氦气、氪气和氙气的混合物，这样以统筹压比和热导率，使压比和热导率都达到可以接受的程度。

本发明中，将包括所述温压压气机和所述膨胀做功机构的闭合回路内的循环工质设为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氢气、氮气、烃类化合物和空气中的两种或三种以上物质的混合物的目的是为了统筹压比、热导率和绝热指数，使压比、绝热指数和热导率都达到可以接受的程度。

本发明中，所谓的“工质加热器的被冷却流体通道”是指设置在工质加热器上的用于供被冷却流体通过的通道，在工质加热器中，吸收热量的流体称为被加热流体，放出热量的流体称为被冷却流体。

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

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例2的结构示意图；

图3是本发明实施例3的结构示意图；

图4是本发明实施例4的结构示意图；

图5是本发明实施例5的结构示意图；

图6是本发明实施例6的结构示意图；

图7是本发明实施例7的结构示意图；

其中：1温压压气机、101被压缩气体出口、102被压缩气体入口、103冷却流体通道入口、104冷却流体通道出口、105叶轮压气机构、106活塞式压气机构、2气体液化物源、3膨胀做功机构、302透平、303活塞式做功机构、304附属活塞式做功机构、4工质加热器、401附属工质加热器、402工质外燃加热器。

本发明的有益效果如下:

本发明所述近恒温冷源热机，结构简单，功率密度高、节能环保。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的近恒温压冷源热机，包括温压压气机1、气体液化物源2和膨胀做功机构3，所述气体液化物源2与所述温压压气机1的冷却流体通道入口103连通，所述气体液化物源2内的气体液化物作为吸热载体吸收所述温压压气机1排出的热量，所述温压压气机1的被压缩气体出口101与工质加热器4的工质入口连通，所述工质加热器4的工质出口与所述膨胀做功机构3的工质入口连通，所述膨胀做功机构3的工质出口与所述温压压气机1的被压缩气体入口102连通。

实施例2

如图2所示的近恒温压冷源热机，其在实施例1的基础上：所述温压压气机1设为包括两级叶轮压气机构105的温压压气机，所述膨胀做功机构3设为透平302，所述工质加热器4设为工质外燃加热器402。

可选择地，所述温压压气机1设为包含三级叶轮压气机构105的三级叶轮机构温压压气机，还可以设为包括更多级叶轮压气机构105的多级叶轮机构温压压气机。

实施例3

如图3所示的近恒温压冷源热机，其在实施例2的基础上：所述温压压气机1的冷却流体通道出口104与附属膨胀做功机构的工质入口连通，所述附属膨胀做功机构设为透平302。

实施例4

如图4所示的近恒温压冷源热机，其在实施例3的基础上：在所述温压压气机1的冷却流体通道出口104与所述附属膨胀做功机构工质入口之间的连通通道上设附属工质加热器401，并将所述附属工质加热器401设为附属工质外燃加热器。

作为可以变换的实施方式，所述附属工质加热器401可以改设为其它形式的工质加热器，例如太阳能加热器等。

实施例5

如图5所示的近恒温压冷源热机，其在实施例1的基础上：所述温压压气机1设为包括两级活塞式压缩机构106的温压压气机，所述膨胀做功机构3设为活塞式做功机构303，所述工质加热器4设为工质外燃加热器402。

可选择地，所述温压压气机1设为包括三级以上活塞式压缩机构106的温压压气机。

实施例6

如图6所示的近恒温压冷源热机，其在实施例5的基础上：所述温压压气机1的冷却流体通道出口104与附属膨胀做功机构的工质入口连通，所述附属膨胀做功机构设为附属活塞式做功机构304。

实施例7

如图7所示的近恒温压冷源热机，其在实施例4的基础上：所述附属膨胀做功机构的排气道设为所述工质加热器4的被冷却流体通道。

本发明中所有设有所述附属膨胀做功机构，且所述工质加热器4设为工质外燃加热器402的实施方式中，均可参照本实施例将所述附属膨胀做功机构的排气道设为所述工质加热器4的被冷却流体通道。

本发明的上述实施例中，所述温压压气机1均可改设为其它形式的容积式温压压气机或改设为其它形式的速度式温压压气机；所述膨胀做功机构3也可改设为其它容积式膨胀做功机构或改设为其它形式的速度式膨胀做功机构，所述所述温压压气机1和所述膨胀做功机构3的任一个的具体结构形式可以独立选择，不受另一个的具体结构形式的限制，比如，实施例2中，所述温压压气机1不变，所述膨胀做功机构3可改设为活塞式做功机构303；

本发明的上述所有实施方式，具体实施时，均选择性地将包括所述温压压气机1和所述膨胀做功机构3的闭合回路内的循环工质设为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氢气、氮气、烃类化合物或设为空气，或设为上述各物质中的两种或设为三种以上物质的混合物；还可选择性地将所述气体液化物源2内的液化气体设为液氮、液氧、液化甲烷、液化空气或液体二氧化碳。

本发明中，实施例2之后的所有实施方式中均将所述工质加热器4设为了所述工质外燃加热器402，作为可以变换的实施方式，所述工质加热器4还可以设为其它形式的加热器，例如太阳能加热器等。

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 (12)

1.一种近恒温压冷源热机，包括温压压气机(1)、气体液化物源(2)和膨胀做功机构(3)，其特征在于：所述气体液化物源(2)与所述温压压气机(1)的冷却流体通道入口(103)连通，所述气体液化物源(2)内的气体液化物作为吸热载体吸收所述温压压气机(1)排出的热量，所述温压压气机(1)的被压缩气体出口(101)与工质加热器(4)的工质入口连通，所述工质加热器(4)的工质出口与所述膨胀做功机构(3)的工质入口连通，所述膨胀做功机构(3)的工质出口与所述温压压气机(1)的被压缩气体入口(102)连通，所述温压压气机(1)设为一切具有冷却流体通道在压缩进程中和/或在多级压缩级间对被压缩气体进行降温冷却的气体压缩机构。

2.如权利要求1所述近恒温压冷源热机，其特征在于：所述温压压气机(1)的冷却流体通道出口(104)与附属膨胀做功机构的工质入口连通。

3.如权利要求2所述近恒温压冷源热机，其特征在于：在所述温压压气机(1)的冷却流体通道出口(104)与所述附属膨胀做功机构的工质入口之间的连通通道上设附属工质加热器(401)。

4.如权利要求3所述近恒温压冷源热机，其特征在于：所述附属工质加热器(401)设为附属工质外燃加热器。

5.如权利要求2所述近恒温压冷源热机，其特征在于：所述工质加热器(4)设为工质外燃加热器(402)，所述附属膨胀做功机构的排气道设为所述工质加热器(4)的被冷却流体通道。

6.如权利要求1所述近恒温压冷源热机，其特征在于：所述温压压气机(1)设为容积式温压压气机或设为速度式温压压气机。

7.如权利要求1所述近恒温压冷源热机，其特征在于：所述膨胀做功机构(3)设为容积式膨胀做功机构或设为速度式膨胀做功机构。

8.如权利要求1所述近恒温压冷源热机，其特征在于：所述温压压气机(1)设为三级叶轮机构温压压气机。

9.如权利要求1至8中任一项所述近恒温压冷源热机，其特征在于：包括所述温压压气机(1)和所述膨胀做功机构(3)的闭合回路内的循环工质设为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氢气、氮气、烃类化合物或设为空气。

10.如权利要求1至8中任一项所述近恒温压冷源热机，其特征在于：所述气体液化物源(2)内的液化气体设为液氮、液氧、液化甲烷、液化空气或设为液体二氧化碳。

11.如权利要求1至4中任一项或6至8中任一项所述近恒温压冷源热机，其特征在于：所述工质加热器(4)设为工质外燃加热器(402)。

12.如权利要求1至8中任一项所述近恒温压冷源热机，其特征在于：包括所述温压压气机(1)和所述膨胀做功机构(3)的闭合回路内的循环工质设为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氢气、氮气、烃类化合物和空气中的两种或三种以上物质的混合物。