CN104632460A - 液化空气辅助废热回收装置 - Google Patents

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Abstract

一种液化空气辅助废热回收装置，包括温差发动机、液化空气储存罐、高温废气输送管道。还可以包括发电机以电力方式输出。所述的温差发动机的加热器进行封闭，工业生产中产生的高温废气经管道进入温差发动机的加热器对其进行加热，然后再通过烟囱排入大气。所述的温差发动机的冷却器进行封闭，由液化空气储存罐过来的液化气体进入温差发动机的冷却器对其进行冷却。本装置通过使用液化空气增加了热机冷热两端的温差，提高了热机的卡诺循环热效率，可更有效地对废热进行回收利用。本发明可为节能减排、建设可持续发展的绿色工业文明做出贡献。

Description

液化空气辅助废热回收装置
技术领域
本发明涉及废热回收的技术领域，也可能涉及储能发电的技术领域，还涉及一种程控开关式温差发动机(参见专利申请号201410058639.5)、一种多缸式温差发动机(参见专利申请号201410712134.6)，一种转子式温差发动机(参见专利申请号201410679583.5)，一种采用正时系统控制的温差发动机(参见专利申请号201410740508.5)。
背景技术
工业生产往往需要消耗大量的燃料，这些燃料的能量通常只有一小部分被利用，大部分能量都以高温废气的形式排放到空气中。对工业废热的利用也是一个非常热门的行业，有很多杰出的技术方案，这些技术方案一般都是基于郎肯循环、斯特林循环来实现的。但由于废气的温度一般不高，这些技术方案回收利用废热的效率也都不高，这是由卡诺循环效率定律决定的，因为不管是什么技术方案，它的最高效率都不可能超过卡诺循环效率。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种液化空气辅助废热回收装置的技术方案。根据卡诺循环效率定律，热机的效率取决于温差和最高温度，比如热机工作在300°K和400°K之间，它的最高效率不会超过(400-300)/400X 100％，也就是效率低于25％，但如果工作在200°K和400°K之间，它的最高效率则为(400-200)/400X 100％＝50％，也就是说理论最高效率相比前者提高了一倍。本技术方案就是利用液化空气的低温来提高热机工作的温差，以达到提高热回收效率的目的。
本发明的技术方案是：一种液化空气辅助废热回收装置，包括温差发动机、液化空气储存罐、高温废气输送管道。
所述的温差发动机的加热器进行封闭，工业生产中产生的高温废气经管道进入温差发动机的加热器对其进行加热，然后再通过烟囱排入大气。
所述的温差发动机的冷却器进行封闭，由液化空气储存罐过来的液化气体进入温差发动机的冷却器对其进行冷却。
所述的温差发动机的冷却器同时充当了液化空气的蒸发器，液化空气在此处气化，并升至接近常温后输出到应用场所。
所述的温差发动机的冷却器和液化空气储存罐之间设置有节流阀，节流阀用于对液态空气的流量进行调节，由温差发动机的ECU控制。
所述的温差发动机的ECU可通过调节从储液罐流到温差发动机的冷却器的液化空气的流量来调节输出功率。
所述的温差发动机可以是程控开关式温差发动机，也可以是基于正时系统的温差发动机，其通过利用高温废气和液化空气之间的温差产生动力输出实现对废热的回收利用。
系统中还可以包括发电机，将温差发动机的动力输出转变为电力输出。
所述的液化空气包括液氮、液氧，也包括在常温下呈气体的其它液化气体。
本发明的有益效果
本发明提出的液化空气辅助废热回收装置，根据卡诺循环效率定律的原理，通过利用低温的液化空气来提高温差发动机对废热的回收利用效率。虽然生产液化空气也会消耗能量，但在某些工业领域如钢铁、化工等，由于需要使用某种纯净的气体作为生产原料，本身就一直在使用空分设备大量生产液化空气，并不需要为取得液化空气而额外消耗能量。即便在那些现有生产过程中并不包含液化空气生产环节的工业领域，增加生产液化空气的环节也可以视为是一种储能手段，因为生产液化空气可以在晚上用电低谷时间段进行，生产过程可以视为对电力的储能；而本技术方案则可视为将储能转化为动力或电力输出。本发明可提高废热利用的效率，同时提出了一种储能发电的新形式，可对节能减排、保护环境作出贡献，为绿色工业文明的发展提供坚实的基础。
附图说明
图1为该液化空气辅助废热回收装置的整体结构图；
图中1.发电机、2.气化后的液化空气出口、3.被封闭的温差发动机的冷却器、4、节流阀、5.储存液化空气的低温储存罐、6.高温废气入口、7.被封闭的温差发动机的加热器、8.温差发动机缸体、9、废气出口。
实施方式
实施例一：参见图1，一种液化空气辅助废热回收装置，包括温差发动机、液化空气储存罐、高温废气输送管道。
所述的温差发动机的加热器进行封闭，工业生产中产生的高温废气经管道进入温差发动机的加热器对其进行加热，然后再通过烟囱排入大气。
所述的温差发动机的冷却器进行封闭，由液化空气储存罐过来的液化气体进入温差发动机的冷却器对其进行冷却。
所述的温差发动机的冷却器同时充当了液化空气的蒸发器，液化空气在此处气化，并升至接近常温后输出到应用场所。
所述的温差发动机的冷却器和液化空气储存罐之间设置有节流阀，节流阀用于对液态空气的流量进行调节，由温差发动机的ECU控制。
所述的温差发动机的ECU可通过调节从储液罐流到温差发动机的冷却器的液化空气的流量来调节输出功率。
所述的温差发动机可以是程控开关式温差发动机，也可以是基于正时系统的温差发动机，其通过利用高温废气和液化空气之间的温差产生动力输出实现对废热的回收利用。
系统中还可以包括发电机，将温差发动机的动力输出转变为电力输出。
所述的液化空气包括液氮、液氧，也包括在常温下呈气体的其它液化气体。
本发明也是温差发动机的一项应用，所述的温差发动机包括本人发明的程控开关式温差发动机(参见专利申请号201410058639.5)、一种多缸式温差发动机(参见专利申请号201410712134.6)，一种转子式温差发动机(参见专利申请号201410679583.5)，一种采用正时系统控制的温差发动机(参见专利申请号201410740508.5)。这些温差发动机表现形式各异，但其基本工作原理是相同的。本文所使用的温差发动机可以是上述几种形式中的一种或多种混合，也可以是建立上述基本构型之上的其它形式的温差发动机。
该装置利用高温废气和液化空气之间的温差，由温差发动机将温差转化为动力输出，可以对动力进行直接利用，也可以通过带动发电机产生电力输出，以电力的方式加以利用。
高温废气用于加热温差发动机的加热器，进行一次性利用后即由原来的通道排出，只是拐了一个弯，不会对其性质进行任何改变。
液化空气用于提高温差发动机冷端和热端之间的温差，以提高温差发动机的效率，起到冷却温差发动机的冷却器的作用。液化空气以液态方式进入冷却器，通过吸收冷却器的热能，从液体变成气体，所以在这里温差发动机的冷却器也就是液化空气的蒸发器。在上述过程中，对冷却器进行冷却，而气体的化学性质不会有任何改变，其应用范围也不会发生任何改变，可直接输送到需要该气体的应用环节中，比如钢铁业将液氧气化后用于钢铁冶炼等等。
液化空气储存在低温储存罐中，与温差发动机通过一个节流阀相连。温差发动机中的ECU对节流阀进行控制，可以根据需要调节液化空气的流量。调节流量的目的可以是使用该气体的生产工艺流程的需要，也可以只是为了增加温差发动机的输出功率。
温差发动机的功率与潜在可利用能量相适应，可以利用的能量越大，则温差发动机的功率也越大。对于大功率的废热利用装置来说，需要配备单机功率足够大的温差发动机，这样的温差发动机一般是多缸式的，通过增加气缸数量，来获得更大的单机功率。
该装置使用的温差发动机的控制系统可以采用电磁阀控制，也可以采用正时系统控制。电磁阀控制的优点是控制灵活，适用性强；缺点是在高温使用环境下磁力可能减弱甚至消失。正时系统控制的温差发动机的优点则是性能稳定可靠，设计方案成熟，零部件供应来源充足，质量可靠，也适应较高的环境温度下工作；而缺点就是不够灵活。实际使用中可以根据使用场合选择其中一种。
该方案适用于大部分液化气体，既可以是液氮、液氧这样由单一元素组成的的纯净气体，也可以是甲烷之类的化合物。经过该装置后液化空气从液体变成了气体，但其化学性质不发生任何变化，仍可以根据需要输送到所需的地方，实现原有的功能。

Claims (9)

1.一种液化空气辅助废热回收装置，包括温差发动机、液化空气储存罐、节流阀、高温废气输送管道。
2.根据权利要求1所述的液化空气辅助废热回收装置，其特征是：所述的温差发动机的加热器进行封闭，工业生产中产生的高温废气经管道进入温差发动机的加热器对其进行加热，然后再通过烟囱排入大气。
3.根据权利要求1所述的液化空气辅助废热回收装置，其特征是：所述的温差发动机的冷却器进行封闭，由液化空气储存罐过来的液化空气进入温差发动机的冷却器对其进行冷却。
4.根据权利要求3所述的液化空气辅助废热回收装置，其特征是：所述的温差发动机的冷却器同时充当了液化空气的蒸发器，液化空气在此处气化，并升至接近常温后输出到应用场所。
5.根据权利要求3所述的液化空气辅助废热回收装置，其特征是：所述的温差发动机的冷却器和液化空气储存罐之间设置有节流阀，节流阀用于对液态空气的流量进行调节，由温差发动机的ECU控制。
6.根据权利要求3所述的液化空气辅助废热回收装置，其特征是：所述的温差发动机的ECU可通过调节从储液罐流到温差发动机的冷却器的液化空气的流量来调节输出功率。
7.根据权利要求1所述的液化空气辅助废热回收装置，其特征是：所述的温差发动机可以是程控开关式温差发动机，也可以是基于正时系统的温差发动机，其通过利用高温废气和液化空气之间的温差产生动力输出实现对废热的回收利用。
8.根据权利要求1所述的液化空气辅助废热回收装置，其特征是：系统中还可以包括发电机，将温差发动机的动力输出转变为电力输出。
9.根据权利要求1所述的液化空气辅助废热回收装置，其特征是：所述的液化空气包括液氮、液氧，也包括在常温下呈气体的其它液化气体。
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