CN106224044A - 一种基于冷凝器负压的热能动力系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于冷凝器负压的热能动力系统，包括热源、气化反应器、做功泵、冷凝器、压力泵和循环管道，气化反应器、做功泵、冷凝器和压力泵通过循环管道实现循环联通，气化反应器接触热源，所述冷凝器包括冷凝管所述冷凝器内设置有一个负压泵，负压泵安装在冷凝管中部，冷凝管内前部压强低于冷凝管后部压强；本发明所述基于冷凝器负压的热能动力系统能增大做功泵的做功量，减小工质做功后的内能，提高工质的冷凝速率，并提高热能效率。
Description
技术领域
本发明属于能源利用设备领域，尤其是一种基于冷凝器负压的热能动力系统。
背景技术
能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。能源的开发利用极大地推进了世界经济和人类社会的发展。
但随着能源的不断被开发消耗，石油、煤矿、天然气等不可再生能源逐步缩紧，能源的节约和循环利用逐步被重视。为响应国家节能战略，越来越多的企业开始研发、使用节能设备，并加强对废弃产能物、余热能的利用。其中，在余热的利用方面，主要通过热能发电设备来实现余能利用。现有的热能发电设备包括多种类别，但主要可分为两类，一类是利用气体膨胀做功，将热能转化成机械能，再将机械能转化成电能，该种原理类别的发电设备较为成熟，种类多；另一类是利用热电效应原理，通过热电转化元件将热能直接转化成电势能，但由于用于发电技术方面不成熟，电功率小，制造成本高，热电转化效率低，主要应用于微电子领域。
现阶段，大多数企业由于余能排除量大，在余热的利用上，主要还需依靠上述第一类热能发电设备，通过气体膨胀做功将热能转化成机械能，再将机械能转化成电能。现有的该类热能发电设备主要包括气化装置、涡轮机、发电机和冷凝装置；工作时，循环工质在循环管道中首先通过气化装置，将工质气化并推动涡轮机旋转，气化后的工质在通过涡轮机时，对外做功，温度及气压会降低，并通过冷凝装置冷却成液态工质。
现有利用气体膨胀做功的热能利用设备，在理想情况下，其热能转化的最高率为卡诺循环效率，也即1-T0/T1，其中T0为低温冷源温度, T1为高温热源；但热能设备实际做功过程，一方面，由于循环工质在气化装置中气化过程，其气化膨胀的实际温度与高温热源温度的温差较大，实际温度比高温热源温度低，其理论的T1降小，导致热能最高效率降低；另一方面，由于循环工质在冷凝装置中的实际冷凝温度比低温冷源温度高，其理论的T0增大，导致热能最高效率降低；此外，由于涡轮机对气体膨胀做功的吸收率偏低，其机械能转化效率较低；另外，循环工质容易出现杂质，循环工质耗能较大。
而现有的热能设备造成上述偏差的具体问题包括： 1.气化装置的导热性较差，对高温热源的温度要求高；2. 气化装置的压强不稳定，气化所需温度不稳定，当气化所需温度大于热源温度时，介质无法实现气化，当气化所需温度小于热源温度时，气化膨胀温度偏低，吸热较小，净功量变小；3. 冷凝装置内介质的压强不稳定，冷凝所需温度不稳定，当冷凝所需温度小于冷源温度时，无法实现冷凝，当冷凝所需温度大于冷源温度时，冷凝后温度过低；4. 冷凝装置内的冷凝不完全，易出现气液混合态，导致其工质在在气化装置中气化膨胀体积偏小；5.现有涡轮机扭力偏小，体积泄漏量大，效率较低；6. 现有热能设备的热能转化效率偏低，热能转化效率普遍在10%至30%；7.工质容易变质或出现杂质。
发明内容
本发明所要实现的目的是：提高热能转化效率，提高工质在气化装置中的气化率,增大涡轮机的带动力，提高涡轮机效率，稳定工质气化温度和工质流速，改善工质品质，防止工质变质，改善涡轮结构，避免涡轮泄露以及转速不稳，改进冷凝装置，加快冷凝速率，减小冷凝过程的热能浪费；以解决上述背景技术中现有热能设备所存在的：热能转化效率低，工质在气化装置中气化不完全，工质气化温度不稳定，工质冷凝效果不佳，工质容易变质或出现杂质，冷凝装置的热能浪费大、冷凝速率慢或需额外功耗等问题。
为解决其技术问题本发明所采用的技术方案为：一种基于冷凝器负压的热能动力系统，包括热源、气化反应器、做功泵、冷凝器、压力泵和循环管道，气化反应器、做功泵、冷凝器和压力泵通过循环管道实现循环联通，气化反应器接触热源；
其特征在于：所述冷凝器包括冷凝管，所述冷凝器内设置有一个负压泵，负压泵安装在冷凝管中部，冷凝管内前部压强低于冷凝管后部压强。
采取上述结构，可降低做功泵出口端的压强，增大做功泵进、出两端压差，从而增大做功泵的做功量，减小工质做功后的内能，提高工质的冷凝速率，并提高热能效率。
进一步，所述冷凝器还包括散热片和散热扇，散热片安装冷凝管周边，散热扇位于冷凝管的上方或下方或侧边，散热扇以抽风方式或压风方式驱动。
进一步，所述冷凝管呈多层或多排分布，冷凝管相互联通。
进一步，所述冷凝管的联通方向呈竖直或水平或斜型。
进一步，所述负压泵为叶片式气泵。
进一步，所述负压泵为离心式气泵。
进一步，所述负压泵包括椭圆形压气腔和弹性叶片，弹性叶片的转轴安装在椭圆形压气腔的偏心轴承上，吸气口和排气口分别位于椭圆形压气腔的远心轴侧和近心轴侧，弹性叶片至少包括四片。
进一步，所述气化反应器内包括至少一层腔体。
进一步，所述气化反应器内包括一层腔体。
进一步，所述气化反应器内包括两层腔体。
进一步，所述气化反应器内包括至少四层腔体。
进一步，所述腔体包含内腔、外腔和腔管，腔管的内、外端分别连接内腔、外腔。
采用上述结构，其气化反应器的导热速率大大提高，液态工质进入腔体内，可集中在腔体部分区域迅速气化，可较好的避免工质气化不完全。
进一步，所述内腔与外腔之间包含多个腔管，腔管扇形分布。
进一步，所述腔体呈椭圆型。
进一步，所述气化反应器内包括至少一层腔体。
进一步，所述做功泵为叶轮做功泵。
进一步，所述做功泵为真空做功泵。
进一步，所述做功泵为活塞式做功泵。
进一步，所述做功泵包括圆形腔、偏心叶片和槽型转轮，槽型转轮偏心安装在圆形腔的偏心轴内，槽型转轮的侧边开设有卡槽，偏心叶片通过弹簧片安装在卡槽，圆形腔的侧边分别设置有进气口和出气口，进气口与出气口的间距角度大于相邻两偏心叶片间的间距角度。
进一步，所述圆形腔的侧边设置有多个出气口，出气口与进气口的间距角度大于相邻两偏心叶片间的间距角度。
进一步，所述旋转涡轮结构的活动叶片包含至少三片。
进一步，所述冷凝器为液冷式冷凝机。
进一步，所述冷凝器包括冷凝管和多个冷凝腔，两个冷凝腔之间通过至少一根冷凝管连通。
进一步，所述冷凝管呈曲线形。
进一步，所述冷凝管呈螺旋形。
进一步，所述冷凝器为气冷式冷凝机。
进一步，所述冷凝装置包括冷凝管、散热片和散热扇，散热片安装冷凝管周边，散热扇位于冷凝管的上方或下方或侧边，散热扇以抽风方式或压风方式驱动。
进一步，所述冷凝管呈多层或多排分布，冷凝管相互联通，散热扇安装在冷凝管上方或下方，散热扇以抽风方式或压风方式驱动。
进一步，所述冷凝管的联通方向呈竖直或水平或斜型。
进一步，所述冷凝管通过温差发电片制成。
进一步，所述温差发电片包括金属片、p型半导体、n型半导体、绝缘基质层和输出电极，绝缘基质层均匀穿插有p型半导体和n型半导体，均匀分布的p型半导体和n型半导体通过金属片串联，p型半导体与n型半导体的串联始末端分别连接输出电极；
进一步，所述循环管道内的工质采用纯净水。
进一步，所述循环管道内的工质采用丙醇。
进一步，所述循环管道内的工质采用甲醇。
进一步，所述循环管道内的工质采用乙醇。
进一步，所述循环管道内的工质采用异丙醇。
进一步，所述循环管道内的工质采用液氨。
进一步，所述循环管道内的工质采用氟利昂。
进一步，所述循环管道连接有调节系统，调节系统包括压力调节器、温度传感器和介质调节器，温度传感器安装在气化反应器内，压力调节器控制连接压力泵，介质调节器安装在循环管道中，用于调节介质流量。
进一步，所述调节系统还包括多个压力传感器，压力传感器均匀分布在循环管道中。
进一步，所述调节系统还包括两个压力传感器，两个压力传感器分别安装在做功泵的进、出口端。
进一步，所述调节系统内均匀分布有压力传感器。
采用上述结构，当气化反应器内工质的温度发生变化时，调节系统通过压力调节器和介质调节器调节工质压强和流速，使其温度区域温度。
进一步，所述气化反应器内设置有温度感应器
进一步，所述冷凝器还包括有集液槽，集液槽用于收集冷凝器中的冷凝液。
采用上述结构，可有效防止冷凝器中液态工质参杂大量气体，导致部分工质未经冷凝液化进入增压泵。
进一步，所述集液槽位于冷凝器的尾部。
进一步，所述气化反应器的进口端还设置有雾化器。
进一步，所述气化反应器的前端还设置有预热腔；
采用上述结构可利用气化反应器周边外排热能，减少热能浪费。
进一步，所述预热腔环绕在气化反应器周边。
进一步，所述预热腔呈螺旋型。
进一步，所述做功泵排气口处设置有预冷凝腔；
采取上述结构可增大进气口与排气口的压差，提高涡轮机的转化效率。
进一步，所述预冷凝腔采用风冷或水冷。
进一步，所述预热腔与预冷凝腔并列接触；
采取上述结构，由于预热腔内工质需要吸热，而预冷凝腔内工质需要排热，该结构较大程度的循环利用循环管道内工质热量，增大热转化效率。
进一步，所述气化反应器内安装有蓄能装置。
进一步，所述蓄能装置采用高热容材质制成。
进一步，所述蓄能装置为封闭水体。
采取上述结构，能稳定气化反应器内腔体的温度，从而稳定气化温度。
进一步，所述冷凝器与压力泵之间还设置有杂质过滤泵。
工作原理如下：
该发明所述基于冷凝器负压的热能动力系统，工作时，循环工质在热源中吸热达到高温热源温度，再流入气化反应器中，工质气化后流到做功泵；气化工质流过做功泵后，由于对外做功，其工质温度和气压均会降低，并导致部分工质液化；气化工质流过做功泵后，工质依次流到冷凝器和压力泵；工质经压力泵增压后，再次进入气化反应器，完成一个循环。
有益效果：本发明所述的基于冷凝器负压的热能动力系统，相对现有技术中的热能机，具有如下几方面的优点和进步：1.提高了腔体的导热速率，较好的避免工质液在气化装置中气化不完全；2.较大程度地增大涡轮机的转力，且具有更均匀的输出动力；3.有效避免了冷凝不完全，降低腔内压强，提高效率；4.能稳定工质气化温度和工质流速，能有效提高气化效能和冷凝效率；5.充分利用余热，增大热源吸热，增大做功量，提高热能转化效率；6. 循环利用循环管道内工质热量，较大程度地增大热转化效率；7.提高了工质纯净度，有效防止做功泵泄漏问题。
附图说明
图1为本发明实施例一的整体连接原理结构示意图；
图2为本发明实施例二的冷凝器与负压泵结构示意图；
图3为本发明实施例三的做功泵结构示意图；
图4为本发明实施例四的冷凝器结构示意图；
图5为本发明实施例五的冷凝器结构示意图；
图6为本发明实施例六的循环管道结构示意图；
图7为本发明实施例七的冷凝器结构示意图；
图8为本发明实施例八的预热腔结构示意图；
图9为本发明实施例九的预冷凝腔结构示意图；
图10为本发明实施例十的预冷凝腔与预热腔的连接结构示意图；
图11为本发明实施例十一的气化反应器结构示意图；
图12为本发明实施例十二的气化反应器结构示意图；
图13为本发明实施例十四的负压泵的结构示意图；
图中：
1为热源；
2为气化反应器、21为腔体、211为内腔、212为外腔、213为腔管、22为温度感应器、23为雾化器、24为预热腔、25为蓄能装置；
3为做功泵、301为预冷凝腔、31为圆形腔、311为偏心轴、32为偏心叶片、33为槽型转轮、34为卡槽、35为弹簧片、36为进气口、37为出气口；
4为冷凝器、41为冷凝管、411为温差发电片、412为金属片、413为p型半导体、414为n型半导体、415为绝缘基质层、416为输出电极、42为冷凝腔、43为散热片、44为散热扇、45为集液槽、46为负压泵、461为椭圆形压气腔、462为弹性叶片、463为吸气口、464为排气口；
5为压力泵；
6为循环管道、61为调节系统、611为压力调节器、612为温度传感器、613为介质调节器、614为压力传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一（如图1所示）：一种基于冷凝器负压的热能动力系统，包括热源1、气化反应器2、做功泵3、冷凝器4、压力泵5和循环管道6，气化反应器2、做功泵3、冷凝器4和压力泵5通过循环管道6实现循环联通，气化反应器2接触热源1；
作为上述实施过程的具体说明，所述热源1采用中高温燃气。
作为上述实施过程的具体说明，所述气化反应器2内包括一层腔体21；所述腔体21呈椭圆型。
作为上述实施过程的具体说明，所述做功泵3为叶轮做功泵。
作为上述实施过程的具体说明，所述冷凝器4为气冷式冷凝机。
作为上述实施过程的具体说明，所述压力泵5为液体压力泵。
作为上述实施过程的具体说明，所述循环管道6内的工质采用纯净水。
通过对上述实施例中的基于冷凝器负压的热能动力系统进行实验，热源温度分别为120℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃，冷凝器4的环境温度为25℃，循环管内工质流速根据基于冷凝器负压的热能动力系统的运行稳定性进行调整；实验效果为：热源温度为120℃，热能转化效率约为8%，热源温度为150℃时，热能转化效率约为10%，热源温度为200℃时，热能转化效率约为15%，热源温度为250℃，热能转化效率约为20%，热源温度为300℃时，热能转化效率约为25%，热源温度为350℃时，热能转化效率约为28%；在120-350℃热源段，本实施例中基于冷凝器负压的热能动力系统的综合热能转化效率约为18%。
实施例二（如图2所示）：与实施例一不同之处在于：所述冷凝器4包括冷凝管41所述冷凝器4内设置有一个负压泵46，负压泵46安装在冷凝管41中部，冷凝管41内前部压强低于冷凝管41后部压强；所述负压泵46为叶片式气泵。
采取上述结构，可降低做功泵3出口端的压强，增大做功泵3进、出两端压差，从而增大做功泵3的做功量，减小工质做功后的内能，提高工质的冷凝速率，并提高热能效率。
通过对上述实施例中的基于冷凝器负压的热能动力系统进行实验，热源温度分别为120℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃，冷凝器4的环境温度为25℃，循环管内工质流速根据基于冷凝器负压的热能动力系统的运行稳定性进行调整；实验效果为：热源温度为120℃，热能转化效率约为12%，热源温度为150℃时，热能转化效率约为14%，热源温度为200℃时，热能转化效率约为19%，热源温度为250℃，热能转化效率约为24%，热源温度为300℃时，热能转化效率约为29%，热源温度为350℃时，热能转化效率约为32%；在120-350℃热源段，本实施例中基于冷凝器负压的热能动力系统的综合热能转化效率约为22%；相对实施例一，热能转化效率提升约4%。
实施例三（如图3所示）：与实施例一不同之处在于：所述做功泵3包括圆形腔31、偏心叶片32和槽型转轮33，槽型转轮33偏心安装在圆形腔31的偏心轴311内，槽型转轮33的侧边开设有卡槽34，偏心叶片32通过弹簧片35安装在卡槽34，圆形腔31的侧边分别设置有进气口36和出气口37，进气口36与出气口37的间距角度大于相邻两偏心叶片32间的间距角度；所述圆形腔31的侧边设置有多个出气口37，出气口37与进气口36的间距角度大于相邻两偏心叶片32间的间距角度；所述做功泵3的偏心叶片32包含四片。
采用上述结构，相邻偏心叶片32间构成隔离腔室，与进气口36相通的为膨胀腔室，与出气口37相通的为排气腔室；由于进气口36两侧偏心叶片32的面积不同，膨胀腔趋向于体积变大方向转动，从而使叶片转动；该种做功泵3的叶片受力为气体静压强差，且做功距离较大，相比常规的转叶做功泵3（通过流体流动产生压力来带动，也即气体动压强差），具有较大的推力，能较充分地利用气化工质的动能和势能，具有较好的热能转化效率。
通过对上述实施例中的基于冷凝器负压的热能动力系统进行实验，热源温度分别为120℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃，冷凝器4的环境温度为25℃，循环管内工质流速根据基于冷凝器负压的热能动力系统的运行稳定性进行调整；实验效果为：热源温度为120℃，热能转化效率约为14%，热源温度为150℃时，热能转化效率约为16%，热源温度为200℃时，热能转化效率约为21%，热源温度为250℃，热能转化效率约为26%，热源温度为300℃时，热能转化效率约为31%，热源温度为350℃时，热能转化效率约为33%；在120-350℃热源段，本实施例中基于冷凝器负压的热能动力系统的综合热能转化效率约为24%；相对实施例一，热能转化效率提升约6%。
实施例四（如图4所示）：与实施例一不同之处在于：所述冷凝器4采用液冷方式，所述冷凝器4包括冷凝管41和四个冷凝腔42，两个冷凝腔42之间通过多根冷凝管41连通；所述冷凝管41呈曲线形；所述冷凝管41呈螺旋形。
采用上述结构，由于其冷凝器4中的工质经过多次混流和分流，与外界接触面积大，工质可在冷凝腔42中的实现气、液态分离，能有效避免冷凝不完全，降低冷凝腔42的压强，提高做功泵3的做功量，同时，也能提高工质在气化反应器2中的膨胀比例，从而提高效率。
通过对上述实施例中的基于冷凝器负压的热能动力系统进行实验，热源温度分别为120℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃，冷凝器4的环境温度为25℃，循环管内工质流速根据基于冷凝器负压的热能动力系统的运行稳定性进行调整；实验效果为：热源温度为120℃，热能转化效率约为13%，热源温度为150℃时，热能转化效率约为15%，热源温度为200℃时，热能转化效率约为20%，热源温度为250℃，热能转化效率约为25%，热源温度为300℃时，热能转化效率约为30%，热源温度为350℃时，热能转化效率约为32%；在120-350℃热源段，本实施例中基于冷凝器负压的热能动力系统的综合热能转化效率约为23%；相对实施例一，热能转化效率提升约5%。
实施例五（如图5所示）：与实施例一不同之处在于：所述冷凝器4采用风冷方式，所述冷凝装置4包括冷凝管41、散热片43和散热扇44，散热片43安装冷凝管41周边，散热扇44位于冷凝管41的上方或下方或侧边，散热扇44以抽风方式或压风方式驱动；所述冷凝管41呈多层或多排分布，冷凝管41相互联通；所述冷凝管41通过温差发电片411制成；所述温差发电片411包括金属片412、p型半导体413、n型半导体414、绝缘基质层415和输出电极416，绝缘基质层415均匀穿插有p型半导体413和n型半导体414，均匀分布的p型半导体413和n型半导体414通过金属片412串联，p型半导体413与n型半导体414的串联始末端分别连接输出电极416。
采用上述结构，由于其冷凝器4中冷凝管41采用温差发电片41，温差发电片41的p型半导体413和n型半导体414，在两端存在温差时会产生电势，p型半导体413的热源端和冷源端分别为低电势端和高电势端，n型半导体414的热源端和冷源端分别为高电势端和低电势端，当p型半导体413和n型半导体414串联时可实现电压叠加，从而实现发电；因此，温差发电片在传动热量的同时，可将其部分热量转化成电动势；该结构能较好的减少热能损失，提高热能转化效率。
通过对上述实施例中的基于冷凝器负压的热能动力系统进行实验，热源温度分别为120℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃，冷凝器4的环境温度为25℃，循环管内工质流速根据基于冷凝器负压的热能动力系统的运行稳定性进行调整；实验效果为：热源温度为120℃，热能转化效率约为12%，热源温度为150℃时，热能转化效率约为14%，热源温度为200℃时，热能转化效率约为19%，热源温度为250℃，热能转化效率约为24%，热源温度为300℃时，热能转化效率约为29%，热源温度为350℃时，热能转化效率约为31%；在120-350℃热源段，本实施例中基于冷凝器负压的热能动力系统的综合热能转化效率约为22%；相对实施例一，热能转化效率提升约4%。
实施例六（如图6所示）：与实施例一不同之处在于：所述循环管道6连接有调节系统61，调节系统61包括压力调节器611、温度传感器612和介质调节器613，温度传感器612安装在气化反应器2内，压力调节器611控制连接压力泵5，介质调节器613安装在循环管道6中，用于调节介质流量；所述调节系统61还包括两个压力传感器614，两个压力传感器614分别安装在做功泵3的进、出口端。
采用上述结构，当气化反应器2内工质的温度发生变化时，调节系统61通过压力调节器611和介质调节器613调节工质压强和流速，使其温度区域温度稳定，能较好避免的介质温度偏低所照成的效率偏低温度，以及避免冷凝不充分或冷凝过低照成的效能降低，从而提高热能转化效率。
通过对上述实施例中的基于冷凝器负压的热能动力系统进行实验，热源温度分别为120℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃，冷凝器4的环境温度为25℃，循环管内工质流速根据基于冷凝器负压的热能动力系统的运行稳定性进行调整；实验效果为：热源温度为120℃，热能转化效率约为16%，热源温度为150℃时，热能转化效率约为18%，热源温度为200℃时，热能转化效率约为23%，热源温度为250℃，热能转化效率约为28%，热源温度为300℃时，热能转化效率约为33%，热源温度为350℃时，热能转化效率约为35%；在120-350℃热源段，本实施例中基于冷凝器负压的热能动力系统的综合热能转化效率约为26%；相对实施例一，热能转化效率提升约8%。
实施例七（如图7所示）：与实施例一不同之处在于：所述冷凝器4还包括有集液槽45，集液槽45用于收集冷凝器4中的冷凝液；所述集液槽45位于冷凝器4的尾部。
采用上述结构，可有效防止冷凝器4中液态工质参杂大量气体，避免部分工质未经冷凝液化进入增压泵3，能较好的增大介质膨胀吸热，增长做功量，提高热能转化效率。
通过对上述实施例中的基于冷凝器负压的热能动力系统进行实验，热源温度分别为120℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃，冷凝器4的环境温度为25℃，循环管内工质流速根据基于冷凝器负压的热能动力系统的运行稳定性进行调整；实验效果为：热源温度为120℃，热能转化效率约为14%，热源温度为150℃时，热能转化效率约为16%，热源温度为200℃时，热能转化效率约为21%，热源温度为250℃，热能转化效率约为26%，热源温度为300℃时，热能转化效率约为31%，热源温度为350℃时，热能转化效率约为33%；在120-350℃热源段，本实施例中基于冷凝器负压的热能动力系统的综合热能转化效率约为24%；相对实施例一，热能转化效率提升约6%。
实施例八（如图8所示）：与实施例一不同之处在于：所述气化反应器2的前端还设置有预热腔24；所述预热腔24环绕在气化反应器2周边；所述预热腔24呈螺旋型。
采用上述结构，可充分利用气化反应器2周边外排热能，减少热能浪费，提高热能转化效率。
通过对上述实施例中的基于冷凝器负压的热能动力系统进行实验，热源温度分别为120℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃，冷凝器4的环境温度为25℃，循环管内工质流速根据基于冷凝器负压的热能动力系统的运行稳定性进行调整；实验效果为：热源温度为120℃，热能转化效率约为15%，热源温度为150℃时，热能转化效率约为17%，热源温度为200℃时，热能转化效率约为22%，热源温度为250℃，热能转化效率约为27%，热源温度为300℃时，热能转化效率约为32%，热源温度为350℃时，热能转化效率约为34%；在120-350℃热源段，本实施例中基于冷凝器负压的热能动力系统的综合热能转化效率约为25%；相对实施例一，热能转化效率提升约7%。
实施例九（如图9所示）：与实施例一不同之处在于：所述做功泵3排气口处设置有预冷凝腔301；所述预冷凝腔301采用风冷或水冷。
采取上述结构，可增大进气口与排气口的压差，提高做功泵3的热能转化效率。
通过对上述实施例中的基于冷凝器负压的热能动力系统进行实验，热源温度分别为120℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃，冷凝器4的环境温度为25℃，循环管内工质流速根据基于冷凝器负压的热能动力系统的运行稳定性进行调整；实验效果为：热源温度为120℃，热能转化效率约为14%，热源温度为150℃时，热能转化效率约为16%，热源温度为200℃时，热能转化效率约为21%，热源温度为250℃，热能转化效率约为26%，热源温度为300℃时，热能转化效率约为31%，热源温度为350℃时，热能转化效率约为33%；在120-350℃热源段，本实施例中基于冷凝器负压的热能动力系统的综合热能转化效率约为24%；相对实施例一，热能转化效率提升约6%。
实施例十（如图10所示）：与实施例一不同之处在于：所述预热腔24与预冷凝腔301并列接触；
采取上述结构，由于预热腔24内工质需要吸热，而预冷凝腔301内工质需要排热，该结构较大程度的循环利用循环管道内工质热量，增大热转化效率。
通过对上述实施例中的基于冷凝器负压的热能动力系统进行实验，热源温度分别为120℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃，冷凝器4的环境温度为25℃，循环管内工质流速根据基于冷凝器负压的热能动力系统的运行稳定性进行调整；实验效果为：热源温度为120℃，热能转化效率约为17%，热源温度为150℃时，热能转化效率约为19%，热源温度为200℃时，热能转化效率约为24%，热源温度为250℃，热能转化效率约为29%，热源温度为300℃时，热能转化效率约为33%，热源温度为350℃时，热能转化效率约为36%；在120-350℃热源段，本实施例中基于冷凝器负压的热能动力系统的综合热能转化效率约为27%；相对实施例一，热能转化效率提升约9%。
实施例十一（如图11所示）：与实施例一不同之处在于：所述气化反应器2内包括四层腔体21；所述腔体21包含内腔211、外腔212和腔管213，腔管213的内、外端分别连接内腔211、外腔212；所述内腔211与外腔212之间包含多个腔管213，腔管213扇形分布。
采用上述结构，其气化反应器2的导热速率大大提高，液态工质进入腔体内，可集中在腔体21部分区域迅速气化，可较好的避免工质气化不完全。
通过对上述实施例中的基于冷凝器负压的热能动力系统进行实验，热源温度分别为120℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃，冷凝器4的环境温度为25℃，循环管内工质流速根据基于冷凝器负压的热能动力系统的运行稳定性进行调整；实验效果为：热源温度为120℃，热能转化效率约为16%，热源温度为150℃时，热能转化效率约为18%，热源温度为200℃时，热能转化效率约为23%，热源温度为250℃，热能转化效率约为28%，热源温度为300℃时，热能转化效率约为33%，热源温度为350℃时，热能转化效率约为35%；在120-350℃热源段，本实施例中基于冷凝器负压的热能动力系统的综合热能转化效率约为26%；相对实施例一，热能转化效率提升约8%。
实施例十二（如图12所示）：与实施例一不同之处在于：所述气化反应器2内安装有蓄能装置25；所述蓄能装置25采用高热容材质制成；所述蓄能装置25为封闭水体。
采取上述结构，能稳定气化反应器2内腔体21的温度，从而稳定气化温度。
通过对上述实施例中的基于冷凝器负压的热能动力系统进行实验，热源温度分别为120℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃，冷凝器4的环境温度为25℃，循环管内工质流速根据基于冷凝器负压的热能动力系统的运行稳定性进行调整；实验效果为：热源温度为120℃，热能转化效率约为14%，热源温度为150℃时，热能转化效率约为16%，热源温度为200℃时，热能转化效率约为21%，热源温度为250℃，热能转化效率约为26%，热源温度为300℃时，热能转化效率约为31%，热源温度为350℃时，热能转化效率约为33%；在120-350℃热源段，本实施例中基于冷凝器负压的热能动力系统的综合热能转化效率约为24%；相对实施例一，热能转化效率提升约6%。
实施例十三：与实施例一不同之处在于：所述气化反应器2内包括四层腔体21；所述腔体21包含内腔211、外腔212和腔管213，腔管213的内、外端分别连接内腔211、外腔212；所述内腔211与外腔212之间包含多个腔管213，腔管213扇形分布。
所述做功泵3包括圆形腔31、偏心叶片32和槽型转轮33，槽型转轮33偏心安装在圆形腔31的偏心轴311内，槽型转轮33的侧边开设有卡槽34，偏心叶片32通过弹簧片35安装在卡槽34，圆形腔31的侧边分别设置有进气口36和出气口37，进气口36与出气口37的间距角度大于相邻两偏心叶片32间的间距角度；所述圆形腔31的侧边设置有多个出气口37，出气口37与进气口36的间距角度大于相邻两偏心叶片32间的间距角度；所述做功泵3的偏心叶片32包含四片。
所述冷凝器4采用液冷方式，所述冷凝器4包括冷凝管41和四个冷凝腔42，两个冷凝腔42之间通过多根冷凝管41连通；所述冷凝管41呈曲线形；所述冷凝管41呈螺旋形。
所述冷凝器4采用风冷方式，所述冷凝装置4包括冷凝管41、散热片43和散热扇44，散热片43安装冷凝管41周边，散热扇44位于冷凝管41的上方或下方或侧边，散热扇44以抽风方式或压风方式驱动；所述冷凝管41呈多层或多排分布，冷凝管41相互联通；所述冷凝管41通过温差发电片411制成；所述温差发电片411包括金属片412、p型半导体413、n型半导体414、绝缘基质层415和输出电极416，绝缘基质层415均匀穿插有p型半导体413和n型半导体414，均匀分布的p型半导体413和n型半导体414通过金属片412串联，p型半导体413与n型半导体414的串联始末端分别连接输出电极416。
所述循环管道6连接有调节系统61，调节系统61包括压力调节器611、温度传感器612和介质调节器613，温度传感器612安装在气化反应器2内，压力调节器611控制连接压力泵5，介质调节器613安装在循环管道6中，用于调节介质流量；所述调节系统61还包括两个压力传感器614，两个压力传感器614分别安装在做功泵3的进、出口端。
所述冷凝器4还包括有集液槽45，集液槽45用于收集冷凝器4中的冷凝液；所述集液槽45位于冷凝器4的尾部。
所述气化反应器2的前端还设置有预热腔24；所述预热腔24环绕在气化反应器2周边；所述预热腔24呈螺旋型。
所述做功泵3排气口处设置有预冷凝腔301；所述预冷凝腔301采用风冷或水冷。
所述冷凝器4内设置有一个负压泵46，负压泵46安装在冷凝管中端。
所述气化反应器2内安装有蓄能装置25；所述蓄能装置25采用高热容材质制成；所述蓄能装置25为封闭水体。
采取上述结构，能稳定气化反应器2内腔体21的温度，从而稳定气化温度。
通过对上述实施例中的基于冷凝器负压的热能动力系统进行实验，热源温度分别为120℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃，冷凝器4的环境温度为25℃，循环管内工质流速根据基于冷凝器负压的热能动力系统的运行稳定性进行调整；实验效果为：热源温度为120℃，热能转化效率约为21%，热源温度为150℃时，热能转化效率约为23%，热源温度为200℃时，热能转化效率约为28%，热源温度为250℃，热能转化效率约为33%，热源温度为300℃时，热能转化效率约为38%，热源温度为350℃时，热能转化效率约为40%；在120-350℃热源段，本实施例中基于冷凝器负压的热能动力系统的综合热能转化效率约为31%；相对实施例一，热能转化效率提升约13%。
实施例十四（如图13所示）：与实施例十三不同之处在于：所述负压泵46包括椭圆形压气腔461和弹性叶片462，弹性叶片462的转轴安装在椭圆形压气腔461的偏心轴承上，吸气口463和排气口464分别位于椭圆形压气腔461的远心轴侧和近心轴侧，弹性叶片462包括四片。
采用上述结构的泵机，其能耗小，负压稳定。
通过对上述实施例中的基于冷凝器负压的热能动力系统进行实验，热源温度分别为120℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃，冷凝器4的环境温度为25℃，循环管内工质流速根据基于冷凝器负压的热能动力系统的运行稳定性进行调整；实验效果为：热源温度为120℃，热能转化效率约为21%，热源温度为150℃时，热能转化效率约为24%，热源温度为200℃时，热能转化效率约为29%，热源温度为250℃，热能转化效率约为34%，热源温度为300℃时，热能转化效率约为39%，热源温度为350℃时，热能转化效率约为41%；在120-350℃热源段，本实施例中基于冷凝器负压的热能动力系统的综合热能转化效率约为32%；相对实施例一，热能转化效率提升约14%。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于冷凝器负压的热能动力系统，包括热源(1)、气化反应器(2)、做功泵(3)、冷凝器(4)、压力泵(5)和循环管道(6)，气化反应器(2)、做功泵(3)、冷凝器(4)和压力泵(5)通过循环管道(6)实现循环联通，气化反应器(2)接触热源(1)，其特征在于：所述冷凝器(4)包括冷凝管（41），所述冷凝器(4)内设置有一个负压泵(46)，负压泵(46)安装在冷凝管（41）中部，冷凝管（41）内前部压强低于冷凝管（41）后部压强。
2.根据权利要求1所述的基于冷凝器负压的热能动力系统，其特征是：所述冷凝器(4)还包括散热片(43)和散热扇(44)，散热片(43)安装冷凝管(41)周边，散热扇(44)位于冷凝管(41)的上方或下方或侧边，散热扇(44)以抽风方式或压风方式驱动。
3.根据权利要求1或2所述的基于冷凝器负压的热能动力系统，其特征是：所述冷凝管(41)呈多层或多排分布，冷凝管(41)相互联通。
4.根据权利要求3所述的基于冷凝器负压的热能动力系统，其特征是：所述冷凝管(41)的联通方向呈竖直或水平或斜型。
5.根据权利要求1或2所述的基于冷凝器负压的热能动力系统，其特征是：所述负压泵(46)为叶片式气泵。
6.根据权利要求1或2所述的基于冷凝器负压的热能动力系统，其特征是：所述负压泵(46)为离心式气泵。
7.根据权利要求1或2所述的基于冷凝器负压的热能动力系统，其特征是：所述负压泵(46)包括椭圆形压气腔（461）和弹性叶片（462），弹性叶片（462）的转轴安装在椭圆形压气腔（461）的偏心轴承上，吸气口（463）和排气口（464）分别位于椭圆形压气腔（461）的远心轴侧和近心轴侧，弹性叶片（462）至少包括四片。
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|---|---|---|---|
| CN201610762063.XA CN106224044A (zh) | 2016-08-30 | 2016-08-30 | 一种基于冷凝器负压的热能动力系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201610762063.XA CN106224044A (zh) | 2016-08-30 | 2016-08-30 | 一种基于冷凝器负压的热能动力系统 |
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| CN201610762063.XA Withdrawn CN106224044A (zh) | 2016-08-30 | 2016-08-30 | 一种基于冷凝器负压的热能动力系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112274021A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-01-29 | 浙江圣纳智能科技有限公司 | 一种自旋转型家庭烧烤装置 |
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2016
- 2016-08-30 CN CN201610762063.XA patent/CN106224044A/zh not_active Withdrawn
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