CN204283660U - 一种恒压供气的等温膨胀动力系统 - Google Patents
一种恒压供气的等温膨胀动力系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN204283660U CN204283660U CN201420625841.7U CN201420625841U CN204283660U CN 204283660 U CN204283660 U CN 204283660U CN 201420625841 U CN201420625841 U CN 201420625841U CN 204283660 U CN204283660 U CN 204283660U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- storage tank
- liquid
- pressurized gas
- medium storage
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 56
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 77
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 claims description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 4
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 11
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N Propylene glycol Chemical compound CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 2
- 230000003416 augmentation Effects 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 210000000416 exudates and transudate Anatomy 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000005514 two-phase flow Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
本实用新型涉及一种恒压供气的等温膨胀动力系统，包括活塞、气缸、曲柄连杆机构、高压气体工质储罐、加热介质储罐、换热器和混合器；加热介质储罐中的液体被外界热源加热；高压气体工质储罐中存储高压气体和液体，当系统工作、高压气体和加热介质的混合流体从混合器进入气缸时，液泵工作通过吸收液罐中的液体进入高压气体工质储罐，使高压气体工质储罐维持恒定的压力；高压气体进入气缸驱动活塞做功，同时，来自加热介质储罐的高温加热介质以雾状或泡沫状进入气缸，实现准等温膨胀过程，从而提高单位工质的输出功量。
Description
技术领域
本发明涉及一种恒压供气的等温膨胀动力系统，具体为系统包括活塞、气缸、曲柄连杆机构、加热介质液罐、高压气体工质储罐，加热介质液罐中的液体被外界热源加热；高压气体工质储罐中存储高压气体和液体，当系统工作、高压气体从高压气体工质储罐进入等活塞时，液泵工作通过吸收加热介质液罐中的加热介质进入高压气体工质储罐，使高压气体工质储罐维持恒定的压力；高压气体进入气缸驱动活塞做功，同时，来自加热介质液罐的高温加热介质以雾状或泡沫状进入膨胀机气缸，实现准等温膨胀过程，从而提高单位工质的输出功量。
背景技术
随着技术的发展和人们对环境的关注，研究人员开展了各种低碳动力系统的研究，使其更加低碳环保、更好的利用外界的余热以及更大的输出比功。等温膨胀机可以获得更大的输出功和更高的系统效率，日渐引起了人们的关注，研究领域已初步涉及等温柴油机、等温压缩空气储能系统和活塞压缩机等领域，为提高单位工质的出功量以及能源利用效率提供了新的方案。实现等温膨胀的关键在于膨胀过程的强化传热。实践证明，在气缸壁外采用水或空气加热膨胀气体的方式，效果很不明显，从而导致实际膨胀过程接近绝热膨胀，不仅降低了膨胀机的系统效率，而且容易引起排气孔结霜，影响机器的正常运行。而工业上常采用的多级膨胀、级间加热的运行方式，则会不可避免地导致系统结构复杂化、成本增加以及附加功耗增加。
此外，工业等各个领域存在大量的余热，包括燃料发动机余热、工业废 热、太阳能集热等，如果可以实现对这些热量的利用，将可以进一步提高等温膨胀机的温度，增加系统的输出比功。
通常的应用中，采用定容储气罐，随着压缩空气的消耗，储气罐内的压力降低，将影响膨胀机的工作状况，通过引入液压系统，使膨胀机在恒定压力下工作，将可以使系统高效的工作。
因此，本文提出了一中恒压供气的等温膨胀系统，能够实现膨胀机的恒压供气和近等温膨胀，从而增加单位工质的输出功。
发明内容
为克服现有技术的缺点和不足，本发明公开了一种恒压供气的等温膨胀的动力系统，其中液罐中的加热介质被外界热源加热；高压气体工质储罐中存储高压气体和液体，当系统工作、高压气体从高压气体工质储罐进入气缸时，液泵工作通过吸收加热介质液罐中的液体进入高压气体工质储罐，使高压气体工质储罐维持恒定的压力；高压气体进入气缸驱动活塞做功，同时，来自加热介质液罐的高温液体以雾状或泡沫状与高压气体混合后进入气缸，实现准等温膨胀过程，从而提高单位工质的输出功量。
为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案是：一种恒压供气的等温膨胀动力系统，包括活塞、气缸、曲柄连杆机构、高压气体工质储罐、加热介质储罐、换热器和混合器，其特征在于，
--所述气缸顶部装有与所述混合器的出口连通的进气阀；
--在靠近所述活塞的下止点附近位置的所述气缸的侧壁上设有排气孔，围绕所述气缸的外壁形成一封闭排气缓冲腔，所述排气缓冲腔可通过气缸侧壁上的排气孔与气缸连通，在所述排气缓冲腔的底部或靠近底部的侧壁上设置有排液口，所述排液口在高度方向上位于所述排气孔下方，在所述排气缓冲腔的顶部或靠近顶部的侧壁上设置有气体出口，所述气体出口在高度方向 上位于所述排气孔上方；
--设置在所述加热介质储罐底部的液体出口Ⅰ通过液体管路经所述换热器的热流体侧与所述混合器的液体进口连通；
--设置在所述高压气体工质储罐顶部的高压气体出口通过气体管路经所述换热器的冷流体侧与所述混合器的高压气体进口连通。
进一步地，所述三通部件和所述高压气体工质储罐的液体进口之间的管路上设有液泵Ⅱ。
进一步地，所述加热介质储罐底部和高压气体工质储罐底部通过一设置有限压阀的液体管路相互连通。
优选地，所述活塞的顶部表面为平面或具有一向下的坡度。
优选地，所述活塞的顶部设有可触发进气阀打开或关闭的顶杆。
本发明的恒压供气的等温膨胀动力系统，在在气缸顶部装有与混合器的出口连通的进气阀，用来将来自加热介质储罐的加热介质雾化或者泡沫化并注入气缸。当活塞运行至上止点附近时，进气阀由与活塞相连的顶杆打开，混合器中的高压气体和加热介质的混合流体喷入气缸后，驱动活塞做功；与此同时，雾状或泡沫状加热介质在活塞表面不断积聚。当活塞运行至下止点附近时，气缸壁上的排气孔被打开，膨胀后的气体和活塞表面积聚的加热介质通过气缸壁的排气孔自动排入缓冲腔；随后活塞上行，压缩气缸内残余的气体，直至进气阀被打开，开始下一个循环。在缓冲腔内加热介质与气体工质分离，加热介质通过排液口排出；气体工质通过缓冲腔上侧的气体出口排出。加热介质进入液体汇流罐，并回流至液体储罐或者被泵导入高压气体工质储罐中。加热介质储罐中的加热介质被加热源加热，这部分加热介质储罐被液泵加压至一定的压力，进入换热器预热来自高压气体工质储罐中的高压气体，然后通过气缸顶部的喷射器喷入气缸内。其中加热源的能量来自燃料 发动机的余热、工业废热或者收集的太阳能的热量，高压气体工质储罐中存储的为高压气体工质，即膨胀机的进气来源以及高压液体，这部分液体为膨胀机排出液以及一部分常压加热介质储罐中的液体经液泵加压后的加热介质，通过在高压气体工质储罐中泵入一定量的加热介质来维持高压气体工质储罐内部的气体压力恒定。加热介质储罐中的液体为气缸内喷入的加热介质的来源，在喷入气缸之前，这部分液体首先被液泵加压，然后先在换热器中与高压气体换热，最后一起喷入气缸。当高压气体工质储罐中的压力高于设定压力时，其中的液体通过一个限压阀回流至常压加热介质储罐中。需要说明的是，如果加热介质以泡沫的形式喷入气缸内，则加热介质中加入了一种专门的添加剂，如丙二醇、低沸点烷烃或氟碳化合物等。
同现有技术相比，本发明的恒压供气的等温膨胀动力系统具有显著的效果：(1)通过高压气体与大量雾状或泡沫状加热介质混合，然后喷入气缸，使气体在膨胀过程中强化传热，由于液态加热介质具有较大的比热容，在其为雾状或者泡沫状时具有较大换热面积，可以使膨胀过程明显地偏离绝热过程，获得接近于等温的“准等温膨胀”过程，从而实现等温释能，提高同类型膨胀机的单位工质输出功和其工作效率、并提高系统的整体效率，可以应用于压缩空气储能系统、有机郎肯循环、超临界CO2动力循环、余热回收利用系统等各种系统的动力输出装置；(2)与传统的多级容积式膨胀机相比，本发明一种恒压供气的等温膨胀动力系统能够实现余热利用、恒压供气和近等温膨胀，从而显著地提高了单位工质输出功、等温效率，减小了设备单位功率的尺寸、成本和附加功耗，最终达到较高的系统效率，为发展新型的动力设备提供新的可行方案。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
图1为本发明的恒压供气的等温膨胀动力系统的结构示意图。该系统包括活塞5、气缸3、曲柄连杆机构、高压气体工质储罐22、加热介质储罐21、换热器24、混合器25，活塞5滑动安装于气缸3中，曲柄连杆机构包括连杆12和曲柄13，连杆12一端与活塞5连接，另一端与曲柄13连接，气缸3顶部装有与混合器25的出口连通的进气阀2，在加热介质与气体通过换热器24换热后、进入气缸3之前，两者进入一个混合器25，然后把充分混合的气液两相流喷入气缸3。在靠近活塞5的下止点附近位置的气缸3的侧壁上设有排气孔8，围绕气缸3的外壁形成一封闭排气缓冲腔9，排气缓冲腔9可通过气缸3侧壁上的排气孔8与气缸3连通，在排气缓冲腔9的底部或靠近底部的侧壁上设置有排液口10，排液口10在高度方向上位于排气孔8下方，在排气缓冲腔9的顶部或靠近顶部的侧壁上设置有气体出口11，气体出口11在高度方向上位于排气孔8上方；设置在加热介质储罐21底部的液体出口Ⅰ通过液体管路经换热器24的热流体侧与环形喷射器4的进口连通；设置在高压气体工质储罐22顶部的高压气体出口通过气体管路经换热器24的冷流体侧与进气阀2的进口连通。
当活塞5运行至上止点附近时，进气阀2由与活塞5相连的顶杆7打开，高压气体和加热介质的混合流体随即进入气缸3，驱动活塞5做功；与此同时，雾状或泡沫状加热介质在活塞5表面不断积聚。当活塞5运行至下止点附近时，气缸壁上的排气孔8被打开，膨胀后的气体和活塞表面积聚的加热介质通过气缸壁的排气孔8自动排入缓冲腔9；随后活塞5上行，压缩气缸内残余的气体，直至进气阀2被打开，开始下一个循环。在缓冲腔9内加热 介质与气体工质分离，加热介质通过排液口10排出；气体工质通过缓冲腔9上侧的排气孔11排出。加热介质进入液体汇流罐14，并回流至加热介质储罐21或者被泵19导入高压气体工质储罐22中。加热介质储罐21中的加热介质被加热源18加热，这部分加热介质被液泵20加压至一定的压力，进入换热器24预热来自高压气体工质储罐22中的高压气体，然后通过气缸顶部的进气阀2喷入气缸3内。其中加热源18的能量来自燃料发动机的余热、工业废热或者收集的太阳能的热量，高压气体工质储罐22中存储的为高压气体，即膨胀机的进气来源以及高压液体，这部分液体为膨胀机排出液以及一部分常压加热介质储罐21中的液体经液泵19加压后的液体，通过在高压气体工质储罐22中泵入一定量的液体来维持储罐内部的气体压力恒定。加热介质储罐21中的加热介质为气缸内喷入的加热介质的来源，在喷入气缸之前，这部分加热介质首先被液泵20加压，然后先在换热器24中与高压气体换热，最后一起喷入气缸3。当高压气体工质储罐22中的压力高于设定压力时，其中的加热介质通过一个限压阀23回流至常压加热介质储罐21中。需要说明的是，如果加热介质以泡沫的形式喷入气缸内，则加热介质中加入了一种专门的添加剂，如丙二醇、低沸点烷烃或氟碳化合物等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。
Claims (10)
1.一种恒压供气的等温膨胀动力系统，包括活塞、气缸、曲柄连杆机构、高压气体工质储罐、加热介质储罐、换热器和混合器，其特征在于，
--所述气缸顶部装有与所述混合器的出口连通的进气阀；
--在靠近所述活塞的下止点附近位置的所述气缸的侧壁上设有排气孔，围绕所述气缸的外壁形成一封闭排气缓冲腔，所述排气缓冲腔可通过气缸侧壁上的排气孔与气缸连通，在所述排气缓冲腔的底部或靠近底部的侧壁上设置有排液口，所述排液口在高度方向上位于所述排气孔下方，在所述排气缓冲腔的顶部或靠近顶部的侧壁上设置有气体出口，所述气体出口在高度方向上位于所述排气孔上方；
--设置在所述加热介质储罐底部的液体出口I通过液体管路经所述换热器的热流体侧与所述混合器的液体进口连通；
--设置在所述高压气体工质储罐顶部的高压气体出口通过气体管路经所述换热器的冷流体侧与所述混合器的高压气体进口连通。
2.根据权利要求1所述的动力系统，其特征在于，所述液体出口Ⅰ和换热器之间的液体管路上设置有液泵Ⅰ。
3.根据权利要求1所述的动力系统，其特征在于，所述加热介质储罐设外部加热管路，所述外部加热管路一端与所述加热介质储罐的底部连通，另一端与所述加热介质储罐的顶部连通，且所述外部加热管路上设有加热源。
4.根据权利要求3所述的动力系统，其特征在于，所述加热源为燃料发动机的余热、工业废热或者收集的太阳能热。
5.根据权利要求1所述的动力系统，其特征在于，所述排气缓冲腔的所述排液口与一液体汇流罐连通。
6.根据权利要求5所述的动力系统，其特征在于，所述液体汇流罐的出口经一三通部件与所述加热介质储罐的液体连通孔和所述高压气体工质储罐的液体进口连通。
7.根据权利要求6所述的动力系统，其特征在于，所述三通部件和所述高压气体工质储罐的液体进口之间的管路上设有液泵Ⅱ。
8.根据权利要求7所述的动力系统，其特征在于，所述加热介质储罐底部和高压气体工质储罐底部通过一设置有限压阀的液体管路相互连通。
9.根据权利要求1所述的动力系统，其特征在于，所述活塞的顶部表面为平面或具有一向下的坡度。
10.根据权利要求1所述的动力系统，其特征在于，所述活塞的顶部设有可触发进气阀打开或关闭的顶杆。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201420625841.7U CN204283660U (zh) | 2014-10-27 | 2014-10-27 | 一种恒压供气的等温膨胀动力系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201420625841.7U CN204283660U (zh) | 2014-10-27 | 2014-10-27 | 一种恒压供气的等温膨胀动力系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN204283660U true CN204283660U (zh) | 2015-04-22 |
Family
ID=52866827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201420625841.7U Active CN204283660U (zh) | 2014-10-27 | 2014-10-27 | 一种恒压供气的等温膨胀动力系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN204283660U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114459165A (zh) * | 2022-02-14 | 2022-05-10 | 济宁圣峰环宇新能源技术有限公司 | 一种近似等温两次膨胀做功的热机系统 |
| DE102022114719A1 (de) | 2022-06-10 | 2023-12-21 | Hochschule Koblenz, Körperschaft des öffentlichen Rechts | Vorrichtung und Verfahren zur Umsetzung quasi-isothermer Zustandsänderungen in Wärmekraft oder Arbeitsmaschinenprozessen |
-
2014
- 2014-10-27 CN CN201420625841.7U patent/CN204283660U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114459165A (zh) * | 2022-02-14 | 2022-05-10 | 济宁圣峰环宇新能源技术有限公司 | 一种近似等温两次膨胀做功的热机系统 |
| DE102022114719A1 (de) | 2022-06-10 | 2023-12-21 | Hochschule Koblenz, Körperschaft des öffentlichen Rechts | Vorrichtung und Verfahren zur Umsetzung quasi-isothermer Zustandsänderungen in Wärmekraft oder Arbeitsmaschinenprozessen |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN203175787U (zh) | 一种极寒地区使用的热回收式液氮泵橇 | |
| CN108930627A (zh) | 一种定压抽水压缩气体储能系统及储能方法 | |
| CN106321343A (zh) | 基于液体温度控制的等温压缩空气储能发电系统及其方法 | |
| CN103518050A (zh) | 压缩气体储存和回收系统及其操作方法 | |
| CN104806313A (zh) | 一种等温压缩空气储能系统及方法 | |
| CN202360325U (zh) | 液压驱动的气体压缩机 | |
| CN110145290B (zh) | 一种干热岩地热井液氮多级压裂系统与方法 | |
| CN204283660U (zh) | 一种恒压供气的等温膨胀动力系统 | |
| CN103743108B (zh) | 热水器节水装置 | |
| CN202017666U (zh) | 一种气体增压装置 | |
| CA3192295A1 (en) | Plant for producing mechanical energy from a carrier fluid under cryogenic conditions | |
| CN204186426U (zh) | 一种等温膨胀动力系统 | |
| CN203420852U (zh) | 活塞式等温气体压缩机 | |
| CN104454015A (zh) | 一种利用液压的等温膨胀动力系统 | |
| CN101893349A (zh) | 双缸往复式压力能回收热泵机构 | |
| CN204186427U (zh) | 一种单阀等温膨胀机系统 | |
| CN201991845U (zh) | 高速重载直线往复运动体运行储能装置 | |
| CN102654326A (zh) | 一种气液喷射器增效的双喷射式制冷装置 | |
| CN105351260A (zh) | 气液混合多级高速弹射装置 | |
| CN202914140U (zh) | 用于空气动力发动机的加热装置 | |
| CN102182720A (zh) | 双速油缸 | |
| CN102748266A (zh) | 一种温差增压泵 | |
| CN101482056B (zh) | 吸热回能式内燃机 | |
| CN205261972U (zh) | 喷射式无泵循环制冷系统 | |
| CN104358593B (zh) | 一种等温膨胀的单阀膨胀机系统及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190110 Address after: 100185 No. 301-63, No. 3, Building A 1, Eastern District of Qinghe Jiayuan, Haidian District, Beijing Patentee after: ZHONGCHU GUONENG (BEIJING) TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 100190 North four Ring West Road, Haidian District, Beijing, A202 Patentee before: Institute of Engineering Thermophysics, Chinese Academy of Sciences |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231030 Address after: No. 603, Floor 6, Building 2, Yard 2, Yongjie South Road, Haidian District, Beijing 100094 Patentee after: Huake Super Energy (Beijing) Energy Technology Co.,Ltd. Address before: 100185 No. 301-63, No. 3, Building A 1, Eastern District of Qinghe Jiayuan, Haidian District, Beijing Patentee before: ZHONGCHU GUONENG (BEIJING) TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |