亚低温热源气化循环热动力系统.pdf

本发明公开了一种亚低温热源气化循环热动力系统，包括高温热源(1)，动力机(2)，冷凝冷却器(3)，所述高温热源(1)的工质出口与所述动力机(2)的工质入口连接，所述动力机(2)的工质出口与所述冷凝冷却器(3)的工质入口连接，所述冷凝冷却器(3)的工质出口可直接或经液相工质加压泵(5)与亚低温热源(4)的被加热工质入口连接，所述亚低温热源(4)的被加热工质出口经气相工质回送加压泵(6)与所述高温热源(1)的工质入口连接。本发明能充分利用低品质热源的热能，从而提高整个热循环系统的热效率。

1.  一种亚低温热源气化循环热动力系统，包括高温热源(1)，动力机(2)，冷凝冷却器(3)，其特征在于：所述高温热源(1)的工质出口与所述动力机(2)的工质入口连接，所述动力机(2)的工质出口与所述冷凝冷却器(3)的工质入口连接，所述冷凝冷却器(3)的工质出口可直接或经液相工质加压泵(5)与亚低温热源(4)的被加热工质入口连接，所述亚低温热源(4)的被加热工质出口经气相工质回送加压泵(6)与所述高温热源(1)的工质入口连接。

2.  如权利要求1所述的亚低温热源气化循环热动力系统，其特征在于：所述动力机(2)的工质出口与所述亚低温热源(4)的被冷却工质入口连接，所述亚低温热源(4)的被冷却工质出口与所述冷凝冷却器(3)的工质入口连接，所述冷凝冷却器(3)的工质出口可直接或经所述液相工质加压泵(5)与所述亚低温热源(4)的被加热工质入口连接，所述亚低温热源(4)的被加热工质的出口经所述气相工质回送加压泵(6)与所述高温热源(1)的工质入口连接，所述高温热源(1)的工质出口与所述动力机(2)的工质入口连接。

3.  如权利要求1所述的亚低温热源气化循环热动力系统，其特征在于：将内燃发动机(7)的排气(71)的余热设为所述高温热源(1)。

4.  如权利要求1所述的亚低温热源气化循环热动力系统，其特征在于：将内燃发动机(7)的气缸盖(72)的冷却系统的余热和排气(71)的余热均设为所述高温热源(1)。

5.  如权利要求1所述的亚低温热源气化循环热动力系统，其特征在于：将内燃发动机(7)的气缸套(73)的冷却系统的余热、气缸盖(72)的冷却系统的余热和排气(71)的余热均设为所述高温热源(1)。

亚低温热源气化循环热动力系统
技术领域
本发明涉及热动力系统。
背景技术
目前，除燃汽轮机以外，绝大多数的热动力系统都是以水为工质的。以水为工质的热动力系统的效率较低，其根本原因是水的气化潜热巨大。在目前以水为工质的热动力系统中，液态水气化过程是在高温热源中完成的，所以必须从高温热源中吸收大量高品质的热能，而所吸收的绝大部分气化潜热排放给了低温热源，不参与对外作功，从而严重影响了系统的循环效率。为提高此类循环系统的效率，就必须使工质以气态形式进入高温热源，这也是本发明的目的。
发明内容
在传统蒸汽热动力循环中，经过动力机后的蒸汽要冷却冷凝成液体，再将此液体经液相加压泵送入高温热源升温气化并过热。虽然在有些情况下液态工质在进入高温热源前经其它热源预热，但是仍然是以液体状态进入高温热源。由于工质的气化是在高温热源中完成的，所以要从高温热源吸收大量高品质的热能，而所吸收的气化潜热中的绝大部分白白排放给了环境，而不作任何功。从高温热源吸收气化潜热是影响此类循环热效率的关键因素。要想从根本上提高此类循环的热效率就必须规避从高温热源吸收气化潜热的过程。在本发明中，使液相工质在温度高于低温热源(即环境)的热源(以下称亚低温热源)中，在压气机工质入口的低压作用下气化，从亚低温热源吸收气化潜热，而后将气相工质经压气机进行绝热或绝热系数小于1的压缩增压，工质以气态形式进入高温热源进行升温过热后，进入动力机。这样可避免使工质从高温热源吸收工质气化潜热，从而提高循环的热效率。
对气相工质进行增压要比对液相工质增压困难的多，耗功也多的多。然而通过详细分析，我们可知，由于工质在亚低温热源吸收热能气化可使进入高温热源时的工质的焓大量增加，此数量要远远大于压气机的功耗。只要适当地选择亚低温热源和系统的工况，压气机的功耗除以工质在压气机出口和亚低温热源入口的焓差值所得的百分比是可明显小于系统循环效率的，因此系统的循环效率是可以有明显提高的。
所述亚低温热源，可以是电厂的余热，烟气等品质较低的热源，也可以是发动机等动力机的余热，还可以是上游工质自身的余热，如动力机出口至冷凝器入口之间通过对流热交换得到的余热。亚低温热源的温度必须高于低温热源的温度，越高越好，但应低于高温热源中的低温区的温度(即相当于在传统循环中的工质气化区的温度)，否则没有必要增加压气机。
本发明公开了一种亚低温热源气化循环热动力系统，包括高温热源，动力机，冷凝冷却器，其目的是这样实现的：
所述高温热源的工质出口与所述动力机的工质入口连接，所述动力机的工质出口与所述冷凝冷却器的工质入口连接，所述冷凝冷却器的工质出口可直接或经液相工质加压泵与亚低温热源的被加热工质入口连接，所述亚低温热源的被加热工质出口经气相工质回送加压泵与所述高温热源的工质入口连接。
所述动力机的工质出口与所述亚低温热源的被冷却工质入口连接，所述亚低温热源的被冷却工质出口与所述冷凝冷却器的工质入口连接，所述冷凝冷却器的工质出口可直接或经所述液相工质加压泵与所述亚低温热源的被加热工质入口连接，所述亚低温热源的被加热工质的出口经所述气相工质回送加压泵与所述高温热源的工质入口连接，所述高温热源的工质出口与所述动力机的工质入口连接。
将内燃发动机的排气的余热设为所述高温热源。
将内燃发动机的气缸盖的冷却系统的余热和排气的余热均设为所述高温热源。
将内燃发动机的气缸套的冷却系统的余热、气缸盖的冷却系统的余热和排气的余热均设为所述高温热源。
本发明有以下积极有益的效果：本发明能充分利用亚低温热源的较低品质的热能，充分发挥高温热源的高品质热能的作用，从而提高整个热循环系统的热效率；在内燃机领域，本发明能充分利用发动机气缸套、气缸盖周围的余热以及发动机排气中的余热，从而提高发动机的热效率，减少燃油的消耗，降低发动机的使用成本。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构组成示意图；
图2是本发明实施例二的结构组成示意图；
图3是本发明实施例三的结构组成示意图；
图4是本发明实施例四的结构组成示意图；
图5是本发明实施例五的结构组成示意图。
具体实施方式
附图编号
1.高温热源      2.动力机            3.冷凝冷却器
4.亚低温热源    5.液相工质加压泵    6.气相工质回送加压泵
7.内燃发动机    71.排气      72.气缸盖     73.气缸套
请参照图1所示的亚低温热源气化循环热动力系统，包括高温热源1，动力机2，冷凝冷却器3，所述高温热源1的工质出口与所述动力机2的工质入口连接，所述动力机2的工质出口与所述冷凝冷却器3的工质入口连接，所述冷凝冷却器3的工质出口可直接或经液相工质加压泵5与亚低温热源4的被加热工质入口连接，所述亚低温热源4的被加热工质出口经气相工质回送加压泵6与所述高温热源1的工质入口连接。
请参照图2所示的亚低温热源气化循环热动力系统，所述动力机2的工质出口与所述亚低温热源4的被冷却工质入口连接，所述亚低温热源4的被冷却工质出口与所述冷凝冷却器3的工质入口连接，所述冷凝冷却器3的工质出口可直接或经所述液相工质加压泵5与所述亚低温热源4的被加热工质入口连接，所述亚低温热源4的被加热工质的出口经所述气相工质回送加压泵6与所述高温热源1的工质入口连接，所述高温热源1的工质出口与所述动力机2的工质入口连接。
请参照图3所示的亚低温热源气化循环热动力系统，将内燃发动机7的排气71的余热设为所述高温热源1。
请参照图4所示的亚低温热源气化循环热动力系统，将内燃发动机7的气缸盖72的冷却系统的余热和排气71的余热均设为所述高温热源1。
请参照图5所示的亚低温热源气化循环热动力系统，将内燃发动机7的气缸套73的冷却系统的余热、气缸盖72的冷却系统的余热和排气71的余热均设为所述高温热源1。