[實用新型]一種熱機余熱能量轉換系統

無效

• 申請號: 200920049990.2
• 申請日: 2009-01-14
• 公開（公告）號: CN201354651Y
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發明（設計）人: 牛東;顧建平
• 申請（專利權）人: 牛東;顧建平
• 主分類號: F01K11/00
• 分類號: F01K11/00;F01K25/00;F01K25/10;F01C1/02
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司
• 代理人: 劉小敏

技術領域

本實用新型屬于余熱回收利用領域，特別涉及一種熱機余熱能量轉換系統，其可廣泛應用于汽車發動機、燃燒鍋爐等熱機上，將余熱能量轉換為動力輸出。

背景技術

熱力學第一定律說明了不同形式的能量在轉換時，數量上的守恒關系，但是它沒有區別不同形式的能量在質上的差別，而熱力學第二定律指出能量的方向性，它指出：自然界的一切自發的變化過程都是從不平衡狀態趨于平衡狀態，而不可能相反。不同能量的可轉換性不同，反映了其可利用性不相等，也就是它們的質量不同。能量根據其可轉換性的不同分為三類，其中一類是具有部分轉換能力的能量，例如熱能、物質的熱力學能、焓等，為了衡量能量的可用性，提出作為衡量能量質量的物理量。它定義為：在一定環境條件下，通過一系列的變化(可逆過程)，最終達到與環境處于平衡時，所做出的最大功，或者說，某種能量在理論上能夠可逆地轉換為功的最大數量，稱為該能量中具有的可用能。熱能所具有的值取決于它的狀態參數(溫度、壓力等)，同時與環境狀態有關，只要狀態參數與環境處于不平衡狀態，它就具有一定的值，在向環境趨于平衡的變化過程中，能夠做出功。

熱機是利用燃料燃燒放出的熱量來做功的，然而放出的熱量并不能全部用來做有用功，其中必然會有一部分熱量損失，造成熱量損失的原因具體有以下幾種；(1)當燃料沒有完全燃燒時，部分熱量沒有釋放出來；(2)克服機件之間的磨擦，需要消耗一部分熱量；(3)由于受熱機件的散熱，會損失一部分熱量；(4)熱機所排出廢氣的溫度很高，帶走了相當多的熱量；(5)熱機中的冷卻水會帶走部分熱量。基于以上原因，熱機的熱量利用率很低，例如內燃機作為汽車動力源，其熱能利用率為18％～35％，而渦機類內燃機的熱能利用率也僅為43％左右。由于以上某些損失的熱能如熱機排出廢氣的余熱是屬于具有部分轉換能力的能量，因此這些熱能可以加以利用以提高熱機的熱量利用率，然而，目前對熱機余熱轉換為動力輸出還無法突破使熱量利用率提高10％的技術瓶頸。

所以，在現有技術中，熱機的較多熱能并沒有得到充分的利用，從而造成石油等能源型資源的巨大浪費，同時熱機向大氣排出的廢氣也引起大氣環境污染和城市熱污染，不利于環保，因此如何更有效提高熱量利用率成為人們亟待解決的難題。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種能夠提高熱能利用率、節省燃料且環保的熱機余熱能量轉換系統。

本實用新型的上述目的通過如下的技術方案來實現：一種熱機余熱能量轉換系統，其特征在于它包括換熱裝置、換能裝置及介質熱交換裝置，所述三個裝置均分別具有介質進、出口，其中，所述換熱裝置包括蒸發器和換熱器，所述蒸發器和換熱器均分別具有余熱進、出口，所述余熱進口用于與熱機的余熱排出口連接，所述余熱出口用于將完成熱交換的余熱介質分別從蒸發器和換熱器中排出，所述換熱裝置的介質進口即為所述換熱器的介質進口，該介質進口與介質熱交換裝置的介質出口連接，換熱器同時具有的介質出口則與蒸發器具有的介質進口連接，而所述蒸發器的介質出口即為所述換熱裝置的介質出口，該介質出口則與換能裝置的介質進口連通，換能裝置的介質出口則與介質熱交換裝置的介質進口連接，使所述換熱裝置、換能裝置及介質熱交換裝置通過管路依次構成一回路，低沸點介質在回路中實現吸收余熱-對外做功-還原液態的能量轉換過程，并使該過程循環往復。

本實用新型的低沸點介質在換熱器與蒸發器中與余熱介質進行熱交換，低沸點介質獲得值，其壓力與溫度均升高，再進入換能裝置內膨脹做功，由換能裝置將熱能轉化為動力輸出，做功后的介質則流回介質熱交換裝置內，完成一個工作循環過程，低沸點介質在回路中實現吸收余熱-對外做功-還原液態的能量轉換過程，并使該過程循環往復。

作為本實用新型的一種實施方式，所述介質熱交換裝置包括回熱器、冷凝交換器、介質儲罐及循環泵，其中，所述回熱器具有熱介質進、出口及冷介質進、出口，所述回熱器的熱介質進口為所述介質熱交換裝置的介質進口，所述回熱器的熱介質出口與冷凝交換器的介質進口連接，所述回熱器的冷介質進口則與循環泵連接，所述回熱器的冷介質出口即為所述介質熱交換裝置的介質出口，所述冷凝交換器、介質儲罐及循環泵通過管路依次連接，以使來自換能裝置的氣液兩相介質從介質熱交換裝置的介質進口進入該裝置后依次流經回熱器、冷凝交換器、介質儲罐和循環泵后再流經回熱器，然后向換熱裝置輸出液相介質。