一种恒压供气的等温膨胀动力系统技术方案

本实用新型专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种恒压供气的等温膨胀动力系统
本专利技术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。
技术介绍
随着技术的发展和人们对环境的关注，研宄人员开展了各种低碳动力系统的研宄，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，研宄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。
技术实现思路
为克服现有技术的缺点和不足，本专利技术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，本专利技术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。 本专利技术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，本专利技术的恒压供气的等温膨胀动力系统具有显著的效果:(I)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0)2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，本专利技术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为本专利技术的结构示意图。 【具体实施方式】 为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本专利技术进一步详细说明。 图1为本专利技术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 —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，两者进本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新敬，陈海生，徐玉杰，许剑，薛皓白，谭春青，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11