[发明专利]热气体自身冷却器

说明书

技术领域

本发明涉及热能和动力领域，尤其是一种热气体自身冷却器。

背景技术

 在热能与动力领域中，热气体（所谓的热气体是指温度高于外界环境的气体）广泛存在，例如热机的排气等。在很多情况下需要对热气进行冷却，特别是在有些情况下，需要将热气体冷却到低于环境温度的状态，这些冷却过程，往往需要消耗很多动力，造成系统的效率降低。热气体特别是温度较高的热气体，例如内燃机的排气（内燃机的排气的温度一般在500℃以上），本身具有相当高的能量，如果能够利用这些能量，对外做功或对其自身进行冷却，将能大大提高内燃机的效率，减少能源消耗。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：

一种热气体自身冷却器，包括热气体通道和闭合循环回路，在所述闭合循环回路上依次设有涡轮动力机构、降温器、低温热交换器、叶轮压气机和高温热交换器，所述热气体通道依次与所述高温热交换器和所述低温热交换器的高温流体入口连通，所述涡轮动力机构对所述叶轮压气机输出动力。

在所述闭合循环回路上还设有附属涡轮动力机构，所述附属涡轮动力机构设置在所述涡轮动力机构与所述低温热交换器之间的连通通道上。

所述降温器设置在所述涡轮动力机构和所述附属涡轮动力机构之间的连通通道上。

所述热气体通道上设有附属降温器，所述附属降温器设置在所述高温热交换器与所述低温热交换器之间的连通通道上。

本发明的原理是：热气体由所述热气体通道的一端通入，经所述高温热交换器进行热交换降温后，再经所述低温热交换器进行热交换降温（或先经所述附属降温器降温后再经所述低温热交换器进行热交换降温），逐步使所述热气体中所含热量减少，从而达到降温的目的；而所述高温热交换器和所述低温热交换器均设在所述闭合循环回路上，所述闭合循环回路中设有循环流动的工质，该工质在所述高温热交换器中吸收所述热气体的热量被加热后，膨胀形成高温高压工质推动所述涡轮动力机构做功，然后进入所述降温器被降至常温，而后进入所述低温热交换器吸收所述热气体中的热量被加热，最后被所述叶轮压气机压缩循环至所述高温热交换器，进行下一个循环，如此往复，实现对所述热气体的冷却功能，其中所述涡轮动力机构对所述叶轮压气机输出动力。

本发明中，所谓的“降温器”（包含附属降温器）是指一切对气体进行降温的装置，可以是散热器，也可以是以降温为目的的热交换器，还可以是混合式降温器；所谓混合式降温器，是指将温度较低的膨胀剂与高温高压气体混合使高温高压气体降温的装置。

本发明中，所谓的“叶轮压气机”是指一切利用叶轮对气体进行压缩的装置，包括轴流式、径流式、混流式，例如涡轮压气机等，它可以是单级的、多级的，也可以是多个单级或多个多级组合而成。

本发明中，所谓的“涡轮动力机构”（包含附属涡轮动力机构）是指一切利用气体工质流动膨胀对外输出动力的叶轮机构，例如动力透平、动力涡轮等。　　　

本发明中，所述涡轮动力机构可以对所述叶轮压气机输出动力，也可以对外输出动力。

本发明中，所谓“A和B连通”是指A与B之间工质发生流动，包括工质从A流到B或者从B流到A，或者工质先从A流到B再从B流到A。所谓的“连通”包括直接连通、间接连通和经操作单元连通，所述操作单元包括阀、控制机构、供送机构（泵）和热交换器等。

根据热能与动力领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或系统等。

本发明的有益效果如下：

本发明所公开的热气体自身冷却器，采用两个热交换器将所述热气体所携带的热量分步传递给闭合循环工质，该工质推动循环通道上的所述涡轮动力机构和/或所述附属涡轮动力机构做功，从而带动循环通道上的所述叶轮压气机驱动工质的流动；所述热气体自身冷却器是将热气体自身的能量转化为机械能，从而使得热气体温度降低，结构简单，降温效果好；可应用于高温常压的热气体的降温，并可提供一定量的输出功力。

本发明热气体自身冷却器只是利用热气体自身的热量，达到热气体自身温度得到降低的目的。

附图说明

图1所示的是本发明实施例1的结构示意图；

图2所示的是本发明实施例2的结构示意图；

图3所示的是本发明实施例3的结构示意图；

图4所示的是本发明实施例4的结构示意图，

图中：

1热气体通道、2闭合循环通道、21涡轮动力机构、22叶轮压气机、211附属涡轮动力机构、30高温热交换器、31低温热交换器、4降温器、41附属降温器。