[发明专利]余热利用内燃热气机

说明书

 

技术领域

本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种热气机。

背景技术

    近年来，热气机得到广泛重视，然而传统热气机都是通过外燃加热的方式来提供动力的，外燃方式需要经过传热部件（通常为被加热容器的壁）来进行热传递，使得工质被加热，在外燃加热过程中很大一部分热量都耗散在环境中了，而且外燃加热方式受传热壁承压耐温能力的限制，传热效率有限，工质的温度和压力难以达到更高的水平，从而使得传统热气机的效率和功率密度严重受限，因此，需要发明一种新型热气机。

发明内容

本发明提供了一种效率和功率密度高的余热利用内燃热气机，解决了传统热气机因工质的温度和压力难以达到更高的水平而影响效率和功率密度的问题，同时采用热交换的方式将做功完成时温度很高的气体的热量传递给经压缩机构压缩后即将进入内燃燃烧室的温度较低的气体，使得即将进入内燃燃烧室的温度较低的气体的温度得以升高，同时做功完成时温度很高的气体的温度得以降低，从而可以充分利用内燃燃烧的能量。

本发明提出的技术方案如下：

一种余热利用内燃热气机，包括压缩机构、做功机构、内燃燃烧室和热交换器，所述压缩机构的工质出口与所述热交换器的被加热流体入口连通，所述热交换器的被加热流体出口经所述内燃燃烧室与所述做功机构的工质入口连通，所述做功机构的工质出口经所述热交换器的被冷却流体通道与所述压缩机构的工质入口连通，所述压缩机构、所述做功机构、所述内燃燃烧室、所述热交换器以及它们之间的连通通道形成工质闭合循环回路；在所述热交换器的被冷却流体出口与所述压缩机构的工质入口之间的连通通道上设工质导出口，且所述工质闭合循环回路的承压能力大于0.5MPa。

所述余热利用内燃热气机还包括降温器，所述降温器设置在所述热交换器的被冷却流体出口和所述压缩机构的工质入口之间的连通通道上。所述工质导出口经控制阀与外界连通。

所述工质闭合循环回路中，参与循环的气体的一部分为不凝气。

所述压缩机构设为叶轮压气机或罗茨风机或活塞式压缩机构。

所述做功机构设为涡轮或罗茨马达或活塞式做功机构。

所述压缩机构设为叶轮压气机，所述做功机构设为涡轮，所述叶轮压气机和所述涡轮同轴设置。

本发明的原理是：用所述内燃燃烧室（即向需要进行加热的热气机的工质内导入氧化剂、还原剂并使其发生燃烧化学反应，进而提高工质的温度的部件）取代传统热气机对传热部件（即热缸缸体或通道壁），从而使工质的温度和压力可以达到更高的水平，且对做功完成时的热量进行充分利用，实现热气机效率和功率密度的本质性提高，而且可以大幅度减少机构的体积、重量和制造成本。

本发明中，所谓的压缩机构是指一切可以对气体进行压缩的机构，例如活塞式压缩机构、叶轮式压气机、罗茨风机等，其作用是将所述余热利用内燃热气机内的气体工质进行压缩或压缩及平移，所谓的平移是指将工质从一个地方移动到另一个地方的过程。

本发明中，所谓的做功机构是指一切可以利用气体工质膨胀和/或流动产生动力的机构，例如活塞式做功机构、涡轮、罗茨马达等，其作用是利用所述余热利用内燃热气机内的处于高能状态下的气体工质进行做功，所谓的高能状态是指在所述余热利用内燃热气机的循环中，气体工质处于温度最高、压力最大的状态。

本发明中，所谓的工质导出口是指从所述余热利用内燃热气机的工质系统中导出部分工质的出口，其目的是为了平衡导入的氧化剂和还原剂发生燃烧化学反应所产生的多余的工质，以维持所述余热利用内燃热气机的工质系统的平衡。

本发明中，所述工质闭合循环回路中工质的最高压力达到所述工质闭合循环回路的承压能力。

本发明中，所述工质闭合循环回路中的循环气体可以是氩气、氦气、氧气等气体。

本发明中，所谓的不凝气是指惰性气体、氮气等在所述余热利用内燃热气机中经冷却后不液化的气体，优选的所述不凝气为氩气。

本发明中，所述内燃燃烧室和所述降温器在所述工质闭合循环回路上的位置应根据公知的热力学循环来设置。