阅读说明：本技术 发电热机内气体工作介质循环节能装置 (Gas working medium circulation energy-saving device in power generation heater ) 是由 肖茂章 于 2020-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种发电热机内气体工作介质循环节能装置,包括低温低压工质气体压力容器和高温高压工质气体压力容器,低温低压工质气体压力容器与高温高压工质气体压力容器连接,在低温低压工质气体压力容器安装有气体压缩机,在所述高温高压工质气体压力容器内安装有高温低密度气体与低温高密度气体的交换腔体,在高温低密度气体与低温高密度气体的交换腔体内设有自由分隔活塞,以及在低温低压工质气体压力容器内安装有所述逆卡诺循环制冷系统的制冷压缩机和蒸发器等；本发明节省气体压缩机压缩工质气体循环时的能耗,节能效果明显。(The invention discloses a gas working medium circulation energy-saving device in a power generation heat engine, which comprises a low-temperature low-pressure working medium gas pressure container and a high-temperature high-pressure working medium gas pressure container, wherein the low-temperature low-pressure working medium gas pressure container is connected with the high-temperature high-pressure working medium gas pressure container; the invention saves the energy consumption of the gas compressor in the process of compressing working medium gas circulation and has obvious energy-saving effect.)

发电热机内气体工作介质循环节能装置

技术领域

本发明涉及发电热机技术领域，更为具体地，涉及一种发电热机内气体工作介质循环节能装置。

背景技术

目前热机系统内的工质气体循环技术存在如下问题：

各种低压工质都采用由压缩机直接压缩循环回到高压区域时会消耗很大的高品质功，高品质功如系统已输出的电能、机械能等，这样会消耗热机系统本应对外输出的净功量，导致热效率不高，热能的利用率普遍较低。例如，工业余热发电热机系统、地热发电系统、高温蒸汽热发电系统等，目前综合热效率都较低，经济效益较差，没有得到大规模推广使用，而且工业余热发电热机系统、地热发电系统均存在热能的最低工作温度限制，大都要求在60℃以上，系统对热能利用率不超过20％。高温蒸汽热发电系统在工作时放出的余热温度大都高于60℃，因此余热没有被利用，而且整个系统在工作时会对外部环境放热而产生热损。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种发电热机内气体工作介质循环节能装置，达到节省气体压缩机压缩循环工质的能耗，节能效果明显。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种发电热机内气体工作介质循环节能装置，包括气体压缩循环子系统；所述气体压缩循环子系统包括气体压缩机、绝热性隔板，在绝热性隔板上设置有电磁阀门EV2；通过绝热性隔板将人工第二热源物质储存室分隔为工质暂存室和工质储存室；气体压缩机与工质暂存室连接，工质暂存室通过电磁阀门EV2与工质储存室连接；气体压缩机将工质气体压入到工质暂存室中，再通过打开电磁阀门EV2排入工质储存室中作为所述人工第二热源物质来吸收散热器和/或热交换器的热量，将已吸热工质气体压入到第一交换室中。

进一步地，包括气体工质储存调节室，气体工质储存调节室与气体压缩机连接。

进一步地，包括低温低压工质气体压力容器和高温高压工质气体压力容器，低温低压工质气体压力容器与高温高压工质气体压力容器连接；在低温低压工质气体压力容器安装有气体压缩机，在所述高温高压工质气体压力容器内安装有第一交换室，在第一交换室内设有自由分隔活塞，以及在低温低压工质气体压力容器内安装有所述逆卡诺循环制冷系统的制冷压缩机和蒸发器，制冷压缩机与蒸发器连接，蒸发器与气体压缩机连接，气体压缩机与第一交换室连接，低温低压工质气体进入第一交换室时由所述自由分隔活塞下压排入高温高压工质气体压力容器中；

涡流管的一端与第一交换室连接，涡流管的另一端与低温低压工质气体压力容器连接，且热交换器安装到高温高压工质气体压力容器中；涡流管能将第一交换室中排出的工质气体升温，散热后排入到热交换器进行热交换放热，再利用管道回到低温低压工质气体压力容器中；

在高温高压工质气体压力容器设置有流动工质气体加热室，在流动工质气体加热室内形成高压室高温区，在流动工质气体加热室内安装有排气机，排气机与第一交换室连接，排气机将高压室高温区处工质气体排入到第一交换室中，由涡流管升温、散热排出到热交换器；控制器与气体压缩机、第一交换室、和排气机电性连接。

进一步地，在流动工质气体加热室、第一交换室均设置绝热隔层。

进一步地，低温低压工质气体压力容器包括镍钢材质低温低压工质气体压力容器。

进一步地，包括传热翅片，所述传热翅片设置在高温高压工质气体压力容器的四周，通过传热翅片与外部环境交换热量。

本发明的有益效果是：

本发明气体压缩机装置利用工质气体热力学特性，只消耗很小的高品质功就能将已降温低温低压工质气体压至交换腔体内装满，达到节省气体压缩机压缩循环工质的能耗效果，且交换腔体装满同一工质气体为低温状态，其气体密度远远高于等容交换腔体装满同一高温气体工质的气体密度，因为气体物理特性，气体受热体积增大，因此等体积的低温工质气体的质量在一定条件下远远大于等体积的高温工质气体的质量，因此循环同体积的低温工质气体质量会使用更少的高温气体来交换，提高了高温工质的使用效率，达到进一步节能的目的。而且，利用涡流管和热交换器等将高温高压工质气体在交换后所含大部分热能还能释放回高温高压室内，达到再一次节能的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图中，10-低温低压工质气体压力容器，40-高温高压工质气体压力容器，12-逆卡诺循环制冷系统，120-制冷压缩机，121-蒸发器，11-气体压缩机，17-第一交换室，16-涡流管，15-热交换器，109-高压室高温区，108-流动工质气体加热室，18-排气机，28-控制器，27-传热翅片。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

一种发电热机内气体工作介质循环节能装置，包括气体压缩循环子系统；所述气体压缩循环子系统包括气体压缩机11、绝热性隔板68，在绝热性隔板68上设置有电磁阀门EV2；通过绝热性隔板68将人工第二热源物质储存室30分隔为工质暂存室131和工质储存室132；气体压缩机11与工质暂存室131连接，工质暂存室131通过电磁阀门EV2与工质储存室132连接；气体压缩机11将工质气体压入到工质暂存室131中，再通过打开电磁阀门EV2排入工质储存室132中作为所述人工第二热源物质来吸收散热器141和/或热交换器151的热量，将已吸热工质气体压入到第一交换室17中。

进一步地，包括气体工质储存调节室66，气体工质储存调节室66与气体压缩机11连接。

进一步地，包括低温低压工质气体压力容器10和高温高压工质气体压力容器40，低温低压工质气体压力容器10与高温高压工质气体压力容器40连接；在低温低压工质气体压力容器10安装有气体压缩机11，在所述高温高压工质气体压力容器40内安装有第一交换室17，在第一交换室17内设有自由分隔活塞，以及在低温低压工质气体压力容器10内安装有所述逆卡诺循环制冷系统12的制冷压缩机120和蒸发器121，制冷压缩机120与蒸发器121连接，蒸发器121与气体压缩机11连接，气体压缩机11与第一交换室17连接，低温低压工质气体进入第一交换室17时由所述自由分隔活塞下压排入高温高压工质气体压力容器40中；

涡流管16的一端与第一交换室17连接，涡流管16的另一端与低温低压工质气体压力容器10连接，且热交换器15安装到高温高压工质气体压力容器40中；涡流管16能将第一交换室17中排出的工质气体升温，散热后排入到热交换器15进行热交换放热，再利用管道回到低温低压工质气体压力容器10中；

在高温高压工质气体压力容器40设置有流动工质气体加热室108，在流动工质气体加热室108内形成高压室高温区109，在流动工质气体加热室108内安装有排气机18，排气机18与第一交换室17连接，排气机18将高压室高温区109处工质气体排入到第一交换室17中，由涡流管16升温、散热排出到热交换器15；控制器28与气体压缩机11、第一交换室17、和排气机18电性连接。

进一步地，在流动工质气体加热室108、第一交换室17均设置绝热隔层。

进一步地，低温低压工质气体压力容器10包括镍钢材质低温低压工质气体压力容器。

进一步地，包括传热翅片27，所述传热翅片27设置在高温高压工质气体压力容器40的四周，通过传热翅片27与外部环境交换热量。

在本发明的实施例中，如图1所示，一种发电热机内气体工作介质循环节能装置，包括低温低压工质气体压力容器10和高温高压工质气体压力容器40，低温低压工质气体压力容器10与高温高压工质气体压力容器40连接；在低温低压工质气体压力容器10安装有气体压缩机11，在所述高温高压工质气体压力容器40内安装有第一交换室17，在第一交换室17内设有自由分隔活塞，以及在低温低压工质气体压力容器10内安装有所述逆卡诺循环制冷系统12的制冷压缩机120和蒸发器121，制冷压缩机120与蒸发器121连接，蒸发器121与气体压缩机11连接，气体压缩机11与第一交换室17连接，低温低压工质气体进入第一交换室17时由所述自由分隔活塞下压排入高温高压工质气体压力容器40中；

涡流管16的一端与第一交换室17连接，涡流管16的另一端与低温低压工质气体压力容器10连接，且热交换器15安装到高温高压工质气体压力容器40中；涡流管16能将第一交换室17中排出的工质气体升温，散热后排入到热交换器15进行热交换放热，再利用管道回到低温低压工质气体压力容器10中；

在高温高压工质气体压力容器40设置有流动工质气体加热室108，在流动工质气体加热室108内形成高压室高温区109，在流动工质气体加热室108内安装有排气机18，排气机18与第一交换室17连接，排气机18将高压室高温区109处工质气体排入到第一交换室17中，由涡流管16升温、散热排出到热交换器15；控制器28与气体压缩机11、第一交换室17、和排气机18电性连接。

可选地，在流动工质气体加热室108、第一交换室17均设置绝热隔层。

可选地，流动工质气体加热室108设有开口，开口与高温高压工质气体压力容器40连通。

可选地，自由分隔活塞为绝热材质自由分隔活塞。

可选地，低温低压工质气体压力容器10包括镍钢材质低温低压工质气体压力容器。

可选地，包括传热翅片27，所述传热翅片27设置在高温高压工质气体压力容器40的四周，通过传热翅片27与外部环境交换热量。

本发明的工作过程、原理及效果：

本发明装置开机启动自检运行，检测工作压力参数、温度参数等是否正常，如不正常则进行提示，如正常则启动控制器开始工作。在高温高压工质气体压力容器40中通过气体工质注入阀注入工质气体进行预存，工质气体可以是氪气、氩气等比热容较低、临界温度低，同时又具有较高饱和蒸汽压力和较高临界压力的惰性气体，注入工质气体时控制高温高压工质气体压力容器40中气压在8～10Mpa左右，温度初始化大致在室温环境状况能保持足够的设计条件下的工质气体质量，根据高温高压工质气体压力容器40的容积大小而定，控制器开始控制系统开始工作。初始状态电磁阀EV1、EV2、EV3、EV4均处于关闭状态，控制器28控制开启电磁阀EV1，控制气体压缩机11开始工作，控制电磁阀EV2打开，将已由逆卡诺循环制冷系统12降温的低温低压工质气体压入第一交换室17，推动自由分隔活塞上移，在自由分隔活塞上移的过程中，由于电磁阀EV2开启，且通过管道与低温低压工质气体压力容器10连通，压力相等，因此自由分隔活塞上部分工质气体很容易经涡流管16升温散热、热交换器15交换放热后回到低温低压工质气体压力容器10中，利用涡流管16升温散热、热交换器15将热能大部分热能留在高温高压工质气体压力容器40中，此过程消耗很小的能耗即可实现，因为自由分隔活塞上部分与低温低压工质气体压力容器连通，压力相同，压缩等质量的气体工质相比现有直接压入高压室的方案可以极大节省气体压缩机功耗。在自由分隔活塞上移到顶部位置时，利用设置在第一交换室17中的位置传感器检测到该信号并传输至控制器28，控制器28关闭电磁阀门EV1、电磁阀门EV2，开启电磁阀门EV3和电磁阀门EV4，控制排气机18将高压室高温区109中的工质气体排入到第一交换室17中，推动自由分隔活塞下压排出低温低压气体到高温高压工质气体压力容器40中，完成低温低压工质气体循环回到高温高压工质气体压力容器的目的。在这个过程中，只消耗了很小的高品质功，没有采用会消耗很大高品质功的方案(即是通过气体压缩机直接将低温低压工质气体压缩进入高温高压工质气体压力容器中方案，该方案由于压力差太大，会消耗很大高品质功。

本发明气体压缩机装置只消耗很小的高品质功就能将已降温低温低压工质气体压至交换腔体内装满，达到节省气体压缩机压缩循环工质的能耗效果，且交换腔体装满低温低压工质气体后的气体密度远远高于等容交换腔体装满高温高压气体工质的气体密度，因此等体积的低温工质气体的质量在一定条件下远远大于等体积的高温工质气体的质量，因此循环同体积的低温工质气体质量会使用更少的高温气体来交换，提高了高温工质的使用效率，达到进一步节能的目的。而且，利用涡流管和热交换器等将高温高压工质气体在交换后所含大部分热能还能释放回高温高压室内，达到再一次节能的目的。

在本发明的其他实施例中，可利用该气体压缩循环装置技术热机发电系统，可以将气体工质的压力势能最终转换为电能输出，实现降低高温高压工质气体压力容器40中的温度目的，当低于外部环境温度时，利用设置在高温高压工质气体压力容器40上的传热翅片27吸收外部环境热能，达到余热发电的目的，类似实施例应用此处不再赘述。

本发明经过降温、压缩后的同一工质气体在等体积容器内的密度比等容未降温前的同一高温气体的密度大。

本发明做功后的工质气体回到低温低压工质气体压力容器10中。

本发明的方案包括结构部件及部件关系，设计原理、方法步骤等在所附权利要求书请求保护的范围内，可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本发明所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动，如用等效特征替换等，只要不脱离本发明的创造精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。