[发明专利]一种热机余热能量转换系统

说明书

技术领域

本发明属于余热回收利用领域，特别涉及一种热机余热能量转换系统，其可广泛应用于汽车发动机、燃烧锅炉等热机上，将余热能量转换为动力输出。

背景技术

热力学第一定律说明了不同形式的能量在转换时，数量上的守恒关系，但是它没有区别不同形式的能量在质上的差别，而热力学第二定律指出能量的方向性，它指出：自然界的一切自发的变化过程都是从不平衡状态趋于平衡状态，而不可能相反。不同能量的可转换性不同，反映了其可利用性不相等，也就是它们的质量不同。能量根据其可转换性的不同分为三类，其中一类是具有部分转换能力的能量，例如热能、物质的热力学能、焓等，为了衡量能量的可用性，提出作为衡量能量质量的物理量。它定义为：在一定环境条件下，通过一系列的变化(可逆过程)，最终达到与环境处于平衡时，所做出的最大功，或者说，某种能量在理论上能够可逆地转换为功的最大数量，称为该能量中具有的可用能。热能所具有的值取决于它的状态参数(温度、压力等)，同时与环境状态有关，只要状态参数与环境处于不平衡状态，它就具有一定的值，在向环境趋于平衡的变化过程中，能够做出功。

热机是利用燃料燃烧放出的热量来做功的，然而放出的热量并不能全部用来做有用功，其中必然会有一部分热量损失，造成热量损失的原因具体有以下几种；(1)当燃料没有完全燃烧时，部分热量没有释放出来；(2)克服机件之间的磨擦，需要消耗一部分热量；(3)由于受热机件的散热，会损失一部分热量；(4)热机所排出废气的温度很高，带走了相当多的热量；(5)热机中的冷却水会带走部分热量。基于以上原因，热机的热量利用率很低，例如内燃机作为汽车动力源，其热能利用率为18％～35％，而涡机类内燃机的热能利用率也仅为43％左右。由于以上某些损失的热能如热机排出废气的余热是属于具有部分转换能力的能量，因此这些热能可以加以利用以提高热机的热量利用率，然而，目前对热机余热转换为动力输出还无法突破使热量利用率提高10％的技术瓶颈。

所以，在现有技术中，热机的较多热能并没有得到充分的利用，从而造成石油等能源型资源的巨大浪费，同时热机向大气排出的废气也引起大气环境污染和城市热污染，不利于环保，因此如何更有效提高热量利用率成为人们亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高热能利用率、节省燃料且环保的热机余热能量转换系统。

本发明的上述目的通过如下的技术方案来实现：一种热机余热能量转换系统，其特征在于它包括换热装置、换能装置及介质热交换装置，所述三个装置均分别具有介质进、出口，其中，所述换热装置包括蒸发器和换热器，所述蒸发器和换热器均分别具有余热进、出口，所述余热进口用于与热机的余热排出口连接，所述余热出口用于将完成热交换的余热介质分别从蒸发器和换热器中排出，所述换热装置的介质进口即为所述换热器的介质进口，该介质进口与介质热交换装置的介质出口连接，换热器同时具有的介质出口则与蒸发器具有的介质进口连接，而所述蒸发器的介质出口即为所述换热装置的介质出口，该介质出口则与换能装置的介质进口连通，换能装置的介质出口则与介质热交换装置的介质进口连接，使所述换热装置、换能装置及介质热交换装置通过管路依次构成一回路，低沸点介质在回路中实现吸收余热-对外做功-还原液态的能量转换过程，并使该过程循环往复。

本发明的低沸点介质在换热器与蒸发器中与余热介质进行热交换，低沸点介质获得值，其压力与温度均升高，再进入换能装置内膨胀做功，由换能装置将热能转化为动力输出，做功后的介质则流回介质热交换装置内，完成一个工作循环过程，低沸点介质在回路中实现吸收余热-对外做功-还原液态的能量转换过程，并使该过程循环往复。

作为本发明的一种实施方式，所述介质热交换装置包括回热器、冷凝交换器、介质储罐及循环泵，其中，所述回热器具有热介质进、出口及冷介质进、出口，所述回热器的热介质进口为所述介质热交换装置的介质进口，所述回热器的热介质出口与冷凝交换器的介质进口连接，所述回热器的冷介质进口则与循环泵连接，所述回热器的冷介质出口即为所述介质热交换装置的介质出口，所述冷凝交换器、介质储罐及循环泵通过管路依次连接，以使来自换能装置的气液两相介质从介质热交换装置的介质进口进入该装置后依次流经回热器、冷凝交换器、介质储罐和循环泵后再流经回热器，然后向换热装置输出液相介质。