一种带空间回热的有机朗肯循环动力输出装置的制作方法

本发明属于有机朗肯循环热能利用技术领域，具体涉及开发一种带空间回热的有机朗肯循环动力输出装置。

背景技术：

近年来，能源紧缺问题成为了制约社会发展的焦点问题。而我国作为能源消费大国，能源利用率远低于世界先进水平。再此情况下，以往被忽视的低品质热能越来越受到关注，其中有机朗肯循环作为一种具有前景的低品质能源利用技术更加受到青睐。

但是在实际应用过程中有机朗肯循环系统的结构受到很大限制。以车用有机朗肯循环为例，过于复杂的系统布置不仅会占用本就紧张的空间，而且也为整车轻量化带来不利影响。而膨胀机排出乏气带有一定热量，如对这部分能量进行回收可以在很大程度上提升系统效能。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种带空间回热的有机朗肯循环动力输出装置，用以提高部件的紧凑性，便于系统的布置，并对乏气能量进行回收。

为实现上述目标，本发明采取了如下技术方案：提供一种带空间回热的有机朗肯循环动力输出装置，该装置由高温工质管1、高压液态工质管2、工质泵3、功率输出轴4、气动马达排气管5、回热冷工质管6和气动马达7组成。其中，气动马达7主要由气动马达壳体8、气动马达叶片9和气动马达转子10组成，工质泵3主要由工质泵壳体11、工质泵主动转子12和工质泵从动转子13组成。

本发明中高温工质管1与气动马达7的进气口相连，气动马达排气管5一侧的两个管路分别与气动马达7的主排气口和副排气口相连，气动马达排气管5的另一侧与回热冷工质管6并联后连接到工质泵3的入口，高压液态工质管2与工质泵3的出口相连，气动马达7的气动马达转子10、工质泵3的工质泵主动转子12以及功率输出轴4同轴。

本发明的原理是：吸收低品质热能而产生的高温气态有机工质通过高温工质管1进入气动马达7中，推动叶片带动气动马达转子10旋转做功，充分膨胀的有机工质从气动马达7的主、副排气孔通入气动马达排气管5中，此时有机工质依然为气态，其携带的能量具有一定的回收价值，将液态冷工质从回热冷工质管6中通入气动马达排气管5，在气动马达排气管5中与对乏气进行闪急冷凝吸收乏气能量，保证进入工质泵3的有机工质保持为液态。由于气动马达转子10旋转会带动同轴的工质泵主动转子12旋转，进而带动工质泵从动转子13反方向旋转，所以进入工质泵3的有机工质会受到压缩而使压力增加。增压过后的高压液态有机工质从高压液态工质管2排出，继续吸收低品位能量完成下一次有机朗肯循环。由于气态工质膨胀所做正功大于压缩液态工质所做负功，所以整套装置会有一定功量通过功率输出轴4输出，可用于发电或动力输出等。

本发明具有的优点和积极效果有：将传统有机朗肯循环中膨胀机、回热器、冷凝器、工质泵串联的布置方式改进为膨胀机、空间回热、工质泵的连接方式，并且将膨胀机与工质泵的转子同轴，如此可以回收乏气能量提升循环效率，使蒸发器、冷凝器的布置更加自由，工况调节的自由度更多，减少部件数量，并且增加了部件的紧凑程度。

附图说明

图1为一种带空间回热的有机朗肯循环动力输出装置的结构示意图。

其中：高温工质管1、高压液态工质管2、工质泵3、功率输出轴4、气动马达排气管5、回热冷工质管6和气动马达7。

图2为气动马达剖视图。

其中：气动马达壳体8、气动马达叶片9和气动马达转子10。

图3为工质泵剖视图。

其中：工质泵壳体11、工质泵主动转子12和工质泵从动转子13。

具体实施方式

以下结合附图对本发明技术方案作进一步详细阐述：

如图1所示，本发明由高温工质管1、高压液态工质管2、工质泵3、功率输出轴4、气动马达排气管5、回热冷工质管6和气动马达7组成。

如图2所示，气动马达7主要由气动马达壳体8、气动马达叶片9和气动马达转子10组成。

如图3所示，工质泵3主要由工质泵壳体11、工质泵主动转子12和工质泵从动转子13组成。

本发明提供一种带空间回热的有机朗肯循环动力输出装置，其中高温工质管1与气动马达7的进气口相连，气动马达排气管5一侧的两个管路分别与气动马达7的主排气口和副排气口相连，气动马达排气管5的另一侧与回热冷工质管6并联后连接到工质泵3的入口，高压液态工质管2与工质泵3的出口相连，气动马达7的气动马达转子10、工质泵3的工质泵主动转子12以及功率输出轴4同轴，气动马达叶片9嵌入气动马达转子10的凹槽内，气动马达叶片9在离心力的作用下与气动马达壳体8形成密封腔，工质泵主动转子12和工质泵从动转子13在工质泵3中旋转并与工质泵壳体11形成密封腔。

装置的具体工作方式如下：

吸收低品质热能而产生的高温气态有机工质通过高温工质管1进入气动马达7中，推动叶片带动气动马达转子10旋转做功，充分膨胀的有机工质从气动马达7的主、副排气孔通入气动马达排气管5中，此时有机工质依然为气态，其携带的能量具有一定的回收价值，将液态冷工质从回热冷工质管6中通入气动马达排气管5，在气动马达排气管5中与对乏气进行闪急冷凝吸收乏气能量，保证进入工质泵3的有机工质保持为液态。由于气动马达转子10旋转会带动同轴的工质泵主动转子12旋转，进而带动工质泵从动转子13反方向旋转，所以进入工质泵3的有机工质会受到压缩而使压力增加。增压过后的高压液态有机工质从高压液态工质管2排出，继续吸收低品位能量完成下一次有机朗肯循环。由于气态工质膨胀所做正功大于压缩液态工质所做负功，所以整套装置会有一定功量通过功率输出轴4输出，可用于发电或动力输出等。

本发明中膨胀机以气动马达为例进行介绍，在实际应用中可采用螺杆式膨胀机、涡旋式膨胀机等膨胀机结构；本发明中工质泵以罗茨泵为例进行介绍，在实际应用中可采用齿轮泵、螺杆泵等泵结构，均可实现本发明功能。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种带空间回热的有机朗肯循环动力输出装置，工作过程中将气动马达膨胀后的乏气与液态冷工质进行充分混合，对乏气的能量进行回收，混合后的液态工质通入工质泵中增压，随后排出工质泵继续吸收能量，进行下一次循环。本发明的有益效果在于将传统有机朗肯循环中膨胀机、回热器、冷凝器、工质泵串联的布置方式改进为膨胀机、空间回热、工质泵的连接方式，并且将膨胀机与工质泵的转子同轴，如此可以回收乏气能量提升循环效率，使蒸发器、冷凝器的布置更加自由，工况调节的自由度更多，减少部件数量，并且增加了部件的紧凑程度。

技术研发人员：韩永强;张一鸣;张成良;陈若龙;种道光
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2017.07.04
技术公布日：2017.09.15