專(zhuān)利名稱(chēng)：低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及熱能與動(dòng)力領(lǐng)域，尤其是一種熱動(dòng)力系統(tǒng)。 技術(shù)背景外燃熱動(dòng)力系統(tǒng)目前應(yīng)用十分廣泛，如熱電廠等，但是目前最先進(jìn)超超臨界的外燃熱動(dòng)力系統(tǒng)的工質(zhì)溫度也僅有630度左右，其原因是外燃加熱方式所致，因?yàn)闊崃恳┻^(guò)鍋爐的傳熱壁，所以鍋爐傳熱壁不僅要承受工質(zhì)的高壓作用，而且還要承受高于工質(zhì)溫度的高溫作用，所以在現(xiàn)有材料技術(shù)的前提下，無(wú)法使工質(zhì)的溫度和壓力繼續(xù)提高。因此， 急需發(fā)明一種具有更高工質(zhì)溫度和壓力的熱動(dòng)力系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提出的技術(shù)方案如下一種低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，包括鍋爐、鍋爐工質(zhì)腔、作功機(jī)構(gòu)和燃燒室， 所述燃燒室上設(shè)有燃燒室工質(zhì)入口、燃燒室工質(zhì)出口、氧化劑入口和燃料入口，氧化劑源經(jīng)氧化劑高壓供送系統(tǒng)與所述氧化劑入口連通，燃料源經(jīng)燃料高壓供送系統(tǒng)與所述燃料入口連通，所述燃燒室全部設(shè)置在所述鍋爐工質(zhì)腔內(nèi)或所述燃燒室部分設(shè)置在所述鍋爐工質(zhì)腔內(nèi)或所述燃燒室設(shè)置在所述鍋爐外；所述鍋爐工質(zhì)腔與所述燃燒室工質(zhì)入口連通，所述燃燒室工質(zhì)出口與所述作功機(jī)構(gòu)連通。在所述燃燒室工質(zhì)入口處設(shè)增壓器，所述增壓器對(duì)所述燃燒室內(nèi)的工質(zhì)增壓。所述作功機(jī)構(gòu)與發(fā)電機(jī)連接。所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)還包括冷凝冷卻器，所述作功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口與所述冷凝冷卻器的被冷卻流體入口連通，所述冷凝冷卻器的被冷卻流體出口與液體高壓回流泵的入口連通，所述液體高壓回流泵的出口與所述鍋爐工質(zhì)腔連通，在所述液體高壓回流泵的作用下被所述冷凝冷卻器液化的工質(zhì)回流到所述鍋爐工質(zhì)腔內(nèi)。在所述燃燒室工質(zhì)出口處設(shè)動(dòng)力單元，所述動(dòng)力單元對(duì)所述增壓器輸出動(dòng)力。所述作功機(jī)構(gòu)對(duì)所述增壓器輸出動(dòng)力。在所述冷凝冷卻器的被冷卻流體出口處設(shè)不凝氣體導(dǎo)出口。在所述冷凝冷卻器的被冷卻流體入口處和/或在所述冷凝冷卻器的被冷卻流體出口處設(shè)余量工質(zhì)導(dǎo)出口。所述動(dòng)力單元與所述增壓器同軸設(shè)置。所述作功機(jī)構(gòu)與所述增壓器同軸設(shè)置。所述作功機(jī)構(gòu)設(shè)為動(dòng)力透平或設(shè)為活塞式作功機(jī)構(gòu)。所述增壓器設(shè)為葉輪式壓縮機(jī)或活塞式壓縮機(jī)。所述動(dòng)力單元設(shè)為葉輪式動(dòng)力單元或活塞式動(dòng)力單元。所述燃料源內(nèi)的燃料設(shè)為碳?xì)浠衔?、碳?xì)溲趸衔锘蛟O(shè)為氫氣。[0019]所述氧化劑源內(nèi)的氧化劑設(shè)為液氧、高壓氣態(tài)氧或過(guò)氧化氫水溶液。所述燃料源內(nèi)的燃料設(shè)為金屬燃料，在所述燃燒室內(nèi)和/或在所述作功機(jī)構(gòu)前和 /或在所述作功機(jī)構(gòu)后設(shè)工質(zhì)金屬化合物分離器。 所述冷凝冷卻器設(shè)為晾水塔。在所述作功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口處設(shè)回?zé)崞?。所述增壓器設(shè)為葉輪式壓縮機(jī)，所述作功機(jī)構(gòu)設(shè)為動(dòng)力透平，所述動(dòng)力透平對(duì)所述葉輪式壓縮機(jī)輸出動(dòng)力，所述葉輪式壓縮機(jī)、所述燃燒室和所述動(dòng)力透平的高壓區(qū)設(shè)在所述鍋爐工質(zhì)腔內(nèi)。所述燃燒室工質(zhì)入口設(shè)為沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口，所述燃燒室設(shè)為沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，所述燃燒室工質(zhì)出口設(shè)為沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)擴(kuò)壓區(qū)氣體出口。一種提高所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)效率和環(huán)保性的方法，即將開(kāi)始作功的氣體工質(zhì)的溫度和壓力符合類(lèi)絕熱關(guān)系。一種低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，包括鍋爐和作功機(jī)構(gòu)，所述鍋爐的氣體工質(zhì)出口與所述作功機(jī)構(gòu)的氣體工質(zhì)入口連通，調(diào)整所述鍋爐的液體工質(zhì)入口的流量和壓力， 調(diào)整所述鍋爐的氣體工質(zhì)出口處的流量，調(diào)整所述鍋爐的加熱強(qiáng)度使所述鍋爐的氣體工質(zhì)出口處的氣體工質(zhì)壓力大于30. 5MPa，使所述鍋爐的氣體工質(zhì)出口處的氣體工質(zhì)溫度高于 880K。—種提高所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)效率和環(huán)保性的方法，所述鍋爐的氣體工質(zhì)出口處的氣體工質(zhì)的溫度和壓力符合類(lèi)絕熱關(guān)系。本實(shí)用新型的原理是將由所述鍋爐工質(zhì)腔產(chǎn)生的高溫高壓工質(zhì)在所述燃燒室內(nèi)通過(guò)相內(nèi)加熱的方式(即燃燒反應(yīng)在來(lái)自鍋爐工質(zhì)腔的工質(zhì)中進(jìn)行)使工質(zhì)吸收熱量提高溫度，或者將來(lái)自鍋爐工質(zhì)腔的高溫高壓工質(zhì)經(jīng)所述增壓器增壓后在所述燃燒室內(nèi)通過(guò)相內(nèi)加熱的方式使工質(zhì)的溫度和壓力都進(jìn)一步提高，升溫后或升溫升壓后的工質(zhì)進(jìn)入所述作功機(jī)構(gòu)對(duì)外作功。本實(shí)用新型所公開(kāi)的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，不僅可以提高熱動(dòng)力系統(tǒng)的效率，而且還可以有效利用粗糙燃料(如煤、生物質(zhì)等)和精細(xì)燃料(如汽油、柴油、氫氣、 金屬燃料等)，使燃料資源得到更加充分的利用。本實(shí)用新型所公開(kāi)的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，所謂的金屬燃料是指直接與氧發(fā)生劇烈化學(xué)反應(yīng)的金屬或與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣(氫氣與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng))的金屬，例如金屬鋁或金屬鎂等。金屬燃料的使用的主要目的是規(guī)避在燃燒后產(chǎn)生不凝氣二氧化碳；所謂的工質(zhì)金屬化合物分離器是指將金屬燃料燃燒后產(chǎn)生的金屬化合物進(jìn)行分離的裝置。本實(shí)用新型所謂的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口是指沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的空氣入口，所謂的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室是指由沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道進(jìn)入的氣體經(jīng)擴(kuò)壓區(qū)增壓后的氣體所在的空間，所謂的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)擴(kuò)壓區(qū)氣體出口是指沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)中進(jìn)入噴管之前的氣體高壓區(qū)。 這一結(jié)構(gòu)的目的是利用沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道將工質(zhì)加速再經(jīng)擴(kuò)壓區(qū)增壓后經(jīng)所述燃燒室增溫后提高工質(zhì)的作功能力。在傳統(tǒng)的利用鍋爐工質(zhì)腔產(chǎn)生高溫高壓工質(zhì)的熱動(dòng)力系統(tǒng)中，由于是外燃加熱方式，所以汽化室壁的溫度要遠(yuǎn)高于其內(nèi)部工質(zhì)的溫度，這就造成了如上所述工質(zhì)的壓力和溫度都嚴(yán)重受限制的狀況。而在本實(shí)用新型所公開(kāi)的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)中，作為進(jìn)一步提高工質(zhì)溫度或工質(zhì)溫度和壓力的技術(shù)手段，是采用了在工質(zhì)相內(nèi)混合加熱的方式，即將燃燒火焰直接與工質(zhì)混合，這種燃燒產(chǎn)生的熱量不經(jīng)固體界面直接對(duì)工質(zhì)傳熱的方式可以使工質(zhì)的溫度遠(yuǎn)高于承載此工質(zhì)的容器或管道壁的溫度，為此，本實(shí)用新型所公開(kāi)的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)可以在現(xiàn)有材料技術(shù)的基礎(chǔ)上大幅度提高作功工質(zhì)的溫度和壓力，最終提高熱動(dòng)力系統(tǒng)的效率。本實(shí)用新型中，調(diào)整所述鍋爐的液體工質(zhì)入口的流量和壓力，調(diào)整所述鍋爐的氣體工質(zhì)出口處的流量，調(diào)整所述鍋爐的加熱強(qiáng)度使所述鍋爐的氣體工質(zhì)出口處的氣體工質(zhì)壓力大于 31MPa、31. 5MPa、32MPa、32. 5MPa、33MPa、33. 5MPa、34MPa、34. 5MPa、35MPa、 35. 5MPa、36MPa、36. 5MPa、37MPa、37. 5MPa、38MPa、38. 5MPa、39MPa、39. 5MPa 或大于 40MPa。本實(shí)用新型中，調(diào)整所述鍋爐的液體工質(zhì)入口的流量和壓力，調(diào)整所述鍋爐的氣體工質(zhì)出口處的流量，調(diào)整所述鍋爐的加熱強(qiáng)度使所述鍋爐的氣體工質(zhì)出口處的氣體工質(zhì)溫度高于 885K、890K、895K、900K、905K、910K、915K、920K、925K、930K、935K、940K、945K、 950Κ、955Κ、960Κ、965Κ、970Κ、975Κ、980Κ、985Κ、990Κ、995Κ 或高于 1000Κ。本實(shí)用新型所公開(kāi)的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)中，為了增加從所述燃燒室到所述作功機(jī)構(gòu)高壓區(qū)的承壓能力，可在所述燃燒室、連接所述燃燒室和所述作功機(jī)構(gòu)的連通通道和/或所述作功機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)隔熱襯。為了增加從所述燃燒室到所述作功機(jī)構(gòu)高壓區(qū)的承壓能力，可以對(duì)所述燃燒室、連接所述燃燒室和所述作功機(jī)構(gòu)的連通通道和/或所述作功機(jī)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)冷卻，以降低它們的壁的溫度，增大其承壓能力。本實(shí)用新型中，所謂的環(huán)保性是衡量熱動(dòng)力系統(tǒng)污染排放的指標(biāo)，環(huán)保性高熱動(dòng)力系統(tǒng)排放污染少，環(huán)保性低熱動(dòng)力系統(tǒng)排放污染多。本實(shí)用新型所公開(kāi)的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)中所謂的工質(zhì)可以是水或其他介質(zhì)，進(jìn)入所述作功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)可以處于含濕狀態(tài)、過(guò)熱狀態(tài)、臨界狀態(tài)、超臨界狀態(tài)、超超臨界狀態(tài)或更高壓力溫度狀態(tài)。本實(shí)用新型所謂的高超臨界不僅包括工質(zhì)處于過(guò)熱狀態(tài)、臨界狀態(tài)、超臨界狀態(tài)和超超臨界狀態(tài)，還包括工質(zhì)處于更高溫度壓力狀態(tài)。本實(shí)用新型中，圖19是氣體工質(zhì)的溫度T和壓力P的關(guān)系圖，O-A-H所示曲線是通過(guò)狀態(tài)參數(shù)為^SK和0. IMPa的0點(diǎn)的氣體工質(zhì)絕熱關(guān)系曲線；B點(diǎn)為氣體工質(zhì)的實(shí)際狀態(tài)點(diǎn)，E-B-D所示曲線是通過(guò)B點(diǎn)的絕熱關(guān)系曲線，A點(diǎn)和B點(diǎn)的壓力相同；F-G所示曲線是通過(guò)2800Κ和10MPa(即目前內(nèi)燃機(jī)中即將開(kāi)始作功的氣體工質(zhì)的狀態(tài)點(diǎn))的工質(zhì)絕熱關(guān)系曲線。本實(shí)用新型中，圖19中的ρ = (:τ] 中的K是氣體工質(zhì)絕熱指數(shù)，P是氣體工質(zhì)的壓力，T是氣體工質(zhì)的溫度，C是常數(shù)。本實(shí)用新型中，所謂的類(lèi)絕熱關(guān)系包括下列三種情況1.氣體工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù) (即工質(zhì)的溫度和壓力)點(diǎn)在所述工質(zhì)絕熱關(guān)系曲線上，即氣體工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)點(diǎn)在圖19 中O-A-H所示曲線上；2.氣體工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)(即工質(zhì)的溫度和壓力)點(diǎn)在所述工質(zhì)絕熱關(guān)系曲線左側(cè)，即氣體工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)點(diǎn)在圖19中O-A-H所示曲線的左側(cè)；3.氣體工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)(即工質(zhì)的溫度和壓力)點(diǎn)在所述工質(zhì)絕熱關(guān)系曲線右側(cè)，即氣體工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)點(diǎn)在圖19中O-A-H所示曲線的右側(cè)，但是氣體工質(zhì)的溫度不高于由此氣體工質(zhì)的壓力按絕熱關(guān)系計(jì)算所得溫度加1000K的和、加950K的和、加900K的和、加850K的和、加800K的和、加750K的和、加700K的和、加650K的和、加600K的和、加550K的和、加500K的和、加 450K的和、加400K的和、加350K的和、加300K的和、加250K的和、加200K的和、加190K 的和、加180K的和、加170K的和、加160K的和、加150K的和、加140K的和、加130K的禾口、 加120K的和、加IlOK的和、加100K的和、加90K的和、加80K的和、加70K的和、加60K的和、加50K的和、加40K的和、加30K的和或不高于加20K的和，即如圖19所示，所述氣體工質(zhì)的實(shí)際狀態(tài)點(diǎn)為B點(diǎn)，A點(diǎn)是壓力與B點(diǎn)相同的絕熱關(guān)系曲線上的點(diǎn)，A點(diǎn)和B點(diǎn)之間的溫差應(yīng)小于 1000K、900K、850K、800K、750K、700K、650K、600K、550K、500K、450K、400K、350K、 300Κ、250Κ、200Κ、190Κ、180Κ、170Κ、160Κ、150Κ、140Κ、130Κ、120Κ、110Κ、100K、90K、80K、70K、 60Κ、50Κ、40Κ、30Κ 或小于 20Κ。本實(shí)用新型中，所謂類(lèi)絕熱關(guān)系可以是上述三種情況中的任何一種，也就是指即將開(kāi)始作功的氣體工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)(即氣體工質(zhì)的溫度和壓力)點(diǎn)在如圖19所示的通過(guò) B點(diǎn)的絕熱過(guò)程曲線E-B-D的左側(cè)區(qū)域內(nèi)。本實(shí)用新型中，所謂的即將開(kāi)始作功的氣體工質(zhì)是指即將進(jìn)入所述作功機(jī)構(gòu)的的氣體工質(zhì)。本實(shí)用新型中，將即將開(kāi)始作功的氣體工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)(即氣體工質(zhì)的溫度和壓力)符合類(lèi)絕熱關(guān)系的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(即熱動(dòng)力系統(tǒng))定義為低熵發(fā)動(dòng)機(jī)。本實(shí)用新型中，調(diào)整所述鍋爐的外燃加熱強(qiáng)度及所述鍋爐對(duì)外輸出工質(zhì)的流量進(jìn)而調(diào)整所述鍋爐工質(zhì)腔內(nèi)的氣體工質(zhì)的狀態(tài)(即溫度和壓力)，調(diào)整所述燃燒室的內(nèi)燃加熱強(qiáng)度使即將開(kāi)始作功的氣體工質(zhì)的溫度和壓力符合類(lèi)絕熱關(guān)系。本實(shí)用新型所公開(kāi)的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)中，在將所述燃燒室全部設(shè)在所述鍋爐工質(zhì)腔的結(jié)構(gòu)中，不僅可以減少所述燃燒室的熱量損失，而且由于所述燃燒室外部受到所述鍋爐工質(zhì)腔內(nèi)的工質(zhì)由外向內(nèi)的壓力作用，所以可以減少對(duì)所述燃燒室的承壓能力的要求；特別是當(dāng)在所述燃燒室工質(zhì)入口處設(shè)置增壓器時(shí)，所述燃燒室內(nèi)的壓力會(huì)大幅度增加，在這種情況下，如果將所述燃燒室設(shè)置在所述鍋爐工質(zhì)腔內(nèi)，會(huì)大大減少對(duì)所述燃燒室結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求，減少所述燃燒室的造價(jià)。在將所述作功機(jī)構(gòu)設(shè)為動(dòng)力透平并利用所述動(dòng)力透平對(duì)所述增壓器輸出動(dòng)力的結(jié)構(gòu)中，如果將所述增壓器、所述燃燒室和所述動(dòng)力透平的高壓區(qū)設(shè)置在所述鍋爐工質(zhì)腔內(nèi)，會(huì)減少系統(tǒng)的制造成本。本實(shí)用新型所謂的燃燒室是指一切可以在其內(nèi)部發(fā)生燃燒(劇烈放熱化學(xué)反應(yīng)) 的容器；所謂鍋爐工質(zhì)腔是指存儲(chǔ)鍋爐受熱后所產(chǎn)生的工質(zhì)，此時(shí)的工質(zhì)可以是蒸氣、過(guò)熱蒸氣、臨界狀態(tài)工質(zhì)、超臨界狀態(tài)工質(zhì)、超超臨界狀態(tài)工質(zhì)或更高溫度壓力狀態(tài)的工質(zhì)；所謂的作功機(jī)構(gòu)是指一切可以將高溫高壓工質(zhì)的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械功向外輸出的機(jī)械設(shè)備，如傳統(tǒng)往復(fù)式的氣缸活塞機(jī)構(gòu)，動(dòng)力透平，噴管等；所謂增壓器是指一切可以對(duì)工質(zhì)增壓的裝置，可以是葉輪式壓縮機(jī)，也可以是活塞式壓縮機(jī)等；所謂冷凝冷卻器是指一切可以將工質(zhì)降溫冷卻、冷凝的裝置，它可以是散熱器，也可以是熱交換器，還可以是晾水塔；所謂不凝氣是指在冷凝冷卻器中不冷凝的氣體；所謂余量工質(zhì)是指因?yàn)槿紵瘜W(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的多余的工質(zhì)；所謂連通是指直接連通、間接連通或經(jīng)泵、控制閥等受控連通；所謂動(dòng)力單元是指為了給所述增壓器提供動(dòng)力而設(shè)置的可以利用所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)中的工質(zhì)產(chǎn)生動(dòng)力的機(jī)構(gòu)，如透平或活塞曲柄連桿機(jī)構(gòu)等。[0048]本實(shí)用新型中應(yīng)根據(jù)公知技術(shù)，在適當(dāng)位置設(shè)閥、泵和相應(yīng)的控制裝置等部件、單元或系統(tǒng)。本實(shí)用新型的有益效果如下本實(shí)用新型所公開(kāi)的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，不僅效率高，而且還可以充分利用燃料資源。

圖1為本實(shí)用新型的實(shí)施例1的示意圖；圖2為本實(shí)用新型的實(shí)施例2的示意圖；圖3為本實(shí)用新型的實(shí)施例3的示意圖；圖4為本實(shí)用新型的實(shí)施例4的示意圖；圖5為本實(shí)用新型的實(shí)施例5的示意圖；圖6為本實(shí)用新型的實(shí)施例6的示意圖；圖7為本實(shí)用新型的實(shí)施例7的示意圖；圖8為本實(shí)用新型的實(shí)施例8的示意圖；圖9為本實(shí)用新型的實(shí)施例9的示意圖；圖10為本實(shí)用新型的實(shí)施例10的示意圖；圖11為本實(shí)用新型的實(shí)施例11的示意圖；圖12為本實(shí)用新型的實(shí)施例12的示意圖；圖13為本實(shí)用新型的實(shí)施例13的示意圖；圖14為本實(shí)用新型的實(shí)施例14的示意圖；圖15為本實(shí)用新型的實(shí)施例15的示意圖；圖16為本實(shí)用新型的實(shí)施例16的示意圖；圖17為本實(shí)用新型的實(shí)施例17的示意圖；圖18為本實(shí)用新型的實(shí)施例18的示意圖；圖19為氣體工質(zhì)的溫度T和壓力P的關(guān)系圖；圖20為本實(shí)用新型的實(shí)施例19的示意圖。圖中1鍋爐、2鍋爐工質(zhì)腔、3作功機(jī)構(gòu)、4燃燒室、5氧化劑源、6燃料源、7增壓器、8動(dòng)力單元、9發(fā)電機(jī)、10冷凝冷卻器、11液體高壓回流泵、12不凝氣體導(dǎo)出口、13余量工質(zhì)導(dǎo)出口、401燃燒室工質(zhì)入口、402燃燒室工質(zhì)出口、403氧化劑入口、404燃料入口、501氧化劑高壓供送系統(tǒng)、601燃料高壓供送系統(tǒng)、301動(dòng)力透平、302活塞式作功機(jī)構(gòu)、701葉輪式壓縮機(jī)、702活塞式壓縮機(jī)、801葉輪式動(dòng)力單元、405工質(zhì)金屬化合物分離器、100晾水塔、200 回?zé)崞鳌?00沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、4001沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口、4002沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)擴(kuò)壓區(qū)氣體出 Π
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1如圖1所示的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，包括鍋爐1、鍋爐工質(zhì)腔2、作功機(jī)構(gòu)3和燃燒室4，所述燃燒室4上設(shè)有燃燒室工質(zhì)入口 401、燃燒室工質(zhì)出口 402、氧化劑入口 403和燃料入口 404，氧化劑源5經(jīng)氧化劑高壓供送系統(tǒng)501與所述氧化劑入口 403連通， 燃料源6經(jīng)燃料高壓供送系統(tǒng)601與所述燃料入口 404連通，所述燃燒室4全部設(shè)置在所述鍋爐工質(zhì)腔2內(nèi)，所述鍋爐工質(zhì)腔2與所述燃燒室工質(zhì)入口 401連通，所述燃燒室工質(zhì)出口 402與所述作功機(jī)構(gòu)3連通。所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)還包括冷凝冷卻器10， 所述作功機(jī)構(gòu)3的工質(zhì)出口與所述冷凝冷卻器10的被冷卻流體入口連通，所述冷凝冷卻器10的被冷卻流體出口與液體高壓回流泵11的入口連通，所述液體高壓回流泵11的出口與所述鍋爐工質(zhì)腔2連通，在所述液體高壓回流泵11的作用下被所述冷凝冷卻器10液化的工質(zhì)回流到所述鍋爐工質(zhì)腔2內(nèi)，即將開(kāi)始作功的氣體工質(zhì)的溫度和壓力符合類(lèi)絕熱關(guān)系。所述燃料源6內(nèi)的燃料設(shè)為碳?xì)浠衔?、碳?xì)溲趸衔锘蛟O(shè)為氫氣。所述氧化劑源5 內(nèi)的氧化劑設(shè)為液氧、高壓氣態(tài)氧或過(guò)氧化氫水溶液。實(shí)施例2如圖2所示的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于。所述燃燒室4部分設(shè)置在所述鍋爐工質(zhì)腔2內(nèi)。這樣設(shè)置的目的不僅可以減少所述燃燒室的熱量損失，而且由于所述燃燒室外部受到所述鍋爐工質(zhì)腔內(nèi)的工質(zhì)由外向內(nèi)的壓力作用，所以可以減少對(duì)所述燃燒室的承壓能力的要求。實(shí)施例3如圖3所示的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于所述燃燒室4設(shè)置在所述鍋爐1外。實(shí)施例4如圖4所示的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例3的區(qū)別在于在所述燃燒室工質(zhì)入口 401處設(shè)增壓器7，所述增壓器7對(duì)所述燃燒室4內(nèi)的工質(zhì)增壓，在所述燃燒室工質(zhì)出口 402處設(shè)動(dòng)力單元8，所述動(dòng)力單元8對(duì)所述增壓器7輸出動(dòng)力，所述動(dòng)力單元 8與所述增壓器7同軸設(shè)置，并且所述動(dòng)力單元8與所述增壓器7的連接軸設(shè)在所述燃燒室 4內(nèi)。實(shí)施例5如圖5所示的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例4的區(qū)別在于所述動(dòng)力單元8與所述增壓器7同軸設(shè)置，并且所述動(dòng)力單元8與所述增壓器7的連接軸設(shè)在所述燃燒室4外，這樣設(shè)置的目的是為了減少對(duì)所述連接軸的熱負(fù)荷要求，減少制造成本。實(shí)施例6如圖6所示的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例3的區(qū)別在于在所述燃燒室工質(zhì)入口 401處設(shè)增壓器7，所述增壓器7對(duì)所述燃燒室4內(nèi)的工質(zhì)增壓，所述作功機(jī)構(gòu)3對(duì)所述增壓器7輸出動(dòng)力，所述作功機(jī)構(gòu)3與所述增壓器7同軸設(shè)置。實(shí)施例7如圖7所示的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例5的區(qū)別在于所述作功機(jī)構(gòu)與發(fā)電機(jī)9連接，在所述冷凝冷卻器10的被冷卻流體出口處設(shè)不凝氣體導(dǎo)出口 12，所述作功機(jī)構(gòu)設(shè)為動(dòng)力透平301。實(shí)施例8如圖8所示的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于所述作功機(jī)構(gòu)設(shè)為活塞式作功機(jī)構(gòu)302，在所述冷凝冷卻器10的被冷卻流體入口處和所述冷凝冷卻器10的被冷卻流體出口處設(shè)余量工質(zhì)導(dǎo)出口 13。具體實(shí)施時(shí)，還可以在所述冷凝冷卻器10的被冷卻流體入口處或在所述冷凝冷卻器10的被冷卻流體出口處設(shè)余量工質(zhì)導(dǎo)出口 13。實(shí)施例9如圖9所示的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)還包括增壓器和動(dòng)力單元，所述增壓器設(shè)為葉輪式壓縮機(jī)701，所述動(dòng)力單元設(shè)為葉輪式動(dòng)力單元801。實(shí)施例10如圖10所示的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例6的區(qū)別在于所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)還包括增壓器和動(dòng)力單元8，所述增壓器設(shè)為活塞式壓縮機(jī) 702，所述動(dòng)力單元8設(shè)為活塞式動(dòng)力單元。實(shí)施例11如圖11所示的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例3的區(qū)別在于在所述燃燒室4壁的內(nèi)側(cè)設(shè)隔熱襯40。實(shí)施例12如圖12所示的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例3的區(qū)別在于在所述燃燒室4壁的外側(cè)設(shè)散熱結(jié)構(gòu)110。實(shí)施例13如圖13所示的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于所述燃料源6內(nèi)的燃料設(shè)為金屬燃料，在所述燃燒室4內(nèi)和/或在所述作功機(jī)構(gòu)3前和/或在所述作功機(jī)構(gòu)3后設(shè)工質(zhì)金屬化合物分離器405。實(shí)施例14如圖14所示的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例3的區(qū)別在于所述冷凝冷卻器10設(shè)為晾水塔100。實(shí)施例15如圖15所示的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例3的區(qū)別在于在所述作功機(jī)構(gòu)3的工質(zhì)出口處設(shè)回?zé)崞?00。實(shí)施例16如圖16所示的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例3的區(qū)別在于所述燃燒室工質(zhì)入口設(shè)為沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口 4001，所述燃燒室4設(shè)為沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室400，所述燃燒室工質(zhì)出口設(shè)為沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)擴(kuò)壓區(qū)氣體出口 4002。這樣可以利用沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的擴(kuò)壓區(qū)對(duì)氣體工質(zhì)進(jìn)行壓縮，提高氣體工質(zhì)的作功能力。實(shí)施例17如圖17所示的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例3的區(qū)別在于所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)還包括增壓器，所述作功機(jī)構(gòu)設(shè)為動(dòng)力透平301，所述增壓器設(shè)為葉輪式壓縮機(jī)701，所述動(dòng)力透平301設(shè)在所述燃燒室工質(zhì)出口 402內(nèi)，所述動(dòng)力透平 301對(duì)所述葉輪式壓縮機(jī)701輸出動(dòng)力的同時(shí)對(duì)外輸出動(dòng)力。實(shí)施例18[0109]如圖18所示的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其與實(shí)施例4的區(qū)別在于所述增壓器設(shè)為葉輪式壓縮機(jī)701，所述作功機(jī)構(gòu)3設(shè)為動(dòng)力透平301，所述動(dòng)力透平301對(duì)所述葉輪式壓縮機(jī)701輸出動(dòng)力，所述葉輪式壓縮機(jī)701、所述燃燒室4和所述動(dòng)力透平301的高壓區(qū)設(shè)在所述鍋爐工質(zhì)腔2內(nèi)。實(shí)施例19如圖20所示的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，包括鍋爐1和作功機(jī)構(gòu)3，所述鍋爐1的氣體工質(zhì)出口與所述作功機(jī)構(gòu)3的氣體工質(zhì)入口連通，調(diào)整所述鍋爐1的液體工質(zhì)入口的流量和壓力，調(diào)整所述鍋爐1的氣體工質(zhì)出口處的流量，調(diào)整所述鍋爐1的加熱強(qiáng)度使所述鍋爐1的氣體工質(zhì)出口處的氣體工質(zhì)壓力大于30. 5MPa、31MPa、31. 5MPa、 32MPa、32. 5MPa、33MPa、33. 5MPa、34MPa、34. 5MPa、35MPa、35. 5MPa、36MPa、36. 5MPa、37MPa、 37. 5MPa、38MPa、38. 5MPa、39MPa、39. 5MPa或大于40MPa，使所述鍋爐1的氣體工質(zhì)出口處的氣體工質(zhì)溫度高于 880K、885K、890K、895K、900K、905K、910K、915K、920K、925K、930K、9;35K、 940Κ、945Κ、950Κ、955Κ、960Κ、965Κ、970Κ、975Κ、980Κ、985Κ、990Κ、995Κ 或高于 1000Κ,并使所述鍋爐1的氣體工質(zhì)出口處的氣體工質(zhì)的溫度和壓力符合類(lèi)絕熱關(guān)系。顯然，本實(shí)用新型不限于以上實(shí)施例，根據(jù)本領(lǐng)域的公知技術(shù)和本實(shí)用新型所公開(kāi)的技術(shù)方案，可以推導(dǎo)出或聯(lián)想出許多變型方案，所有這些變型方案，也應(yīng)認(rèn)為是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，包括鍋爐(1)、鍋爐工質(zhì)腔(2)、作功機(jī)構(gòu)(3)和燃燒室G)，其特征在于所述燃燒室(4)上設(shè)有燃燒室工質(zhì)入口 G01)、燃燒室工質(zhì)出口 002)、氧化劑入口(40 和燃料入口 004)，氧化劑源( 經(jīng)氧化劑高壓供送系統(tǒng)(501)與所述氧化劑入口(40 連通，燃料源(6)經(jīng)燃料高壓供送系統(tǒng)(601)與所述燃料入口(404) 連通，所述燃燒室(4)全部設(shè)置在所述鍋爐工質(zhì)腔O)內(nèi)或所述燃燒室(4)部分設(shè)置在所述鍋爐工質(zhì)腔O)內(nèi)或所述燃燒室(4)設(shè)置在所述鍋爐(1)外；所述鍋爐工質(zhì)腔( 與所述燃燒室工質(zhì)入口(401)連通，所述燃燒室工質(zhì)出口(402) 與所述作功機(jī)構(gòu)(3)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于在所述燃燒室工質(zhì)入口(401)處設(shè)增壓器(7)，所述增壓器(7)對(duì)所述燃燒室內(nèi)的工質(zhì)增壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于所述作功機(jī)構(gòu)(3) 與發(fā)電機(jī)(9)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)還包括冷凝冷卻器(10)，所述作功機(jī)構(gòu)(3)的工質(zhì)出口與所述冷凝冷卻器(10)的被冷卻流體入口連通，所述冷凝冷卻器(10)的被冷卻流體出口與液體高壓回流泵(11)的入口連通，所述液體高壓回流泵(11)的出口與所述鍋爐工質(zhì)腔⑵連通，在所述液體高壓回流泵(11)的作用下被所述冷凝冷卻器(10)液化的工質(zhì)回流到所述鍋爐工質(zhì)腔(2)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于在所述燃燒室工質(zhì)出口(40 處設(shè)動(dòng)力單元(8)，所述動(dòng)力單元(8)對(duì)所述增壓器(7)輸出動(dòng)力。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于在所述冷凝冷卻器(10)的被冷卻流體出口處設(shè)不凝氣體導(dǎo)出口(12)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于在所述冷凝冷卻器(10)的被冷卻流體入口處和/或在所述冷凝冷卻器(10)的被冷卻流體出口處設(shè)余量工質(zhì)導(dǎo)出口(13)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于所述動(dòng)力單元(8) 與所述增壓器(7)同軸設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于所述作功機(jī)構(gòu)(3) 與所述增壓器(7)同軸設(shè)置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于所述作功機(jī)構(gòu)(3)設(shè)為動(dòng)力透平(301)或設(shè)為活塞式作功機(jī)構(gòu)(302)。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于所述增壓器(7) 設(shè)為葉輪式壓縮機(jī)(701)或活塞式壓縮機(jī)(702)。
12.根據(jù)權(quán)利要求3所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于所述動(dòng)力單元 (8)設(shè)為葉輪式動(dòng)力單元(801)或活塞式動(dòng)力單元。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于所述燃料源(6) 內(nèi)的燃料設(shè)為碳?xì)浠衔?、碳?xì)溲趸衔锘蛟O(shè)為氫氣。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于所述氧化劑源 (5)內(nèi)的氧化劑設(shè)為液氧、高壓氣態(tài)氧或過(guò)氧化氫水溶液。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于所述燃料源(6) 內(nèi)的燃料設(shè)為金屬燃料，在所述燃燒室內(nèi)和/或在所述作功機(jī)構(gòu)(3)前和/或在所述作功機(jī)構(gòu)(3)后設(shè)工質(zhì)金屬化合物分離器(405)。
16.根據(jù)權(quán)利要求2所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于所述冷凝冷卻器 (10)設(shè)為晾水塔(100)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于在所述作功機(jī)構(gòu) (3)的工質(zhì)出口處設(shè)回?zé)崞?00)。
18.根據(jù)權(quán)利要求2所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于所述增壓器(7) 設(shè)為葉輪式壓縮機(jī)(701)，所述作功機(jī)構(gòu)(3)設(shè)為動(dòng)力透平(301)，所述動(dòng)力透平(301)對(duì)所述葉輪式壓縮機(jī)(701)輸出動(dòng)力，所述葉輪式壓縮機(jī)(701)、所述燃燒室(4)和所述動(dòng)力透平(301)的高壓區(qū)設(shè)在所述鍋爐工質(zhì)腔O)內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于所述燃燒室工質(zhì)入口(401)設(shè)為沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口(4001)，所述燃燒室(4)設(shè)為沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室 000)，所述燃燒室工質(zhì)出口(402)設(shè)為沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)擴(kuò)壓區(qū)氣體出口 0002)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，包括鍋爐、鍋爐工質(zhì)腔、作功機(jī)構(gòu)和燃燒室，所述燃燒室上設(shè)有燃燒室工質(zhì)入口、燃燒室工質(zhì)出口、氧化劑入口和燃料入口，氧化劑源經(jīng)氧化劑高壓供送系統(tǒng)與所述氧化劑入口連通，燃料源經(jīng)燃料高壓供送系統(tǒng)與所述燃料入口連通，所述燃燒室全部設(shè)置在所述鍋爐工質(zhì)腔內(nèi)或所述燃燒室部分設(shè)置在所述鍋爐工質(zhì)腔內(nèi)或所述燃燒室設(shè)置在所述鍋爐外；所述鍋爐工質(zhì)腔與所述燃燒室工質(zhì)入口連通，所述燃燒室工質(zhì)出口與所述作功機(jī)構(gòu)連通。本實(shí)用新型所公開(kāi)的低熵混燃高超臨界熱動(dòng)力系統(tǒng)，不僅效率高，而且還可以充分利用燃料資源。
文檔編號(hào)F01K11/02GK202092094SQ20112015934
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者靳北彪 申請(qǐng)人:靳北彪