專利名稱：氣壓-熱力膨脹式循環(huán)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及制冷(熱)和熱力發(fā)動機的一種熱力循環(huán)裝置，特別是一種使用低品位 熱能量作動力能源的熱力循環(huán)裝置。
背景技術(shù)：
在工程熱力學學科公知現(xiàn)有熱力循環(huán)技術(shù)根據(jù)熱力循環(huán)的效果和進行方向不同，可分 為正向循環(huán)和逆向循環(huán)。所有的熱力發(fā)動機都是按正向循環(huán)工作，具代表性的有"蒸汽動力 朗肯循環(huán)"，其裝置主要由水泵、鍋爐、汽輪機和冷凝器組成。正向循環(huán)過程中，循環(huán)工質(zhì)以 水泵及吸收鍋爐產(chǎn)生的高溫熱源熱量作循環(huán)動力，汽化的循環(huán)工質(zhì)將其中一部分熱量經(jīng)汽輪 機熱功交換轉(zhuǎn)化為有用功，另一部分在作為低溫熱源的冷凝器放熱。正向循環(huán)效果是消耗高 溫熱能量獲取輸出機械能。逆向循環(huán)是將熱量從低溫物體傳給高溫物體，具代表性的有"蒸 汽壓縮式理想(逆卡諾)循環(huán)"，其裝置主要由壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器(低溫換熱 器)組成。逆向循環(huán)過程中，循環(huán)工質(zhì)以壓縮機輸入機械能作循環(huán)動力，在作為低溫熱源的 蒸發(fā)器吸收熱量，向作為高溫熱源的冷凝器放熱，其效果是消耗機械能而達到制冷(熱)目 的。以上兩種具代表性的循環(huán)裝置均要求循環(huán)工質(zhì)的質(zhì)量不變，由相應的部件采用管道或直 接密封連接，組成相應的熱力循環(huán)系統(tǒng)?，F(xiàn)有的熱力循環(huán)技術(shù)和裝置可從中國機械工業(yè)出版 社出版，蔣祖星主編的《熱能動力基礎(chǔ)》 一書得以引證。目前，普及應用的制冷(熱)和熱 力發(fā)動機裝置，均以正向循環(huán)或逆向循環(huán)運行方式消耗不可再生能源。大量消耗不可再生能 源對地球資源和環(huán)境氣候產(chǎn)生的負面影響日趨嚴重，并且普及應用的現(xiàn)有技術(shù)熱力循環(huán)裝置 存在機械結(jié)構(gòu)復雜，噪聲大缺點。 發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有普及應用的熱力循環(huán)裝置運行，依賴消耗不可再生能源和機械結(jié)構(gòu)復雜的 缺點，本實用新型提供一種氣壓-熱力膨脹式循環(huán)裝置，該循環(huán)裝置可使用低品位熱能量(如 太陽能、水、氣溫熱能量)作循環(huán)動力，驅(qū)動冷媒工質(zhì)循環(huán)運行，在運行中同時獲得制冷(熱) 和對外輸出機械能效果。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在密閉循環(huán)系統(tǒng)中，各部件采用管道 或直接密封連接，使低溫液發(fā)生器出口、低溫換熱器、增容集熱器、熱功交換機和三通單向 閥入口按順序連接，三通單向閥兩出口分別與兩冷凝器、兩單向閥入口順序連接，兩冷凝器 中間接口分別與兩增壓集熱器連接，兩單向閥出口合并與低溫液發(fā)生器入口連接。冷媒工質(zhì) 密封于循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)，輔助氣體工質(zhì)貯存在低溫液發(fā)生器。系統(tǒng)設(shè)置三通單向閥，高溫冷媒蒸 汽從入口進入，交替從兩出口流出，間歇進入對應連接的冷凝器，使低溫液發(fā)生器入口處獲 得穩(wěn)定的供液壓力和連續(xù)供應的過冷液。當其中一出口關(guān)閉時，對應連接的冷凝器進氣完畢 并到達最高冷凝壓力狀態(tài)，過冷液沉降于其底部，部分過冷液或濕蒸汽在增壓集熱器(相當 于正向循環(huán)的高溫熱源)吸收熱量，使最高冷凝壓力升高并建立、維持供液壓力，過冷液從 單向閥流出；同時，因壓差和連桿機械作用，三通單向閥另一出口開啟，對應連接的冷凝器 因過冷液減少和外界冷卻以及單向閥封閉作用，到達最低冷凝壓力狀態(tài)，高溫冷媒蒸汽進入 后冷卻成為過冷液并逐漸增加冷凝壓力。系統(tǒng)運行時，低溫液發(fā)生器內(nèi)輔助氣體分壓力與低 溫冷媒蒸汽分壓力之和等于混合氣體總壓力(根據(jù)道爾頓分壓定律)，須根據(jù)供液壓力和低溫 液運行壓力設(shè)定輔助氣體分壓力，使混合氣體總壓力等于供液壓力；并設(shè)定混合氣體總壓力和低溫液柱靜壓力組成合力與最高冷凝壓力之壓差，大于熱功交換機做功阻力產(chǎn)生的壓力降 (忽略管道阻力)。冷媒工質(zhì)循環(huán)過程中，當三通單向閥其中一出口關(guān)閉，對應連接的冷凝器 供液壓力與過冷液柱靜壓力之和大于混合氣體總壓力時，過冷液進入低溫液發(fā)生器(根據(jù)帕 斯卡原理)，在冷媒蒸汽的低溫或低壓環(huán)境狀態(tài)下及輔助氣體分子之間絕熱膨脹，過冷液熱力 學能減少產(chǎn)生低溫液和低溫冷媒蒸汽；同時，低溫冷媒蒸汽壓力勢能增加導致混合氣體總壓 力增加。增加的混合氣體總壓力通過低溫液傳遞并和低溫液柱靜壓力組成合力，推動由增容 集熱器產(chǎn)生的高溫冷媒蒸汽流經(jīng)熱功交換機對外做功。混合氣體熱能量轉(zhuǎn)化為輸出功，使其 中低溫冷媒蒸汽凝結(jié)出低溫液，混合氣體總壓力亦隨之下降，并對外輸出機械能(根據(jù)熱力 學第一定律)。由膨脹產(chǎn)生和做功凝結(jié)的低溫液受重力作用沉降于低溫液發(fā)生器底部，在混合 氣體總壓力推動下從底部出口流出，冷媒工質(zhì)在低溫液發(fā)生器內(nèi)以穩(wěn)定流動狀態(tài)流動。混合 氣體總壓力下低溫液在低溫換熱器(相當于逆向循環(huán)的低溫熱源)吸收熱量而顯熱升溫。顯 熱升溫的低溫液進入增容集熱器(相當于正向循環(huán)的高溫熱源)，在混合氣體總壓力和低溫液 柱靜壓力組成合力下吸熱汽化產(chǎn)生高溫冷媒蒸汽。高溫冷媒蒸汽在混合氣體總壓力和低溫液 柱靜壓力組成合力與最高和最低冷凝壓力的壓差下，推動熱功交換機對外做功。做功后的高 溫冷媒蒸汽經(jīng)三通單向閥另一開啟的出口，進入對應連接的冷凝器(相當于正向循環(huán)的低溫 熱源)排放熱量，冷卻成為過冷液并建立最高冷凝壓力。至此，冷媒工質(zhì)完成一周循環(huán)，如 此周而復始地不斷循環(huán)，可同時獲得制冷(熱)和輸出機械能效果。本系統(tǒng)選擇標準沸點適 合低品位高溫熱源溫度的冷媒作循環(huán)工質(zhì)，當增容集熱器溫度達到混合氣體總壓力和低溫液 柱靜壓力組成合力所對應的冷媒工質(zhì)飽和溫度及以上時，冷媒工質(zhì)沸騰汽化，在與冷凝壓力 的壓差作用下進入循環(huán)運行狀態(tài)。因此，本循環(huán)裝置是消耗低品位熱能量，而且是容易獲得 的能源。本循環(huán)裝置唯一的機械轉(zhuǎn)動部件是熱功交換機，主要由設(shè)有工質(zhì)進出口的機體外殼 內(nèi)設(shè)置轉(zhuǎn)動葉輪，葉輪轉(zhuǎn)軸伸出機體外殼連接穩(wěn)定不變的機械負荷組成。較現(xiàn)有技術(shù)循環(huán)裝 置使用的轉(zhuǎn)動部件，其結(jié)構(gòu)簡單、噪聲小。低溫液發(fā)生器主要由隔熱保溫的鋼性開口容器內(nèi) 貯存一定壓力的輔助氣體工質(zhì)組成，從底部低溫液面以下引接出口；是提供過冷液體膨脹做 功的空間，其一定容積和輔助氣體壓力對應一定的使用技術(shù)參數(shù)如過冷液流量、過冷液溫 度、進液壓力和低溫液運行溫度(壓力)。為避免外界熱量傳入低溫液發(fā)生器影響其內(nèi)低溫冷 媒蒸汽分壓力，須采取隔熱保溫措施，使熱量傳遞減少至可忽略程度。輔助氣體工質(zhì)在低溫 液運行溫度狀態(tài)下為干飽和或過熱蒸汽氣體，與冷媒工質(zhì)混合不發(fā)生化學反應。低溫換熱器 是以液體顯熱吸收外界熱量的開口換熱設(shè)備，并以液封作用封堵輔助氣體工質(zhì)于低溫液發(fā)生 器內(nèi)。增容集熱器是開口吸熱容器，增壓集熱器是閉口吸熱容器，均可吸收各種形式產(chǎn)生高 于冷媒工質(zhì)溫度的熱量，使冷媒工質(zhì)在其內(nèi)汽化、膨脹。熱功交換機作用是將過冷液攜帶的 部分熱能量轉(zhuǎn)化為輸出功，使低溫液發(fā)生器內(nèi)冷媒工質(zhì)運行于穩(wěn)定流動狀態(tài)；是按需轉(zhuǎn)換熱 能量而設(shè)定輸出做功量，其一定的輸出做功量對應一定的使用技術(shù)參數(shù)如工質(zhì)流量、做功 阻力和壓降；是以冷媒蒸汽推動葉輪轉(zhuǎn)動，由轉(zhuǎn)軸帶動外界穩(wěn)定不變負荷(如機械設(shè)備、發(fā) 電裝置)的機械部件。三通單向閥是由兩個單向閥的入口同軸心連接，連接處引出接口為入 口，兩單向閥活塞由一連桿在軸心線上相連，當其中一單向閥出口關(guān)閉時，另一單向閥出口 開啟。冷凝器出、入口之間開口為中間接口，與增壓集熱器連接組成同一空間。
本實用新型的有益效果是使用低品位熱能量，而且是容易獲得的清潔能源達到制冷(熱) 和獲取機械能目的，改變現(xiàn)有普及應用的熱力循環(huán)裝置依賴消耗不可再生能源現(xiàn)狀。本循環(huán) 裝置唯一的機械轉(zhuǎn)動部件是熱功交換機，其結(jié)構(gòu)簡單、噪聲小。以下結(jié)合附圖
和實施例對本實用新型進一步說明。 圖l是氣壓-熱力膨脹式循環(huán)裝置實施例的系統(tǒng)構(gòu)造圖。
圖中l(wèi).低溫液發(fā)生器 2.出液閥 3.低溫換熱器 4.增容集熱器 5.熱功交換機 6.三通單向閥 7.增壓集熱器 8.增壓集熱器 9.冷凝器 10.冷凝器 ll.單向闊 12.單向閥 13.進液閥
具體實施方式
在圖l所示實施例中，各部件接口采用管道或直接密封連接，使低溫液發(fā)生器l出口與出 液閥2入口連接，出液閥2出口與低溫換熱器3入口連接，低溫換熱器3出口與增容集熱器4入口 連接，增容集熱器4出口與熱功交換機5入口連接，熱功交換機5出口與三通單向?qū)?入口連接， 三通單向閥6其中一出口與冷凝器9入口連接，冷凝器9中間接口與增壓集熱器7接口連接，冷 凝器9出口與單向閥11入口連接，三通單向閥6另一出口與冷凝器10入口連接，冷凝器10中間 接口與增壓集熱器8接口連接，冷凝器10出口與單向閥12入口連接，單向闊11和單向閥12出口 合并與進液閥13入口連接，進液閥13出口與低溫液發(fā)生器1入口連接。出液閥2和進液閥13在 系統(tǒng)運行時開啟，停止運行時關(guān)閉，以維持低溫液發(fā)生器l內(nèi)冷媒蒸汽分壓力處于低壓狀態(tài)， 便于下次投入運行及對系統(tǒng)裝置的檢修。
權(quán)利要求1.一種氣壓-熱力膨脹式循環(huán)裝置，在密閉循環(huán)系統(tǒng)中，各部件采用管道或直接密封連接，冷媒工質(zhì)密封于循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)，其特征是低溫液發(fā)生器出口、低溫換熱器、增容集熱器、熱功交換機和三通單向閥入口按順序連接，三通單向閥兩出口分別與兩冷凝器、兩單向閥入口順序連接，兩冷凝器中間接口分別與兩增壓集熱器連接，兩單向閥出口合并與低溫液發(fā)生器入口連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓一熱力膨脹式循環(huán)裝置，其特征是低溫液發(fā)生器主要由隔 熱保溫的鋼性開口容器貯存一定壓力的輔助氣體工質(zhì)組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓一熱力膨脹式循環(huán)裝置，其特征是系統(tǒng)運行中，低溫換熱器 內(nèi)充滿冷媒液體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氣壓一熱力膨脹式循環(huán)裝置，其特征是冷凝器出、入口之間設(shè)有 中間接口。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓一熱力膨脹式循環(huán)裝置，其特征是三通單向閥由兩個單向閥 的入口同軸心連接，連接處引出接口為入口，兩單向閥的活塞由一連桿在軸心線上相連。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓一熱力膨脹式循環(huán)裝置，其特征是熱功交換機是將過冷液 攜帶的部分熱能量轉(zhuǎn)化為輸出功，使循環(huán)工質(zhì)運行于穩(wěn)定流動狀態(tài)；其結(jié)構(gòu)主要由設(shè)有進出 口的機體外殼內(nèi)設(shè)置轉(zhuǎn)動葉輪，葉輪轉(zhuǎn)軸伸出機體外殼連接穩(wěn)定不變的機械負荷組成。
專利摘要氣壓-熱力膨脹式循環(huán)裝置是涉及制冷(熱)和熱力發(fā)動機的一種熱力循環(huán)裝置，特別是解決現(xiàn)有普及應用的熱力循環(huán)技術(shù)依賴消耗不可再生能源的一種熱力循環(huán)裝置。其結(jié)構(gòu)主要由低溫液發(fā)生器、低溫換熱器、增容集熱器、熱功交換機、三通單向閥、增壓集熱器、冷凝器和單向閥部件組成，采用管道或直接密封連接成為密閉的熱力循環(huán)系統(tǒng)。本循環(huán)裝置可使用低品位熱能量(如太陽能、水、氣溫熱能量)作循環(huán)動力，驅(qū)動冷媒工質(zhì)循環(huán)運行，在運行中同時獲得制冷(熱)和對外輸出機械能效果。
文檔編號F25B30/06GK201152654SQ20082004329
公開日2008年11月19日 申請日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者羅志榮 申請人:羅志榮