專利名稱：低品位熱能量熱力循環(huán)方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工程熱力學(xué)的一種熱力循環(huán)方式，特別是一種可使用低品位熱能量作動力，達到獲取機械能目的的熱力循環(huán)方式。
背景技術(shù)：
在工程熱力學(xué)學(xué)科公知根據(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。現(xiàn)有普及應(yīng)用的正向循環(huán)技術(shù)主要包括有“內(nèi)燃機循環(huán)”、“燃氣輪機循環(huán)”及“蒸汽動力循環(huán)”等，其中具代表性的有“蒸汽動力朗肯循環(huán)”，其裝置主要由水泵、鍋爐、汽輪機和冷凝器四大部件組成；循環(huán)過程中，循環(huán)工質(zhì)以水泵及吸收鍋爐高溫?zé)嵩礋崃孔餮h(huán)動力，吸熱汽化的循環(huán)工質(zhì)將其中一部分熱量經(jīng)汽輪機對外熱功交換轉(zhuǎn)化為有用功，另一部分熱量在作為低溫?zé)嵩吹睦淠鞣艧?，其循環(huán)效果是消耗高溫?zé)崮芰慷@得輸出機械能?，F(xiàn)有的正向熱力循環(huán)技術(shù)及其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(yīng)用的動力循環(huán)裝置均以正向循環(huán)運行方式大量的消耗不可再生能源，對地球資源、環(huán)境保護的負(fù)面影響日趨嚴(yán)重；且現(xiàn)有普及應(yīng)用的動力循環(huán)裝置存在機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，噪聲大的缺點。以上缺點存在原因是現(xiàn)有普及應(yīng)用的熱力循環(huán)技術(shù)未能充分利用低沸點工質(zhì)在低品位熱源溫度下沸騰及工質(zhì)在循環(huán)過程中狀態(tài)變化的特點。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有普及應(yīng)用的正向熱力循環(huán)技術(shù)依賴消耗不可再生能源和動力循環(huán)裝置的機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、噪聲大的缺點，本發(fā)明提供一種低品位熱能量熱力循環(huán)方法及其裝置，該循環(huán)方法及其裝置可使用低品位熱能量作動力能源(如太陽能、環(huán)境水或氣溫?zé)崮芰康?，驅(qū)動工質(zhì)循環(huán)運行，獲得向外輸出機械能效果。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是采用低品位熱能量熱力循環(huán)方法； 在密閉系統(tǒng)內(nèi)冷媒工質(zhì)完成一周循環(huán)，經(jīng)歷以下A-D —系列的狀態(tài)變化和力的作用A、液態(tài)工質(zhì)在高溫?zé)嵩次鼰崞蔀闅鈶B(tài)工質(zhì)并產(chǎn)生膨脹壓力；B、汽化的氣態(tài)工質(zhì)在機械設(shè)置的反向力和膨脹壓力與冷凝壓力的壓差作用下對外做功；C、做功后的氣態(tài)工質(zhì)在低溫?zé)嵩捶艧?，冷凝成為液態(tài)工質(zhì)并積蓄成為液柱；D、當(dāng)液柱的液面和底部壓力相等，冷凝后的液態(tài)工質(zhì)在重力作用下進入高溫?zé)嵩?，工質(zhì)回復(fù)到循環(huán)步驟A初始的狀態(tài)和位置本循環(huán)方法選擇標(biāo)準(zhǔn)沸點適于易獲得熱源溫度的工質(zhì)，使液態(tài)工質(zhì)在低品位熱源溫度下吸熱汽化，所產(chǎn)生的膨脹壓力大于或等于冷卻條件下的冷凝壓力。當(dāng)高溫?zé)嵩礈囟冗_到冷凝壓力所對應(yīng)的工質(zhì)飽和溫度及以上時，其內(nèi)液態(tài)工質(zhì)沸騰汽化成為氣態(tài)工質(zhì)，并產(chǎn)生膨脹壓力。汽化的氣態(tài)工質(zhì)受機械設(shè)置的反向力和膨脹壓力與冷凝壓力的壓差作用， 推動做功機械對外做功，系統(tǒng)從而獲得向外界輸出機械能效果。做功后的氣態(tài)工質(zhì)進入低溫?zé)嵩捶艧?，冷卻成為液態(tài)工質(zhì)并在重力作用下積蓄成為液柱。當(dāng)液柱的液面和液柱底部壓力相等時，冷凝后的液態(tài)工質(zhì)在液體重力作用下進入高溫?zé)嵩?。至此，工質(zhì)完成一周的循環(huán)，并作周而復(fù)始的循環(huán)，對外輸出機械能。本循環(huán)方法運行中，冷凝后的液態(tài)工質(zhì)間歇地進入高溫?zé)嵩?。實施本發(fā)明循環(huán)方法的裝置的技術(shù)方案是由冷凝器、液位控制儲液器、單向閥、 集熱器、渦輪和旁通電磁閥主要部件組成密閉循環(huán)系統(tǒng)。冷凝器作為低溫?zé)嵩?，在做功過程中為保持冷凝壓力不變，其內(nèi)不存在工質(zhì)液柱。液位控制儲液器的作用是儲存冷凝后的液體工質(zhì)，并按工質(zhì)液面處于最高和最低位置發(fā)出液位控制指令。旁通電磁閥在接收液位控制指令后開啟或關(guān)閉，開啟時，液位控制儲液器內(nèi)液面壓力等于單向閥出口所承受的膨脹壓力，液體工質(zhì)在重力作用下進入集熱器。單向閥為氣體工質(zhì)做功時提供反向力。渦輪是一種由氣體推動的葉片式機械。集熱器作為高溫?zé)嵩矗晌杖魏畏绞疆a(chǎn)生的高于循環(huán)工質(zhì)溫度的熱量。本發(fā)明的有益效果是可使用低品位熱能量，而且是容易獲得的清潔能源(如太陽能、環(huán)境水或氣溫?zé)崮芰康?作工質(zhì)的循環(huán)動力，從而達到獲取機械能目的；改變現(xiàn)有普及應(yīng)用的正向熱力循環(huán)技術(shù)依賴消耗不可再生能源現(xiàn)狀。本發(fā)明循環(huán)裝置唯一的機械轉(zhuǎn)動部件是渦輪，其結(jié)構(gòu)簡單、噪聲小。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖1是低品位熱能量動力循環(huán)裝置系統(tǒng)示意圖。圖中，1.冷凝器，2.液體電磁閥，3.液位控制儲液器，4.單向閥，5.集熱器，6.氣體電磁閥，7.渦輪，8.旁通電磁閥
具體實施例方式實施例在圖1所示實施例中，循環(huán)裝置各部件出入口采用管道或直接密封連接；按水平高度由上至下順序排列安裝冷凝器1、液體電磁閥2、液位控制儲液器3、單向閥4、集熱器5， 各上下相鄰的上方部件出口與下方部件入口連接；并使集熱器5出口和氣體電磁閥6入口合并與旁通電磁閥8入口連接，氣體電磁閥6出口與渦輪7入口連接，渦輪7出口與冷凝器 1入口連接，液體電磁閥2出口和液位控制儲液器3入口合并與旁通電磁閥8出口連接；系統(tǒng)內(nèi)真空狀態(tài)下充注冷媒工質(zhì)，由此組成密閉熱力循環(huán)裝置。循環(huán)裝置對外做功運行時，氣體電磁閥6和液體電磁閥2處于開啟狀態(tài)，旁通電磁閥8受液位控制儲液器3低液面控制，處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)集熱器5內(nèi)冷媒工質(zhì)吸收外界熱量(來自太陽能、環(huán)境水或氣溫?zé)崮芰康?達到冷凝壓力所對應(yīng)的冷媒工質(zhì)飽和溫度及以上時，冷媒工質(zhì)沸騰汽化成為冷媒蒸氣，并產(chǎn)生大于或等于冷凝壓力的膨脹壓力。冷媒蒸氣受單向閥4反向力作用，及在膨脹壓力與冷凝壓力的壓差作用下流經(jīng)渦輪7對外做功，系統(tǒng)從而獲得輸出機械能效果。從渦輪7出口流出的冷媒蒸氣進入冷凝器1冷卻成為冷媒液體， 在重力作用下進入并積聚于液位控制儲液器3內(nèi)。當(dāng)液位控制儲液器3內(nèi)冷媒液的液面達到最高時，液位控制信號開啟旁通電磁閥8，同時關(guān)閉氣體電磁閥6和液體電磁閥2，使液位控制儲液器3內(nèi)的冷媒液在重力的作用下流經(jīng)單向閥4而進入集熱器5。氣體電磁閥6和液體電磁閥2的作用是當(dāng)液位控制儲液器3內(nèi)冷媒液進入集熱器5時，阻止冷媒蒸氣進入冷凝器1內(nèi)。 上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種低品位熱能量熱力循環(huán)方法，其特征是在密閉系統(tǒng)內(nèi)冷媒工質(zhì)完成一周循環(huán)，經(jīng)歷以下A-D —系列的狀態(tài)變化和力的作用A、液態(tài)工質(zhì)在高溫?zé)嵩次鼰崞蔀闅鈶B(tài)工質(zhì)并產(chǎn)生膨脹壓力；B、汽化的氣態(tài)工質(zhì)在機械設(shè)置的反向力和膨脹壓力與冷凝壓力的壓差作用下對外做功；C、做功后的氣態(tài)工質(zhì)在低溫?zé)嵩捶艧?，冷凝成為液態(tài)工質(zhì)并積蓄成為液柱；D、當(dāng)液柱的液面和底部壓力相等，冷凝后的液態(tài)工質(zhì)在重力作用下進入高溫?zé)嵩矗べ|(zhì)回復(fù)到循環(huán)步驟A初始的狀態(tài)和位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低品位熱能量熱力循環(huán)方法，其特征是選擇標(biāo)準(zhǔn)沸點適于低品位熱源溫度的循環(huán)工質(zhì)，使工質(zhì)吸熱產(chǎn)生的膨脹壓力大于或等于冷卻條件下的冷凝壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低品位熱能量熱力循環(huán)方法，其特征是運行中，冷凝后的液態(tài)工質(zhì)間歇地進入高溫?zé)嵩础?br>
4.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述循環(huán)方法的裝置，其特征是按水平高度由上至下順序排列安裝冷凝器、液體電磁閥、液位控制儲液器、單向閥和集熱器，各上下相鄰的上方部件出口與下方部件入口連接；并使集熱器出口和氣體電磁閥入口合并與旁通電磁閥入口連接， 氣體電磁閥出口與渦輪入口連接，渦輪出口與冷凝器入口連接，液體電磁閥出口和液位控制儲液器入口合并與旁通電磁閥出口連接；各部件出入口采用管道或直接密封連接，冷媒工質(zhì)密封在密閉循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征是在做功過程中，冷凝器內(nèi)不存在工質(zhì)液柱。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征是液位控制儲液器是儲存冷凝后的液體工質(zhì)， 并按工質(zhì)液面高度發(fā)出液位控制指令。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征是旁通電磁閥接收液位控制指令；開啟時，液位控制儲液器內(nèi)的液體工質(zhì)進入集熱器。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征是單向閥為氣體工質(zhì)做功時提供反向力。
全文摘要
一種低品位熱能量熱力循環(huán)方法，該循環(huán)方法及其裝置可使用低品位熱能量作動力能源(如太陽能、環(huán)境水或氣溫?zé)崮芰康?，驅(qū)動工質(zhì)循環(huán)運行，獲得向外輸出機械能的效果。裝置組成按水平高度由上至下順序排列安裝冷凝器、液體電磁閥、液位控制儲液器、單向閥、集熱器，各上下相鄰的上方部件出口與下方部件入口連接；并使集熱器出口和氣體電磁閥入口合并與旁通電磁閥入口連接，氣體電磁閥出口與渦輪入口連接，渦輪出口與冷凝器入口連接，液體電磁閥出口和液位控制儲液器入口合并與旁通電磁閥出口連接。系統(tǒng)內(nèi)充注冷媒工質(zhì)，由此組成密閉熱力循環(huán)裝置。
文檔編號F25B30/06GK102374701SQ20101025141
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月11日
發(fā)明者羅志榮 申請人:羅志榮