專利名稱：負溫差飽和蒸氣熱力發動機的制作方法
技術領域：
本發明涉及熱力發動機，特別涉及一種利用低溫到常溫的負溫差所具有的能量作功的負溫差飽和蒸氣熱力發動機。
現有的提供電能和機械動力的熱力發動機均是依靠燃燒礦物燃料，產生高溫熱量，然后利用自然常溫環境與高溫熱量之間所具有的正向溫差，產生動力。其缺點是消耗了礦物資源，嚴重污染了自然環境。
目前，已有一種利用海水表層與深層的負向溫差發電的方法和裝置；已有把冬天的冰雪儲存起來留到夏天，利用夏天較高的常溫環境與冰雪之間的負向溫差作功的冰雪發電方法和裝置；還有在南極洲利用深層未結凍的海水與嚴寒地表之間的負向溫差進行發電的方法和裝置。這些發電方法和裝置雖然不消耗自然礦物燃料，不污染環境，但是由于可利用的溫差過小，并且受到自然條件的嚴格限制，因此仍然停留在試驗開發階段，而未能成為一種可廣泛實際利用清潔能源的動力裝置。
有一種負溫差發動機，利用一種純相變無熱制冷裝置高效制取冷量，然后利用人工制造的低溫環境與常溫環境之間的負向溫差所具有的能量產生動力，但因其主要采用過熱高壓蒸氣驅動透平膨脹機組作功，所需用來冷凝液化其透平作功后的尾氣的冷量巨大，因此必須引入純相變無熱制冷的多級制冷循環裝置，導致結構比較復雜，不很適宜家庭型的小規模供電、供冷的使用要求。
本發明的目的是提供一種新的負溫差飽和蒸氣熱力發動機，它利用人工制造的低溫環境與常溫環境之間的負溫差所具有的能量，使工質吸熱汽化成飽和蒸氣，經透平作功產生動力。
本發明的技術方案如下一種負溫差飽和蒸氣熱力發動機，其基本部件與以水為工質的熱力蒸氣發動機相類似，它包括使液態工質吸熱汽化成壓力蒸氣的蒸發器，使壓力蒸氣通過降壓降溫透平而作功的透平膨脹機組，使低壓蒸氣冷凝成液態工質的冷凝器，以及使液態工質重新進入蒸發器的工質泵，由此形成熱力蒸氣作功循環；它包括提供原始制冷量的首級蒸氣壓縮制冷循環所需的制冷壓縮機、冷凝器、節流器和蒸發器、首級制冷工質；它還包括第一保溫壓力容器，過冷液態工質冷凝板、工質泵、末端保溫壓力容器、蒸發器、透平膨脹機組以及聯接管道；所述第一保溫壓力容器分成上下兩層，其中下層是一封閉空間，其內充注有末級液態制冷工質，首級制冷壓縮機和冷凝器浸泡在末級液態制冷工質中，第一保溫壓力容器上層的上部設置蒸氣壓縮制冷蒸發器，在蒸發器的下方設置二層以上交錯排列的過冷液態工質冷凝板，形成相變以冷制冷循環冷凝空間，在過冷液態工質冷凝板的下方，即容器上層的底部設有液態工質積液區；所述工質泵通過吸液管與位于第一保溫壓力容器上層的積液區連接，工質泵的另一端通過輸液管與位于第一保溫壓力容器下層的封閉空間底部連接，積液區內的液態工質經工質泵加壓注入該封閉空間內，液態工質所攜顯冷、潛冷在與制冷壓縮機和冷凝器所產熱量充分交換之后，由該封閉空間頂部的輸出口，經與之相連接的工質輸液管，流入末端保溫壓力容器內的末級蒸發器；所述末端保溫壓力容器內設置蒸發器，蒸發器的進口設置在末端保溫壓力容器頂部，蒸發器的出口設置在末端保溫壓力容器的底部，蒸發器進口與上述工質輸液管連接，蒸發器出口通過保溫回氣管與透平膨脹機組進氣口連接，在位于蒸發器進口上方的、與透平膨脹機組進氣口相連的保溫回氣管上，連接一保溫回氣支管，該保溫回氣支管的另一端與蒸發器進口連接，所述蒸發器管徑、保溫回氣管管徑及保溫回氣支管管徑均大于工質輸液管管徑；攜帶常溫熱量的載冷劑從載冷劑進口經過蒸發器，不斷地從載冷劑出口流出，使液態工質吸收常溫熱量汽化成為飽和蒸氣，在對外作功產生動力的同時，對外供冷；飽和蒸氣的其中一路直接經保溫回氣支管和保溫回氣管進入透平膨脹機組進氣口，而不再形成過熱蒸氣，其中另一路從蒸發器出口經保溫回氣管進入透平膨脹機組進氣口；透平膨脹機組尾氣出口通過第二保溫回氣管連接到第一保溫壓力容器上層冷凝空間，由此形成飽和蒸氣熱力作功循環而產生動力。
上述飽和蒸氣熱力作功循環，與無熱制冷技術中的末級相變以冷制冷循環相同。
本發明將蒸氣壓縮制冷循環中的制冷壓縮機和冷凝器浸泡在末級相變以冷制冷循環液態制冷工質中，即熱力作功循環的液態工質中，讓液態工質所攜顯冷和潛冷首先消耗蒸氣壓縮制冷循環中所產生的熱量，使蒸氣壓縮制冷循環中的冷凝溫度和蒸發溫度之間的溫差，減小到使蒸氣壓縮制冷循環實現正常效率制冷的程度；熱力作功工質，亦即末級相變以冷制冷循環的液態制冷工質，從蒸發器的頂端進口輸入，工質輸液管管徑設置成小于蒸發器管徑、保溫回氣管管徑和保溫回氣支管管徑，由此產生飽和蒸氣，避免產生過熱蒸氣，從而減少了液化回籠蒸氣的冷量損失；同時重復利用過冷液態工質所攜冷量，以最小的電功率制冷，建立人工低溫空間，選用沸點溫度低于自然常溫的工質，開發利用低溫與常溫之間的溫差所具有的能量作功產生動力。蒸氣壓縮制冷循環中的制冷工質的蒸發溫度低于熱力作功工質的沸點溫度。
下面結合附圖
對本發明作詳細說明。
附圖是一種負溫差飽和蒸氣熱力發動機的結構示意圖。
參看附圖，在第一保溫壓力容器8內安裝制冷壓縮機1，冷凝器2，節流器4和蒸發器6，組成提供原始制冷量的首級蒸氣壓縮制冷循環。第一保溫壓力容器8被分成上下兩層，其中下層是一封閉空間41，其內充注液態制冷工質，制冷壓縮機1和冷凝器2被滿液浸泡在液態工質中；其中上層的上部設置蒸氣壓縮制冷蒸發器6，在蒸發器6的下方設置二層以上交錯排列的過冷液態工質冷凝板17，形成重復利用冷量的冷凝空間。在過冷液態工質冷凝板17的下方，即上層的底部設置液態工質積液區42。經冷凝空間冷凝后的過冷工質滴落在過冷液態工質冷凝板17上，層層下流，與源源不斷流入的回籠蒸氣換熱，最后達到設定飽和溫度，流入液態工質積液區42內。
第一保溫壓力容器8連接有工質泵43，工質泵43通過吸液管44與位于第一保溫壓力容器8上層的積液區42連接，工質泵43的另一端通過輸液管45與第一保溫壓力容器8下層的封閉空間41底部連接。積液區42內的液態工質經工質泵43加壓注入該封閉空間41內，液態工質使所攜顯冷與潛冷與制冷壓縮機1和冷凝器2所產熱量充分交換之后，由位于封閉空間41頂部的輸出口46，經與之連接的工質輸液管10流入末端保溫壓力容器13內的末級蒸發器12內。
在末端保溫壓力容器13內設置蒸發器12，蒸發器12的進口47設置在末端保溫壓力容器13的頂部，蒸發器12的出口48設置在末端保溫壓力容器13的底部。蒸發器進口47與上述工質輸液管10連接，蒸發器出口48通過保溫回氣管49與透平膨脹機組31進氣口50連接。攜帶常溫熱量的載冷劑19從載冷劑進口20，經過蒸發器12，不斷地從載冷劑出口21流出，使液態工質吸收常溫熱量汽化成為飽和蒸氣，在對外作功產生動力的同時，對外供冷。
在位于蒸發器進口47上方的、與透平膨脹機組進氣口50相連的保溫回氣管49上，連接一保溫回氣支管51，該保溫回氣支管51的另一端與蒸發器進口47連接。上述蒸發器12、保溫回氣管49及保溫回氣支管51的管徑均大于工質輸液管10的管徑。液態工質吸收常溫熱量汽化成為飽和蒸氣，飽和蒸氣的其中一路直接經保溫回氣支管51和保溫回氣管49進入透平膨脹機組進氣口50，而不再形成過熱蒸氣；其中另一路從蒸發器出口48經保溫回氣管49進入透平膨脹機組進氣口50。
透平膨脹機組31的尾氣出口52，通過第二保溫回氣管53連接到第一保溫壓力容器8上層冷凝空間54，由此形成飽和蒸氣熱力作功循環，并由透平膨脹機組31產生動力。
透平膨脹機組31可以按需組成中壓飽和壓力蒸氣透平膨脹機組，也可以按需組成低壓飽和壓力蒸氣透平膨脹機組。
本發明所述負溫差飽和蒸氣熱力發動機的基本部件與以水為工質的熱力蒸氣發動機相類似，它包括使液態工質吸熱汽化成壓力蒸氣的蒸發器，使壓力蒸氣降壓降溫透平作功的透平膨脹機組，使低壓蒸氣冷凝成液態工質的冷凝器，以及使液態工質重新進入蒸發器的工質泵，由此構成熱力蒸氣作功循環。該熱力蒸氣作功循環與無熱制冷的末級相變以冷制冷循環構成同一個熱力循環。
本發明既可以組成負溫差飽和蒸氣制冷動力站，又可以作為小規模的家用供電供冷發動機，其制造簡單，成本低廉。
權利要求
1.一種負溫差飽和蒸氣熱力發動機，其基本部件與以水為工質的熱力蒸氣發動機相類似，它包括使液態工質吸熱汽化成壓力蒸氣的蒸發器，使壓力蒸氣通過降壓降溫透平作功的透平膨脹機組，使低壓蒸氣冷凝成液態工質的冷凝器，以及使液態工質重新進入蒸發器的工質泵，由此形成熱力蒸氣作功循環；它包括提供原始制冷量的首級蒸氣壓縮制冷循環所需的制冷壓縮機、冷凝器、節流器和蒸發器、首級制冷工質；其特征在于，它還包括第一保溫壓力容器，過冷液態工質冷凝板、工質泵、末端保溫壓力容器、蒸發器、透平膨脹機組以及聯接管道；所述第一保溫壓力容器分成上下兩層，其中下層是一封閉空間，其內充注有末級液態制冷工質，首級制冷壓縮機和冷凝器浸泡在末級液態制冷工質中，第一保溫壓力容器上層的上部設置蒸氣壓縮制冷蒸發器，在蒸發器的下方設置二層以上交錯排列的過冷液態工質冷凝板，形成相變以冷制冷循環冷凝空間，在過冷液態工質冷凝板的下方，即容器上層的底部設有液態工質積液區；所述工質泵通過吸液管與位于第一保溫壓力容器上層的積液區連接，工質泵的另一端通過輸液管與位于第一保溫壓力容器下層的封閉空間底部連接，積液區內的液態工質經工質泵加壓注入該封閉空間內，液態工質所攜顯冷、潛冷在與制冷壓縮機和冷凝器所產熱量充分交換之后，由該封閉空間頂部的輸出口，經與之相連接的工質輸液管，流入末端保溫壓力容器內的末級蒸發器；所述末端保溫壓力容器內設置蒸發器，蒸發器的進口設置在末端保溫壓力容器頂部，蒸發器的出口設置在末端保溫壓力容器的底部，蒸發器進口與上述工質輸液管連接，蒸發器出口通過保溫回氣管與透平膨脹機組進氣口連接，在位于蒸發器進口上方的、與透平膨脹機組進氣口相連的保溫回氣管上，連接一保溫回氣支管，該保溫回氣支管的另一端與蒸發器進口連接，所述蒸發器管徑、保溫回氣管管徑及保溫回氣支管管徑均大于工質輸液管管徑；攜帶常溫熱量的載冷劑從載冷劑進口經過蒸發器，不斷地從載冷劑出口流出，使液態工質吸收常溫熱量汽化成為飽和蒸氣，在對外作功產生動力的同時，對外供冷；飽和蒸氣的其中一路直接經保溫回氣支管和保溫回氣管進入透平膨脹機組進氣口，而不再形成過熱蒸氣，其中另一路從蒸發器出口經保溫回氣管進入透平膨脹機組進氣口；透平膨脹機組尾氣出口通過第二保溫回氣管連接到第一保溫壓力容器上層冷凝空間，由此形成飽和蒸氣熱力作功循環而產生動力。
2.根據權利要求1所述的負溫差飽和蒸氣熱力發動機組，其特征在于，所述透平膨脹機組按需組成中壓飽和壓力蒸氣透平膨脹機組。
3.根據權利要求1所述的負溫差飽和蒸氣熱力發動機組，其特征在于，所述透平膨脹機組按需組成低壓飽和壓力蒸氣透平膨脹機組。
全文摘要
本發明涉及一種負溫差飽和蒸氣熱力發動機,其熱力作功循環的工質沸點低于常溫,從常溫吸熱汽化成飽和壓力蒸氣,驅動透平膨脹機組作功,尾氣由重復利用的人工制冷量重新液化。蒸氣壓縮制冷循環提供人工制冷量,其壓縮機、冷凝器浸泡在液態作功工質中,讓其顯冷和潛冷先消耗壓縮機與冷凝器所排熱量,致使冷凝與蒸發溫度接近,正常制冷供冷。飽和壓力蒸氣短路直通透平膨脹機組。本發明是一種小型簡便供冷、供電的清潔能源動力裝置。
文檔編號F01K25/00GK1181461SQ97119919
公開日1998年5月13日 申請日期1997年10月27日 優先權日1997年10月27日
發明者易元明 申請人:易元明