CN102102550B - 一种新型温差发动机装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种新型温差发动机装置，属于将热能转化为机械功的装置，其特征在于该装置是由低沸点工质汽轮机(1)，吸热器(2)，保温式低温逆流换热器(3)，循环泵(4)，制冷系统(5)相互连接、组合而成的密闭的循环系统，系统中充满低沸点工质流体；提供了一种能在热能转化为机械功的过程中，尽量避开升压过程，直接将分子的热运动的能量转换为机械功的发动机装置。能够将自然界存在的流体携带的热能高效率地转化为机械功。适用于自然界具备热源流体环境的任何空间。
Description
技术领域
本发明是一种新型温差发动机装置，属于将热能转化为机械功的装置。
背景技术
将热能转化为机械功，是人类利用能源最主要的方式。传统的转化方式是首先将热能转化为压力势能，然后再对外做功，这样会形成能量损失，还会额外消耗化石能源。
发明内容
本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种能在热能转化为机械功的过程中，尽量避开升压过程，直接将分子的热运动的能量转换为机械功的发动机装置。
本发明的目的还在于通过本发明的新型发动机装置，将自然界存在的流体携带的热能高效率地转化为机械功。
本发明的目的可以通过如下措施来达到：
本发明的新型温差发动机装置，是由低沸点工质汽轮机1，吸热器2，保温式低温逆流换热器3，循环泵4，制冷系统5相互连接、组合而成的密闭的循环系统，系统中充满低沸点工质流体；其中：
a.低沸点工质汽轮机1与吸热器2构成低密度的工质吸热做功系统，循环泵4与制冷系统5构成高密度工质制冷循环系统。通过保温式低温逆流换热器3实现流体间的横向热传递；
b.保温式低温逆流换热器3分为高温端A与低温端B，在换热器内，换热器壁间纵向通过隔热层隔热，流体的温度从高温端向低温端纵向缓慢渐变，而且，流体通过换热壁横向之间相互换热；
c.低沸点工质离开吸热做功系统以后，流入保温式低温逆流换热器3，从高温端A流向低温端B时，由气态变为液态或者高密度态；流经制冷循环系统，再从低温端B流向高温端A时，由液态或者高密度态变为气态；二者在保温式低温逆流换热器3中逆流换热；
d.吸热器2可装在低沸点工质汽轮机1之前或之后，用以补偿低沸点工质汽轮机1对外做功能量输出后体系的热能消耗，维持系统能量平衡。
低沸点工质汽轮机1是向外输出机械能的装置。通过吸热器2吸收外部热量。保温式低温逆流换热器3的主要功能之一是尽量阻断流向低温区B的工质将热量带进低温区B，确保低温区工质处于液态或者高密度状态，降低冷冻循环系统的负荷。循环泵4的主要功能是确保工质能在系统中按照设计的方向循环，因为系统压差很小，工质在液态时流速较低，所以功耗很小。制冷系统5主要功能是将由流体带入的热量、因隔热不彻底而导入的热量及因循环泵4做功而产生的热量带走，确保工质的低温恒定。
保温式低温逆流换热器3将系统分割成制冷循环的低温部分与吸热做功的高温部分，无论是低温部分还是高温部分，其温度都比为吸热器2提供热量的外部流体的温度低。高密度流体工质制冷循环系统，其低温环境由制冷系统及保温层来维持；高温部分由低沸点工质汽轮机1与吸热器2组成，由吸热器2从外部流体吸收热量，供低沸点工质汽轮机1做功：低沸点工质汽轮机1做功后，再由吸热器2从外部流体中吸热，以补偿系统热量消耗，维持系统能量平衡。
本发明的目的还可以通过如下措施来达到：
本发明的新型温差发动机装置，
所述之保温式低温逆流换热器3是从板式换热器、管式换热器、翅片式换热器中选择出来的一种或其任意两种以上组合。
本发明的新型温差发动机装置，所述之保温式低温逆流换热器3沿流体方向由多级组成，级与级之间加隔热垫层。以防热量通过换热器壁沿流体方向低温区传热；进入与流出(逆流)流体横向间通过换热器壁相互换热。
本发明的温差发动机装置，所述之吸热器2与低沸点工质汽轮机1可由多组连续循环串联装配而成。其串连的越多，对外输出的机械能也越多，但并不增加低温部分中制冷系统5与循环泵4的负担。
本发明的温差发动机装置，所述保温式低温逆流换热器3可以省去不用。在采用多组吸热器2与低沸点工质汽轮机1进行串联的情况下，由于机械输出功较多，本发明中的保温式低温逆流换热器3也可以省去不用，其保持低温条件的任务可以完全由制冷系统5承担。制冷系统5及循环泵4所消耗的能源将小于多个汽轮机1的输出能源总和。
本发明的新型温差发动机装置，驱动所述低沸点工质汽轮机1转动的工质气流的流速可通过汽轮机入口管径变化进行调节。以适应各种不同需求的发动机的技术条件。
本发明的新型温差发动机装置，适用于自然界具备热源流体环境的任何空间。包括空气热源和水体热源。
本发明的新型温差发动机装置适用于汽车、轮船、飞机的发动机以及热发电系统的发动机。
本发明公开的温差发动机装置及其应用的技术方案，相比现有技术具有突出的实质性特点和显著的技术进步：
1.提供了一种能在热能转化为机械功的过程中，尽量避开升压过程，直接将分子的热运动的能量转换为机械功的发动机装置。
2.能够将自然界存在的流体携带的热能高效率地转化为机械功。
3.提供了一种不受自然环境温度与光照限制的发动机装置。
附图说明
本发明下面将结合附图作进一步说明：
图1是本发明的温差发动机装置原理示意图
图中
1-低沸点工质汽轮发动机
2-吸热器
3-保温式低温逆流换热器
4-循环泵
5-制冷系统。
具体实施方式
本发明下面将结合实施例作进一步详述：
实施例1
一种本发明的新型温差发动机装置，
是由低沸点工质汽轮机1，吸热器2，保温式低温逆流换热器3，循环泵4，制冷系统5相互连接、组合而成的密闭的循环系统，系统中充满低沸点工质流体；其中：
a.低沸点工质汽轮机1与吸热器2构成低密度的工质吸热做功系统，循环泵4与制冷系统5构成高密度工质制冷循环系统。通过保温式低温逆流换热器3实现流体间的横向热传递；
b.保温式低温逆流换热器3分为高温端A与低温端B，在换热器内，换热器壁间纵向通过隔热层隔热，流体的温度从高温端向低温端纵向缓慢渐变，而且，流体通过换热壁横向之间相互换热；
c.低沸点工质离开吸热做功系统以后，流入保温式低温逆流换热器3，从高温端A流向低温端B时，由气态变为液态或者高密度态(液化)；流经制冷循环系统，再从低温端B流向高温端A时，由液态或者高密度态变为气态(蒸发)；二者在保温式低温逆流换热器3中逆流换热；
d.吸热器2可装在低沸点工质汽轮机1之前或之后，用以补偿低沸点工质汽轮机1对外做功能量输出后体系的热能消耗，维持系统能量平衡。
所述之保温式低温逆流换热器3是翅片式换热器。
所述之保温式低温逆流换热器3沿流体方向由多级组成，级与级之间加隔热垫层。
所述之吸热器2与低沸点工质汽轮机1由多组连续循环串联装配。
用于热量吸收、传递及将热能转换为机械能的工质是制冷工质R22。
该发动机装置，适用于汽车、轮船、飞机的发动机以及发电系统的发动机。
Claims (5)
1.一种新型温差发动机装置，其特征在于，该装置避开升压过程，直接将分子的热运动的能量转换为机械功，该装置是由低沸点工质汽轮机(1)、吸热器(2)、保温式低温逆流换热器(3)、循环泵(4)、制冷系统(5)相互连接、组合而成的密闭的循环系统，系统中充满低沸点工质流体；其中：
a.低沸点工质汽轮机(1)与吸热器(2)构成低密度工质吸热做功系统，循环泵(4)与制冷系统(5)构成高密度工质制冷循环系统，通过保温式低温逆流换热器(3)实现流体间的横向热传递；
b.保温式低温逆流换热器(3)分为高温端A与低温端B，在换热器内，换热器壁间纵向通过隔热层隔热，流体的温度从高温端向低温端纵向缓慢渐变，而且，流体通过换热壁横向之间相互换热；
c.低沸点工质离开吸热做功系统以后，流入保温式低温逆流换热器(3)，从高温端A流向低温端B时，由气态变为高密度态；流经制冷循环系统，再从低温端B流向高温端A时，由高密度态变为气态；二者在保温式低温逆流换热器(3)中逆流换热，从而尽量阻断流向低温端B的工质将热量带进低温端B，确保工质在低温端B处于高密度态，降低制冷循环系统的负荷；
d.制冷系统(5)具有将由因隔热不彻底而由低沸点工质带入低温端B的热量以及因循环泵(4)做功而产生的热量带走以确保工质的低温恒定的功能；
e.吸热器(2)装在低沸点工质汽轮机(1)之前或之后，用以补偿低沸点工质汽轮机(1)对外做功能量输出后体系的热能消耗，维持系统能量平衡。
2.按照权利要求1的新型温差发动机装置，其特征在于所述之保温式低温逆流换热器(3)是从板式换热器、管式换热器、翅片式换热器中选择出来的一种或其任意两种以上组合。
3.根据权利要求1的新型温差发动机装置，其特征在于所述之保温式低温逆流换热器(3)沿流体方向由多级组成，级与级之间加隔热垫层。
4.根据权利要求1的新型温差发动机装置，其特征在于所述之吸热器(2)与低沸点工质汽轮机(1)由多组连续循环串联装配而成。
5.根据权利要求1的新型温差发动机装置，其特征在于驱动所述低沸点工质汽轮机(1)转动的工质气流的流速通过汽轮机入口管径变化进行调节。
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