CN1488853A

CN1488853A - 等温相变汽凝焓差动力机

Info

Publication number: CN1488853A
Application number: CNA021311455A
Authority: CN
Inventors: 王作国
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2004-04-14

Abstract

等温相变汽凝焓差动力机涉及到一种依靠工质气液相变特性、利用现有压缩、膨胀机械技术而制造的循环吸收环境水域、大气中热量作功的动力机，主要特征是蒸发器[8]中工质向环境流体以及冷凝器[9]中工质吸热后经多级压缩机[1]压缩再于逆流式热交换器[2]中放热给膨胀机[4]工质，膨胀机[4]工质吸热后作功，乏汽进入冷凝器[9]冷凝。实现了循环吸收环境流体热量作功，除保证供给压缩机[1]耗功外，大部份膨胀机[4]作功作为动力向外输出。可广泛作为机械动力。

Description

等温相变汽凝焓差动力机

技术领域

本发明涉及到一种依据工质的气液相变特性、利用现有压缩、膨胀机械技术而制造的循环吸收环境流体热量作功的动力机。

背景技术

在公知的理论技术里，卡诺定理指出可逆热机循环热效率与工质的性质无关。但现实生活中的热机有利用水作工质的蒸汽机、汽轮机，气体作工质的汽油机、柴油机、燃气轮机、热气机，利用低沸点工质的海水温差发电等生产现象。因其工质标准沸点、汽化(凝结)热、比热等特性各不相同，若将以上热机更换，其热效率将大受影响，甚至无法运转。生产现象中热泵每耗1千瓦小时电所得热量，是一般情况下(例如，电流通过电阻)消耗2～4千瓦小时电才能得到的热量，制冷机可将所耗功几倍以上的热能从低温冷源转移到高温环境。制冷机、热泵依靠施加外压强的大小改变了工质的沸点，并利用了工质相变时汽化热量大、压缩凝结耗功小这一特性。研究比较标准沸点相近的多种液体发现，有的液体的相变汽化(凝结)热量是另种液体的几倍、甚至近十倍，而比热却差不多、甚至更小。蒸汽(轮)机是重要的热机之一，设高温热源T₁、低温热源T₂、吸热量Q₁、放热量Q₂、质量m、作功W＝Q₁-Q₂，则其循环热效率

η = \frac{W}{Q_{1}} = \frac{Q_{1} - Q_{2}}{Q_{1}}

因其工质涉及汽液相变，现设工质比热c不随温度改变、汽化热Q₃、凝结热Q₄＝Q₂、Q₁＝mc(T₁-T₂)+Q₃，从而推出饱和汽轮机

η = \frac{Q_{1} - Q_{2}}{Q_{1}} = \frac{mc (T_{1} - T_{2}) + Q_{3} - Q_{4}}{mc (T_{1} - T_{2}) + Q_{3}}

由于在相同的热学状态下，同种气体的汽化热等于凝结热，从而再次推论出：工质的汽化(凝结)热越小、热效率越高，比热越大、热效率越高，高低温热源温差越大、热效率越高；若为压缩制冷机、热泵，则为汽化(凝结)热越大、耗功越小，比热越小、耗功越小，高低温热源温差越小、耗功越小。环境中水域、大气贮备的内能可以说是取之不尽的，利用其贮备能量作功的称为第二类永动机。长期实践证明、热力学第二定律指出(效率等于100％的)第二类永动机是不可能造成的。

发明内容

本发明之目的在于向社会提供一种依靠工质相变特性而吸收环境中水域、大气等流体所含热量作功的动力机。

为了完成上述发明任务；本发明在设计时采用了如下方案：首先由封闭结构的多级蒸汽压缩机[1]、饱和蒸汽膨胀(汽轮)机[4]构成等温相变汽凝焓差动力机的主要设备；压缩机[1]采用相变汽化(凝结)热大、比热小的纯净工质，膨胀机[4]采用相变汽化(凝结)热小、比热大的纯净工质，两种工质的标准沸点接近。其次是压缩机[1]设备主要由多级旋转式压缩机[1]、逆流式热交换器[2]、抽液泵[10]、蒸发器[8]、汽液分离器[5]部件构成；膨胀机[4]设备主要由汽轮机[4]、冷凝器[9]、抽液泵[6]、逆流式热交换器[2]、汽液分离器[3]、定压阀部件构成，而且压缩机[1]、膨胀机[4]共转轴[7]运转。再其次是压缩机[1]的蒸发器[8]大部份外表面积、汽液分离器[5]外表面要与环境流体进行充分的传热，蒸发器[8]另外少部份表面积与膨胀机[4]的冷凝器[9]，在与外界绝热的前提下进行充分的热交换，抽液泵[6]、[10]与外界热接触，压缩机[1]、膨胀机[4]及其余部件则与外界绝热；逆流式热交换器[2]中压缩机[1]高温工质与膨胀机[4]低温工质互为逆流地进行充分的热交换。在等温相变汽凝焓差动力机的压缩机[1]、膨胀机[4]共转轴[7]旋转时，在压缩机[1]中：压缩机[1]的旋转抽走蒸发器[8]中已蒸发的汽体，形成蒸发器[8]的真空，蒸发器[8]中纯净液体工质因降压而沸点降低后吸收环境流体热量或与冷凝器[9]中乏汽热量后汽化，低温(环境温度)、低压(低于大气压)蒸汽流经汽液分离器[5]时，所含微小液滴被分离出来，这部份液滴再度吸热汽化后随大量饱和低温低压蒸汽进入压缩机[1]，经多级压缩机[1]的压缩，逐步体积减少、压力升高、温度升高焓增加，然后高温高压蒸汽进入逆流式热交换器[2]，向膨胀机[4]低温液体工质放热凝结后再经抽液泵[10]进入蒸发器[8]进行下一个循环。在膨胀(汽轮)机{4}中：逆流式热交换器[2]中的纯净液体工质吸收压缩机[1]中工质放热凝结的热量后经定压阀的控制，以及经汽液分离器[3]的分离，高温、高压的饱和蒸汽和汽液分离器[3]分离的微小液滴再度吸热汽化的饱和蒸汽进入膨胀机[4]中作功，乏汽进入冷凝器[9]向压缩机[1]的蒸发器[8]放热后冷凝，然后经抽液泵[6]进入逆流式热交换器[2]进行下一个循环。如此循环运转，膨胀机[4]的作功除保证供给压缩机[1]耗功外，剩余作功作为动力向外输出。

含有上述设计方案的本发明在循环运转时，利用压缩机[1]、膨胀机[4]中各自工质比热的差别、等温相变时汽化(凝结)热及焓的悬殊差别而从环境水域、大气等流体中吸热、作功。其中压缩机[1]从环境所吸收热量经多次循环，做到了百分之百的利用率，它还起到了抽汽机作用。

附图说明

图1是本发明的循环系统示意图。

它表示等温相变汽凝焓差动力机主要设备、部件之间的相互连接形式及相关位置。

具体实施方式

本发明的实施例是：将多级叶轮式压缩机[1]与汽轮机[4]共一转轴[7]连接、固定，蒸发器[8]与冷凝器[9]热接触部位、面积应保证冷凝器[9]中乏汽充分放热给蒸发器[8]后的冷凝，逆流式热交换器[2]压缩机[1]工质与汽轮机[4]工质的流动换热方向相反，汽轮机[4]的汽液分离器[3]也安置于逆流式热交换器[2]中，将压缩机[1]、逆流式热交换器[2]、抽液泵[10]、蒸发器[8]、汽液分离器[5]按顺序用管道封闭式焊连，汽轮机[4]、冷凝器[9]、抽液泵[6]、逆流式热交换器[2]、汽液分离器[3]按顺序亦用管道封闭式焊连，焊连、封闭结束前排净所有循环系统中空气后将纯净水、几倍水质量的乙醚液体分别置于压缩机[1]的蒸发器[8]、汽轮机[4]相关的逆流式热交换器[2]中，然后将压缩机[1]、汽轮机[4]、逆流式热交换器[2]外表面，以及冷凝器[9]与外界接触表面上覆盖绝热层。本发明在运转时，压缩机[1]的运转、抽吸造成蒸发器[8]中水的降压，工质水吸收环境流体中热量以及冷凝器[9]放热量后汽化，低温低压水蒸汽流过汽液分离器[5]，再经压缩机[1]的多级压缩成高温高压水蒸汽，然后于逆流式热交换器[2]中放热给乙醚后凝结，最后经抽液泵[10]进入蒸发器[8]进行下一循环。逆流式热交换器[2]中乙醚吸热流经汽液分离器[3]、定压阀后成为高温高压乙醚蒸汽，再流经汽轮机[4]作功后乏汽进入冷凝器[9]，放热给蒸发器[8]后冷凝，然后经抽液泵[6]进入逆流式热交换器[2]后进行下一循环。由于乙醚蒸汽所作功多倍于压缩水蒸汽所耗功，从而造成吸热、作功的不断循环，除保证供给压缩机[1]耗功外，另有大部份所作功作为动力不断向外输出。

Claims

1、一种等温相变汽凝焓差动力机，其中包括多级压缩机[1]、膨胀(汽轮)机[4]、转轴[7]、汽液分离器[3][5]、蒸发器[8]、冷凝器[9]、抽液泵[6][10]，压缩机[1]、膨胀(汽轮)机[4]、逆流式热交换器[2]覆盖绝热层，其特征是，封闭式循环的两种工质互为等温相变时焓差大的工质、这两种循环工质在逆流式热交换器[2]中进行热交换、在冷凝器[9]中工质只放热与蒸发器[8]工质，蒸发器[8]工质主要还吸收外界环境液体热量。