CN102562198B - 一种新型产生高速气流的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种新型高速气流发生系统，可以利用低品质热源将气体的流速大幅度提高，将自然界存在的流体携带的热能高效率地转化为机械功，其主要是利用一种沸点低于常温的工质从自然界中吸热蒸发，并且强制其在相变状态下定向循环，在高速循环过程中又自行降温将工质内能转换为定向动能，此动能既可以不向外输出，也可以通过与更低沸点流体混合的办法传递给其他流体以供使用方便，此方法可以获得高速气流对外输出做功，也可以利用高速气流进行其他用途。其特征在于该系统是由风管（1），循环管（2），启动与控制系统（3）组成。

Description

一种新型产生高速气流的方法
技术领域
本发明是一种新型高速气流发生装置，可以利用低品质热源将气体的流速大幅度提高。
背景技术
产生高速气流，传统技术是对气体增压然后经过膨胀喷射产生高速气流，此种方法耗能较高，能源浪费较大；并且由于机械的耐压承受力，温度承受力，以及机械重量或尺寸要求等的局限等，产生的气流速度并不很高，可利用价值较低。
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，利用低品质热源，并避开升压过程，将低速气流变成利用价值较高的高速或极高速气流。
本发明的目的还在于通过本发明的新型产生高速气流的方法，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：
本发明的新型产生高速气流的方法，是由气管1，循环管2，启动与控制系统3组成。
其中工质气管1与工质循环管2可以完全重合或部分重合或首尾相接；气管1与循环管2两者均可以采用密闭的或开放的循环管路，启动与控制系统3由制冷机4、循环泵5和换热器6)三者联合或三者中任选一种或两种组成。启动与控制系统3与循环管2连接。
其中气管1是产生高速流体的通道，气管1可以根据不同流速或流量的要求，对管径进行调整。
气管1内工质如因气体速度较高而致温度下降有液体冷凝，气管1可以通过改变形状等方式使液体析出。
循环管2是一种能够满足流体输送的普通管道。
启动与控制系统3中的制冷机4可以根据工质沸点的高低与循环量的大小选择匹配制冷机。
启动与控制系统3中的循环泵5可以根据工质气液相状况与循环量的大小选择匹配循环泵。
启动与控制系统3中的换热器6可以根据工质的蒸发需求量及与换热源温差工况来选择换热器。
新型产生高速气流的方法，可以用于动力驱动、动力发电、气流实验等任何需要气流特别是极高速气流的领域。
本发明中所用的工质可以是普通空气或其组分或者是其他一种或一种以上工质的混合。
本发明的目的可以通过如下措施来达到：
状态准备：气管1内及其进出口两端为较低沸点的气态工质，循环管2内为另一种较高沸点的工质；较高沸点工质流经启动与控制系统。
启动：首先将气管1的外循环进出口关闭，然后启动启动与控制系统3中的循环泵5)与制冷机4)，将循环管内的高沸点工质液化并将液体经循环泵5送到换热器6中吸热并蒸发可从外界环境中吸热并进入气管1中，气态的高沸点工质在气管1中快速流动，经启动与控制系统3后重新进入送入气管1中，如此使高沸点工质在循环管与气管之间快速循环，此时可以调整气管的口径以便增大风速。
 然后慢慢开启气管1的外循环进出口，让外循环的低沸点工质在高沸点工质的带动下，定向循环，因为高沸点工质的质量循环量不变，气态低沸点工质循环的加入会大大加速气管内流体的线速度，通过进一步缩小气管1的通风口径会大大加大气管内的流体速度。    
再通过加大流速和或在气管循环中植入耗能装置如汽轮机等，可以使高沸点工质部分或全部液化，液化的高沸点工质通过在气管1中增设弯道或螺旋等气液分离装置和导流装置将高沸点工质导入循环管2中，然后经过启动与控制系统3吸热后再循环进入气管1。
这样就达到了正常运转状态，在气管1内就形成了速度极高的稳定的高速气流。
通过在气管1的循环中增加动力负载，可以部分减少或者全部免去启动与控制系统3中制冷机4的能耗，实现了效率极高的动力能源系统。
在启动过程中，当制冷机4)的制冷量足够大，其冷凝液体在重力或来自气管的冲力等作用下可以自行循环的时候，循环泵5和吸热器6均可以省略不用或两者任选其一使用；在启动过程中，当循环泵5的循环量足够大，较高沸点的循环工质无需被冷凝也可以将气管1内的流体带动的时候，制冷机4和吸热器6均可以省略不用或两者任选其一使用；在启动的时候，假设有天然气流的存在，那么整个系统无需启动，只需控制换热器4的换热量即可控制较高沸点的工质循环量，循环泵5和制冷机4均可以省略不用或两者任选其一使用；
气管1与循环管2有时在物理结构上可以完全合并为一个管道，但这时管道必须同时具有气管与循环管的双重作用。这可以通过在气管上设计液体导流槽或回流管等方式实现，此时的导流槽或回流管也可以被看做是循环管2；气管1与循环管2首尾相接的情况说明可以参照实施例2和附图1。
本发明公开的新型产生高速气流的方法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.提供了一种能利用低品质热源，尽量避开升压过程，直接将不定向的气体分子的热运动定向化而转化为高速气流的装置。2.可以产生通过增压方法很难达到的极高速气流。3.通过相对简单的装置产生极高的能量气流。
附图1说明
本发明下面将结合附图作进一步说明：
图1是本发明的新型产生高速气流的方法装置原理示意图
图中
1－气管；
2－循环管；
3－启动与控制系统含4、5、6或其中任意组合；
4－启动与控制系统之制冷机；
5－启动与控制系统之循环泵；
6－启动与控制系统之吸热器。
附图2说明
图2是利用本发明的原理所产生的高速气流进行动力驱动的一种原理示意图。
图中
1－气管；
2－循环管；
3－启动与控制系统含4、5、6或其中任意组合；
4－启动与控制系统之制冷机；
5－启动与控制系统之循环泵；
6－启动与控制系统之吸热器；
7－动力消耗装置。
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
本发明的新型产生高速气流的方法，由气管1，循环管2，启动与控制系统3组成，其中气管1充满空气并首尾相连参照附图2，气管1上安装汽轮机，气管1内的气体可以穿越汽轮机做功。循环管内装填的是制冷剂R134a或其他常压沸点低于环境温度的工质,通过启动与控制系统3的强制循环与液化，气管内产生高速气流，高速气流内的R134a或其他常压沸点低于环境温度的工质因为在高速状态下温度较低，导致部分或全部的R134a液化而进入循环管2，而气管内空气因为得到R134a或其他常压沸点低于环境温度的工质的潜热后速度更快，并驱动汽轮机转动而对外输出做功，循环管内的R134a或其他常压沸点低于环境温度的工质可以通过吸热器从自然环境中吸热并蒸发重新进入气管1中进行循环。通过启动控制系统3参数的调整可以使启动与控制系统3中的制冷机4与循环泵5降低工作频率或停止工作，也可以保证整个体系的自动循环并保证吸热与做功过程的自动运行。
实施例2
本发明的新型产生高速气流的方法，由气管1，循环管2，启动与控制系统3组成参照附图1，其中气管1与循环管2可以首尾相互连接组成一个管路通道，即在附图1中将气管1的进口与出口始终封闭，管路通道中只有一种工质，这样也可以通过启动与控制系统3中的制冷机与循环泵使整个循环启动，但这时工质在高速时不一定液化或只有部分液化，这种方式也可以达到实例1的使用效果。
实施例3
本发明的新型产生高速气流的方法，由气管1，循环管2，启动与控制系统3组成参照附图1，其中气管1进口与出口均通向大气相连。循环管内装填的是R124或其他常压沸点低于环境温度的工质，通过启动与控制系统3的强制循环与液化，气管内产生高速气流，高速气流内的R124因为在高速状态下温度较低，导致全部的R124或其他常压沸点低于环境温度的工质液化而进入循环管2，而气管内空气因为得到R124或其他常压沸点低于环境温度的工质的潜热后速度更快，并向大气中排出高速气流，循环管内的R124或其他常压沸点低于环境温度的工质可以通过吸热器从自然环境中吸热并蒸发重新进入气管1中进行循环。

Claims (3)

1.一种产生高速气流的方法，其特征在于采用由气管（1），循环管（2），启动与控制系统（3）组成的装置，气管（1）与循环管（2）两者均为采用密闭的或开放的循环管路，所述启动与控制系统（3）由制冷机（4）、循环泵（5）和换热器（6）三者联合或三者中任选一种或两种组成；所述气管（1）通过缩口变换管径，加大流速或在气管（1）中增设耗能装置使气态工质凝结为液态，再通过增设弯道或螺旋等气液分离装置和导流装置将液态工质导入循环管（2）中，然后经过启动与控制系统（3）吸热后再循环进入气管（1）；
包括如下操作步骤：
①. 在所述装置内填充工质；
②. 启动启动与控制系统（3）；
③. 工质在液态状态下增压后，吸热气化，进入气管（1），产生高速气流。
2.根据权利要求1产生高速气流的方法，其特征在于所述之气管（1）与循环管（2）可以完全重合或部分重合或首尾相接。
3.根据权利要求1的产生高速气流的方法的应用，其特征在于适用于发动机系统及其他使用高速气流的装置。
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