CN1035708A - 高效低温发动机 - Google Patents

Abstract

高效低温发动机是直接和间接利用大气和水中热能及低温余热取得动力与制冷和清洁空气以及制取淡水的多重效果的装置。

Description

本发明是一种在低温下获得较高效率的发动机的流程设计。

目前使用的发动机甚多，但耗能均很大，也不能综合利用。现有的低温发电需要较大温差，需在一定条件下才能实现。

本发明的目的就是设计出一种可直接或用制冷方式利用大气及水中能量以及各种余热，可同时提供动力、制冷及净化空气、制取淡水等多种用途的低温发动机。

下面结合附图说明本发明的设计：

高效低温发动机流程Ⅰ：

图1是高效低温发动机流程Ⅰ的示意图，其中数字1，2，3，4，5，6分别标记六个工质状态点。

下面结合图1详细说明高效低温发动机的流程Ⅰ，我们用Ti，Pi，hi分别表示工质在第i个工质状态点上的温度、压强、焓值〈i＝1，2，3，4，5，6〉。〈下同〉。

温度为T₁压强为P₁焓值为h₁的湿空气，经除尘器〈A〉后进入压气机〈B〉压缩至温度T₂，压强为P₂。由于经过压气机的内冷，T₂较低，P₂又超过水的临界压，因此大部分水蒸汽液化并放热，在液气分离器〈C〉中被分离，此时干空气焓值为h₂。干空气再经过加热器〈D〉升温至T₃，压强为P₃＝P₂，焓值提高至h₃。

较高温度，压强及焓值的干空气再经过气轮机〈E〉对外作功，温度、压强、焓值降至T₄·P₄·h₄·再经喷射器〈F〉与水蒸汽混合变成温度、压强、焓值为T₅·P₅·h₅的湿空气供制冷用。由于喷射器〈F〉及〈G〉降温降压的作用使T₄＜T₁、P₄＜P₁，但经〈F〉与水蒸汽混合后温度T₅＜T₁，而压强P₅由于是流体正压强可略高于大气压P₁。液气分离器〈C〉中的高压水经高压水轮机〈H〉降压至P₆，由微孔喷嘴〈G〉喷出、汽化。将气轮机末级T₄·P₄降低。与气轮机中空气混合排出供制冷用。

高效低温发动机流程Ⅱ。

图2是高效低温发动机流程Ⅱ的示意图。

下面结合图2详细说明高效低温发动机流程Ⅱ。

过滤后的温度为T₁压强为P₁焓值为h₁的湿空气经压气机〈B〉压缩后至温度T₂，压强P₂，经液汽分离室〈C〉后焓值h₂。再在加热器〈D〉中经制冷机〈M〉的冷凝器〈N〉加热至温度T₃，压强P₃＝P₂，焓值h₃。又另再加热或不再加热通过气轮机〈E〉对外作功，温度、压强、焓值降至T₄·P₄·h₄。由于制冷机〈M〉的蒸发器〈F〉的制冷，T₄·h₄较低。P₄要略高于大气压P₁以便排出供制冷用。

液化分离器〈C〉中的水经水轮机〈H〉降温、降压排出供使用。也可按流程Ⅰ方式降低压强P₄，提高气轮机效率，制冷机〈M〉也可向外吸热，如附设从水或大气中吸热的蒸发器〈L〉。

高效低温发动机流程Ⅲ

图3是高效低温发动机流程Ⅲ的示意图。①，②，③，④，⑤，⑥，⑦分别标记与外界进行热交换的流体通道，其它标记同上。

下面结合图3详细说明高效低温发动机流程Ⅲ。

该流程利用低沸点工质进行朗肯循环。如工质可为空气，二氧化碳，氨，乙稀，氟利昂等。

温度T₁，压强P₁的汽态工质经压气机〈A〉压缩至温度T₂，压强P₂，经凝汽室〈B〉由制冷机的蒸发器〈F〉降温液化成温度为T₃，压强为P₃＝P₂的液体，经高压泵〈C〉压缩泵入低温锅炉〈D〉加热汽化至温度T₄＜0℃＜T＜20℃〉，压强P₄。继续由中温锅炉〈E〉加热至温度T₅，压强P₅＝P₄。再由高温锅炉〈H〉加热至温度T₆，压强P₆＝P₄，驱动气轮机〈G〉，放热降压至温度T₁，压强P₁。

低温锅炉〈D〉是内贮低冰点液体如氯化钙溶液、氯化钠溶液等，其冰点小于T₃。常温空气由①入口，由②降温流出冷气。常温空气经充水的空气加热器〈K〉吸收制冷机〈M〉冷凝器〈N〉的热量后入中温锅炉〈E〉将工质加温，其中水蒸汽放热液化成水从⑥流出供使用，气体由⑤流出。较高温度的 或水或其它高温液由⑦进入高温锅炉〈H〉加热工质后降温进入中温锅炉进一步放热、液化。从⑤，⑥排出。

例子

试利用现有型号CV-240/30的空气压缩机，环境温度T＝27℃，湿度75%。计算高效低温发动机在下列情况的输出有效功率和效率η：

η＝输出功/人工输入热功

利用流程Ⅱ及文献[2]P303，例8-6，制冷。

解：

由[1]查得CV-240/30空压机每秒约将2立方米的空气压缩至30atm，耗功率60kw。

由[2]中P303例8-6，制冷机为M。设书中为每秒数值：

人工输入能量率：

压缩轴N^′ _压≈84.7kcal/s≈355kw

输出能量率：

冷凝器N_冷≈360.5kcal/s≈1509kw

因冷凝器最高温为341°K，所以Ⅱ型发动机中，T₃可设为338°K，M的蒸发器L吸热接近N放热，T₄可设为250°K因此，h₃≈338kJ/kg，h₄≈250kJ/kg。气轮机功率：

N_气≈m〈h₃-h₄〉η_气≈2.36×88×0.55≈114kw

制冷机M冷凝器放热率为：

N_冷凝≈N^′ _气≈m〈h₃-h₄〉≈208kw。

因此，冷压缩功率按比例为：

N_冷压≈355×208/1509≈49kw

查表可得每秒液化水量约m≈42g，放热Q≈22.5kcal

提供功率N_水≈94kw，实际是会提高h₃的，即使将其忽略，输出有效功率也有：

N_总≈N_气≈114kw

输入总功率N_入≈N_压+N_冷压≈60+49＝109kw

因此    η≈114/109≈105%

这说明，没有人工输入能量，高效低温发动机流程构成的系统可以用空气中的能量不断提供动力。

参考文献

[1]电力工业部成套设备公司《电力工业常用设备手册》第二分册修订版。电工出版社。1982。

[2]张连科等《化工热力学》化工出版社。1980。

Claims (3)

1、高效低温发动机由压气机、气轮机及其它热交换装置组成，其主要技术特征在于有利用蒸汽液化能的液气分离器[流程I的<c>、Ⅱ的<c>、Ⅲ的<E>]，直接利用常温大气热能的装置[流程I的<C>，Ⅱ的<C>，Ⅲ的<E>、<D>、<K>]；间接利用大气和水中热能的制冷机[流程Ⅱ的<M>，Ⅲ的<M>]以及利用制冷将气轮机末端降温、降压的装置[流程I的<H>、<F>，Ⅱ的<M>、<H>、<F>，Ⅲ的<M>、<F>]。

2、根据权利要求1，有一利用制冷机冷凝器〈N〉热量的热交换器[流程Ⅱ的〈D〉，Ⅲ的〈K〉]。

3、根据权利要求1，有直接利用大气及海水中热能的初步将工质加热至0℃以上的专用低温锅炉[流程Ⅲ的〈D〉]，其中有冰点低于工质液化温度T₃的液体。

Images