CN104879943A - 工质热机热水器 - Google Patents

Abstract

一种工质热机热水器，属于热交换技术领域。本发明的目的是不采用压缩机，通过工质（制冷剂）的汽化方式，循环作功后产生热能的工质热机热水器。本发明的低温工作一号缸和低温工作二号缸的上端均与高温发生器通过管路相通，高温发生器通过管路与转子马达的进气口连接，在高温发生器内部有副发热电器件和主发热电器件，主发热电器件连接在中间继电器和时间继电器上，中间继电器分别连接一号缸常闭式电磁阀和二号缸常闭式电磁阀，副发热电器件与转子马达电连接，在转子马达内部安装有偏心转子，转子马达的马达出气口与热水器内部的一号热交换器连通，四通阀还分别与二号热交换器出液口、三号热交换器进气口、一号缸常闭式电磁阀和二号缸常闭式电磁阀的进液口连通。本发明争取能源的利用率最大化，实现真正意义上的高能效利用，可应用于发电、驱动等各种领域。

Description

工质热机热水器

技术领域

本发明属于热交换技术领域。

背景技术

目前无论制冷还是制热设备，基本上是以压缩机或者循环泵类进行作功循环，此种方式基本已经比较成熟。热交换类型的热水器种类繁多，但基本除了一些大型的比如电厂等等大型企业被应用到实际的采暖等用途，而比较繁多种类的中小型热交换装置、设备等虽然理论能够达到理想的想过，但由于种种原因不能被现实社会所被接收，因此也就停留在理论阶段，其最直接的原因就是使用成本问题，由于小型的换热设备都是采用一次能源，为了保持长时间的热交换，就必需持续消耗能源，否则就不会产生热源，及使大型电厂的余热也会存在这个问题，如果电厂停炉，则就不会供热，所以无论大型还是中小型换热设备是需要持续消耗能源来完成热交换工作的。

发明内容

本发明的目的是不采用压缩机，通过工质（制冷剂）的汽化方式，循环作功后产生热能的工质热机热水器。

本发明的低温工作一号缸和低温工作二号缸的上端均与高温发生器通过管路相通，在低温工作一号缸的管路上安装有一号缸常闭式电磁阀，低温工作二号缸的管路上安装有二号缸常闭式电磁阀，高温发生器通过管路与转子马达的进气口连接，并且在高温发生器的出气口安装有单向阀，在高温发生器内部有副发热电器件和主发热电器件，主发热电器件连接在工作电源上，中间继电器和时间继电器连接在工作电源上，时间继电器连接在中间继电器上，中间继电器分别连接一号缸和二号缸，副发热电器件与转子马达所带动的发电机连接，在转子马达内部安装有偏心转子，转子马达的马达出气口与热水器内部的一号热交换器连通，一号热交换器另一端与四通阀连通；四通阀通过管路与一号缸和二号缸下端连接，连接入口分别安装有单向阀，热水器内部的二号热交换器的出液口与四通阀连通，二号热交换器与蒸发器连通，蒸发器出口通过膨胀阀与四通阀连通。

本发明关键在于工质（制冷剂）的汽化方式，循环作功后产生热能，以及液体的回流方式，不但去掉了压缩机，同时完成一个热机产生输出功率，对此部分动力输出合理运用，争取能源的利用率最大化，实现真正意义上的高能效利用，可应用于发电、驱动等各种领域。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

具体实施方式

本发明低温工作一号缸13和低温工作二号缸10的上端均与高温发生器7通过管路相通，在低温工作一号缸13的管路上安装有一号缸常闭式电磁阀8，低温工作二号缸10的管路上安装有二号缸常闭式电磁阀9，高温发生器7通过管路与转子马达1的进气口4连接，并且在高温发生器7的出气口安装有单向阀，在高温发生器7内部有副发热电器件5和主发热电器件6，主发热电器件6连接在工作电源上，中间继电器11和时间继电器12连接在工作电源上，时间继电器12连接在中间继电器11上，中间继电器11分别连接一号缸13和二号缸10，副发热电器件5与转子马达1所带动的发电机连接，在转子马达1内部安装有偏心转子2，转子马达1的马达出气口3与热水器18内部的一号热交换器19连通，一号热交换器19另一端与四通阀15连通；四通阀15通过管路与一号缸13和二号缸10下端连接，连接入口分别安装有单向阀，热水器18内部的二号热交换器17的出液口与四通阀15连通，二号热交换器17与蒸发器14连通，蒸发器14出口通过膨胀阀16与四通阀15连通。

以下结合附图对本发明做进一步详细的描述：

在有温差的条件下，低温端的固定容积的容器内的制冷剂，会积极的通过管路吸取热源区内的热能进行热反应，形成高温高压气体，液体制冷剂在这个相变的过程中产生大量的气体体积，这个体积在以固定容积容器为载体的情况下，形成单向的作用力，致使高温高压气体被迫的穿过热源区，到达释放压力的出口，在穿过热源区的过程中会继续吸收热源使温度与压力增加，这个状态会根据热源温度的高度而变化，

根据上面所诉原理；本发明设计为使用两个以上的固定容积的容器为低温端载体，定义为低温工作缸，以轮流工作的方式来解决整个工作系的循环作功过程，本发明的工质热机的工作原理；是以低温缸直接与高温发生器对接，进行热反应的方式方法，在电器元件系统的辅助下，顺序开关多个低温缸轮流释放制冷剂，以轮流释放，轮流补充为基础，利用工质制冷剂的特异性，使用热源把液体膨胀为气体体积，在固定容器的单向作用力下，利用气体体积的变化推动工质热机旋转产生机器能，以气体体积在热交换器（冷凝器）进行释放热能还原为液体体积，在轮流补充回流到低温工作缸，由此产生热能量，同时产生额外的热机（转子马达）功率，马达产生的功率可以带动发电机发电，可以直接应用于驱动或者带动所需工作件，其中电子辅助系统为少量的电子元件与电磁阀组成，争取热能转换机器能的效率最大化。

本发明的目的是提供一种反复利用一种能源的液态和气态两种形态的变化进行热交换，同时产生机器能，机器能转化电能，并参与制热以增加能效比的热水器。

本发明的机械连接部分；低温缸上端与高温发生器连接，设置有电磁阀，由电子元件控制轮流打开，高温发生器出气口与转子马达想通，马达出口与冷凝器相通，低温缸下端与冷凝器回液管相通，设置有单向阀，

电子控制部分；由时间继电器设定固定导通与断流的时间，与中间继电器连接，控制时间继电器有时间规律性的反复闭合，控制着低温缸的电磁阀轮流打开，本发明的高温发生器设计有发热棒，高频电磁感应发热类的，可使用电源直接产生热量的电器。

本发明低温缸至少为两个以上轮流工作。

本发明的转子马达为分隔独立的多个滚动转子，每个转子有独立工作室，相互之间不连通，既可被气体推动旋转，也可在旋转的过程中使用其它独立的工作室抽取液体或者气体进行压缩循环，偏心转子式马达可为多缸，错开相位，使马达的旋转作功平稳，根据需要马达可以为任何形式的。

本发明的转子马达带动发电机进行发电，所发出电源接入高温发生器的发热棒类电器，参与作功，从而增加能效比，以达到本发明的目的。

本发明在于低温缸轮流与高温发生器连通，轮流释放制冷剂在高温发生器内部吸热汽化，产生高温高压气体，推动与高温发生器连接的转子马达旋转产生输出功率，冷凝器在热水器内部放热产生热水的同时制冷剂被液化，或者如空调冷凝器被强制散热取暖，液化的制冷剂在持续压力的推动下，回流给低温缸液态制冷剂的作用，回流进低温缸的工质在轮流打开关闭与高温发生器催化，完成整个作功循环。根据上述情况；整个加热制冷剂作功过程中，电力或者热力所产生的热能没有产生损耗，都被直接释放到了热水器的本体里面，也就是说；比如一千瓦的电力加热器，在高温发生器加热制冷剂的时候所耗费的一千瓦热能源，在推动气动马达的时候没有消耗热能，即便热能作用在气动马达的本体上一些，也会被设计的热回收到热水器里面。

所以在循环工作中直接的，间接的，都作用于加热了水，没有产生损耗，但是这一千瓦的能耗在不丢失自身热量释放的同时，间接的带动了气动转子马达，使转子马达旋转，带动发电机发电，产生了额外能源，所发电能在回接到电力加热系统中，或者作用于其它工作。

如；某品牌气动马达型风炮，当输入气压在0.8mpa时约85公斤扭力即850牛.米，当输入气压提升到1.2mpa的时候，最大扭力会达到130公斤即1300牛.米，风炮的扭力是和气压成正比例的。

如；制冷剂R-410A，温度在70.2度时候，压力为4.79mpa，所产生气体体积0.00183kg/m3，仅仅根据上述数据，就可以反映出本发明的作功方式很完美。

根据上面所诉；本发明用了特殊的工作方式，利用了制冷剂的特异性。在加热制冷剂释放热能的同时，产生了额外的动力辅助于制热或者应用于其它，这也就是本发明的意义所在。

本发明提供的原理图，仅以原理图表达本发明的工作原理以及部件设计等，非生产应用图。

本发明的作功方式有几个方案；

热机热水器方案1，

所诉本发明转子气动马达部分可以根据需要选用匹配各种形式的马达，如；斯特林、转子式气动马达、活塞往复式气动马达、气缸类马达。

所诉本发明为封闭的朗肯循环系统，所注入的制冷剂不能为饱和状态，须与所设计的工作系统容量大小来决定制冷剂的量，也就是必须留出工作系统作功时所需要的体积空间，与低温工作缸交替循环体积成比例。

根据原理图1所诉；

根据原理图所诉；打开热水器电源工作时，电源直接给主发热电器件，在高温发生器内部的发热电器件产生热量，致使高温发生器内部产生高温，同时时间继电器开始开始工作，电源进入时间继电器，时间继电器的通断电的时间选配，要根据设备实际工作量，在这里只做功能上面的解释，如设计选配为通电时间为1分钟，1分钟后断电1分钟，在继续导通1分钟，如此不停的反复工作。

时间继电器导通电源给中间继电器，中间继电器吸合导通电源给1缸电磁阀,电磁阀打开，同时中间继电器断开2缸电磁阀的电源，只让1缸电磁阀打开，电磁阀打开时，1缸通过连接管与高温发生器连通，低温1缸内制冷剂接触到高温发生器时迅速吸收热能并且汽化，汽化的制冷剂压力与体积急剧上升，由于时间继电器设计为1分钟后停止工作，所以电磁阀一直保持1分钟打开时间，在这1分钟里，1缸保持与高温发生器的连通，持续进行制冷剂的热吸收反应产生高温气体体积，高温汽体在低温缸容积固定的条件下被迫顶开单向阀，冲出高温发生器，由马达入口进入马达，推动马达的偏心滚动转子，滚动旋转作功。

1分钟结束后，时间继电器停止供电1分钟，此时失去电源的中间继电器停止吸合，断开了与1缸电磁阀的电源，1缸停止工作，此时中间继电器回到初始位置，导通了2缸电磁阀,2缸开始导通与高温发生器连接，继续与1缸同样方式的作功，来衔接系统的工作，如此反复循环工作。

当高温高压气体推动马达旋转作功后，由马达出口进入热水器内部的热交换器，（也就是冷凝器）， 热交换器在热水器内部与水进行热交换，放出热量降温，进行液化，变回液体的体积，液化后的制冷剂通过四通阀，（方案1中四通阀为直接连接热交换器与低温缸），液体制冷剂被持续推动下，顶开单向阀或者，进入停止工作的低温工作缸，由于低温工作缸处在低温区，由于制冷剂的特异性，在断开热反应后，缸内残余气体制冷剂迅速冷凝回液体体积，压力自然平衡到低温端压力状态，形成残余的液体，符合了液体制冷剂回流的条件，如果某个缸正在工作，则内部压力是这个系统中的最高值，所以回流的液态制冷剂，在上端压力的推动下，只能顶动处于闲置状态的低温工作缸单向阀，进入此缸中，同时也完成了回流补充，周而复始，由此也就完成了这个系统的循环作功，这个作功让马达产生了动力，完成了本发明的中心思想。

由于工作系统不停的循环作功，转子马达就不停的旋转输出动力，带动了发电机，发电机发电，所发电能进入高温发生器内部的副发热电器件产生热能，这个热能就是额外的功率，由此也就增加了热水器的能效。发出多少瓦电就是增加多少能效，完成了本发明的中心思想。

本发明的优点在于；相比使用压缩机等等的大功率设备相比耗能极低，没有压缩机工作的声音，也不会产生液击，高温反应器可以很容易做到制冷剂的高温高压气化过程，产生功率回补增加能效比。

本发明可以制造成小型，单一的取暖器，特别适用于北方地热取暖，如；目前最节能的空气能热水器在东北气温零下20-30度的低温条件下几乎没有效率。

发明的第一方案就比较适合这样的取暖方式，工质热机带动发电机进行电能回补，在相同的工作功率下此产生更多的热能，东北冬季取暖以80平米为例，实际室内空间也就60多平米，取暖费就2200多呀，有太多的住户取暖温度不达标，住户如果选择其它的地热方式，将改动太多的设施了，只能冷着，使用其它类型的热水器，用电费用还吃不消，如果使用这样的再生能地热取暖，1是不用改变楼内的任何取暖设施，断开外部供热连接管，直接接上热水器就可以2是最关键的省电，那就是省钱，做老百姓用得起的取暖器，让北方的冬天不在寒冷。

方案2；双系统热水器，

在上述工作循环系统中，增加了一套空气能制冷制热循环系统，蒸发器和热交换器，制冷剂在热交换器液化为液体体积后，经过四通阀，进入膨胀阀减压，减压后进入蒸发器，在蒸发器汽化吸热，吸热结束后进入热水器内部的热交换器放热，（热交换器为热水器的进入水口的低温端，所释放的温度在这个工作系统中属于低温的的热交换）放热后的制冷剂为低温低压液体，回流入低温缸，完成多余的一套制热制冷循环，蒸发器可以根据需要放在室内做冷空调，或者放室外吸取外面的空气热能。

方案3

根据方案2的双系统工作形式，为了增加空气能的效率比，根据需要，把增加的空气能制热制冷循环系统改为由转子马达的其它独立工作室进行抽取，加压，循环，如；转子马达可以为同轴多室，既被推动产生旋转，其它室也可以在旋转的时候抽取另外一套制冷剂产生循环，也就是本工作系统在作功的时候可以带动另一套，没有压缩机的空气能热水器进行热置换，转子马达抽取蒸发器所吸收热能汽化后的气态制冷剂，旋转压缩，产生高温高压气体，高温高压气态进入热水器里面的热交换器，进行热交换，完成制冷制热循环，转子马达的功率来源于第一套工作系统的动力，也就是把附加的空气能制冷制热循环系统改为由转子马达直接压缩循环了。这个方案去掉了发电机，虽然失去了发电能效，但是带动的空气能系统，同样可以增加整个工作系热水器的能效比，同时产生制冷。这个就要根据所需要进行选择匹配。

方案4；汽车余热回收利用。

应用于汽车余热回收热转换为机器能，所诉汽车作功时产生的热能有两个部分，水箱为一部分，排气管为一部分，设计排气管为双层，中间为防冻液，与水箱部分串联，由此形成一个闭合的整体循环热源。目的是把发动机产生的热能全部集中在一起，让所有的热能都循环到本系统的高温发生器，把高温发生器改为水冷套形式，外围走汽车循环的高温热水，内部有制冷剂吸收热能汽化工作，既带走了发电机温度，又产生了机器能，产生的机器能可以直接并入发动机动力中作功，也可以带动发电机进行电源方面的作功。工质热机的冷凝部分改为发动机的散热部分，本方案充分的利用了汽车工作时产生的热能，热能越大，输出功率越大，尤其夏季发动机产生热能量更是可观。

本发明只说明工作原理，实际应用中要附加一些让热源动力机高效工作的功能性组件，本发明的工质热机，凡是有热源的或者创造温差条件的，如；工业余热，汽车余热，太阳能，高温的空气等等，所产生动力可以发电，驱动，热水器，空调等所需领域。

Claims (1)

1.一种工质热机热水器，其特征在于：低温工作一号缸（13）和低温工作二号缸（10）的上端均与高温发生器（7）通过管路相通，在低温工作一号缸（13）的管路上安装有一号缸常闭式电磁阀（8），低温工作二号缸（10）的管路上安装有二号缸常闭式电磁阀（9），高温发生器（7）通过管路与转子马达（1）的进气口（4）连接，并且在高温发生器（7）的出气口安装有单向阀，在高温发生器（7）内部有副发热电器件（5）和主发热电器件（6），主发热电器件（6）连接在工作电源上，中间继电器（11）和时间继电器（12）连接在工作电源上，时间继电器（12）连接在中间继电器（11）上，中间继电器（11）分别连接一号缸（13）和二号缸（10），副发热电器件（5）与转子马达（1）所带动的发电机连接，在转子马达（1）内部安装有偏心转子（2），转子马达（1）的马达出气口（3）与热水器（18）内部的一号热交换器（19）连通，一号热交换器（19）另一端与四通阀（15）连通；四通阀（15）通过管路与一号缸（13）和二号缸（10）下端连接，连接入口分别安装有单向阀，热水器（18）内部的二号热交换器（17）的出液口与四通阀（15）连通，二号热交换器（17）与蒸发器（14）连通，蒸发器（14）出口通过膨胀阀（16）与四通阀（15）连通。