CN1180790A - 负温差热力发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种负温差热力发动机,它包括纯相变无热制冷技术的多级制冷循环装置,是一种类似于以水为工质的热力作功循环,并与末级对外相变以冷制冷循环同合的热力作功装置。它选用沸点低于常温的工质,从常温中吸热汽化成压力蒸气,驱动透平膨胀机组作功,尾气进入由上一级制冷循环提供冷量的冷凝空间,重新液化。本发明是一种用途广泛、可大规模开发利用清洁能源的动力装置。

Description

负温差热力发动机
本发明涉及热力发动机，特别涉及一种利用低温到常温的负温差所具有的能量作功的负温差热力发动机。
现有的提供电能和机械动力的热力发动机，均是依靠燃烧矿物燃料，产生高温热量，然后利用自然常温环境与高温热量之间所具有的正向温差，产生动力。其缺点是，消耗了矿物资源，严重污染了自然环境。
目前，已有一种利用海水表层与深层的负向温差发电的方法和装置；已有把冬天的冰雪储存起来留到夏天，利用夏天较高的常温环境与冰雪之间负向温差作功的冰雪发电方法和装置；还有在南极洲利用深层不结冻的海水与严寒地表之间的负向温差进行发电的方法和装置；这些发电方法和装置虽然不消耗自然矿物燃料，不污染环境，但是由于可利用的温差过小，并且受到自然条件的严格限制，因此仍然停留在试验开发阶段，而未能成为一种可广泛实际利用清洁能源的动力装置。
本发明的目的是提供一种新的负温差热力发动机，它采用纯相变无热制冷技术，利用纯相变无热制冷装置高效制取的冷量，形成人工低温环境，然后利用人工低温环境与常温环境之间的负温差所具有的能量作功，提供一种用途广泛、可以大规模开发利用清洁能源的动力装置。
本发明的技术技术方案如下：
一种负温差热力发动机，其基本部件与以水为工质的热力蒸气发动机相类似，它包括使液态工质吸热汽化成压力蒸气的蒸发器，使压力蒸气通过降压降温透平而作功的透平膨胀机组，使低压蒸气冷凝成液态工质的冷凝器，以及使液态工质重新进入蒸发器的工质泵，由此构成热力蒸气作功循环；
利用纯相变无热制冷技术的多级制冷循环，它包括由制冷压缩机、冷凝器、节流器和蒸发器组成的提供原始制冷量的首级蒸气压缩制冷循环装置、过冷液态工质冷凝板、次一级液态制冷工质，以及将上述部件均设置在内的第一保温压力容器，连同次一级工质泵；装有中间级制冷蒸发器、过冷液态工质冷凝板和末级液态制冷工质的中间级保温压力容器，连同末级工质泵；以及装有末级制冷蒸发器和载冷剂的末端保温压力容器；
所述热力蒸气作功循环与所述纯相变无热制冷中末级制冷循环构成同一个热力循环，该热力作功循环由工质泵、蒸发器、  透平膨胀机组、冷凝空间、联接管道、以及沸点温度低于自然环境温度的液态工质所构成，在对外作功产生动力的同时，对外供冷；
所述工质泵的一端通过吸液管与中间级保温压力容器连接，工质泵的另一端通过工质输液管与蒸发器的进口连接，液态工质从中间级保温压力容器，经工质泵进入蒸发器，从常温环境中吸热汽化成作功压力蒸气；
所述蒸发器的压力蒸气出口通过第一保温回气管与透平膨胀机组进气口连接，透平膨胀机组尾气出口通过第二保温回气管与中间级保温压力容器连接，压力蒸气进入透平膨胀机组作功透平，驱动透平膨胀机组运转工作，压力蒸气降温降压，作功后的工质尾气由透平膨胀机组尾气出口，经第二保温回气管回到中间级制冷循环的冷凝空间，重新液化。
本发明采用纯相变无热制冷技术，实行多级相变制冷循环，以高倍的制冷效率生产出大量冷量，需要时生产出大量深冷冷量，并多次重复利用上述冷量来液化透平作功之后的热力作功工质蒸气；将沸点温度低于常温环境的液态工质，通过泵入蒸发器从常温环境吸热汽化形成压力蒸气，驱动透平膨胀机组运行工作，同时对外供冷。
下面结合附图对本发明作详细描述。
附图是一种负温差热力发动机的结构示意图。
参看附图，在第一保温压力容器8内安装制冷压缩机1、冷凝器2、节流器4和蒸发器6，组成首级蒸气压缩制冷循环，提供原始制冷量。第一保温压力容器8的底部充注液态制冷工质14，上述首级蒸气压缩制冷循环中的制冷压缩机1和冷凝器2被浸泡在液态制冷工质14中。第一保温压力容器8的中部设置过冷液态工质冷凝板17。工质泵9”通过吸液管18”与第一保温压力容器8连接，工质泵9”的另一端通过工质输液管10”与中间级保温压力容器22中的中间级制冷蒸发器24连接。
中间级保温压力容器22底部充注有液态制冷工质23。中间级制冷蒸发器24和过冷液态工质冷凝板17’均安装在中间级保温压力容器22内，中间级蒸发器24由工质输液管10”、保温回气管11”、工质泵9”与第一保温压力容器8内冷凝空间连通形成相变以冷制冷循环。工质泵9’的一端通过吸液管18’与中间级保温压力容器22连接，工质泵9’的另一端通过工质输液管10’与末级制冷蒸发器12，即与热力蒸气发动机的蒸发器连接。
末级制冷蒸发器12安装在末端保温压力容器13内。在末端保温压力容器13内循环流通载冷剂19，载冷剂19从载冷剂进口20流入，与末级蒸发器12进行冷热交换，使载冷剂19在载冷剂出口21处达到设定供冷温度值，源源不断地向用户供冷。
本发明所述负温差热力发动机的基本部件与以水为工质的热力蒸气发动机相类似，它包括使液态工质吸热汽化成压力蒸气的蒸发器，使压力通过降压降温透平而作功的透平膨胀机组，使低压蒸气冷凝成液态工质的冷凝器，以及使液态工质重新进入蒸发器的工质泵，由此构成热力蒸气作功循环。
热力蒸气作功循环与纯相变无热制冷中的末级制冷循环相同，构成同一个热力作功循环。该热力作功循环由工质泵9’、蒸发器12、透平膨胀机组31、冷凝空间、连接管道、以及沸点温度低于自然环境温度并在热力作功循环中吸取常温热量汽化的液态工质23所构成，在对外产生动力的同时，对外供冷。液态工质23从中间级保温压力容器22经工质泵9’进入蒸发器12，从常温环境中吸热汽化成压力蒸气。
蒸发器12的压力蒸气出口通过第一保温回气管32与透平膨胀机组31进气口连接，透平膨胀机组31尾气出口通过第二保温回气管33与中间级保温压力容器22连接。压力蒸气进入透平膨胀机组31作功透平，驱动透平膨胀机组31运转工作，压力蒸气降温降压，作功后的工质尾气由透平膨胀机组31尾气出口，经第二保温回气管33回到中间级制冷循环的冷凝空间，重新液化。
透平膨胀机组31可以按需组成高压蒸气透平膨胀机组，也可以按需组成中压蒸气透平膨胀机组，还可以按需组成低压蒸气透平膨胀机组。
本发明的工作流程如下：
启动制冷压缩机1制冷，其热量由液态制冷工质14汽化潜热消耗，蒸气从通气管16进入由过冷液态工质板17组成的冷凝空间冷凝。
启动工质泵9”，让液态制冷工质14进入中间级蒸发器24，从末级制冷工质蒸气中吸热汽化制冷，并经保温回气管11”回到第一保温压力容器8内冷凝空间冷凝，重新液化。
启动工质泵9’，将液态工质23经工质输液管10’，输入末端保温压力容器13内的蒸发器12中，从载冷剂19中吸热形成压力蒸气，该压力蒸气可以是饱和蒸汽，也可以是过热压力蒸气，经第一保温回气管32进入透平膨胀机组31，透平作功后，成为低压低温蒸气，由第二保温回气管33回到上一级冷凝空间，透平膨胀机组31由高压蒸气透平产生动力。
本发明可以制成大中型制冷动力站，也可以制成小规模的制冷发动机站，还可以作为多种交通工具发动机，为现代工业生产与民用提供清洁能源动力。

Claims (4)

1、一种负温差热力发动机，其基本部件与以水为工质的热力蒸气发动机相类似，它包括使液态工质吸热汽化成压力蒸气的蒸发器，使压力蒸气通过降压降温透平而作功的透平膨胀机组，使低压蒸气冷凝成液态工质的冷凝器，以及使液态工质重新进入蒸发器的工质泵，由此构成热力蒸气作功循环；
利用纯相变无热制冷技术的多级制冷循环，它包括由制冷压缩机、冷凝器、节流器和蒸发器组成的提供原始制冷量的首级蒸气压缩制冷循环装置、过冷液态工质冷凝板、次一级液态制冷工质，以及将上述部件均设置在内的第一保温压力容器，连同次一级工质泵；装有中间级制冷蒸发器、过冷液态工质冷凝板和末级液态制冷工质的中间级保温压力容器，连同末级工质泵；以及装有末级制冷蒸发器和载冷剂的末端保温压力容器；
其特征在于，所述热力蒸气作功循环与所述纯相变无热制冷中的末级制冷循环构成同一个热力循环，该热力作功循环由工质泵、蒸发器、透平膨胀机组、冷凝空间、联接管道、以及沸点温度低于自然环境温度的液态工质所构成，在对外作功产生动力的同时，对外供冷；
所述工质泵的一端通过吸液管与中间级保温压力容器连接，工质泵的另一端通过工质输液管与蒸发器的进口连接，液态工质从中间级保温压力容器，经工质泵进入蒸发器，从常温环境中吸热汽化成作功压力蒸气；
所述蒸发器的压力蒸气出口通过第一保温回气管与透平膨胀机组进气口连接，透平膨胀机组尾气出口通过第二保温回气管与中间级保温压力容器连接，压力蒸气进入透平膨胀机组作功透平，驱动透平膨胀机组运转工作，压力蒸气降温降压，作功后的工质尾气由透平膨胀机组尾气出口，经第二保温回气管回到中间级制冷循环的冷凝空间，重新液化。
2、根据权利要求1所述的负温差热力发动机，其特征在于，所述透平膨胀机组按需组成高压蒸气透平膨胀机组。
3、根据权利要求1所述的负温差热力发动机，其特征在于，所述透平膨胀机组按需组成中压蒸气透平膨胀机组。
4、根据权利要求1所述的负温差热力发动机，其特征在于，所述透平膨胀机组按需组成低压蒸气透平膨胀机组。
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