WO2015103800A1 - 一种蒸汽动力发生系统及方法 - Google Patents

一种蒸汽动力发生系统及方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种蒸汽动力发生系统，包括内部设有腔体的受热器（6）、连通到受热器腔体内的液体入口（2）以及蒸汽出口（13）、热源（10）；热源用于对受热器的腔体进行加热；受热器腔体内设置有饱和水发生装置（7）以及饱和水爆炸装置（9），液体入口、饱和水发生装置、饱和水爆炸装置以及蒸汽出口依次连通。还公开了一种蒸汽动力发生方法，包括以下步骤：1）将高压液体生成高温饱和水；2）使高温饱和水瞬间受热发生爆炸；形成高温高压蒸汽流。所述蒸汽动力发生系统热能转化效率高，噪音低，排出废气的有害成分少；而且结构简单、移动方便。

Description

一种蒸汽动力发生系统及方法 技术领域
本发明涉及蒸汽动力领域，尤其涉及一种蒸汽动力发生系统及方法。
背景技术
对于发动机，传统的汽油和柴油发动机不仅产生有危害的废气，而且燃烧过程中大约50%的燃料转化为发动机过热的热量。当将该类发动机应用于曲柄轴、凸轮轴和阀时，技术要求也比较高，导致成本大幅提高，并带来磨损及重量增加等问题；因此，现实中开始转向通过水蒸汽热能转化为机械动力的动力源装置安装在发动机上，制备生产活塞式蒸汽发动机和汽轮发动机；对于活塞式蒸汽发动机，因转化热效率低、环境污染大，已渐被淘汰；汽轮式发动机则在火力发电厂中被大量使用。
技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种利用水，尤其是利用高温饱和水，受热瞬间爆炸膨胀产生动力的装置。
技术解决方案
为解决上述问题，本发明的一种蒸汽动力发生系统，包括内部设有腔体的受热器、连通到受热器腔体内的液体入口以及蒸汽出口、热源；所述热源用于对受热器的腔体进行加热；所述受热器腔体内设置有饱和水发生装置以及饱和水爆炸装置，所述液体入口、饱和水发生装置、饱和水爆炸装置以及蒸汽出口依次相连通。
所述饱和水发生装置内设有微小通道，所述液体在微小通道内被加热生成饱和水。
所述饱和水发生装置包括一柱体，所述微小通道包括该柱体外表面与受热器内表面之间的间隙，和/或该柱体外表面上的至少一个细槽。
所述间隙的宽度为小于1mm。
所述细槽的宽度小于1mm，深度小于1mm。
所述饱和水发生装置还包括所述柱体与高压液体入口之间设置的分流装置，该分流装置设置有联通所述间隙和/或细槽与高压液体入口的通道。
所述饱和水发生装置还包括导热体，该导热体位于所述柱体靠近所述高压液体端，用于使饱和水受热强化并且均衡。
所述饱和水爆炸装置为多孔性材料体，用于增加饱和水的受热面积。
所述多孔性材料体为网状结构体。
所述高压液体入口前还设置有过冷装置。
一种蒸汽动力发生方法，其特征在于：
1）将高压液体生成高温饱和水；
2）使高温饱和水瞬间受热发生爆炸，形成高温高压蒸汽流。
 有益效果
本发明的蒸汽动力发生系统及方法，与现有的燃油内燃发动机相比具有许多的优点：
1、本发明装置对燃料的种类和品质要求不严格，只要提供有合格的热源温度在400摄氏度即可，而且热能转化效率高。实验证明热能转化效率可达25%~35%以上，高于现有内燃机的约20%。
2、本发明装置适用的发动机范围扩大，该装置比燃油内燃发动机的排气噪音大幅降低，转距特性好，甚至在交通动力输出时可以不需要装变速箱就能实现汽车的无级变速，排出的废气有害成分也少。
3、本发明装置结构简单，重量轻，体积小移动方便。
 附图说明
图1为本发明蒸汽动力发生系统的结构示意图；
图2为本发明蒸汽动力发生系统中分流片的结构示意图；
图3为本发明蒸汽动力发生系统中挡流片的结构示意图；
图4为本发明蒸汽动力发生系统中柱体的结构示意图；
图5为本发明蒸汽动力发生系统中柱体与受热器的安装结构示意图。
 本发明的最佳实施方式
本发明的实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明公开了一种蒸汽动力发生系统，包括饱和水发生装置以及饱和水爆炸装置。如图1所示，该系统包括进水细管2、螺塞3、分流片4、挡流片5、受热器6、柱体7、底座8、热源10和导热体11。
所述的进水细管2嵌入在所述螺塞3中，所述螺塞3通过螺纹与所述的受热器6连接，同时对所述的分流片4与所述的挡流片5产生预紧压力，所述挡流片5的另一端面与所述的柱体7以及所述的导热体11相连。
所述的导热体11镶嵌在所述的柱体7的内部，当然也可以紧贴于柱体7的外部。
所述的柱体7的另一端面与所述的底座8相连，所述的底座8与所述的受热器6内壁上的台肩接触起支撑作用。
所述的受热器6外侧设置有热源10。
如图2、3所示，所述的分流片4上设置有多个通液槽41，高压液体从进水细管2内进入该通液槽41。
所述挡流片5与所述的分流片4相接触，其周边设置有向外的多个凸起51以及凹进52。
所述凸起51外缘顶在受热器6内壁上，通液槽41内的液体能够通过凹进52进入到柱体7一侧。
所述柱体7与所述受热器6之间设置有微小通道，在所述微小通道内，高压液体被加热生成高温饱和水。
所述微小通道包括该柱体7外表面与受热器6内表面之间的间隙71，所述间隙的宽度为小于1mm。
或者所述微小通道包括该柱体7外表面上的若干细槽72，所述细槽的宽度小于1mm，深度小于1mm。
当然，所述微小通道也可以同时包括所述间隙71与所述细槽72，并且通过多次反复实验证明，当微小通道同时包括间隙71与细槽72时，并且所述间隙71小于1mm时，系统发生蒸汽的效果最佳。
高压液体经液体泵1进入进水细管2，通过分流片4分流、挡流片5挡流后进入所述微小通道，并在微小通道的狭小空间内受热而形成高温高压饱和水。高温高压饱和水形成后在微小通道内由高压喷出，形成微小的饱和水颗粒打在高温状态的饱和水爆炸装置上进而发生水爆炸，快速剧烈汽化形成高温高压蒸汽。
所述饱和水爆炸装置包括多孔性材料体9，该多孔性材料体9位于受热体6的腔体内，位于靠近蒸汽出口13一端。
所述多孔性材料体9可以是网状结构。
所述蒸汽出口13外侧连接有动力转换装置14，可以是汽缸或汽轮机向外做功从而产生动力输出。
受热器6外面是热源10，热源10可以是燃料燃烧产生的热能，也可以是合适温度的余热能，或者是相变蓄热器蓄的热能等等。热源外可包覆隔热层15。螺塞3通过螺纹与受热器6连接，同时对分流片4与挡流片5产生预紧压力，其端面与受热器6之间锁紧密封。分流片4的作用是径向分流和预热作用。
与挡流片5相邻的是柱体7和导热体11，柱体7为实心或多孔性烧结材料，此材料为耐高温，耐腐蚀的耐热钢材料，柱体7外表面有径向或轴向分布的数条或数十条细槽，如图4所示。
导热体11可以内嵌于柱体7中，也可以独立在柱体7外，用导热和耐高温腐蚀性能优良的材料制造。由于柱体7靠近挡流片5的一端首先与高压液体接触，从而热量会快速被高压液体吸收而导致其自身温度下降，因此导热体11的设置，其作用加强热量传导，使柱体7的温度下降后热量能够快速得到补充，保证每次脉冲产生的蒸汽动力都均匀平稳，底座8与受热器6内壁台肩接触起支撑作用，多孔性材料9用良好的耐热抗高温氧化性材料制造。
在所述高压液体入口前还设置有过冷装置12，并且该过冷装置12与动力转换装置14相连接，从而实现液体的循环利用。
本发明公开了一种蒸汽动力发生方法，包括以下步骤：
1）将高压液体生成高温饱和水；
2）使高温饱和水瞬间受热发生爆炸，形成高温高压蒸汽流。
众所周知，水汽化的过程，例如将1kg、0℃的水装在带有活塞的容器中，从外界向容器加热，同时保持容器内的压力为p不变。起初，水的温度逐渐升高，比体积也稍有增加。但当温度升高到相应于p的饱和温度ts而变成饱和水以后，继续加热，饱和水便逐渐变成饱和水蒸汽，即所谓汽化，直到汽化完毕。在整个汽化过程中，温度始终保持为饱和温度ts不变。在汽化过程中，由于饱和水蒸汽的量不断增加，比体积一般增大很多。再继续加热，温度又开始上升，比体积继续增大，饱和水蒸汽变成过热水蒸汽。
在水遇高温物体发生水爆炸时，由于饱和水处于高温饱和状态（临界压力pc为22.064MPa，临界温度tc为373.99℃），较不饱和水具有更强的汽化能力，吸热较少、汽化较快，瞬间爆炸能够产生高温高压蒸汽流。而对于蒸汽而言，遇到高温物体并不会发生爆炸，而仅仅是受热膨胀。
 工业实用性
序列表自由内容

Claims (10)

  1. 一种蒸汽动力发生系统，其特征在于：包括内部设有腔体的受热器、连通到受热器腔体内的液体入口以及蒸汽出口、热源；所述热源用于对受热器的腔体进行加热；所述受热器腔体内设置有饱和水发生装置以及饱和水爆炸装置，所述高压液体入口、饱和水发生装置、饱和水爆炸装置以及蒸汽出口依次相连通。
  2. 如权利要求1所述的蒸汽动力发生系统，其特征在于：所述饱和水发生装置内设有微小通道，所述液体在微小通道内被加热生成饱和水。
  3. 如权利要求2所述的蒸汽动力发生系统，其特征在于：所述饱和水发生装置包括一柱体，所述微小通道包括该柱体外表面与受热器内表面之间的间隙，和/或该柱体外表面上的至少一个细槽。
  4. 如权利要求3所述的蒸汽动力发生系统，其特征在于：所述间隙的宽度为小于1mm。
  5. 如权利要求3所述的蒸汽动力发生系统，其特征在于：所述细槽的宽度小于1mm，深度小于1mm。
  6. 如权利要求2所述的蒸汽动力发生系统，其特征在于：所述饱和水发生装置还包括所述柱体与高压液体入口之间设置的分流装置，该分流装置设置有联通所述间隙和/或细槽与高压液体入口的通道。
  7. 如权利要求3所述的蒸汽动力发生系统，其特征在于：所述饱和水发生装置还包括导热体，该导热体位于所述柱体靠近所述高压液体端，用于使饱和水受热强化并且受热均衡。
  8. 如权利要求1所述的蒸汽动力发生系统，其特征在于：所述饱和水爆炸装置为多孔性材料体，用于增加饱和水的受热面积。
  9. 如权利要求1所述的蒸汽动力发生系统，其特征在于：所述多孔性材料体为网状结构体。
  10. 一种蒸汽动力发生方法，其特征在于，包括以下步骤：
    1）将高压液体生成高温饱和水；
    2）使高温饱和水瞬间受热发生爆炸，形成高温高压蒸汽流。
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