WO2019205486A1 - 一种基于空调原理逆向应用的新型蒸汽机 - Google Patents

一种基于空调原理逆向应用的新型蒸汽机 Download PDF

Info

Publication number
WO2019205486A1
WO2019205486A1 PCT/CN2018/107965 CN2018107965W WO2019205486A1 WO 2019205486 A1 WO2019205486 A1 WO 2019205486A1 CN 2018107965 W CN2018107965 W CN 2018107965W WO 2019205486 A1 WO2019205486 A1 WO 2019205486A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
steam
generating device
working medium
air
engine according
Prior art date
Application number
PCT/CN2018/107965
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
曹连国
Original Assignee
Cao Lianguo
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cao Lianguo filed Critical Cao Lianguo
Publication of WO2019205486A1 publication Critical patent/WO2019205486A1/zh

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B23/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01B23/02—Adaptations for driving vehicles, e.g. locomotives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B25/00—Regulating, controlling, or safety means
    • F01B25/02—Regulating or controlling by varying working-fluid admission or exhaust, e.g. by varying pressure or quantity

Definitions

  • the steam working medium is a substance having a difference between a saturated vapor pressure at 50 degrees Celsius and a saturated vapor pressure at 25 degrees Celsius of not less than 0.4 MPa.
  • the steam engine further includes a heat source disposed at the steam generating device for providing heat, the heat source having a heating temperature of less than 200 °C.
  • a novel steam engine based on the reverse application of the air conditioning principle is provided.
  • the direction of the arrow indicates the flow direction of the steam working medium, and the steam engine includes the recovery liquefaction device 1 and the injection device 2 .
  • the function of the air conditioner evaporator 31 is to heat and vaporize the injected liquid phase air-conditioning refrigerant R410a into high-temperature and high-pressure steam by absorbing the heat of the heat source 4, and function as a boiler which generates steam in the steam engine of the prior art;
  • the inside of the air conditioner evaporator 31 is still in a low pressure and low temperature state, and the liquid phase is described.
  • the air conditioner refrigerant R410a can continue to be injected into the air conditioner evaporator 31. Since the heat transfer takes time, when the temperature inside the air conditioner evaporator 31 has not risen too much, an appropriate amount
  • the liquid phase low-temperature medium-pressure air-conditioning refrigerant R410a in the air-conditioning condenser 21 has been injected into the air-conditioner evaporator 31, and thereafter, as the liquid-phase air-conditioning refrigerant R410a in the air-conditioner evaporator 31 is heated and vaporized, the pressure is gradually increased until it is high.
  • the air conditioner condenser 21 functions to dissipate heat and finally condense the high-temperature low-pressure air-conditioning refrigerant R410a discharged from the air motor 51 into a liquid phase; and at the same time, control the air-conditioning condenser 21 to cool the air-conditioning unit in a unit time.
  • the amount of liquefaction of the agent R410a reaches the purpose of controlling the vapor pressure in the low-pressure pipe 64; obviously, the more the air-conditioning refrigerant R410a liquefied by the air-conditioning condenser 21 per unit time, the lower the steam pressure in the low-pressure pipe 64;

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

一种基于空调原理逆向应用的新型蒸汽机，包括回收液化装置（1）、注射装置（2）、蒸汽发生装置（3）和气动执行装置（5），回收液化装置（1）、注射装置（2）、蒸汽发生装置（3）和气动执行装置（5）通过管道（6）相连接并形成循环通路，蒸汽工质在循环通路中流动；通过蒸汽发生装置（3）的蒸汽工质被加热后至少部分变为气态，蒸汽发生装置（3）通过吸收外界的热量，进而对流经蒸汽发生装置（3）的蒸汽工质进行加热；蒸汽发生装置（3）输出的蒸汽工质推动气动执行装置（5）产生机械运动。该新型蒸汽机所使用的蒸汽工质比现有技术中的蒸汽机所使用的蒸汽工质在相同温度下的饱和蒸汽压更高，即使当热源的温度较低，蒸汽机依然可以产生足够压力的蒸汽，推动气动执行装置（5）产生机械运动。

Description

一种基于空调原理逆向应用的新型蒸汽机 技术领域
本发明涉及空调系统及蒸汽机技术领域，尤其涉及一种基于空调原理逆向应用的新型蒸汽机。
背景技术
现有的空调系统制冷运作的原理是，空调启动后，空调系统内制冷剂的低压蒸汽被压缩机吸入并压缩为高压蒸汽后排至冷凝器，空气流经冷凝器，带走制冷剂放出的热能，使高压制冷剂蒸汽凝结为高压液体，高压液体经过过滤器、节流机构后喷入空调蒸发器，并在相应的低压下蒸发，液态制冷剂在低压下蒸发形成低温低压的气体，通过热传递吸取周围的热能，从而达到制冷的目的。
总结出空调系统的优点是：
1.吸收热能的效率很高；
2.可以吸收温度较低环境中的热能。
同时，空调系统也有其自身的缺点：仅能将热能转移，不能将吸收的热能转化为机械能加以利用。
蒸汽机是将热能转化为机械能加以利用的设备，现有技术的蒸汽机的工作原理是，热源加热锅炉中的水，水达到沸点后产生高温高压的水蒸汽，利用水蒸汽的压力推动气动执行装置工作产生机械运动，达到将热能转化为机械能的目的。目前气动执行装置，比如气动马达，通常需要在不低于0.4Mpa的汽压下才能有效平稳运行，查找水在各温度下的饱和蒸汽压表可知，要达到0.4Mpa左右的水蒸汽压力，需要水温达到温度143摄氏度左右，因为热能的传递只能从高温物质传向低温物质，热传递还需要有一定的温度差即热源的温度需要高于水温时热传递才能进行，温度差越大热传递进行的速度越快，温度差越小热传递进行的速度越慢，所以目前以水为蒸汽工质的蒸汽机不可能在150摄氏度左右的较低温度的热源条件下工作。
总结出现有技术中的蒸汽机的优点是：可以将热能转化为机械能。
同时，现有技术中的蒸汽机也有其固有的缺点：
1.水在较低温度下的饱和蒸汽压过低，要产生较高的蒸汽压力，水的沸点温度相应的被提高，由于热传递需要温度差，现有技术的蒸汽机需要的热源温度往往要达到数百摄氏度，甚至上千摄氏度。
2.水的蒸发潜热相对较大，水由液体蒸发为高温蒸汽的过程中需要吸收相对较多的热能，造成能源的浪费。
由于上述的现有技术的蒸汽机设计上的缺点，当面对一些较低温度的热源时，现有技术的蒸汽机无法完成将较低温度的热源转化为机械能的任务。比如，工厂生产过程中产生的余热，温度通常在70摄氏度～150摄氏度，包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热等。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17％～67％；再比如，绝大部分内燃机的冷却液在流出内燃机时的温度为80摄氏度～100摄氏度之间，由于内燃机需要散热，这些热量白白的被空气带走，没有加以利用，造成内燃机对燃油的燃烧值利用率较低的现况，现有技术的蒸汽机无法适应上述较低温度的热源，无法将这些热源的热能转化为机械能加以利用。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种基于空调原理逆向应用的新型蒸汽机，技术方案如下：
本发明提供了一种基于空调原理逆向应用的新型蒸汽机，包括回收液化装置、注射装置、蒸汽发生装置和气动执行装置，所述回收液化装置、所述注射装置、所述蒸汽发生装置和所述气动执行装置通过管道相连接并形成循环通路，蒸汽工质在所述循环通路中流动；
通过蒸汽发生装置的所述蒸汽工质被加热后至少部分变为气态，所述蒸汽发生装置通过吸收外界的热量，进而对流经蒸汽发生装置的蒸汽工质进行加热；
所述蒸汽发生装置输出的蒸汽工质推动所述气动执行装置产生机械运动。
进一步地，所述蒸汽工质为在相同温度下的饱和蒸汽压高于水的饱和蒸汽 压的物质。
进一步地，所述蒸汽机还包括逻辑控制单元，所述逻辑控制单元对所述回收液化装置、注射装置、蒸汽发生装置和气动执行装置进行控制。
可选地，所述回收液化装置、所述注射装置、所述蒸汽发生装置和所述气动执行装置通过管道顺序连接并形成循环通路。
可选地，所述注射装置、所述回收液化装置、所述蒸汽发生装置和所述气动执行装置通过管道顺序连接并形成循环通路。
进一步地，所述回收液化装置用于将流经回收液化装置的蒸汽工质变为液态，所述注射装置用于对流经注射装置的蒸汽工质进行加压，所述蒸汽发生装置用于将流经蒸汽发生装置的蒸汽工质变为气态。
进一步地，所述蒸汽工质为在100摄氏度时的饱和蒸汽压不低于0.4Mpa的物质。
进一步地，所述蒸汽工质为在50摄氏度时的饱和蒸汽压不低于0.4Mpa的物质。
进一步地，所述蒸汽工质为在50摄氏度时的饱和蒸汽压与在25摄氏度时的饱和蒸汽压的差值不低于0.4Mpa的物质。
进一步地，所述蒸汽工质包括但不限于二氧化碳、氨气、空调制冷剂R134a、空调制冷剂R410a、空调制冷剂R32。
可选地，所述气动执行装置为气动马达或汽缸活塞机构或蒸汽涡轮机构，所述回收液化装置为空调系统的空调冷凝器，所述注射装置为液体增压泵。
可选地，所述回收液化装置、所述注射装置和所述蒸汽发生装置整合为空调系统的空调冷凝器、空调压缩机和空调蒸发器组合模块。
进一步地，所述蒸汽机还包括设置在所述蒸汽发生装置处的热源，所述热源用于提供热量，所述热源的供热温度低于200℃。
进一步地，所述热源的供热温度范围为70℃-150℃。
进一步地，所述蒸汽发生装置的输入管路上设置有单向阀。
进一步地，所述蒸汽发生装置的输出管路包括管道第一分支和管道第二分支，所述管道第一分支用于连通所述气动执行装置，所述管道第二分支上设有阀门，所述阀门在所述逻辑控制单元的控制下打开或者关闭。
本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：
a.本发明提供的蒸汽机不仅能将高温热源(数百摄氏度以上)的热能转化为机械能，还能够将低温热源(比如70℃-150℃，甚至更低温度)的热能转化为机械能，填补现有技术中的蒸汽机不能将低温热源的热能转化为机械能的缺陷；
b.本发明的蒸汽机使用的蒸汽工质的蒸发潜热普遍低于相同条件下水的蒸发潜热，蒸汽工质由液相蒸发为气相的过程中所需要的热能更少，从而减少热能的浪费，有利于节约能源；
c.与现有技术中的蒸汽机相比较，本发明的蒸汽机使用的蒸汽工质与现有技术中的蒸汽机使用的蒸汽工质相比较在相同条件下的沸点更低，在热源的供热温度相同的情况下，本发明的蒸汽机使用的蒸汽工质的汽化温度与热源温度的温差更大无论在吸收低温热源的热能时还是在吸收高温热源的热能时，热传递的速度更快，从而比现有技术中的蒸汽机能够在单位时间内将更多的热能转化为机械能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1是本发明实施例提供的基于空调原理逆向应用的新型蒸汽机的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的基于空调原理逆向应用的新型蒸汽机的第一种优选实施结构示意图；
图3是本发明实施例提供的基于空调原理逆向应用的新型蒸汽机的第二种优选实施结构示意图；
其中，附图标记包括：1-回收液化装置，11-空调压缩机，2-注射装置，21-空调冷凝器，211-液体增压泵，22-风扇，23-单向阀，3-蒸汽发生装置，31-空调蒸发器，4-热源，5-气动执行装置，51-气动马达，6-管道，61-管道第一分支，62-管道第二分支，63-阀门，64-低压管道，8-逻辑控制单元，81-控制线束。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
还需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“饱和蒸汽压”的具体定义是：在密闭条件中，在一定温度下，与固体或液体处于相平衡的蒸汽所具有的压强称为饱和蒸汽压。众所周知，饱和蒸汽压随温度升高而增加；如：放在杯子里的水，会因不断蒸发变得愈来愈少；如果把纯水放在一个密闭的容器里，并抽走上方的空气，当水不断蒸发时，水面上方汽相的压力，即水的蒸汽所具有的压力就不断增加，但是当温度一定时，汽相压力最终将稳定在一个固定的数值上，这时的汽相压力称为水在该温度下的饱和蒸汽压力，而这时的汽相压强称为水在该温度下的饱和蒸汽压，当汽相压力的数值达到饱和蒸汽压力的数值时，液相的水分子仍然不断地气化，气相的水分子也不断地冷凝成液体，只是由于水的气化速度等于水蒸气的冷凝速度，液体量才没有减少，气体量也没有增加，液体和气体达到平衡状态；所以，液态纯物质蒸汽所具有的压强为其饱和蒸汽压时，汽液两相即达到了相平衡。饱和蒸汽压是物质的一个重要性质，它的大小取决于物质的本性和温度；饱和蒸汽压越大，表示该物质越容易挥发。本发明的说明书和权利要求书中的术语“工质”的具体定义是:通过一系列的状态变化(固相、液相和气相的相互转换)来实现热能和机械能相互转化的媒介物质称为工质。本发明的说明书和权利要求书中的“蒸汽工质”指的是在蒸汽机中作为工质的物质，因其在工作中存在汽化成为蒸汽的阶段，为方便称谓和理解，本发明的说明书和权利要求书中称其为“蒸汽工质”；所 述蒸汽工质包括但不限于是单一种类的物质，也包括两种和多于两种种类物质的混合物。
实施例1
在本发明的一个实施例中，提供了一种基于空调原理逆向应用的新型蒸汽机，参见图1，图中箭头方向表示蒸汽工质的流动方向，所述蒸汽机包括回收液化装置1、注射装置2、蒸汽发生装置3和气动执行装置5，所述回收液化装置1、所述注射装置2、所述蒸汽发生装置3和所述气动执行装置5通过管道6相连接并形成循环通路，蒸汽工质在所述循环通路中流动；通过蒸汽发生装置3的所述蒸汽工质被加热后至少部分变为气态，所述蒸汽发生装置3通过吸收外界的热量，进而对流经蒸汽发生装置3的蒸汽工质进行加热；所述蒸汽发生装置3输出的蒸汽工质推动所述气动执行装置5产生机械运动。
其中：回收液化装置1的作用是回收从气动执行装置5中排出的高温低压的气态蒸汽工质，并把所述气态蒸汽工质重新液化；
注射装置2的作用是将液化的低温液相蒸汽工质注入到蒸汽发生装置3中；
蒸汽发生装置3的作用是吸收热源4的热量将注入进来的液相蒸汽工质气化成为高温高压的蒸汽，起到相当于现有技术中的蒸汽机中产生蒸汽的锅炉的作用；
气动执行装置5的作用是在来自蒸汽发生装置3的高温高压的蒸汽的压力作用下产生机械运动，将所述高温高压的蒸汽的压力能转化为机械能；
上述装置通过管道6相连接，管道6的作用是连接各个系统部件成为一个整体，并形成蒸汽工质的循环流动通道；
蒸汽工质的作用是吸收热源4的热量形成高温高压的蒸汽，推动气动执行装置5产生机械运动；
所述蒸汽发生装置3设置在热源4处，便于吸收热源4的热能，具体的工作过程如下：注射装置2将液相蒸汽工质注入到蒸汽发生装置3中，在热源4的加热作用下，液相蒸汽工质在蒸汽发生装置3中剧烈汽化形成高温高压的蒸汽，高温高压的蒸汽进入到气动执行装置5的内部，推动气动执行装置5产生机械运动，之后从气动执行装置5排出，被回收液化装置1回收并重新液化变为液相状态，接着，回收液化装置1中液相的蒸汽工质被注射装置2吸取并再 次注入到蒸汽发生装置3中，之后重复上述蒸汽工质汽化，推动气动执行装置5产生机械运动，再被回收液化装置1液化和再被注射装置2注入到蒸汽发生装置3中的过程，如此循环，实现将热源4的热能转化为有用的机械能的目的。
目前的气动执行装置，比如气动马达，一般需要输入的蒸汽压力不低于0.4Mpa时才能有效平稳运行，查找水在各温度下的饱和蒸汽压表可知，0.4Mpa左右的水的饱和蒸汽压，对应的水的沸点温度是143摄氏度左右；所以当热源的温度低于143摄氏度时，产生的最高水蒸汽的压强将低于0.4Mpa。
本发明提供的一种基于空调原理逆向应用的新型蒸汽机，所优选的蒸汽工质为在相同温度下的饱和蒸汽压高于水的饱和蒸汽压的物质，进一步的，为提高在相同温度下的蒸汽工质的饱和蒸汽压力以增加对所述气动执行装置的驱动能力和提高蒸汽工质的汽化速率，作为一种优选方案，为适应150摄氏度左右的热源，优选的蒸汽工质为在100摄氏度下的饱和蒸汽压不低于0.4Mpa的物质；为了适应70摄氏度左右甚至更低温度的热源，作为一种优选方案，蒸汽工质为在50摄氏度左右温度下的饱和蒸汽压不低于0.4Mpa的物质。
同时为了减少蒸汽工质被重新液化时所消耗的能量，需要在常温25摄氏度条件下用自然风可以较易将蒸汽工质冷凝液化，作为一种优选方案，本发明提供的一种基于空调原理逆向应用的新型蒸汽机所优选的蒸汽工质为在50摄氏度时的饱和蒸汽压与在25摄氏度时的饱和蒸汽压的差值不低于0.4Mpa的物质，可以是但不限于二氧化碳、氨气、空调制冷剂R134a、空调制冷剂R410a、空调制冷剂R32等。
本申请中的热源4的供热温度较现有技术中的蒸汽机中所需要的供热热源温度相比，其供热温度可以降低，比如：所述热源4的供热温度低于200℃，再从能源优化的角度考虑，所述热源4的供热温度优选范围为70℃-150℃，可选的，所述热源4的供热温度优选范围为低于70℃。热源4包括但不限于太阳的辐射热、工作中的内燃机的冷却液(温度一般在80℃-100℃)、空气本身的热能(温度一般在-20℃-70℃)、内燃机排放的废气(温度一般高于600℃)等。需要说明的是，本申请中的蒸汽机的热源4的供热温度可以做到一个低温的范围，这是本申请实施方案的一个优势，显而易见，当热源4输出高温热量(温度高于200℃)同样可以甚至更好地实现本发明的技术方案(可以有更多的热能 转化为机械能)，因此，热源4的供热温度的上限值不作为本发明保护范围的限制。
本发明提供的一种基于空调原理逆向应用的新型蒸汽机的工作原理是：由注射装置2注入到蒸汽发生装置3中一种在较低温度下便可汽化产生高压蒸汽的液相蒸汽工质，所述蒸汽工质可以在即便是较低温度的热源(比如70摄氏度～150摄氏度左右的热源，甚至更低温度的热源)的加热作用下，由液相充分快速的汽化产生高压蒸汽，所述高压蒸汽推动气动执行装置5运转，实现将热源4的热能转化为机械能的目的；同时考虑到具备这种特性的蒸汽工质可能较难获取从而价值昂贵或不宜直接排放在大气中，本发明设计了回收液化装置1将蒸汽工质进行回收液化，实现蒸汽工质的循环利用；从优化发明的角度考虑，为了减少在对气态蒸汽工质进行重新液化时所需的能量，所述蒸汽工质优选充分散热降温后再行液化，本发明设计的回收液化装置1兼具对蒸汽工质降温的功能，蒸汽工质在较低温度下液化后，由本发明设计的注射装置2将回收液化的低温液相蒸汽工质重新注入到蒸汽发生装置3中再次产生高温高压的蒸汽推动气动执行装置5运转；如此循环工作。
实施例2
在本发明的一个优选实施例中，如图2所示，所述回收液化装置1、所述注射装置2和所述蒸汽发生装置3分别为空调系统的空调冷凝器21、空调压缩机11和空调蒸发器31(三者优选为空调系统的组合模块)。在本实施例中，所述基于空调原理逆向应用的新型蒸汽机，包括空调压缩机11、空调冷凝器21、风扇22、单向阀23、空调蒸发器31、气动马达51、管道第一分支61、管道第二分支62、阀门63、低压管道64、逻辑控制单元8以及控制线束81、蒸汽工质优选空调制冷剂R410a，图中箭头方向表示蒸汽工质的流动方向，所述空调压缩机11(相当于实施例1中的注射装置2)、所述空调冷凝器21(相当于实施例1中的回收液化装置1)、所述空调蒸发器31(相当于实施例1中的蒸汽发生装置3)和所述气动马达51(相当于实施例1中的气动执行装置5)通过管道6顺序连接并形成循环通路；空调制冷剂R410a(实施例1中的蒸汽工质的优选方案)在所述循环通路中循环流动。其中：
空调压缩机11的作用是吸取从气动马达51中排出的空调制冷剂R410a并 对所述空调制冷剂R410a适量压缩增压；同时，通过控制单位时间内空调压缩机11吸取空调制冷剂R410a的数量，达到控制从气动马达51排气口到空调压缩机11的输入口这段管道内空调制冷剂R410a蒸汽的压力(即低压管道64内的空调制冷剂R410a的蒸汽压力)的目的；显然，空调压缩机11在单位时间内吸取空调制冷剂R410a的数量越多，低压管道64内的蒸汽压力就越低；空调压缩机11在单位时间内吸取空调制冷剂R410a的数量越少，低压管道64内的蒸汽压力就越高；
空调冷凝器21的作用，是将经过空调压缩机11适量增压的空调制冷剂R410a进行冷却，使空调制冷剂R410a最终重新液化；
风扇22的作用，是向空调冷凝器21吹风，带走热量，使空调制冷剂R410a快速降温液化；
单向阀23的作用，是保证液相的空调制冷剂R410a只能从空调冷凝器21流向空调蒸发器31，而不能反向流动；
空调蒸发器31的作用，是通过吸收热源4的热量将注入进来的液相空调制冷剂R410a加热汽化成为高温高压的蒸汽，起到相当于现有技术中的蒸汽机中产生蒸汽的锅炉的作用；
气动马达51的作用，是将来自空调蒸发器31的高温高压的空调制冷剂R410a的蒸汽的压力能转化为机械能；
管道第一分支61的作用，用于连通所述气动执行装置5，是提供给空调制冷剂R410a一条流动通道；
管道第二分支62的作用，是提供给空调制冷剂R410a一条潜在流动通道，所述管道第二分支62上设有阀门63，所述阀门63在所述逻辑控制单元8的控制下打开或者关闭；
阀门63的作用，是在逻辑控制单元8的控制下，实现对管道第二分支62的导通和截止；
空调制冷剂R410a的作用是吸收热源4的热量形成高温高压的蒸汽，推动气动马达51产生机械运动；
逻辑控制单元8内有预先设置的控制程序，并通过控制线束81分别与空调压缩机11、空调冷凝器21、单向阀23、空调蒸发器31、气动马达51相连接， 用以检测与其相连接的各个系统部件的运行状态，根据其内部预先设置的控制程序做出逻辑判断，输出信号给与其相连接的各个系统部件进行控制；
控制线束81的作用是将逻辑控制单元8和其他系统部件通过电信号连接起来；
具体地，在工作时，空调压缩机11吸取气动马达51排出的空调制冷剂R410a蒸汽并对其进行适量压缩增压后排入到空调冷凝器21中，此时，逻辑控制单元8监控整个所述新型蒸汽机的运行情况，并根据其预先设置的程序作出判断，输出信号控制空调压缩机11在单位时间内吸取所述空调制冷剂R410a的速度，使低压管道64内蒸汽的压力达到设定值；风扇22向空调冷凝器21吹风，带走热量，使在空调冷凝器21中的所述空调制冷剂R410a快速降温并最终冷凝液化，此时，空调冷凝器21中的液相的所述空调制冷剂R410a的压强大于空调蒸发器31内蒸汽的压强，液相的所述空调制冷剂R410a便在压力的推动下流动，经过单向阀23流向空调蒸发器31内，待一定数量的液相的所述空调制冷剂R410a注入到空调蒸发器31中后，伴随着液相的所述空调制冷剂R410a在空调蒸发器31内被热源4加热剧烈汽化的过程，空调蒸发器31内蒸汽的压强逐渐增大直到大于空调冷凝器21中的液相的所述空调制冷剂R410a的压强时，单向阀23在高温高压的蒸汽作用下关闭，阻止空调蒸发器31中的高温高压蒸汽向空调冷凝器21回流，此时，逻辑控制单元8根据其内部的预先设置的控制程序控制阀门63为截止状态，管道第二分支62被截止，空调蒸发器31中的高温高压蒸汽只能通过管道第一分支61流向气动马达51，空调蒸发器31内的空调制冷剂R410a蒸汽的压强继续增大直到可以推动气动马达51转动做功；所述高温高压的空调制冷剂R410a蒸汽推动气动马达51产生机械运动做功后，流经低压管道64被空调压缩机11和空调冷凝器21的组合吸取并适量压缩增压和降温后重新液化，变为低温中压的液相工质；当空调蒸发器31内注入的液相空调制冷剂R410a逐渐汽化耗尽后，逻辑控制单元8根据其内部预先设置的控制程序通过控制线束81控制所述阀门63打开变为导通状态，使管道第二分支62与低压管道64导通，空调蒸发器31内部的汽压迅速被降低，直到低于空调冷凝器21中的液相低温中压空调制冷剂R410a的压力时，所述液相空调制冷剂R410a再次在压力作用下经单向阀23流向空调蒸发器31，因此时空调蒸发器31内部呈低压状态，液 相的所述空调制冷剂R410a在空调蒸发器31内部剧烈汽化吸热，使空调蒸发器31内部被快速降温，形成暂时的低压低温氛围，被逻辑控制单元8检测到后，逻辑控制单元8通过控制线束81向阀门63输出关闭信号，使管道第二分支62与低压管道64的导通变为截止，此时，空调蒸发器31内部仍旧是低压低温状态，液相的所述空调制冷剂R410a能够继续注入到空调蒸发器31中，由于热传递需要时间，在空调蒸发器31内部的温度尚未升高太多时，适量的空调冷凝器21中的液相低温中压空调制冷剂R410a已经注入到空调蒸发器31中，之后随着空调蒸发器31中的液相空调制冷剂R410a被加热汽化，压强逐渐升高，直至高于空调冷凝器21中的液相空调制冷剂R410a的压强时，单向阀23被迫关闭，向空调蒸发器31中注入所述液相空调制冷剂R410a的任务完成，此后，所述空调制冷剂R410a开始重复在空调蒸发器31中膨胀做功、推动气动马达51产生机械运动、以及重新被回收液化的过程，循环工作。其中,作为公众已知技术和从发明优化考虑，一种优先结构是空调冷凝器21和空调蒸发器31均由弯曲的管道6和翅片组成,所述弯曲的管道6穿过所述翅片，所述空调制冷剂R410a在所述弯曲的管道6中流动并进行热交换,翅片与所述弯曲的管道6的外壁相接触用于增大热交换的面积从而使热交换加速。
显然，在本实施例2中，空调压缩机11、空调冷凝器21、单向阀23、管道第一分支61、管道第二分支62、阀门63和低压管道64共同配合完成了实施例1中回收液化装置1和注射装置2的作用，是实施例1中回收液化装置1和注射装置2的一种优选方案；空调蒸发器31起到了实施例1中蒸汽发生装置3的作用，是实施例1中蒸汽发生装置3的一种优选方案；气动马达51起到了实施例1中气动执行装置5的作用，是实施例1中气动执行装置5的一种优选方案；显而易见，若将气动马达51换作是汽缸活塞机构或蒸汽涡轮机构等，同样可以起到实施例1中气动执行装置5的作用，汽缸活塞机构和蒸汽涡轮机构同样是实施例1中气动执行装置5的优选方案。
实施例3
在本发明的另一个实施例中，如图3所示，所述基于空调原理逆向应用的新型蒸汽机，包括空调冷凝器21、风扇22、单向阀23、液体增压泵211、空调蒸发器31、气动马达51、蒸汽工质优选为空调制冷剂R410a、逻辑控制单元8 以及控制线束81，图中箭头方向表示蒸汽工质的流动方向，所述空调冷凝器21(相当于实施例1中的回收液化装置1)、所述液体增压泵211(相当于实施例1中的注射装置2)、所述空调蒸发器31(相当于实施例1中的蒸汽发生装置3)和所述气动马达51(相当于实施例1中的气动执行装置5)通过管道6顺序连接并形成循环通路。其中：
空调冷凝器21的作用是对从气动马达51中排出的高温低压的空调制冷剂R410a进行散热并最终冷凝为液相；同时，通过控制空调冷凝器21在单位时间内将气态的所述空调制冷剂R410a液化的数量，达到控制低压管道64内蒸汽压力的目的；显然，单位时间内空调冷凝器21液化的气态所述空调制冷剂R410a越多，低压管道64内的蒸汽压力越低；
液体增压泵211的作用，是将来自空调冷凝器21的液相低温低压的空调制冷剂R410a增压成为低温高压的液相工质；
风扇22的作用，是向空调冷凝器21吹风，带走热量，使空调制冷剂R410a快速降温冷凝为液相；
单向阀23的作用，是保证液相的空调制冷剂R410a只能从液体增压泵211流向空调蒸发器31，而不能反向流动；
空调蒸发器31的作用，是通过吸收热源4的热量将注入进来的低温高压的液相空调制冷剂R410a加热汽化成为高温高压的蒸汽，起到相当于传统蒸汽机中产生蒸汽的锅炉的作用；
气动马达51的作用，是将来自空调蒸发器31的高温高压的空调制冷剂R410a的蒸汽的压力能转化为机械能；
空调制冷剂R410a的作用是吸收热源4的热量形成高温高压的蒸汽后推动气动马达51产生转动；
逻辑控制单元8内储存有预先设置的控制程序，并通过控制线束81分别与空调冷凝器21、单向阀23、液体增压泵211、空调蒸发器31、气动马达51相连接，用以检测与其相连接的各个系统部件的运行状态，根据其内部预先设置的控制程序做出逻辑判断，输出信号给与其相连接的各个系统部件进行控制；
控制线束81的作用是将逻辑控制单元8和其他系统部件通过电信号连接起来；
具体的，在工作时，液体增压泵211吸入经空调冷凝器21液化后的低温低压的液相空调制冷剂R410a并对其增压，将所述空调制冷剂R410a经过单向阀23注入到空调蒸发器31中，所述空调制冷剂R410a在空调蒸发器31中吸收热源4的热量剧烈汽化成为高温高压的蒸汽，同时通过控制气动马达51的负载不超过所设定的上限值的方式，使空调蒸发器31中的高温高压蒸汽的压强在不高于液体增压泵211排出的液相空调制冷剂R410a的压强的情况下也足以推动气动马达51运转，这样液体增压泵211能持续不断的注入液相空调制冷剂R410a到空调蒸发器31中；空调蒸发器31中形成的高温高压的空调制冷剂R410a蒸汽经过管道6流入气动马达51，推动气动马达51转动做功，所述空调制冷剂R410a蒸汽从气动马达51排出后变为高温低压的蒸汽，重新流入到空调冷凝器21中，风扇22向空调冷凝器21吹风带走空调制冷剂R410a的热量，空调制冷剂R410a在冷凝器21中逐渐降温至低于所设定压力下的蒸发温度时开始逐渐液化，直到最终完全液化成为低温低压的液相工质，再被液体增压泵211吸入并增压后注入到空调蒸发器31中膨胀做功，接着，重复推动气动马达51运转、重新液化等过程；循环工作。
显然，在本实施例3中，空调冷凝器21完成了实施例1中回收液化装置1的作用，是实施例1中回收液化装置1的一种优选方案；液体增压泵211起到了实施例1中注射装置2的作用，是实施例1中注射装置2的一种优选方案。
本发明所述的一种基于空调原理逆向应用的新型蒸汽机，是一种全新的蒸汽机，它能有效的转化较低温度的热源的热能为机械能，使转化低温热源的热能为机械能成为可能，填补了现有技术中的蒸汽机的不足；同时，与现有技术中的蒸汽机相比较，本发明的新型蒸汽机在将高温热源的热能转化为机械能时，能够在单位时间内能将更多的热能转化为机械能，提高能源的利用效率。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

  1. 一种基于空调原理逆向应用的新型蒸汽机，其特征在于：包括回收液化装置(1)、注射装置(2)、蒸汽发生装置(3)和气动执行装置(5)，所述回收液化装置(1)、所述注射装置(2)、所述蒸汽发生装置(3)和所述气动执行装置(5)通过管道(6)相连接并形成循环通路，蒸汽工质在所述循环通路中流动；
    通过蒸汽发生装置(3)的所述蒸汽工质被加热后至少部分变为气态，所述蒸汽发生装置(3)通过吸收外界的热量，进而对流经蒸汽发生装置(3)的蒸汽工质进行加热；
    所述蒸汽发生装置(3)输出的蒸汽工质推动所述气动执行装置(5)产生机械运动。
  2. 根据权利要求1所述的蒸汽机，其特征在于：所述蒸汽工质为在相同温度下的饱和蒸汽压高于水的饱和蒸汽压的物质。
  3. 根据权利要求1所述的蒸汽机，其特征在于：还包括逻辑控制单元(8)，所述逻辑控制单元(8)对所述回收液化装置(1)、注射装置(2)、蒸汽发生装置(3)和气动执行装置(5)进行控制。
  4. 根据权利要求1所述的蒸汽机，其特征在于：所述回收液化装置(1)、所述注射装置(2)、所述蒸汽发生装置(3)和所述气动执行装置(5)通过管道(6)顺序连接并形成循环通路。
  5. 根据权利要求1所述的蒸汽机，其特征在于：所述注射装置(2)、所述回收液化装置(1)、所述蒸汽发生装置(3)和所述气动执行装置(5)通过管道(6)顺序连接并形成循环通路。
  6. 根据权利要求1所述的蒸汽机，其特征在于：所述回收液化装置(1)用 于将流经回收液化装置(1)的蒸汽工质变为液态，所述注射装置(2)用于对流经注射装置(2)的蒸汽工质进行加压，所述蒸汽发生装置(3)用于将流经蒸汽发生装置(3)的蒸汽工质变为气态。
  7. 根据权利要求2所述的蒸汽机，其特征在于：所述蒸汽工质为在100摄氏度时的饱和蒸汽压不低于0.4Mpa的物质。
  8. 根据权利要求2所述的蒸汽机，其特征在于：所述蒸汽工质为在50摄氏度时的饱和蒸汽压不低于0.4Mpa的物质。
  9. 根据权利要求2所述的蒸汽机，其特征在于：所述蒸汽工质为在50摄氏度时的饱和蒸汽压与在25摄氏度时的饱和蒸汽压的差值不低于0.4Mpa的物质。
  10. 根据权利要求2所述的蒸汽机，其特征在于：所述蒸汽工质包括但不限于二氧化碳、氨气、空调制冷剂R134a、空调制冷剂R410a、空调制冷剂R32。
  11. 根据权利要求1所述的蒸汽机，其特征在于：所述气动执行装置(5)为气动马达或汽缸活塞机构或蒸汽涡轮机构，所述回收液化装置(1)为空调系统的空调冷凝器(21)，所述注射装置(2)为液体增压泵(211)。
  12. 根据权利要求1所述的蒸汽机，其特征在于：所述回收液化装置(1)、所述注射装置(2)和蒸汽发生装置(3)整合为空调系统的空调冷凝器(21)、空调压缩机(11)和空调蒸发器(31)组合模块。
  13. 根据权利要求1所述的蒸汽机，其特征在于：还包括设置在蒸汽发生装置(3)处的热源(4)，所述热源(4)用于提供热量，所述热源(4)的供热温度低于200℃。
  14. 根据权利要求13所述的蒸汽机，其特征在于：所述热源(4)的供热温 度范围为70℃-150℃。
  15. 根据权利要求1所述的蒸汽机，其特征在于：所述蒸汽发生装置(3)的输入管路上设置有单向阀(23)。
  16. 根据权利要求3所述的蒸汽机，其特征在于：所述蒸汽发生装置(3)的输出管路包括管道第一分支(61)和管道第二分支(62)，所述管道第一分支(61)用于连通所述气动执行装置(5)，所述管道第二分支(62)上设有阀门(63)，所述阀门(63)在所述逻辑控制单元(8)的控制下打开或者关闭。
PCT/CN2018/107965 2018-04-28 2018-09-27 一种基于空调原理逆向应用的新型蒸汽机 WO2019205486A1 (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810407312.2A CN108533328A (zh) 2018-04-28 2018-04-28 一种基于空调原理逆向应用的新型低温蒸汽机
CN201810407312.2 2018-04-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019205486A1 true WO2019205486A1 (zh) 2019-10-31

Family

ID=63476114

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2018/107965 WO2019205486A1 (zh) 2018-04-28 2018-09-27 一种基于空调原理逆向应用的新型蒸汽机
PCT/CN2019/074544 WO2019205773A1 (zh) 2018-04-28 2019-02-02 一种工质循环做功的新型蒸汽机

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2019/074544 WO2019205773A1 (zh) 2018-04-28 2019-02-02 一种工质循环做功的新型蒸汽机

Country Status (2)

Country Link
CN (2) CN108533328A (zh)
WO (2) WO2019205486A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108533328A (zh) * 2018-04-28 2018-09-14 曹连国 一种基于空调原理逆向应用的新型低温蒸汽机
CN115899568A (zh) * 2022-09-30 2023-04-04 李文辉 密封式尾汽回收汽动系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201810420U (zh) * 2010-09-20 2011-04-27 广西玉柴机器股份有限公司 一种发动机余热能量回收装置
CN102705023A (zh) * 2012-06-06 2012-10-03 陈捷 低温蒸汽发电机系统
CN203717053U (zh) * 2013-12-11 2014-07-16 刘文庆 低温蒸汽发电机系统
WO2014154869A1 (fr) * 2013-03-29 2014-10-02 Thiessard Jean Machine thermique cryogenique
CN106437893A (zh) * 2016-08-30 2017-02-22 郭远军 一种可稳温气化的热能动力系统
CN108533328A (zh) * 2018-04-28 2018-09-14 曹连国 一种基于空调原理逆向应用的新型低温蒸汽机

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE7405123L (sv) * 1974-04-17 1975-10-20 Sintab Swedinventor Ab Drivaggregat, serskilt for framdrivning av fordon
JP4411829B2 (ja) * 2002-08-26 2010-02-10 株式会社デンソー 蒸気エンジン
KR101417143B1 (ko) * 2006-04-04 2014-07-08 엘렉트리씨트 드 프랑스 작동 매체의 내부 플래시 기화를 포함하는 피스톤 증기 엔진
CN201262101Y (zh) * 2008-01-18 2009-06-24 张英凡 Co2工质热力节能蒸汽机
CN101864999A (zh) * 2009-04-19 2010-10-20 王鑫弘 直接喷雾液体到热壁上高速蒸发循环的蒸汽机
CN105715407B (zh) * 2016-01-26 2017-07-07 浙江银轮机械股份有限公司 一种基于有机朗肯循环原理的车辆发动机废热回收系统
CN106437909B (zh) * 2016-11-21 2018-11-02 郑成勋 一种通过蒸汽压驱动液体工质做功的系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201810420U (zh) * 2010-09-20 2011-04-27 广西玉柴机器股份有限公司 一种发动机余热能量回收装置
CN102705023A (zh) * 2012-06-06 2012-10-03 陈捷 低温蒸汽发电机系统
WO2014154869A1 (fr) * 2013-03-29 2014-10-02 Thiessard Jean Machine thermique cryogenique
CN203717053U (zh) * 2013-12-11 2014-07-16 刘文庆 低温蒸汽发电机系统
CN106437893A (zh) * 2016-08-30 2017-02-22 郭远军 一种可稳温气化的热能动力系统
CN108533328A (zh) * 2018-04-28 2018-09-14 曹连国 一种基于空调原理逆向应用的新型低温蒸汽机

Also Published As

Publication number Publication date
CN108533328A (zh) 2018-09-14
CN112041542A (zh) 2020-12-04
WO2019205773A1 (zh) 2019-10-31
CN112041542B (zh) 2023-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20090266075A1 (en) Process and device for using of low temperature heat for the production of electrical energy
CN105089726A (zh) 一种基于双压有机朗肯循环的冷热电联供系统
WO2015196883A1 (zh) 一种吸收式热泵制冷动力联供方法
JP2015203417A (ja) ランキンサイクルに従って作動する閉ループを制御する装置およびそれを使用する方法
CN110005486B (zh) 一种基于全热循环的零碳排放冷热电联产装置及工作方法
WO2011011983A1 (zh) 一种低品位热流原动机、低品位热流发电系统及其发电方法
CN111608741B (zh) 一种发电机余热回收利用的orc系统
WO2019205486A1 (zh) 一种基于空调原理逆向应用的新型蒸汽机
CN109736963A (zh) 一种船舶发动机的余热利用系统及方法
JP4555784B2 (ja) 低温廃熱を利用した水蒸気発生装置、その装置を用いた熱電供給装置、及び水蒸気発生方法
CN104612771B (zh) 一种orc制取压缩空气的装置及方法
CN113339696A (zh) 一种二氧化碳增压储存装置及方法
JP4029056B2 (ja) ソーラシステム
CN1069950C (zh) 利用低温工质制冷发电的方法及制冷发电站
WO2022257856A1 (zh) 一种朗肯循环系统及朗肯循环方法
JP2004108220A (ja) ボトミングサイクル発電システム
CN107702429B (zh) 液态空气储能系统能效提升装置及方法
CN113883739B (zh) 一种复合吸收式制冷与有机朗肯循环的co2增压储存装置
CN104595707B (zh) 一种液化天然气冷量的增益回收利用系统
WO2016112760A1 (zh) 一种发动机
CN209145667U (zh) 一种低温工质发电系统及动力系统
CN105783300A (zh) 通过环境工质实现热量循环的热力学循环系统及应用
CN105351111B (zh) 一种空气能发动机
KR100981020B1 (ko) 고압기체 직접구동 냉동사이클
WO1999022189A1 (fr) Moteur thermique a difference de temperature negative

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18916046

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18916046

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1