一種熱力機系統的製作方法

2023-06-03 01:51:16 1

專利名稱：一種熱力機系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種熱力機系統，尤其是一種利用較低溫度差和浮力驅動的熱力機系統。
背景技術：
自然界及工業生產領域中存在著大量的低溫熱源，如深海海水與面上海水的溫差、地熱、工業界的火力發電、石油化工、煉鋼、水泥等領域都會有大量的低溫熱源，由於其溫差較低很難得到利用，多數都被白白浪費掉了。而對於一些略高點的溫差工業上多數採用有機朗肯循環加以利用，具體循環過程主要包括工質通過高溫熱源吸熱汽化膨脹後推動汽輪機做功，然後工質又對低溫熱源放熱液化後通過輸送泵再送入高溫熱源吸熱。工質在吸熱、膨脹做功、放熱、壓縮這四個過程間不斷循環通過汽輪機對外做功。該系統由於系統中的高低溫溫差不大，因而熱力效率都不高。同時由於工質的整個循環過程中必須處於密閉系統中，這些問題都限制了該技術的進一步推廣。

發明內容
針對上述現有技術的不足，本發明的目的就是提供一種投資少、易實施的對溫差要求不高的熱力機系統，通過此熱力機輸出動力或發電擴大熱源的利用。為實現上述技術目的，本發明米用如下技術方案一種熱力機系統，包括在一氣液兩相空間中旋轉運行的動力機，動力機上設有工質容器，所述工質容器在氣液兩相空間內交叉往復運行。其中，液相溫度高於氣相溫度，而工質容器內的工質沸點溫度高於氣液兩相空間中氣相形式的氣體溫度，低於氣液兩相空間中液相形式的液體溫度。理論上，液體蓄容池中的液體與液面上的空氣溫差越大越好。其中，工質容器為軟質氣囊，氣囊外可以配設一膨脹約束裝置，用於約束氣囊在液下的下行階段的體積膨脹，在液下的上行階段可解除約束使得氣囊自由膨脹到設計體積， 同時在氣體空間時輔助氣囊縮小體積。其中，液體蓄容池可以通過調整進出熱水流量或採用自動溫控系統控制加熱量使得其溫度保持在某一設定範圍之內。液體蓄容池上方的空間可採用半封閉空間，通過調整通風量使氣體溫度保持在某一設定範圍之內。其中，氣囊採用有加強筋的材質構成或防水氣滲漏的布製成，外加一個伸縮性較小的套網，限定其在水中膨脹到一個設定的尺寸。其中，在液體蓄容池上方的空間布置有冷水噴霧或噴淋系統，用於加速氣囊在氣體空間中的冷卻。其中，所述動力機可以是旋轉圓盤，也可以是鏈輪結構，還可以用槓桿結構。本發明的原理在於當氣囊位於液體中時，由於液體的溫度高於氣囊中工質的沸點溫度，工質從液體吸熱汽化會使氣囊體積膨脹；而當氣囊位於液面上方的空間中時，由於空氣溫度低於氣囊中工質沸點，工質會放熱冷凝為液體，同時體積縮小。在氣囊外配設有膨脹約束裝置的情況下，當氣囊進入液下，氣囊中的工質吸收熱量而膨脹，但因膨脹約束裝置的約束使其無法進一步完全膨脹，如果此時打開膨脹約束裝置，氣囊體積迅速膨脹，便會產生較大的浮力。本發明就是利用氣囊入水過程體積小和出水過程體積大這一差異引起的浮力差，實現對外做功。本發明也可以不加設氣囊膨脹約束裝置，只需氣囊中的工質在液下下行段充分膨脹後開始上行，利用其形成的較大浮力差來實現對外做功。本發明通過選擇合適的工質，可以充分開發自然界及工業生產領域中存在著大量的低溫熱源。同時，本發明的熱力機系統因其結構簡單，實施方便，對溫差要求不高，投資少，便於大規模推廣應用。


圖I是本發明一個優選實施例的結構示意圖。圖2是本發明另一個優選實施例的結構示意圖。圖3、圖4是圖2所示實施例的變形結構示意圖。圖5是本發明第三個優選實施例的結構示意圖。圖6、圖7是圖5所示實施例的運行示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步的說明。圖I是本發明熱力機系統的一個優選實施例的結構示意圖，該實施例是本發明實現的基本形式之一。如圖I所示，該系統熱力機由下部蓄容池中的高溫液相熱源(熱水)、蓄容池上部的低溫氣相熱源(大氣)、帶轉動軸的圓盤I、氣囊2、氣囊壓板3、氣囊恢復彈簧4、 氣囊套控制開關5、發電機6組成。其中，圓盤I作為動力機，以逆時針方向旋轉，同時帶動固定在其周邊的氣囊2也繞轉動軸逆時針旋轉。氣囊2內裝有低沸點工質，即該工質在熱水溫度(高溫)下可吸熱汽化為氣體，而在熱水上方的大氣空間(低溫)下會放熱冷凝成液體。因此，氣囊2在一周旋轉過程中將經歷從大氣(低溫環境)進入水中(高溫環境)後吸熱體積逐漸增大，出水後(進入大氣空間)放熱體積逐漸減小的過程。如果通過氣囊套控制開關5控制氣囊壓板3 (氣囊膨脹約束裝置)在氣囊2位於水下下降段時關閉鎖緊、在氣囊2上升段時打開，將在圓盤I左右兩邊形成較大的浮力差。這一浮力差將推動圓盤I逆時針轉動，除克服阻力外的動力輸出後，可驅動發電機6轉動對外發電。理論上，液體蓄容池中的液體與液面上的空氣溫差越大越好。氣囊壓板3 (氣囊膨脹約束裝置)用於氣囊在液下的下行階段體積約束膨脹，在液下的上行階段解除約束使得氣囊自由膨脹到設計體積，同時在氣體空間時輔助氣囊縮小體積。本實施中，蓄容池可以通過調整進出熱水流量或採用自動溫控系統控制加熱量使得其溫度保持在某一設定範圍之內。蓄容池上方的空間可採用半封閉空間，通過調整通風量使氣體溫度保持在某一設定範圍之內。另外，在蓄容池上方的空間可以布置有冷水噴霧或噴淋系統，用於加速氣囊在氣體空間中的冷卻。本實施中，氣囊採用有加強筋的材質構成或防水氣滲漏的布製成，外加一個伸縮性較小的套網，限定其在水中膨脹到一個設定的尺寸。本發明中，也可以不加設氣囊膨脹約束裝置，只需氣囊中的工質在液下下行段充分膨脹後開始上行，利用其形成的較大浮力差來實現對外做功。另外，在本發明中，也可以採用氣缸或類似其它容易產生體積變化的形式來代替氣囊。當工質容器為氣缸時，氣缸可用傳熱性能優良的材料製成。氣缸內的工質可在吸收熱量時膨脹推動活塞增大體積，放熱時靠外部彈簧壓力推動活塞使體積縮小。圖2是本發明另一優選實施例的結構示意圖。如圖2所示，該實施例的熱力機系統由下部的液相高溫熱源(熱水)、上部的氣相低溫熱源(大氣)、鏈輪I和2、鏈條3、氣囊4、 氣囊壓板5、氣囊壓板彈簧6、氣囊壓板鎖定開關7、上鏈輪軸8、下鏈輪軸9、發電機10組成。 氣囊4內裝有低沸點工質。鏈輪1、2以逆時針方向旋轉，同時帶動鏈條及鏈條上的氣囊4也逆時針旋轉。由於氣囊4中充填的是低沸點工質，即該工質在水中溫度下吸熱汽化為氣體， 在水液面上空間的溫度下放熱冷凝成液體，所以氣囊4在一周旋轉過程中將從進入水中後吸熱體積逐漸增大，出水後放熱體積逐漸減小。當氣囊在空氣中放熱體積縮小到一定程度， 氣囊壓板5在彈簧6的壓力下自動鎖定;待氣囊4連同外殼隨鏈條運動到水下鏈輪的右側某一位置後氣囊壓板鎖定開關7打開，此時氣囊4將吸熱膨脹產生較大的浮力上行帶動鏈條3運行。同時通過上鏈輪軸8驅動發電機10發電。為了強化氣囊4中工質散熱冷凝和吸熱汽化，可採用圖3、圖4的形式延長氣囊在大氣和液下的停留時間。圖5是該發明的第三個優選實施例。如圖5所示，熱力機系統除具有高溫水源及低溫空間外，還包括支架I、槓桿2、平衡滑塊及滑軌3、氣囊a及壓板4、氣囊b及壓板5、棘輪6、氣囊a壓板鎖定開關7、氣囊b壓板鎖定開關8，該系統通過主軸上的棘輪做成上下擺動的槓桿形式。氣囊a是系統恢復位置用氣囊，氣囊b是動力氣囊，工作時靠動力氣囊b在液下體積膨脹獲得浮力上升推動棘輪逆時針轉動做功。當氣囊b到達液面時，由於氣囊a 已經冷卻縮小，槓桿右端將高於左端，滑塊3將向左邊滑動將氣囊a壓入水中下沉，當氣囊 a到達下行最低點時(圖6所示)氣囊a的壓板鎖定開關7打開，氣囊a體積膨脹，在浮力作用下氣囊a又向上運動。同時氣囊b在空氣中已經放熱縮小，向下運動；當氣囊a到達液面時則會出現槓桿左端高於右端的情況，滑塊將向右端滑動，滑塊的壓力使得氣囊b下沉，當氣囊b到達氣囊b下行最低點時(圖7所示)壓板鎖定開關8打開，氣囊b體積膨脹增大，在浮力作用下氣囊b上升帶動棘輪6轉動對外做功。該系統中的滑塊3也可設計成電控或其它機械傳動的形式。為了增加輸出動力，本發明的熱力機系統可設計為多組，通過串聯和並聯設計提
高使用效率。本發明通過選擇合適的工質，可以充分開發自然界及工業生產領域中存在著大量的低溫熱源。同時，本發明結構簡單，實施方便，對溫差要求不高，投資少，便於大規模推廣應用。以上僅為本發明的最佳實施方式而已，並不用以限制本發明。凡依據本發明公開的內容，本領域的普通技術人員能夠顯而易見地想到的一些雷同、替代方案，均應落入本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種熱力機系統，其特徵在於，在一氣液兩相空間中有一動力機，所述動力機上設有工質容器，所述工質容器在氣液兩相空間內交叉往復運行。
2.根據權利要求I所述的熱力機系統，其特徵在於，所述工質容器內的工質沸點溫度高於氣液兩相空間中氣相形式的氣體溫度，低於氣液兩相空間中液相形式的液體溫度。
3.根據權利要求2所述的熱力機系統，其特徵在於，所述工質容器為軟質氣囊，所述氣囊外配設有膨脹約束裝置，所述膨脹約束裝置用於氣囊在液下的下行階段約束體積膨脹， 在液下的上行階段解除約束使得氣囊自由膨脹到設計體積，同時在氣體空間時輔助氣囊縮小體積。
4.根據權利要求3所述的熱力機系統，其特徵在於，所述動力機的轉軸上設有旋轉圓盤，所述氣囊固定在所述旋轉圓盤的周邊，所述膨脹約束裝置的控制點位於氣囊的上行段。
5.根據權利要求3所述的熱力機系統，其特徵在於，所述動力機的轉軸上設有鏈輪結構，所述氣囊固定在所述鏈輪結構的鏈條上，所述膨脹約束裝置的控制點位於氣囊的上行段。
6.根據權利要求3所述的熱力機系統，其特徵在於，所述動力機的轉軸上設有槓桿結構，所述氣囊固定在所述槓桿結構的兩端，所述膨脹約束裝置的控制點位於氣囊在液下設計的最低點。
7.根據權利要求3所述的熱力機系統，其特徵在於，所述液體蓄容池通過調整進出熱水流量或採用自動溫控系統控制加熱量使得液體溫度保持在某一設定範圍之內。
8.根據權利要求3所述的熱力機系統，其特徵在於，所述液體蓄容池上方的空間採用半封閉空間，通過冷水噴霧或調整通風量使氣體溫度保持在某一設定範圍之內。
9.根據權利要求2所述的熱力機系統，其特徵在於，所述工質容器為軟質氣囊，所述氣囊中的工質在液下下行段充分膨脹後開始上行。
10.根據權利要求2所述的熱力機系統，其特徵在於，所述工質容器為傳熱性能優良的材料製成的氣缸。
全文摘要
本發明公開一種熱力機系統，包括在一氣液兩相空間中旋轉運行的動力機，所述動力機上設有工質容器，所述工質容器在氣液兩相空間內交叉往復運行。其中，液相溫度高於氣相溫度，而工質容器內的低沸點工質沸點溫度高於氣液兩相空間中氣相形式的氣體溫度，低於氣液兩相空間中液相形式的液體溫度。本發明通過選擇合適的工質，利用工質容器入水出水引起的浮力差來推動動力機轉動對外做功，可以充分開發自然界及工業生產領域中存在著大量的低溫熱源。同時，本發明因其結構簡單，對溫差要求不高，實施方便，便於大規模推廣應用。
文檔編號F01K27/02GK102588025SQ20121004949
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月29日 優先權日2012年2月29日
發明者楊建 申請人:深圳清華大學研究院