專利名稱：低溫能源產(chǎn)生動力的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用深冷液氮(或液態(tài)空氣)的冷量與自然界低溫?zé)崃恐g的溫差來產(chǎn)生動力(軸功和冷量)的方法及裝置。
現(xiàn)有產(chǎn)生動力(例如火力發(fā)電)的方法是通過燃料的燃燒發(fā)出的熱量，使水變成蒸汽，推動汽輪機作功，帶動發(fā)電機發(fā)電。從而實現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能(軸功)，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?或其他動力)的實際過程。
在產(chǎn)生動力(例如發(fā)電)過程中，水蒸汽通過汽輪機作功，溫度急劇下降，熱量大量消耗，只有依靠不斷提供燃料燃燒熱量的供給，才能保證火力發(fā)電的正常運行。同樣在獲得低溫的冷量過程中，從系統(tǒng)取出熱量，需要消耗功，因此，冷量的獲得應(yīng)視為動力的消耗。反之，冷量的產(chǎn)生，在一定意義上說，即為動力的獲得。
本發(fā)明的目的在于利用自然界存在的低溫?zé)崃颗c深冷液氮(或液態(tài)空氣)的冷量之間的溫差來產(chǎn)生動力(軸功和冷量)。而深冷液氮(或液態(tài)空氣)在其連續(xù)回路中可循環(huán)使用，以達到利用自然界低溫?zé)崃看嫒剂先紵a(chǎn)生熱量的一個方法及裝置。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施來達到空氣加熱工質(zhì)(液氮或液態(tài)空氣)，同時獲得冷量；工質(zhì)膨脹作功產(chǎn)生動力(軸功)；工質(zhì)冷熱換位；工質(zhì)通過兩相透平膨脹機和全液透平膨脹機再次膨脹產(chǎn)生冷量輸出軸功而形成的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括A.由加熱器，透平膨脹機，冷凝-蒸發(fā)換熱器，冷凝器，液貯槽，高壓泵，深冷管路和閃發(fā)氣制冷系統(tǒng)等構(gòu)成一個連續(xù)回路。
B.深冷液氮(或液態(tài)空氣)在所述回路中循環(huán)。
C.以自然界的空氣為熱源，通過加熱器對冷氮氣(或冷空氣)進行加熱，使之獲得能量，工質(zhì)通過冷熱換位，氣體透平膨脹機，兩相透平膨脹機，全液透平膨脹機對外作功產(chǎn)生軸功并獲得冷量而液化，供循環(huán)使用。
D.進入液貯槽的閃發(fā)氣通過制冷系統(tǒng)使之液化返回液貯槽。
附

圖1是本發(fā)明所用的系統(tǒng)原理圖。
以下結(jié)合附圖1就本發(fā)明的實施進一步詳述如附圖1，經(jīng)凈化及干燥裝置19的自然界空氣用風(fēng)機20通過調(diào)節(jié)閥16將其鼓入加熱器3，對來自冷凝-蒸發(fā)換熱器2的高壓氮氣(或高壓空氣，壓力2.95-3.35MPa，溫度128-134K)進行加熱至溫度為270-273K，后將高溫高壓氮氣(或空氣)引入氣體透平膨脹機4，使其在絕熱等熵下膨脹做功，輸出軸功。與此同時，通過加熱器3內(nèi)的自然界空氣被冷卻產(chǎn)生冷量，可作為各種用途的冷源使用。
經(jīng)絕熱等熵膨脹后的氮氣(或空氣)壓力和溫度下降(壓力1.4-1.6MPa，溫度220-225K)，進入冷凝-蒸發(fā)換熱器2，氮氣(或空氣)在來自常壓的液貯槽1的液氮(或液化空氣)，經(jīng)高壓泵6，壓至3-3.4MPa的過冷液體的冷卻下(過冷液體被加熱后，送至加熱器3)，部分冷凝成溫度為110K的兩相流體，將其引入兩相透平膨脹機5，工質(zhì)膨脹輸出軸功，兩相流體獲得冷量(溫度降至84-86K，壓力0.2-0.25MPa)。再將上述兩相流體引入冷凝器8，將其全部冷凝成溫度為82-83K的液氮(或液態(tài)空氣)；其中冷卻液系來自液貯槽1，經(jīng)泵7加壓至0.8-1.0MPa的過冷液氮(或液態(tài)空氣)。過冷液氮(或液態(tài)空氣)在冷凝器8中被加熱至81-82K，離開冷凝器8后與冷凝液(經(jīng)泵10)合并進入全液透平膨脹機9，工質(zhì)在全液透平膨脹機中膨脹輸出軸功，同時獲得冷量。離開全液透平膨脹機的液氮(或液態(tài)空氣)溫度為77K，壓力0.1-0.12MPa，進入液貯槽1循環(huán)使用。與液氮(或液態(tài)空氣)同時進入液貯槽內(nèi)的閃發(fā)氣則通過制冷系統(tǒng)11，12，13，14使之液化后返回液貯槽。
整個系統(tǒng)都采用較好的低溫絕熱材料將其與外界環(huán)境隔開，以保證系統(tǒng)的良好運行。
采用本發(fā)明的系統(tǒng)流程及裝置所表現(xiàn)特征是利用自然界空氣低溫?zé)崃繉ι罾錃獾?或深冷空氣)進行加熱，獲得能量，通過透平膨脹機對外作功產(chǎn)生軸功，與此同時，加熱空氣被冷卻而產(chǎn)生冷量。達到利用自然界的低溫?zé)崃看嫒剂先紵@得的熱量以產(chǎn)生動力(軸功和冷量)的目的。工質(zhì)通過冷熱換位，透平膨脹使之液化，以達到其循環(huán)使用。就效果來說，當(dāng)氣化1Kg/s的液氮時，扣除系統(tǒng)內(nèi)部各種功率消耗，系統(tǒng)的凈輸出軸功率約25KW，同時約可產(chǎn)生1Kg/s，溫度為173K左右的空氣冷量，可作各種用途的冷源。
權(quán)利要求
1.低溫能源產(chǎn)生動力(軸功和冷量)的方法裝置，該系統(tǒng)通過空氣加熱，工質(zhì)膨脹作功致冷，液氣冷熱換位，以達到利用自然界低溫能源產(chǎn)生動力(軸功和冷量)的目的。包括A.由加熱器3，透平膨脹機4，5，9，冷凝-蒸發(fā)換熱器2，冷凝器8，液貯槽1，高壓泵6，離心泵7，10和深冷管路系統(tǒng)及閃發(fā)氣制冷系統(tǒng)，構(gòu)成一個連續(xù)回路；B.有深冷工質(zhì)在所述回路中循環(huán)；C.用自然界空氣低溫?zé)崃繉ι罾涔べ|(zhì)進行加熱。其特征在于利用自然界空氣低溫?zé)崃繉べ|(zhì)進行加熱(同時空氣得到冷量)，獲得能量，通過膨脹對外作功使之產(chǎn)生軸功；與此同時，工質(zhì)通過冷熱換位，膨脹致冷使之液化，以達到其循環(huán)使用。
2.按照權(quán)利要求1所述的低溫能源產(chǎn)生動力(軸功和冷量)的方法及裝置，其特征在于所述冷凝-蒸發(fā)換熱器2是低溫工況條件下的板翅式換熱器，進入換熱器的冷流體壓力3-3.4MPa，溫度約77K的過冷液體工質(zhì)，離開時溫度為128-134K的氣體工質(zhì)；進入換熱器的熱流體壓力1.4-1.6MPa，溫度220-225K的氣體，離開時溫度為110K的兩相流體。
3.按照權(quán)利要求1所述的低溫能源產(chǎn)生動力(軸動和冷量)的方法及裝置，其特征在于所述加熱器3是低溫工況條件下的板翅式換熱器。進入該換熱器的冷流體是壓力2.95-3.35MPa，溫度128-134K的氣體工質(zhì)，離開時溫度270-273K；進入換熱器的熱流體溫度293-298K的自然界空氣；離開時溫度170-176K，由此可獲得溫度和壓力都較高的氣體工質(zhì)及低溫冷量的空氣(作為其他冷源使用)。
4.按照權(quán)利要求1所述的低溫能源產(chǎn)生動力(軸功和冷量)的方法及裝置，其特征在于所述冷凝器8是低溫工況條件下的板翅式換熱器。進入該換熱器的冷流體是壓力0.8-1.0MPa，溫度約77K的過冷液氮(或液態(tài)空氣)，離開時溫度81-82K；進入冷凝器熱流體為溫度84-86K的兩相流體，離開時為溫度82-83K的液態(tài)工質(zhì)。
5.按照權(quán)利要求1所述的低溫能源產(chǎn)生動力(軸功和冷量)的方法及裝置，其特征在于所述透平膨脹機是低溫工況條件下的膨脹機，它們分別是氣體透平膨脹機4，兩相(氣、液)透平膨脹機5及全液透平膨脹機9。進入氣體透平膨脹機的氣體工質(zhì)壓力2.9-3.3MPa，溫度為270-273K，離開時壓力1.4-1.6MPa，溫度220-225K；進入兩相(氣、液)透平膨脹機的工質(zhì)壓力1.4-1.6MPa，溫度110K的兩相流體。離開時壓力0.2-0.25MPa。溫度84-86K的兩相流體；進入全液透平膨脹機的工質(zhì)為0.8-1.0MPa，溫度81-82K的過冷液氮(或液態(tài)空氣)，離開時壓力0.1-0.12MPa，溫度77K的液氮(或液態(tài)空氣)及閃發(fā)氣體。
6.按照權(quán)利要求1所述的低溫能源產(chǎn)生動力(軸功和冷量)的方法及裝置，其特征在于參加循環(huán)的深冷工質(zhì)選用液氮(或液態(tài)空氣)。
全文摘要
低溫能源產(chǎn)生動力(軸功和冷量)的方法及裝置，系統(tǒng)由加熱器3，透平膨脹機4、5、9，冷凝-蒸發(fā)換熱器2，冷凝器8，液貯槽1，高壓泵6，離心泵7，10和深冷管路系統(tǒng)及閃發(fā)氣制冷系統(tǒng)等構(gòu)成連續(xù)回路，其內(nèi)有深冷工質(zhì)在循環(huán)。利用自然界空氣低溫?zé)崃?，通過加熱器3對工質(zhì)進行加熱獲得能量(同時，空氣獲得冷量)，通過透平膨脹機4、5、9膨脹做功，使之產(chǎn)生軸功。氣化的工質(zhì)通過冷熱換位，膨脹致冷使之液化，以達到深冷工質(zhì)的循環(huán)使用。
文檔編號F01K25/04GK1139182SQ9510675
公開日1997年1月1日 申請日期1995年6月23日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月23日
發(fā)明者霍占滿, 陳業(yè)勤 申請人:霍占滿, 陳業(yè)勤, 孔德星, 張清云