一種蒸汽動力發(fā)生系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及蒸汽動力領(lǐng)域，尤其涉及一種蒸汽動力發(fā)生系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對于發(fā)動機(jī)，傳統(tǒng)的汽油和柴油發(fā)動機(jī)不僅產(chǎn)生有危害的廢氣，而且燃燒過程中大約50%的燃料轉(zhuǎn)化為發(fā)動機(jī)過熱的熱量。當(dāng)將該類發(fā)動機(jī)應(yīng)用于曲柄軸、凸輪軸和閥時(shí)，技術(shù)要求也比較高，導(dǎo)致成本大幅提高，并帶來磨損及重量增加等問題；因此，現(xiàn)實(shí)中開始轉(zhuǎn)向通過水蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械動力的動力源裝置安裝在發(fā)動機(jī)上，制備生產(chǎn)活塞式蒸汽發(fā)動機(jī)和汽輪發(fā)動機(jī)；對于活塞式蒸汽發(fā)動機(jī)，因轉(zhuǎn)化熱效率低、環(huán)境污染大，已漸被淘汰；汽輪式發(fā)動機(jī)則在火力發(fā)電廠中被大量使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種利用水，尤其是利用高溫飽和水，受熱瞬間爆炸膨脹產(chǎn)生動力的裝置。
[0004]為解決上述問題，本發(fā)明的一種蒸汽動力發(fā)生系統(tǒng)，包括內(nèi)部設(shè)有腔體的受熱器、連通到受熱器腔體內(nèi)的液體入口以及蒸汽出口、熱源；所述熱源用于對受熱器的腔體進(jìn)行加熱；所述受熱器腔體內(nèi)設(shè)置有飽和水發(fā)生裝置以及飽和水爆炸裝置，所述液體入口、飽和水發(fā)生裝置、飽和水爆炸裝置以及蒸汽出口依次相連通。
[0005]所述飽和水發(fā)生裝置內(nèi)設(shè)有微小通道，所述液體在微小通道內(nèi)被加熱生成飽和水。
[0006]所述飽和水發(fā)生裝置包括一柱體，所述微小通道包括該柱體外表面與受熱器內(nèi)表面之間的間隙，和/或該柱體外表面上的至少一個細(xì)槽。
[0007]所述間隙的寬度為小于1mm。
[0008]所述細(xì)槽的寬度小于1mm，深度小于1mm。
[0009]所述飽和水發(fā)生裝置還包括所述柱體與高壓液體入口之間設(shè)置的分流裝置，該分流裝置設(shè)置有聯(lián)通所述間隙和/或細(xì)槽與高壓液體入口的通道。
[0010]所述飽和水發(fā)生裝置還包括導(dǎo)熱體，該導(dǎo)熱體位于所述柱體靠近所述高壓液體端，用于使飽和水受熱強(qiáng)化并且均衡。
[0011]所述飽和水爆炸裝置為多孔性材料體，用于增加飽和水的受熱面積。
[0012]所述多孔性材料體為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體。
[0013]所述高壓液體入口前還設(shè)置有過冷裝置。
[0014]一種蒸汽動力發(fā)生方法，其特征在于:
[0015]I)將高壓液體生成高溫飽和水；
[0016]2)使高溫飽和水瞬間受熱發(fā)生爆炸，形成高溫高壓蒸汽流。
[0017]本發(fā)明的蒸汽動力發(fā)生系統(tǒng)及方法，與現(xiàn)有的燃油內(nèi)燃發(fā)動機(jī)相比具有許多的優(yōu)占-
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[0018]1.本發(fā)明裝置對燃料的種類和品質(zhì)要求不嚴(yán)格，只要提供有合格的熱源溫度在400攝氏度即可，而且熱能轉(zhuǎn)化效率高。實(shí)驗(yàn)證明熱能轉(zhuǎn)化效率可達(dá)25%?35%以上，高于現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的約20%。
[0019]2.本發(fā)明裝置適用的發(fā)動機(jī)范圍擴(kuò)大，該裝置比燃油內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣躁音大幅降低，轉(zhuǎn)距特性好，甚至在交通動力輸出時(shí)可以不需要裝變速箱就能實(shí)現(xiàn)汽車的無級變速，排出的廢氣有害成分也少。
[0020]3.本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小移動方便。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明蒸汽動力發(fā)生系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明蒸汽動力發(fā)生系統(tǒng)中分流片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明蒸汽動力發(fā)生系統(tǒng)中檔流片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明蒸汽動力發(fā)生系統(tǒng)中柱體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5為本發(fā)明蒸汽動力發(fā)生系統(tǒng)中柱體與受熱器的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明技術(shù)方案，下面結(jié)合實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0027]本發(fā)明公開了一種蒸汽動力發(fā)生系統(tǒng)，包括飽和水發(fā)生裝置以及飽和水爆炸裝置。如圖1所示，該系統(tǒng)包括進(jìn)水細(xì)管2、螺塞3、分流片4、擋流片5、受熱器6、柱體7、底座8、熱源10和導(dǎo)熱體11。
[0028]所述的進(jìn)水細(xì)管2嵌入在所述螺塞3中，所述螺塞3通過螺紋與所述的受熱器6連接，同時(shí)對所述的分流片4與所述的擋流片5產(chǎn)生預(yù)緊壓力，所述擋流片5的另一端面與所述的柱體7以及所述的導(dǎo)熱體11相連。
[0029]所述的導(dǎo)熱體11鑲嵌在所述的柱體7的內(nèi)部，當(dāng)然也可以緊貼于柱體7的外部。
[0030]所述的柱體7的另一端面與所述的底座8相連，所述的底座8與所述的受熱器6內(nèi)壁上的臺肩接觸起支撐作用。
[0031]所述的受熱器6外側(cè)設(shè)置有熱源10。
[0032]如圖2、3所示，所述的分流片4上設(shè)置有多個通液槽41，高壓液體從進(jìn)水細(xì)管2內(nèi)進(jìn)入該通液槽41。
[0033]所述擋流片5與所述的分流片4相接觸，其周邊設(shè)置有向外的多個凸起51以及凹進(jìn)52。
[0034]所述凸起51外緣頂在受熱器6內(nèi)壁上，通液槽41內(nèi)的液體能夠通過凹進(jìn)52進(jìn)入到柱體7 —側(cè)。
[0035]所述柱體7與所述受熱器6之間設(shè)置有微小通道，在所述微小通道內(nèi)，高壓液體被加熱生成高溫飽和水。
[0036]所述微小通道包括該柱體7外表面與受熱器6內(nèi)表面之間的間隙71，所述間隙的寬度為小于1mm。
[0037]或者所述微小通道包括該柱體7外表面上的若干細(xì)槽72，所述細(xì)槽的寬度小于1mm，深度小于1mm。
[0038]當(dāng)然，所述微小通道也可以同時(shí)包括所述間隙71與所述細(xì)槽72，并且通過多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)微小通道同時(shí)包括間隙71與細(xì)槽72時(shí)，并且所述間隙71小于Imm時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生蒸汽的效果最佳。
[0039]高壓液體經(jīng)液體泵I進(jìn)入進(jìn)水細(xì)管2，通過分流片4分流、擋流片5擋流后進(jìn)入所述微小通道，并在微小通道的狹小空間內(nèi)受熱而形成高溫高壓飽和水。高溫高壓飽和水形成后在微小通道內(nèi)由高壓噴出，形成微小的飽和水顆粒打在高溫狀態(tài)的飽和水爆炸裝置上進(jìn)而發(fā)生水爆炸，快速劇烈汽化形成高溫高壓蒸汽。
[0040]所述飽和水爆炸裝置包括多孔性材料體9，該多孔性材料體9位于受熱體6的腔體內(nèi)，位于靠近蒸汽出口 13—端。
[0041]所述多孔性材料體9可以是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
[0042]所述蒸汽出口 13外側(cè)連接有動力轉(zhuǎn)換裝置14，可以是汽缸或汽輪機(jī)向外做功從而產(chǎn)生動力輸出。
[0043]受熱器6外面是熱源10，熱源10可以是燃料燃燒產(chǎn)生的熱能，也可以是合適溫度的余熱能，或者是相變蓄熱器蓄的熱能等等。熱源外可包覆隔熱層15。螺塞3通過螺紋與受熱器6連接，同時(shí)對分流片4與擋流片5產(chǎn)生預(yù)緊壓力，其端面與受熱器6之間鎖緊密封。分流片4的作用是徑向分流和預(yù)熱作用。
[0044]與擋流片5相鄰的是柱體7和導(dǎo)熱體11，柱體7為實(shí)心或多孔性燒結(jié)材料，此材料為耐高溫，耐腐蝕的耐熱鋼材料，柱體7外表面有徑向或軸向分布的數(shù)條或數(shù)十條細(xì)槽，如圖4所示。
[0045]導(dǎo)熱體11可以內(nèi)嵌于柱體7中，也可以獨(dú)立在柱體7夕卜，用導(dǎo)熱和耐高溫腐蝕性能優(yōu)良的材料制造。由于柱體7靠近檔流片5的一端首先與高壓液體接觸，從而熱量會快速被高壓液體吸收而導(dǎo)致其自身溫度下降，因此導(dǎo)熱體11的設(shè)置，其作用加強(qiáng)熱量傳導(dǎo)，使柱體7的溫度下降后熱量能夠快速得到補(bǔ)充，保證每次脈沖產(chǎn)生的蒸汽動力都均勻平穩(wěn)，底座8與受熱器6內(nèi)壁臺肩接觸起支撐作用，多孔性材料9用良好的耐熱抗高溫氧化性材料制造。
[0046]在所述高壓液體入口前還設(shè)置有過冷裝置12，并且該過冷裝置12與動力轉(zhuǎn)換裝置14相連接，從而實(shí)現(xiàn)液體的循環(huán)利用。
[0047]本發(fā)明公開了一種蒸汽動力發(fā)生方法，包括以下步驟:
[0048]I)將高壓液體生成高溫飽和水；
[0049]2)使高溫飽和水瞬間受熱發(fā)生爆炸，形成高溫高壓蒸汽流。
[0050]眾所周知，水汽化的過程，例如將lkg、0°C的水裝在帶有活塞的容器中，從外界向容器加熱，同時(shí)保持容器內(nèi)的壓力為P不變。起初，水的溫度逐漸升高，比體積也稍有增加。但當(dāng)溫度升高到相應(yīng)于P的飽和溫度ts而變成飽和水以后，繼續(xù)加熱，飽和水便逐漸變成飽和水蒸汽，即所謂汽化，直到汽化完畢。在整個汽化過程中，溫度始終保持為飽和溫度ts不變。在汽化過程中，由于飽和水蒸汽的量不斷增加，比體積一般增大很多。再繼續(xù)加熱，溫度又開始上升，比體積繼續(xù)增大，飽和水蒸汽變成過熱水蒸汽。
[0051]在水遇高溫物體發(fā)生水爆炸時(shí)，由于飽和水處于高溫飽和狀態(tài)(臨界壓力P。為22.064MPa,臨界溫度t。為373.99°C )，較不飽和水具有更強(qiáng)的汽化能力，吸熱較少、汽化較快，瞬間爆炸能夠產(chǎn)生高溫高壓蒸汽流。而對于蒸汽而言，遇到高溫物體并不會發(fā)生爆炸，而僅僅是受熱膨脹。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種蒸汽動力發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于:包括內(nèi)部設(shè)有腔體的受熱器、連通到受熱器腔體內(nèi)的液體入口以及蒸汽出口、熱源；所述熱源用于對受熱器的腔體進(jìn)行加熱；所述受熱器腔體內(nèi)設(shè)置有飽和水發(fā)生裝置以及飽和水爆炸裝置，所述高壓液體入口、飽和水發(fā)生裝置、飽和水爆炸裝置以及蒸汽出口依次相連通。
2.如權(quán)利要求1所述的蒸汽動力發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于:所述飽和水發(fā)生裝置內(nèi)設(shè)有微小通道，所述液體在微小通道內(nèi)被加熱生成飽和水。
3.如權(quán)利要求2所述的蒸汽動力發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于:所述飽和水發(fā)生裝置包括一柱體，所述微小通道包括該柱體外表面與受熱器內(nèi)表面之間的間隙，和/或該柱體外表面上的至少一個細(xì)槽。
4.如權(quán)利要求3所述的蒸汽動力發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于:所述間隙的寬度為小于1mm。
5.如權(quán)利要求3所述的蒸汽動力發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于:所述細(xì)槽的寬度小于1mm，深度小于Imm0
6.如權(quán)利要求2所述的蒸汽動力發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于:所述飽和水發(fā)生裝置還包括所述柱體與高壓液體入口之間設(shè)置的分流裝置，該分流裝置設(shè)置有聯(lián)通所述間隙和/或細(xì)槽與高壓液體入口的通道。
7.如權(quán)利要求3所述的蒸汽動力發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于:所述飽和水發(fā)生裝置還包括導(dǎo)熱體，該導(dǎo)熱體位于所述柱體靠近所述高壓液體端，用于使飽和水受熱強(qiáng)化并且受熱均衡。
8.如權(quán)利要求1所述的蒸汽動力發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于:所述飽和水爆炸裝置為多孔性材料體,用于增加飽和水的受熱面積。
9.如權(quán)利要求1所述的蒸汽動力發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于:所述多孔性材料體為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體。
10.一種蒸汽動力發(fā)生方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將高壓液體生成高溫飽和水； 2)使高溫飽和水瞬間受熱發(fā)生爆炸，形成高溫高壓蒸汽流。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種蒸汽動力發(fā)生系統(tǒng)，包括內(nèi)部設(shè)有腔體的受熱器、連通到受熱器腔體內(nèi)的液體入口以及蒸汽出口、熱源；所述熱源用于對受熱器的腔體進(jìn)行加熱；所述受熱器腔體內(nèi)設(shè)置有飽和水發(fā)生裝置以及飽和水爆炸裝置，所述液體入口、飽和水發(fā)生裝置、飽和水爆炸裝置以及蒸汽出口依次相連通；以及一種蒸汽動力發(fā)生方法，包括以下步驟：1）將高壓液體生成高溫飽和水；2）使高溫飽和水瞬間受熱發(fā)生爆炸，形成高溫高壓蒸汽流。本發(fā)明裝置對燃料的種類和品質(zhì)要求不嚴(yán)格，熱能轉(zhuǎn)化效率高；適用的發(fā)動機(jī)范圍擴(kuò)大，該裝置比燃油內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣躁音大幅降低，轉(zhuǎn)距特性好，甚至在交通動力輸出時(shí)可以不需要裝變速箱，排出的廢氣有害成分也少；結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小移動方便。
【IPC分類】F22B3-00
【公開號】CN104776414
【申請?zhí)枴緾N201410013320
【發(fā)明人】劉貴文, 楊明軍, 黃錦全
【申請人】臺州市大江實(shí)業(yè)有限公司
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2014年1月10日
【公告號】CA2840902A1, EP2894401A1, US20150198067, WO2015103800A1