專利名稱：一種低溫型發(fā)動(dòng)機(jī)以及發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)岱椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，更具體地說，涉及一種動(dòng)力膨脹循環(huán)系統(tǒng)和制冷 循環(huán)系統(tǒng)的復(fù)合的發(fā)動(dòng)機(jī)及其供能方法。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)的余熱(也叫低品能源)排廢越來越大，這些能量 不僅浪費(fèi)還造成大氣變暖破壞和污染環(huán)境。如何將這些能源利用起來實(shí)現(xiàn)節(jié)能 減排已受到全世界的關(guān)注，為此便產(chǎn)生各種低溫余熱發(fā)動(dòng)機(jī)與及其它用途，例 如余熱供暖及溴化鋰制冷等。
低品能源在學(xué)術(shù)上并沒有定義多少溫度以下的溫度屬什么低品級(jí)別的能 源，但非?？隙囟仍降偷哪茉雌肺辉降驮诫y利用，由此可見設(shè)備的工作溫度 越低，低品能源的利用能力就越好，為此有設(shè)計(jì)用壓縮制冷的方式來達(dá)到更低 的工作溫度，那么用壓縮制冷來達(dá)到更低的工作溫度是否可行呢？或者說要采 用什么樣的制冷方式才行呢？再則現(xiàn)在的余熱發(fā)動(dòng)機(jī)首先考慮的是能否將余 熱利用，然后才考慮效率，如果能達(dá)到較低的工作溫度又有較高的熱效率，那 么它就不僅是用在余熱上了，而是其它場(chǎng)所用包含燃料產(chǎn)生的動(dòng)力也可以用到 它。
中國專利申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)枮?7119919.1和200510105805.3，公布了采用壓 縮制冷聯(lián)合循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)。97119919.1提出了用制冷方法產(chǎn)生一個(gè)人造低溫， 利用大氣溫度與人造低溫的溫差從空氣中提出能量來產(chǎn)生動(dòng)力，這個(gè)思想是 好，但是從他的設(shè)計(jì)中存在致命問題其將制冷壓縮機(jī)產(chǎn)生的冷源來冷卻自身 產(chǎn)生的熱量，再向膨脹機(jī)排出的尾氣輸出冷源，這違反了能量守恒定理，因?yàn)?壓縮制冷時(shí)，制冷壓縮機(jī)不僅產(chǎn)生低溫同時(shí)還產(chǎn)生熱量，而產(chǎn)生的熱量要大于 冷量，即熱量=制冷量+壓縮機(jī)功耗，顯然制冷機(jī)產(chǎn)生的冷量還不夠抵消自身產(chǎn)生的熱量，哪里還有冷源去冷凝膨脹機(jī)的排氣，可見申請(qǐng)?zhí)?7119919.1是 錯(cuò)誤的。再則制冷是要消耗機(jī)械功的，如果所消耗的機(jī)械功小于從空氣中獲得 的能量所產(chǎn)生的機(jī)械功，就不可能輸出動(dòng)力。壓縮制冷與膨脹做功是相反的， 制冷的溫差越小能效比COP就越大，反之溫差越大能效比就越低。膨脹做功 正好相反，溫差越小膨脹比就越小，熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械功的效率就越低，因?yàn)榕?脹不僅要克服外力做功同時(shí)還要克服分子間的引力由分子動(dòng)能轉(zhuǎn)化成分子內(nèi) 能，膨脹比小正是克服分子引力大的級(jí)段，所以轉(zhuǎn)化機(jī)械功的少，轉(zhuǎn)為分子內(nèi) 能的多，熱效率低。
申請(qǐng)?zhí)?00510105805.3制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的熱能是靠水或空氣冷卻的，這種 冷卻方式局限了它制冷能力，冷卻溫度越高被冷卻介質(zhì)帶走的熱量越少，制冷 量也隨之減少，同時(shí)冷卻溫度高工作壓力也高能效比COP就越低。該專利申 請(qǐng)所提到的另一種加熱、制冷方法卻是錯(cuò)誤的，其說明書中寫到"其動(dòng)力循環(huán) 系統(tǒng)A的工質(zhì)蒸發(fā)過熱溫度或加熱溫度等于制冷循環(huán)B其制冷劑冷凝溫度或 冷卻溫度，熱源與冷源溫度相等，是同一個(gè)熱源"。這里的錯(cuò)誤很多其一、系 統(tǒng)A和系統(tǒng)B及加熱溫度都相同，溫度相同了就是熱平衡了它們就不會(huì)熱交 換了，制冷系統(tǒng)B的高溫高壓制冷劑就得不到冷凝，就無法制冷。其二、動(dòng) 力循環(huán)系統(tǒng)A的工質(zhì)蒸發(fā)過熱溫度就是排氣溫度，加熱溫度就是發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn) 氣溫度，它們溫差相同就是膨脹機(jī)的進(jìn)口溫度與排氣溫度相同，就不可能做功。 其三、假如它們之間有理想的溫差，可是它膨脹冷凝后的工質(zhì)是先進(jìn)入加熱器， 由加熱器給膨脹工質(zhì)供熱相互熱交換，熱交換后的熱源再來冷卻壓縮產(chǎn)生的高 溫高壓制冷劑，這樣冷卻效果明顯很差，甚至無法冷卻，因?yàn)闊嵩磁c膨脹工質(zhì) 熱交換后溫度雖然有所降低，但是熱源的能量遠(yuǎn)大于膨脹工質(zhì)的冷量(加熱器 提供的總能量=輸出機(jī)械功+排氣余熱)，顯然熱交換后的熱源溫度將大大高于 冷源溫度，如溫度高至與高溫高壓的制冷劑溫度相同時(shí)就不可能冷卻高溫高壓 制冷劑了，高溫高壓制冷劑得不到冷凝(冷卻都不行一定要冷凝成液體)就不 可能制冷，不制冷這個(gè)結(jié)構(gòu)就不能循環(huán)。另制冷必需先將高溫高壓的制冷劑 冷凝成液體才能制冷，在啟動(dòng)時(shí)還沒有冷源，用什么來冷凝高溫高壓的制冷劑 呢？顯然這種結(jié)構(gòu)根本就啟動(dòng)不了是錯(cuò)誤的。
6再則，用制冷的方式僅用來降低工作溫度是不節(jié)能的，相反消耗過多的機(jī)
械功反使效率降低。如以水蒸汽做工質(zhì)為例，蒸汽機(jī)的排氣溫度由5trc降到
l(TC熱效率只提高百分之幾，而由制冷機(jī)將5(TC的蒸汽降到l(TC的水，制冷 機(jī)的能效比只有3倍左右(用R22制冷劑的空調(diào)，溫差只有2(TC而高效的空 調(diào)能效比才有3倍，采用氨制冷的大型機(jī)能效比可達(dá)5倍多，但是溫差大了能 效比也會(huì)大大下降)，可是汽輪機(jī)排出的蒸汽潛熱至少有總熱量的50%，這總 熱量50%的潛熱由制冷機(jī)來冷凝則需要總熱量x50Q/。+制冷能效比3 (左右) xl00%=16.67%;即要將蒸汽機(jī)的排氣溫度由50。C降到10。C熱效率只提高百分 之幾，而制冷機(jī)的消耗占總效率的百分之十幾，顯然由制冷機(jī)僅用來降低排氣 溫度，不但不能提高熱效率相反總效率還會(huì)降低。 一個(gè)很簡單的道理如果有經(jīng) 濟(jì)實(shí)惠(如水)的冷卻劑為何不用它呢？當(dāng)然水不能做到更低的溫度，但要消 耗能源來達(dá)到更低的冷卻溫度不一定值得，由此可見由制冷機(jī)來降溫冷凝只能 降低工作溫度，可以使用沸點(diǎn)更低的工質(zhì)，使更低品位的低溫能源得到利用但 效率不高，如溫差太小效率會(huì)是零，可見申請(qǐng)?zhí)?00510105805.3所提到的很 多方式如太陽能、第二類永動(dòng)機(jī)，它們的溫差太小都是不可行的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述發(fā)動(dòng)機(jī)的低品能源難
以利用和熱效率低的缺陷，提供一種工作溫度較低、能有效回收膨脹機(jī)排除的
蒸汽潛熱的低溫型發(fā)動(dòng)機(jī)及其供熱回?zé)岱椒ā?br> 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種低溫型發(fā)動(dòng)機(jī)，包括制
冷壓縮機(jī)、回?zé)峤粨Q器、汽化膨脹裝置、冷凝蒸發(fā)器、空氣或水加熱器、膨脹
機(jī)、液壓泵以及啟動(dòng)系統(tǒng)；
所述回?zé)峤粨Q器包括第一放熱通道以及第一吸熱通道； 所述冷凝蒸發(fā)器包括第二放熱通道以及第二吸熱通道； 所述的空氣或水加熱器包括第五放熱通道以及第五吸熱通道，所述第五放
熱通道接入空氣或水；
所述制冷壓縮機(jī)、第一放熱通道、汽化膨脹裝置、第二吸熱通道依次連接形成密閉制冷回路，所述制冷回路中填充有制冷劑；
所述膨脹機(jī)、第二放熱通道、液壓泵、第一吸熱通道、第五吸熱通道依次 連接形成密閉做功回路，所述做功回路中填充有膨脹工質(zhì)；
所述制冷劑由制冷壓縮機(jī)壓縮成高壓氣態(tài)制冷劑，進(jìn)入到所述第一放熱通 道內(nèi)與所述第一吸熱通道內(nèi)的低溫液態(tài)膨脹工質(zhì)進(jìn)行熱交換，在熱交換后，所 述高壓氣態(tài)制冷劑冷凝成為低溫高壓液態(tài)制冷劑，而所述低溫液態(tài)膨脹工質(zhì)吸 熱并經(jīng)過空氣或水加加熱器以及加熱器再加熱后汽化形成氣態(tài)膨脹工質(zhì)；
所述低溫高壓液態(tài)制冷劑經(jīng)所述汽化膨脹裝置后，進(jìn)入所述的冷凝蒸發(fā)器 的第二吸熱通道，而所述氣態(tài)膨脹工質(zhì)在所述膨脹機(jī)中做功后，進(jìn)入所述冷凝 蒸發(fā)器的第二放熱通道；在所述冷凝蒸發(fā)器中進(jìn)行熱交換，所述制冷劑吸熱膨 脹成低溫低壓氣態(tài)制冷劑重新進(jìn)入到所述壓縮機(jī)中；而所述膨脹工質(zhì)放熱被冷 凝成低溫低壓液態(tài)的膨脹工質(zhì)，進(jìn)入到所述液壓泵加壓；
所述啟動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置于所述制冷壓縮機(jī)的高壓氣體出口處，用于提供啟動(dòng)冷 源，冷卻所述制冷壓縮機(jī)出來的高溫高壓氣態(tài)的制冷劑，并且在所述第一吸熱 通道內(nèi)的液態(tài)膨脹工質(zhì)達(dá)到一定量時(shí)，所述啟動(dòng)系統(tǒng)停止工作。
在本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)還包括加熱器，所述加熱器包括第三放 熱通道以及第三吸熱通道，所述第三放熱通道接入熱源；所述第三吸熱通道連 接與所述第五吸熱通道和所述膨脹機(jī)之間，所述第三放熱通道與所述第三吸熱 通道進(jìn)行熱交換，所述第三吸熱通道內(nèi)的膨脹工質(zhì)吸熱。
在本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)中，所述制冷劑和膨脹工質(zhì)為兩種具有不同沸點(diǎn)的工 質(zhì)；所述制冷劑為汽化潛熱大、沸點(diǎn)比膨脹工質(zhì)低的工質(zhì)，所述膨脹工質(zhì)為汽 化潛熱小、沸點(diǎn)比所述制冷工質(zhì)高。
在本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)還包括連接在所述回?zé)峤粨Q器與所述制 冷壓縮機(jī)之間的啟動(dòng)冷卻蒸發(fā)器；
所述啟動(dòng)冷卻蒸發(fā)器包括與所述制冷壓縮機(jī)和第一放熱通道連通的第四 放熱通道、以及與所述啟動(dòng)系統(tǒng)連通的第四吸熱通道。
在本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)中，所述啟動(dòng)系統(tǒng)包括啟動(dòng)壓縮機(jī)、冷凝器、啟動(dòng)干燥 過濾器以及啟動(dòng)節(jié)流器；
8所述壓縮機(jī)、冷凝器、啟動(dòng)干燥過濾器、啟動(dòng)節(jié)流器以及第四吸熱通道依
次連接形成密閉啟動(dòng)制冷回路，所述啟動(dòng)制冷回路中填充有啟動(dòng)降溫冷媒； 或者，所述啟動(dòng)系統(tǒng)為連接所述第四吸熱通道的液氮供給系統(tǒng)。 在本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)中，所述汽化膨脹裝置包括依次連接在所述第一放熱通
道和第二吸熱通道之間的干燥過濾器和節(jié)流器；
或者，所述汽化膨脹裝置包括連接在所述第一放熱通道和第二吸熱通道之
間的透平膨脹機(jī)、以及連接在所述第二吸熱通道和所述制冷壓縮機(jī)之間由所述
透平膨脹機(jī)同軸帶動(dòng)的透平壓縮機(jī)。
在本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)中，所述膨脹機(jī)的進(jìn)氣口設(shè)有用于控制所述膨脹工質(zhì)進(jìn)
入所述膨脹機(jī)的末級(jí)啟動(dòng)閥。
本發(fā)明還提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)供熱回?zé)岱椒?，包括以下步驟 Sl:制冷壓縮機(jī)壓縮制冷劑，產(chǎn)生高壓氣態(tài)制冷劑；
S2:在啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，所述高壓氣態(tài)制冷劑與啟動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的冷源進(jìn)行熱 交換；當(dāng)?shù)蜏匾簯B(tài)膨脹工質(zhì)到達(dá)一定量后，停止所述啟動(dòng)系統(tǒng)；
S3:步驟S2啟動(dòng)停止后，所述高壓氣態(tài)制冷劑由所述低溫液態(tài)膨脹工質(zhì) 來冷卻，在回?zé)峤粨Q器中所述的膨脹工質(zhì)與所述的制冷劑熱交換實(shí)現(xiàn)雙作用， 使所述的膨脹工質(zhì)與所述的制冷劑的溫度及能量交換，在熱交換后，所述高壓 氣態(tài)制冷劑冷凝成為低溫高壓液態(tài)制冷劑或冷卻成低溫高壓氣態(tài)制冷劑，而所 述低溫液態(tài)膨脹工質(zhì)吸熱成過熱液態(tài)膨脹工質(zhì)；由于所述的制冷劑的熱量來自 膨脹機(jī)做功后排出的膨脹工質(zhì)余熱，在所述的回?zé)峤粨Q器中再傳給了所述的膨 脹工質(zhì)進(jìn)行再循環(huán)利用，達(dá)到回?zé)崮康模?br> S4:步驟S3形成的膨脹工質(zhì)進(jìn)入到空氣或水加熱器中，在空氣或水加熱 器中膨脹工質(zhì)在空氣或水中吸取熱量，使膨脹工質(zhì)的能量增大；
S5:在冷凝蒸發(fā)器中，所述低溫高壓氣態(tài)制冷劑經(jīng)節(jié)流后或膨脹機(jī)膨脹 后，在所述的冷凝蒸發(fā)器中吸熱膨脹成低溫低壓氣態(tài)制冷劑，進(jìn)入到所述制冷 壓縮機(jī)或進(jìn)入透平膨脹機(jī)中的透平增壓機(jī)再進(jìn)入壓縮機(jī)中進(jìn)行循環(huán)壓縮制冷； 而低溫低壓氣態(tài)的膨脹工質(zhì)放熱，被冷凝成低溫低壓液態(tài)膨脹工質(zhì)，然后通過 液壓泵加壓形成低溫高壓液態(tài)膨脹工質(zhì)，進(jìn)入到所述回?zé)峤粨Q器中進(jìn)行回?zé)嵫h(huán)。
在本發(fā)明的方法中，當(dāng)膨脹工質(zhì)在空氣或水中吸取的熱量不能推動(dòng)膨脹機(jī)
輸出功率時(shí)，該方法還包括，S6:步驟S4形成的膨脹工質(zhì)進(jìn)入到加熱器中，
進(jìn)行加熱形成高溫高壓氣態(tài)膨脹工質(zhì)，然后進(jìn)入到膨脹機(jī)中進(jìn)行膨脹做功。
本發(fā)明的方法的所述步驟S6中，所述加熱器的熱源為廢氣余熱、煤或油 及燃?xì)馊紵臒嵩础?br> 實(shí)施本發(fā)明具有以下有益效果將膨脹機(jī)排出的膨脹工質(zhì)與制冷機(jī)排出的 低溫制冷劑通過熱交換器熱交換，使膨脹工質(zhì)的潛熱被低溫制冷劑吸收而液 化，而制冷劑吸收膨脹工質(zhì)的蒸汽潛熱后汽化膨脹變成潛熱，再由壓縮機(jī)將制 冷劑壓縮升溫并送入回?zé)峤粨Q器中，已液化的膨脹工質(zhì)通過液壓泵增壓后也壓 入回?zé)峤粨Q器中，在回?zé)峤粨Q器中膨脹工質(zhì)與制冷劑熱交換實(shí)現(xiàn)雙作用，使膨 脹工質(zhì)與制冷劑的溫度及能量交換，即制冷劑的高溫?zé)崃坑謧骰亟o膨脹工質(zhì)， 使膨脹工質(zhì)的溫度上升，進(jìn)行再循環(huán)利用，達(dá)到無排廢的目的。已傳熱給膨脹 工質(zhì)的制冷劑溫度降低，降溫后的制冷劑又可通過節(jié)流膨脹或膨脹機(jī)膨脹來制 冷了。
另外，回?zé)峤粨Q器和冷凝器中采用逆流方式熱交換；而且由于本發(fā)明的發(fā) 動(dòng)機(jī)的工作溫度低可通過熱交換器在空氣或水中獲取一定的能量來做功，被提 出能量的空氣或水溫度降低可用來做降溫空調(diào)使用，從而達(dá)到有低溫冷氣和無 排熱及從水或空氣獲得能量。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中 圖1是本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖； 圖2是本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的第二個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，該發(fā)動(dòng)機(jī)包括制冷壓縮機(jī)l、 制冷劑2、油、氣分離器3、啟動(dòng)冷卻蒸發(fā)器4、回?zé)峤粨Q器5、干燥過濾器6、節(jié)流器7、冷凝蒸發(fā)器8、啟動(dòng)系統(tǒng)、空氣或水加熱器10、加熱器ll、膨脹機(jī) 12、膨脹工質(zhì)13、液壓泵14、末級(jí)啟動(dòng)閥16以及連接通道等。
該啟動(dòng)系統(tǒng)包括啟動(dòng)壓縮機(jī)9a、啟動(dòng)降溫冷媒9b、油、氣分離器9c、油 回流管9d、冷凝器9e，冷凝器的進(jìn)水接口 9f和冷凝器的出水接口 9g、干燥過 濾器9h以及節(jié)流器9i;其組成一個(gè)完整的制冷回路，為發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)提供啟 動(dòng)冷源。啟動(dòng)工作時(shí)，分三步進(jìn)行，第一步:首先開啟啟動(dòng)壓縮機(jī)9a，將啟 動(dòng)降溫冷媒9b壓縮為高溫高壓氣體送入油、氣分離器9c，分離出來的油經(jīng)回 油管9d回到啟動(dòng)壓縮機(jī)9a的低壓進(jìn)口 (防止?jié)櫥瓦M(jìn)入蒸發(fā)器影響散熱效 果)，分離出的高溫高壓啟動(dòng)降溫冷媒9b進(jìn)入冷凝器9e，冷凝器9e的另一組 是冷卻水(也可采用空氣冷卻器)，冷卻水從9g進(jìn)入9f流出，高溫高壓的冷 媒9b放熱，而冷卻水吸熱，放熱后的冷媒9b冷凝成液體，液態(tài)冷媒經(jīng)干燥過 濾器9h和節(jié)流器9i進(jìn)入啟動(dòng)冷卻蒸發(fā)器4;在冷卻蒸發(fā)器4內(nèi)，液態(tài)冷媒9b 吸熱氣化膨脹，對(duì)另一路的高溫高壓制冷劑2進(jìn)行降溫。
第二步，啟動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行后(例如4分鐘左右)，再啟動(dòng)制冷壓縮機(jī)l，將 制冷劑2壓縮為高壓氣體送入油、氣分離器3，分離出來的油經(jīng)回油管3a回 到制冷壓縮機(jī)l的低壓進(jìn)口 (防止?jié)櫥瓦M(jìn)入蒸發(fā)器影響散熱效果)，分離出 的高壓氣體進(jìn)入啟動(dòng)冷卻蒸發(fā)器4的第四放熱通道41內(nèi)，啟動(dòng)冷卻蒸發(fā)器4 的另一組通道(為第四吸熱通道42)是節(jié)流器9i進(jìn)入的啟動(dòng)降溫冷媒9b，高 溫高壓的制冷劑2 (放熱)和啟動(dòng)降溫冷媒9b (吸熱)熱交換后冷凝成液體， 液態(tài)制冷劑2經(jīng)回?zé)峤粨Q器5 (啟動(dòng)時(shí)制冷劑2在回?zé)峤粨Q器5內(nèi)不進(jìn)行熱交 換或僅進(jìn)行小量的熱交換)、干燥過濾器6和節(jié)流器7，進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器8的 第二吸熱通道81汽化吸熱膨脹后再回到制冷壓縮機(jī)1的低壓進(jìn)口。
啟動(dòng)時(shí)因回?zé)峤粨Q器的另一組還沒有低溫液態(tài)膨脹工質(zhì)，制冷劑2在回?zé)?交換器5內(nèi)不進(jìn)行熱交換或僅進(jìn)行小量的熱交換，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)都啟動(dòng)并正常運(yùn) 行時(shí)，回?zé)峤粨Q器的另一組就有低溫液態(tài)膨脹工質(zhì)流過，此時(shí)就可停止啟動(dòng)制 冷壓縮機(jī)1的整個(gè)啟動(dòng)系統(tǒng)，高溫高壓的制冷劑2在回?zé)峤粨Q器5中由流過的 低溫液態(tài)膨脹工質(zhì)來冷凝液化，此后啟動(dòng)冷卻蒸發(fā)器4只作通道使用，或增加 旁路閥將啟動(dòng)冷卻蒸發(fā)器4短路。
ii第三步，在發(fā)動(dòng)機(jī)還沒啟動(dòng)前，膨脹機(jī)進(jìn)、出口兩邊原有的液態(tài)膨脹工質(zhì)
13受外界溫度的加熱會(huì)汽化成高壓氣體，使膨脹機(jī)進(jìn)、出口的壓力接近或相 同不能工作，啟動(dòng)時(shí)冷凝蒸發(fā)器8的另一組為第二放熱通道82，其內(nèi)是膨脹 工質(zhì)13，與另一組來自節(jié)流器7的制冷劑2在冷凝蒸發(fā)器8內(nèi)與制冷劑進(jìn)行 熱交換，使膨脹工質(zhì)13 (放熱)冷凝成液態(tài)膨脹工質(zhì)13，膨脹工質(zhì)冷凝后壓 力就會(huì)降低，膨脹機(jī)的進(jìn)、出口就會(huì)產(chǎn)生壓差，當(dāng)壓差達(dá)到一定值時(shí)，打開末 級(jí)啟動(dòng)閥16使高壓氣態(tài)膨脹工質(zhì)進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹做功，末級(jí)啟動(dòng)閥16也是停 機(jī)制動(dòng)閥，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)要停止工作時(shí)關(guān)閉此閥；經(jīng)冷凝器8冷凝的液態(tài)膨脹工質(zhì) 13經(jīng)液壓泵14加壓壓入回?zé)峤粨Q器5的第一吸熱通道51進(jìn)行回?zé)?，液態(tài)膨 脹工質(zhì)13是低溫高壓液體，其與回?zé)峤粨Q器5的第一放熱通道52中的高溫高 壓氣態(tài)制冷劑2 (啟動(dòng)時(shí)是液態(tài))熱交換后，膨脹工質(zhì)吸熱溫度回升，制冷劑 2的溫度會(huì)降低，隨著液態(tài)膨脹工質(zhì)增多，當(dāng)液態(tài)膨脹工質(zhì)達(dá)到一定數(shù)量后啟 動(dòng)系統(tǒng)停止工作。
從回?zé)峤粨Q器5中出來的膨脹工質(zhì)進(jìn)入空氣或水加熱器10的第五吸熱通 道102再熱，放熱通道101的10b是冷卻水進(jìn)口， 10a是冷卻水出口，引入熱 源加熱第五吸熱通道102內(nèi)的膨脹工質(zhì)，放熱通道101出來的冷水用作冷氣空 調(diào)，從水(空氣)加熱器10出來的膨脹工質(zhì)進(jìn)入加熱器11的第三吸熱通道 112，加熱器中第三放熱通道111的熱源是任何可以加熱的熱源如廢氣余熱、 煤或油等燃燒產(chǎn)生的熱，經(jīng)加熱后的膨脹工質(zhì)形成高溫高壓的氣體進(jìn)入膨脹機(jī) 膨脹做功產(chǎn)生動(dòng)力，反復(fù)循環(huán)。當(dāng)膨脹工質(zhì)在空氣或水中吸取的熱量就能推動(dòng) 膨脹機(jī)輸出功率時(shí)，可不使用加熱器加熱了，由空氣或水加熱的膨脹工質(zhì)直接 進(jìn)入膨脹機(jī)做功。
在本實(shí)施例中，制冷劑和膨脹工質(zhì)為兩種具有不同沸點(diǎn)的工質(zhì)。制冷劑的 作用是用于產(chǎn)生冷氣和熱能，選用汽化潛熱大沸點(diǎn)比膨脹工質(zhì)低的做制冷劑， 而膨脹工質(zhì)的作用是吸收壓縮產(chǎn)生的熱能和加熱補(bǔ)充的熱能來膨脹做功，選 用汽化潛熱小沸點(diǎn)比制冷工質(zhì)大的做膨脹工質(zhì)。
相同的制冷劑在不同的工作溫度制冷效率都不相同，不相同的制冷劑制冷 效率就更不同了，工作溫度越接近臨界溫度，制冷效率就越差。而膨脹則相反，工作溫度越接近臨界溫度膨脹效率就越高，采用兩種工質(zhì)可選擇制冷效果好的
做制冷劑，膨脹效率高的做膨脹工質(zhì)，如R717在常溫級(jí)段的制冷效率最好， 而R125在常溫級(jí)段的膨脹效率比R717好，通常在相同的溫度壓力越高者膨 脹效率就越好。以40'C相比，R717制冷劑4(TC時(shí)的壓力是1.5554Pa，而R125 在40。C時(shí)的壓力是2.0079Pa，特別是R125在66.02。C時(shí)就是臨界溫度了 ，工 作溫度只要超過66.02。C就是超臨界溫度了，工作在超臨界溫度狀態(tài)比非臨界 狀態(tài)的膨脹效率高。
如圖2所示，是本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)另一個(gè)實(shí)施例的原理圖；與圖1的區(qū)別在 于圖1是采用節(jié)流器7節(jié)流膨脹降溫的，圖2是采用增壓透平膨脹機(jī)15膨脹 降溫的。啟動(dòng)系統(tǒng)可以采用圖1所示9a至9i的制冷裝置也可采用液氮來降溫 啟動(dòng)，液氮從啟動(dòng)冷卻蒸發(fā)器4的啟動(dòng)降溫介質(zhì)入口 4a進(jìn)入，從啟動(dòng)降溫介 質(zhì)出口4b出來，當(dāng)機(jī)器正常運(yùn)行后就不再輸入液氮來降溫了；當(dāng)然，采用液 氮降溫的方法也可以使用到圖1的實(shí)施例中。圖2與圖1的工作原理區(qū)別是圖 2從回?zé)峤粨Q器5出來的制冷劑不是液態(tài)而是氣態(tài)，被降溫的氣態(tài)高壓制冷劑 進(jìn)入增壓透平膨脹機(jī)15的透平膨脹機(jī)15a膨脹降溫，同時(shí)輸出的軸功帶動(dòng)同 軸的增壓透平壓縮機(jī)15b，從透平膨脹機(jī)15a出來的冷氣進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器8， 與冷凝蒸發(fā)器8的另一組膨脹工質(zhì)13在冷凝蒸發(fā)器8內(nèi)進(jìn)行熱交換，使膨脹 工質(zhì)冷凝成液態(tài)，熱交換后的制冷劑被增壓透平壓縮機(jī)15b吸入進(jìn)行增壓壓 縮，增壓后的制冷劑進(jìn)入制冷壓縮機(jī)l的進(jìn)氣口，再壓縮的制冷劑進(jìn)入油、氣 分離器3、啟動(dòng)冷卻蒸發(fā)器4、回?zé)峤粨Q器5降溫反復(fù)循環(huán)，動(dòng)力輸出部分與 圖l完全相同不再描述。
值得說明，本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)雖然沒有排氣損失(可能是世界上唯一沒有對(duì)外 排熱氣的發(fā)動(dòng)機(jī))，并且還可從水或空氣中吸收些能量來，這都是消耗機(jī)械功 換來的，因此其熱效率也不高，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜造價(jià)高，對(duì)于品位較高的廢氣能 源(別的廢氣發(fā)動(dòng)機(jī)能使用的能源)就沒有什么價(jià)值，對(duì)品位較低難于利用的 低品能源還是有一定的價(jià)值。而對(duì)于要錢的能源如煤、油燃料燃燒直接用推動(dòng) 發(fā)動(dòng)機(jī)的熱能則有較大的價(jià)值，因?yàn)楸景l(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)的效率雖然不高，但是它的 能量分要錢的和不要錢的，只有少部分是要錢的燃料燃燒來產(chǎn)生的，而大部分是不要錢的來自壓縮機(jī)的回?zé)?實(shí)際效率中已減去制冷所消耗的機(jī)械功)和空 氣或水的熱量，因此其經(jīng)濟(jì)與實(shí)際效率大不相同。實(shí)際熱效率=實(shí)際輸出功率 —總熱量x100。/0
而經(jīng)濟(jì)熱效率-實(shí)際輸出功率+要錢的熱量x100。/。
如它的總熱量是50%回?zé)幔?0%的空氣或水的熱量，40%是要錢的能 量，實(shí)際熱效率是25%;
因此它的經(jīng)濟(jì)熱效率=25%+40°/(^100°/。=62.5%
如水(或空氣)的熱量增加到20%，是要錢的能量只有30%;
那么經(jīng)濟(jì)熱效率就會(huì)是25%—30%xl00%=83.3%
由此可見如何提高空氣或水的能量利用率是提高本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率的 關(guān)鍵。 一種新型動(dòng)力不可能在短時(shí)就做到最佳效果，蒸汽機(jī)問事時(shí)的效率才 7%，通過上百年研究和發(fā)展到現(xiàn)在的蒸汽輪機(jī)效率接近40%。特別是本發(fā)明 發(fā)動(dòng)機(jī)沒有熱氣排放，不會(huì)產(chǎn)生大氣變暖，相反本發(fā)動(dòng)機(jī)在空氣吸取了部份熱 量使大氣溫度降低，可克服大氣變暖，再則經(jīng)濟(jì)熱效率高，是很有價(jià)值的新型 發(fā)動(dòng)機(jī)。
廢氣余熱是有限的，大多的場(chǎng)合是要錢燃料產(chǎn)生的熱量，本發(fā)明經(jīng)濟(jì)熱效 率高可適用大量場(chǎng)合。
1權(quán)利要求
1、一種低溫型發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，包括制冷壓縮機(jī)、回?zé)峤粨Q器、汽化膨脹裝置、冷凝蒸發(fā)器、空氣或水加熱器、膨脹機(jī)、液壓泵以及啟動(dòng)系統(tǒng)；所述回?zé)峤粨Q器包括第一放熱通道以及第一吸熱通道；所述冷凝蒸發(fā)器包括第二放熱通道以及第二吸熱通道；所述的空氣或水加熱器包括第五放熱通道以及第五吸熱通道，所述第五放熱通道接入空氣或水；所述制冷壓縮機(jī)、第一放熱通道、汽化膨脹裝置、第二吸熱通道依次連接形成密閉制冷回路，所述制冷回路中填充有制冷劑；所述膨脹機(jī)、第二放熱通道、液壓泵、第一吸熱通道、第五吸熱通道依次連接形成密閉做功回路，所述做功回路中填充有膨脹工質(zhì)；所述制冷劑由制冷壓縮機(jī)壓縮成高壓氣態(tài)制冷劑，進(jìn)入到所述第一放熱通道內(nèi)與所述第一吸熱通道內(nèi)的低溫液態(tài)膨脹工質(zhì)進(jìn)行熱交換，在熱交換后，所述高壓氣態(tài)制冷劑冷凝成為低溫高壓液態(tài)制冷劑，而所述低溫液態(tài)膨脹工質(zhì)吸熱并經(jīng)過空氣或水加加熱器以及加熱器再加熱后汽化形成氣態(tài)膨脹工質(zhì)；所述低溫高壓液態(tài)制冷劑經(jīng)所述汽化膨脹裝置后，進(jìn)入所述的冷凝蒸發(fā)器的第二吸熱通道，而所述氣態(tài)膨脹工質(zhì)在所述膨脹機(jī)中做功后，進(jìn)入所述冷凝蒸發(fā)器的第二放熱通道；在所述冷凝蒸發(fā)器中進(jìn)行熱交換，所述制冷劑吸熱膨脹成低溫低壓氣態(tài)制冷劑重新進(jìn)入到所述壓縮機(jī)中；而所述膨脹工質(zhì)放熱被冷凝成低溫低壓液態(tài)的膨脹工質(zhì)，進(jìn)入到所述液壓泵加壓；所述啟動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置于所述制冷壓縮機(jī)的高壓氣體出口處，用于提供啟動(dòng)冷源，冷卻所述制冷壓縮機(jī)出來的高溫高壓氣態(tài)的制冷劑，并且在所述第一吸熱通道內(nèi)的液態(tài)膨脹工質(zhì)達(dá)到一定量時(shí)，所述啟動(dòng)系統(tǒng)停止工作。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述發(fā)動(dòng)機(jī)還包括加熱 器，所述加熱器包括第三放熱通道以及第三吸熱通道，所述第三放熱通道接入 熱源；所述第三吸熱通道連接與所述第五吸熱通道和所述膨脹機(jī)之間，所述第 三放熱通道與所述第三吸熱通道進(jìn)行熱交換，所述第三吸熱通道內(nèi)的膨脹工質(zhì)吸熱。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述制冷劑和膨脹工質(zhì)為兩種具有不同沸點(diǎn)的工質(zhì)；所述制冷劑為汽化潛熱大、沸點(diǎn)比膨脹工質(zhì)低的 工質(zhì)，所述膨脹工質(zhì)為汽化潛熱小、沸點(diǎn)比所述制冷工質(zhì)高。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述發(fā)動(dòng)機(jī)還包 括連接在所述回?zé)峤粨Q器與所述制冷壓縮機(jī)之間的啟動(dòng)冷卻蒸發(fā)器；所述啟動(dòng)冷卻蒸發(fā)器包括與所述制冷壓縮機(jī)和第一放熱通道連通的第四 放熱通道、以及與所述啟動(dòng)系統(tǒng)連通的第四吸熱通道。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述啟動(dòng)系統(tǒng)包括啟動(dòng) 壓縮機(jī)、冷凝器、啟動(dòng)干燥過濾器以及啟動(dòng)節(jié)流器；所述壓縮機(jī)、冷凝器、啟動(dòng)干燥過濾器、啟動(dòng)節(jié)流器以及第四吸熱通道依 次連接形成密閉啟動(dòng)制冷回路，所述啟動(dòng)制冷回路中填充有啟動(dòng)降溫冷媒； 或者，所述啟動(dòng)系統(tǒng)為連接所述第四吸熱通道的液氮供給系統(tǒng)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述汽化膨脹裝置包括 依次連接在所述第一放熱通道和第二吸熱通道之間的干燥過濾器和節(jié)流器；或者，所述汽化膨脹裝置包括連接在所述第一放熱通道和第二吸熱通道之 間的透平膨脹機(jī)、以及連接在所述第二吸熱通道和所述制冷壓縮機(jī)之間由所述 透平膨脹機(jī)同軸帶動(dòng)的透平壓縮機(jī)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述膨脹機(jī)的進(jìn)氣口設(shè) 有用于控制所述膨脹工質(zhì)進(jìn)入所述膨脹機(jī)的末級(jí)啟動(dòng)閥。
8、 一種發(fā)動(dòng)機(jī)供熱回?zé)岱椒?，其特征在于，包括以下步驟 Sl:制冷壓縮機(jī)壓縮制冷劑，產(chǎn)生高壓氣態(tài)制冷劑；S2:在啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，所述高壓氣態(tài)制冷劑與啟動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的冷源進(jìn)行熱 交換；當(dāng)?shù)蜏匾簯B(tài)膨脹工質(zhì)到達(dá)一定量后，停止所述啟動(dòng)系統(tǒng)；S3:步驟S2啟動(dòng)停止后，所述高壓氣態(tài)制冷劑由所述低溫液態(tài)膨脹工質(zhì) 來冷卻，在回?zé)峤粨Q器中所述的膨脹工質(zhì)與所述的制冷劑熱交換實(shí)現(xiàn)雙作用， 使所述的膨脹工質(zhì)與所述的制冷劑的溫度及能量交換，在熱交換后，所述高壓 氣態(tài)制冷劑冷凝成為低溫高壓液態(tài)制冷劑或冷卻成低溫高壓氣態(tài)制冷劑，而所述低溫液態(tài)膨脹工質(zhì)吸熱成過熱液態(tài)膨脹工質(zhì)；S4:步驟S3形成的膨脹工質(zhì)進(jìn)入到空氣或水加熱器中，在空氣或水加熱 器中膨脹工質(zhì)在空氣或水中吸取熱量，使膨脹工質(zhì)的能量增大；S5:在冷凝蒸發(fā)器中，所述低溫高壓氣態(tài)制冷劑經(jīng)節(jié)流后或膨脹機(jī)膨脹 后，在所述的冷凝蒸發(fā)器中吸熱膨脹成低溫低壓氣態(tài)制冷劑，進(jìn)入到所述制冷 壓縮機(jī)或進(jìn)入透平膨脹機(jī)中的透平增壓機(jī)再進(jìn)入壓縮機(jī)中進(jìn)行循環(huán)壓縮制冷； 而低溫低壓氣態(tài)的膨脹工質(zhì)放熱，被冷凝成低溫低壓液態(tài)膨脹工質(zhì)，然后通過 液壓泵加壓形成低溫高壓液態(tài)膨脹工質(zhì)，進(jìn)入到所述回?zé)峤粨Q器中進(jìn)行回?zé)嵫?環(huán)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，當(dāng)膨脹工質(zhì)在空氣或水中 吸取的熱量不能推動(dòng)膨脹機(jī)輸出功率時(shí)，該方法還包括，S6:步驟S4形成的 膨脹工質(zhì)進(jìn)入到加熱器中，進(jìn)行加熱形成高溫高壓氣態(tài)膨脹工質(zhì)，然后進(jìn)入到 膨脹機(jī)中進(jìn)行膨脹做功。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在所述步驟S6中，所述 加熱器的熱源為廢氣余熱、煤或油及燃?xì)馊紵臒嵩础?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及一種低溫型發(fā)動(dòng)機(jī)及其回?zé)岱椒?。將膨脹機(jī)排出的膨脹工質(zhì)與制冷機(jī)排出的低溫制冷劑通過熱交換器熱交換，使膨脹工質(zhì)的潛熱被低溫制冷劑吸收而液化，而制冷劑吸收膨脹工質(zhì)的蒸汽潛熱后汽化膨脹變成潛熱，再由壓縮機(jī)將制冷劑壓縮升溫并送入回?zé)峤粨Q器中，已液化的膨脹工質(zhì)通過液壓泵增壓后也壓入回?zé)峤粨Q器中，在回?zé)峤粨Q器中膨脹工質(zhì)與制冷劑熱交換實(shí)現(xiàn)雙作用，制冷劑的高溫?zé)崃坑謧骰亟o膨脹工質(zhì)，使膨脹工質(zhì)的溫度上升，進(jìn)行再循環(huán)利用，達(dá)到無排廢的目的。降溫后的制冷劑通過節(jié)流膨脹或膨脹機(jī)膨脹來制冷了；由于本發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度低還可從空氣或水中吸取部分熱量來做膨脹功，被吸熱的空氣或水變成低溫空氣或冷水可用來做降溫空調(diào)使用。
文檔編號(hào)F01K25/00GK101586482SQ200810067370
公開日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日
發(fā)明者雷衍章 申請(qǐng)人:雷衍章