專利名稱：一種工質(zhì)相變循環(huán)的蒸氣壓縮式熱力發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種工質(zhì)相變循環(huán)的蒸氣壓縮式熱力發(fā)動機，用在工質(zhì)相變循環(huán) 的蒸氣壓縮式熱力發(fā)動機上，向工質(zhì)相變循環(huán)的蒸氣壓縮式熱力發(fā)動機提供熱量。
背景技術(shù)：
目前，石油儲藏量有限且價格上漲，而且以石油為燃料燃燒對環(huán)境產(chǎn)生較大的污 染。太陽能及工業(yè)余熱以及任何燃料燃燒產(chǎn)生的熱能來工作，沒有廢氣排放，利用這些熱能 來成為能源動力尚未實施，但是極具發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。有基于此，作出本實用新型。實用新型內(nèi)容為了解決上述問題，本實用新型的目的在于提供了一種工質(zhì)相變循環(huán)的蒸氣壓縮 式熱力發(fā)動機，本實用新型具有燃料廣泛、替代石油、成本低，無污染物，不污染環(huán)境，熱機 熱效率高的特點。為達到上述的目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案，一種工質(zhì)相變循環(huán)的蒸氣壓縮式熱力發(fā)動機，該發(fā)動機包括高溫熱源，低溫熱源， 電磁換向閥，第一換熱器，第二換熱器，第一氣缸，第二氣缸，第一活塞，第二活塞，曲柄連桿 機構(gòu)；其中高溫熱源和低溫熱源分別與電磁換向閥連接，電磁換向閥與第一換熱器和第二 換熱器連接，第一換熱器與第一氣缸連接，第二換熱器與第二氣缸連接；第一氣缸內(nèi)設(shè)有第 一活塞，第二氣缸內(nèi)設(shè)有第二活塞；曲柄連桿機構(gòu)包括曲軸和正時齒輪，曲軸上設(shè)有1個 正時齒輪，曲柄連桿系統(tǒng)的曲軸分別與第一氣缸內(nèi)的第一活塞和第二氣缸內(nèi)的第二活塞固 連；電磁換向閥與曲柄連桿機構(gòu)間通過信號傳輸。所述的第一氣缸，第二氣缸內(nèi)存儲制冷劑工質(zhì)，從高溫熱源通過第一換熱器吸收 熱量時，第一氣缸內(nèi)的工質(zhì)從液態(tài)變成氣態(tài)，體積膨脹推動第一活塞作功；第二氣缸內(nèi)的 工質(zhì)通過第二換熱器向低溫熱源放熱時，工質(zhì)體積收縮，從氣態(tài)變回液態(tài)，推動第二活塞作 功，雙向壓力差推動曲柄連桿機構(gòu)運動，當通過電磁換向閥改變閥體方向，使高溫熱源通過 第二換熱器對第二氣缸內(nèi)工質(zhì)加熱作用，低溫熱源通過第一換熱器對第一氣缸內(nèi)工質(zhì)冷 卻，過程剛好相反，完成一個工作循環(huán)。所述的熱源采用太陽能、工業(yè)余熱以及任何燃料燃燒產(chǎn)生的低品位的熱能。所述的制冷劑工質(zhì)采用液態(tài)氨和氣態(tài)氨。所述的第一氣缸，第二氣缸排布方式采用對置式、V型和并排式中的任意一種。當利用太陽能作熱源時，用太陽能熱水器作高溫熱源。相變發(fā)電熱力學(xué)原理如下；基于工質(zhì)相變的熱力發(fā)動機循環(huán)是由等溫等壓膨脹過 程、等溫等壓壓縮過程、兩個絕熱過程組成的卡諾循環(huán)系統(tǒng)。工質(zhì)相變蒸氣壓縮式循環(huán)的在 圖上如圖4所示，圖4是制冷劑工質(zhì)的lgp-h圖，其中ρ為蒸氣壓力，h為工質(zhì)焓值。1-2工 況為從高溫熱源吸熱，2-3為推動活塞做功，3-4為向低溫熱源放熱，h” Ii2，Ii3分別為各過程 點的焓值，Pk、po分別為高低溫熱源的工質(zhì)壓力，Tk、To分別為高低溫熱源的工質(zhì)溫度， 是近似的卡諾循環(huán)。[0016]高溫熱源等溫等壓膨脹吸熱過程，工質(zhì)單位質(zhì)量吸熱量 A為工質(zhì)蒸發(fā)的焓差= - (1)低溫熱源等溫等壓壓縮放熱過程，工質(zhì)單位質(zhì)量放熱量辦為工質(zhì)冷凝的焓差 <h=h_ h (2)工質(zhì)單位質(zhì)量活塞移動所做的功Wtl為工質(zhì)蒸發(fā)吸熱量和工質(zhì)冷凝放熱量的焓差 W0=h2-h3 (3)發(fā)動機單邊工質(zhì)質(zhì)量為M，高溫熱源等溫等壓膨脹總熱量Qk=M(4)發(fā)動機單邊理論作功N=M (ti2_h3)(5)發(fā)動機熱效率=2N/Qk=2(6)卡諾循環(huán)熱效率(7)。本實用新型的有益效果是本實用新型通過利用氨等制冷劑工質(zhì)，從高溫熱源吸 收熱量時從液態(tài)變成氣態(tài)，體積膨脹作功；向低溫熱源放熱時，體積收縮，從氣態(tài)變回液態(tài)， 產(chǎn)生壓力差推動活塞做功。具有燃料廣泛、替代石油、成本低，無污染物，不污染環(huán)境，可采 用太陽能、工業(yè)余熱以及任何燃料燃燒產(chǎn)生的低品位的熱能驅(qū)動，有利于提高能源利用效 率，且熱機熱效率高的優(yōu)點。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步說明。
圖1是本實用新型的并排式氣缸的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型的對置式氣缸的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型的V型氣缸的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實用新型等溫等壓吸熱放熱時的ρ—h相圖。
具體實施方式
實施例1 如圖1所示，一種工質(zhì)相變循環(huán)的蒸氣壓縮式熱力發(fā)動機，該發(fā)動機包括高溫熱 源1，低溫熱源8，電磁換向閥2，第一換熱器3，第二換熱器7，第一氣缸4，第二氣缸6，第一 活塞9，第二活塞10，曲柄連桿機構(gòu)5 ；所述的熱源采用太陽能、工業(yè)余熱以及任何燃料燃燒 產(chǎn)生的低品位的熱能。所述的第一氣缸4，第二氣缸6排布方式采用并排式。其中高溫熱源1和低溫熱源8分別與電磁換向閥2連接，電磁換向閥2與第一換 熱器3和第二換熱器7連接，第一換熱器3與第一氣缸4連接，第二換熱器7與第二氣缸6 連接；第一氣缸4內(nèi)設(shè)有第一活塞9，第二氣缸6內(nèi)設(shè)有第二活塞10 ；曲柄連桿機構(gòu)5包括 曲軸52和正時齒輪51，曲軸52上設(shè)有1個正時齒輪51，曲柄連桿系統(tǒng)5的曲軸52分別與 第一氣缸4內(nèi)的第一活塞9和第二氣缸6內(nèi)的第二活塞10固連；電磁換向閥2與正時齒輪 51之間通過信號傳輸；其中第一氣缸4，第二氣缸6內(nèi)存儲制冷劑工質(zhì)，本實施例的第一氣 缸4的制冷劑工質(zhì)采用液態(tài)氨，第二氣缸6的制冷劑工質(zhì)采用氣態(tài)氨。從高溫熱源1通過 第一換熱器3吸收熱量時，第一氣缸4內(nèi)的工質(zhì)從液態(tài)變成氣態(tài)，體積膨脹推動第一活塞9 作功；第二氣缸6內(nèi)的工質(zhì)通過第二換熱器7向低溫熱源8放熱時，工質(zhì)體積收縮，從氣態(tài)變回液態(tài)，推動第二活塞10作功，雙向壓力差推動曲柄連桿機構(gòu)5作功，當通過電磁換向閥 2改變閥體方向，使高溫熱源1通過第二換熱器7對第二氣缸6內(nèi)工質(zhì)加熱作用，低溫熱源 8通過第一換熱器3對第一氣缸4內(nèi)工質(zhì)冷卻，過程剛好相反，完成一個工作循環(huán)。本實施例發(fā)動機的工作過程為高溫熱源1通過第一換熱器3對第一氣缸4內(nèi)工 質(zhì)加熱，低溫熱源8通過第二換熱器7對第二氣缸6內(nèi)工質(zhì)冷卻，第一氣缸4內(nèi)NH3液受熱 蒸發(fā)，壓力增加，推動第一活塞9下移；第二氣缸6內(nèi)NH3氣受冷冷凝，壓力減小，推動第二 活塞12上移，雙向壓力差使推動曲柄連桿機構(gòu)5的曲軸52運動；當?shù)谝换钊?下移到下止 點附近時，第一氣缸4內(nèi)制冷劑液體全部蒸發(fā)為氣體，而第二氣缸6內(nèi)制冷劑氣體全部冷凝 成液體，為下一沖程作好準備，當?shù)谝换钊?下移到下止點時，曲柄連桿系統(tǒng)5上的曲軸52 轉(zhuǎn)動180度，此信息通過正時齒輪51發(fā)送信號，電磁換向閥2受到信號轉(zhuǎn)換方向，使高溫熱 源1通過第二換熱器7對第二氣缸6內(nèi)工質(zhì)加熱作用，低溫熱源8通過第一換熱器3對第 一氣缸4內(nèi)工質(zhì)冷卻，過程與上述相反，當左活塞上移到右上點時，完成一個工作循環(huán)。本實施例的以工質(zhì)相變循環(huán)的蒸氣壓縮式熱力發(fā)動機的冷熱源供熱裝置自動完 成兩氣缸供熱放熱的切換，雙向的作用提高了熱機效率，可采用太陽能、工業(yè)余熱以及任何 燃料燃燒產(chǎn)生的低品位的熱能驅(qū)動，有利于提高能源利用效率；具有成本低，結(jié)構(gòu)簡易、工 作效率高的優(yōu)點。實施例2 如圖2所示，一種工質(zhì)相變循環(huán)的蒸氣壓縮式熱力發(fā)動機，該發(fā)動機包括高溫熱 源1，低溫熱源8，電磁換向閥2，第一換熱器3，第二換熱器7，第一氣缸4，第二氣缸6，第一 活塞9，第二活塞10，曲柄連桿機構(gòu)5 ；所述的熱源采用太陽能、工業(yè)余熱以及任何燃料燃燒 產(chǎn)生的低品位的熱能。所述的第一氣缸4，第二氣缸6排布方式采用對置式。其中高溫熱源1和低溫熱源8分別與電磁換向閥2連接，電磁換向閥2與第一換 熱器3和第二換熱器7連接，第一換熱器3與第一氣缸4連接，第二換熱器7與第二氣缸6 連接；第一氣缸4內(nèi)設(shè)有第一活塞9，第二氣缸6內(nèi)設(shè)有第二活塞10 ；曲柄連桿機構(gòu)5包括 曲軸52和正時齒輪51，曲軸52上設(shè)有1個正時齒輪51，曲柄連桿系統(tǒng)5的曲軸52分別與 第一氣缸4內(nèi)的第一活塞9和第二氣缸6內(nèi)的第二活塞10固連；電磁換向閥2與正時齒輪 51之間通過信號傳輸；其中第一氣缸4，第二氣缸6內(nèi)存儲制冷劑工質(zhì)，本實施例的第一氣 缸4的制冷劑工質(zhì)采用液態(tài)氨，第二氣缸6的制冷劑工質(zhì)采用氣態(tài)氨。從高溫熱源1通過 第一換熱器3吸收熱量時，第一氣缸4內(nèi)的工質(zhì)從液態(tài)變成氣態(tài)，體積膨脹推動第一活塞9 作功；第二氣缸6內(nèi)的工質(zhì)通過第二換熱器7向低溫熱源8放熱時，工質(zhì)體積收縮，從氣態(tài) 變回液態(tài)，推動第二活塞10作功，雙向壓力差推動曲柄連桿機構(gòu)5運動，當通過電磁換向閥 2改變閥體方向，使高溫熱源1通過第二換熱器7對第二氣缸6內(nèi)工質(zhì)加熱作用，低溫熱源 8通過第一換熱器3對第一氣缸4內(nèi)工質(zhì)冷卻，過程剛好相反，完成一個工作循環(huán)。本實施例發(fā)動機的工作過程為高溫熱源1通過第一換熱器3對第一氣缸4內(nèi)工 質(zhì)加熱，低溫熱源8通過第二換熱器7對第二氣缸6內(nèi)工質(zhì)冷卻，第一氣缸4內(nèi)NH3液受熱 蒸發(fā)，壓力增加，推動第一活塞9左移；第二氣缸6內(nèi)NH3氣受冷冷凝，壓力減小，推動第二活 塞12左移，使推動曲柄連桿機構(gòu)5的曲軸52運動；當?shù)谝换钊?左移到左止點附近時，第 一氣缸4內(nèi)制冷劑液體全部蒸發(fā)為氣體，而第二氣缸6內(nèi)制冷劑氣體全部冷凝成液體，為下 一沖程作好準備，當?shù)谝换钊?左移到左止點時，曲柄連桿系統(tǒng)5上的曲軸52轉(zhuǎn)動180度，此信息通過正時齒輪51發(fā)送信號，電磁換向閥2受到信號轉(zhuǎn)換方向，使高溫熱源1通過第 二換熱器7對第二氣缸6內(nèi)工質(zhì)加熱作用，低溫熱源8通過第一換熱器3對第一氣缸4內(nèi) 工質(zhì)冷卻，過程與上述相反，當?shù)诙钊乙频接抑裹c時，完成一個工作循環(huán)。實施例3 如圖3所示，一種工質(zhì)相變循環(huán)的蒸氣壓縮式熱力發(fā)動機，該發(fā)動機包括高溫熱 源1，低溫熱源8，電磁換向閥2，第一換熱器3，第二換熱器7，第一氣缸4，第二氣缸6，第一 活塞9，第二活塞10，曲柄連桿機構(gòu)5 ；所述的熱源采用太陽能、工業(yè)余熱以及任何燃料燃燒 產(chǎn)生的低品位的熱能。所述的第一氣缸4，第二氣缸6排布方式采用V型。其中高溫熱源1和低溫熱源8分別與電磁換向閥2連接，電磁換向閥2與第一換 熱器3和第二換熱器7連接，第一換熱器3與第一氣缸4連接，第二換熱器7與第二氣缸6 連接；第一氣缸4內(nèi)設(shè)有第一活塞9，第二氣缸6內(nèi)設(shè)有第二活塞10 ；曲柄連桿機構(gòu)5包括 曲軸52和正時齒輪51，曲軸52上設(shè)有1個正時齒輪51，曲柄連桿系統(tǒng)5的曲軸52分別與 第一氣缸4內(nèi)的第一活塞9和第二氣缸6內(nèi)的第二活塞10固連；電磁換向閥2與正時齒輪 51之間通過信號傳輸；其中第一氣缸4，第二氣缸6內(nèi)存儲制冷劑工質(zhì)，本實施例的第一氣 缸4的制冷劑工質(zhì)采用液態(tài)氨，第二氣缸6的制冷劑工質(zhì)采用氣態(tài)氨。從高溫熱源1通過 第一換熱器3吸收熱量時，第一氣缸4內(nèi)的工質(zhì)從液態(tài)變成氣態(tài)，體積膨脹推動第一活塞9 作功；第二氣缸6內(nèi)的工質(zhì)通過第二換熱器7向低溫熱源8放熱時，工質(zhì)體積收縮，從氣態(tài) 變回液態(tài)，推動第二活塞10作功，雙向壓力差推動曲柄連桿機構(gòu)5運動，當通過電磁換向閥 2改變閥體方向，使高溫熱源1通過第二換熱器7對第二氣缸6內(nèi)工質(zhì)加熱作用，低溫熱源 8通過第一換熱器3對第一氣缸4內(nèi)工質(zhì)冷卻，過程剛好相反，完成一個工作循環(huán)。本實施例發(fā)動機的工作過程為V型與對置式的工作過程相同；高溫熱源1通過第 一換熱器3對第一氣缸4內(nèi)工質(zhì)加熱，低溫熱源8通過第二換熱器7對第二氣缸6內(nèi)工質(zhì) 冷卻，第一氣缸4內(nèi)NH3液受熱蒸發(fā)，壓力增加，推動第一活塞9左移；第二氣缸6內(nèi)NH3氣 受冷冷凝，壓力減小，推動第二活塞12左移，使推動曲柄連桿機構(gòu)5的曲軸52運動；當?shù)谝?活塞9左移到左止點附近時，第一氣缸4內(nèi)制冷劑液體全部蒸發(fā)為氣體，而第二氣缸6內(nèi)制 冷劑氣體全部冷凝成液體，為下一沖程作好準備，當?shù)谝换钊?左移到左止點時，曲柄連桿 系統(tǒng)5上的曲軸52轉(zhuǎn)動180度，此信息通過正時齒輪51發(fā)送信號，電磁換向閥2受到信號 轉(zhuǎn)換方向，使高溫熱源1通過第二換熱器7對第二氣缸6內(nèi)工質(zhì)加熱作用，低溫熱源8通過 第一換熱器3對第一氣缸4內(nèi)工質(zhì)冷卻，過程與上述相反，當?shù)诙钊乙频接抑裹c時，完 成一個工作循環(huán)。
權(quán)利要求1.一種工質(zhì)相變循環(huán)的蒸氣壓縮式熱力發(fā)動機，其特征在于該發(fā)動機包括高溫熱源 (1)，低溫熱源(8)，電磁換向閥(2)，第一換熱器(3)，第二換熱器(7)，第一氣缸(4)，第二氣 缸(6)，第一活塞(9)，第二活塞(10)，曲柄連桿機構(gòu)(5)；其中高溫熱源(1)和低溫熱源(8) 分別與電磁換向閥(2)連接，電磁換向閥(2)與第一換熱器(3)和第二換熱器(7)連接，第 一換熱器(3)與第一氣缸(4)連接，第二換熱器(7)與第二氣缸(6)連接；第一氣缸(4)內(nèi) 設(shè)有第一活塞(9)，第二氣缸(6)內(nèi)設(shè)有第二活塞(10);曲柄連桿機構(gòu)(5)包括曲軸(52)和 正時齒輪(51)，曲軸(52)上設(shè)有1個正時齒輪(51)，曲柄連桿系統(tǒng)(5)的曲軸(52)分別與 第一氣缸(4)內(nèi)的第一活塞(9)和第二氣缸(6)內(nèi)的第二活塞(10)固連；電磁換向閥(2) 與曲柄連桿機構(gòu)(5)之間通過信號傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工質(zhì)相變循環(huán)的蒸氣壓縮式熱力發(fā)動機，其特征在于 所述的第一氣缸(4)、第二氣缸(6)內(nèi)存儲有制冷劑工質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種工質(zhì)相變循環(huán)的蒸氣壓縮式熱力發(fā)動機，其特征在 于所述的第一氣缸(4)、第二氣缸(6)排布方式采用對置式、V型和并排式中的任意一種。
專利摘要本實用新型公開了一種工質(zhì)相變循環(huán)的蒸氣壓縮式熱力發(fā)動機，該發(fā)動機包括高溫熱源，低溫熱源，電磁換向閥，第一換熱器，第二換熱器，第一氣缸，第二氣缸，第一活塞，第二活塞，曲柄連桿機構(gòu)；其中高溫熱源和低溫熱源分別與電磁換向閥連接，電磁換向閥與第一換熱器和第二換熱器連接，第一換熱器與第一氣缸連接，第二換熱器與第二氣缸連接；第一氣缸內(nèi)設(shè)有第一活塞，第二氣缸內(nèi)設(shè)有第二活塞；第一氣缸和第二氣缸分別通過第一活塞和第二活塞與曲柄連桿機構(gòu)固連；電磁換向閥與曲柄連桿機構(gòu)間通過信號傳輸。本實用新型具有燃料廣泛、替代石油、成本低，無污染物，不污染環(huán)境，熱機熱效率高的特點。
文檔編號F01K25/00GK201916009SQ20112002011
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者黃德中 申請人:紹興文理學(xué)院