干空氣能驅(qū)動的熱力轉(zhuǎn)換裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種干空氣能驅(qū)動的熱力轉(zhuǎn)換裝置，該裝置包括干球加熱器、濕球加熱器、所述的干球加熱器、與濕球加熱器、通過管道連接；管道上設(shè)有氣液分離器和氣動馬達(dá)；濕球加熱器出口分第一支管和第二支管，所述的第一支管與干球加熱器連接，第二支管與緩沖裝置連接；緩沖裝置的出口管與第一支管連接；所述的濕球加熱器、緩沖裝置外部均設(shè)有冷卻水噴淋裝置；所述的各管道內(nèi)部流通有工質(zhì)R290；所述的濕球加熱器出口管上設(shè)有第二閥門，第一支管上設(shè)有第三閥門，緩沖裝置的出口管上設(shè)有第四閥門。本實(shí)用新型具有能將干空氣能轉(zhuǎn)化為推動機(jī)械裝置運(yùn)動的機(jī)械能，提高轉(zhuǎn)化效率，節(jié)省能耗，且能循環(huán)使用的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】干空氣能驅(qū)動的熱力轉(zhuǎn)換裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及干空氣能利用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種干空氣能驅(qū)動的熱力轉(zhuǎn)換
>J-U ρ?α裝直。
【背景技術(shù)】
[0002]干空氣能是一種普遍存在的低品位能源，已獲得了廣泛的關(guān)注。在我國西北干旱地區(qū)(如吐魯番地區(qū))，取之不盡、用之不竭，且清潔無污染。現(xiàn)有的干空氣能制冷技術(shù)充分利用了干空氣條件下水分蒸發(fā)速率快、蒸發(fā)量大的特性，用水分蒸發(fā)的吸熱效應(yīng)來降低空氣溫度。如利用“蒸發(fā)制冷”原理，將干空氣能作為蒸發(fā)式制冷空調(diào)的驅(qū)動能源使用，取代常規(guī)壓縮式或吸收式空調(diào)必不可少的電能或高品位熱能的消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。但是，目前此類技術(shù)將干空氣能轉(zhuǎn)化為相對低品位的冷能，僅在空氣調(diào)節(jié)方面有一定的應(yīng)用價值，存在應(yīng)用范圍窄，轉(zhuǎn)化效率低的不足。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種能將干空氣能轉(zhuǎn)化為推動機(jī)械裝置運(yùn)動的機(jī)械能，提高轉(zhuǎn)化效率，節(jié)省能耗，且能循環(huán)使用的干空氣能驅(qū)動的熱力轉(zhuǎn)換裝 置。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:該裝置包括干球加熱器，和與干球加熱器通過管道連通的濕球加熱器；所述的干球加熱器與濕球加熱器之間連通的管道上設(shè)有氣液分離器和氣動馬達(dá)；所述的濕球加熱器出口管設(shè)有第一支管和第二支管；第一支管與干球加熱器連接，第二支管與緩沖裝置連接；緩沖裝置的出口管與第一支管連接；所述的濕球加熱器、緩沖裝置外部均設(shè)有水冷卻裝置；所述的各管道((連接管道、支管等))構(gòu)成封閉的管道系統(tǒng)，管道系統(tǒng)內(nèi)部流通有工質(zhì)R290(丙烷)；所述的濕球加熱器出口管上設(shè)有第二閥門，第一支管上設(shè)有第三閥門，緩沖裝置的出口管上設(shè)有第四閥門。
[0005]本實(shí)用新型上述的干球加熱器、濕球加熱器和緩沖裝置均是由若干翅片管并聯(lián)組成；翅片管包括管材和設(shè)置于管材上的若干散熱片。本實(shí)用新型上述的翅片管由多次彎折的盤管和設(shè)于盤管外側(cè)的散熱片組成。
[0006]本實(shí)用新型根據(jù)“干濕球溫度計”的原理，利用干濕球溫度差與空氣的相對濕度呈反比，即空氣的相對濕度越小，干濕球的溫度差越大的特性，以低沸點(diǎn)有機(jī)液體作為工質(zhì)，通過不同溫度下工質(zhì)的飽和壓力差，實(shí)現(xiàn)了將干空氣能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的目的。例如，根據(jù)《吐魯番統(tǒng)計年鑒》查得在吐魯番7月干球溫度在40°C，相對濕度25%的條件下，其濕球溫度僅為23.61°C，溫差可達(dá)到16.39°C。若采用R290(即丙烷)作為工質(zhì)，以“干球”作為熱端，在干球溫度下工質(zhì)的飽和蒸汽壓1369kPa ;以“濕球”為冷源，在濕球溫度下工質(zhì)的飽和蒸汽壓為919kPa，兩端存在450kPa的壓差，符合氣動馬達(dá)正常400~700kpa的工作壓力，若在兩端間設(shè)置活塞或氣動馬達(dá)機(jī)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)機(jī)械能的輸出。這一熱力過程實(shí)質(zhì)上消耗了干空氣的干度即其做功能力，將干空氣能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，該熱力過程符合熱力學(xué)第一定律和第二定律的相關(guān)原理，是一種干空氣能有效利用的新方法，大大拓寬了干空能利用技術(shù)的適用范圍。
[0007]采用上述結(jié)構(gòu)，整個裝置均處于干燥空氣中，若干翅片管并聯(lián)組成干球加熱器與外部干燥、高溫的環(huán)境接觸，其中的工質(zhì)R290在高溫下受熱氣化，使干球加熱器內(nèi)部處于高溫高壓狀態(tài)，其中的氣流沿著管道向濕球加熱器流動，而濕球加熱器通過噴淋冷卻水對由若干翅片管并聯(lián)組成濕球加熱器內(nèi)部的工質(zhì)R290進(jìn)行冷卻降溫，由此在干球加熱器與濕球加熱器之間連通的管道內(nèi)產(chǎn)生氣壓，使干球加熱器中處于氣態(tài)的工質(zhì)通過氣液分離器壓向濕球加熱器，從而推動其間的氣動馬達(dá)運(yùn)作實(shí)現(xiàn)干空氣能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化。該裝置無需外加熱源，只需要將裝置置于干燥環(huán)境中，即可實(shí)現(xiàn)。同時，緩沖裝置的設(shè)置使得部分沒有得到液化的工質(zhì)進(jìn)一步液化，以再次進(jìn)入干球加熱器內(nèi)進(jìn)行循環(huán)利用，同時將濕球加熱器內(nèi)的液體工質(zhì)進(jìn)行收集待下一循環(huán)使用。
[0008]作為優(yōu)選，所述的氣液分離器上設(shè)有回流管，回流管上設(shè)有第一閥門；采用上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)氣態(tài)的工質(zhì)通過氣液分離器壓向濕球加熱器，其中的少量液體工質(zhì)得到及時分離，累積一定量后并通過回流管再次回到干球加熱器中進(jìn)行循環(huán)利用。
[0009]作為優(yōu)選，所述的緩沖裝置尾部連接有儲液罐，儲液罐外部設(shè)有水冷卻裝置。采用該結(jié)構(gòu)，由緩沖裝置冷凝的液體工質(zhì)可以在儲液罐中得到儲存，待氣壓平衡后使其流回干球加熱器中進(jìn)行循環(huán)利用。
[0010]作為優(yōu)選，所述的翅片管為銅翅片管，采用該結(jié)構(gòu)，可以提高熱交換效率。
[0011]作為優(yōu)選，所述的干球加熱器、氣液分離器、氣動馬達(dá)、濕球加熱器按照從下到上的高度順序依次連接；所述的緩沖裝置的高度處于干球加熱器和濕球加熱器之間。這種高度順序的排列，有利于工質(zhì)的循環(huán)流通。
[0012]本實(shí)用新型上述干空氣能驅(qū)動的熱力轉(zhuǎn)換裝置的運(yùn)行過程如下:
[0013](I)輸出行程:開啟濕球加熱器上部冷卻水的噴淋裝置進(jìn)行噴水冷卻，水在干空氣中蒸發(fā)吸熱帶走熱量，使?jié)袂蚣訜崞鲀?nèi)部工質(zhì)R290處于低溫低壓狀態(tài)；此時，干球加熱器中的工質(zhì)R290(即丙烷)在外部高溫、干燥環(huán)境下受熱氣化，使干球加熱器處于高溫高壓狀態(tài)；使干球加熱器中氣態(tài)工質(zhì)通過氣液分離器壓向濕球加熱器，從而推動其間的氣動馬達(dá)運(yùn)作；
[0014](2)緩沖行程:打開第二閥門氣態(tài)工質(zhì)在濕球加熱器中冷凝液化成液體工質(zhì)，在重力作用下通向與其溫度、壓力相同的緩沖裝置中；
[0015](3)回液行程:待緩沖裝置中的液體工質(zhì)較多時，關(guān)閉第二閥門打開第三閥門，由于干球加熱器處于高溫高壓狀態(tài)，緩沖裝置處于低溫低壓狀態(tài)，兩者存在壓力差，干球加熱器中氣態(tài)工質(zhì)通過管道壓向緩沖裝置，待氣壓平衡后關(guān)閉第三閥門打開第四閥門，在重力作用下液體工質(zhì)流回干球加熱器；
[0016](4)恢復(fù)行程:待液體工質(zhì)充分流入干球加熱器后，關(guān)閉第四閥門，緩沖裝置中的殘留氣態(tài)工質(zhì)液化，在下一次循環(huán)中流回干球加熱器；干球加熱器中的液態(tài)工質(zhì)再次受外界高溫高壓加熱氣化，進(jìn)行下一循環(huán)帶同氣動馬達(dá)不間斷運(yùn)作。
[0017]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0018]I)本裝置利用溫度差、重力作用以及工質(zhì)狀態(tài)變化形成循環(huán)，避免循環(huán)過程中使用額外能源；[0019]2)本裝置巧妙利用多個閥門的開與關(guān)，省去了工質(zhì)回流所需的額外能耗；
[0020]3)本裝置的的干球加熱器、濕球加熱器和緩沖裝置均是由若干翅片管并聯(lián)組成；采用的是并聯(lián)的連接方式，使換熱時受到的阻力更小。
[0021]4)本裝置采用密封管道系統(tǒng)，使得工質(zhì)可以多次循環(huán)利用，避免產(chǎn)生額外經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)或生態(tài)污染。
[0022]5)本裝置利用干空氣特性制造低溫低壓系統(tǒng)，以最經(jīng)濟(jì)的方式產(chǎn)生最大的效益。
[0023]6)本裝置利用工質(zhì)R290(即丙烷)的相態(tài)變化特性，充分利用環(huán)境溫度產(chǎn)生循環(huán)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1本實(shí)用新型干空氣能驅(qū)動的熱力轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2本實(shí)用新型翅片管結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面通過實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)描述本實(shí)用新型，但本實(shí)用新型不僅僅局限于以下實(shí)施例。
[0027]如圖1所示:本實(shí)用新型的一種干空氣能驅(qū)動的熱力轉(zhuǎn)換裝置，該裝置包括干球加熱器1，和與干球加熱器通過管道連接的濕球加熱器4 ;所述的干球加熱器I與濕球加熱器4之間連接的管道上設(shè)有氣液分離器2和氣動馬達(dá)3 ;所述的濕球加熱器4出口管設(shè)有第一支管4.1和第二支管4.2，所述的第一支管4.1與干球加熱器I連接，所述的第二支管
4.2與緩沖裝置5連接；緩沖裝置5的出口管與第一支管4.1連接；所述的濕球加熱器4、緩沖裝置5外部均設(shè)有水冷卻裝置11 ;上述的的所有管道(連接管道、支管等)構(gòu)成封閉的管道系統(tǒng)，管道系統(tǒng)內(nèi)部均流通有工質(zhì)R290 ;所述的濕球加熱器4出口管上設(shè)有第二閥門8，第一支管4.1上設(shè)有第三閥門9，緩沖裝置5的出口管上設(shè)有第四閥門10。
[0028]本實(shí)用新型上述的干球加熱器、濕球加熱器和緩沖裝置均是由若干翅片管并聯(lián)組成；所述的氣液分離器2上設(shè)有回流管2.1，回流管上設(shè)有第一閥門7 ;所述的緩沖裝置5尾部連接有儲液罐6，儲液罐外部設(shè)有水冷卻裝置11 (水冷卻裝置即利用常規(guī)花灑結(jié)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)噴淋的噴淋裝置，或者是一端進(jìn)水一端出水的水池等，只要可以實(shí)現(xiàn)對濕球的降溫、增大含濕量均可)；所述的翅片管為銅翅片管，采用該結(jié)構(gòu)，可以提高熱交換效率。
[0029]本實(shí)用新型上述的干球加熱器、濕球加熱器和緩沖裝置均是由若干翅片管并聯(lián)組成；翅片管包括管材和設(shè)置于管材上的若干散熱片。具體如圖2所示:翅片管由多次彎折的盤管12和設(shè)于盤管外側(cè)的散熱片13組成；每根翅片管與主管道14(即構(gòu)成干空氣能驅(qū)動的熱力轉(zhuǎn)換裝置的管道系統(tǒng)的各管道)之間為并聯(lián)。所述的翅片管為銅翅片管，采用該結(jié)構(gòu)，可以提聞熱交換效率。
[0030]本實(shí)用新型上述的氣液分離器(氣液分離器原理是:飽和氣體在降溫或者加壓過程中，一部分可凝氣體組分會形成小液滴.隨氣體一起流動，氣液分離器作用就是處理含有少量凝液的氣體，實(shí)現(xiàn)凝液回收或者氣相凈化；采用市售產(chǎn)品即可)上設(shè)有回流管2.1，回流管上設(shè)有第一閥門7 ;采用上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)氣態(tài)的工質(zhì)通過氣液分離器壓向濕球加熱器，其中的少量液體工質(zhì)得到及時分離，累積一定量后并通過回流管再次回到干球加熱器中進(jìn)行循環(huán)利用。[0031]本實(shí)用新型上述的緩沖裝置尾部連接有儲液罐6，儲液罐外部設(shè)有水冷卻裝置
11。采用該結(jié)構(gòu)，由緩沖裝置冷凝的液體工質(zhì)可以在儲液罐中得到儲存，待氣壓平衡后使其流回干球加熱器中進(jìn)行循環(huán)利用。
[0032]本實(shí)用新型上述的干球加熱器、氣液分離器、氣動馬達(dá)、濕球加熱器按照從下到上的高度順序依次連接；所述的緩沖裝置的高度處于干球加熱器和濕球加熱器之間。這種高度順序的排列，有利于工質(zhì)的循環(huán)流通。
[0033]本實(shí)用新型上述的閥門采用市售的電動閥、電磁閥等自動化程度高的閥門。
[0034](I)熱功轉(zhuǎn)換效率
[0035]理論上，工質(zhì)R290(即丙烷)的熱功轉(zhuǎn)換效率為4.26%，接近同溫差條件下卡諾循環(huán)效率。
[0036](2)工質(zhì)耗水量
[0037]假設(shè)環(huán)境溫度為T1，水蒸發(fā)帶走熱量使?jié)袂驕囟萒2，環(huán)境溫度下的飽和工質(zhì)氣體洽值Iig1,環(huán)境溫度下的飽和工質(zhì)液體j:含值W1,濕球溫度下的飽和氣態(tài)工質(zhì)j:含值hg2,濕球溫度下的飽和工質(zhì)液體焓值hl2，一個大氣壓下水汽化潛熱為Y (2257.2kJ/kg)。
[0038]<1>根據(jù)卡諾循環(huán)熱效率公式計算理想狀態(tài)下的裝置效率:
[0039]η I = 1-(Τ2 /Τ1)
[0040]<2>工質(zhì)R290在此裝置的實(shí)際循環(huán)熱效率:
[0041]η 2 = (hgl_hg2)/(hgl-hll)
[0042]<3>以每小時I千瓦的功率輸出來計算耗水量
[0043]m 水=(hg2-hll)/y
[0044]<4>以一天工作8小時，每小時I千瓦的功率輸出為例，一天的總耗水量
[0045]m 總水=m 水 *8
[0046]<5>需要的工質(zhì)量m
[0047]m 工質(zhì)=3600/ (hgl_hg2)
[0048]表1吐魯番夏季7月白天平均溫度40°C相對濕度25%—個大氣壓的環(huán)境工質(zhì)選擇R290為例
[0049]
【權(quán)利要求】
1.一種干空氣能驅(qū)動的熱力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于:該裝置包括干球加熱器(1)，和與干球加熱器(I)通過管道連通的濕球加熱器(4);所述的干球加熱器(I)與濕球加熱器(4)之間連通的管道上設(shè)有氣液分離器(2)和氣動馬達(dá)(3);所述的濕球加熱器(4)出口管設(shè)有第一支管(4.1)和第二支管(4.2);第一支管(4.1)與干球加熱器(I)連接，第二支管(4.2)與緩沖裝置(5)連接；緩沖裝置(5)的出口管與第一支管(4.1)連接；所述的濕球加熱器(4)、緩沖裝置(5)外部均設(shè)有水冷卻裝置(11);所述的各管道構(gòu)成封閉的管道系統(tǒng)，管道系統(tǒng)內(nèi)部流通有工質(zhì)R290 ;所述的濕球加熱器(4)出口管上設(shè)有第二閥門(8)，第一支管(4.1)上設(shè)有第三閥門(9)，緩沖裝置(5)的出口管上設(shè)有第四閥門(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干空氣能驅(qū)動的熱力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于:所述的干球加熱器(I)、濕球加熱器(4)和緩沖裝置(5)均是由若干翅片管并聯(lián)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的干空氣能驅(qū)動的熱力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于:所述的翅片管為銅翅片管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干空氣能驅(qū)動的熱力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于:所述的氣液分離器(2)上設(shè)有回流管(2.1)，回流管(2.1)上設(shè)有第一閥門(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干空氣能驅(qū)動的熱力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于:所述的緩沖裝置(5)尾部連通有儲液罐(6)，儲液罐(6)外部設(shè)有水冷卻裝置(11)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干空氣能驅(qū)動的熱力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于:所述的干球加熱器(I)、氣液分離器(2)、氣動馬達(dá)(3)、濕球加熱器(4)按照從下到上的高度順序依次連接；所述的緩沖裝置(5)的高度處于干球加熱器⑴和濕球加熱器⑷之間。
【文檔編號】F01K27/00GK203783663SQ201420219975
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】鄭皎, 李高輝, 陳嘉彬, 秦敏艷, 方童波, 殷悅, 金言, 李建新, 胡長興 申請人:浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院