超重力熱動力循環(huán)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及動力設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種超重力熱動力裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前所采用的熱動力循環(huán)方法基本上都是蒸汽壓法，即靠高溫?zé)嵩吹玫礁邏赫?汽，再利用高壓蒸汽做功發(fā)電，這種方式在熱源溫度較高時(shí)可以正常運(yùn)行，但當(dāng)應(yīng)用于廣泛 存在的小于80°C的低品位熱源時(shí)，由于所形成的蒸汽壓差較小，受軸封摩擦損失、高低壓密 封損失、圓盤摩擦損失、水力損失的影響，導(dǎo)致其有效輸出功和效率大幅降低。
[0003] 另外一種熱動力循環(huán)方法是液體壓能法，即將熱能轉(zhuǎn)換為液體壓力能來驅(qū)動液體 渦輪做功，其特點(diǎn)是在較小的溫差條件下就可獲得兆帕級的液體壓差，可以很容易地推動 液體渦輪做功，特別適用于低品位熱源利用。這種方法由美國學(xué)者在上世紀(jì)70年代提出， 后又加入了壓力能回收裝置來提高系統(tǒng)效率，專利申請（CN201310695691)在此基礎(chǔ)上進(jìn) 一步提出了一種兩級滲透的濃差做功裝置。目前各種液體壓力能法的共同點(diǎn)是都要利用滲 透膜來進(jìn)行液體壓力能的轉(zhuǎn)換，但滲透膜本身較大的阻力特性、溶質(zhì)反滲透問題、相容性問 題等都大大制約著液體壓力能法的實(shí)際應(yīng)用。
[0004] 這樣，有必要對現(xiàn)有的熱動力裝置進(jìn)行改進(jìn)以適應(yīng)低品位熱源利用的需要，提高 技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值和可行性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單的超重力熱動力循環(huán)裝置。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種超重力熱動力循環(huán)裝置，包括超重力旋 轉(zhuǎn)裝置和熱動力循環(huán)裝置；所述超重力旋轉(zhuǎn)裝置包括底座，所述底座上設(shè)置有轉(zhuǎn)軸；所述 熱動力循環(huán)裝置包括蒸發(fā)器、冷凝器、液體渦輪、發(fā)電機(jī)；所述冷凝器固定在轉(zhuǎn)軸上，所述蒸 發(fā)器的蒸發(fā)管道連接冷凝器的冷凝管道一端，冷凝器的冷凝管道另一端連接液體渦輪的液 體進(jìn)口，液體渦輪的液體出口再連接蒸發(fā)器的蒸發(fā)管道；所述液體渦輪的輸出軸連接發(fā)電 機(jī)。
[0007] 作為對本發(fā)明所述的超重力熱動力循環(huán)裝置的改進(jìn)：所述冷凝器布置在轉(zhuǎn)軸的軸 心位置，蒸發(fā)器、液體渦輪和發(fā)電機(jī)布置在轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)半徑上。
[0008] 作為對本發(fā)明所述的超重力熱動力循環(huán)裝置的進(jìn)一步改進(jìn)：所述蒸發(fā)器、冷凝器、 液體渦輪和發(fā)電機(jī)均設(shè)置在底座上。
[0009] 作為對本發(fā)明所述的超重力熱動力循環(huán)裝置的進(jìn)一步改進(jìn)：所述蒸發(fā)器和冷凝器 之間的連接管道設(shè)置為一根或多根。
[0010] 作為對本發(fā)明所述的超重力熱動力循環(huán)裝置的進(jìn)一步改進(jìn)：所述蒸發(fā)器和冷凝器 之間的連接管道為多根，該連接管道繞轉(zhuǎn)軸的軸心對稱布置。
[0011] 作為對本發(fā)明所述的超重力熱動力循環(huán)裝置的進(jìn)一步改進(jìn)：所述蒸發(fā)器、冷凝器、 液體渦輪及其連接管道內(nèi)部所采用的工質(zhì)為單組分有機(jī)工質(zhì)，其臨界點(diǎn)靠近低品位熱源溫 度范圍，如40°C~100°C。
[0012] 一種超重力熱動力循環(huán)方法，包括超重力熱動力循環(huán)裝置；轉(zhuǎn)軸帶動蒸發(fā)器、冷凝 器、液體渦輪和發(fā)電機(jī)以一定角速度旋轉(zhuǎn)；從冷凝器流出的低壓液體在離心力和壓差的共 同作用下在管道中流動到液體渦輪進(jìn)口時(shí)被增壓到超高壓，溫度上升，變成超高壓液體；所 述超高壓液體進(jìn)入液體渦輪，在液體渦輪中壓力降低，溫度降低，同時(shí)輸出功，變成高壓液 體；所述高壓液體進(jìn)入蒸發(fā)器的蒸發(fā)管道，吸收外部熱源提供的熱量后，變成高壓蒸汽；所 述高壓蒸汽在離心力和壓差的共同作用下在管道中流動到冷凝器的進(jìn)口時(shí)變成低壓蒸汽； 所述低壓蒸汽進(jìn)入冷凝器的冷凝管道，向外部冷源放出冷凝潛熱后成為低壓液體；所述低 壓液體在離心力和壓差的共同作用下流向液體渦輪循環(huán)以上步驟。
[0013] 作為對本發(fā)明所述的超重力熱動力循環(huán)方法的改進(jìn)：當(dāng)外部熱源溫度提高或外部 冷源溫度降低時(shí)，提高轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速保持合理的傳熱溫差，減小不可逆損失；當(dāng)外部熱源溫度 降低或外部冷源溫度提高時(shí)，降低轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速保持合理的傳熱溫差，減小不可逆損失。
[0014] 作為對本發(fā)明所述的超重力熱動力循環(huán)方法的進(jìn)一步改進(jìn)：所述蒸發(fā)器/冷凝器 所采用的外部冷/熱源可為空氣、蒸汽、液體。
[0015] 本發(fā)明與現(xiàn)有熱動力做功裝置相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0016] 1)蒸汽的擴(kuò)壓及液體的增壓過程在等角速度旋轉(zhuǎn)的絕熱流動中完成，沒有軸封摩 擦損失，高低壓密封損失和圓盤摩擦損失。
[0017] 2)不需要滲透膜和壓力能回收裝置。
[0018] 3)系統(tǒng)構(gòu)造簡單。
[0019] 4)調(diào)節(jié)方便可靠，可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來適應(yīng)外部熱源或外部冷源的溫度變化。
【附圖說明】
[0020] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0021] 圖1是本發(fā)明的主要結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 實(shí)施例1、圖1給出了一種超重力熱動力循環(huán)裝置及方法。
[0023] 該超重力熱動力循環(huán)裝置包括超重力旋轉(zhuǎn)裝置和熱動力循環(huán)裝置兩部的。其中， 超重力形成裝置為固定在轉(zhuǎn)軸2上的底座1 ;通過轉(zhuǎn)軸2進(jìn)行轉(zhuǎn)動，可以帶動底座1進(jìn)行轉(zhuǎn) 動，在轉(zhuǎn)動過程中，可以使底座1上形成離心力。
[0024] 而以上所述的熱動力循環(huán)裝置包括蒸發(fā)器8、冷凝器3、液體渦輪7、發(fā)電機(jī)6;蒸發(fā) 器8、冷凝器3、液體渦輪7、發(fā)電機(jī)6均設(shè)置在底座1上，而冷凝器3固定在轉(zhuǎn)軸2的軸心位 置，蒸發(fā)器8、液體渦輪7和發(fā)電機(jī)6則布置在轉(zhuǎn)軸2的回轉(zhuǎn)半徑上，通過底座1的設(shè)置，使 得蒸發(fā)器8、冷凝器3、液體渦輪7、發(fā)電機(jī)6與轉(zhuǎn)軸2在運(yùn)動的時(shí)候，可以保持相對的穩(wěn)定， 兼顧動平衡。其中，蒸發(fā)器8的蒸發(fā)管道連接冷凝器3的冷凝管道一端，冷凝器3的冷凝管 道另一端連接液體渦輪7的液體進(jìn)口，液體渦輪7的液體出口再連接蒸發(fā)器8的蒸發(fā)管道； 所述液體渦輪7的輸出軸連接發(fā)電機(jī)6。
[0025] 該蒸發(fā)器8和冷凝器3之間進(jìn)行連接的時(shí)候，連接管道可以通過一根或多根來實(shí) 現(xiàn)，其一根的情況下，只需要將該連接管道設(shè)置在轉(zhuǎn)軸2上，如果是多根的情況下，則需要 將其繞轉(zhuǎn)軸2的軸心對稱布置。
[0026] 以上所述的蒸發(fā)器8、冷凝器3、液體渦輪7及其連接管道內(nèi)部所采用的工質(zhì)為單 組分有機(jī)工質(zhì)（如R134a)，其臨界點(diǎn)靠近低品位熱源溫度范圍（如40°C~IO(TC)。具有 較小的汽液密度差和較小的汽化潛熱。
[0027] 該超重力熱動力循環(huán)裝置的使用方法（超重力熱動力循環(huán)方法）如下；
[0028] 轉(zhuǎn)軸2帶動蒸發(fā)器8、冷凝器3、液體渦輪7和發(fā)電機(jī)6以一定角速度（該一定角 速度根據(jù)現(xiàn)場的環(huán)境調(diào)整）旋轉(zhuǎn)；