單一熱源的熱機動力循環方法技術

本發明專利技術提供一種單一熱源的熱機動力循環方法，所述熱機動力循環方法至少包括兩種工質，分別作為膨脹劑和吸收劑，兩種工質的沸點不同，沸點低容易汽化的工質作為膨脹劑，參與膨脹對外做功，使熱能轉化為機械能，另一個沸點較高的工質作為吸收劑，能夠溶解和吸收膨脹劑及其蒸汽分子。本發明專利技術在等溫環境下實現工質的膨脹，充分利用工質內力，實現單一熱源條件下熱機的動力循環過程。下熱機的動力循環過程。下熱機的動力循環過程。

【技術實現步驟摘要】
單一熱源的熱機動力循環方法


[0001]本專利技術涉及熱力學領域，尤其涉及一種在單一熱源下將熱能轉化為機械能的循環方法。

技術介紹

[0002]將熱能轉換為機械能的設備叫做熱力原動機，簡稱熱機，熱機的工作循環稱為動力循環。根據現有的技術和理論要實現熱能到機械能的轉換是需要兩個有相對溫差的熱源的，即從高溫熱源吸收的熱能部分轉換為機械能后，剩余的熱能排放到低溫熱源，也即現有技術中的熱機工作至少需要有兩個熱源來配合進行。可以說，現有的熱能到機械能的轉換技術都是建立在溫差的基礎上的，沒有溫差就不能實現循環，且大量熱能向低溫熱源排放，造成能量的浪費。此外，對熱源數量的硬性要求也會造成對熱機工作環境的限定，必須要認為制造出有溫差的環境才能為熱機的工作提供環境基礎，因此現有技術中熱機的動力循環是有一定的局限性的。

技術實現思路

[0003]本專利技術所要解決的技術問題是針對
技術介紹
中存在的問題，提供一種單一熱源的熱機動力循環方法，在等溫環境下實現工質的膨脹，充分利用工質內力，實現單一熱源條件下熱機的動力循環過程。
[0004]本專利技術解決上述技術問題所采用的技術方案是：
[0005]單一熱源的熱機動力循環方法，所述熱機動力循環方法至少包括兩種工質，分別作為膨脹劑和吸收劑，兩種工質的沸點不同，沸點較低容易汽化的工質作為膨脹劑，參與膨脹對外做功，使熱能轉化為機械能，另一個沸點較高的工質作為吸收劑，能夠溶解和吸收膨脹劑及其蒸汽分子，所述的熱機動力循環方法包括以下步驟：
[0006](1)吸熱汽化后的膨脹劑蒸汽a通過膨脹機膨脹形成蒸汽b，在膨脹過程中輸出機械能w；
[0007](2)膨脹后的蒸汽b在吸收器中被溶液4吸收液化形成溶液1；
[0008](3)在吸收器中完成吸收后的溶液1進入約束式分離裝置，通過約束式分離裝置分離出膨脹劑液體d和溶液2；
[0009](4)通過約束式分離裝置分離出的膨脹劑液體d進入汽化換熱器，吸收由吸收器排放的熱量和從單一熱源吸收的熱量汽化成蒸汽a；
[0010](5)通過約束式分離裝置分離出的溶液2通過節流閥(或能量回收裝置)降壓形成溶液3進入吸收器繼續步驟(2)形成循環，持續形成溶液1；
[0011](6)蒸汽a繼續步驟(1)形成循環，并持續向外輸出機械能w。
[0012]進一步地，所述吸收器和所述汽化換熱器之間通過換熱泵調節相對溫度。
[0013]進一步地，所述溶液1是某一壓力P1下的飽和狀態溶液，所述溶液4的濃度高于所述溶液1的濃度。
[0014]進一步地，所述溶液2的濃度高于溶液1，溶液4的濃度低于溶液3，此處的濃度指的是吸收劑的濃度。
[0015]進一步地，所述汽化換熱器能夠通過換熱泵為所述約束式分離裝置提供分離所需的熱量。
[0016]在本專利技術中，約束式分離裝置對于整個循環的可行性起到了很重要的作用，因此，為了便于本領域技術人員更好地理解本專利技術的技術方案，以下對約束式分離裝置進行介紹和描述。
[0017]在本專利技術中，所述約束式分離裝置布置在離心力場下，所述約束式分離裝置中設有能夠對膨脹劑分子進行逐級約束的漸進式約束分離結構，在約束式分離裝置中，膨脹劑和吸收劑所形成的溶液能夠沿離心力場所產生的離心力方向進行漸進式的約束分離，從而從吸收后的溶液中進一步分離出膨脹劑和吸收劑，用于下一次的循環。
[0018]進一步地，吸收劑分子較大，膨脹劑分子較小，因此，在約束式分離裝置中，吸收劑分子能夠被排除在外，膨脹劑分子能夠進入到約束式分離裝置中，并沿離心力場由內而外逐級被約束，其中，外一級所約束的膨脹劑分子的數量會多于內一級的約束數量，被約束的膨脹劑分子在離心力場的作用下在漸進式約束分離結構中沿離心力方向遷移直至以較高純度的形式被排出漸進式約束分離結構。
[0019]進一步地，所述漸進式約束分離結構包括能夠被固定在所述漸進式約束分離結構中且能夠吸附或固定膨脹劑分子的材料，如同強吸水性樹脂或者類似作用的物質或結構，以實現對膨脹劑分子的逐級約束。
[0020]進一步地，所述漸進式約束分離結構包括柔性多孔材料，所述柔性多孔材料中可以固定能夠吸附或固定膨脹劑分子的其他材料。
[0021]進一步地，所述漸進式分離約束結構的起始端設置帶有剛性支撐的半透膜結構，能夠阻擋溶液中的吸收劑分子但能夠允許膨脹劑分子通過。
[0022]本專利技術的有益效果是：
[0023](1)從理論上來說，本專利技術突破了熱機動力循環必須要有溫差的傳統理念，利用溶液的吸收作用和約束式循環分離方法，在循環過程中結合了溶液的吸收和分離，通過飽和狀態下溶液的膨脹輸出機械能，膨脹后的蒸汽分子通過溶液的吸收作用直接向熱源放熱，吸收完成后的溶液又可以通過約束式分離裝置進行分離，在約束式分離的過程中也不需要額外增加熱源，分離后的工質可以投入下一次的循環，這樣，便可以達到通過一個熱源實現熱機動力循環，無需低溫熱源類接收放熱，避免了膨脹后的工質剩余熱能的浪費。
[0024](2)從實踐上來說，本專利技術的熱機動力循環的熱源可以從周圍環境中取得，如空氣、海水中等，通過本專利技術的方法可以將現有的環境熱能轉換為機械能/電能，極大地減少了對化石能源的依賴，對抑制氣候變暖具有重大意義；而且，本專利技術沒有如同一般可再生能源的地域、晝夜、季節等的限制，可以隨時隨地利用，例如，家庭用電可以從陽臺空氣取得；汽車輪船將不用燒油，電力驅動可無限續航；飛行器可以無限滯空等等。本專利技術擴展了熱機動力循環的可適用性，能夠更好地利用環境能源和節省資源。
附圖說明
[0025]圖1是傳統的吸收式制冷的典型原理圖。
[0026]圖2是現有技術中利用高溫熱能實現水蒸汽和溶液分離的微觀機理圖。
[0027]圖3是約束式分離法實現水蒸汽和溶液分離的微觀機理圖。
[0028]圖4是傳統的吸收式制冷經過約束分離法后的簡化原理圖。
[0029]圖5是“減熵不放熱循環”的示功圖。
[0030]圖6是“減熵不放熱循環”的示熱圖。
[0031]圖7是以磁場模擬理想狀態下溶質分子和水分子的分子分離原理圖。
[0032]圖8是以磁場模擬理想狀態下吸收式制冷發生器的分子分離原理圖。
[0033]圖9是以磁場模擬理想狀態下反滲透法的分子分離原理圖。
[0034]圖10是以磁場模擬理想狀態下本專利技術的分子分離原理圖。
[0035]圖11是離心力場下半透膜分離的示意圖。
[0036]圖12是多孔結構下水分子的分離示意圖。
[0037]圖13是漸進式約束分離示意圖。
[0038]圖14是剛性支撐原理圖。
[0039]圖15是漸進式分離過程中溶液的焓
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濃度示意圖。
[0040]圖16是現有技術中的朗肯循環原理圖。
[0041]圖17是朗肯循環的lgp
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h圖。
[0042]圖18是本專利技術的溶劑(膨脹劑)蒸汽循環的lgh
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.單一熱源的熱機動力循環方法，其特征是，所述動力循環方法采用沸點不同的兩種工質分別作為膨脹劑和吸收劑，并包括以下步驟：(1)吸熱汽化后的膨脹劑蒸汽a通過膨脹機膨脹形成蒸汽b，在膨脹過程中輸出機械能w；(2)膨脹后的蒸汽b在吸收器中被溶液4吸收液化形成溶液1；(3)在吸收器中完成吸收后的溶液1進入約束式分離裝置，通過約束式分離裝置分離出膨脹劑液體d和溶液2；(4)通過約束式分離裝置分離出的膨脹劑液體d進入汽化換熱器，吸收由吸收器排放的熱量和從單一熱源吸收的熱量汽化成蒸汽a；(5)通過約束式分離裝置分離出的溶液2通過節流閥(或能量回收裝置)降壓形成溶液3進入吸收器繼續步驟(2)形成循環，持續形成溶液1；(6)蒸汽a繼續步驟(1)形成循環，并持續向外輸出機械能w。2.根據權利要求1所述的單一熱源的熱機動力循環方法，其特征是，所述吸收器和所述汽化換熱器之間通過換熱泵調節相對溫度。3.根據權利要求1所述的單一熱源的熱機動力循環方法，其特征是，所述溶液1是某一壓力P1下的飽和狀態溶液，所述溶液4的濃度高于所述溶液1的濃度。4.根據權利要求1或3所述的單一熱源的熱機動力循環方法，其特征是，所述溶液2的濃度高于溶液1，溶...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張學文，
申請(專利權)人：張學文，
類型：發明
國別省市：