本實(shí)用新型專利技術(shù)公開了一種傳統(tǒng)活塞單熱源開路制冷系統(tǒng)，包括氣缸、活塞和液體工質(zhì)源，所述活塞設(shè)置在所述氣缸內(nèi)，在所述氣缸的缸蓋上設(shè)進(jìn)氣道，在所述進(jìn)氣道與所述氣缸的缸蓋的連接處設(shè)進(jìn)氣門，在所述氣缸的缸蓋上設(shè)排氣道，在所述排氣道與所述氣缸的缸蓋的連接處設(shè)排氣門，在所述排氣道上設(shè)排氣吸熱制冷器，所述液體工質(zhì)源經(jīng)液體工質(zhì)高壓導(dǎo)入系統(tǒng)與所述氣缸連通，所述氣源設(shè)為大氣或常溫氣體時(shí)所述液體工質(zhì)設(shè)為非水液體工質(zhì)，所述氣源設(shè)為余熱熱氣源時(shí)所述液體工質(zhì)設(shè)為水或可氣化液體。本實(shí)用新型專利技術(shù)可制造出不消耗燃料對(duì)外輸出功的高效制冷系統(tǒng)。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本技術(shù)涉及制冷領(lǐng)域，尤其是一種傳統(tǒng)活塞單熱源開路制冷系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
制冷技術(shù)及裝備目前被廣泛應(yīng)用，但其耗功大，為此，人類消耗了大量能源，也對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。如果能夠?qū)＠夹g(shù)一種以環(huán)境作為高溫 熱源(即被冷卻降溫的目標(biāo)熱源)，并通過內(nèi)部系統(tǒng)構(gòu)造一個(gè)低溫?zé)嵩矗⒁源说蜏責(zé)嵩醋鳛橹评淅湓磸沫h(huán)境吸熱，換句話說，不需要耗功就可以制冷，這將具有劃時(shí)代的意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
要想利用環(huán)境作為高溫?zé)嵩矗谥评湎到y(tǒng)內(nèi)構(gòu)建一個(gè)低溫?zé)嵩矗ㄒ坏姆椒ň褪菍碜杂诃h(huán)境的氣體、或?qū)⒃诃h(huán)境中吸熱的氣體、進(jìn)行絕熱深度壓縮或進(jìn)行近似絕熱深度壓縮，在深度壓縮過程中被壓縮的氣體的壓力和溫度均大幅度提高，向被深度壓縮的氣體內(nèi)混入液體(含臨界狀態(tài))，液體與氣體發(fā)生傳熱相變成氣體，使壓力升高、溫度小幅升高或不升高或下降，然后進(jìn)行絕熱膨脹作功，膨脹作功的量大于壓縮過程的功耗，所以系統(tǒng)可以對(duì)外輸出動(dòng)力，作功完了時(shí)的氣體溫度下降到低于壓縮前的溫度，至少部分氣體發(fā)生液化，這樣就構(gòu)建了一個(gè)新的低溫?zé)嵩础Ｈ绻麖谋砻嫔峡矗@個(gè)過程違反了熱力學(xué)的相關(guān)定律，但是詳細(xì)分析，可知在向高溫高壓氣體內(nèi)混入液體(含臨界狀態(tài))時(shí)，壓力會(huì)大幅升高，壓力的升高會(huì)導(dǎo)致膨脹作功完了時(shí)的氣體溫度大幅下降，這一過程的實(shí)質(zhì)是利用了傳質(zhì)過程和傳熱過程的互換，用傳質(zhì)過程替換了傳熱過程，從而實(shí)現(xiàn)了構(gòu)建低溫?zé)嵩吹哪康模@一低溫?zé)嵩纯梢宰鳛橹评溥^程的冷源。向被深度壓縮的氣體內(nèi)混入液體(含臨界狀態(tài))的量應(yīng)滿足液體氣化后氣相總摩爾數(shù)η、溫度T和氣體常數(shù)R的乘積大于混入液體前的此乘積。在向被深度壓縮的氣體內(nèi)混入液體(含臨界狀態(tài))的過程中，應(yīng)盡可能維持恒容狀態(tài)。為了解決上述問題，本技術(shù)提出的技術(shù)方案如下一種傳統(tǒng)活塞單熱源開路制冷系統(tǒng)，包括氣缸、活塞和液體工質(zhì)源，其特征在于所述活塞設(shè)置在所述氣缸內(nèi)，在所述氣缸的缸蓋上設(shè)進(jìn)氣道，在所述進(jìn)氣道與所述氣缸的缸蓋的連接處設(shè)進(jìn)氣門，在所述氣缸的缸蓋上設(shè)排氣道，在所述排氣道與所述氣缸的缸蓋的連接處設(shè)排氣門，在所述排氣道上設(shè)排氣吸熱制冷器，所述液體工質(zhì)源經(jīng)液體工質(zhì)高壓導(dǎo)入系統(tǒng)與所述氣缸連通，所述進(jìn)氣門、所述排氣門和所述液體工質(zhì)高壓導(dǎo)入系統(tǒng)受過程控制機(jī)構(gòu)控制；所述氣源設(shè)為大氣或常溫氣體時(shí)所述液體工質(zhì)設(shè)為非水液體工質(zhì)，所述氣源設(shè)為余熱熱氣源時(shí)所述液體工質(zhì)設(shè)為水或可氣化液體。所述過程控制機(jī)構(gòu)用于控制所述進(jìn)氣門、所述排氣門和所述液體工質(zhì)高壓導(dǎo)入系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)以下工作循環(huán)實(shí)現(xiàn)當(dāng)由所述進(jìn)氣道進(jìn)入所述氣缸的氣體工質(zhì)在所述氣缸內(nèi)被深度壓縮后，所述液體工質(zhì)高壓導(dǎo)入系統(tǒng)將所述液體工質(zhì)源內(nèi)的液體工質(zhì)定量導(dǎo)入到所述氣缸內(nèi)，所述液體工質(zhì)與所述氣體工質(zhì)混合受熱氣化使壓力進(jìn)一步提高構(gòu)成所述活塞下行作功的量大于所述氣體工質(zhì)被深度壓縮過程所需要的功，所述活塞對(duì)系統(tǒng)外作功，膨脹作功后的所述氣體工質(zhì)的溫度降低到低于所述氣體工質(zhì)被壓縮前的溫度，降溫后的所述氣體工質(zhì)在所述活塞上行時(shí)經(jīng)所述排氣門再經(jīng)所述排氣道被排入所述排氣吸熱制冷器，所述氣體工質(zhì)在所述排氣吸熱制冷器內(nèi)吸熱制冷后排出系統(tǒng)，來自氣源的所述氣體工質(zhì)在所述活塞下行時(shí)經(jīng)所述進(jìn)氣門被吸入所述氣缸內(nèi)，當(dāng)所述活塞上行時(shí)所述氣體工質(zhì)被深度壓縮，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。在所述進(jìn)氣道處設(shè)氣體工質(zhì)吸熱低品位熱源加熱器。被導(dǎo)入到所述氣缸內(nèi)的所述液體工質(zhì)的量滿足完全被氣化的程度。加大所述活塞在壓縮過程中的壓縮比，使被深度壓 縮的所述氣體工質(zhì)的溫度在1000K以上。所述液體工質(zhì)設(shè)為液體二氧化碳、液氮或液氦。所述氣源設(shè)為傳統(tǒng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，所述氣體工質(zhì)設(shè)為所述傳統(tǒng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣。在所述排氣道處設(shè)氣液分離器，所述液體工質(zhì)源設(shè)為所述氣液分離器的液體出口，所述氣液分離器內(nèi)的液體作為所述液體工質(zhì)使用。在所述液體工質(zhì)源與所述氣缸之間的所述液體工質(zhì)的流通通道上設(shè)液體工質(zhì)吸熱制冷器。在所述液體工質(zhì)吸熱制冷器與所述氣缸之間的所述液體工質(zhì)的流通通道上設(shè)液體工質(zhì)吸熱低品位熱源加熱器。本技術(shù)所公開的傳統(tǒng)活塞單熱源開路制冷系統(tǒng)在壓縮沖程完了時(shí)的壓力大于等于 3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、8MPa、8. 5MPa、9MPa、9.5MPa、10MPa、10. 5MPa、IIMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、14MPa、14.5MPa、15MPa、15. 5MPa、16MPa、16. 5MPa、17MPa、17. 5MPa、18MPa、18. 5MPa、19MPa、19. 5MPa、20MPa、25MPa、30MPa、35MPa、40MPa、45MPa、50MPa、55MPa 或 60MPa。本技術(shù)的原理是將氣體深度壓縮，使其溫度和壓力大幅度上升后混入液體(含臨界狀態(tài))，使壓力進(jìn)一步提高而溫度的增幅較小或不升溫或降溫，然后進(jìn)行絕熱膨脹對(duì)外作功。由于膨脹過程的起始?jí)毫υ谙喈?dāng)程度上大于壓縮終了時(shí)的壓力，所以氣體膨脹作功的量大于壓縮過程的功耗，為此，系統(tǒng)可以對(duì)外輸出動(dòng)力。膨脹作功完了后的氣體的溫度低于壓縮開始時(shí)的氣體溫度，所以相當(dāng)多了一個(gè)低溫?zé)嵩矗梢岳玫蜏貧怏w作為制冷過程的冷源，升溫后再進(jìn)行壓縮構(gòu)成閉合循環(huán)。在利用低溫氣體從低品位熱源吸熱，吸熱后再進(jìn)行壓縮構(gòu)成閉合循環(huán)的結(jié)構(gòu)中，低品位熱源的熱量可以先被吸收到所述液體工質(zhì)中，在利用所述液體工質(zhì)對(duì)膨脹作功降溫后的所述氣體工質(zhì)進(jìn)行加熱后再進(jìn)行壓縮。在制冷過程中，相當(dāng)于從低品位熱源吸熱，或者在所述氣體工質(zhì)在所述氣體工質(zhì)吸熱制冷器內(nèi)吸熱后和/或所述液體工質(zhì)所述液體工質(zhì)吸熱制冷器中吸熱后在從低品位熱源中吸取熱量。本技術(shù)循環(huán)的壓力P和體積V的關(guān)系示意圖如圖7所示，其中a— b曲線表示絕熱壓縮過程，b—c直線表示噴入液體工質(zhì)恒容降溫增壓過程，c一d曲線表示絕熱膨脹作功過程，d— a曲線表示排氣過程。為了說明原理，假設(shè)系統(tǒng)內(nèi)有Imol的溫度為2000K的所述氣體工質(zhì)，而Imol的所述液體工質(zhì)(如水)的氣化潛熱為500個(gè)單位，則系統(tǒng)原來的作功能力為PV=nRT=lXRX2000=2000R ;向系統(tǒng)內(nèi)噴入Imol的所述液體工質(zhì)后所獲得的工質(zhì)的作功能力為PV=nRT= (1+1) XRX1500=3000R ;向系統(tǒng)內(nèi)噴入2mol的所述液體工質(zhì)后所獲得的工質(zhì)的作功能力為PV=nRT= (1+2) XRX1000=3000R;向系統(tǒng)內(nèi)噴入3mol的所述液體工質(zhì)后所獲得的工質(zhì)的作功能力為PV=nRT= (l+3)XRX500=2000Ro因此，可以得出結(jié)論系統(tǒng)在不加燃料的情況下，在圖7所示的B點(diǎn)的壓力是可以因液體工質(zhì)的噴入汽化而增加的，同時(shí)系統(tǒng)在c一d曲線的作功能力nRT大于a—b曲線的作功能力nRT。本技術(shù)中所謂的低品位熱源指海水、地?zé)帷⑽矚狻⒐S余熱以及太陽能集熱系統(tǒng)等一切可以對(duì)本技術(shù)所公開的傳統(tǒng)活塞單熱源開路制冷系統(tǒng)中的工質(zhì)提供熱量的熱源。本技術(shù)中所謂的液體工質(zhì)是指一切可以用于參 與本技術(shù)所公開的傳統(tǒng)活塞單熱源開路制冷系統(tǒng)循環(huán)過程的液體，如水、液體二氧化碳、液氮、液氦、氟里昂等；所謂氣體工質(zhì)是指一切可以從環(huán)境直接或間接吸熱并可參與本技術(shù)所公開的傳統(tǒng)活塞單熱源開路制冷系統(tǒng)循環(huán)過程的氣體。所謂氣體工質(zhì)和本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
2011.01.12 CN 201110005441.71.一種傳統(tǒng)活塞單熱源開路制冷系統(tǒng)，包括氣缸(I)、活塞(2)和液體エ質(zhì)源(3)，其特征在于所述活塞(2)設(shè)置在所述氣缸(I)內(nèi)，在所述氣缸(I)的缸蓋上設(shè)進(jìn)氣道(101 )，在所述進(jìn)氣道(101)與所述氣缸(I)的缸蓋的連接處設(shè)進(jìn)氣門(102)，在所述氣缸(I)的缸蓋上設(shè)排氣道(103 )，在所述排氣道(103 )與所述氣缸(I)的缸蓋的連接處設(shè)排氣門(104 )，在所述排氣道(103)上設(shè)排氣吸熱制冷器(108)，所述液體エ質(zhì)源(3)經(jīng)液體エ質(zhì)高壓導(dǎo)入系統(tǒng)(8)與所述氣缸(I)連通，所述進(jìn)氣門(102)、所述排氣門(104)和所述液體エ質(zhì)高壓導(dǎo)入系統(tǒng)(8)受過程控制機(jī)構(gòu)(14)控制；所述氣源(10)設(shè)為大氣或常溫氣體時(shí)所述液體エ質(zhì)(6)設(shè)為非水液體エ質(zhì)，所述氣源(10)設(shè)為余熱熱氣源時(shí)所述液體エ質(zhì)(6)設(shè)為水或可氣化液體。2.如權(quán)利要求I所述傳統(tǒng)活塞單熱源開路制冷系統(tǒng)，其特征在于所述過程控制機(jī)構(gòu)(14)用于控制所述進(jìn)氣門(102)、所述排氣門(104)和所述液體エ質(zhì)高壓導(dǎo)入系統(tǒng)(8)并實(shí)現(xiàn)以下工作循環(huán)實(shí)現(xiàn)當(dāng)由所述進(jìn)氣道(101)進(jìn)入所述氣缸(I)的氣體エ質(zhì)(7)在所述氣缸(O內(nèi)被深度壓縮后，所述液體エ質(zhì)高壓導(dǎo)入系統(tǒng)(8)將所述液體エ質(zhì)源(3)內(nèi)的液體エ質(zhì)(6)定量導(dǎo)入到所述氣缸(I)內(nèi)，所述液體エ質(zhì)(6)與所述氣體エ質(zhì)(7)混合受熱氣化使壓力進(jìn)ー步提高構(gòu)成所述活塞(2)下行作功的量大于所述氣體エ質(zhì)(7)被深度壓縮過程所需要的功，所述活塞(2)對(duì)系統(tǒng)外作功，膨脹作功后的所述氣體エ質(zhì)(7)的溫度降低到低于所述氣體エ質(zhì)(7 )被壓縮前的溫度，降溫后的所述氣體エ質(zhì)(7 )在所述活塞(2 )上行時(shí)經(jīng)所述排氣門(104)再經(jīng)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：靳北彪，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：摩爾動(dòng)力北京技術(shù)股份有限公司，
類型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：
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