專利名稱：新型工質(zhì)熱能膨脹機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于暖通空調(diào)、工業(yè)制冷、廢熱等低熱資源的再利用技術(shù)，具體的涉及一種利用暖通空調(diào)、工業(yè)制冷機(jī)組產(chǎn)生的廢熱以及發(fā)電廠和化工廠的尾氣廢熱資源做機(jī)械功，并采用封閉循環(huán)的碳酸氫銨溶液作為工質(zhì)的新型工質(zhì)熱能膨脹機(jī)。
背景技術(shù)：
膨脹機(jī)就是一種利用壓縮氣體膨脹降壓時(shí)向外輸出機(jī)械功使氣體溫度降低的原理以獲得機(jī)械能和冷量的機(jī)械?，F(xiàn)有膨脹機(jī)技術(shù)主要為活塞和透平膨脹機(jī)，運(yùn)行工質(zhì)主要是高溫高壓水蒸汽，其尾汽溫度較高，能量轉(zhuǎn)化率低；且目前加熱水蒸汽主要燃燒煤等石化燃料，一方面消耗了資源有限的石化燃料，另方面增加了 C02的排放，加劇了地球的溫室效應(yīng)。在能源日益緊張的今天，為了回收通常排到大氣中的低溫?zé)釟?、排到河川中的低溫?zé)崴戎械臒崃?，低熱利用裝置被用來(lái)將低溫物體中的熱能傳送高溫物體中，然后高溫物體來(lái)加熱水或采暖，使熱量得到充分利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、低溫?zé)崮芾寐矢叩男滦凸べ|(zhì)熱能膨脹機(jī)，其利用碳酸氫銨溶液作為工質(zhì)，并封閉循環(huán)完成機(jī)械能的輸出。其可以利用常溫低品位熱源，一方面獲得了高品位的機(jī)械能，可以直接驅(qū)動(dòng)其他設(shè)備或發(fā)電；另一方面獲得的冷量可以冷卻需要散熱的設(shè)備或裝置。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
一種新型工質(zhì)熱能膨脹機(jī)，其特征在于所述膨脹機(jī)包括發(fā)生器、能效轉(zhuǎn)換器、膨脹機(jī)和吸收器，所述發(fā)生器上延伸設(shè)置工質(zhì)氣體噴嘴，該工質(zhì)氣體噴嘴通過一定壓膨脹器連通膨脹機(jī)的進(jìn)氣口，該膨脹機(jī)的排氣口連接設(shè)置吸收器，吸收器、發(fā)生器和能量轉(zhuǎn)換器內(nèi)充填設(shè)置有循環(huán)流動(dòng)的氨氣、二氧化碳和水混合的工質(zhì)溶液。一實(shí)施方式中，所述發(fā)生器的上部連通一高溫高壓工質(zhì)氣體管路，工質(zhì)氣體噴嘴位于該高溫高壓工質(zhì)氣體管路的末端；所述發(fā)生器內(nèi)設(shè)置擋液板，發(fā)生器的下部設(shè)置有中溫中濃度碳酸氫銨溶液集液箱，該中溫中濃度碳酸氫銨溶液集液箱和擋液板之間還設(shè)置有熱源換熱器?！獙?shí)施方式中，所述中溫中濃度碳酸氫銨溶液集液箱的底部連接一輸送管路，該輸送管路的另一端位于能效轉(zhuǎn)換器內(nèi)。另一實(shí)施方式中，所述能效轉(zhuǎn)換器的上部設(shè)置一中溫工質(zhì)氣體通道，該中溫工質(zhì)氣體通道連接一低溫低濃度碳酸氫銨溶液集液箱的頂部，該低溫低濃度碳酸氫銨溶液集液箱的上部設(shè)置一擋液板。再一實(shí)施方式中，所述發(fā)生器內(nèi)的頂部設(shè)置一工質(zhì)噴射裝置，該工質(zhì)噴射裝置通過一常溫高濃度碳酸氫銨溶液管連接吸收器。
又一實(shí)施方式中，所述吸收器的底部設(shè)置一常溫高濃度碳酸氫銨溶液集液箱，該常溫高濃度碳酸氫銨溶液集液箱的上方設(shè)置一碳酸氫銨溶液霧化噴嘴，該常溫高濃度碳酸氫銨溶液集液箱的底部連通一常溫高濃度碳酸氫銨溶液管。再一實(shí)施方式中，所述碳酸氫銨溶液霧化噴嘴通過低溫低濃度碳酸氫銨溶液管路連接一低溫低濃度碳酸氫銨溶液集液箱，該低溫低濃度碳酸氫銨溶液集液箱位于能效轉(zhuǎn)換器內(nèi)?！獙?shí)施方式中，所述膨脹機(jī)的一端連接設(shè)置一動(dòng)力輸出軸。一實(shí)施方式中，所述工質(zhì)氣體噴嘴位于能效轉(zhuǎn)換器的上部的定壓膨脹器內(nèi)，該定壓膨脹器連接于膨脹機(jī)的進(jìn)氣口和一中溫工質(zhì)氣體通道。另一實(shí)施方式中，所述膨脹機(jī)還包括碳酸氫銨溶液輸液泵和碳酸氫銨溶液輸送管路，所述碳酸氫銨溶液輸送管路循環(huán)連接發(fā)生器、能效轉(zhuǎn)換器和吸收器。該新型工質(zhì)熱能膨脹機(jī)采用氨氣、二氧化碳和水的混合物作為工質(zhì)，氨氣和二氧化碳在水以碳酸氫銨(NH4HCO3)溶液的形成出現(xiàn)，該碳酸氫銨的水溶液在35°C以上開始分解，60°C以上完全分解。該新型工質(zhì)熱能膨脹機(jī)主要包括發(fā)生器、能量轉(zhuǎn)換器、膨脹機(jī)、吸收器四大部分，發(fā)生器、吸收器和能量轉(zhuǎn)換器間還可設(shè)置用于碳酸氫銨溶液循環(huán)的輸液泵和碳酸氫銨溶液輸送管路組成的循環(huán)系統(tǒng)。在具體應(yīng)用中，發(fā)生器中的工質(zhì)噴射裝置將常溫高濃度碳酸氫銨溶液以霧狀極小液滴噴射到熱源換熱器上，碳酸氫銨溶液蒸發(fā)并形成高溫的工質(zhì)氣體，即氨氣和二氧化碳，高溫的氨氣和二氧化碳工質(zhì)氣體經(jīng)由高溫高壓工質(zhì)氣體管路輸送至位于熱能轉(zhuǎn)換器上部的工質(zhì)氣體噴嘴，高溫高壓的工質(zhì)氣體由此經(jīng)過能效轉(zhuǎn)換器中的定壓膨脹器，再次吸收部分由發(fā)生器輸送來(lái)的中溫高濃度碳酸氫銨溶液所生成的工質(zhì)氣體，形成膨脹機(jī)最適宜的驅(qū)動(dòng)氣體工質(zhì)，即中溫高速流換熱的氨氣和二氧化碳?xì)怏w，由膨脹機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，并通過動(dòng)力輸出軸對(duì)外輸出。經(jīng)過做功后的工質(zhì)氣體溫度降低后由膨脹機(jī)排氣口進(jìn)入吸收器，經(jīng)過吸收器頂部的碳酸氫銨溶液霧化噴嘴噴入的低溫低濃度碳酸氫銨溶液的吸收，形成常溫高濃度碳酸氫銨溶液，該常溫高濃度碳酸氫銨溶液可由常溫高濃度碳酸氫銨溶液集液箱底部的常溫高濃度碳酸氫銨溶液管和輸液泵再次輸送到發(fā)生器中，由工質(zhì)噴射裝置噴射，完成循環(huán)。發(fā)生器底部的中溫中濃度碳酸氫銨溶液集液箱內(nèi)的中溫中濃度碳酸氫銨溶液可由輸送管路和輸送泵送至能效轉(zhuǎn)換器內(nèi)的低溫低濃度碳酸氫銨溶液集液箱上部進(jìn)行噴霧式噴灑，該中溫中濃度碳酸氫銨溶液形成的部分工質(zhì)氣體經(jīng)過中溫工質(zhì)氣體通道進(jìn)入定壓膨脹器，與高溫高壓工質(zhì)氣體混合成適宜做功的中溫高速工質(zhì)氣體；而低溫低濃度碳酸氫銨溶液集液箱則收集到低溫低濃度的碳酸氫銨溶液，該部分碳酸氫銨溶液可由低溫低濃度碳酸氫銨溶液管路輸送，并通過碳酸氫銨溶液霧化噴嘴在吸收器內(nèi)噴灑吸收由膨脹機(jī)排氣口輸出的工質(zhì)氣體，完成工作循環(huán)。該吸收式熱能膨脹機(jī)可用于暖通空調(diào)領(lǐng)域，使空調(diào)的能效比更高，或利用空調(diào)廢熱資源發(fā)電；或者利用發(fā)電廠鍋爐的中低溫氣體發(fā)電；其通過對(duì)工業(yè)企業(yè)的廢熱回收，使廢熱變成高品位的電能，而不是直接排入環(huán)境中，造成污染，并把多種形式的低溫吸收式熱能轉(zhuǎn)化成高品位的機(jī)械能和電能，達(dá)到節(jié)能減排的效果。本發(fā)明的有益效果在于，該新型工質(zhì)熱能膨脹機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、低溫?zé)崮芾寐矢撸淅锰妓釟滗@溶液作為工質(zhì)，并封閉循環(huán)完成機(jī)械能的輸出。其可以利用常溫低品位熱源，一方面獲得了高品位的機(jī)械能，可以直接驅(qū)動(dòng)其他設(shè)備或發(fā)電；另一方面獲得的冷量可以冷卻需要散熱的設(shè)備或裝置。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。


圖1是本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，該新型工質(zhì)熱能膨脹機(jī)主要由發(fā)生器10、能效轉(zhuǎn)換器20、膨脹機(jī)30、吸收器40和循環(huán)系統(tǒng)組成，其中循環(huán)系統(tǒng)包括碳酸氫銨溶液輸液泵和碳酸氫銨溶液輸送管路，碳酸氫銨溶液輸送管路循環(huán)連接發(fā)生器、能效轉(zhuǎn)換器和吸收器。其采用氨氣、二氧化碳和水混合的工質(zhì)溶液作為換熱介質(zhì)。初始狀態(tài)下，氨氣、二氧化碳在水中形成碳酸氫銨水溶液，該水溶液35°C以上開始分解，60°C以上完全分解。該碳酸氫銨水溶液在發(fā)生器內(nèi)分解蒸發(fā)，生成相對(duì)高溫高壓的氨氣和二氧化碳的混合氣體，然后到膨脹機(jī)做功；高溫高壓的氨氣和二氧化碳的混合氣體流經(jīng)膨脹機(jī)輸出一部分機(jī)械能，轉(zhuǎn)化成低溫低壓的混合氣體，分解蒸發(fā)后的稀溶液在相對(duì)低溫下吸收氨氣和二氧化碳，重新形成碳酸氫銨水溶液回到初始狀態(tài)。發(fā)生器10上延伸設(shè)置工質(zhì)氣體噴嘴12，工質(zhì)氣體噴嘴12位于能效轉(zhuǎn)換器20的上部的一定壓膨脹器21內(nèi)，該定壓膨脹器21連接于膨脹機(jī)的進(jìn)氣口 31和一中溫工質(zhì)氣體通道25。該膨脹機(jī)的排氣口 34連接設(shè)置吸收器40，膨脹機(jī)的一端連接設(shè)置一動(dòng)力輸出軸32。吸收器40、發(fā)生器10和能量轉(zhuǎn)換器20內(nèi)充填設(shè)置有循環(huán)流動(dòng)的氨氣、二氧化碳和水混合的工質(zhì)溶液。發(fā)生器10內(nèi)的頂部設(shè)置一工質(zhì)噴射裝置，該工質(zhì)噴射裝置通過一常溫高濃度碳酸氫銨溶液管42連接吸收器40。發(fā)生器10的上部連通一高溫高壓工質(zhì)氣體管路11，工質(zhì)氣體噴嘴12位于該高溫高壓工質(zhì)氣體管路11的末端；發(fā)生器10內(nèi)設(shè)置擋液板13，發(fā)生器的下部設(shè)置有中溫中濃度碳酸氫銨溶液集液箱15，該中溫中濃度碳酸氫銨溶液集液箱和擋液板之間還設(shè)置有熱源換熱器14。中溫中濃度碳酸氫銨溶液集液箱15的底部連接一輸送管路16，該輸送管路16的另一端位于能效轉(zhuǎn)換器20內(nèi)。能效轉(zhuǎn)換器的上部連通中溫工質(zhì)氣體通道25，該中溫工質(zhì)氣體通道25連接一低溫低濃度碳酸氫銨溶液集液箱23的頂部，該低溫低濃度碳酸氫銨溶液集液箱23的上部設(shè)置一擋液板22。吸收器40的底部設(shè)置一常溫高濃度碳酸氫銨溶液集液箱41，該常溫高濃度碳酸氫銨溶液集液箱41的上方設(shè)置一碳酸氫銨溶液霧化噴嘴43，該常溫高濃度碳酸氫銨溶液集液箱41的底部連通常溫高濃度碳酸氫銨溶液管42。碳酸氫銨溶液霧化噴嘴43通過低溫低濃度碳酸氫銨溶液管路24連接一位于能效轉(zhuǎn)換器20內(nèi)的低溫低濃度碳酸氫銨溶液集液箱23。
權(quán)利要求
1.一種新型工質(zhì)熱能膨脹機(jī)，其特征在于所述膨脹機(jī)包括發(fā)生器、能效轉(zhuǎn)換器、膨脹機(jī)和吸收器，所述發(fā)生器上延伸設(shè)置工質(zhì)氣體噴嘴，該工質(zhì)氣體噴嘴通過一定壓膨脹器連通膨脹機(jī)的進(jìn)氣口，該膨脹機(jī)的排氣口連接設(shè)置吸收器，吸收器、發(fā)生器和能量轉(zhuǎn)換器內(nèi)充填設(shè)置有循環(huán)流動(dòng)的氨氣、二氧化碳和水混合的工質(zhì)溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型工質(zhì)熱能膨脹機(jī)，其特征在于所述發(fā)生器的上部連通一高溫高壓工質(zhì)氣體管路，工質(zhì)氣體噴嘴位于該高溫高壓工質(zhì)氣體管路的末端；所述發(fā)生器內(nèi)設(shè)置擋液板，發(fā)生器的下部設(shè)置有中溫中濃度碳酸氫銨溶液集液箱，該中溫中濃度碳酸氫銨溶液集液箱和擋液板之間還設(shè)置有熱源換熱器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型工質(zhì)熱能膨脹機(jī)，其特征在于所述中溫中濃度碳酸氫銨溶液集液箱的底部連接一輸送管路，該輸送管路的另一端位于能效轉(zhuǎn)換器內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的新型工質(zhì)熱能膨脹機(jī)，其特征在于所述能效轉(zhuǎn)換器的上部設(shè)置一中溫工質(zhì)氣體通道，該中溫工質(zhì)氣體通道連接一低溫低濃度碳酸氫銨溶液集液箱的頂部，該低溫低濃度碳酸氫銨溶液集液箱的上部設(shè)置一擋液板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型工質(zhì)熱能膨脹機(jī)，其特征在于所述發(fā)生器內(nèi)的頂部設(shè)置一工質(zhì)噴射裝置，該工質(zhì)噴射裝置通過一常溫高濃度碳酸氫銨溶液管連接吸收器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型工質(zhì)熱能膨脹機(jī)，其特征在于所述吸收器的底部設(shè)置一常溫高濃度碳酸氫銨溶液集液箱，該常溫高濃度碳酸氫銨溶液集液箱的上方設(shè)置一碳酸氫銨溶液霧化噴嘴，該常溫高濃度碳酸氫銨溶液集液箱的底部連通一常溫高濃度碳酸氫銨溶液管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型工質(zhì)熱能膨脹機(jī)，其特征在于所述碳酸氫銨溶液霧化噴嘴通過低溫低濃度碳酸氫銨溶液管路連接一低溫低濃度碳酸氫銨溶液集液箱，該低溫低濃度碳酸氫銨溶液集液箱位于能效轉(zhuǎn)換器內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型工質(zhì)熱能膨脹機(jī)，其特征在于所述膨脹機(jī)的一端連接設(shè)置一動(dòng)力輸出軸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型工質(zhì)熱能膨脹機(jī)，其特征在于所述工質(zhì)氣體噴嘴位于能效轉(zhuǎn)換器的上部的一定壓膨脹器內(nèi)，該定壓膨脹器連接于膨脹機(jī)的進(jìn)氣口和一中溫工質(zhì)氣體通道。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型工質(zhì)熱能膨脹機(jī)，其特征在于所述膨脹機(jī)還包括碳酸氫銨溶液輸液泵和碳酸氫銨溶液輸送管路，所述碳酸氫銨溶液輸送管路循環(huán)連接發(fā)生器、能效轉(zhuǎn)換器和吸收器。
全文摘要
本發(fā)明公開一種新型工質(zhì)熱能膨脹機(jī)，其特征在于所述膨脹機(jī)包括發(fā)生器、能效轉(zhuǎn)換器、膨脹機(jī)和吸收器，所述發(fā)生器上延伸設(shè)置工質(zhì)氣體噴嘴，該工質(zhì)氣體噴嘴通過一定壓膨脹器連通膨脹機(jī)的進(jìn)氣口，該膨脹機(jī)的排氣口連接設(shè)置吸收器，吸收器、發(fā)生器和能量轉(zhuǎn)換器內(nèi)充填設(shè)置有循環(huán)流動(dòng)的氨氣、二氧化碳和水混合的工質(zhì)溶液。該新型工質(zhì)熱能膨脹機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、低溫?zé)崮芾寐矢?，其利用碳酸氫銨溶液作為工質(zhì)，并封閉循環(huán)完成機(jī)械能的輸出。其可以利用常溫低品位熱源，一方面獲得了高品位的機(jī)械能，可以直接驅(qū)動(dòng)其他設(shè)備或發(fā)電；另一方面獲得的冷量可以冷卻需要散熱的設(shè)備或裝置。
文檔編號(hào)F01K27/00GK103174476SQ201110433410
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者謝學(xué)軍, 王彬 申請(qǐng)人:江蘇合正能源科技有限公司