专利名称：能源机的制作方法
技术领域：
本发明属于能源转换(转化)设备，涉及热泵、热机、电热器件等等。本文所述的热泵包括逆卡诺循环热泵、布雷顿循环热泵、混合工质循环热泵、有机朗肯循环热泵、吸收式热泵、化学热泵、吸收-压缩组合热泵、也包括设置有冷却剂喷射帘装置的热泵等等。
背景技术：
众所周知，热泵是从低温热源吸热送往高温热源的设备。热泵的能效比(COP)通常在3以上，新型热泵的能效比可达6以上，http://baike.baidu. com/ view/380421, htm, http://zhidao. baidu. com/question/10858702, html, , ζ Ji if 热泵能效比可达 9 甚至 11，http://news. 163. com/10/0507/12/6633JKH1000146BD. html, http://www. tjjnheating. net/show, asp ？ id = 214，个别企业居然有能效比可达 19. 5 的热泵 http://www. chinaccm. com/30/3019/301903/news/20030512/134149. asp，也就是说， 热泵能够将自身所需能量的3到19倍的热能从低温物体传送到高温物体。人们使用热泵的目的是通过消耗少量的能源获得更多的热能。
发明内容
本发明的目的是想为人们提供尽可能多的清洁能源。本发明的目的是这样实现的把热泵与热能转换(转化)设备组合，即转换(转化)的是热泵产生的热能，也即把热泵产生的这些(多量的)热能转换(转化)为其它种类的能源利用。如果转换为动力能源，可以提供一类原动机，也可以转换为电能、压缩气能、 声能——如用热声发动机转换(以此类推，也可以转换为光能、氢能)等等，它们将输出源源不断的清洁能源。其中一种方式是用热泵的热端(散热器那一边)加热透平机的进气流，推动透平机工作。最好用热泵的冷端(吸热器那一边)的一部分冷却透平机的排气流。另一种方式是用热泵的热端加热斯特林发动机的加热器，使工作介质膨胀推动斯特林发动机工作。最好用热泵的冷端的一部分冷却斯特林发动机的冷却器。如果采用热声发动机转换热泵的热能，应该用热泵的散热器传递给热声发动机的热端换热器热量。用热泵的吸热器吸收热声发动机冷端换热器的热量。还有一种方式是用热泵的热端加热热电转换器的热端，使热电转换器发电。最好用热泵的冷端的一部分冷却热电转换器的冷端。还有一类方式是用热泵的热端加热膨胀机的进气流，推动膨胀机工作。最好用热泵的冷端的一部分冷却膨胀机的排气流。前面几种方式也可以反其道而行之变成用热泵的冷端冷却其冷端。但是这样的效率比较低。前面的几种换能方式，可以像燃气-蒸汽轮机联合循环一样互相组合运用。透平机、斯特林发动机、膨胀机可以带动压气机制取压缩气。可以用热电转换器转换的电能驱动电动机，再由电动机驱动压气机制取压缩气。压缩气可以像汽油一样作为一种能源。热泵最好采用逆流线形(逐渐过渡)换热方式。逆流线形(逐渐过渡)换热方式需要采用线形换热器，线形换热器可以是管式、套管式、隔管式、板式、蛇形、螺旋形盘式(类似等速螺线)、管形(类似圆柱形螺旋)，也可以是壳管式、壳盘管式，最好采用立式， 某些卧式换热效果不理想。壳盘管式可以用在两种工作介质比重相差较大的情况下，比重大的工作介质走壳程。线形换热器应该保证有足够的线向(也就是工作介质流动方向)长度，以使工作介质在线向换热区域内充分交换热量，达到尽可能大的温差。线形换热器最好外覆保温材料，尤其应该在蛇形、螺旋形换热器相邻外壳间填充保温隔热材料。最好换热器热端在上、冷端在下。套管式线形换热器可以参考已有形式的其它相关设计。管式、套管式、隔管式、板式线形换热器可以做成蛇形、螺旋形。盘式线形换热器最好使轴线处于水平面，其余参考螺旋板式换热器的相关设计。板式线形换热器也可以参考已有板式换热器的相关设计。尽量减小线形换热器轴向或称纵向(线向)传热系数，尽量增大径向或称横向传热系数。一般也有用套管式、板式换热器、螺旋板式换热器等等的，即就是采用线形换热器，也采用了逆流方式，但是如果没有像逆流线形换热方式这样使用——有足够的长度，使工作介质在线向换热区域内充分交换热量，出口温度达到尽可能大(理想状态是最大)的温差，也不能认为是采用逆流线形换热方式，因为他没有有意(特意)这样使用。热泵最好做成多级压缩循环和或多级(两级或两级以上)热泵复叠(包括内复叠热泵的复叠)，包括各类热泵复叠，也包括不同种类的热泵混合复叠。各级可根据需要采取适当列数。多个或者一个压缩机、节流装置、换热器可以共用多个或者一个压缩机、节流装置、换热器。多级压缩循环或复叠式热泵可以获得更大的温差，甚至可以获得更高的能效比。多级压缩循环和或复叠式热泵最好采用逆流线形换热方式。如果热泵的能效比是7，那么热泵消耗1份能量可获得7份能量，透平机或者斯特林发动机等若以30%的转换效率转换后可获得2. 1份的机械能，这2. 1份的机械能减去热泵消耗的那一份能量，我们就可以获得1. 1份净能量。如果热泵的能效比是19，热机的转换效率是30%，那么我们就可以获得4. 7倍于热泵消耗能量的净能量。目前，我国已研制出75kW斯特林原理样机，其效率为35%。http://WWW. fyjs. cn/ t3bS/htm_data/25/0703/88938.html，史特林引擎在真实的热机中可达最高的热效率，多至 80%, http://www. tech-domain, com/thread-11613-1-1. html。
、实施例图1是用透平机或者膨胀机转化热泵能量的示意图。图1中，粗实线箭头表示输送工作介质的管路和工作介质流动方向。双点划线的左侧是透平机或者膨胀机回路部分，右侧是热泵回路部分。( 、(7)组成一个换热器，(4)、 (9)组成另一个换热器。压缩机(1)通过管道吸入来自热源换热器也就是热泵的吸热器(5) 的工作介质，经过压缩输往散热器O)，工作介质在散热器( 中把热量传给加热器(7)后， 流向节流装置——包括(毛)细管、各种节流阀、膨胀机、液压马达、流体轮机、齿轮泵等等 (3)节流，节流后的工作介质流向副吸热器G)，在副吸热器(4)中吸收散热器(9)的热量， 工作介质流过副吸热器(4)后继续流向热源换热器——主吸热器(5)，在热源换热器(5) 中吸收热源的热量，吸收热量后被压缩机(1)吸入、压缩并输往散热器(2)继续循环。散热器(2)把热量传给加热器(7)后，加热器(7)加热工作介质，工作介质受热膨胀后流向透平机或者是膨胀机(8)推动其工作，通过透平机或者是膨胀机(8)后的工作介质流向散热器 (9)，在散热器(9)中把热量传给副吸热器G)，经过散热器(9)的工作介质流向加压设备(6)，经加压后输往加热器(7)继续循环。散热器( 在逆卡诺循环热泵中是冷凝器，主吸热器( 在逆卡诺循环热泵中是蒸发器，热源换热器( 的热源可以是空气、水等等，下同。图2是用热电转换器转化热泵能量的示意图。图2中，粗实线箭头表示输送工作介质的管路和工作介质流动方向。压缩机(10) 压缩工作介质并输往散热器(11)，工作介质在散热器(11)中把热量传给热电转换器(15) 的热端后，流向节流装置(12)节流，节流后的工作介质流向副吸热器(13)吸收热电转换器 (15)的冷端热量，吸收热量后的工作介质流往主吸热器(14)，工作介质在主吸热器(14)中吸收热源的热量，后被压缩机(10)吸入、压缩并输往散热器(11)继续循环。热电转换器 (15)的热端接受散热器(11)的热量，热电转换器(1 的冷端传给吸热器(1 热量，因而在热电转换器(15)的热端与冷端之间形成温度差，从而在热电转换器(15)的正极(16)与负极(17)之间形成电动势。图3是用斯特林发动机转化热泵能量的示意图。图3中，虚线箭头表示工作介质流动方向，其中虚线单向箭头表示热泵工作介质流动方向，虚线双向箭头表示斯特林发动机工作介质流动方向。未注明的为管道。热泵压缩机(18)压缩工作介质并输往散热器(19)——同时也是斯特林发动机加热器(可以环绕在斯特林发动机热腔气缸上——也就是套在斯特林发动机热腔气缸上)，热泵工作介质在散热器(19)中把热量传给斯特林发动机工作介质后，流往节流装置00)节流，节流后热泵工作介质流往副吸热器同时也是斯特林发动机冷却器(可以环绕在斯特林发动机冷腔气缸上)，热泵工作介质在副吸热器中吸收斯特林发动机工作介质的热量，之后热泵工作介质流往主吸热器(22)，在主吸热器02)中吸收热源的热量后被压缩机(18)吸入、压缩并输往散热器(19)继续循环。如果斯特林发动机冷腔气缸(包括活塞M24)中活塞压缩工作介质，则工作介质向热腔气缸中运动，在工作介质流入热腔气缸时被散热器(19)加热膨胀，从而推动热腔气缸中的活塞做功，当热腔气缸中的活塞到达顶点后转向压缩工作介质，工作介质将推动冷腔气缸04)中的活塞后退，当冷腔气缸04) 中的活塞后退到顶点时，由于冷却器的吸热，工作介质的体积缩小，冷腔气缸04)中的活塞开始被工作介质负压吸回向前运动，冷腔气缸04)中的活塞运动到活塞前后压力平衡时开始转向压缩工作介质，如此周而复始循环工作。图4是线形隔管式换热器原材料横截面示意图。图4中05)是一个半管，(26)是另一个半管，(27)是隔板。原材料一般用金属材料。图4中05)、(26)和、2 )可以用电阻焊压焊在一起，见图5。图5是线形隔管式换热器压焊成品的横截面示意图。图5中08)是一条工作介质通道，(29)是另一条工作介质通道。图6是图4的另一种形式。图7是图5的另一种形式。图8是图7的另一种形式。图8中的隔板为波纹板形式。图9是图7的另一种形式。图9中的隔板为翅片形式。图10是图7中的横截面过渡到圆管出口示意图。
图10中，(30)是隔管主体，(31)是隔管主体的一条通道，(32)是隔管主体的另一条通道，(33)是隔管一头的一根出入口圆管，(34)是隔管同一头的另一根出入口圆管。图 10中，可以用与隔管主体(30)相同或不同的材料变管隔管主体的一条通道(31)过渡到出入口圆管(33)，变管隔管主体的另一条通道(32)过渡到出入口圆管(34)。隔管另一头相同。图11是线形板式换热器的横截面示意图。图11是图7的一种变形。出入口变管参考图10.图12、图13是图11的变形，在某些方面类似图8、图9。出入口变管参考图10。图14是一种蛇形线形换热器示意图。图14中，粗实线表示管式、套管式、隔管式、板式线形换热器可以弯曲的形状，图 14中阴影部分是隔热保温层。图14中，粗实线弯曲部位最好平滑过渡。图15是另一种蛇形线形换热器示意图。类似螺旋形换热器，只要区别是在相邻外壳间填充有保温隔热材料，图15中阴影部分是隔热保温层。其余参考图14。图16是复叠式热泵采用逆流线形换热器示意图。图16中，粗实线箭头表示管路和工作介质流动方向，最上面的一条虚线箭头表示被加热介质流动方向，当然该换热器的散热器部分也可直接与被加热物体连接，譬如与热电转换器直接接触，最下面的一条虚线箭头表示热源介质的流动方向。其余虚线箭头表示在线形换热器中工作介质流动方向——注意是逆流。(3 是压缩机，其余相同图形也是压缩机，各种压缩机可以混合串、并联。(36)是线形换热器，其余相同图形也是线形换热器， (37)是节流装置，其余相同图形也是节流装置。各种节流装置可以混合串、并联。图17是各种换热器混合串、并联示意图。图17中，粗实线箭头表示管路和工作介质流动方向，(38)是压缩机，(39)、(40)、 (41) “43)是换热器，(42)是节流装置。图18是复叠多列热泵示意图。图18中，粗实线箭头表示管路和工作介质流动方向，上面的一条双点划线表示被加热物质，下面的一条双点划线表示热源。G4)是压缩机，0 是热交换器，G6)是节流装置，图中相同图形表示相同的设备。图19是管式线形换热器的示意图。图19中，工作介质的换热通道G7)应该有足够的长度，通道间导热材料G8)和隔热材料G9)应该在线向多一些段，在必要的情况下，用导热系数低的材料(如钛合金) 代替一部分换热通道(50)，图中相同图形意思相同。A-A是剖切线。图20是A-A剖逆时针旋转90度示图。图20中，07)是工作介质的换热通道，G8)是通道间导热材料——无孔洞实心体，也可以用热管技术，(49)是隔热材料，(50)是低导热系数材料。图21、图22、图23是图20的一些变形。图21、图22、图23中07)、08)、09)、 (50)与图20中表示意思相同。图20、21、22、23中07)、(50)可以是三角形、五边形、五角形、六边形、六角形、带翅片管形、波纹管、螺旋纹管等等。图M是单级压缩热泵采用逆流线形换热方式的优点说明图。图M中，粗实线箭头表示管路和工作介质流动方向，虚线箭头表示热源物质或者被加热物质流动方向，(51)是压缩机，(5 是换热器，(5 是节流装置，线形换热器(类似并比较常见的有套管式换热器)如果采用两种工作介质同向流动(也即顺流)，最理想的情况是两种工作介质到达出口的温度相同。而如果采用两种工作介质逆向流动，最理想的情况是一种工作介质的入口温度等于另一种工作介质的出口温度，也即两种工作介质到达出口的温度相差最大。而这种逆流线形换热方式对热泵包括复叠热泵具有特别重要的作用——可以提高能效比，因为在相同压缩比的情况下，提高了被加热介质的出口温度，温度高当然含能量就多，另一边也降低了被冷却介质的出口温度。根据前人经验蒸发温度比被冷却介质低5度(液体)或低10度(气体)较为经济。冷凝温度比冷却介质温度高5°C 或10度比较合适，这里为了简洁方便，暂不计算蒸发温度、冷凝温度与换热介质的温差，在必要时可以从每级热泵的温度范围中减去5至20度。单级压缩机氨工作介质热泵，用一般换热方式当冷凝温度为40°C，蒸发温度为-30°C时，即使在等熵压缩情况下，排气温度已高达160°C，压缩机入口温度与出口温度差达190°C。对于单级热泵，在这里把冷凝温度40°C 看作高温被加热物质温度，蒸发温度-30°C看作低温热源物质温度，由于图M中是逆流线形换热器，那么，热源物质入口(54)温度就是-30°C，压缩机入口(5 温度也就是-30°C， 压缩机出口(56)温度应该是160°C，被加热物质出口(57)温度就应该是160°C。被加热物质入口(58)温度是40°C，节流入口(59)温度就是40°C，节流后(60)温度等于热源物质出口(61)温度，热源物质出口(61)温度低于热源物质入口(54)温度，因而热源物质出口 (61)温度与压缩机出口(56)温度之差大于190°C，一般换热方式冷凝温度与蒸发温度之差仅70°C，在不增加压缩机功率的情况下，用逆流线形换热方式获得的温差大于一般换热方式，能效比必然大于一般换热方式的热泵。多级压缩热泵参考单级压缩热泵。图25是复叠式热泵采用逆流线形换热方式的优点说明图。图25中，粗实线箭头表示管路和工作介质流动方向，(62)是压缩机，(63)是换热器，(64)是节流装置，图中相同图形表示相同的设备。这里为了简洁方便，暂不计算蒸发温度、冷凝温度与换热介质的温差，假设复叠热泵每级压缩机出、入口的温差190°C。假设第一级热泵压缩机出口处(6 温度达160°C，这里又是线形换热器及逆流线形换热方式，那么第二级热泵压缩机入口处(66)温度达160°C，由于第二级热泵压缩机入口与出口的温差也达190°C，那么第二级热泵压缩机出口处(67)温度可达350°C，其余以此类推。假设第一级热泵的工作介质节流前(68)温度是40°C，那么第二级热泵节流后(69)的温度就应该是 40°C，假设节流前后的温度差是170°C，那么第二级热泵节流前(70)的温度就是210°C，其余以此类推。由于在不增加压缩机功率的情况下，采用逆流线形换热方式的复叠热泵每一级都比一般换热方式的复叠热泵的每一级温差大，所以能效比也比一般换热方式的复叠热栗尚。由于复叠热泵的一部分工作在高温，所以最好采用无油离心式压缩机，可以考虑二氧化碳、乙醚、甲醇、乙醇、水、汞等等物质用于工作介质。不同种类的热泵复叠以此类推。传统以来，受对能量守恒定律理解的影响，人们只把热泵用于提供热能，不往其它一些方面想，因为怕违反能量守恒定律，在很长一段时间以来我也是这样。本发明的副标题可以为——符合(不违反)能量守恒定律的永动机。
权利要求
1. 一类能源机，它具有热能转换(转化)设备，其特征在于热泵与热能转换(转化) 设备组合，即转换(转化)的是热泵产生的热能，也即把热泵产生的这些热能转换(转化) 为其它种类的能源利用。、1.1根据权利要求1所述的能源机，其特征在于用透平机、斯特林发动机、膨胀机、热电转换器等等转换热泵产生的这些热能。、1. 2根据权利要求1. 1所述的能源机，其特征在于用热泵的热端加热透平机、斯特林发动机、膨胀机、热电转换器等等的热端或者进气流或者加热器等等。、1.3根据权利要求1所述的能源机，其特征在于用热泵的冷端冷却其冷端。
2.一类热泵，它具有换热器等，其特征在于采用线形换热器，采用逆流线形换热方式。、2. 1根据权利要求2所述的热泵，其特征在于线形换热器是管式、套管式、隔管式、板式、蛇形、螺旋形盘式(类似等速螺线)、管形(类似圆柱形螺旋)、壳管式、壳盘管式。、2. 2根据权利要求2. 1所述的热泵，其特征在于线形换热器外覆保温材料，尤其是在蛇形、螺旋形换热器相邻外壳间有保温隔热材料。、2. 3根据权利要求2. 1所述的热泵，其特征在于线形换热器有足够的线向长度，使工作介质在线向换热区域内充分交换热量，达到尽可能大的温差。、1. 4根据权利要求1或2所述的能源机，其特征在于热泵采用逆流线形换热方式。 1. 5根据权利要求1或2所述的能源机，其特征在于采用多级压缩循环和或复叠式热泵，多级压缩循环和或复叠式热泵采用逆流线形换热方式。
全文摘要
一种能源转化机，它涉及热泵等等。本发明的目的是提供尽可能多的清洁能源。把热泵产生的(多量的)热能转换为其它种类的能源，转换为动力能源，是原动机，也可以转换为电能、压缩气能、声能等等，它们将输出源源不断的清洁能源。如果热泵的能效比是7，透平机或者斯特林发动机等若以30％的转换效率转换后可获得2.1份的机械能，这2.1份的机械能减去热泵消耗的那一份能量，我们就可以获得1.1份净能量。如果热泵的能效比是19，热机的转换效率是30％，那么我们就可以获得4.7倍于热泵消耗能量的净能量。本发明采用多级压缩循环或复叠式热泵和逆流线形换热方式，可以获得更大的温差，更高的能效比。
文档编号F25B30/00GK102269022SQ201110094739
公开日2011年12月7日 申请日期2011年4月10日 优先权日2011年4月10日
发明者邸志伟 申请人:邸志伟