专利名称：热泵式发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及热カ发动机系统，特别是利用吸热器吸收自然界中的热能，并通过压缩机将吸热器吸收的热能和压缩机自身的机械能转化的热能一起输入做功机，做功机向外输出机械功的热カ循环系统。
背景技术：
人们知道，有一种热泵循环系统，它主要由蒸发器(吸热器)、压缩机、冷凝器(散热器)、节流阀(膨胀阀)、管路及工作其内的エ质组成，它可以利用蒸发器吸收自然界中的热能，并通过压缩机将蒸发器吸收的热能和压缩机自身的机械能转化的热能一起输入冷凝器，冷凝器向所需要的空间排出热量；该循环系统可以实现其输出的热能是驱动压缩机的原动机所消耗的当量热能的3 5倍；这ー种热泵循环系统的工作目的是为了制热或制冷。 因此，该系统中必须装有冷凝器用于散热，装有蒸发器用于吸热。系统中安装的节流阀(膨胀阀)是为了将冷凝器内输出端和与其连通的管路中的高温高压液体エ质转换成低温低压湿蒸气。系统内没有向外输出机械功。热泵循环系统有多种循环模式，其中有ー种被称为布雷顿(Brayton)热泵循环的系统，它是为了实现以气体为エ质的热泵循环而将节流阀换成膨胀机，该膨胀机在对流经的エ质实现降温降压的同时，还会膨胀做功，该膨胀机所作之功通过膨胀机输出轴耦合到压缩机的输入轴上，而对系统外没有输出机械功，该系统的工作目的仍然是制热或制冷。因此，该系统中也必须装有冷凝器用于散热，装有蒸发器用于吸热。ー种中国专利公开号为CN101201007A的“利用热泵驱动的发电系统”是利用一个完整的热泵系统产生的热源与冷源，经由热源的供热与冷源的供冷以推动热机产生机械能，进而带动发电机组产生电能，因此，该系统中也必须装有冷凝器用于散热，装有蒸发器用于吸热。ー种中国专利公开号为CN10107835A的“热泵发电机或发动机”只是利用了压缩机输出的能量转换成的热能通过冷凝器输入蒸汽轮机；冷凝器是放热器件，该系统中没有蒸发器件，所以该系统不能从环境中吸收热能。一篇题为“螺杆膨胀机双循环低温余热回收系统分析”的论文，发表在2010年4月出版的《天津大学学报》第43卷第4期上。在该论文中描述了ー种双循环螺杆膨胀机余热回收系统的构成，它主要由蒸发器(吸热器)、蒸发泵、螺杆膨胀机、冷凝器(散热器)、冷凝泵以及接入蒸发器和冷凝器之间的エ质泵组成。它以低沸点有机物为エ质，使エ质在流动系统中从余热流体中获得热量，产生有机质蒸汽，进而推动螺杆膨胀机，带动发电机发电或输出动力，乏气在冷凝器中冷却为液体，由泵打入蒸发器，完成ー个循环。在这ー循环回路中的エ质的流动主要是靠エ质泵完成的，エ质泵运行时要消耗一定能量，エ质泵在该系统中的功能和作用与压缩机在热泵循环系统中的功能和作用不完全相同。ェ质泵输送的是液体 ェ质，压缩机压缩并输送的是气体ェ质，且压缩机输出的机械能几乎全部转化成了ェ质所携帯的热能。
就目前所检索到的热泵循环系统、热泵发动机等封闭循环系统中的活塞式压缩机的缸体内的活塞都是ー个端面与压缩エ质相接触，另一端面与所处环境中的大气相接触， 热泵循环系统反馈回来的エ质带有一定余压，这一余压没有被有效利用。
发明内容
本发明要达到的目的和要解决的技术问题，ー是为了充分利用自然环境中的低位热能，利用热泵循环可实现高制热系数的原理，提出一种可吸收环境中的低位热能，转换成高位热能，并将该高位热能和压缩机自身的机械能转化的热能一起转换成机械能输出的动力系统；二是为了减少压缩机的动カ输入，提高循环系统的制热系数，提出ー种利用循环系统反馈回来的エ质余压的技术方案。为达到上述目的和解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是。一种热泵式发动机，它类似于现有的热泵循环系统，其特征在干，所述热泵式发动机由吸热器(蒸发器)、压缩机、做功机、散热器(冷凝器)、管路及工作其内的エ质组成；吸热器的出流ロ与压缩机进流ロ通过管路相连通，压缩机的出流ロ与做功机的进流ロ通过管路相连通，做功机的出流ロ与散热器的进流ロ通过管路相连通，散热器的出流ロ与吸热器的进流ロ通过管路相连通，吸热器置于温度较高的热源环境中，散热器置于温度较低的冷源环境中，以利于做功机将热能转化成机械能输出。该系统中所用压缩机可以是各种容积型压缩机，也可以是各种速度型压缩机。为了利用上述一种热泵式发动机循环系统反馈回来的エ质余压，减少压缩机的动 カ输入，根据上述一种热泵式发动机，一种优选的技术方案是，所述压缩机由缸体、位于缸体内的活塞、活塞杆、进流单向阀、出流单向阀、管路及工作其内的エ质组成，所述缸体、位于缸体内的活塞、活塞杆、进流单向阀、出流单向阀至少组成两个工作腔，工作腔交替工作于膨胀和压缩状态，安装于压缩机各缸体两端端盖上的各进流单向阀的各进流端通过进流管路连通在一起，形成压缩机的进流ロ，并接入吸热器的出流ロ，各进流单向阀的出流端分别与各自工作腔相连通；安装于压缩机各缸体两端端盖上的各出流单向阀的各出流端通过出流管路连通在一起，形成压缩机的出流ロ，并接入做功机的进流ロ，各出流单向阀的进流端分別与各自工作腔相连通。该循环系统运行吋，从吸热器的出流ロ流出的エ质带有一定余压，余压エ质流入处于压缩状态的活塞的背面，形成背压，从而减少压缩机所需的动カ输入。压缩机是容积式压缩机，它可以是单缸双腔、双缸双腔或多缸多腔，可以是活塞式压缩机，也可以是能够承受一定背压的旋转式压缩机。本发明提供的一种热泵式发动机，其循环系统中的做功机为活塞膨胀机，还可以是柔性囊式膨胀机，还可以是透平式膨胀机。做功机的作用是将热能转化成机械能并向外输出机械功。本发明提供的一种热泵式发动机，可供选择的技术方案是，其循环系统中的做功机为囊式气动泵，气动泵可泵气体或液体。例如授权公告号为CN1069953C的本申请人发明的“气动泵”。本发明提供的一种热泵式发动机，可供选择的技术方案是，其循环系统中的做功机可以是闭路循环的气动马达，气动马达向外输出机械功。本发明提供的一种热泵式发动机，改进的技术方案是，其循环系统中的散热器的
4出流ロ与吸热器进流ロ之间按エ质流向要求装有自动平衡膨胀阀，当流出散热器的エ质的状态处于液态时，自动平衡膨胀阀可保证通过其排出的エ质为气化状态。本发明提供的一种热泵式发动机，改进的技术方案是，其循环系统中的散热器的出流ロ处串接有干燥过滤器，干燥过滤器可干燥和过滤管路内的水分和杂质，以保证系统长期稳定运行。本发明提供的一种热泵式发动机，改进的技术方案是，其循环系统中的散热器的出流ロ与吸热器进流ロ之间按エ质流向要求装有エ质泵，エ质泵可保证在压缩机与散热器和吸热器之间的高度差较大时，エ质在系统内的正常循环。现有热泵循环系统和双循环余热回收利用系统的吸热器和散热器周围的热、冷气体或热、冷液体循环系统及其它控制系统等都可以移植到该系统中加以利用。本发明提供的热泵式发动机，其循环系统中的吸热器(蒸发器)为热管吸热器，也可以是其它各种适应环境条件的高效吸热器。例如空气吸热器、太阳能吸热器、水源吸热器、地源吸热器等。同样地，其循环系统中的散热器(冷凝器)为热管散热器，也可以是其它各种适应环境条件的高效散热器。例如空气散热器、冰源散热器、水源散热器、地源散热
嬰坐有益效果本发明提供的各种技术方案可以高效地将低位热能转化成高位热能， 进而转化成机械能输出。可减少对化石能源的消耗，减缓温室效应。
图1为本发明的ー种的循环系统图。图2为本发明的另ー种循环系统图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进ー步详细说明。附图1所示一种热泵式发动机，它由吸热器(蒸发器)3、压缩机1、做功机2、散热器 (冷凝器)5、管路4及其连通成的回路和工作于回路内的エ质组成；吸热器3的出流ロ h与压缩机1进流ロ a通过管路相连通，压缩机1的出流ロ b与做功机2的进流ロ c通过管路相连通，做功机2的出流ロ d与散热器5的进流ロ e通过管路相连通，散热器5的出流ロ f 与吸热器3的进流ロ g通过管路相连通。系统开始运行时，先启动压缩机1，此时，吸热器3 内的エ质吸收环境中的热能，变成低压干蒸气。低压干蒸气流出吸热器出流ロ h，经管路和压缩机1的进流ロ a流入压缩机的工作腔内，经压缩机压缩后变成高温高压高速蒸气。高温高压高速蒸气经压缩机出流ロ b，流经管路和做功机2的进流ロ c进入做功机膨胀对外做功。经做功机作功后的エ质，变成低温低压低速湿蒸气，湿蒸气经做功机2的出流ロ d和管路进入散热器5，以进一歩冷却降压成低温低压低速湿蒸气エ质或液态エ质，低温低压低速湿蒸气エ质或液态エ质进入吸热器3并在吸热器内吸热，又变成低压干蒸气。至此，热泵式发动机完成一个循环和能量交換过程。附图2所示另ー种热泵式发动机的循环系统图，既表示了利用循环系统反馈回来的エ质余压对活塞产生背压，以减少压缩机的动カ输入，又表示了双循环余热回收利用的动カ系统。该系统中的压缩机1由缸体11、位于缸体内的活塞12、活塞杆10、ェ质进流单向阀13、14，工质出流单向阀15、16，工质进流管路17、18，工质出流管路19、20及工作其内的工质组成，并由这些零部件组成两个工作腔Ql、Q2。工作腔Ql、Q2交替工作于膨胀和压缩状态。安装于压缩机缸体11两端端盖Ila和lib上的工质进流单向阀13、14的各进流端通过工质进流管路18、17连通在一起，形成压缩机的进流口 a，并通过工质管路接入吸热器3的出流口 1 ；各工质进流单向阀13、14的出流端分别与各自工作腔Q1、Q2相连通；安装于压缩机缸体11上的端盖Ila和lib上的各工质出流单向阀15、16的各出流端通过工质出流管路19、20连通在一起，形成压缩机的出流口 b，并通过工质管路接入做功机2的进流口c ；各工质出流单向阀15、16的进流端分别与各自工作腔Q1、Q2相连通。做功机2的出流端d通过工质管路与散热器5的进流口 e相连通，散热器5的出流口 f通过工质管路与工质泵8的进流口 g相连通，工质泵8的出流口 h与自动平衡膨胀阀9的进流口 i通过工质管路相连通，自动平衡膨胀阀9的出流口 j通过工质管路与吸热器3的进流口 k相连通。散热器5的外壳体上装有低温进流管6a和低温出流管6b，低温进流管6a上安装有低温循环泵6 ；吸热器3的外壳体上装有高温进流管7a和高温出流管7b，高温进流管7a上安装有高温循环泵7。图2中，当活塞12向上移动时，工质进流单向阀13、工质出流单向阀16开启，工质进流单向阀14、工质出流单向阀15关闭，从吸热器3的出流口 f流出的工质带着一定余压经工质进流管路18、工质进流单向阀13进入工作腔Ql并对活塞12的下端面产生背压；与此同时，处于工作腔Q2内的工质被活塞12压缩，经工质出流单向阀16、工质出流管路20、19进入做功机2，高温高压气体工质在做功机2内膨胀做功后流入散热器5变成低温低压液体工质，液体工质被工质泵8泵过自动平衡膨胀阀9后变成低温蒸汽，低温蒸汽进入吸热器3内吸热。吸热后的工质变成低压干蒸气进入压缩机1的工作腔。当活塞12向下移动时，工质进流单向阀13、工质出流单向阀16关闭，工质进流单向阀14、工质出流单向阀15开启，从吸热器3的出流口 1流出的工质带着一定余压经工质进流管18、17，工质进流单向阀14进入工作腔Q2并对活塞12的上端面产生背压；与此同时，处于工作腔Ql内的工质被活塞12压缩，经工质出流单向阀15、工质出流管路19进入做功机2，工质在做功机2内膨胀做功后流入散热器5变成低温低压液体工质，液体工质被工质泵8泵过自动平衡膨胀阀9后变成低温蒸汽，低温蒸汽进入吸热器3内吸热，吸热后的工质变成低压干蒸气进入压缩机1的工作腔。至此，热泵式发动机完成一个工质循环过程。在工质循环过程中，散热器内工质所载热量不断被低温循环泵6泵入的低温流体带走，使做功机2的出流端始终处于低压低温状态，以提高做功机的膨胀效率。同时，高温循环泵7不断将高温流体的热量泵入吸热器内，吸热器内工质吸收高温流体的热量。所述高温流体、低温流体可以是液体也可以是气体。该循环系统中与现有的双循环余热回收动力系统相比，区别在于，该循环系统中在吸热器和做功机之间装有压缩机，压缩机可以提高工质的压力和温度，使做功机工作于较高效率状态，压缩机所产生的热能和吸热器所吸收的热能几乎全部被输入到做功机2中，做功机2将热能转化成机械能输出。 尽管已经结合优选实施方式描述了本发明的装置，但是本发明不限于本文所述的具体形式，相反，其目的在于覆盖理所当然会落入所述权利要求书限定的本发明范围内的各种替代方式、改型、各种特征要素的再组合而衍生的新组合和等同体。
权利要求
1.一种热泵式发动机，其特征在干，所述热泵式发动机由吸热器、压缩机、做功机、散热器、管路及工作其内的エ质组成；吸热器的出流ロ与压缩机进流ロ通过管路相连通，压缩机的出流ロ与做功机的进流ロ通过管路相连通，做功机的出流ロ与散热器的进流ロ通过管路相连通，散热器的出流ロ与吸热器的进流ロ通过管路相连通，吸热器置于热源环境中，散热器置于冷源环境中。
2.按照权利要求1所述ー种热泵式发动机，其特征在干，所述压缩机由缸体、位于缸体内的活塞、活塞杆、进流单向阀、出流单向阀、管路及工作其内的エ质组成，所述缸体、位于缸体内的活塞、活塞杆、进流单向阀、出流单向阀至少组成两个工作腔，工作腔交替工作于膨胀和压缩状态，安装于压缩机各缸体两端端盖上的各进流单向阀的各进流端通过进流管路连通在一起，形成压缩机的进流ロ，并接入吸热器的出流ロ，各进流单向阀的出流端分別与各自工作腔相连通；安装于压缩机各缸体两端端盖上的各出流单向阀的各出流端通过出流管路连通在一起，形成压缩机的出流ロ，并接入做功机的进流ロ，各出流单向阀的进流端分別与各自工作腔相连通。
3.按照权利要求1所述ー种热泵式发动机，其特征在干，所述做功机为向外输出机械功的活塞膨胀机。
4.按照权利要求1所述ー种热泵式发动机，其特征在干，所述做功机为向外输出机械功的柔性囊式膨胀机。
5.按照权利要求1所述ー种热泵式发动机，其特征在干，所述做功机为向外输出机械功的透平式膨胀机。
6.按照权利要求1所述ー种热泵式发动机，其特征在干，所述做功机为可泵气体或液体的气动泵。
7.按照权利要求1所述ー种热泵式发动机，其特征在干，所述做功机为向外输出机械功的螺杆膨胀机。
8.按照权利要求1所述ー种热泵式发动机，其特征在干，所述散热器出流ロ与吸热器进流ロ之间按エ质流向要求装有自动平衡膨胀阀。
9.按照权利要求1所述ー种热泵式发动机，其特征在干，所述散热器出流ロ与吸热器进流ロ之间按エ质流向要求装有エ质泵。
10.按照权利要求1、2、3、4、5、7、8、9任一项所述一种热泵式发动机，其特征在干，所述散热器出流ロ处串接有干燥过滤器。
全文摘要
本发明涉及热力发动机系统，是根据热泵循环原理和双循环余热回收利用原理，利用吸热器吸收自然界中的热能，通过压缩机将所吸收的热能和压缩机自身的机械能转化的热能一起输入做功机，做功机向外输出机械功的热力循环动力系统，本发明的热泵式发动机由吸热器、压缩机、做功机、散热器、管路及其工作于管路内的工质组成；吸热器的出流口与压缩机进流口、压缩机的出流口与做功机的进流口、做功机的出流口与散热器的进流口、散热器的出流口与吸热器的进流口都通过管路相连通，本发明可以将低位热能转化成高位热能，进而转化成机械能输出，可有效提高能源的利用率。
文档编号F01K25/00GK102562196SQ20111019895
公开日2012年7月11日 申请日期2011年7月16日 优先权日2011年7月16日
发明者张玉芹, 王政玉, 王超颖 申请人:王政玉