专利名称：新型工质热能膨胀机的制作方法
技术领域：
本发明属于暖通空调、工业制冷、废热等低热资源的再利用技术，具体的涉及一种利用暖通空调、工业制冷机组产生的废热以及发电厂和化工厂的尾气废热资源做机械功，并采用封闭循环的碳酸氢铵溶液作为工质的新型工质热能膨胀机。
背景技术：
膨胀机就是一种利用压缩气体膨胀降压时向外输出机械功使气体温度降低的原理以获得机械能和冷量的机械。现有膨胀机技术主要为活塞和透平膨胀机，运行工质主要是高温高压水蒸汽，其尾汽温度较高，能量转化率低；且目前加热水蒸汽主要燃烧煤等石化燃料，一方面消耗了资源有限的石化燃料，另方面增加了 C02的排放，加剧了地球的温室效应。在能源日益紧张的今天，为了回收通常排到大气中的低温热气、排到河川中的低温热水等中的热量，低热利用装置被用来将低温物体中的热能传送高温物体中，然后高温物体来加热水或采暖，使热量得到充分利用。
发明内容
本发明提供了一种结构设计合理、低温热能利用率高的新型工质热能膨胀机，其利用碳酸氢铵溶液作为工质，并封闭循环完成机械能的输出。其可以利用常温低品位热源，一方面获得了高品位的机械能，可以直接驱动其他设备或发电；另一方面获得的冷量可以冷却需要散热的设备或装置。本发明所采用的技术方案如下:
一种新型工质热能膨胀机，其特征在于所述膨胀机包括发生器、能效转换器、膨胀机和吸收器，所述发生器上延伸设置工质气体喷嘴，该工质气体喷嘴通过一定压膨胀器连通膨胀机的进气口，该膨胀机的排气口连接设置吸收器，吸收器、发生器和能量转换器内充填设置有循环流动的氨气、二氧化碳和水混合的工质溶液。一实施方式中，所述发生器的上部连通一高温高压工质气体管路，工质气体喷嘴位于该高温高压工质气体管路的末端；所述发生器内设置挡液板，发生器的下部设置有中温中浓度碳酸氢铵溶液集液箱，该中温中浓度碳酸氢铵溶液集液箱和挡液板之间还设置有热源换热器。—实施方式中，所述中温中浓度碳酸氢铵溶液集液箱的底部连接一输送管路，该输送管路的另一端位于能效转换器内。另一实施方式中，所述能效转换器的上部设置一中温工质气体通道，该中温工质气体通道连接一低温低浓度碳酸氢铵溶液集液箱的顶部，该低温低浓度碳酸氢铵溶液集液箱的上部设置一挡液板。再一实施方式中，所述发生器内的顶部设置一工质喷射装置，该工质喷射装置通过一常温高浓度碳酸氢铵溶液管连接吸收器。
又一实施方式中，所述吸收器的底部设置一常温高浓度碳酸氢铵溶液集液箱，该常温高浓度碳酸氢铵溶液集液箱的上方设置一碳酸氢铵溶液雾化喷嘴，该常温高浓度碳酸氢铵溶液集液箱的底部连通一常温高浓度碳酸氢铵溶液管。再一实施方式中，所述碳酸氢铵溶液雾化喷嘴通过低温低浓度碳酸氢铵溶液管路连接一低温低浓度碳酸氢铵溶液集液箱，该低温低浓度碳酸氢铵溶液集液箱位于能效转换器内。—实施方式中，所述膨胀机的一端连接设置一动力输出轴。一实施方式中，所述工质气体喷嘴位于能效转换器的上部的定压膨胀器内，该定压膨胀器连接于膨胀机的进气口和一中温工质气体通道。另一实施方式中，所述膨胀机还包括碳酸氢铵溶液输液泵和碳酸氢铵溶液输送管路，所述碳酸氢铵溶液输送管路循环连接发生器、能效转换器和吸收器。该新型工质热能膨胀机采用氨气、二氧化碳和水的混合物作为工质，氨气和二氧化碳在水以碳酸氢铵(NH4HCO3)溶液的形成出现，该碳酸氢铵的水溶液在35°C以上开始分解，60°C以上完全分解。该新型工质热能膨胀机主要包括发生器、能量转换器、膨胀机、吸收器四大部分，发生器、吸收器和能量转换器间还可设置用于碳酸氢铵溶液循环的输液泵和碳酸氢铵溶液输送管路组成的循环系统。在具体应用中，发生器中的工质喷射装置将常温高浓度碳酸氢铵溶液以雾状极小液滴喷射到热源换热器上，碳酸氢铵溶液蒸发并形成高温的工质气体，即氨气和二氧化碳，高温的氨气和二氧化碳工质气体经由高温高压工质气体管路输送至位于热能转换器上部的工质气体喷嘴，高温高压的工质气体由此经过能效转换器中的定压膨胀器，再次吸收部分由发生器输送来的中温高浓度碳酸氢铵溶液所生成的工质气体，形成膨胀机最适宜的驱动气体工质，即中温高速流换热的氨气和二氧化碳气体，由膨胀机转换为机械能，并通过动力输出轴对外输出。经过做功后的工质气体温度降低后由膨胀机排气口进入吸收器，经过吸收器顶部的碳酸氢铵溶液雾化喷嘴喷入的低温低浓度碳酸氢铵溶液的吸收，形成常温高浓度碳酸氢铵溶液，该常温高浓度碳酸氢铵溶液可由常温高浓度碳酸氢铵溶液集液箱底部的常温高浓度碳酸氢铵溶液管和输液泵再次输送到发生器中，由工质喷射装置喷射，完成循环。发生器底部的中温中浓度碳酸氢铵溶液集液箱内的中温中浓度碳酸氢铵溶液可由输送管路和输送泵送至能效转换器内的低温低浓度碳酸氢铵溶液集液箱上部进行喷雾式喷洒，该中温中浓度碳酸氢铵溶液形成的部分工质气体经过中温工质气体通道进入定压膨胀器，与高温高压工质气体混合成适宜做功的中温高速工质气体；而低温低浓度碳酸氢铵溶液集液箱则收集到低温低浓度的碳酸氢铵溶液，该部分碳酸氢铵溶液可由低温低浓度碳酸氢铵溶液管路输送，并通过碳酸氢铵溶液雾化喷嘴在吸收器内喷洒吸收由膨胀机排气口输出的工质气体，完成工作循环。该吸收式热能膨胀机可用于暖通空调领域，使空调的能效比更高，或利用空调废热资源发电；或者利用发电厂锅炉的中低温气体发电；其通过对工业企业的废热回收，使废热变成高品位的电能，而不是直接排入环境中，造成污染，并把多种形式的低温吸收式热能转化成高品位的机械能和电能，达到节能减排的效果。本发明的有益效果在于，该新型工质热能膨胀机结构设计合理、低温热能利用率高，其利用碳酸氢铵溶液作为工质，并封闭循环完成机械能的输出。其可以利用常温低品位热源，一方面获得了高品位的机械能，可以直接驱动其他设备或发电；另一方面获得的冷量可以冷却需要散热的设备或装置。下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步的阐述。
图1是本发明的组成结构示意图。
具体实施例方式如图1所示，该新型工质热能膨胀机主要由发生器10、能效转换器20、膨胀机30、吸收器40和循环系统组成，其中循环系统包括碳酸氢铵溶液输液泵和碳酸氢铵溶液输送管路，碳酸氢铵溶液输送管路循环连接发生器、能效转换器和吸收器。其采用氨气、二氧化碳和水混合的工质溶液作为换热介质。初始状态下，氨气、二氧化碳在水中形成碳酸氢铵水溶液，该水溶液35°C以上开始分解，60°C以上完全分解。该碳酸氢铵水溶液在发生器内分解蒸发，生成相对高温高压的氨气和二氧化碳的混合气体，然后到膨胀机做功；高温高压的氨气和二氧化碳的混合气体流经膨胀机输出一部分机械能，转化成低温低压的混合气体，分解蒸发后的稀溶液在相对低温下吸收氨气和二氧化碳，重新形成碳酸氢铵水溶液回到初始状态。发生器10上延伸设置工质气体喷嘴12，工质气体喷嘴12位于能效转换器20的上部的一定压膨胀器21内，该定压膨胀器21连接于膨胀机的进气口 31和一中温工质气体通道25。该膨胀机的排气口 34连接设置吸收器40，膨胀机的一端连接设置一动力输出轴32。吸收器40、发生器10和能量转换器20内充填设置有循环流动的氨气、二氧化碳和水混合的工质溶液。发生器10内的顶部设置一工质喷射装置，该工质喷射装置通过一常温高浓度碳酸氢铵溶液管42连接吸收器40。发生器10的上部连通一高温高压工质气体管路11，工质气体喷嘴12位于该高温高压工质气体管路11的末端；发生器10内设置挡液板13，发生器的下部设置有中温中浓度碳酸氢铵溶液集液箱15，该中温中浓度碳酸氢铵溶液集液箱和挡液板之间还设置有热源换热器14。中温中浓度碳酸氢铵溶液集液箱15的底部连接一输送管路16，该输送管路16的另一端位于能效转换器20内。能效转换器的上部连通中温工质气体通道25，该中温工质气体通道25连接一低温低浓度碳酸氢铵溶液集液箱23的顶部，该低温低浓度碳酸氢铵溶液集液箱23的上部设置一挡液板22。吸收器40的底部设置一常温高浓度碳酸氢铵溶液集液箱41，该常温高浓度碳酸氢铵溶液集液箱41的上方设置一碳酸氢铵溶液雾化喷嘴43，该常温高浓度碳酸氢铵溶液集液箱41的底部连通常温高浓度碳酸氢铵溶液管42。碳酸氢铵溶液雾化喷嘴43通过低温低浓度碳酸氢铵溶液管路24连接一位于能效转换器20内的低温低浓度碳酸氢铵溶液集液箱23。
权利要求
1.一种新型工质热能膨胀机，其特征在于所述膨胀机包括发生器、能效转换器、膨胀机和吸收器，所述发生器上延伸设置工质气体喷嘴，该工质气体喷嘴通过一定压膨胀器连通膨胀机的进气口，该膨胀机的排气口连接设置吸收器，吸收器、发生器和能量转换器内充填设置有循环流动的氨气、二氧化碳和水混合的工质溶液。
2.根据权利要求1所述的新型工质热能膨胀机，其特征在于所述发生器的上部连通一高温高压工质气体管路，工质气体喷嘴位于该高温高压工质气体管路的末端；所述发生器内设置挡液板，发生器的下部设置有中温中浓度碳酸氢铵溶液集液箱，该中温中浓度碳酸氢铵溶液集液箱和挡液板之间还设置有热源换热器。
3.根据权利要求2所述的新型工质热能膨胀机，其特征在于所述中温中浓度碳酸氢铵溶液集液箱的底部连接一输送管路，该输送管路的另一端位于能效转换器内。
4.根据权利要求3所述的新型工质热能膨胀机，其特征在于所述能效转换器的上部设置一中温工质气体通道，该中温工质气体通道连接一低温低浓度碳酸氢铵溶液集液箱的顶部，该低温低浓度碳酸氢铵溶液集液箱的上部设置一挡液板。
5.根据权利要求1所述的新型工质热能膨胀机，其特征在于所述发生器内的顶部设置一工质喷射装置，该工质喷射装置通过一常温高浓度碳酸氢铵溶液管连接吸收器。
6.根据权利要求1所述的新型工质热能膨胀机，其特征在于所述吸收器的底部设置一常温高浓度碳酸氢铵溶液集液箱，该常温高浓度碳酸氢铵溶液集液箱的上方设置一碳酸氢铵溶液雾化喷嘴，该常温高浓度碳酸氢铵溶液集液箱的底部连通一常温高浓度碳酸氢铵溶液管。
7.根据权利要求6所述的新型工质热能膨胀机，其特征在于所述碳酸氢铵溶液雾化喷嘴通过低温低浓度碳酸氢铵溶液管路连接一低温低浓度碳酸氢铵溶液集液箱，该低温低浓度碳酸氢铵溶液集液箱位于能效转换器内。
8.根据权利要求1所述的新型工质热能膨胀机，其特征在于所述膨胀机的一端连接设置一动力输出轴。
9.根据权利要求1所述的新型工质热能膨胀机，其特征在于所述工质气体喷嘴位于能效转换器的上部的一定压膨胀器内，该定压膨胀器连接于膨胀机的进气口和一中温工质气体通道。
10.根据权利要求1所述的新型工质热能膨胀机，其特征在于所述膨胀机还包括碳酸氢铵溶液输液泵和碳酸氢铵溶液输送管路，所述碳酸氢铵溶液输送管路循环连接发生器、能效转换器和吸收器。
全文摘要
本发明公开一种新型工质热能膨胀机，其特征在于所述膨胀机包括发生器、能效转换器、膨胀机和吸收器，所述发生器上延伸设置工质气体喷嘴，该工质气体喷嘴通过一定压膨胀器连通膨胀机的进气口，该膨胀机的排气口连接设置吸收器，吸收器、发生器和能量转换器内充填设置有循环流动的氨气、二氧化碳和水混合的工质溶液。该新型工质热能膨胀机结构设计合理、低温热能利用率高，其利用碳酸氢铵溶液作为工质，并封闭循环完成机械能的输出。其可以利用常温低品位热源，一方面获得了高品位的机械能，可以直接驱动其他设备或发电；另一方面获得的冷量可以冷却需要散热的设备或装置。
文档编号F01K27/00GK103174476SQ201110433410
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者谢学军, 王彬 申请人:江苏合正能源科技有限公司