一种超流体二氧化碳马达系统及其使用方法与流程

本发明涉及马达系统,具体是涉及一种超流体二氧化碳马达系统及其使用方法。

背景技术：

1、气动马达是通过马达的进出口处的压力差，将压缩空气的压力能转换为旋转的机械能的装置。而且，气动马达不需要复杂的控制系统，通过限制供气压力或排气流量，很容易就能够改变扭矩或转速。气动马达的工作原理大致可以分为四个步骤：

2、1.压缩空气供给：气动马达通常通过一个气源(如压缩机)供给压缩空气。这些压缩空气的压力和流量需要根据气动马达的要求进行调整。

3、2.气动马达的气缸运动：压缩空气通过气动马达的气缸进入，驱动活塞在气缸内往复运动。气动马达通常有多个气缸，通过不同的工作节拍和配气方式可实现连续的运动。

4、3.能量转换：马达的气缸运动将压缩空气的能量转换为机械能。这通常通过活塞的运动来实现，活塞在气缸内的行进过程中通过连杆将线性运动转化为旋转运动。

5、4.输出动力：转化为旋转运动的机械能可以通过输出轴连接到其他设备，如泵、发电机或机械设备等等，实现工作输出。

6、气动马达具有不少优点，因此，其常被用于需要较高转矩和低转速的场合，如工业生产线、汽车制造和机械设备等等领域，例如申请公布号cn104512236a公开的一种节能型车辆动力系统，其公开了一个可作为纯气动马达工作的燃料气动马达的工作方式，其主要用以驱动车轮等等。

7、但是，这些采用压缩空气作为气源的马达系统是使用压缩机电机所消耗的电能来实现空气的增压的，在增压过程中将电机产生的能量转变为压缩空气的内能，然后再通过气动马达将压缩空气内能转变为机械能，其最大的能效即是将压缩机电机产生的能量全部转化为机械能，亦即能效系数最大为1，这就使得这些马达系统在能效比方面还不够高，从而使其在节能方面还存在改进的空间。

技术实现思路

1、针对以上现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种超流体二氧化碳马达系统及其使用方法，其通过在增压机与马达之间设置一个用于供二氧化碳与外界环境空气进行热交换的空气能主机，使得二氧化碳在进入增压机前吸收环境空气中的热量增焓，再进入到增压机时，增压机将二氧化碳通过增压实现升温和第二次增焓，从而能够提高系统的能效比，且该系统可实现能效系数大于2，亦即系统可以更节能。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

3、一种超流体二氧化碳马达系统，包括超流体二氧化碳马达、空气能主机、增压机和贮存罐；所述贮存罐的出口端通过管道连接所述空气能主机的进口端，以用于往所述空气能主机输入二氧化碳；所述空气能主机的出口端通过管道连接所述增压机的低压进口端，以用于将吸收外界环境中的低品位热量而成为低温气体的二氧化碳输入至所述增压机，而所述增压机将低温气体二氧化碳增压升温转化为超流体二氧化碳；所述增压机的高压出口端通过管道连接所述贮存罐的入口端，以使所述贮存罐可用于回收二氧化碳；所述增压机的高压出口端通过管道连接所述超流体二氧化碳马达的进口端，以用于将超流体二氧化碳输入至所述超流体二氧化碳马达，实现能量供给；所述超流体二氧化碳马达的出口端通过管道连接所述空气能主机的进口端，以用于所述超流体二氧化碳马达的出口端的降压后降温的二氧化碳输入到所述空气能主机进行热交换；所述增压机的出气压力范围和所述超流体二氧化碳马达的进口端的进气压力范围均为72-180kg，而所述超流体二氧化碳马达的出口端的出气压力范围为5-65kg。上述设置能够方便提高能效比，使得系统更节能。

4、进一步地，进入所述空气能主机的二氧化碳吸收外界环境热量成为低温气体，且该外界环境温度需要为-50℃以上，而吸热后的低温气体二氧化碳能达到的最高温度为不高于外界环境温度。

5、进一步地，通过所述超流体二氧化碳马达的出口端排出的经降压后降温的二氧化碳的温度低于外界环境空气温度2℃以上。

6、进一步地，在所述增压机的高压出口端的压力未达到设定值且所述增压机的低压进口端的压力低于设定值时，所述贮存罐往所述空气能主机输出二氧化碳，二氧化碳流动至所述增压机，直至所述增压机的低压进口端和高压出口端的压力值均达到设定值，则所述贮存罐停止输出二氧化碳；当高压出口端的压力达到设定值而低压进口端高于设定值时则由所述贮存罐回收二氧化碳，直至所述增压机的高压出口端和低压进口端的压力值均达到设定值。

7、进一步地，在所述贮存罐的出口端和入口端分别设置有第一电动球阀和第二电动球阀，从而能够方便地实现贮存罐的进、出口的开关和二氧化碳的流量调节。

8、进一步地，在所述超流体二氧化碳马达的进口端的管道上还设置有第三电动球阀，从而能够方便实现流量的控制。

9、进一步地，在所述增压机的出口端的管道上还设置有一单向阀，从而能够防止二氧化碳倒流。

10、进一步地，所述增压机为全封闭高压气体增压机。

11、本发明还提供有一种超流体二氧化碳马达系统的使用方法，其采用上述的超流体二氧化碳马达系统，包括如下步骤：

12、s1、系统启动，在增压机的高压出口端的压力未达到设定值，同时所述增压机的低压进口端的压力低于设定值时，通过贮存罐往空气能主机输出二氧化碳，然后二氧化碳流动至增压机，以使所述增压机的低压进口端和高压出口端的压力值均达到设定值；

13、当高压出口端的压力达到设定值而低压进口端高于设定值时则由所述贮存罐回收二氧化碳，以使所述增压机的高压出口端和低压进口端的压力值均达到设定值；

14、s2、二氧化碳平衡完成后，所述贮存罐关闭；

15、s3、进入空气能主机的二氧化碳在所述空气能主机中吸收外界环境空气中的低品位热量成为低温气体，此时的外界环境温度需要为-50℃以上，而吸热后的低温气体二氧化碳能达到的最高温度为不高于外界环境温度；

16、s4、吸热后的低温气体二氧化碳在所述空气能主机排出并输入至所述增压机，且二氧化碳经过所述增压机增压后转变为超流体二氧化碳；所述增压机的出气压力范围为72-180kg；

17、s5、超流体二氧化碳在所述增压机排出并输入至超流体二氧化碳马达，实现能量供给，该超流体二氧化碳在超流体二氧化碳马达的出口端降压同时降温排出，排出的二氧化碳的温度低于外界环境空气温度2℃以上；所述超流体二氧化碳马达的进口端的进气压力范围为72-180kg，所述超流体二氧化碳马达的出口端的出气压力范围是5-65kg；

18、s6、在所述超流体二氧化碳马达的出口端排出的降压并同时降温的二氧化碳往所述空气能主机输入；

19、s7、重复上述s3-s6步骤。

20、本发明的有益效果为：

21、本发明在超流体二氧化碳马达与增压机之间设置一个空气能主机，该空气能主机可以用于供超流体二氧化碳马达出口端的经降压降温后的二氧化碳进行热交换，具体是使降压后降温的二氧化碳吸收外界环境空气中的低品位热量成为低于环境温度的低温气体，然后通过增压机将低温气体二氧化碳增压，从而使得二氧化碳转变为超流体二氧化碳。因此，本发明通过设置空气能主机，通过二氧化碳吸收环境中的低品位热量实现第一次增焓，再配合增压机使得低温气体二氧化碳转变为超流体二氧化碳实现第二次增焓，再通过超流体二氧化碳马达系统将二氧化碳吸收环境中的热量与增压机做功转变为机械能，从而使得能效比更高，也更为节能。