熱的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及熱機(jī)領(lǐng)域，具體而言，涉及熱機(jī)。該熱機(jī)包括：熱源入口、豎直設(shè)置的主流管、豎直設(shè)置的回流管，第一逆流換熱器、第二逆流換熱器、回?zé)崴?、第一散熱器、第二散熱器和葉輪機(jī)；主流管內(nèi)充有第一液體工質(zhì)；回流管內(nèi)充有第二液體工質(zhì)；第一液體工質(zhì)的比熱容與第二液體工質(zhì)的膨脹系數(shù)的乘積小于第二液體工質(zhì)的比熱容與第一液體工質(zhì)的膨脹系數(shù)的乘積；第一逆流換熱器和第二逆流換熱器分別連接主流管和回流管；回?zé)崴迷O(shè)置在回流管上；第一散熱器設(shè)置在主流管上；第二散熱器設(shè)置在回流管上；葉輪機(jī)設(shè)置在主流管內(nèi)。本實(shí)用新型提供的熱機(jī)，實(shí)現(xiàn)余熱的回收再利用，只有一小部分無(wú)法再回收利用的余熱被散熱器散出，大大提高對(duì)能量的利用率。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及熱機(jī)領(lǐng)域，具體而言，涉及熱機(jī)。 熱機(jī)

【背景技術(shù)】
[0002] 熱機(jī)在人類生活中發(fā)揮著重要的作用，其可以將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能再轉(zhuǎn)換 為機(jī)械能的設(shè)備。
[0003] 相關(guān)技術(shù)中的熱機(jī)，以蒸汽輪機(jī)為例進(jìn)行說(shuō)明，蒸汽輪機(jī)通常包括通過(guò)管道依次 連接的鍋爐、過(guò)熱器、多級(jí)汽輪機(jī)及冷凝器，燃燒室為鍋爐提供熱量，鍋爐內(nèi)的水受熱，當(dāng)溫 度壓力達(dá)到一定程度后成為高壓飽和蒸汽，使得燃燒室內(nèi)的燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)榱怂臒?能；高壓飽和蒸汽通過(guò)鍋爐與過(guò)熱器之間的管道進(jìn)入過(guò)熱器，過(guò)熱器對(duì)高壓飽和蒸汽繼續(xù) 加熱，形成過(guò)熱蒸汽，過(guò)熱蒸汽和周圍環(huán)境由于溫度的原因形成壓力差，存在壓力差時(shí)，處 于不穩(wěn)定狀態(tài)，使過(guò)熱蒸汽經(jīng)過(guò)多級(jí)汽輪機(jī)向趨向于穩(wěn)定狀態(tài)，從而帶動(dòng)多級(jí)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 做功使水的熱能轉(zhuǎn)化為多級(jí)汽輪機(jī)的動(dòng)能，多級(jí)輪機(jī)包括第一級(jí)輪機(jī)和第二級(jí)輪機(jī)等，各 級(jí)輪機(jī)之間通過(guò)輪機(jī)管道連接。在流動(dòng)過(guò)程中，蒸汽是在不斷的膨脹中推動(dòng)多級(jí)汽輪機(jī)做 功的，而不斷的膨脹過(guò)程又是降溫過(guò)程，降溫的過(guò)程也是過(guò)熱蒸汽趨向于穩(wěn)定狀態(tài)的過(guò)程， 膨脹后的帶有余熱的廢汽經(jīng)過(guò)冷凝器降溫冷凝成水，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)過(guò)冷凝器之后的水 通常需要通過(guò)將一部份蒸汽抽到回?zé)崞鱽?lái)加熱冷凝后的水來(lái)實(shí)現(xiàn)余熱的回收，再使用高壓 泵將水送回鍋爐使用從而進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)，再次回到鍋爐內(nèi)的水只需補(bǔ)充少量的熱量就可 達(dá)到其膨脹溫度。
[0004] 但是，相關(guān)技術(shù)中的熱機(jī)，在熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程中，大量的沒有被轉(zhuǎn)化為有 用功的那部份熱能，在膨脹做功的同時(shí)也被膨脹成了不可逆狀態(tài)，因?yàn)槭遣豢赡鏍顟B(tài)，所以 就無(wú)法把大量的余熱回收回來(lái)；另一方面，余熱回收的過(guò)程是必須在蒸汽做功的同時(shí)進(jìn)行 的，且還必須要經(jīng)歷一段不可逆的發(fā)展過(guò)程才能回收一部分，這種回收方式必然會(huì)使余熱 回收困難而且回收效率低下，因此相關(guān)技術(shù)中熱機(jī)效率低。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 本實(shí)用新型的目的在于提供熱機(jī)，以解決上述的問(wèn)題。
[0006] 在本實(shí)用新型的實(shí)施例中提供了一種熱機(jī)，該熱機(jī)包括：熱源入口、堅(jiān)直設(shè)置的主 流管、堅(jiān)直設(shè)置的回流管，第一逆流換熱器、第二逆流換熱器、回?zé)崴谩⒌谝簧崞?、第?散熱器和葉輪機(jī)；主流管內(nèi)充有第一液體工質(zhì)；回流管內(nèi)充有第二液體工質(zhì)；第一液體工 質(zhì)的比熱容與第二液體工質(zhì)的膨脹系數(shù)的乘積小于第二液體工質(zhì)的比熱容與第一液體工 質(zhì)的膨脹系數(shù)的乘積；第二液體工質(zhì)用于吸收和傳遞第一液體工質(zhì)的熱量；第一逆流換熱 器和第二逆流換熱器分別連接主流管和回流管；第一逆流換熱器用于將第一液體工質(zhì)的熱 量通過(guò)逆流的方式傳遞給第二液體工質(zhì)，第二逆流換熱器用于將第二液體工質(zhì)的熱量通過(guò) 逆流的方式傳遞給第一液體工質(zhì)；回?zé)崴迷O(shè)置在回流管上，回?zé)崴糜糜诳刂苹亓鞴軆?nèi) 的第二液體工質(zhì)的流動(dòng)方向與第一液體工質(zhì)的流動(dòng)方向相反；第一散熱器設(shè)置在主流管 上；第二散熱器設(shè)置在回流管上；熱源入口用于為主流管內(nèi)的第一液體工質(zhì)提供熱量，葉 輪機(jī)設(shè)置在主流管內(nèi)。
[0007] 優(yōu)選地，主流管包括兩條橫管和兩條堅(jiān)管，熱源入口設(shè)置在一條堅(jiān)管的底端。
[0008] 進(jìn)一步地，該熱機(jī)，還包括：控制裝置、第一溫度監(jiān)控裝置、第二溫度監(jiān)控裝置，第 一流速監(jiān)控裝置和第二流速監(jiān)控裝置；
[0009] 第一溫度監(jiān)控裝置設(shè)置在第一逆流換熱器中的主流管內(nèi)，用于監(jiān)測(cè)第一液體工質(zhì) 的溫度；第二溫度監(jiān)控裝置設(shè)置在第一逆流換熱器中的回流管內(nèi)，用于監(jiān)測(cè)第二液體工質(zhì) 的溫度；第一流速監(jiān)控裝置設(shè)置在主流管內(nèi)，用于監(jiān)測(cè)第一液體工質(zhì)的流速；第二流速監(jiān) 控裝置設(shè)置在回流管內(nèi)，用于監(jiān)測(cè)第二液體工質(zhì)的流速；控制裝置分別與第一溫度監(jiān)控裝 置、第二溫度監(jiān)控裝置，第一流速監(jiān)控裝置、第二流速監(jiān)控裝置和回?zé)崴眠B接；控制裝置 根據(jù)第一溫度監(jiān)控裝置、第二溫度監(jiān)控裝置，第一流速監(jiān)控裝置和第二流速監(jiān)控裝置獲取 的監(jiān)控結(jié)果控制回?zé)崴玫霓D(zhuǎn)速。
[0010] 優(yōu)選地，第一逆流換熱器和第二逆流換熱器均為多個(gè)。
[0011] 進(jìn)一步地，該熱機(jī)，還包括儲(chǔ)藏室和第一液體工質(zhì)泵，儲(chǔ)藏室與主流管連通，儲(chǔ)藏 室用于存儲(chǔ)主流管內(nèi)排出的第一液體工質(zhì)，儲(chǔ)藏室與主流管之間還設(shè)置有第一液體工質(zhì) 泵，第一液體工質(zhì)泵用于將主流管內(nèi)的第一液體工質(zhì)抽出至儲(chǔ)藏室或?qū)?chǔ)藏室內(nèi)的第一液 體工質(zhì)壓入主流管內(nèi)。
[0012] 進(jìn)一步地，該熱機(jī)，還包括間隙室和氣泵，間隙室與主流管連通，氣泵與間隙室連 通，間隙室為主流管內(nèi)的第一液體工質(zhì)因溫度變化引起的體積變化和/或氣壓變化提供緩 沖空間。
[0013] 進(jìn)一步地，該熱機(jī)，還包括壓控器和第二截止閥，壓控器的一端連接間隙室，另一 端連接氣泵，間隙室和氣泵之間還設(shè)置有第二截止閥，壓控器用于監(jiān)測(cè)間隙室內(nèi)的氣壓；第 二截止閥用于在氣泵停止工作時(shí)，截?cái)鄽獗门c間隙室之間的氣體交換通道。
[0014] 進(jìn)一步地，該熱機(jī)，還包括第二溫控器；第二溫控器的一端連接主流管，另一端連 接熱源入口，第二溫控器用于根據(jù)主流管的溫度控制熱源入口的熱量供應(yīng)。
[0015] 優(yōu)選地，第一液體工質(zhì)為制冷劑；第二液體工質(zhì)為水。
[0016] 本實(shí)用新型上述實(shí)施例的熱機(jī)，主流管內(nèi)充有第一液體工質(zhì)，回流管內(nèi)充有第二 液體工質(zhì)，并且第一液體工質(zhì)的比熱容與第二液體工質(zhì)的膨脹系數(shù)的乘積小于第二液體工 質(zhì)的比熱容與第一液體工質(zhì)的膨脹系數(shù)的乘積，第一逆流換熱器和第二逆流換熱器分別連 接主流管和回流管，實(shí)現(xiàn)主流管與回流管之間的熱量傳遞，第一液體工質(zhì)在熱源入口的作 用下受熱后膨脹，經(jīng)過(guò)第一逆流換熱器，將熱量傳遞至回流管內(nèi)的第二液體工質(zhì)，經(jīng)過(guò)第一 逆流換熱器前后的第一液體工質(zhì)由于受熱膨脹在兩側(cè)產(chǎn)生密度差而產(chǎn)生壓力差，在壓力差 的作用下推動(dòng)葉輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)做功，當(dāng)?shù)谝灰后w工質(zhì)流至第一逆流換熱器之后還需要利用第一 散熱器將第一液體工質(zhì)的余熱散去，另外第二液體工質(zhì)接收熱量后，在回?zé)崴玫淖饔孟?開始沿著與第一液體工質(zhì)流動(dòng)方向相反的方向流動(dòng)，當(dāng)?shù)诙后w工質(zhì)流出第二逆流換熱器 之后還需要利用第二散熱器將第二液體工質(zhì)的余熱散去，通過(guò)第二逆流換熱器的第一液體 工質(zhì)和第二液體工質(zhì)再次進(jìn)行熱量傳遞，使得由第二液體工質(zhì)吸收的熱量再次被第一液體 工質(zhì)利用，進(jìn)而完成第一液體工質(zhì)循環(huán)一周。分析上述過(guò)程可知，本實(shí)用新型提供的熱機(jī)中 第一液體工質(zhì)吸收的熱量，一部分轉(zhuǎn)換為葉輪機(jī)的機(jī)械能，另一部分是沒有做功的余熱，該 部分余熱并沒有向不可逆方向發(fā)展，而是通過(guò)第一逆流換熱器傳遞給第二液體工質(zhì)，最后 又由第二液體工質(zhì)傳遞給第一液體工質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)為多次傳遞且多次回收利用的熱量，最 后該部分熱量仍被第一液體工質(zhì)所吸收繼續(xù)做功，從而實(shí)現(xiàn)余熱的回收再利用，只有一小 部分無(wú)法再回收利用的余熱被散熱器散出，大大提高了對(duì)能量的利用率。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1示出了本實(shí)用新型提供的熱機(jī)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2示出了本實(shí)用新型提供的熱機(jī)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面通過(guò)具體的實(shí)施例子并結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0020] 結(jié)合圖1和圖2,在本實(shí)用新型的實(shí)施例中提供了一種熱機(jī)，該熱機(jī)包括：熱源入 口 1、堅(jiān)直設(shè)置的主流管2、堅(jiān)直設(shè)置的回流管3,第一逆流換熱器4、第二逆流換熱器5、回 熱水泵7、第一散熱器8、第二散熱器9和葉輪機(jī)6 ;主流管2內(nèi)充有第一液體工質(zhì)；回流管 3內(nèi)充有第二液體工質(zhì)；第一液體工質(zhì)比熱容與第二液體工質(zhì)的膨脹系數(shù)的乘積小于第二 液體工質(zhì)的比熱容與第一液體工質(zhì)的膨脹系數(shù)的乘積；第二液體工質(zhì)用于吸收和傳遞第一 液體工質(zhì)的熱量；第一逆流換熱器4和第二逆流換熱器5分別連接主流管2和回流管3 ;第 一逆流換熱器4用于將第一液體工質(zhì)的熱量通過(guò)逆流的方式傳遞給第二液體工質(zhì)，第二逆 流換熱器5用于將第二液體工質(zhì)的熱量通過(guò)逆流的方式傳遞給第一液體工質(zhì)；回?zé)崴? 設(shè)置在回流管3上，回?zé)崴?用于控制回?zé)崴?內(nèi)的第二液體工質(zhì)的流動(dòng)方向與第一 液體工質(zhì)的流動(dòng)方向相反，第一散熱器8設(shè)置在主流管2上；第二散熱器9設(shè)置在回流管3 上；熱源入口 1用于為主流管2內(nèi)的第一液體工質(zhì)提供熱量，葉輪機(jī)6設(shè)置在主流管2內(nèi)。
[0021] 本實(shí)用新型提供的熱機(jī)的工作原理是利用第一液體工質(zhì)在主流管2中兩側(cè)即熱 源入口側(cè)和葉輪機(jī)側(cè)所產(chǎn)生密度差而使主流管2的兩區(qū)域形成壓力差，從而在壓力差的作 用下推動(dòng)第一液體工質(zhì)在主流管2中流動(dòng)，即自然對(duì)流來(lái)實(shí)現(xiàn)第一液體工質(zhì)的熱能與葉輪 機(jī)6的機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。
[0022] 具體地，熱機(jī)是利用密度差Λ p在重力的影響下所形成的壓力差F來(lái)工作的， 且回流管和主流管中推動(dòng)工質(zhì)流動(dòng)的壓力比就是回流管兩側(cè)的壓力差除以主流管兩側(cè)的 壓力差。由于回流管和主流管的斷面積S和高度h可以均相等，則有F 2/Fi= Ap2ghS/ Λ PighS，所以，F(xiàn)l/F2 = Λ pl/Λ p2,其中Fi表示主流管的壓力，F(xiàn)2表示回流管的壓力， Λ P i表示主流管內(nèi)兩側(cè)的密度差；Λ p 2表示回流管內(nèi)兩側(cè)的密度差。
[0023] 在實(shí)際應(yīng)用中，主流管2和回流管3均為堅(jiān)直設(shè)置，且堅(jiān)直高度相等。通常，主流 管2內(nèi)充有第一液體工質(zhì)，該第一液體工質(zhì)可以是一定壓力下的制冷劑，該制冷劑可以是 134a或R22,通常制冷劑的沸點(diǎn)均為零下，因此在常溫下會(huì)沸騰為氣態(tài)，因此需要在常溫下 進(jìn)行加壓，以使第一液體工質(zhì)為液態(tài)；當(dāng)然，還可以通過(guò)改變環(huán)境溫度，以使第一液體工質(zhì) 在該環(huán)境溫度下為液態(tài)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，采用制冷劑的膨脹率大且其比熱容小，以及其 液態(tài)下的密度較大等特性，將其作為第一液體工質(zhì)便于實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型提供的主流管2內(nèi) 的第一液體工質(zhì)產(chǎn)生較大膨脹，對(duì)葉輪機(jī)6做功。
[0024] 但是，考慮了實(shí)際情況，制冷劑在常溫下，該常溫可以理解為25±5攝氏度，由于 在常溫下制冷劑為汽態(tài)，因此為了使得制冷劑處于液態(tài)，需要使用氣泵12對(duì)主流管2內(nèi)加 壓，使得內(nèi)部的制冷劑為液態(tài)，另外還可以通過(guò)溫控器對(duì)主流管2內(nèi)的第一液體工質(zhì)的溫 度進(jìn)行控制，以防止其超過(guò)臨界溫度沸騰而使熱機(jī)效率變低，具體地，溫控器包括溫度傳感 器和溫控線，溫度傳感器設(shè)置在主流管2內(nèi)，感應(yīng)主流管2內(nèi)的實(shí)時(shí)溫度，獲取第一液體工 質(zhì)的溫度信號(hào)，并將該溫度信號(hào)經(jīng)過(guò)溫控線傳遞至熱源入口 1處，控制熱源入口 1流過(guò)流體 的速度，以使熱源入口 1提供的熱量可以使得主流管2內(nèi)的第一液體工質(zhì)的溫度置于其臨 界溫度下且高于環(huán)境溫度。
[0025] 當(dāng)?shù)谝灰后w工質(zhì)在能量輸入?yún)^(qū)域內(nèi)受熱膨脹后，與在能量輸出區(qū)域內(nèi)常溫的第一 液體工質(zhì)產(chǎn)生壓力差，從而順時(shí)針循環(huán)，當(dāng)?shù)谝灰后w工質(zhì)經(jīng)過(guò)第一逆流換熱器4,第一逆流 換熱器4分別連接主流管2和回流管3,使得主流管2內(nèi)的第一液體工質(zhì)的熱量傳遞至回流 管3內(nèi)的第二液體工質(zhì)，且第一液體工質(zhì)經(jīng)過(guò)第一逆流換熱器4后溫度下降，接近常溫，流 出第一逆流換熱器4的第一液體工質(zhì)經(jīng)過(guò)第一散熱器8散去其余熱，使得第一液體工質(zhì)處 于常溫的穩(wěn)定狀態(tài)，在能量輸入?yún)^(qū)是熱源入口的熱能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能的階段，能量輸出區(qū)是勢(shì) 能轉(zhuǎn)化為葉輪機(jī)的動(dòng)能的階段，能量輸出區(qū)的第一液體工質(zhì)在壓力差的作用下，第一液體 工質(zhì)向下運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)位于能量輸出區(qū)域的葉輪機(jī)6轉(zhuǎn)動(dòng)做功。與此同時(shí)，第二液體工質(zhì)接收 第一液體工質(zhì)的熱量后，在回?zé)崴?的作用下使得回流管3內(nèi)的第二液體工質(zhì)的流向與 第一液體工質(zhì)的流向相反。第二液體工質(zhì)吸收了第一液體工質(zhì)的幾乎全部熱量，這可以通 過(guò)控制第一逆流換熱器4的換熱面積使得第二液體工質(zhì)吸收第一液體工質(zhì)的熱量。
[0026] 在實(shí)際應(yīng)用中，為了將主流管2內(nèi)的余熱散盡，可以選擇設(shè)置多個(gè)第一散熱器8， 當(dāng)然對(duì)于回流管3內(nèi)的余熱，也可以選擇設(shè)置多個(gè)第二散熱器9,且第一散熱器8和第二散 熱器9的設(shè)置位置在此不做具體限定，只要將主流管2和回流管3內(nèi)的余熱散盡即可，以使 本實(shí)用新型提供的熱機(jī)處于穩(wěn)定安全的工作狀態(tài)。
[0027] 第二液體工質(zhì)吸收第一液體工質(zhì)的熱量后，逆時(shí)針流動(dòng)，至第二逆流換熱器5后， 第一液體工質(zhì)做功之后也流至第二逆流換熱器5,在第二逆流換熱器5處，第一液體工質(zhì)經(jīng) 過(guò)第一散熱器8后，其溫度是常溫，而第二液體工質(zhì)由于吸收了第一液體工質(zhì)的熱量，使其 溫度接近于能量輸入?yún)^(qū)域的第一液體工質(zhì)的溫度，從而在第二逆流換熱器5處，第一液體 工質(zhì)的和第二液體工質(zhì)實(shí)現(xiàn)再次交換熱量，使得接近常溫的第一液體工質(zhì)吸收第二液體工 質(zhì)的熱量，使得在第一液體工質(zhì)再次流動(dòng)至熱源入口 1處時(shí)，除了做功的損失外，其熱量損 失很小，從而熱源入口 1只需補(bǔ)充較少的熱量，就可以使得第一液體工質(zhì)再次膨脹，通過(guò)第 二液體工質(zhì)吸收第一液體工質(zhì)的熱量，并最后將其吸收的熱量再次交換給第一液體工質(zhì)， 使得第一液體工質(zhì)再次到達(dá)熱源入口 1處后，只需補(bǔ)充較少的熱量即可進(jìn)行下一次循環(huán)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)葉輪機(jī)6的再次做功。
[0028] 在實(shí)際應(yīng)用中，為了減少第一液體工質(zhì)的溫降所帶來(lái)的不可逆損失，需要第一液 體工質(zhì)和第二液體工質(zhì)的流速比滿足一定的要求，具體地，本實(shí)用新型提供的熱機(jī)中，最理 想的狀態(tài)下，主流管2中的第一液體工質(zhì)釋放的熱量和回流管3內(nèi)的第二液體工質(zhì)吸收的 熱量相等且變化溫度相等。即在第一逆流換熱器4中第一液體工質(zhì)釋放的熱量等于 第二液體工質(zhì)吸收的熱量，S卩：Q熱== c2m2At2，其中，Q熱為熱量，Cl為第一液體工 質(zhì)的比熱容，1?為流經(jīng)第一逆流換熱器4的第一液體工質(zhì)的質(zhì)量，Λ ^為第一液體工質(zhì)在 第一逆流換熱器4的入口與出口的溫度差，c2為第二液體工質(zhì)的比熱容，m2為流經(jīng)第一逆 流換熱器4的第二液體工質(zhì)的質(zhì)量，Λ t2為第二液體工質(zhì)在第一逆流換熱器4的入口與出 口的溫度差；由于采用逆流換熱器，在第一液體工質(zhì)和第二液體工質(zhì)的流速滿足一定要求 時(shí)，在理想狀態(tài)下Δ1^= At2,又由于m= pV;V = stvs，其中，m為質(zhì)量，P為密度，V為 體積，s為主流管2或回流管3的斷面積，t為液體流經(jīng)第一逆流換熱器4的時(shí)間，v s為液 體流經(jīng)斷面積的速度；由于主流管2與回流管3為相同的環(huán)形管道，故兩個(gè)管道的斷面積s 相等。代入Q熱=。典Δ心=c2m2 Δ t2得至lj，q p ptVu Δ心=c2 p 2stvs2 Δ t2,簡(jiǎn)化公式為： ci P ivsi = c2 P We ;為了達(dá)到Δ ti = Δ h這個(gè)條件，第一液體工質(zhì)和第二液體工質(zhì)的流速 比為：f = 其中，P 1是第一液體工質(zhì)的密度，P 2是第二液體工質(zhì)的密度，vsl為第 一液體工質(zhì)流經(jīng)第一逆流換熱器4的速度，也就是第一液體工質(zhì)的流速，vs2是第二液體工 質(zhì)流經(jīng)第一逆流換熱器4的速度，也就是第二液體工質(zhì)的流速。
[0029] 根據(jù)上述對(duì)流速和壓力差的分析可知，本實(shí)用新型提供的熱機(jī)的 回?zé)釗p失功率是采用第二液體工質(zhì)將第一液體工質(zhì)的余熱再次輸送回來(lái)的 過(guò)程中所產(chǎn)生的功率損失，熱機(jī)的回?zé)釗p失功率與主流管的輸出功率比為 P回?fù)p= ^) = q'A'tP2。 c2-p2 ·Δρ, ΔA/ / Pi
[0030] 因?yàn)椋?/，其中，av2表不第二液體工質(zhì)的膨脹系數(shù)；avl表不第一液體工 ?ν? ΔΑ/ At 質(zhì)的膨脹系數(shù)； Ap2
[0031] 化簡(jiǎn)得= A
[0032] 代入 '
[0033] 得到：A:. =/5: : G 。
[0034] 必須指出的是，這個(gè)公式是決定熱機(jī)效率的關(guān)鍵內(nèi)因，也是篩選最佳液體工質(zhì)的 公式，如果比值等于1的話，那么系統(tǒng)對(duì)外不做功，輸出功率為零。
[0035] 在實(shí)際應(yīng)用中，在確定第一液體工質(zhì)和第二液體工質(zhì)后，即可以計(jì)算得到理想狀 態(tài)下的流速比，為了使得第一液體工質(zhì)和第二液體工質(zhì)的流速比滿足一定的要求，可以在 回流管3上設(shè)置回?zé)崴?,回?zé)崴?分別連接第一逆流換熱器4和第二逆流換熱器5， 以通過(guò)回?zé)崴?控制第二液體工質(zhì)在回流管3內(nèi)的流速，使得第一液體工質(zhì)和第二液體 工質(zhì)的流速比滿足要求。
[0036] 采用回?zé)崴?控制回流管3內(nèi)第二液體工質(zhì)的流速，進(jìn)而控制第一液體工質(zhì)和 第二液體工質(zhì)的流速比滿足一定的要求，減少第一液體工質(zhì)的溫降，從而最大限度的減少 了不可逆的發(fā)生，達(dá)到了實(shí)現(xiàn)第一液體工質(zhì)能量利用率的最大化。
[0037] 具體地，本實(shí)用新型還包括第一散熱器8和第二散熱器9,第一散熱器8用于將主 流管2內(nèi)的第一液體工質(zhì)經(jīng)過(guò)第一逆流換熱器4后殘存的余熱散去，第二散熱器9用于將 回流管3內(nèi)的第二液體工質(zhì)經(jīng)過(guò)第二逆流換熱器5后殘存的余熱散去，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中， 第一液體工質(zhì)流出第一逆流換熱器4后仍含有一定的余熱，第一液體工質(zhì)和第二液體工質(zhì) 只有存在溫差，第一逆流換熱器4才可以工作，因此第一液體工質(zhì)流出第一逆流換熱器4后 是略高于常溫的，這個(gè)溫差是不可消除的，因此為了保證熱機(jī)工作的長(zhǎng)久性及穩(wěn)定性，需要 通過(guò)第一散熱器8將余熱散去，否則經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的積累，熱機(jī)可能發(fā)生熱平衡而崩潰，為 了避免熱機(jī)崩潰，可以選擇利用第一散熱器8將該余熱散去，其中第二散熱器9的工作原理 及作用與第一散熱器8的工作原理及作用類似，在此不再贅述。
[0038] 本實(shí)用新型提供的熱機(jī)，主流管2內(nèi)充有第一液體工質(zhì)，回流管3內(nèi)充有第二液體 工質(zhì)，并且第一液體工質(zhì)的比熱容與第二液體工質(zhì)的膨脹系數(shù)的乘積小于第二液體工質(zhì)的 比熱容與第一液體工質(zhì)的膨脹系數(shù)的乘積，第一逆流換熱器4和第二逆流換熱器5分別連 接主流管2和回流管3,實(shí)現(xiàn)主流管2與回流管3之間的熱量傳遞，第一液體工質(zhì)在熱源入 口 1的作用下受熱后膨脹，經(jīng)過(guò)第一逆流換熱器4,將熱量傳遞至回流管3內(nèi)的第二液體工 質(zhì)，經(jīng)過(guò)第一逆流換熱器4前后的第一液體工質(zhì)由于受熱膨脹產(chǎn)生密度差而產(chǎn)生壓力差， 在壓力差的作用下推動(dòng)葉輪機(jī)6轉(zhuǎn)動(dòng)做功，當(dāng)?shù)谝灰后w工質(zhì)流至第一逆流換熱器4之后還 需要利用第一散熱器8將第一液體工質(zhì)的余熱散去，另外第二液體工質(zhì)接收熱量后，在回 熱水泵7的作用下開始沿著與第一液體工質(zhì)流動(dòng)方向相反的方向流動(dòng)，當(dāng)?shù)诙后w工質(zhì)流 出第二逆流換熱器5之后還需要利用第二散熱器9將第二液體工質(zhì)的余熱散去，通過(guò)第二 逆流換熱器5第一液體工質(zhì)和第二液體工質(zhì)再次進(jìn)行熱量傳遞，使得由第二液體工質(zhì)吸收 的熱量再次被第一液體工質(zhì)利用，進(jìn)而完成第一液體工質(zhì)循環(huán)一周。分析上述過(guò)程可知，本 實(shí)用新型提供的熱機(jī)中第一液體工質(zhì)吸收的熱量，一部分轉(zhuǎn)換為葉輪機(jī)6的機(jī)械能，另一 部分是沒有做功的余熱，該部分余熱并沒有向不可逆方向發(fā)展，而是通過(guò)第一逆流換熱器4 以可逆的形式傳遞給第二液體工質(zhì)，最后又由第二液體工質(zhì)通過(guò)第二逆流換熱器5以可逆 的形式傳遞給第一液體工質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)為多次傳遞且多次回收利用的熱量，最后該部分熱 量仍被第一液體工質(zhì)所吸收，從而實(shí)現(xiàn)余熱的回收再利用，只有一小部分無(wú)法再回收利用 的余熱被散熱器散出，大大提高了對(duì)能量的利用率。
[0039] 在逆流換熱器中，由于其中的一個(gè)液體工質(zhì)是依次與另一個(gè)具有無(wú)限多個(gè)溫度逐 漸升高的液體工質(zhì)進(jìn)行較緩慢的熱交換，在足夠的條件下最終兩者會(huì)達(dá)到熱平衡，所以，只 要有足夠的換熱面積，理論上這種換熱是可逆的，在實(shí)際中這種換熱方式可以大大的減少 溫降帶來(lái)的不可逆損失，所以采用逆流換熱器可以大量地回收余熱，進(jìn)而提高熱機(jī)的熱效 率。
[0040] 具體地，以第一逆流換熱器4來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，主流管2內(nèi)的第一液體工質(zhì)與具有無(wú)限 多個(gè)溫度逐漸升高的第二液體工質(zhì)進(jìn)行緩慢的熱交換，因此，只要第一逆流換熱器4具有 足夠大的換熱面積，理論上第一液體工質(zhì)和第二液體工質(zhì)的換熱是可逆的，采用第一逆流 換熱器4可以將第一液體工質(zhì)的余熱大量地被第二液體工質(zhì)回收，第二逆流換熱器5與第 一逆流換熱器的工作原理相同，第一逆流換熱器4和第二逆流換熱器5均可以大量地回收 余熱，從而大大提高熱機(jī)的熱效率。
[0041] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，還可以按照順時(shí)針方向上，分別在第二逆流換熱器5與第一逆 流換熱器4之間的主流管2與回流管3上設(shè)置保溫層，還可以根據(jù)實(shí)際需要選擇保溫層的 設(shè)置位置，在此不再一一列舉。
[0042] 優(yōu)選地，主流管2包括兩條橫管和兩條堅(jiān)管，熱源入口 1設(shè)置在一條堅(jiān)管的底端。
[0043] 在實(shí)際應(yīng)用中，由于熱機(jī)是利用兩條堅(jiān)管內(nèi)的密度差在重力的影響下形成的壓強(qiáng) 差來(lái)工作的，根據(jù)P= pgh= (Pn-P12) Dgh可知，其中Pll表示堅(jiān)管內(nèi)的右側(cè)的密度， p 12表示堅(jiān)管內(nèi)的左側(cè)的密度，在密度差（或者溫度）一定的情況下，提高高度（理論上在 重力場(chǎng)范圍之內(nèi)），可以提商壓強(qiáng)差，從而提商轉(zhuǎn)換效率，所以為了提商商度，減少使用大量 金屬導(dǎo)熱，采用另一種液體工質(zhì)在損失較小的情況下將余熱輸送回來(lái)，盡管有一定的損失， 但使熱機(jī)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)實(shí)化、規(guī)?；⒐β驶?，輸送回余熱的損失稱回?zé)釗p失，由于回?zé)峁べ|(zhì)，即 第二液體工質(zhì)的熱膨脹系數(shù)、比熱不同而產(chǎn)生的效果大不相同。
[0044] 進(jìn)一步地，該熱機(jī)，還包括：控制裝置、第一溫度監(jiān)控裝置、第二溫度監(jiān)控裝置，第 一流速監(jiān)控裝置和第二流速監(jiān)控裝置；
[0045] 第一溫度監(jiān)控裝置設(shè)置在第一逆流換熱器中的主流管2內(nèi)，用于監(jiān)測(cè)第一液體工 質(zhì)的溫度；第二溫度監(jiān)控裝置設(shè)置在第一逆流換熱器中的回流管3內(nèi)，用于監(jiān)測(cè)第二液體 工質(zhì)的溫度；第一流速監(jiān)控裝置設(shè)置在主流管2內(nèi)，用于監(jiān)測(cè)第一液體工質(zhì)的流速；第二流 速監(jiān)控裝置設(shè)置在回流管3內(nèi)，用于監(jiān)測(cè)第二液體工質(zhì)的流速；控制裝置分別與第一溫度 監(jiān)控裝置、第二溫度監(jiān)控裝置，第一流速監(jiān)控裝置、第二流速監(jiān)控裝置和回?zé)崴?連接； 控制裝置根據(jù)第一溫度監(jiān)控裝置、第二溫度監(jiān)控裝置，第一流速監(jiān)控裝置和第二流速監(jiān)控 裝置獲取的監(jiān)控結(jié)果控制回?zé)崴?的轉(zhuǎn)速。
[0046] 在實(shí)際應(yīng)用中，由于第一液體工質(zhì)流速較快，回?zé)崴?必需要有較好的靈敏度 來(lái)調(diào)整回流管3內(nèi)的流速來(lái)滿足主流管2內(nèi)的第一液體工質(zhì)和回流管3內(nèi)的第二液體工質(zhì) 的流速比。
[0047] 為了實(shí)現(xiàn)較高效率的余熱回收，需要嚴(yán)格控制第一逆流換熱器內(nèi)第一液體工質(zhì)和 第二液體工質(zhì)的溫差、第一液體工質(zhì)和第二液體工質(zhì)的流速比。因此，本實(shí)用新型提供的熱 機(jī)還設(shè)置有第一流速監(jiān)控裝置、第二流速監(jiān)控裝置、第一溫度監(jiān)控裝置、第二溫度監(jiān)控裝置 和控制裝置。
[0048] 其中，第一流速監(jiān)控裝置和第二流速監(jiān)控裝置可以是流速計(jì)，還可以是其他進(jìn)行 流速監(jiān)控的設(shè)備；第一溫度監(jiān)控裝置和第二溫度監(jiān)控裝置可以是溫度傳感器，還可以是其 他溫度監(jiān)控設(shè)備。控制裝置可以是反饋控制設(shè)備，還可以是由各個(gè)電路元件組成的控制電 路，還可以是其他的機(jī)械控制裝置。
[0049] 其中，第一溫度監(jiān)控裝置設(shè)置在第一逆流換熱器中的主流管2內(nèi)，用于監(jiān)測(cè)第一 液體工質(zhì)的溫度，第二溫度監(jiān)控裝置設(shè)置在第一逆流換熱器中的回流管3內(nèi)，用于監(jiān)測(cè)第 二液體工質(zhì)的溫度。第一流速監(jiān)控裝置設(shè)置在主流管2內(nèi)，用于監(jiān)測(cè)第一液體工質(zhì)的流速。 第二流速監(jiān)控裝置設(shè)置在回流管3內(nèi)，監(jiān)測(cè)第二液體工質(zhì)的流速。
[0050] 控制裝置分別與第一溫度監(jiān)控裝置、第二溫度監(jiān)控裝置，第一流速監(jiān)控裝置，第二 流速監(jiān)控裝置和回?zé)崴?連接，當(dāng)?shù)谝灰后w工質(zhì)的溫度與第二液體工質(zhì)的溫度的差值大 于預(yù)設(shè)的溫度差時(shí)，控制裝置加快回?zé)崴?的轉(zhuǎn)速，增加第二液體工質(zhì)的流速；當(dāng)?shù)谝灰?體工質(zhì)的流速與第二液體工質(zhì)的流速的比值低于預(yù)設(shè)的第一流速比值時(shí)，控制裝置控制回 熱水泵7降低轉(zhuǎn)速，降低第二液體工質(zhì)的流速；當(dāng)?shù)谝灰后w工質(zhì)的流速與第二液體工質(zhì)的 流速的比值高于預(yù)設(shè)的第二流速比值時(shí)，控制裝置控制回?zé)崴?提高轉(zhuǎn)速，增加第二液 體工質(zhì)的流速，以使它們始終處于預(yù)設(shè)比值，最大限度地減小溫降帶來(lái)的不可逆損失。第 一流速比值和第二流速比值分別為最優(yōu)的第一液體工質(zhì)的流速與第二液體工質(zhì)的流速的 比值范圍的下限和上限。
[0051] 為了使熱量最大限度的回收回來(lái)，回流管3的出口溫度最大限度的接近主流管2 的入口溫度，主流管2每釋放或吸收1°C，回流管3就必須上升或下降1°C來(lái)減少溫降。也 就是說(shuō)主流管2和回流管3的變化溫度At必須相等。所以為了保證把熱量最大限度的回 收回來(lái)，減少溫降，就必須控制它們的流量比，在一定范圍內(nèi)對(duì)第一液體工質(zhì)和第二液體工 質(zhì)之間的流速進(jìn)行嚴(yán)格的調(diào)控。
[0052] 優(yōu)選地，第一逆流換熱器4和第二逆流換熱器5均為多個(gè)。
[0053] 在本實(shí)用新型提供的熱機(jī)的效率損失來(lái)自于兩個(gè)方面，即余熱損失和回?zé)釗p失 (不考慮正常的散熱損失，液體受壓縮產(chǎn)生體積變化而引起溫度變化的損失、摩擦損失等， 這部分的熱量損失總和較小，可以忽略）。
[0054] 熱機(jī)的余熱損失是由第一散熱器8和第二散熱器9帶來(lái)的，而這部分熱量是由第 一逆流換熱器4和第二逆流換熱器5不能回收的熱量，因此第一散熱器8和第二散熱器9 的余熱損失取決于第一逆流換熱器4和第二逆流換熱器5的效率，為了降低余熱損失，可以 提高第一逆流換熱器4和第二逆流換熱器5的換熱效率，具體可以采用加大換熱面積或選 擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)熱材料等，從而使得第一散熱器8和第二散熱器9的余熱損失理論上接近0,但 永遠(yuǎn)不會(huì)為0。
[0055] 具體地，在第一逆流換熱器4和第二逆流換熱器5的參數(shù)相同時(shí)，兩個(gè)逆流換熱器 排放的熱量相同，從而被第一散熱器8和第二散熱器9產(chǎn)生的余熱損失也相同。假設(shè)主流 管2和第一散熱器8的管徑相同，均為R，第一散熱器管徑截面的面積為S，主流管2內(nèi)的第 一液體工質(zhì)的流速為V，第一液體工質(zhì)流出第一逆流換熱器4后的密度為P，因此可知每秒 第一散熱器的第一液體工質(zhì)的質(zhì)量為q = S □ V □ P，若第一液體工質(zhì)的比熱容為C，第一 液體工質(zhì)流出第一逆流換熱器4的溫度與常溫下的第一液體工質(zhì)的溫度差為Λ t，那么流 過(guò)第一散熱器8的余熱損失功率為：SDVDpDCDAt第一散熱器8和第二散 熱器9的余熱損失功率相同，則熱機(jī)的總體的余熱損失為2Pf ffi。
[0056] 進(jìn)一步地，該熱機(jī)，還包括儲(chǔ)藏室10和第一液體工質(zhì)泵，儲(chǔ)藏室10與主流管2連 通，儲(chǔ)藏室10用于存儲(chǔ)主流管2內(nèi)排出的第一液體工質(zhì)，儲(chǔ)藏室10與主流管2之間還設(shè)置 有第一液體工質(zhì)泵，第一液體工質(zhì)泵用于將主流管2內(nèi)的第一液體工質(zhì)抽出至儲(chǔ)藏室10或 將儲(chǔ)藏室10內(nèi)的第一液體工質(zhì)壓入主流管2內(nèi)。
[0057] 在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，第一液體工質(zhì)可以是制冷劑，儲(chǔ)藏室10內(nèi)為一定壓力下的密 閉空間，在維修和緊急情況下，可以通過(guò)第一液體工質(zhì)泵，將主流管2內(nèi)的制冷劑排至儲(chǔ)藏 室10內(nèi)進(jìn)行存儲(chǔ)，防止主流管2出現(xiàn)大規(guī)模制冷劑排出，不能再利用，造成制冷劑的浪費(fèi)； 另外在排出熱機(jī)的故障之后，還可以通過(guò)第一液體工質(zhì)泵將儲(chǔ)藏室10內(nèi)的制冷劑再次壓 入到主流管2內(nèi)，使得熱機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。在實(shí)際應(yīng)用中，為了有效控制壓入或抽出制冷劑 的時(shí)機(jī)，可以設(shè)置截止閥，控制儲(chǔ)藏室10和主流管2之間的輸送管道的通斷，通過(guò)截止閥和 第一液體工質(zhì)泵共同作用控制制冷劑的壓入或抽出。
[0058] 通過(guò)設(shè)置儲(chǔ)藏室10,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)制冷劑的存儲(chǔ)再利用，便于熱機(jī)的維修和維護(hù)。
[0059] 進(jìn)一步地，該熱機(jī)，還包括間隙室11和氣泵12,間隙室11與主流管2連通，氣泵 12與間隙室11連通，間隙室11為主流管2內(nèi)的第一液體工質(zhì)因溫度變化引起的體積變化 和/或氣壓變化提供緩沖空間。
[0060] 為了進(jìn)一步控制主流管2內(nèi)的氣壓，使得主流管2內(nèi)的制冷劑一直處于液態(tài)，本申 請(qǐng)還可以包括間隙室11和氣泵12,間隙室的作用是為第一液體工質(zhì)因溫度變化引起的體 積變化或氣壓提供緩沖空間。通常間隙室11內(nèi)為空氣，間隙室11可以為主流管2內(nèi)的制 冷劑提供熱脹冷縮的活動(dòng)空間以及主流管2內(nèi)的氣壓和主流管2內(nèi)的第一液體工質(zhì)提供緩 沖的作用，保證主流管2的正常工作。
[0061] 需要說(shuō)明的是，主流管2內(nèi)的第一液體工質(zhì)可以在首次充入后，就進(jìn)行熱脹冷縮 的測(cè)試，將主流管2內(nèi)的第一液體工質(zhì)的體積無(wú)論是常溫或膨脹后的體積均可以維持主流 管2的正常工作。
[0062] 進(jìn)一步地，該熱機(jī)，還包括壓控器和第二截止閥，壓控器的一端連接間隙室11，另 一端連接氣泵12,間隙室11和氣泵12之間還設(shè)置有第二截止閥，壓控器用于監(jiān)測(cè)間隙室 11內(nèi)的氣壓；第二截止閥用于在氣泵12停止工作時(shí)，截?cái)鄽獗?2與間隙室11之間的氣體 交換通道。
[0063] 具體地，壓控器用于檢測(cè)間隙室11內(nèi)的氣壓，由于間隙室11與主流管2連通，壓 控器可以間接檢測(cè)主流管2內(nèi)的氣壓，當(dāng)主流管2的氣壓降低，使得主流管2內(nèi)的制冷劑將 要沸騰時(shí)，需要將截止閥打開，將氣泵12內(nèi)的氣體通過(guò)間隙室11充入主流管2內(nèi)，以增強(qiáng) 主流管2內(nèi)氣壓，以使主流管2內(nèi)的制冷劑處于液態(tài)，正常工作。
[0064] 通過(guò)設(shè)置壓控器，可以對(duì)間隙室11內(nèi)的氣壓量化，便于通過(guò)氣泵12對(duì)間隙室11 內(nèi)的氣壓進(jìn)行精確地控制，避免熱機(jī)無(wú)法正常工作的情況，提高了熱機(jī)的穩(wěn)定性。
[0065] 進(jìn)一步地，該熱機(jī)，還包括第二溫控器，第二溫控器的一端連接主流管2,另一端連 接熱源入口 1，第二溫控器用于根據(jù)主流管2的溫度控制熱源入口 1的熱量供應(yīng)。
[0066] 在實(shí)際應(yīng)用中，熱源入口 1可以是導(dǎo)熱板和熱流，通過(guò)第二溫控器連接主流管2， 對(duì)主流管2內(nèi)的第一液體工質(zhì)的溫度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)?shù)谝灰后w工質(zhì)的溫度較低，可能是由于 熱源入口 1的熱量不足，此時(shí)可以通過(guò)第二溫控器連接的導(dǎo)熱板來(lái)改變熱源入口 1所提供 的熱量供應(yīng)，具體地可以是通過(guò)控制導(dǎo)熱板上流過(guò)的熱流的速度來(lái)實(shí)現(xiàn)，流速越快，單位時(shí) 間內(nèi)流過(guò)的熱流越多，熱源入口 1提供的熱量可能就越多，還可以采用其他增加或降低熱 源入口 1的熱量供應(yīng)的方式，在此不再一一列舉，控制熱源入口 1的熱量供應(yīng)可以有效避免 出現(xiàn)第一液體工質(zhì)超出臨界溫度而沸騰的情形，使得第一液體工質(zhì)的工作溫度較為穩(wěn)定， 安全性高。
[0067] 優(yōu)選地，第一液體工質(zhì)為制冷劑；第二液體工質(zhì)為水。
[0068] 采用制冷劑作為第一液體工質(zhì)，水作為第二液體工質(zhì)，可以大大降低成本，容易實(shí) 現(xiàn)。
[0069] 下面以實(shí)際例子對(duì)本實(shí)用新型提供的熱機(jī)效率進(jìn)行進(jìn)一步地說(shuō)明。
[0070] 在實(shí)際應(yīng)用中，由于第一液體工質(zhì)的比熱容或密度在不同的溫度和壓力下會(huì)有較 大的變化，在第一逆流換熱器4和第二逆流換熱器5內(nèi)的溫度也是變化的，因此在實(shí)際計(jì)算 過(guò)程中，有必要取中間值來(lái)預(yù)測(cè)實(shí)際結(jié)果。
[0071] 具體地，假設(shè)余熱溫度為95°C環(huán)境溫度為25°C，把制冷劑134a作為第一液體工 質(zhì)，它的比熱容是：25°C /1435焦耳每千克開爾文，95°C /3424焦耳每千克開爾文，取中間 值2430焦耳每千克開爾文；25°C時(shí)的密度為：1206千克每立方米，95°C時(shí)的密度為：790 千克每立方米，取中間值998 ;把水作為第二液體工質(zhì)，水在這個(gè)階段內(nèi)的比熱容變化較 小，取水的比熱容為4200焦耳每千克開爾文，25°C時(shí)的密度是：997千克每立方米，95°C 時(shí)的密度是：962千克每立方米，取中間值980,那么回?zé)釗p失功率和主流管輸出功率的 P . P _ 6.2 ,'2 Α,'Ι hk Μ, · ^水? ^制冷劑 _ ~7T- crPrm. =2430 χ 998 x (997-962)/4200 χ 980 χ (1206-790)=0.05。
[0072] 在另一個(gè)實(shí)例中，以海水溫差5°C -25°C為例，把制冷劑134a作為第一液體工 質(zhì)，它的比熱容是：5°C /1343焦耳每千克開爾文，25°C /1435焦耳每千克開爾文，取中間 值1389焦耳每千克開爾文；5°C時(shí)的密度是：1276千克每立方米，25°C的密度是：1206千 克每立方米，取中間值1241 ;把水作為第二液體工質(zhì)，水的比熱容在這個(gè)溫度下的變化很 小，比熱容取4200焦耳每千克開爾文；5°C時(shí)的密度是：1000千克每立方米，25°C時(shí)的密度 是：997千克每立方米，取中間值998 ;那么回?zé)釗p失功率和主流管輸出功率的比是：P#水:P 制冷劑=1389X1241 X (1000-997)/4200X998 X (1276-1206) = 0.017。
[0073] 假設(shè)主流管和散熱器的管徑均為r，第一液體工質(zhì)的密度為P，第一液體工質(zhì)在 主流管內(nèi)的流速為V，主流管的堅(jiān)直高度為h，第一液體工質(zhì)在能量輸入?yún)^(qū)域和能量輸出區(qū) 域的密度差為Λ p，則主流管的輸出功率為Pa= Jir2hA p gV = ShA p gV，其中g(shù)為重力 加速度，取9. 807牛每千克；S為斷面積。
[0074] 根據(jù)能量守恒定律，輸入熱功率=主流管輸出功率+余熱損失功率（不計(jì)正常散 熱損失，液體受壓縮產(chǎn)生體積變化而引起溫度變化的損失，以及管內(nèi)摩擦損失等），所以：
[0075] 熱機(jī)的效率=P功（ι-P回?fù)p）APa+P余損）=SXhXApX9.8O7XVX(l_P0 )/(SXhX Δ p X9. 807XV+SXVX P XCX Δ t) = 9. 807 X Q_P 回?fù)p）X h X Λ p / (9. 807hX Δ p +p XCX At)；
[0076] 由以上公式可知，主流管采用膨脹率較高的、比熱容較小的工質(zhì)時(shí)可以提高熱機(jī) 的效率；當(dāng)液體工質(zhì)一定時(shí)，提高高度和增加換熱器的回收效率來(lái)減小余熱輸出溫度可以 提高效率，增大溫差來(lái)加大密度差也可以提高效率。
[0077] 當(dāng)用于火力發(fā)電和工業(yè)余熱回收時(shí)，以余熱溫度95°C以上，環(huán)境溫度為25°C為 例，考慮到建設(shè)高度問(wèn)題，熱機(jī)工作高度為300米，考慮到工程造價(jià)問(wèn)題（以5年回收成本 計(jì)算），散熱器內(nèi)的工質(zhì)和冷源溫差為〇· 2°C時(shí)，熱機(jī)的效率約為：9· 807 X (1-0. 05) X 300 X (1206-790)/9. 807X300X (1206-790)+1206X 1435X0. 2X2 = 60%。
[0078] 當(dāng)用于海水溫差發(fā)電時(shí)，以海水溫差5°C /25°C為例，熱機(jī)工作溫度5°C /25°C，高 度為300米，散熱器內(nèi)的工質(zhì)和冷源溫差為0. 2°C時(shí)，熱機(jī)的效率約為：9. 807X (1-0. 017) X300X (1276-1206)/9. 807X300X (1276-1206)+1206X 1435X0. 2X2 = 22%。
[0079] 本實(shí)用新型提供的熱機(jī)適用于各種溫差能的轉(zhuǎn)換，溫差熱源入口無(wú)論是來(lái)自地 熱、晝夜溫差還是海水溫差，其含量是取之不竭、用之不盡的，且是綠色的最佳能源，而本實(shí) 用新型提供的熱機(jī)使之成為人類最主要的能源成為了可能，可以相信本實(shí)用新型提供的熱 機(jī)的出現(xiàn)對(duì)節(jié)能減排將起到至關(guān)重要的作用，對(duì)全國(guó)乃至世界能源格局都將有一定的影 響。
[0080] 以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本 領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則 之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種熱機(jī)，其特征在于，包括：熱源入口、堅(jiān)直設(shè)置的主流管、堅(jiān)直設(shè)置的回流管，第 一逆流換熱器、第二逆流換熱器、回?zé)崴?、第一散熱器、第二散熱器和葉輪機(jī)； 所述主流管內(nèi)充有第一液體工質(zhì)；所述回流管內(nèi)充有第二液體工質(zhì)；所述第一液體工 質(zhì)的比熱容與所述第二液體工質(zhì)的膨脹系數(shù)的乘積小于所述第二液體工質(zhì)的比熱容與所 述第一液體工質(zhì)的膨脹系數(shù)的乘積；所述第二液體工質(zhì)用于吸收和傳遞所述第一液體工質(zhì) 的熱量； 所述第一逆流換熱器和所述第二逆流換熱器分別連接所述主流管和所述回流管；所述 第一逆流換熱器用于將所述第一液體工質(zhì)的熱量通過(guò)逆流的方式傳遞給所述第二液體工 質(zhì)，所述第二逆流換熱器用于將所述第二液體工質(zhì)的熱量通過(guò)逆流的方式傳遞給所述第一 液體工質(zhì)； 所述回?zé)崴迷O(shè)置在所述回流管上，所述回?zé)崴糜糜诳刂扑龌亓鞴軆?nèi)的所述第二 液體工質(zhì)的流動(dòng)方向與所述第一液體工質(zhì)的流動(dòng)方向相反； 所述第一散熱器設(shè)置在所述主流管上；所述第二散熱器設(shè)置在所述回流管上； 所述熱源入口用于為所述主流管內(nèi)的所述第一液體工質(zhì)提供熱量，所述葉輪機(jī)設(shè)置在 所述主流管內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱機(jī)，其特征在于，所述主流管包括兩條橫管和兩條堅(jiān)管，所 述熱源入口設(shè)置在一條所述堅(jiān)管的底端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱機(jī)，其特征在于，還包括：控制裝置、第一溫度監(jiān)控裝置、第 二溫度監(jiān)控裝置，第一流速監(jiān)控裝置和第二流速監(jiān)控裝置； 所述第一溫度監(jiān)控裝置設(shè)置在所述第一逆流換熱器中的主流管內(nèi)，用于監(jiān)測(cè)所述第一 液體工質(zhì)的溫度；所述第二溫度監(jiān)控裝置設(shè)置在所述第一逆流換熱器中的回流管內(nèi)，用于 監(jiān)測(cè)所述第二液體工質(zhì)的溫度；所述第一流速監(jiān)控裝置設(shè)置在所述主流管內(nèi)，用于監(jiān)測(cè)所 述第一液體工質(zhì)的流速；所述第二流速監(jiān)控裝置設(shè)置在所述回流管內(nèi)，用于監(jiān)測(cè)所述第二 液體工質(zhì)的流速； 所述控制裝置分別與所述第一溫度監(jiān)控裝置、所述第二溫度監(jiān)控裝置，所述第一流速 監(jiān)控裝置、所述第二流速監(jiān)控裝置和所述回?zé)崴眠B接； 所述控制裝置根據(jù)所述第一溫度監(jiān)控裝置、所述第二溫度監(jiān)控裝置，所述第一流速監(jiān) 控裝置和所述第二流速監(jiān)控裝置獲取的監(jiān)控結(jié)果控制所述回?zé)崴玫霓D(zhuǎn)速。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱機(jī)，其特征在于，所述第一逆流換熱器和所述第二逆流換 熱器均為多個(gè)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱機(jī)，其特征在于，還包括儲(chǔ)藏室和第一液體工質(zhì)泵，所述儲(chǔ) 藏室與所述主流管連通，所述儲(chǔ)藏室用于存儲(chǔ)所述主流管內(nèi)排出的第一液體工質(zhì)，所述儲(chǔ) 藏室與所述主流管之間還設(shè)置有第一液體工質(zhì)泵，所述第一液體工質(zhì)泵用于將所述主流管 內(nèi)的第一液體工質(zhì)抽出至所述儲(chǔ)藏室或?qū)⑺鰞?chǔ)藏室內(nèi)的第一液體工質(zhì)壓入所述主流管 內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱機(jī)，其特征在于，還包括間隙室和氣泵，所述間隙室與所述 主流管連通，所述氣泵與所述間隙室連通，所述間隙室為所述主流管內(nèi)的第一液體工質(zhì)因 溫度變化引起的體積變化和/或氣壓變化提供緩沖空間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱機(jī)，其特征在于，還包括壓控器和第二截止閥，所述壓控器 的一端連接所述間隙室，另一端連接所述氣泵，所述間隙室和所述氣泵之間還設(shè)置有第二 截止閥，所述壓控器用于監(jiān)測(cè)所述間隙室內(nèi)的氣壓；所述第二截止閥用于在所述氣泵停止 工作時(shí)，截?cái)嗨鰵獗门c所述間隙室之間的氣體交換通道。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱機(jī)，其特征在于，還包括第二溫控器； 所述第二溫控器的一端連接所述主流管，另一端連接所述熱源入口，所述第二溫控器 用于根據(jù)所述主流管的溫度控制所述熱源入口的熱量供應(yīng)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的熱機(jī)，其特征在于，所述第一液體工質(zhì)為制冷劑； 所述第二液體工質(zhì)為水。
【文檔編號(hào)】F01K17/06GK203906027SQ201420350682
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】王小龍 申請(qǐng)人:王小龍