复叠式重力场做功方法及所用装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种复叠式重力场做功装置，由至少两级的重力场做功子系统组成；在相邻两级的重力场做功子系统之间设置级间循环系统，级间循环系统包括级间循环泵(4)；每级的重力场做功子系统包括高位冷凝器(1)、低位液体涡轮(2)和低位蒸发器(3)；上一级的重力场做功子系统的高位冷凝器(1)的吸热通道、下一级的重力场做功子系统的低位蒸发器(3)的放热通道、级间循环泵(4)依次相连形成闭合式循环。本发明专利技术还同时提供利用上述装置进行的复叠式重力场做功方法。本发明专利技术减小了系统工做所需的位置落差，适用范围更广；通过复叠式循环，在位置落差一定情况下，扩大了蒸发器冷凝器温差。

【技术实现步骤摘要】
复叠式重力场做功方法及所用装置
本专利技术涉及动力设备
，具体为一种复叠式重力场做功装置及方法。
技术介绍
蒸汽动力法是目前热动力循环方法的主要方法，该方法对于低品位热源的利用效率不高，特别是应用于广泛存在的低于80℃的低品位热源时，由于工质的蒸汽压力比较小，不能有效利用蒸汽压力能来做功发电，即使采用有机工质朗肯循环，在低热源温度下的效率仍然较低。专利申请(201711419509.X)提出了一种重力场做功热管装置，利用了重力场中压力能和重力势能的相互转换实现在流动中的自然增压及减压过程，不需要膨胀阀和蒸汽压缩机，具有较高的能量利用效率，将传统的气体压力能发电转化为用液体压力能发电，可以在较小的温差下获得很大的压力势差，特别适合于利用低品位能源做功。但是该装置存在对位置落差要求较高的缺点，如在几十度的常规蒸发冷凝温度差下所要求的位置落差达到数百米，降低了其现实可行性。为此，有必要针对该系统提出一种改进的系统形式，使之能够具有较小的位置落差要求，从而增强该系统的适用范围。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种复叠式重力场做功方法及所用装置。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种复叠式重力场做功装置，由至少两级的重力场做功子系统组成；在相邻两级的重力场做功子系统之间设置级间循环系统，级间循环系统包括级间循环泵；因此，各级的重力场做功子系统之间通过级间循环系统的热传递作用形成复叠关系；每级的重力场做功子系统包括高位冷凝器、低位液体涡轮和低位蒸发器，高位冷凝器放置在高位，低位液体涡轮和低位蒸发器放置在低位；高位冷凝器的冷凝放热通道、低位液体涡轮、低位蒸发器的吸热通道依次相连形成闭合式循环；即，高位冷凝器冷凝放热通道出口连接低位液体涡轮液体进口，低位液体涡轮液体出口连接低位蒸发器吸热通道进口，低位蒸发器的吸热通道出口连接高位冷凝器冷凝放热通道进口，三者形成闭环系统；上一级的重力场做功子系统的高位冷凝器的吸热通道、下一级的重力场做功子系统的低位蒸发器的放热通道、级间循环泵依次相连形成闭合式循环；即，上一级重力场做功子系统的高位冷凝器的吸热通道出口与下一级重力场做功子系统的低位蒸发器的放热通道进口相连，下一级重力场做功子系统的低位蒸发器的放热通道出口通过位于此两级重力场做功子系统间的级间循环泵后与上一级重力场做功子系统高位冷凝器的吸热通道进口相连，形成复叠关系；首级重力场做功子系统的低位蒸发器的放热通道与外部热源连接；末级重力场做功子系统的高位冷凝器的吸热通道与外部冷源连接。作为本专利技术的复叠式重力场做功装置的改进：同级重力场做功子系统中，高位冷凝器与低位蒸发器之间的落差＞100米。说明：同级重力场做功子系统中，低位液体涡轮和低位蒸发器可在同一水平位，也可略有高度差；不同的重力场做功子系统中的高位冷凝器可在同一水平位，也可略有高度差。作为本专利技术的复叠式重力场做功装置的进一步改进：以低品位热源作为外部热源，以空气作为外部冷源。本专利技术还提供了利用上述装置进行的复叠式重力场做功方法，为以下任一方法：方法一，方形循环方法：每级重力场做功子系统内的制冷剂循环状态在T-S图上表示为方形循环；方法二，方形、三角形循环方法：首级重力场做功子系统内的制冷剂循环状态在T-S图上表示为方形循环；其余各级重力场做功子系统内的制冷剂循环状态在T-S图上表示为三角循环；方法三，三角循环方法：每级重力场做功子系统内的制冷剂循环状态在T-S图上表示为三角循环；方法四，三角、方形循环方法：首级重力场做功子系统内的制冷剂循环状态在T-S图上表示为三角循环；其余各级重力场做功子系统内的制冷剂循环状态在T-S图上表示为方形循环。作为本专利技术的复叠式重力场做功方法的改进，方形循环时(同一级重力场做功子系统内)：从高位冷凝器的冷凝放热通道流出的制冷剂为低温低压气液混合物(为干度较低的低温低压气液混合物)，在重力和压差的共同作用下绝热流动到低位液体涡轮入口处，形成超高压液体工质进入低位液体涡轮，释放其液体压力能对外做功，成为高压工质；高压工质继续流入低位蒸发器的蒸发吸热通道，吸收低位蒸发器的放热通道流体所释放的热量后，成为高温高压气液混合物(具有一定干度的高温高压气液混合物)；所述高温高压气液混合物在压差的作用下、克服重力向高位冷凝器的冷凝放热通道进口绝热流动，当到达高位冷凝器冷凝放热通道进口时，成为低温低压气液混合物(干度较高的低温低压气液混合物)；所述低温低压气液混合物在高位冷凝器冷凝放热通道中向高位冷凝器吸热通道中的流体释放潜热后，成为干度降低后的低温低压气液混合物(即，干度较低的低温低压气液混合物后)流出高位冷凝器冷凝放热通道，再流向液体涡轮；如此循环。作为本专利技术的复叠式重力场做功方法的改进，三角形循环时(同一级重力场做功子系统内)：从高位冷凝器的冷凝放热通道流出的制冷剂为低温低压饱和/或过冷液体工质，在重力和压差的共同作用下绝热流动到低位液体涡轮入口处，形成超高压液体工质进入低位液体涡轮，释放其液体压力能对外做功，成为高压工质；高压工质继续流入低位蒸发器的蒸发吸热通道，吸收低位蒸发器的放热通道流体所释放的热量后，成为高温高压气液混合物(具有较小干度的高温高压气液混合物)；高温高压气液混合物在压差的作用下、克服重力向高位冷凝器的冷凝放热通道进口绝热流动，当到达高位冷凝器冷凝放热通道进口时，成为低温低压气液混合物(干度较高的低温低压气液混合物)；所述低温低压气液混合物在高位冷凝器冷凝放热通道中向高位冷凝器吸热通道中的流体释放潜热后，成为低温低压饱和/或过冷液体工质后流出高位冷凝器冷凝放热通道，再流向液体涡轮；如此循环。作为本专利技术的复叠式重力场做功方法的进一步改进，级间循环系统内：上一级高位冷凝器吸热通道内的载冷剂吸收该级高位冷凝器冷凝放热通道内的低温低压气液混合物放出的潜热后温度升高，在级间循环泵的作用下，流入下一级低位蒸发器的放热通道内，向所述低位蒸发器蒸发吸热通道内的高压工质放热；温度降低，再依靠级间循环泵加压后流入上一级高位冷凝器吸热通道内，如此循环。本专利技术中，重力场做功子系统可为两级或多级。同级重力场做功子系统的高位冷凝器、低位蒸发器、液体涡轮之间的闭环系统内的工质为制冷工质(制冷剂)，例如为R22。不同级的重力场做功子系统之间通过级间循环泵4运送的工质为一般载冷剂，如水。本专利技术与现有的重力场做功系统相比，具有以下优点：1、减小了系统工做所需的位置落差，适用范围更广。通过复叠式循环，在位置落差一定情况下，扩大了蒸发器冷凝器温差；2、对于外部热源的形式，既适合恒温热源，也适变温热源。3、本专利技术通过两级或多级循环复叠，大幅减少系统所需高差，且具有四种性能不同的运行方法，即方形/方形循环，方形/三角形循环，三角形循环和三角形/方形循环。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.复叠式重力场做功装置，其特征是：由至少两级的重力场做功子系统组成；在相邻两级的重力场做功子系统之间设置级间循环系统，级间循环系统包括级间循环泵(4)；/n每级的重力场做功子系统包括高位冷凝器(1)、低位液体涡轮(2)和低位蒸发器(3)，高位冷凝器(1)放置在高位，低位液体涡轮(2)和低位蒸发器(3)放置在低位；/n高位冷凝器(1)的冷凝放热通道、低位液体涡轮(2)、低位蒸发器(3)的吸热通道依次相连形成闭合式循环；/n上一级的重力场做功子系统的高位冷凝器(1)的吸热通道、下一级的重力场做功子系统的低位蒸发器(3)的放热通道、级间循环泵(4)依次相连形成闭合式循环；/n首级重力场做功子系统的低位蒸发器(3)的放热通道与外部热源连接；末级重力场做功子系统的高位冷凝器(1)的吸热通道与外部冷源连接。/n

【技术特征摘要】
1.复叠式重力场做功装置，其特征是：由至少两级的重力场做功子系统组成；在相邻两级的重力场做功子系统之间设置级间循环系统，级间循环系统包括级间循环泵(4)；
每级的重力场做功子系统包括高位冷凝器(1)、低位液体涡轮(2)和低位蒸发器(3)，高位冷凝器(1)放置在高位，低位液体涡轮(2)和低位蒸发器(3)放置在低位；
高位冷凝器(1)的冷凝放热通道、低位液体涡轮(2)、低位蒸发器(3)的吸热通道依次相连形成闭合式循环；
上一级的重力场做功子系统的高位冷凝器(1)的吸热通道、下一级的重力场做功子系统的低位蒸发器(3)的放热通道、级间循环泵(4)依次相连形成闭合式循环；
首级重力场做功子系统的低位蒸发器(3)的放热通道与外部热源连接；末级重力场做功子系统的高位冷凝器(1)的吸热通道与外部冷源连接。


2.根据权利要求1所述的复叠式重力场做功装置，其特征是：同级重力场做功子系统中，高位冷凝器(1)与低位蒸发器(3)之间的落差＞100米。


3.根据权利要求1或2所述的复叠式重力场做功装置，其特征是：以低品位热源作为外部热源，以空气作为外部冷源。


4.利用如权利要求1～3任一所述装置进行的复叠式重力场做功方法，其特征是为以下任一方法：
方法一，方形循环方法：
每级重力场做功子系统内的制冷剂循环状态在T-S图上表示为方形循环；
方法二，方形、三角形循环方法：
首级重力场做功子系统内的制冷剂循环状态在T-S图上表示为方形循环；其余各级重力场做功子系统内的制冷剂循环状态在T-S图上表示为三角循环；
方法三，三角循环方法：
每级重力场做功子系统内的制冷剂循环状态在T-S图上表示为三角循环；
方法四，三角、方形循环方法：
首级重力场做功子系统内的制冷剂循环状态在T-S图上表示为三角循环；其余各级重力场做功子系统内的制冷剂循环状态在T-S图上表示为方形循环。


5.根据权利要求4所述的复叠式重力场做功方法，其特征是：
方形循环时：
从高位冷凝器(1)的冷凝放热通道流出的制冷剂为低温低压气液混合物，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李斌，王厉，骆菁菁，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33