活塞式甲醇蒸汽机及其系统，以及蒸汽机循环做功方法技术方案

本发明专利技术公开一种活塞式甲醇蒸汽机，包括汽化装置、第一气体做功单元、第二气体做功单元、冷凝装置。汽化装置用于将液态甲醇加热汽化，形成具有预定温度和压力的气态甲醇。第一气体做功单元用于在所述气态甲醇膨胀做功的同时继续加热所述气态甲醇。第二气体做功单元使在所述第一气体做功单元中做功后的所述气态甲醇继续膨胀做功。冷凝装置用于使在所述第二气体做功单元中做功后所述气态甲醇冷凝回复为所述液态甲醇。本发明专利技术公开一种以甲醇为工质的蒸汽机循环做功方法。蒸汽机循环做功方法。蒸汽机循环做功方法。

【技术实现步骤摘要】
活塞式甲醇蒸汽机及其系统，以及蒸汽机循环做功方法


[0001]本专利技术涉及活塞式蒸汽机及具有其的系统，以及蒸汽机循环做功方法，特别涉及用于提高循环做功热效率的中低温发动机。

技术介绍

[0002]蒸汽机是能够将气态工质，例如水蒸汽中的能量转换为机械功的热机，由于其中的燃烧过程在热机外部进行，属于热机中的外燃机。由于水的临界温度是374.3℃，在370℃以下，以水为工质的蒸汽机无法实现高的热机转换效率。

技术实现思路

[0003]基于此，有必要针对原有活塞式水蒸汽机在中低温热源下热效率不高的问题，提供一种能够提高循环做功热效率的活塞式甲醇蒸汽机及具有其的系统，以及蒸汽机循环做功方法。
[0004]一种活塞式甲醇蒸汽机，包括：
[0005]汽化装置，用于将液态甲醇加热汽化，形成具有预定温度和压力的气态甲醇；
[0006]第一气体做功单元，用于在所述气态甲醇膨胀做功的同时继续加热所述气态甲醇；
[0007]第二气体做功单元，用于使在所述第一气体做功单元中做功后的所述气态甲醇膨胀做功；及
[0008]冷凝装置，用于使在所述第二气体做功单元中做功后所述气态甲醇冷凝回复为所述液态甲醇。
[0009]在一实施例中，所述汽化装置能够分别与所述冷凝装置和所述第一气体做功单元流体连通，并能够使所述液态甲醇在所述汽化装置中被加热，形成具有预定温度和压力的所述气态甲醇。
[0010]在一实施例中，所述第一气体做功单元能够分别与所述汽化装置和所述第二气体做功单元流体连通，所述第一气体做功单元包括加热器和第一活塞-气缸单元，所述第一活塞-气缸单元包括活塞和气缸，所述加热器通过对所述活塞-气缸单元加热，使所述第一活塞-气缸单元内的所述气态甲醇在所述气缸中膨胀并推动所述活塞对外做功的同时被加热。
[0011]在一实施例中，所述第一活塞-气缸单元的数量为一个或多个，多个所述第一活塞-气缸单元中的气缸串联或并联工作。
[0012]在一实施例中，所述第二气体做功单元能够分别与所述第一气体做功单元和所述冷凝装置流体连通，所述第二气体做功单元包括第二活塞-气缸单元，所述第二活塞-气缸单元包括气缸和活塞，所述气态甲醇能够在所述第二活塞-气缸单元的所述气缸中膨胀并推动所述活塞对外做功。
[0013]在一实施例中，所述第二活塞-气缸单元的数量为一个或多个，多个所述第二活
塞-气缸单元的气缸串联或并联工作。
[0014]在一实施例中，所述第二活塞-气缸单元的所述气缸具有保温结构。
[0015]在一实施例中，所述蒸汽机还包括动力转换装置，用于将所述气态甲醇在所述活塞-气缸单元的所述气缸中推动所述活塞做的功转换为旋转机械能输出。
[0016]在一实施例中，所述动力转换装置包括与所述活塞连接的连杆，与所述连杆连接的曲轴，及与所述曲轴连接的飞轮，所述动力转换装置用于将所述活塞的直线运动转换成曲轴的旋转运动，作为动力输出，并用于在所述气态甲醇膨胀后使所述活塞复位，实现所述活塞在所述气缸中循环往复的机械运动。
[0017]在一实施例中，所述活塞式甲醇蒸汽机还包括工质循环控制装置，所述工质循环控制装置包括管路、泵和控制阀门，
[0018]所述管路用于连接所述汽化装置、所述第一气体做功单元、所述第二气体做功单元和所述冷凝装置；
[0019]所述泵用于驱动所述液态甲醇输入所述汽化装置；
[0020]所述控制阀门用于使所述汽化装置、所述第一气体做功单元、所述第二气体做功单元及所述冷凝装置之间流体连通或流体隔离。
[0021]在一实施例中，所述控制阀门包括设置在所述泵与所述汽化装置之间的单向阀，所述单向阀通过开启和关闭，将所述液态甲醇非连续的定量输入至所述汽化装置。
[0022]在一实施例中，所述控制阀门包括分别对应设置在所述第一气体做功单元的进气口和排气口，以及所述第二气体做功单元的进气口和排气口的进气阀和排气阀，所述进气阀和所述排气阀通过开启和关闭，将所述气态甲醇非连续的定量输入至所述第一气体做功单元和所述第二气体做功单元，并控制做功后甲醇蒸汽的排出。
[0023]在一实施例中，所述第二气体做功单元与所述冷凝装置的连接管路经过所述汽化装置附近，使在所述第二气体做功单元中做功后，进入所述冷凝装置前的所述气态甲醇的热量用于加热所述汽化装置中汽化前的所述液态甲醇。
[0024]一种活塞式甲醇蒸汽机系统，包括上述活塞式甲醇蒸汽机以及在所述蒸汽机中循环的工质，所述工质包括甲醇。
[0025]一种蒸汽机循环做功方法，包括在蒸汽机中循环进行如下步骤，使甲醇在所述蒸汽机中封闭的循环运行：
[0026]将液态甲醇在汽化装置中加热汽化，形成具有预定温度和压力的气态甲醇；
[0027]使所述气态甲醇在第一气体做功单元中膨胀做功的同时被继续加热；
[0028]使在所述第一气体做功单元中做功后的所述气态甲醇在第二气体做功单元中膨胀做功；以及
[0029]使在所述第二气体做功单元中做功后所述气态甲醇在冷凝装置中冷凝回复为所述液态甲醇。
[0030]本申请提供的活塞式甲醇蒸汽机，第一气体做功单元能够在气态甲醇膨胀做功的同时对气态甲醇加热，使气态甲醇在做功的同时吸收热量，在气态甲醇进入第二气体做功单元后，利用在第一气体做功单元加热膨胀做功后气态甲醇仍然保持极高的温度的特点，使其进一步做功，形成多级做功体系，从而提高甲醇蒸汽机的热机转换效率。
[0031]具有加热膨胀做功的气体做功单元的蒸汽机，无论其使用何种工质，理论上即可
获得30-40％，甚至更高的热机转换效率。但是由于水的临界温度是374.3℃，在370℃以下，以水为工质的蒸汽机的热机转换效率提高。由于甲醇的临界温度是240℃，比水低了134℃，因此可以在370℃以下可以获得比水蒸汽机更高的热机转换效率。
[0032]本申请提供的活塞式甲醇蒸汽机结构相对简单，适合于中低温热源的利用，可广泛应用在太阳能、生物质能、地热能、余热利用等领域。
附图说明
[0033]图1为本专利技术实施例的活塞式甲醇蒸汽机的结构示意图；
[0034]图2为本专利技术一实施例的活塞式甲醇蒸汽机的结构示意图；
[0035]图3为本专利技术另一实施例的活塞式甲醇蒸汽机的结构示意图；
[0036]图4为本专利技术另一实施例的活塞式甲醇蒸汽机的结构示意图；
[0037]图5为本专利技术另一实施例的活塞式甲醇蒸汽机的结构示意图。
具体实施方式
[0038]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0039]需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种活塞式甲醇蒸汽机，其特征在于，包括：汽化装置，用于将液态甲醇加热汽化，形成具有预定温度和压力的气态甲醇；第一气体做功单元，用于在所述气态甲醇膨胀做功的同时继续加热所述气态甲醇；第二气体做功单元，用于使在所述第一气体做功单元中做功后的所述气态甲醇膨胀做功；及冷凝装置，用于使在所述第二气体做功单元中做功后所述气态甲醇冷凝回复为所述液态甲醇。2.根据权利要求1所述的活塞式甲醇蒸汽机，其特征在于，所述汽化装置能够分别与所述冷凝装置和所述第一气体做功单元流体连通，并能够使所述液态甲醇在所述汽化装置中被加热，形成具有预定温度和压力的所述气态甲醇。3.根据权利要求1所述的活塞式甲醇蒸汽机，其特征在于，所述第一气体做功单元能够分别与所述汽化装置和所述第二气体做功单元流体连通，所述第一气体做功单元包括加热器和第一活塞-气缸单元，所述第一活塞-气缸单元包括活塞和气缸，所述加热器通过对所述活塞-气缸单元加热，使所述第一活塞-气缸单元内的所述气态甲醇在所述气缸中膨胀并推动所述活塞对外做功的同时被加热。4.根据权利要求3所述的活塞式甲醇蒸汽机，其特征在于，所述第一活塞-气缸单元的数量为一个或多个，多个所述第一活塞-气缸单元中的气缸串联或并联工作。5.根据权利要求1所述的活塞式甲醇蒸汽机，其特征在于，所述第二气体做功单元能够分别与所述第一气体做功单元和所述冷凝装置流体连通，所述第二气体做功单元包括第二活塞-气缸单元，所述第二活塞-气缸单元包括气缸和活塞，所述气态甲醇能够在所述第二活塞-气缸单元的所述气缸中膨胀并推动所述活塞对外做功。6.根据权利要求5所述的活塞式甲醇蒸汽机，其特征在于，所述第二活塞-气缸单元的数量为一个或多个，多个所述第二活塞-气缸单元的气缸串联或并联工作。7.根据权利要求5所述的活塞式甲醇蒸汽机，其特征在于，所述第二活塞-气缸单元的所述气缸具有保温结构。8.根据权利要求1至7中任一项所述的活塞式甲醇蒸汽机，其特征在于，所述甲醇蒸汽机还包括动力转换装置，用于将所述气态甲醇在所述活塞-气缸单元的所述气缸中推动所述活塞做的功转换为旋转机械能输出。9.根据权利要求8所述的活塞式甲醇蒸汽机，其特征在于，所述动力转换装置包括与所述活塞连接的连杆，与所述连杆连...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯泽舟，王西峰，许岚，计亚平，范悦，
申请(专利权)人：机械科学研究院浙江分院有限公司，
类型：发明
国别省市：