CN109681283A - 一种低温温差能热能利用装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温温差能热能利用装置及方法，包括配重柱塞、第一容器、低沸点工质、第一阀门、气缸、第二阀门和第二容器，气缸内设置有配重柱塞，配重柱塞顶部放置有负载，第一容器通过第一阀门与气缸连通，第二容器通过第二阀门与气缸连通，第一容器设置于冷源内，第二容器设置于热源内，第一容器和第二容器内部均放置有低沸点工质，本发明结构简单，且冷热源具有易得性，节能环保，可以将30摄氏度左右的温差转换成机械，实现冷热源温差对外输出功。

Description

一种低温温差能热能利用装置及方法

技术领域

本发明属于节能环保技术领域，具体为一种低温温差能热能利用装置及方法。

背景技术

现在的技术温差能转换成机械能，需要温差大。

本发明可以将30摄氏度左右的温差转换成机械能，需要温差小。

发明内容

针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供基于一种低温温差能热能利用装置及方法。

本发明的一种低温温差能热能利用装置，包括配重柱塞、第一容器、低沸点工质、第一阀门、气缸、第二阀门和第二容器，所述气缸内设置有配重柱塞，所述配重柱塞顶部放置有负载，所述第一容器通过第一阀门与气缸连通，所述第二容器通过第二阀门与气缸连通，所述第一容器设置于冷源内，第二容器设置于热源内，第一容器和第二容器内部均放置有低沸点工质。

优选的，所述负载为重物或机器。

优选的，所述配重柱塞顶部不放置负载时，配重柱塞的重量需稍大于低沸点工质的饱和蒸气压。

优选的，低沸点工质为氟利昂、二氧化碳或全氟丁烷等。

本发明的一种低温温差能热能利用方法，包括以下步骤：

（1）关闭第一阀门，打开第二阀门；

（2）当负载为重物时，第二容器中的低沸点工质在热源中受热汽化将配重柱塞及负载推高，进入步骤3，当负载为外部机器时，第二容器中的低沸点工质在热源中受热汽化将推动配重柱塞和推动外部机器运转，直接进入步骤4；

（3）固定住负载，使其不能移动；

（4）关闭第二阀门，打开第一阀门；

（5）汽化的蒸汽进入第一容器，配重柱塞压缩冷源中的饱和蒸汽，饱和蒸汽液化，配重柱塞下行到底部，当负载为重物时，此时负载固定，不能下降，进入步骤6，当负载为外部机器时，直接进入步骤7；

（6）松开负载，下降实现对外做功；

（7）重复步骤1-6即实现冷热源温差对外输出功；

（8）当第二容器中的低沸点工质液体蒸发完，将第二容器和第一容器对调或将热源冷源对调后重复步骤1-6，实现对外输出功。

本发明的有益效果：本发明可以将30摄氏度左右的温差转换成机械能，实现冷热源温差对外输出功，且冷源和热源均具有易得性，结构简单，制作方便，节能环保。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的具体实施例及附图作以详细描述。

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为实施例1结构示意图；

图3为实施例2结构示意图；

图4为实施例3结构示意图；

图5为冷源取得示意图。

图中：1-负载；2-配重柱塞；3-第一容器；4-低沸点工质；5-第一阀门；6-气缸；7-第二阀门；8-第二容器；9-液压油；10-气压转换成液压装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1-5所示，本发明的一种低温温差能热能利用装置，包括配重柱塞2、第一容器3、低沸点工质4、第一阀门5、气缸6、第二阀门7和第二容器8，所述气缸6内设置有配重柱塞2，所述配重柱塞2顶部放置有负载1，所述第一容器3通过第一阀门5与气缸6连通，所述第二容器8通过第二阀门7与气缸6连通，所述第一容器3设置于冷源内，第二容器8设置于热源内，第一容器3和第二容器8内部均放置有低沸点工质4。

具体地，负载1为重物或机器，配重柱塞2顶部不放置负载1时，配重柱塞2的重量，在用冷源冷却时，稍大于低沸点工质4的饱和蒸气压，低沸点工质4为氟利昂、二氧化碳或全氟丁烷等。

本发明的一种低温温差能热能利用方法，包括以下步骤：

（1）关闭第一阀门，打开第二阀门；

（2）当负载为重物时，第二容器中的低沸点工质在热源中受热汽化将配重柱塞及负载推高，进入步骤3，当负载为外部机器时，第二容器中的低沸点工质在热源中受热汽化将推动配重柱塞和推动外部机器运转，直接进入步骤4；

（3）固定住负载，使其不能移动；

（4）关闭第二阀门，打开第一阀门；

（5）汽化的蒸汽进入第一容器，配重柱塞压缩冷源中的饱和蒸汽，饱和蒸汽液化，配重柱塞下行到底部，当负载为重物时，此时负载固定，不能下降，进入步骤6，当负载为外部机器时，直接进入步骤7；

（6）松开负载，下降实现对外做功；

（7）重复步骤1-6即实现冷热源温差对外输出功；

（8）当第二容器中的低沸点工质液体蒸发完，将第二容器和第一容器对调或将热源冷源对调后重复步骤1-6，实现对外输出功。

实施例1：如图2，本发明的一种低温温差能热能利用装置，包括配重柱塞2、气缸6，所述气缸6内设置有配重柱塞2，所述配重柱塞2顶部放置有负载1，气缸6内设置有全氟丁烷，冷源设置为10度，热源设置为15度。

实施条件：条件A

当没有负载1，用冷源冷却时，柱塞和配重2的重量稍大于气缸6中全氟丁烷的饱和蒸气压，因为这样才能将饱和蒸汽压缩成液体。气缸6直径0.1平方米。

根据条件A:当10度时，查资料全氟丁烷饱和蒸气压0.1603兆帕，变为相对气压0.06兆帕，0.06兆帕*0.1平方米=611.8Kg。。

因为配重柱塞2的重量要稍大于气压，才能将饱和蒸汽压缩成液体，本例柱塞和配重2的重量取值650kg。

用热源加热全氟丁烷4。热源15度时，饱和蒸气压查资料得知0.19MPa。变为相对大气压0.09兆帕。面积是0.1平方米，0.09兆帕*0.1=917.7公斤 本例取值900Kg。

负载1重900Kg-650Kg=250Kg。

工作过程：

1、用热源加热气缸6内部的全氟丁烷4。液体全氟丁烷汽化，气缸上行到顶。

2、固定负载1,使之不能移动。

3、用冷源冷却气缸6中的全氟丁烷4。由条件A知道，全氟丁烷液化，配重柱塞下行到底部。

4、松开负载1。负载1的重力可以对外做功。

一个循环结束，回到初始状态，重复1234步骤，可以连续工作。

结论：通过10度和15度的温度差。使250Kg的负载升高。

下面定量计算一下：热源我们用20度热水，冷源用3度水冷却，水的比热容4。

用20度的水加热15度的全氟丁烷，5度温差，5度温差*比热容4.2=21KJ/Kg，本例简化为20，查资料15度全氟丁烷汽化热91.8KJ/Kg，本例简化，取值100，100/20=5。

结论a：即5公斤热水可以使1公斤全氟丁烷汽化。

汽化时需要5度温差，液化也需要降温5度。由于冷却需要从15度液化后再降温到10度，查资料全氟丁烷比热1.12。水的比热4.2，降低5度，5*1.12÷4.2=1.3，这是1Kg水冷却1Kg全氟丁烷时，水需要降低的度数，本例是5Kg水冷却1Kg全氟丁烷，简化，本例就取降低1.3度。液化降温5度，加冷却降温需要1.3度，冷却水温差需要度5+1.3=6.3，本例简化为7度，即冷源温度为10度减7度为3度。

结论b：5公斤3度冷却水可以冷却一公斤全氟丁烷。

查资料，15度时全氟丁烷密度1534公斤/ 立方米，假设本例：0.1立方米全氟丁烷需要汽化，即153.4公斤，根据结论a，我们需要用153.4*5=767公斤热水加热，我们气缸6直径0.1平方米，体积是0.1立方米，因此气缸内全氟丁烷1米高，15度时液体密度1534气体密度20.6，膨胀倍数1534/20.6=74.5，简化为膨胀74倍，因此气缸上行74米。根据结论b，然后用767公斤冷水让气缸6恢复原状。

结论c：我们用各767公斤热水和冷却水让250公斤的负载1上升了74m。

冷却水767+热水767=1534公斤，我们假设循环水，水头高0.5米，做的功1534*0.5=767公斤*米，总功250*74=18500公斤*米，净功18500-767=17733

结论 ：方案可行。

实施例2：如图3，增加气压转换成液压装置10，因为气压对温度敏感，增加后运行会更稳定。

一种低温温差能热能利用装置，包括负载1、配重柱塞2、第一容器3、低沸点工质4、第一阀门5、气缸6、第二阀门7、第二容器8、液压油9和气压转换成液压装置10，所述气缸6内设置有配重柱塞2，气缸6内位于配重柱塞2下方设置有液压油9，气缸6连通有气压转换成液压装置10，气压转换成液压装置10通过第一阀门5连接有第一容器3，通过第二阀门7连接有第二容器8，第一容器3设置于冷源内，第二容器8设置于热源内，第一容器3和第二容器8内部均放置有低沸点工质4，运行方式相同。

实施例3：如图4，因为气体对温度敏感，微小的温差会导致压力变化过大。加入液压油9，***运行会更平稳。

一种低温温差能热能利用装置，包括负载1、配重柱塞2、第一容器3、低沸点工质4、第一阀门5、气缸6、第二阀门7、第二容器8和液压油9，所述气缸6内设置有配重柱塞2，所述配重柱塞2顶部放置有负载1，所述第一容器3通过第一阀门5与气缸6连通，所述第二容器8通过第二阀门7与气缸6连通，所述第一容器3设置于冷源内，第二容器8设置于热源内，第二容器8内底部设有液压油9，第一容器3和第二容器8内部上方放置有低沸点工质4。每一个循环会有液压油9从第二容器8中转移到第一容器3中，当循环几次后，只需要冷源热源互换，或者第一容器3与第二容器8互换都行，即可继续实现冷热源温差对外输出功。

冷源热源的易得性：低温热源很易得例如低于100度的烟气，发电厂废热，各种工业废热，现在大部分都直接排放。南海海面常年23-29度，深600米以后常年2-7度。如图5，只要冷源位于水平面以下，因为不用把水抽离水面，循环水只需要一个人很小的水头（0.5-1米）即可，消耗的能量很少。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种低温温差能热能利用装置，其特征在于：包括配重柱塞、第一容器、低沸点工质、第一阀门、气缸、第二阀门和第二容器，所述气缸内设置有配重柱塞，所述配重柱塞顶部放置有负载，所述第一容器通过第一阀门与气缸连通，所述第二容器通过第二阀门与气缸连通，所述第一容器设置于冷源内，第二容器设置于热源内，第一容器和第二容器内部均放置有低沸点工质。

2.根据权利要求1所述的一种低温温差能热能利用装置，其特征在于：所述负载为重物或机器。

3.根据权利要求1所述的一种低温温差能热能利用装置，其特征在于：所述配重柱塞顶部不放置负载，用冷源冷却时，配重柱塞的重量需稍大于低沸点工质的饱和蒸气压。

4.根据权利要求1所述的一种低温温差能热能利用装置，其特征在于：所述低沸点工质为氟利昂、二氧化碳或全氟丁烷等。

5.一种低温温差能热能利用方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）关闭第一阀门，打开第二阀门；

（2）当负载为重物时，第二容器中的低沸点工质在热源中受热汽化将配重柱塞及负载推高，进入步骤3，当负载为外部机器时，第二容器中的低沸点工质在热源中受热汽化将推动配重柱塞和推动外部机器运转，直接进入步骤4；

（3）固定住负载，使其不能移动；

（4）关闭第二阀门，打开第一阀门；

（5）汽化的蒸汽进入第一容器，配重柱塞压缩冷源中的饱和蒸汽，饱和蒸汽液化，配重柱塞下行到底部，当负载为重物时，此时负载固定，不能下降，进入步骤6，当负载为外部机器时，直接进入步骤7；

（6）松开负载，下降实现对外做功；

（7）重复步骤1-6即实现冷热源温差对外输出功；

（8）当第二容器中的低沸点工质液体蒸发完，将第二容器和第一容器对调或将热源冷源对调后重复步骤1-6，实现对外输出功。