[发明专利]干空气能驱动的热力转换装置和利用该装置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及干空气能利用技术领域，具体涉及一种干空气能驱动的热力转换装置和利用该装置的方法(即该装置的运行方法)。 

背景技术

干空气能是一种普遍存在的低品位能源，已获得了广泛的关注。在我国西北干旱地区(如吐鲁番地区)，取之不尽、用之不竭，且清洁无污染。现有的干空气能制冷技术充分利用了干空气条件下水分蒸发速率快、蒸发量大的特性，用水分蒸发的吸热效应来降低空气温度。如利用“蒸发制冷”原理，将干空气能作为蒸发式制冷空调的驱动能源使用，取代常规压缩式或吸收式空调必不可少的电能或高品位热能的消耗，实现节能减排的目的。但是，目前此类技术将干空气能转化为相对低品位的冷能，仅在空气调节方面有一定的应用价值，存在应用范围窄，转化效率低的不足。 

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种能将干空气能转化为推动机械装置运动的机械能，提高转化效率，节省能耗，且能循环使用的干空气能驱动的热力转换装置。 

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：该装置包括干球加热器，和与干球加热器通过管道连通的湿球加热器；所述的干球加热器与湿球加热器之间连通的管道上设有气液分离器和气动马达；所述的湿球加热器出口管设有第一支管和第二支管；第一支管与干球加热器连接，第二支管与缓冲装置连接；缓冲装置的出口管与第一支管连接；所述的湿球加热器、缓冲装置外部均设有水冷却装置；所述的各管道((连接管道、支管等))构成封闭的管道系统，管道系统内部流通有工质R290(丙烷)；所述的湿球加热器出口管上设有第二阀门，第一支管上设有第三阀门，缓冲装置的出口管上设有第四阀门。 

本发明上述的干球加热器、湿球加热器和缓冲装置均是由若干翅片管并联组成；翅片管包括管材和设置于管材上的若干散热片。本发明上述的翅片管由多次弯折的盘管和设于盘管外侧的散热片组成。 

本发明根据“干湿球温度计”的原理，利用干湿球温度差与空气的相对湿度呈反比，即空气的相对湿度越小，干湿球的温度差越大的特性，以低沸点有机液体作为工质，通 过不同温度下工质的饱和压力差，实现了将干空气能转化为机械能的目的。例如，根据《吐鲁番统计年鉴》查得在吐鲁番7月干球温度在40℃，相对湿度25％的条件下，其湿球温度仅为23.61℃，温差可达到16.39℃。若采用R290(即丙烷)作为工质，以“干球”作为热端，在干球温度下工质的饱和蒸汽压1369kPa；以“湿球”为冷源，在湿球温度下工质的饱和蒸汽压为919kPa，两端存在450kPa的压差，符合气动马达正常400～700kpa的工作压力，若在两端间设置活塞或气动马达机构即可实现机械能的输出。这一热力过程实质上消耗了干空气的干度即其做功能力，将干空气能转化为机械能，该热力过程符合热力学第一定律和第二定律的相关原理，是一种干空气能有效利用的新方法，大大拓宽了干空能利用技术的适用范围。 

采用上述结构，整个装置均处于干燥空气中，若干翅片管并联组成干球加热器与外部干燥、高温的环境接触，其中的工质R290在高温下受热气化，使干球加热器内部处于高温高压状态，其中的气流沿着管道向湿球加热器流动，而湿球加热器通过喷淋冷却水对由若干翅片管并联组成湿球加热器内部的工质R290进行冷却降温，由此在干球加热器与湿球加热器之间连通的管道内产生气压，使干球加热器中处于气态的工质通过气液分离器压向湿球加热器，从而推动其间的气动马达运作实现干空气能向机械能的转化。该装置无需外加热源，只需要将装置置于干燥环境中，即可实现。同时，缓冲装置的设置使得部分没有得到液化的工质进一步液化，以再次进入干球加热器内进行循环利用，同时将湿球加热器内的液体工质进行收集待下一循环使用。 

作为优选，所述的气液分离器上设有回流管，回流管上设有第一阀门；采用上述结构，当气态的工质通过气液分离器压向湿球加热器，其中的少量液体工质得到及时分离，累积一定量后并通过回流管再次回到干球加热器中进行循环利用。 

作为优选，所述的缓冲装置尾部连接有储液罐，储液罐外部设有水冷却装置。采用该结构，由缓冲装置冷凝的液体工质可以在储液罐中得到储存，待气压平衡后使其流回干球加热器中进行循环利用。 

作为优选，所述的翅片管为铜翅片管，采用该结构，可以提高热交换效率。 

作为优选，所述的干球加热器、气液分离器、气动马达、湿球加热器按照从下到上的高度顺序依次连接；所述的缓冲装置的高度处于干球加热器和湿球加热器之间。这种高度顺序的排列，有利于工质的循环流通。 

本发明还提供一种利用上述干空气能驱动的热力转换装置的方法，步骤包括：