CN101109299A - 利用低温流体中的热能做功的动力设备 - Google Patents

Abstract

一种新能源动力设备。可将流体(空气、水、其它工业过程流体)中的低温热能转为动能。其低温是指不能用常规方法将水蒸发做功的温度。其理论根据为能的守恒定律和热泵效率可大于1的理论。其基本构思为，让做功功质在密闭的吸热管中吸收外部流体的热，蒸发产生高压气，高压气对气力发动机做功降温，用比发动机输出的较少的一部分能将做功降温后的气态功质冷凝为液态功质压入吸热蒸发器再利用，这样循环做功，将流体中的热能转为动能。其用途为不用常规能源的水、陆交通工具和发电机、发动机、制冷机、空调机、抽水机等。在做功或发电的同时有制冷作用。

Description

利用低温流体中的热能做功的动力设备

技术领域

本发明涉及新能源的开发利用。

背景技术

新能源有多种多样，但低温流体(包括常温空气、排放的烟气和蒸汽、自然水域中的水等)的热能变为动能，从而成为一种重要的新能源，在现实应用和理论上都是空白。

发明内容

最早的想法起源于如何将烟囱的热烟气和电厂挥发的废蒸汽的热量变为动能，从而将其冷却，烟囱变为下弯的矮烟囱，烟气下沉回收利用，水蒸汽冷凝利用。理论根据为：低沸点的物质在常温或低温下能有很大的压力，如氮气和二氧化碳，其气体喷出时可推动物体运动将其部分热能转为动能。设使用做功功质为一种理想的物质，它有很小的比热值，较低的溶沸点温度差，适合使用的理想溶沸点；这种理想功质溶化后再吸热升温，会迅速升压，升压后的高压气体经特高效的气力发动机(在此泛指靠高压气的压力做功的所有种类的发动机)做功后降温，自动迅速冷却为液态，将这种液态物质用很少的能压入吸热蒸发器重新蒸发做功，这样循环往复，被吸热流体中的热能就不断地变为发动机输出的动能，流体降温，电厂的蒸汽冷凝成水，烟囱烟气尘埃下沉。这种不仅用在以上领域，还可用在水陆交通工具和发电、制冷、空调等众多领域，特别是将空气和水中的热能转为动能。

以上是用理想的做功功质的情况，这种理想做功功质是否可找到需经实验证明。在这种理想做功功质找到之前，采用的只能是非理想做功功质。这种物质扔具有理想功质的溶沸点可使用性能，只是在高压状态经气力发动机做功后，温度降低但扔为气态或部分为气态，需用人工的方法将其冷凝为液态，这有两种方案：

一是用易得的冷凝物质如空气或地下水等将其冷凝为液态。这种方法比较简单，但只可利用较高温度的热源流体，且不能将空气的热能直接供车辆行驶使用。这种方案已将其另案申请。

二是用一制冷系统将喷出的气体转为液态，由高压泵经导液管打入蒸发器重新利用。用这种办法，采用合适的做功功质和制冷功质及特高效的气力发动机，使得为转换等量的气体所耗的能量小于其喷出时由发动机所输出的净能量，则本系统就可自动运行，发动机输出的能除供本系统消耗外，还可不断向外输出能量。其输入的能量为环境流体经高压蒸发器降温所释放的热能。基本能量转换为流体中的热能转为动能。这正是本次申请的方案。

其做功原理为：设固定等份的高压功质对其高压液态相比所含的能量值为10，通过高效发动机产出6份动能，4份能剩于输出气中，制冷系统将此气体在冷凝包中将其冷凝为液态，根据热泵效率可大于1的理论，制冷系统的压缩机耗功可小于4，设耗功为3份，高压泵将其压入高压吸热蒸发器需耗功0.5份，则输出功为：6-3-0.5＝2.5，若发动机用于发电产生0,5份的热能，则输出的电能为2份。系统吸热做功可循环进行。

其用途为不用常规能源的水、陆交通工具和发电机、发动机、制冷机、空调机、抽水机等。在做功或发电的同时有制冷作用。实现用空气作车辆的能源，且在热天车内自然凉爽，不用安空调。这对解决能源危机及空气污染和变热有重要的意义。

附图说明

利用低温流体中的热能做功的动力设备，它能将低温流体中的热能转为动能。如图1，图中7是高压吸热蒸发器，有多排排管焊接而成，图中只画出一部分，18是它上部的贮气管，1是它的立式的吸热管，8是它的下部的贮液管；高压吸热蒸发器内盛低比热值、低沸点、低冷凝热的做功功质4；高压吸热蒸发器7和导气管17、气力发动机16、出气管15、绝热冷凝箱13、高压泵12、导液管3、换热器10、导液管9组成做功功质密闭循环系统；冷凝管11、压缩机5、蒸发器14、膨胀阀19组成为制冷功质密闭循环系统，其制冷功质为高比热值、高蒸发热、比4更低沸点的制冷功质，即制冷系统要能将做功功质冷凝且有最大的效率。高压泵12的输出管3，经和气力发动机和压缩机、高压泵的发热需散热的部分缠绕，共置于内填传热介质6的容器2中。

整个工作过程为：高压吸热蒸发器7中的高压做功功质，吸收通过它的低温流体的热量后，做功功质沸腾气化，蒸发成高压气体，通过高效的气力发动机16做功，做功后的气体功质呈低压冷气通过排气管进入低压冷凝包3，经制冷系统的蒸发器14冷凝为液态物质沉到下方由高压泵打出，吸收高压泵和压缩机、高效发动机的发热部分产生的热量后注入换热管10，在换热管中吸收制冷系统的冷凝器11的热量由导液管9进入高压吸热蒸发器下部的贮液管8。其中制冷系统的效率、发动机的效率、做功功质的低比热值、低冷凝热，制冷功质的沸点低于做功功质的沸点特性，被吸热利用的低温流体的温度大于做功功质在高压下的沸点是整个系统能自动运行的必要条件。也即气力发动机输出的能大于压缩机和高压泵所消耗的能，则整个系统就能自动运行且对外输出能。

具体实施方式

以金属排管上下放置，两端连接横管，多排排管的横管和其更粗的管8垂直连通，做成一个高压吸热蒸发器7。由上部最粗的贮液管18和导气管、气力发动机、排气管、冷凝包、高压泵、导液管、换热管及导液管连成一个密闭系统，安装上气压表、安全阀、排气阀、以及加做功功质的阀门，给冷凝包外部包上绝热材料，安好冷凝用的制冷系统；按常规制冷设备的操作加入制冷功质；对做功功质循环系统抽真空后加入做功功质，要求做功功质为低比热值、低沸点、低冷凝热的做功功质，且在高压蒸发器中的沸点比需利用的低温流体的温度低得多；制冷系统的制冷功质也要和做功功质的性能相对应，应为高比热值、高蒸发热、比4更低沸点的制冷功质。

若使用的做功功质是从气力发动机排出后自动膨胀降温为液态的理想功质，则以上所述的制冷系统可省略。系统简化为图2的情况。

Claims (2)

1.利用低温流体中的热能做功的动力设备，它能将低温流体中的热能转为动能。技术方案为，以多根金属排管(1)上F放置，两端连接横管，多排排管的横管和其更粗的管(8)垂直连通做成一个高压吸热蒸发器(7)；内盛低比热值、低沸点、低冷凝热的做功功质4，它的沸点比需吸热利用的流体的温度很低；冷凝管(11)、压缩机(5)、蒸发器(14)膨胀阀(19)组成制冷系统，其制冷介质为高比热值、高气化热、比4更低沸点的制冷功质，即制冷系统要有最大的效率且能将做功功质冷凝。整个工作过程为：高压吸热蒸发器(7)中的高压做功功质通过高效的气力发动机(16)做功，做功后的气体呈低压冷气通过排气管(15)进入低压冷凝包(13)，经制冷系统的蒸发器(14)冷凝为液态功质沉到下方由高压泵吸出，高压泵(12)的输出管(3)经和高压泵和压缩机、高效发动机的发热部分缠绕，共置于内填传热介质(6)的容器(2)中，吸收它们产生的热量后注入换热管(10)，在换热管中吸收制冷系统的冷凝器(11)的热量由导液管(9)进入高压吸热蒸发器(7)。其中制冷系统的效率、发动机的效率、做功功质和制冷功质性能，是整个系统能自动运行的关键。

其特征为，系统由吸热做功系统和制冷冷凝系统组成，高压吸热蒸发器由多根金属圆管组成；系统的气力发动机、压缩机、高压泵所产生的热及制冷系统的冷凝热都被高压泵打出的做功功质在进入高压吸热蒸发器前吸收，有专用的换热装置。

2.根据权利1所述的利用低温流体中的热能做功的动力设备，若使用的做功功质是从气力发动机排出后自动膨胀降温为液态的理想功质，则以上所述的制冷系统可省略。

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