CN101846046A

CN101846046A - 水动机

Info

Publication number: CN101846046A
Application number: CN200910129765A
Authority: CN
Inventors: 雍占锋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-09-29

Abstract

本发明属于一种热力循环方法或热能动力机械；尢其是利用水蒸发制造冷源，利用环境做为热源的一种热力循环方法或一种热动力循环系统，包含具体实现这种循环的机器，该机器可以做为原动机拖动其它机器或发电机发电。该机器由外力驱动一周后，即可自行转动输出轴功，只需要保证该机器下面有水即可连续转动。转动时由于重力，行星筒内的液体给旋转轴一个力矩，行星筒内的工质依次经过冷凝形成负压从中心筒吸入工质，工质吸取环境热量蒸发，形成正压力，将工质压入中心筒，行星筒外的吸水毡吸水蒸发温度降低，行星筒内工质冷却压力降低，再吸入工质，完成一个循环，机器实现循环转动。

Description

水动机

技术领域

本发明涉及一种热力循环方法或热能动力机械。尢其是利用水蒸发形成冷源，利用环境做为热源的一种热力循环方法。

背景技术

人类依赖化石燃料长期以来造成了全球温室效应，海平面上升，而世界上最发达的地区绝大部分处于低海拔地区及沿海地区。化石燃料不但造成温室效应海平面上升严重威胁最发达地区的安全，而且

和

的排放造成了大气的严重污染。

“未来全球的碳交易市场规模将达到每年2000亿到2050亿美元，而中国将占到1/4。”中国环境与发展合作委员会外方委员、美国环保协会首席经济学家杜丹德如此预测中国碳交易的前景。这意味着未来中国每年可以实现碳交易500亿美元。

碳交易是全球近几年的新兴交易品种。在《京都议定书》框架下建立起来的清洁发展机制，允许有减排责任的发达国家向发展中国家购买减排指标，以完成自己的责任。目前发达国家产生一吨碳减排的费用是80-90欧元，而在发展中国家，其费用是8-10欧元，因此，发达国家很愿意向发展中国家购买温室气体排放份额，可见水动机在发电的同事，可以出让碳排放取得收益。

随着化石燃料的枯竭，人类不可能一直依赖化石燃料生存；而传统意义的风电和水电都只能做为电力消耗的一小部分；核电市场前期投入很大，世界上很多发达国家先是大力提倡，后又因安全性受到民众反对而停滞。

所以发明一种新型的热力循环系统，能鸲解决全球温室气体排放所带来的负面影响，又能突破水电、风电的地理限制条件，又不使人们面临核威胁就非常的重要。

现在公知的瓦特发明蒸汽机将人类推进到了工业革命，但是科学史上蒸汽机是瓦特改良后才第一次被产业接受的。根据这个启示，也根据中国古代的饮水鸟玩具这一现象，根据笔者的专业知识，将饮水鸟进行改良，主要突破有两点。一是将饮水鸟的摇摆运动改良成了圆周运动，二是将饮水鸟将所有液体汽化后排出改良为只需要汽化一部分而将液体排出。另外虽然笔者计算循环效率时采用了卡诺循环，但是笔者认为饮水鸟的循环应当还利用了另一种能量，就是物质浓度不平衡也是一种能量，只不过这个能量可能较小，也有可能已经算到汽化潜热中去了。以上意见提供给同行，以供以后改进时参考。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用廉价的物质产生动力的一种办法；包括利用人造冷源和环境作为热源和利用这种微温差产生机械能的方法或机器。

热力学第二定律为：不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响；这是从能量消耗的角度说的，它说明第二类永动机是不可能实现的。从表面上看水动机违背了热力学第二定律，水和空气为等温的同一热源，但正是这种假象，加上人们对热力学第二定律的认识的不彻底，一直致力于利用热源而不是寻求冷源，才造成了自1781年瓦特制造了从两边推动活塞的双动蒸汽机的200多年以来，虽然发生了两次能源危机，水动机还没有被发明出来。

水动机的热源为正常的环境，而冷源为水蒸发造成的低温，水动机的产生突破了常规使用燃料产生热源，而是反其道而行产生冷源；同样符合热力学第二定律，而且和化石燃料燃烧发电相似，她耗费了另一种物质----水。所以水动机是完全建立在科学基础之上，而且实验模型也正常运转起来并连续运行，直到把水耗尽才停下。水动机开创了完全可再生资源的新的利用途径，水动机开创了冷源能量利用的先河。从火力发电的全球观念出发，火力发电的循环实际上是，太阳能---光合作用---碳---燃烧---热能。水动机的循环是，太阳能---降雨---蒸发---热能。虽然水蒸发的能量密度低于碳燃烧，但是水循环在自然界的速度却非碳循环所能比拟。

当今使用的蒸汽动力系统不太可能使用温差只有5摄氏度的这种能源，所以为了能够使用这种循环，还必须让这种小温差能够在一种特定的装置中产生出机械能来。很明显使用正常的类汽轮机根本无法办到。水动机使用了易汽化或易挥发液体做为工质和热管技术，而且利用了重力差和压力差驱动我们的水动机进行转动。

地球上资源最多的莫过于空气，其次是水，而水动机直接使用了这两种资源。因水蒸发而对环境造成的影响为：气候湿润、降雨量增加、全球温度微弱的下降；正好拟补了数百年来人类依赖化石燃料造成的温室效应和沙漠化。地球上主要的电力市场都处于沿海地区，这些地方降雨量大，水资源非常丰富，另外水动机也可以直接使用海水。

25摄氏度时水的汽化潜热为2435kj/kg，

焦耳，水动机几乎处于定温放热循环，1kg水蒸发相当于0.676度电加热水时所产生的热量，按一般水蒸发在较潮湿地区(如南方地区)，一般能达到4～10℃的明显降温效果。特别炎热干燥的地区(如北方、西北地区)，降温幅度能达到8～15℃；按5度计算卡诺循环热效率

按6度计算为

如果发电效率为1.6％(目前大型火电机组效率35％左右)，那么1吨水能发10.8千瓦时的电。传统的火电机组60万的机组一天耗水量达到6000吨；换算为水动机，一吨水产生10千瓦的电，6000吨发电量也为6万千瓦，可见水动机耗水量与传统的火电机组相差只一个数量级；而不使用燃料，只使用水。如果1吨水成本0.4元，1度电为1元，一吨水由0.4元变为10元，翻了25倍。可见水动机具有巨大的使用价值和社会效益。即使循环效率只有1.6％，水动机一吨水产生10度电，成本价为0.04元kWh，水动机具备与核电和火电市场竟争力，特别是发电厂在海边或江边时，每吨水成本低于0.4元。(附：风电上网电价(元/kWh)；浙江鹤顶山1.100，辽宁东岗、辽宁横山、河北张北1.000，新疆达坂城0.860，广东南澳0.770，内蒙古辉腾锡勒0.713，海南东方0.630，核电上网电价约为0.414元/千瓦时，火电上网价格约为0.36元)。水动机能够做为一种替代常规发电机组的最低限度为，一吨海水发一度电，而这种效率则会低于0.16％，而正常的理论效率则比这个下限高出10倍为1.6％。

不论是从经济性还是环境效应方面考虑，水动机都是今后电力市场最有竟争力的一种技术。市场将会得到国家补贴风电一样的电价补贴，碳排放出让权的收益则是该行业额处得到的。而且，要得到相同的电力，不但不消耗燃料而且冷却水的消耗也只是相同容量的火电机组和核电机组的10倍，而水的价格却只有煤的价格的1％左右。所以水动机是非常有潜力的一种能源利用方式。

水动机的另一大用途是用作冷却塔或类冷却塔的冷却机构上。由于水动机不断的蒸发水，水动机下部水池的温度理论上可以下降到0摄氏度，所以水动机可以替代冷却塔。工业上广泛使用的冷却塔冷却效率没有水动机高，而且通常要有水泵和风机驱动，而水动机本身就可以驱动冷却，本身是一种非常有效的冷却机，当然也可以用水动机再带动风机进行冷却。

水动机与水动风机的区别：目前市场上用在冷却塔上的有一种水动风机，此类产品原理是利用循环水的余压驱动风机，要想利用这种技术，循环水泵就得多耗功，其实循环是：电---水流动---风流动，其间有两次能量转化。与本文所述水动机有根本的区别。

另外水动机可以替代加湿器，水动机的高效水蒸发另一方面本身就是很好的加湿器，现有的各种超声加湿器使用电能，产生对人体有害的超声波，而水动机是一款环境友好的产品。当水动机内循环工质采用无毒的工质(如水)时，完全可以用在室内做为一种安全新颖的加湿器。当然水动机夏季还可以用来给室内降温，作为空调的一种。

本发明的优点：

1、本发明不用燃料就可实现转动，与风电水电相比受资源限制较少，而且对环境友好。

2、本发明与汽轮机相比只需要一般的抗腐蚀材料制作，由于温度较低利用的材料较为便宜。

3、本发明与传统火力发电机比不需要锅炉等一大批机器形成的庞大系统，只需要简单的机器即可产生动力。

4、本发明是一种环境友好产品，大量使用会减少有害气体的排放，实现有利于环境排放，如果大量使用会降低温室效应的产生。

附图说明

图1为水动机热力循环原理，(1)为中心筒，一般为圆柱形容器，内装易气化液体，如酒精、二甲醚、乙醚、四氯甲烷或水；中心筒内压力可以是大气压也可以大于大气压，当然也可小于大气压，如果里面是水的话，为了保证在常温下就可以气化，中心筒中压力小于大气压，此压力适合常温下水气化。(2)为行星筒，一般为球形或圆柱形容器外包吸水毡(3)，吸水毡一般为吸水材料制作如毛毡等，行星筒一般会较中心筒小，中心筒(1)上沿圆周连接多个行星筒(2)这样的容器，并各自用一根连通管(4)连接起来，连通管(4)连通中心筒(1)与行星筒(2)，并且连通管(4)伸进中心筒(1)和行星筒(2)，如附图1所示，连通管(4)进入中心筒(1)的长度以能保证浸入液面为准，连通管(4)进入行星筒(2)的长度以让连通管(4)与行星筒(2)内壁之间留有缝隙让液体自由流通，并且这个距离以保证行星筒(2)转到(C)位置时排不出的液体越少越好。(5)为水池，也可以是湖也可以是海平面。(6)为轴承。一般水池(5)液面高度以行星筒(2)在(C)位置时能浸入水中为准。

具体实施方式

如附图1所示，启动时先用外力驱动旋转一周后，机器即可转动起来，只需要在水池(5)中不断的加水维持液面高度即可维持机器一直转动下去；行星筒(2)在(A)位置时刻里面充满液体，由于重力的原因，行星筒(2)中工质给旋转轴一个力矩让旋转轴转动；在行星筒(2)从(F)位置通过(A)和(B)转动到(C)过程中，这种力矩一直存在，在(B)位置行星筒(2)内工质开始气化；当转到(C)位置时，行星筒(2)浸入水中，行星筒(2)从外部吸热里面液体气化，将液态工质排入中心筒(1)中；行星筒(2)连续转动走到(D)位置时，由于行星筒(2)外面吸水毡(3)上的水不断蒸发，行星筒(2)在(D)位置温度开始降低，在从(C)开始通过(D)和(E)转动到(F)过程中水蒸发使行星筒(2)中工质的温度不断降低，工质开始冷凝，气压降低，到达(F)位置时吸入的液体逐渐增加；再往下转，行星筒(2)回到了(A)位置，完成了一次循环，机器实现循环转动。

在调节合适的工质和合适的中心筒(1)和行星筒(2)的压力条件下，这种转动输出功会达到最大值，转动速度也有一个最佳值。水动机不是永动机，只是利用了水蒸发形成的冷源，以环境温度为热源的一种热力循环方法。关键是合适的工质和合适的压力还有连通管(4)伸入中心筒(1)和行星筒(2)的长度，形成循环。为了同轴安装增加单机的功率，中心筒(1)和行星筒(2)可以是很长的圆筒；为了制造和维修方便，中心筒(1)和行星筒(2)可以制做成类似多级水泵的级那样，同轴安装多级。

Claims

1.一种热力循环方法，其特征在于利用环境做为热源，利用水蒸发制造冷源的一种热力循环方法，并含有利用这种微温差转动的机器，该机器做为原动机，该机器有以下部件并有以下特征：中心筒(1)一般为圆柱形容器，内装易气化液体，如酒精、二甲醚、乙醚、四氯甲烷或水；中心筒内压力可以是大气压也可以大于大气压，当然也可小于大气压，如果中心筒里工质是水的话，为了保证在常温下就可以气化，中心筒中压力小于大气压，此压力适合常温下水气化，行星筒(2)一般为球形或圆柱形容器外包吸水毡(3)，吸水毡一般为吸水材料制作如毛毡等，行星筒一般会较中心筒小，中心筒上沿圆周连接多个行星筒并各自用一根连通管(4)连接起来，连通管连通中心筒与行星筒，并且连通管伸进中心筒和行星筒，连通管进入中心筒的长度以能保证管口浸入液面为准，连通管进入行星筒的长度以让连通管与行星筒内壁之间留有缝隙让液体自由流通，并且这个距离以保证行星筒转到最低点位置时排不出的液体越少越好；水池(5)，一般水池液面高度以行星筒在低点位置时能浸入水中为准，轴承(6)；启动时先用外力驱动旋转一周后，机器即可转动起来，只需要在水池(5)中不断的加水维持液面高度即可维持机器一直转动下去；行星筒(2)在(A)位置时刻里面充满液体，由于重力的原因，行星筒(2)中工质给旋转轴一个力矩让旋转轴转动；在行星筒(2)从(F)位置通过(A)和(B)转动到(C)过程中，这种力矩一直存在，在(B)位置行星筒(2)内工质开始气化；当转到(C)位置时，行星筒(2)浸入水中，行星筒(2)从外部吸热里面液体气化，将液态工质排入中心筒(1)中；行星筒(2)连续转动走到(D)位置时，由于行星筒(2)外面吸水毡(3)上的水不断蒸发，行星筒(2)在(D)位置温度开始降低，在从(C)开始通过(D)和(E)转动到(F)过程中水蒸发使行星筒(2)中工质的温度不断降低，工质开始冷凝，气压降低，到达(F)位置时吸入的液体逐渐增加；再往下转，行星筒(2)回到了(A)位置，完成了一次循环，机器实现循环转动。

2.根据权利要求1所述的方法，中心筒(1)和行星筒(2)可以是很长的圆筒；中心筒(1)和行星筒(2)可以制做成类似汽轮机的级那样，同轴安装多级。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于利用环境作为热源，利用水蒸发形成冷源的热力循环方法。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于中心筒(1)和行星筒(2)内的压力根据工质的沸点和气压的关系进行控制；在机器工作的环境温度和压力下，容器内的工质在沸点附近。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于行星筒(2)中工质在低点，温度升高工质气化压力增加，将液态工质压入中心筒(1)中；行星筒(2)中工质在高点外部吸水毡(3)上的水蒸发温度降低，行星筒(2)内工质冷凝形成负压，在高点从中心筒(1)中吸入液态工质。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于利用外部吸水材料上的水蒸发形成的温差使行星筒(2)内的工质进行蒸发和冷凝形成压力差，这种压力差使行星筒(2)中工质进行蒸发和冷凝。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于利用工质自身的重力对轴形成的扭矩使转子转动。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于利用该机器水蒸发造成的低温，作为冷却塔或水冷空调或冷气机。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于利用该机器水蒸发造成的周围空气湿度的增加，作为空气加湿器。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于连通管与中心筒和行星筒的位置关系，一个中心筒连接多个行星筒，并且连通管伸入中心筒管口浸入液面下，连通管伸入行星筒内部仅留有液体自由流通的缝隙。