CN101881194A - 一种获得清洁能源的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于利用热能用以获得清洁能源的方法和装置类。本装置由制冷机组、气体液化装置、液体泵、液体储存容器、热能交换容器、双向气缸及联动曲轴(或汽轮机)、管道、控制阀构成。其特征在于利用气体在临界温度以上必定完全气化的自然规律，创造条件将气体液化后与另外易得到的常温或高温的气体或液体充分交换热能，同时限制该气体重新气化时的空间体积以换取高压气体用以驱动机械设备。本发明构造简单，功能显著，能为经济活动提供所需的能源，经济效益和社会效益都十分显著。

Description

一种获得清洁能源的方法和装置

技术领域

本发明属于利用热能用以获得清洁能源的方法和装置类

背景技术

现代制冷技术的发展使得人类通过付出一份能量而搬运多份相应对等热能的愿望成为现实，这种现象在其专业术语上称之为能效比，随着制冷技术的进一步发展，能效比还在不断提高，这为利用其间的能量差额提供了空间。

现代工业已经能够生产超高压的容器。

机器制造业和自动化技术的发展已经可以制造出精确而复杂的巨大机器设备并被人类所操纵。

清洁能源已经成为当今时代的潮流和趋势。

常温物体的热能一直无法有效的利用，我们称之为废热，但世界充满了常温的物质，将其转化为实际可用的能源将打开人类改造自然界能力的一个全新的境界。人类现在利用的水能、生物能(石油、煤、天然气)、风能、太阳能无不是来源于太阳的照射。但是水能受到地势和天气的制约、生物能总有耗尽的时候、风能来去无定、太阳能电池效率以及占地面积一直是个大问题，所以如何通过一种方式能够在地球上的任意地点恒定的吸收太阳赐予我们的能量并把它转化为实际可用的能源一直是令人头疼的问题，本发明解决了这个问题，只要太阳还在燃烧并照亮大地，它就能给地球上所有的表面物质加热从而提升物质温度，而这其中蕴含的热能就是太阳赐予我们的无穷能源。这一切均为本发明的实施创造了良好的条件。

发明内容

一种获得清洁能源的方法和装置

本装置由制冷机组、气体液化装置、液体泵、液体储存容器、热能交换容器、双向气缸及联动曲轴(或汽轮机)、管道、控制阀构成。

其特征在于利用气体在临界温度以上必定完全气化的自然规律，创造条件将气体液化后与另外易得到的常温或高温的气体或液体充分交换热能，同时限制已液化的气体重新气化时的空间体积以换取高压气体用以驱动机械设备。

在物理热力学中气体的临界温度存在这样一种变化，即在临界温度以下区间内温度越高所需压强越高，同时温度高于临界温度后气体无论怎样加压都无法被液化。我们不妨反过来这样思考，我们只需要将液化前的体积空间待到气化时缩小到需要的比例，那么通过提高温度就能得到更高压强的气体，该压强具有的能量可以用来驱动机械设备满足我们生产生活的需要。而更重要的是气化所需的温度往往是我们很容易得到的，比如以二氧化碳举例，该气体在零下20摄氏度时液化所需的压强是19.69公斤，在15摄氏度时液化所需的压强为50.87公斤，我们在前一种条件下液化了一定摩尔质量的二氧化碳，在气化时我们把空间体积缩小2.5倍，假定原先液化时气体的空间体积是25立方米，等到再气化时原先的气体空间体积已经缩小为10立方米，那么可以肯定只要温度升高到15摄氏度以上而不是原先的零下20摄氏度，那么在10立方米的体积内必定得到已经完全气化了的50.87公斤压力以上的二氧化碳气体，而要得到高于15摄氏度的液体或气体来进行热交换(即热量来源)在自然界中是非常容易的，比如地球赤道附近的大气热能或海水温度。接下来我们将高压的二氧化碳气体通过气缸做功将原先增加的31公斤左右的压强转化为机械的动能，得到20公斤压强左右的气体，再将其冷却液化，这样一个循环就完成了，我们理论上得到了31公斤压强转化成的动能。该动能在实际应用中扣除补偿制冷机组的能耗及其他一些泵和控制阀以及热交换装置的能耗后将会有很高的剩余(其重要原因在于制冷机组的能效比)，这些剩余的动能通过驱动其他机械设备即可产生经济效益。

以上的举例仅仅是列举了二氧化碳的例子，在实际应用中有很多常温的气体可以用来作为气体介质。比如氮气也是一种很好的气体介质，它的临界温度比二氧化碳更低，达到了零下147.05摄氏度，这样我们平时觉得根本无法利用的一些废热都会显得非常的有利用价值。地球上任何的大气温度和海水温度以及其他废热都能使它超越临界温度而完全气化，那么理论上只要在气化环节限定的空间足够小，那么我们就可以获得足够大的压强，比如液态氮是多少体积我们不变化，直接通过升高温度将其完全气化，那么我们将得到与原先正常气化后体积倍数成正比的超高压强。由于氮气的计算比较复杂，在这里就不详加叙述了，相信大家能理解其中的道理。

接下来我们探讨一下为何能得到驱动机械设备所需的足够压强，即能量来源于何方？原因是必须有来源方便且源源不断、无穷无尽的热能，这些热能有时看上去是无法被利用的，比如大气的热能、海水的温度、燃烧后产生的废热等等，这些热能的特点是温度较低，极度分散且无法集中。于是通过循环气化及液化气体并在气化环节重新设定空间体积的方法就可以充分的利用大自然中这些热能。在气化环节改变空间体积后完全气化的条件就是升温到一定程度，庆幸的是很多气体的临界温度与常温比起来还是很低的，比如说上述的二氧化碳的临界温度是31.4摄氏度，氮气为零下147.05摄氏度。这就为利用大气热能或者海水的热能以及其他的废热提供了巨大的温差条件。也就是说通过热交换使得二氧化碳或氮气的温度高于临界温度而完全气化(即无论如何不可能是液态的了)，同时预先限定好气化后的空间体积，那么我们将获得很高的压强气体，它的的压强能量来源于大气热能或者海水的热能以及其他废热的热能提供。而这种热源最终来源于太阳，是无穷尽的且免费的，唯一的限制条件就是需要太阳永恒的每目照射大地。

具体实施方式

以下对本发明以二氧化碳为例说明如下：

首先启动制冷机组，制冷机组的蒸发器(制冷)位于气体液化装置(须有保温措施)中，于是该装置中的二氧化碳气体物质开始冷却。由于该装置中的气体压强已经是20公斤，于是当气体温度达到零下20摄氏度时，气体开始被液化。液化后的二氧化碳液体向下经管道流入底部的液体泵，这里需要注意的是液化了的二氧化碳在进入液体储存容器之前不能有静止平铺的状态出现，这样可以保证它的液化潜热无法彻底释放出来从而使得制冷机组的能耗始终保持在合理水平。液体泵与制冷机组联动，它们的开和关将与气体液化装置中的气体压强是否符合要求值挂钩。液体泵会迅速将液体抽送至液体储存容器(须有保温措施)，液体储存容器中有气态和液态的二氧化碳，气态二氧化碳通过顶端的出口及压力控制阀和管道与热能交换容器连接，液态二氧化碳经过另外一个受控的液体泵(以热能交换容器内的压力是否达到要求值来决定开和关)输送到热能交换容器，在这里与大气或海水或其他废热进行交换直至15摄氏度(这在夏天或热带完全可以做到)，那么此刻热能交换容器内的压力最大可以达到50.87公斤，热能交换容器的开和关会与容器内二氧化碳的温度是否达到15摄氏度挂钩。通过管道将热能交换容器与双向气缸或汽轮机链接，下面就双向气缸的作用机制做简单表述。气体压力在气缸内做功后保留在20公斤，由于是双向的，因此每一次单向的做功都会将另一方20公斤压力的尾气排出气缸，通过管道重新回至气体液化装置中。当然这个双向气缸是有进气和出气的气门用以控制进气量和进气、出气时间的。最后气缸的往复运动通过曲轴带动机械设备运转。由于汽轮机的原理比较复杂，这里不再表述，只是必须提到汽轮机做功后的尾气压力也必须保持在20公斤，原因相信大家都能明白。

当然如果以二氧化碳作为气体介质那么双向气缸可能更适合，因为它的临界温度已经高于30摄氏度，考虑到全球气温及海水温度的实际情况，我列举了15摄氏度的应用范例，这样的应用的缺点在于最终的高压没有达到峰值，也就是说气体介质的潜能没有完全发挥出来，如果改用氮气情况将大为改善，可以得到超高压强的气体，最终可以采用汽轮机驱动，但对设备的要求也相应的增强。

Claims (1)

1.一种获得清洁能源的方法和装置，其特征在于，采用将气体液化后再吸收热能重新气化并在液化环节和气化环节设定不同的空间体积大小以获得高压强的气体用以驱动机械设备。