CN104854344A - 压力单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能量转换和生成系统，特别涉及一种利用工作流体中的压差生成和转换能量的单元。所说明的压力单元包括设置在闭合回路中的冷凝器和气化器，该冷凝器保持在相对气化器较低的温度下，该气化器保持在相对冷凝器较高的温度下。工作流体在闭合回路中循环流动，该工作流体在所述冷凝器和所述气化器中具有不同的平衡蒸气压，根据各自的状态函数，不同的平衡蒸气压代表两种不同水平的弹性势能。这在所述冷凝器和所述气化器之间产生压差。功提取系统设置在气化器的出口与冷凝器的入口之间，用于将弹性势能/压差转换为动能。另外还说明了本发明的其它实施方式。

Description

压力单元

本发明的技术领域

本发明涉及能量转换和生成系统，特别是涉及一种利用工作流体中的压差生成和转换能量的单元。

背景技术

尽管努力节省能源，但是全世界人类仍然在继续消耗越来越多的能量。出于对通常存在的全球变暖、污染、矿物燃料有效性降低和能量成本高的问题的考虑，人类在提供清洁、可再生和低成本能源，及提供转换能量方法方面做出了非常大的努力。虽然一些例如是风能和太阳能的清洁能源是可利用的，但是还存在大部分仍未被利用的其它能源，例如废热。例如，许多能量生成系统利用蒸气轮机，但却没有在废蒸气中提取有价值的能量。

此外，许多已知的能量生成系统仅在以非常大的规模建造的条件下才是实用的和有效率的。

因此，需要一种改进的用于生成和转换能量的清洁、性价比高、效率高的单元，该单元可被设计为各种尺寸，包括小型系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的用于生成和转换能量的单元。

本文件在“利用压差产生动力”的系统(该“压力系统”在申请号为PCT/CA2013/xxxxx的共同未决专利申请中进行说明)的基础上，说明了一种动力单元(以下称为“压力单元”)，其中，“蒸气回收单元”(即“冷子系统”)中与“热回收单元”(即热子系统)中不同的状态函数⁽¹⁾，使工作流体的性质能够被利用，该工作流体由通常是有机的化合物制成，该化合物以低标准沸点(N.B.P.)为特征。这是通过在两个子系统之间产生压差实现的，该压差能够从“功提取单元”中提取功(即动力生成)。

■压力系统的模式

如图1所示，该压力系统100通常包括一个循环，在该循环中，工作流体在位于冷子系统105和热子系统110之间的闭合回路中循环流动，在该循环中，工作流体被分别储存，并被分别保持在较低和较高的环境温度下。该种结构使得工作流体在各自的子系统105、110中呈现不同的平衡蒸气压⁽²⁾，这使得工作流体的气体形式表现出不同的弹性势能水平，因此在两个子系统105、110之间产生压差，该压差能够被用于提取功。

■压力单元的路径

图2示出了压力单元200的示例性框图，该压力单元200包括一个循环，在该循环中，工作流体在位于蒸气回收单元205(即冷子系统105)和热回收单元210(即热子系统)之间的闭合回路中循环流动，其中，工作流体在蒸气回收单元205中被液化，该液体在热回收单元210中被气化，该循环分别将工作流体保持在较低和较高的环境温度下。该种流动方案使得该系统的状态函数在冷子系统105和热子系统110设备的组件中不同：物质性质变化及由此产生的工作流体的不同水平的弹性势能(即在不同的环境压力中)，这相当于产生了压差使得该闭合回路中的功提取单元215能够产生动力。

因此，该“压力单元”200的主要目的是通过提取功产生动力，这可以但并不局限于是工业设施，该工业设施例如是能够发电的发电站。因此，该种压力单元200的结构设计主要包括三个特定部分，这三个特定部分分别执行：

●利用及/或回收来自“热回收单元”210的周围环境中的热能(即周围温度⁽⁵⁾)，及该热能被转换成工作流体的弹性势能(通过液体物质的气化)，该工作流体根据由周围温度产生的环境温度以特定的平衡蒸气压储存在该热子系统110中。

●在“功提取单元”215中产生动力，这是利用热子系统110和冷子系统105之间，由于在所述子系统105,110中相遇的工作流体的不同平衡蒸气压导致的压差实现的。由功提取单元215提取的动能例如可通过发电机或者交流发电机220转换为电能。

●处于蒸气形式的工作流体回收进入“蒸气回收单元”205中，在此，较低的环境温度导致该冷子系统105中具有不同的平衡蒸气压，该平衡蒸气压对应较低的环境压力并使工作流体能够重新液化。

用于形成这三个部分的各种方法对于本领域技术人员而言将是明显的，不同的方法将形成不同的结构框架或者实施方式，这使得能够在不脱离本发明基本思想的基础上发展该种技术。

设计

图3所示的压力单元300的实施例包括一些特别设计的部件，这些部件主要包括：

A).“热回收单元”310(即热子系统110)，该热回收单元310包括压力容器，该压力容器能够储存工作流体起到换热器的作用，该换热器通过热传导流体(例如环境空气、蒸气及/或液体)加热工作流体，并引起部分液态工作流体气化，进而将周围热能转换为所述蒸气中的弹性势能。

因此，该热回收单元包括：

(i)环境热收集器325：

通常由一系列换热器形成，该环境热收集器325使在热回收单元310中使用的热传导流体循环流动，以在所述热传导流体和周围温度⁽⁵⁾之间进行热交换，该周围温度或者直接来源于周围区域或室内温度，或者来源于外部热能源的利用，或者两者兼具(在此情况下压力单元300成为混合单元)。优选地，该环境热收集器325的尺寸可以将热传导流体保持在接近或者略高于ISCM⁽⁶⁾的环境温度下。也可利用鼓风机330增加经过该环境热收集器325的环境空气的流量。

(ii)预加热器335：

一旦周围温度不恒定及可能引起周期运行，气化器340中工作流体的环境温度将不足以产生所需体积的加压蒸气(即环境压力)，这就可以使用一个作为补充的热收集器(可以使用煤气燃烧器345提供额外的热能)，以对热传导流体进行预加热。

(iii)气化器340：

在热子系统中储存有工作流体的储存容器不仅作为换热器使用，而且还作为气化器装置⁽⁷⁾使用，其中，作为换热器使用是利用上述热传导流体将其环境温度保持在接近ISCM，作为气化器装置使用是能够使工作流体变相⁽¹⁰⁾，并且是从液体转变为加压气体，进而将外部热能转换为内能(一部分内能形成引起压力增加的弹性势能，而压力增加将导致与冷子系统105之间产生压差)。

但是，应当注意的是，在外部热源是可利用的情况下，该外部热源也可被用作热传导流体，用于直接或者间接加热工作流体，以使气化器340中的工作流体保持在接近或者略高于ISCM的环境温度下，在此情况下，可去除热回收单元310中的环境热收集器325及/或预加热器335。

另外，可能需要泵350使热传导流体循环流经环境热收集器325、预加热器335和气化器340。

B).“功提取单元”315，该功提取单元315设计为利用所述压差并将该压差转换为更多方便利用的功：

a.以通过推动和使可移动表面产生位移(可以是图3所示的气体分配器360和液压气动缸355系统，转叶式马达或者空气涡轮机)，使被热回收单元310排出的气态工作流体的环境压力在可膨胀的压力容器上施加压力的方式。这接下来与液压分配器365和发电机220配合，以将功转换为动力生成(例如电)。

b.通过将加压蒸气释放至冷子系统105中的方式。

C).“蒸气回收单元”305(即冷子系统105)，该蒸气回收单元305包括三个元件，这三个元件相继地使由功提取单元315排出的加压蒸气恢复为液态⁰：

(i)膨胀室370：

该膨胀室370可包括压力容器，加压蒸气在该压力容器处从功提取单元355中向外排出并自由膨胀。该自由膨胀过程⁽⁸⁾通常是等熵的，无需外部能源。

该过程使气态工作流体自然冷却，这将产生与物质性质相关的冷环境温度，该冷环境温度接近范围通常在-20℃(-4°F)和-80℃(-112°F)之间的露点温度，并将使部分工作流体重新液化。

(ii)真空泵375：

该气态工作流体随后在真空泵375(例如是液环泵，液态工作流体在该液环泵中形成压缩腔密封，或者是更简单的旋转叶片泵)的作用下，从膨胀室370重新导入储存容器中，该真空泵375从膨胀室370中抽出蒸气，并将抽出的蒸气注入至储存容器/鼓泡冷凝器380中。

该注入过程使得气态工作流体被少量压缩，进而引起大部分所生成的饱和蒸气液化。另外，该过程将膨胀室的环境压力保持在计示压力在0.1bar至2bar之间。

(iii)鼓泡冷凝器380：

为使蒸气恢复为工作流体的液相，该过程通过使最少量的剩余饱和蒸气在穿过已经存在于冷储存容器中的液态工作流体时鼓泡的方式完成(因此被称为是“鼓泡冷凝器380”)。该操作引起直接接触式热交换，实现蒸气的液化。

该液态工作流体随后被以基本相当于其标准状态函数的冷环境温度和环境压力储存在冷子系统105中，直到它被泵385泵回至热回收单元310，完成循环并重新开始该进程。

■工作流体的选择

由上可知，该压力单元300依赖以下与工作流体相关的三个过程的性能：

-气化；

-功的提取；

-液化。

所有这些主要是利用工作流体的物质性能实现的，该工作流体的N.B.P.和参考值使得冷子系统中和热子系统中具有不同的状态函数，这是由工作流体的以下物理性能决定的：

挥发性

使物质气化的趋势^{错误！未找到参考资源}。

膨胀系数

该挥发性引起体积的明显增大错误！未找到参考源。

气/液平衡

该工作流体自然地气化/冷凝直至在其气/液平衡⁽¹⁴⁾点“饱和”。

标准状态函数

该参考值是标准沸点⁽¹⁵⁾。

临界点

相界线在该临界点消失⁽¹⁶⁾。

物质性质

该工作流体一般由化合物形成，通常是有机物或者制冷剂，以根据环境温度和环境压力而改变物质状态由气体转变为液体及由液体转变为气体的可逆相变为特征。

许多化合物和制冷剂混合有其它化合物。该混合物的性质可以通过改变成分所占的比例而轻易地改变。在许多国家，将制冷剂作为工作流体是有规定的。制冷剂是传统的氟碳化合物，特别是氯氟碳化合物，但是这些制冷剂由于其臭氧消耗效应正被逐步淘汰。现已在各种应用中使用的其它普通制冷剂是近共沸混合制冷剂(像是R-410＝HFC-32/HFC-125)、三氟甲烷、氨、二氧化硫和无卤烃。当然，也可采用其它标准化合物和有机物质替代，例如丁烷、丙烷或甲烷，或者氮和氧的化学元素，以及例如是一氧化二氮和二氧化碳的化合物，新的工作流体可以设计为具有使压力系统的特定设计方案达到最优的性能(例如在能够使冷子系统和热子系统获得更低或者更高的环境温度的情况下，仍然能够提供类似可行的环境压力)。一些合适的工作流体的性质在以下的“术语和数据”中列出。

■能源

在热子系统110中

该热子系统110的环境温度或者直接由周围区域温度或室内温度产生，或者由外部热能源产生，包括但不局限于：

●从以下组中选择的远程绿色能源的重新导入，该组包括来自大气的环境温度(直接周围或者非直接周围)，地热，太阳能，生物质能，燃料电池，例如是海洋、湖泊、河流、海床、含水层或地下水资源的水流，来自矿井中地下的热量梯度，并因此远离压力单元。

●像是商业或者工业废水和热回收系统的废能。或者，

●进一步通过能够以丙烷、天然气、矿物燃料等作为燃料的外部加热器、锅炉或者气化器，电池或者电。

剩下的唯一条件是获得能够在热子系统110和冷子系统105之间产生用于提取功的足够压差的状态函数。

在冷子系统105中

在冷端，自由膨胀的过程能够使工作流体自动冷却。该过程几乎是等熵的，因此，基本不需要外部能源，就可以使冷子系统的环境压力自然地保持在计示压力为0.1bar至2bar之间(接近大气压力)，并接近N.B.P.温度。

事实上，该压力单元300仅需要一候补装置，该候补装置能够在任何情况下(例如当压力单元300出于任何原因不工作的情况下)，通过利用作为补充的单独的冷却源或者装置使储存容器(即鼓泡冷凝器380)保持在这标准环境温度下。

需要注意的是，驱动这些消耗能量的补充装置(冷却系统和真空泵375)所需的能量可由压力单元300的产出提供，因为，该部分能量仅占功提取过程的非常小的百分比。

另外，需要注意的是，当将二氧化碳作为该工作流体时，蒸气回收单元305中保持的最小计示压力应当大于5bar，以能够将物质由气相转变为液相。

在理解以下附图和具体说明的基础上，本发明的其它系统、方法、特征和优点对于本领域技术人员而言将是或者将变的明显。意思是所有附加系统、方法、特征和优点均包含在本描述中并包含在本发明的范围内并被权利要求所保护。

附图说明

以下将结合附图详细说明本发明，以能进一步理解本发明。

图1示出了根据本发明一种实施方式的压力系统的概念图；

图2、图3和图4示出了根据本发明压力单元的各种实施方式的方框原理图；

图5示出了根据本发明一种实施方式的热回收单元的方框原理图；

图6示出了根据本发明一种实施方式的热回收单元的细节图；

图7示出了根据本发明一种实施方式的热收集器的挤压管的横截面图；

图8示出了根据本发明一种实施方式的包括一连串挤压管的换热器板的细节图；

图9、10和11示出了根据本发明一种实施方式的换热器板的挤压管的帽和密封的细节图；

图12示出了根据本发明一种实施方式的功提取单元的原理图；

图13示出了根据本发明一种实施方式的双作用液压气动线性致动器的原理图；

图14A和图14B示出了根据本发明一种实施方式的空气分配器的剖面图；

图15示出了根据本发明一种实施方式的液压整流器的原理图；

图16示出了根据本发明一种实施方式的例示性蒸气回收单元的原理图；

图17示出了根据本发明一种实施方式的真空泵的剖视图；

图18示出了根据本发明一种实施方式的鼓泡冷凝器的剖视图；以及，

图19示出了根据本发明一种实施方式的例示性压力单元的方框图。

本发明的优选实施方式的简要说明

在此说明的压力单元的基本实施方式代表了利用本发明新概念生产的一种方式。当然，掌握本领域技术的开发人员可能开发出其它框架，部件及其组件的其它设计和模型，或者不同的实施方式。这些其它的提高和生成方法仍然代表利用相同发明技术的方式。

本设计的主要标准是：在进行从热子系统110至冷子系统105的循环时，使得该压力单元能够将工作流体保持在能量收集和转换的循环路径中的连续步骤所需的每一个特定水平，从而产生动力。为此，典型的压力单元200基本包括三个主要部分(见图2)：

-“热回收单元”210，该热回收单元包括：

“气化器”；

“环境热收集器”；及可能存在的，

“预热器”。

-“功提取单元”215，以及，

-“蒸气回收单元”205，该蒸气回收单元205包括：

“膨胀室”；

“真空泵”；以及，

“鼓泡冷凝器”。

液压泵225完成该基本框架，以使液态工作流体从蒸气回收单元205返回至热回收单元210。

为了实现这些目的，不同特性和约束条件必须被考虑到，这些决定了该压力单元200各组成部分根据各自特定功能进行的设计。

■热回收单元210，310

参照图5，该热回收单元210，310，即热子系统110，的核心由能够储存工作流体的压力容器代表，并包括换热器325，该换热器325加热该工作流体，并使部分液体气化，进而将周围热能源转换成位于气态工作流体内部的弹性势能，本质上产生位于热子系统110内部的压头。为了实现该功能，该热回收单元210,310包括：

A.气化器340：

该气化器被特别设计为作为双作用换热器工作：

●气化器340的作用是使从冷子系统105循环流动过来的工作流体与已经储存在该气化器340中的工作流体之间进行直接接触式热交换。

●气化器340的作用是传导性热交换，这是从常温或者室温下的周围热传导流体中提取热量，并因此保持气化器340中工作流体的环境温度恒定。

该气化器340优选设计为“双作用压力容器”，其能够：

-密封隔热储存

作为工作流体的储存容器，

具有能够在0.1bar/1.5psi(计示压力)至64bar/928psi间变化的环境压力；

具有能够在-10℃/14°F至+80℃/176°F间变化的环境温度；

具有各种工作流体，这些工作流体能够在平衡蒸气压下形成气/液饱和混合物(以下称为“蒸气”)，但是每一种工作流体通常具有低于-20℃/-4°F的标准沸点(“NBP”)。以及，

-换热器

作为设计为具有双作用功能的换热器：

(ⅰ)直接接触式换热器柱

在流体被泵入热子系统110中时，能够与工作流体进行直接接触式热交换。因此，该气化器340特别设计为像是换热器柱，尺寸以便于进行气化过程为准。

(ⅱ)管壳式换热器

同样，为了将工作流体的物质状态保持在恒定值，该气化器340设计为作为传导式换热器工作，该传导式换热器具有优化为最大限度的交换表面，该传导式换热器保持工作流体的环境温度与周围热传导流体的温度间的热平衡。

B.环境热收集器325：

在需要时，为了能够从周围或者从远程热能源收集热量，并提高气化器340中工作流体的物质状态的气/液平衡的平衡性，其它换热器，即“环境热收集器”325，能够被增加在该热回收单元210,310中。

该环境热收集器325通常包括设计为收集来自额外资源，以及商业或者工业废能量及热回收系统或者煤气燃烧器的热能的换热器，该额外资源例如是绿色能源，地热，太阳热能，生物质能，水流，来自地下的热量梯度。随后，该热能通过采用热传导流体的第二回路进入气化器340中，起到气化器340的热能源作用。另外，通过采用此种热传导流体，远程热能源能够位于该压力单元200，300的远处，使得装置作为“混合能量压力单元”工作的开发成为可能。

应当注意的是，这些换热器，仅以加热热传导流体的方式工作，不需要进行使该装置承受显著压力的任何特别设计。

C.预热器335：

该热回收单元210,310能够增补作为补充的环境热收集器，即“预热器”335，该预热器可用于，例如通过煤气燃烧器345(见图3)，准时产生更热的热传导流体。

在存在常规热能资源有时不足以加热该热回收单元210,310，以使气化器340内部的环境温度升高，进而使该热回收单元210,310中的工作流体达到所需的环境压力的可能性的情况下，应该安装该种增补装置。

■功提取单元215,315

为了将压力转换为机械能、电能或者其它有用能量，并因此使得功的提取和动力的产生成为可能，功提取单元215,315的不同实施方式能够以多种方式设计，例如利用涡轮机，压力转换器或者任何利用压缩气流将压缩气流转换为机械运动并因此产生动能的其它机器。可以采用的用于该功提取单元215,315的最有效的设计包括以下任意一种：

A.空气涡轮机

空气涡轮机是风动马达，该风动马达通过使加压工作流体膨胀将气流的能量转换为机械功，并因此产生驱动发电机的旋转运动。

然而，应当考虑此种技术在该压力单元200,300中应当具有的效率因数，因为膨胀/旋转运动过程需要：

-通过冲力式涡轮机，预先将流体的压头改变为速度头，以将弹性势能转换为动能，这导致工作流体的急速冷却及工作容积的降低，以及，

-通过反动式涡轮机，必须通过多个阶段有效利用膨胀中的气体，具体为渐进地冷却工作流体并引起部分工作流体液化，这将导致效率较低。

另外，需要注意的是，任何安装在蒸气回收单元205，305下游的涡轮机普遍会降低自由膨胀过程的有效性，并可能因此妨碍进行其需要的自然冷却。

B.往复式发动机:

往复式发动机利用一个或者多个活塞将气态工作流体的压力转换为旋转运动。

可以考虑采用两种类型的往复式发动机，通过线性运动或者旋转运动将压缩气体能量转换为机械功：线性运动可来自于膜片式或者活塞式致动器，而旋转运动或者由叶片式风动发动机提供，或者由活塞式风动发动机提供。

然而，旋转运动技术需要一些形式的润滑，该就产生了与在压力单元200,300中使用的有机工作流体间兼容性的问题，并需要过滤装置，这将损害该工作流体，导致工作流体性能的较快损失。

C.线性致动器：

这使得压力单元200,300的功提取单元215,315能够优选使用一系列线性致动器，当线性致动器在利用压力单元200,300中使用的工作流体的蒸发产生的蒸气压工作时，可以设计的更为简单而且无需润滑，同时能够保持自由膨胀过程的全部利处。图12和图13示出了此种装置的示例性原理图。

■蒸气回收单元

该蒸气回收单元205,305，即冷子系统105，的核心由能够对工作流体进行再液化及储存工作流体的压力容器代表。

为了在该压力单元中实现这些功能，需要三个过程，每个过程由一个特定装置代表(如图16所示，例如)：

A.膨胀室370

简单地包括压力容器(即储存容器)，该膨胀室370能够使从功提取单元215,315中排出的加压蒸气自然地自由膨胀。

在该压力单元200,300中，这种自由膨胀过程使得气态工作流体自然冷却，气态工作流体的自然冷却形成冷的环境温度，相当于略高于工作流体的露点，通常在-20℃(-4°F)和-80℃(-112°F)之间。

所述冷却使得该工作流体获得对应该低温度的特定的平衡蒸气压，这将引起工作流体的部分液化，因此形成特定的饱和气/液混合物(即蒸气)。

B.真空泵375

为将气化器305内部的环境压力保持为约等于大气压力，真空泵375以相同的速度将通过自由膨胀过程生成的工作流体的蒸气从膨胀室370中吸出。该蒸气随后被真空泵375重新传送至鼓泡冷凝器380中。

为将鼓泡冷凝器380中的流体排出，真空泵375需要对该蒸气进行少量压缩，以使该蒸气能够克服下游装置的环境压力。

然而，通过增加蒸气的环境压力，该真空泵375改变了工作流体的气/液平衡，进而自动引起相变，该相变调整了工作流体的物质状态，因此使得该工作流体凝结和液化。

该种有限的压缩过程足以引起大部分流体液化，但并不完全完成该过程，因此，在被排出的流体中仍然存在一些饱和气/液混合物。

C.鼓泡冷凝器380

为了完成蒸气回收单元205,305的液化过程，第二压力容器，即鼓泡冷凝器380，被用作液态工作流体的储存容器。

该鼓泡冷凝器380⁽⁹⁾作为一种特定类型的直接接触式冷凝器工作。任何剩下的工作流体的饱和气/液混合物，在被真空泵375注入到鼓泡冷凝器380内储存的流体中时，形成气泡。该温度/压力平衡自然地使这些气泡通过直接接触式热交换与该流体完全混合，因此获得再次液化。该过程能够自然地使该鼓泡冷凝器380保持与膨胀室370类似的环境温度(即在-80℃与-20℃之间/在-112°F至-40°F之间)，并因此使该鼓泡冷凝器380保持与膨胀室370类似的环境压力(即在0.1bar至2bars之间/在1.5psi至29psi之间)，接近该工作流体的标准沸点(“N.B.P.”)。

■液压泵225,385

为了形成工作流体循环回路，本质上是为了控制该工作流体在压力单元回路的循环流动，在冷子系统105和热子系统110之间安装一液压泵225,385，以将液态工作流体抽回气化器240中。

例示性实施例

以下基于组件和部件的特定选择说明该压力单元的例示性实施例，这并不意味着排除了采用其它设计或者框架方法替代的应用，该其它设计或者结构方法指由掌握本领域技术的开发人员在未脱离本发明的基本原理的基础上可能设计出的方法。

■结构设计

该例示性实施例的结构包括如下组件(见图3)：

热回收单元310

该例示性热回收单元310设计为能够利用周围空气作为主要热源。这通过以下组件实现：

一连串的环境热收集器325(由一连串换热器模组形成)，每个环境热收集器325各配置一鼓风机330，通过该鼓风机330使空气(作为第一热传导流体使用)循环，以使水(作为第二热传导流体使用)流经处在周围温度下的收集器，该周围温度优选高于必须在气化器340中达到的环境温度。

预热器335(同样由一连串换热器形成)，利用脉冲热空气345(例如由煤气燃烧器或者其它热源加热)形成所述热收集回路，该热收集回路用于在任何需要的时候(例如在周围温度不足以达到所述环境温度的夜间或者冬季)对第二热传导流体进行附加加热。

气化器340，包括另外的一连串换热器模组，接下来利用该第二热传导流体加热该工作流体，并使该工作流体保持在所需的环境温度下。以及，

液压泵350使该第二热传导流体循环流经该回路。

功提取单元355

该例示性功提取过程是通过液压气动发动机实现的，该液压气动发动机利用由气化器340产生的压缩蒸气的环境压力，将中压(在4bar至64bar之间)通过倍增转换为能够驱动发动机220的高压液压流(例如范围在100bar至300bar之间的油流)。因此，该液压气动发动机包括：

气体分配器360，该气体分配器360特别设计为与由气化器产生的蒸气的体积相适配，该气体分配器360交替地将该加压蒸气流引导至每个液压气动缸中。

液压气动缸355，该液压气动缸355主要作为气动致动器起作用，以通过移动其气动活塞将压缩蒸气的弹性势能(即压头)转换为直线运动。所述大活塞，被直接安装在具有小活塞的两个液压致动器的共用轴上，因此其次作为产生液压流体(例如油)交替流动的压力倍增器的作用。

液压分配器365(也被成为液压整流器)，该液压分配器365由一系列止回阀形成，以将交替流动的液压流转换为连续流，因此能够激励该发电机。

蒸气回收单元305

该压缩蒸气的重新液化是基于自由膨胀的原理进行的，该例示性蒸气回收单元305包括：

膨胀室370，该膨胀室370由大的压力容器形成，从液压气动缸355中排出的压缩蒸气能够在该大的压力容器中自由膨胀至约为工作流体的标准物质状态，即接近大气压力，因此将该蒸气自然冷却至接近其N.B.P.。

真空泵375，该真空泵375对于该例示性实施例设计为旋转叶片泵，该旋转叶片泵用于吸入从膨胀室370中排出的蒸气，并因此将该蒸气保持在约为大气压力下，然后少量压缩该蒸气并因此使该工作流体进行液化，并于之后将获得的蒸气/液体混合物排出至鼓泡冷凝器380。

鼓泡冷凝器380，由一个或者一系列设计为柱的压力容器形成，蒸气/液体混合物通过大量开口(空隙/帽入口开口)注入其中，经由一系列阀或者多孔塞，迫使该混合物中剩余的蒸气流经已经储存在鼓泡冷凝器380内的液态工作流体，因此实现液化过程。

循环泵385

为了形成工作流体回路，并能够进行压力单元过程的重新初始化，在鼓泡冷凝器380和气化器340之间安装一标准液压泵385，以使再次冷凝的工作流体循环流动。

■实施例设计

如图4所示，该压力单元400的例示性结构能够包括：

热回收单元400

作为换热器起作用，在本例示性实施例中提出的热回收单元400的气化器340，环境热收集器325和预热器335是基于一种特殊设计使得能够常年工作而不需要考虑工作或者运输条件，且无泄露风险，这归功于排除或者减少任何焊接需要的具有紧密密封的精密设计和制造。

如图5和图6所示，该热回收单元400包括一系列换热器管组。该换热器管被当作创新的挤压铝型材制造，该挤压铝型材的横截面如图7所示。每个挤压管700包括位于管700的内部和外部的叶片705。每个叶片705具有附加翅片，该附加翅片通常沿与叶片705的平面垂直的方向延伸。这增加了该挤压管700的总的表面积，进而对于给定尺寸的挤出管700，能够获得更好的热传导效果。

如图7所示，该叶片705的长度是不同的，以使各叶片705间不发生相互干涉为条件使各自的长度最大化。例如，在该挤压管700的外部，叶片长度的总体型式确定为具有能够充满一个正方形的外形。当然，也可以采用其它型式获得同样的效果。

如图8所示，该挤压管700被组装在一起形成板800，该板800具有进入歧管805和排出歧管。这些板800的其它特性如下：

挤压管700能够以低成本制造；

材料(铝)具有优秀的热惯性比；

如图7所示，该挤压管700的设计采用了具有位于挤压管700内部和外部的桨的外形，包括翅片、脊和沟槽，这将扩大交换表面积，进而提供更好的交换系数；

如图9所示，通过在每个末端上设置帽905(也被成为“套管”)，将每个挤压管700组装为一个单独的模组，这便于在板800中聚集挤压管700；

该特别设计的帽905通过如图9和图10所示的金属弹簧夹910固定在挤压管700上，而无需进行任何焊接，双O形密封圈915，920提供能够承受高达64bar(928psi)的环境压力及高于180℃(360°F)的环境温度的密封。另外，这种用于组装挤压管700的技术能够简单地以利用“固定”(Mecanindus)销将两个帽905连接在一起的方式，使许多模组成捆地聚集在一起，他们自身通过另外的O型圈1010隔离。如图10所示的固定销的孔1005像是这些O型圈的槽一样。图11示出了一连串通过帽905，固定销和O型圈组装在一起的挤压管700；

该例示性挤压管700的外形形状对于液/液热交换特别有效，而且能够利用任何种类的液态和气态工作流体及热传导流体(HTF)；

竖直使用时像柱一样的挤压管700的截面尺寸便于工作流体的蒸发；

该挤压管700的长度(决定流体路径的长度)能够适应于高达6米的长度，这是铝挤压型材的标准尺寸，但是也能够制造的更长；

每个板800利用“壳和管”捆装若干型材模组形成一个单独的模组，能够使面板800的尺寸与用户需求相匹配；

能够根据需要改变用于形成换热器的被聚集模组的数量；以及，

另外，在一起使用的换热器板800的数量能够调整，以精准地实施所需要的热交换容量。

功提取单元415

该种压力单元400的例示性实施例采用了如图12所示的利用直线运动的功提取单元415，该功提取单元415将一系列液压气动缸1300作为活塞致动器。该种液压气动发动机1200可设计为无需进行润滑。

以由气化器340在主回路中产生的压缩蒸气的形式存在的工作流体，循环流入一系列液压气动缸1300，如图13所示，每个液压气动缸1300通过将两个液压致动器1305和一个气动致动器1310结合在一个公共轴1315上的方式将两个液压致动器1305和一个气动致动器1310线性地结合在一起。蒸气流被交替地引导至气动致动器1310的每一侧，进而在活塞上施加往复力，并将弹性势能转换为动能。

该力通过轴1315被直接传递至具有较小截面的液压致动器1305上，产生倍增力，以使用于驱动发动机的油或者液压流体在高压下的第二回路中循环流动。

为了实现往复运动，该液压气动发动机1200还包括：

-“气体分配器”1400，该气体分配器1400将气化器340排出的压缩蒸气流交替地引导至气动致动器1310的不同入口。如图14所示，通过一个开关，使加压蒸气相继到达气动致动器1310的每个入口，同时使相对的气动致动器1310的出口同步打开，该开关由位于定子1410内部的转子1405形成，该定子1410包括一系列的孔。转子运动，被可变速度电机驱动，能够改变提供至液压致动器1310的流速，并从而控制由此产生的液压流从而适应发电机220所需的每分钟转数(RPMs)。

-“液压整流器”或者液压分配器1500，如图15所示，该液压整流器交替地收集由每对气动致动器1305排出的液压流，并利用止回阀使该气流在第二液压回路中以相同方向流动。

然后，在该第二液压回路中，该液压气动发动机1200能够利用高压流体流的动能激励液压发动机1210，该液压发动机即能够用来驱动发电机220。

蒸气回收单元405

图16示出了该蒸气回收单元405的例示性实施例，在该蒸气回收单元405中，以被功提取单元415排出的加压蒸气的形式存在的工作流体被排出至其第一部件中：

膨胀室370：

为了使该蒸气自由膨胀，该装置设计为具有大容积的压力容器，该压力容器的尺寸提供与被功提取单元415每秒排出的蒸气以其N.B.P.值，自身处于大气压力下计算得到的体积相等的容量。例如，如果该功提取器释放1kg/sec的作为工作流体的氟利昂R410A，其特点是在-40℃/-40°F下的液/气体积占有率为249，则该膨胀室370的最小容积应该约为250L。

该膨胀室370优选地制造为压力容器，以确保在环境温度应该增加并且环境压力由此增大的情况下，例如，当压力单元400因任何原因出现故障时，该装置能够承受高达64bar的压力(该压力单元中的气态工作流体可能获得的最大环境压力)。因此，应该采用柱形，因为，柱形代表了设计为保持压力与大气压力显著不同的气体及/或液体的封闭容器的最好形式，并且适应例如是最大安全工作压力和适当温度调节的参数要求。

可能地，为了有助于生产大容积的圆柱，该膨胀室370可包括一捆并列组装在一起的较小圆柱，该较小圆柱具有减小的截面尺寸。

真空泵375

为了保持膨胀室370中的环境压力，安装一真空泵375以尽快抽出填充该装置的膨胀蒸气。在该种例示性实施例中，采用如图17所示类型的旋转叶片泵。

与上述实施例一样，如果在膨胀室370中进行250L/sec的膨胀，则必须有相同体积被真空泵375抽出，这通过安装在室内的压力探测器控制，通过该压力探测器可将膨胀室的环境压力保持在计示压力为0.1bar至2bar之间。

鼓泡冷凝器1890：

为了使由真空泵375排出的气/液混合物能够完成剩余的液化，该鼓泡冷凝器1800设计为作为如图18所示的竖直压力容器1805。这种竖直的压力容器1805被设计为具有足够的容积，以不仅能够作为冷子系统的液态工作流体的储存容器工作，而且还能保持一些加压蒸气，该加压蒸气能够使液化过程在该装置的环境温度下达到其气/液平衡。在此，由于环境温度有可能增加至达到周围温度水平(例如当该装置因一些原因发生故障及周围制冷系统未工作)，这意味着环境压力可能达到64bar，所以，这种压力容器优选采用形状为圆柱的容器。

竖直地捆绑在一起，每个竖直的压力容器1805配置有特定的注射器套管1810，该注射器套管1810自身直接与真空泵375的出口连接，该注射器套管1810位于液态工作流体路径所在水平面的下方，因此能够使被真空泵375排出的气/液混合物扩散(并且形成气泡)，进而完成液化过程。液态工作流体的出口1805自然要位于竖直压力容器1805的底部。

为了完成安装，利用独立的制冷系统(未示出)包围该鼓泡冷凝器1800，以可靠地维持稳定的接近在压力单元400中使用的工作流体的N.B.P.的冷环境温度。

液压泵485

任何型号的标准液压泵485均能被采用，唯一的条件是该液压泵能够在例如是-50℃/-58°F这样低的温度下工作，该温度是根据冷子系统的储存容器(即鼓泡冷凝器380)内部的环境温度设定的，而该环境温度是由工作流体的N.B.P.的特点决定的。

■功能控制

为了使这种压力单元的例示性实施例运转，必须能够根据各过程特定的需要单独地控制对应过程，各过程为：

-气化；

-功的提取；

-冷凝；

-重新初始化。

参照图19，这能够按照如下方式实现：

加压蒸气流

锥形阀1905：

从热回收单元410排出至功提取器415的加压蒸气流的允许体积受到阀的控制，优选为锥形阀1905。这样，通过改变需要利用的加压蒸气的体积的方式简单地改变状态函数W＝PV，即能调整所产生的动力。例如，能够通过控制发电机的动力生成(瓦)自动地调节该锥形阀1905。电流应当比需要的大，从而能够足以减少引导至气缸中的加压蒸气的体积，反之亦然。

功的提取

气体分配器1400：

为了控制液压气动缸1200内的活塞的运动速度，流入每个气动致动器1310的两端的所述加压蒸气的交替分配同样需要得到控制。因此，作为一旋转装置的气体分配器1400需要可变的旋转速度，从而能够被调节产生满足液压发动机1210的RPMs需求的液压流体的流速。例如，能够通过控制由发电机220产生的电压自动地调节该旋转速度。该电压应当比需要的大，从而足以降低该气体分配器1400的旋转速度，反之亦然。

冷凝

真空泵475：

由于自由膨胀的蒸气的体积在上述过程被改变时可能发生变化，因此，为了保持膨胀室470内部的环境压力，就需要相应地控制该真空泵475，这能够简单地通过调整叶片的旋转速度实现。为了控制该蒸气回收单元405内部的环境压力和环境温度，传感器(即压力计P1、P2和P3，及温度计T1、T2和T3)控制子系统的标称值，并能够自动调整该真空泵475。

重新初始化

输送泵485：

由于该系统改变了冷子系统和热子系统的气/液平衡，气化器440呈现出流体体积的持续降低同时鼓泡冷凝器480呈现出流体体积增大，气化器440会遇见流体体积连续地减小，但是存在于回路中的总量是保持恒定的。因此，为了使流体的标称体积重新平衡，通过计量仪器1910足以控制气化器400中的水平，该计量仪器1910用于调整输送泵485的动作，进而使得该输送泵485通过从鼓泡冷凝器480中向外抽出流体并将抽出的流体重新注入至气化器440中的方式对系统进行重新初始化。

总结

通过实施例已经说明了一种或者多种当前优选的实施方式。对于本领域技术人员而言应当明确的是，可以在不超出权利要求限定的本发明保护范围的基础上进行一些变形和修饰。

所有引文通过引用的方式合并在本申请中。

术语与数据

⁽¹⁾ 状态函数

在热力学中，状态函数是仅取决于系统的现有状态的系统性质，而非系统获得状态的方式(独立路径)。状态函数描述了系统的平衡状态。

状态函数是系统参数的函数，该函数仅取决于在路径端点的参数值。温度，压力，内能或者弹性势能，焓和熵是状态量，因为他们定量地描述热力系统的平衡状态，而不考虑该系统如何获得该种状态。

最好是将状态函数当作热力系统的量或者性质考虑，而非状态函数代表在此期间状态函数发生变化的过程。

例如，在本文中，状态函数W＝PV(“PV”等于压力乘以体积)在系统路径期间与流体内能成比例地变化，但是功“W”是在系统执行工作时转移的总能量：类似弹性势能的内能是可以识别的，其是一种特定形式的能量；功是已经改变其形式或者位置的总能量。

注意：

为了简化本文件的阅读，在所述状态函数W＝PV中：

-PV被认为是子系统的内能。气化过程将一些所述内能转换为本文件中提及的另外形式，像是“弹性势能”，通常用焦耳度量。

-W被认为是相应的可提取的功，该可提取的功通常用瓦度量。

⁽²⁾ 平衡蒸气压

该平衡蒸气压是由处在热力学平衡且它的凝结相(固态或者液态)处于给定温度的封闭系统中的蒸气施加的环境压力。该平衡蒸气压是液体气化速度的表示。该平衡蒸气压与粒子从该液体(或者固体)中逃逸的倾向有关。在标准温度下具有高蒸气压的物质通常被认为是易变的。

根据克劳修斯-克拉伯龙方程，任何物质的蒸气压是随着温度的增加非线性增加的。液体的大气压沸点(也被认为是标准沸点)是使得该蒸气压等于环境大气压力的温度。随着这种温度中任何增量的增加，该蒸气压变得足以克服大气压并抬升液体从而形成位于大部分物质内部的蒸气鼓泡。鼓泡在该液体中形成的越深，需要的压力越高，并因此需要的温度越高，因为该液体压力随着深度的增加将提高至大气压力以上。

⁽³⁾ 环境温度

在以下说明和参照中，环境温度意味着位于周围装置内的工作流体的温度，例如过程或者系统中容器，部分设备或者部件内的温度。

⁽⁴⁾ 环境压力

在以下说明和参照中，系统的环境压力是工作流体施加在直接周边上的压力，该直接周边可以是过程或者系统中容器，特定装置，部分设备或者部件。

该环境压力变化直接决定该工作流体的环境温度，并且与物质在平衡蒸气压的特定物质状态下提供的弹性势能相当，这是由物质的相变特征决定的。

⁽⁵⁾ 周围温度

在以下说明和引文中，该周围温度意味着：

(ⅰ)室外，大气中，在白天或者夜间的任何特定时间，或者例如是海洋、湖泊、河流、海床、含水层或地下水资源的当前温度；以及，

(ⅱ)室内的室温(通常称之为“室温”)包括但并不局限于：

-可能进行或者未进行温度控制的建筑物或者结构内例如是办公楼、公寓或者房屋内的温度，

-制造业或者工业设施内部的温度，该制造业或者工业设施包括那些由于在经营中产生热而温度较高的地方，例如铸造厂，制造业，纸浆与纸，纺织品，商业厨房及面包店，或者洗衣店和干洗店；

-进行或者未进行采矿操作的矿井中特定深度处的温度；

-温室，棚或者其它特定建造为房屋装备的其它综合设施内的温度。

⁽⁶⁾ ISMC＝ISO 13443:

温度、压力和湿度的国际标准公制条件(饱和状态)是288.15K(15℃)和101.325kPa(1Atm)，用于实施天然气，天然气替代物及类似的处于气态的流体的测量和计算。

⁽⁷⁾ 气化

元素或者化合物的气化是从液相至气相的相转变。气化具有蒸发和沸腾两种类型。但是，在该压力系统中，主要将蒸发认为是从液相至气相的相转变，蒸发在给定压力下，在低于沸腾温度的温度下发生。蒸发通常发生在表面。

⁽⁸⁾ 自由膨胀

自由膨胀是使加压气体在约为大气压力下扩散进入隔热的排放腔中的过程。该流体因此经历自然冷却，该种自然冷却使得流体的温度降低至略高于物质的露点。

在自由膨胀期间，蒸气无需做功，该过程基本是等熵的。该蒸气在到达其最终状态之前不经过热力学平衡的状态，这说明不能将蒸气的数值定义为整个热力学参数。

例如，压力局部地逐点变化，而且由粒子形成的蒸气占据的体积是不好定义的量，但却直接反应周围系统，在此为冷子系统的蒸气回收单元，的状态函数。

⁽⁹⁾ 鼓泡冷凝

当处于气相的可冷凝流体被注入“鼓泡-圆柱蒸气混合物冷凝器”时发生鼓泡冷凝，该“鼓泡塔蒸气混合物冷凝器”作为已经部分填充处于液相的相同物质的洗浴水。

该蒸气直接涌入位于圆柱底部的液体中，这将使蒸气形成鼓泡，该鼓泡调整它们的温度/压力平衡至洗浴水的环境温度和环境压力，并使蒸气与液体通过直接接触时冷凝完全混合在一起。

⁽¹⁰⁾ 相

大量物质可以多种不同形式，或者聚集状态存在，这以相被认知，相取决于环境压力、温度和体积。相是具有相对一致的化学成分和物理性能(例如密度、比热、折射率、压力等等)的物质的形式，该物理性质，在特定系统中，决定物质的状态函数。

相有时被称为物质状态，但该种术语可能造成与热力学状态间的混淆。例如，两种保持在不同压力下的气体处在不同的热力学状态(不同的压力)下，但是却处于相同的相(均是气体)。物质的给定状态或者相可根据由环境压力和环境温度条件变化，该条件由他们的状态函数的特定条件决定，在这些条件变化为促成他们的存在时，转变为其它相。例如，液体转变为气体伴随温度升高。

⁽¹¹⁾ 物质状态

物质状态是物质呈现不同的相时的独特形式。固体、液体和气体是最为普遍的物质状态。

物质状态也可根据相转变进行定义。相转变表明结构的改变，并可被认识为性质的突然改变。通过该种定义，物质的独特状态是任何一组状态，该组状态有别于通过相转变获得的任何其它一组状态。

给定一组物质的状态或者相可根据系统的状态函数(环境压力和环境温度条件)变化，随着这些条件的改变而转变为其它相从而便于它们的存在；例如，伴随着环境温度或者环境压力的升高/降低液体转变为气体及反过来气体转变为液体。

状态间的区别是基于分子相互关系的不同：液体是分子间吸引力保持分子相互接近，但未能以固定关系保持分子的状态，这能够与其容器的形状一致，但保持与(基本)不变的与压力无关的体积。气体是分子相对分开且分子间吸引力对分子各自的运动影响相对小的状态，这不具有确定的形状或者体积，但占据整个压力装置，在该压力装置中，气体是通过降低/升高其环境压力/温度受到限制的。

⁽¹²⁾ 挥发性

该工作流体的物质状态主要由物质进行气化的趋势决定，这以其挥发性被认知，并且直接与物质的平衡蒸气压相关。

在规定的温度下，系统的状态函数决定储存在确定容积中的流体或者化合物质的平衡蒸气压，在该平衡蒸气压下，物质的气相(“蒸气”)与物质的液相达到平衡。

⁽¹³⁾ 膨胀系数

工作流体的挥发性引起其在体积上的明显增大，膨胀系数的范围为约200倍至约400倍，甚至更高，这取决于选择作为工作流体的物质，工作流体的液体形式的标准体积。

实施例(在ISCM条件下)

对于R-410，该膨胀系数约为256倍；

对于丙烷，该膨胀系数约为311倍；以及，

对于二氧化碳，该膨胀系数约为845倍。

在该压力单元的每个子系统中，由于工作流体的平衡蒸气压取决于所述膨胀系数，这并不随温度进行线性变化，所以状态函数W＝PV(压力乘以体积)也必须考虑相关的环境温度。

因此，物质的选择是主要的，并且必须根据环境温度的工作条件做出，该环境温度可能保持在冷子系统和热子系统中。作为实施例，在文件中的大量参考通常是在将R-410作为工作流体，并且设定模型的基础上给出的，在该模型中，热子系统的周围温度变化，以使其能够保持热子系统内的环境温度在ISMC附近，而且冷子系统保持在-40℃(-40°F)至-30℃(-22°F)之间的环境温度下。

⁽¹⁴⁾ 气/液平衡

蒸气压的性能或者物质的平衡蒸气压，代表由处在具有其凝相的热力学平衡中的蒸气在闭合系统中的给定温度下施加的压力，本质上，当工作流体被储存在容器中时，在该子系统满足温度/压力的特定条件下，该容器的容积大于液态流体的体积当量，但小于蒸气压体积当量。因此，在该容器中，工作流体自然地气化/冷凝直至在其气/液平衡点处达到饱和。

⁽¹⁵⁾ 标准状态函数

在压力单元中，该参考值是工作流体的标准沸点，该标准沸点应当接近代表冷子系统中的标准状态函数。然而，该流体必须根据冷子系统的开发标准进行选择：该开发标准是决定所要选择的物质性能的冷子系统中的环境温度，以使状态函数尽量接近工作流体的N.B.P.

实施例：

-R23/三氟甲烷的N.B.P.相当于-82.1℃/-115.78K的温度；

-制冷剂R-410的N.B.P.相当于-52.2℃/-61.96°F的温度；

-R134A的N.B.P.相当于-26.3℃/-15.34°F的温度。

⁽¹⁶⁾ 临界点

然而，在选择物质时，还必须提到其“临界点”。每种可能的工作流体在某一沸点表现为特定的饱和状态，该沸点与其相转变的特定临界点相一致，在该临界点处，液/气相界面不再存在，物质仅以其气体形式存在，这限制了热子系统的状态函数需要获得的最高温度/压力，自身的环境压力通常在32bar至64bar之间，并且这与保持在所述热子系统中的环境温度的最高水平相一致，正如由工作流体的材料温度/压力表所确定的。

实施例：

-R23/三氟甲烷的临界点相当于在25.6℃/78°F下48.37bar(701.55psi)的压力；

-制冷剂R-410A的临界点相当于在72.5℃/162.5°F下49.4bar(716.49psi)的压力；

-R134A的临界点相当于在100.9℃/213.6°F下40.6bars(588.85psi)的压力。

⁽¹⁷⁾ 工作流体示例(压力/温度表)

Claims (67)

1.一种压力单元，包括：

设置在闭合回路中的蒸气回收单元/冷子系统和热回收单元/热子系统，该冷子系统的输出作为提供至该热子系统的输入，并且该热子系统的输出作为提供至该冷子系统的输入；

功提取单元，该功提取单元位于所述热子系统的出口与所述冷子系统的入口之间，可操作地将所述弹性势能/压差转换为动能；

所述冷子系统保持在相对热子系统较低的温度下，所述热子系统保持在相对冷子系统较高的温度下；

液压泵，该液压泵位于所述冷子系统的出口和所述热子系统的入口之间，可操作地使工作流体循环流动，并保持冷子系统和热子系统中的流体部分的体积恒定；以及，

在所述闭合回路中循环流动的工作流体，所述工作流体在所述冷子系统和所述热子系统中具有不同的平衡蒸气压，对应各自的由保持在两个子系统中的环境压力决定的状态函数，不同的平衡蒸气压代表两种不同水平的弹性势能，这两种不同水平的弹性势能在所述冷子系统和所述热子系统之间产生压差。

2.根据权利要求1的压力单元，其中，该蒸气回收单元包括：膨胀室，真空泵，冷凝器，及外部制冷系统。

3.根据权利要求1或2的压力单元，其中，该热回收单元包括：气化器，环境热收集器，及可选择设置的预热器。

4.根据权利要求1至3中任一项的压力单元，其中，该功提取单元包括：液压气动发动机和液压发动机，该液压气动发动机包括气体分配器，一系列液压气动缸，及液压整流器。

5.根据权利要求1至4中任一项的压力单元，其中，所述工作流体以相对在冷子系统中较高的温度存储在该热子系统中，该工作流体在热子系统中的平衡蒸气压与该工作流体在冷子系统中的平衡蒸气压对抗，产生可利用的压差从而能够实现功的提取。

6.根据权利要求2的压力单元，其中，该膨胀室包括扩大所述冷子系统100的容积效率的压力容器，因此使得该工作流体以其气态形式自由膨胀至约为大气压力，并进而达到工作流体的N.B.P。

7.根据权利要求2的压力单元，其中，该真空泵包括用于将来自所述膨胀室的气态工作流体输送至所述冷凝器的泵/真空系统，所述输送引起少量压缩效果，大部分气态工作流体在被排放至该冷凝器中的过程中发生液化，使得该工作流体成为其中仅有少量气体的气液混合物。

8.根据权利要求2的压力单元，其中，该气态工作流体的剩余部分，在被真空泵注入至已经储存在该冷凝器装置内的液相的工作流体中时，进行液化，使得所述工作流体在略高于工作流体的NBP的环境温度下的气/液平衡保持不变。

9.根据权利要求1至8中任一项的压力单元，其中，所述冷子系统的一部分功能作为储存容器。

10.根据去啦要求1至9中任一项的压力单元，其中，所述冷子系统是隔热的。

11.根据权利要求1至10中任一项的压力单元，其中，所述工作流体在该冷子系统中以接近并高于其NBP的温度储存。

12.根据权利要求2的压力单元，其中，该外部制冷系统帮助保持所述冷子系统的环境温度接近该工作流体的NBP。

13.根据权利要求1的压力单元，进一步包括泵，该泵用于将处于液态的所述工作流体从所述冷子系统的出口输送至所述热子系统的入口。

14.根据权利要求3的压力单元，其中，所述气化器包括起到储存容器功能的压力容器。

15.根据权利要求3的压力单元，其中，所述气化器设计为由热传导流体(HTF)加热的一个或者多个换热器，从而保持工作流体的环境温度不变。

16.根据权利要求15的压力单元，其中，所述热收集器包括一系列用于通过远程热能源或者环境温度加热该HTF的换热器。

17.根据权利要求16的压力单元，其中，能量从该热收集器经由第二闭合回路被传递至该气化器，所述热传导流体在第二闭合回路中循环流动。

18.根据权利要求16的压力单元，其中，所述气化器及/或热收集器由从以下组中选择的能源加热，该组包括太阳热能，地热，风，生物质能，燃料电池，例如是河流、海床、含水层或地下水资源的水流，例如来自矿井中和建筑物地基中地下的热量梯度，商业或者工业热回收系统，温室，及来自直接周围或者远处的大气或者来自工业建筑的环境温度。

19.根据权利要求15至18中任一项的压力单元，其中，该换热器包括一系列管，该一系列管用于分别使工作流体和该HTF循环流动。

20.根据权利要求19的压力单元，其中，所述管包括用于增加热交换表面并提高热能传导的外部翅片或者外部叶片。

21.根据权利要求19的压力单元，其中，所述管包括用于提高热能传导的内部翅片或者内部叶片。

22.根据权利要求19的压力单元，其中，所述管是挤压铝材结构。

23.根据权利要求14至22任一项的压力单元，进一步可选择地包括用于加热所述热子系统中的工作流体的外部加热器，该外部加热器能够以丙烷、天然气或者其它燃料作为燃料。

24.根据权利要求14至23中任一项的压力单元，其中，所述气化器和环境热收集器能够收集来自多种周围热能源的能量，该周围热能源能够位于该压力单元的远处，使该压力单元作为混合单元运行。

25.根据权利要求1至24中任一项的压力单元，其中，所述工作流体从以下组中选择，该组包括有机材料，化合物，化合物的混合物，制冷剂，氨，二氧化硫，例如是三氟甲烷、丙烷和甲烷的无卤烃，例如氮的化学元素，及例如是二氧化碳和一氧化二氮的化合物。

26.根据权利要求1至25中任一项的压力单元，其中，该冷子系统和该热子系统的状态函数均保持不变，以使该工作流体的挥发性保持在各自的气/液平衡，在该气/液平衡下，气相(“蒸气”)与液相平衡，使得处在液体物质状态的工作流体仅部分填充所述压力容器，各容器的剩余部分被处在加压气体状态的工作流体填充。

27.根据权利要求1至26中任一项的压力单元，其中，所述工作流体具有明显低于“ISMC”温度(温度、压力和湿度的国际标准公制条件或者饱和状态是288.15°K[15℃]和101.325kPa[1Atm])的标准沸点(NBP)。

28.根据权利要求1和4的压力单元，其中，该功提取器作为液压气动发动机起作用，该液压气动发动机基本包括一系列液压气动线性致动器。

29.根据权利要求1和4的压力单元，其中，每个液压气动线性致动器包括双作用液压气动缸，该双作用液压气动缸包括：

第一气压缸和第二气压缸；

将所述第一缸和所述第二缸结合在一起的公共轴；

公共活塞，在第一缸中往复滑动；

第一流体的低压头流入所述第一缸中将产生不同的压力和体积，该不同的压力和体积在第二高压流体流动时被所述第二缸取代。

30.根据权利要求1和4的压力单元，其中，该功提取器进一步包括受所述第二高压流体流动驱动的液压发动机，以将线性动能转换为旋转动能，并将压头转换为有用机械能。

31.根据权利要求1和4的压力单元，其中，该功提取器进一步包括：

气体分配器，作为能够周期性反转该加压流方向的气流反向器工作，该气体分配器将由气化器产生的连续工作流体流转换为用于驱动该气压缸的交变流；以及，

液压分配器(也被称为液压整流器)，该液压分配器利用两对止回阀作为开关，该开关将液压缸产生的交变液压流/油流以连续流的形式重新引导至液压/油发动机的入口，同时将该发动机排出的连续流交替地返还至相应的液压缸中。

32.根据权利要求1和4的功提取器，其中，所述液压发动机包括无活塞旋转内齿轮油泵引擎，或者所述液压发动机从包括齿轮发动机、径向活塞发动机和叶片发动机的组中选择。

33.根据权利要求1至32中任一项的压力单元，其中，所述功提取系统与用于发电的发电机连接。

34.一种压力单元，包括：

设置在闭合回路中的冷凝器和气化器，该冷凝器的输出作为提供至该气化器的输入，并且该气化器的输出作为提供至该冷凝器的输入；

所述冷凝器保持在相对气化器较低的温度下，所述气化器保持在相对冷凝器较高的温度下；

在所述闭合回路中循环流动的工作流体，所述工作流体在所述冷凝器和所述气化器中具有不同的平衡蒸气压，对应各自的状态函数，不同的平衡蒸气压代表两种不同水平的弹性势能，这两种不同水平的弹性势能在所述冷凝器和所述气化器之间产生压差；以及，

功提取系统，该功提取系统位于所述气化器的出口与所述冷凝器的入口之间，用于将所述弹性势能/压差转换为动能。

35.根据权利要求34的压力单元，其中，所述工作流体以相对在冷凝器中较高的温度存储在该气化器中，该工作流体在气化器中的平衡蒸气压与该工作流体在冷凝器中的平衡蒸气压对抗，产生可利用的压差从而能够实现功的提取。

36.根据权利要求34或35的压力单元，其中，所述冷凝器包括压力容器。

37.根据权利要求34至36中任一项的压力单元，其中，所述冷凝器包括膨胀室，该膨胀室使工作流体以其气态形式自由膨胀至约为大气压力。

38.根据权利要求37的压力单元，进一步包括用于将所述工作流体从所述膨胀室输送至所述冷凝器的泵/真空系统。

39.根据权利要求34至38中任一项的压力单元，其中，该气态工作流体的一部分在该冷凝器中液化，使得所述工作流体保持其在略高于工作流体的NBP的环境温度下的气/液平衡不变。

40.根据权利要求34至39中任一项的压力单元，其中，所述冷凝器的一部分功能为储存容器。

41.根据权利要求34至40中任一项的压力单元，其中，所述冷凝器是隔热的。

42.根据权利要求34至41中任一项的压力单元，其中，所述工作流体在该冷凝器中以接近并高于其NBP的温度储存。

43.根据权利要求34至42中任一项的压力单元，进一步包括泵，该泵用于将处于液态的所述工作流体从所述冷凝器的出口输送至所述气化器的入口。

44.根据权利要求34至41中任一项的压力单元，其中，所述气化器包括起到储存容器功能的压力容器。

45.根据权利要求44的压力单元，其中，该冷凝器和该气化器的状态函数均保持不变，以使该工作流体的挥发性保持在各自的气/液平衡下，在该气/液平衡下，气相(“蒸气”)与液相平衡，使得处在液体物质状态的工作流体仅部分填充所述压力容器，各容器的剩余部分被处在加压气体状态的工作流体填充。

46.根据权利要求34至41中任一项的压力单元，进一步包括热收集器，以收集用于保持该气化器的温度的热能。

47.根据权利要求46的压力单元，其中，所述热收集器包括一个或者多个换热器。

48.根据权利要求47的压力单元，其中，所述一个或者多个换热器由其周围温度加热。

49.根据权利要求46的压力单元，其中，所述热收集器由从以下组中选择的能源加热，该组包括太阳热能，地热，风，燃料电池，生物质能，例如是河流、海床、含水层或地下水资源的水流，例如来自矿井中和建筑物地基中地下的热量梯度，商业或者工业热回收系统，温室，及来自直接周边或者远处的大气或者来自工业建筑的环境温度。

50.根据权利要求44至49中任一项的压力单元，进一步包括用于加热所述气化器中工作流体的外部加热器，该外部加热器能够以丙烷、天然气或者其它燃料作为燃料。

51.根据权利要求44至50中任一项的压力单元，其中，所述气化器能够收集来自多种周围热能源的能量，该周围热能源能够位于该压力单元的远处，使该压力单元作为混合单元运行。

52.根据权利要求44至50中任一项的压力单元，其中，所述气化器保持在直接周边的温度下。

53.根据权利要求34至52中任一项的压力单元，其中，所述工作流体从以下组中选择，该组包括有机材料，化合物，化合物的混合物，制冷剂，氨，二氧化硫，例如是三氟甲烷、丙烷和甲烷的无卤烃，像是氮的化学元素，及例如是二氧化碳和一氧化二氮的化合物。

54.根据权利要求34至53中任一项的压力单元，其中，所述工作流体具有低于“ISMC”温度(温度、压力和湿度的国际标准公制条件或者饱和状态是288.15°K[15℃]和101.325kPa[1Atm])的标准沸点(NBP)。

55.根据权利要求47的压力单元，其中，能量从该热收集器经由第二闭合回路被传递至该气化器，热传导流体在所述第二闭合回路中循环流动。

56.根据权利要求34至55中任一项的压力单元，其中，该功提取器包括液压气动线性致动器。

57.根据权利要求56的压力单元，其中，该液压气动线性致动器包括双作用液压气动缸，该双作用液压气动缸包括：

第一气压缸和第二气压缸；

将所述第一缸和所述第二缸结合在一起的公共轴；

公共活塞，在第一缸中往复滑动；

第一流体的低压头流入所述第一缸中将产生不同的压力和体积，该不同的压力和体积在第二高压流体流动时被所述第二缸取代。

58.根据权利要求56的压力单元，其中，该功提取器包括液压发动机，以将线性动能转换为旋转动能，并将压头转换为有用机械能，该液压发动机由所述第二高压流体流动驱动。

59.根据权利要求56的压力单元，其中，该功提取器包括：

气体分配器，作为能够周期性反转该加压流方向的气流反向器工作，该气体分配器将由气化器产生的连续工作流体流转换为用于驱动该气压缸的交变流；以及，

液压分配器，该液压分配器利用两对止回阀作为开关，该开关将液压缸产生的交变液压流/油流以连续流的形式引导至液压/油发动机的入口，同时将该发动机排出的连续流交替地返还至对应的液压缸中。

60.根据权利要求59的功提取器，其中，所述液压发动机包括无活塞旋转内齿轮油泵引擎，或者所述液压发动机从包括齿轮发动机、径向活塞发动机和叶片发动机的组中选择。

61.根据权利要求45的压力单元，其中，该冷凝器被外部制冷系统包围，该外部制冷系统帮助保持所述冷子系统的环境温度接近该工作流体的NBP。

62.根据权利要求45的压力单元，其中，该冷凝器进一步包括鼓泡冷凝器，该鼓泡冷凝器迫使来自该膨胀室的气态工作流体流经已经储存在所述冷凝器中的液态工作流体，从而帮助气态工作流体的液化。

63.根据权利要求45的压力单元，其中，该换热器包括一系列用于使热传导流体循环流动的管。

64.根据权利要求63的压力单元，其中，所述管包括用于增加热交换表面并提高热能传导的外部翅片或者外部叶片。

65.根据权利要求63的压力单元，其中，所述管包括用于提高热能传导的内部翅片或者内部叶片。

66.根据权利要求63的压力单元，其中，所述管是挤压铝材结构。

67.根据权利要求34至66中任一项的压力单元，其中，所述功提取系统与用于发电的发动机连接。