CN115930482A - 冷力能量转换装置及其能量转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供冷力能量转换装置及其能量转换方法，冷力能量转换装置包括能量转换机构和冷热机，所述冷热机从外部吸收能量并将所述能量转变为高温热能，所述能量转换机构将所述冷热机产生的高温热能转换为其他能同时输出低温乏汽到冷热机。本发明能量转换机构将外部采集的热能全部转化为其他能,冷热机将做功产生的乏汽重新加热,再返回到能量转换机构中，实现自我的无功循环,不需要向外部转移低温乏汽能量，为零熵增的能量转换装置。

Description

冷力能量转换装置及其能量转换方法

技术领域

本发明涉及能量转换装置技术领域，具体而言，涉及冷力能量转换装置及其能量转换方法。

背景技术

环境温度能量无时不在，无处不在，无穷无尽,但在目前不能为人类所利用,因为只有温差才能提取能量,工业革命以来制造温差的主要方案就是用化石能源进行加热,产生高温热源,同时以环境温度作为低温冷源,以此背景产生的卡诺循环理论指出,所有热机效率都很低，我们将热机转换的可利用能量称为有功功率一般不超过1/3,将热机转换后不能利用的能量称为无功功率超过了2/3,不能利用的能量流入到环境中,大量增加了环境中的低品位无序能量,导致整个世界产生熵增,因此最终整个世界将走向冷寂。

空调和热泵通过压缩制冷的方式，可以从环境中提取少量的能量，但杯水车薪，根本不能解决人类的根本问题,在现行的空调和热泵气体压缩机的制冷制热系统中,气体压缩机需要完成三个任务:第一个任务是强行使气体体积缩小使其温度升高；第二个任务是克服系统流动阻力；第三个任务是提供节流阀制冷所需要的工作压力,三个任务互相牵连,导致提升温度有限，效率很低。

发明内容

将利用化石燃料来制造高温热源的方法作为外加热方法；将无需任何化石燃料，从环境中提取能量从而产生高温热源和低温冷源的作为自加热方法，本发明提供的冷力能量转换装置是将能量转换机构做功产生低温乏汽和外部环境低温能源提升为高温热能并全部转化的零熵增冷力能量转换装置；无论外部提供的是低温热源还是高温热源都可全部实现能量转换。

根据本发明的一个方面，提供一种冷力能量转换装置，包括能量转换机构和冷热机，所述冷热机从外部吸收能量并将所述能量转变为高温热能，所述能量转换机构将所述冷热机产生的高温热能转换为其他能同时输出低温乏汽到冷热机；

其中，所述冷热机包括制冷器、制热器和冷却-加热器，所述制冷器提供过冷液体并加压后传递给冷却-加热器，所述制冷器还提供低温蒸汽给制热器，所述制热器从外部吸收能量并将所述制冷器传递的低温蒸汽和能量转换机构传递的低温乏汽转变为高温蒸汽传递给冷却-加热器，所述冷却-加热器利用制热器传递的高温蒸汽将所述制冷器传递的过冷液体转换为高温高压蒸汽并传递到能量转换机构，同时将制热器传递的高温蒸汽转换为低温液体返回制冷器。

上述冷力能量转换装置将外部采集的热能全部转化为其他能,并将能量转换机构产生的乏汽重新加热成为高温能量,并将这部分高温能量再返回到能量转换机构的高压回路中实现自我的无功循环,乏汽中的气体能量经过制热器升温向能量转换机构的高压回路转移以后变成低温液体返回到制冷器中,所以不需要向外部低温冷源转移低温乏汽能量，因此是本发明冷力能量转换装置是零熵增的能量转换机构。

根据本发明的一个方面，所述冷热机还包括至少一个能量采集器，用于采集环境中的热能，所述能量采集器连通在制冷器与冷却-加热器之间或/和连通在制冷器与制热器之间。

根据本发明的一个方面，所述能量采集器的低温输入端与制冷器的液体输出端连通，所述能量采集器的低温输出端与冷却-加热器的低温输入端连通，所述冷却-加热器的低温输出端与所述能量转换机构连通，所述能量采集器采集环境中的热能供给制冷器流入能量采集器的过冷液体转换为低温蒸汽，低温蒸汽进入与能量采集器的低温输出端连通的冷却-加热器进一步加热转换为高温高压蒸汽。

本发明冷力能量转换装置中，冷热机的制冷器提供过冷液体,为采集外部能量创造条件,同时为整个系统工质流动提供动力,将低压液体提升为高压液体,能量采集器将外部环境低温热能输送到能量转换机构高压回路,产生低温蒸汽,冷却-加热器将加压后的低温蒸汽变成高温高压蒸汽,能量转换机构将高温高压蒸汽转变为其他能向外输出同时输出低温乏汽到制热器,制热器将低温乏汽和外部热能一起变成高温能量传递给冷却-加热器,实现在冷力能量转换装置内部的零熵增无功循环,制热器高温气体能量转移后变成液体，从制热器返回到制冷器,从而实现系统的连续循环。

根据本发明的一个方面，所述能量采集器的低温输入端与制冷器的气体输出端连通，所述能量采集器的低温输出端与所述制热器低温输入端连通，所述能量采集器采集的热能产生低温蒸汽供给制热器。

根据本发明的一个方面，所述制冷器、能量采集器、制热器、冷却-加热器和能量转换机构以及相互之间的连接管道设置有保温层。

根据本发明的一个方面，所述制热器包括升温装置和加热器，所述升温装置具有高温回路和低温回路，所述升温装置的低温回路一端与所述制冷器的气体输出端连通，所述升温装置的低温回路的另一端与所述加热器的低温输入端连通，所述升温装置的高温回路一端与所述加热器的高温输出端连通，所述升温装置的高温回路的另一端与所述制冷器的液体输入端连通，所述冷却-加热器的高温输入端与所述加热器的高温输出端连通，所述冷却-加热器的高温输出端与所述升温装置的高温回路连通。

根据本发明的一个方面，所述升温装置包括回热器和第一热交换器，所述回热器的低温输入端与制冷器的气体输出端连通，所述回热器的低温输出端与所述第一热交换器的低温输入端连通，所述第一热交换器的低温输出端与所述加热器的低温输入端连通，所述第一热交换器的高温输入端和所述冷却-加热器的高温输入端分别与所述加热器的高温输出端连通，所述第一热交换器的高温输出端和所述冷却-加热器的高温输出端分别与回热器的高温输入端连通，所述回热器的高温输出端与所述制冷器的液体输入端连通。

根据本发明的一个方面，所述升温装置还包括第二热交换器，所述第一热交换器的低温输出端与所述第二热交换器的低温输入端连通，所述第二热交换器的低温输出端与所述加热器的低温输入端连通，所述第二热交换器的高温输入端和第一热交换器的高温输入端分别与所述加热器的高温输出端连通，所述第二热交换器的高温输出端与所述冷却-加热器的高温输入端连通。

根据本发明的一个方面，所述第一热交换器为等焓热交换器，所述第二热交换器为温差放大器。

根据本发明的一个方面，所述升温装置还包括三通比例调节阀，所述三通比例调节阀的第一输入端与所述第一热交换器的高温输出端连通，所述三通比例调节阀的第二输入端与所述冷却-加热器的高温输出端连通，所述三通比例调节阀的输出端与所述回热器的高温输入端连通。

根据本发明的一个方面，所述升温装置还包括温度比例调节阀，所述温度比例调节阀设置在第二热交换器与加热器的连通通路上或/和第一热换器与加热器的连通通路上。

根据本发明的一个方面，所述制热器包括回热器和外部热源，所述回热器的低温输入端与所述制冷器的气体输出端连通，所述回热器的低温输出端与所述外部热源的低温输入端连通，所述外部热源的低温输出端与冷却-加热器的高温输入端连通，所述冷却-加热器的高温输出端与所述回热器的高温输入端连通，所述回热器的高温输出端与所述制冷器的液体输入端连通。

根据本发明的一个方面，所述制冷器包括储液罐、至少一个液体加压泵和节流阀，所述储液罐具有液体输入端、第一液体输出端和第二液体输出端，所述液体加压泵设置在储液罐的液体输入端与制热器之间的通路上或/和设置在储液罐的第一液体输出端与冷却-加热器之间的通路上，所述节流阀设置在储液罐的第二液体输出端与制热器之间的通路上。

根据本发明的一个方面，所述制冷器包括第一液体加压泵和第二液体加压泵，所述第一液体加压泵设置在储液罐的液体输入端与制热器之间的通路上，所述第二液体加压泵设置在储液罐的第一液体输出端与冷却-加热器之间的通路上。

根据本发明的一个方面，所述制冷器中的液体工质包括水、氮、氨、二氧化碳、甲烷、r23、r22和r32中的一种或多种的混合物。

根据本发明的第二方面，提供一种利用上述冷力能量转换装置进行能量转换的方法包括：

通过冷热机吸收外部能量并将所述能量转变为高温热能；

通过能量转换机构将所述冷热机产生的高温热能转换为其他能同时输出低温乏汽到冷热机；

通过冷热机将低温乏气的热能和从外部吸收的热量转变为高温热能，形成冷热机和能量转换机构的连续循环。

根据本发明的第二方面，包括：

通过制热器从外部吸收热量，将制冷器提供的低温蒸汽转换为高温蒸汽；

通过冷却-加热器利用制热器传递的高温蒸汽将制冷器传递的过冷液体转换为高温高压蒸汽同时将制热器传递的高温蒸汽转换为低温液体返回制冷器；

通过冷却-加热器产生的高温高压蒸汽驱动能量转换机构能量转换同时输出低温乏汽到冷热机；

通过冷热机将低温乏气的热能和从外部吸收的热量转变为高温热能，形成制冷器、制热器、冷却-加热器和能量转换机构的连续循环。

根据本发明的第二方面，还包括：

通过能量采集器采集空气、水或其他一切可用的低温环境热能或者外部高温热能并供给能量转换机构与制冷器之间的通路。

根据本发明的第二方面，所述通过冷却-加热器利用制热器传递的高温蒸汽将制冷器传递的过冷液体转换为高温高压蒸汽同时将制热器传递的高温蒸汽转换为低温液体返回制冷器步骤包括：

通过第二液体加压泵抽吸储液罐中的过冷液体，将过冷液体转换为过冷高压液体；

通过冷却-加热器吸收制热器高温蒸汽的热能将过冷高压液体转换为高温高压蒸汽同时高温蒸汽转换为低温液体通过第一液体加压泵抽吸返回储液罐；

将高温高压蒸汽送至能量转换机构能量转换作功以后产生的低温乏汽传送到制热器进行能量转移后形成低温液体再返回储液罐。

根据本发明的第二方面，根据储液罐液体工质的工作压力，确定是否设置第二液体加压泵。

根据本发明的第二方面，当储液罐的液体工质的工作压力不大于4兆帕时，不设置第二液体加压泵；当储液罐的液体工质的工作压力大于4兆帕时，设置第二液体加压泵。

根据本发明的第二方面，当液体工质为二氧化碳或/和水蒸气时，设置第二液体加压泵。

本发明冷力能量转换装置的能量转换机构将外部采集的热能全部转化为其他能,冷热机将做功产生的乏汽重新加热,再返回到能量转换机构中实现自我的无功循环,不需要向外部转移低温乏汽能量，因此本发明的冷力能量转换装置是零熵增的能量转换装置。

本发明提供冷力能量转换装置，从根本上永恒的解决了人类的能源问题,碳排放和空气污染也同时随之解决,对当今社会的发展具有重大意义。

冷力能量转换装置在工作时不断吸收环境中的热量，自然就产生了制冷作用,制热器只需要花较少的能量就可将低温气体的温度提高,从而可轻松的实现冷，热水、电、暖气、工业蒸汽五联产。

冷力转换装置将热能转换为电能时，称为冷力发电机，没有原材料的进出和污染物的产生,空气和水无处不在，无时不在,无穷无尽,并且整个冷力转换装置体积小、重量轻、成本低,可以就地满足绝大多数固定或移动负荷的能源需求,为整个人类社会实现全面电气化提供了充分的基础保证。

附图说明

图1和图2是本发明所述冷力能量转换装置一个实施例的构成框图的示意图；

图3和图4是本发明所述冷力能量转转装置的第二实施例的构成框图的示意图；

图5是本发明所述冷力能量转换装置的第三实施例的构成框图的示意图；

图6是本发明所述冷力能量转换装置的第四实施例的构成框图的示意图；

图标：1-冷热机，10-制冷器，11-储液罐，12-第一液体加压泵，13-第二液体加压泵，14-节流阀，20-制热器，21-升温装置，211-回热器，212-第一热交换器，213-第二热交换器，214-三通比例调节阀，215-外部热源，22-加热器,30-冷却-加热器，40-能量采集器，2-能量转换机构，201-汽轮机，202-发电机，203-蓄电池，204-调速器，205-电力发动机，206-涡轮风扇，207-反推装置，208-矢量喷嘴，3-外部空气。

具体实施方式

术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1和图2是本发明所述冷力能量转换装置一个实施例的构成框图的示意图，图3和图4是本发明所述冷力能量转转装置的第二实施例的构成框图的示意图，图5是本发明所述冷力能量转换装置的第三实施例的构成框图的示意图，如图1-图5所示，所述冷力能量转换装置包括能量转换机构2和冷热机1，所述冷热机1从外部吸收能量并将所述能量转变为高温热能，所述能量转换机构2将所述冷热机1产生的高温热能转换为其他能同时输出低温乏汽到冷热机1；

其中，所述冷热机1包括制冷器10、制热器20和冷却-加热器30，所述制冷器10提供过冷液体并加压后传递给冷却-加热器30，所述制冷器10还提供低温蒸汽给制热器20，所述制热器20从外部吸收能量并将所述制冷器10传递的低温蒸汽和能量转换机构2传递的低温乏汽转变为高温蒸汽传递给冷却-加热器30，所述冷却-加热器30利用制热器20传递的高温蒸汽将所述制冷器10传递的过冷液体转换为高温高压蒸汽并传递到能量转换机构2，同时将制热器20传递的高温蒸汽转换为低温液体返回制冷器10。

上述冷却-加热器30,对于制热器20来说为冷却器,对于能量转换机构2来说为加热器22,冷却-加热器30将制热器20产生的高温热能传递给能量装换装置，为能量转换机构2提供能量来源,冷却-加热器30具有高温回路和低温回路,制热器20也具有高温回路和低温回路，冷却-加热器30的高温回路输入端与制热器20高温回路的输入端相连,冷却-加热器30的高温回路输出端与制热器20的高温回路的输出端相连通,冷却-加热器30的高温回路中的高温蒸汽将高温热能卸掉以后转变为高温液体返回到制热器20的高温回路；冷却-加热器30的低温回路一端与制冷器10连通，冷却-加热器30的低温回路的另一端与能量转换机构2连通,利用高温回路卸掉的高温热能将制冷器10的过冷液体工质转换成高温高压蒸汽提供给能量转换机构2。

上述冷力能量转换装置进行能量转换的方法包括：

通过冷热机1吸收外部能量并将所述能量转变为高温热能；

通过能量转换机构2将所述冷热机1产生的高温热能转换为其他能同时输出低温乏汽到冷热机1；

通过冷热机1将低温乏气的热能和从外部吸收的热量转变为高温热能，形成冷热机1和能量转换机构2的连续循环。

在冷力能量转换装置的第一实施例和第二实施例中，如图1-图4所示，所述冷力能量转换装置包括能量转换机构2和冷热机1，所述冷热机1包括至少一个能量采集器40、制冷器10、制热器20和冷却-加热器30，所述能量采集器连通在制冷器与冷却-加热器之间或/和连通在制冷器与制热器之间。

在一个实施例中，如图1和图3所示，所述能量采集器连通在制冷器与冷却-加热器之间，所述制冷器10的液体输出端与所述能量采集器40的低温输入端连通，所述能量采集器40的低温输出端与所述冷却-加热器30的低温输入端连通，所述冷却-加热器30的低温输出端与所述能量转换机构2连通；所述制冷器10的气体输出端与制热器20的低温回路连通，所述制热器20的高温回路与所述冷却-加热器30的高温输入端连通，所述冷却-加热器30的低温输出端通过制热器20的高温回路与制冷器10的液体输入端连通；

其中，所述制冷器10提供过冷液体并加压后传递给冷却-加热器30，所述能量采集器40用于采集环境中的热能，将制冷器10流入的过冷液体转换为低温高压蒸汽，低温高压蒸汽进入冷却-加热器30利用制热器20的高温热能将低温高压蒸汽转换为高温高压蒸汽，传输给能量转换机构2；

所述制冷器10还提供低温蒸汽给制热器20，所述制热器20从外部吸收能量并将所述制冷器10传递的低温蒸汽和能量转换机构2传递的低温乏汽转变为高温蒸汽传递给冷却-加热器30，所述冷却-加热器30将制热器20传递的高温蒸汽转换为低温液体返回制冷器10同时对能量采集器40输出的低温高压蒸汽进行加热使之成为高压高温热能。

本发明上述冷力能量转换装置将外部采集的环境低温能源输入到能量转换机构2高压回路,提供能量来源；冷热机1将能量转换机构2产生的低温乏汽重新加热成为高温能量,并将这部分高温能量再返回到能量转换机构2高压回路中实现自我的无功循环,同时将高压回路中的外部环境低温能源提升为高温热能，为能量转换机构2将外部环境低温能源转变为电能创造了条件,乏汽中的气体能量经过冷热机1的制热器20升温向能量转换机构2的高压回路转移以后变成低温液体返回到系统中,所以不需要向外部低温冷源转移低温乏汽能量，因此是零熵增的,是只需要单一热源的能量转换机构2。

上述冷力能量转换装置进行能量转换的方法包括：

通过制冷器10提供过冷液体给能量采集器40，能量采集器40采集空气、水或其他一切可用的低温环境热能或者外部高温热能，将过冷液体转换为低温高压蒸汽；

通过制冷器10提供低温蒸汽给制热器20，制热器20将低温蒸汽转换为高温蒸汽；

通过冷却-加热器30利用制热器20传递的高温蒸汽将能量采集器40输出的低温高压蒸汽转换为高温高压蒸汽同时将制热器20传递的高温蒸汽转换为低温液体返回制冷器10；

通过冷却-加热器30产生的高温高压蒸汽驱动能量转换机构2能量转换同时输出低温乏汽到冷热机1；

通过冷热机1将低温乏气的热能和从外部吸收的热量转变为高温热能，形成制冷器10、能量采集器40、制热器20、冷却-加热器30和能量转换机构2的连续循环。

在一个实施例中，如图2和图4所示，所述能量采集器连通在在制冷器与制热器之间，所述能量采集器的低温输入端与制冷器的气体输出端连通，所述能量采集器的低温输出端与所述制热器低温输入端连通，所述能量采集器采集的热能产生低温蒸汽供给制热器。

上述冷力能量转换装置进行能量转换的方法包括：

通过制冷器10提供低温蒸汽给能量采集器，能量采集器40采集空气、水或其他一切可用的低温环境热能或者外部高温热能，低温蒸汽潜热增加后传输给制热器20，制热器20将低温蒸汽转换为高温蒸汽；

通过冷却-加热器30利用制热器20传递的高温蒸汽将制冷器10提供过冷液体转换为高温高压蒸汽同时将制热器20传递的高温蒸汽转换为低温液体返回制冷器10；

通过冷却-加热器30产生的高温高压蒸汽驱动能量转换机构2能量转换同时输出低温乏汽到冷热机1；

通过冷热机1将低温乏气的热能和从外部吸收的热量转变为高温热能，形成制冷器10、能量采集器40、制热器20、冷却-加热器30和能量转换机构2的连续循环。

在第一实施例和第二实施例中，所述制热器20包括升温装置21和加热器22，所述升温装置21具有高温回路和低温回路，所述升温装置21的低温回路一端与所述制冷器10的气体输出端连通，所述升温装置21的低温回路的另一端与所述加热器22的低温输入端连通，所述升温装置21的高温回路一端与所述加热器22的高温输出端连通，所述升温装置21的高温回路的另一端与所述制冷器10的液体输入端连通，所述冷却-加热器30的高温输入端与所述加热器22的高温输出端连通，所述冷却-加热器30的高温输出端与所述升温装置21的高温回路连通。

优选地，所述升温装置21还包括三通比例调节阀214，所述三通比例调节阀214的第一输入端与所述第一热交换器212的高温输出端连通，所述三通比例调节阀214的第二输入端与所述冷却-加热器30的高温输出端连通，所述三通比例调节阀214的输出端与所述回热器211的高温输入端连通。

在第一实施例中，如图1和图2所示，所述升温装置21包括回热器211和第一热交换器212，所述回热器211的低温输入端与制冷器10的气体输出端或/能量采集器的低温输出端连通，所述回热器211的低温输出端与所述第一热交换器212的低温输入端连通，所述第一热交换器212的低温输出端与所述加热器22的低温输入端连通，所述第一热交换器212的高温输入端和所述冷却-加热器30的高温输入端分别与所述加热器22的高温输出端连通，所述第一热交换器212的高温输出端和所述冷却-加热器30的高温输出端分别与回热器211的高温输入端连通，所述回热器211的高温输出端与所述制冷器10的液体输入端连通。

优选地，所述升温装置21还包括温度比例调节阀，所述温度比例调节阀设置在第一热换器与加热器22的连通通路上。

在第二实施例中，如图3和图4所示，所述升温装置21包括回热器211、第一热交换器212和第二热交换器213，所述回热器211的低温输入端与制冷器10的气体输出端或/能量采集器的高温输出端连通，所述回热器211的低温输出端与所述第一热交换器212的低温输入端连通，所述第一热交换器212的低温输出端与所述第二热交换器213的低温输入端连通，第二热交换器213的低温输出端与加热器22的低温输入端连通，加热器22的高温输出端分别与第一热交换器212的高温输入端和第二热交换器213的高温输入端连通，第二热交换器213的高温输出端与所述冷却-加热器30的高温输入端连通，所述第一热交换器212的高温输出端和所述冷却-加热器30的高温输出端分别与回热器211的高温输入端连通，所述回热器211的高温输出端与所述制冷器10的液体输入端连通。

优选地，所述第一热交换器212为等焓热交换器，所述第二热交换器213为温差放大器，升温装置21的高温回路和低温回路出现温差，高温回路对低温回路进行加热，实现低温回路增焓，高温回路降焓。

第一实施例和第二实施例的冷力能量转换装置通过能量采集器40采集空气、水或其他一切可用的低温环境热能或者外部高温热能并供给能量转换机构2的高压回路，将过冷液体转换为低温高压蒸汽；能量转换机构2排出的乏汽供给制热器20,通过制热器20将能量转换机构2产生的低温乏汽转变为高温热能，并将高温热能传递给能量转换机构2的高压回路，将低温高压蒸汽转换成高温高压蒸汽；同时将制热器20的汽态工质转化为液态工质返回制冷器10，也就是说，能量转换机构2将制热器20产生的高温热能和能量采集器40采集的外部热能转换为其他能，同时将产生的乏汽传送到制热器20进行能量转移后形成低温液体，所述低温液体经加压后与制热器20的高温蒸汽及能量采集器40采集的外部热能进行热交换后形成高温高压蒸汽,驱动冷力汽轮能量转换机构2系统进行热能电能转换的连续循环。

冷力能量转换装置的能量注入的方式可以多种多样，可以根据装置用途，功率大小，环境温度有不同的选择,可以从能量采集器40注入,也可以将低温环境热能通过独立的冷热机1将低温热能提升为高温热能，或者是其他任何高温热能从制热器20加热器22端作为外部热源215注入,从而实现接近100％的能量转换。

在本发明的第三实施例中，如图5所示，所述冷力能量转换装置包括所述能量转换机构2和冷热机1，所述冷热机1包括制冷器10、制热器20和冷却-加热器30，所述制冷器10的液体输出端与所述冷却-加热器30的低温输入端连通，所述冷却-加热器30的低温输出端与所述能量转换机构2连通；所述制冷器10的气体输出端与制热器20的低温回路连通，所述制热器20的高温回路与所述冷却-加热器30的高温输入端连通，所述冷却-加热器30的高温输出端通过制热器20的高温回路与制冷器10的液体输入端连通；

其中，所述制冷器10提供过冷液体并加压后传递给冷却-加热器30，所述能量采集器40用于采集环境中的热能，将制冷器10流入的过冷液体转换为低温蒸汽，低温蒸汽进入冷却-加热器30利用制热器20的高温热能将低温蒸汽转换为高温高压蒸汽，传输给能量转换机构2；

所述制冷器10还提供低温蒸汽给制热器20，所述制热器20从外部吸收能量并将所述制冷器10传递的低温蒸汽和能量转换机构2传递的低温乏汽转变为高温蒸汽传递给冷却-加热器30，所述冷却-加热器30将制热器20传递的高温蒸汽转换为低温液体返回制冷器10同时对制冷器输出的低温高压液体进行加热使之成为高压高温热能。

在第三实施例中，所述制热器20包括回热器211和外部热源215，外部热源215可以是常规热源,也可以是其他冷热机提供的高温热源，所述回热器211的低温输入端与所述制冷器10的气体输出端连通，所述回热器211的低温输出端与所述外部热源215的低温输入端连通，所述外部热源215的高温输出端与冷却-加热器30的高温输入端连通，所述冷却-加热器30的高温输出端与所述回热器211的高温输入端连通，所述回热器211的高温输出端与所述制冷器10的液体输入端连通。

上述冷力能量转换装置进行能量转换的方法包括：

通过制热器20从外部吸收热量，将制冷器10提供的低温蒸汽转换为高温蒸汽；

通过冷却-加热器30利用制热器20传递的高温蒸汽将制冷器10传递的过冷液体转换为高温高压蒸汽同时将制热器20传递的高温蒸汽转换为低温液体返回制冷器10；

通过冷却-加热器30产生的高温高压蒸汽驱动能量转换机构2能量转换同时输出低温乏汽到冷热机1；

通过冷热机1将低温乏气的热能和从外部吸收的热量转变为高温热能，形成制冷器10、制热器20、冷却-加热器30和能量转换机构2的连续循环。

上述各实施例的能量转换机构2可以为任何一种能将热能转化为其他能的能量转换机构2，能量转换机构2可以为将热能转换为机械能的能量转换机构2，例如汽轮机，能量转换机构2可以为将热能转换为机械能，将机械能转换为电能的能量转换机构2，例如汽轮发电机，所述汽轮发电机包括汽轮机和发电机，汽轮机的高压端与能量采集器40的低温输出端连通，汽轮机低压端与制热器20低温输入端相连,由于汽轮机高低压端之间的压差和高温能量作用,汽轮机中的工质产生膨胀，将热能转化为机械能，再将机械能传递到发电机，将机械能转变为电能对外输出；汽轮机与发电机相连,发电机与外部用电设备相连,汽轮发电机完成热能-机械能-电能的转换同时汽轮发电机对制热器20输出高速运动的低温乏汽；制热器20包含升温装置21和加热器22，升温装置21包含高温回路和低温回路,高温回路和低温回路由于有温差，高温回路对低温回路进行加热，高温蒸汽转化为液体工质返回制冷器10,加热器22用于将高温蒸汽温度进一步提高,为升温装置21的低温回路和高温回路提供原始温差来源,从而实现再生式自加热功能,把气体温度提升到系统工作需要的程度,比如100～800℃。外部提供的如果是高温热源，也可以从外部热源215直接注入冷却-加热器30,用于将乏汽能量温度进一步提高，然后转移到汽轮机高压回路用于产生高温高压蒸汽。冷却-加热器30用于将制热器20制造的高温热能传输给汽轮机高压回路将低温高压蒸汽加热成高温高压蒸汽,从而推动汽轮发电机旋转做功发电，提供电能为外部设备进行利用,同时将制热器20的高温蒸汽转化为液态工质返回到制冷器10,于是,从此汽轮发电机不再依赖于任何低温环境温度,来实现乏汽的冷凝,可以工作在任何任意温度条件下,当然乏汽的能量损失也不将存在,汽轮机发电机的能量转换系统效率为100％,冷力能量转换装置为零熵增的冷力发电机。

在一个实施例中，冷力发电机包括冷热机1和汽轮发电机，所述冷热机1包括制冷器10、制热器20、冷却-加热器30和能量采集器40，制热器20包括升温装置21和加热器22，制冷器10的第二液体加压泵13将储液罐11中的低压过冷液体加压成过冷高压液体,空气或水进入能量采集器40,与过冷高压液体进行热交换,空气或水降温变冷,过冷高压液体蒸发,将环境能源变成了高压低温蒸汽；汽轮机乏气进入制热器20,在汽轮发电机乏汽高速余速的动力和第一液体加压泵12的抽吸作用下,乏汽和为制造储液罐11过冷液体而产生的低温蒸汽由升温装置21的低温回路进入,经加热器22升温以后返回到高温回路,高低温回路和低温回路出现了温差,于是高温回路对低温回路进行加热，实现低温回路等压增焓，高温回路等压降焓,高温蒸汽不断冷却，最后变为液体返回到制冷器10中,反复循环,让升温装置21大幅度提高了加热器22进口回路气体的温度,加热器22本身只需要很小的加热能量,就能根据需要大幅度的提高进口蒸汽的温度,从而实现了再生式自加热蒸汽升温功能；温度得到提高以后的高温蒸汽,送到与制热器20相连的冷却-加热器30进行热交换,冷却-加热器30中的高温蒸汽冷却降温以后,再返回到高温回路，继续被冷凝成为液体,返回到制冷器10中；冷却-加热器30获得了高温热能,高压低温蒸汽变成高温高压蒸汽,为汽轮发电机的汽轮机的运转提供了能量；冷力发电机制造了低温冷源,使汽轮机乏气的低温冷源不受环境温度影响,对水蒸汽系统可以降到接近零℃，从而提高汽轮发电机的发电效率,对氮气系统可以降到零下196℃,为深冷汽轮机的运行创造了条件；制热器20将汽轮发电机的乏汽和制热器20高温回路的温差剩余能量的温度提高以后的高温蒸汽转移给冷却-加热器30,为冷力发电机提供了高温热源,使冷力发电机不需要任何化石能源,就实现了将环境热能转变为电能的目标。制热器20能够以1:30-50的能效比，将低温能源提升为高温能源。由于制热器20将汽轮发电机的乏汽能量和环境热源从低温提升到高温消耗的功率无论多大功率的冷力发电机的系统都只需要几十个千瓦,只有制冷器10第一液体加压泵12和第二液体加压泵13的系统工质运动才需要消耗额定功率2％左右的有功能量,制冷器10工作时消耗的能量,都将转化为制热器20的热量,返回到汽轮机的高温高压回路中,所以制冷器10本质上是不消耗能量的。

上述实施例中，能量采集器40吸收外部环境能源,完成能量的采集,制热器20回热热交换器和等焓热交换器将低温蒸汽提升成高温蒸汽以后,冷却器与高温高压的加热器22相连,构成冷却-加热器30,将高温蒸汽能量传递给汽轮发电机,完美实现将环境能源转变为电能。

本发明冷力发电机优点可同时生产制冷、热水、供暖、工业蒸汽和发电五种功能联产。

所用的热源可以是绝对零度以上的任何温度的热源，从经济适用方便的角℃来讲，热源的流体温度实际上最好不要低于-200℃。

制热器20在没有低温冷源的情况下，完成了普通火力发电站中的冷凝器功能,从而实现了环境热源发电机。利用制冷器10产生的低温气体远远低于环境温度,(即制冷功能)利用此温度差,不断接收环境热源中的环境能量,作为汽轮机的能量来源，所以也可以称之为环境能源的冷力发电机。

在上述各实施例中，制冷器10包括储液罐11、至少一个液体加压泵和节流阀14，所述储液罐11具有液体输入端、第一液体输出端和第二液体输出端，所述液体加压泵设置在储液罐11的液体输入端与制热器20之间的通路上或/和设置在储液罐11的第一液体输出端与冷却-加热器30之间的通路上，所述节流阀14设置在储液罐11的第二液体输出端与制热器20之间的通路上。

在一个实施例中，所述制冷器10包括第一液体加压泵12和第二液体加压泵13，所述第一液体加压泵12设置在储液罐11的液体输入端与制热器20之间的通路上，所述第二液体加压泵13设置在储液罐11的第一液体输出端与冷却-加热器30之间的通路上。

上述储液罐11也是稳压罐，膨胀罐,可以在系统负荷从10％～110％之间的变化时提供系统所需要的工质流量,储液罐11的容积为冷热机1中循环工质额定负荷每秒质量流量的3倍以上,储液罐11中的储液量不少于容积的50％,优选地，储液罐11采用杜瓦瓶，或者采取良好保温措施。

调节液体加压泵的转速和外部注入热能的大小就可以满足负荷大小变化的需要,调节节流阀14开度就可以控制能量采集器40蒸发温度,以满足吸收外部环境热能所需要的温度差。

如图1-图4所示，储液罐11的第一液体输出端与第二液体加压泵13的低压端连通，所述第二液体加压泵13的高压端与能量采集器40的低温输入端连通,能量采集器40低温输出端与冷却-加热器30低温输入端相连,冷却-加热器30低温输出端与能量转换机构2的高压端相连，所述能量转换机构2的低压输出端与制热器20的低温输入端连通；储液罐11的第二液体输出端与节流阀14的高压端连通,所述节流阀14的低压端与制热器20的低温输入端，制热器20高温输出端与第一液体加压泵12的低压端连通，第一液体加压泵12的高压端与储液罐11的液体输入端连通，通过第一液体加压泵12将制热器20高温回路的低压液体增压到中压液体,通过第二液体输出口经过节流阀14将中压液体节流降压到低压,部分液体蒸发成气态，气体体积膨胀降温,来制造低温冷能,从而将制热器20高温回路返回的低压液体中的剩余能量转移走同时将储液罐11中的液体工质温度降低到低于环境温度10～20℃，过冷液体为能量采集器40吸收外部热能创造低温条件；第二液体加压泵13低压端与储液罐11的第一液体输出端相连,第二液体加压泵13高压端与能量采集器40低温输入端相连,第二液体加压泵13将储液罐11中的过冷中压液体加压到高压输送给能量采集器40,为系统工质流动提供动力；能量采集器40由于温差吸收外部的热源能量,从而将过冷高压液体转化为低温蒸汽输送到冷却-加热器30。

如图5所示，储液罐11的第一液体输出端与第二液体加压泵13的低压端连通，所述第二液体加压泵13的高压端与冷却-加热器30的低温输入端相连,冷却-加热器30高温输出端与能量转换机构2的高压端相连，所述能量转换机构2的低压输出端与制热器20的低温输入端连通；储液罐11的第二液体输出端与节流阀14的高压端连通,所述节流阀14的低压端与制热器20的低温输入端，制热器20高温输出端与第一液体加压泵12的高压端连通，第一液体加压泵12的低压端与储液罐11的液体输入端连通。

在一个实施例中，所述制冷器10中的液体工质包括水、氮、氨、二氧化碳或任何一种制冷剂包含但不限于r23、r22、r32、一种或多种及其混合物。

优选地，液体工质根据采集的环境能量温度来选取，环境温度低于零下50℃时，所述液体工质为氮气或空气；所述环境温度高于零下50℃时，所述液体工质为二氧化碳、R22、R23、R32、水、氨或R410a等各种制冷剂。

在一个实施例中，根据储液罐液体工质的工作压力，确定是否设置第二液体加压泵。

优选地，当储液罐的液体工质的工作压力不大于4兆帕时，不设置第二液体加压泵；当储液罐的液体工质的工作压力大于4兆帕时，设置第二液体加压泵。

优选地，液体工质采用普通制冷剂可以只设置第一液体加压泵,但如果是液体工质采用二氧化碳、水蒸气等，需要设置第一液体加压泵和第二液体加压泵。

在一个实施例中，本发明的冷力能量转换装置中所有与环境温度相差10℃以上的装置和管路采用非常良好的保温保冷措施，如图1-图4所示，所述制冷器10、能量采集器40、制热器20、冷却-加热器30和能量转换机构2以及相互之间的连接管道设置有保温层。

在本发明的一个具体实施例中，参照图5，冷力能量转换装置为冷力发电机，发电机为50MW背压式二氧化碳亚临界汽轮发电机，汽轮机的进汽压力4.5兆帕，进气温度112℃,排气温度-22℃,排气压力0.56兆帕；汽轮发电机采用二氧化碳作为工质；冷热机1将50MW环境热能提升到250℃作为外部热源215提供给汽轮发电机,汽轮发电机排出的-22℃汽轮机乏汽被制热器20的回热器211加热到150℃,再由制热器20加热器22将150℃的气体加热到250℃，然后提供给冷却-加热器30对汽轮机高温回路的低温高压蒸汽进行加热成4.5兆帕，温度为112℃的高温高压蒸汽,供气轮发电机实现热能到电能的转换,制热器20高温能量经过冷却-加热器30降温以后的高温蒸汽转变为液体依次返回到回热器211、第一液体加压泵12和储液罐11,储液罐11中的低压过冷液体经第二液体加压泵13加压后输送到冷却-加热器30输入端,从而实现完整的系统循环；

冷力发电机的卡诺循环效率等于t₂/t₁＝1-(273-22)/(273+112)＝34.8％；冷力发电机输出有功功率为50兆瓦，对应的总功率为：N＝50/.348＝143.7MVA；对应的无功功率为：143.7-50＝93.7MVA；冷力发电机的能量来源采用河水，河水水温15℃进来，0℃排出去,河水每小时所需流量为：N＝50000*3.6/(15-0)*4.2＝2857立方。

在本发明的另外一个具体实施例中，如图6所示，冷力能量转换装置为空气能冷力发电机航空器动力系统,采用冷力发电机与蓄电池203并联，冷力发电机包括冷热机、汽轮机201和发电机202，发电机202发电以后由发电机202与蓄电池203并联拖动电力发动机205；采用电力发动机205进口进入的高空低温空气气体为能量来源,大幅度的降低温度并提高速度以后,再向飞行器尾部排出产生强大推力；电力发动机为本体通道式,内部采用磁悬浮轴承的转速高达几万转的高速电动机驱动涡轮风扇206旋转,在涡轮风扇前面或者后面安装有采集空气能的能量采集器40,采用氮气作为工质将零下60℃的空气降低到零下160℃排出,每秒一公斤空气可提取1百千焦耳能量,每秒钟空气流量达到空中客车a380的3000公斤时,能量采集器吸收的空气能量将达到300兆瓦,由于冷力发电机转化效率为100％,冷力发电机输出的电功率将超过任何航母,可驱动载重量超过千吨的常年在天上飞行的航空母机；发电机采用转速24,000转,400赫兹的中频机组,材料主要采用铝合金、钛金属材料；当在高空中，空气密度下降，吸入空气质量减少时,只要加大电动机转速,就能保持吸入的空气量不变，从而保持航空器高速超高速飞行所需要的功率；

如图6所示,发电机输出端与蓄电池和电力发动机的调速器204相连,电力发动机可以是两个或者很多个根据需要设定,冷力发电机提供飞行器所需要的所有能量,蓄电池提供飞行器所需要的瞬时峰值能量；这种空气能航空器动力系统公司工作温度在零下196℃到零上100℃之间,不需要任何特殊的耐高温材料,所以制造容易，成本低简单可靠,运行成本更是无与伦比,将使我们人类的生存空间从地面走向空中。

如图6所示，空气能冷力发电机航空器动力系统具有短舱和主舱，涡轮风扇206、、能量采集器40、反推装置207和矢量喷嘴208设置在短舱，其他构件设置在主舱，外部空气3从短舱前方吸入加压后从短舱后方喷出，对飞行器产生推力，矢量喷嘴208配置在飞行器的短舱的尾端,矢量喷嘴208可以360度旋转，能够改善飞行器的操作性能，增强飞行器的灵活性；所述矢量喷嘴208出口处设置有反推装置207，可旋转的反推装置207用于空中或者降落时减速用；涡轮风扇206靠近所述飞行器的短舱远离反推装置207的一端。

上述空气能航空器动力系统，只要改变能量采集方式和动力输出方式，就可以适用于任何移动交通工具如汽车,火车，船舶等等需要动力的装置。

冷力发电机在没有低温冷源的情况下，完成了普通朗肯循环中的冷凝器功能,从而实现了单一热源发电机,这种冷力发电机低温端温度有很宽的选择范围,并且不需要向环境排放乏汽能量。由于利用环境热源作为能量来源,冷力发电机产生的低温温度远远低于环境温度,利用此低温气体,产生的温度差,不断接收环境热源中的能量,作为冷力汽轮发电机的能量来源，同时使环境温度降低，实现了制冷功能,所以称为冷力发电机。

这里只有单一的热源输入，也只有单一的能量输出，所以称为单一热源环境发电机，其系统效率是100％，乏气中残留的热能和第一液体加压泵12和第二液体加压泵13所消耗的能量全部通过制热器20又返回到汽轮机的高温高压端与外部输入的热能一起循环，做不可避免的无用功，在汽轮机和发电机中又还原为电能输出了。

单机输出功率可以从最小几瓦到几千兆瓦，任何汽轮机、透平机、膨胀机利用本发明冷力转换装置都属于本发明的保护范围。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冷力能量转换装置，其特征在于：包括能量转换机构和冷热机，所述冷热机从外部吸收能量并将所述能量转变为高温热能，所述能量转换机构将所述冷热机产生的高温热能转换为其他能同时输出低温乏汽到冷热机；

其中，所述冷热机包括制冷器、制热器和冷却-加热器，所述制冷器提供过冷液体并加压后传递给冷却-加热器，所述制冷器还提供低温蒸汽给制热器，所述制热器从外部吸收能量并将所述制冷器传递的低温蒸汽和能量转换机构传递的低温乏汽转变为高温蒸汽传递给冷却-加热器，所述冷却-加热器利用制热器传递的高温蒸汽将所述制冷器传递的过冷液体转换为高温高压蒸汽并传递到能量转换机构，同时将制热器传递的高温蒸汽转换为低温液体返回制冷器。

2.根据权利要求1所述的冷力能量转换装置，其特征在于：所述冷热机还包括至少一个能量采集器，用于采集环境中的热能，所述能量采集器连通在制冷器与冷却-加热器之间或/和连通在制冷器与制热器之间；

优选地，所述能量采集器的低温输入端与制冷器的液体输出端连通，所述能量采集器的低温输出端与冷却-加热器的低温输入端连通，所述冷却-加热器的低温输出端与所述能量转换机构连通，所述能量采集器采集环境中的热能供给制冷器流入能量采集器的过冷液体转换为低温蒸汽，低温蒸汽进入与能量采集器的低温输出端连通的冷却-加热器进一步加热转换为高温高压蒸汽；

优选地，所述能量采集器的低温输入端与制冷器的气体输出端连通，所述能量采集器的低温输出端与所述制热器低温输入端连通，所述能量采集器采集的热能产生低温蒸汽供给制热器；

优选地，所述制冷器、能量采集器、制热器、冷却-加热器和能量转换机构以及相互之间的连接管道设置有保温层。

3.根据权利要求1所述的冷力能量转换装置，其特征在于：所述制热器包括升温装置和加热器，所述升温装置具有高温回路和低温回路，所述升温装置的低温回路一端与所述制冷器的气体输出端连通，所述升温装置的低温回路的另一端与所述加热器的低温输入端连通，所述升温装置的高温回路一端与所述加热器的高温输出端连通，所述升温装置的高温回路的另一端与所述制冷器的液体输入端连通，所述冷却-加热器的高温输入端与所述加热器的高温输出端连通，所述冷却-加热器的高温输出端与所述升温装置的高温回路连通；

优选地，所述升温装置包括回热器和第一热交换器，所述回热器的低温输入端与制冷器的气体输出端连通，所述回热器的低温输出端与所述第一热交换器的低温输入端连通，所述第一热交换器的低温输出端与所述加热器的低温输入端连通，所述第一热交换器的高温输入端和所述冷却-加热器的高温输入端分别与所述加热器的高温输出端连通，所述第一热交换器的高温输出端和所述冷却-加热器的高温输出端分别与回热器的高温输入端连通，所述回热器的高温输出端与所述制冷器的液体输入端连通；

进一步，优选地，所述升温装置还包括第二热交换器，所述第一热交换器的低温输出端与所述第二热交换器的低温输入端连通，所述第二热交换器的低温输出端与所述加热器的低温输入端连通，所述第二热交换器的高温输入端和第一热交换器的高温输入端分别与所述加热器的高温输出端连通，所述第二热交换器的高温输出端与所述冷却-加热器的高温输入端连通；

更进一步优选地，所述第一热交换器为等焓热交换器，所述第二热交换器为温差放大器；

优选地，所述升温装置还包括三通比例调节阀，所述三通比例调节阀的第一输入端与所述第一热交换器的高温输出端连通，所述三通比例调节阀的第二输入端与所述冷却-加热器的高温输出端连通，所述三通比例调节阀的输出端与所述回热器的高温输入端连通；

优选地，所述升温装置还包括温度比例调节阀，所述温度比例调节阀设置在第二热交换器与加热器的连通通路上或/和第一热换器与加热器的连通通路上。

4.根据权利要求1所述的冷力能量转换装置，其特征在于：所述制热器包括回热器和外部热源，所述回热器的低温输入端与所述制冷器的气体输出端连通，所述回热器的低温输出端与所述外部热源的低温输入端连通，所述外部热源的低温输出端与冷却-加热器的高温输入端连通，所述冷却-加热器的高温输出端与所述回热器的高温输入端连通，所述回热器的高温输出端与所述制冷器的液体输入端连通。

5.根据权利要求1-4中任一所述的冷力能量转换装置，其特征在于，所述制冷器包括储液罐、至少一个液体加压泵和节流阀，所述储液罐具有液体输入端、第一液体输出端和第二液体输出端，所述液体加压泵设置在储液罐的液体输入端与制热器之间的通路上或/和设置在储液罐的第一液体输出端与冷却-加热器之间的通路上，所述节流阀设置在储液罐的第二液体输出端与制热器之间的通路上；

优选地，所述制冷器包括第一液体加压泵和第二液体加压泵，所述第一液体加压泵设置在储液罐的液体输入端与制热器之间的通路上，所述第二液体加压泵设置在储液罐的第一液体输出端与冷却-加热器之间的通路上。

6.根据权利要求1-5中任一所述的冷力能量转换装置，其特征在于，所述制冷器中的液体工质包括水、氮、氨、二氧化碳、甲烷、r23、r22和r32中的一种或多种的混合物。

7.一种利用权利要求1-6中任一所述的冷力能量转换装置能量转换进行能量转换的方法，其特征在于，包括：

通过冷热机吸收外部能量并将所述能量转变为高温热能；

通过能量转换机构将所述冷热机产生的高温热能转换为其他能同时输出低温乏汽到冷热机；

通过冷热机将低温乏气的热能和从外部吸收的热量转变为高温热能，形成冷热机和能量转换机构的连续循环。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，包括：

通过制热器从外部吸收热量，将制冷器提供的低温蒸汽转换为高温蒸汽；

通过冷却-加热器利用制热器传递的高温蒸汽将制冷器传递的过冷液体转换为高温高压蒸汽同时将制热器传递的高温蒸汽转换为低温液体返回制冷器；

通过冷却-加热器产生的高温高压蒸汽驱动能量转换机构能量转换同时输出低温乏汽到冷热机；

通过冷热机将低温乏气的热能和从外部吸收的热量转变为高温热能，形成制冷器、制热器、冷却-加热器和能量转换机构的连续循环。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

通过能量采集器采集空气、水或其他一切可用的低温环境热能或者外部高温热能并供给制冷器与能量转换机构之间的通路或/和制冷器与制热器之间的通路。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述通过冷却-加热器利用制热器传递的高温蒸汽将制冷器传递的过冷液体转换为高温高压蒸汽同时将制热器传递的高温蒸汽转换为低温液体返回制冷器步骤包括：

通过第二液体加压泵抽吸储液罐中的过冷液体，将过冷液体转换为过冷高压液体；

通过冷却-加热器吸收制热器高温蒸汽的热能将过冷高压液体转换为高温高压蒸汽同时高温蒸汽转换为低温液体通过第一液体加压泵抽吸返回储液罐；

将高温高压蒸汽送至能量转换机构能量转换作功以后产生的低温乏汽传送到制热器进行能量转移后形成低温液体再返回储液罐；

优选地，根据储液罐液体工质的工作压力，确定是否设置第二液体加压泵；

进一步优选地，当储液罐的液体工质的工作压力不大于4兆帕时，不设置第二液体加压泵；当储液罐的液体工质的工作压力大于4兆帕时，设置第二液体加压泵。

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