利用環(huán)境熱能對外做功的方法及環(huán)境熱能做功系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】利用環(huán)境熱能對外做功的方法及環(huán)境熱能做功系統(tǒng)
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于動力機械技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種利用環(huán)境熱能對外做功的方法及用該方法的環(huán)境熱能做功系統(tǒng)。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]因經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各國都對能源的需求很大，并且日益增加，而石油煤炭天然氣等能源，總會有枯竭的一天，人類社會為了發(fā)展必須尋找新的能源，但各種取得能源的技術(shù)都有其自身的不足，成本高，有危險，會枯竭，有污染，破壞環(huán)境，即使水力風(fēng)力地?zé)岬惹鍧嵞茉窗l(fā)電，非常受環(huán)境限制，而且需要大量的設(shè)施等等，不能完美的解決能源問題。
[0005]在我們生活的環(huán)境中存在大量的能源，現(xiàn)有的技術(shù)只是利用了其中的風(fēng)能、太陽能，而沒有利用環(huán)境中的熱能，傳統(tǒng)利用太陽能、風(fēng)能的方式受條件制約大，在能量轉(zhuǎn)換時，所需要的設(shè)備成本較高，且受地域影響。而本發(fā)明可以在任何地方利用環(huán)境中的熱能，不受地域時間等等限制，且對環(huán)境幾乎無污染。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用熱栗吸收環(huán)境中的熱能對外做功的方法，該裝置可以將環(huán)境的熱能轉(zhuǎn)化為動能輸出，環(huán)保且使用方便。
[0008]發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種利用熱栗吸收環(huán)境中的熱能對外做功的方法，它包含一個熱栗系統(tǒng)，一個熱做功系統(tǒng)，以及一個多級熱交換及儲能系統(tǒng)。
[0009]其原理為利用熱栗產(chǎn)生高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩?，并利用環(huán)境溫度的介質(zhì)作為第三個熱源，一般情況下介質(zhì)為水、油或者空氣，高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩捶謩e與第三個熱源配合，驅(qū)動熱做功裝置做功，且熱做功裝置溫度升高做功，溫度降低也做功。同時在所有需要進(jìn)行熱交換的地方采用多級熱交換，即用多份的介質(zhì)多次熱交換讓某個環(huán)節(jié)逐漸降溫或者升溫到所需溫度，同時得到不同品質(zhì)的冷熱介質(zhì)，分別儲存起來而不是排到環(huán)境中去，一般情況下介質(zhì)為水或者油，相同的順序多個熱交換過程可以讓介質(zhì)的品質(zhì)逐漸升高，從而不斷得到可以利用的高品質(zhì)冷熱介質(zhì)，充分利用冷能和熱能。
[0010]一種利用環(huán)境熱能對外做功的方法，利用熱栗產(chǎn)生高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩?，并利用環(huán)境溫度的介質(zhì)作為第三個熱源;所述環(huán)境溫度的介質(zhì)為水、油或者空氣;高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩捶謩e與環(huán)境溫度的介質(zhì)配合，驅(qū)動熱做功裝置做功，且熱做功裝置溫度升高做功，溫度降低也做功，并在整個過程中的所有熱交換環(huán)節(jié)，采用多級熱交換，即用多份的環(huán)境溫度的介質(zhì)多次熱交換讓某個環(huán)節(jié)逐漸降溫或者升溫到所需溫度，同時得到不同品質(zhì)的冷熱介質(zhì)，分別把余熱余冷儲存起來而不是排到環(huán)境中去，相同的順序多個熱交換過程可以讓介質(zhì)的品質(zhì)逐漸升高，從而不斷得到可以利用的高品質(zhì)冷熱介質(zhì)，充分利用冷能和熱能。
[0011]所述高溫?zé)嵩磁c所述環(huán)境溫度的介質(zhì)組成熱機，所述低溫?zé)嵩匆才c環(huán)境溫度的介質(zhì)組成熱機，驅(qū)動熱做功裝置做功，且熱做功裝置在被加熱溫度升高時做功，在被冷卻溫度降低時也做功。
[0012]整個過程中的所有熱交換環(huán)節(jié)，采用多級熱交換，將需要被加熱或冷卻的環(huán)節(jié)加熱或冷卻到一定溫度，同時得到不同溫度的介質(zhì)并將余熱儲存在介質(zhì)中，而不是將熱能和冷能排到環(huán)境中去，重復(fù)該過程以不斷獲得最高品質(zhì)可以利用的熱介質(zhì)或者冷介質(zhì)。
[0013]所述熱做功裝置為氣缸，該氣缸對可變負(fù)載做功。
[0014]熱栗內(nèi)工質(zhì)蒸發(fā)時的能量通過做功氣缸或者透平機回收。
[0015]用上述的利用環(huán)境熱能的對外做功方法的環(huán)境熱能做功系統(tǒng)，所述環(huán)境熱能做功系統(tǒng)包括熱栗模塊、熱能做功模塊及冷能做功模塊;所述熱栗模塊包括一熱水容器和一冷水容器，所述熱能做功模塊的一端與所述熱水容器相接，所述冷能做功模塊的一端與所述冷水容器相接。
[0016]所述熱栗模塊包括通過管道依次循環(huán)連接的熱水容器、第一級多級加熱裝置、第一級儲氣罐、能量回收裝置、第二級多級加熱裝置、第二級儲氣罐、壓縮機、冷水容器、多級冷卻裝置以及儲液罐。
[0017]所述熱能做功模塊包括做功氣缸、多級冷卻裝置和可變負(fù)載;所述冷能做功模塊包括做功氣缸、多級加熱裝置、可變負(fù)載。
[0018]所述熱能做功模塊包括儲液罐、透平機、儲氣罐及多級冷卻裝置;所述熱水容器、透平機、儲氣罐、多級冷卻裝置及儲液罐依次循環(huán)相接;所述冷能做功模塊包括儲液罐、多級加熱裝置、透平機及儲氣罐;所述冷水容器、儲液罐、多級加熱裝置、透平機、儲氣罐依次循環(huán)相接。
[0019]所述多級熱交換裝置包括至少兩個裝有熱交換介質(zhì)且依次被管道穿過的熱交換容器，所述熱交換容器開設(shè)有閥門。
[0020]所述多級熱交換裝置包括多個裝有熱交換介質(zhì)的容器和氣缸，容器分別位于所述氣缸的上方和下方，各容器和氣缸之間設(shè)有介質(zhì)通道，各容器與介質(zhì)通道之間設(shè)有閥門。
[0021]所述多級熱交換裝置包括至少兩個裝有冷熱介質(zhì)的熱交換容器，所述熱能氣缸或者冷能氣缸的缸體外部設(shè)有介質(zhì)通道，所述介質(zhì)通道的輸入端與所述各熱交換容器的輸出端相接，所述介質(zhì)通道的輸入端與所述熱交換容器的輸出端之間設(shè)有輸出閥門，所述介質(zhì)通道的輸出端與所述熱交換容器的輸入端相接，所述介質(zhì)通道的輸出端與所述熱交換容器的輸入端之間設(shè)有輸入閥門，所述輸入閥門與所述介質(zhì)通道的輸出端之間設(shè)有水栗，所述各容器設(shè)有排水閥。
[0022]該技術(shù)方案主要有兩個特點。
[0023]1.做功部分。它有三個熱源，即高溫?zé)嵩础⒌蜏責(zé)嵩丛匆约碍h(huán)境溫度熱源，一般為熱水、冷水以及環(huán)境溫度的水，作為做功裝置既在被加熱時做功，也在被冷卻時做功。
[0024]熱做功裝置可以是利用氣體、液體、固體的熱脹冷縮做功的裝置，也可以是利用低沸點液體的氣化液化做功的裝置，或者是雙金屬記憶金屬等等利用熱效應(yīng)做功的裝置，這類裝置的特點是吸熱時能做功，放熱時也能做功，這里以低沸點液體的氣化液化做功的裝置為例進(jìn)行說明。為便于表述，稱相對于環(huán)境溫度高的熱源具有“熱能”，相對于環(huán)境溫度低的熱源具有“冷能”，實質(zhì)都是產(chǎn)生了溫差利用內(nèi)能做功，其工作過程如下:
熱栗致熱端放出的熱量用水吸收，然后用來作為高溫?zé)嵩醇訜岱悬c稍高于環(huán)境的液體，使其氣化，推動活塞對外做功，然后，再用環(huán)境溫度的水使其冷卻到環(huán)境溫度，蒸汽冷卻液化體積縮小，大氣壓推動活塞做功，同樣可以做功。此時一份熱能可以做兩次功。冷卻水吸收的熱量還可以儲存起來并加以利用，而不是排到環(huán)境中區(qū)，以提高效率。
[0025]在制冷端，與制熱端同理，不同的是使用沸點稍低于環(huán)境溫度的液體，被作為冷源的冷水冷卻液化體積減小，大氣壓推動活塞做功，然后從環(huán)境溫度的水中吸熱回到環(huán)境溫度，再次氣化推動活塞做功。跟制熱端一樣，冷能也可以通過水存儲起來。
[0026]讓冷水、熱水分別跟環(huán)境溫度的水組合驅(qū)動熱機做功，而不是直接讓熱水、冷水組合驅(qū)動熱機的好處是，利用熱能做功時可以讓環(huán)境溫度的水提供跟熱水等量的“冷能”，用于把熱機冷卻到環(huán)境溫度，利用冷能做功時，環(huán)境溫度的水提供了跟冷水等量的熱能，用于把熱機加熱到環(huán)境溫度，即環(huán)境溫度的水額外的提供了一份冷能和一份熱能，也就是說從環(huán)境中吸收了一份冷能和一份熱能用于做功過程。具體分析如下。
[0027]假設(shè)環(huán)境溫度為T0，低于環(huán)境溫度的冷水溫度為Tl，高于環(huán)境溫度的熱水溫度為T2，如果直接利用冷水作為冷源，熱水作為熱源組成熱機，把熱機由Tl提高到T2分成兩個過程來看，即先把工作介質(zhì)由Tl加熱到TO，需要Ql的熱能做功Wl，由TO加熱到T2，需要Q2的熱能，做功W2，從Tl到T2，溫度為T2的熱水需要消耗Q1+Q2的熱能，對外做功W1+W2，而熱機回到Tl狀態(tài)時(為了簡化，假設(shè)此過程不做功)，冷水需提供Q1+Q2的冷能，這樣，消耗了 Q1+Q2的熱能，Q1+Q2的冷能，冷量和熱量都減少了 Q1+Q2，即2(Q1+Q2)的冷熱能，共做功W1+W2。
[0028]如果利用環(huán)境溫度的水，把熱機由Tl加熱到T0，此時沒有消耗溫度為T2的熱水里的熱能，即熱能零消耗讓熱機做功Wl，然后利用溫度為T2的熱水把熱機加熱到T2，此時消耗了 Q2的熱能做功W2，到現(xiàn)在為止，只消耗了Q2的熱能，卻做了 W1+W2的功，然后熱機需要回到溫度為Tl的狀態(tài)，先用環(huán)境溫度的水把熱機由T2降低到環(huán)境溫度T0，此時消耗冷源零冷能，接著用溫度為Tl的冷水把熱機冷卻到Tl，此時消耗Ql的冷能，熱機回到原來溫度為Tl的狀態(tài)，整個總共消耗了 Ql的冷能和Q2的熱能，即只消耗了 Q1+Q2的冷熱能，也做了 W1+W2的功，能量消耗為前一種方式的一半，環(huán)境溫度的水提供了 Ql的冷能和Q2的熱能。
[0029]因為熱栗的壓縮機工作時，溫度是從環(huán)境溫度到冷凝器端的溫度(工作介質(zhì)被水冷卻到了環(huán)境溫度)，所以它放出的熱，如果也是在這兩個溫度之間做功的話，能夠做的功大致與壓縮機消耗的功相當(dāng)。蒸發(fā)器端冷能做功同理。又因為熱機被加熱和被冷卻都做功，所以得到的熱能和冷能可以做了接近2至4倍壓縮機消耗的功，被