專利名稱：利用環(huán)境低熱或工廠廢熱產(chǎn)生動力及冷氣的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用低溫工質(zhì)將難以利用的環(huán)境低熱或工廠廢 熱轉(zhuǎn)換成動力及冷氣的方法和裝置，屬能源利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在當(dāng)今社會，卯％以上能量的獲得都是靠消耗石化等不可再生能 源來轉(zhuǎn)換，完全以自然能轉(zhuǎn)換而成的綠色能源，僅有水能、風(fēng)能、太 陽能等，但太陽能能量密度太低，風(fēng)能隨機性太強，時有時無，時大 時小，水能更是受地理環(huán)境的限制，沒有較大的落差，難以發(fā)電，而 且風(fēng)能、太陽能等轉(zhuǎn)換成本高，難以與常規(guī)能源在市場上競爭。環(huán)境 狀態(tài)下大氣中所含有的熱能，數(shù)量巨大，無所不在，受各種自然環(huán)境 因素影響較小，如能將其大規(guī)模應(yīng)用，將會逐漸取代常規(guī)石化能源而 成為今后人類社會的主流能源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能將存在于大氣中、海洋中、地下的 數(shù)量極其巨大的環(huán)境低熱以及工廠中大量難以利用的中、低溫廢熱轉(zhuǎn) 換為動力及冷氣的裝置，使環(huán)境低熱成為一種取之不盡，用之不竭的 新型綠色能源，使工廠廢熱變廢為寶，變害為利。
其方法是利用低溫工質(zhì)(液氮、液氧等)與環(huán)境大氣(或工廠廢 熱)進行熱交換，使低溫工質(zhì)吸收環(huán)境空氣中的熱量氣化，體積膨脹
800倍左右，將液態(tài)工質(zhì)限制在一個設(shè)定的較小耐壓容器內(nèi)氣化成高 壓氣體，將高壓工質(zhì)氣體導(dǎo)入膨脹機膨脹作功，產(chǎn)生強大的動力。環(huán)境空氣中的熱量被低溫工質(zhì)吸收后變?yōu)槔錃?，將此冷氣接空調(diào)系統(tǒng)， 可代替空調(diào)降溫,接入需要冷卻的工廠設(shè)備，可代替冷卻水循環(huán)，既節(jié) 水又發(fā)電,一舉多得。所述的高壓工質(zhì)氣體膨脹作功后排出的低溫低 氣體，經(jīng)氣液換熱器及液化裝置冷凝成液態(tài)，再經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流成常壓后 返回工質(zhì)容器從新進行循環(huán),使整個能量轉(zhuǎn)換過程能夠連續(xù)進行。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:一種利用低溫工質(zhì)將環(huán)境低熱或工廠廢熱 轉(zhuǎn)換成動力及冷氣的裝置，包括液氮罐、高壓液氮泵、氣液換熱器、 高壓儲氣罐、膨脹機、低壓氣泵(或風(fēng)扇)、液化裝置、節(jié)流閥、以及 電池組、開關(guān)、閥門、控制系統(tǒng)等(圖上未標出)。液氮罐包括罐內(nèi) 的低溫工質(zhì)液氮。所述的液氮罐聯(lián)接高壓液氮泵，所述的高壓液氮泵 聯(lián)接氣液換熱器，液氮經(jīng)高壓液氮泵泵入氣液換熱器，與來自膨脹機 的低溫低壓氮氣進行熱交換，低溫低壓氮氣失去熱量后液化成低壓液 氮，所述的高壓液氮吸收了低壓氮氣的熱量，氣化成低溫高壓氮氣。 所述的氣液換熱器聯(lián)接高壓儲氣罐，所述的低的低溫高壓氮氣進入高 壓儲氣罐與風(fēng)機送入的環(huán)境大氣或工廠廢熱進行熱交換。所述的低溫 高壓氮氣吸收了環(huán)境大氣或工廠廢熱中的熱能，溫度、壓力得到提升， 作功能力增強。而環(huán)境空氣或工廠廢熱失去熱量后變成低溫氣體。低 溫的環(huán)境空氣聯(lián)通冷氣系統(tǒng)可代替冷氣機及空調(diào)。低溫的工廠廢氣從 新導(dǎo)入高溫工廠設(shè)備進行循環(huán)，代替工廠水冷循環(huán)系統(tǒng)，可以節(jié)水、 節(jié)能。所述的高壓儲氣罐聯(lián)接膨脹機，高壓氮氣進入膨脹機膨脹作功， 輸出的動能可用于帶動機器設(shè)備或作為汽車輪船等交通工具的動力， 也可聯(lián)接發(fā)電機發(fā)電。所述的膨脹機排氣口聯(lián)接氣液換熱器，高壓氮 氣在膨脹機內(nèi)膨脹作功后成為低溫低壓氮氣，進入氣液換熱器冷凝成 低壓液氮或低溫氮蒸氣。所述的氣液換熱器聯(lián)接液氮罐，所述的低壓液氮及低溫氮蒸氣進入液氮罐進一步冷凝成低壓液氮。低壓液氮出口 聯(lián)接節(jié)流閥，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流成常壓液氮返回液氮罐從新循環(huán)。本發(fā)明 科學(xué)、合理、結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)換成本低廉，轉(zhuǎn)換出的高壓氣體能量密度
大，能產(chǎn)生強大動力。因而用途極其廣泛，且轉(zhuǎn)換所需條件簡單，受 地理氣候等自然因素制約較小，幾乎在任何環(huán)境、任何地點都能從空 氣中、水中或地下獲得動力，是一種極具潛力的，新型的，可再生的 綠色能源，其經(jīng)濟效益及社會效益非常巨大。
結(jié)合實施例和附圖詳盡說明


圖1為本發(fā)明流程示意圖。l.液氮罐2.高壓液氮泵 3.氣液 換熱器4.高壓儲氣罐 5.氣泵(或風(fēng)扇)6.膨脹機7.液化裝置 8.節(jié)流閥9.工廠發(fā)熱設(shè)備
具體實施例方式
本發(fā)明的流程如圖所示,其具體實施方式
為
高壓液氮泵2在控制系統(tǒng)的啟動下(圖上未標出)將液氮從液氮罐 泵入氣液換熱器.3使常壓液氮變?yōu)楦邏阂旱?所述的高壓液氮與從膨 脹機6排出的低溫低壓氮氣進行熱交換。所述的低溫低壓氮氣放出冷 凝熱冷凝成低壓液氮,高壓液氮吸收低溫低壓氮氣的熱量氣化成低溫 高壓氮氣進入高壓氣罐4。所述的低溫高壓氮氣在高壓氣罐4內(nèi)與風(fēng) 機5送入的常溫工質(zhì)氣體(空氣或工廠廢熱氣)進行熱交換。低溫高壓 氮氣吸收空氣等常溫工質(zhì)氣體的熱量,溫度升高，壓力增大,作功能力 得到大幅提升，實現(xiàn)了將低級環(huán)境熱能轉(zhuǎn)換為具有強大作功能力的高 壓氣體膨脹能,完成了能量的升級。而常溫工質(zhì)氣體失熱后變成低溫 氣體一冷氣?？捎糜诳照{(diào)系統(tǒng)及所有需要降溫的地方及設(shè)施。所述的高壓氣罐4與膨脹機6聯(lián)接,高壓氣罐內(nèi)的高壓氮氣進入膨脹機膨脹
作功，產(chǎn)生動力輸出。所述的高壓氮氣在膨脹機6內(nèi)膨脹作功后成為
低溫低壓氮氣進入氣液換熱器3，被冷凝成低壓液氮或低壓氮蒸氣.
然后進入液氮罐內(nèi)的液化裝置7冷凝成低壓液氮，經(jīng)節(jié)流閥8節(jié)流為
常壓液氮返回液氮罐進行下一個循壞。 實施例l
本發(fā)明應(yīng)用于船只的動力系統(tǒng)，船上的電池組在控制系統(tǒng)的作用 下，啟動高壓液氮泵2、將液氮罐1內(nèi)的液氮泵入氣液換熱器3，液 氮由常壓變?yōu)楦邏?，與從膨脹機6排出的低溫低壓氮氣進行熱交換。 高壓液氮吸收低溫低壓氮氣釋放出的冷凝熱。氣化成低溫高壓氮氣， 進入高壓氣罐4。船只的高壓氣罐可以設(shè)在船只內(nèi)。比如，將船體作 成雙層，中間分隔若干較小空間，變成若干獨立高壓氮氣儲氣室，各 自通過相應(yīng)管道向膨脹機供氣；從氣液換熱器出來的低溫高壓氮氣也 通過管道，分別向各儲氣室補充低溫高壓氮氣。低瘟高壓氮氣在高壓 儲氣室通過氣室壁與外界空氣或海(河)水進行熱交換，將空氣及水 中的熱能轉(zhuǎn)換為高壓氮氣的膨脹能。由于船上儲氣室容量大，數(shù)量多， 不僅可以提供巨大數(shù)量的高壓氣體膨脹能作為動力，而且從第一個儲 氣室的高壓氣體用完后補充進去新的低溫高壓氮氣，到最后一個儲氣 室的高壓氣體用完，中間有相當(dāng)長的時間讓第一個補八的低溫高壓氮 氣有充分的時間與外界環(huán)境進行熱交換臺。因而使得周圍環(huán)境的低溫 能源轉(zhuǎn)換成高壓氮氣的膨脹能非常容易而且數(shù)額巨大，足可以保證船 只航行動力的需要。另外，由于各高壓儲氣室是獨立密封的。當(dāng)船體觸礁，碰撞或遭受攻擊受損時，水頂多只能進入受損部位的小儲氣室， 對整個船只不足以造成安全問題。從而避免了整船沉沒的危險。同時， 由于船體有較大空間來儲存大量液氮、可以對膨脹機排出的低溫低壓 氮氣進行多級冷卻液化，以保證所排氣體的液化速度能夠滿足膨脹機 最大的排氣需求。對于小型船只或舊船改造。由于在船體內(nèi)沒有多少 空間來設(shè)置大容量高壓儲氣罐，可將高壓儲氣罐作成二個巨形長圓 筒，放置在船體兩側(cè)，筒內(nèi)的低溫高壓氮氣通過筒壁與水或空氣進行 熱交換，吸取水中或空氣中的熱量，轉(zhuǎn)換成高壓氮氣的膨脹能，驅(qū)動 船只行駛。二只大型浮筒既是能量轉(zhuǎn)換裝置，又可增加船的浮力，及 抗風(fēng)浪能力。即使船只破損漏水，也不至于很快沉沒，可以爭取較多 的搶救時間。
本發(fā)明對于輸船、火車、汽車等交通工具來說，不僅結(jié)構(gòu)簡單， 無污染，零排放，更重要的是它不消耗不可再生性能源，使用的是無
處不在的?？稍偕?，取之不盡，用之不竭的綠色環(huán)保自然能源。而 且動力強勁，費用低廉絕不亞于任何傳統(tǒng)的汽、柴油等石化能源。
實施例2
本發(fā)明應(yīng)于建立大型低熱發(fā)電廠。整個實施過程與動力輸出實施 方式基本一致，只是需將本發(fā)明所述的裝置巨型化。并設(shè)立多個高壓
氣罐輪流向大型膨脹機(或氣輸機)供氣，液氮罐也需設(shè)立多個，串 聯(lián)使用多級冷凝以滿足大量回收排氣液化冷凝所需。或安裝多套本裝 置并聯(lián)最后將動力輸出聯(lián)接發(fā)電設(shè)備，即可形成規(guī)模發(fā)電。此電站若 建在有大量工廠廢熱的廠礦附近或建在長年氣溫較高地區(qū)，其發(fā)電效果更為理想。如大量建立此發(fā)電站，還可對當(dāng)?shù)乜釤岘h(huán)境有明顯的改 善。而且發(fā)電成本十分低廉，具有極大的經(jīng)濟效益及社會效益。
實施例3
本發(fā)明應(yīng)用于工廠發(fā)熱設(shè)備的降溫，以氣冷循環(huán)代水冷循環(huán)，可 以節(jié)省大量工業(yè)用水，并減少工業(yè)污水的排放及除垢、藥水處理等費 用，用設(shè)備的廢熱發(fā)電，不光節(jié)能，其經(jīng)濟效益也非?？捎^。
本實施例方法如圖(1)所示，在泵(5)的驅(qū)動下，工質(zhì)氣體(氮 氣)在高壓罐(4)與工業(yè)發(fā)熱設(shè)備(9)之間進行封閉式循環(huán)，首先 泵(5)將氮氣泵入高壓氣罐(4)與低溫高壓氮氣進行熱交換，氮氣 將熱量傳遞給低溫高壓氮氣后變?yōu)榈蜏氐獨膺M入工業(yè)發(fā)熱設(shè)備(9)， 使工業(yè)設(shè)備溫度降低自己本身被加熱成中溫氮氣。在氣泵(5)的作 用下從新進入高壓罐(4)將工業(yè)發(fā)熱設(shè)備中帶出的熱量傳遞給低溫 高壓氮氣使低溫高壓氮氣溫度升高，壓力增大，作功能力增強，如此 反復(fù)循環(huán)。 實施例4
本發(fā)明應(yīng)用于空調(diào)，致冷兼發(fā)電。(圖1)其流程原理與實施例 (3)基本相同，差別在于l、實施例(3)應(yīng)用于工業(yè)，本實施例著 眼于民用(住宅、商場等)，2、工業(yè)用的工質(zhì)氣體為氮氣，空調(diào)用的 工質(zhì)氣體為過濾后的新鮮空氣，3、工業(yè)氣冷循環(huán)代水冷循環(huán)是封閉 式循環(huán)，而民用空調(diào)大多采用將處理后的冷空氣直接排入降溫空間的 開放式循環(huán)。由于本發(fā)明所生產(chǎn)之冷氣，不僅能耗低，而且還能在制 取冷氣過程中提取熱能，用于發(fā)電。因此，本發(fā)明之冷氣機，打破了現(xiàn)今冷氣機是高耗能設(shè)備的固定模式，成為低能耗冷氣機。在夏天過 去，室內(nèi)不再需要冷氣。本裝置還可改作環(huán)境熱能發(fā)電機，向家庭或 商場供電。冬季需要取暖，還可用本裝置所發(fā)之電用于驅(qū)動熱泵，提 高室溫。家庭、商場或餐館等擁有一套本裝置， 一年四季可保四季如 春，也不必擔(dān)心供電局停電。
上述實施例證明本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，能源轉(zhuǎn)換成本低，效率高， 可以在任何時間，地點隨時獲得大量的綠色能源。本裝置是新型綠色 能源的最佳轉(zhuǎn)換裝置，其經(jīng)濟效益及社會效益，是不可估量的。
權(quán)利要求
1、一種利用環(huán)境低熱或工廠廢熱產(chǎn)生動力及冷氣的方法與裝置，方法是以液氮為載能工質(zhì)，通過熱交換，產(chǎn)生液氣相變，通過液氣相變循環(huán)，源源不斷將環(huán)境低熱能吸收轉(zhuǎn)換成高壓氣體膨脹能，再通過氣動馬達轉(zhuǎn)換成動力及冷氣，其特征是所述的裝置包括液氮罐、高壓液氮泵、氣液換熱器、高壓儲氣罐、膨脹機、液化裝置、節(jié)流閥。所述的液氮罐(1)與高壓液氮泵(2)進口相聯(lián)，所述的高壓液氮泵(2)的出口與氣液換熱器(3)的液氮進口相聯(lián)，所述的氣液換熱器(3)的液氮出口與高壓儲氣罐(4)的進氣口相聯(lián)，所述的高壓儲氣罐(4)的出口與氣動馬達(6)的進氣口相聯(lián)，所述的氣動馬達(6)的排氣口與氣液換熱器(3)的氮氣進氣口相聯(lián)，所述的氣液換熱器(3)的氮氣出口與液氮罐內(nèi)的液化裝置(7)的進口相聯(lián)，所述的液化裝置(7)的出口與節(jié)流閥(8)的進口相聯(lián)，所述的節(jié)流閥(8)的出口與液氮罐(1)的進液口相聯(lián)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用環(huán)境低熱或工廠廢熱產(chǎn)生動力及 冷氣的裝置，其特征是在其相關(guān)的位置或管路接口處，裝有與其有 關(guān)的閥門、儀表、監(jiān)測、控制元件。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用環(huán)境低熱或工廠廢熱產(chǎn)生動力及 冷氣的裝置，其特征是所述的液氮罐(2)(包括內(nèi)的液氮及液化裝 置)，可以是l個或數(shù)個。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用環(huán)境低熱或工廠廢熱產(chǎn)生動力及 冷氣的裝置，其特征是所述的高壓儲氣罐(5)可以是一個或數(shù)個。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用環(huán)境低熱或工廠廢熱產(chǎn)生動力及冷氣的裝置，其特征是所述的節(jié)流閥(9)可以是一個或數(shù)個。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用環(huán)境低熱或工廠廢熱產(chǎn)生動力及冷氣的裝置，其特征是所述的氣液換熱器(4)外部包有隔熱材料。
全文摘要
一種利用環(huán)境低熱或工廠廢熱產(chǎn)生動力及冷氣的方法及裝置，包括液氮罐、高壓液氮泵、氣液換熱器、高壓儲氣罐、膨脹機(氣動馬達)、節(jié)流閥、以及發(fā)電機、電池組、儀表、閥門(未標出)等組成，低溫工質(zhì)液氮在裝置中通過多次熱交換、從液氮轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏旱獨?，高壓氮氣通過膨脹機作功，產(chǎn)生動力，驅(qū)動輪船等交通工具行駛，也可帶動機械作功或驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，膨脹機排出的低壓氮氣經(jīng)回收冷凝成液氮后返回液氮罐從新循環(huán)，本裝置結(jié)構(gòu)簡單，依靠液氮的相變循環(huán)，將環(huán)境熱能及工廠廢熱轉(zhuǎn)換成動力及冷氣，具有極高經(jīng)濟效益及社會效益。
文檔編號F01K25/00GK101598041SQ200810111519
公開日2009年12月9日 申請日期2008年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月5日
發(fā)明者趙長鳴 申請人:趙長鳴