[发明专利]液气循环废余热换压梯级压空多能开发机

说明书

技术领域

一种利用气液体吸收常温废余热能（现有技术未利用或不能利用而散发向大气中的废余热能）气化增压压缩空气，开发空气全能及常温废余热能、气液体能、温差能的发动、发电多能机。

背景技术

现有能源的利用技术，都会产生废余热能（增加原本温度的热能），避免不了要向大气中排放。如水电技术，在开发利用过程中避免不了产生耗电热，这种耗电热不是自然本有的，散发到大气中，只会使大气增温；而热机技术不仅要向大气中排散燃料燃烧产生的废余热能，还向大气中排放燃烧废气：这后果就是间接和直接使地球增温，空气污染，也是现有能源利用技术的发动、发电效率达不到100%，浪费现有非再生能源的主要因素。

发明内容

本发明的目的就是：在无废（二氧化碳）气排放或变废为宝（能源）、能替代现有非再生能源所为人类做功之基础上，开发出非增温型、可再生、环保能源——空气全能、常温废余热能、气液体能、温差能、活塞行程发电能，遏制地球增温、气候恶化。

本发明是通过以下方法来实现的：使用临界条件小在常态条件下容易液化的液化气（简称气液体）代替水作为受热换能的介质，因为气液体的沸点低、导入散布在常温（常态大气的温度）中的气化室，就能吸收常温废余热能气化增压做功（而现有技术中水只能吸收高温耗能热做功），用这种增压的介质气体推动压力面差活塞梯级压缩空气，其特点是，不用消耗现有已开发利用的能源；空气受压散发热量（空气焓热能）、同时还具有高压气能、释压吸热能，把被压缩空气导入换热室加热介质气体，使介质气体增温成过热气体，温度高于常温，利用这种温度高于常温的过热气体推动压力面差活塞梯级压缩空气，可以减少对介质气体的消耗，把被压缩的高压态空气导入冷凝气动机转换动能输出，同时利用高压态空气的释压吸热能吸收做过功后被排放的过热气体（简称废热气体）中的热能，促使废热气体冷凝液化，至此，空气全能都被利用，而非现有技术只单独利用其高压气能或空气热能；本发明在进入循环后，是过热气体依次进入活塞室推动压力面差活塞梯级压缩空气，压力面差活塞是活塞在受到一边气体的气压作用力而移动压缩另一边的气体时，一边的气体同活塞的受力面积大于另一边的气体同活塞的受力面积，也就是活塞的大受力面承受低气压态气体，小受力面承受高气压态气体，低气压态气体相对小受力面产生的压力大于高气压态气体相对大受力面产生的压力时，低气压态气体就可以推动压力面差活塞压缩高气压态气体，反之，高气压态气体也可推动压力面差活塞压缩低气压态气体，活塞受力面积大的一边与活塞缸形成的空间称为压空间或增压间、活塞受力面积小的一边在活塞行程中产生活塞室及套外间两个空间，活塞室居中、活塞室外压力面积小的一边与活塞缸形成的空间称为套外间，在压力面差活塞循环移动时，3个空间相应变化，而一般压空活塞缸中只有压空间和做功间两个空间，其实，活塞室和套外间就是从做功间分化出来的，也是压力面差活塞压空机与一般机压空机不同之处，其优点就是在活塞等效循环做功时，节省了套外间容积的过热气体，本发明方法利用压力面差活塞压空机梯级压缩空气，靠过热气体以高气压态从底中柱中心的导气管压入活塞室，通过活塞压力面差产生大于压空间气压的作用压力，推动活塞移动，这样，调节压力面差等于调节压空间输出气压，当过热气体源源不断压入活塞室使压力面差活塞移动至缸顶后，通过底中柱中的散气管阀释排活塞室的气压，靠前级压入压空间的气压在活塞压力面差作用下，对活塞室产生的压力及活塞的回拉力大于活塞室余留气压对活塞产生的压力，推动活塞回落形成活塞的来回做功行程，这样，不仅节省了过热气体，还使废热气体余留气压倍高于压力面差活塞直接压空机（余留气压倍高于一般以气压空机）；压力面差活塞为磁芯设置，活塞缸缠绕导电线圈，在压力面差活塞来回循环时，垂直通过线圈的磁通量产生变化，使线圈产生感应电动式，形成活塞式发电机，由于活塞移动至缸顶、缸底时，无论发电与否都要停止，对做功的气体压力构不成消耗，相当于额外获得了电能，而现有技术只在耗能的前提下，开发出空气能或电能之其中一种能；梯级压空机是由1、级2级、3级……压空机组合而成（或根据需要设定压空机级数），第1级压空机吸入常空并增压1级值，1级值压空在换热室散热后，导入2级压空机增压2级值，2级值压空在换热室散热后，导入3级压空机……直到被压缩空气达到额定高压态才被压进蓄气瓶或气动机转换能量输出，而不同一般压空机吸入常空直接压至额定高压态，由于压缩空气的体积和气压成反比关系，对所消耗过热气体的体积来说，梯级压空比直接压空节省过热气体，而且由于活塞的压力面差及前级压空值导入压空间，使废热气体余留气压倍高于直接压空机；从活塞室释放的废热气体通过常温散热器向大气中散热，使其温度下降至常温，或直接导入散布在自然差温体中的散热器（或蓄气管）冷凝液化，这种以自然存在的温差冷凝液化气体成气液体能的方法称为温差能开发技术，温差能的开发方法就是把气体从废余热源输送到自然差温体中冷凝液化、作为开发废余热能的介质能，消耗温差能就是通过本发明加速减小废余热源同自然差温体的温差，对地球而言，这种温差本身就在自然减小，因此，开发温差能对地球无增温排废作用，而且，自然差温体存在于地球的各个地区，属再生永久能源，现有能源利用技术却只局限于对地球增温型能源的利用；废热气体经过常温散热、自然差温体散热后，未能液化，导入气动冷凝器中，由于废热气体本身余留的气压及常差温散失热量，在气动冷凝器中又受空气释压吸热能降温作用而液化，所不同于一般气体液化的是，不用消耗已开发能源对气体加压降温，而是利用自然的常温散热、差温体散热及高压态空气本身所具有的空气释压吸热能，达到液化；本发明的冷凝器是在释压吸热能作用下液化气体的，释放高压空气转换成动力，高压空气会在做功的同时吸收热量释压成微高态（这是由于释压后的空气要通过透气孔才能扩散到大气中），把气动机安装在外壳是隔热设置的冷凝器室内，在冷凝器室顶部设置隔热透气孔，同样，把废热气体蓄存到散布在冷凝器室内并包裹着气动机的蓄气管中时，受通过气动机做功后释压的微高态空气的吸热作用冷凝成气液体，微高态空气通过透气孔外泄成常态空气，而气液体汇集到蓄气管下部的冷凝器室底中，在气压作用下输送至气化室（是气液体吸收废余热能气化的空间）接续循环，与一般冷凝器所不同的是，不用消耗已开发能源对气体加压降温液化，而是利用废热气体本身的余压及高压空气转换动力时所具有的释压吸热能达到液化。地球上同一地域蕴含着丰富的废余热能和温差能，但是，自然中废余热源的温度和温差能总是随着时间而变化的。针对这种不稳定的自然现状，本发明方法是通过以下措施及方法来实施的：（1）选择液态二氧化碳作为气液体，因为二氧化碳的临界压力是74*100KPa、临界温度是31℃，地球的气温变化范围是-30℃至40℃，也就是说：在大气温度等于或低于31℃时，可使二氧化碳通过向大气中散热或增压74*100KPa（气温高于或等于31℃时，液态二氧化碳的气化压也能达到此值）以上气压来液化，有利于气化做功后再液化循环做功；二氧化碳液体在-30℃气化压可达到25*100KPa，利于从气温中开发出废余热能；且现有非再生能源做功后排放的废气以二氧化碳为主，利于变废为宝。（2）采用《梯级压空多能机》压缩空气作为中转能，利于提高效率、余压液化。在这两种必备的措施下，具体实施方法又分为3种：实施方法1：针对固定设施、具备20℃以上温差，利用《介质气体自给互补增压机》对从变化态废余热源吸热气化的介质气体互补增压，使介质气体气压达到72*100KPa~73*100KPa，输入进《梯级压空多能机》，对空气的压缩功率稳定（整机输出功率稳定），做功后的废热气体余压稳定（在差温体中能够冷凝液化形成循环）。实施方法2：针对移动设施、无温差能利用，设置《燃油气爆互补增压机》对从变化态余热源吸热气化的介质气体以燃油、燃气爆压增压，使输出的介质气体气压达到额定值，对空气的压缩功率稳定、废热气体余压稳定，在高压态空气转换动能时所具备的释压吸热能作用下液化形成循环。实施方法3：针对现有开发利用能源技术分为固定设施和移动设施，而自然又存在着的不稳定温差能，同时设置《介质气体自给互补增压机》及《燃油气爆互补增压机》，随废余热源及温差幅度的变化，调控使用增压器，既适用于固定设施，又适用于移动设施。