[发明专利]一种利用环境热能对外做功的方法

说明书

技术领域

本发明属于动力机械技术领域，具体地说，涉及一种利用热泵吸收环境中的热能对外做功装置以及方法。

背景技术

因经济的发展，各国都对能源的需求很大，并且日益增加，而石油煤炭天然气等能源，总会有枯竭的一天，人类社会为了发展必须寻找新的能源，但各种取得能源的技术都有其自身的不足，成本高，有危险，会枯竭，有污染，破坏环境，即使水力风力地热等清洁能源发电，非常受环境限制，而且需要大量的设施等等，不能完美的解决能源问题。

在我们生活的环境中存在大量的能源，现有的技术只是利用了其中的风能、太阳能，而没有利用环境中的热能，传统利用太阳能、风能的方式受条件制约大，在能量转换时，所需要的设备成本较高，且受地域影响。而本发明可以在任何地方利用环境中的热能，不受地域时间等等限制，且对环境几乎无污染。

发明内容

本发明为解决现有技术的不足，提供一种利用热泵吸收环境中的热能对外做功的方法，该装置可以将环境的热能转化为动能输出，环保且使用方便。发明采用的技术方案为：

一种利用热泵吸收环境中的热能对外做功装置和方法。

它包含一个热泵系统，一个热做功系统，以及一个多级热交换及储能系统。

其原理为利用热泵产生高温热源和低温热源，并利用环境温度的介质作为第三个热源，一般情况下介质为水、油或者空气，高温热源和低温热源分别与第三个热源配合，驱动热做功装置做功，且热做功装置温度升高做功，温度降低也做功。同时在所有需要进行热交换的地方采用多级热交换，即用多份的介质多次热交换让某个环节逐渐降温或者升温到所需温度，同时得到不同品质的冷热介质，分别储存起来而不是排到环境中去，一般情况下介质为水或者油，相同的顺序多个热交换过程可以让介质的品质逐渐升高，从而不断得到可以利用的高品质冷热介质，充分利用冷能和热能。

 该技术方案主要有两个特点。   

1. 做功部分。它有三个热源，即高温热源、低温热源源以及环境温度热源，一般为热水、冷水以及环境温度的水，作为做功装置既在被加热时做功，也在被冷却时做功。

热做功装置可以是利用气体、液体、固体的热胀冷缩做功的装置，也可以是利用低沸点液体的气化液化做功的装置，或者是双金属记忆金属等等利用热效应做功的装置，这类装置的特点是吸热时能做功，放热时也能做功，这里以低沸点液体的气化液化做功的装置为例进行说明。为便于表述，称相对于环境温度高的热源具有“热能”，相对于环境温度低的热源具有“冷能”，实质都是产生了温差利用内能做功，其工作过程如下：

热泵致热端放出的热量用水吸收，然后用来作为高温热源加热沸点稍高于环境的液体，使其气化，推动活塞对外做功，然后，再用环境温度的水使其冷却到环境温度，蒸汽冷却液化体积缩小，大气压推动活塞做功，同样可以做功。此时一份热能可以做两次功。冷却水吸收的热量还可以储存起来并加以利用，而不是排到环境中区，以提高效率。

在制冷端，与制热端同理，不同的是使用沸点稍低于环境温度的液体，被作为冷源的冷水冷却液化体积减小，大气压推动活塞做功，然后从环境温度的水中吸热回到环境温度，再次气化推动活塞做功。跟制热端一样，冷能也可以通过水存储起来。

让冷水、热水分别跟环境温度的水组合驱动热机做功，而不是直接让热水、冷水组合驱动热机的好处是，利用热能做功时可以让环境温度的水提供跟热水等量的“冷能”，用于把热机冷却到环境温度，利用冷能做功时，环境温度的水提供了跟冷水等量的热能，用于把热机加热到环境温度，即环境温度的水额外的提供了一份冷能和一份热能，也就是说从环境中吸收了一份冷能和一份热能用于做功过程。具体分析如下。

假设环境温度为T0，低于环境温度的冷水温度为T1，高于环境温度的热水温度为T2，如果直接利用冷水作为冷源，热水作为热源组成热机，把热机由T1提高到T2分成两个过程来看，即先把工作介质由T1加热到T0，需要Q1的热能做功W1，由T0加热到T2，需要Q2的热能，做功W2，从T1到T2，温度为T2的热水需要消耗Q1+Q2的热能，对外做功W1+W2，而热机回到T1状态时（为了简化，假设此过程不做功），冷水需提供Q1+Q2的冷能，这样，消耗了Q1+Q2的热能，Q1+Q2的冷能，冷量和热量都减少了Q1+Q2，即2（Q1+Q2）的冷热能，共做功W1+W2。