[发明专利]低温能源产生动力的方法及装置

说明书

本发明涉及利用深冷液氮(或液态空气)的冷量与自然界低温热量之间的温差来产生动力(轴功和冷量)的方法及装置。

现有产生动力(例如火力发电)的方法是通过燃料的燃烧发出的热量，使水变成蒸汽，推动汽轮机作功，带动发电机发电。从而实现热能转变为机械能(轴功)，然后再转变为电能(或其他动力)的实际过程。

在产生动力(例如发电)过程中，水蒸汽通过汽轮机作功，温度急剧下降，热量大量消耗，只有依靠不断提供燃料燃烧热量的供给，才能保证火力发电的正常运行。同样在获得低温的冷量过程中，从系统取出热量，需要消耗功，因此，冷量的获得应视为动力的消耗。反之，冷量的产生，在一定意义上说，即为动力的获得。

本发明的目的在于利用自然界存在的低温热量与深冷液氮(或液态空气)的冷量之间的温差来产生动力(轴功和冷量)。而深冷液氮(或液态空气)在其连续回路中可循环使用，以达到利用自然界低温热量代替燃料燃烧产生热量的一个方法及装置。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：空气加热工质(液氮或液态空气)，同时获得冷量；工质膨胀作功产生动力(轴功)；工质冷热换位；工质通过两相透平膨胀机和全液透平膨胀机再次膨胀产生冷量输出轴功而形成的系统。该系统包括：

A.由加热器，透平膨胀机，冷凝-蒸发换热器，冷凝器，液贮槽，高压泵，深冷管路和闪发气制冷系统等构成一个连续回路。

B.深冷液氮(或液态空气)在所述回路中循环。

C.以自然界的空气为热源，通过加热器对冷氮气(或冷空气)进行加热，使之获得能量，工质通过冷热换位，气体透平膨胀机，两相透平膨胀机，全液透平膨胀机对外作功产生轴功并获得冷量而液化，供循环使用。

D.进入液贮槽的闪发气通过制冷系统使之液化返回液贮槽。

附图1是本发明所用的系统原理图。

以下结合附图1就本发明的实施进一步详述：

如附图1，经净化及干燥装置19的自然界空气用风机20通过调节阀16将其鼓入加热器3，对来自冷凝-蒸发换热器2的高压氮气(或高压空气，压力2.95-3.35MPa，温度128-134K)进行加热至温度为270-273K，后将高温高压氮气(或空气)引入气体透平膨胀机4，使其在绝热等熵下膨胀做功，输出轴功。与此同时，通过加热器3内的自然界空气被冷却产生冷量，可作为各种用途的冷源使用。

经绝热等熵膨胀后的氮气(或空气)压力和温度下降(压力1.4-1.6MPa，温度220-225K)，进入冷凝-蒸发换热器2，氮气(或空气)在来自常压的液贮槽1的液氮(或液化空气)，经高压泵6，压至3-3.4MPa的过冷液体的冷却下(过冷液体被加热后，送至加热器3)，部分冷凝成温度为110K的两相流体，将其引入两相透平膨胀机5，工质膨胀输出轴功，两相流体获得冷量(温度降至84-86K，压力0.2-0.25MPa)。再将上述两相流体引入冷凝器8，将其全部冷凝成温度为82-83K的液氮(或液态空气)；其中冷却液系来自液贮槽1，经泵7加压至0.8-1.0MPa的过冷液氮(或液态空气)。过冷液氮(或液态空气)在冷凝器8中被加热至81-82K，离开冷凝器8后与冷凝液(经泵10)合并进入全液透平膨胀机9，工质在全液透平膨胀机中膨胀输出轴功，同时获得冷量。离开全液透平膨胀机的液氮(或液态空气)温度为77K，压力0.1-0.12MPa，进入液贮槽1循环使用。与液氮(或液态空气)同时进入液贮槽内的闪发气则通过制冷系统11，12，13，14使之液化后返回液贮槽。

整个系统都采用较好的低温绝热材料将其与外界环境隔开，以保证系统的良好运行。

采用本发明的系统流程及装置所表现特征是：利用自然界空气低温热量对深冷气氮(或深冷空气)进行加热，获得能量，通过透平膨胀机对外作功产生轴功，与此同时，加热空气被冷却而产生冷量。达到利用自然界的低温热量代替燃料燃烧所获得的热量以产生动力(轴功和冷量)的目的。工质通过冷热换位，透平膨胀使之液化，以达到其循环使用。就效果来说，当气化1Kg/s的液氮时，扣除系统内部各种功率消耗，系统的净输出轴功率约25KW，同时约可产生1Kg/s，温度为173K左右的空气冷量，可作各种用途的冷源。