技术领域本发明涉及热力学技术领域，具体涉及一种通过环境工质实现热量循环的热力学循环系统。
背景技术：
热力学循环(thermodynamicalcycle)是指工作物质经过一系列状态的变化后回到它的初始状态这种周而复始的全过程，又称循环过程，简称循环。例如热机工作时，其中的工作物质(如蒸汽机中的蒸汽)即通过一系列的状态变化，把从高温热源吸取热量的一部分转变为机械功，将一部分废热排放到低温热源，而工作物质本身又回复到原来的状态。由于热机要不断地工作，其中的工作物质就必须周而复始地进行这种循环过程，以不断地从热源吸取热量并对外作功。热力学循环利用高温热源和低温热源之间的温差产生机械功，做功的效率取决于高温热源和低温热源的温度。目前为止热力学循环做功传递给低温热源的能量，大部分只能散发到环境中无法利用，造成热效率低下。目前研究的三热源、四热源都是泵热或者制冷，很少涉及到做功，而且能量流动都是单向开放的，不能循环利用。为了提高整体的热效率，只能从低温热源的环境中找方法，找到吸收热力学循环的低温能量后，提升变成高温能量的方法。人造环境就是这样的一种方法，作为低温热源的环境工质(实现热能和机械能相互转化的媒介物质称为工质，依靠它在热机中的状态变化如膨胀才能获得功，而做功通过工质才能传递热)，吸收做功工质的热能提升能量后，通过某些方式使环境工质又变成低温热源，这样就能使能量循环利用，提高热效率。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种通过环境工质实现热量循环的热力学循环系统，用于解决现有技术中能源利用率差的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：通过环境工质实现热量循环的热力学循环系统，所述系统包括相互连接的环境工质系统和热力学循环系统，所述热力学循环系统包括：顺次循环连接的循环工质蒸发器、循环工质膨胀装置、循环工质冷凝器和循环工质泵。为了回收热力学循环过程中传递给低温热源的能量，并提升成能够为热力学循环所需要的高级热源，本发明通过提供一个人造的环境，通过环境工质状态的变化，对热力学循环系统吸热或者放热。低级的能量不可能凭空转变成高级能量，所以引入了外界热源。外界热源作用于人造环境，使人造环境的状态发生变化，达到吸热和放热的目的。所述外界热源为高温热源或者多个低温热源或者高温热源与多个低温热源的组合。这种低温热源可以是冷却水、从空气或者江河湖海中主动提取的低温热量、也可以是从地热或者太阳热中提取的低温热能。这些低温热能引入到人造环境中，并随环境工质状态变化提升为高温热能，然后传递到热力学循环系统中。通过这种方法，夏季空调房间也会成为一个低温热源；有些地区夏季室外温度过高，这些地方的大气也可以成为一个低温热源；有些湖泊和海域会因为水温高引起赤潮/绿潮污染，虽然现在因为技术原因，不能清除水体中过量的有机物，降低水温也是遏制藻类过度繁殖的有效方法，所以这些水体也是一个低温热源。热力学循环系统的工质可以是水，也可以是低沸点有机工质，可以发电也可以做功带动其他的装置；环境工质系统可以在低温状态和高温状态之间转换，低温状态主要吸收循环工质热量使循环工质完成相变，环境工质系统吸收和释放的热主要提供热力学循环系统的相变能，做功需要的能量由外界热源提供，所以本发明更适合于低沸点有机工质循环系统。环境工质根据能量的转换方式分为：1)环境工质通过相变来实现低温状态和高温状态之间的转换；2)环境工质始终保持气态，只是通过温度变化来吸收和释放热量；3)环境工质是液态，通过改变液态环境工质的蒸汽压使之汽液分离；或者通过可以吸收环境工质蒸汽的第三工质，通过改变第三工质的状态，使第三工质在吸收环境工质蒸汽量多和少的状态之间转换，在吸收环境工质蒸汽多的状态，吸收该环境工质蒸汽同时使液体环境工质的温度降低，在吸收环境工质蒸汽少的状态释放环境工质蒸汽，同时将该蒸汽变成高能级的蒸汽。对于环境工质是气体而且无相变发生的情况，所述环境工质系统包括环境工质压缩机、压缩后的换热器及储气罐。所述环境工质压缩机、换热器、储气罐和循环工质冷凝器顺次循环连接。其中，气体由干燥的空气或者氮气等一般压缩压力下不凝的气体组成，环境工质被压缩机压缩后变成高温高压气体，高温被带走与外界热源的热量一起带到循环工质蒸发器，使循环工质受热蒸发，冷却后的高压气体经膨胀降压后形成低温气体，带走循环工质冷凝产生的热量，形成一个能量的循环传递。压缩机可以是电动的，也可以是以气动压缩机为主、电动压缩机为辅的方式节省能源。压缩气体经中间换热器加热后(这里所谓的加热是相对于压缩气体膨胀时的降温而言，膨胀做功压缩气体的过程中、从气体压缩机出来后都需要中间换热器将其加热至常温)，压缩从换热器出来的常压气体，中间换热器的工质为防冻工质，从冷凝器吸热后，将热量传给膨胀冷却的高压气体，自身被冷却后再去冷凝器冷却热力学循环工质。根据压缩气体系统的压力，可以多级串联降压/升压或者串并联降压/升压。对于环境工质是液体的情况，利用不同条件下饱和蒸汽压的不同，造成部分环境工质的蒸发，形成蒸汽和低温液体来实现能量转换，所述系统包括外界热源、环境工质系统和热力学循环系统，所述热力学循环系统包括：循环工质蒸发器、循环工质膨胀装置、循环工质冷凝器和循环工质泵。其中，所述环境工质系统包括环境工质汽液分离装置，环境工质通过汽液分离，使液体工质变成更加低温的液体和低温蒸汽两部分，低温液体送到循环工质的冷凝装置带走冷凝热量，蒸汽则由外界热源提供的高温蒸汽提升能量后，送到循环工质蒸发器，使循环工质受热蒸发。使环境工质汽液分离可以采用1)通过用该工质的引射蒸汽抽真空的方法，使工质的蒸汽压低于它的饱和蒸汽压而蒸发，达到汽液分离；2)也可以引入难以冷凝的第三工质，通过第三工质不同条件下吸收环境工质的量的差异，实现汽液分离。既可以采用蒸汽喷射式气体压缩装置，也可以采用1)直接冷却第三工质与环境工质蒸汽的混合气体，使环境工质冷凝成液体析出，来吸收环境工质的蒸汽，所述环境工质汽液分离装置包括汽液分离室、阀门、过滤器、风机、冷却室；所述汽液分离室分别与过滤器和风机连接，所述风机还和冷却室连接，所述阀门用于控制过滤器的开启和关闭。也可以采用2)用机械压缩的方式抽取第三工质和环境工质蒸汽，通过冷凝析出环境工质后，第三工质重新进入汽液分离室膨胀，再次吸收环境工质蒸汽。采用蒸汽喷射式气体压缩方式的所述环境工质汽液分离装置包括汽液分离室、阀门、过滤器、提供引射蒸汽的外界热源、冷却器、高温冷却器、低温冷却器、压缩气体干燥装置、压缩气体罐组成。所述高温冷却器、低温冷却器设置在冷却器中，所述汽液分离室(211)分别与过滤器和冷却器连接，所述冷却器、压缩气体干燥装置、压缩气体罐和汽液分离室顺次循环连接。第三工质可以是空气、氮气或者可以吸收环境工质蒸汽的其他气体；对于空气工作时可以打开阀门吸入，系统内吸入第三工质气体达到合适的量，阀门关闭；液体环境工质靠泵引入或者靠第三工质压缩气体带入汽液分离室内并喷淋，与从第三工质压缩气体罐内放出的干燥低温气体接触，发生汽液分离；外界热源加热液体环境工质产生高压蒸汽作为引射蒸汽，汽液分离室内蒸发的低温蒸汽被引射蒸汽带入冷却器，冷却器内有两个不同用途的冷却器，高温冷却器的主要目的是靠蒸汽尽可能加热液体环境工质，然后送到外界热源，达到节能的目的，另外有一部分引入到汽液分离室气体出口处，提高被引射蒸汽抽出的气体的温度，防止压力过度降低；低温冷却器的目的是为了尽可能让压缩气体中的环境工质蒸汽冷凝，提高难以冷凝的第三工质气体含量，如果需要可以在冷却器的出口，再加引射蒸汽重复以上步骤来增加不凝的第三工质气体的压力；压缩气体干燥装置内压缩气体进一步被干燥，通过冷冻或者吸附式使环境工质蒸汽进一步从压缩气体中析出，采用吸附式干燥时一定要把再生解吸附的环境工质蒸汽，通过引射蒸汽重新抽回到系统中；这样被压缩并降温的环境工质含量很少的第三工质气体就进入到压缩气体罐内，这样经膨胀并送入汽液分离室里时，就会变成低温、环境工质蒸汽含量极低的气体，可以最大限度地吸收环境工质蒸汽，并使液体环境工质温度变低。所述系统主要应用于汽车、轮船、火车等交通工具时，所述系统包括外界热源、环境工质系统和热力学循环系统，所述热力学循环系统包括：循环工质蒸发器、循环工质膨胀装置、循环工质冷凝器和循环工质泵。所述热力学循环系统还包括热换器和电池组。所述热换器和环境工质系统连接，所述电池组与循环工质膨胀装置连接。其中，换热器主要用来吸收周围环境的热量，尤其是车厢内及车身金属覆盖件的热量，其工质是冷却水或者防冻冷却液；外界热源是燃油或者燃气的锅炉类热源，而不是内燃机；热力学循环工质系统与电池组的关系可以是现在混合动力车的模式1)热力学循环工质系统发电，产生的电能通过控制单元传到电池，再由电池传输给电机转化为动能，最后通过变速机构来驱动交通工具的串联方式；2)各有两套驱动系统：热力学循环工质系统的驱动系统和电机驱动系统。两个系统既可以同时协调工作，也可以各自单独工作驱动汽车的并联方式；3)各有一套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系，或采用行星轮式结构结合在一起，从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系的混联式；环境工质系统的运行采用1)由电池组供电的机械制冷方式，包括制冷剂相变方式和压缩气体的无相变方式，高温高压的气体把热量传给冷凝后的液体热力学循环工质，外界热源继续加热至所要求的温度；2)由外界热1加热环境工质，产生并提供引射蒸汽来制冷、引射蒸汽来使工质汽化，产生汽液分离。上述热力学循环系统还可以用于制冷，根据环境工质能降到的温度，用于所有的高温制冷、低温制冷甚至超低温制冷的装置，包括空调、冷水机、冷库、温度箱。本发明方法具有如下优点：本发明由人工造成的环境来充当热力学循环系统的低温热源和高温热源的一部分，使热力学循环系统的相变热能够传递给环境工质，然后通过环境工质的能量转换，重新将热量传递到该热力学循环系统，提高能源的利用率。本发明可以应用于交通领域，利用环境工质系统不仅可以提供热效率，还因为不采用内燃机方式而是锅炉方式，可以最大限度地降低燃烧温度和燃烧压力，极大地降低氮氧化物的排放。附图说明图1是本发明通过外界热源实现热量循环的热力学循环系统示意图；图2是本发明具有低温热源的热力学循环系统示意图；图3有相变发生的环境工质情况下的热力学循环系统示意图；图4-1是环境工质是气体而且无相变发生情况下的热力学循环系统示意图；图4-2是包括气动压缩机的热力学循环系统示意图；图5是环境工质是液体情况下的热力学循环系统示意图；图6-1是直接冷却第三工质情况下的环境工质汽液分离装置示意图；图6-2是采用蒸汽喷射式气体压缩情况下的热力学循环系统示意图；图7是采用换热器的热力学循环系统示意图；图中1-外界热源，2-环境工质系统，3-热力学循环系统，4-循环工质冷凝器，5-循环工质膨胀装置，6-循环工质泵，7-循环工质蒸发器，8-换热器，9-电池组，11-高温热源，12-低温热源，21-环境工质汽液分离装置，22-压缩后的换热器，23-储气罐，24-环境工质压缩机，211-汽液分离室，212-阀门，213-过滤器，214-风机，215-冷却室，218-冷却器，219-高温冷却器，220-低温冷却器，221-压缩气体干燥装置，222-压缩气体罐。具体实施方式以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例1通过环境工质实现热量循环的热力学循环系统，所述系统包括相互连接的环境工质系统2和热力学循环系统3，所述热力学循环系统3包括：顺次循环连接的循环工质蒸发器7、循环工质膨胀装置5、循环工质冷凝器4和循环工质泵6。所述系统还包括外界热源1，如图1和图2所示，所述外界热源1为高温热源11或者多个低温热源12或者高温热源11与多个低温热源12的组合。热力学循环系统3的工质可以是水，也可以是低沸点有机工质，可以发电也可以做功带动其他的装置；环境工质系统2可以在低温状态和高温状态之间转换，低温状态主要吸收循环工质热量使循环工质完成相变，所以环境工质系统2吸收和释放的热主要提供热力学循环系统3的相变能，做功需要的能量由外界热源1提供。对于有相变发生的环境工质，如图3所示。环境工质系统通过由外界加热或者做功，即通过压缩机的机械制冷方式或者通过吸收式、蒸汽喷射式制冷方式吸收热力学循环工质在冷凝装置中冷却时放出的热量，同时环境工质变成高温高压气体，该热量与外界热源的热量一起通过直接或者中间工质传导蒸发装置，使循环工质受热蒸发，实现能量的循环传递。实施例2通过环境工质实现热量循环的热力学循环系统，所述系统包括环境工质系统2和热力学循环系统3，所述热力学循环系统3包括：顺次循环连接的循环工质蒸发器7、循环工质膨胀装置5、循环工质冷凝器4和循环工质泵6。对于环境工质是气体而且无相变发生的情况，如图4-1所示，所述环境工质系统2包括环境工质压缩机24、压缩后的换热器22及储气罐23。其中，气体由干燥的(空气或者氮气等)不凝气体的工质组成，环境工质被压缩机压缩后变成高温高压气体，高温被带走与外界热源的热量一起带到循环工质蒸发器，使循环工质受热蒸发，冷却后的高压气体经膨胀降压后形成低温气体，带走循环工质冷凝产生的热量，形成一个能量的循环传递。部分压缩气体也可以用来冷却部分其他热负载，此时这些热负载就成为低温热源，通过此方式可以达到低温制冷甚至超低温制冷的目的。压缩机24可以是电动的，也可以是如图4-2所示的气动压缩机为主，电动压缩机为辅的方式节省能源。压缩气体经中间换热器22加热后，压缩已经从换热器22出来的常压气体，中间换热器22的工质为防冻工质，从冷凝器4吸热后，将热量传给膨胀冷却的高压气体，自身被冷却后再去冷凝器4冷却热力学循环工质。根据压缩气体系统的压力，可以多级串联降压/升压或者串并联降压/升压。实施例3对于环境工质是液体的情况，利用不同条件下饱和蒸汽压的不同，造成部分环境工质的蒸发，形成蒸汽和低温液体来实现能量转换，所述系统包括相互连接的外界热源1、环境工质系统2和热力学循环系统3，所述热力学循环系统3包括：顺次循环连接的循环工质蒸发器7、循环工质膨胀装置5、循环工质冷凝器4和循环工质泵6。其中，如图5所示，所述环境工质系统2包括环境工质汽液分离装置21，所述环境工质汽液分离装置21分别与循环工质冷凝器4和循环工质蒸发器7连接。环境工质通过汽液分离，使液体工质变成更加低温的液体和低温蒸汽两部分，低温液体送到循环工质的冷凝装置带走冷凝热量，蒸汽则由外界热源提供的高温蒸汽提升能量后，送到循环工质蒸发器，使循环工质受热蒸发。使环境工质汽液分离可以采用1)通过用该工质的引射蒸汽抽真空的方法，使工质的蒸汽压低于它的饱和蒸汽压而蒸发，达到汽液分离；2)也可以引入难以冷凝的第三工质，通过第三工质不同条件下吸收环境工质的量的差异，实现汽液分离。既可以采用蒸汽喷射式气体压缩装置，也可以采用1)直接冷却第三工质，来吸收环境工质的蒸汽，如图6-1所示，所述环境工质汽液分离装置21包括汽液分离室211、阀门212、过滤器213、风机214、冷却室215；所述汽液分离室211分别与过滤器213和风机214连接，所述风机214还和冷却室215连接，所述阀门212用于控制过滤器213的开启和关闭。也可以采用2)用机械压缩的方式抽取第三工质和环境工质蒸汽，通过冷凝析出环境工质后，第三工质重新进入汽液分离室膨胀，再次吸收环境工质蒸汽。如图6-2所示，采用蒸汽喷射式气体压缩方式的所述环境工质汽液分离装置21包括汽液分离室211、阀门212、过滤器213、提供引射蒸汽的外界热源1、冷却器218、高温冷却器219、低温冷却器220、压缩气体干燥装置221、压缩气体罐222组成。所述高温冷却器219、低温冷却器220设置在冷却器218中，所述汽液分离室211分别与过滤器213和冷却器218连接，所述冷却器218、压缩气体干燥装置221、压缩气体罐222和汽液分离室211顺次循环连接。第三工质可以是空气、氮气或者可以吸收环境工质蒸汽的其他气体；对于空气工作时可以打开阀门212吸入，系统内吸入第三工质气体达到合适的量，阀门212关闭；液体环境工质靠泵引入或者靠第三工质压缩气体带入汽液分离室211内并喷淋，与从第三工质压缩气体罐内放出的干燥低温气体接触，发生汽液分离；外界热源1加热液体环境工质产生高压蒸汽作为引射蒸汽，汽液分离室内蒸发的低温蒸汽被引射蒸汽带入冷却器5，冷却器5内有两个不同用途的冷却器，高温冷却器8的主要目的是靠蒸汽尽可能加热液体环境工质，然后送到外界热源2，达到节能的目的，另外有一部分引入汽液分离室211气体出口处，提高被引射蒸汽抽出的气体的温度，防止压力过度降低；低温冷却器220的目的是为了尽可能让压缩气体中的环境工质蒸汽冷凝，提高难以冷凝的第三工质气体含量，如果需要可以在冷却器218的出口，再加引射蒸汽重复以上步骤来增加不凝的第三工质气体的压力；压缩气体干燥装置221内压缩气体进一步被干燥，通过冷冻或者吸附式使环境工质蒸汽进一步从压缩气体中析出，采用吸附式干燥时一定要把再生解吸附的环境工质蒸汽，通过引射蒸汽重新抽回到系统中；这样被压缩并降温的环境工质含量很少的第三工质气体就进入到压缩气体罐222内，这样经膨胀并送入汽液分离室1里时，就会变成低温、环境工质蒸汽含量极低的气体，可以最大限度地吸收环境工质蒸汽，并使液体环境工质温度变低。实施例4通过环境工质实现热量循环的热力学循环系统，所述系统包括外界热源1、环境工质系统2和热力学循环系统3，所述热力学循环系统3包括：顺次循环连接的循环工质蒸发器7、循环工质膨胀装置5、循环工质冷凝器4和循环工质泵6。所述热力学循环系统还包括热换器8和电池组9。所述热换器8和环境工质系统2连接，所述电池组9与循环工质膨胀装置5连接。所述系统主要应用于汽车、轮船、火车等交通工具。其中，换热器8主要用来吸收周围环境的热量，尤其是车厢内及车身金属覆盖件的热量，其工质是冷却水或者防冻冷却液；外界热源1是燃油或者燃气的锅炉类热源，而不是内燃机；热力学循环工质系统与电池组的关系可以是现在混合动力车的模式1)热力学循环工质系统发电，产生的电能通过控制单元传到电池，再由电池传输给电机转化为动能，最后通过变速机构来驱动交通工具的串联方式；2)各有两套驱动系统：热力学循环工质系统的驱动系统和电机驱动系统。两个系统既可以同时协调工作，也可以各自单独工作驱动汽车的并联方式；3)各有一套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系，或采用行星轮式结构结合在一起，从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系的混联式；环境工质系统2的运行采用1)由电池组供电的机械制冷方式，包括制冷剂相变方式和压缩气体的无相变方式，高温高压的气体把热量传给冷凝后的液体热力学循环工质，外界热源1继续加热至所要求的温度；2)由外界热源1加热环境工质，产生并提供引射蒸汽来制冷、引射蒸汽来使工质汽化，产生汽液分离；喷射式气体压缩方式；吸收蒸汽式制冷等方式。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。