专利名称：利用环境低热或工厂废热产生动力及冷气的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用低温工质将难以利用的环境低热或工厂废 热转换成动力及冷气的方法和装置，属能源利用技术领域。
背景技术：
在当今社会，卯％以上能量的获得都是靠消耗石化等不可再生能 源来转换，完全以自然能转换而成的绿色能源，仅有水能、风能、太 阳能等，但太阳能能量密度太低，风能随机性太强，时有时无，时大 时小，水能更是受地理环境的限制，没有较大的落差，难以发电，而 且风能、太阳能等转换成本高，难以与常规能源在市场上竞争。环境 状态下大气中所含有的热能，数量巨大，无所不在，受各种自然环境 因素影响较小，如能将其大规模应用，将会逐渐取代常规石化能源而 成为今后人类社会的主流能源。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能将存在于大气中、海洋中、地下的 数量极其巨大的环境低热以及工厂中大量难以利用的中、低温废热转 换为动力及冷气的装置，使环境低热成为一种取之不尽，用之不竭的 新型绿色能源，使工厂废热变废为宝，变害为利。
其方法是利用低温工质(液氮、液氧等)与环境大气(或工厂废 热)进行热交换，使低温工质吸收环境空气中的热量气化，体积膨胀
800倍左右，将液态工质限制在一个设定的较小耐压容器内气化成高 压气体，将高压工质气体导入膨胀机膨胀作功，产生强大的动力。环境空气中的热量被低温工质吸收后变为冷气，将此冷气接空调系统， 可代替空调降温,接入需要冷却的工厂设备，可代替冷却水循环，既节 水又发电,一举多得。所述的高压工质气体膨胀作功后排出的低温低 气体，经气液换热器及液化装置冷凝成液态，再经节流阀节流成常压后 返回工质容器从新进行循环,使整个能量转换过程能够连续进行。
本发明是这样实现的:一种利用低温工质将环境低热或工厂废热 转换成动力及冷气的装置，包括液氮罐、高压液氮泵、气液换热器、 高压储气罐、膨胀机、低压气泵(或风扇)、液化装置、节流阀、以及 电池组、开关、阀门、控制系统等(图上未标出)。液氮罐包括罐内 的低温工质液氮。所述的液氮罐联接高压液氮泵，所述的高压液氮泵 联接气液换热器，液氮经高压液氮泵泵入气液换热器，与来自膨胀机 的低温低压氮气进行热交换，低温低压氮气失去热量后液化成低压液 氮，所述的高压液氮吸收了低压氮气的热量，气化成低温高压氮气。 所述的气液换热器联接高压储气罐，所述的低的低温高压氮气进入高 压储气罐与风机送入的环境大气或工厂废热进行热交换。所述的低温 高压氮气吸收了环境大气或工厂废热中的热能，温度、压力得到提升， 作功能力增强。而环境空气或工厂废热失去热量后变成低温气体。低 温的环境空气联通冷气系统可代替冷气机及空调。低温的工厂废气从 新导入高温工厂设备进行循环，代替工厂水冷循环系统，可以节水、 节能。所述的高压储气罐联接膨胀机，高压氮气进入膨胀机膨胀作功， 输出的动能可用于带动机器设备或作为汽车轮船等交通工具的动力， 也可联接发电机发电。所述的膨胀机排气口联接气液换热器，高压氮 气在膨胀机内膨胀作功后成为低温低压氮气，进入气液换热器冷凝成 低压液氮或低温氮蒸气。所述的气液换热器联接液氮罐，所述的低压液氮及低温氮蒸气进入液氮罐进一步冷凝成低压液氮。低压液氮出口 联接节流阀，经节流阀节流成常压液氮返回液氮罐从新循环。本发明 科学、合理、结构简单，转换成本低廉，转换出的高压气体能量密度
大，能产生强大动力。因而用途极其广泛，且转换所需条件简单，受 地理气候等自然因素制约较小，几乎在任何环境、任何地点都能从空 气中、水中或地下获得动力，是一种极具潜力的，新型的，可再生的 绿色能源，其经济效益及社会效益非常巨大。
结合实施例和附图详尽说明
图1为本发明流程示意图。l.液氮罐2.高压液氮泵 3.气液 换热器4.高压储气罐 5.气泵(或风扇)6.膨胀机7.液化装置 8.节流阀9.工厂发热设备
具体实施例方式
本发明的流程如图所示,其具体实施方式
为
高压液氮泵2在控制系统的启动下(图上未标出)将液氮从液氮罐 泵入气液换热器.3使常压液氮变为高压液氮,所述的高压液氮与从膨 胀机6排出的低温低压氮气进行热交换。所述的低温低压氮气放出冷 凝热冷凝成低压液氮,高压液氮吸收低温低压氮气的热量气化成低温 高压氮气进入高压气罐4。所述的低温高压氮气在高压气罐4内与风 机5送入的常温工质气体(空气或工厂废热气)进行热交换。低温高压 氮气吸收空气等常温工质气体的热量,温度升高，压力增大,作功能力 得到大幅提升，实现了将低级环境热能转换为具有强大作功能力的高 压气体膨胀能,完成了能量的升级。而常温工质气体失热后变成低温 气体一冷气。可用于空调系统及所有需要降温的地方及设施。所述的高压气罐4与膨胀机6联接,高压气罐内的高压氮气进入膨胀机膨胀
作功，产生动力输出。所述的高压氮气在膨胀机6内膨胀作功后成为
低温低压氮气进入气液换热器3，被冷凝成低压液氮或低压氮蒸气.
然后进入液氮罐内的液化装置7冷凝成低压液氮，经节流阀8节流为
常压液氮返回液氮罐进行下一个循坏。 实施例l
本发明应用于船只的动力系统，船上的电池组在控制系统的作用 下，启动高压液氮泵2、将液氮罐1内的液氮泵入气液换热器3，液 氮由常压变为高压，与从膨胀机6排出的低温低压氮气进行热交换。 高压液氮吸收低温低压氮气释放出的冷凝热。气化成低温高压氮气， 进入高压气罐4。船只的高压气罐可以设在船只内。比如，将船体作 成双层，中间分隔若干较小空间，变成若干独立高压氮气储气室，各 自通过相应管道向膨胀机供气；从气液换热器出来的低温高压氮气也 通过管道，分别向各储气室补充低温高压氮气。低瘟高压氮气在高压 储气室通过气室壁与外界空气或海(河)水进行热交换，将空气及水 中的热能转换为高压氮气的膨胀能。由于船上储气室容量大，数量多， 不仅可以提供巨大数量的高压气体膨胀能作为动力，而且从第一个储 气室的高压气体用完后补充进去新的低温高压氮气，到最后一个储气 室的高压气体用完，中间有相当长的时间让第一个补八的低温高压氮 气有充分的时间与外界环境进行热交换台。因而使得周围环境的低温 能源转换成高压氮气的膨胀能非常容易而且数额巨大，足可以保证船 只航行动力的需要。另外，由于各高压储气室是独立密封的。当船体触礁，碰撞或遭受攻击受损时，水顶多只能进入受损部位的小储气室， 对整个船只不足以造成安全问题。从而避免了整船沉没的危险。同时， 由于船体有较大空间来储存大量液氮、可以对膨胀机排出的低温低压 氮气进行多级冷却液化，以保证所排气体的液化速度能够满足膨胀机 最大的排气需求。对于小型船只或旧船改造。由于在船体内没有多少 空间来设置大容量高压储气罐，可将高压储气罐作成二个巨形长圆 筒，放置在船体两侧，筒内的低温高压氮气通过筒壁与水或空气进行 热交换，吸取水中或空气中的热量，转换成高压氮气的膨胀能，驱动 船只行驶。二只大型浮筒既是能量转换装置，又可增加船的浮力，及 抗风浪能力。即使船只破损漏水，也不至于很快沉没，可以争取较多 的抢救时间。
本发明对于输船、火车、汽车等交通工具来说，不仅结构简单， 无污染，零排放，更重要的是它不消耗不可再生性能源，使用的是无
处不在的。可再生的，取之不尽，用之不竭的绿色环保自然能源。而 且动力强劲，费用低廉绝不亚于任何传统的汽、柴油等石化能源。
实施例2
本发明应于建立大型低热发电厂。整个实施过程与动力输出实施 方式基本一致，只是需将本发明所述的装置巨型化。并设立多个高压
气罐轮流向大型膨胀机(或气输机)供气，液氮罐也需设立多个，串 联使用多级冷凝以满足大量回收排气液化冷凝所需。或安装多套本装 置并联最后将动力输出联接发电设备，即可形成规模发电。此电站若 建在有大量工厂废热的厂矿附近或建在长年气温较高地区，其发电效果更为理想。如大量建立此发电站，还可对当地酷热环境有明显的改 善。而且发电成本十分低廉，具有极大的经济效益及社会效益。
实施例3
本发明应用于工厂发热设备的降温，以气冷循环代水冷循环，可 以节省大量工业用水，并减少工业污水的排放及除垢、药水处理等费 用，用设备的废热发电，不光节能，其经济效益也非常可观。
本实施例方法如图(1)所示，在泵(5)的驱动下，工质气体(氮 气)在高压罐(4)与工业发热设备(9)之间进行封闭式循环，首先 泵(5)将氮气泵入高压气罐(4)与低温高压氮气进行热交换，氮气 将热量传递给低温高压氮气后变为低温氮气进入工业发热设备(9)， 使工业设备温度降低自己本身被加热成中温氮气。在气泵(5)的作 用下从新进入高压罐(4)将工业发热设备中带出的热量传递给低温 高压氮气使低温高压氮气温度升高，压力增大，作功能力增强，如此 反复循环。 实施例4
本发明应用于空调，致冷兼发电。(图1)其流程原理与实施例 (3)基本相同，差别在于l、实施例(3)应用于工业，本实施例着 眼于民用(住宅、商场等)，2、工业用的工质气体为氮气，空调用的 工质气体为过滤后的新鲜空气，3、工业气冷循环代水冷循环是封闭 式循环，而民用空调大多采用将处理后的冷空气直接排入降温空间的 开放式循环。由于本发明所生产之冷气，不仅能耗低，而且还能在制 取冷气过程中提取热能，用于发电。因此，本发明之冷气机，打破了现今冷气机是高耗能设备的固定模式，成为低能耗冷气机。在夏天过 去，室内不再需要冷气。本装置还可改作环境热能发电机，向家庭或 商场供电。冬季需要取暖，还可用本装置所发之电用于驱动热泵，提 高室温。家庭、商场或餐馆等拥有一套本装置， 一年四季可保四季如 春，也不必担心供电局停电。
上述实施例证明本发明结构简单，能源转换成本低，效率高， 可以在任何时间，地点随时获得大量的绿色能源。本装置是新型绿色 能源的最佳转换装置，其经济效益及社会效益，是不可估量的。
权利要求
1、一种利用环境低热或工厂废热产生动力及冷气的方法与装置，方法是以液氮为载能工质，通过热交换，产生液气相变，通过液气相变循环，源源不断将环境低热能吸收转换成高压气体膨胀能，再通过气动马达转换成动力及冷气，其特征是所述的装置包括液氮罐、高压液氮泵、气液换热器、高压储气罐、膨胀机、液化装置、节流阀。所述的液氮罐(1)与高压液氮泵(2)进口相联，所述的高压液氮泵(2)的出口与气液换热器(3)的液氮进口相联，所述的气液换热器(3)的液氮出口与高压储气罐(4)的进气口相联，所述的高压储气罐(4)的出口与气动马达(6)的进气口相联，所述的气动马达(6)的排气口与气液换热器(3)的氮气进气口相联，所述的气液换热器(3)的氮气出口与液氮罐内的液化装置(7)的进口相联，所述的液化装置(7)的出口与节流阀(8)的进口相联，所述的节流阀(8)的出口与液氮罐(1)的进液口相联。
2、 根据权利要求1所述的利用环境低热或工厂废热产生动力及 冷气的装置，其特征是在其相关的位置或管路接口处，装有与其有 关的阀门、仪表、监测、控制元件。
3、 根据权利要求1所述的利用环境低热或工厂废热产生动力及 冷气的装置，其特征是所述的液氮罐(2)(包括内的液氮及液化装 置)，可以是l个或数个。
4、 根据权利要求1所述的利用环境低热或工厂废热产生动力及 冷气的装置，其特征是所述的高压储气罐(5)可以是一个或数个。
5、 根据权利要求1所述的利用环境低热或工厂废热产生动力及冷气的装置，其特征是所述的节流阀(9)可以是一个或数个。
6、 根据权利要求1所述的利用环境低热或工厂废热产生动力及冷气的装置，其特征是所述的气液换热器(4)外部包有隔热材料。
全文摘要
一种利用环境低热或工厂废热产生动力及冷气的方法及装置，包括液氮罐、高压液氮泵、气液换热器、高压储气罐、膨胀机(气动马达)、节流阀、以及发电机、电池组、仪表、阀门(未标出)等组成，低温工质液氮在装置中通过多次热交换、从液氮转变为高压氮气，高压氮气通过膨胀机作功，产生动力，驱动轮船等交通工具行驶，也可带动机械作功或驱动发电机发电，膨胀机排出的低压氮气经回收冷凝成液氮后返回液氮罐从新循环，本装置结构简单，依靠液氮的相变循环，将环境热能及工厂废热转换成动力及冷气，具有极高经济效益及社会效益。
文档编号F01K25/00GK101598041SQ200810111519
公开日2009年12月9日 申请日期2008年6月5日 优先权日2008年6月5日
发明者赵长鸣 申请人:赵长鸣