专利名称：利用环境流体热能的方法
技术领域：
本发明总的是关于热能转化系(ThermalEnergyConversionSystems)的基本理论，但是，特别偏重利用大气与湖、海、河水等的热能产生有用功。工业与城市废水及其它一般所谓劣质热能流体亦可应用。从这种热能转化系排出的流体常在很低温度，因而，可用于海水淡化与其它冷却过程，例如超导体的冷却，空气调节等。
众所周知，功率循环之最高与最低温度差愈大，效率愈高。至今，最高温度似乎已达到材料许可的极限，而最低温度又被自然水或大气的常温所限制。因此，一般认为，等到矿物燃料、核燃料稀少时，可用能源即将近告竭，除非新能源能及时发现。落在地球上的太阳能几乎是无限的，但却是分散的。诸如用收集器、反射器、吸收器等，所产生的功不但昂贵，而且常不稳定。大气、海洋、大江、大湖本是天然的太阳能吸收器，但是，海水热能的应用至今仍未超出克劳德(Claude)原动机的原理，利用海水表面与深处的少许温度差所得的效率极微(美国机械工程杂志，1930第52卷)。本发明人最近曾提出方法利用环境流体产生功，但效率仍甚低，最高不过百分之十(1985年美国专利4，451，246与4，516，402号)，若要提高效率，需要在热力学上找到新观念。因此，在下面热力学第二定律须要略加讨论。
1)热库是一观念，代表一只极大的体积所含热能取之不尽，从而其温度永不变动。这种热库是封闭式的，如第一图所示，图内W代表动力机所作之功，而两个热库的温度差对于这个热转化系统的性能是极关重要的。
2)热力学第二定律是熵的定律在一个孤立系里，熵永不会减少。
3)开耳芬(Kelvin)和普朗克(Plack)关于第二定律的说法不可能造一个机器，在循环动作中，从单一热库取热作有用之功而不引起其它变化。第二定律的说法太多了，但是它们均可互证与互等的是应用于封闭系，如第一图所示，并且，与上述第二项附合。
4)任何循环所作之功不能超过卡诺(Carnot)循环，但非循环所作之功不受此限制。
5)在一般热力学书中，大气或海水常用来代表热库，于是，根据开氏和普氏关于第二定律的说法，利用大气或海水为单一热库的热转化系是不可能的，因此环境流体在工程热力学常称为死热态(ThermallyDeadState)。
应当指出实际热库可属于封闭系或开放系(OpenSystem)，而理想定义的热库却是封闭系(第三点所写的开氏与普氏的说法是根据封闭系热库所作)。可以把大气或海洋当作开放系热库。开放系热库较封闭系热库是比较有伸缩性的。例如，现有的开放循环动力机，严格说是从一个开放热库取热，而热源流体的物质，热与熵可倾泄于任何温度的环循里。这个环境只是一个倾泄库，并非
图1所示的经典热力学概念的低温热库。
以上如第3点那样的关于第二定律的各种表述，是基于由无限延伸的孤立系的外界包围的封闭系而作出的。假如一个封闭系只循环运作，并且，只与作为孤立系的外界(Surroundings)交换热量，则dW＝dQ这里W与Q分别代表封闭系所作的功以及输送到该封闭系的热量。显然，如果W≥0，则Q≥0，于是外界必将连续被冷却。因而，作为孤立系的外界的熵必将连续减少，那是违背前面第2点关于第二定律的说法的。但是，如果该系是开放式的，而且，包括循环与非循环运作，则dW＝dQ-dE这里dE代表自该开放系统流进与流出的全部能量(TotalEnergy)之差。显然，在这种情况下，dW≥0，dQ≥0与dS≥0不一定是不可能的，这里S代表外界的熵。若在同样的热源情况下，非循环运作能产生功，而循环运作是可逆的，则该开放系所产生之功便可大于卡诺循环所作之功。
众所周知，在零绝对温度时，一个物体的热能才可以说是在死热态。但是，如果低温热库必须是流体，则该物体的三相点(TriplePoint)可视为死热态。
本发明的详细说明与详细计算过程，请参考“ThermalEnergyFromEnvironmentalFluids”，TechnicalReport88-02，FacultyofEngineerigandAppliedScience，StateUniversityofNewJorkatBuffalo，Buffalo，NY14260，U·S·A该技术报告在中国北京大学等处有存档。
本发明的目的是提供应用环境流体的热能来高效率地做功与致冷(Refrigeration)的方法。根据不同热源流体，热转化系可分为三种海水热能转化(OTEC)，大气热能转化(ATEC)与大气海水热能转化(A-OTEC)。每系可包括一套封闭循环运作的主原动机(PrimMover)，第一热交换装置，第二热交换装置及再冷却系。再冷却系可包括透平(Turbine)或者膨胀阀(ExpansionValve)，或者两者都包括。主原动机的工作流体可以是压缩气体或者蒸汽。当热源流体经过第一热交换装置时，它把热量给予工作流体而变冷。经冷却的热源流体在经过再冷却系统时通过或者在机中、或者在膨胀阀中，或者在两者中膨胀而变为更冷。然后，经过进一步冷却的热源流体经过第二热交换装置而冷却主原动机里膨胀过的工作流体。
参考如下结合附图所作的详细说明，可以充分了解本发明的基本观念并证明它符合热力学的基本定理。附图中图1表示理想热库，图2表示本发明的基本方法，图3示意地表示海水热能转化系的流程，图4是图3中喷射泵(JetPump)的放大的视图，图5表示图3中节流阀(ThrottleValve)的防冻方法，图6表示兰金循环(RantineCycle)的温-熵图与热源流体的流通路径，图7示意地表示大气热能转化系的流程，
图8表示卡诺循环的温-熵图与热源流体的流通路径，图9表示等温热交换器的热理设计，图10表示改进的卡诺循环的温-熵图与热源流体的流通路径，图11表示大气热能转化系之流程，主要用于供热与供冷，图12表示图11热能转化系的温-熵图，图13表示改进的兰金循环与热源流体流通路径，图14表示大气与水热能转化系之流程，图15表示图14中的涡流室，图2表示一种热转化系的稳态流程，该系统利用环境流体热能以做功与致冷。为简单起见，假设环境流体是一种单相(SingleComponent)的流体，并且，称它为源流体。若源流体是气体，则这种热能转化系名为大气热能转化系(ATEC)。若源流体是液体，则名为海水热能转化系(OTEC)。若源流体包括气体与液体，则名为大气-海水热能转化系(A-OTEC)。
图2中，R代表热库;G为增压器;M为封闭循环主原动机;N为再冷却系;以及AB与CD代表热交换器，顺序名为第一与第二热交换装置。再冷却系可包括一套以源流体为工作流体的透平或简单的膨胀装置(SimpleExpansionDevice)或者两者均包括。令p和P代表静压与总压，并且，分别用a，A，B，C与D脚标区别源流体在周围环境里和在A，B，C与D的位置上的状态。先假设以下不等情形存在pa＜pApC＜pB′pC＞pa(1)在这些情形下，源流体会流进与流出该热能转化系的，如何能得到不等式(1)，待以后讨论。
当源流体流经第一热交换装置时，它把热量给予主原动机M的工作流体，从而变冷。经冷却的源流体当经过再冷却系N时通过膨胀而变为更冷。然后，利用经再冷却的源流体经由第二热交换装置冷却已膨胀过的主原动机工作流体。把从第二热交换装置流出的源流体引至海水淡化厂或其它冷却设备(未在图中表示)。然后在L点流回大气。若大气热能转化系只用为产生功，并且PD＜pa，则可以利用许多方法将PD增加到PL＞pa，其中最简单的方法是使用涡流泵(vortex pump)，利用不花分文的大气热。该涡流泵与第15图涡流室相似，不同之处是图15中“由16”改为“由热交换器14”;“由12”改为“由环境大气”;及“至14和14′”改为“在L点倾注入热库R″。因为流入涡流室的大气被冷却并处在旋流状态，所以，PL便可增高到与pa相等或稍大。L地点必须与源流体流出热库R的地点K距离相当远，使源流体在K点的热力学状态不受扰动。
为启动图2所示的热能转化系，同时，并为促使环境流体放出热能，不妨把由启动系(未绘于图2)提供的冷却剂导入第二热交换装置，短时间冷却主原动机的工作流体。启动系可以是普通的气体液化设备。当热能转化系处在低载荷时(通常在夜间)，剩余功率可运作一套普通的气体液化机产生上述冷却剂。
从图2所示可以显然看出，主原动机M是封闭系，再冷却系是开放系，两者皆在两个热库间运作自然存在的环境流体是高温热库;由启动系产生并接着由热能转化系保存的再冷源流体是低温热库。这种情形与台风由于一个小涡流而在海面上形成的道理相似，它也表明，虽然静止大气热能可以说是热死点，但是，它的热能一被触发便可成为很大的能源。
根据热力学第一定律，对于单位源流体质流量，由主原动机(循环系)产生之功为w1＝qAB-qDC(2)这里qAB与qDC分别代表对于单位源流体质流量，主原动机的加热与排热。
若此热能转化系只用大气为热源(ATEC)，再冷却系N可以包括透平(非循环系)。透平所作之功与增压器G所需之功分别是w2＝hB-hC(3)w3＝ha-hA(4)这里，h代表每质量单位源流体之焓，从方程(2)-(4)，图2中大气热能转化系所作之功为w＝qAB-qDC+(hB-hC)-(hA-ha) (5)从上式可以看出，大气热能转化系所作之功可以大于循环系单独所作之功，如果(hB-hc)≥(hA-ha)，这是本发明中具有特殊意义的情况。
因为所有实际过程，例如热传导与流体流动等均是不可逆过程，所以SD-Sa≥0此外，在L态的源流体与环境流体混合产生附加的熵。
大气热能转化系的效率可以按照一般原动机的效率，采取以下的定义η＝ (w)/(qAB) =1- (qDC)/(qAB) + ((hB-hC)-(hA-ha))/(qAB) ≤1(6)若热能转化系只用水为热源(OTEC)，再冷却系N可以仅包括简单的膨胀阀，因而，(hB-hc)可从以上公式导出。若热能转化系用大气与水为热源(A-OTEC)，水应尽量用为热源，而大气用为冷源。这个说法以后再加讨论。
实施例1图3示意地表示海水热能转化系的流程，它只从海水提取热能，主要用于海水淡化。主原动机包括汽轮机13与凝结水泵15，按兰金循环(RantineCycle)运作。海水由水泵60打进热交换器11，其流量要大到足以使海水在热交换器11中的温度变化甚微。一部分流出热交换器11的海水可注入周围环境，余者流入热交换器12，用来在几乎等压情形下加热于主原动机的工作流体，从而，使这部分海水的温度降至冰点。把该冰冷的海水引入海水淡化厂92，通过膨胀使其过度冷却，温度降至三相点以下，约摄氏1度左右，于是，海水便分开为卤水(Brine)与淡水的结晶。
制造出来的淡水分成两支流主支流进入水库93，而付支流经由节流阀83流入热交换器14，化为蒸汽，以冷却工作流体。该蒸汽被主支流由如图4所示的喷射泵(JetPump)吸出交换器14。为避免淡水在喷射泵里结冰，内喷管可由室温的淡水加热，如图所示。同样，为避免节流阀83的潮湿的表面结冰，该表面可由无数的微小空气射流所保护，该微小空气流可以事先流过热交换器84，被卤水冷却，然后，沿节流阀83射出，如图5所示。
从热力学观点出发，图3所示的海水热能转化系与日本在太平洋中脑卢(Naunru)共和国所安装的100KWOC-OTEC电厂极相似(日本东京电厂技术汇报1982)，不同之处是脑卢电厂利用深海的冷水作为冷源，因而效率只大约有1%。如果估计热交换器的温差是5.3℃，那么，主原动机的循环将处在大约30℃的温度范围，而100kwNauru电厂的主原动机工作在13℃的温度范围。因此，图3的系统能够产生多于Nauru电厂的有用功。
若以脑卢电厂的资料为例，可估计图3所示的热能转化系的性能工作流体为氟利昂12(Freon12)，热交换所需的温度差为5.2℃。图6中示意地示出氟利昂循环12345的温-熵图与源流体的流通路径ABCDE。本节中与以后各节中，均采用以下的符号与单位T＝温度，℃，°K，p＝压强，kpav＝比容，m3/kg，h＝比焓，kJ/kgS＝熵，kJ/kg-k脚标1，2，3，4，5与A，B，C，D，E分别代表在不同地点氟利昂与海水的性质。假如TA＝TB＝30 TD＝TE＝0透平的效率＝80%
以下的结果可以容易算出所提供的热量＝h4-h2＝156.54废热＝h5-h1＝146.05所做的功＝10.49kJ/kg效率＝6.7%实施例2为寻得适合于本发明的热能转化系的气体功率循环，首先考虑按卡诺循环可逆运作的大气热能转化系。该系的流程图如图7所示。图3与图7中，同样标号代表同样的部件，不同处为图7中15代表气体压缩机，以及60代表大气增压器。
图8中，分别用12341与ABCD代表功率循环与源流体的温熵图。因为热传导已经假设为可逆程序，△T＝0，亦即，态1，2，3，4分别与态A，B，C，D重合。等压线亦描绘在图8中。显然，(1)中的所有不等式均可满足。从公式(5)，可逆功可写如下式wrev=qi(1- (Te)/(Ti) )+(hB-hC)S-(hA-ha)S(7)这里qi＝Ti(SA-SB)，Ti＝TA＝TB与Te＝TD＝Tc。因为(hB-hc)s≥(hA-ha)s，所以，大气热能转化系所做的可逆功大于封闭系(卡诺汽轮机)所做的功。从图8可以看出，Te愈低，则W2＝(hB-hc)愈大，但hc被不等关系Pc≥Pa所限。
下面，在已知可逆功的情况下，更有意义的不可逆大气热能转化系的效率可以用以下的定义
η= (w)/(wrev) ≤1(8)这里W与Wre分别由公式(5)与(8)给出。
为得到等温加热或等温冷却，最简单的办法是考虑一种具有不变比热的一维理想气流，它在加热或冷却情形下，在一个变截面积的管路中流动。从众所周知的物质、动量与能量不灭定律及理想气体状态方程(A·H·Shapiro，CompressibleFluidflow.Ronala，1953)，可以得到以下的微分方程式(dV)/(v) = 1/(1-M2) ( (dQ)/(h) - (dA)/(A) )(9)(dp)/(p) =- (kM2)/(1-M2) ( (dQ)/(h) - (dA)/(A) )(10)(dT)/(T) =- (1-kM2)/(1-M2) ( (dA)/(h) - (dA)/(A) )+ (dA)/(A) (11)这里V代表速度;p为静压;A为管路横截面积，h为比焓;Q为所加的或减去的热量;M为局部马赫数(LocalMachNumber);k为比热比值。
对于热交换器里的流动，速度不能太高，(kM2＜1)M＝(1/k)1/2可称为邻界点。在等温流动中，dT＝0，于是，公式(11)变为(dA)/(A) =- (1-kM2)/((K-1)M2) (dQ)/(h) (12)将公式(12)代入公式(9)与(10)，得到(dV)/(v) =- 1/(1-kM2) (dA)/(A) or dQ＝VdV(13)
(dp)/(p) = (kM2)/(1-kM2) (dA)/(A) or dQ＝-RT (dp)/(p) (14)公式(13)与(14)表示所有加进的或取出的热均经由动能变化而转化为功。
若流体被冷却，则dQ＜0，并且，若dA＞0，则(dV)/(V) ＜0 and (dp)/(p) ＞0 (15)这种关系适用于热交换器12中的源流体，如图7所示，并且亦适用于热交换器14中的工作流体。若流体被加热，则dQ＞0，并且若dA＜0，则(dV)/(V) ＞0 and (dp)/(p) ＜0 (16)这种关系适用于热交换器12中的工作流体，亦适用于源流体热交换器14中的源流体。从以上的公式可以断言通过沿着加热后的流体的流动方向扩大管路和收缩管路可令所有吸热和冷却过程等温。在加热或放热情形下，等压流动同样的可从公式(9)-(11)获得取出热时用收缩管路;加进热时用扩大管路。
从以上公式计算的结果可以发现，为了维持马赫数小于临界值(1/k)1/2，流体的流路必须很短，使得或者加进或取出的热量相当低。为解决这个困难，等温管路可以分成几段，各段间有相当大的热绝缘的空间，如图9所示，其中，A-B代表放热流体，2-3代表吸热流体。总压强(P)，静压强(p)与速度(V)亦绘于图9中。
可以看出任何点的速度可以低于临界数值;进口A的压强可以不需要高;以及增压器所需之功，W3＝hA-ha，是足够的。
根据以上对等温度流动的了解，效率高的循环可以根据卡诺(Carnot)与兰金循环(Rankine)修改出来1.等温加热与冷却以及绝热压缩与膨胀;
2.改良的卡诺循环，如图10所示，其中，1-2与4-5代表绝热压缩与膨胀;2-3与5-6代表等压加热与冷却;3-4与6-1代表等温加热与冷却。
3.改良的兰金循环如图13所示，其中，等温加热与冷却可在超热区域发生。
实施例3在本节中，三类大气热能转化系将加以考虑(A)与(B)源流体为气态，而(c)源流体从气态冷却到液态。为简化计算起见(但又不失去其普遍性)，关于这三种热能转化系，可作以下的假设(a)热能转化系(A)与(B)之源流体是定比热的理想气体，而热能转化系(C)之源流体为氮气。
(b)工作流体与源流体相同，不过是加压的。
(c)所有压缩与膨胀过程皆设为等熵。
(d)热传导所须温度差设为5.5℃。所有符号都与以前几节中定义的一样，并且，所有热物理特性的单位都与海水热能转化系(OTEC)的相同。
A.源流体不变相的大气热能转化系图7所示流程仍可代表按照图10所示功率循环的大气热能转化系，不同处仅在图7的热交换器12与14包括等温与等压两部分。源流体的流通路径aABCDEF的温-熵图亦绘于图10。若用以下的指定数据pa＝101.3，Ta＝298.2，pA＝1.2pa＝121.6pC＝pb＝2.5pa＝304，pD＝1.2pa＝121.6TD＝90，pE＝pF＝40，按一般常用的方法，可以容易地得到该热能转化系所作的功w＝96kJ/kg从这个数据，可以算出每MW的电功率约需源流体流量m＝103/96＝10.4kg/S这个热能转化系的效率可从公式(6)算得η＝34%熵生产率自然地在环境里连续增加，而不需进行计算。因为，PF＜pa，所以，需要在关于基本方法的第一节中所讨论的涡流泵。
B、以加热与致冷为主的大气热能转化系图11代表一种特殊的大气热能转化系，主要用于致冷与加热，同时亦可供给少许的功，热交换器14，压缩机15与气轮机13可以省略掉，因此，该热能转换系只包括增压器60，透平16，与热交器12，并不按循环运作。图11中的流程图表示稳态工作。图12表示原流体的温-熵图，图中还用虚线表示等压线。热交换器12供热至需要加热的空间。从气轮机16排出的冷源流体可用于各种冷却过程。显然，由于Sa-Sc＜SA-SB，并且，源流体与环境大气混合，所以，熵连续在环境(一种立系)里产生。因为hB-hc≥hA-ha，少量的功亦可产生。
C、变相大气热能转化系若源流体与工作流体均可变相，则大气热能转化系可按图13中改进的兰金循环运作。该系的流程图与图7相同，但是那里的非循环运作的气轮机16可用亦可不用。图13中，1234561代表改进的锐金循环，aABCDE代表源流体流程，虚线代表饱和线(SaturationCurve)。如何得到等温加热与放热已于前节讨论过，所以，1-4，D-E，A-B等均可等温。因为源流体可以冷却到液化温度，所以，该热能转化系可名为液化大气热能转化系(AETCCSystem)。
若用下面的数据算一个例题Ta＝298.2 pa＝101.3，pA＝1.2pa＝121.6 pB＝3pa＝303hB＝325.7，TC＝80，hC＝-115.9pD＝101.3 TD＝77.3，hD＝hC＝-115.9XD(quality at D)＝0.028，可以分别得到有用功与依赖于该ATECC系的输入热量的效率W＝222.8kJ/kgη＝42.5%产生每MW电功率所需要的源流体的流量为
m＝4.48kg/S实施例4大气与水热能转化系在前面第二节所讨论的海水热能转化系，因为热源与冷源的温度差太低，因而，效率只有百分之几。第4节的大气热能转化系又须很大的热交换器。热交换器愈大，价钱愈高。因为每一单位容积水的焓大约比大气的焓大一千倍，而大气的三相点很低，所以，如用水为热源，大气为冷源，则优点甚为明显。这类热能转化系的流程图太多了，其中的一种如图14所示。图7与图14中同样数号代表同样部件。唯图14中加撇号的数号代表海水热能转化系，无撇号的数号代表大气热能转化系。
增压器60供应气源流体两倍于大气热能转化系单独所需的大气，这些大气等分为两个流路流路Ⅰ经过热交换器12冷至液化点，而流路Ⅱ在透平16里膨胀至与流路Ⅰ相同的温度。为减小透平16的体积，流路Ⅱ在从增压器60流出后，可用环境流体(水或空气)的自然流动(naturalconvection)去冷却。这两个流路在涡流室101混合，涡流室的放大图如图15所示。流路Ⅰ的液体经过喷嘴进入涡流室成为与涡流室器壁相切的蒸汽射流，形成螺旋涡流。流路Ⅱ从透平16流出后被吸入涡核，与流路Ⅰ混合，混合后的压强高于周围大气的压强。这个再冷却的气体源流体再等分成两部分，一部分用于冷却大气热能转化系的主原动机中已膨胀过的工作流体，另一部分冷却海水热能转化系的已膨胀过的工作流体。
从热交换器14与14′流出的气源流体可以用来淡化海水。如此产生的淡水引至水库90吸收周围环境的热，然后用作该OTEC系的水热源，如果周围缺少天然淡水的话。
若上节液化大气热能转化系的假定数据用于分析图14所示的大气与水热能转化系，并且，海水热能转化系亦用改良的兰金循环，那么，这套大气与水热能转化系的功与效率可算出如下W＝680.8kJ/kgη＝66%在这个例子中，透平16产生的功大约等于总功量三分之一，热交换器11′与12′可以小一千倍。显然，彼此无关的大气热能转化系与海水热能转化系也可直接联在一起，按图9的气体循环或兰金循环运作。
从以上的说明可得出以下的结论(1)热力学第二定律“熵不可能在孤立系内减少”之说法适用在开放系或关闭系;
(2)开耳芬与普朗克的说法虽然明显地基于关闭系，但亦适用于开放系，因为，为产生功，多于一个的热库是必需的，例如，在本发明热能转化系中有热库，冷库及一个倾泄库;
(3)处在环境温度(例如25℃)的环境流体的热能不处在死态。如果该能量系统与液态冷源一起工作可以认为三相点是死态;
(4)大气热能转化系以及大气与水热能转化系的效率可与现存的燃气轮机发电厂相伯仲，即或热源与冷源之间的温度差较低;
(5)若将大气热能转化系或大气与水热能转化系安装在现有发电厂的旁边，它们不但可以增加有用之功，而且可以减少环境污染;
(6)城市或工业废水亦可用作热源(或补充热源)，并且这种废水可以用结冰过程净化成有用的水。结冰分离后剩余的物质再进行处理，这要比已知的废水处理方法省钱甚多;
(7)大气与水热能转化系所产生的电要比现有任何发电厂产生的便宜。而价钱还可以降低，如果副产品(致冷作用，例如，海水淡化，超导的冷却，气体液化)亦计算在内的话;
(8)如果用有限数量的矿物燃料作为辅助热源，大气热能转化系或大气与水热能转化系可应用于陆上、海上与空中的交通工具;
(9)本发明的各种热能转化系不污染环境，唯一不便处是它们向环境里连续产生冷流体，因而，如果长时间大量应用它们，则地面上的气候可能受影响。但是，虽然有这种影响，世界能源问题可以不必专靠矿物与核燃料。
尽管以上对本发明的不同实施方案作了叙述，但可以想见，局部结构的更换或改进，将不难被同行们所发现，所以本发明的权利附于以下各项。
权利要求
1.利用环境流体之热能为各种热能转化系之热源的方法，每套转化系包括与热源直接关联的第1热交换装置，直接与第1热交换装置关联的封闭循环主原动机，亦与第1热交换装置关联的再冷却系，与主原动机及再冷却系关联的第2热交换装置以及用于启动热能转化系的辅助系统，其特征在于该方法包括如下步骤a)用上述环境流体作为开放的流体热源，b)使热源的源流体流入上述第1热交换装置，c)上述辅助启动系制出的冷却剂流入上述第2热交换装置，用于引起环境流体放热并启动上述热能转化系，d)截断上述辅助启动系，从而使热能转化系步入稳态运作，e)继续使源流体通过第1热交换装置，从而，主动机工作流体受热而源流体变冷，f)使主原动机的工作流体按预定的功率循环膨胀作功，g)引导从第1热交换装置流出的经冷却的源流体进入上述的再冷却系，使它变的更冷，h)利用再冷源流体在第2热交换组中冷却主原动机的已膨胀过的工作流体，i)把从热能转化系排出的源流体用于其它冷却或冷冻过程，j)组合多种上述热能转化系为单一装置，以增加功率输出，减少成本，如果情形需要的话。
2.权利要求1的方法，其特征在于所述其它冷却或冷冻过程包括液体净化冷冻过程。
3.权利要求2的方法，其特征在于所述液体净化过程包括海水淡化。
4.权利要求1的方法，其特征在于所述其它冷冻过程包括气体液化。
5.权利要求1的方法，其特征在于所述其它冷却过程包括超导体的冷却。
6.权利要求1的方法，其特征在于源流体为海水(OTEC)，主动机包括汽轮机与凝结水泵，基本上按兰金循环运作;第1热交换装置包括至少二只热交换器，用于源流体与主原动机工作流体之间的等温与等压热交换;第2热交换装置包括至少一只热交换器，用于再冷源流体与主原动机膨胀过的工作流体之间热交换;再冷却系包括膨胀阀与喷射泵。
7.权利要求1的方法，其特征在于源流体为大气(ATEC)，主原动机包括封闭循环的燃气轮机和压缩机;第1热交换装置包括至少一套热交换器;第2热交换装置也包括至少一套热交换器;再冷却系包括至少一套透平，其中经冷却的源流体膨胀而作功，然后，在透平出口变为更冷，这种再冷源流体用于从主原动机排出的废热中抽取热量。
8.权利要求7的方法，其特征在于所述封闭循环包括绝热压缩膨胀，以及等温或接近等温的加热与冷却过程。
9.权利要求7的方法，其特征在于所述封闭循环包括绝热压缩与膨胀，等温与等压加热以及等温与等压冷却。
10.权利要求7的方法，其特征在于所述封闭循环包括绝热压缩与膨胀，以及沿工作流体流动方向的减压加热与增压冷却。
11.权利要求7的方法，其特征在于取消所述主原动机与第2热交换装置，从而，该大气热能转化系只包括增压器，第1热交换装置与以源流体为工作流体的透平，仅以非循环方式工作。
12.权利要求1的方法，其特征在于多种源流体同时作为热源，但是，尽量用水作热源，大气作冷源;每套主原动机可按气或汽循环运作;每套第一热交换装置包括一种以上的热交换器，从而，得到源流体与主动机工作流体之间的等温与等压热量交换;再冷却系包括以大气为工作流体的透平，至少一套膨胀管路与至少一套涡流室;每套第2热交换装置包括至少一种热交换器，而且，用再冷气源流体来抽取每套主原动机排出之热。
全文摘要
本发明揭示一种方法，利用环境液体为热源产生机械功或电能热源流体加热于工作液体后变冷；这种冷的热源流体经膨胀变为更冷；然后，这种更冷的热源流体可用作冷却工作液体，而所述工作液体便可作有用功。若热源液体是大气，则在它膨胀时亦可作有用功，当热源流体从这种热能转化系流出后多在很低温度，所以可用于其它冷却或冷冻过程，例如，空气调节，气体液化，冷却超导体或海水淡化等。
文档编号F03G7/04GK1040082SQ8810863
公开日1990年2月28日 申请日期1988年12月13日 优先权日1987年12月14日
发明者张燕波 申请人:张燕波