通过环境工质实现热量循环的热力学循环系统及应用技术方案

本发明专利技术公开了通过环境工质实现热量循环的热力学循环系统及应用，所述系统包括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。并且为了将低级的能量转变成高级能量，还引入了外界热源。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热力学
，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。
技术介绍
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。专利技术内容本专利技术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，本专利技术提供如下技术方案：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，本专利技术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，所以本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过环境工质实现热量循环的热力学循环系统，其特征在于，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)。

【技术特征摘要】
1.通过环境工质实现热量循环的热力学循环系统，其特征在于，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)。
2.根据权利要求1所述的通过环境工质实现热量循环的热力学循环
系统，其特征在于，所述系统还包括外界热源(1)，所述外界热源(1)
为高温热源(11)、多个低温热源(12)或者两者的组合。
3.根据权利要求1或2所述的通过环境工质实现热量循环的热力学
循环系统，其特征在于，对于环境工质是气体而且无相变发生或者靠压
缩气体自压缩时的情况，所述环境工质系统(2)包括环境工质压缩机
(24)、换热器(22)及储气罐(23)，所述环境工质压缩机(24)、换热
器(22)、储气罐(23)和循环工质冷凝器(4)顺次循环连接。
4.根据权利要求1或2所述的通过环境工质实现热量循环的热力学
循环系统，其特征在于，对于环境工质是液体的情况，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。
5.根据权利要求4所述的通过环境工质实现热量循环的热力学循环
系统，其特征在于，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)和冷却室(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。

【专利技术属性】
技术研发人员：郑成勋，
申请(专利权)人：郑成勋，
类型：发明
国别省市：北京;11