【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及流通机械装置，具体说是一种中低温热源热量转换系统。
技术介绍
1、能量往往是以电能、光能、机械能、热能、化学能等多种形式出现，归根结底能量是宇宙四种力(电磁力、万有引力、强相互作用力、弱相互作用力)以某种方式存在未释放的物质形态，而热能是各种各样能量的形式之一，它是分子外层电子相互排斥力变为分子动能的一种现象，但热能又往往被人们看作宇宙间各种各样能量转化的归宿，因为无论哪种能用来作功以后都会转化为热能。地球表面的温度来自太阳核聚变能辐射的结果，并在地球表面转变为多种能量形式，绝大部分是以水汽分子势能的循环方式把太阳能储存起来了，少部分占比只有百分之几的太阳能转变为生物化学能贮存起来了，并且会用远红外辐射方式把热量辐射到太空去，以使地表温度达到相对平衡。而远古的生物能又演变成各种矿物化石能被埋入地下了，而现在使用的天然气、煤炭及石油就是太阳能演变而来的。即时的太阳辐射能量只能采用光伏板转变电能加以利用，却会受到当时有没有阳光照射的限制。而太阳辐射能演变成水汽分子势能或分子动能却不像阳光那样能直接转变成电能，但却无时无刻不分白昼地存在，到处存在于我们周围空气中，或海洋、湖泊、河流里，其利用是不分昼夜阴晴天气的，这些分子势能或分子动能衰减并释放势能后，会自发地进一步演变成风能，河流落差能等，当前的水力发电及风力发电就是来源于太阳能连续变迁的结果。
2、然而，人为把分子势能及分子动能转变为电能是很难的，除非把低温热源转移到高温去用于发电，但是现行热泵技术无法实现经济的净电能产出。日本在1980年代开展了超级热泵
3、若低温热源的温度与高温热源的温度差为20℃左右时，若从低温热源转移热量到高温去其热能量会是驱动的电能4.5倍到6倍间。从现有热泵技术来看该能效比是无法把热量转移的温度高度差突破40℃，除非降低热泵运行能效比，从而导致发电效率非常低，也就无法实现机组电能量的净产出。总之，输入热泵机组的电能量要比系统产出的电能量多很多。这是由于低品位热量发电效率极低，像80℃的中温地热资源的发电效率仅为为5％左右；若采用双工质吸收式循环系统发电，其系统的热效率为10.4％，相应的卡诺循环效率为14.16％，热力学完善度为73.4％，这只是理论计算的结果。其所产生的电能量还不到输入电能给热泵机组所耗掉的电量20％，即便是采用了双工质吸收式循环发电设备也会是如此，除非使热泵能效比提高到7.5倍以上，若转移低温热量到高温去的温差达到60℃以上，要想使热泵机组能效比达到7.5倍以上，当前的热泵技术是不可能实现的事情。
4、热力归根结底属于电磁力，因为宇宙的四种力对于分子热相互作用来说只能限于电磁力。而能量是用某种“力集合”贮存起来的一种物质形态，而能量的消耗就是某种力(电磁力、万有引力、强相互作用力、弱相互作用力)的释放过程，能量消耗过程也是某种形式的力转变为另一种形态力存在而已，其实能量不会消失的，除非质能相互转换了。摩擦及碰撞的分子电磁力将转变为热能或声能，显然热能会是各种能量演变的最终归宿。然而，力可以用杠杆来实现以小博大的作用，杠杆的力臂和支点其实也是传递着应力，把它作为应力的集合来理解，那么杠杆力矩原理就是应力的集合，对于很多分子动能集合的热能量来说，也会有类似的杠杆以小博大的作用，像现行的热泵其实就是一种能量杠杆，蒸发器与冷凝器相当于能量杠杆的力臂，节流装置相当于支点，那么压缩机作用制冷剂于冷凝器和蒸发器便就是能量矩。热泵是可以用少量的电能驱动比电能量多很多倍的热能量到高温去，这就是以小博大的能量杠杆作用。另一方面说明了逆卡诺循环效率会远远大于卡诺循环，像火力发电朗肯循环就是一种不可逆的卡诺循环，其效率永远是小于1，说明构成能量矩的能量臂短了需要消耗更多的热力。而逆卡诺循环的效率可以非常大，理论上是可以趋于∞的。若把逆卡诺循环所构成能量矩的能量臂延伸很长的话，是可以撬动很多热量向高温处转移，能量臂长的那头可以用较少的能量撬动能量臂短的那头很多的能量，能量臂越长所消耗的能量就越少。杠杆的力矩是由作用力乘以力臂所构成的，而杠杆力臂的应力与能量杠杆的能量臂所产生容积应力是一回事，它们最终还是可以统一到电磁力层面上，因为杠杆的力臂在做功过程中力臂会出现应力现象，而应力最终也是归结于原子外层电磁力，逆卡诺循环的冷凝器和蒸发器容积在制冷剂压力作用下，其容积同样会出现压力应力和热应力，容积壁的应力就如同杠杆力臂应力那样都可以归集到电磁力层面上。所以热泵如何创新设计延伸其能量臂方式来实现更高效的热量转移，该能量臂延伸就是把多个逆卡诺循环用覆叠方法来延伸其流程长度，也就是说把大温差分割成许多小温差来转移热量，从而让冷凝器承受更多的热应力及压强应力，那么能量杠杆撬动的热量就会愈多；还须快速让外界热量进入蒸发器并使其温度提高，可以减少冷凝器与蒸发器之间温差，从而达到高效转移热量之目的，其意义非常重大，它将使空气能很经济发电。
5、热能虽然是各种能量的最终归宿，但热能也可以转变为其它能量，其转变方式会受到热能自身规律的限制，尤其是热能无法百分之百转变为机械能，也就是说第二类永动机是不可能存在的，因为热能会流失而无法用尽，所以当前朗肯循环热机的低温热源必须是向环境排热的缘故。人类无法从单一热源取热在不做任何改变的情况下，是无法实现用热能对外做功的。没有持续能量流入的第一类永动机也是不存在的，因为它违法了能量守恒定律。故此，是本专利技术专利遵守了能量守恒定律并利用能量杠杆原理来延伸能量臂，从而达到提升高温热泵效率的目的，采用多复叠热泵之技术提升高温热源的高度，采用链式热量反馈技术来降低低温热源的温度，可实现从单一热源取热来做功，并做出了重大实质性改变，低温热源向外界空气排出的是冷量而不是乏汽潜热。这样才可以把天然存在的远距离太阳核聚变能以分子动能或势能形式进行转变电能得以实现，而不是光伏发电那种利用方式。虽然比近距离的人造太阳能核聚变温度低很多，但成本要低很多，使用起来很方便，这就是天然太阳能利用要比人造太阳能利用优势多很多的原因所在，在能量密度较小情况下实现强于光伏发电经济价值的可能。
6、宇宙是一个熵增的过程，低熵的能量才会有价值，而熵增却是不可逆的，低熵能量作为有用的能量必须是不平衡的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种中低温热源热量转换系统，其特征在于：包括热量吸纳机构(1)、底层热泵(2)、高温机构(3)、能量转换机构(4)、余热回收机构(5)和负温机构(6)，所述热量吸纳机构(1)吸纳的外界热量(8)和负温机构(6)内共换热介质流体的热量均流入底层热泵(2)的底层热泵蒸发器(2.1)，所述底层热泵(2)通过管道将中低温热量转移至高温机构(3)，所述高温机构(3)是由多个逆卡诺循环覆叠方式结合构成的多覆叠热泵，所述高温机构(3)通过多个逆卡诺循环覆叠方式把热量推向高温机构(3)的输出端，所述高温机构(3)的输出端的最后一个逆卡诺循环的冷凝器通过连接管道将高温气体工质输入能量转换机构(4)的热能输入端，所述能量转换机构(4)将高温气体工质的部分热能转变为非热量能(9)的输出，同时所述能量转换机构(4)将高温气体工质做功后的乏汽通过管道流入余热回收机构(5)，所述乏汽在余热回收机构(5)释放乏汽潜热后被冷凝成液态工质，所述液态工质通过管道和工质输送泵(5.2)打入高温机构(3)最后一个逆卡诺循环的冷凝器内继续获热而蒸发，实现液态工质—高温气体工质—乏汽工质——液态工质的循环，所述负温机构
2.根据权利要求1所述中低温热源热量转换系统，其特征在于：所述热量吸纳机构(1)包括中低温热量注入设备(1.1)和冷凝器一(1.21)，同时所述冷凝器一(1.21)嵌套于负温机构(6)内的链式热量反馈逆卡诺循环上，所述中低温热量注入设备(1.1)、冷凝器一(1.21)和负温机构(6)通过管道串联实现各循环系统与共换热流体的换热，所述余热回收机构(5)为卡诺循环做功工质的低温热源设备，且所述余热回收机构(5)共换热介质流体的进口管道连通负温机构(6)共换热介质流体的出口，所述余热回收机构(5)共换热介质流体的出口管道连通共换热介质流体循环泵(7)的进口，所述共换热介质流体循环泵(7)的出口通过管道连通热量吸纳机构(1)的进口。
3.根据权利要求1所述中低温热源热量转换系统，其特征在于：所述多覆叠热泵的第一覆叠热泵的第一覆叠热泵蒸发器(3.1)作为底层热泵(2)的冷凝器，所述底层热泵蒸发器(2.1)与第一覆叠热泵蒸发器(3.1)及对应的底层热泵压缩机(2.11)、底层热泵节流装置(2.12)通过管道串联构成底层热泵制冷剂循环系统；同时所述第一覆叠热泵的第一覆叠热泵冷凝器(3.2)作为第二覆叠热泵的蒸发器，所述第二覆叠热泵的第二覆叠热泵冷凝器(3.3)作为第三覆叠热泵的蒸发器，所述第一覆叠热泵蒸发器(3.1)与第一覆叠热泵冷凝器(3.2)及对应的第一覆叠热泵压缩机(3.12)、第一覆叠热泵节流装置(3.13)通过管道串联构成第一覆叠热泵制冷剂循环系统，所述第一覆叠热泵冷凝器(3.2)与第二覆叠热泵冷凝器(3.3)及对应的第二覆叠热泵压缩机(3.22)、第二覆叠热泵节流装置(3.23)通过管道串联构成第二覆叠热泵制冷剂循环系统，依此类推，第N覆叠热泵的冷凝器作为第N+1覆叠热泵的蒸发器，第N覆叠热泵的冷凝器与第N覆叠热泵的蒸发器及对应的第N覆叠热泵压缩机、第N覆叠热泵节流装置通过管道串联构成第N覆叠热泵制冷剂循环系统。
4.根据权利要求2所述中低温热源热量转换系统，其特征在于：所述负温机构(6)采用多个链式热量反馈的多逆卡诺循环机构，且借助共换热介质流体作为热量载体实现热量反馈逆卡诺循环，第一链式热量反馈逆卡诺循环的冷凝器一(1.21)共换热介质流体的流出端与底层热泵蒸发器(2.1)共换热介质流体的流入端相连，所述底层热泵蒸发器(2.1)的共换热介质流体流出端通过管道连接第二链式热量反馈逆卡诺循环系统的冷凝器二(6.11)共换热介质流体的流入端，所述冷凝器二(6.11)共换热介质流体的流出端用管道连接至蒸发器一(1.22)的流入端，第一链式热量反馈逆卡诺循环的压缩机一(1.23)的出口通过管道连接冷凝器一(1.21)的制冷剂侧进口，所述冷凝器一(1.21)的制冷剂侧出口通过管道依次串联对应的节流装置一(1.24)和蒸发器一(1.22)，所述蒸发器一(1.22)的制冷剂侧出口通过管道与压缩机一(1.23)的进口相连，从而所述蒸发器一(1.22)、压缩机一(1.23)、...
【技术特征摘要】
1.一种中低温热源热量转换系统，其特征在于：包括热量吸纳机构(1)、底层热泵(2)、高温机构(3)、能量转换机构(4)、余热回收机构(5)和负温机构(6)，所述热量吸纳机构(1)吸纳的外界热量(8)和负温机构(6)内共换热介质流体的热量均流入底层热泵(2)的底层热泵蒸发器(2.1)，所述底层热泵(2)通过管道将中低温热量转移至高温机构(3)，所述高温机构(3)是由多个逆卡诺循环覆叠方式结合构成的多覆叠热泵，所述高温机构(3)通过多个逆卡诺循环覆叠方式把热量推向高温机构(3)的输出端，所述高温机构(3)的输出端的最后一个逆卡诺循环的冷凝器通过连接管道将高温气体工质输入能量转换机构(4)的热能输入端，所述能量转换机构(4)将高温气体工质的部分热能转变为非热量能(9)的输出，同时所述能量转换机构(4)将高温气体工质做功后的乏汽通过管道流入余热回收机构(5)，所述乏汽在余热回收机构(5)释放乏汽潜热后被冷凝成液态工质，所述液态工质通过管道和工质输送泵(5.2)打入高温机构(3)最后一个逆卡诺循环的冷凝器内继续获热而蒸发，实现液态工质—高温气体工质—乏汽工质——液态工质的循环，所述负温机构(6)内的共换热介质流体获得余热回收机构内工质乏汽潜热后通过共换热介质流体循环泵(7)输送至热量吸纳机构(1)内并与热量吸纳机构(1)内的外界热量一起再次流入底层热泵蒸发器(2.1)内，同时所述负温机构(6)将共换热介质流体热量反馈至底层热泵蒸发器(2.1)的共换热介质流入端，共换热介质流体方向与负温机构热量反馈运行方向相反，所述底层热泵蒸发器(2.1)内的共换热介质通过共换热介质流体循环泵(7)再次流入负温机构，从而周而复始构成共换热介质流体的闭式循环。
2.根据权利要求1所述中低温热源热量转换系统，其特征在于：所述热量吸纳机构(1)包括中低温热量注入设备(1.1)和冷凝器一(1.21)，同时所述冷凝器一(1.21)嵌套于负温机构(6)内的链式热量反馈逆卡诺循环上，所述中低温热量注入设备(1.1)、冷凝器一(1.21)和负温机构(6)通过管道串联实现各循环系统与共换热流体的换热，所述余热回收机构(5)为卡诺循环做功工质的低温热源设备，且所述余热回收机构(5)共换热介质流体的进口管道连通负温机构(6)共换热介质流体的出口，所述余热回收机构(5)共换热介质流体的出口管道连通共换热介质流体循环泵(7)的进口，所述共换热介质流体循环泵(7)的出口通过管道连通热量吸纳机构(1)的进口。
3.根据权利要求1所述中低温热源热量转换系统，其特征在于：所述多覆叠热泵的第一覆叠热泵的第一覆叠热泵蒸发器(3.1)作为底层热泵(2)的冷凝器，所述底层热泵蒸发器(2.1)与第一覆叠热泵蒸发器(3.1)及对应的底层热泵压缩机(2.11)、底层热泵节流装置(2.12)通过管道串联构成底层热泵制冷剂循环系统；同时所述第一覆叠热泵的第一覆叠热泵冷凝器(3.2)作为第二覆叠热泵的蒸发器，所述第二覆叠热泵的第二覆叠热泵冷凝器(3.3)作为第三覆叠热泵的蒸发器，所述第一覆叠热泵蒸发器(3.1)与第一覆叠热泵冷凝器(3.2)及对应的第一覆叠热泵压缩机(3.12)、第一覆叠热泵节流装置(3.13)通过管道串联构成第一覆叠热泵制冷剂循环系统，所述第一覆叠热泵冷凝器(3.2)与第二覆叠热泵冷凝器(3.3)及对应的第二覆叠热泵压缩机(3.22)、第二覆叠热泵节流装置(3.23)通过管道串联构成第二覆叠热泵制冷剂循环系统，依此类推，第n覆叠热泵的冷凝器作为第n+1覆叠热泵的蒸发器，第n覆叠热泵的冷凝器与第n覆叠热泵的蒸发器及对应的第n覆叠热泵压缩机、第n覆叠热泵节流装置通过管道串联构成第n覆叠热泵制冷剂循环系统。
4.根据权利要求2所述中低温热源热量转换系统，其特征在于：所述负温机构(6)采用多个链式热量反馈的多逆卡诺循环机构，且借助共换热介质流体作为热量载体实现热量反馈逆卡诺循环，第一链式热量反馈逆卡诺循环的冷凝器一(1.21)共换热介质流体的流出端与底层热泵蒸发器(2.1)共换热介质流体的流入端相连，所述底层热泵蒸发器(2.1)的共换热介质流体流...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘小江，陈湘清，
申请(专利权)人：湖南创化低碳环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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