利用液化空氣做功驅動機械設備、液氮做功產生電能的方法技術

本發明專利技術公開一種利用液化空氣做功驅動機械設備的方法，包括以下步驟：步驟1，將熱介質與液化空氣混合，液化空氣等容吸熱，得到常溫高壓空氣；步驟2，令常溫高壓空氣絕熱膨脹而做功驅動機械設備，并得到低溫低壓空氣。本方法實現了清潔高效的能量轉換，且其適用于高位熱能、低位熱能，所述低位熱能為空氣能、水熱能、地熱能、工業余熱等等。本發明專利技術還公開一種利用液氮做功產生電能的方法。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及能量轉換
，尤其涉及一種。
技術介紹
目前，內燃機燃燒汽油、柴油等燃料，并將得到的熱能轉為機械能以驅動眾多機械設備，其工作循環由進氣、壓縮、做功、排氣四個過程組成，以汽油機為例:進氣過程，吸入環境空氣；壓縮過程，對空氣進行絕熱壓縮，得到高溫壓縮空氣；做功過程，壓縮結束時燃燒燃料，高溫壓縮空氣等容吸熱，得到高溫高壓空氣，高溫高壓空氣絕熱膨脹而做功，得到高溫低壓廢氣；排氣過程，將高溫低壓廢氣排放至環境進行等容放熱。內燃機排氣過程中排放二氧化碳(CO2)，且排放的CO2與其所燃燒的燃料成正比，交通運輸業為能源密集型行業，使用了大量內燃機，其排放的CO2約為80億噸/年，約占全球0)2排放量的22-25%，CO2為主要溫室氣體，CO 2排放加劇了溫室效應，造成全球氣候變暖，進而引發了各種自然災害。內燃機排氣過程中還排放一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化物(NOx)、顆粒物(PM)等污染物，交通運輸業污染物排放量約為6億噸/年，其中，C0、HC、N0x、PM分別約占75%、9.5%Λ4%Λ.5%, CO會使人缺氧，HC含有致癌物質，NOx^危害呼吸系統，PM會危害呼吸系統、免疫系統、循環系統，這些污染物已成為空氣污染的重要來源，是造成灰霾、光化學煙霧污染的重要原因。內燃機做功過程中氣缸、活塞等零件直接吸熱而升溫，為了防止高溫造成零件損壞、潤滑油氧化、早燃爆震，內燃機通過水冷式或風冷式冷卻系向環境放熱，形成的冷卻熱損失約為20-30%，另外排氣熱損失約為30-40%，機械摩擦熱損失約為10%，所以內燃機有效熱效率較低，例如船舶柴油機、汽車柴油機、汽車汽油機的有效熱效率分別約為50%、40%、30%。目前，火力發電燃燒煤、石油、天然氣等燃料，并將得到的熱能通過火力發電設備轉為電能，其工作循環由壓縮、吸熱、膨脹、放熱四個過程組成，其中:壓縮過程，給水栗對凝結水進行絕熱壓縮，得到過冷水；吸熱過程，鍋爐燃燒燃料，過冷水等壓吸熱，得到高溫高壓過熱蒸汽；膨脹過程，高溫高壓過熱蒸汽絕熱膨脹而做功驅動汽輪機組發電，得到乏汽；放熱過程，乏汽通過凝汽器向環境等壓放熱，得到凝結水?；鹆Πl電放熱過程中，乏汽通過凝汽器并利用循環冷卻水向環境等壓放熱，形成的冷端熱損失約為45 %，且大量循環冷卻水蒸發為蒸汽并被排放至環境，另外鍋爐排煙熱損失約為6%，生產損耗約為9%，所以火力發電循環熱效率較低，約為40%。因此，目前內燃機/火力發電燃燒燃料，得到高溫高壓空氣/過熱蒸汽，再令其絕熱膨脹而做功，該類能量轉換排放COjP污染物，造成了全球氣候變暖和空氣污染，且該類能量轉換中約40%燃料化學能轉為機械能/電能，其余約60%轉為低位熱能并形成冷卻/冷端熱損失、排氣/排煙熱損失、機械摩擦熱損失/生產損耗，熱效率較低，所以如何實現清潔高效的能量轉換，是本領域技術人員亟待解決的技術問題。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種，以實現清潔高效的能量轉換。本專利技術的技術方案如下:一種利用液化空氣做功驅動機械設備的方法，包括以下步驟:步驟1，將熱介質與液化空氣混合，液化空氣等容吸熱，得到常溫高壓空氣；步驟2，令常溫高壓空氣絕熱膨脹而做功驅動機械設備，并得到低溫低壓空氣。本方法中將熱介質與液化空氣混合，得到常溫高壓空氣，再令其絕熱膨脹而做功，則即便熱介質攜帶低位熱能時，也可得到驅動機械設備的動力；本方法排放低溫低壓空氣，不排放COjP污染物，且混合及做功過程也不產生污染；本方法中常溫高壓空氣絕熱膨脹而做功，所以工作溫度較低，整個能量轉換過程中無冷卻熱損失，提高了熱效率。本方法實現了清潔高效的能量轉換，且其適用于高位熱能、低位熱能，所述低位熱能為空氣能、水熱能、地熱能、工業余熱等等。可選地，所述熱介質為高溫壓縮空氣或乏汽?？蛇x地，所述機械設備為內燃機、氣動馬達或汽輪機。將高溫壓縮空氣作為熱介質與液化空氣混合，液化空氣等容吸熱，得到常溫高壓空氣，再令其絕熱膨脹而做功，將得到的功分為兩部分，用一部分驅動機械設備，用另一部分可以驅動空壓機制取高溫壓縮空氣，并將其作為熱介質用于再次做功，則利用液化空氣實現了空氣能做功，空氣能熱效率約為400-600%，所以空壓機能耗約為其制取的高溫壓縮空氣的熱能的1/4-1/6。將乏汽作為熱介質與液化空氣混合，液化空氣等容吸熱，得到常溫高壓空氣，可以令其絕熱膨脹而做功驅動汽輪發電機組，得到低溫低壓空氣，則利用液化空氣實現了乏汽發電，且整個能量轉換過程中無冷卻熱損失，若對低溫低壓空氣進行節流膨脹，得到液化空氣并將其用于再次做功，則整個能量轉換過程中還無排氣熱損失，該方案消除了火力發電冷端熱損失，即火力發電循環熱效率從約40%提高至約85%，且乏汽向液化空氣放熱而冷凝為凝結水，省去了循環冷卻水。可選地，排放所述常溫高壓空氣，所述常溫高壓空氣絕熱膨脹產生反作用力而做功以驅動所述機械設備，所述機械設備為船舶、火車或汽車。排放常溫高壓空氣，并用產生的反作用力驅動船舶、火車或汽車，則整個能量轉換過程中無冷卻、機械摩擦熱損失，提高了熱效率，即提高了功率?？蛇x地，所述熱介質為水，其向所述液化空氣放熱后得到降溫高壓水。自然物質中除氫氣、氦氣、液氨外，水是比熱容最大的物質，環境水、用太陽能制取的高溫低壓水、工業循環冷卻水、用低谷電制取的高溫低壓水、用乏汽和液化空氣制取的高溫低壓水、工業廢水、燃燒燃料而制取的高溫低壓水、地下熱水等等均攜帶大量低位熱能?？蛇x地，釋放所述降溫高壓水，所述常溫高壓空氣絕熱膨脹而做功并排放所述降溫高壓水，再用排放產生的反作用力驅動所述機械設備，所述機械設備為船舶。排放降溫高壓水，并用產生的反作用力驅動船舶，則整個能量轉換過程中無冷卻、機械摩擦熱損失，常溫高壓空氣絕熱膨脹而做功，得到低溫低壓空氣，若對低溫低壓空氣進行節流膨脹，得到液化空氣并將其用于再次做功，則整個能量轉換過程中還無排氣熱損失，所以該方案熱效率約為100%。可選地，釋放所述降溫高壓水，所述常溫高壓空氣絕熱膨脹而做功并推動所述降溫高壓水驅動所述機械設備，所述機械設備為水輪機。常溫高壓空氣絕熱膨脹而做功，得到低溫低壓空氣，則整個能量轉換過程中無冷卻熱損失，若對低溫低壓空氣進行節流膨脹，得到液化空氣并將其用于再次做功，則整個能量轉換過程中還無排氣熱損失，該方案能用于發電，且水輪發電機組效率高于90%所以發電熱效率較高，例如用于火力發電時無冷端熱損失，循環熱效率高于85%?？蛇x地，對所述低溫低壓空氣進行節流膨脹，得到液化空氣再將其反饋給所述步驟I。對低溫低壓空氣進行節流膨脹得到液化空氣，則該液化空氣焓值等于低溫低壓空氣焓值，且該液化空氣被反饋給步驟1，用于再次混合及做功，所以該方案消除了排氣熱損失。可選地，將所述常溫高壓空氣與另一份熱介質混合，所述常溫高壓空氣等容吸熱，得到升溫增壓空氣并令其絕熱膨脹而做功以驅動所述機械設備，或將所述升溫增壓空氣與另一份液化空氣混合，該液化空氣等容吸熱，得到降溫增壓空氣并令其絕熱膨脹而做功以驅動所述機械設備。增壓能得到更大扭矩或反作用力，若在等容條件下持續進行升溫增壓和降溫增壓，則實現了無需散熱的恒溫持續增壓?？蛇x地，將當前第1頁1 2 3 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用液化空氣做功驅動機械設備的方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1，將熱介質與液化空氣混合，液化空氣等容吸熱，得到常溫高壓空氣；步驟2，令常溫高壓空氣絕熱膨脹而做功驅動機械設備，并得到低溫低壓空氣。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：牟大同，
申請(專利權)人：牟大同，
類型：發明
國別省市：北京;11