[發明專利]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

在審

• 申請號: 201510514848.0
• 申請日: 2015-08-20
• 公開（公告）號: CN105134319A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發明（設計）人: 牟大同
• 申請（專利權）人: 牟大同
• 主分類號: F01K25/02
• 分類號: F01K25/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 羅滿

技術領域

本發明涉及能量轉換技術領域，尤其涉及一種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。

背景技術

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CO₂排放量的22-25％，CO₂為主要溫室氣體，CO₂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(NO_X)、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，CO、HC、NO_X、PM分別約占75％、9.5％、14％、1.5％，CO會使人缺氧，HC含有致癌物質，NO_X會危害呼吸系統，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，給水泵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。

火力發電放熱過程中，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CO₂和污染物，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。

發明內容

本發明的目的是提供一種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，以實現清潔高效的能量轉換。

本發明的技術方案如下：

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CO₂和污染物，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。

可選地，所述機械設備為內燃機、氣動馬達或汽輪機。