一种应用相变吸收内能并转化为常用能源的装置

本发明实施例公开了一种应用相变吸收内能并转化为常用能源的装置，包括用于进行热量交换的第一回路、用于与第一回路完成换热过程的第二回路和第三回路、用于与第二回路和第三回路完成热功转化的第四回路，所述第一回路、第二回路、第三回路和第四回路中均设置有冷媒，整个系统与外界交换能量的过程中，系统与外界没有物质的交换，能量损耗低，对环境无污染。

技术领域

本发明实施例涉及能源转化设备技术领域，具体涉及一种应用相变吸收内能并转化为常用能源的装置。

背景技术

能源一直都是各国重点关注的对象，也是人类生活的必需品，现有的能源获取途径主要有水电、核电、光、风能、煤、石油、天然气、页岩气、有机物等。其中水电能源最为清洁，但修建所用的成本太高，且因其有地域限制，灵活性差，再生困难；核电虽然产能量大，但污染性高，同时也不灵活，不可再生；太阳能作为可再生能源，但转化为其他形式的常用能源不易，且转化效率较低，有时间限制；风能限制于时段和地段，转化为常规能源不灵活且效率较低；煤的应用污染大且使用不方便，效率低下，再生困难；石油、页岩气、天然气等应用广泛，但同样对环境会产生破坏，再生困难；有机物转化为常规能源转化率低，少有转化为常规的可应用能源实例。

现今的社会对能量需求巨大，但能源资源有限，由于能量守恒定律克制，我们生存的环境中并不缺少能量，缺少的是从环境中获取能量的手段，那么如何从环境中获取能量就成了我们需要关注的问题。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种应用相变吸收内能并转化为常用能源的装置，以解决现有技术中由于技术不成熟而导致的不能从环境中直接获取能量的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种应用相变吸收内能并转化为常用能源的装置，包括用于进行热量交换的第一回路、用于与第一回路完成换热过程的第二回路和第三回路，用于与第二回路和第三回路完成热功转化的第四回路。所述第一回路、第二回路、第三回路和第四回路中均设置有冷媒。所述第一回路内包括蒸发器、与蒸发器连通的压缩机、与压缩机连通的热交换器、与热交换器连通的节流阀(或膨胀机)，所述节流阀(或膨胀机)与蒸发器连通形成回路，完成对环境的吸能，对系统的供能。所述第二回路与压缩机压缩后的冷媒在热交换器内完成换热，还包括有用于将第二回路中的热量进行换热的第一换热器和第二换热器，完成所吸收热量的换能。所述第三回路与蒸发器的冷媒完成换热，还包括有用于将第三回路中的冷量进行换冷的第一换热器和第二换热器。所述第四回路内包括第一换热器密闭腔、第二换热器密闭腔和活塞，用于将第一换热器和第二换热器换热后的热量、冷量转化为动能。所述第二回路和第三回路均连接第一换热器的两条通路内，所述第二回路和第三回路均连接第二换热器的两条通路内，所述第一换热器密闭腔和第二换热器密闭腔连接在活塞的两端，所述第一换热器和第二换热器与第二回路和第三回路之间均设置有用于控制通路的换能开关。

进一步地，所述蒸发器与压缩机之间还连通有预热器。

进一步地，所述第二回路与换热器之间的部分设置有第一储能液。

进一步地，所述第三回路与蒸发器换热之间的部分设置有第二储能液。

进一步地，所述第一换热器和第二换热器与第二回路和第三回路之间设置有控制通路的换能开关包括四个，分别为第一换能开关、第二换能开关、第三换能开关和第四换能开关，所述第一换能开关和第三换能开关连接在第一换热器上，第二换能开关和第四换能开关连接在第二换热器上。

进一步地，还包括空压机，所述空压机包括正压箱和负压箱，所述正压箱和负压箱均与第一换热器和第二换热器连通，所述正压箱与第一换热器之间设置有第五换能开关，所述负压箱与第二换热器之间设置有第六换能开关。

进一步地，所述活塞连接曲轴。

进一步地，所述曲轴联接发电机或其它用能设备。

进一步地，所述冷媒优选为二氧化碳。

本发明实施例具有如下优点：通过第一回路与第二回路和第三回路之间完成不断换能的工作，能够实现通过在蒸发器内吸收热量，由于蒸发器能够与外部传递热量，因此冷媒吸收环境中的热量，并驱动活塞运动进行做功化能，实现了将环境中的热能转化为其他能量的目的，应用冷媒蒸发充分吸收自然环境中的热能，用高效的转能方法在常温下转能，最大限度的减少能量损耗，应用或储存能量，在应用的过程中将能量归还至自然环境，,能够为人类提供大量廉价的、可再生的、可控的、对环境友好的清洁能源，整个系统与外界交换能量的过程中，系统与外界没有物质的交换，能量损耗低，对环境无污染。

附图说明null实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：一种应用相变吸收内能并转化为常用能源的装置，如图1所示，包括用于进行热量交换的第一回路、用于与第一回路完成换热过程的第二回路和第三回路，用于与第二回路和第三回路完成热功转化的第四回路。所述第一回路、第二回路、第三回路和第四回路中均设置有冷媒。所述第一回路内包括蒸发器31、与蒸发器31连通的预热器12、与预热器12连通的压缩机11、与压缩机11连通的节流阀13(也可选用膨胀机)，所述节流阀13与蒸发器31连通形成回路，所述第二回路与压缩机11压缩后的冷媒完成换热，所述第三回路与蒸发器31的冷媒完成换热，还包括有用于将第二回路中的热量进行换热的第一换热器71和第二换热器72、用于将第一换热器密闭腔73和第二换热器密闭腔74换热后的热量转化为动能的活塞51，所述第二回路和第三回路均连接第一换热器71的两条通路内，所述第二回路和第三回路均连接第二换热器72的两条通路内，所述第一换热器密闭腔73和第二换热器密闭腔74连接在活塞51的两端，所述第一换热器71和第二换热器72与第二回路和第三回路之间均设置有用于控制通路的换能开关。冷媒的种类包括但不限于以下冷媒：橡胶馏化物、二乙醚(乙基醚)、甲基乙醚、酒精、氨/水、二氧化碳、氨、甲基胺、乙基胺、甲基酸盐、二氧化硫、甲基氯化物，氯甲烷、氯乙烷、碳氢化合物、溴乙烷、四氯化碳、水蒸气、空气、氢气、氦气、异丁烷、丙烷、二氯乙烷异构体、汽油、三氯乙烷、二氯甲烷，在本实施例中，优选为二氧化碳作为冷媒，二氧化碳作为冷媒，既环保、不可燃又能够适应常温下转化为气态的特点。缺点是工作压力较高，密封难度大。

在本实施例中，压缩模块优选为压缩机11，该压缩模块用于将第一回路中的冷媒进行压缩，使第一回路中的冷媒由低温低压气态变为高温高压气态，进而放出热量，变为高压中温的气液混合冷媒。上述的压缩模块包括一个压缩机11，位于压缩机11后端的管路进入到换能模块中，即经过压缩机11压缩后的第一回路中的冷媒进入热交换器的第一换热回路41内，第一回路内的冷媒从热交换器的第一换热回路41内流出后的管路上连接有一个节流阀13，第一回路中气液态的混合冷媒经过节流阀13得到低温低压的冷媒，在第一回路的冷媒经过节流阀13后，进而进入到蒸发器31内吸热，此时第一回路中的冷媒由液态变为气态，并从蒸发器31中流出，经过预热器12，再连接到压缩机11上，完成第一回路中冷媒的循环，在第一回路中还设置有预热器12，用于对蒸发器31流出的第一回路中的冷媒进行预加热，保证进入压缩机11内的冷媒能够充分吸热，提高压缩机11的热泵效能。

第二回路中包括热交换器的第二换热回路81、第一换能开关61、第一换热器71、第四换能开关64、第二换热器72，第三回路中包括冷量交换器82、第二换能开关62、第二换热器72、第三换能开关63、第一换热器71。第五换能开关65、第六换能开关66、负压箱922、正压箱921、空压机92为换能提供动力。第四回路包括第一换热器密闭腔73、第二换热器密闭腔74、活塞51。在热交换器的第一换热回路41与热交换器的第二换热回路81之间的部分设置有第一储能液42，位于蒸发器31与第三回路冷量交换器82之间的部分设置有第二储能液32，该第一储能液42和第二储能液32用于储存热量冷量，储能液的设置能够保证换能的面积加大，保证冷媒能够充分换热；加大储能容量，能够保证能量的充分存储，以供使用。

第一换能开关61和第三换能开关63连接在第一换热器71上，第二换能开关62和第四换能开关64连接在第二换热器72上，第一换热器密闭腔73和第二换热器密闭腔74直接连接在活塞51的两端上，活塞51的外壳为密闭设置，且活塞51内的两个空腔不相互连通，由此可知两个换热器能够完成活塞51运动的交互，即当第一换热器71给活塞51提供热动力时，由第二换热器72给活塞51提供冷动力，当第二换热器72给活塞51提供热动力时，由第一换热器71给活塞51提供冷动力，冷热动力方向一至，保证活塞51运动得更加快速。在本实施例中，第一换热器密闭腔73连通在活塞51的上端，第二换热器密闭腔74连通在活塞51的下端。活塞51还接有曲轴91，曲轴91连接发电机等转能、用能设备。

在本实施例中，每一个换能开关均设置有三个口，三个口形成两个通路，其实质为一个三通阀，该三通阀由曲轴91控制选择通路。在本实施例中，每个换能开关的口上均标注有标号，便于更好的理解各个换能开关的开关状态。上述的换能开关也可设置为其他方式的控制，只要能控制两个通路的合理开关状态即可。且上述的第一换能开关61和第三换能开关63的通路均连接在第一换热器71上，第二换能开关62和第四换能开关64通路均连接在第二换热器72上。

第一换能开关61的第一通路连接热交换器的第二换热回路81底部，第一换能开关61的第二通路连接热交换器的第二换热回路81顶部；第三换能开关63的第一通路连接冷量换热器82的底部，第三换能开关63的第二通路连接冷量换热器82的顶部；第二换能开关62的第一通路连接在冷量换热器82的底部，第二换能开关62的第二通路连接在冷量换热器82顶部；第四换能开关64的第一通路连接在热交换器的第二换热回路81的底部，第四换能开关64的第二通路连接在热交换器的第二换热回路81的顶部，在本实施例中，第一换能开关61的第一通路与第四换能开关64的第一通路连通，第一换能开关61的第二通路与第四换能开关64的第二通路连通，第二换能开关62的第一通路与第三换能开关63的第一通路连通，第二换能开关62的第二通路与第三换能开关63的第二通路连通。

上述的第一换热器密闭腔73与第二换热器密闭腔74均与活塞51连通，用于带动活塞51做功。在第一换热器71与第二换热器72之间设置有一用于对第一换热器71和第二换热器72内的冷媒进行换能控制提供动力的空压机92，在空压机92与两个换热器之间还设置有第五换能开关65和第六换能开关66，其中，第五换能开关65连接第一换热器71，第六换能开关66连接第二换热器72，第五换能开关65的第一通路连接在负压箱922上，第五换能开关65的第二通路连接在正压箱921上，第六换能开关66的第一通路连接在负压箱922上，第六换能开关66的第二通路连接在正压箱921上。空压机92工作时，当活塞51向下移动到中点时，第五换能开关65中的第一通路与负压箱922连通，第六换能开关66中的第一通路与负压箱922连通，此时负压箱922对第一换热器71换能提供负压动力，使热交换器的第二换热回路81中的冷媒带着热能通过换热开关61的第一通路进入第一换热器71，对第一换热器密闭腔73进行加热，迫使第一换热器密闭腔73中的冷媒膨胀对活塞51上端施加压力，此时负压箱922对第二换热器72换能提供负压动力，使冷量换热器82中的冷能通过换热开关62的第一通路进入第二换热器72，对第二换热器密闭腔74进行吸热，迫使第二换热器密闭腔74中的冷媒收缩对活塞51下端施加吸力，活塞51向下移动，对外做功；当活塞51向下移动到下极点时，第五换能开关65中的第二通路与正压箱921连通，第六换能开关66中的第二通路与正压箱921连通，此时正压箱921对第一换热器71换能提供正压动力，使第一换热器71中的冷媒带着剩余热能通过换热开关61的第二通路回到热交换器的第二换热回路81，第一换热器密闭腔73中的热能减少，第一换热器密闭腔73中的冷媒收缩对活塞51上端施加吸力，此时正压箱921对第二换热器72换能提供正压动力，使第二换热器72中的冷媒带着剩余冷能通过换热开关62的第二通路回到换热器82，第二换热器密闭腔74中的冷能减少，迫使第二换热器密闭腔74中的冷媒膨胀对活塞51下端施加压力，活塞51向上移动，对外做功；当活塞51向上移动到中点时，第五换能开关65中的第一通路与负压箱922连通，第六换能开关66中的第一通路与负压箱922连通，此时负压箱922对第一换热器71换能提供负压动力，使热交换器的第二换热回路81中的冷媒带着热能通过换热开关64的第一通路进入第二换热器72，对第二换热器密闭腔74进行加热，迫使第二换热器密闭腔74中的冷媒膨胀对活塞51下端施加压力，此时负压箱922对第一换热器71换能提供负压动力，使冷量换热器82中的冷能通过换热开关63的第一通路进入第一换热器71，对第一换热器密闭腔73进行吸热，迫使第一换热器密闭腔73中的冷媒收缩对活塞51上端施加吸力，活塞51继续向上移动，对外做功；当活塞51向上移动到上极点时，第五换能开关65中的第二通路与正压箱921连通，第六换能开关66中的第二通路与正压箱921连通，此时正压箱921对第一换热器71换能提供正压动力，使第一换热器71中的冷媒带着剩余冷能通过换热开关63的第二通路回到换热器82，第一换热器密闭腔73中的冷能减少，第一换热器密闭腔73中的冷媒膨胀对活塞51上端施加压力，此时正压箱921对第二换热器72换能提供正压动力，使第二换热器72中的冷媒带着剩余热能通过换热开关64的第二通路回到热交换器的第二换热回路81，第二换热器密闭腔74中的热能减少，迫使第二换热器密闭腔74中的冷媒收缩对活塞51下端施加吸力，活塞51向下移动，对外做功；直至活塞51向下移动到中点，完成一个曲轴旋转周期，以后同理循环。空压机92工作越快，产生的压力越大，换能越快，输出的功率越大。

第一换能开关61和第二换能开关62同时进行换路，第三换能开关63和第四换能开关64同时进行换路。

根据上述过程，在一个换能周期中，第一换能开关61与第二换能开关62、第三换能开关63与第四换能开关64变化一个周期，第五换能开关65与第六换能开关66变化两个周期。

换能的过程为：

第一回路中经过预热器12的冷媒，充分吸收环境中的热能，变为常温低压的气态冷媒，经过压缩机11压缩后，变为高温高压的气态冷媒，热交换器的第一换热回路41内的高温高压的气态冷媒将热能传递给第一储能液42和热交换器的第二换热回路81，此时热交换器内所得的内能总和为冷媒所含内能及压缩机11对冷媒压缩所做的功。通过冷媒循环和热量交换热，热交换器的第一换热回路41内的高温高压的气体冷媒逐渐降温并远离压缩机11，变为中温高压的气液混合态的冷媒，放出热量。中温高压的气液混合态的冷媒流经节流器13循环回蒸发器，节流器不能回收中温高压的气液混合态冷媒变为低压气液混合态冷媒的膨胀功，但由于高压气态变为低压气态，体积膨胀，内能减少，温度降低。但对于整个蒸发器内的冷媒来说内能不变，膨胀的体积降低了温度，但增加了压力，压缩机11更容易运转。膨胀机可以回收部分膨胀功，化为动能。由于压缩机11的运转，蒸发器内的气态冷媒减少，压力降低，迫使蒸发器31内的液态冷媒吸热蒸发变为气态冷媒补充，保持适当的压力。液态冷媒吸热，热能将由环境及换热器82、第二储能液32提供。其中的能差由第二储能液32调节。

空压机92工作时，当活塞51向下移动到中点时，第五换能开关65中的第一通路与负压箱922连通，第六换能开关66中的第一通路与负压箱922连通，此时负压箱922对第一换热器71换能提供负压动力，使热交换器的第二换热回路81中的冷媒带着热能通过换热开关61的第一通路进入第一换热器71，对第一换热器密闭腔73进行加热，迫使第一换热器密闭腔73中的冷媒膨胀对活塞51上端施加压力，此时负压箱922对第二换热器72换能提供负压动力，使冷量换热器82中的冷能通过换热开关62的第一通路进入第二换热器72，对第二换热器密闭腔74进行吸热，迫使第二换热器密闭腔74中的冷媒收缩对活塞51下端施加吸力，活塞51向下移动，对外做功；当活塞51向下移动到下极点时，第五换能开关65中的第二通路与正压箱921连通，第六换能开关66中的第二通路与正压箱921连通，此时正压箱921对第一换热器71换能提供正压动力，使第一换热器71中的冷媒带着剩余热能通过换热开关61的第二通路回到热交换器的第二换热回路81进行吸热，第一换热器密闭腔73中的热能减少，第一换热器密闭腔73中的冷媒收缩对活塞51上端施加吸力，此时正压箱921对第二换热器72换能提供正压动力，使第二换热器72中的冷媒带着剩余冷能通过换热开关62的第二通路回到换热器82进行放热，第二换热器密闭腔74中的冷能减少，迫使第二换热器密闭腔74中的冷媒膨胀对活塞51下端施加压力，活塞51向上移动，对外做功；当活塞51向上移动到中点时，第五换能开关65中的第一通路与负压箱922连通，第六换能开关66中的第一通路与负压箱922连通，此时负压箱922对第一换热器71换能提供负压动力，使热交换器的第二换热回路81中的冷媒带着热能通过换热开关64的第一通路进入第二换热器72，对第二换热器密闭腔74进行加热，迫使第二换热器密闭腔74中的冷媒膨胀对活塞51下端施加压力，此时负压箱922对第一换热器71换能提供负压动力，使冷量换热器82中的冷能通过换热开关63的第一通路进入第一换热器71，对第一换热器密闭腔73进行吸热，迫使第一换热器密闭腔73中的冷媒收缩对活塞51上端施加吸力，活塞51继续向上移动，对外做功；当活塞51向上移动到上极点时，第五换能开关65中的第二通路与正压箱921连通，第六换能开关66中的第二通路与正压箱921连通，此时正压箱921对第一换热器71换能提供正压动力，使第一换热器71中的冷媒带着剩余冷能通过换热开关63的第二通路回到换热器82进行放热，第一换热器密闭腔73中的冷能减少，第一换热器密闭腔73中的冷媒膨胀对活塞51上端施加压力，此时正压箱921对第二换热器72换能提供正压动力，使第二换热器72中的冷媒带着剩余热能通过换热开关64的第二通路回到热交换器的第二换热回路81进行吸热，第二换热器密闭腔74中的热能减少，迫使第二换热器密闭腔74中的冷媒收缩对活塞51下端施加吸力，活塞51向下移动，对外做功；直至活塞51向下移动到中点，完成一个曲轴旋转周期，以后同理循环。空压机92工作越快，产生的压力越大，换能越快，输出的功率越大。

在第一回路中压缩机11的高压端，冷媒是高温高压的冷媒，随着冷媒的运动、能量的交换，逐渐远离压缩机11，温度下降，变为高压中温的气液混合的冷媒，向节流阀13推进。在第二回路中热交换器的第二换热回路81中流动的载冷剂或冷媒为液态或气态，与热交换器的第一换热回路41中流动的冷媒隔离反向而流，充分交换能量。

在第一回路中压缩机11的低压端，冷媒通过蒸发器31与预热器12后变为气态再进入压缩机11压缩。在第三回路中换热器82流动的载冷剂或冷媒为液态或气态，与第一回路蒸发器31中流动的冷媒隔离逆向流动，充分交换能量。

整个系统与外界交换能量的过程中，系统与外界没有物质的交换，能量损耗低，对环境无污染。

由于系统所用的压缩机11与转能活塞51均可采用活塞51式机械完成，当转能活塞51增多后，可以将压缩机11与转能活塞51二者融合为一，在适当的时候选用适当的功能，完成适当的吸能化能工作。比如：系统装载于汽车上作动力用，当系统刚启用，系统内部储能少，可在系统启动后，逐渐增加压缩机11数量，提高吸能效率；当汽车上坡时，需要大量动力时，逐渐增加转能活塞51数量，保持动力足够；当汽车下坡或制动时，适当逐渐增加压缩机11数量，把势能或动能转化为热能存储待用。在下长坡时如此操作，可大大减少刹车负荷，避免刹车失效而带来的后果。由此操作而带来的储能，将使汽车拥有更强劲的动力。

系统在吸能工作时，蒸发器31和加热器温度较低，环境中的水蒸汽容易在其表面凝结，故需要采取一定的防备措施。

第一回路、第二回路、第三回路、第四回路及空压机92通路中的冷媒压力不同，可设计压缩机11根据需要进行调节，同时可进行冷媒泄漏回收，解决因二氧化碳工作压力大，密封困难的问题。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。