[发明专利]自冷式热力循环方法

说明书

技术领域

本发明属于热能动力领域。

背景技术

在热力学领域，一直以来可逆的卡诺循环被认为是热效率最高的，可是卡诺循环相比朗肯循环其绝热压缩过程无法实现回热循环，而回热循环是可以提高热效率的。尤其在超临界的朗肯循环中，超临界液体工质与气体工质不仅可以通过回热循环吸收低温排热，而且其比热比常压气体工质比热大许多，即超临界朗肯循环的定压加热过程中回热容量所具有的节能潜力被忽视了。发明专利申请CN201310497436.1(公布号CN103775148A)很好的利用了这一潜力，提出了一种自冷式热力做功方法，采用合适的工质，例如液氮，通过增加热泵过程在定压加热过程中全部回收系统做功后的排热，真正突破热力学第二定律实现了单一热源做功，实现了纯空气能发动机，是彻底解决能源危机之道。但是其局限在回收排放热的热泵排热先进入膨胀做功过程，然后与系统余热一起通过回热过程才能传热到升温过程，因此至少在实现方法与应用领域方面受到局限。

发明内容

本发明的目的：在更广泛领域实现最高效热力循环乃至单一热源做功。

本发明的技术方案：热力系统利用高压工质比低压气体工质比热大的特点，可以采用热泵过程与回热过程使部分或全部低温排热按同步传热方式分别被升压后工质的预热过程吸收，以达到最大热效率乃至单一热源做功。具体方案是，一种自冷式热力循环方法，属于热能动力领域，热力系统的工质升压后吸热做功，包括了工质从低温状态开始的升压过程、升压后的预热过程、从热源吸热过程、从热源吸热后使工质成为动力气源进入膨胀做功系统后的膨胀做功过程，以及完成膨胀做功的低温气体工质进一步释放热量的排热过程，热力系统从升压、预热、从热源吸热、膨胀做功过程到排热过程后再到升压过程实现热力循环过程，热力循环系统采用了开式循环或闭式循环，其特征是：工质从高于环境温度的热源吸收了热量，或从等于或低于环境温度的热源吸收了热量；热力系统采用了热泵过程吸收排热过程中工质释放的全部或部分热量，预热过程直接或间接吸收热泵过程排出的全部或部分热量。也可以在排热过程与预热过程之间采用回热过程，热力系统通过热泵过程与回热过程将全部或部分排热过程排放的热量回收，在实际应用中应尽量提高热效率达到全部回收排热的单一热源做功，但并不是必须的可根据实际情况而定。为最大程度减小热泵过程耗功，预热过程工质管路采用可以并联方式使热泵过程及回热过程两种换热器并列布置在并联的预热管路上实现并列同步换热，最大程度通过回热过程回收系统排热减小热泵过程换热比例。

另外，提出一种回热式热泵，热泵过程升压装置前后增加了回热过程以适应大温差热泵过程。同时，提出了采用可旋转内筒的旋流分离器在回收分离出的高速旋流液体工质的蜗壳扩压器更节能，使热力循环更容易做到单一热源做功。

自冷式热力做功方法可以做到单一热源做功，客观上证明了热力学第二定律存在错误，至少是片面的，将对热力学产生重要影响，可总结为以下几个方面：(1)热力循环可以采用自冷式热力循环自创冷源而实现单一热源做功。(2)系统做功能力由热源温度与系统压力及工质物理性质决定，环境空气或水资源具有的近似恒温热量是可利用的能源，空气能发动机完全可以实现，纯空气能发动机热量取之于环境最终也必然释放于环境而对环境不产生影响。(3)无论利用空气能还是传统能源做功，随所选工质沸点降低可以无限接近1。(4)燃气既包括了燃料化学能产生的热量也包括了空气热量，如果空气热量不计入热源则燃气发动机的燃料热效率可大于1。(5)热泵过程耗功是单一热源做功系统必须的，即使系统与外部环境绝热至少内部工质流动损失也会增加内部热泵耗功，热力系统可以从单一热源吸热使之完全转化为功但不可能同时对外部环境及内部热泵耗功不产生影响。(6)同等热力系统条件下，单一热源做功是将Q₂在系统内循环而不向外排放，因减少了Q₁中从热源吸热量而提高了热效率，但不能增加系统动力输出。(7)自冷式热力循环方法打破了热力学熵增理论，虽然可以视为世界处于熵增的过程中自冷式热力循环只是熵增空间中小小的旋窝，但是也不能排除目前我们可观察到的宇宙空间是整个世界中的膨胀过程或真空热泵过程，即不能排除整个世界是自冷式热力循环的世界。

这里涉及的工质气或气体的概念是各种单一的或混合的气态工质的广义概念，发明具体内容将结合具体实施方式进一步说明。

本发明的优点：