[发明专利]涡旋空气内能利用装置

说明书

技术领域

本发明涉及可再生能源利用和机械制造技术领域，特别涉及一种将空气内能转化为机械能，制冷、制水为副产品的涡旋空气内能利用装置。

背景技术

现代经济社会发展，能源需求越来越大，能源结构以不可再生高污染的石化能源为主；石化能源使用总的效果是给地球增温，其主要排放物二氧化碳则阻碍地球热量向外空间幅射，平均气温升高和污染，破坏了地球自然生态环境，其后果是灾难性的；可再生能源利用近年来有一定进展，仍存在着投资大、效率低、综合经济性差等诸多问题有待解决。

任何物质，无论温度高低，都存在一定容量的内能，内能是可再生取之不尽的能源，这方面的应用和研究可谓凤毛麟角；中国专利200580043924.9《空气内能的应用及装置》，用一种类似拉法尔喷管装置，使气流加速并加以利用；一定压差介质在拉法尔喷管中可实现能够达到的最高的速度，自然风的流动压差极其微小，数百千米一定角度两山脉有效压差利用，所谓山口效应，不过从5级风提高到6-7级风；200580043924.9号专利所谓“空气内能的应用”不过是空气位能(势能)即空气的有效压差利用。热泵对低沸点物质压缩液化，放出气化热，在理想可逆状态下只能补偿压缩功；由此可见，包括空气在内气体内能利用，实用和应用技术上还是一块空白。另外，有关这方面的研究和发明，动辄就冠以第一类或第二类永动机而距之千里，阻碍了空气内能利用研究和应用。

支持热机理论体系是热力学和卡诺热机循环理论；卡诺热机循环理论为人们提高热机效率指明了方向，同时也封闭了人们利用物质内能的大门；卡诺循环可表述为：“热机必须至少工作在两个热源之间，从高温热源吸取热量，并将其中一部分传给低温热源，这样才能获得机械功”“即工作于同一高温热源T₁和低温热源T₂之间的一切可逆卡诺热机的效率：”(摘自1983年上海科学技术出版社吴必栋、斯颂乐编《热学》第223页和第226页)；目前应用的热机均以环境为低温热源；人们无法改变环境温度，根据卡诺理论，于是尽可能提高平均吸热温度，但热机效率提高与理论值相去甚远，人们发现相对平均吸热温度有一个对应压比，平均吸热温度对应压比制约着有效焓降的高低和热机效率，于是又尽可能提高介质的压力，但压比提高的同时，平均吸热温度也会相应提高，总是达不到平均吸热温度对应压比，有效焓降和热效率提高则很有限；近半个世纪以来人们在这个怪圈里徘徊，热机效率没有大的突破。本人在前专利申请《涡旋燃气蒸汽轮机》申请号为201010592393.1和201020666816.5这方面作了探讨，为本发明提供部分技术支持。

发明内容

包括空气在内气体内能和分子的结构能化学能、原子的核能原子能一样，是又一个物质层面的能量载体；面对大气这样一个巨大的热库人们只能无限制地排放，却无法加以利用，造成这种状况是现代热力学和热机理论的必然结果；根据卡诺理论，当热机排放温度等于环境温度时，即达到热机循环热效率的最大值；低于环境温度排放，经典的热力学及教科书都会一口同声说不可能，它告诉人们，不用任何能源和将全部能源都转化为机械能的热机，是不可能实现的永动机；通用热机是不可能实现低于环境的温度排放；要实现这个温度，较平均吸热温度，就必须实现高于其对应的压比，常规的现有气体增压方法在提高介质压力的同时，也提高了介质的平均吸热温度，显然是行不通的；只有用介质的内能提高介质的压力，使其高出平均吸热温度对应的压比，实现深度焓降，才能实现低于环境温度排放，才能实现空气内能的利用，这是本发明将要解决的技术问题。