[发明专利]高压自然取热设备

说明书

技术领域

本发明属于能源领域，采用我发现的“高压自然取热原理”，采用特定设备，从空气、海水、江湖水等热源中吸取热量，转换为热能、电能、机械能，用于人类的生活、生产。该设备可做成建筑、机械、电器等形式，故统称为“高压自然取热设备”。

背景技术

因为能源危机及石油、煤、天然气面临枯竭，且污染严重，当今全世界都在寻找新能源。现在新能源的主要研究方向为太阳能、风能、核聚变、潮汐能等，但核聚变尚未研制成功，太阳能、风能、潮汐能都存在效率低、能量密度小等瓶颈。所以更多人试图从更广阔的方向寻找能源。

发明内容

本发明试图开辟能源的新领域，从海水、空气、江湖水中吸取热能进行利用。地球的空气、海水、江湖水蕴藏着巨大的热量，假设地球的海水平均温度降低0.01度，所散发的热量可足够全世界利用，而且利用完的能源又以热量形式返回自然中，可以说取之不尽、用之不竭，且不会破坏生物圈的热平衡，这种设想在近代就有科学家提出了，但都没有能研究成功。

本发明采用我发现的“高压自然取热原理”：基于某些液体其垂向温度随密度增大而降低和某些液体只能把热量由下往上传递这两个物理特性，在四周隔热的、高度较高的液态工质中，工质在自身重力或外力作用下，因上下压强差自发产生密度差和温差，用工质底部低温处吸收热量，并传递到顶部高温处释放，以供利用。

“高压自然取热原理”是我的另一个发现“高压自然制冷原理”的推广。这两个原理都是我在世界上首次发现并提出来的，后者已经在我的另一个专利(申请号201110092029.3)中提及，但都尚未对外公开发表，所以先在此详细论述此“高压自然取热原理”。

本原理是我在对大型深水库温度的研究中得出的。大型深水库会形成水温分层现象，上部水温高，下部水温低，由水面到库底水温呈一条连续降低的曲线。而如果这些水库的泄水口建在大坝底部，则下泄的多是底部冷水，会造成下游一定范围内的水温比上游低，产生所谓的“滞温效应”，对下游生产及生态环境造成一定的不利影响。如广西龙滩水库，水温变化如下表。

表1  龙滩水库多年平均各月下泄水温

可看出，除12月外，龙滩水库其他各月下泄水温均比天然河道有所降低，在6月降温幅度高达7.8度。也就是说，上游来水进入水库后，温度被降低了，再流到下游，这就是水库的“渍温效应”。根据能量守恒定律，既然温度比原来降低了，则说明在这过程中大量的江水热量被转移了。

龙滩水库年平均流量为517亿立方米，以江水的平均水温被降低了3度计算，可算出转移的热量是6.5×10¹⁷焦耳，是现在龙滩电站年发电量的16.5倍。可见因水库水体降温而转移的热量是巨大的，如果我们找到水库降温的物理原理，就能够加以利用而获取热量。

当前，水利界对于水库形成水温分层和滞温效应的物理原理较少研究，只是笼统地认为其原因为：水库建成后，水面增大，水流变缓，水深加大，改变了水的热交换环境，故形成水温分层，冷水下泄，使下游水温降低。

这种解释并不尽完美，因为河道水、水库水的热量均来自于阳光。水库建造后，增大了水与阳光的接触面积，则河水吸收了更多阳光的热量，理论上水库下游的水温应该升高才对，但事实上水温却是降低了。

所以，大型深水库的水温分层及滞温效应有更深层的物理原因。

本人结合空调制冷剂受压时放热的现象认为，大型深水库产生水温分层及滞温效应的原因是水库底部水在高压下被压缩而降温。

我们先看水的物理性质，水是液体，通常认为液体是不可压缩的。但事实上，液体是可以微弱压缩的。故理论上，在足够高的压力下，水会受到压缩，体积缩小，密度变大。

水可以压缩，很多人可能一下难以理解。我们以钢为例作解释，一根100米长的均匀钢柱，其截面积为S，密度为ρ。将其竖立起来，则钢柱底端1米要承受上面99米的重力，其大小为：

F＝99Sg ρ，(式中g为重力加速度)

钢是有弹性的，则底端1米钢柱产生弹性变形，其缩小的长度Δ_L为：

Δ_L＝F/SE＝99g ρ/E，(式中E为钢的侧限抗压模量)

则底端1米的平均密度ρ’为：

ρ’＝ρ/(1-Δ_L)＝ρ/(1-99g ρ/E)

可得出ρ’＞ρ。可见，将钢柱竖立起来后，底部因为受到自身重力的作用而被压缩了，密度变大了，而顶部因为没有受压，密度不变。钢都可以压缩，那水同样可以压缩。