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即将来临的一次动力机械变革.pdf

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即将 来临 一次 动力机械 变革
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27 Academic Forum/学术论坛 2014年第1期 文/苟仲武 即将来临的一次动力机械变革 (北京东方恒诺科技有限公司 北京 100097 ) 【摘 要】世界机械史的发展历程与人类文明发展是紧密联系的,每一个时期的动力机械都有各自的特 点,都曾使得人类的社会飞跃发展,但也给人类社会带来能源危机、环境污染、地球变暖等一系列问题。本 文提出一个新的观点和技术路线,对现代机械,特别是动力机械的能量来源、用能方式、工作介质进行调 整,相信这种变革的时机已经成熟,也一定能为彻底解决人类目前面临的这一系列问题带来希望! 【关键词】机械发展史 能源危机 环境污染 地球变暖 动力机械循环经济 新能源 清洁动力 储能系统 节能环保 Abstract: Course of development and progress of human civilization and the history of the world's machinery are closely linked, power mechanical every period has its own characteristics, have been making the leap in human social development, but also to the energy crisis in human society, environmental pollution, global warming and other issues. This paper presents a new perspective and technical route of modern machinery, power machinery in particular energy source, with the change can be adjusted the way, I believe the time is ripe for such a change, it must be able to solve this now facing mankind bring hope to a series of problems! Keywords: history of mechanical; energy crisis; global warming; Power Machinery 一:动力机械发展和能源利用历史 界 机 械 的 发 展 与 人 类 的 文 明 紧 密 相 连 , 根 据 人 类 文 明 的 发 展 , 世 界 机 械 的 发 展 史 可 分 为 三 个 阶 段 : 从 公 元 前7000 年 城 市 文 明 的 出 现 到 公 元 十 七 世 纪 末 为 机 械 的 起 源 和 古 机 械 发 展 阶 段 , 从 十 八 世 纪 到 二 十 世 纪 初 为 近 代 机 械 发 展 阶 段 , 由 二 十 世 纪 初 到 现 在 , 为 现 代 机 械 发 展 阶 段 。 每 一 个 阶 段 的 机 械 都 有 各 自 的 特 点 , 都 曾 使 得 人 类 社 会 发 展 进 入 新 的 阶 段 。 1、动力机械起源和古机械发展阶段 据 世 界 考 古 家 发 现 , 公 元 前7000 年 , 在 巴 勒 斯 坦 地 区 犹 太 人 建 立 杰 里 科 域 , 城 市 文 明 首 次 出 现 在 地 球 上 , 最 早 的 机 械 — — 此 时 诞 生 的 车 轮 是 人 类 重 要 的 发 明 之 一 , 正 是 由 于 车 轮 的 诞 生 , 才 使 车 成 为 人 类 重 要 的 交 通 工 具 。 15 ~16 世 纪 以 前 , 机 械 工 程 发 展 缓 慢 。 但 在 以 千 年 计 的 实 践 中 , 在 机 械 发 展 方 面 还 是 积 累 了 相 当 多 的 经 验 和 技 术 知 识 , 成 为 后 来 机 械 工 程 发 展 的 重 要 潜 力 。 动 力 是 发 展 生 产 的 重 要 因 素 。17 世 纪 后 期 , 随 着 各 种 机 械 的 改 进 和 发 展 , 随 着 煤 和 金 属 矿 石 的 需 要 量 的 逐 年 增 加 , 人 们 感 到 依 靠 人 力 和 畜 力 已 经 不 能 将 生 产 提 高 到 一 个 新 的 阶 段 。 2、近代动力机械发展阶段 1776 年 , 瓦 特 制 造 出 第 一 台 有 使 用 价 值 的 蒸 汽 机 , 以 后 又 经 过 一 系 列 重 大 改 进 , 使 之 成 为 “ 万 能 的 原 动 机 ” , 在 工 业 上 得 到 广 泛 应 用 , 人 类 进 入 了 “ 蒸 汽 时 代 ” 。 自 此 机 械 的 原 动 力 以 煤 炭 为 主 , 强 大 的 动 力 带 来 了 一 系 列 需 要 大 推 动 力 机 械 的 诞 生 : 汽 车 , 割 麦 机 , 铁 船 等 。 蒸 汽 机 的 发 明 和 发 展 , 促 进 矿 业 和 工 业 生 产 、 铁 路 和 搬 运 机 械 动 力 化 。 几 乎 成 为19 世 纪 唯 一 的 动 力 源 。 1834 , 第 一 台 实 用 电 动 机 诞 生 , 电 动 机 进 入 了 实 用 化 阶 段 , 人 类 进 入 “ 电 力 时 代 ” 。1838 年 , 俄 国 的 雅 克 比 用 蓄 电 池 给 直 流 电 动 机 供 电 以 驱 动 快 艇 , 这 是 首 次 使 用 电 力 传 动 装 置 。1860 年 , 法 国 的 额 努 瓦 制 成 世28 Technology and Industry Across the Straits海峡科技与产业 第 一 台 实 用 的 煤 气 机 。1862 年 和1865 年 先 后 造 出 中 国 第 一 台 蒸 汽 机 和 第 一 台 木 质 蒸 汽 机 船 。 从 这 个 时 期 开 始 , 人 类 开 始 利 用 各 种 直 接 能 源 物 质 ( 如 煤 炭 、 石 油 ) 和 转 换 获 得 的 间 接 能 源 载 体 ( 如 电 力 ) , 开 始 消 耗 地 球 千 百 年 来 积 累 自 然 资 源 , 也 开 始 一 点 点 的 破 坏 环 境 , 排 放 各 类 污 染 物 。 3、现代动力机械发展阶段 19 世 纪 末 , 电 力 供 应 系 统 和 电 动 机 开 始 发 展 和 推 广 。20 世 纪 初 , 电 动 机 已 在 工 业 生 产 中 取 代 了 蒸 汽 机 , 成 为 驱 动 各 种 工 作 机 械 的 基 本 动 力 。 发 电 站 初 期 应 用 蒸 汽 机 为 原 动 机 ;20 世 纪 初 , 出 现 了 高 效 率 、 高 转 速 、 大 功 率 的 汽 轮 机 , 也 出 现 了 适 应 各 种 水 力 资 源 的 大 、 小 功 率 的 水 轮 机 。19 世 纪 后 期 发 明 的 内 燃 机 经 过 逐 年 改 进 , 成 为 轻 而 小 、 效 率 高 、 易 于 操 纵 并 可 随 时 启 动 的 原 动 机 。 内 燃 机 最 初 用 于 驱 动 没 有 电 力 供 应 的 陆 上 工 作 机 械 , 以 后 又 用 于 汽 车 、 移 动 机 械 ( 如 拖 拉 机 、 挖 掘 机 械 等 ) 和 轮 船 ,20 世 纪 中 期 开 始 用 于 铁 路 机 车 。 内 燃 机 和 以 后 发 明 的 燃 气 轮 机 和 喷 气 发 动 机 , 还 是 飞 机 、 航 天 器 等 成 功 发 展 的 基 础 技 术 因 素 之 一 。 在 动 力 机 械 飞 速 发 展 之 下 , 大 量 动 力 机 械 应 用 给 自 然 环 境 带 来 了 严 重 的 破 坏 , 热 能 排 放 、 温 室 气 体 排 放 、 烟 尘 颗 粒 物 排 放 等 环 境 污 染 , 带 来 地 球 变 暖 、 海 平 面 上 升 、 气 候 变 坏 等 问 题 , 严 重 危 害 人 类 自 身 以 及 其 他 生 物 的 生 存 , 而 各 种 数 百 、 上 千 万 年 积 累 的 化 石 能 源 物 质 资 源 也 消 耗 殆 尽 。 人 类 社 会 高 速 的 发 展 背 后 是 一 个 如 此 “ 污 染 ” 的 世 界 , 但 人 类 又 离 不 开 动 力 机 械 , 动 力 机 械 已 经 能 为 人 类 社 会 不 可 或 缺 的 一 部 分 。 人 类 希 望 动 力 机 械 的 发 展 会 越 来 越 好 , 但 同 时 必 须 减 少 对 环 境 的 影 响 , 实 现 资 源 循 环 利 用 、 再 生 利 用 , 才 能 为 人 类 社 会 的 发 展 做 出 更 大 的 贡 献 。 二:动力机械能源现状成因分析 人 类 使 用 能 源 物 质 的 基 本 理 论 是 设 法 利 用 热 能 转 换 为 动 能 。 热 能 的 本 质 是 物 体 内 部 所 有 分 子 动 能 ( 包 括 分 子 的 平 动 能 和 转 动 能 ) 之 和 , 内 能 通 常 是 指 物 体 内 部 分 子 无 规 则 运 动 的 动 能 与 分 子 间 势 能 的 总 和 。 包 括 物 体 内 部 所 有 分 子 的 动 能 之 外 , 还 包 括 分 子 间 势 能 的 总 和 。 现 代 的 质 能 守 恒 定 律 在 能 量 守 恒 定 律 基 础 上 又 前 进 一 步 , 使 得 人 类 可 以 利 用 原 子 能 。 由 于 技 术 理 论 、 工 业 基 础 等 综 合 因 素 限 制 , 一 开 始 人 们 只 能 利 用 分 子 、 原 子 间 势 能 的 变 化 来 获 得 热 能 , 采 用 氧 化 反 应 和 其 它 化 学 反 应 得 到 的 热 能 让 水 蒸 气 、 空 气 等 工 作 介 质 受 热 膨 胀 , 输 出 动 力 。 近 三 百 多 年 的 动 力 机 械 发 展 史 , 让 人 们 习 惯 于 用 “ 高 温 ” 来 获 得 动 能 输 出 , 不 论 是 内 燃 机 、 外 燃 机 、 火 箭 发 动 机 等 等 , 几 乎 无 一 例 外 。 包 括 现 在 的 核 动 力 装 置 , 也 就 是 设 法 依 靠 核 反 应 产 生 的 热 量 , 让 工 作 介 质 达 到 高 温 、 膨 胀 来 输 出 动 力 。 三:动力机械变革的出路 形 成 传 统 的 动 力 获 取 的 基 本 理 念 有 历 史 原 因 。 要 想 彻 底 改 变 目 前 的 能 源 利 用 现 状 , 必 须 打 破 惯 性 思 维 , 在 坚 持 基 本 的 能 量 守 恒 、 质 能 守 恒 定 律 的 基 础 上 , 找 出 一 条 获 取 能 量 、 利 用 能 量 、 再 利 用 能 量 的 新 思 路 。 1、膨胀工作温段调整 我 们 仍 然 采 用 介 质 受 热 膨 胀 做 功 输 出 动 力 的 原 理 , 但 是 将 工 作 的 温 段 不 要 僵 化 在 摄 氏 高 温 几 百 、 上 千 度 的 范 围 。 摄 氏 温 标 是 为 了 方 便 人 们 生 活 , 以 水 作 为 参 照 物 标 定 ; 热 力 学 则 应 用 开 氏 温 标 来 研 究 问 题 , 只 要 不 是 绝 对 零 度 , 物 质 就 都 有 热 能 可 供 利 用 。 只 要 有 一 定 温 差 实 现 升 温 , 热 能 是 一 样 的 , 转 换 出 来 的 动 力 也 是 一 样 的 。 2、拓展热源范围 只 要 不 是 绝 对 零 度 , 物 质 都 有 热 能 , 而 且 热 能 能 自 动 从 高 温 向 低 温 物 质 转 移 。 如 果 我 们 的 动 力 机 械 温 度 设 计 的 膨 胀 做 功 初 始 温 度 较 低 , 那 么 相 对 较 高 的 物 质 都 有 能 力 给 它 转 移 热 量 , 用 于 转 换 为 动 力 。 相 对 于 液 态 空 气 , 自 然 界 常 温 的 空 气 、 河 水 、 海 水 , 都 是 “ 高 温 ” 的 物 质 , 都 可 能 成 为 给 它 加 热 的 “ 热 源 ” 、 能 量 的 提 供 者 , 成 为 能 源 物 质 了 ! 3、多学科技术成果交叉应用 充 分 挖 掘 这100 多 年 来 科 技 进 步 的 成 果 , 打 破 传 统 思 维 , 把 材 料 科 学 、 空 气 动 力 学 、 热 力 学 、 信 息 科 学 等 多 学 科 的 成 熟 技 术 成 果 , 应 用 到 动 力 机 械 的 创 新29 Academic Forum/学术论坛 2014年第1期 中 , 让 古 老 的 动 力 机 械 来 一 次 涅  重 生 、 脱 胎 换 骨 。 四:动力机械变革已有的进展 近 年 来 , 人 们 已 经 感 觉 到 可 以 采 用 某 些 方 式 实 现 自 然 界 空 气 、 水 、 土 壤 等 物 质 中 已 有 热 能 的 再 利 用 。 比 如 空 气 源 、 地 源 、 水 源 、 污 水 源 热 泵 等 等 , 只 是 没 有 进 一 步 应 用 到 动 力 机 械 、 能 源 输 出 领 域 。 把 自 然 界 热 量 和 浪 费 掉 的 热 量 充 分 利 用 的 技 术 实 践 也 不 是 没 有 人 去 探 索 , 只 是 因 为 没 有 大 胆 的 变 革 和 系 统 的 思 考 , 所 以 取 得 的 进 展 并 不 大 。 我 们 举 几 个 例 子 : 1、飞机喷气发动机用喷水的方式实现加力 这 方 面 的 一 个 经 典 就 是 美 国 的 越 战 空 中 主 攻 手 F105 攻 击 机 , 它 专 门 在 尾 部 设 有 一 个200 来 升 的 水 箱 对 发 动 机 喷 水 以 获 取 短 时 最 大 加 力 推 力 。 这 种 喷 水 加 力 的 作 用 就 是 提 高 发 动 机 喷 气 质 量 (M ) , 进 而 提 高 发 动 机 的 推 力 。 与 此 类 似 , 原 苏 联 的 米 格25 也 采 用 对 发 动 机 喷 射 酒 精 来 提 高 发 动 机 的 推 力 。 这 种 喷 水 加 力 的 效 能 有 限 , 能 提 高 百 分 之 十 的 推 力 。 大 家 都 知 道 , 喷 气 发 动 机 的 推 力 和 喷 气 质 量 、 喷 气 速 度 有 关 , 和 最 终 喷 出 气 体 温 度 无 关 。 喷 水 , 可 以 让 喷 出 的 火 焰 瞬 间 把 水 加 热 到 气 态 , 体 积 急 剧 膨 胀 , 会 以 更 高 的 速 度 和 原 有 的 喷 气 一 起 喷 射 出 去 。 获 取 额 外 动 力 。 进 一 步 分 析 , 美 国 喷 水 的 方 案 , 因 为 水 的 汽 化 热 太 高 , 热 浪 费 太 多 , 不 是 好 方 案 ; 苏 联 喷 酒 精 , 汽 化 热 约 是 水 的 一 半 , 也 不 低 , 但 是 有 可 能 和 发 动 机 喷 气 中 剩 余 氧 气 反 应 燃 烧 再 产 生 热 , 继 续 膨 胀 。 用 本 文 的 理 论 , 则 应 该 喷 液 态 空 气 , 原 因 是 其 汽 化 热 是 水 的 近8 分 之 一 ; 成 本 低 廉 ( 制 备 时0.3KwH/ Kg ) 约 合 每 公 斤1 角 钱 。 它 能 充 分 利 用 尾 喷 管 热 量 物 理 气 化 膨 胀 , 输 出 更 大 推 力 的 同 时 , 还 使 得 飞 机 红 外 特 性 大 大 降 低 。 应 该 成 为 喷 气 发 动 机 的 辅 助 “ 燃 料 ” 使 用 。 2、压缩空气动力发动机 十 多 年 来 , 国 内 外 有 不 少 人 研 究 用 压 缩 空 气 作 为 动 力 推 动 各 种 发 动 机 输 出 动 力 。 这 项 工 作 的 初 衷 不 是 节 能 减 排 , 是 储 能 再 利 用 、 清 洁 动 力 。 国 内 目 前 已 经 有 近 十 多 个 企 业 在 研 究 压 缩 空 气 动 力 车 的 产 业 化 。 有 多 个 国 内 厂 家 已 经 有 原 理 样 车 甚 至 小 批 量 投 入 试 验 运 行 。 因 为 出 发 点 不 同 , 这 些 应 用 方 案 就 仅 仅 局 限 于 压 缩 、 膨 胀 、 储 能 、 放 能 过 程 的 探 究 , 没 有 系 统 考 虑 能 量 综 合 利 用 , 以 及 如 何 提 高 压 缩 膨 胀 全 过 程 的 能 量 利 用 效 率 。 压 缩 空 气 动 力 车 提 出 的 方 案 也 五 花 八 门 , 说 不 清 哪 一 种 方 案 能 有 绝 对 优 势 、 为 什 么 有 绝 对 优 势 。 有 人 批 评 这 种 方 案 综 合 能 量 利 用 率 , 因 为 综 合 考 虑 发 电 、 压 缩 充 气 、 气 动 发 动 机 做 功 , 综 合 燃 料 能 效 不 到 6% , 自 然 不 经 济 , 再 加 之 储 能 密 度 不 高 、 续 航 能 力 也 不 足 , 不 值 得 研 究 和 推 广 。 但 是 利 用 本 文 的 理 念 , 我 们 提 出 一 个 用 液 态 空 气 作 为 “ 工 质 ” 的 系 统 方 案 。 首 先 制 备 液 态 空 气 的 过 程 是 热 泵 制 冷 输 出 热 能 的 过 程 , 可 以 用 热 泵 技 术 得 到 高 温 热 水 或 蒸 汽 输 出 利 用 , “ 副 产 品 ” 就 是 被 “ 冷 却 ” 成 液 体 的 液 态 空 气 ; 使 用 中 从 液 态 空 气 汽 化 开 始 , 就 从 环 境 空 气 中 吸 热 获 取 能 量 , 再 用 四 冲 程 内 燃 机 原 理 , 在 “ 吸 ” 、 “ 压 ” 冲 程 吸 收 空 气 、 缸 体 的 热 能 , 在 预 先 气 化 后 的 低 温 高 压 空 气 喷 入 后 能 达 到 较 高 温 度 、 更 高 压 力 , 实 现 高 压 膨 胀 做 功 。 做 功 过 程 降 温 、 减 压 , 以 较 低 温 度 、 压 力 排 放 到 环 境 中 。 这 样 的 发 动 机 只 有 制 备 液 态 空 气 的 时 候 确 实 消 耗 了 能 源 ( 比 如 电 能 ) , 但 是 也 输 出 了 部 分 热 水 、 蒸 汽 ; 做 功 过 程 的 能 量 全 部 来 自 环 境 空 气 热 能 ( 轮 船 则 可 以 来 自 于 水 ) , 整 体 针 对 燃 料 消 耗 计 算 能 效 会 大 于100%,远远大于6%!而且整个过程是空气的物理 状态气体-液体-气体变化,没有污染排放、没有热排 放 , 甚 至 可 以 吸 收 中 和 城 市 热 岛 中 其 它 燃 料 汽 车 排 放 的 热 能 再 利 用 , 完 全 不 用 消 耗 石 化 燃 料 , 把 节 能 减 排 、 循 环 利 用 可 以 做 到 极 致 ! 如 果 用 “ 液 态 空 气 ” 工 质 吸 收 的 热 能 和 燃 料 燃 烧 产 生 的 热 能 作 为 混 合 动 力 热 能 来 源 , 可 以 利 用 内 燃 机 排 放 的 热 能 解 决 寒 冷 地 区 工 作 的 问 题 , 同 时 充 分 发 挥 燃 料 燃 烧 产 生 的 热 能 , 也 让 发 动 机 实 现 零 热 排 放 , 能 效 提 高 , 环 保 指 标 提 高 , 大 幅 度 节 省 燃 料 , 一 举 多 得 ! 3、乳化加水柴油 前 些 年 加 水 的 乳 化 柴 油 项 目 起 起 落 落 , 一 直 没 有 的 到 很 好 地 推 广 应 用 。 究 其 原 因 , 也 是 没 有 研 究 透 彻30 Technology and Industry Across the Straits海峡科技与产业 加 水 的 机 理 和 目 的 。 其 实 现 在 分 析 就 容 易 得 出 结 论 , 柴 油 机 压 缩 比 大 , 工 作 温 度 高 , 排 放 余 热 也 较 高 , 浪 费 的 热 量 可 以 让 乳 化 柴 油 中 混 入 的 少 量 水 汽 化 , 物 理 膨 胀 , 体 积 放 大 几 百 倍 增 加 压 力 、 减 少 热 量 直 接 损 耗 , 提 高 效 率 。 原 理 清 楚 以 后 , 应 该 进 一 步 考 虑 采 用 不 会 引 起 腐 蚀 、 汽 化 热 较 低 、 成 本 合 理 、 容 易 燃 料 混 合 、 不 影 响 燃 烧 过 程 的 物 质 达 到 同 样 的 目 的 , 改 善 发 动 机 的 性 能 , 提 高 目 前 的 柴 油 机 效 率 。 4、无叶片风扇 空 气 动 力 学 里 面 有 个 科 恩 达 效 应 , 即 采 用 某 种 结 构 后 用 一 份 高 压 气 流 可 以 带 动 几 倍 、 甚 至 上 百 倍 气 体 一 起 运 动 。 这 个 概 念 诞 生 很 久 了 , 但 是 只 有 到 了2011 年 才 有 人 用 这 个 理 论 报 了 “ 无 叶 片 风 扇 ” 专 利 , 现 在 市 面 上 才 有 无 叶 片 风 扇 , 就 是 一 个 完 全 没 有 旋 转 的 叶 片 的 空 心 框 框 , 就 能 吹 出 大 流 量 的 风 ! 但 是 还 没 有 流 行 开 。 工 业 领 域 这 一 年 多 来 , 也 才 出 现 一 个 空 气 放 大 器 , 可 以 节 约90% 以 上 的 压 缩 空 气 , 但 也 仅 仅 用 于 吹 尘 、 吸 尘 工 况 。 创 新 一 下 , 这 个 空 气 放 大 器 是 不 是 可 以 用 在 抽 油 烟 机 、 家 用 吸 尘 器 、 道 路 清 扫 、 除 雪 机 械 , 代 替 汽 车 涡 轮 增 压 、 代 替 飞 机 发 动 机 的 压 气 机 等 等 , 前 途 真 的 无 可 限 量 ! 五:动力机械能源利用未来展望 针 对 目 前 的 现 状 , 未 来 动 力 机 械 改 进 首 先 涉 及 的 就 是 动 力 的 能 源 利 用 问 题 , 预 计 将 会 实 现 以 下 几 个 应 用 变 化 : 1、能源充分利用 让 原 有 的 内 燃 机 、 外 燃 机 、 火 箭 发 动 机 等 各 种 动 力 机 械 , 把 它 们 原 来 浪 费 的 和 输 出 动 力 无 关 的 热 能 尽 可 能 设 法 利 用 起 来 , 让 某 些 介 质 吸 热 膨 胀 继 续 做 功 ; 比 如 采 用 液 态 空 气- 燃 料 混 合 动 力 发 动 机 , 利 用 一 般 内 燃 机 的 浪 费 的 大 量 热 能 , 加 热 液 态 空 气 使 之 物 理 膨 胀 做 功 , 将 一 般 发 动 机 的 燃 料 热 能 利 用 率 大 幅 度 提 高 , 环 境 热 排 放 大 幅 度 降 低 , 从 而 减 少 人 类 在 同 等 动 力 需 求 情 况 下 对 石 化 燃 料 等 能 源 物 质 的 消 耗 。 2、能量循环利用 对 于 自 然 界 已 有 的 环 境 热 能 , 通 过 调 整 工 作 介 质 、 工 作 温 度 段 落 、 换 热 方 式 等 手 段 实 现 循 环 再 利 用 , 环 境 热 能 成 为 动 力 机 械 的 能 量 、 热 量 来 源 , 就 能 让 地 球 的 能 源 取 之 不 尽 用 之 不 竭 。 如 通 过 对 目 前 各 种 内 燃 机 、 喷 气 机 等 膨 胀 机 稍 加 改 动 , 直 接 使 用 液 态 空 气 作 为 膨 胀 介 质 , 就 可 以 利 用 人 类 自 然 界 各 种 物 质 具 有 的 热 能 , 比 如 空 气 、 环 境 水 、 太 阳 能 等 。 实 现 在 较 低 温 度 就 可 以 进 行 “ 膨 胀 做 功 ” , 输 出 动 力 。 这 种 变 革 从 原 来 我 们 内 燃 机 工 作 的 介 质 空 气 免 费 获 得 , 能 源 物 质 汽 油 需 要 生 产 制 备 、 消 耗 , 改 变 为 能 源 来 自 于 空 气 、 土 壤 、 水 、 废 热 , 工 作 介 质 液 态 空 气 需 要 制 作 。 这 样 的 改 变 , 从 有 限 的 石 化 燃 料 变 为 循 环 利 用 的 取 之 不 尽 的 能 源 、 用 之 不 竭 的 空 气 。 角 色 交 换 , 能 源 物 质 的 价 格 成 本 和 工 作 介 质 的 制 造 价 格 和 成 本 也 大 不 相 同 , 实 际 使 用 过 程 中 也 使 得 综 合 成 本 大 幅 降 低 。 3、热能综合利用 这 些 使 用 液 态 空 气 的 新 型 动 力 机 械 , 从 全 部 生 产 、 使 用 、 排 放 过 程 中 热 能 实 现 综 合 利 用 、 完 全 利 用 , 系 统 达 到 尽 可 能 高 的 能 效 比 , 实 现 尽 可 能 低 的 综 合 环 境 化 学 物 质 、 热 能 的 排 放 , 几 乎 没 有 化 学 变 化 , 只 有 物 理 “ 相 变 ” , 做 到 真 正 的 “0 ” 排 放 。 制 作 液 态 空 气 这 个 “ 新 的 ” 工 作 介 质 是 一 个 制 冷 过 程 , 使 用 的 是 “ 热 泵 ” , 生 产 过 程 能 把 “ 泵 取 ” 的 热 能 , 转 移 到 水 或 其 它 介 质 , 实 现 “ 锅 炉 ” 的 作 用 , 输 出 等 值 的 热 能 供 人 类 使 用 , 失 去 热 量 的 空 气 变 成 液 态 。 这 个 过 程 已 经 可 以 实 现 近 乎100% 的 能 效 比 ; 后 续 液 态 空 气 吸 收 自 然 界 其 它 没 有 成 本 的 热 量 所 做 的 功 , 都 是 “ 额 外 ” 的 收 获 , 相 对 人 们 投 入 的 一 次 能 源 来 计 算 综 合 能 效 比 会 大 于100% ! 4、储能再利用率提高 人 类 目 前 对 于 电 网 在 用 电 低 谷 的 “ 垃 圾 电 ” 采 用 的 所 有 方 式 都 只 是 简 单 的 “ 储 能 再 释 放 ” , 存 储 和 释 放 的 能 效 比 不 可 能 大 于100% , 有 些 甚 至 效 率 极 低 。 而 采 用 液 态 空 气 作 为 储 能 介 质 , 储 能 ( 制 备 液 态 空 气 ) 的 过 程 会 集 中 产 生 热 量 , 可 以 利 用 ; 吸 收 环 境 空 气 热 能 、 环 境 水 资 源 热 能 、 工 业 各 种 废 热 后 沸 腾 气 化 膨 胀 , 释 放 能 量 发 电 的 时 候 , 发 出 的 电 能 则 几 乎 是 从 自 然 界 回 收 “ 新 增 ” 的 能 量 , 从 消 耗 石 化 燃 料 的 角 度 考 虑 能 效 比 则 有 可 能 远 远 大 于100% , 同 时 还 具 有 全 过 程 环 境 零 污 染 的 特 点 , 具 有 储 能 效 率 高 、 介 质 可31 Academic Forum/学术论坛 2014年第1期 参考文献 【1 】 方 清 华  刘 昊  陈 鹰 等 , 压 缩 空 气/ 燃 油 混 合 动 力 发 动 机 工 作 过 程 可 用 能 分 析 , 中 国 机 械 工 程 第19 卷 第16 期2008 年8 月 下 半 月 【2 】 刘 昊 , 陶 国 良 , 陈 鹰 , 压 缩 空 气 动 力 汽 车 动 力 系 统 的 设 计 , 液 压 与 气 动 EDDI 年 第 J 期 【3 】 孙 培 岩 等 , 电 控 压 缩 空 气 发 动 机 改 装 与 研 究 , 大 连 理 工 大 学 , 内 燃 机 ,2011 年8 月 , 第 四 期 【4 】 鲁 凯 , 一 种 小 型 混 合 制 冷 剂 循 环 气 体 液 化 系 统 的 研 究 , 中 山 大 学 , 硕 士 学 位 论 文 ,20100602 作者简介: 苟 仲 武 (1967 — ) , 男 , 甘 肃 庆 阳 人 , 研 究 方 向 : 节 能 减 排 技 术 、 清 洁 能 源 、 循 环 经 济 、 绿 色 动 力 。 更 新 文 章 博 客 :http://blog.sina.com.cn/gouzhongwu 以 移 动 、 规 模 大 小 灵 活 、 冷 热 电 水 同 时 供 应 、 安 全 性 高 、 成 本 低 等 优 点 , 几 乎 “ 十 全 十 美 ” , 是 储 能 系 统 的 终 极 、 最 佳 解 决 方 案 ! 5、热能再生利用 利 用 热 泵 技 术 , 高 效 率 将 低 品 位 能 量 搬 运 到 高 品 位 温 段 , 实 现 低 温 到 高 温 的 “ 热 转 移 ” , 进 而 做 功 。 热 泵 技 术 已 经 成 熟 使 用 近 百 年 了 , 但 是 一 直 没 有 引 起 人 类 的 真 正 重 视 , 现 在 我 们 应 该 发 起 一 场 用 能 理 念 的 革 命 , 需 要 能 源 不 要 只 考 虑 消 耗 能 源 物 质 转 化 , 可 以 优 先 采 用 热 泵 设 备 从 自 然 环 境 中 搬 运 、 借 用 获 得 , 消 耗 的 “ 搬 运 费 ” 能 耗 只 有 几 分 之 一 甚 至 几 十 分 之 一 , 然 后 当 数 量 、 质 量 不 足 的 部 分 再 通 过 消 耗 能 源 物 质 补 充 , 就 能 大 大 降 低 直 接 能 源 消 耗 , 在 各 行 各 业 实 现 高 耗 能 环 节 的 大 比 例 节 能 ! 这 项 技 术 已 经 突 破 所 谓 温 升 的 “ 瓶 颈 ” , 温 度 达 到180 摄 氏 度 或 更 高 , 完 全 能 满 足 一 般 工 业 领 域 的 各 种 基 本 热 量 消 耗 需 求 , 前 景 广 阔 ! 也 会 帮 助 动 力 机 械 进 一 步 实 现 能 源 、 热 量 的 完 全 利 用 和 高 效 “ 放 大 ” 利 用 ! 六:动力机械产业变革展望 采 用 液 态 空 气 做 工 作 介 质 , 是 结 合 空 气 动 力 学 等 多 学 科 成 果 产 生 的 新 动 力 , 虽 然 还 是 膨 胀 机 老 原 理 实 现 机 械 动 力 输 出 , 但 是 现 有 的 各 种 汽 车 、 飞 机 、 火 箭 的 动 力 原 理 、 动 力 系 统 几 乎 不 变 或 者 只 需 要 简 化 , 和 以 前 的 所 有 通 过 追 求 “ 高 温 膨 胀 ” 做 功 的 机 械 , 由 于 工 作 温 度 大 大 降 低 , 甚 至 维 持 在 常 温 下 工 作 , 材 料 耐 高 温 要 求 、 抗 热 疲 劳 、 散 热 系 统 复 杂 性 等 要 求 大 幅 降 低 , 当 然 会 引 起 汽 车 发 动 机 、 飞 机 发 动 机 、 轮 船 发 动 机 、 火 箭 发 动 机 等 机 械 动 力 装 置 从 材 料 、 加 工 、 使 用 维 护 等 各 个 方 面 革 命 性 的 变 化 。 一 旦 绕 开 材 料 、 工 艺 、 加 工 能 力 的 掣 肘 , 就 能 使 得 我 们 和 发 达 国 家 的 某 些 重 大 科 技 差 距 化 为 乌 有 , 实 现 我 国 机 械 动 力 的 跨 越 式 发 展 ! 同 时 , 制 作 工 艺 、 制 造 装 备 、 制 作 技 术 都 没 有 大 的 改 变 , 甚 至 标 准 要 求 下 降 , 原 有 产 能 、 原 有 体 系 均 可 以 马 上 转 变 适 应 , 大 量 的 现 有 机 械 也 可 以 改 造 利 用 , 现 有 的 机 器 、 设 备 、 厂 房 、 装 备 都 无 需 改 变 , 在 实 现 节 能 减 排 、 低 碳 经 济 的 角 度 看 , 也 是 对 人 类 资 源 的 节 约 利 用 , 同 时 也 有 利 于 节 能 动 力 机 械 迅 速 普 及 开 来 , 实 现 大 幅 度 节 能 减 排 的 目 标 ! 使 用 液 态 空 气 这 个 新 介 质 以 后 , 坦 克 、 飞 机 、 导 弹 、 舰 艇 的 发 热 量 大 大 减 少 , 原 来 靠 热 成 像 工 作 的 红 外 寻 的 导 弹 、 各 种 红 外 瞄 准 成 像 系 统 、 现 有 的 战 略 导 弹 防 御 系 统 都 会 大 受 影 响 甚 至 完 全 失 效 , 必 然 会 推 动 军 事 装 备 在 设 计 、 制 作 、 功 能 调 整 、 后 勤 保 障 资 源 等 方 面 发 生 调 整 、 变 革 。 本 文 认 为 , 采 用 创 新 理 念 的 新 型 动 力 机 械 比 较 电 池 动 力 、 油 电 混 合 动 力 机 械 具 有 明 显 的 环 保 优 势 、 成 本 优 势 、 效 率 优 势 、 产 业 延 续 发 展 优 势 ; 它 使 用 的 能 源 来 自 于 环 境 空 气 、 土 壤 、 河 流 、 生 产 生 活 排 放 的 废 热 , 具 有 取 之 不 尽 、 能 量 密 度 大 、 供 应 稳 定 、 随 处 可 用 、 环 境 友 好 、 成 本 低 廉 等 多 项 优 势 , 一 定 会 得 到 全 社 会 的 重 视 , 在 不 久 的 将 来 得 到 广 泛 的 推 广 应 用 , 给 动 力 机 械 产 业 带 来 新 生 和 永 生 !
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