CN101025293A - 全天候太阳能动力利用方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全天候太阳能动力利用方法及其装置，它利用沸点低于常温的物质作为热力工质，利用由太阳辐射热形成的常温热量作为汽化热量，利用人工低温环境冷凝尾气，利用高压蒸气透平作功后大幅度降温所产生的低温冷量为制冷系统提供良好排热条件，确保其提高制冷效率，利用热力工质蒸气在绝热膨胀工况下冷凝时不释放凝结热的物理性能，大幅度减少液化尾气所需低温冷量，由此形成大规模的全天候太阳能动力开发利用热力循环。
Description
本发明涉及太阳能热力发动机，特别涉及一种开发利用由太阳辐射热量形成的自然常温环境热量作功发电的全天候太阳能动力利用方法及其装置。
现有太阳能热力发动机，由太阳能集热器和热机组成，将太阳热量转换成机械能。其缺点是其工作条件严格受到自然气候限制，没有太阳当空照耀，现有太阳能热力发动机就无法工作，阴天不行，雨天不行，晴天也只有白天行，晚上也不行，因此现有太阳能热力发动机的应用十分有限，未能成为一种可以广泛实际利用的动力装置。
目前，已有一种利用海水表层与深层的温差作功发电的方法与装置，尽管这种方法与装置能够全天候地开发利用由太阳辐射热量形成的海水表层常温热量作功发电，但是由于可利用的温差过小，并且受到自然条件的严格限制，因此仍未能成为一种可广泛实际利用的动力装置。
有一种负温差饱和蒸气热力发动机，利用人工制冷的低温环境与自然常温环境之间的温差所具有的能量作功发电，但因其方法与装置限定其热力工质蒸气为饱和蒸气，导致其仅适应家庭型的小规模作功发电。
本发明的目的是提供一种新的大规模的全天候太阳能动力利用方法及其装置，开发出一种可广泛实际利用的廉价的任有尽有的可再生清洁能源。
本发明的技术方案如下：
一种全天候太阳能动力利用方法，其热力循环与以水为热力工质的热力蒸气发动机热力循环相类似，它包括让液态热力工质汽化成高压蒸气的热力蒸发器，让高压蒸气透平作功的汽轮发电机组，让低压热力工质尾气冷凝液化的热力冷凝系统，以及让液态热力工质进入热力蒸发器的热力工质泵，四大部件首尾相连形成热力循环系统，内注热力工质；
它包括形成热力冷凝系统的人工制冷系统，其主要部件有制冷压缩机、制冷冷凝器、制冷节流阀、制冷蒸发器，通过连接管道串联成蒸气压缩式制冷循环系统，内注低温制冷工质；
所述热力工质为沸点低于常温的物质；所述热力蒸发器设置在自然常温环境中，让其中的液态热力工质从自然常温环境中吸收由太阳辐射形成的常温热量汽化成高压热力工质蒸气，并驱动汽轮发电机组作功发电；
所述制冷压缩机与制冷冷凝器设置浸泡在盛满低温液态热力工质的保温压力容器中，让低温液态热力工质所携带的低温显冷冷量为制冷压缩机与制冷冷凝器提供良好排热条件，从而确保蒸气压缩式制冷循环系统提高制冷效率；
所述高压热力工质蒸气，经汽轮发电机组透平作功后，进入由制冷蒸发器提供低温冷量的热力冷凝系统冷凝液化，利用其在绝热膨胀工况下冷凝液化时只释放少量显热、并不释放凝结热的物理性能，大幅度减少冷凝热力工质尾气所需人工低温冷量，同时利用高压热力工质蒸气透平作功时大幅度自动降温所产生的低温冷量为蒸气压缩式制冷循环提供良好排热条件；
本发明所述自然常温环境，是自然常温水域，还可以是自然大气空间。
一种全天候太阳能动力利用装置，其热力循环与以水为热力工质的热力蒸气发动机热力循环相类似，它包括让液态热力工质汽化成高压蒸气的热力蒸发器，让高压蒸气透平作功的汽轮发电机组，让低压热力工质尾气冷凝液化的热力冷凝系统，以及让液态热力工质进入热力蒸发器的热力工质泵，四大部件首尾相连形成热力循环系统，内注热力工质；
它包括形成热力冷凝系统的人工制冷系统，其主要部件有制冷压缩机、制冷冷凝器、制冷节流阀、制冷蒸发器，通过连接管道串联成蒸气压缩式制冷循环系统，内注低温制冷工质；
它还包括第一保温压力容器、第二保温压力容器、连接管道；
所述第一保温压力容器，其内上层设置制冷蒸发器，由此形成冷凝液化热力工质尾气的热力冷凝系统，容器下层充注低温液态热力工质；
所述第二保温压力容器，其内下层设置制冷压缩机，上层设置制冷冷凝器，容器内充满液态热力工质；
所述热力工质泵，其进口通过吸液管与第一保温压力容器下层连接，其出口通过输液管与第二保温压力容器下层连接；
所述热力蒸发器设置在自然常温环境中，其进口与第二保温压力容器顶部连接，其出口与汽轮发电机组连接；汽轮发电机组尾气出口与第一保温压力容器上层连接；
本发明所述自然常温环境，是自然常温水域，还可以是自然大气空间。
本发明采用利用沸点低于常温的物质作为热力工质，利用太阳辐射形成的常温热量作为汽化液态热力工质的热量，利用人工低温冷量形成冷凝液化热力工质尾气的热力冷凝系统，利用高压热力工质蒸气透平作功大幅度自动降温产生的低温冷量为制冷系统提供良好排热条件，从而确保其提高制冷效率；利用热力工质蒸气在绝热膨胀工况下冷凝液化时只释放少量显热，并不释放凝结热的物理性能，大幅度减少热力工质蒸气尾气冷凝时所需人工低温冷量，由此形成全天候太阳能动力开发利用热力循环。
下面结合附图对本发明作详细描述。
附图是一种全天候太阳能动力利用方法及其装置结构示意图。
参看附图，本发明的热力循环与以水为热力工质的热力蒸气发动机热力循环相类似，它包括让液态热力工质汽化成高压蒸气的热力蒸发器，让高压蒸气透平作功的汽轮发电机组，让低压热力工质尾气冷凝液化的热力冷凝系统，以及让液态热力工质进入热力蒸发器的热力工质泵，四大部件首尾相连形成热力循环系统，内注热力工质；
本发明所述的全天候太阳能动力利用方法的特点是，它包括形成热力冷凝系统的人工制冷系统，其主要部件有制冷压缩机、制冷冷凝器、制冷节流阀、制冷蒸发器，通过连接管道串联成蒸气压缩式制冷循环系统，内注低温制冷工质；
所述热力工质为沸点低于常温的物质；所述热力蒸发器设置在自然常温环境中，让其中的液态热力工质从自然常温环境中吸收由太阳辐射形成的常温热量汽化成高压热力工质蒸气，并驱动汽轮发电机组作功发电；
所述制冷压缩机与制冷冷凝器设置在盛满低温液态热力工质的第二保温压力容器中，让低温液态热力工质所携带的低温显冷冷量为制冷压缩机与制冷冷凝器提供良好排热条件，从而确保蒸气压缩式制冷循环系统提高制冷效率；
所述高压热力工质蒸气，经汽轮发电机组透平作功后，进入由制冷蒸发器提供低温冷量的热力冷凝系统冷凝液化，利用其在绝热膨胀工况下冷凝液化时只释放少量显热、并不释放凝结热的物理性能，大幅度减少冷凝热力工质尾气所需人工低温冷量，与此同时利用高压热力工质蒸气透平作功时大幅度自动降温所产生的低温冷量为蒸气压缩式制冷循环提供排热条件；
本发明所述自然常温环境，是自然常温水域，还可以是自然大气空间。
本发明所述的全天候太阳能动力利用装置应用上述全天候太阳能动力利用方法加以实施。如附图所示，一种全天候太阳能动力利用装置包括汽轮发电机组1，第一保温压力容器2，第二保温压力容器3，热力蒸发器4，热力工质泵5，制冷压缩机6，制冷冷凝器7，制冷节流阀8，制冷蒸发器9，热力工质10，自然常温环境11，高压热力输气管12，热力回气管13，吸液管14，输液管15，高压热力输液管16，制冷高压输液管17，制冷低压输液管18，制冷低压回气管19；其中的汽轮发电机组1、热力回气管13、第一保温压力容器2、吸液管14、热力工质泵5、输液管15、第二保温压力容器3、高压热力输液管16、设置在自然常温环境11中的热力蒸发器4、高压热力输气管12首尾串联成一闭合热力循环系统，在其热力循环系统中如图所示充注沸点低于常温的热力工质10；其中设置在第二保温压力容器3中的制冷压缩机6、制冷冷凝器7与制冷高压输液管17、制冷节流阀8、制冷低压输液管18，以及设置在第一保温压力容器2之内的制冷蒸发器9、制冷低压回气管19首尾串联成一闭合蒸气压缩制冷循环系统，制冷系统中充注低温制冷工质。
本发明所述的自然常温环境11是自然常温水域，还可以是自然常温大气空间。
本发明所述全天候太阳能动力利用装置的使用操作程序如下：
1、在所述热力循环系统中如图所示注入低温热力工质10。
2、在所述蒸气压缩式制冷系统中注入低温制冷工质。
3、启动制冷压缩机6，让制冷蒸发器9内的液态低温制冷工质从第一保温压力容器2内的热力工质蒸气10中吸热汽化成低温制冷工质蒸气，经制冷低压回气管19进入设置在第二保温压力容器3内的制冷压缩机6内，施压后进入设置在第二保温压力容器3内的制冷冷凝器7内，经与第二保温压力容器3内的液态低温热力工质进行热交换后冷凝液化，再经制冷高压输液管17进入制冷节流阀8，节流后经制冷低压输液管18进入设置在第一保温压力容器2内的制冷蒸发器9内，再次从第一保温压力容器2内上层的气态热力工质10中吸热汽化，实行蒸气压缩式制冷循环。
4、启动热力工质泵5，促使第一保温压力容器2内下层低温液态热力工质10经吸液管14进入热力工质泵5，施压后进入第二保温压力容器3内，经与制冷压缩机6、制冷冷凝器7进行热交换后，低温液态热力工质10所携显冷减少、温度升高，经第二保温压力容器3顶部出口连接的高压热力输液管16进入设置在自然常温环境11中的热力蒸发器4内，液态热力工质从自然常温环境11中大量吸收常温热量汽化成高压热力工质蒸气，再经高压热力输气管12进入汽轮发电机组1内，驱动汽轮发电机组1运转作功发电，其热力工质尾气经热力回气管13进入第一保温压力容器2内，在绝热膨胀工况下冷凝液化成低温热力工质10，再经热力工质泵5加压泵入第二保温压力容器3内，由此形成热力循环。
本发明所述的全天候太阳能动力利用方法及其装置，采用利用沸点低于常温的物质作为热力工质，利用由太阳辐射热量形成的常温热量作为汽化热力工质的热量，利用人工低温环境形成冷凝液化热力工质尾气的热力冷凝系统，利用高压热力工质蒸气作功透平后大幅度降温产生的低温冷量为人工制冷系统提供良好排热条件，由此确保其提高制冷效率，利用热力工质尾气在绝热膨胀工况下冷凝液化时只释放少量显热、不释放凝结热的物理性能大幅度减少热力工质尾气冷凝时所需人工低温冷量，由此开发出一种全新的全天候太阳能动力，为人类寻找到了一种廉价的任有尽有的清洁能源。
本发明在原理、工业和商业上的应用都包含在本发明的权利要求范围内，任何在此基础上的改进技术都取自于本发明的权利要求。
Claims (3)
1、一种全天候太阳能动力利用方法，其热力循环与以水为热力工质的热力蒸气发动机热力循环相类似，它包括让液态热力工质汽化成高压蒸气的热力蒸发器，让高压蒸气透平作功的汽轮发电机组，让低压热力工质尾气冷凝液化的热力冷凝系统，以及让液态热力工质进入热力蒸发器的热力工质泵，四大部件首尾相连形成热力循环系统，内注热力工质；
其特征在于，它包括形成热力冷凝系统的人工制冷系统，其主要部件有制冷压缩机、制冷冷凝器、制冷节流阀、制冷蒸发器，通过连接管道串联成蒸气压缩式制冷循环系统，内注低温制冷工质；
所述热力工质为沸点低于常温的物质；所述热力蒸发器设置在自然常温环境中，让其中的液态热力工质从自然常温环境中吸收由太阳辐射形成的常温热量汽化成高压热力工质蒸气，并驱动汽轮发电机组作功发电；
所述制冷压缩机与制冷冷凝器设置浸泡在盛满低温液态热力工质的保温压力容器中，让低温液态热力工质所携带的低温显冷冷量为制冷压缩机与制冷冷凝器提供良好排热条件，从而确保蒸气压缩式制冷循环系统提高制冷效率；
所述高压热力工质蒸气，经汽轮发电机组透平作功后，进入由制冷蒸发器提供低温冷量的热力冷凝系统冷凝液化，利用其在绝热膨胀工况下冷凝液化时只释放少量显热、并不释放凝结热的物理性能，大幅度减少冷凝热力工质尾气所需人工低温冷量，同时利用高压热力工质蒸气透平作功时大幅度自动降温所产生的低温冷量为蒸气压缩式制冷循环提供良好排热条件。
2、根据权利要求1所述的全天候太阳能利用方法，其特征在于，所述自然常温环境，是自然常温水域，还可以是自然大气空间。
3、一种全天候太阳能动力利用装置，其热力循环与以水为热力工质的热力蒸气发动机热力循环相类似，它包括让液态热力工质汽化成高压蒸气的热力蒸发器，让高压蒸气透平作功的汽轮发电机组，让低压热力工质尾气冷凝液化的热力冷凝系统，以及让液态热力工质进入热力蒸发器的热力工质泵，四大部件首尾相连形成热力循环系统，内注热力工质；
其特征在于，它包括形成热力冷凝系统的人工制冷系统，其主要部件有制冷压缩机、制冷冷凝器、制冷节流阀、制冷蒸发器，通过连接管道串联成蒸气压缩式制冷循环系统，内注低温制冷工质；
它还包括第一保温压力容器、第二保温压力容器、连接管道；
所述第一保温压力容器，其内上层设置制冷蒸发器，由此形成冷凝液化热力工质尾气的热力冷凝系统，容器下层充注低温液态热力工质；
所述第二保温压力容器，其内下层设置制冷压缩机，上层设置制冷冷凝器，容器内充满液态热力工质；
所述热力工质泵，其进口通过吸液管与第一保温压力容器下层连接，其出口通过输液管与第二保温压力容器下层连接；
所述热力蒸发器设置在自然常温环境中，其进口与第二保温压力容器顶部连接，其出口与汽轮发电机组连接；汽轮发电机组尾气出口与第一保温压力容器上层连接。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN103541781A (zh) * | 2013-11-15 | 2014-01-29 | 余义刚 | 一种利用环境热能的蒸发式对外做功装置以及方法 |
| CN115523004A (zh) * | 2022-10-18 | 2022-12-27 | 北京百利时能源技术股份有限公司 | 胺法co2捕集装置中工艺介质热能回收联合发电装置及方法 |
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2006
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