CN102182661A - 大气层温差发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大气层温差发电装置，包括第一储液池，蒸发器，冷凝器，第二储液池和水力发电机组，所述第一储液池的出口通过第一水管连接所述蒸发器的入口，所述蒸发器的出口通过蒸汽管连接冷凝器的入口，所述冷凝器的出口通过第二水管连接第二储液池的入口，所述第二储液池的出口通过压力管连接所述水力发电机组的入口，所述水力发电机组的出口通过第三水管连接第一储液池的入口，所述冷凝器和所述第二储液池的海拔高于所述第一储液池、所述蒸发器和所述水力发电机组的海拔。该发电装置利用大气层温差的自然条件，进行水力发电，节省了能源，保护了环境，成本低并且发电效率高，可进行大规模发电。

Description

大气层温差发电装置
技术领域
本发明涉及一种发电装置，尤其是一种利用大气层的温差进行发电的装置。
背景技术
目前，世界能源紧张，随着石油、煤炭资源的日益紧缺，可再生能源的重要性日益突出。人们已经研发了风力发电、硅太阳能发电、潮汐发电等多种发电方式。然而，太阳能发电由于硅材料的昂贵而无法进行大规模发电，而风力和潮汐发电，其成本均超过火力发电，并且只能依靠大自然的变化而变化来发电，不能恒定的发电。
也有报道公开了采用海水温差来进行发电，把深海的的海水用泵抽到穿上作为冷凝器的制冷源，把海面的海水作为蒸发器的热源，以此改变工质的液化气化转变而做功发电。但是，这一技术需要用泵来驱动空气和水，效率低并且成本高。
大气层温差发电与海水温差发电类似。太阳对地球的光热辐射，使地表层大气温度升高，太阳光在地面受到反射、折射与吸收，太阳能转变为热能，由于空气对太阳能的吸收能力差，地面物体吸收太阳能后，又把它传导给地表空气，因此地表温度比上面的温度高，每上升1000米，大气温度下降6℃。利用这一温度差来进行发电，可以做到恒定、持久的发电，有着广阔的发展前途。如授权公告号为CN201196132Y的中国专利公开了一种利用空气压差和温差进行发电的装置，由发电机、风车、管道、管道固定装置组成，管道由管道固定装置竖直或接近竖直设置，在管道的底部管道里侧设置有风车，风车与发电机相连接。通过人为地设置一个空气流动的通道，利用烟囱效应，使空气从通道底部向高处流动，然而，这样产生的风量较小，风车和发电机均采用低功率的，并且风的形成较为不稳定，无法进行大规模应用发电，由此并不能充分的利用大气温差这一可再生资源解决能源紧缺的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种大气层温差发电装置，利用大气层温差的自然条件，进行水力发电，节省了能源，保护了环境，成本低并且发电效率高，可进行大规模发电。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种大气层温差发电装置，其特征在于，包括第一储液池，蒸发器，冷凝器，第二储液池和水力发电机组，所述第一储液池的出口通过第一水管连接所述蒸发器的入口，所述蒸发器的出口通过蒸汽管连接冷凝器的入口，所述冷凝器的出口通过第二水管连接第二储液池的入口，所述第二储液池的出口通过压力管连接所述水力发电机组的入口，所述水力发电机组的出口通过第三水管连接第一储液池的入口，所述冷凝器和所述第二储液池的海拔高于所述第一储液池、所述蒸发器和所述水力发电机组的海拔。
可替代地，所述水力发电机组为多个，分别设置在海拔不同的位置，每个所述水力发电机组之间通过所述压力管连接。
进一步地，海拔最高的所述水力发电机组的入口通过所述压力管连接所述第二储液池的出口，海拔最低的所述水力发电机组的出口通过所述第三水管连接所述第一储液池的入口。
可替代地，所述水力发电机组为多个，每个所述水力发电机组分别通过所述压力管和所述第三水管连接所述第二储液池和所述第一储液池，充分利用工作介质的位能，提高发电装置的效率。
所述冷凝器的海拔比所述蒸发器的海拔至少高1000米，所述蒸发器外的空气温度大于6℃。
所述蒸汽管中设置有增压装置，进一步提供饱和水蒸汽在蒸汽管、冷凝器和蒸发器中流动的压力差，以更好的保证整个发电装置的运行。
与现有技术相比，本发明的优点在于：利用大气层温差的自然条件，将工作介质蒸汽在海拔高处冷凝成为液体，利用位于高处具有位能的液体流至低处，将其中所含的位能转换成水力发电机组的水轮机的动能从而推动水力发电机组的发电机产生电能，由于工作介质的汽化和液化的转换较为稳定，并且可以大量转换，由此可以进行大规模发电，成本低并且效率高；同时，由于从大气层中提取能量，大量应用可有效降低大气温度，减缓甚至转变地球变暖趋势。
附图说明
图1为本发明的发电装置的一个实施例的系统框图；
图2为本发明的发电装置的另一个实施例的系统框图；
图3为本发明的发电装置的另一个实施例的系统框图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
参见图1，一种大气层温差发电装置，包括第一储液池1，蒸发器2，冷凝器3，第二储液池4和水力发电机组5。
第一储液池1、蒸发器2和水力发电机组5置于海拔低处，冷凝器3和第二储液池4置于海拔高处。第一储液池1的出口通过第一水管6连接蒸发器2的入口，蒸发器2的出口通过蒸汽管7连接冷凝器3的入口，冷凝器3的出口通过第二水管8连接第二储液池4的入口，第二储液池4的出口通过压力管9连接水力发电机组5的入口，水力发电机组5的出口通过第三水管10连接第一储液池1的入口。
可替代地，水力发电机组5可以是多个，参见图2，每个水力发电机组5分别设置在低于第二储液池4的海拔不同的位置，彼此之间通过压力管9连接，海拔最高处的水力发电机组5的入口通过压力管9连接第二储液池4的出口，海拔最低处的水力发电机组5的出口通过第三水管10连接第一储液池1的入口；或者，参见图3，水力发电机组5均设置在海拔低处，每个水力发电机组5都分别通过压力管9和第三水管10连接第二储液池4和第一储液池1。
整个发电装置全部密封，在蒸汽管7中充满工作介质饱和蒸汽，在压力管9中充满工作介质饱和液体，而在发电装置的其他部分则充满工作介质饱和蒸汽和液体的混合液。
本发明的原理及工作过程如下：
在第一储液池1内的工作介质液体通过第一水管6流入蒸发器2，蒸发器2吸收空气热量，将工作介质蒸发为饱和蒸汽，通过蒸汽管7上升，流入冷凝器3，冷凝器3中的饱和蒸汽通过空气冷却，冷凝成液体，通过第二水管8流入第二储液池4。由于第二储液池4置于海拔高处，而水力发电机组5置于海拔低处，由此，第二储液池4中的工作介质饱和液体通过压力管9可将位能转化为水力发电机组5的水轮机的动能，从而推动水力发电机组5的发电机产生电能。此后，工作介质通过第三水管10返回第一储液池1，由此实现循环。
设上述的工作介质为水，当然也可以使用其他合适的介质。以蒸发器2和冷凝器3之间的高度差为1000米，蒸发器2外的空气温度为30℃为例(其他温度也可，但是由于海拔每升高1000米，大气温度下降6℃，为了防止冷凝器3中的水结冰，需要保持蒸发器2外的空气温度大于6℃，或者使用添加剂来防止冷凝器3中的水结冰)，蒸发器2的传热温差为2℃，则蒸发器2出口温度为28℃，对应的饱和水蒸汽的绝对压力为3781Pa，密度为0.02725kg/m3，蒸汽管7中饱和水蒸汽的压力差P＝ρgh＝0.02725*9.8*1000＝267.05Pa，则冷凝器3入口的饱和水蒸汽的绝对压力为3781-267.05＝3513.95Pa。冷凝器3与蒸发器2的高度差为1000米，则冷凝器3外的空气温度为30-6＝24℃，设冷凝器3的传热温差为2℃，则冷凝器3内的饱和水蒸汽温度为26℃，对应的饱和水蒸气的绝对压力为2984Pa，小于冷凝器3入口处的饱和水蒸汽的绝对压力，此压力差作为饱和水蒸汽在蒸汽管7、冷凝器3和蒸发器2中流动的压力差，保证整个装置可正常运行。此外，也可以在蒸汽管7中设置增压装置(未示出)，进一步提供饱和水蒸汽在蒸汽管7、冷凝器3和蒸发器2中流动的压力差，以更好的保证整个发电装置的运行。
当蒸发器2和冷凝器3的高度差增大时，则蒸发器2外的空气温度必须同时提高，并且此时蒸发器2的传热温差加大，冷凝器3的传热温差也加大，同样保证整个装置的正常运行。
本发明的装置所需的海拔高度差可充分利用现有的自然条件，如高山等。高山的条件在地球上普遍存在，类似高山、极高山的大峡谷，可将冷凝器3和第二储液池4置于高山等海拔高处，将储液池1和蒸发器2置于山脚、峡谷谷底等海拔低处，由此得到所需的高度差。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理前提下，还可以做出多种变形和改进，这也应该视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种大气层温差发电装置，其特征在于，包括第一储液池(1)，蒸发器(2)，冷凝器(3)，第二储液池(4)和水力发电机组(5)，所述第一储液池(1)的出口通过第一水管(6)连接所述蒸发器(2)的入口，所述蒸发器(2)的出口通过蒸汽管(7)连接冷凝器(3)的入口，所述冷凝器(3)的出口通过第二水管(8)连接第二储液池(4)的入口，所述第二储液池(4)的出口通过压力管(9)连接所述水力发电机组(5)的入口，所述水力发电机组(5)的出口通过第三水管(10)连接第一储液池(1)的入口，所述冷凝器(3)和所述第二储液池(5)的海拔高于所述第一储液池(1)、所述蒸发器(2)和所述水力发电机组(5)的海拔。
2.如权利要求1所述的大气层温差发电装置，其特征在于，所述水力发电机组(5)为多个，分别设置在海拔不同的位置，每个所述水力发电机组(5)之间通过所述压力管(9)连接。
3.如权利要求2所述的大气层温差发电装置，其特征在于，海拔最高的所述水力发电机组(5)的入口通过所述压力管(9)连接所述第二储液池(4)的出口，海拔最低的所述水力发电机组(5)的出口通过所述第三水管(10)连接所述第一储液池(1)的入口。
4.如权利要求1所述的大气层温差发电装置，其特征在于，所述水力发电机组(5)为多个，每个所述水力发电机组(5)分别通过所述压力管(9)和所述第三水管(10)连接所述第二储液池(4)和所述第一储液池(1)。
5.如权利要求1-4中任一项所述的大气层温差发电装置，其特征在于，所述冷凝器(3)的海拔比所述蒸发器(2)的海拔至少高1000米，所述蒸发器(2)外的空气温度大于6℃。
6.如权利要求1-4中任一项所述的大气层温差发电装置，其特征在于，所述蒸汽管(7)中设置有增压装置。
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