CN104454050A - 高效利用空气热能发电的装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于利用空气热能用以获得清洁能源的方法和装置类。本装置由两台风扇式热交换器、一套水的喷淋装置、两只压力容器、液位报警器、管道、电路、自动化控制阀门、自动化控制模块、发电机构成。其特征在于，在无气体压缩机参与的情况下，利用风扇式热交换器将液体与大气热能进行充分交换从而产生饱和蒸气压力，再用水蒸发冷却方式使上述液体中的某部分降温，致使液体内部产生压差用以发电的方法。本发明构造简单，功能显著，能为经济活动提供所需的电力能源，经济效益和社会效益都十分显著。

Description

高效利用空气热能发电的装置

技术领域

本发明属于利用空气热能用以获得清洁能源的方法和装置类。

背景技术

清洁能源已经成为当今时代的潮流和趋势。

现代科学技术使得低沸点液体的种类越加丰富。

现代工业已经能够生产耐受压力的容器。

机器制造业和自动化技术的发展已经可以制造出精确而复杂的巨大机器设备并被人类所操纵。

发明内容

高效利用空气热能用以获得清洁能源的方法和装置。

本装置由两台风扇式热交换器、一套水的喷淋装置、两只压力容器、液位报警器、管道、电路、自动化控制阀门、自动化控制模块、发电机构成。

其特征在于利用液体在沸点温度以上临界温度以下存在饱和气液共存区，且饱和蒸气压力随着温度的变化而变化的自然规律，创造条件将沸点在零度以下的液体(通常是冷媒)通过与常温大气层的空气交换热量后在一个密闭的空间里产生饱和气液共存现象并获得饱和蒸汽压，而后用水蒸发冷却技术将另一处同样状态的空间(通过管路将两者相连成为一体)进行降温，由于该空间饱和气态的压力必定随着温度的降低而降低，由此形成两者之间的压差用以发电的装置。

饱和蒸气压的定义：

在密闭条件中，在一定温度下，与气体或液体处于相平衡的蒸气所具有的压力称为饱和蒸气压。同一物质在不同温度下有不同的蒸气压，并随着温度的升高而增大。不同液体饱和蒸汽压不同，溶剂的饱和蒸汽压大于溶液的饱和蒸汽压；对于同一物质，固态的饱和蒸汽压小于液态的饱和蒸汽压。例如，在30℃时，水的饱和蒸气压为4132.982Pa，乙醇为10532.438Pa。而在100℃时，水的饱和蒸气压增大到101324.72Pa，乙醇为222647.74Pa。饱和蒸气压是液体的一项重要物理性质，如液体的沸点、液体混合物的相对挥发度等都与之有关。

计算公式：

(1)Clausius-Claperon方程：d lnp／d(1／T)=-H(v)／(R*Z(v))式中p为蒸汽压；H(v)为蒸发潜热；Z(v)为饱和蒸汽压缩因子与饱和液体压缩因子之差。该方程是一个十分重要的方程，大部分蒸汽压方程是从此式积分得出的。

(2)Clapeyron方程：若上式中H(v)／(R*Z(v))为与温度无关的常数，积分式，并令积分常数为A，则得Clapeyron方程：ln p=A-B／T式中B=H(v)／(R*Z(v))。

(3)Antoine方程：ln p=A-B／(T+C)式中，A，B，C为Antoine常数，可查数据表。Antoine方程是对Clausius-Clapeyron方程最简单的改进，在1.333～199.98kPa范围内误差小。

以普通的冷媒R22为例：

冷冻剂R22的饱和温度压力表

通过R22的饱和温度压力表可以看出温度每降低5度，压差至少都在0.1MPa(A)以上，由于现在的水蒸发冷却技术可以确保在0度以上的气温环境下使得目标物温度下降5度以上，因此在大多数气候条件下本装置都能产生0.1MPa(A)以上的压强用以发电。从而使得本装置具有了实用性。

具体实施方式

设备安装：

首先搭好三层支架，将配备水喷淋装置的风扇式热交换器(称为交换器A)装在最高一层支架上，两只压力容器分别一左一右安装在当中一层的支架上(分别为压力容器C和压力容器D)，发电机(称为E)安装在两只压力容器位置的中间部位，另外一台风扇式热交换器(称为交换器B)装在最下面一层的支架上。第一层的热交换器A下端伸出一个管道通路接三通后分别通向中层的两个压力容器(称为管路AC和管路AD)，在管路与压力容器的链接处同时各安装一个自动化控制阀门(称为阀门AC和阀门AD)。中层的发电机进口和出口加装三通，分别与两只压力容器的底部连接(称为管路CE、管路EC、管路DE、管路ED)同时都加装自动化控制阀门(称为阀门CE、阀门EC、阀门DE、阀门ED)，形成两只压力容器可以共用一台发电机的效果。两只压力容器另外从底部伸出一路管道(称为管路BC和管路BD)加装自动化控制阀门(称为阀门BC和阀门BD)后经三通与最下层的风扇式热交换器B顶部连接。同时两只压力容器还要从底部另外各伸出一路管道分别直接连接到最下层的风扇式热交换器B的底部(称为管路BC支和管路BD支)，同时各自安装自动化控制阀门(称为阀门BC支和阀门BD支)。

具体运转模式：

先将整个装置抽成真空，再注满R22(以下简称液体)至压力容器C和交换器B、发电机E以及它们之间相互连接的管道中，同时阀门AC、DE、EC、BD、BD支关闭，阀门AD、CE、ED、BC、BC支开启。在外接电源的暂时性启动下，交换器A和交换器B都开始运转，交换器A的水喷淋装置开始启动。交换器B里面的液体开始沸腾并通过管路BC上升至压力容器C内的上方位，直至饱和蒸气压状态，压力容器C内的液体通过管路BC支向交换器B回补液体。此时由于在发电机E的另外一端为真空，则压力容器C内处于下方位的液体在上方位气体的压力下通过底部的管道CE流向发电机，在发电机做功发电后沿着管道ED流入压力容器D，发电机发出的电除了回补到交换器A、B及水喷淋装置、自动化控制模块外，另将富余的电力向外界输送，具体的协调由自动化控制模块进行管理。此为本装置的初始起步状态，并非后面运转的常态，因为以后压力容器C和压力容器D内都有压强而非真空。

当压力容器C内的液位低到液位报警器启动，自动化控制模块会将所有的阀门开关逆转，于是在交换器B内产生的沸腾气体转而向压力容器D输送，通过管路BD上升至压力容器D内的上方位，直至饱和蒸气压状态，压力容器D内的液体通过管路BD支向交换器B回补液体。此时在发电机E的另外一端压力容器C由于与交换器A连通，前面讲到水冷可使目标物质温度下降5度以上，因此压力容器C内的饱和蒸汽压力会降低0.1MPa(A)以上，与压力容器D形成压差，于是压力容器D内处于下方位的液体在上方位气体的压力下通过底部的管道DE流向发电机，在发电机做功发电后沿着管道EC流入压力容器C，发电机发出的电除了回补到交换器A、B及水喷淋装置、自动化控制模块外，另将富余的电力向外界输送，具体的协调由自动化控制模块进行管理。至此本装置开始正常运转，每次液面降低到触发液面报警器报警后，自动化控制模块会立即将所有阀门逆转，装置开始又一轮的发电。

Claims (7)

1.一种高效利用空气热能发电的装置，其特征在于，在无气体压缩机参与的情况下，利用风扇式热交换器将液体与大气热能进行充分交换从而产生饱和蒸气压力，再用水蒸发冷却方式使上述液体中的某部分降温，致使液体内部产生压差用以发电的方法。

2.按照权利要求1所述的一种高效利用空气热能发电的装置，其特征在于，必须是创造密闭环境和条件，通过巧妙的设备和管路连接，利用液体饱和蒸气压力中温度与压力的变化关系来制造压差用以发电。

3.按照权利要求1所述的一种高效利用空气热能发电的装置，其特征在于，该液体在一个标准大气压强的情况下沸点处于零上100摄氏度至零下272摄氏度之间。

4.按照权利要求1所述的一种高效利用空气热能发电的装置，其特征在于，必须是通过液体的气化和液化回收两个环节来完成整个发电过程的再循环，从而具有经济性、实用性。

5.按照权利要求1所述的一种高效利用空气热能发电的装置，其特征在于，必须是采用水蒸发冷却方式降温而非其他冷却方式，从而克服了液体回收所需能耗巨大的工艺难题，使得整个设备具有简单性、经济性、实用性。

6.按照权利要求1所述的一种高效利用空气热能发电的装置，其特征在于，必须是通过液压发电而不是气压发电，从而具有更高的转化效率，提高了经济性、实用性。

7.按照权利要求1所述的一种高效利用空气热能发电的装置，其特征在于，必须是采用风扇式热交换器从大气中采集热能转化为压力用以发电，由于风扇式热交换器的热交换量与风扇输入功率之间存在的巨大数值差距使得发电装置初始有足够的能量来应付之后的各环节损耗，从而使发电装置具备了经济性、实用性。