CN108757069B - 气液两相流重力热机 - Google Patents
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Abstract
气液两相流重力热机，包括液压马达及与液压马达连接的发电机，所述液压马达进液口的冷侧管道内和出液口的热侧管道内分别为能够形成压差的液态流体和气液两相流体，液态流体和气液两相流体具有不同密度。热侧管道连接气液分离器，热侧管道内的气液两相流体通过气液分离器分离后，液体进入冷侧管道内作为液态流体，液态流体通过液压马达后加热形成气液两相流体，形成流体循环。
Description
技术领域
本发明属于发电领域，具体涉及一种重力热机，尤其涉及一种气液两相流重力热机。
背景技术
有一类热机，利用热侧流体热膨胀，密度降低流体上升，冷测流体密度升高下行，管道底部设置发电装置，利用流体压差发电，构成重力热机。如太阳能烟囱效应发电，以空气作为工质利用风力发电机发电。专利cn201710561335.4以液体作为工质，利用水轮机发电。上述热机特点是膨胀功在流体上升过程中转化为流体的重力势能，由重力势能再转化为机械能，由于上述特点产生了一个区别于其它热机的优点，既做功机械工作温度与高温工质的温度无关，可工作在较低温度下甚至常温下，无需高温运动部件。上述热机的缺点是受塔高限制流量比功率很低，效率较低，无法商业应用。
发明内容
本发明提供一种在有限的塔高下能够产生压差的气液两相流热机，以解决现有技术存在的问题。
本发明采用以下技术方案：
气液两相流重力热机，包括液压马达及与液压马达连接的发电机，所述液压马达进液口的冷侧管道内和出液口的热侧管道内分别为能够形成压差的液态流体和气液两相流体，液态流体和气液两相流体具有不同密度。
热侧管道连接气液分离器，热侧管道内的气液两相流体通过气液分离器分离后，液体进入冷侧管道内作为液态流体，液态流体通过液压马达后加热形成气液两相流体，形成流体循环。
热侧管道内经过加热的气液两相流经过气液分离器后，气体通过冷凝器进行冷凝。
液压马达出液口连接加热器，冷侧管道的液态流体通过液压马达的进液口到达出液口后，通过加热形成气液两相流体进入热侧管道形成流体循环。
热侧管道内的液态流体添加低沸点工质后加热形成气液两相流体，气液两相流体通过气液分离器进行气液分离，分离后的液体进入到冷侧管道中作为液态流体，分离后的气体冷凝后进入到液压马达出液口后部，低沸点工质与液态流体加热后重新形成气液两相流体重新进入到热侧管道内形成流体循环。
气液两相流体中的气体冷凝后通过旁路的低沸点工质管进入到液压马达出液口后部；
液压马达出液口后部的低沸点工质加热后与液态流体形成气液两相流体进入到热侧管道中；
或者
液压马达出液口后部的低沸点工质与液态流体混合后加热，加热后的气液两相流体进入到热侧管道中。
将加热后的压缩空气注入到液压马达出液口的液态流体中形成气液两相流体进入到热侧管道，热侧管道内的气液两相流体通过气液分离器后，液体进入冷侧管道重新形成循环，气体排出外部。
所述冷凝器处和液压马达出液口处均设置回热器，冷凝器处的回热器吸收冷凝器的热量换热给液压马达出液口处的回热器，回热器后部连接加热器。
一种废水处理发电一体化气液两相流重力热机，包括上述的重力热机，其中冷侧管道、热侧管道、液压马达形成的流体循环中注入有机废水作为液态流体，液压马达出液口注入加热的氧化剂后进入到液态流体中反应后形成气液两相流体进入热侧管道，热侧管道的气液两相流体经过气液分离器后，气体排出外部，液体作为液态流体进入流体循环和/或排出外部。
所述氧化剂为压缩空气。
本发明的有益效果：
本发明热侧为含有大量气泡的气液两相流体，热侧综合密度很低，冷测为液相，密度较高，使得在有限的塔高下产生较高的压力差，提高了比功率，热侧汽液两相流中的气体在上升的过程中持续膨胀，膨胀过程中从周围的液体中吸收热能，为准等温膨胀，气体在汽液两相流中有很高的膨胀比，相比汽轮机和燃气轮机省去了多级透平，降低了设备的制造难度，相比活塞式热气机和内燃机间歇式进排气，本装置压缩与膨胀分离，为连续进气和连续排气，可以像燃气轮机一样设置回热器，等温膨胀结束后的高温气体所所携带的热能经回热换热器及预热换热器进行循环利用，进一步提高热机效率，此装置与湿式氧化法有机废水处理耦合，可实现废水处理发电一体化，减少设备投入。
附图说明
图1为斯特林循环的重力热机示意图。
图2为朗肯循环的重力热机示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
一种气液两相流重力热机，包括液压马达4，液压马达4连接发电机进行发电。该液压马达泛指使用夜里进行发电的装置，例如现有的液压马达、水轮机等。本发明中，液压马达的进液口侧连接冷侧管道3，出液口侧连接热测管道1，冷侧管道3和热测管道1内分别注入液态流体和气液两相流体，液态流体和气液两相流体具有不同的密度，使它们之间具有压差，该压差催动液压马达工作，然后液压马达连接发电机进行发电。
本发明在液压马达两侧注入具有不同密度的流体，通过密度不同的流体造成压差，而密度不同的流体形成压差不需要热测管道和冷侧管道具有较高的高度即可达到，因此更加易于实现和实际应用。
本发明可设置气液分离器2，此时，热测管道内的气液两相流为高温的流体，高温的气液两相流体通过设置在热测管道上部的气液分离器2，通过气液分离器2分离后，液体进入冷侧管道内作为液态流体，液态流体通过液压马达后加热形成气液两相流体，形成流体循环，而气体可根据不同情况做不同处理，例如重新冷却为液体进入液态流体-气液两相流体的循环，或者排出到外部空间中。
当气体需要冷凝后重新进入循环时，需要设置冷凝器6，将气体冷凝为液体后再进入循环；或者根据需要将气体冷凝为液体或者低温地体后排出到外部空间。
本发明还可在液压马达出液口后部设置加热器5，用于将冷侧管道通通过液压马达出液口的液态流体变为气体后降低其密度，并使之进入到热侧管道中。而根据不同的情况和选择，加热器可设置为对气体加热膨胀然后与液态流体混合型成气液两相流体；或者可设置为对液态流体和气体混合后的流体加热膨胀后形成密度更低的流体；也可选择对低沸点的液态工质加热后形成气体然后与液态流体加热形成气液两相流体；或者对低沸点液态工质和液态流体的混合体加热形成低密度的气液两相流体。
如图所示，热测管道可包括直径较粗的热流体塔1，便于存储体积较大的气液两相流体。
根据液态流体和气液两相流体的来源、形成过程等的不同，本发明可具有多种不同的实施方式。
作为一种实施方式，可选择低沸点工质作为产生汽相的液体，例如氟利昂，而作为液态流体的液相工质可选择高沸点的液体，低沸点工质能够溶解在液相工质中。此时，可在热侧管道顶部的冷凝器6与底部的加热器5之间连接旁路的低沸点工质管9，低沸点工质管9内的低沸点工质通过加热器5后加热汽化升温膨胀，汽化的气体与从液压马达出液口流出的液态流体混合形成气液两相流体后密度降低，气液两相流体进入到热测管道1内后上升，上升过程中压力降低继续膨胀，然后进入到气液分离器中进行分离，液体直接进入到冷侧管道3内作为液态流体进入循环，而气体则进入冷凝器6中冷凝，冷凝后的低沸点工质通过低沸点工质管9进入到加热器5前端，再次进行加热膨胀汽化，形成循环。低沸点工质的热力循环为朗肯循环。
上述的气液两相流体中的气体冷凝后通过旁路的低沸点工质管进入到液压马达出液口后部后，液压马达出液口后部的低沸点工质加热后与液态流体形成气液两相流体进入到热侧管道中或者液压马达出液口后部的低沸点工质与液态流体混合后加热，加热后的气液两相流体进入到热侧管道中。即加热对象不固定。
作为另一种实施方式，本发明在加热器5的前端注入压缩空气，压缩空气在加热器5中受热膨胀，与液态流体混合后继续上升膨胀，达到气液分离器后，通过气液分离器进行气液的分离，分离的气体可直接排处到大气中，也可通过换热器后转换为液体或者低温空气再排到外部空间中，回收预热提高效率，降低能源浪费，此空气循环为斯特林热气机循环。
冷凝器6处和液压马达4出液口处均可设置回热器，用于回收热量并对进入加热器的液体或者气体或者气液混合体进行预热后再进入加热器进行加热，设置在液压马达出液口后部的回热器可选择为预热器7，冷凝器6处的回热器回收热量的介质，通过连接冷凝器6处和预热器7处的换热介质管10对需要加热的介质（例如压缩空气、低沸点工质等）进行换热后，重新回到冷凝器6处进行加热，形成换热循环，对热量进行回收利用，提高热效率，降低能源消耗。
本发明还提供一种有机废水处理发电一体化气液两相流重力热机，该重力热机的冷侧管道、热侧管道、液压马达形成的流体循环中注入有机废水作为液态流体，液压马达出液口注入加热的氧化剂（如压缩空气）后进入到液态流体中反应后形成气液两相流体进入热侧管道，热侧管道的气液两相流体经过气液分离器后，气体排出外部，液体作为液态流体进入流体循环和/或排出外部。
上述的压缩空气中的氧气在150-500度的温度下，在较高的压力下与有机废水中的有机物发生湿式氧化反应，释放热量，降解有机物，产生烟气与水蒸气，形成气液两相流，塔顶经气液分离，冷凝，废气排入大气，液体循环发电，同时副产有机酸，有机酸可排除外部，此种有机废水处理方法也称为水热氧化法，此热力循环的本质是由内燃机循环与朗肯循环组成的混合循环。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.气液两相流重力热机，其特征在于：
包括液压马达及与液压马达连接的发电机，所述液压马达进液口的冷侧管道内和出液口的热侧管道内分别为能够形成压差的液态流体和气液两相流体，液态流体和气液两相流体具有不同密度；
热侧管道连接气液分离器，热侧管道内的气液两相流体通过气液分离器分离后，液体进入冷侧管道内作为液态流体，液态流体通过液压马达后加热形成气液两相流体，形成流体循环；
热侧管道内经过加热的气液两相流经过气液分离器后，气体通过冷凝器进行冷凝；
液压马达出液口连接加热器，冷侧管道的液态流体通过液压马达的进液口到达出液口后，通过加热形成气液两相流体进入热侧管道形成流体循环；
热侧管道内的液态流体添加低沸点工质后加热形成气液两相流体，气液两相流体通过气液分离器进行气液分离，分离后的液体进入到冷侧管道中作为液态流体，分离后的气体冷凝后进入到液压马达出液口后部，低沸点工质与液态流体加热后重新形成气液两相流体重新进入到热侧管道内形成流体循环；
所述冷凝器处和液压马达出液口处均设置回热器，冷凝器处的回热器吸收冷凝器的热量换热给液压马达出液口处的回热器，回热器后部连接加热器。
2.根据权利要求1所述的气液两相流重力热机，其特征在于：
气液两相流体中的气体冷凝后通过旁路的低沸点工质管进入到液压马达出液口后部；
液压马达出液口后部的低沸点工质加热后与液态流体形成气液两相流体进入到热侧管道中；
或者
液压马达出液口后部的低沸点工质与液态流体混合后加热，加热后的气液两相流体进入到热侧管道中。
3.根据权利要求1所述的气液两相流重力热机，其特征在于：将加热后的压缩空气注入到液压马达出液口的液态流体中形成气液两相流体进入到热侧管道，热侧管道内的气液两相流体通过气液分离器后，液体进入冷侧管道重新形成循环，气体排出外部。
4.一种废水处理发电一体化气液两相流重力热机，包括权利要求1所述的气液两相流重力热机，其特征在于：
冷侧管道、热侧管道、液压马达形成的流体循环中注入有机废水作为液态流体，液压马达出液口注入加热的氧化剂后进入到液态流体中反应后形成气液两相流体进入热侧管道，热侧管道的气液两相流体经过气液分离器后，气体排出外部，液体作为液态流体进入流体循环和/或排出外部。
5.根据权利要求4所述的一种废水处理发电一体化气液两相流重力热机，其特征在于：
所述氧化剂为压缩空气。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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