CN2844482Y

CN2844482Y - 温差双向热管传热汽流风轮发电装置

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Publication number: CN2844482Y
Application number: CN 200420150446
Authority: CN
Inventors: 徐宝安
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2014-09-02

Abstract

温差双向热管传热汽流风轮发电装置，由封闭外壳、换热器、相变换热介质泵、布液装置、风轮发电机、电器控制装置、相变换热介质、保温材料等组成。热管封闭外壳内安装有一个低位换热器，至少安装有一个高位换热器，封闭外壳容腔抽真空后充注有相变换热介质，在温差双向热管传热汽流风轮发电装置封闭外壳的非换热面上安装包裹有保温材料，相变介质循环泵入口安置于温差双向热管传热汽流风轮发电装置封闭外壳下端的相变换热介质内，出口通过管道与布液装置连接，相变换热介质泵通过热管内的电器装置进行控制，换热器的管壁上附有便于导热和蓄液的毛吸材料，相变换热介质沿热管管壁或沿管道自然下流布液。风轮发电机安装于低位换热器之上。

Description

温差双向热管传热汽流风轮发电装置

所属技术领域

本实用新型涉及一种温差双向热管传热汽流风轮发电装置，属于新能源领域。

背景技术

目前，公知的利用地热和海水温差进行发电的地热和海洋温差发电引起了各国的关注。其优点是，几乎不会排放二氧化碳。海洋温差发电有可能成为解决全球变暖和污染这些21世纪最大环境问题的有效手段。尽管面临高成本等许多问题，但海洋温差发电作为下一代能源引人注目。

在赤道地区，接近海面的表面海水温度在太阳照射下高达近30摄氏度，而水深数百米的深层海水温度是5~10度。海洋温差发电就是利用这一温差进行的。据有关报导，位于北纬40度--南纬40度的100个国家和地区都可以进行海洋温差发电。海洋温差发电是利用氨和水的混合液。与水的100度相比，氨水的沸点是33度，容易沸腾。借助表面海水的热量，利用蒸发器使水沸腾，用氨蒸汽带动涡轮机。氨蒸汽会被深层海水冷却，重新变成液体。在这一往返过程中，可以依次将海水的温差变成电力。其它温差低温发电装置如地热发电、废热发电、太阳能发电等也是利用这一原理。然而，此种方式系统复杂，密封要求严格，造价高，关键是其维持系统运行自耗能大，对于原本发电效率就低的温差发电系统其经济性更为不佳。因此，限制了其发展。

发明内容

为了克服现有温差发电系统的不足，本实用新型发明了一种温差双向热管传热汽流风轮发电装置。利用相变气体介质在汽液共存状态下存在温差便产生蒸发和冷凝的现象，利用蒸发段和冷凝段的温度、压力差，在管腔内形成高速运动的气流，推动气流涡轮发电机运转发电。同时，利用封闭热管管腔内的高气压，将在深水中冷凝的液体用极小的能量提升到热管的蒸发段进行布液，最大限度的减少了介质提升系统的能耗，实现了装置的双向发电。同时，利用换热器上安装的热虹吸导流装置，使冷水被加热后比重变轻上升与热虹吸导流器之外的冷水形成静压差，迅速上升，使原本温暖的热水放热后比重增大与导流器外面的介质形成静压差，迅速下降，实现了热虹吸对流冷却，使发电系统自耗能量减少到最小。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：温差双向热管传热汽流风轮发电装置，由封闭外壳、换热器、相变换热介质泵、布液装置、电器控制装置、相变换热介质、保温材料等组成。热管封闭外壳内安装有一个低位换热器，至少安装有一个高位换热器，封闭外壳容腔抽真空后充注相变换热介质。在温差双向热管传热汽流风轮发电装置封闭外壳的非换热面上安装包裹有保温材料。相变介质循环泵入口安置于温差双向热管传热汽流风轮发电装置封闭外壳下端的相变换热介质内，出口通过管道与布液装置连接。相变换热介质泵通过热管内的电器控制装置进行控制。换热器的管壁上附有便于导热、增加其换热面积和蓄液的毛吸材料。布液装置对应安装于至少一个高位换热器之上，相变换热介质沿热管管壁或沿管道自然下流布液。

温差双向热管传热汽流风轮发电装置利用了相变换热介质是靠液体在蒸发段蒸发吸热体积膨胀，压力温度升高；在冷凝段放热冷凝体积缩小，压力温度降低这一特点，将不能自然流到蒸发段蒸发吸热的相变换热介质通过相变换热介质泵传输上去，并通过布液装置均匀布液使其在蒸发段蒸发吸热变成体积膨胀，压力温度升高的蒸汽，迅速扩散到冷凝段使其放热冷凝，体积缩小，压力温度降低变成液体。这样就实现了热管自然和强制双向传热。

为了使温差双向热管传热汽流风轮发电装置布液更加充分，相变换热介质泵的管道上，与上置换热器末级布液盘之间或连接有喷射吸液装置。

为了使温差双向热管传热汽流风轮发电装置的冷热通过热管更方便的倒出，上下换热器之间可设有中间换热器，中间换热器上设有布液装置。对于上置换热器来讲可视为下置换热器，对于下置换热器来讲可视为上置换热器，因其具有与上置换热器相同的布液装置，能够实现温差双向热管传热汽流风轮发电装置的互补供冷蓄冷，供热蓄热，便于温差双向热管传热汽流风轮发电装置的安装。其相变换热介质通过控制阀门的切换控制上置换热器与中置换热器之间的相变换热介质分配。

装置内设有温度、压力、液位自动控制装置，相变换热介质泵通过电器控制装置控制。

温差双向热管传热汽流风轮发电装置的换热器的另一侧设有传热介质入口、出口，或上布液口，下引出口和气体排出口；或换热器为常规热管。

相变换热介质或沿热管管壁自然下流布液，或沿管道下流布液，相变换热介质或为水、氨、丙酮及其它相变介质。换热器的另一侧设有传热介质入口、出口，或上布液口，下引出口和气体排出口。温差双向热管传热汽流风轮发电装置可以和现有的各种空调装置连接组合。可以作为地源热泵，水源热泵和自然的蓄冷蓄热装置。

温差双向热管传热汽流风轮发电装置布液装置或为喷淋装置，或为闭环溢流管槽，或为毛吸蓄液布液网条，或为布满溢流孔的毛吸蓄液淋液托盘。布液装置使换热器换热管的表面均匀分布滞留有相变换热介质。这样使相变换热介质通过重力和毛吸的共同作用，实现其布液均匀，传热迅速的效果。

温差双向热管传热汽流风轮发电装置换热器的换热面或为封闭外壳的壳壁，或为安装密封于封闭外壳壳壁上的安装有导热翅片和毛吸材料的常规热管，常规热管的另一端或为密封套压力平衡安装。或为封闭外壳壳壁上的安装有导热封闭套管，常规热管或为水平安装。这种装置为相对于换热介质低容量的热管，其内部配装有常规小容量的相变换热介质泵。

温差双向热管传热汽流风轮发电装置换热器的换热面或为安装于封闭外壳内的换热管，其上设有热膨胀吸收装置。其目的是通过自由端或形变膨胀吸收波纹板或平面波纹吸收板吸收热热器热胀冷缩所产生的应力。温差双向热管传热汽流风轮发电装置换热器的换热面或为安装于封闭外壳壁上带翅片的换热管，换热管互为相通，在热管管腔内与布液装置连接，换热管的外侧端头上设有热虹吸助循环装置，热虹吸助循环装置可上下伸缩。或为有一定强度的一端连接在换热器上，另一端下沉或漂浮于水中的管。此装置常用于存在温差并有一定深度的水中使用。

本实用新型的有益效果是，在热管的不同位置存在温差时，可以实现热能的双向传输和温差双向热管传热汽流涡轮发电。温差双向热管传热汽流风轮发电装置可以广泛用于空调机的蓄冷蓄热发电、太阳能应用发电，水源温差发电，地热和海水温差发电，实现以低的成本，解决温差发电问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

图1为温差双向热管传热汽流风轮发电装置结构原理图；

图2为带吸液喷射器的温差双向热管传热汽流风轮发电装置结构原理图；

图3为设有中置换热器的温差双向热管传热汽流风轮发电装置结构原理图；

图4为设有中置换热器带喷射器的温差双向热管传热汽流风轮发电装置结构原理图；

图5为换热器带有热膨胀应力吸收装置热交换侧为变相介质的温差双向热管传热汽流风轮发电装置结构原理图；

图6为换热器带有热膨胀应力吸收装置热交换侧为变相介质的、带吸液喷射器的温差双向热管传热汽流风轮发电装置结构原理图；

图7为换热器带有热膨胀应力吸收装置热交换侧为变相介质的、设有中置换热器的温差双向热管传热汽流风轮发电装置结构原理图；

图8为换热器带有热膨胀应力吸收装置热交换侧为变相介质的、设有中置换热器的、带吸液喷射器的温差双向热管传热汽流风轮发电装置结构原理图；

图9为换热器为翅片管上安装有热虹吸导流器的温差双向热管传热汽流风轮发电装置结构原理图；

图10为带有热膨胀应力吸收装置热交换侧为变相介质的上置换热器、下置换热器为翅片管上安装有热虹吸导流器的温差双向热管传热汽流风轮发电装置结构原理图；

图11为带有热膨胀应力吸收装置热交换侧为变相介质的上置换热器、中置换热器和下置换热器为翅片管上安装有热虹吸导流器的温差双向热管传热汽流风轮发电装置结构原理图；

图12为换热器是常规热管翅片上安装有热虹吸导流器的温差双向热管传热汽流风轮发电装置结构原理图；

图13为带有热膨胀应力吸收装置热交换侧为变相介质的上置换热器、下置换热器为常规热管翅片管上安装有热虹吸导流器的温差双向热管传热汽流风轮发电装置结构原理图；

图14为带有热膨胀应力吸收装置热交换侧为变相介质的上置换热器、中置换热器和下置换热器为常规热管翅片管上安装有热虹吸导流器的温差双向热管传热汽流风轮发电装置结构原理图。

图中：1相变换热介质、2换热器换热介质输入管、3下置换热器、4换热器介质出口、5双向换热热管管腔、6测量元件、7风轮机、8汽体节流装置、9发电机、10保温材料、11毛吸蓄液盘、12上置换热器、13上置换热器布液装置、14下置蓄液槽、15汇流管、16布液装置控制阀、17电器控制装置、18输液管、19下置换热器、20相变换热介质泵、21吸液喷射器、22吸液管、23浮球控制器、24中置换热器、25中置换热器布液装置、26换热器相变介质排气口、27毛吸蓄液管、28膨胀应力吸收器、29换热管出气口、30热虹吸循环导流器、31压力平衡吸盘密封套、32导热毛吸材料、33压力平衡吸盘密封套毛吸材料支撑架、34伸缩热虹吸管

具体实施方式

在图1中：当温差双向热管传热汽流风轮发电装置的下置换热器3为蒸发段、上置换热器12为冷凝段，温差双向热管传热汽流风轮发电装置为被动式热管，无须外加动力，可通过重力的作用，使在上置换热器12上冷凝的相变换热介质1汇流于下置蓄液槽14，通过汇流管15回流下置换热器3的下置换热器布液装置19布液，实现热的传导，此连接安装方式，或以避免下降的相变换热介质与上升的汽流相互影响。在此过程中，通入下置换热器3内的介质被冷却，通过上置换热器12内的介质被加热。当下置换热器3为冷凝段，上置换热器11为蒸发段时，冷凝的相变换热介质1汇积于热管的下端，通过相变换热介质泵20将相变换热介质1泵入布液装置13进行喷淋布液，液体通过上置换热器12加热蒸发变为汽体，体积增大，压力升高，温度升高，汽体经设在热管内的节流装置8节流，节流后推动设于节流装置内的风轮机7，风轮机7带动发电机9发电，实现热管的热汽流发电过程。汽体通过双向换热热管管腔5扩散到下置换热器3侧，在下置换热器3上冷凝为液体，体积缩小，压力、温度降低，构成强迫循环。在此过程中，下置换热器3内流淌的介质被加热，上置换热器12内流淌的介质被冷却。

在图2中：其自然循环的工作状况等同于图1，其被动工作状况为相变换热介质泵20将相变换热介质1泵入到布液装置13的过程中，吸液管22将下置蓄液槽14内汇积的相变换热介质1抽吸，通过吸液喷射器21抽出，经布液装置13布液，可以增大上置换热器12的循环量，使上置换热器12布液更加充分、均匀，提高其换热效率。

在图3中：当温差双向热管传热汽流风轮发电装置的下置换热器3为蒸发段、上置换热器12为冷凝段，中置换热器24为冷凝段或蒸发段。其工作流程等同于图1。

在图4中：当温差双向热管传热汽流风轮发电装置的下置换热器3为蒸发段、上置换热器12为冷凝段，中置换热器24为冷凝段或蒸发段。其工作流程等同于图2。

在图5中：温差双向热管传热汽流风轮发电装置的下置换热器3、上置换热器11带有热膨胀应力吸收装置。其工作流程等同于图1。

在图6中：温差双向热管传热汽流风轮发电装置的下置换热器3、上置换热器11带有热膨胀应力吸收装置，且带有吸液喷射器13。其工作流程等同于图2。

在图7中：温差双向热管传热汽流风轮发电装置的下置换热器3、上置换热器11、中置换热器24带有热膨胀应力吸收装置。其工作流程等同于图1。

在图8中：温差双向热管传热汽流风轮发电装置的下置换热器3、上置换热器11、中置换热器20带有热膨胀应力吸收装置，且带有吸液喷射器13。其工作流程等同于图2。

在图9中：温差双向热管传热汽流风轮发电装置的下置换热器3、上置换热器11翅片管上安装有热虹吸导流器。其工作流程等同于图1。

在图10中：温差双向热管传热汽流风轮发电装置的下置换热器3翅片管上安装有热虹吸导流器、上置换热器11带有热膨胀应力吸收装置，其工作流程等同于图1。

在图11中：温差双向热管传热汽流风轮发电装置的下置换热器3翅片管上安装有热虹吸导流器、上置换热器11、中置换热器24带有热膨胀应力吸收装置。其工作流程等同于图1。

在图12中：温差双向热管传热汽流风轮发电装置的换热器为常规热管翅片上安装有热虹吸导流器与温差双向热管传热汽流风轮发电装置换热器结合。其工作流程等同于图1。

在图13中：温差双向热管传热汽流风轮发电装置上置换热器24带有热膨胀应力吸收装置热交换侧为变相介质、下置换热器3为常规热管翅片管上安装有热虹吸导流器。其工作流程等同于图1。

在图14中：温差双向热管传热汽流风轮发电装置的上置换热器11、中置换热器20带有热膨胀应力吸收装置热交换侧为变相介质、下置换热器3为常规热管翅片管上安装有热虹吸导流器。其工作流程等同于图4。

Claims

1.温差双向热管传热汽流风轮发电装置，由封闭外壳、换热器、相变换热介质泵、布液装置、风轮发电机、电器控制装置、相变换热介质、保温材料组成，其特征是：热管封闭外壳内安装有一个低位换热器，至少安装有一个高位换热器，封闭外壳容腔抽真空后充注有相变换热介质，在温差双向热管传热汽流风轮发电装置封闭外壳的非换热面上安装包裹有保温材料，相变介质循环泵入口安置于温差双向热管传热汽流风轮发电装置封闭外壳下端的相变换热介质内，出口通过管道与布液装置连接，相变换热介质泵通过热管内的电器控制装置进行控制，换热器的管壁上附有便于导热、增加其换热面积和蓄液的毛吸材料，布液装置对应安装于至少一个高位换热器之上，相变换热介质沿热管管壁或沿管道自然下流布液；风轮发电机安装于低位换热器之上。

2.根据权利要求1所述的温差双向热管传热汽流风轮发电装置，其特征是：相变换热介质泵的管道上，与上置换热器末级布液盘之间或连接有喷射吸液装置。

3.根据权利要求1所述的温差双向热管传热汽流风轮发电装置，其特征是：上下换热器之间可设有中间换热器，相变换热介质通过控制阀门的切换控制上置换热器与中置换热器之间的相变换热介质分配。

4.根据权利要求1所述的温差双向热管传热汽流风轮发电装置，其特征是：装置内设有温度、压力、液位自动控制装置，相变换热介质泵通过电器控制装置控制。

5.根据权利要求1所述的温差双向热管传热汽流风轮发电装置，其特征是：换热器的另一侧设有传热介质入口、出口，或上布液口，下引出口和气体排出口，或换热器为常规热管。

6.根据权利要求1所述的温差双向热管传热汽流风轮发电装置，其特征是：相变换热介质或为水、氨、丙酮、氟利昂。

7.根据权利要求1所述的温差双向热管传热汽流风轮发电装置，其特征是：布液装置或为喷淋装置，或为闭环溢流管槽，或为毛吸蓄液布液网条，或为布满溢流孔的毛吸蓄液淋液托盘，布液装置使换热器换热管的表面均匀分布滞留有相变换热介质。

8.根据权利要求1所述的温差双向热管传热汽流风轮发电装置，其特征是：换热器的换热面或为封闭外壳的壳壁，或为安装密封于封闭外壳壳壁上的安装有导热翅片和毛吸材料的常规热管，常规热管的另一端或为密封套压力平衡安装；或为封闭外壳壳壁上的安装有导热封闭套管，常规热管或为水平安装；换热器的换热面或为安装于封闭外壳内的换热管，其上设有热膨胀吸收装置；换热器的换热面或为安装于封闭外壳壁上带翅片的换热管，换热管互为相通，在热管管腔内与布液装置连接，换热管的外侧端头上设有热虹吸助循环装置，热虹吸助循环装置可上下伸缩；或为一端连接在换热器上，另一端下沉或漂浮于水中的管。