一種新型能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括兩兩相連的一熱量集聚機構(gòu)、一能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)、一降溫液化機構(gòu)和一工質(zhì)循環(huán)機構(gòu)，整個系統(tǒng)符合熱機朗肯循環(huán)體系工作原理和熱力學(xué)第二定律。其中：所述熱量集聚機構(gòu)，利用氣液相聯(lián)合熱量交換部件技術(shù)集聚、轉(zhuǎn)移自然環(huán)境熱源或人工環(huán)境熱源中的熱量至工質(zhì)；所述降溫液化機構(gòu)，利用一種強制式冷凝器技術(shù)實現(xiàn)工質(zhì)尾氣的有效散熱和液化；所述工質(zhì)循環(huán)機構(gòu)，利用工質(zhì)泵和儲液罐，提供工質(zhì)在封閉體系內(nèi)周而復(fù)始的循環(huán)運動可能性；所述能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)，利用能量轉(zhuǎn)換組合部件，使進入機構(gòu)內(nèi)的工質(zhì)氣流熱能轉(zhuǎn)換為機械能，或進而轉(zhuǎn)換為電能。本發(fā)明提供了一種改進的、創(chuàng)新的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，可以利用并不限于各種低品位熱能，并使這種低品位熱能轉(zhuǎn)變成機械動力做功，連接上發(fā)電機就是一種新型的發(fā)電系統(tǒng)。
【專利說明】一種新型能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
:
[0001]本發(fā)明涉及一種新型能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
:
[0002]隨著世界能源資源的緊缺、環(huán)境污染的加劇，人們注意并意識到如何開發(fā)利用自然界空間、水域中實際上存在著的數(shù)量巨大的低品位熱能。這種低品位熱能本質(zhì)上就是太陽輻射給予地球的熱量，因此取之不盡、用之不竭，最具綠色、清潔、環(huán)保和可再生循環(huán)。目前世界各國競相投資、全力角逐，企圖在開發(fā)利用海洋低品位熱能發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】中取得領(lǐng)先地位，這就大大推動了海洋低品位熱能發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，使這種發(fā)電技術(shù)已具商業(yè)化價值。
[0003]然而現(xiàn)有的海洋低品位熱能發(fā)電技術(shù)還存在著以下較明顯的缺陷:
[0004](I)海洋中不可避免的狂風(fēng)巨浪要求這種發(fā)電設(shè)備、電站廠房的安全系數(shù)必須提聞，因此如期投資成本提聞;
[0005](2)海水中幾乎含有自然界的一切元素，因此海水構(gòu)成對設(shè)備的不可避免的嚴重侵蝕，致使投資設(shè)備的預(yù)期使用周期大大縮短，表現(xiàn)在維修成本提高；
[0006](3)為獲取海洋表層或深層的水源，不僅深潛海下1000米左右的管道固定施工作業(yè)極不容易，風(fēng)險大且成本高，而且利用兩個大功率抽水機系統(tǒng)的自身耗電占取了該系統(tǒng)發(fā)電量的很大部分，因此使整個系統(tǒng)發(fā)電效率明顯降低，表現(xiàn)在單位電量成本上升；
[0007](4)季節(jié)交替，海水表層溫度降低將使這種發(fā)電方式難以維持，雖有利用太陽能、風(fēng)能組合的補救設(shè)想，但未見得時時有效，因此該類發(fā)電系統(tǒng)一年中或一天中的發(fā)電效率波動較大、較不穩(wěn)定；若不考慮儲熱設(shè)施，甚至可能形成間歇或停發(fā)電事件。
[0008]故此我們清楚地知道，國內(nèi)外實際上已經(jīng)有利用海洋低品位熱能的發(fā)電技術(shù)，也有利用380?90°C范圍內(nèi)的工廠余熱的發(fā)電技術(shù)，更有利用高溫地?zé)峋疅崮艿陌l(fā)電技術(shù)等等，但迄今為止我們尚未聞知有關(guān)利用內(nèi)陸河水或空氣的低品位熱能發(fā)電技術(shù)，或稱“超低溫發(fā)電技術(shù)”的實際應(yīng)用報道——關(guān)鍵問題就在于以內(nèi)陸常溫環(huán)境為熱源時，人們幾乎找不到以海深1000米下冷水(4?5°C)作為熱井的對應(yīng)的合適的內(nèi)陸冷源，而通常以尾氣和熱井之間必須存在正向溫度梯度為條件的普通冷凝器的技術(shù)手段在此環(huán)境中完全失效，朗肯循環(huán)體系無法建立，因此長期以來人們無法把海洋低品位熱能發(fā)電技術(shù)直接移植到內(nèi)陸常溫環(huán)境中。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0009]針對上述問題，本發(fā)明提供了一種改進的、創(chuàng)新的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，可以利用低品位熱能，包括自然環(huán)境的或人為環(huán)境的，并使這種低品位熱能轉(zhuǎn)變成機械動力做功，連接上發(fā)電機就是一種新型的發(fā)電系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案為，包括兩兩相連的一熱量集聚機構(gòu)、一能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)、一降溫液化機構(gòu)和一工質(zhì)循環(huán)機構(gòu)，整個系統(tǒng)符合熱機朗肯循環(huán)體系工作原理和熱力學(xué)第二定律。其中:所述熱量集聚機構(gòu)，利用氣液相聯(lián)合熱量交換部件技術(shù)集聚自然環(huán)境熱源或人工環(huán)境熱源中的熱量，使轉(zhuǎn)移到工質(zhì)中；所述降溫液化機構(gòu)，利用一種強制式冷凝器技術(shù)實現(xiàn)工質(zhì)尾氣的有效散熱和液化；所述工質(zhì)循環(huán)機構(gòu)，利用工質(zhì)泵和儲液罐，提供工質(zhì)在封閉體系內(nèi)周而復(fù)始的循環(huán)可能性；所述能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)，利用能量轉(zhuǎn)換組合部件，使進入機構(gòu)的工質(zhì)氣流熱能轉(zhuǎn)換為機械能，或進而轉(zhuǎn)換為電能。
[0011]比較好的是，所述熱量集聚機構(gòu)包括并不限于第一傳感器和用若干管道順序連接的進液閥、液相換熱器、止回閥、電子膨脹閥、進氣閥、氣相換熱器、出氣閥以及在某些應(yīng)用場合并非必需的熱交換體系的進水(氣)電子調(diào)節(jié)閥。所述能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)包括并不限于第二傳感器和用若干管道順序連接的止回閥、進氣閥、噴嘴、氣動部件，出氣閥以及發(fā)電機。所述降溫液化機構(gòu)包括并不限于第三傳感器和用若干管道順序連接的進氣閥、強制式冷凝器、輸液閥。所述工質(zhì)循環(huán)機構(gòu)，包括并不限于第四傳感器和工質(zhì)泵輸液閥、工質(zhì)泵、工質(zhì)泵進液閥、儲液罐輸液閥、儲液罐和儲液罐進液閥。其中，所述熱量集聚機構(gòu)的出氣閥和所述能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)的氣動部件進氣閥通過管道相連，所述能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)的出氣閥與所述降溫液化機構(gòu)的進氣閥通過管道相連，所述熱量集聚機構(gòu)的進液閥與工質(zhì)泵輸液閥通過管道相連，所述降溫液化機構(gòu)的輸液閥與儲液罐進液閥通過管道相連，工質(zhì)泵進液閥又與儲液罐輸液閥通過管道相連。
[0012]比較好的是，所述選取的工質(zhì)物性符合以下表達式:
[0013]LXM+C1XMX ΔΤ1 = C2XNX Δ T2
[0014]式中:L——工質(zhì)的相變(氣一液、液一氣)潛熱(kj/kg)；
[0015]M——排出的工質(zhì)尾氣質(zhì)量(kg)；
[0016]Cl——排出的工質(zhì)尾氣比熱(kj/kg.V )；
[0017]ΔΤ1——排出的工質(zhì)尾氣降溫液化后的溫度差值(V )；
[0018]N——接受工質(zhì)尾氣散熱的某氣體質(zhì)量(kg)；
[0019]C2——接受工質(zhì)尾氣散熱的某氣體比熱(kj/kg.V )；
[0020]Δ T2——接受工質(zhì)尾氣散熱的某氣體升溫后的溫度差值(V )。
[0021]若接受散熱的某氣體與工質(zhì)氣體的物性參數(shù)相同或相似，且等量(即Cl?C2 ;M ^ N)，則上述表達式可簡化為:
[0022]L/C1 = ΛΤ2 — ΛΤ1 或 ΛΤ2 = L/Cl+ΛΤΙ
[0023]當室溫環(huán)境(水或空氣)被視為“熱源”時，上述算式對工質(zhì)選擇是重要的，即L/Cl必須足夠大。
[0024]比較好的是，所述降溫液化機構(gòu)，利用一種強制式冷凝器技術(shù)，使具有一定能量的工質(zhì)尾氣本身在強制式冷凝器機構(gòu)內(nèi)或壓縮、或膨脹，在膨脹、壓縮過程中造成工質(zhì)尾氣分子之間和工質(zhì)尾氣分子與器壁之間的強烈摩擦做功而產(chǎn)生“高熱”，此“高熱”溫度量值大于環(huán)境(如某種氣體)溫度量值至少10°c，器壁外流動的氣體借此把“熱”從工質(zhì)尾氣中強行拆分、剝離、帶走，而失去“高熱”的工質(zhì)尾氣分子因此被降溫液化。所述強制式冷凝器包括并不限于經(jīng)過改進的螺桿膨脹壓縮機、透平膨脹壓縮機等能使工質(zhì)尾氣分子熱量獲得拆分、剝離、帶走的任何器械、部件，其形式可以是機械的、電子的、化學(xué)的。
[0025]比較好的是，所述第一、第二、第三、第四傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器的其中一種、二種或三種。
[0026]比較好的是，所述氣動部件包括常見的汽輪機、螺桿膨脹發(fā)動機、壓縮機氣缸、氣動馬達、外燃發(fā)動機(斯特林)等任何其他形式的氣動部件。
[0027]本發(fā)明系統(tǒng)的最大特點是，在通常的熱機循環(huán)體系中廢除了借助于尾氣和熱井之間必須存在正向溫度梯度為條件的普通冷凝器的技術(shù)手段，而采用尾氣或膨脹、或壓縮，分子間強烈摩擦做功發(fā)熱，熱被器壁外某種氣體拆分、剝離、帶走的強制式冷凝器技術(shù)。由于工質(zhì)物性參數(shù)L/C1足夠大，因此被拆分、剝離、帶走的“熱”的溫度量值高于外部環(huán)境或器壁外某種氣體的溫度量值，所以從能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)的氣動部件排出的工質(zhì)尾氣能很好地獲得散熱、液化，于是從自然環(huán)境或人為環(huán)境“熱源”中取得熱量并汽化、升溫升壓的工質(zhì)才能持續(xù)不斷地推動氣動部件轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(如果有轉(zhuǎn)子的話)，低品位熱能便這樣獲得轉(zhuǎn)換而發(fā)出電來。這種能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)不僅發(fā)電穩(wěn)定、可自動調(diào)控，而且不受季節(jié)交替、晝夜輪轉(zhuǎn)的環(huán)境溫度變化影響；具有建造成本低、運行成本也低，清潔環(huán)保、可循環(huán)再生，便于推廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]下面，參照附圖，對于熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員而言，從對本發(fā)明方法的詳細描述中，本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點將顯而易見。
[0029]圖1是本系統(tǒng)的主要機構(gòu)連接框圖。
[0030]圖2是在圖1基礎(chǔ)上的進一步的結(jié)構(gòu)框圖。
[0031]圖3是關(guān)于強制式冷凝器的工作原理圖。
[0032]我們都知道開爾文-普朗克對熱力學(xué)第二定律表述得非常簡潔明了，他們在作出正確判斷時聰明地避開了對從熱源吸熱后如何不使之全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ纳崾侄尾蛔鲈u述和說明，這為后人的發(fā)明留下了廣闊的創(chuàng)造空間，也是我們在本發(fā)電系統(tǒng)中獲得應(yīng)用的一個亮點。但是很長一段時間，直至目前，人們習(xí)慣于利用普通冷凝器技術(shù)作為等壓冷凝手段，并死板地奉為金科玉律，而不知道有強制式冷凝器技術(shù)。
[0033]強制式冷凝器是這樣一種裝置，它可以利用金屬結(jié)構(gòu)或非金屬結(jié)構(gòu)，外部可以是圓柱形或矩形，內(nèi)部進氣口可以旋轉(zhuǎn)或不旋轉(zhuǎn)，進出管道反之可以不旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的動力可借助工質(zhì)尾氣本身所具有的能量或利用功率合適的小型電機。尾氣進入強制式冷凝器后或壓縮、或膨脹，造成尾氣分子之間和尾氣分子與器壁之間強烈摩擦做功而產(chǎn)生高熱，器壁外流動的氣體借此把“熱”從尾氣中強行拆分、剝離、帶走，而失去“熱”的尾氣便獲得降溫液化，從而達到尾氣在經(jīng)過強制式冷凝器時又散熱又液化的作用。這與傳統(tǒng)火力發(fā)電技術(shù)或海洋低品位熱能發(fā)電技術(shù)慣用的以熱交換形式為特點的冷凝器達到的效果是相同的，但形式不同；明顯不同點在于通常以熱交換形式為特點的冷凝器，其尾氣溫度必須高于熱井、環(huán)境(水或空氣)溫度，必須有一個自然的溫度梯度，這樣“熱”就遵循熱力學(xué)第二定律指出的從高溫物體向低溫物體自發(fā)移動，“熱”被轉(zhuǎn)移到了熱井、常溫環(huán)境(水或空氣)，失去“熱”的尾氣自身被降溫液化；但強制式冷凝器利用其特有的機構(gòu)，必須使強行拆分、剝離出來的“熱”抬高到足以向外散熱的量值，即必須使T2彡T+10°C (T2——因摩擦而產(chǎn)生高熱的溫度量值；T——為接受散熱的氣體溫度量值或外環(huán)境溫度量值)，因此選擇的工質(zhì)必須要符合以下算式:LXM+C1XMX ΔΤ1 = C2XNX Λ T2，從而使原本看似與環(huán)境溫度間不存在自然的溫度梯度、不可能傳熱的狀態(tài)，出現(xiàn)了正向溫度梯度，使“熱”獲得順利轉(zhuǎn)移，失去“熱”的尾氣被降溫液化。

【具體實施方式】
[0034]本發(fā)明一種新型能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，由四大主要機構(gòu)組成:熱量集聚機構(gòu)1、能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)2、降溫液化機構(gòu)3和工質(zhì)循環(huán)機構(gòu)4。熱量集聚機構(gòu)I，利用了獨立或混合的氣液相聯(lián)合熱量交換的有效技術(shù)，集聚自然環(huán)境熱源或人工環(huán)境熱源中的熱量，并使轉(zhuǎn)移到工質(zhì)中，因此各種已知熱能都是它集聚的對象，如海洋、江河、湖泊、地?zé)峋母鞣N水源所含的熱能，我們周圍空氣中所含的熱能，太陽光所含的熱能，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的“余熱”熱能，以及石油、煤、天然氣、沼氣等燃燒所含的熱能等。降溫液化機構(gòu)3，主要利用了一種強制式冷凝器的有效技術(shù)，使工質(zhì)尾氣進入冷凝器后或壓縮、或膨脹，在膨脹、壓縮過程中造成工質(zhì)尾氣分子之間和工質(zhì)尾氣分子與器壁之間強烈摩擦做功而產(chǎn)生“高熱”，此“高熱”溫度量值大于環(huán)境(如某種氣體)溫度量值至少10°C，器壁外流動的氣體借此把“熱”從工質(zhì)尾氣中強行拆分、剝離、帶走，而失去“熱”的工質(zhì)尾氣便獲得降溫液化，從而達到工質(zhì)尾氣在經(jīng)過強制式冷凝器時又散熱又液化的作用。
[0035]進一步參考圖2所示,本系統(tǒng)中的熱量集聚機構(gòu)I是由進液閥11、液相換熱器12、止回閥13、電子膨脹閥14、進氣閥15、氣相換熱器16、出氣閥17以及熱交換體系的進水(氣)電子調(diào)節(jié)閥和(溫度、壓力、流量)第一傳感器18等組成，除熱交換體系的進水(氣)電子調(diào)節(jié)閥和第一傳感器18外，其它組成部分按順序用管道連接。其中，所述氣液相聯(lián)合熱量交換部件是熱量集聚機構(gòu)主體部件，是本發(fā)電系統(tǒng)獲得能量的來源，可以是任何導(dǎo)熱性良好的金屬材料，也可以是任何改良的導(dǎo)熱性良好的非金屬材料，通常根據(jù)自然環(huán)境熱源或人為環(huán)境熱源特征制成不同的形狀，如可以是亞字形熱量交換聯(lián)合器，或扭扁管式熱量交換聯(lián)合器，或圓管式熱量交換聯(lián)合器，或板式熱量交換聯(lián)合器，或它們的不同組合，可帶散熱片或不帶散熱片。氣液相聯(lián)合熱量交換部件中空處是工質(zhì)液體或工質(zhì)氣體和熱源液體或氣體流動的通道。于是在氣液相聯(lián)合熱量交換部件內(nèi)部，自然環(huán)境熱源或人為環(huán)境熱源與工質(zhì)進行有效的熱量交換，使之低溫的工質(zhì)氣化、溫度上升逼近環(huán)境熱源的溫度量值而獲得能量。
[0036]降溫液化機構(gòu)3是由進氣閥25、強制式冷凝器26、輸液閥27以及(溫度、壓力、流量)第三傳感器28等組成，除第三傳感器28外其它組成部分按順序用管道連接；其中，所述強制式冷凝器是降溫液化機構(gòu)的主體部件，是本發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵，可以利用金屬結(jié)構(gòu)或非金屬結(jié)構(gòu)，外部可以是圓柱形或矩形，內(nèi)部進氣口可以旋轉(zhuǎn)或不旋轉(zhuǎn)，進出管道反之可以不旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的動力可借助工質(zhì)尾氣本身所具有的能量或利用功率合適的小型電機。
[0037]能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)2是由進氣閥19、噴嘴20、氣動部件21、出氣閥22以及(溫度、壓力、流量)第二傳感器23和發(fā)電機24等組成，除第二傳感器23和發(fā)電機24外其它組成部分按順序用管道連接。其中，所述氣動部件是能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)的第一主體部件，發(fā)電機是能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)的第二主體部件。
[0038]工質(zhì)循環(huán)機構(gòu)4是由儲液罐進液閥29、儲液罐30、儲液罐出液閥31、工質(zhì)泵進液閥32、工質(zhì)泵33、工質(zhì)泵出液閥34以及第四傳感器35等組成，除第四傳感器35外其它組成部分按順序用管道連接；其中，所述工質(zhì)泵是工質(zhì)循環(huán)機構(gòu)的主體部件，可以選用密封性好、噪音小、效率高、使用周期長、更換維修方便的各類合適的泵機。作為本熱機循環(huán)體系的工質(zhì)，除應(yīng)優(yōu)選對環(huán)境友好、對大氣層破壞少、價格較低的基本條件外，所選擇的工質(zhì)物性還需符合以下的算式:LXM+C1XMX ΔΤ1 =C2XNX Λ T2，因此R717，R744等是可選擇的對象。選定工質(zhì)后則需選擇相應(yīng)的四大機構(gòu)和連接管道的材料種類，以減少工質(zhì)對選用材料的腐蝕破壞。
[0039]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:作為本熱機循環(huán)體系的低溫工質(zhì)在熱量集聚機構(gòu)I內(nèi)和來自自然環(huán)境或人為環(huán)境的“熱源”進行某種形式的熱量交換而取得熱量，汽化并升溫升壓；當一定量已經(jīng)升溫升壓的工質(zhì)汽體通過噴嘴調(diào)節(jié)進入到能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)2的氣動部件21內(nèi)，如汽輪機，就具有推動汽輪機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的能力；由于存在著重要的前提條件，當降溫液化機構(gòu)3的強制式冷凝器使得汽輪機排出的工質(zhì)尾氣被降溫液化，于是這種轉(zhuǎn)動便成為可持續(xù)進行的能力，保證連續(xù)的工質(zhì)氣流在能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)2內(nèi)膨脹做功得以實現(xiàn)。若能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)2中的氣動部件21連接上發(fā)電機24就可以使發(fā)電機連續(xù)地輸出電流。
[0040]本發(fā)明的實質(zhì)是，電子控制電路獲得環(huán)境和體系溫度、壓力、流量等反饋信號后，觸發(fā)工質(zhì)泵33按設(shè)定要求運轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)輸出合適的工質(zhì)液體流量；進入熱量集聚機構(gòu)I內(nèi)的液相換熱器12、氣相換熱器16的工質(zhì)，與自然環(huán)境熱源或人為環(huán)境熱源的水或空氣或陽光照射下的某種熱源進行熱量交換而獲得能量而氣化，升溫升壓；氣化并升溫升壓后的工質(zhì)從噴嘴20直接進入能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)2內(nèi)的氣動部件21的進口端進行膨脹做功，并瞬間通過氣動部件的出口端進入連通的降溫液化機構(gòu)3的強制式冷凝器26內(nèi)；工質(zhì)尾氣中多余的熱量被器壁外某種氣體拆分、剝離、帶走，被降溫的工質(zhì)液體從強制式冷凝器26底部的輸液閥27匯合流入到工質(zhì)循環(huán)機構(gòu)4內(nèi)的儲液罐30的輸入端，儲液罐和工質(zhì)泵進液閥是連通的，工質(zhì)泵33的連續(xù)運轉(zhuǎn)保證本系統(tǒng)熱交換和膨脹做功持續(xù)進行。
[0041]本發(fā)明的工作原理是，低溫工質(zhì)在熱量集聚機構(gòu)I中與從自然環(huán)境熱源或人為環(huán)境熱源熱交換獲取熱量后形成“高溫”、高壓氣流，“高溫”、高壓氣流在能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)2內(nèi)膨脹做功或轉(zhuǎn)換為電能；由于降溫液化機構(gòu)3的強制式冷凝器強行拆分、剝離、帶走工質(zhì)尾氣的“熱”，因而不僅工質(zhì)尾氣中的一部分未能利用的熱量得到順利的散發(fā)，而且失去“熱”的工質(zhì)尾氣被理想地降溫液化，低品位熱能的利用獲得成功。
[0042]本發(fā)明系統(tǒng)的工質(zhì)狀態(tài)變化是這樣的:低溫工質(zhì)液體流入液相聯(lián)合熱量交換部件12，與自然環(huán)境或人為環(huán)境中的熱源進行熱交換獲得熱量升溫，升溫的工質(zhì)液體通過電子膨脹閥14作用，以氣液兩相狀態(tài)進入氣相聯(lián)合熱量交換器16，再次與自然環(huán)境或人為環(huán)境中的熱源進行熱交換獲得熱量氣化、升溫升壓。熱量集聚機構(gòu)I內(nèi)的氣液相聯(lián)合熱量交換部件進口端流入的是工質(zhì)液體，出口端流出的是已經(jīng)氣化并升溫升壓的工質(zhì)氣體。經(jīng)過升溫升壓后的工質(zhì)氣體進入能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)2內(nèi)膨脹做功輸出機械動力，或連接發(fā)電機24，帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動發(fā)電。膨脹做功后的工質(zhì)氣體獲得降溫降壓，降溫降壓的工質(zhì)氣體進入降溫液化機構(gòu)3的強制式冷凝器26內(nèi)，工質(zhì)尾氣分子摩擦做功而產(chǎn)生的熱量被器壁外的某種流動氣體拆分、剝離、帶走，失去熱量的工質(zhì)尾氣分子被降溫液化，液化的工質(zhì)通過輸液閥27流入到工質(zhì)循環(huán)機構(gòu)的儲液罐30，儲液罐與工質(zhì)泵連通，如此在工質(zhì)泵33的作用下工質(zhì)作定向循環(huán)流動，周而復(fù)始。
[0043]本發(fā)明的有益效果是鮮明的。綜合氣液相集熱轉(zhuǎn)換技術(shù)、強制式冷凝器技術(shù)，突破了低溫發(fā)電的技術(shù)瓶頸，化解了以常溫環(huán)境為熱源而無法利用尾氣和熱井之間必須存在正向溫度梯度為條件的普通冷凝器來獲得散熱、液化的世界性難題；不僅拓展了海洋低品位熱能發(fā)電的應(yīng)用范圍，使可利用的溫度范圍更大、更寬，而且由于可利用的溫度范圍擴大，從而使本發(fā)明技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)電效率明顯提高。同時強制式冷凝器自身耗電相比用水泵抽水的耗電少很多，因此發(fā)電系統(tǒng)實際輸出電量增加，單位成本降低。應(yīng)用本發(fā)明的發(fā)電技術(shù)系統(tǒng)，將可以改變目前世界范圍內(nèi)能源緊缺的狀況和環(huán)境污染的問題。
[0044]本發(fā)明的發(fā)電技術(shù)可以應(yīng)用于超低溫余熱發(fā)電領(lǐng)域，可以應(yīng)用于(中)低溫光熱發(fā)電領(lǐng)域，可以應(yīng)用于(中)低溫地?zé)峋l(fā)電領(lǐng)域，也可以應(yīng)用于海洋低品位熱能發(fā)電領(lǐng)域，更可以應(yīng)用于前人尚未開拓的內(nèi)陸水域、空間的常溫?zé)嵩窗l(fā)電領(lǐng)域，并且能有效地改進現(xiàn)有粗獷型低溫發(fā)電的模式，提高低溫發(fā)電的效率，達到進一步節(jié)能減排的可能。本發(fā)明的優(yōu)點還在于本發(fā)電系統(tǒng)建造成本低，運行成本也低。按目前物價估算，建造成本約為水力發(fā)電站、火力發(fā)電站(包括治污附屬設(shè)備)建造成本的1/2?1/3，是光伏、風(fēng)力等其他發(fā)電設(shè)備所不能比擬；運行成本(包括維護修理成本)也是所有發(fā)電系統(tǒng)中最小。而且本發(fā)明的系統(tǒng)可以根據(jù)環(huán)境熱源的不同，或建造大型的系統(tǒng)，或建造小型的系統(tǒng)。
[0045]例1、普通型方案
[0046]本方案適用于一般熱源場合，包括利用自然界環(huán)境熱源或人為環(huán)境熱源，如工廠余熱，而熱源的水或氣體需要通過抽水泵或抽氣機動作輸入氣液相聯(lián)合熱交換部件內(nèi)，故稱為普通型方案。
[0047]熱量集聚機構(gòu)1、能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)2、降溫液化機構(gòu)3和工質(zhì)循環(huán)機構(gòu)4按順序用管道連接。即熱量集聚機構(gòu)I內(nèi)的進液閥11、液相換熱器12、止回閥13、電子膨脹閥14、進氣閥15、氣相換熱器16、出氣閥17，和能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)2內(nèi)的進氣閥19、噴嘴20、氣動部件21、出氣閥22，和降溫降壓機構(gòu)3內(nèi)的進氣閥25、強制式冷凝器26、輸液閥27，最后和工質(zhì)循環(huán)機構(gòu)4內(nèi)的進液閥29、儲液罐30、儲液出口閥31、工質(zhì)泵進液閥32、工質(zhì)泵33、液泵出液閥34按上述順序用管道連接形成一個閉式回路。作為本熱機循環(huán)體系的工質(zhì)在工質(zhì)泵33帶動下在回路內(nèi)形成定向流動循環(huán)，周而復(fù)始。
[0048](溫度、壓力、流量)第一傳感器18安裝在氣液相聯(lián)合熱交換部件上，(溫度、壓力、流量)第二傳感器23安裝在氣動部件的出口處，(溫度、壓力、流量)第三傳感器安裝在強制式冷凝器26出口處，第四傳感器安裝在工質(zhì)泵出口處及儲液罐上；發(fā)電機24的轉(zhuǎn)子軸與氣動部件21的中心轉(zhuǎn)動軸連接。
[0049]當自然環(huán)境或人為環(huán)境中的熱源(水或某種氣體)通過電子調(diào)節(jié)閥進入氣液相聯(lián)合熱量交換部件同時，工質(zhì)泵33啟動，于是儲液罐30內(nèi)的工質(zhì)被泵入液相聯(lián)合熱量交換部件12，液體工質(zhì)在設(shè)計合理的熱交換器內(nèi)充分地吸收自然環(huán)境或人為環(huán)境中的熱量，當溫度升高后的液體工質(zhì)通過電子膨脹閥進入氣相聯(lián)合熱量交換部件16，氣化為“高溫”、高壓氣體，“高溫”、高壓工質(zhì)氣流通過噴嘴調(diào)節(jié)作用在氣動部件21的葉輪上(若有葉輪話)，使氣動部件21的中心軸轉(zhuǎn)動，若氣動部件21的中心軸連接的是發(fā)電機24的轉(zhuǎn)子軸，導(dǎo)線切割磁力線，于是發(fā)電成功。氣動部件21的出口端與強制式冷凝器26的進口端連通，并由輸液閥27連接管道返入儲液罐30，如此完成工質(zhì)的一個閉式循環(huán)。由于工質(zhì)泵的不斷運轉(zhuǎn)，吸熱氣化、做功、降溫液化，整個過程不斷進行，周而復(fù)始。
[0050]本發(fā)明的特點，在本方案中任何溫度彡25±10°C的自然環(huán)境或人為環(huán)境都可以設(shè)為熱源，并利用強制式冷凝器化解找不到相對應(yīng)合適低溫源的難題，使本方案隨處可以實施，顯得那么的簡單、容易。
[0051]例2、節(jié)電高效型方案
[0052]本方案相對例I稱為節(jié)電高效型，因為它不需要抽水或抽氣，減少了抽水或抽氣的耗電，所以節(jié)電高效。適合于水溫常年在25?10°C以上，有一定水位梯度，或有一定流速的山區(qū)河道，也適合于輸出有一定位差、一定壓力的工廠余熱型中的水流或氣流。
[0053]本方案系統(tǒng)與例I基本相同，發(fā)電模式也相同，所不同的是在如何取得熱源水或氣體的工藝上。本方案中，氣、液相聯(lián)合熱量交換部件12、16是直接置于流動的河水中，因此氣、液相聯(lián)合熱量交換部件12、16的熱交換體系的進水(氣)側(cè)需做相應(yīng)改變，不需要利用電子調(diào)節(jié)閥，而根據(jù)水的流速來重新確定換熱面積。
[0054]例3、低溫光熱儲水型方案
[0055]本方案相對例I稱為低溫光熱儲水型，因為在解決緯度較高、溫度較低地區(qū)的熱源問題上增加了儲熱設(shè)施和光場設(shè)施。特別適合于光照長、水源不理想的內(nèi)陸環(huán)境，或雖有充足水源、但晝夜溫度差值較大的海洋或湖泊河流環(huán)境。
[0056]本方案系統(tǒng)與例I基本相同，發(fā)電模式也相同，所不同的是在對外界熱源的干預(yù)和準備上。本方案中，光場聚焦鏡陣利用有陽光的白天聚焦加熱儲水池中的水溶液。儲水池中的水溶液就是本系統(tǒng)的熱源，一般儲水池至少要有兩個，它將被循環(huán)使用。儲水池的大小和光場的面積需根據(jù)實際發(fā)電功率而定，目的為使本系統(tǒng)晝夜都能獲得穩(wěn)定的發(fā)電。在水量充足地區(qū)，只要一個儲水池就夠了，不需要在水中添加儲熱劑。從儲水池抽出的水，被氣、液相聯(lián)合熱量交換部件12、16抽取熱量后就可直接排入到海洋或湖泊河流的另一端。
[0057]例4、地?zé)峋桨?br> [0058]本方案適用于中低溫地?zé)峋沫h(huán)境。
[0059]本方案系統(tǒng)與例I相似，但氣液相聯(lián)合熱量交換部件將根據(jù)地?zé)峋鏊闆r做出改變，或把氣液相聯(lián)合熱量交換部件直接置于地?zé)峋詣用俺龅乃貎?nèi)，或用泵抽地?zé)峋翚庖合嗦?lián)合熱量交換部件的熱交換體系的進水側(cè)。若該地?zé)峋畬儆谥械蜏氐責(zé)峋?，水溫常年恒定?0?28°C，這是中低溫地?zé)峋€(wěn)定發(fā)電的理想條件。但需要考慮的是，由于地?zé)峋懈缓V物質(zhì)元素，氣液相聯(lián)合熱量交換部件內(nèi)部容易結(jié)垢影向?qū)幔浔砻鎽?yīng)作某種特殊處理并定期清洗，除去結(jié)垢。
[0060]前面提供了對較佳實施例的描述，以使本領(lǐng)域內(nèi)的任何技術(shù)人員可使用或利用本發(fā)明。對這些實施例的各種修改對本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員是顯而易見的，可把這里所述的總的原理應(yīng)用到其他實施例而不使用創(chuàng)造性。因而，本發(fā)明將不限于這里所示的實施例，而應(yīng)依據(jù)符合這里所揭示的原理和新特征的最寬范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種新型能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括兩兩相連的一熱量集聚機構(gòu)、一能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)、一降溫液化機構(gòu)和一工質(zhì)循環(huán)機構(gòu)，整個系統(tǒng)符合熱機朗肯循環(huán)體系工作原理和熱力學(xué)第二定律。其中: 所述熱量集聚機構(gòu)，利用氣液相聯(lián)合熱量交換部件技術(shù)集聚、轉(zhuǎn)移自然環(huán)境熱源或人工環(huán)境熱源中的熱量至工質(zhì)； 所述降溫液化機構(gòu)，利用一種強制式冷凝器技術(shù)實現(xiàn)工質(zhì)尾氣的有效散熱和液化；所述工質(zhì)循環(huán)機構(gòu)，利用工質(zhì)泵和儲液罐，提供工質(zhì)在封閉體系內(nèi)周而復(fù)始的循環(huán)運動可能性； 所述能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)，利用能量轉(zhuǎn)換組合部件，使進入機構(gòu)內(nèi)的工質(zhì)氣流熱能轉(zhuǎn)換為機械能，或進而轉(zhuǎn)換為電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于: 所述熱量集聚機構(gòu)包括并不限于第一傳感器和用若干管道順序連接的進液閥、液相換熱器、止回閥、電子膨脹閥、進氣閥、氣相換熱器、出氣閥以及在某些應(yīng)用場合并非必需的熱交換體系的進水(氣)電子調(diào)節(jié)閥。 所述能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)包括并不限于第二傳感器和用若干管道順序連接的止回閥、進氣閥、噴嘴、透平機，出氣閥以及發(fā)電機。 所述降溫液化機構(gòu)包括并不限于第三傳感器和用若干管道順序連接的進氣閥、強制式冷凝器、輸液閥。所述工質(zhì)循環(huán)機構(gòu)，包括并不限于第四傳感器和輸液閥、工質(zhì)泵、儲液罐和進液閥。其中，所述熱量集聚機構(gòu)的出氣閥和所述能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)的氣動部件進氣閥通過管道相連，所述能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)的出氣閥與所述降溫液化機構(gòu)的進氣閥通過管道相連，所述熱量集聚機構(gòu)的進液閥與工質(zhì)泵輸液閥通過管道相連，所述降溫液化機構(gòu)的輸液閥與儲液罐進液閥通過管道相連，工質(zhì)泵進液閥又與儲液罐輸液閥通過管道相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于: 所述選取的工質(zhì)物性符合以下表達式: LXM+C1XMX ΔΤ1 = C2XNX Δ T2 式中:L——工質(zhì)的相變(氣一液、液一氣)潛熱(kj/kg)； M——排出的工質(zhì)尾氣質(zhì)量(kg)； Cl——排出的工質(zhì)尾氣比熱(kj/kg.V )； ΔΤ1——排出的工質(zhì)尾氣降溫液化后的溫度差值(V)； N——接受工質(zhì)尾氣散熱的某氣體質(zhì)量(kg)； C2——接受工質(zhì)尾氣散熱的某氣體比熱(kj/kg.V )； ΔΤ2——接受工質(zhì)尾氣散熱的某氣體升溫后的溫度差值CC )。 若接受散熱的某氣體與工質(zhì)氣體的物性參數(shù)相同或相似，且等量(即Cl?C2 ;M?N)，則上述表達式可簡化為: L/C1 = ΔΤ2-ΔΤ1 或 AT2 = L/C1+AT1 當室溫環(huán)境(水或空氣)被視為“熱源”時，上述算式對工質(zhì)選擇是重要的，即L/C1必須足夠大。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于: 所述降溫液化機構(gòu)，利用一種強制式冷凝器技術(shù)，使具有一定能量的工質(zhì)尾氣本身在冷凝器機構(gòu)內(nèi)或壓縮、或膨脹，在膨脹、壓縮過程中造成工質(zhì)尾氣分子之間和工質(zhì)尾氣分子與器壁之間的強烈摩擦做功而產(chǎn)生“高熱”，此“高熱”溫度量值大于環(huán)境(如某種氣體)溫度量值至少10°c，器壁外流動的某種氣體借此把“熱”從尾氣中強行拆分、剝離、帶走，而失去高熱的工質(zhì)尾氣分子因此被降溫液化。 所述強制式冷凝器包括并不限于經(jīng)過改進的螺桿膨脹壓縮機、透平膨脹壓縮機等能使工質(zhì)尾氣分子熱量獲得拆分、剝離、帶走的任何器械、部件，其形式可以是機械的、電子的、化學(xué)的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于: 所述第一、第二、第三、第四傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器的其中一種、二種或二種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于: 所述氣動部件包括常見的汽輪機、螺桿膨脹發(fā)動機、壓縮機氣缸、氣動馬達、外燃發(fā)動機(斯特林)等任何其他形式的氣動部件。
【文檔編號】F01K25/00GK104454049SQ201410740587
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】忻元敏 申請人:忻元敏