專利名稱：大氣溫差熱能利用系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新能源范疇。
背景技術(shù)：
在氣象學(xué)理論和熱工理論基礎(chǔ)上本人提出了大氣溫差熱能理論及其利用系統(tǒng)1大氣溫差熱能的氣象學(xué)基礎(chǔ)1.1氣溫的日變化由于地球自轉(zhuǎn)，太陽輻射、輻射差額有一個日變化的周期。這種周期性的變化有造成氣溫在一日有升有降的循環(huán)。
近地氣層氣溫變化的特征是；在1日內(nèi)有一個最高值，一般出現(xiàn)在正午過后的某個時刻；一個最低值，一般出現(xiàn)在日出前后(如附圖1)。
1.2氣溫日較差與大氣溫差熱能一天中氣溫的最高值tmax與最低值tmin之差，稱為氣溫日較差，其大小反映氣溫日變化的程度。
大氣溫差熱能Q與氣溫日較差值Δt之間的關(guān)系為Q=∫tmintmaxcdtγ...(1)]]>式中c——空氣的比熱(kJ/℃)γ——空氣的比重。
在常溫下C，γ可以看作常數(shù)，因此上式變?yōu)?；Q＝cγΔt (2)1.3我國陸地大氣溫差熱能的分布我國東南沿海、川黔和兩湖盆地年平均氣溫日較差最小，均在8℃以下，秦嶺、淮河一線以南，小于10℃。此線往北，至華北平原增大到10-12℃；黃土高原和東北大部為12-14℃。蒙新戈壁沙漠地區(qū)，由于巖石和砂粒劇烈地吸熱與放熱，下墊面溫度急增猛減，加上云雨極少，白天直接輻射多，夜間地面有效輻射強，因此溫度日較差相當大，可達14-16℃以上。青藏高原上空的空氣干燥而稀薄，白天太陽光透過大氣層時損失的能量較少，陽光輻射強度大，升溫很快；夜曉，地面熱量大量向空中散失，稀薄潔凈的氣層不容易儲存熱量，所以氣溫迅速下降，晝夜溫差大，較差值也達14-16℃以上，較東部平原地區(qū)大1-2倍。我國的溫差熱能較高的地區(qū)(Δt≥10℃)，主要分布在我國的北方，西部和東北。其中溫差熱能最高的地區(qū)(Δt≥15℃)，為我國北方的沙區(qū)。且有相當?shù)牡貐^(qū)氣溫日較差大于10℃，為可利用大氣溫差熱能的地區(qū)。

發(fā)明內(nèi)容我的發(fā)明包括如下內(nèi)容1、大氣溫差熱能的儲存由于大氣溫差熱能是存在于不同時間段的空氣熱能差，而最終的利用要在一段時間內(nèi)完成。因此需要在氣溫較高時先將大氣熱能先用蓄熱介質(zhì)儲存起來，然后在氣溫較低時利用蓄熱介質(zhì)與大氣的溫差熱能或者在氣溫較低時將所蓄熱介質(zhì)所儲存熱能釋放，然后在氣溫較高時利用大氣熱能和蓄熱介質(zhì)的溫差熱能。因此大氣溫差熱能的利用需要首先需要用蓄熱物質(zhì)儲存熱能。一般的蓄熱介質(zhì)為水，因此說明書中以水作蓄熱介質(zhì)。
2、與大氣溫差熱能開發(fā)相關(guān)的換熱器技術(shù)，混凝土換熱器。
一、空氣和水的熱交換與大氣溫差熱能利用相配套的換熱器為用混凝土類的建筑材料制造的板翅型換熱器。其結(jié)構(gòu)如附圖4所示，其制造材料為細顆粒的混凝土或粉煤灰混凝土，主要凝結(jié)材料(占凝結(jié)材料或凝膠材料的30％以上的材料)為水泥或石灰，翅片厚度小于3毫米。由于水泥價格在200-280元/噸，且其他組成材料價格更低，因此為廉價的換熱器。
二、用于蒸發(fā)和冷凝的換熱器為了使大氣溫差熱能在利用過程中，成本盡量的低，用于蒸發(fā)和冷凝的換熱器最好是由混凝土構(gòu)成。因此使用由混凝土制成的板翅式換熱器，較為合適。
但當大氣溫差熱能應(yīng)用在某些特殊領(lǐng)域，如若用亞沸騰法制高純度水或食品加工等時，由于混凝土可給這些產(chǎn)品帶來污染，因此不能讓混凝土與這些物質(zhì)相接觸。因此需要復(fù)合材料來制造專門的換熱板。我的設(shè)計是這樣的，在這些領(lǐng)域的蒸發(fā)和冷凝用板式換熱板，其材料為PV或其它符合條件的潔凈材料與混凝土相復(fù)合。如在2mm的混凝土上用膠凝劑粘上一層0.1mm厚的PV塑料或依靠自身的粘性將PV塑料粘在未固化的混凝土上，則可避免一部分的污染。
注由于沸騰也屬于蒸發(fā)這一物理過程，因此本發(fā)明的說明中的蒸發(fā)也包括沸騰。
三、用大氣溫差熱能進行物質(zhì)蒸發(fā)與蒸餾這一整個系統(tǒng)它由大氣溫差熱能的儲存系統(tǒng)和物質(zhì)的蒸餾這兩個系統(tǒng)所組成。其主要設(shè)備為空-水換熱器，蓄熱介質(zhì)的儲存容器，蒸發(fā)器，冷凝器(見附圖5)。還有配套設(shè)備為動力設(shè)備，管道和控制系統(tǒng)。


附圖1上海7月份氣溫變化的平均情況圖中，橫軸代表時間，豎軸代表溫度。
附圖2簡圖為池式或塔式大氣溫差熱能儲存系統(tǒng)。
圖中的h代表所存蓄熱介質(zhì)高度，D代表蓄熱池或蓄熱塔的內(nèi)徑。
附圖3大氣溫差熱能的利用時間與溫度的關(guān)系圖中的A，B，C，D代表大氣溫差熱能利用時間段的起始或終止點。
附圖4混凝土空-水換熱器簡圖這種專門的板翅式換熱器主要由混凝土所構(gòu)成。簡圖中，水平方向箭頭為氣流方向，垂直方向箭頭為蓄熱介質(zhì)流動方向。
附圖5大氣溫差熱能利用系統(tǒng)的主要設(shè)備圖中，P代表空-水換熱器；M代表蓄熱系統(tǒng)；N、O代表蒸發(fā)器或冷凝器。a，b，c，d，e，f，g，h代表各設(shè)備的進出口?？?水換熱器中水平方向箭頭代表氣流方向，垂直方向箭頭代表水的流動方向。
具體實施方式
1大氣溫差熱能的儲存大氣溫差熱能可儲存在水池，水塘其他人工設(shè)備中。如將專門設(shè)計的超大型塑料容器放入海水，河流和湖泊中，充滿水后，它就可用來蓄熱。大氣溫差熱能的水池儲存系統(tǒng)簡圖如附圖2所示。若其主體為一個直徑為D，蓄水深度位h的水池。因為當常溫的變化范圍內(nèi)時，水的密度變化很小，可忽略不計，所以在這里將水的密度看作定值。水池所蓄水的重量為MM=ρ·π4D2h...(3)]]>
式中ρ——為水的密度(kg/m3)。
若氣溫的日變化如附圖1所示，溫差熱能的應(yīng)用依靠的是熱交換器，其工作時間可用附圖3所示。換熱器工作過程為(1)從B點開始一直到點C為止，在此過程中蓄熱介質(zhì)水的溫度始終比空氣的溫度高，蓄熱系統(tǒng)中的水通過換熱器將熱能傳遞給空氣，一直到蓄熱系統(tǒng)中水的溫度降低到(tC+x1)為止(x1為換熱器的傳熱溫差)，并在此過程中利用空氣和水的溫度差，完成這一過程的時間為T1。(2)從C點開始到D點，整個系統(tǒng)停止工作。(3)從D點開始一直到A點結(jié)束，在此過程中空氣溫度始終比蓄熱介質(zhì)水的溫度高，空氣將其的熱能通過熱交換器傳給蓄熱池中的水，一直到水的溫度升高到(tA-x1)為止，并在此過程中利用空氣和水的溫差熱能。完成這一過程的時間為T2。(4)從A點開始到B點，整個系統(tǒng)停止工作。
一天中，蓄熱系統(tǒng)中水的溫度經(jīng)過一個由低到高再回到低溫的循環(huán)，水所含溫差熱能可利用兩次。由于塔壁與管道的傳熱損失的溫度為t損。
在一天中可利用的總溫差Δt1為Δt1＝2(tA-tC-2x1-t損) (4)由于在一天中蓄熱系統(tǒng)得管道損失的熱量與通過熱交換器傳遞的熱量相比很小，可忽略不計，則Δt1＝2(tA-tc-2x1) (5)在一天中熱交換器工作的總時間T為T＝T1+T2(6)因為溫差小，所以水的比熱只有微小的變化。因此這些變化可忽略不計，水的比熱c可視為4.18kJ/kg*℃。則蓄熱系統(tǒng)在一天中所儲存的可用熱量Q1為Q1＝cΔt1M＝4.18Δt1M (kJ) (7)將(3)帶入(7)，得Q1=4.18Δt1hD24×103=1.045Δt1hD2×103...(8)]]>2、溫差熱能用于物質(zhì)蒸發(fā)和蒸餾針對常溫加壓或常溫減壓下有可沸騰液體的溶液蒸餾的過程為先用政府漆器加熱需蒸餾的溶液，使待沸液體汽化變成蒸氣；然后再用冷凝器給蒸氣降溫，使蒸氣液化，并匯聚排出。
在利用大氣溫差熱能對物質(zhì)進行蒸發(fā)的過程中，若常溫下物質(zhì)的飽和蒸汽壓小于常壓時，為了使物質(zhì)能氣化，則必須使用真空泵抽真空至物質(zhì)常溫下的飽和蒸汽壓；若常溫下物質(zhì)的飽和蒸汽壓等于或大于常壓時，則需使用常壓通風(fēng)機。
大氣溫差熱能用于物質(zhì)蒸發(fā)的過程式這樣的(1)、首先通過空-水換熱器，使蓄熱介質(zhì)水處于相對高溫(相對低溫)狀態(tài)。(2)調(diào)節(jié)蒸發(fā)或蒸餾系統(tǒng)內(nèi)的氣壓值，使其保持在相對高溫時的被蒸發(fā)和蒸餾液體的飽和蒸汽壓附近。(3)、當氣溫處于相對低溫時，開動水泵使蓄熱系統(tǒng)中溫度相對高的水通過蒸發(fā)器，使物料汽化；同時用空-水使換熱介質(zhì)水(與蓄熱介質(zhì)不同，它只用于即時換熱)的溫度接近空氣而處于相對低溫，讓相對低溫的換熱介質(zhì)水通過冷凝器來使氣體液化。(4)、當氣溫處于相對高溫時，開動水泵使蓄熱系統(tǒng)中溫度相對低的水通過冷凝器，使氣體液化；同時用空-水換熱器使換熱介質(zhì)水的溫度接近空氣而處于相對高溫，讓相對高溫的換熱介質(zhì)通過蒸發(fā)器，來使物料氣化。因此整個過程需空氣-水換熱器，物質(zhì)蒸發(fā)換熱器和物質(zhì)冷凝換熱器。其它主體的簡圖如附圖5所示。
3、大氣溫差熱能的整個利用過程為大氣溫差熱能的應(yīng)用依靠的是熱交換器，若氣溫的日變化如附圖1所示，其主要設(shè)備如附圖5所示，利用過程的時間如圖3所示，其步驟為(1)從B點開始一直到點C為止，在此過程中蓄熱介質(zhì)水的溫度始終比空氣的溫度高。將蓄熱系統(tǒng)M和蒸發(fā)器N通過a，b，e，f端口相連；將空氣-水換熱器P和冷凝器0通過c，d，g，h端口相連。使蓄熱系統(tǒng)M中的蓄熱介質(zhì)通過蒸發(fā)器P，空氣將其的熱能通過空-水熱交換器P傳給換熱介質(zhì)水，這時使換熱介質(zhì)水通過物質(zhì)冷凝系統(tǒng)的冷凝器N。在驅(qū)動泵的作用下，蓄熱系統(tǒng)中的水通過空氣-水換熱器器將熱能傳遞給空氣，一直到蓄熱系統(tǒng)中水的溫度降低到(tC+x1)為止(x1為換熱器的傳熱溫差)。完成這一過程的時間為T1。(2)從C點開始到D點，整個系統(tǒng)停止工作。(3)從D點開始一直到A點結(jié)束，在此過程中空氣溫度始終比蓄熱系統(tǒng)中蓄熱介質(zhì)水的溫度高。將空氣-水換熱器P和蒸發(fā)器N通過c，d，e，f相連接；將蓄熱系統(tǒng)M和冷凝器0通過a，b，g，h相連接?？諝鈱⑵涞臒崮芡ㄟ^空-水熱交換器P傳給換熱介質(zhì)水，這時使換熱介質(zhì)水通過物質(zhì)蒸發(fā)系統(tǒng)的蒸發(fā)器N，使蓄熱系統(tǒng)M中的蓄熱介質(zhì)通過冷凝器0。一直到蓄熱系統(tǒng)中蓄熱介質(zhì)的溫度升高到(tA-x1)為止。完成這一過程的時間為T2。(4)從A點開始到B點，整個系統(tǒng)停止工作。然后又接著是步驟(1)，(2)，(3)等依次循環(huán)。
權(quán)利要求
1.大氣溫差熱能利用系統(tǒng)，主要由大氣溫差熱能儲存系統(tǒng)，管道，動力設(shè)備，空-水換熱器，蒸發(fā)和蒸餾系統(tǒng)所組成，。大氣溫差熱能儲存系統(tǒng)包括空-水換熱器，蓄熱容器和蓄熱介質(zhì)。其大氣溫差熱能利用系統(tǒng)的特征是可以利用大氣溫差熱能進行物質(zhì)蒸發(fā)過程(這里的蒸發(fā)過程包括物質(zhì)干燥中的液體蒸發(fā)以及液體蒸餾、分餾等)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣溫差熱能儲存系統(tǒng)，其特征為主要由空-水換熱器，蓄熱容器，管道和動力設(shè)備組成。利用氣溫在一天有升有降這一氣候?qū)W特征，在氣溫高的時候，將大氣熱能儲存在蓄熱系統(tǒng)中；或在氣溫低的時候，將蓄熱系統(tǒng)所儲存的熱能釋放。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空-水換熱器，可選擇多種換熱器，但選擇混凝土換熱器可大大降低成本。其特征為構(gòu)成換熱器的主體材料(占換熱器材料的40％以上)為混凝土，主要凝結(jié)物質(zhì)(占凝結(jié)物質(zhì)30％以上)為水泥或石灰。換熱器可以是管式換熱器，板式換熱器，板翅式換熱器，但主體材料為混凝土。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)和蒸餾系統(tǒng)，其蒸發(fā)器和冷凝器可選擇多種換熱器，但選擇混凝土換熱器較好。其特征為構(gòu)成蒸發(fā)和蒸餾的蒸發(fā)器和冷凝器的主體材料(占換熱器材料的60％以上)為混凝土，主要凝結(jié)物質(zhì)(占凝結(jié)物質(zhì)30％以上)為水泥或石灰。也可以是由混凝土和聚乙烯等潔凈材料復(fù)合所制成的復(fù)合材料。其方法為直接將潔凈材料壓在未凝固的混凝土上，或者用其他膠凝劑涂在混凝土上或潔凈材料上，然后將混凝土和潔凈材料壓在一起從而形成復(fù)合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣溫差熱能利用系統(tǒng)，其特征為根據(jù)氣溫在一天有升有降這一氣象學(xué)特點，在氣溫高的時候，利用蓄熱系統(tǒng)中的溫度低的蓄熱介質(zhì)與大氣的溫差熱能；在氣溫低時，利用蓄熱系統(tǒng)中溫度高的蓄熱介質(zhì)與大氣的溫差熱能。
全文摘要
大氣溫差熱能是基于氣候?qū)W和熱工學(xué)的一種新能源。它是指一天中氣溫處于最高值t
文檔編號F24J3/06GK101059287SQ20061002583
公開日2007年10月24日 申請日期2006年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月19日
發(fā)明者梅成波 申請人:梅成波