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(kāi)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(jī)構(gòu)、一能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、一降溫液化機(jī)構(gòu)和一工質(zhì)循環(huán)機(jī)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)符合熱機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)，利用一種強(qiáng)制式冷凝器技術(shù)實(shí)現(xiàn)工質(zhì)尾氣的有效散熱和液化；所述工質(zhì)循環(huán)機(jī)構(gòu)，利用工質(zhì)泵和儲(chǔ)液罐，提供工質(zhì)在封閉體系內(nèi)周而復(fù)始的循環(huán)運(yùn)動(dòng)可能性；所述能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，利用能量轉(zhuǎn)換組合部件，使進(jìn)入機(jī)構(gòu)內(nèi)的工質(zhì)氣流熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電能。本發(fā)明提供了一種改進(jìn)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(jī)械動(dòng)力做功，連接上發(fā)電機(jī)就是一種新型的發(fā)電系統(tǒng)。
【專利說(shuō)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(shí)到如何開(kāi)發(fā)利用自然界空間、水域中實(shí)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(yáng)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(guó)競(jìng)相投資、全力角逐，企圖在開(kāi)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(dòng)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(jià)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(duì)設(shè)備的不可避免的嚴(yán)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(xiǎn)大且成本高，而且利用兩個(gè)大功率抽水機(jī)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(gè)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(yáng)能、風(fēng)能組合的補(bǔ)救設(shè)想，但未見(jiàn)得時(shí)時(shí)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(dòng)較大、較不穩(wěn)定；若不考慮儲(chǔ)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(guó)內(nèi)外實(shí)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(shí)際應(yīng)用報(bào)道——關(guān)鍵問(wèn)題就在于以內(nèi)陸常溫環(huán)境為熱源時(shí)，人們幾乎找不到以海深1000米下冷水(4?5°C)作為熱井的對(duì)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(wú)法建立，因此長(zhǎng)期以來(lái)人們無(wú)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】

:
[0009]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種改進(jìn)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(jī)械動(dòng)力做功，連接上發(fā)電機(jī)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(jī)構(gòu)、一能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、一降溫液化機(jī)構(gòu)和一工質(zhì)循環(huán)機(jī)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)符合熱機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)，利用一種強(qiáng)制式冷凝器技術(shù)實(shí)現(xiàn)工質(zhì)尾氣的有效散熱和液化；所述工質(zhì)循環(huán)機(jī)構(gòu)，利用工質(zhì)泵和儲(chǔ)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(jī)構(gòu)，利用能量轉(zhuǎn)換組合部件，使進(jìn)入機(jī)構(gòu)的工質(zhì)氣流熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電能。
[0011]比較好的是，所述熱量集聚機(jī)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(jìn)液閥、液相換熱器、止回閥、電子膨脹閥、進(jìn)氣閥、氣相換熱器、出氣閥以及在某些應(yīng)用場(chǎng)合并非必需的熱交換體系的進(jìn)水(氣)電子調(diào)節(jié)閥。所述能量轉(zhuǎn)換機(jī)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(jìn)氣閥、噴嘴、氣動(dòng)部件，出氣閥以及發(fā)電機(jī)。所述降溫液化機(jī)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(jìn)氣閥、強(qiáng)制式冷凝器、輸液閥。所述工質(zhì)循環(huán)機(jī)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(jìn)液閥、儲(chǔ)液罐輸液閥、儲(chǔ)液罐和儲(chǔ)液罐進(jìn)液閥。其中，所述熱量集聚機(jī)構(gòu)的出氣閥和所述能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的氣動(dòng)部件進(jìn)氣閥通過(guò)管道相連，所述能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的出氣閥與所述降溫液化機(jī)構(gòu)的進(jìn)氣閥通過(guò)管道相連，所述熱量集聚機(jī)構(gòu)的進(jìn)液閥與工質(zhì)泵輸液閥通過(guò)管道相連，所述降溫液化機(jī)構(gòu)的輸液閥與儲(chǔ)液罐進(jìn)液閥通過(guò)管道相連，工質(zhì)泵進(jìn)液閥又與儲(chǔ)液罐輸液閥通過(guò)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(dá)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(dá)式可簡(jiǎn)化為:
[0022]L/C1 = ΛΤ2 — ΛΤ1 或 ΛΤ2 = L/Cl+ΛΤΙ
[0023]當(dāng)室溫環(huán)境(水或空氣)被視為“熱源”時(shí)，上述算式對(duì)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(jī)構(gòu)，利用一種強(qiáng)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(qiáng)制式冷凝器機(jī)構(gòu)內(nèi)或壓縮、或膨脹，在膨脹、壓縮過(guò)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(qiáng)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(dòng)的氣體借此把“熱”從工質(zhì)尾氣中強(qiáng)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(qiáng)制式冷凝器包括并不限于經(jīng)過(guò)改進(jìn)的螺桿膨脹壓縮機(jī)、透平膨脹壓縮機(jī)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(jī)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(dòng)部件包括常見(jiàn)的汽輪機(jī)、螺桿膨脹發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)氣缸、氣動(dòng)馬達(dá)、外燃發(fā)動(dòng)機(jī)(斯特林)等任何其他形式的氣動(dòng)部件。
[0027]本發(fā)明系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是，在通常的熱機(jī)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(qiáng)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(qiáng)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(jī)構(gòu)的氣動(dòng)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(dòng)氣動(dòng)部件轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)(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(lái)。這種能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)不僅發(fā)電穩(wěn)定、可自動(dòng)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(yùn)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(shuō)明】
[0028]下面，參照附圖，對(duì)于熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員而言，從對(duì)本發(fā)明方法的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見(jiàn)。
[0029]圖1是本系統(tǒng)的主要機(jī)構(gòu)連接框圖。
[0030]圖2是在圖1基礎(chǔ)上的進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)框圖。
[0031]圖3是關(guān)于強(qiáng)制式冷凝器的工作原理圖。
[0032]我們都知道開(kāi)爾文-普朗克對(duì)熱力學(xué)第二定律表述得非常簡(jiǎn)潔明了，他們?cè)谧鞒稣_判斷時(shí)聰明地避開(kāi)了對(duì)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(píng)述和說(shuō)明，這為后人的發(fā)明留下了廣闊的創(chuàng)造空間，也是我們?cè)诒景l(fā)電系統(tǒng)中獲得應(yīng)用的一個(gè)亮點(diǎn)。但是很長(zhǎng)一段時(shí)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(qiáng)制式冷凝器技術(shù)。
[0033]強(qiáng)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(jìn)氣口可以旋轉(zhuǎn)或不旋轉(zhuǎn)，進(jìn)出管道反之可以不旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的動(dòng)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(jī)。尾氣進(jìn)入強(qiáng)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(qiáng)烈摩擦做功而產(chǎn)生高熱，器壁外流動(dòng)的氣體借此把“熱”從尾氣中強(qiáng)行拆分、剝離、帶走，而失去“熱”的尾氣便獲得降溫液化，從而達(dá)到尾氣在經(jīng)過(guò)強(qiáng)制式冷凝器時(shí)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(diǎn)的冷凝器達(dá)到的效果是相同的，但形式不同；明顯不同點(diǎn)在于通常以熱交換形式為特點(diǎn)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(gè)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(dòng)，“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(qiáng)制式冷凝器利用其特有的機(jī)構(gòu)，必須使強(qiáng)行拆分、剝離出來(lái)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(shí)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(jī)構(gòu)組成:熱量集聚機(jī)構(gòu)1、能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2、降溫液化機(jī)構(gòu)3和工質(zhì)循環(huán)機(jī)構(gòu)4。熱量集聚機(jī)構(gòu)I，利用了獨(dú)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(duì)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(yáng)光所含的熱能，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(jī)構(gòu)3，主要利用了一種強(qiáng)制式冷凝器的有效技術(shù)，使工質(zhì)尾氣進(jìn)入冷凝器后或壓縮、或膨脹，在膨脹、壓縮過(guò)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(qiáng)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(dòng)的氣體借此把“熱”從工質(zhì)尾氣中強(qiáng)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(dá)到工質(zhì)尾氣在經(jīng)過(guò)強(qiáng)制式冷凝器時(shí)又散熱又液化的作用。
[0035]進(jìn)一步參考圖2所示,本系統(tǒng)中的熱量集聚機(jī)構(gòu)I是由進(jìn)液閥11、液相換熱器12、止回閥13、電子膨脹閥14、進(jìn)氣閥15、氣相換熱器16、出氣閥17以及熱交換體系的進(jìn)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(jìn)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(jī)構(gòu)主體部件，是本發(fā)電系統(tǒng)獲得能量的來(lái)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(dòng)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(jìn)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(jī)構(gòu)3是由進(jìn)氣閥25、強(qiáng)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(qiáng)制式冷凝器是降溫液化機(jī)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(jìn)氣口可以旋轉(zhuǎn)或不旋轉(zhuǎn)，進(jìn)出管道反之可以不旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的動(dòng)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(jī)。
[0037]能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2是由進(jìn)氣閥19、噴嘴20、氣動(dòng)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(jī)24等組成，除第二傳感器23和發(fā)電機(jī)24外其它組成部分按順序用管道連接。其中，所述氣動(dòng)部件是能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的第一主體部件，發(fā)電機(jī)是能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的第二主體部件。
[0038]工質(zhì)循環(huán)機(jī)構(gòu)4是由儲(chǔ)液罐進(jìn)液閥29、儲(chǔ)液罐30、儲(chǔ)液罐出液閥31、工質(zhì)泵進(jìn)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(jī)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(zhǎng)、更換維修方便的各類合適的泵機(jī)。作為本熱機(jī)循環(huán)體系的工質(zhì)，除應(yīng)優(yōu)選對(duì)環(huán)境友好、對(duì)大氣層破壞少、價(jià)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(duì)象。選定工質(zhì)后則需選擇相應(yīng)的四大機(jī)構(gòu)和連接管道的材料種類，以減少工質(zhì)對(duì)選用材料的腐蝕破壞。
[0039]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:作為本熱機(jī)循環(huán)體系的低溫工質(zhì)在熱量集聚機(jī)構(gòu)I內(nèi)和來(lái)自自然環(huán)境或人為環(huán)境的“熱源”進(jìn)行某種形式的熱量交換而取得熱量，汽化并升溫升壓；當(dāng)一定量已經(jīng)升溫升壓的工質(zhì)汽體通過(guò)噴嘴調(diào)節(jié)進(jìn)入到能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2的氣動(dòng)部件21內(nèi)，如汽輪機(jī)，就具有推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的能力；由于存在著重要的前提條件，當(dāng)降溫液化機(jī)構(gòu)3的強(qiáng)制式冷凝器使得汽輪機(jī)排出的工質(zhì)尾氣被降溫液化，于是這種轉(zhuǎn)動(dòng)便成為可持續(xù)進(jìn)行的能力，保證連續(xù)的工質(zhì)氣流在能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2內(nèi)膨脹做功得以實(shí)現(xiàn)。若能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2中的氣動(dòng)部件21連接上發(fā)電機(jī)24就可以使發(fā)電機(jī)連續(xù)地輸出電流。
[0040]本發(fā)明的實(shí)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(hào)后，觸發(fā)工質(zhì)泵33按設(shè)定要求運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)輸出合適的工質(zhì)液體流量；進(jìn)入熱量集聚機(jī)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(yáng)光照射下的某種熱源進(jìn)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(jìn)入能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2內(nèi)的氣動(dòng)部件21的進(jìn)口端進(jìn)行膨脹做功，并瞬間通過(guò)氣動(dòng)部件的出口端進(jìn)入連通的降溫液化機(jī)構(gòu)3的強(qiáng)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(qiáng)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(jī)構(gòu)4內(nèi)的儲(chǔ)液罐30的輸入端，儲(chǔ)液罐和工質(zhì)泵進(jìn)液閥是連通的，工質(zhì)泵33的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)保證本系統(tǒng)熱交換和膨脹做功持續(xù)進(jìn)行。
[0041]本發(fā)明的工作原理是，低溫工質(zhì)在熱量集聚機(jī)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(jī)構(gòu)2內(nèi)膨脹做功或轉(zhuǎn)換為電能；由于降溫液化機(jī)構(gòu)3的強(qiáng)制式冷凝器強(qiáng)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(jìn)行熱交換獲得熱量升溫，升溫的工質(zhì)液體通過(guò)電子膨脹閥14作用，以氣液兩相狀態(tài)進(jìn)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(jìn)行熱交換獲得熱量氣化、升溫升壓。熱量集聚機(jī)構(gòu)I內(nèi)的氣液相聯(lián)合熱量交換部件進(jìn)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(guò)升溫升壓后的工質(zhì)氣體進(jìn)入能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2內(nèi)膨脹做功輸出機(jī)械動(dòng)力，或連接發(fā)電機(jī)24，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動(dòng)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(jìn)入降溫液化機(jī)構(gòu)3的強(qiáng)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(dòng)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(guò)輸液閥27流入到工質(zhì)循環(huán)機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)液罐30，儲(chǔ)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(dòng)，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(qiáng)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(wú)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(lái)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(kuò)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(shí)強(qiáng)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(shí)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(wèn)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(kāi)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(jìn)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(dá)到進(jìn)一步節(jié)能減排的可能。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)還在于本發(fā)電系統(tǒng)建造成本低，運(yùn)行成本也低。按目前物價(jià)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(yùn)行成本(包括維護(hù)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(chǎng)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(guò)抽水泵或抽氣機(jī)動(dòng)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(jī)構(gòu)1、能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2、降溫液化機(jī)構(gòu)3和工質(zhì)循環(huán)機(jī)構(gòu)4按順序用管道連接。即熱量集聚機(jī)構(gòu)I內(nèi)的進(jìn)液閥11、液相換熱器12、止回閥13、電子膨脹閥14、進(jìn)氣閥15、氣相換熱器16、出氣閥17，和能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)2內(nèi)的進(jìn)氣閥19、噴嘴20、氣動(dòng)部件21、出氣閥22，和降溫降壓機(jī)構(gòu)3內(nèi)的進(jìn)氣閥25、強(qiáng)制式冷凝器26、輸液閥27，最后和工質(zhì)循環(huán)機(jī)構(gòu)4內(nèi)的進(jìn)液閥29、儲(chǔ)液罐30、儲(chǔ)液出口閥31、工質(zhì)泵進(jìn)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(gè)閉式回路。作為本熱機(jī)循環(huán)體系的工質(zhì)在工質(zhì)泵33帶動(dòng)下在回路內(nèi)形成定向流動(dòng)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(dòng)部件的出口處，(溫度、壓力、流量)第三傳感器安裝在強(qiáng)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(chǔ)液罐上；發(fā)電機(jī)24的轉(zhuǎn)子軸與氣動(dòng)部件21的中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接。
[0049]當(dāng)自然環(huán)境或人為環(huán)境中的熱源(水或某種氣體)通過(guò)電子調(diào)節(jié)閥進(jìn)入氣液相聯(lián)合熱量交換部件同時(shí)，工質(zhì)泵33啟動(dòng)，于是儲(chǔ)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(jì)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(dāng)溫度升高后的液體工質(zhì)通過(guò)電子膨脹閥進(jìn)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(guò)噴嘴調(diào)節(jié)作用在氣動(dòng)部件21的葉輪上(若有葉輪話)，使氣動(dòng)部件21的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，若氣動(dòng)部件21的中心軸連接的是發(fā)電機(jī)24的轉(zhuǎn)子軸，導(dǎo)線切割磁力線，于是發(fā)電成功。氣動(dòng)部件21的出口端與強(qiáng)制式冷凝器26的進(jìn)口端連通，并由輸液閥27連接管道返入儲(chǔ)液罐30，如此完成工質(zhì)的一個(gè)閉式循環(huán)。由于工質(zhì)泵的不斷運(yùn)轉(zhuǎn)，吸熱氣化、做功、降溫液化，整個(gè)過(guò)程不斷進(jìn)行，周而復(fù)始。
[0050]本發(fā)明的特點(diǎn)，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(qiáng)制式冷凝器化解找不到相對(duì)應(yīng)合適低溫源的難題，使本方案隨處可以實(shí)施，顯得那么的簡(jiǎn)單、容易。
[0051]例2、節(jié)電高效型方案
[0052]本方案相對(duì)例I稱為節(jié)電高效型，因?yàn)樗恍枰樗虺闅?，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(dòng)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(jìn)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(lái)重新確定換熱面積。
[0054]例3、低溫光熱儲(chǔ)水型方案
[0055]本方案相對(duì)例I稱為低溫光熱儲(chǔ)水型，因?yàn)樵诮鉀Q緯度較高、溫度較低地區(qū)的熱源問(wèn)題上增加了儲(chǔ)熱設(shè)施和光場(chǎng)設(shè)施。特別適合于光照長(zhǎng)、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(duì)外界熱源的干預(yù)和準(zhǔn)備上。本方案中，光場(chǎng)聚焦鏡陣?yán)糜嘘?yáng)光的白天聚焦加熱儲(chǔ)水池中的水溶液。儲(chǔ)水池中的水溶液就是本系統(tǒng)的熱源，一般儲(chǔ)水池至少要有兩個(gè)，它將被循環(huán)使用。儲(chǔ)水池的大小和光場(chǎng)的面積需根據(jù)實(shí)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(gè)儲(chǔ)水池就夠了，不需要在水中添加儲(chǔ)熱劑。從儲(chǔ)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?dòng)冒出的水池內(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(jìn)水側(cè)。若該地?zé)峋畬儆谥械蜏氐責(zé)峋疁爻Ｄ旰愣ㄔ?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(duì)較佳實(shí)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(duì)這些實(shí)施例的各種修改對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的，可把這里所述的總的原理應(yīng)用到其他實(shí)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(shí)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(jī)構(gòu)、一能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、一降溫液化機(jī)構(gòu)和一工質(zhì)循環(huán)機(jī)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)符合熱機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)，利用一種強(qiáng)制式冷凝器技術(shù)實(shí)現(xiàn)工質(zhì)尾氣的有效散熱和液化；所述工質(zhì)循環(huán)機(jī)構(gòu)，利用工質(zhì)泵和儲(chǔ)液罐，提供工質(zhì)在封閉體系內(nèi)周而復(fù)始的循環(huán)運(yùn)動(dòng)可能性； 所述能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，利用能量轉(zhuǎn)換組合部件，使進(jìn)入機(jī)構(gòu)內(nèi)的工質(zhì)氣流熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或進(jìn)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(jī)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(jìn)液閥、液相換熱器、止回閥、電子膨脹閥、進(jìn)氣閥、氣相換熱器、出氣閥以及在某些應(yīng)用場(chǎng)合并非必需的熱交換體系的進(jìn)水(氣)電子調(diào)節(jié)閥。 所述能量轉(zhuǎn)換機(jī)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(jìn)氣閥、噴嘴、透平機(jī)，出氣閥以及發(fā)電機(jī)。 所述降溫液化機(jī)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(jìn)氣閥、強(qiáng)制式冷凝器、輸液閥。所述工質(zhì)循環(huán)機(jī)構(gòu)，包括并不限于第四傳感器和輸液閥、工質(zhì)泵、儲(chǔ)液罐和進(jìn)液閥。其中，所述熱量集聚機(jī)構(gòu)的出氣閥和所述能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的氣動(dòng)部件進(jìn)氣閥通過(guò)管道相連，所述能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的出氣閥與所述降溫液化機(jī)構(gòu)的進(jìn)氣閥通過(guò)管道相連，所述熱量集聚機(jī)構(gòu)的進(jìn)液閥與工質(zhì)泵輸液閥通過(guò)管道相連，所述降溫液化機(jī)構(gòu)的輸液閥與儲(chǔ)液罐進(jìn)液閥通過(guò)管道相連，工質(zhì)泵進(jìn)液閥又與儲(chǔ)液罐輸液閥通過(guò)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(dá)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(dá)式可簡(jiǎn)化為: L/C1 = ΔΤ2-ΔΤ1 或 AT2 = L/C1+AT1 當(dāng)室溫環(huán)境(水或空氣)被視為“熱源”時(shí)，上述算式對(duì)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(jī)構(gòu)，利用一種強(qiáng)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(jī)構(gòu)內(nèi)或壓縮、或膨脹，在膨脹、壓縮過(guò)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(qiáng)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(dòng)的某種氣體借此把“熱”從尾氣中強(qiáng)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(qiáng)制式冷凝器包括并不限于經(jīng)過(guò)改進(jìn)的螺桿膨脹壓縮機(jī)、透平膨脹壓縮機(jī)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(jī)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(dòng)部件包括常見(jiàn)的汽輪機(jī)、螺桿膨脹發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)氣缸、氣動(dòng)馬達(dá)、外燃發(fā)動(dòng)機(jī)(斯特林)等任何其他形式的氣動(dòng)部件。
【文檔編號(hào)】F01K25/00GK104454049SQ201410740587
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)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(qǐng)人:忻元敏