空氣熱能發(fā)電方法
【專利說明】空氣熱能發(fā)電方法
[0001]本發(fā)明屬于新能源發(fā)電技術(shù)，具體涉及利用空氣熱能發(fā)電。
【背景技術(shù)】
[0002]空氣熱能來源于太陽能。跟太陽能一樣，空氣熱能也是取之不盡用之不竭的可再生能源；空氣熱能來源于太陽能，所以空氣熱能發(fā)電也是太陽能發(fā)電的一種。
[0003]已有太陽能發(fā)電直接利用太陽光能，使太陽能利用受晝夜時(shí)間限制，而且成本較高；空氣熱能發(fā)電是用被太陽能加熱了的空氣發(fā)電，以實(shí)現(xiàn)低成本、不間斷的太陽能發(fā)電。
[0004]太陽能發(fā)電目前有三種形式:1、光伏發(fā)電。2、太陽能集熱、蒸汽輪機(jī)發(fā)電。3、太陽能塔發(fā)電。在這三種方式中，光伏發(fā)電效率最高，成本也最高；太陽能塔發(fā)電是綜合效益較好的，也是國(guó)外大力發(fā)展的技術(shù)。但是這三種技術(shù)單位電力生產(chǎn)成本較高而且受晝夜影響，為了持續(xù)供電，必須配套蓄能(蓄電或者蓄熱)設(shè)施。本發(fā)明旨在提供一種成本更低、自然生態(tài)效益更高的太陽能發(fā)電新方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為達(dá)到設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低廉且綠色環(huán)保的目的，設(shè)計(jì)的空氣熱能發(fā)電方法是:
[0006]棄用太陽光能，改用空氣熱能發(fā)電。為達(dá)到此目的必須做到:1、建造下降氣流塔在塔內(nèi)汽化降溫介質(zhì)把空氣冷卻到較低溫度。2、下降氣流塔設(shè)計(jì)要能夠利用塔外空氣的溫差自然產(chǎn)生氣流。
[0007]空氣熱能發(fā)電方法是一種下降氣流塔發(fā)電方法，由下降氣流塔①、高壓噴嘴②、降溫介質(zhì)輸送管③、渦輪發(fā)電機(jī)組④、殘液出口⑤共同組成，發(fā)電時(shí)需要降溫介質(zhì)參與工作，在下降氣流塔內(nèi)噴出降溫介質(zhì)并使之汽化、塔內(nèi)空氣降溫后在下降氣流塔中獲得下降氣流推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電。
[0008]上述下降氣流塔①是高大的不透氣建筑，只在上下開口，上面是進(jìn)氣口⑥，下面安裝渦輪發(fā)電機(jī)組④的地方是出風(fēng)口。在下降氣流塔①的內(nèi)部固定高壓噴嘴②和降溫介質(zhì)輸送管③，高壓噴嘴②固定在下降氣流塔①內(nèi)壁和內(nèi)部較高位置，塔內(nèi)安裝一組或者多組渦輪發(fā)電機(jī)組④(為方便起見，可以安裝在下部或者出風(fēng)口)，殘液出口⑤保留一定的縫隙出風(fēng)，可以直接利用氣流清理水中析出的礦物質(zhì)和灰塵等殘余物。本系統(tǒng)用水做降溫介質(zhì)，也可以根據(jù)需要混入別的添加劑；如果用海水做降溫介質(zhì)，在發(fā)電后還能產(chǎn)生衍生產(chǎn)品。
[0009]與國(guó)外設(shè)計(jì)的太陽能發(fā)電塔相比較，兩者有相同之處:1、都是利用太陽能熱發(fā)電。
2、都是利用冷熱空氣溫度差在塔內(nèi)產(chǎn)生氣流推動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。同時(shí)二者也有明顯區(qū)別:國(guó)外太陽能塔利用太陽能加熱空氣，內(nèi)部溫度高于環(huán)境溫度，產(chǎn)生上升氣流；而本發(fā)明是給塔內(nèi)空氣降溫產(chǎn)生下降氣流。由于汽化降溫比太陽能加熱更容易集中地、不間斷地實(shí)現(xiàn)，受制約因素更少，故本發(fā)明更簡(jiǎn)單、成本更低同時(shí)效率更高。
[0010]兩者相比本發(fā)明有明顯優(yōu)勢(shì):1、本發(fā)明不需要龐大的溫室所以造價(jià)更低。2、國(guó)外太陽能塔在太陽能塔周圍加熱空氣制造溫差、在塔內(nèi)產(chǎn)生氣流。而本發(fā)明下降氣流塔既是制造溫差的場(chǎng)所也是產(chǎn)生氣流的場(chǎng)所，更節(jié)約空間。3、國(guó)外太陽能塔通過太陽照射產(chǎn)生高溫空氣，受日出日落限制，一般白天能正常輸出電能晚上不能發(fā)電或者只能發(fā)很少的電；而本發(fā)明通過降溫介質(zhì)的汽化給空氣降溫，利用大氣蓄熱和沙漠蓄熱，只要環(huán)境氣溫高于冰點(diǎn)數(shù)度，系統(tǒng)就能工作，可以晝夜不停的發(fā)電。這個(gè)設(shè)計(jì)直接把大氣和沙漠環(huán)境作為蓄熱設(shè)施，是更好的利用自然。4、太陽能塔都是建在沙漠，這里是高溫干燥的地方。國(guó)外太陽能塔要產(chǎn)生更高的溫度，惡化了周圍環(huán)境；而本發(fā)明產(chǎn)生低溫的水汽，不僅能改善環(huán)境，而且尾氣還有可能提供“城市中央空調(diào)”服務(wù)和“城市集中加濕”服務(wù)，造福一方，也有獲得經(jīng)濟(jì)效益的可能。5、國(guó)外太陽能塔熱空氣來源于塔底部周圍溫室結(jié)構(gòu)，受其制約最理想的設(shè)計(jì)太陽能塔能做到200MW(20萬千瓦)，本發(fā)明熱空氣來源于整個(gè)環(huán)境(大氣和沙漠)完全不受限制，可以輕易做到更大直徑、更大裝機(jī)容量，從而創(chuàng)造更大價(jià)值。
[0011]通過簡(jiǎn)單說數(shù)據(jù)說明:一公斤標(biāo)準(zhǔn)煤的燃燒值是29000千焦，一公斤水的汽化熱是2460千焦，即要把相同質(zhì)量的空氣加熱或者降溫到相同的溫差，需要的蒸發(fā)的水是需要燃燒煤質(zhì)量的12倍左右；由于燃煤鍋爐效率大約60%，所以燃燒一噸煤發(fā)的電能跟蒸發(fā)七噸水所發(fā)的電能基本相當(dāng)(假定兩者的渦輪發(fā)電機(jī)效率相同或者接近)。但是燃燒一噸煤的代價(jià)是大約500元和二氧化碳排放，而蒸發(fā)七噸水的代價(jià)是10-20元和涼爽水汽的排放。更重要的是:本發(fā)明消耗的是太陽能取之不盡用之不竭；而本發(fā)明所使用的降溫介質(zhì)是水，不僅存量巨大而且僅僅只是在自然界循環(huán)、并不是消失永遠(yuǎn)不見了，這種循環(huán)利用方式是最理想的能源解決方案。
[0012]綜合以上論述，本發(fā)明具有巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
【附圖說明】
[0013]圖1:渦輪發(fā)電機(jī)安裝在太陽能塔周圍；
[0014]如果用海水做降溫介質(zhì)，殘液出口將有衍生產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)附加價(jià)值。
[0015]圖2:渦輪發(fā)電機(jī)組安裝在太陽能塔下部；
[0016]為了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也可以在下降氣流塔底部直接安裝渦輪發(fā)電機(jī)組。
[0017]圖3:雙層結(jié)構(gòu)太陽能塔；
[0018]下降氣流塔也可以作成雙層結(jié)構(gòu)，不僅更穩(wěn)固，而且保溫效果更好。
[0019]圖4:塔頂進(jìn)氣口部位擴(kuò)大；
[0020]進(jìn)氣口氣溫較高、體積較大，也可以適當(dāng)擴(kuò)大塔頂部尺寸以獲得更高的風(fēng)速。
[0021]附圖標(biāo)識(shí):
[0022]①一下降氣流塔
[0023]②——高壓噴嘴
[0024]③一降溫介質(zhì)輸送管
[0025]④——渦輪發(fā)電機(jī)(出風(fēng)口)
[0026]⑤——?dú)堃撼隹?br>[0027]⑥——進(jìn)氣口
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于本實(shí)施例。
[0029]整個(gè)系統(tǒng)建筑、安裝完畢以后，把降溫介質(zhì)(以下稱水)經(jīng)過加壓從降溫介質(zhì)輸送管③(以下稱水管)送到高壓噴頭噴出②，在空氣-液體界面自然會(huì)產(chǎn)生蒸發(fā)。降溫介質(zhì)蒸發(fā)會(huì)吸熱，周圍空氣會(huì)大幅降溫，而降溫的冷空氣比重大，會(huì)產(chǎn)生下降氣流。下降氣流塔①起到保溫和引導(dǎo)下降氣流到渦輪發(fā)電機(jī)的作用。氣流又會(huì)加速降溫介質(zhì)的蒸發(fā)，形成良性循環(huán)，整個(gè)系統(tǒng)即開始發(fā)電工作。
[0030]其工作原理是這樣的:液體在常溫下也能汽化，同時(shí)吸收大量的熱(水在30°C下的汽化熱約為2430千焦)，使周圍空氣降溫。由于物體熱脹冷縮的特性，冷空氣體積縮小后比重變大，產(chǎn)生較高壓力。太陽能塔建造的越高，就能產(chǎn)生比周圍環(huán)境更高的壓力，在底部出風(fēng)口形成強(qiáng)大氣流推動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電能。
[0031]要取得好的太陽能發(fā)電效果需要幾個(gè)條件:1、環(huán)境溫度要高。2、大氣濕度要低。
3、太陽能塔要足夠高。太陽能塔周圍溫度高、空氣干燥，水的蒸發(fā)能力就很強(qiáng)，太陽能塔內(nèi)外的溫度差也越大，出風(fēng)口的風(fēng)速就大，就能產(chǎn)生更多的電能。所以本發(fā)明所述太陽能發(fā)電塔最好選擇在高溫低濕的沙漠地帶建設(shè)，比如吐魯番。
[0032]本發(fā)明利用了太陽熱能發(fā)電而不是目前技術(shù)所采用的太陽光能，所以不受晝夜影響；其利用的熱量來源于大氣，在目前全球變暖的情況下，該發(fā)明不僅不消耗化石能源排放溫室氣體而且有一定空氣降溫作用；雖然對(duì)整個(gè)大氣降溫影響不大，但確實(shí)有益于環(huán)境是正面影響。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.本發(fā)明所述空氣熱能發(fā)電方法其特征在于:一種系統(tǒng)發(fā)電，能把空氣降溫形成與環(huán)境氣溫溫度差，冷空氣產(chǎn)生下降氣流并吹動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電的系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)由高大且上下開口的下降氣流塔①、降溫介質(zhì)輸送管③、能夠汽化的液體降溫介質(zhì)、高壓噴嘴②、渦輪發(fā)電機(jī)組④、出風(fēng)口、以及尾液出口⑤等共同組成。2.根據(jù)權(quán)利要求一所述的空氣熱能發(fā)電方法，其特征在于:下降氣流塔①上部有進(jìn)風(fēng)口，下部有出風(fēng)口和殘液出口，出風(fēng)口安裝有渦輪發(fā)電機(jī)組；塔內(nèi)固定安裝了高壓噴嘴②和降溫介質(zhì)輸送管③。3.根據(jù)權(quán)利要求一所述的空氣熱能發(fā)電方法，其特征在于:本發(fā)明使用水作為汽化吸熱的降溫介質(zhì)但不局限于水。4.根據(jù)權(quán)利要求一所述的空氣熱能發(fā)電方法，其特征在于:降溫介質(zhì)從高壓噴嘴②噴出，在下降氣流塔中蒸發(fā)成氣體，并能隨空氣流動(dòng)最終從出風(fēng)口排出。5.根據(jù)權(quán)利要求一所述的空氣熱能發(fā)電方法，其特征在于:整個(gè)太陽能發(fā)電新方法有一個(gè)或者多個(gè)渦輪發(fā)電機(jī)組④。
【專利摘要】空氣熱能來源于太陽能，它也是取之不盡用之不竭的可再生能源。本發(fā)明通過設(shè)計(jì)特定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成以實(shí)現(xiàn)低成本、不間斷的空氣熱能發(fā)電。系統(tǒng)由下降氣流塔①、高壓噴嘴②、降溫介質(zhì)輸送管③、渦輪發(fā)電機(jī)組④、殘液出口⑤共同組成。發(fā)電時(shí)在下降氣流塔內(nèi)噴出降溫介質(zhì)使之汽化、塔內(nèi)空氣降溫后在下降氣流塔中獲得下降氣流推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電。相比國(guó)外太陽能塔發(fā)電，本發(fā)明成本低、節(jié)約土地、不受日落限制、更加環(huán)保、裝機(jī)容量更大等諸多優(yōu)勢(shì)。
【IPC分類】F03G6/00, F01D15/10, F03G7/04
【公開號(hào)】CN105089953
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410180630
【發(fā)明人】張自治
【申請(qǐng)人】張自治
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2014年5月4日