空气热能发电方法
【专利说明】空气热能发电方法
[0001]本发明属于新能源发电技术，具体涉及利用空气热能发电。
【背景技术】
[0002]空气热能来源于太阳能。跟太阳能一样，空气热能也是取之不尽用之不竭的可再生能源；空气热能来源于太阳能，所以空气热能发电也是太阳能发电的一种。
[0003]已有太阳能发电直接利用太阳光能，使太阳能利用受昼夜时间限制，而且成本较高；空气热能发电是用被太阳能加热了的空气发电，以实现低成本、不间断的太阳能发电。
[0004]太阳能发电目前有三种形式:1、光伏发电。2、太阳能集热、蒸汽轮机发电。3、太阳能塔发电。在这三种方式中，光伏发电效率最高，成本也最高；太阳能塔发电是综合效益较好的，也是国外大力发展的技术。但是这三种技术单位电力生产成本较高而且受昼夜影响，为了持续供电，必须配套蓄能(蓄电或者蓄热)设施。本发明旨在提供一种成本更低、自然生态效益更高的太阳能发电新方法。
【发明内容】
[0005]本发明为达到设计简单、成本低廉且绿色环保的目的，设计的空气热能发电方法是:
[0006]弃用太阳光能，改用空气热能发电。为达到此目的必须做到:1、建造下降气流塔在塔内汽化降温介质把空气冷却到较低温度。2、下降气流塔设计要能够利用塔外空气的温差自然产生气流。
[0007]空气热能发电方法是一种下降气流塔发电方法，由下降气流塔①、高压喷嘴②、降温介质输送管③、涡轮发电机组④、残液出口⑤共同组成，发电时需要降温介质参与工作，在下降气流塔内喷出降温介质并使之汽化、塔内空气降温后在下降气流塔中获得下降气流推动发动机发电。
[0008]上述下降气流塔①是高大的不透气建筑，只在上下开口，上面是进气口⑥，下面安装涡轮发电机组④的地方是出风口。在下降气流塔①的内部固定高压喷嘴②和降温介质输送管③，高压喷嘴②固定在下降气流塔①内壁和内部较高位置，塔内安装一组或者多组涡轮发电机组④(为方便起见，可以安装在下部或者出风口)，残液出口⑤保留一定的缝隙出风，可以直接利用气流清理水中析出的矿物质和灰尘等残余物。本系统用水做降温介质，也可以根据需要混入别的添加剂；如果用海水做降温介质，在发电后还能产生衍生产品。
[0009]与国外设计的太阳能发电塔相比较，两者有相同之处:1、都是利用太阳能热发电。
2、都是利用冷热空气温度差在塔内产生气流推动涡轮发电机发电。同时二者也有明显区别:国外太阳能塔利用太阳能加热空气，内部温度高于环境温度，产生上升气流；而本发明是给塔内空气降温产生下降气流。由于汽化降温比太阳能加热更容易集中地、不间断地实现，受制约因素更少，故本发明更简单、成本更低同时效率更高。
[0010]两者相比本发明有明显优势:1、本发明不需要庞大的温室所以造价更低。2、国外太阳能塔在太阳能塔周围加热空气制造温差、在塔内产生气流。而本发明下降气流塔既是制造温差的场所也是产生气流的场所，更节约空间。3、国外太阳能塔通过太阳照射产生高温空气，受日出日落限制，一般白天能正常输出电能晚上不能发电或者只能发很少的电；而本发明通过降温介质的汽化给空气降温，利用大气蓄热和沙漠蓄热，只要环境气温高于冰点数度，系统就能工作，可以昼夜不停的发电。这个设计直接把大气和沙漠环境作为蓄热设施，是更好的利用自然。4、太阳能塔都是建在沙漠，这里是高温干燥的地方。国外太阳能塔要产生更高的温度，恶化了周围环境；而本发明产生低温的水汽，不仅能改善环境，而且尾气还有可能提供“城市中央空调”服务和“城市集中加湿”服务，造福一方，也有获得经济效益的可能。5、国外太阳能塔热空气来源于塔底部周围温室结构，受其制约最理想的设计太阳能塔能做到200MW(20万千瓦)，本发明热空气来源于整个环境(大气和沙漠)完全不受限制，可以轻易做到更大直径、更大装机容量，从而创造更大价值。
[0011]通过简单说数据说明:一公斤标准煤的燃烧值是29000千焦，一公斤水的汽化热是2460千焦，即要把相同质量的空气加热或者降温到相同的温差，需要的蒸发的水是需要燃烧煤质量的12倍左右；由于燃煤锅炉效率大约60%，所以燃烧一吨煤发的电能跟蒸发七吨水所发的电能基本相当(假定两者的涡轮发电机效率相同或者接近)。但是燃烧一吨煤的代价是大约500元和二氧化碳排放，而蒸发七吨水的代价是10-20元和凉爽水汽的排放。更重要的是:本发明消耗的是太阳能取之不尽用之不竭；而本发明所使用的降温介质是水，不仅存量巨大而且仅仅只是在自然界循环、并不是消失永远不见了，这种循环利用方式是最理想的能源解决方案。
[0012]综合以上论述，本发明具有巨大经济效益和社会效益。
【附图说明】
[0013]图1:涡轮发电机安装在太阳能塔周围；
[0014]如果用海水做降温介质，残液出口将有衍生产品，实现附加价值。
[0015]图2:涡轮发电机组安装在太阳能塔下部；
[0016]为了结构简单，也可以在下降气流塔底部直接安装涡轮发电机组。
[0017]图3:双层结构太阳能塔；
[0018]下降气流塔也可以作成双层结构，不仅更稳固，而且保温效果更好。
[0019]图4:塔顶进气口部位扩大；
[0020]进气口气温较高、体积较大，也可以适当扩大塔顶部尺寸以获得更高的风速。
[0021]附图标识:
[0022]①一下降气流塔
[0023]②——高压喷嘴
[0024]③一降温介质输送管
[0025]④——涡轮发电机(出风口)
[0026]⑤——残液出口
[0027]⑥——进气口
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图及实施例对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于本实施例。
[0029]整个系统建筑、安装完毕以后，把降温介质(以下称水)经过加压从降温介质输送管③(以下称水管)送到高压喷头喷出②，在空气-液体界面自然会产生蒸发。降温介质蒸发会吸热，周围空气会大幅降温，而降温的冷空气比重大，会产生下降气流。下降气流塔①起到保温和引导下降气流到涡轮发电机的作用。气流又会加速降温介质的蒸发，形成良性循环，整个系统即开始发电工作。
[0030]其工作原理是这样的:液体在常温下也能汽化，同时吸收大量的热(水在30°C下的汽化热约为2430千焦)，使周围空气降温。由于物体热胀冷缩的特性，冷空气体积缩小后比重变大，产生较高压力。太阳能塔建造的越高，就能产生比周围环境更高的压力，在底部出风口形成强大气流推动涡轮发电机组产生电能。
[0031]要取得好的太阳能发电效果需要几个条件:1、环境温度要高。2、大气湿度要低。
3、太阳能塔要足够高。太阳能塔周围温度高、空气干燥，水的蒸发能力就很强，太阳能塔内外的温度差也越大，出风口的风速就大，就能产生更多的电能。所以本发明所述太阳能发电塔最好选择在高温低湿的沙漠地带建设，比如吐鲁番。
[0032]本发明利用了太阳热能发电而不是目前技术所采用的太阳光能，所以不受昼夜影响；其利用的热量来源于大气，在目前全球变暖的情况下，该发明不仅不消耗化石能源排放温室气体而且有一定空气降温作用；虽然对整个大气降温影响不大，但确实有益于环境是正面影响。
【主权项】
1.本发明所述空气热能发电方法其特征在于:一种系统发电，能把空气降温形成与环境气温温度差，冷空气产生下降气流并吹动涡轮发电机发电的系统。整个系统由高大且上下开口的下降气流塔①、降温介质输送管③、能够汽化的液体降温介质、高压喷嘴②、涡轮发电机组④、出风口、以及尾液出口⑤等共同组成。2.根据权利要求一所述的空气热能发电方法，其特征在于:下降气流塔①上部有进风口，下部有出风口和残液出口，出风口安装有涡轮发电机组；塔内固定安装了高压喷嘴②和降温介质输送管③。3.根据权利要求一所述的空气热能发电方法，其特征在于:本发明使用水作为汽化吸热的降温介质但不局限于水。4.根据权利要求一所述的空气热能发电方法，其特征在于:降温介质从高压喷嘴②喷出，在下降气流塔中蒸发成气体，并能随空气流动最终从出风口排出。5.根据权利要求一所述的空气热能发电方法，其特征在于:整个太阳能发电新方法有一个或者多个涡轮发电机组④。
【专利摘要】空气热能来源于太阳能，它也是取之不尽用之不竭的可再生能源。本发明通过设计特定的系统结构组成以实现低成本、不间断的空气热能发电。系统由下降气流塔①、高压喷嘴②、降温介质输送管③、涡轮发电机组④、残液出口⑤共同组成。发电时在下降气流塔内喷出降温介质使之汽化、塔内空气降温后在下降气流塔中获得下降气流推动发动机发电。相比国外太阳能塔发电，本发明成本低、节约土地、不受日落限制、更加环保、装机容量更大等诸多优势。
【IPC分类】F03G6/00, F01D15/10, F03G7/04
【公开号】CN105089953
【申请号】CN201410180630
【发明人】张自治
【申请人】张自治
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2014年5月4日