一种空气能发电系统的制作方法
【专利摘要】本申请提供了一种空气能发电系统，包括通风管道，风机，蓄热池，分别与通风管道及蓄热池连接，将通风管道内空气的热量传递至蓄热池内的第一换热器；填充在蓄热池内，吸收并存储由第一换热器释放的热量的第一液体工质；与蓄热池连接，吸收所述蓄热池内第一液体工质的热量并将热量转化为机械能的热机；与热机连接的蓄冷池；蓄冷池内填充有吸收热机释放的乏热的第二液体工质；分别与蓄热池及蓄冷池连接，吸收蓄冷池内热量并将热量转移至蓄热池内的热泵；发电机。本申请提供的空气能发电系统，可利用空气中的热能进行发电，且发电过程无污染物的排放。
【专利说明】一种空气能发电系统
【技术领域】
[0001] 本申请涉及发电【技术领域】，特别涉及一种空气能发电系统。
【背景技术】
[0002] 目前，绝大部分电能都来源于化石能源一煤炭、石油、天然气等，少数来源于风 能、水能或生物质能。在能源日益紧张的今天，绿色清洁的可再生的能源科转化为电能的技 术日益受到重视。
[0003] 现在，在新能源中，水力、风力和太阳能发电技术已相当成熟，但是水力发电开发 很受地域限制；而风力及太阳光太过于分散和不稳定，使得风力发电和太阳能发电设备占 地面积庞大、一次性投资极高。
[0004] 而空气中含有大量的来源于太阳的热量，这些热量在空气中具有广泛性与稳定 性，因此空气中的热量是一种巨大的可再生清洁能源。在收集空气中热量的过程中，由于空 气具有良好的流动性，这使得收集空气能不需要像收集太阳能或风能那样设置较大的收集 面积或跟踪设备，设备上投资较少。
[0005] 但是目前针对利用空气能发电的技术研究却很少，因此，市场上亟需一种利用空 气能发电的新技术。
【发明内容】
[0006] 为了解决上述问题，本申请公开了一种空气能发电系统，包括：
[0007] 通风管道；
[0008] 设置在所述通风管道内，吸收外界空气并将吸收的空气输送至所述通风管道内的 风机；
[0009] 蓄热池；
[0010] 分别与所述通风管道及所述蓄热池连接，将所述通风管道内空气的热量传递至所 述蓄热池内的第一换热器；
[0011] 填充在所述蓄热池内，吸收并存储由所述第一换热器释放的热量的第一液体工 质；
[0012] 与所述蓄热池连接，吸收所述蓄热池内第一液体工质的热量并将热量转化为机械 能的热机；
[0013] 与所述热机连接的蓄冷池；所述蓄冷池内填充有吸收所述热机释放的乏热的第二 液体工质；
[0014] 分别与所述蓄热池及所述蓄冷池连接，吸收所述蓄冷池内热量并将热量转移至所 述蓄热池内的热泵；
[0015] 与所述热机连接，将所述热机产生的机械能转化为电能的发电机。
[0016] 优选的，所述热机包括：
[0017] 填充有第三液体工质的供热管；填充有第四液体工质的回热管；
[0018] 设置在所述供热管上，吸收所述蓄热池内第一液体工质的热量并将热量传递至所 述供热管内的第二换热器；
[0019] 所述供热管受热时，所述第三液体工质按照第一方向在所述供热管内循环流动；
[0020] 设置在所述回热管上的机械泵，在所述机械泵的作用下，所述第四液体工质按照 与第一方向相反的第二方向在所述回热管内循环流动；
[0021] 设置于所述供热管和所述回热管上，按照第一方向顺序设置的第一逆流换热器、 散热器和第二逆流换热器；其中，所述散热器排放经所述第一逆流换热器换热后供热管内 及经所述第二逆流换热器换热后回热管内的乏热至所述蓄冷池；
[0022] 所述第二换热器设置于所述第二逆流换热器和所述第一逆流换热器之间；
[0023] 设置于所述供热管上，在所述第三液体工质流动时运转的叶轮机，所述叶轮机连 接所述所述发电机。
[0024] 优选的，还包括：
[0025] 设置在所述第一逆流换热器上，检测所述第三液体工质在所述第一逆流换热器的 入口处的温度的第一温度传感器；
[0026] 设置在所述第一逆流换热器上，检测所述第四液体工质在所述第一逆流换热器的 出口处的温度的第二温度传感器；
[0027] 设置在所述第一逆流换热器上，检测所述第三液体工质在所述第一逆流换热器的 入口处的流速的第一流速传感器；
[0028] 设置在所述第一逆流换热器上，检测所述第四液体工质在所述第一逆流换热器的 出口处的流速的第二流速传感器；
[0029] 分别与所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第一流速传感器、所述第 二流速传感器和所述机械泵连接，接收所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第 一流速传感器和所述第二流速传感器的电信号并控制所述机械泵工作状态的第一控制器。
[0030] 优选的，还包括：
[0031] 设置在所述回热管上的第三换热器；分别与所述蓄热池及所述第三换热器连接的 第一循环管道；
[0032] 所述第一循环管道与所述蓄热池连通；
[0033] 控制所述第一液体工质在所述第一循环管道内循环流动的回热循环泵。
[0034] 优选的，还包括：
[0035] 设置在所述供热管上，对所述供热管内的第三液体工质加压使所述第三液体工质 保持液态的气泵；
[0036] 设置在所述供热管上与所述气泵连通，为所述供热管内压强变化和第三液体工质 体积变化提供缓冲空间的间隙室；
[0037] 与所述供热管连通的用于存储所述第三液体工质的储存室；
[0038] 设置在所述供热管与所述回热管上的减压阀。
[0039] 优选的，所述蓄热池与所述第二换热器通过第二循环管道连接；
[0040] 所述第二循环管道与所述蓄热池连通；
[0041] 控制所述第一液体工质在所述第二循环管道内循环流动的热源循环泵；
[0042] 所述蓄冷池与所述散热器通过第三循环管道连接；
[0043] 所述第三循环管道与所述蓄冷池连通；
[0044] 控制所述第二液体工质在所述第三循环管道内循环流动的冷源循环泵。
[0045] 优选的，还包括：
[0046] 设置在所述通风管道上，与所述蓄冷池连接，将所述通风管道内空气热量传递至 所述蓄冷池内的第四换热器；
[0047] 设置在所述蓄热池内，检测所述蓄热池内第一液体工质温度的第三温度传感器；
[0048] 设置在所述蓄冷池内，检测所述蓄冷池内第二液体工质温度的第四温度传感器；
[0049] 检测外界空气温度的第五温度传感器；
[0050] 分别与所述第三温度传感器、所述第五温度传感器及所述第一换热器连接，接收 所述第三温度传感器和所述第五温度传感器所检测的温度信号，并控制所述第一换热器工 作状态的第二控制器；
[0051] 分别与第四温度传感器，第五温度传感器及第四换热器连接，接收所述第四温度 传感器，第五温度传感器所检测的温度信号，并控制所述第四换热器工作状态的第三控制 器；
[0052] 分别与所述第四温度传感器、所述第五温度传感器及所述热泵连接，接收所述第 四温度传感器和所述第五温度传感器所检测的温度信号，并控制所述热泵工作状态的第四 控制器。
[0053] 优选的，还包括：
[0054] 与所述热机串联连接的多级做功单元；
[0055] 与所述蓄热池连接，在所述热源循环泵的控制下，将第一液体工质的热量传递至 初级做功单元的第四循环管道；
[0056] 多个用于连接相邻两级做功单元且将当前做功单元的余热传递至下一级做功单 元的热量传递单元；
[0057] 所述末级做功单元通过所述热量传递单元与所述热机连接；
[0058] 设置在所述第二循环管道与所述第四循环管道上，控制所述第一液体工质流向的 阀门机构。
[0059] 优选的，所述第三液体工质的比热容与所述第四液体工质的膨胀系数的乘积小于 所述第四液体工质的比热容与所述第三液体工质的膨胀系数的乘积；
[0060] 优选的，所述第一液体工质包括水；所述第二液体工质包括添加有防冻剂的水； 所述第三液体工质包括制冷剂；所述第四液体工质包括水。
[0061] 与现有技术相比，本申请包括以下优点：
[0062] 本申请提供的空气能发电系统，通过设置在通风管道上的风机将外界空气吸入通 风管道内，在通风管道与蓄热池上设置第一换热器，第一换热器将空气中携带的大量热量 传递至蓄热池内。在蓄热池内填充有可以吸收并存储热量的第一液体工质。热机与蓄热池 连接，吸收蓄热池内的热量，并将热量转化为机械能。与热机连接的蓄冷池内存储有低温的 第二液体工质，第二液体工质吸收热机工作过程中所排放的乏热。热泵分别与蓄冷池及蓄 热池连接，将蓄冷池内吸收的热机的乏热转移至蓄热池内，同时使蓄冷池保持较低的温度。 发电机将热机机械能转化为电能，实现发电。
[0063] 因此，本申请提供的空气能发电系统主要有以下优点：
[0064] 有效地利用空气能进行发电，开辟了新能源发电的新市场；本申请提供的发电系 统通过热泵将乏热再次回收至蓄热池内，系统在发电过程中无剩余热量排放，热效率极高； 由于没有大量的收集设备，投资小，且在发电过程中无污染物质的排放，绿色发电，对环境 零危害。
[0065] 当然，实施本申请的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0066] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0067]图1为本申请提供的一种空气能发电系统的结构示意图；
[0068]图2为本申请提供的一种空气能发电系统中的热机的结构示意图；
[0069]图3为本申请提供的一种空气能发电系统中热量传递单元的结构示意图；
[0070] 图4为本申请提供的一种空气能发电系统的能量流程图；
[0071] 图5为本申请提供的一种空气能发电系统的另一个能量流程图。
【具体实施方式】
[0072] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0073] 请参阅图1，其示出了本申请提供的空气能发电系统的结构组成，本申请提供的空 气能发电系统，主要包括：通风管道1、风机2、蓄热池3、第一换热器4、热机5、蓄冷池6、热 泵7及发电机8。
[0074] 风机2设置在通风管道1内，风机2运转使通风管道1产生空气流动，进而不断地 向通风管道1输送空气能量。通风管道1的出口与入口处可以设置封闭装置，在风机2不 运转时将通风管道1封闭，以减小散热。通过设置通风管道1，使空气流动集中，通风管道1 应有足够的长度以避免空气的近距离流动，有效地避免了空气的重复使用。设置在通风管 道1内的第一换热器4将通风管道1内空气的热量传递至蓄热池3内的第一液体工质中。 其中，第一液体工质的作用在于吸收热量并存储热量。
[0075]热机5与蓄热池3连接并吸收蓄热池3内第一液体工质的热量，在吸收了第一液 体工质的热量后，热机5将热量转化为机械能。与热机5连接的发电机8将热机5的机械 能转化为电能，实现了发电。
[0076] 蓄冷池6与热机5连接，在蓄冷池6内填充有温度较低的第二液体工质。在热机 5工作的过程中有部分乏热被释放，第二液体工质吸收被热机5释放的乏热并将乏热存储。
[0077] 其中，乏热是指热机5不能再利用的热量，也是经散热器506对蓄冷池6所释放的 热量。
[0078] 热泵7是转移热量的装置，它能够把热量从低温处转移到高温处，且转移后的总 热量要大于它的消耗量。关于热泵技术已经是现有的较成熟的技术，在此不再赘述。
[0079] 在本申请中，热泵7分别与蓄热池3及蓄冷池6连接，将蓄冷池吸收的外界空气热 量或蓄冷池吸收的热机5的乏热转移至蓄热池3中。由于蓄冷池6内的热量不断的被热泵 7转移，所以能保证蓄冷池6内的温度处于较低的状态。这样既回收了乏热，又保证了蓄冷 池6维持较低的温度，而蓄热池3内由热泵7转移的热量再次地被热机5吸收利用进行发 电。因此，在整个发电过程中系统没有对外排放的热量。
[0080] 请参见图2,其示出了本申请提供的热机的结构示意图。本申请提供的空气能发电 系统的热机5主要包括：
[0081] 供热管501、回热管502、第二换热器503、机械泵504、第一逆流换热器505、散热器 506、第二逆流换热器507及叶轮机508。
[0082] 其中，供热管501与回热管502是两个相同且垂直对称设置的方形环状管道，供热 管501中填充第三液体工质，回热管502中填充第四液体工质。
[0083] 第二换热器503设置在供热管501的垂直支管底部，并且吸收蓄热池3内第一液 体工质的热量并将热量传递至供热管501。
[0084] 供热管501的主要作用是做功，具体的，当第二换热器503将热量传递至供热管 501后，第三液体工质在受热区内膨胀，与供热管501冷的一侧由于存在密度差而形成压力 差。在这个压差的作用下，第三液体工质开始沿着供热管501向上流动，由热能转换为势 能，并在供热管501内形成循环的流动力，第三液体工质按照第一方向在供热管501内流 动。
[0085] 需要说明的是，当第三液体工质离开受热区后就不再膨胀。因为膨胀的程度由温 度决定，离开受热区后第三液体工质的温度不会继续上升，所以第三液体工质的膨胀也会 因为温度不再上升而停止。由于第三液体工质在刚离开受热区时，其温度是保持着受热区 的温度的，也就是说，在受热区内第三液体工质的热膨胀不会形成不可逆的损失。
[0086] 另外，第二换热器503的作用在于对供热管501进行加热，第二换热器503可以设 置在供热管501底端的任意一点。但是若设置在底端横管靠向中间的位置，那么，在开始加 热时，第三液体工质虽然受热膨胀，但在供热管501两侧形不成压力差，第三液体工质不流 动。而要形成流动就必须先推动受热的第三液体工质流动到供热管501的垂直侧的底部， 使供热管501两侧形成了压力差，第三液体工质才会在供热管501内形成自然的循环流动， 所以这个过程也可以先膨胀后做功。
[0087] 由此可以看出：本系统在运行过程中，第三液体工质的膨胀和做功可以同时进行， 也可以不同时进行。所以系统中的循环流动的功不是膨胀功，且热膨胀没有引起不可逆的 损失。
[0088] 机械泵504设置在回热管502上，用于使回热管502中的第四液体工质按照与第 一方向相反的第二方向循环流动。在供热管501和回热管502上，按照第一方向顺序依次 设置第一逆流换热器505,散热器506,和第二逆流换热器507。第二换热器503设置于第二 逆流换热器507和第一逆流换热器之间，使受热的第三液体工质首先通过第一逆流换热器 505。
[0089] 具体的，第一逆流换热器505设置在供热管501与回热管502上，将供热管501中 受热的第三液体工质的热量传递至第四液体工质。经第一逆流换热器505换热后的第三液 体工质仍携带有少量的乏热，在通过散热器506后将乏热散尽，散尽乏热的第三液体工质 流入供热管501冷的一侧，与供热管501热的一侧形成密度差。并将所拥有的势能转化为 动能。
[0090] 第四液体工质在流经第一逆流换热器505时吸收第三液体工质的热量，并在回热 管502中按照第二方向循环流动。在流经第二逆流换热器507时，通过第二逆流换热器507 将热量传递至第三液体工质。经第二逆流换热器507换热后的第四液体工质仍携带有少量 的乏热，在通过散热器506散热后将乏热散尽。流经第二逆流换热器507的第三液体工质 受热，并继续按照第一方向流动，在第二换热器503处补充各种损失后继续流动，使得第三 液体工质在供热管501中的两侧存在持续的密度差及压力差，以实现循环流动。
[0091] 从以上可以看出，回热管502的主要作用是输送第三液体工质的余热，使余热能 再次利用，而散热器506的作用是将乏热散尽，使热机两侧保持稳定的温差。
[0092] 叶轮机508设置在供热管501上，在流动的第三液体工质的推动下运转。发电机 8与叶轮机508连接，将机械能转化为电能。
[0093] 本申请中的热机5,主要是利用供热管501内低温工质在接近于临界状态的温度 时，在较小的温差下就有很大膨胀率，这会使热机5两侧产生较大的密度差，从而使热机5 两侧形成较大的压力差，在这个压力差的作用下推动低温工质在管道中流动做功，实现热 能与动能的转换。
[0094] 散热器506与蓄冷池6连接，并且散热器506将经过第一逆流换热器505换热后 供热管501内的乏热及经第二逆流换热器507换热后回热管502内的乏热排放到蓄冷池6 内。排放到蓄冷池6内的热机5的乏热被热泵7吸收并传递至蓄热池3,最终又被热机5利 用进行发电。这样即保证了蓄冷池6处于较低的温度，又提高了热量的利用率。
[0095] 在本申请中，蓄热池3与第二换热器503通过第二循环管道9连接，第二循环管道 9与蓄热池3连通。在第二循环管道9上设置热源循环泵10,热源循环泵10控制第一液体 工质在第二循环管道9内循环流动。当吸收了空气热量的第一液体工质流至第二换热器 503处时，第二换热器503将第一液体工质的热量吸收并将热量传递至供热管501。
[0096] 蓄冷池6与散热器506通过第三循环管道11连接，第三循环管道11与蓄冷池6 连通。在第三循环管道11上设置冷源循环泵12,冷源循环泵12控制第二液体工质在第三 循环管道11内循环流动。当温度较低的第二液体工质流至散热器506处时，吸收并存储散 热器506排放的热机5乏热。
[0097] 在本申请中，受热的第一液体工质作为热机5的热源，其温度应高于蓄冷池6内第 二液体工质的温度即冷源温度，为热机5的运行提供温差条件。而热泵7主要将第二液体 工质内的热量转移至第一液体工质中，同时使第一液体工质和第二液体工质之间保持较稳 定的温差，以保证热机3的正常工作。第一液体工质与第二液体工质之间温差的大小决定 了热泵7耗功率的大小。
[0098] 其中，第一液体工质，第二液体工质，第三液体工质及第四液体工质可以为水、空 气、酒精、导热油等液态工质。在本实施例中第一液体工质为水，第二液体工质为加有防冻 剂的水，第四液体工质为水或加有防冻剂的水，第三液体工质为处于液态的制冷剂。
[0099] 因此，应用本申请提供的空气能发电系统，可吸收空气中的热量，通过热泵7转移 热量，再由热机5将热量转化为机械能，最终由机械能转换为电能。本申请提供的空气能发 电系统，可高效地利用空气能作为发电的能源，为新能源发电技术开辟了新的领域。另外， 采用本申请提供的空气能发电系统，可避免采用大规模的集热设备，减少投资。
[0100] 由于在利用空气能发电时，发电系统易受到环境温度的影响。因此，为了更灵活地 控制本申请提供的空气能发电系统，在通风管道1上设置第四换热器13。第四换热器13与 蓄冷池6连接，并将通风管道1内空气热量传递至蓄冷池6。
[0101] 在蓄热池3内设置第三温度传感器14,第三温度传感器14用于检测蓄热池3内第 一液体工质的温度；在蓄冷池6内设置第四温度传感器15,第四温度传感器15用于检测蓄 冷池6内第二液体工质的温度；在外界设置用于检测外界空气温度的第五温度传感器16。
[0102] 蓄热池3及蓄冷池6内的温度与热机5中第三液体工质的临界温度有关，蓄热池 3的标准温度等于第二换热器503的传热温差及第三液体工质上升的温度之和，而蓄冷池6 的标准温度需小于经过第一逆流换热器505后的第三液体工质的温度及散热器506的传热 温差之差。
[0103] 设定蓄热池3内的标准温度为第一温度，蓄冷池6内标准温度为第二温度。
[0104] 第二控制器17分别与第三温度传感器14、第五温度传感器16及第一换热器4连 接，并接收第三温度传感器14和第五温度传感器16所检测的温度信号。当外界空气温度 高于第一温度且蓄热池3内温度低于第一温度时，第二控制器17控制第一换热器4开始工 作，第一液体工质吸收外界空气的热量。
[0105] 第三控制器18分别与第四温度传感器15,第五温度传感器16及第四换热器13连 接，接收第四温度传感器15,第五温度传感器16所检测的温度信号。当外界温度低于第一 温度且蓄冷池内低于第二温度时，此时蓄热池3不能从外界直接补充热量，需要热泵7对蓄 热池3补充热量，而热泵7需要通过蓄冷池6从外界吸收热量来转移到蓄热池3中。并且 控制蓄冷池6内的温度不高于第二温度。因此，第三控制器18控制第四换热器13开始工 作，对蓄冷池6进行热量补充。
[0106] 第四控制器19分别与第四温度传感器15、第五温度传感器16及热泵7连接，接收 第四温度传感器15和第五温度传感器16所检测的温度信号。当外界温度高于第一温度且 蓄冷池6内温度低于第二温度时，第四控制器19控制热泵7停止工作。
[0107] 需要说明的是，除外界温度高于第一温度且蓄冷池6内温度低于第二温度这种情 况，在其他情况下，热泵7均处于工作状态。
[0108] 本申请提供的空气能发电系统，之所以能实现把空气中含有的热能转化为电能的 根本原因在于：
[0109] 1本申请中的热机，能够在温差一定或很小温差的情况下，用其它措施来继续提高 热机5的效率，从而使热机5在很小的温差下仍具有较高的热转换效率。
[0110] 2热泵7仅需要较小的消耗，即可以转移在热机5工作温差时的空气热量或热机5 乏热，同时维持了必要的温差。
[0111] 所以，由于热泵将热量转移而形成了温差以及热机的输出功率远大于热泵的消耗 功率这两个方面原因，使空气能发电系统能够实现发电。
[0112] 本申请还可以设置多级热机，在不能用空气能发电时，可利用多级热机实现发电， 只要蓄热池3内第一液体工质受热且有较高的温度时，即可利用多级热机进行发电。在本 实施例中，可通过设置太阳能集热器20作为对第一液体工质加热的热源。具体技术方案如 下：
[0113] 与热机5串联设置多个做功单元，包括初级做功单元S1，多个中间级做功单元及 末级做功单元Sn,其中，末级做功单元Sn与热机5连接。
[0114] 太阳能集热器20与蓄热池3连接，并且将第一液体工质加热。
[0115] 第四循环管道21与蓄热池3及初级做功单元Sl连接，并且在第二循环管道9及 第四循环管道21上设置阀门机构。
[0116] 具体的，第二循环管道9上设置第一阀门a与第二阀门b，第四循环管道21上设置 第三阀门c与第四阀门d。
[0117] 当使用空气能做为发电能源时，开启第一阀门a与第二阀门b，关闭第三阀门c与 第四阀门d，太阳能集热器20不工作。
[0118] 当使用太阳能作为发电能源时，关闭第一阀门a与第二阀门b，开启第三阀门c与 第四阀门d。此时，第一换热器4、热泵7、第四换热器13不工作。在热源循环泵10的控制 下，第一液体工质在第四循环管道21内循环流动，并将热量传递至初级做功单元S1。
[0119] 相邻的做功单元通过热量传递单元22将当前级做功单元的余热传递至下一级做 功单元中，最后末级做功单元Sn将余热通过热量传递单元22传递至热机5。
[0120] 在使用太阳能集热器20为蓄热池3加热时，因为蓄热池3内温度要高于环境温 度，故散热器506可将热机5的乏热直接释放至空气中，或者采用水冷、风冷等常规散热手 段，故热泵7无需工作。
[0121] 其中，每个做功单元的结构与热机5的结构近似，也同样包括：供热管501、回热管 502、第二换热器503、机械泵504、第三液体工质、第四液体工质、第一逆流换热器505、第二 逆流换热器507及叶轮机508。在初级做功单元Sl上，可通过在供热管501上设置换热器 来吸收第四循环管道21内第一液体工质的热量。吸收了热量的做功单元以与热机5同样 的工作过程进行发电。
[0122] 与单级的热机5不同的是，做功单元利用热量传递单元22代替热机5中的散热器 506,并通过热量传递单元22将当前做功单元的余热传递至下一级。
[0123] 请参见图3,其示出了热量传递单元22的结构图。热量传递单元22包括：填充有 水的传热管22a;设置在传热管22a内，控制水在传热管22a内循环流动的泵22b;设置在当 前做功单元的供热管501上，将经过第一逆流换热器505后的第三液体工质的余热传递至 传热管22a中的第三逆流换热器22c;传热管22a与下一级做功单元供热管501上的换热 器连接并将传热管22a内水的热量传递至下一级做功单元。
[0124] 末级做功单元Sn与热机5也通过热量传递单元22来实现连接及热量的传递。
[0125] 在每个做功单元单元上可设置保温层，使系统不对外散热。虽然除热机5外的其 它各级做功单元在自己本系统内不排放任何热量，也不向周围环境放热，但它们产生的余 热都会通过热量传递单元22转到下一级做功单元，所以每级做功单元的工作状态是稳定 的，它们各自的系统不会因为保温形成热平衡最后崩溃。
[0126] 之所以在用太阳时使用多级是因为使用太阳能时可以有较高的温度，而多个做功 单元中的不同低温工质可以阶梯性的利用较高的温度，以使各低温工质都工作在接近于临 界温度的状态，以获得最大的膨胀率，让热机产生最佳的效率。
[0127] 由每个做功单元的结构可知，其实每个做功单元都可以作为热机5来使用，说明 书中仅为了方便区分而命名成热机5与做功单元。并且，多个串联设置的做功单元与热机 5 -起组成了多级热机。由于当本申请中热机5的第三液体工质处于接近于临界温度状态 时，热机5的热效率较高但不能超过临界温度，故在供热管501受热时，供热管受热区的温 度需小于第三液体工质的临界温度。在构成的多级热机中，从初级做功单元Sl经末级做功 单元Sn直至热机5,第三液体工质的临界温度在每一级中依次递减，以实现多级热机最高 的热效率。
[0128] 需要说明的是，在本发电系统中，在采用空气能发电时，由于热泵7只能在较小的 温差情况下转移热量，所以只能使用单级的热机5 ;若使热泵7在较大的温差情况下转移热 量，热泵7的消耗会太大，或者不能工作，所以不能与其它做功单元一起使用。
[0129] 应用多级热机，每一级做功单元的余热没有在向不可逆方向发展，每个做功单元 的余热通过逆流换热器实现了对大量余热的可逆回收，同时剩余余热通过热量传递单元22 传递至下一级做功单元继续进行热转换，从而进行多次的热力转换。除不可避免的液体阻 力、正常的设备散热，多级热机的最终排放的乏热很少。因此，由于多级热机具有高效回收 余热的功能，所以多级热机的热能可高效地转化为机械能，进而使多级热机具有较高的热 效率。
[0130] 为了使第三液体工质保持为液态，可在热机5或每一个做功单元的供热管501上 设置气泵509。气泵509主要对供热管501中第三液体工质加压，使第三液体工质保持为液 态。与气泵509连通可设置间隙室510,为供热管501内压强变化和第三液体工质体积变 化提供缓冲空间。在热机5或每一级的做功单元上可设置用于存储第三液体工质的储存室 511，以便于出现故障时，可将第三液体工质排放至储存室511内，避免浪费。
[0131] 本申请提供的发电系统还可以以海水温差能及其他具有流动性的热源做为发电 能源。
[0132] 当用海水温差能或其他含有热量的具有较好流动性质的热源或冷源时，可以把热 源从热流入口输入，从出口流出，或把冷源从冷流入口输入从出口流出，两者可以单独输入 输出，也可以同时输入输出.热机5可以根据提供的能量温度使用适合的低温工质以正常 工作。
[0133] 需要说明的是，做功单元或热机要根据不同的热源和冷源的温度，选用相应的低 温工质，以使做功单元和热机能正常工作。
[0134] 通过本申请中热机5的结构可知热机本身具有大量回收余热的功能，具体如下：
[0135] 第一，热机余热没有被不可逆化：
[0136] 现有技术的热膨胀主要是液态工质变为汽态后，液态工质膨胀，且膨胀和做功同 时进行，并且这个膨胀的过程也是降温的过程。由于温度只向低温自由发展而不能向高温 自由发展，所以这个过程也就成了不可逆过程。正是由于它是不可逆过程，使没有转化为功 的那部分余热在做功的同时也被膨胀为不可逆状态了，所以现有技术中的余热回收相当困 难。
[0137] 本发明热机中的热膨胀主要是第三液体工质在液态时膨胀，而膨胀和做功可以同 时进行，也可以不同时进行，但第三液体工质的做功并不引起膨胀。因为膨胀是第三液体工 质受热引起的，而不是做功引起的，所以本发明中的热机5在做功的过程中并没使第三液 体工质继续膨胀，也就没有将做功后的余热不可逆化。并且，在第三液体工质离开热源后由 于不再受热也就不再继续膨胀，所以第三液体工质在做功前是保持着第二换热器503受热 区处的温度的。也就说第三液体工质虽然受热膨胀但并没有发生不可逆变化。最后，第三 液态工质在第二换热器503处由于受热膨胀，在第一逆流换热器505中由于失去热量而降 温收缩，这是个可逆过程，它是第三液态工质自身热物性决定的。
[0138] 因此，现有技术在做功的同时将余热不可逆化，造成余热难以回收，而本发明在做 功时没有将余热不可逆化，为余热回收提供了必要的条件。
[0139] 第二，本发明中，逆流换热器在理想条件下对热量具有可逆交换的作用，因此，本 发明中的热机5利用逆流换热器可实现对余热的可逆式的回收。
[0140] 逆流换热器在理想的条件下具有接近于100%的可逆性。具体的，在逆流换热器 中，由于释放的热量等于吸收的热量，根据公式：Q=C1QIII1Δh=c2qm2At2，当冷流体出口 处的比热容和质量流量的乘积与热流体入口处比热容和质量流量的乘积相等，且经过足够 的换热路程时，由于冷流体在相当接近于热流体的温度时正好近似地完全吸收了热流体的 全部热量，此时两流体交换的热量和交换后的最高温度都接近相等，所以这时的热交换处 于接近于可逆状态，而其它情况不具有接近于100 %的可逆性。
[0141] 综上所述，正是由于在本发明中，一方面热机5余热没有在做功中被不可逆化，另 一方面又利用逆流换热器的可逆性进了余热回收，使本发明中的热机5可以对余热进行了 大量的回收利用，从而可以大大的提高了热机5的效率。
[0142] 另外，在本系统中，通过热泵7将散热器506排放的乏热再次回收至蓄热池3内， 使被排放的乏热被热机5再次利用。由于在整个发电过程中系统对外无热量排放，因此，本 申请提供的空气能发电系统具有极高的热效率。
[0143] 在本申请提供的空气能发电系统中，热机5若实现对外做功，则第三液体工质的 比热容与所述第四液体工质的膨胀系数的乘积小于所述第四液体工质的比热容与所述第 三液体工质的膨胀系数的乘积。
[0144] 具体的，由于热机5是靠供热管501内两侧存在密度差，并在重力的影响下形成的 压强差来工作的。
[0145]根据P=egh= (e「e2)gh可知，
[0146] 在密度差（或者温度）一定的情况下，在一定范围内提高供热管501高度，来加大 热能转换时的做功长度，可以提1?压强差，从而提1?转换效率。所以为了提1? 1?度，减少使 用大量金属导热，故采用另一种液体在损失较小的情况下将余热输送回来，输送回余热的 功率损失称回热损失。
[0147] 其中，e为密度，θι是第三液体工质在供热管501冷侧的密度，e2是第三液体工质 在供热管501热侧的密度，h为供热管501高度。
[0148]假设第一逆流换热器505、第二逆流换热器507的各个参数相同，为了使经过第一 逆流换热器505后供热管501中的余热最大限度地回收回来，在第一逆流换热器505处的 回热管502的出口温度应最大限度的接近供热管501的入口温度。理想状态时，在逆流换 热器505中，第三液体工质每降低或上升1°C，第四液体工质就必须上升或下降1°C。也就 是说第三液体工质和第四液体工质的变化温度At必须相等。
[0149] 所以为了保证把余热最大限度地回收回来，减少温降带来的不可逆损失，就必须 控制经过第一逆流换热器505时，第三液体工质和第四液体工质的流量比，在一定范围内 对它们之间的流速进行严格的调控。但需要说明的是，由于换热器内的温度由大到小，其内 在流动的工质的比热容和密度都不是常数，为了最大限度的减小熵产，使余热回收接近于 可逆状态，其流速比的参数取值，应该取第三液体工质在第一逆流换热器505入口处和第 四液体工质在第一逆流换热器505出口处的比值。
[0150] 因此，在第一逆流换热器505入口上设置第一温度传感器512,用于检测第三液体 工质在第一逆流换热器505的入口处的温度。在第一逆流换热器505出口处设置第二温度 传感器513,检测第四液体工质在第一逆流换热器505的出口处的温度。在第一逆流换热 器505上设置第一流速传感器514,检测第三液体工质在第一逆流换热器505的入口处的流 速。在第一逆流换热器505上设置第二流速传感器515,检测第四液体工质在第一逆流换热 器505的出口处的流速。
[0151] 在第一逆流换热器505中，由于释放的热量等于吸收的热量，
[0152]得到Q= (^qm1At1 =c2qm2At2;其中，Q为热量，C1为第三液体工质在第一逆流 换热器505入口处的比热容，QHi1为流经第一逆流换热器505的第三液体工质的质量流量， At1为第三液体工质在第一逆流换热器505的入口与出口的温度差，C2为第四液体工质在 第一逆流换热器505出口处的比热容，为流经第一逆流换热器505的第四液体工质的 质量流量，At2为第四液体工质在第一逆流换热器505的入口与出口的温度差。
[0153] 由于供热管501与回热管502为相同的管,故两个管的断面积s相等。
[0154] 由于：qm=sve其中，qm为质量流量，s为换热器断面积，V为液体流经断面积的 工质流速，e为工质的密度
[0155]代入Q=C1QIii1Δh=c2qm2Δt2 得至Ij
[0156]Cje1SvslAt1=c2e2svs2At2
[0157] 由于换热器冷热两侧的断面积相同，且在理想的情况下，换热后两工质的温度接 近于相等，所以：
[0158] C1G1Vsl =c2e2vs2 ；
[0159] 其中，θι是第三液体工质在第一逆流换热器505入口处的密度，e2是第四液体工 质在第一逆流换热器505出口处的密度，Vsl为第三液体工质流经第一逆流换热器505入口 处的速度，vs2是第四液体工质流经第一逆流换热器505出口处的速度。
[0160] 所以供热管501内第三液体工质与回热管502内第四液体工质的流速比是 ：
[0161] Vsl/vs2=C2G2Zc1G1
[0162] 第一控制器516分别与第一温度传感器512、第二温度传感器513、第一流速传感 器514、第二流速传感器515和机械泵504连接，接收第一温度传感器512、第二温度传感器 513、第一流速传感器514和第二流速传感器515的电信号并控制机械泵504工作状态的， 使供热管501内第三液体工质与回热管502内第四液体工质的流速比维持在正常范围内。
[0163] 具体的，流速传感器实现对机械泵504的细调节，始终控制着机械泵504的流速处 于规定的流速；温度传感器实现对机械泵504的粗调节，机械泵504由于长时间的运行会出 现流速误差，会使温度传感器处的温度升高或变低。当温度超出预设范围时，温度传感器发 出信号，机械泵504加快或降低运转转速，达到规定温度时停止控制。
[0164] 由于第三液体工质为膨胀率很高的制冷剂，它的比热容和密度对温度的变化相对 于水来说相当敏感，在接近于临界温度状态时，即便是rc的波动，第三液体工质的变化比 水的变化要大几十倍.这给第一、第二逆流换热器内形成统一的流速比造成困难.
[0165] 第三液体工质在第一逆流换热器505内和水换热，其流速比所取的比热容和密度 的值对应的是第三液体工质在第一逆流换热器505入口处的温度。但由于水流出第一逆流 换热器505的温度由于换热需要温差的原因肯定要降低，那么温度降低的水在流入第二逆 流换热器507和第三液体工质再次换热时，这时流速比所取参数的温度对应的是已经降低 的水温度。而对应的这个温度第三液体工质的比热容和密度却有了较大的变化，这显然会 形成不一样的流速比。但管道是串联的，无法有两个流速，符合其中任意一个的流速比，都 会给另一个因为流速比不合适而造成较大的温降损失.因为流速比不适，即使是在有足够 的换热面积也会形成较大的熵产.
[0166] 为了避勉这个损失，可以采取如下措施：
[0167] 在回热管502上设置第三换热器517,蓄热池3及第三换热器517通过第一循环管 道23连接。其中，第一循环管道23与蓄热池3连通。回热循环泵24控制第一液体工质在 第一循环管道23内循环流动。
[0168] 当系统进入稳定的工作之后，第一液体工质通过第三换热器517给回热管502内 的水一定的温度补偿，使交换热量后的第三液体工质流出第二逆流换热器507的理想温度 等于它流入第一逆流换热器505入口处的温度.
[0169] 比如：设第三液体工质流入第一逆流换热器505入口处的温度为T，两个逆流换热 器的换热温差都为rc，那么经过第一逆流换热的水在流出第一逆流换热器505的出口温 度为T-I。当水流入到第三换热器517时，第三换热器517给于水一定的温度补偿，使水在 第二逆流换热器507入口处的温度上升为T+1。那么水流入第二逆流换热器507和第三液 体工质再次换热器时，第三液体工质所取热力参数的对应温度仍为T，这样第三液体工质在 第一逆流换热器505入口和在第二逆流换热器507出口的热力参数没变化，水的温度虽然 变化2°C，但水的热力参数变化却很小，基本不变，所以它们的流速比也就基本相等，或说这 种方式可以大减小流速比不匹配带来的温降损失。其根本是用水的温度变化取代了第三液 体工质的温度变化，利用水热力参数稳定来达到接近要求的目的。
[0170] 由于热机5热侧的第三液体工质处于接近于临界温度状态，其温度离临界温度相 当接近，因此，若第二换热器503提供的热量过高时，第三液体工质可能会被汽化导致产生 大量的汽化热，进而使热机5的热效率大大降低；同理，若蓄冷池6内第二液体工质温度过 低，使第三液体工质流经散热器506后温度降低过多，从而使供热管501冷侧的第三液体工 质的密度变大而使流速加快，使热机5的工作状态变的极不稳定，也同样影响热机5的热效 率。
[0171] 因此，为了解决上述问题，可在第二换热器503内、第三换热器517内及散热器506 内设置温度传感器。当供热管501受热区的温度高于预设的温度时，热源循环泵10和回热 循环泵24的转速降低，使流入第二换热器503和第三换热器517处的流量减少，进而使受 热区的温度保持不变；当散热器506内的温度低于预设温度时，冷源循环泵12运转变慢，使 流入散热器506的第二液体工质减少，进而实现散热器506内温度保持不变。
[0172] 通过上述措施可为热机5两侧提供稳定的工作温差，使热机5的工作保持稳定。
[0173] 热机5主要是利用密度差在重力的影响下形成的压力差来工作的，所以回热管 502和供热管501的压力比就是回热管502两侧的压力差和供热管501两侧的压力差的比。 由于回热管502和供热管501的断面积、高度均可以相等，所以回热管502和供热管501的 压力比为：
[0174] F2ZF1 =Δe2ghs/Δe^hs=Δe2/Δex
[0175] 根据以上得出，回热损失功率和供热管501输出功率的比是：
[0176] P损=PZp1 =vs2.F2ArslF1 = (^e1Λe2/c2e2Λe!
[0177] 由于供热管501与回热管502的热侧在理想条件下温度相同，也即供热管501与 回热管502在热侧增加的温度相同，则第四液体工质与第三液体工质的膨胀系数比为：
[0178] av2/avl =Ae2/e2/Ae1Ze1
[0179] 代入p损=P2Zp1 =vs2.F2/vs1Fi= (^e1Λe2/c2e2Λe!
[0180] 得到回热损失p损=P2M= (^ν2/(^ν1
[0181] 必须指出的是，这个公式是决定热机5效率的关键内因，也是筛选最佳工质的公 式，如果比值等于1的话，那么系统对外不做功，输出为零。
[0182] 因此，第三液体工质的比热容与第四液体工质的膨胀系数的乘积小于第四液体工 质的比热容与第三液体工质的膨胀系数的乘积，实现每级做功单元可对外做功。
[0183] 设热机5的供热管501断面积为S，工质流速为Vs，高度为h，两侧密度差为Λe， 则供热管501的输出功率是：
[0184] p功=F压力差vs =G重力差vs =ShAegvs
[0185] 乏热损失是由散热器506散出的热量，由于散热器506散出的热量是逆流换热器 最终不能回收的热量，所以散热器506散出的乏热多少是由逆流换热器的效率决定。又由 于逆流换热器必须有温差才能工作，所以损失不可避免，但只要采用适当的导热材料，加大 换热面积，理论上损失可以接近零。
[0186] 设供热管501管径和散热器506管径相同，断面积为S，经过散热器506的第三液 工质的流速为vs，工质在散热器506入口处的密度为e，那么每秒流过散热器506的质量流 量是：
[0187]qm=svse其中qm是流过散热器506的质量流量；
[0188] 设第三液体工质在散热器506入口处的比热容为c，流入散热器506和流出散热 器506的温度差为△t，那么，在两个逆流换热器参数相同的情况下，供热管和回热管通过 散热器506散出的总乏热损失功率是：
[0189] p乏损=2cqmΔt= 2svsecΔt
[0190]得到：
[0191] 热机热效率为
[0192] P=p功（Ι-p损）/p功+p乏损=shAegvs(l-pg；)/shAegvs+2svsecAt
[0193] =hΔeg(1-p损）/hΔeg+2ecΔt
[0194] 由以上公式可知，本申请中的热机具有四项措施来同时提高其效率：
[0195] 1.采用膨胀率较高的工质或使工质工作在膨胀率较高的温度阶段，可以提高效 率，这由工质膨胀产生的Ae可知；
[0196]2.提商商度可以提商热机5的效率，这由h可以看出；
[0197] 3.加大回收余热，减小乏热排放可以提高效率，这由At可知；
[0198] 4.提高温差可以提高热机5效率，这由温差产生的Ae可知。
[0199] 正是由于以上原因，使本申请中的热机在小温差时具有极高的效率，也即在温差 一定时，本申请中的热机能够用其它措施来继续提高热机的效率，这是本热机具有高效率 的根本原因。
[0200] 需要说明的是，单个做功单元的热效率与热机的热效率计算方法是一样的。最终 由热机及多个做功单元组成的多级热机的总效率=上级效率+下级效率X(1-上级效率）。
[0201] 我国一般地区的温度都在40°C到_15°C之间，针对这个温度，设定供热管501内工 质为制冷剂R407C，回热管502内工质为水。
[0202]制冷剂R407C的工作温度：4. 2°C -0· 1°C;密度：746-1380;比热容：4726-1312。
[0203]水的工作温度：4. 2°C -0· 1°C;密度：1000-999. 9;比热容：4200-4212。
[0204]第二换热器503和散热器506的传热温差设计为5°C，蓄热池3内所需的最低温度 约为：5°C +4. 2°C=KTC，蓄冷池6的最高温度约为：0. 1°C -5°C=-5°C，所以热机5的温度 工作范围是：KTC 5°C。
[0205] 回热损失：
[0206] P损=PZp1= vs2. F2ArslF1 = (^e1 Λ e2/c2e2 Λ e!
[0207] = 4726 X 746 X (1000-999. 9)/4200 X 1000 X (1380-746)
[0208] = 0. 001
[0209] 由于水在这个温度阶段密度变化相当的小，所以其损失可以忽略不计。
[0210] 热机5的效率：
[0211] 设热机5的工作高度为300米，第三液体工质流入散热器506和流出散热器506 的温差为：0.45°C。
[0212] 热机5效率
[0213] P = p功（Ι-p损）/p功+p乏损=shAegvs(l-pg；)/shAegvs+2svsecAt
[0214] = h Δ eg (1-p损）/h Δ eg+2ec Δ t
[0215] 由于P损相当小，可以忽略，所以：
[0216] P = p功（Ι-p损）/p功+p乏损=shAegvs(l-pg；)/shAegvs+2svsecAt
[0217] = h Δ eg (1-p损）/h Δ eg+2ec Δ t
[0218] = 9· 807 X 300 X (1380-746)/9. 807 X 300 X (1380-746)+1380 X 1312X0. 45X2
[0219]^50%
[0220] 需要说明的是，由于第三液体工质在供热管中上升做功时温度要下降，故第三液 体工质的密度不是一个常数。但由以上看出供热管的输出功率与乏热功率相当，而乏热功 率和第三换热器517处的总热功率的比例非常小，所以输出功率和第三换热器517处的总 热功率比例也很小，也就是说，输出功率对供热管501形成的温降很小，在本计算中，热侧 的密度选最高温度时的密度对计算结果影响不大。
[0221] 空气能发电系统的理论净效率：
[0222] 1，由于本例中热机5的工作温度为：10°C 5°C以下，所以蓄热池3的温度设计 为KTC，且在一定范围内保持恒定，比如可以波动1°C。
[0223] 2,由于热机5工作的地区温度受白天、晚上、和不同季节的影响，温度有很大的波 动性，但在我国一般都在40°C -15°C之间。为了稳定热机工作所需要的热源和冷源温度， 需要通过用热泵7转移热量的办法来稳定，所以要有一定的消耗。但热泵7的消耗和转移 热量的温差有很大关系，在此分两种情况来计算由于热泵7的消耗所形成的理论净效率。
[0224] 第一种情况：当外界温度高于蓄热池3的温度时即高于KTC时，由于空气和蓄热 池3中的水有温差，蓄热池3可以通过第一换热器4以自然传热的方式，吸收空气的能量并 向热机5供热，此时热泵7只是把蓄冷池6内的热机5所排放的乏热转移到了蓄热池3,并 没有从外界吸收热量，所以此时热泵7消耗的功是转移乏热的功。
[0225] 在这种情况下，热泵7转移乏热的最大温差是从蓄冷池6到蓄热池3的温差，为： 10°C-5°C= 15°C，环境温度为：40°C-10°C。
[0226] 热泵7在这个环境及转移温差下，实际制热系数比查阅有关资料约为：1 : 5,由于 热泵7转移的最终热量包含热泵7的压缩功，所以热泵7的消耗和转移的外界热量比例是： 1 : (5-1) = 1 : 4,根据以上所述有如下计算：
[0227] 热机5的理论效率：50% ;
[0228] 热机5排放的乏热：1-50%= 50% ;
[0229] 热泵 7 做的压缩功：50%X1/4 = 12. 5% ;
[0230] 热泵7转移到蓄热池3的总热量：50% +12. 5%= 62. 5% ;
[0231] 热机5的理论净输出：50% -12. 5%= 37. 5% ;
[0232] 外界空气能量的总输入：100% -62. 5%= 37. 5% ;
[0233] 本申请提供的空气能发电系统的理论转换效率：
[0234] 输出 / 输入=37. 5% : 37. 5%= 100%。
[0235] 请参见图4,其示出了第一种情况下的能量流程图。
[0236] 第二种情况：当外界温度低于蓄热池3的温度时，空气不能通过自然传热的方式 被蓄热池3吸收，必须用热泵7把外界空气的能量通过蓄冷池转移到蓄热池3内。所以当 外界温度低于蓄热池3温度时，热泵7所转移的热量是热机5排放的乏热和通过第四换热 器13交换来的空气能之和，也是热机5所需要的全部热能。所以，此时热泵7所消耗的压 缩功是热机5所需全部热量的压缩功。
[0237] 在这种情况下，热机5转移热量的最大温差，是从蓄冷池最低温度_15°C到蓄热池 3 的 10°C，为：10°C-15°C= 25°C，环境温度为：10°C 15°C。
[0238] 查阅有关资料可知，热泵7在这个环境和转移温差下的实际制热系数比约为： 1 : 4,根据以上所述有如下计算：
[0239] 1、热机5的理论效率：50% ;
[0240] 2、热机5排放的乏热：1-50%= 50% ;
[0241] 3、热泵7转移到蓄热池3的总热量：100% ;
[0242] 4、热泵 7 做的压缩功：100%X1/4 = 25% ;
[0243] 5、热机5的理论净输出：50% -25%= 25% ;
[0244] 6、外界空气能的总输入：100% -50% -25%= 25% ;
[0245] 7、空气能的理论转换效率：输出/输入=25% : 25%= 100%。
[0246] 由于循环泵，风机的运转消耗和管径以及流速有关，在实际中可以非常小，在此忽 略不计。
[0247] 请参见图5,其示出了第二种情况下的能量流程图。
[0248] 由上面的推导可以得出，应用本申请提供的多级热机，可达到较高的热效率。
[0249] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
【权利要求】
1. 一种空气能发电系统，其特征在于，包括： 通风管道； 设置在所述通风管道内，吸收外界空气并将吸收的空气输送至所述通风管道内的风 机； 蓄热池； 分别与所述通风管道及所述蓄热池连接，将所述通风管道内空气的热量传递至所述蓄 热池内的第一换热器； 填充在所述蓄热池内，吸收并存储由所述第一换热器释放的热量的第一液体工质； 与所述蓄热池连接，吸收所述蓄热池内第一液体工质的热量并将热量转化为机械能的 热机； 与所述热机连接的蓄冷池；所述蓄冷池内填充有吸收所述热机释放的乏热的第二液体 工质； 分别与所述蓄热池及所述蓄冷池连接，吸收所述蓄冷池内热量并将热量转移至所述蓄 热池内的热泵； 与所述热机连接，将所述热机产生的机械能转化为电能的发电机。
2. 根据权利要求1所述的空气能发电系统，其特征在于，所述热机包括： 填充有第三液体工质的供热管；填充有第四液体工质的回热管； 设置在所述供热管上，吸收所述蓄热池内第一液体工质的热量并将热量传递至所述供 热管内的第二换热器； 所述供热管受热时，所述第三液体工质按照第一方向在所述供热管内循环流动； 设置在所述回热管上的机械泵，在所述机械泵的作用下，所述第四液体工质按照与第 一方向相反的第二方向在所述回热管内循环流动； 设置于所述供热管和所述回热管上，按照第一方向顺序设置的第一逆流换热器、散热 器和第二逆流换热器；其中，所述散热器排放经所述第一逆流换热器换热后供热管内及经 所述第二逆流换热器换热后回热管内的乏热至所述蓄冷池； 所述第二换热器设置于所述第二逆流换热器和所述第一逆流换热器之间； 设置于所述供热管上，在所述第三液体工质流动时运转的叶轮机，所述叶轮机连接所 述发电机。
3. 根据权利要求2所述的空气能发电系统，其特征在于，还包括： 设置在所述第一逆流换热器上，检测所述第三液体工质在所述第一逆流换热器的入口 处的温度的第一温度传感器； 设置在所述第一逆流换热器上，检测所述第四液体工质在所述第一逆流换热器的出口 处的温度的第二温度传感器； 设置在所述第一逆流换热器上，检测所述第三液体工质在所述第一逆流换热器的入口 处的流速的第一流速传感器； 设置在所述第一逆流换热器上，检测所述第四液体工质在所述第一逆流换热器的出口 处的流速的第二流速传感器； 分别与所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第一流速传感器、所述第二流 速传感器和所述机械泵连接，接收所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第一流 速传感器和所述第二流速传感器的电信号并控制所述机械泵工作状态的第一控制器。
4. 根据根据权利要求3所述的空气能发电系统，其特征在于，还包括： 设置在所述回热管上的第三换热器；分别与所述蓄热池及所述第三换热器连接的第一 循环管道； 所述第一循环管道与所述蓄热池连通； 控制所述第一液体工质在所述第一循环管道内循环流动的回热循环泵。
5. 根据权利要求2所述的空气能发电系统，其特征在于，还包括： 设置在所述供热管上，对所述供热管内的第三液体工质加压使所述第三液体工质保持 液态的气泵； 设置在所述供热管上与所述气泵连通，为所述供热管内压强变化和第三液体工质体积 变化提供缓冲空间的间隙室； 与所述供热管连通的用于存储所述第三液体工质的储存室； 设置在所述供热管与所述回热管上的减压阀。
6. 根据权利要求2所述的空气能发电系统，其特征在于，所述蓄热池与所述第二换热 器通过第二循环管道连接； 所述第二循环管道与所述蓄热池连通； 控制所述第一液体工质在所述第二循环管道内循环流动的热源循环泵； 所述蓄冷池与所述散热器通过第三循环管道连接； 所述第三循环管道与所述蓄冷池连通； 控制所述第二液体工质在所述第三循环管道内循环流动的冷源循环泵。
7. 根据权利要求1所述的空气能发电系统，其特征在于，还包括： 设置在所述通风管道上，与所述蓄冷池连接，将所述通风管道内空气热量传递至所述 蓄冷池内的第四换热器； 设置在所述蓄热池内，检测所述蓄热池内第一液体工质温度的第三温度传感器； 设置在所述蓄冷池内，检测所述蓄冷池内第二液体工质温度的第四温度传感器； 检测外界空气温度的第五温度传感器； 分别与所述第三温度传感器、所述第五温度传感器及所述第一换热器连接，接收所述 第三温度传感器和所述第五温度传感器所检测的温度信号，并控制所述第一换热器工作状 态的第二控制器； 分别与第四温度传感器，第五温度传感器及第四换热器连接，接收所述第四温度传感 器，第五温度传感器所检测的温度信号，并控制所述第四换热器工作状态的第三控制器； 分别与所述第四温度传感器、所述第五温度传感器及所述热泵连接，接收所述第四温 度传感器和所述第五温度传感器所检测的温度信号，并控制所述热泵工作状态的第四控制 器。
8. 根据权利要求6所述的空气能发电系统，其特征在于，还包括： 与所述热机串联连接的多级做功单元； 与所述蓄热池连接，在所述热源循环泵的控制下，将第一液体工质的热量传递至初级 做功单元的第四循环管道； 多个用于连接相邻两级做功单元且将当前做功单元的余热传递至下一级做功单元的 热量传递单元； 所述末级做功单元通过所述热量传递单元与所述热机连接； 设置在所述第二循环管道与所述第四循环管道上，控制所述第一液体工质流向的阀门 机构。
9. 根据权利要求2所述的空气能发电系统，其特征在于，所述第三液体工质的比热容 与所述第四液体工质的膨胀系数的乘积小于所述第四液体工质的比热容与所述第三液体 工质的膨胀系数的乘积。
10. 根据权利要求2所述的空气能发电系统，其特征在于，所述第一液体工质包括水； 所述第二液体工质包括添加有防冻剂的水；所述第三液体工质包括制冷剂；所述第四液体 工质包括水。
【文档编号】F01K27/00GK104405460SQ201410498428
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】王小龙 申请人:王小龙