一种气压多次循环利用水力发电机组的制作方法

1.本发明涉及新能源发电技术领域，是一种气压多次循环利用水力发电机组。


背景技术：

2.本发明针对现在人们使用一些发电技术，大多依赖矿产资源，清洁电能发电能力不足以满足社会发展电力需求量，仍使用大量的火力发电，利用消耗矿产资源，造成环境污染且成本昂贵不利于人类健康发展。


技术实现要素：

3.本发明针对上述问题，提供一种气压多次循环利用水力发电机组，利用压缩气体具有膨胀性能的特性，水经过压缩气体的加压推动水轮发电机组进行发电，同一批次压缩空气进行多次利用，多次推动水进行发电。利用发出的电能将已使用的压缩空气再次压缩，循环利用。能够解决上述问题，本发明容易实现，不受地理位置的制约，可以在任何地方修建。
4.本发明不违反能量守恒定律，根据能量守恒定律，能量即不会凭空产生，也不会凭空消失，只是一种形式转化为另一种形式，10mpa的气压等于10mpa的水压，压力是一样的但介质不同，如同10公斤的铁和10公斤的棉花一样，重量是一样的，假如一个机器需要加装10公斤的配重用于保持机械运行平稳，理论上10公斤的铁和10公斤的棉花都可以，但是棉花体积要大于铁很多，从实用的角度来讲，使用10公斤的铁更合适，体积小，容易固定安装。在本发明中，利用出口压力10mpa的水和利用出口压力10mpa的压缩气体去推动发电机组发电，显然利用水发电更合适。在本发明中，压缩气体用于给水增加压力，而且同一批次的压缩气体多次利用，并没有在第一次利用后释放到空气中，彻底的消耗掉。
5.本发明的关键在于，主要利用的是压缩气体的膨胀性能及水和压缩气体两种介质的转换，利用压缩气体为水增压，高压水推动发电机组去发电。在完成第一次发电后，再次利用水箱中压缩气体的膨胀性能，多次使用，进行多次发电。多次发电产生的电能累计起来大于为压缩气源组补充压缩气体所需的电能，人们利用为压缩气源组补充压缩气体所需的电能及其他维持发电机组运行所需的电能剩余的电能。
附图说明
6.图1为相等压力容器压缩气体流通压力变化现象说明图
7.1.压缩气体储存a箱，2.压缩气体存储b箱，3.气管，4.阀门
8.图2为不等压力容器压缩气体流通压力变化现象说明图
9.1.压缩气体储存a箱，2.压缩气体存储b箱，3.气管，4.阀门
10.图3为相等压力容器压缩气体与水结合流通压力变化现象说明图
11.1.压缩气体储存a箱，2.压缩气体存储b箱，3.水箱，4.管道，5.阀门。
12.图4为本发明的原理关键部分说明图
13.1.滑轮，2.缆绳，3.木材，4.石头
14.图5为本发明主体结构图。
15.1.压缩气源组，2.压缩气体出气管，3.压缩气体出气管控制阀，4.一号水箱，5.二号水箱，6.三号水箱，7.四号水箱，8.五号水箱，9.六号水箱，10.七号水箱，11.八号水箱，12.水箱连接管，13.水箱连接管三通阀，14.出水管，15.一号水轮发电机组，16.二号水轮发电机组，17.三号水轮发电机组，18.四号水轮发电机组，19.流水槽，20.水池，21.补水管，22.水泵，23.补水管阀，24.八号水箱出水管阀，25.气体压缩机进气管道阀门，26.气体压缩机进气管道，27.气体压缩机，28.气体压缩机出气管道。
具体实施方式
16.如图1所示：压缩气体储存a箱1与压缩气体存储b箱2由气管3连通，气管3上有阀门4，压缩气体储存a箱1与压缩气体存储b箱2容量相等，压缩气体储存a箱1中有10mpa压力的压缩气体，压缩气体存储b箱2为常压，打开阀门后，根据压缩气体膨胀的特性，压缩气体储存a箱1中的压缩气体会进入压缩气体储存b箱2中，直到压缩气体储存a箱1与压缩气体存储b箱2压力相等时停止，由此压缩气体储存a箱1与压缩气体存储b箱2中的压缩气体各为5mpa的压力。
17.如图2所示：压缩气体储存a箱1与压缩气体存储b箱2由气管3连通，气管3上有阀门4，压缩气体储存a箱与压缩气体存储b箱容量相差10倍，压缩气体储存a箱容积为10000l，压缩气体储存b箱为1000l，压缩气体储存a箱1中有11mpa压力的压缩气体，压缩气体存储b箱2为常压，打开阀门后，根据压缩气体膨胀的特性，压缩气体储存a箱1中的压缩气体会进入压缩气体储存b箱2中，直到压缩气体储存a箱1与压缩气体存储b箱2压力相等时停止，因压缩气体存储b箱2的容量小于压缩气体储存a箱10倍，压缩气体储存a箱1与压缩气体存储b箱2压力相等时，因此压缩气体储存a箱1与压缩气体存储b箱2中的压缩气体各为10mpa的压力。
18.如图3所示：压缩气体储存a箱1与压缩气体存储b箱2中间有水箱3，水箱3通过管道4连通与压缩气体储存a箱]与压缩气体存储b箱2连通，管道4上有阀门5，压缩气体储存a箱1与压缩气体存储b箱2容积各为10000l，水箱3容积为1000l，水箱3中注满水，压缩气体储存a箱1中的压缩气体压力为11mpa，压缩气体存储b箱2中的压缩气体压力为10mpa，打开阀门，因压缩气体储存a箱1与压缩气体存储b箱2中的压缩气体压力不等，压缩气体储存a箱1中的压力高于压缩气体存储b箱2，压缩气体储存a箱1中的压缩气体推动水进入压缩气体存储b箱中，当压缩气体储存a箱1与压缩气体存储b箱2的压力相等时，压缩气体储存a箱1与压缩气体存储b箱2的压缩气体各为10.5mpa，水箱3中一半的水进入压缩气体存储b箱2中，水箱3的上部分为10.5mpa压力的压缩气体。
19.如图4所示：滑轮1上有缆绳2，缆绳2两端有木材3和石头4，木材3和石头4的重量相等，呈平衡状态，如在石头4向下或向上推动一下，木材3会向相反的方向进行上下运动。
20.如图5所示；压缩气源组1与一号水箱4通过压缩气体出气管2连接，压缩气体出气管2上安装有压缩气体出气管控制阀3。一号水箱4、二号水箱5、三号水箱6、四号水箱7，五号水箱8、六号水箱9、七号水箱10、八号水箱11、依次通过水箱连接管12相连，一号水箱4与二号水箱5、二号水箱5与三号水箱6、四号水箱7与五号水箱8相连接的水箱连接管12上安装水箱连接管三通阀13，一号水轮发电机组15、二号水轮发电机组16、三号水轮发电机组17、四
号水轮发电机组18分别通过出水管14连接在水箱连接管12上，一号水轮发电机组15、二号水轮发电机组16、三号水轮发电机组17、四号水轮发电机组18处分别设有流水槽19，流水槽19通向水池20，补水管21连接一号水箱4与水池20，补水管21上安装水泵22和补水管阀23，八号水箱11与四号水轮发电机组18连通出水管14上安装有八号水箱出水管阀24，气体压缩机进气管道26连接八号水箱和气体压缩机27，在气体压缩机进气管道26上安装有气体压缩机进气管道阀门25，气体压缩机出气管道28连接气体压缩机27和压缩气源组1。
21.如图5所示，其工作流程是：压缩气源组1用于储存压缩气体，打开压缩气体出气管控制阀3，压缩气体就会通过压缩气体出气管2流向一号水箱4，一号水箱4中的水就会被高压压缩气体增压，开启水箱连接管三通阀13使高压水流通过出水管14进入一号水轮发电机组15中，推动一号水轮发电机组15进行发电，经过发电利用的水流通过流水槽19流向水池20中。当一号水箱4中的水用完时，压缩气体充满一号水箱4，关闭出气管控制阀3，通过操作水箱连接管三通阀13，使压缩空气不得通过出水管14流向一号水轮发电机组15中，使一号水箱4压缩空气通向二号水箱5，利用压缩空气的膨胀性能，二号水箱5中的水被一号水箱4中的压缩气体增压，开启一号水箱4与二号水箱5之间的水箱连接管12上的水箱连接管三通阀13使高压水流通过出水管14进入二号水轮发电机组16中，推动二号水轮发电机组16进行二次发电，二号水箱中的水经过发电利用后通过流水槽19流向水池20中，当二号水箱5中的水用完时，压缩气体充满二号水箱5，这时一号水箱4与二号水箱5压缩空气压力减少一半，通过操作水箱连接管三通阀13，使压缩空气不得通过出水管14流向二号水轮发电机组16中，使一号水箱4与二号水箱5压缩空气通向三号水箱6与四号水箱7，推动三号水箱6与四号水箱7水进行三次发电，当三号水箱6与四号水箱7的水用完时，压缩气体充满三号水箱6与四号水箱7时，通过操作四号水箱7与五号水箱8之间的水箱连接管12上的水箱连接管三通阀13，使压缩气体不得通过出水管14流向三号水轮发电机组17，使压缩气体通向五号水箱8、六号水箱9、七号水箱10、八号水箱11，这时的一号水箱4、二号水箱5、三号水箱6、四号水箱7中的压缩气体压力相等，仍可以推动水流进行发电，打开八号水箱出水管阀24，使五号水箱8、六号水箱9、七号水箱10、八号水箱11中的水流向四号水轮发电机组18，推动四号水轮发电机组18进行四次发电，当五号水箱8、六号水箱9、七号水箱10、八号水箱11的水流完时，关闭八号水箱出水管阀24，使压缩气体不得通过出水管14流向四号水轮发电机组18，造成浪费。利用压缩气源组1提供给一号水箱4中的压缩气体，利用压缩气体的膨胀性能，进行了四次发电，一号水箱4中的压缩气体膨胀后充满了一号水箱4、二号水箱5、三号水箱6、四号水箱7、五号水箱8、六号水箱9、七号水箱10、八号水箱11，此时每个水箱中的气压相等，仍有余压。打开气体压缩机进气管道阀门25，使一号水箱4、二号水箱5、三号水箱6、四号水箱7、五号水箱8、六号水箱9、七号水箱10、八号水箱11的压缩气体通过气体压缩机进气管道26进入气体压缩机27，开启气体压缩机27，给压缩气源组1补充压缩气体，使压缩气源组1中的气压恢复到未给一号水箱4提供压缩气体前的状态。随着气体压缩机工作，一号水箱4、二号水箱5、三号水箱6、四号水箱7、五号水箱8、六号水箱9、七号水箱10、八号水箱11中的压缩气体气压越来越低，当一号水箱4、二号水箱5、三号水箱6、四号水箱7、五号水箱8、六号水箱9、七号水箱10、八号水箱11中的压缩气体压力接近常压时，安装在补水管21上的水泵22开启，将水池20中的水补充到一号水箱4、二号水箱5、三号水箱6、四号水箱7、五号水箱8、六号水箱9、七号水箱10、八号水箱11中，直到补满后停止。压缩气源组1与一号水箱4、二号水箱5、
三号水箱6、四号水箱7、五号水箱8、六号水箱9、七号水箱10、八号水箱11都恢复到原来的状态，依次循环。
22.如图5所示：压缩气源组1用于储存压缩气体。压缩气源组1用于储存压缩气体，一号水箱4、二号水箱5、三号水箱6、四号水箱7、五号水箱8、六号水箱9、七号水箱10、八号水箱11容量相等。一号水轮发电机组15、二号水轮发电机组16、三号水轮发电机组17、四号水轮发电机组18的区别在于，一号水轮发电机组15的叶轮推动所需的水压大于二号水轮发电机组16，二号水轮发电机组16叶轮推动所需的水压大于三号水轮发电机组17，三号水轮发电机组17叶轮推动所需的水压大于四号水轮发电机组18。压缩气体出气管控制阀3用于控制压缩气源组1的压缩气体。水箱连接管三通阀13用于控制压缩气体和水的流动方向。流水槽19用于水轮发电机组经过发电利用的水流通过流水槽19流向水池20中。水池20用于收集发电利用的水。水泵22因水池水位与八个水箱之间存在落差，将水池20中的水补充到八个水箱中。补水管阀23在本发明中极为重要，有两个作用：一是封堵补水管21，在压缩气体推动水流发电过程中，防止压缩气体通过补水管21泄露，二是用于控制补水管21为八只水箱进行补水。八号水箱出水管阀24的作用是在八个水箱中的水流用完后，防止八个水箱中的压缩气体泄露。气体压缩机27用于给压缩气源组1补充压缩空气，气体压缩机进气管道阀门25在压缩气体推动八个水箱中水进行发电时，呈关闭状态，防止水流通过气体压缩机进气管道26进入气体压缩机27，在气体压缩机25开启时打开。
23.结合图1、图2、图4所示，在本发明中，以压缩气源组1的容积10000l，一号水箱4、二号水箱5、三号水箱6、四号水箱7、五号水箱8、六号水箱9、七号水箱10、八号水箱11的容积各为1000l举例，压缩气源组1中的压缩气体压力是11mpa，打开压缩气体出气管控制阀3，压缩气源组1中的压缩气体就会进入一号水箱4，推动一号水箱4中的水进行发电，这是一次发电。当压缩气源组1与一号水箱4中的压缩气体压力平衡后，压力为10mpa，此时关闭压缩气体出气管控制阀3，保证压缩气源组1中的压缩气体不再流失，利用一号水箱4中的10mpa的气压，推动二号水箱5中的水进行发电，这是二次发电。此时一号水箱4和二号水箱5中的气压各为5mpa。再次利用一号水箱4和二号水箱5中的5mpa气压，推动三号水箱6和四号水箱7中的水进行发电，这是三次发电。此时一号水箱4、二号水箱5、三号水箱6、四号水箱7中的气压各为2.5mpa。再次利用一号水箱4、二号水箱5、三号水箱6、四号水箱7中2.5mpa的气压推动五号水箱8、六号水箱9、七号水箱10、八号水箱11中的水进行发电，这是四次发电。第四次发电完成后，一号水箱4、二号水箱5、三号水箱6、四号水箱7、五号水箱8、六号水箱9、七号水箱10、八号水箱11中的气压各为1.25mpa，然后利用气体压缩机27将一号水箱4、二号水箱5、三号水箱6、四号水箱7、五号水箱8、六号水箱9、七号水箱10、八号水箱11中1.25mpa压力的压缩气体补充回到压缩气源组1中。本发明的关键在于，压缩气源组1输出压缩气体到一号水箱4中，推动一号水箱4中的水进行了第一次发电，然后利用压缩气体的膨胀性能，利用一号水箱4中的10mpa的气压，多次发电，完成多次发电后的气压仍然大于空气中的气压，最后利用气体压缩机27再回收到压缩气源组1中，压缩气源组1输出压缩气体到一号水箱4中进行一次发电做功后，一号水箱4中的10mpa的压缩气体并没有释放到空气中，而是利用压缩气体具有膨胀性能，多次使用。压缩气源组1输出压缩气体到一号水箱4中，压缩气源组1中的压缩气体压力剩余10mpa，如要恢复到输出前的11mpa压力，就要补充压力。结合图3图4，压缩气源组1输出压缩气体到一号水箱4过程中，压缩气源组1的压缩气体出口压力为
11mpa-10mpa的变化过程，而一号水箱4中的水出口压力也是11mpa-10mpa，(如图3所示，压缩气体储存a箱1中的压力高于压缩气体存储b箱2，压缩气体储存a箱1中的压缩气体推动水箱3中的水进入压缩气体存储b箱中，由此可证明水箱3中的水出口压力大于10mpa，否则水无法进入压缩气体存储b箱2。)10mpa的水压与10mpa的气压压力是一样的，只是介质不同，相当于10千克的铁和10千克的棉花是一样的，只是介质不同而已。而压缩气源组1需补充的压缩气体所需要的能量理论上等于压缩气源组1输出压缩气体到一号水箱4过程中产生的能量，根据能量守恒定律，能量不会凭空产生，也不会凭空消失，只是一种形式转化为另一种形式，(如图4所示，推动木材3向下就会使石头4上升，推动石头4向下就会使木材3上升。)假设在10000l容积10mpa压力的压缩气源组1中，补充压缩空气，使10000l容积压缩气源组1中的压缩气体压力升到11mpa，恢复到向一号水箱4提供压缩气体之前的状态，需要10kw的电能，理论上来讲压缩气源组1输出压缩气体到一号水箱4中，推动一号水箱4中的水做功，也能产生10kw的电能，当然在能量转化的过程中，损耗能量的因素很多，气体压缩时产生的噪音、产生的热量，水流动时与管壁产生的摩擦等等都属于能量的损耗，按照30％的损耗来计算，得出的结论是，压缩气源组1输出压缩气体到一号水箱4中，推动一号水箱4中的水做功，产生的电能是7kw，利用7kw的电能为压缩气源组1补充压缩气体，显然是不够的。本发明的关键之所在是利用压缩气源组1输出压缩气体到一号水箱4中，推动一号水箱4中的水进行了第一次发电，然后利用压缩气体的膨胀性能，利用一号水箱4中的10mpa的气压，多次发电使用。根据上述设定的参数，二次发电是利用一号水箱4中的10mpa的压缩空气，推动二号水箱5中的水进行发电，二号水箱5中的水的出口压力为10mpa-5mpa由高到低的过程，按照5mpa压力进行计算，上述一号水箱中4的水以11mpa-10mpa由高到低的压力过程，能够产生7kw的电能，那么二号水箱5中的水就可以产生3.5kw的电能。三次发电是利用一号水箱4和二号水箱5中的5mpa压缩气体推动三号水箱6和四号水箱7中的水进行发电，三号水箱6和四号水箱7中水的出口压力是5mpa-2.5mpa由高到低的一个过程，按照2.5mpa的出口压力计算，仍可以产生3.5kw的电能，因为这次是利用三号水箱6和四号水箱7两个水箱中的水做功，压力下降，但水量翻倍。四次发电是利用一号水箱4、二号水箱5、三号水箱6、四号水箱7中2.5mpa的气压推动五号水箱8、六号水箱9、七号水箱10、八号水箱11中的水进行发电，五号水箱8、六号水箱9、七号水箱10、八号水箱11的水出口压力是2.5mpa-1.25mpa由高到低的一个过程，按照1.25mpa计算，仍可以产生3.5kw的电能，和第三次发电过程一样，五号水箱8、六号水箱9、七号水箱10、八号水箱11的水出口压力降低，但使用的是4只水箱的水量进行发电。按照以上的算法，第一次发电产生7kw的电能，二次、三次、四次发电各产生3.5kw的电能，四次发电共产生17.5kw的电能，完全大于给压缩气源组1补充压缩气体需要消耗的10kw电能，减去10kw需要给压缩气源组1补充压缩气体消耗的电能，可取得7.5kw电能，供人们使用。
24.第四次发电完成后，一号水箱4、二号水箱5、三号水箱6、四号水箱7、五号水箱8、六号水箱9、七号水箱10、八号水箱11中的气压各为1.25mpa，然后利用气体压缩机27将一号水箱4、二号水箱5、三号水箱6、四号水箱7、五号水箱8、六号水箱9、七号水箱10、八号水箱11中1.25mpa压力的压缩气体补充回到压缩气源组1中，进行回收，可以减少气体压缩机27为压缩气源组1补充压缩气体的能量消耗。在本发明中，四次发电后的压缩气体的压力仍有1.25mpa的压力，仍可以设置水箱，进行再次发电利用。
25.在本发明中，所要消耗的能量有：为压缩气源组1补充压缩气体所需的能量，水泵22开启为一号水箱4、二号水箱5、三号水箱6、四号水箱7、五号水箱8、六号水箱9、七号水箱10、八号水箱11中补充水量所要消耗的能量，各个阀门启闭所要消耗的能量，在本发明运行过程中其他的能量的消耗(发电机组启停运转摩擦力、发电机组发电时产生的热量、噪音、水流动时产生的噪音及与水管的摩擦等等)。本发明能否成功的关键在于，利用压缩气源组1给一号水箱4中提供的压缩气体，多次利用，多次发电，发出的电能累计大于上述所要消耗的电能，在维持本发明中涉及各个环节运行后，有剩余的电能供人们使用，则本发明可行。