一种利用空气温差进行发电的方法及装置与流程

1.本发明涉及新能源开发技术领域，尤其涉及一种利用空气温差进行发电的方法及装置。


背景技术：

2.现有的发电方式,包括水利、风力、火力、潮汐、核能、太阳能发电等多种形式，均存在一些难以克服的缺点，例如火力和核能发电利用的是不可再生资源，其消耗量巨大，比如石油资源可供开采大约240年；天然气可开采63年；煤炭可开采231年；铀可供72年使用。火力发电约占总电量的65%，但是产生严重污染，我国火力发电每年排放二氧化碳50亿吨。火力发电是造成温室效应的主要因素之一，同时导致酸雨，恶化地球环境；核电存在巨大的安全风险；水利发电严重受到合适的资源限制；风力发电和太阳能发电优点很多，但是有效工作时间不到25%，因此二者之和仅占总电量的10%左右，所以大力开发可再生绿色能源刻不容缓。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种利用空气温差进行发电的方法及装置。
4.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种利用空气温差进行发电的装置，包括制冷剂循环管道，所述制冷剂循环管道由制冷剂液化段、制冷剂汽化段、汽化制冷剂输送段、液化制冷剂输送段组成，所述汽化制冷剂输送段的管段上安装有汽轮机发电机，所述液化制冷剂输送段的管段上安装有水轮机发电机、第一节流阀。
5.优选的，所述制冷剂循环管道内填充有制冷剂，所述液化制冷剂输送段的侧边设置有制冷剂加入口，所述制冷剂加入口设置有阀门，所述汽化制冷剂输送段、液化制冷剂输送段的外部均套接有保温套。
6.优选的，所述汽化制冷剂输送段的管段上安装有第二节流阀。
7.优选的，所述制冷剂液化段的管段上安装有第一列管换热器，所述制冷剂汽化段的管段上安装有第二列管换热器，所述第二列管换热器浸泡在热水池内。
8.优选的，所述热水池的侧边设置有注水口和出水口。
9.一种利用空气温差进行发电的装置的方法，包括以下步骤：s1、制冷剂液化段安装在高处低温空气区间，制冷剂汽化段安装在低处高温空气区间；s2、制冷剂在制冷剂循环管道内循环流动，制冷剂在制冷剂液化段内放热自动液化，液化后的制冷剂流过水轮发电机并进行发电，制冷剂在制冷剂汽化段内吸热自动汽化，汽化后的制冷剂流过汽轮发电机进行发电，如此往复循环发电。
10.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中，利用高空中的低温空气与地面上的空气的温差，通过一个密闭循环系统，利用制冷剂吸收地面上空气的热能而汽化，气态的制冷剂进入空中的低温空气层，经过热交换制冷剂被液化而流动到下方的水轮发电机并发电，通过发电机后的制冷剂液体，再通过再吸收地面上的空气的热量，制冷剂被汽化，驱动汽轮发电机再发电，然后再次进入高空被高空中的低温空气液化，即实现了密闭循环发电。
附图说明
11.图1为本发明提出的一种利用空气温差进行发电的装置的结构示意图；图2为本发明提出的一种利用空气温差进行发电的装置的实施例1的结构示意图；图3为本发明提出的一种利用空气温差进行发电的装置的实施例2的结构示意图；图4为地球与大气层的结构示意图。
12.图中：1制冷剂循环管道、101制冷剂液化段、102制冷剂汽化段、103汽化制冷剂输送段、104液化制冷剂输送段、2汽轮发电机、3水轮发电机、4第一节流阀、5制冷剂加入口、6第二节流阀、7第一列管换热器、8第二列管换热器、9热水池、10注水口、11出水口。
具体实施方式
13.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。
14.参照图1、图2，一种利用空气温差进行发电的装置，包括制冷剂循环管道1，制冷剂循环管道1由制冷剂液化段101、制冷剂汽化段102、汽化制冷剂输送段103、液化制冷剂输送段104组成，汽化制冷剂输送段103的管段上安装有汽轮机发电机2，液化制冷剂输送段104的管段上安装有水轮机发电机3、第一节流阀4，制冷剂循环管道1内填充有制冷剂，液化制冷剂输送段104的侧边设置有制冷剂加入口5，制冷剂加入口5设置有阀门，汽化制冷剂输送段103、液化制冷剂输送段104的外部均套接有保温套，汽化制冷剂输送段103的管段上安装有第二节流阀6。
15.参照图3，制冷剂液化段101的管段上安装有第一列管换热器7，制冷剂汽化段102的管段上安装有第二列管换热器8，第二列管换热器8浸泡在热水池9内，热水池9的侧边设置有注水口10和出水口11。
16.实施例1：参照图2，将制冷剂循环管道1设置在现有的珠穆朗玛峰的气象站与山脚之间；珠穆朗玛峰顶的气温常年在-30℃～-40℃；我国在珠穆朗玛峰海拔8050米高处已经建设了气象站，该处全年最高气温在-15℃，从该气象站起始，沿着山坡往下，循环管道1呈现长方形沿着山坡布置，宽度150m，长度4000m，每段管道长度20～50m，汽化制冷剂输送段103的管道内径0.8m，流经气体状态制冷剂，液化制冷剂输送段104的管道内径0.5m，流经液体状态制冷剂，各管道依靠法兰连接起来；制冷剂在循环管道1内循环流动；管道系统全部安装验收合格，关闭第一节流阀4，从制冷剂加入口5加入制冷剂r124（一氯四氟乙烷，其正常沸点为-10.95℃，而该实施例的设置区最高处常年气温在-15℃以下，而其地面环境最低温度在-10℃以上，因此保证了制冷剂在循环管道1内的液化和汽化，循环流动，从而维持发电机持续运转发电）加完制冷剂后关闭制冷剂加入口5的阀门，制冷剂吸收地面环境的热量不断汽
化，产生的气态制冷剂通过控制第二节流阀6形成压力，气体状制冷剂进入汽轮发电机2，推动汽轮发电机2的叶片转动而带动发电机发电，发电后的气态制冷剂沿着气化制冷剂输送段103上升，当到达山顶位置时，气态制冷剂在液化段101遇到山顶低温环境吸热降温，当制冷剂温度达到其沸点以下，制冷剂自动液化，形成液体，流入液化制冷剂输送段104内，调节第一节流阀4的开度大小，保持地面制冷剂汽化数量与山顶液化数量相等平衡，且液化制冷剂输送段104内液体制冷剂维持200米高度，产生较大势能，因此该液体制冷剂流经过水轮发电机3时，推动该发电机内转子运转，切割发电机内部磁力线而发出电力；而经过水轮发电机3后的液体制冷剂，经过制冷剂汽化段102换热，不断吸收地面环境的热量再次汽化，汽化后的制冷剂气流推动汽轮发电机2运转而持续发电；气体状制冷剂再回到汽化制冷剂输送段103内自动上升至山顶位置，气态制冷剂与山顶低温环境进行热交换而降温至其沸点以下自动液化，再流入液化制冷剂输送段104内，进行下一个循环，从而推动发电机不断发出持续的电力。
17.实施例2：参照图3，将制冷剂循环管道1设置在四川甘孜州康定县境内的贡嘎雪山上与山脚，贡嘎雪山海拔7556m，其东坡从海拔仅千余米的大渡河谷拔地而起，直到插入云霄的主峰，垂直落差超过6000m，贡嘎山区最高点与最低点之间的温差超过35℃，景区内温泉点有数十处，水温介于40～80℃之间，有的可达到90℃以上，选取温泉较为集中的地点建设一个热水池9，引入温泉水维持在20℃以上（温度越高越好），从热水池9沿山坡往上建设，长方形宽度150m，长度4000m，每段管道长度20～50m，汽化制冷剂输送段103的管道内径0.8m，流经气体状态制冷剂，液化制冷剂输送段104的管道内径0.5m，流经液体状态制冷剂，各管道依靠法兰连接起来，选取三氟氯丙烯作为制冷剂，其正常沸点是15℃，地势低的第二列管换热器8的外部水浴至热水池9中，第一列管换热器7、第二列管换热器8可以增大热交换面积，为了减少上下管道的热损失，汽化制冷剂输送段103、液化制冷剂输送段104的外部均包裹上保温套，如果在冬季，地面的温度低于制冷剂的沸点不能汽化时，可以辅助加热或者更换制冷剂配方满足运转要求，热水池9上设置有注水口10和出水口11；全部装置安装验收合格，关闭第一节流阀4，从制冷剂加入口5加入制冷剂三氟氯丙烯，制冷剂吸收地面加热池9内热水的热量不断汽化，产生的气态制冷剂沿着汽化制冷剂输送段103上升，当气态制冷剂到达山顶位置时，山顶约-5～-15℃的低温环境吸热降温，当制冷剂温度达到其沸点以下时，制冷剂自动液化，形成液体，流入液化制冷剂输送段104内，调节第一节流阀4、第二节流阀6开度大小，保持地面制冷剂汽化数量与山顶液化数量相等平衡，液化制冷剂输送段104内液体制冷剂维持约300m的落差高度，产生约30个大气压的势能，因此该液体制冷剂流经过水轮发电机3时，推动该发电机内转子运转，切割发电机内部磁力线而发出电力，而经过水轮发电机3后的液体制冷剂，经过制冷剂气化段102换热，不断吸收地面环境的热量再次汽化，汽化后的制冷剂气流推动汽轮发电机2运转而持续发电。
18.本发明开发利用空气层的温差能源发电，是一种新型能源，这种能源绿色又可再生，且在地球空气的对流层内（参见说明书附图4地球与大气层结构示意图），各地普遍存在巨大的低温空气层，因此，采用本发明发电的潜力非常大，可以代替煤炭天然气石油等化石能源发电，成本低廉，意义重大。
19.本发明是一种新型发电方式，它克服了目前使用的各种发电方式的缺陷，具有发
电成本低、安全环保、运行稳定高效、利于并网发电、投资灵活、易于推广普及等特点，并且潜力很大，资源不会枯竭，可以再生，不产生温室气体，综合优越性突出。
20.需要特别说明的是，本发明中的制冷剂循环管道1可采用铜或者不锈钢制造，本发明中的制冷剂在常压下沸点在-30℃ ∽ 10℃，本发明采用的致冷剂，目前已经广泛应用于工业与民用领域，这些新型制冷剂（即绿色氟利昂）化学性质稳定，不燃烧不爆炸，价廉易得。致冷剂分为多种型号，常用的有70多种，单独或者组合使用可以满足不同工况的要求。依据各地气候特点，结合制冷剂的物理化学性质选取合适的制冷剂。
21.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，例如该发电装置也可以设计成蘑菇型、水车型、以及串联或并联等等，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。