CN106762494A - 一种大气温差循环气流产生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于发电技术领域，特别涉及一种大气温差循环气流产生装置，包括高处换热器和低处换热器，以及将高处换热器和低处换热器连接在一起的下降气流绝热导管和上升气流绝热导管，下降气流绝热导管的截面不小于上升气流绝热导管2倍；下降气流绝热导管下端略低于低处换热器，并通过渐缩管与低处换热器相连；上升气流绝热导管通过扩压管与高处换热器相连；单位体积的内部气体在上升气流绝热导管内绝热上升单位高度后所下降的温度值要小于处于同样海拔高度的上升气流绝热导管外的单位体积的空气在绝热上升单位高度后所下降的温度值；气体沿着上升气流绝热导管上升到高处换热器后冷却沿着下降气流绝热导管下降至低处换热器，形成循环流动气流发电。
Description
技术领域
本发明属于发电技术领域，特别涉及一种大气温差循环气流产生装置。
背景技术
在对流层中，空气受热上升可以产生气流，利用这种气流可以用于推动涡轮机发电。基于热机理论的发电技术在现代电力***中占有较高的比例。因此，提高其运行效率具有重要意义。根据卡诺循环理论，降低低温源的温度可以提高热机发电***的效率。
根据涡轮机的发电规律，气流速度越高，则发电功率越高，单位功率成本越低。这样，使用高速气流发电，可以降低涡轮机发电***的成本。
太阳能烟囱发电是其中一种构造简单，适应于较低的热源温度。但效率较低，而且空气含有少量颗粒污染物等，会降低涡轮机的寿命，气流的流速也受到了限制。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出了一种大气温差循环气流产生装置，包括高处换热器和低处换热器，以及将高处换热器和低处换热器连接在一起的下降气流绝热导管和上升气流绝热导管，下降气流绝热导管的截面不小于上升气流绝热导管2倍；下降气流绝热导管下端略低于低处换热器，并通过渐缩管与低处换热器相连；上升气流绝热导管通过扩压管与高处换热器相连；渐缩管，低处换热器，及上升气流绝热导管下端共同组成喷管，提高气体速度，降低气体的密度，该喷管内安装涡轮机发电***；单位体积的内部气体在上升气流绝热导管内绝热上升单位高度后所下降的温度值要小于处于同样海拔高度的上升气流绝热导管外的单位体积的空气在绝热上升单位高度后所下降的温度值；低处换热器内的气体沿着上升气流绝热导管上升到高处换热器后冷却沿着下降气流绝热导管下降至低处换热器，形成循环流动气流并推动涡轮机发电***发电。
所述低处换热器同时可作为热机工作的低温源，提高热机发电***的效率。
所述低处换热器位于地球海洋地区。
所述高处换热器位于大气对流层。
所述低处换热器位于地球海平面或表层海水中。
所述高处换热器的海拔高度大于200米。
所述内部气体的密度不大于氮气，且内部气体比热不小于相同密度下的氢气与氮气的混合气体。
所述下降气流绝热导管与上升气流绝热导管采用底部固定重物并竖直浮于海上的方式固定。
低处换热器可放置于地面处，利用周围空气的热量，形成循环气流。
本发明的有益效果在于：
利用地球自然条件，不用额外提供动力源就能实现气流循环发电；下降气流绝热导管下端一部分低于低处换热器，有利于控制气流的方向；可将海水作为热源。也可以将低处换热器作为热机工作的低温源，提高热机发电***的效率。该装置导管截面不同的设计，可以提高低处换热器中以及上升绝热导管中气流的流速。下降气流绝热导管与上升气流绝热中的流速差将会增大。随着气体流速提高，气体密度差将增大，有利于提高该装置的效率。同时低处换热器的入口气体温度会低于下降气流绝热导管末端，增强了低处换热器的吸热能力。
附图说明
图1为本发明的循环气流产生装置示意图。
图2为单个循环气流产生装置在海中的布置方式。
图3为三个循环气流产生装置在海中的集中布置方式。
具体实施方式
下面结合附图，对实施例作详细说明。
实施例1
如附图1所示，该装置包括高处换热器和低处换热器，以及将高处换热器和低处换热器连接在一起的下降气流绝热导管和上升气流绝热导管。下降气流绝热导管的截面为上升气流绝热导管4倍。下降气流绝热导管下端略低于低处换热器，并通过渐缩管与低处换热器相连。上升气流绝热导管通过扩压管与高处换热器相连。下降气流绝热导管下端一部分低于低处换热器，这样利于控制气流的方向。在上升气流绝热导管中，安装涡轮机发电***。
本例中，装置中的气体为氮气和氢气的混合气体，氢气体积分数为3.8％，以避免潜在的氢气***风险。形成循环气流前，低处换热器中气压与周围环境气压相同。低处换热器位于热带海面处。高处换热器位于低处换热器上部1500米处的大气中。
绝热导管由高强度铝合金为主要材料，喷涂绝热层制成，管壁总厚度为5毫米，管壁平均密度约为每立方厘米2.7克。下降气流绝热导管直径为100米，上升气流绝热导管直径为50米，绝缘管总重量约95 00吨。下降气流绝热导管一部分浸入海水中，若仅考虑绝缘管重量，若以下降气流绝热导管截面积计算，获得相应浮力浸入海水深度约为1.2米。
本例将上升和下降两根气流绝热导管紧密固定在一起，以增加强度。为了将长达1500余米的循环气流绝热导管树立在海平面上，本实施例采用高强度合金钢材固定在气流绝热导管上，并在合金钢材底端坠上重物，这样，可以将循环气流产生装置由水平树立起来，使其近似处于竖直的位置，如图2所示。
为进一步增加装置的稳定性，本实施例将三组装置的顶部联结在一起，并用合金钢材将底部的重物联结起来，底部形成一个等边三角形，如图3所示。
步骤2：在装置底部，气体在低处换热器吸收热量后，产生的高温气流将沿着上升气流绝热导管上升，至高处换热器处，热量将散发至大气中，冷却后的气流沿着下降气流绝热导管下降至低处换热器。这样在装置中将形成循环流动的气流。为加快循环气流启动速度，启动阶段高品位热源向低处换热器输入热量。
步骤3：在气流速度达到达到最佳效率点时，涡轮机发电***开始输出功率。
实施例2
将实施例1中的装置放置在地面上，该装置可从常温空气中吸收热量，产生循环气流，推动涡轮机发电。此实施例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，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种大气温差循环气流产生装置，其特征在于，包括高处换热器和低处换热器，以及将高处换热器和低处换热器连接在一起的下降气流绝热导管和上升气流绝热导管，下降气流绝热导管的截面不小于上升气流绝热导管2倍；下降气流绝热导管下端略低于低处换热器，并通过渐缩管与低处换热器相连；上升气流绝热导管通过扩压管与高处换热器相连；渐缩管，低处换热器，及上升气流绝热导管下端共同组成喷管，提高气体速度，降低气体的密度，该喷管内安装涡轮机发电***；单位体积的内部气体在上升气流绝热导管内绝热上升单位高度后所下降的温度值要小于处于同样海拔高度的上升气流绝热导管外的单位体积的空气在绝热上升单位高度后所下降的温度值；低处换热器内的气体沿着上升气流绝热导管上升到高处换热器后冷却沿着下降气流绝热导管下降至低处换热器，形成循环流动气流并推动涡轮机发电***发电。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述低处换热器同时可作为热机工作的低温源，提高热机发电***的效率。
3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述低处换热器位于地球海洋地区。
4.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述高处换热器位于大气对流层。
5.根据权利要求1或2或3所述装置，其特征在于，所述低处换热器位于地球海平面或表层海水中。
6.根据权利要求1或2或3所述装置，其特征在于，所述高处换热器的海拔高度大于200米。
7.根据权利要求1或2或3所述装置，其特征在于，所述内部气体的密度不大于氮气，且内部气体比热不小于相同密度下的氢气与氮气的混合气体。
8.根据权利要求1或2或3所述装置，其特征在于，所述下降气流绝热导管与上升气流绝热导管采用底部固定重物并竖直浮于海上的方式固定。
9.根据权利要求1或2或4所述装置，其特征在于，低处换热器可放置于地面处，利用周围空气的热量，形成循环气流。
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Citations (4)
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