大氣溫差製冷式能量系統的製作方法
2023-04-28 10:27:01 2
專利名稱：大氣溫差製冷式能量系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及能量交換系統領域，更具體的說，涉及一種大氣溫差製冷式能量系統。
背景技術：
隨著人類對能源需求的不斷增長，而作為主要能量來源的石油的供應危機又愈來愈現實，人們把目光轉向了尋求新的能源方式，太陽能、海洋能和大氣能等都成為了新型能源的開發重點，而利用海水的溫差結合媒介物質的氣-液態轉換過程中的能量交換開發出的海水溫差發電技術，為人們探求新型的清潔能源來源提供了廣闊的前景。海水溫差發電技術的基本原理是，利用海洋表面海水與深層海水之間存在的溫度差，用較高溫度的海水將蒸發器中某種容易氣化的液體氣化，然後將此氣體導入渦輪機做功帶動發電機發電，氣體做功後被導入較低溫度的海水環境並在冷凝器中液化，再將液體送入蒸發器中構成循環(《科學畫報》1990年第六期)。首次提出利用海水溫差發電設想的，是法國物理學家阿松瓦爾。1926年，阿松瓦爾的學生克勞德試驗成功海水溫差發電。1930年，克勞德在古巴海濱建造了世界上第一座海水溫差發電站，獲得了10千瓦的功率。1979年，美國在夏威夷的一艘海軍駁船上安裝了一座海水溫差發電試驗臺，發電功率53.6千瓦。1981年，日本在南太平洋的諾魯島建成了一座100千瓦的海水溫差發電裝置，1990年又在鹿兒島建起了一座兆瓦級的同類電站。(《新科技啟蒙》，中國勞動社會保障出版社，1999年第一版)。基於上述海水溫差發電技術的相同原理，中國專利CN 2091962公開了一種氣動水輪機，將某種作為功力源的氣體在機器內使液體產生一定壓頭並使液體循環流動，流動的液體推動水輪機帶動發電機發電。
現有技術中的上述能源裝置都是基於海水的溫差來推動介質的氣-液轉換而進行做功發電的，由於不同溫度的海水之間的溫差有限，而造成介質物的選擇範圍有限，給這樣的能源裝置的工業化和大型化應用帶來了困難，而且由於該裝置需要結合海洋環境使用，無法用於非沿海區域。
近年來，科學家們又設想利用地球大氣層的溫差來發電，由於地球表面的水在太陽光照射下蒸發上升，到高空遇冷空氣又凝結為水，以雨雪形式降落到地面。如果將此過程有效地控制起來，將水換成其它適當的介質，便能在重力的作用和氣-液相轉換做功的作用下實現能量轉換。荷蘭科學家為此設想在北海建立一個能源高塔，塔高至少5000米，塔頂溫度在零下10至35度而地面溫度在10攝氏度左右，所形成的溫差足以找到合適的流體介質，如液氨等。但是該能源塔僅設計用於發電，不能進行其它能源交換，且僅進行一次一級發電，不利於能源的綜合利用。
發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的上述不足，提供一種大氣溫差製冷式能量系統，利用大氣層內外部的巨大溫差實現能量轉換與能量交換，該裝置不僅適於一般製冷或發電用途，更可用於大型的城市中央空調和/或電力供應。
本發明提供的大氣溫差製冷式能量系統，包括流體介質、冷凝裝置、低溫液體存儲裝置、熱交換裝置以及依次密閉循環連接冷凝裝置、低溫液體存儲裝置、熱交換裝置的管道系統，其特徵在於，所述的冷凝裝置安裝在高空，低溫液體存儲裝置和熱交換裝置安裝在地面或海面，流體介質在管道系統內循環流動，且連接冷凝裝置與低溫液體存儲裝置之間的管道是保溫管道。
該能量系統中，所述冷凝裝置安裝的高度相對於安裝低溫液體存儲裝置的地面或海面至少是5000米，該冷凝裝置是安裝在預先確定好高度的高塔上或高山上。
所述的流體介質是至少一種沸點在零下60攝氏度至零攝氏度之間的氣體或液體，優選液氨。
所述的能量系統，在熱交換裝置和冷凝裝置之間還可以依次安裝高壓氣體存儲裝置和低壓氣體存儲裝置。
上述裝置中，在所述高壓氣體存儲裝置與低壓氣體存儲裝置之間和/或低壓氣體儲存裝置與冷凝裝置之間還安裝有風力發電裝置，且在所述冷凝裝置與所述低溫液體存儲裝置之間還可以安裝水力發電裝置。
本發明還提供一種利用大氣溫差製冷進行能量交換的方法，其特徵在於1)提供一套冷凝裝置、低溫液體存儲裝置、熱交換裝置以及依次密閉循環連接上述裝置的管道系統，其中冷凝裝置安裝在高空，低溫液體存儲裝置和熱交換裝置安裝在地面或海面；2)向低溫液體存儲裝置中注入低溫液態流體介質，低溫液態流體進入熱交換裝置與來自集中收集的城市熱空氣進行熱量交換；換熱之後熱空氣被製冷為冷空氣並通過管道系統輸送給城市供冷，低溫液態流體經換熱後由液態轉換為氣態，氣態流體在密閉的管道系統中上升至高空的冷凝裝置內；3)氣態流體在高空被高空冷空氣冷凝成為液態流體，並經密閉保溫的管道系統降落流回到低溫液體存儲裝置，構成循環製冷。
上述方法中，所述冷凝裝置安裝的高度相對於安裝低溫液體存儲裝置的地面或海面至少是5000米；所述流體介質是至少一種沸點在零下60攝氏度至零攝氏度之間的氣體或液體，優選液氨。
本發明提供的大氣溫差製冷式能量系統以及利用大氣溫差製冷進行能量交換的方法具有以下一些特點由於採用高空冷空氣作為能源，使用超低沸點的液體(零下60攝氏度至零攝氏度之間)作為介質，本能量系統能實現高效低耗節能的製冷。與傳統的能量系統不同，本系統內的介質經熱交換後經管道上升至寒冷的高空而被冷凝，無需傳統的需要消耗大量能源的壓縮過程，大大節省了能源。並且由於本系統設備巨大，能量交換量也特別大，故特別適用於大中型城市的中央製冷，一個城市只需投資一套這樣的系統便可基本滿足生產、生活中的集中供冷，有效降低了城市的能耗及減少排放，優化了城市功能與結構。
同時，通過在本能量系統中安裝發電裝置還可以生產電力，在提供製冷的同時提供電力，一舉多得。
附圖簡要說明
圖1是本發明的大氣溫差製冷式能量系統一個實施例的示意圖。
圖2是本發明的大氣溫差製冷式能量系統的另一個實施例示意圖。
圖3是本發明的大氣溫差製冷式能量系統一個實施例進行城市中央製冷熱交換的示意圖。
具體實施例方式
下面通過具體的實施例結合附圖對本發明進行更詳細的描述。
實施例1如圖1所示，本發明提供的大氣溫差製冷式能量系統的一個實施例包括冷凝器1、低溫儲液罐2、熱交換器3和相應的連接各個裝置的密閉循環管道系統4、5，其中介於冷凝器1與儲液罐2之間的管道4是保溫管道；冷凝器1安裝於建造在離地面至少5000米高空的高塔上；儲液罐2中存放有作為流體製冷介質的液氨。
運行中，打開儲液罐2的閥門，液氨沿管道5流向熱交換器3，在這當中液氨於來自城市集中收集的熱空氣6發生熱交換，液態的氨吸熱轉換為氨氣進入管道5』，而熱空氣6被製冷為冷空氣7並輸送給城市集中供冷；氨氣沿管道5』上升至高空的冷凝器1，並在高空冷空氣作用下被液化成為液氨，後經保溫管道4降落到儲液罐2中。液氨在整個系統內如此循環，實現熱交換和製冷。
由圖3所示，經製冷後的冷空氣7被收集並經適當壓縮在冷氣儲罐21中，然後通過分配系統22供應給城市各個生產和生活採冷單位，冷氣在流經用戶單位23後經熱交換成為熱空氣，由各個採冷單位23流回的熱空氣6被統一收集，並在本發明的能量系統的熱交換器3中進行熱交換，轉換成為冷空氣7，如此循環，實現城市集中供冷。
實施例2如圖2所示，在實施例1所提供的能量系統的基礎上，在熱交換器3與冷凝器1之間還分別安裝有高壓氣體儲罐8和低壓氣體儲罐9，在高、低壓氣體儲罐之間以及高壓氣體儲罐9與冷凝器1之間還安裝有風力發電機組10及10』，同時在冷凝器1與低溫儲液罐2之間的管路系統中還安裝有水力發電機組11。
運行中，打開儲液罐2的閥門，液氨沿管道5流向熱交換器3，在這當中液氨於來自城市集中收集的熱空氣6發生熱交換，液態的氨吸熱轉換為氨氣進入管道5』，而熱空氣6被製冷為冷空氣7並輸送給城市集中供冷；氨氣沿管道進入高壓氣體儲罐8，在流經風力發電機組10並在風力作用下推動其發電之後流向低壓氣體儲罐9，氨氣在通過管道5』上升至冷凝器1的過程中流經另一風力發電機組10』，並在風力作用下推動其產生電力；氨氣在高空冷空氣作用下在冷凝器中被液化成為液氨，液氨後經保溫管道4降落向儲液罐2，在此過程中流經水力發電機組11，並在重力作用下推動機組發電，後返回到低溫儲液罐2之中。液氨在整個系統內如此循環，實現熱交換製冷以及發電。
本發明的另一個實施例中，由圖3所示，經製冷後的冷空氣7被收集並經適當壓縮在冷氣儲罐21中，然後通過分配系統22供應給城市各個生產和生活採冷單位，冷氣在流經用戶單位23後經熱交換成為熱空氣，由各個採冷單位23流回的熱空氣6被統一收集，並在本發明的能量系統的熱交換器3中進行熱交換，轉換成為冷空氣7，如此循環，實現城市集中供冷。
需要指出的是，上述實施例只用於對本發明作進一步說明，不能理解為對本發明保護範圍的限制，本領域的技術人員可以根據本發明的內容，在不超出發明的保護範圍內，對發明內容做出一些非本質的和其它方面的改進和調整。
權利要求
1.一種大氣溫差製冷式能量系統，包括流體介質、冷凝裝置、低溫液體存儲裝置、熱交換裝置以及依次密閉循環連接冷凝裝置、低溫液體存儲裝置、熱交換裝置的管道系統，其特徵在於，所述的冷凝裝置安裝在高空，低溫液體存儲裝置和熱交換裝置安裝在地面或海面，且連接冷凝裝置與低溫液體存儲裝置之間的管道是保溫管道，流體介質在管道系統內循環流動。
2.根據權利要求1所述的能量系統，其特徵在於，所述冷凝裝置安裝的高度相對於安裝低溫液體存儲裝置的地面或海面至少是5000米。
3.根據權利要求2所述的能量系統，其特徵在於，所述冷凝裝置是安裝在預先確定好高度的高塔上或高山上。
4.根據權利要求1～3任意一項所述的能量系統，其特徵在於，所述流體介質是至少一種沸點在零下60攝氏度至零攝氏度之間的氣體或液體，優選液氨。
5.根據權利要求1所述的能量系統，其特徵在於，在熱交換裝置和冷凝裝置之間還依次安裝有高壓氣體存儲裝置和低壓氣體存儲裝置。
6.根據權利要求5所述的能量系統，其特徵在於，在所述高壓氣體存儲裝置與低壓氣體存儲裝置之間和/或低壓氣體儲存裝置與冷凝裝置之間還安裝有風力發電裝置。
7.根據權利要求1或5所述的能量系統，其特徵在於，在所述冷凝裝置與所述低溫液體存儲裝置之間還安裝有水力發電裝置。
8.一種利用大氣溫差製冷進行能量交換的方法，其特徵在於1)提供一套冷凝裝置、低溫液體存儲裝置、熱交換裝置以及依次密閉循環連接上述裝置的管道系統，其中冷凝裝置安裝在高空，低溫液體存儲裝置和熱交換裝置安裝在地面或海面；2)向低溫液體存儲裝置中注入低溫液態流體介質，，低溫液態流體進入熱交換裝置與來自集中收集的熱空氣進行熱量交換；換熱之後熱空氣被製冷為冷空氣並通過管道系統輸送給城市供冷，低溫液態流體經換熱後由液態轉換為氣態，氣態流體在密閉的管道系統中上升至高空的冷凝裝置內；3)氣態流體在高空被高空冷空氣冷凝成為液態流體，並經密閉保溫的管道系統降落流回到低溫液體存儲裝置，構成循環製冷。
9.根據權利要求8所述的利用大氣溫差製冷進行能量交換的方法，其特徵在於，所述冷凝裝置安裝的高度相對於安裝低溫液體存儲裝置的地面或海面至少是5000米；所述流體介質是至少一種沸點在零下60攝氏度至零攝氏度之間的氣體或液體，優選液氨。
10.根據權利要求8所述的利用大氣溫差製冷進行能量交換的方法，其特徵在於，所述製冷方法用於城市中央空調集中製冷。
全文摘要
本發明涉及一種大氣溫差製冷式能量系統，包括流體介質、冷凝裝置、低溫液體存儲裝置、熱交換裝置以及依次密閉循環連接冷凝裝置、低溫液體存儲裝置、熱交換裝置的管道系統，其特徵在於，所述的冷凝裝置安裝在高空，低溫液體存儲裝置和熱交換裝置安裝在地面或海面，且連接冷凝裝置與低溫液體存儲裝置之間的管道是保溫管道，流體介質在管道系統內循環流動。本裝置內的介質經熱交換後經管道上升至寒冷的高空而被冷凝，無需傳統的需要消耗大量能源的壓縮過程，大大節省了能源，實現高效低耗節能的製冷。
文檔編號F25B23/00GK101025314SQ20061003389
公開日2007年8月29日 申請日期2006年2月20日 優先權日2006年2月20日
發明者鍾路華, 謝文華, 馬欣 申請人:鍾路華