[發(fā)明專利]一種利用低品質(zhì)熱源的無(wú)泵發(fā)電系統(tǒng)及其發(fā)電方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711416170.8
• 申請(qǐng)日: 2017-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107916959B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張信榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中能綠色精靈（北京）科技有限公司
• 主分類號(hào): F01K7/00
• 分類號(hào): F01K7/00;F01K25/06;F01K25/10
• 代理公司: 北京知果之信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11541
• 代理人: 唐海力

1.一種利用低品質(zhì)熱源的無(wú)泵發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述無(wú)泵發(fā)電系統(tǒng)包括：N個(gè)子系統(tǒng)、M個(gè)高溫?zé)嵩?、L個(gè)低溫?zé)嵩础個(gè)高溫來(lái)流N+1向閥門、M個(gè)高溫回收N+1向閥門、L個(gè)低溫來(lái)流N+1向閥門以及L個(gè)低溫回收N+1向閥門；其中，第一至第N子系統(tǒng)的位置由高至低依次放置；第i子系統(tǒng)包括第i預(yù)熱裝置、第i預(yù)冷裝置和第i渦流機(jī)，所述第i預(yù)熱裝置的位置高于第i預(yù)冷裝置，二者之間通過(guò)管路連接，在連接第i預(yù)熱裝置與第i預(yù)冷裝置的管路上設(shè)置第i渦流機(jī)，所述第i渦輪機(jī)連接至發(fā)電機(jī)，i＝1,……,N；每一個(gè)預(yù)熱裝置具有M個(gè)端口，每一個(gè)預(yù)冷裝置具有L個(gè)端口；第j高溫?zé)嵩赐ㄟ^(guò)第j高溫來(lái)流N+1向閥門分別連接至第一至第N預(yù)熱裝置的第j端口，并且第j高溫?zé)嵩赐ㄟ^(guò)第j高溫回收N+1向閥門分別連接至第一至第N預(yù)熱裝置的第j端口，j＝1,……,M；第l低溫?zé)嵩赐ㄟ^(guò)第l低溫來(lái)流N+1向閥門分別連接至第一至第N預(yù)冷裝置的第l端口，并且第l低溫?zé)嵩赐ㄟ^(guò)第l低溫回收N+1向閥門分別連接至第一至第N預(yù)冷裝置的第l端口，l＝1,……,L；在第一預(yù)熱裝置中盛放有工質(zhì)；第k預(yù)冷裝置的底部通過(guò)管道連接至第k+1預(yù)熱裝置的底部，k＝1,……,N-1；第N預(yù)冷裝置的底部通過(guò)管路連接至第一預(yù)熱裝置的底部；通過(guò)控制第一至第M高溫來(lái)流N+1向閥門、第一至第M高溫回收N+1向閥門、第一至第L低溫來(lái)流N+1向閥門以及第一至第L低溫回收N+1向閥門，使得第一至第M高溫?zé)嵩磁c第一預(yù)熱裝置連通，以及第一至第L低溫?zé)嵩磁c第一預(yù)冷裝置連通，第一至第M高溫?zé)嵩粗械臒崃糠謩e經(jīng)過(guò)第一至第M高溫來(lái)流N+1向閥門傳輸至第一預(yù)熱裝置，第一預(yù)熱裝置中的工質(zhì)氣液分離，同時(shí)第一至第L低溫?zé)嵩吹睦淞糠謩e經(jīng)過(guò)第一至第L低溫來(lái)流N+1向閥門傳輸至第一預(yù)冷裝置，第一預(yù)熱裝置與第一預(yù)冷裝置之間產(chǎn)生溫度差，在溫度差的作用下，氣態(tài)的工質(zhì)從第一預(yù)熱裝置經(jīng)過(guò)設(shè)置有第一渦輪機(jī)的管路流向第一預(yù)冷裝置，帶動(dòng)第一渦輪機(jī)做功發(fā)電，流至第一預(yù)冷裝置的工質(zhì)經(jīng)第一預(yù)冷裝置氣液分離后，液態(tài)的工質(zhì)借助高度差經(jīng)由管道流經(jīng)至第二子系統(tǒng)的第二預(yù)熱裝置；當(dāng)?shù)谝粶u流機(jī)兩端的壓差達(dá)到臨界壓差時(shí)，第一渦輪機(jī)停止做功，第一預(yù)熱裝置內(nèi)剩余的熱量分別經(jīng)第一至第M高溫回收N+1向閥門回流至第一至第M高溫?zé)嵩?，并且第一預(yù)冷裝置內(nèi)剩余的冷量分別經(jīng)第一至第L低溫回收N+1向閥門回流至第一至第L低溫?zé)嵩?；控制第一至第M高溫來(lái)流N+1向閥門、第一至第M高溫回收N+1向閥門、第一至第L低溫來(lái)流N+1向閥門以及第一至第L低溫回收N+1向閥門，使得第一至第M高溫?zé)嵩磁c第二預(yù)熱裝置連通，以及第一至第L低溫?zé)嵩磁c第二預(yù)冷裝置連通，第二子系統(tǒng)重復(fù)第一子系統(tǒng)的過(guò)程帶動(dòng)第二渦輪機(jī)做功發(fā)電，如此循環(huán)反復(fù)，工質(zhì)從第N預(yù)冷裝置通過(guò)浮生力返回至第一預(yù)熱裝置，N個(gè)子系統(tǒng)依次輪流做功發(fā)電，N個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)，以錯(cuò)開(kāi)運(yùn)行時(shí)間的方式實(shí)現(xiàn)趨于穩(wěn)定持續(xù)的電能輸出，N、M和L均為≥2的自然數(shù)，且N＝M＝L。

2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)泵發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)熱裝置和預(yù)冷裝置均采用底部具有傾斜面的氣缸。

3.如權(quán)利要求2所述的無(wú)泵發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)熱裝置的底部?jī)A角為-15°～-25°或?yàn)?80～210°；所述預(yù)冷裝置的底部?jī)A角為180°～220°，或-20°～-25°。

4.如權(quán)利要求1所述的無(wú)泵發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)熱裝置內(nèi)的底部設(shè)置有凸面，凸面上設(shè)置有單一通孔，根據(jù)工質(zhì)的材料和狀態(tài)，確定凸面的位置以及通孔的內(nèi)外半徑比。

5.如權(quán)利要求1所述的無(wú)泵發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)冷裝置內(nèi)的底部設(shè)置有凸面，凸面上設(shè)置有多個(gè)通孔，根據(jù)工質(zhì)的材料和狀態(tài)，確定凸面的位置、通孔的數(shù)量以及通孔的半徑。

6.如權(quán)利要求1所述的無(wú)泵發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)熱裝置與預(yù)冷裝置的體積比為1.2～1.5。

7.如權(quán)利要求1所述的無(wú)泵發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述工質(zhì)采用熱傳導(dǎo)、熱膨脹、具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性且不可燃燒無(wú)毒無(wú)味的天然混合物。

8.如權(quán)利要求7所述的無(wú)泵發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述工質(zhì)采用由二氧化碳、二甲醚、異丁烷、氨和葵烷組成的混合物。