[發明專利]一種利用低品質熱源的無泵發電系統及其發電方法

有效

• 申請號: 201711416170.8
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN107916959B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 張信榮
• 申請（專利權）人: 中能綠色精靈（北京）科技有限公司
• 主分類號: F01K7/00
• 分類號: F01K7/00;F01K25/06;F01K25/10
• 代理公司: 北京知果之信知識產權代理有限公司 11541
• 代理人: 唐海力

1.一種利用低品質熱源的無泵發電系統，其特征在于，所述無泵發電系統包括：N個子系統、M個高溫熱源、L個低溫熱源、M個高溫來流N+1向閥門、M個高溫回收N+1向閥門、L個低溫來流N+1向閥門以及L個低溫回收N+1向閥門；其中，第一至第N子系統的位置由高至低依次放置；第i子系統包括第i預熱裝置、第i預冷裝置和第i渦流機，所述第i預熱裝置的位置高于第i預冷裝置，二者之間通過管路連接，在連接第i預熱裝置與第i預冷裝置的管路上設置第i渦流機，所述第i渦輪機連接至發電機，i＝1,……,N；每一個預熱裝置具有M個端口，每一個預冷裝置具有L個端口；第j高溫熱源通過第j高溫來流N+1向閥門分別連接至第一至第N預熱裝置的第j端口，并且第j高溫熱源通過第j高溫回收N+1向閥門分別連接至第一至第N預熱裝置的第j端口，j＝1,……,M；第l低溫熱源通過第l低溫來流N+1向閥門分別連接至第一至第N預冷裝置的第l端口，并且第l低溫熱源通過第l低溫回收N+1向閥門分別連接至第一至第N預冷裝置的第l端口，l＝1,……,L；在第一預熱裝置中盛放有工質；第k預冷裝置的底部通過管道連接至第k+1預熱裝置的底部，k＝1,……,N-1；第N預冷裝置的底部通過管路連接至第一預熱裝置的底部；通過控制第一至第M高溫來流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高溫熱源與第一預熱裝置連通，以及第一至第L低溫熱源與第一預冷裝置連通，第一至第M高溫熱源中的熱量分別經過第一至第M高溫來流N+1向閥門傳輸至第一預熱裝置，第一預熱裝置中的工質氣液分離，同時第一至第L低溫熱源的冷量分別經過第一至第L低溫來流N+1向閥門傳輸至第一預冷裝置，第一預熱裝置與第一預冷裝置之間產生溫度差，在溫度差的作用下，氣態的工質從第一預熱裝置經過設置有第一渦輪機的管路流向第一預冷裝置，帶動第一渦輪機做功發電，流至第一預冷裝置的工質經第一預冷裝置氣液分離后，液態的工質借助高度差經由管道流經至第二子系統的第二預熱裝置；當第一渦流機兩端的壓差達到臨界壓差時，第一渦輪機停止做功，第一預熱裝置內剩余的熱量分別經第一至第M高溫回收N+1向閥門回流至第一至第M高溫熱源，并且第一預冷裝置內剩余的冷量分別經第一至第L低溫回收N+1向閥門回流至第一至第L低溫熱源；控制第一至第M高溫來流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高溫熱源與第二預熱裝置連通，以及第一至第L低溫熱源與第二預冷裝置連通，第二子系統重復第一子系統的過程帶動第二渦輪機做功發電，如此循環反復，工質從第N預冷裝置通過浮生力返回至第一預熱裝置，N個子系統依次輪流做功發電，N個獨立的子系統，以錯開運行時間的方式實現趨于穩定持續的電能輸出，N、M和L均為≥2的自然數，且N＝M＝L。

2.如權利要求1所述的無泵發電系統，其特征在于，所述預熱裝置和預冷裝置均采用底部具有傾斜面的氣缸。

3.如權利要求2所述的無泵發電系統，其特征在于，所述預熱裝置的底部傾角為-15°～-25°或為180～210°；所述預冷裝置的底部傾角為180°～220°，或-20°～-25°。

4.如權利要求1所述的無泵發電系統，其特征在于，所述預熱裝置內的底部設置有凸面，凸面上設置有單一通孔，根據工質的材料和狀態，確定凸面的位置以及通孔的內外半徑比。

5.如權利要求1所述的無泵發電系統，其特征在于，所述預冷裝置內的底部設置有凸面，凸面上設置有多個通孔，根據工質的材料和狀態，確定凸面的位置、通孔的數量以及通孔的半徑。

6.如權利要求1所述的無泵發電系統，其特征在于，所述預熱裝置與預冷裝置的體積比為1.2～1.5。

7.如權利要求1所述的無泵發電系統，其特征在于，所述工質采用熱傳導、熱膨脹、具有良好的化學穩定性且不可燃燒無毒無味的天然混合物。

8.如權利要求7所述的無泵發電系統，其特征在于，所述工質采用由二氧化碳、二甲醚、異丁烷、氨和葵烷組成的混合物。