一种空气能发电站 |
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| 申请号 | CN201511033849.X | 申请日 | 2015-12-31 | 公开(公告)号 | CN105649696A | 公开(公告)日 | 2016-06-08 |
| 申请人 | 郑飞洋; 郑志力; | 发明人 | 郑飞洋; 郑志力; | ||||
| 摘要 | 本 发明 实施例 涉及新 能源 发电装置技术领域，尤其涉及一种空气能发电站，用于利用空气能进行发电。本发明实施例中，第一 蒸发 器 通过吸收空气中的 热能 将液态的第一制冷剂转换为气态的第一制冷剂，气态的第一制冷剂吸收第一热能后上升至预设高度，并进入设置于预设高度处的第一 冷凝器 ，第一冷凝器将气态的第一制冷剂转换为液态的第一制冷剂，液态的第一制冷剂从预设高度处向下冲击 水 轮发 电机 组的水轮，从而使该水轮 发电机组 产生 电能 。且第一热能为第一冷凝器所输出的转换后的液态的第一制冷剂从预设高度处向下输出的过程中所释放的热能，该过程中利用空气中的热能便可输出电能，实现了新能源的开发。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种空气能发电站，其特征在于，包括第一蒸发器(3)、能量交换器(5)、第一冷凝器(8)、水轮发电机组(10)： |
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| 说明书全文 | 一种空气能发电站技术领域背景技术[0002] 现有的发电站有火力发电站、水力发电站、核电站等，但是，火力发电站、水力发电站、核电站均对环境影响较大，如火力发电站、核电站排出的物质对环境污染较为严重，水力发电站对该水力发电站周围的生态环境造成改变，且巨大的水库可能引起地表的活动，如诱发地震等。且火力发电站、水力发电站、核电站对能源的消耗量较大。 [0004] 综上，亟需一种空气能发电站，用于利用空气能进行发电。 发明内容[0005] 本发明实施例提供一种空气能发电站，用于利用空气能进行发电。 [0007] 与水轮发电机组10连接的第一蒸发器3，用于接收水轮发电机组10输出的液态的第一制冷剂，并通过该液态的第一制冷剂吸收鼓风机1输入的空气中携带的热能，并将吸收该空气中携带的热能从而转换为气态的第一制冷剂输出给能量交换器5； [0008] 与第一蒸发器3连接的能量交换器5，用于使接收到的该气态的第一制冷 剂吸收液态的第一制冷剂释放的第一热能，以使吸收液态的第一制冷剂释放的第一热能的气态的第一制冷剂上升，并进入设置于预设高度处的第一冷凝器8； [0009] 与能量交换器5连接的第一冷凝器8，用于将接收到的气态的第一制冷剂由气态转换为液态，并将该转换后的液态的第一制冷剂从预设高度处向下输出，冲击水轮发电机组10的水轮，以使水轮发电机组10产生电能； [0010] 其中，液态的第一制冷剂释放的第一热能为第一冷凝器8所输出的转换后的液态的第一制冷剂从预设高度处向下输出的过程中所释放的热能。 [0011] 可选地，能量交换器5具体包括： [0012] 第一管道16和第二管道17，其中，第一管道16一端连接第一冷凝器8，另一端连接水轮发电机组10；第二管道17一端连接第一蒸发器3，另一端连接第一冷凝器8； [0013] 其中，第一管道16直径小于第二管道17，第一管道16位于第二管道17内部； [0014] 第一管道16，用于接收第一冷凝器8输出的转换后的液态的第一制冷剂，并将该转换后的液态的第一制冷剂从预设高度处向下输出，并在第一管道16中向下输出的过程中释放液态的第一制冷剂释放的第一热能； [0015] 第二管道17，用于在第二管道17内壁和第一管道16的外壁之间，将接收到的第一蒸发器3输出的气态的第一制冷剂向上传输，在该气态的第一制冷剂向上传输过程中吸收液态的第一制冷剂释放的第一热能，以使吸收液态的第一制冷剂释放的第一热能的气态的第一制冷剂上升至预设高度。 [0016] 可选地，第一管道16的中心线平行于第二管道17中心线；或者 [0017] 第一管道16的中心线与第二管道17中心线重合。 [0018] 可选地，第一冷凝器8设置于第二管道17内部，以使第一冷凝器8在将接收到的气态的第一制冷剂由气态转换为液态时所释放的热能被第二管道17内壁和第一管道16的外壁之间的气态的第一制冷剂吸收。 [0019] 可选地，还包括第一压缩机6，第一压缩机6一端连接能量交换器5，另 一端连接第一冷凝器8； [0020] 其中，第一压缩机6设置于预设高度处；或者第一压缩机6设置于高于预设高度处的位置处； [0021] 第一压缩机6，用于： [0022] 接收能量交换器5输入的吸收液态的第一制冷剂释放的第一热能的气态的第一制冷剂，将接收到的该气态的第一制冷剂转换为高温高压的气态的第一制冷剂，并将转化后的高温高压的气态的第一制冷剂输出给第一冷凝器8；其中，转换后的高温高压的气态的第一制冷剂中携带的热能大于能量交换器5输出的气态的第一制冷剂携带的热能； [0023] 通过第一压缩机6与能量交换器5连接的第一冷凝器8，具体用于： [0024] 接收第一压缩机6输入的转化后的高温高压的气态的第一制冷剂，将接收到的该高温高压的第一制冷剂由气态转换为液态，并将该转换后的液态的第一制冷剂从预设高度处向下输出，冲击水轮发电机组10的水轮，以使水轮发电机组10产生电能。 [0025] 可选地，还包括风机4，风机4一端连接第一蒸发器3，另一端连接能量交换器5： [0026] 风机4，用于： [0027] 接收第一蒸发器3输出的吸收该空气中携带的热能从而转换为气态的第一制冷剂，并将该气态的第一制冷剂输出给能量交换器5。 [0028] 可选地，还包括第一膨胀阀12，第一膨胀阀12一端与第一蒸发器3连接，另一端与水轮发电机组10连接： [0029] 第一膨胀阀12，用于： [0030] 接收水轮发电机组10输出的液态的第一制冷剂，并将该获取的液态的第一制冷剂的压力降低，将压力降低的液态的第一制冷剂输出给第一蒸发器3。 [0031] 可选地，还包括第一过滤器11，第一过滤器11一端与水轮发电机组10连接，另一端与第一膨胀阀12连接； [0032] 第一过滤器11，用于： [0033] 接收水轮发电机组10输出的液态的第一制冷剂，并过滤，将过滤后的液态的第一制冷剂输出给第一膨胀阀12。 [0034] 可选地，第一冷凝器8中包括制冷循环设备18； [0035] 制冷循环设备18，用于吸收第一冷凝器8接收到的气态的第一制冷剂中携带的热能，以使第一冷凝器8接收到的气态的第一制冷剂转换为液态的第一制冷剂。 [0036] 可选地，制冷循环设备18中包括第二蒸发器19和第二冷凝器21； [0037] 第二蒸发器19设置于第一冷凝器8中，第二蒸发器19与第一冷凝器8接收到的气态的第一制冷剂接触；第二冷凝器21的两端分别与第二蒸发器19的两端连接； [0038] 第二蒸发器19，用于通过接收到的第二冷凝器21输入的液态的第二制冷剂吸收第一冷凝器8接收到的气态的第一制冷剂中携带的热能，并将吸收该气态的第一制冷剂中携带的热能而转换为气态的第二制冷剂输出给与第二蒸发器19连接的第二冷凝器21； [0039] 与第二蒸发器19连接的第二冷凝器21，用于将接收到的气态的第二制冷剂由气态转换为液态，并将该转换后的液态的第二制冷剂输出给第二蒸发器19。 [0040] 可选地，第二蒸发器19通过第二压缩机20与第二冷凝器21连接；第二压缩机20一端连接第二蒸发器19，另一端连接第二冷凝器21； [0041] 第二压缩机20，用于： [0042] 接收第二蒸发器19输入的气态的第二制冷剂，将接收到的该气态的第二制冷剂转换为高温高压的气态的第二制冷剂，并将转化后的高温高压的气态的第二制冷剂输出给第二冷凝器21；其中，转换后的高温高压的气态的第二制冷剂中携带的热能大于第二蒸发器19输出的气态的第二制冷剂携带的热能； [0043] 与第二压缩机20连接的第二冷凝器21，具体用于： [0044] 接收第二压缩机20输入的转化后的高温高压的气态的第二制冷剂，将接收到的该高温高压的第二制冷剂由气态转换为液态，并将该转换后的液态的第二制冷剂输出给第二蒸发器19。 [0045] 可选地，第二冷凝器21通过第二膨胀阀22与第二蒸发器19连接；第二膨胀阀22一端连接第二蒸发器19，另一端连接第二冷凝器21； [0046] 与第二冷凝器21连接的第二膨胀阀22，用于： [0047] 接收第二冷凝器21输出的液态的第二制冷剂，并将该液态的第二制冷剂的压力降低，将压力降低的液态的第二制冷剂输出给第二蒸发器19。 [0048] 可选地，第二冷凝器21通过第二过滤器23与第二膨胀阀22连接；第二过滤器23一端与第二膨胀阀22，另一端连接第二冷凝器21； [0049] 第二过滤器23，用于： [0050] 接收第二冷凝器21输出的液态的第二制冷剂，并过滤，将过滤后的液态的第二制冷剂输出给第二膨胀阀22。 [0052] 第二制冷剂为二氧化碳或乙烯。可选地，第二制冷剂为低压二氧化碳或乙烯。 [0053] 在本领域，二氧化碳也可用R744表示，二氧化碳可写为化学式CO2。 [0054] 可选地，水轮发电机组10产生的电能除输入国家电网之外，还可供应自身使用，水轮发电机组10连接启动电源13，以便使水轮发电机组10产生的电能通过启动电源13供给空气能发电站。具体来说，当本发明实施例中的空气能发电站启动电源13之后，水轮发电机组10发出的电能通过启动电源向第一压缩机6、第二压缩机20、鼓风机1、风机4等空气能发电站中包括的装置进行供电。 [0055] 本发明实施例中，与水轮发电机组10连接的第一蒸发器3，用于接收水轮发电机组10输出的液态的第一制冷剂，并通过该液态的第一制冷剂吸收鼓风机1输入的空气中携带的热能，并将吸收该空气中携带的热能从而转换为气态 的第一制冷剂输出给能量交换器 5；与第一蒸发器3连接的能量交换器5，用于使接收到的该气态的第一制冷剂吸收液态的第一制冷剂释放的第一热能，以使吸收液态的第一制冷剂释放的第一热能的气态的第一制冷剂上升，并进入设置于预设高度处的第一冷凝器8；与能量交换器5连接的第一冷凝器8，用于将接收到的气态的第一制冷剂由气态转换为液态，并将该转换后的液态的第一制冷剂从预设高度处向下输出，冲击水轮发电机组10的水轮，以使水轮发电机组10产生电能；其中，液态的第一制冷剂释放的第一热能为转换后的液态的第一制冷剂从预设高度处向下输出的过程中所释放的热能。由于第一蒸发器通过吸收空气中的热能，将液态的第一制冷剂转换为气态的第一制冷剂，气态的第一制冷剂吸收液态的第一制冷剂释放的第一热能将气态的第一制冷剂从而上升至预设高度，如此，气态的第一制冷剂便具有了重力势能，气态的第一制冷剂并进入设置于预设高度处的第一冷凝器，第一冷凝器将气态的第一制冷剂转换为液态的第一制冷剂，液态的第一制冷剂从预设高度处向下冲击水轮发电机组的水轮，从而使该水轮发电机组产生电能。且该过程中的液态的第一制冷剂释放的第一热能为第一冷凝器所输出的转换后的液态的第一制冷剂从预设高度处向下输出的过程中所释放的热能，可见，该过程中仅利用空气中的热能便可输出电能，实现了新能源的开发，且避免了对自然因素依赖性大的问题。 附图说明 [0056] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0057] 图1为本发明实施例提供的一种空气能发电站的结构示意图； [0058] 图2为本发明实施例提供的另一种空气能发电站的结构示意图； [0059] 图3为本发明实施例提供的另一种空气能发电站的结构示意图； [0060] 图3a为本发明实施例提供的另一种空气能发电站的结构示意图； [0061] 图3b为本发明实施例提供的另一种空气能发电站的结构示意图； [0062] 图4为本发明实施例提供的另一种空气能发电站的结构示意图； [0063] 图5为本发明实施例提供的另一种空气能发电站的结构示意图； [0064] 图6为本发明实施例提供的另一种空气能发电站的结构示意图； [0065] 图7为本发明实施例提供的另一种空气能发电站的结构示意图； [0066] 图8为本发明实施例提供的一种制冷循环设备的结构示意图； [0067] 图8a为本发明实施例提供的另一种制冷循环设备的结构示意图； [0068] 图8b为本发明实施例提供的另一种制冷循环设备的结构示意图； [0069] 图8c为本发明实施例提供的另一种制冷循环设备的结构示意图； [0070] 图8d为本发明实施例提供的另一种制冷循环设备的结构示意图。 [0072] 1-鼓风机；2-空气能；3-第一蒸发器；4-风机；5-能量交换器；6-第一压缩机；7-气态的第一制冷剂；8-第一冷凝器；9-液态的第一制冷剂；10-水轮发电机组；11-第一过滤器；12-第一膨胀阀；13-启动电源；14-国家电网；15-预设高度；16-第一管道；17-第二管道；18-制冷循环设备；19-第二蒸发器；20-第二压缩机；21-第二冷凝器；22-第二膨胀阀；23-第二过滤器；24-气态的第二制冷剂；25-液态的第二制冷剂。 具体实施方式[0073] 为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 [0074] 本发明实施例中，空气能发电站中包括的各个装置均设置于管道中，整个空气能发电站处于密封无泄漏状态。 [0075] 本发明实施例中的第一制冷剂可为能实现本发明实施例所提供的方法的 一种介质，可选地，第一制冷剂为二氧化碳或乙烯，在本领域，二氧化碳也可用R744表示，二氧化碳可写为化学式CO2。第二制冷剂可为能实现本发明实施例所提供的方法的一种介质，可选地，第二制冷剂为二氧化碳或乙烯。本领域技术人员可知，本发明实施例中的第一制冷剂和第二制冷剂的选择不限于此。本发明实施例中本发明实施例中的水轮发电机组10具体有多种实现方式，比如水斗式水轮机。 [0076] 本发明实施例中定义的“预设高度15”处设置有第一冷凝器8，预设高度15需要保证第一冷凝器8与水轮发电机组10之间的垂直距离不小于距离阈值即可，比如将距离阈值设置为500米，将水轮发电机组10设置于地面，则预设高度15可为一个具体的距离地面上方500米的位置区域。“预设高度15”的具体长度可根据实际情况决定。具体来说，预设高度15为500米。将水轮发电机组10设置于地面上，则第一冷凝器8位于距离地面以上500米高度的位置。 [0077] 具体实施中，空气均为带有一定热能的气体，因此鼓风机输入的空气中是携带有热能的，本发明实施例中将鼓风机1输入的空气中携带的热能表示为说明书附图中的空气能2。 [0078] 基于上述论述，图1示例性示出了本发明实施例适用的一种空气能发电站的结构示意图。如图1所示，空气能发电站包括与水轮发电机组10连接的第一蒸发器3、与第一蒸发器3连接的能量交换器5、与能量交换器5连接的第一冷凝器8，第一冷凝器8连接水轮发电机组10，第一蒸发器3还与鼓风机1连接，如此，第一蒸发器3可吸收鼓风机1输入的空气中携带的热能。 [0079] 与水轮发电机组10连接的第一蒸发器3，用于接收水轮发电机组10输出的液态的第一制冷剂，并通过该液态的第一制冷剂吸收鼓风机1输入的空气中携带的热能，并将吸收该空气中携带的热能从而转换为气态的第一制冷剂输出给能量交换器5；鼓风机1输入的空气中携带的热能即为空气能2； [0080] 与第一蒸发器3连接的能量交换器5，用于使接收到的该气态的第一制冷剂吸收液态的第一制冷剂释放的第一热能，以使吸收液态的第一制冷剂释放的第一热能的气态的第一制冷剂上升，并进入设置于预设高度处的第一冷凝器8； [0081] 与能量交换器5连接的第一冷凝器8，用于将接收到的气态的第一制冷剂由气态转换为液态，并使该转换后的液态的第一制冷剂从预设高度处向下输出，冲击水轮发电机组10的水轮，以使水轮发电机组10产生电能；其中，液态的第一制冷剂释放的第一热能为第一冷凝器8所输出的转换后的液态的第一制冷剂从预设高度处向下输出的过程中所释放的热能。 [0082] 具体来说，水轮发电机组10中输出的液态的第一制冷剂输入到第一蒸发器3，第一蒸发器3通过输入的液态的第一制冷剂吸收鼓风机1输入的空气中携带的热能，以使吸收该空气中携带的热能从而转换为气态的第一制冷剂，第一蒸发器3输出变为气态的第一制冷剂，该第一蒸发器3输出的气态的第一制冷剂进入能量交换器5中，在能量交换器5中，气态的第一制冷剂吸收液态的第一制冷剂释放的第一热能，从而使吸收液态的第一制冷剂释放的第一热能的气态的第一制冷剂上升处，比如，使吸收液态的第一制冷剂释放的第一热能的气态的第一制冷剂上升至距离水轮发电机组10上方500米的高度处，进而进入到设置于预设高度处的第一冷凝器8中，此时，上升至预设高度处的液态的第一制冷剂具有重力势能。第一冷凝器8将接收到的气态的第一制冷剂由气态转换为液态，并使该转换后的液态的第一制冷剂从预设高度处向下输出，冲击水轮发电机组10的水轮，以便使水轮发电机组产生电能。可选地，液态的第一制冷剂释放的第一热能为第一冷凝器8所输出的转换后的液态的第一制冷剂从预设高度处向下输出的过程中所释放的热能。 [0083] 进一步，可选地，可使第一冷凝器输出的转换后的液态的第一制冷剂再次吸收第一冷凝器将气态的第一制冷剂转换为液态的第一制冷剂时所释放的热量，之后第一冷凝器输出的转换后的液态的第一制冷剂在从预设高度处向下输出的过程中释放热能。 [0084] 由于第一蒸发器通过吸收空气中的热能，将液态的第一制冷剂转换为气态的第一制冷剂，气态的第一制冷剂吸收液态的第一制冷剂释放的第一热能将气态的第一制冷剂从而上升至预设高度，如此，气态的第一制冷剂便具有了重力势能，气态的第一制冷剂并进入设置于预设高度处的第一冷凝器，第一冷凝器将气态的第一制冷剂转换为液态的第一制冷剂，液态的第一制冷剂从预设高度处向下冲击水轮发电机组的水轮，从而使该水轮发电机组产生电能。且该过程中的液态的第一制冷剂释放的第一热能为第一冷凝器所输出的转换后的液态的第一制冷剂从预设高度处向下输出的过程中所释放的热能，可见，该过程中仅利用空气中的热能便可输出电能，实现了新能源的开发，且避免了对自然因素依赖性大的问题。进一步，该过程中，水轮发电机组10所输出的液态的第一制冷剂再次循环至第一蒸发器3中，进而实现了第一制冷剂的循环利用。 [0085] 可选地，水轮发电机组10产生的电能除输入国家电网之外，还可供应自身使用，水轮发电机组10连接启动电源13，以便使水轮发电机组10产生的电能通过启动电源13供给空气能发电站。具体来说，当本发明实施例中的空气能发电站启动电源13之后，水轮发电机组10发出的电能通过启动电源向第一压缩机6、第二压缩机20、鼓风机1、风机4等空气能发电站中包括的装置进行供电。 [0086] 可选地，基于上述论述，图1中所示的能量交换器的具体结构可有多种实现形式，本发明实施例中提供一种可选地实施方式。图2示例性示出了本发明实施例提供的另一种空气能发电站的结构示意图，如图2所示，空气能发电站中的能量交换器5具体包括第一管道16和第二管道17。第一管道16一端连接第一冷凝器8，另一端连接水轮发电机组10；第二管道17一端连接第一蒸发器3，另一端连接第一冷凝器8。其中，第一管道16直径小于第二管道17，第一管道16位于第二管道17内部。可选地，第一管道16的中心线与第二管道17的中心线平行，第一管道16的中心线与第二管道17的中心线之间保持一段距离，或者第一管道16的中心线与第二管道17中心线重合。 [0087] 第一管道16，用于接收第一冷凝器8输出的转换后的液态的第一制冷剂，并将该转换后的液态的第一制冷剂从预设高度处向下输出，并在第一管道16中向下输出的过程中释放液态的第一制冷剂释放的第一热能； [0088] 第二管道17，用于在第二管道17内壁和第一管道16的外壁之间，将接收到的第一蒸发器3输出的气态的第一制冷剂向上传输，在该气态的第一制冷剂向上传输过程中吸收液态的第一制冷剂释放的第一热能，以使吸收液态的第一制冷剂释放的第一热能的气态的第一制冷剂上升，并进入到第一冷凝器8中。 [0089] 可选地，第一冷凝器8设置于第二管道17内部，以使第一冷凝器8在将接收到的气态的第一制冷剂由气态转换为液态时所释放的热能被第二管道17内壁和第一管道16的外壁之间的气态的第一制冷剂吸收。如图2所示，第一冷凝器8位于第一管道16的顶端。 [0091] 举个例子，在一种应用条件下，第一管道中所向下输出的液态的第一制冷剂为192摄氏度℃的高温液态的二氧化碳，第二管道中向上传输的为温度为-78.52℃的低温二氧化碳饱和蒸汽。此时，第二管道中传输的气态的第一制冷剂可以吸收第一管道中液态的第一制冷剂中的热能。 [0092] 可选地，基于上述论述，本发明实施例中还可在第一冷凝器8和能量交换器5之间连接第一压缩机6。图3示例性示出了本发明实施例提供的另一种空气能发电站的结构示意图，如图3所示，空气能发电站还包括第一压缩机6，第一压缩机6一端连接能量交换器5，另一端连接第一冷凝器8； [0093] 其中，第一压缩机6设置于预设高度处；或者第一压缩机6设置于高于预设高度处的位置处； [0094] 第一压缩机6，用于接收能量交换器5输入的吸收液态的第一制冷剂释放的第一热能的气态的第一制冷剂，将接收到的该气态的第一制冷剂转换为高温高压的气态的第一制冷剂，并将转化后的高温高压的气态的第一制冷剂输出给 第一冷凝器8；其中，转换后的高温高压的气态的第一制冷剂中携带的热能大于能量交换器5输出的气态的第一制冷剂携带的热能； [0095] 通过第一压缩机6与能量交换器5连接的第一冷凝器8，具体用于： [0096] 接收第一压缩机6输入的转化后的高温高压的气态的第一制冷剂，将接收到的该高温高压的第一制冷剂由气态转换为液态，并将该转换后的液态的第一制冷剂从预设高度处向下输出，冲击水轮发电机组10的水轮，以使水轮发电机组10产生电能。 [0097] 能量交换器5输入的气态的第一制冷剂由于吸收了液态的第一制冷剂释放的第一热能，因此可以在第二管道17内壁和第一管道16的外壁之间向上升，直接进入第一压缩机6中，能量交换器5输入的气态的第一制冷剂可上升的高度不低于预设高度。 [0098] 可选地，如图3所示，第一冷凝器8设置于第二管道17内部，以使第一冷凝器8在将接收到的气态的第一制冷剂由气态转换为液态时所释放的热能被第二管道17内壁和第一管道16的外壁之间的气态的第一制冷剂吸收。如图2所示，第一冷凝器8位于第一管道16的顶端。第一压缩机6设置于高于预设高度处的位置处，如图3所示，第一压缩机6设置于第一冷凝器8的上方，如此，可使第一压缩机6输出的气态的第一制冷剂输入至第一冷凝器8中。 [0099] 另一种可选地实施方式中，第一冷凝器8和第一压缩机6同时处于预设高度处。如图3a所示。此时第一冷凝器8不设置于第二管道17内部，而设置于第二管道17的外部，此时第一冷凝器8位于第一压缩机6的水平位置的一侧。另一种可选地实施方式中，如图3b所示，第一冷凝器8不设置于第二管道17内部，而设置于第二管道17的外部，且第一压缩机6设置于高于预设高度处的位置处。无论第一冷凝器8的位置如何变化，第一冷凝器8与水轮发电机组10的垂直距离始终至少为预设高度。 [0100] 可选地，基于上述论述，可在第一蒸发器3与能量交换器5之间增加一个风机4，用于将第一蒸发器3输出的气态的第一制冷剂吹至预设高度15处，比 如在图1的第一蒸发器3与能量交换器5之间增加风机4时，风机4可将第一蒸发器3输出的气态的第一制冷剂吹至预设高度15处的第一冷凝器8中，或者在图2的第一蒸发器3与能量交换器5之间增加风机4时，风机4可将第一蒸发器3输出的气态的第一制冷剂吹至预设高度15处的第一压缩机6中，第一压缩机6将输出的高温高压的气态的第一制冷剂输入至第一冷凝器8中。 [0101] 图4示例性示出了本发明实施例提供的另一种空气能发电站的结构示意图，如图4所示，空气能发电站还包括风机4，风机4一端连接第一蒸发器3，另一端连接能量交换器5。 [0102] 风机4，用于接收第一蒸发器3输出的吸收该空气中携带的热能从而转换为气态的第一制冷剂，并将该气态的第一制冷剂输出给能量交换器5。 [0103] 具体来说，风机4将第一蒸发器3输出的气态的第一制冷剂吹入能力交换器5中的第二管道内壁和第一管道外壁之间，并使气态的第一制冷剂继续上升，以便可以进入第一压缩机6中，之后第一压缩机6所输出的气态的第一制冷剂再进入第一冷凝器8中。 [0104] 可选地，基于上述论述，可在上述实施例中第一蒸发器3和水轮发电机组10之间增加第一膨胀阀12。图5示例性示出了本发明实施例提供的另一种空气能发电站的结构示意图，如图5所示，空气能发电站还包括第一膨胀阀12，第一膨胀阀12一端与第一蒸发器3连接，另一端与水轮发电机组10连接。 [0105] 第一膨胀阀12，用于接收水轮发电机组10输出的液态的第一制冷剂，并将该获取的液态的第一制冷剂的压力降低，将压力降低的液态的第一制冷剂输出给第一蒸发器3。 [0106] 可选地，基于上述论述，可在上述实施例中第一蒸发器3和水轮发电机组10之间增加第一过滤器11。比如，在图1中增加第一过滤器11，此时水轮发电机组10连接第一过滤器11，第一过滤器11连接第一蒸发器3。或者，另一种可选地实施方式为，在水轮发电机组10和第一蒸发器3之间增加第一过滤器11和第一膨胀阀12。图6示例性示出了本发明实施例提供的另一种空气能 发电站的结构示意图，如图6所示，空气能发电站还包括第一过滤器11，第一过滤器11一端与水轮发电机组10连接，另一端与第一膨胀阀12连接。 [0107] 第一过滤器11，用于接收水轮发电机组10输出的液态的第一制冷剂，并过滤，将过滤后的液态的第一制冷剂输出给第一膨胀阀12； [0108] 第一膨胀阀12，用于通过第一过滤器11接收水轮发电机组10输出的液态的第一制冷剂，并将该获取的液态的第一制冷剂的压力降低，将压力降低的液态的第一制冷剂输出给第一蒸发器3。 [0109] 可选地，图7示例性示出了本发明实施例提供的另一种空气能发电站的结构示意图，如图7所示，空气能发电站包括第一蒸发器3、与第一蒸发器3连接的风机4，与风机4连接的能量交换器5，与能量交换器5连接的第一压缩机6，与第一压缩机6连接的第一冷凝器8，第一冷凝器8通过能量交换器5与水轮发电机组10连接，水轮发电机组10与国家电网14连接，以便水轮发电机组产生的电能输入至国家电网。另一方面，水轮发电机组依次通过第一过滤器11、第一膨胀阀12与第一蒸发器3连接。 [0110] 可选地，空气能发电站中，第一蒸发器3、第一压缩机6和第一冷凝器8均处于一管道中。可选地，水轮发电机组10、第一过滤器11、第一膨胀阀12、第一蒸发器3、第一压缩机6和第一冷凝器8均处于一管道中。进一步，第一压缩机6输出的该高温高压的液态的第一制冷剂中携带的能量远大于鼓风机1、风机4和第一压缩机6所消耗的能量。 [0111] 具体来说，水轮发电机组10中输出的液态的第一制冷剂输入到第一过滤器11中，第一过滤器11对输入的液态的第一制冷剂进行过滤，并将过滤后的液态的第一制冷剂输入至第一膨胀阀12，第一膨胀阀12接收第一过滤器11输出的液态的第一制冷剂，并对输入的液态的第一制冷剂的压力进行降低，将压力降低的液态的第一制冷剂输出给第一蒸发器3，第一蒸发器3通过输入的液态的第一制冷剂吸收鼓风机1输入的空气中携带的热能，以使吸收该空气中携带的热能从而转换为气态的第一制冷剂，第一蒸发器3将变为气态的第一制 冷剂输出给风机4，风机4将气态的第一制冷剂吹进能量交换器5中，在能量交换器5中，气态的第一制冷剂吸收液态的第一制冷剂释放的第一热能，从而使吸收液态的第一制冷剂释放的第一热能的气态的第一制冷剂上升，比如，使吸收液态的第一制冷剂释放的第一热能的气态的第一制冷剂上升至距离地面500米的高度处，进而进入到设置于预设高度处的第一冷凝器8中，此时，上升至预设高度处的液态的第一制冷剂具有重力势能。能量交换器5输出的气态的第一制冷剂进入到设置于预设高度处的第一压缩机6中，第一压缩机6将接收到的该气态的第一制冷剂转换为高温高压的气态的第一制冷剂，并将转化后的高温高压的气态的第一制冷剂输出给第一冷凝器8；第一冷凝器8将接收到的气态的第一制冷剂由气态转换为液态，并将该转换后的液态的第一制冷剂从预设高度处向下输出，冲击水轮发电机组10的水轮，以便使水轮发电机组产生电能。可选地，液态的第一制冷剂释放的第一热能为第一冷凝器8所输出的转换后的液态的第一制冷剂从预设高度处向下输出的过程中所释放的热能。 [0112] 进一步，水轮发电机组10与国家电网14连接，以便水轮发电机组产生的电能输入至国家电网。另一方面，水轮发电机组10还可供应自身使用，水轮发电机组10连接启动电源13，以便使水轮发电机组10产生的电能通过启动电源13供给空气能发电站。具体来说，当本发明实施例中的空气能发电站启动电源13之后，水轮发电机组10发出的电能通过电源向第一压缩机6、鼓风机1、风机4等空气能发电站中包括的装置进行供电。 [0113] 进一步，可选地，可使第一冷凝器输出的转换后的液态的第一制冷剂再次吸收第一冷凝器将气态的第一制冷剂转换为液态的第一制冷剂时所释放的热量，由于第一冷凝器将气态的第一制冷剂转换为液态的第一制冷剂时所释放的热量较少，因此不会对液态的第一制冷剂的状态进行改变，仅仅会增加第一冷凝器输出的转换后的液态的第一制冷剂的温度，之后第一冷凝器输出的转换后的液态的第一制冷剂在从预设高度处向下输出的过程中释放热能。 [0114] 可选地，第一冷凝器8连接制冷循环设备18； [0115] 制冷循环设备18，用于吸收第一冷凝器8接收到的气态的第一制冷剂中携带的热能，以使第一冷凝器8接收到的气态的第一制冷剂转换为液态的第一制冷剂。 [0116] 具体来说，第一冷凝器8所连接的制冷循环设备18可更加迅速的吸收第一冷凝器8接收到的气态的第一制冷剂中携带的热能，从而将第一冷凝器8接收到的气态的第一制冷剂更为迅速的转换为液态的第一制冷剂。 [0117] 图8示例性示出了本发明实施例提供的另一种空气能发电站的结构示意图。如图8所示，示例性示出了本发明实施例中的空气能发电站中包括制冷循环设备18的结构示意图。本发明实施例图8是以图2所示的空气能发电站结构为例，在图2中增加制冷循环设备18所生成的机构示意图。本领域技术人员可知，在本发明实施例所提供的所有实施例中，比如上述图1至图7的任一个空气能发电站的结构中，均可以增加该制冷循环设备。 [0118] 可选地，制冷循环设备18中包括第二蒸发器19和第二冷凝器21； [0119] 第二蒸发器19设置于第一冷凝器8中，第二蒸发器19与第一冷凝器8接收到的气态的第一制冷剂接触；第二冷凝器21的两端分别与第二蒸发器19的两端连接； [0120] 第二蒸发器19，用于通过接收到的第二冷凝器21输入的液态的第二制冷剂吸收第一冷凝器8接收到的气态的第一制冷剂中携带的热能，并将吸收该气态的第一制冷剂中携带的热能而转换为气态的第二制冷剂输出给与第二蒸发器19连接的第二冷凝器21； [0121] 与第二蒸发器19连接的第二冷凝器21，用于将接收到的气态的第二制冷剂由气态转换为液态，并将该转换后的液态的第二制冷剂输出给第二蒸发器19。 [0122] 具体来说，图8a示例性示出了本发明实施例提供的一种制冷循环设备的结构示意图。如图8a所示，制冷循环设备包括第二蒸发器19和第二冷凝器21；第二蒸发器19设置于第一冷凝器8中，如此，当第一冷凝器8接收到气态的 第一制冷剂时，气态的第一制冷剂可以与第二蒸发器19接触，第二冷凝器21的两端分别与第二蒸发器19的两端连接。 [0123] 可选地，制冷循环设备18中的第二蒸发器19通过第二压缩机20与第二冷凝器21连接；第二压缩机20一端连接第二蒸发器19，另一端连接第二冷凝器21； [0124] 第二压缩机20，用于： [0125] 接收第二蒸发器19输入的气态的第二制冷剂，将接收到的该气态的第二制冷剂转换为高温高压的气态的第二制冷剂，并将转化后的高温高压的气态的第二制冷剂输出给第二冷凝器21；其中，转换后的高温高压的气态的第二制冷剂中携带的热能大于第二蒸发器19输出的气态的第二制冷剂携带的热能； [0126] 与第二压缩机20连接的第二冷凝器21，具体用于： [0127] 接收第二压缩机20输入的转化后的高温高压的气态的第二制冷剂，将接收到的该高温高压的第二制冷剂由气态转换为液态，并将该转换后的液态的第二制冷剂输出给第二蒸发器19。 [0128] 具体来说，图8b示例性示出了本发明实施例提供的另一种制冷循环设备的结构示意图。如图8b所示，在图8a所示的第二蒸发器19和第二冷凝器21的中间增加了第二压缩机20。制冷循环设备包括第二蒸发器19、第二冷凝器21和第二压缩机20；第二蒸发器19设置于第一冷凝器8中，如此，当第一冷凝器8接收到气态的第一制冷剂时，气态的第一制冷剂可以与第二蒸发器19接触，第二冷凝器21的两端分别与第二蒸发器19的两端连接。第二压缩机 20接收第二蒸发器19输入的气态的第二制冷剂，将接收到的该气态的第二制冷剂转换为高温高压的气态的第二制冷剂，并将转化后的高温高压的气态的第二制冷剂输出给第二冷凝器21，第二冷凝器21，接收第二压缩机20输入的转化后的高温高压的气态的第二制冷剂，将接收到的该高温高压的第二制冷剂由气态转换为液态，并将该转换后的液态的第二制冷剂输出给第二蒸发器19。 [0129] 可选地，第二冷凝器21通过第二膨胀阀22与第二蒸发器19连接；第二 膨胀阀22一端连接第二蒸发器19，另一端连接第二冷凝器21； [0130] 与第二冷凝器21连接的第二膨胀阀22，用于： [0131] 接收第二冷凝器21输出的液态的第二制冷剂，并将该液态的第二制冷剂的压力降低，将压力降低的液态的第二制冷剂输出给第二蒸发器19。 [0132] 具体来说，图8c示例性示出了本发明实施例提供的另一种制冷循环设备的结构示意图。如图8c所示，在图8b所示的第二蒸发器19和第二冷凝器21的另一个连接侧增加了第二膨胀阀22。制冷循环设备包括第二蒸发器19、第二冷凝器21、第二压缩机20和第二膨胀阀22。 [0133] 可选地，第二冷凝器21通过第二过滤器23与第二膨胀阀22连接；第二过滤器23一端与第二膨胀阀22，另一端连接第二冷凝器21； [0134] 第二过滤器23，用于： [0135] 接收第二冷凝器21输出的液态的第二制冷剂，并过滤，将过滤后的液态的第二制冷剂输出给第二膨胀阀22。 [0136] 具体来说，图8d示例性示出了本发明实施例提供的另一种制冷循环设备的结构示意图。如图8d所示，在图8c所示的第二冷凝器21和第二膨胀阀22之间增加了第二过滤器23。制冷循环设备包括第二蒸发器19、第二冷凝器21、第二压缩机20、第二膨胀阀22和第二过滤器23。 [0137] 具体来说，在图8d中，第一冷凝器8接收气态的第一制冷剂7，在第一冷凝器8的内部，第二蒸发器19与进入第一冷凝器8的气态的第一制冷剂7接触，第二蒸发器19中有液态的第二制冷剂，第二蒸发器19中的液态的第二制冷剂吸收气态的第一制冷剂7中携带的热量，并转换为气态的第二制冷剂24，气态的第二制冷剂24进入第二压缩机20中，第二压缩机20将接收到的气态的第二制冷剂24转换为高温高压的气态的第二制冷剂，并将该高温高压的气态的第二制冷剂输入到第二冷凝器21中，第二冷凝器21将接收到的第二压缩机20输入的高温高压的气态的第二制冷剂转换为液态的第二制冷剂25，该液态的第二制冷剂25依次经过第二过滤器23和第二膨胀阀22之后进入第二蒸 发器19。可见，该过程中第二制冷剂实现了循环利用，并由于吸收了气态的第一制冷剂7中携带的热量，因而可快速使第一冷凝器 8中接收到的气态的第一制冷剂7转换为液态的第一制冷剂9。制冷循环设备18包括第二蒸发器19、第二压缩机20、第二冷凝器21、第二过滤器23和第二膨胀阀22。制冷循环设备18中的第二蒸发器19、第二压缩机20、第二冷凝器21、第二过滤器23和第二膨胀阀22均封闭在一个管道中，该管道中还流淌有第二制冷剂。 [0138] 可选地，本发明实施例中第二制冷剂可为二氧化碳或者乙烯，或者其它能够实现上述实施例的一种制冷剂。 [0139] 可选地，本发明实施例中的国际电网30可为本发明实施例中的制冷循环设备18提供电能，具体来说，可为制冷循环设备中的第二蒸发器19和第二压缩机20提供电能。 [0140] 由于第一蒸发器通过吸收空气中的热能，将液态的第一制冷剂转换为气态的第一制冷剂，气态的第一制冷剂吸收液态的第一制冷剂释放的第一热能将气态的第一制冷剂从而上升至预设高度，如此，气态的第一制冷剂便具有了重力势能，气态的第一制冷剂并进入设置于预设高度处的第一冷凝器，第一冷凝器将气态的第一制冷剂转换为液态的第一制冷剂，液态的第一制冷剂从预设高度处向下冲击水轮发电机组的水轮，从而使该水轮发电机组产生电能。且该过程中的液态的第一制冷剂释放的第一热能为第一冷凝器所输出的转换后的液态的第一制冷剂从预设高度处向下输出的过程中所释放的热能，可见，该过程中仅利用空气中的热能便可输出电能，实现了新能源的开发，且避免了对自然因素依赖性大的问题。进一步，该过程中，水轮发电机组10所输出的液态的第一制冷剂再次循环至第一蒸发器3中，进而实现了第一制冷剂的循环利用。 [0141] 基于上述内容，以及图1至图7的空气能发电站的结构示意图，通过以下实施例具体介绍本发明实施例所提供的空气能发电站。本发明实施例利用空气能进行发电，开创了一种新的能源利用方式。 [0142] 以下计算公式中的单位说明： [0143] 基本单位：单位毫米mm，单位米m，单位千瓦kw，单位瓦W，单位千焦KJ，单位焦J，单位秒s，单位千克kg，单位开尔文温度k，单位摄氏度℃。本发明实施例中使用上述基本单位进行组合后的单位的意义均与本领域中该组合后的单位的意义相同。 [0144] 以下计算公式中计算符号“·”表示数学计算中的乘法运算，“/”表示数学计算中的除以运算。 [0145] 本发明实施例中的空气能发电站的功率可根据实际情况具体设计，本发明实施例中以空气能发电站的功率为2370kw为例进行介绍，本领域技术人员利用本发明实施例所提供的原理具体设计其它的参数。 [0146] 空气能发电站是根据逆卡诺循环原理和水力发电原理实现的。首先启动电源13，之后，鼓风机1将空气能2吹向第一蒸发器3，其中，进入第一蒸发器3中的第一制冷剂为0.59m3/s液态CO2，根据第一制冷剂的性质，在第一蒸发器3中0.59m3/s液态CO2就会迅速吸收年平均温度7℃以上的空气能2后汽化为一个标准大气压下的-78.52℃的饱和蒸汽即饱和气态CO2，气态CO2经风机4排出，并进入能量交换器5吸收液态的第一制冷剂释放的第一热能后连续不断上升至预设高度处，比如距离地面500米高度处，并进入设置于预设高度处的第一压缩机6中，气态的第一制冷剂经第一压缩机6压缩后变成高温高压高速气态的第一制冷剂，第一压缩机6所输出的高温高压高速气态的第一制冷剂进入第一冷凝器8中，在第一冷凝器8中高温高压高速的气态CO2释放大量汽化热之后变成192℃以上的，且具有重力势能的液态CO29实际模型中，可能需要采用乙烯制冷循环系统或低压二氧化碳制冷循环系统吸热降温措施，计算略去，液态CO29再通过保温管道依次进入能量交换器5、水轮发电机组 10、第一过滤器11、第一膨胀阀12、第一蒸发器3等，从而完成上一轮空气能循环搬运转化发电工作，准备新一轮循环。 [0147] 根据计算模型，空气能发电站中第一压缩机6搬运能量的效率可以达到 2637％以上，同时，具有重力势能的流量为0.59m3/s温度为192℃的液态的第一制冷剂经过能量交换器5后温度下降3.78℃，能量交换器5输出的液态的第一制冷剂的温度变成188.22℃，并冲击水轮发电机组发电后依次进入第一过滤器11、第一膨胀阀12、第一蒸发器3中，在第一蒸发器3中，液态的第一制冷剂在一个标准大气压下首先降温放热，并同时快速吸收来自外界空气能2，之后第一蒸发器3中的液态的第一制冷剂达到温度为-78.52℃的汽化状态，汽化后的第一制冷剂经风机4排出，之后在吸收风机4、能量交换器5、第一压缩机6输入的热能后，连续上升500米高度变成温度为-78.5℃速度为20.75m/s且含大量汽化热的饱和气体，且冲击第一冷凝器8里的液态的二氧化碳，同时释放大量汽化热，第一冷凝器8接收到的气态的二氧化碳自身液化并吸收全部汽化热后变成流量为0.59m3/s温度为192℃的具有重力势能的液态的二氧化碳，完成热能到重力势能的转化。 [0148] 可选地，本发明实施例中空气能发电站除第一蒸发器3外其他部分可采用保温隔热措施。比如，能量交换器5、第一压缩机6、第一冷凝器8等设备均采用保温隔热措施。本发明实施例说明书中所给出的计算数据为2370kw模型为例进行计算，根据说明书中理论，原理上可以根据实际情况做成任何千瓦的空气能发电站，即以上计算数据及采用的材料均可根据原理做相应改动。 [0149] 本发明实施例的结构主要由空气能发电站组成，主要是逆卡诺循环原理和水力发电原理的联合应用，本发明实施例将空气能大幅度转变为电能。本发明实施例以空气能为能源，无污染，运行成本极低，且有无限资源，本发明实施例为开发洁净能源提供一实用方法，且具有较高的经济及环保效益。且本发明实施例属于原理性发明，符合能量守恒原理和热力学原理。 [0150] 本发明实施例提供的空气能发电站的优点如下： [0151] 第一点，空气能发电站投资成本低，运行费用低，CO2第一制冷剂为一次投入循环使用。 [0152] 第二点，空气能发电站发电原料为空气热能，不存在环境污染等其他问题， 经济及环保等综合效益好。 [0153] 第三点，空气能发电站建设发电站受各种因素影响很小。 [0154] 第四点，空气能发电站适宜做尖峰、离峰之随载运转。 [0155] 第五点，空气能发电站实际上就是核聚变太阳能的间接利用。 [0156] 本发明实施例中提供以下具体实施例，基于2370kw空气能发电站模型进行设计。 [0157] 一、计算空气能发电站的净发电功率： [0158] 假设引用流量为0.59m3/s的液态的二氧化碳，为确保能量交换器充分进行能量交换，能量交换器中的第一管道半径应根据相关数据选择，经计算r＝0.5m；s＝πr2≈0.785m2； [0159] 其中，r为第一管道半径；s为第一管道的横截面的面积；π为常数，为3.14；v为第一管道中的液态的第一制冷剂的流动速度。 [0160] 预设高度15设置为500m，根据后面的计算实际压力高度应该为523m。液态的二氧化碳的密度为1100kg/m3，因此空气能发电站中液态的二氧化碳从523m的压力高度冲击水轮发电机组10： [0161] 液态的二氧化碳从523m的压力高度冲击水轮发电机组具有的功率： [0162] P1＝1.1Qgh＝1.1×0.59×9.8×523≈3325kw； [0163] 其中，Q为液态的二氧化碳的流量；g为重力加速度，为9.8m/s2；h为高度523米；P1为液态的二氧化碳从523m的压力高度冲击水轮发电机组具有的功率。 [0164] 水轮发电机组的实际功率P2＝3325×0.80≈2660kw；其中，P2为水轮发电机组的实际功率。 [0165] 使用水轮发电机组的实际功率扣除风机4的功率18kw、第一压缩机6的功率122kw、鼓风机1的功率150kw，之后得到净发电功率为2370kw，此时选择2×1600kw水轮发电机组即可。 [0166] 二、计算2370kw空气能发电站需要多少立方米m3的液态的二氧化碳。 [0167] 1、水轮发电机组10一侧压力管中液态的二氧化碳： [0168] VR744＝πr2h＝3.14×0.52×530+10≈426m3； [0169] 其中，π为常数，为3.14；r为第一管道半径；h为第一管道的折算长度530米，VR744为水轮发电机组10一侧压力管中液态的二氧化碳的体积。 [0170] 2、空气能发电站中用于传输气态的第一制冷剂的第二管道的直径的选择，其中，气态的第一制冷剂为饱和蒸汽二氧化碳： [0171] 为充分吸收能量交换器的能量，进入到能量交换器饱和蒸汽二氧化碳在能量交换器中上升速度应根据条件合理选择，假设上升速度为0.8m/s能达到要求，则根据计算，每秒进入第一冷凝器8的质量为0.59m3/s×1100kg/m3≈650kg/s，气态的饱和蒸汽二氧化碳密度为53.47kg/m3，通过的气态的二氧化碳饱和蒸汽流量为12.2m3/s，第一管道的直径为1000mm，因此经过计算选择第二管道的直径为4500mm，第二管道的材料可为玻璃钢。 [0172] 三、能量交换器5传热能力校核计算 [0173] 1、第一管道压力钢管管壁最大厚度计算： [0175] 2、能量交换器5中直径为φ1000mm的第一管道压力钢管管壁最大厚度为22mm的总传热系数K计算： [0177] (一)计算条件 [0178] ①第一管道内经di＝0.5m； [0179] ②第一管道外径do＝0.522m； [0180] ③第一管道中间面直径dm＝0.511m； [0181] ④第一管道的管壁最大厚度b＝0.022m； [0182] ⑤气态二氧化碳的表面传热系数ao＝50w/(m2·k)； [0183] ⑥液态二氧化碳的表面传热系数ai＝200w/(m2·k)； [0185] ⑧第一管道内壁污垢热阻Rsi＝0.0005159m2·k/w； [0186] ⑨第一管道外壁污垢热阻Rso＝0.0005m2·k/w。 [0187] (二)总传热系数计算公式及结果 [0188] [0189] 其中，K为总传热系数；其它参数为上述内容(一)计算条件中的参数的意义。 [0190] 3、能量交换器传热能量Q计算： [0191] (一)总传热系数K＝38.02W/(m2·k) [0192] (二)传热面积A＝2×3.14×0.522m×500m＝1639.08m2 [0193] (三)对数平均温差Δt：能量交换器是一个双层封闭管道系统，在里层流动的是自上而下的液态第一制冷剂，预设高度处的液态的第一制冷剂为192℃液态第一制冷剂，从能量交换器中输出的液态的第一制冷剂为188.22℃液态第一制冷剂，第一管道外壁和第二管道内壁之间流动的是自下而上的温度始终为-78.52℃饱和气态第一制冷剂，能量交换器中的热能交换方式为逆流，计算对数平均温差Δt＝268.63℃。 [0194] (四)能量交换器传热能量Q [0195] Q＝K×A×Δt [0196] ＝38.02W/(m2·k)×1639.08m3×268.63℃ [0197] ≈16740436.4W [0198] ≈3185000W×5.256 [0199] 其中，K为总传热系数，A为传热面积，Δt为对数平均温差。 [0200] 4、结论：经过计算该能量交换器热能交换能力是设计能力的5倍以上，达到设计标准。 [0201] 四、具体设计参数及计算 [0202] 计算从空气能发电站底部第一过滤器11、第一膨胀阀12喷发出来进入第一蒸发器3的流量为0.59m3/s的液态的二氧化碳吸收汽化热及上升500m高度需要的能量，以及鼓风机1、风机4、第一压缩机6的功率。 [0203] 本发明实施例中的相关数据： [0204] 液态co2汽化热为350KJ/kg，液态co2的比热容为1.295KJ/(kg·℃)，液态co2的密3 度为1100kg/m ，液态co2的标准蒸发温度为-78.5℃，气态co2的比热容为0.84KJ/(kg·℃)，气态CO2的饱和蒸汽密度为53.47kg/m3。 [0205] 空气能发电站启动前，首先需采取措施将相应的不同状态的第一制冷剂的温度进行调节。 [0206] 空气能发电站正常启动后，从第一冷凝器8输出的具有重力势能的流量为0.59m3/s温度为192℃的液态的第一制冷剂经过能量交换器5后，温度下降3.78℃变成188.22℃，并冲击水轮发电机组发电后进入第一过滤器11、第一膨胀阀12、第一蒸发器3中，在一个标准大气压下首先降温放热，并同时快速吸收来自外界空气能2之后第一制冷剂达到温度为-78.52℃的汽化状态，汽化后的第一制冷剂经风机4排出，之后在吸收风机4、能量交换器5、第一压缩机6输入的热能后，连续上升500米高度变成温度为-78.5℃速度为20.75m/s且含大量汽化热的饱和气体冲击第一冷凝器8里的液态的二氧化碳，同时释放大 量汽化热，气态的二氧化碳自身液化并吸收全部汽化热后变成流量为0.59m3/s温度为192℃的具有重力势能的液态的二氧化碳，完成热能到重力势能的转化，开始新一轮的能量转化。 [0207] 空气能发电站中鼓风机1、风机4和第一压缩机6的功率相对于整个系统的功率来说占比是较小的，同时大型第一冷凝器8里具有重力势能的流量为0.59m3/s温度为192℃液态的二氧化碳从预设高度15为500m，实际压力高度为523m处下降冲击水轮发电机组10产生2660kw电力，扣除290kw启动功率，剩余净2370kw电力送入国家电网14，从而完成重力势能、 3 动能至电能的转化，通过不断循环将空气能大幅度转变为电能，之后流量为0.59m /s温度为187.53℃液态的二氧化碳又通过第一过滤器11、第一膨胀阀12进入第一蒸发器3，开始新一轮的能量转化。 [0208] 五、关于空气能发电站模型空气能发电站中第一压缩机6能效比相关计算及说明。 [0209] 1、模型计算条件： [0210] ①空气能发电站模型引用发电流量为0.59m3/s液态的二氧化碳，其气态的二氧化碳饱和蒸汽上升流量为12.2m3/s； [0211] ②流量为12.2m3/s气态的二氧化碳饱和蒸汽上升500米所需要的能量650×500×9.8＝3185000J； [0212] ③第一压缩机理论效率计算公式：不考虑外界因素的理论效率COP理为： 其中，Δt为气态的二氧化碳的温升，T为环境温度，COP理为不考虑外界因素的理论效率。 [0213] 考虑实际运行的各种因素，电动机效率为0.95，第一压缩机效率为0.8，换热器效率为0.9，系统效率为0.8，则实际的效率COP实为：COP实＝0.95×0.8×0.9×0.8≈0.55COP理。 [0214] Q1＝cmΔt； [0215] 其中，COP实为实际的效率；COP理为不考虑外界因素的理论效率；c为气态的二氧化碳的比热，c＝1295J(kg·℃)，m为二氧化碳的质量650kg，Δt为气态的二氧化碳的温升，环境平均温度T定为7℃。 [0216] 2、模型电站第一压缩机6能效比及功率计算： [0217] ① 其中，Δt为气态的二氧化碳的温升，T为环境温度，COP理为不考虑外界因素的理论效率。 [0218] 推导出公式I： [0219] ……公式1； [0220] 其中，公式1中Δt为气态的二氧化碳的温升，COP理为不考虑外界因素的理论效率。 [0221] ②计算达到汽化状态后的-78.52℃气态的二氧化碳饱和蒸汽匀速上升吸收来自能量交换器内部流量为0.59m3/s温度为192℃液态的二氧化碳的汽化热后气态的二氧化碳的温升Δt，公式2： [0222] ……公式2 [0223] ③模型电站第一压缩机6能效比计算 [0224] ……公式3； [0225] 公式3中，Δt为气态的二氧化碳的温升，COP理为不考虑外界因素的理论效率。 [0226] 从而求出： [0227] 不考虑外界因素的理论效率COP理≈47.94； [0228] 实际的效率COP实＝0.55×47.94≈26.3； [0229] ④模型电站第一压缩机6功率计算 [0230] [0231] 3、模型计算结论： [0232] 通过计算，流量愈大，温升愈小，则实际的理论效率值愈大，反之则愈小。根据空气能发电站模型实际动态情况计算分析，本系统第一压缩机6搬运热能的效率可达2630％以上，即如果空气能发电站中采用1台122kw即122kw功率的第一压缩机，就应该得到功率为3185kw的重力势能，加上18kw风机4、122kw第一压缩机6共计3325kw，按照水轮发电机组的效率为0.8计算，发电站的实际功率为2660kw。然后扣除风机4功率18kw、第一压缩机6功率 122kw、鼓风机1功率150kw合计290kw，净发电功率为2370kw，这个122kw第一压缩机6的功率相对于发电站总功率2370kw占比是较小的。 [0233] 六、关于空气能发电站中第一蒸发器3外围的鼓风机1功率的相关计算及说明。 [0234] 1、相关数据： [0235] ①空气密度ρ为ρ＝1.3kg/m3； [0236] ②空气比热容c为c＝1005J(kg·℃)； [0237] ③鼓风机1功率150kw； [0238] ④空气通过鼓风机的面积S，计算公式为S＝πr2≈3.14×3.02≈28.26m2；其中，r为鼓风机的半径；π为常数，为3.14。 [0239] ⑤空气经第一蒸发器吸热后降温5℃； [0240] ⑥鼓风机效率η＝0.8。 [0241] 2、相关计算及说明： [0242] 即18.37v3＝120000，得到v≈18.69m/s，则： [0243] m＝vSρ＝18.69×28.26×1.3≈686.77kg/s [0244] E＝686.77kg/s×1005J(kg·℃)×5℃＝3451019w≈3451kw＞3185kw； [0245] 其中，m为通过的空气质量，v为通过的空气速度，E为通过的空气所搬运 的空气热能，S为空气通过鼓风机的面积，ρ为空气密度。 [0246] 说明，效率为0.8的150kw的鼓风机1，通过面积为28.26m2的空气质量温度降低5℃所搬运的空气热能大于被第一蒸发器吸收的热能，满足设计要求。这个150kw功率相对于发电站总功率2370kw占比是较小的。 [0247] 七、关于空气能发电站中风机4的作用和功率的相关计算及说明。 [0248] 1、相关数据： [0249] ①饱和的气态的第一制冷剂二氧化碳密度为ρ＝53.47kg/m3； [0250] ②单位时间搬运的饱和的气态的第一制冷剂二氧化碳质量为650kg； [0251] ③饱和的气态的第一制冷剂二氧化碳的体积为 [0252] ④风机4的排气面积S＝πr2≈3.14×1.02≈3.14m2；其中，r为风机4的排气半径；π为常数，为3.14。 [0253] ⑤风机效率η＝0.7。 [0254] 2、相关计算及说明： [0255] 风机4的作用主要是确保液态的二氧化碳在第一蒸发器3中汽化所对应的气压，根据计算1秒内搬运的二氧化碳质量为650kg，则根据气态的二氧化碳密度和风机4的排气面积求出风速v＝3.9m/s，根据风机4的效率和搬运的二氧化碳的质量求出风机4的功率为7kw，实际选用18kw。根据能量守恒定律分析，必然在水轮发电机组10的位置体现18kw，这个 18kw的功率相对于发电站净功率2370kw来说是微不足道的。 [0256] 综上，正常情况下这个发电系统只要采用290kw启动电源13就可以全年平均产生2370kw的电能，它的实际效率可以达到717％。根据不同地区、不同季节该系统产生的电能功率也将有所变化。 [0257] 八、投资效益分析 [0258] 投资测算 [0259] 1、购买安装426m3液态co270万 [0260] 2、购买安装500mΦ4500mm玻璃钢管道：400万 [0261] 3、购买安装550mΦ1000mm不锈钢管道：100万 [0262] 4、购买安装1组×125kw第一压缩机系统：30万 [0263] 5、购买安装2组×1600kw水轮发电机组:300万 [0264] 6、150m2厂房:100万 [0265] 7、大型保温第一冷凝器8系统：50万 [0266] 8、土建工程、临时工厂、其他费用：150万 [0267] 9、设计费：100万 [0268] 10、合计：1300万 [0269] 发电效益测算 [0270] 1、设计全年发电量：2370×24×350＝19908000kw·h [0271] 2、全年发电效益：0.4(kw·h)×19908000kw·h≈796.32万元 [0272] 3、环保效益:模型电站全年发电量是1990.8万千瓦时,相当于节约7210吨标准煤，同时将减少17865吨大气污染源，而系统只需要1764m3液态的二氧化碳，假设每年补充17m3液态的二氧化碳，环保效益可达 同时根据清洁发展机制Clean Deve lopment Mechanism，简称CDM二氧化碳交易平均价格45元/吨计算，每年将剩余的17865吨二氧化碳指标进行出售可以获取80.4万资金。 [0273] 4、全年人工工资、税收、维护等其他费用：100万 [0274] 5、实际全年发电效益：777万 [0275] 6、投资回收年限：2年 [0276] 从上述内容可以看出：本发明实施例中，与水轮发电机组10连接的第一蒸发器3，用于接收水轮发电机组10输出的液态的第一制冷剂，并通过该液态的第一制冷剂吸收鼓风机1输入的空气中携带的热能，并将吸收该空气中携带的热能从而转换为气态的第一制冷剂输出给能量交换器5；与第一蒸发器3连接的能量交换器5，用于使接收到的该气态的第一制冷剂吸收液态的第一制冷 剂释放的第一热能，以使吸收液态的第一制冷剂释放的第一热能的气态的第一制冷剂上升，并进入设置于预设高度处的第一冷凝器8；与能量交换器5连接的第一冷凝器8，用于将接收到的气态的第一制冷剂由气态转换为液态，并将该转换后的液态的第一制冷剂从预设高度处向下输出，冲击水轮发电机组10的水轮，以使水轮发电机组10产生电能；其中，液态的第一制冷剂释放的第一热能为转换后的液态的第一制冷剂从预设高度处向下输出的过程中所释放的热能。由于第一蒸发器通过吸收空气中的热能，将液态的第一制冷剂转换为气态的第一制冷剂，并吸收液态的第一制冷剂释放的第一热能将气态的第一制冷剂搬运至预设高度，从而使上升至预设高度的气态的第一制冷剂具有重力势能，且进一步通过设置于该预设高度处的第一冷凝器将气态的第一制冷剂转换为液态，并使处于该预设高度的液态的第一制冷剂向下冲击水轮发电机组的水轮，从而使该水轮发电机组产生电能。且，该过程中的液态的第一制冷剂释放的第一热能为第一冷凝器所输出的转换后的液态的第一制冷剂从预设高度处向下输出的过程中所释放的热能，可见，该过程中仅利用空气中的热能便可输出电能，实现了新能源的开发，且避免了对自然因素依赖性大的问题。 [0277] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。 [0278] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 |
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