加压气体旋涡循环发电系统的制作方法

1.本发明涉及一种发电系统，尤其涉及利用热能发电领域的系统。


背景技术：

2.在现行的火力发电系统中，所使用的工作介质一般都为水，由于水的比热容比较大，所以在加热水的过程中，水会汽化变成水蒸气，吸收了大量的热能；水蒸气在冷凝的过程中，大量的能量又被冷却水带走；导致在整个循环发电过程中，热能转化为电能的效率非常低，一般只有40％左右。
3.现在国内外也有人在研究利用龙卷风发电，又或者利用风力发电，但由于大气的密度是比较低的，要想形成足够的动能用来发电，通常在风力发电系统中都需要提供比较长的叶片，一般能长达十几米，比较长的甚至能达几十米，也要建设相应的、比较高的支架，而且发电的情况还受地理条件的限制，要达到一定的风速才能建设，产出的电能还不稳定；利用龙卷风发电虽然要比纯粹的风力发电效率要高了一些，但要想达到比较大的发电功率，一般也要建设十几米，甚至上百米的发电塔来产生旋涡，可以说占有空间也比较大。
4.为了克服上述缺陷，本发明的加压气体旋涡循环发电系统将采取加压气体作为工作介质，改善了利用水吸热能量大的问题，由于气体的压力增大了，气体密度也会增大，在气体获得相同速度的情况下，它将拥有更大的动能，没必要建设很高或者很大的发电塔，在一定程度上减少占有空间，同时也不再受到地形的限制，布置更加灵活，发电情况比较稳定。


技术实现要素：

5.为了克服上述问题，本发明的目的在于提供一种加压气体旋涡循环发电系统，将气体加压储存在一个密封的空间内，作为工作介质的气体就能获得足够的密度，以相同速度流动的时候，将会获得更大的动能，用于发电的叶片不需要设计得很大，也能正常发电。
6.同时，气体的体积膨胀系数一般都比水大，在吸收了相同能量的时候，会比水拥有更大的动力，从而提高能量的转化效率，加上发电的过程中会创造出旋涡，进一步提高能量的转化效率。所述发电系统可以在一定的程度上减小所占空间，布置也可以变得更加灵活。
7.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
8.工作介质的选择：本发明的工作介质选择常温下为气体的物质，因为在吸收相同能量的情况下，一般气体会比液体的体积膨胀更大，而气体的体积膨胀会转化为运动的一种方式。原则上，本发明所选择的工作介质并不是特指某一种物质，可以是混合物，也可以是单一的某种气体，但要求它们拥有稳定的化学性质，在受热的过程中，以及在工作温度的范围内，不会发生化学反应。在此基础上，气体的体积膨胀系数越大，效果就会越好。
9.所述发电系统的密封：在工作的时候，所述发电系统能实现完全密封，才可以保证在固定的空间中输入更多的气体，从而缩小所述发电系统的占有空间，使它的布置变得更为灵活。
10.所述发电系统的能量转化方式：本发明的主要能量来自于热能，可以直接为加热区1的气体加热，也可以使用工厂或者船舶等设备的余热，但也不排除使用太阳能。总之，所述发电系统的能量来源比较多，最终只要可以转化成为热能，促进工作介质体积膨胀就行。
11.本发明也不一定要使用旋涡的方式，但从已有的龙卷风发电机所展现出来的能量转化效率来看，利用旋涡的能量转化效率会比没有旋涡的更好，所以为了进一步提高能量的转化效率，还是产生旋涡比较好。
12.为了可以在所述发电系统中产生旋涡，本发明的原理需要引用专利号为202110273251.7，发明创造名称为《电磁流体旋涡动力装置》的一条数学公式：
[0013][0014]
其中，为速度，f
x
、fy、fz，p
x
、py、pz分别为质点所受的合外力和动量在x、y、z轴上的分量。
[0015]
所以，旋涡发生装置7只需要在管壁上开孔就可以了。开的孔要具有引导工作介质流动方向的作用，不要正对旋涡发生装置7的中心，并且同一截面的不同旋涡导流孔8所产生的气体流束能形成对流，只要工作介质是从旋涡发生装置7的外部流向内部，就能产生旋涡。
[0016]
所述的发电系统，加热区1的出口连接旋涡发生装置7。
[0017]
所述的发电系统，旋涡发生装置7的出口连接涡轮机3。
[0018]
所述的发电系统，涡轮机3的出口通过回流管13连接到冷却区5的入口。
[0019]
所述的发电系统，冷却区5的出口通过主导流管11连接上泵9后，串联到加热区1的入口。
[0020]
所述的发电系统，为了旋涡发生装置7的内部能产生旋涡，在主导流管11上接上分流管12；分流管12也连接另外的泵9后，再连接到旋涡储气区2的入口。
[0021]
所述的发电系统，加热区1、旋涡储气区2和冷却区3的入口均设置止回阀10，防止这些区域的工作介质逆流。
[0022]
所述的发电系统，涡轮机3接上发电机4，用于发电。
[0023]
所述的发电系统，旋涡发生装置7上开有旋涡导流孔8，使工作介质能从旋涡发生装置7的外部流向内部。
[0024]
所述的发电系统，回流管13上开有分支，并在分支上安装压力调节阀6，能控制气体从压力调节阀6进出，实现调节整个发电系统内部压力的目的。
[0025]
所述的发电系统，主导流管11和分流管12上连接的泵9，能保证工作介质流入加热区1和旋涡储气区2。
[0026]
所述的发电系统，整个系统在工作时能处于完全封闭，并形成循环连通的状态。
[0027]
本发明的优点是：使用气体作为工作介质，所述发电系统内部能完全处于密封、循环连通的状态，能量转化效率比较高，整个发电系统可以根据需要调整大小，一般占地面积比现有技术需要的更小，所以布置会更为灵活，受地形的限制更小，产出的电能也更稳定。
附图说明
[0028]
图1是本发明的工作流程示意图。
[0029]
图2是本发明的结构旋涡发生装置a-a剖视图。
[0030]
在图中，1、加热区；2、旋涡储气区；3、涡轮机；4、发电机；5、冷却区；6、压力调节阀；7、旋涡发生装置；8、旋涡导流孔；9、泵；10、止回阀；11、主导流管；12、分流管；13、回流管。
具体实施方式
[0031]
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的保护范围。
[0032]
请参见图1和图2所示，本发明的加压气体旋涡循环发电系统，由加热区、旋涡储气区、旋涡发生装置、涡轮机、发电机、冷却区和压力调节阀共七个单元或结构组成，加热区1的出口连接旋涡发生装置7的入口，所述旋涡发生装置7的出口连接涡轮机3，所述涡轮机3通过回流管13连接冷却区5的入口，所述冷却区5的出口通过主导流管11连接一个泵9后，再接到加热区1的入口；在所述主导流管11上接上分流管12，所述分流管12连接另外一个泵9后，再接到旋涡储气区2的入口，所述旋涡发生装置7上开有旋涡导流孔8，工作介质能从所述旋涡导流孔8流入旋涡发生装置7的内部，并形成旋涡；所述涡轮机3接上发电机4；回流管13的分支上安装了压力调节阀6；所述加热区1、旋涡储气区2和冷却区5的入口均装有止回阀10。
[0033]
在本实施例中，工作介质为气体，尤其是二氧化碳，它的化学性质比较稳定，相对分子质量大约为44，比很多气体都高，尤其是它的体积膨胀系数比很多气体都大，加上它的临界温度为31.2℃左右，临界压力为7.38mpa，是所述发电系统比较理想的一种工作介质。
[0034]
在所述发电系统的工作介质填充阶段，先利用真空泵通过压力调节阀6将系统内部的气体抽出，再从压力调节阀6输入已经选好的工作介质气体，等系统内部达到预定的压力之后，关闭压力调节阀6，即完成工作介质填充；检查整个系统处于完全密封状态后，即可进入运行阶段。
[0035]
在所述发电系统的运行阶段，先加热加热区1的工作介质，气体则会受热膨胀，由于加热区1的入口装有止回阀10，所以膨胀的气体只能从加热区1的出口流动；气体流动至旋涡发生装置7，使此处的气体静压减小；此时旋涡储气区2的气体压力比较大，此区的气体就会通过旋涡导流孔8按照预定方向流入旋涡发生装置7的内部，并形成旋涡；由于加热区1不断受热，会形成源源不断的动力，继续将旋涡发生装置7中的气体推向涡轮机3，接上涡轮机3的发电机4就会发电；气体流过涡轮机3后，还有剩余的动能，会沿着回流管13流入冷却区5；在冷却区5对气体进行降温，会带有气体的大量热量，此时气体由于冷却而内能降低，则分子间的碰撞频率会降低，气体也会收缩；由于冷却区5的入口装有止回阀10，此区的气体也只能向出口流动，通过管道会分别流向加热区1与旋涡储气区2，形成一个循环；为了更好地使加热区1与旋涡储气区2的气体得到补充，可以利用泵9的作用，保证气体能流入这两个区域，则系统能正常循环运行。
[0036]
本发明的加压气体旋涡循环发电系统的其他具体实施例，为了可以适应不同的使用需求，工作介质可以作出相应的改变，整个系统各区也可以作出相应的调整，旋涡发生装置7和压力调节阀6的位置和数量都可以因不同需求而作出改变，涡轮机3、发电机4和泵9也
可以根据需求作出数量、位置和功率等条件的改变。
[0037]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以作出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。