CN101649755A - 空气发电机及其相应的循环 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以空气为工质的非常规发电机，其优点和独特之处在于无需燃料，只要有空气，即使风速为零也能发电。它由喷管、气缸、涡轮机、抽气装置、发电机、热机等部分组成，通过由几个过程组成的循环实现电能输出。

Description

空气发电机及其相应的循环

技术领域

本发明提供一种以空气为工质的非常规发电机，其优点和独特之处在于无需燃料，只要有空气，即使风速为零也能发电。它由喷管、气缸、涡轮机、抽气装置、发电机、热机、换热器等部分组成，通过由几个过程组成的循环实现电能输出。

背景技术

现有技术的风力机在地表没什么大风的地区不能使用。另外，现有技术的风力发电还存在发电成本高、设备安装困难、输出电能不稳定等问题。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种能大大降低发电成本并输出稳定电能的发电机。

整台空气发电机安装在一个充满干燥空气的封闭空间内，该封闭空间能与外部进行热量交换。

涡轮机I安装在一个有喷管I出口和抽气装置I的抽气入口的气缸I内；喷管II的入口连接抽气装置I的抽气出口；涡轮机II安装在一个有喷管II出口的气缸II内，气缸II连接外界或一热机。

喷管和涡轮机的叶片是成组配合布置的，结构类似于汽轮机的喷管叶栅和动叶栅。喷管I由隔热性能好的材料制成，使空气在喷管I的流动尽可能接近绝热过程；喷管II由传热性能好的材料制成，采用水冷式或风冷式加强喷管II的换热，使空气在喷管II的流动尽可能接近等温过程，如采用水冷式换热，可采用壳管式或套管式喷管，壳管式或套管式喷管结构类似于壳管式和套管式冷凝器。喷管和涡轮机的叶片也可采用类似于水轮机的结构。

一热机连接抽气装置I，把抽气装置作为高温热源，以利用抽气装置I放出的热量发电；如涡轮机II后温度高于外界温度，气缸II可连接一热机发电。

涡轮机I和涡轮机II通过传动设备如齿轮箱等直接带动抽气装置I和发电机做功，当涡轮机I和涡轮机II所获得的能量不足以带动抽气装置I时，可联合一电动机带动抽气装置I，电动机从连接抽气装置I的热机处获得能量。涡轮机I和涡轮机II无需各自带动一台发电机发电后再将电能输送给传统抽气装置的电动机做功，可省却一台发电机及传统抽气装置的电动机或减少抽气装置电动机的功率，并能提高空气发电机的效率。

多台空气发电机和热机可联合发电。

本发明包含多种循环过程。空气依次在喷管I内、气缸I内，抽气装置I内、喷管II内流动，并对安装在各喷管出口的涡轮机做功发电。空气在喷管I内的流动是绝热膨胀过程、等温膨胀过程、多变膨胀过程中的一种，首选绝热膨胀过程；空气在抽气装置I内的流动是绝热压缩过程、等温压缩过程、多变压缩过程中的一种，首选多变压缩过程；空气在喷管II内的流动是绝热膨胀过程、等温膨胀过程、多变膨胀过程中的一种，首选等温膨胀过程。也就是绝热膨胀过程-多变压缩过程-等温膨胀过程组成一个首选的循环，相应地，喷管II出口温度应等于外界温度。抽气装置I放出的热量也可用于加热喷管II，使空气在喷管II内以较高的温度等温膨胀。

抽气装置I放出的热量亦可通过换热器加热喷管I入口的空气，提高喷管I入口空气的温度，空气发电机的功率将会提高，相应地，喷管I入口加装换热器。空气在换热器的流动是等压或近似等压吸热膨胀过程，空气在喷管I内、气缸I内，抽气装置内、喷管II内的流动过程与上面的描述一样。

作为一种较复杂但能产生较大功率的空气发电机，可加装一抽气装置、一气缸和一致冷机，相应的空气流动过程是；空气依次在喷管I内、气缸I内，抽气装置I内、气缸II内、抽气装置II内、喷管II内流动，并对安装在各喷管出口的涡轮机做功发电。空气在喷管I内的流动是绝热膨胀过程、等温膨胀过程、多变膨胀过程中的一种，首选等温膨胀过程；空气在抽气装置I内的流动是绝热压缩过程、等温压缩过程、多变压缩过程中的一种，首选多变压缩过程，在此过程中，尽可能减少抽气装置I进口和出口的压差和温差；空气在气缸II内的流动是等压或近似等压冷却收缩过程，气缸II内通过致冷机和抽气装置II保持低温低压状态；空气在抽气装置II内的流动是绝热压缩过程、等温压缩过程、多变压缩过程中的一种，首选多变压缩过程；空气在喷管II内的流动是绝热膨胀过程、等温膨胀过程、多变膨胀过程中的一种，首选等温膨胀过程。也就是等温膨胀过程-多变压缩过程-等压或近似等压冷却收缩过程-多变压缩过程-等温膨胀过程组成一个首选的循环，相应地，抽气装置I进口和出口的温度应近似等于外界温度，喷管II出口温度应等于外界温度，喷管I采用喷管II的材料和结构。

一热机吸收抽气装置I、抽气装置II、致冷机放出的热量并做功发电。

亦可把抽气装置I、抽气装置II、致冷机放出的热量传给喷管I入口前的换热器，以提高喷管I入口空气的温度，增加空气发电机的功率。空气在换热器的流动是等压或近似等压吸热膨胀过程。

为使空气发电机产生更大的功率，可把工质换成液化温度比空气低的气体如氦气等。

附图说明

图1是本发明空气发电机及其相应的循环第一例具体实施方式示意图。

图中；1、a表示外界和换热器进口；2、b表示换热器出口和喷管I进口；3，c表示喷管I出口抽气装置I进口；4，d表示抽气装置I出口和喷管II进口；5，喷管I；6、气缸I；7、涡轮机I：8、抽气装置I；9、喷管II；10、涡轮机II；11、传动设备；12、发电机；13、气缸II；14、换热器。

图2是本发明空气发电机及其相应的循环第一例具体实施方式P-V图。

图中：a→b表示等压吸热膨胀过程；b→c表示绝热膨胀过程；c→d表示多变压缩放热过程；d→a表示等温吸热膨胀过程。

图3是本发明空气发电机及其相应的循环第一例具体实施方式T-S图。

图中：a→b表示等压吸热膨胀过程；b→c表示绝热膨胀过程；c→d表示多变压缩发热过程；d→a表示等温吸热膨胀过程。

具体实施方式

下面介绍两具体实施例，具体实施方式不局限于此两例。

对于第一例具体实施方式，请参照图1，图2，图3。

因为空气含有水分，而空气温度将会降低到零度以下，因此空气发电机应安装在一个充满干燥空气的封闭空间内，该封闭空间能与外界进行热量交换。

空气发电机从启动到进入正常循环需要外部能量。

先关闭气缸I上的喷管I出口，接着抽气装置I对气缸I抽气，当气缸I的气压达到一定真空度时，也就是喷管I出口的外界反压降低到一定真空度时，打开喷管I出口，高速气流对涡轮机I做功。

如果把一立方米体积的气缸I从一个标准大气压等温降到十三分之一标准大气压，只需消耗0.072千瓦时，相当于整个循环产生的电能，这部分消耗的能量是微不足道的。

从抽气装置I抽出来的气体流经喷管II后对喷管II出口的涡轮机II做功。

为降低能量在发电机上的损耗和减少发电机数量，降低成本，涡轮机I和涡轮机II通过传动设备如齿轮箱等直接带动抽气装置和发电机做功。涡轮机I和涡轮机II无需各自带动一台发电机发电后再将电能输送给传统抽气装置的电动机做功，可省却一台发电机及传统抽气装置的电动机，并能提高空气发电机的效率。

抽气装置I放出的热量通过换热器加热喷管I入口的空气，提高喷管I入口空气的温度，空气发电机的功率将会提高，相应地，喷管I入口加装换热器。

空气在换热器的流动是等压或近似等压吸热膨胀过程，此时压强约等于一个大气压，在图2P-V图上用a→b表示；空气在喷管I内的流动是绝热膨胀过程、空气对涡轮机I做功，在图2P-V图上用b→c表示；空气在抽气装置内的流动是多变压缩放热过程，抽气装置对空气做功，在图2P-V图上用c→d表示；空气在喷管II内的流动是等温吸热膨胀过程，空气对涡轮机II做功，在图2P-V图上用d→a表示。

为提高涡轮机的效率，喷管和涡轮机的叶片是成组配合布置的，结构类似于汽轮机的喷管叶栅和动叶栅。喷管和涡轮机的叶片也可采用类似于水轮机的结构。

为保证空气在喷管I内的流动尽可能接近绝热过程、喷管I由隔热性能好的材料制成。

为保证空气在喷管II内的流动尽可能接近等温过程，喷管II由传热性能好的材料制成，采用水冷式或风冷式加强喷管II的换热，如采用水冷式换热，可采用壳管式或套管式喷管，壳管式或套管式喷管结构类似于壳管式和套管式冷凝器。

从图3T-S图可以看到，由于三角形两边之和大于第三边，整个循环可以保证输出正功。

对于第二例具体实施方式，空气依次在喷管I内、气缸I内，抽气装置I内、气缸II内、抽气装置II内、喷管II内流动，并对安装在各喷管出口的涡轮机做功发电。空气在喷管I内的流动是等温膨胀过程；空气在抽气装置I内的流动是多变压缩过程，在此过程中，尽可能减少抽气装置I进口和出口的压差和温差；空气在气缸II内的流动是等压或近似等压冷却收缩过程，气缸II内通过致冷机和抽气装置II保持低温低压状态；空气在抽气装置II内的流动是多变压缩过程；空气在喷管II内的流动是等温膨胀过程。也就是等温膨胀过程-多变压缩过程-等压或近似等压冷却收缩过程-多变压缩过程-等温膨胀过程组成一个首选的循环，相应地，抽气装置I进口和出口的温度应近似等于外界温度，喷管II出口温度应等于外界温度，喷管I采用喷管II的材料和结构。

可把抽气装置I、抽气装置II、致冷机放出的热量传给喷管I入口前的换热器，以提高喷管I入口空气的温度，增加空气发电机的功率。空气在换热器的流动是等压或近似等压吸热膨胀过程。

Claims (10)

1，一种空气发电机及其相应的循环，其特征在于：空气发电机以空气为工质，它由喷管、气缸、涡轮机、抽气装置、发电机、热机、换热器等部分组成，通过由几个过程组成的循环实现电能输出。

2，根据权利要求1所述的空气发电机及其相应的循环，其特征在于：所述的空气发电机安装在一个充满干燥空气的封闭空间内，该封闭空间能与外部进行热量交换。

3，根据权利要求1所述的空气发电机及其相应的循环，其特征在于：所述的涡轮机I安装在一个有喷管I出口和抽气装置I的抽气入口的气缸I内；喷管II的入口连接抽气装置I的抽气出口；涡轮机II安装在一个有喷管II出口的气缸II内，气缸II连接外界或一热机。

4，根据权利要求1所述的空气发电机及其相应的循环，其特征在于：所述的喷管和涡轮机的叶片是成组配合布置的，结构类似于汽轮机的喷管叶栅和动叶栅。喷管I由隔热性能好的材料制成，使空气在喷管I的流动尽可能接近绝热过程；喷管II由传热性能好的材料制成，采用水冷式或风冷式加强喷管II的换热，使空气在喷管II的流动尽可能接近等温过程，如采用水冷式换热，可采用壳管式或套管式喷管，壳管式或套管式喷管结构类似于壳管式和套管式冷凝器。喷管和涡轮机的叶片也可采用类似于水轮机的结构。

5，根据权利要求1所述的空气发电机及其相应的循环，其特征在于：所述的热机连接抽气装置I，把抽气装置I作为高温热源，以利用抽气装置I放出的热量发电；如涡轮机II后温度高于外界温度，气缸II可连接一热机发电。多台空气发电机和热机可联合发电。

6，根据权利要求1所述的空气发电机及其相应的循环，其特征在于：所述的涡轮机I和涡轮机II通过传动设备如齿轮箱等直接带动抽气装置I和发电机做功，当涡轮机I和涡轮机II所获得的能量不足以带动抽气装置I时，可联合一电动机带动抽气装置I，电动机从连接抽气装置I的热机处获得能量。涡轮机I和涡轮机II无需各自带动一台发电机发电后再将电能输送给传统抽气装置的电动机做功，可省却一台发电机及传统抽气装置的电动机或减少抽气装置电动机的功率，并能提高空气发电机的效率。

7，根据权利要求1所述的空气发电机及其相应的循环，其特征在于：所述的相应的循环包含多种循环过程。空气依次在喷管I内、气缸I内，抽气装置内、喷管II内流动，并对安装在各喷管出口的涡轮机做功发电。空气在喷管I内的流动是绝热膨胀过程、等温膨胀过程、多变膨胀过程中的一种，首选绝热膨胀过程；空气在抽气装置内的流动是绝热压缩过程、等温压缩过程、多变压缩过程中的一种，首选多变压缩过程；空气在喷管II内的流动是绝热膨胀过程、等温膨胀过程、多变膨胀过程中的一种，首选等温膨胀过程。也就是绝热膨胀过程-多变压缩过程-等温膨胀过程组成一个首选的循环，相应地，喷管II出口温度应等于外界温度。抽气装置放出的热量也可用于加热喷管II，使空气在喷管II内以较高的温度等温膨胀。

8，根据权利要求1所述的空气发电机及其相应的循环，其特征在于：所述的换热器安装在喷管I入口前，连接抽气装置I，吸收抽气装置I放出的热量，以提高喷管I入口空气的温度，增加空气发电机的功率。相应的空气流动过程是：空气依次在换热器、喷管I内、气缸I内，抽气装置I内、喷管II内流动，并对安装在各喷管出口的涡轮机做功发电。空气在换热器的流动是等压或近似等压吸热膨胀过程，空气在喷管I内、气缸I内，抽气装置内、喷管II内的流动过程与权利要求7一样。

9，根据权利要求1所述的空气发电机及其相应的循环，其特征在于：所述的空气发电机可加装一抽气装置、一气缸和一致冷机，相应的空气流动过程是：空气依次在喷管I内、气缸I内，抽气装置I内、气缸II内、抽气装置II内、喷管II内流动，并对安装在各喷管出口的涡轮机做功发电。空气在喷管I内的流动是绝热膨胀过程、等温膨胀过程、多变膨胀过程中的一种，首选等温膨胀过程；空气在抽气装置I内的流动是绝热压缩过程、等温压缩过程、多变压缩过程中的一种，首选多变压缩过程，在此过程中，尽可能减少抽气装置I进口和出口的压差和温差；空气在气缸II内的流动是等压或近似等压冷却收缩过程，气缸II内通过致冷机和抽气装置II保持低温低压状态；空气在抽气装置II内的流动是绝热压缩过程、等温压缩过程、多变压缩过程中的一种，首选多变压缩过程；空气在喷管II内的流动是绝热膨胀过程、等温膨胀过程、多变膨胀过程中的一种，首选等温膨胀过程。也就是等温膨胀过程-多变压缩过程-等压或近似等压冷却收缩过程-多变压缩过程-等温膨胀过程组成一个首选的循环，相应地，抽气装置I进口和出口的温度应近似等于外界温度，喷管II出口温度应等于外界温度，喷管I采用喷管II的材料和结构。一热机吸收抽气装置I、抽气装置II、致冷机放出的热量并做功发电。亦可把抽气装置I、抽气装置II、致冷机放出的热量传给喷管I入口前的换热器，以提高喷管I入口空气的温度，增加空气发电机的功率。空气在换热器的流动是等压或近似等压吸热膨胀过程。

10，根据权利要求1所述的空气发电机及其相应的循环，其特征在于：可把工质换成液化温度比空气低的气体如氦气等。

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