基于金属微孔管网的能量转换系统技术领域
本发明属能量转换系统领域,尤其涉及一种基于金属微孔管网的能量转换系统。该系统适于船、车、飞机交通工具的余热转换及建筑供暖、制冷、发电系统、电厂乏汽农业土壤加热、透平动(电)力转化系统。
背景技术
随着人类生活水平的提高,供暖、制冷设备的普及,其碳排放已占世界能源消耗的近三分之一,而电厂、船、车、飞机目前功热效率在33~40%左右,让地球碳排放不堪重负。基于郎肯循环热力学最大做功效率为:Wmax=Q(T1-T2)/T1,尽管余热动力(发电)发明不计其数,但在没有研发出最重要的低温、低成本散热部件的情况下,能量转化效率目前无法实现预期指标。如何解决动力设备综合应用效能差,生产成本高,性价比低等问题一直备受业界人士广泛关注。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种成本低廉,能效比高,兼容性好,节能环保效果显著,适用范围广的基于金属微孔管网的能量转换系统。
为解决上述技术问题,本发明是这样实现的。
基于金属微孔管网的能量转换系统,它包括冷媒换热组件、液压泵、换热器及动力透平机;所述冷媒换热组件的液体分配器的一管路端口经液压泵与换热器的换热输入端口相接;所述换热器的换热输出端口与动力透平机的入口相接;所述动力透平机的出口与冷媒换热组件的气体分配器相接;所述换热器采用冷媒传热毛细管结构;所述动力透平机通过透平输出轴对外传输动力。
作为一种优选方案,本发明系统还可设有排烟管换热器;所述换热器的换热输出端口经排烟管换热器与动力透平机的入口相接。
进一步地,本发明系统所述冷媒换热组件的冷媒传热金属毛细管可平行铺设于船体与海水隔离的钢板上;所述换热器采用冷媒传热毛细管盘绕缸套结构;发动机的动力输出轴与桨叶固定相接;所述动力透平机的透平输出轴与透平桨叶固定相接。
进一步地,本发明系统所述换热器可采用冷媒传热毛细管盘绕缸套结构;所述冷媒换热组件置于汽车车体;所述动力透平机的透平输出轴与汽车发电机的输入轴或车轮相接。
进一步地,本发明系统在所述冷媒换热组件后部设有动力风扇;所述冷媒换热组件的液体分配器分别与第一节流部件及第二节流部件的一端相接;所述第一节流部件的另一端与车内冷暖换热器一端口相接;所述车内冷暖换热器的另一端口经压缩机与冷媒换热组件的气体分配器相接;所述换热器采用冷媒传热毛细管盘绕缸套结构;所述换热器的换热输出端口与排烟管换热器的入口连接后再经供暖转换阀分两路,一路与车内冷暖换热器及压缩机的连接端口相接,另一路与车内冷暖辐射换热单元的气态分配器入口相接;所述车内冷暖辐射换热单元的液态分配器出口与第二节流部件的另一端口相接。
进一步地,本发明系统所述冷媒换热组件可采用汽车外铝板微孔管换热组件或碳纤维微孔布,其前部设置液体分配器,后部设置气体分配器。
另外,本发明系统所述冷媒换热组件可置于飞机机体;发动机的动力输出轴与桨叶或离合器相接;所述动力透平机的透平输出轴与透平桨叶或离合器相接。
其次,本发明热力管线中的蒸汽管线及回水管线的端口分别接换热器的热交换循环端口;所述冷媒换热组件设置在建筑物结构或农作物土壤中;所述动力透平机的透平输出轴接发电机或农业动力机械的动力输入轴。
进一步地,本发明在建筑物结构中,于所述冷媒换热组件处可设有室内除湿板。
再次,本发明系统可包括冷媒换热组件、液压泵及换热器;所述冷媒换热组件的液体分配器的一管路端口经液压泵与换热器的换热输入端口相接;所述换热器的换热输出端口与冷媒换热组件的气体分配器的管路端口相接;所述换热器为半导体温差发电器或热光伏电池换热器;所述冷媒换热组件设置在建筑物结构或农作物土壤中。
本发明将金属微孔管换热器与船、飞机等结合,并将航行、飞行过程的高速度与水或空气构成的巨大高效换热器,使余热透平动力机新增动力20~35%,热机效率由33~40%,提升至53~75%,实现热机效率质的飞跃。
本发明将目前最高效的内微孔管铝箔片换热器延展应用于汽车余热动力,将汽车空调换热器制冷采暖与之合并整合,同样利用汽车行驶中的速度与风扇相结合形成一种新的换热器,将缸体余热、排气管余热用冷媒管进行重新组合,按郎肯循环原理整合出余热透平二次动力系统,其二次动力恰好与发动机加油转速成正比,气温愈低动力性能愈好,汽车行驶速度愈快,二次动力愈强劲。
本发明将毛细管网组件通过系统设计,与建筑供暖、制冷,或者农业大棚土壤加热相结合,形成巨大的低温、低成本换热器,同时将压缩机兼做透平机发电机,液压泵兼做制冷节流部件,用发电厂乏汽余热,包括高品位热能(如天然气、煤、储热体)直接加热作功产生动力(电力),供日常使用或回馈电网,更低品位余热同时供暖。
与现有技术相比,本发明具有如下特点。
1、本发明将金属微孔管换热器与船、飞机等结合,并将航行、飞行过程的高速度与水或空气构成的巨大高效换热器、使余热透平动力机新增动力20~35%,热机效率由33~40%,提升至53~75%,实现热机效率质的飞跃。
2、冬天将电厂发电乏汽直接送入建筑主线管道,每层楼或每户设微型CO2主机,连接室内塑包铝、塑包铜毛细管网(供暖),做透平发电机为用户供电或回馈电网,构成供暖发电双用系统;夏天将水源、地源冷水,或者地源CO2液体介质直接送入建筑主线管道,通过上述主机透平机做压缩制冷,构成能效比高的低碳高层建筑。
3、金属微孔管网换热组件在工厂生产线上完成组装、焊接、打压、检漏、包装等工序,可以确保合格率,住户室内管网铺设,单位面积成本低廉,金属微孔管包塑层使室内安全双保险,特别适合最环保冷媒CO2应用和新的热泵冷暖系统,实现人类的制冷工质的替代。
4、微型CO2主机内部设有逆止噪音模块,喇叭,噪声传感器等,将噪音逆止接近于零,达到住宅应用条件,对现有发电及设备直接生产余热电力将起到重要作用,地源管中采用CO2做工质进行冷热循环,彻底解决管网防冻问题,夏季可以获得更多冷量,让更多CO2变废为宝为人类可持续发展提供服务。
5、金属微孔管分配器、管路及液压泵构成环路,做热光伏电池或者半导体温差发电器冷端,与各种热源换热器构成余热静音高效发电系统。
6、金属微孔管分配器及管路进入农业作物土壤加热,结合成为巨大的低温、低成本换热器,取代火力发电厂巨额投资的冷却塔,使北半球农业增加1~2季播种与收获。
附图说明
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明余热复合动力船舶应用系统结构示意图。
图3为本发明风冷换热器余热双动力汽车应用系统结构示意图。
图4为本发明冷媒传热组件飞机余热动力应用系统结构示意图。
图5为本发明毛细管网冷媒循环热源动力应用系统结构示意图。
图6为本发明冷媒传热毛细管网电厂乏汽发电供暖应用系统原理图。
图7为本发明冷媒传热毛细管网半导体发电应用系统结构示意图。
图中:1、冷媒换热组件;101、冷媒传热金属毛细管;102、液体分配器;103、气体分配器;2、车内冷暖辐射换热单元;201、车内金属毛细管;202、液态分配器;203、气态分配器;5、液压泵;6、换热器;601、发动机;602、动力输出轴;7、排烟管换热器;8、动力透平机;801、透平输出轴;9、桨叶;10、透平桨叶;12、第一节流部件;13、供暖转换阀;14、压缩机;15、车内冷暖换热器;16、排烟管;17、第二节流部件;18、汽车发电机;19、动力风扇;20、动力风扇;21、核反应堆;23、半导体温差发电器;24、室内除湿板;25、排水管;26、液体泵;27、蒸汽管线;28、回水管线;30、逆止噪音模块;31、调节阀;32、热力控制阀;33、车轮。
具体实施方式
参见图1所示,基于金属微孔管网的能量转换系统,它包括冷媒换热组件1、液压泵5、换热器6及动力透平机8;所述冷媒换热组件1的液体分配器102的一管路端口经液压泵5与换热器6的换热输入端口相接;所述换热器6的换热输出端口与动力透平机8的入口相接;所述动力透平机8的出口与冷媒换热组件1的气体分配器103相接;所述换热器6采用冷媒传热毛细管结构;所述动力透平机8通过透平输出轴801对外传输动力。
实施例1。
余热复合动力船舶应用系统。
参见图2所示,基于金属微孔管网的能量转换系统(余热复合动力船舶应用系统)包括冷媒换热组件1、液压泵5、换热器6、排烟管换热器7及动力透平机8;所述冷媒换热组件1的液体分配器102的一管路端口经液压泵5与换热器6的换热输入端口相接;所述换热器6的换热输出端口与动力透平机8的入口相接;所述动力透平机8的出口与冷媒换热组件1的气体分配器103相接;所述换热器6的换热输出端口经排烟管换热器7与动力透平机8的入口相接;所述动力透平机8通过透平输出轴801对外传输动力;所述冷媒换热组件1的冷媒传热金属毛细管101平行铺设于船体与海水隔离的钢板上;所述换热器6采用冷媒传热毛细管盘绕缸套结构;发动机601的动力输出轴602与桨叶9固定相接;所述动力透平机8的透平输出轴801与透平桨叶10固定相接。
参见图2所示,冷媒传热金属毛细管101将连接液体分配器102的冷媒传热金属毛细管进气端尽量平行的敷设在船体前部最底层与海水隔离的钢板上向船的后部进行铺设,或者敷设在船体与海水隔离的侧面钢板上向船的下部进行铺设,再用焊接、导热胶等做导热层;冷媒传热金属毛细管101连接气体分配器103的一端管路连接在动力透平机8气体输出管路上,液体分配器102管路的一端通过液压泵5连接换热器6(发动机缸套换热器),换热器6输出管线连接排烟管换热器7,排烟管换热器7气体输出管路连接动力透平机8进口,动力透平机8出口连接气体分配器103,发动机601的动力输出轴602与桨叶9固定相接,动力透平机8的透平输出轴801与透平桨叶10固定相接。将冷媒传热毛细管盘绕在发动机内成为换热器6(发动机缸套加热器)。
动力透平机8适合采用自润滑轴承或磁浮轴承机组,各分支岐阀、液压泵、压力传感器、温度传感器、液位计通过控制电路连接电脑。
下面简述工作原理。
桨叶9输出功率350KW的船用发动机,缸套、烟管合计余热排放量约538KW,以50公里速度行驶时,掠过船底的水流达到13.8米/秒(为目前常用水冷换热器约3倍),当冷媒传热金属毛细管船底铺装宽6米,长30米时,水冷散热面积达180平方米,按3厘米扰动,每分钟掠过船底的水流量约:149立方米,温升2℃散热量可达:346KW,当水温为20℃,冷媒冷凝温度约23~25℃,即液压泵5进、出口温度,进入加热器6,输出80~85℃气液混合物,通过管道接入排烟管换热器7,出口为过热蒸汽约300℃,进入动力透平机8做功,郎肯循环热力学最大做功效率为:Wmax=Q(T1-T2)/T1,代入得52%,实际余热透平桨叶10功率约:538KW×90%×45%=217KW,船总功率提高至:567KW,相同的航行距离,航速提高,燃油降低40%,在燃料消耗量相同,实现更远航程,性能提升意义重大。
实施例2。
风冷换热器余热双动力汽车应用系统。
参见图3所示,基于金属微孔管网的能量转换系统(风冷换热器余热双动力汽车应用系统)包括冷媒换热组件1、液压泵5、换热器6、排烟管换热器7及动力透平机8;所述冷媒换热组件1的液体分配器102的一管路端口经液压泵5与换热器6的换热输入端口相接;所述换热器6的换热输出端口与动力透平机8的入口相接;所述动力透平机8的出口与冷媒换热组件1的气体分配器103相接;所述换热器6的换热输出端口经排烟管换热器7与动力透平机8的入口相接;所述动力透平机8通过透平输出轴801对外传输动力;所述换热器6采用冷媒传热毛细管盘绕缸套结构;所述冷媒换热组件1置于汽车车体;所述动力透平机8的透平输出轴801与汽车发电机18的输入轴或车轮31相接;在所述冷媒换热组件1后部设有动力风扇19、20;所述冷媒换热组件1的液体分配器102分别与第一节流部件12及第二节流部件17的一端相接;所述第一节流部件12的另一端与车内冷暖换热器15一端口相接;所述车内冷暖换热器15的另一端口经压缩机14与冷媒换热组件1的气体分配器103相接;所述换热器6采用冷媒传热毛细管盘绕缸套结构;所述换热器6的换热输出端口与排烟管换热器7的入口连接后再经供暖转换阀13分两路,一路与车内冷暖换热器15及压缩机14的连接端口相接,另一路与车内冷暖辐射换热单元2的气态分配器203入口相接;所述车内冷暖辐射换热单元2的液态分配器202出口与第二节流部件17的另一端口相接;所述冷媒换热组件1采用汽车外铝板微孔管换热组件、内螺纹管铝箔片或碳纤维微孔布,其前部设置液体分配器102,后部设置气体分配器103。
本发明将内螺纹管铝箔片轻质冷媒换热组件1设置在汽车前部、顶部、底部、后部或者侧部中的至少一种;将冷媒传热毛细管盘绕在发动机内形成加热器6(缸套加热器),其出口连接排烟加热器7;排烟加热器7的出口连接动力透平机8;动力透平机8出口连接冷媒换热组件1。冷媒换热组件1下部连液压泵5进口;液压泵5出口连接加热器6(缸套加热器),构成郎肯循环;所述动力透平机8的透平输出轴801与汽车发电机18的输入轴或车轮33相接。
将汽车外铝板复合制造成微孔管换热器,也可作为余热动力辅助换热器,迎风前侧连接液管,背风后侧连接气管,以上几种换热器可以串联、并联,共同组成一个大换热器。
参见图3所示,冷媒换热组件1后部设有动力风扇19及动力风扇20,上部端口连接第一节流部件12,第一节流部件12另一端连接车内冷暖换热器15,车内冷暖换热器15通过压缩机14连接冷媒换热组件1下部部,车内冷暖换热器15与压缩机14及供暖转换阀13共同连接;供暖转换阀13与加热器6出口及排烟加热器7进口共同连接。
带散热片毛细管网201(车内冷暖辐射换热单元中的部件)敷设在汽车室内,用做冬季加热、夏季制冷辐射换热器,该毛细管网适合采用钛合金、铝合金、铜、不锈钢及碳纤维等耐蚀、耐高温、导热材料。
动力透平机8适合采用自润滑轴承或磁浮轴承机组,各分支岐阀、液压泵、压力传感器、温度传感器、液位计通过控制电路连接电脑。
下面简述工作原理。
参见图3所示,原气缸动力配置90KW发动机的汽车,排放的余热约272KW。按本发明气缸动力配置改为50KW发动机,原有水冷散热器等所有部件完全取缔,配置为冷媒换热组件1、缸套换热器6,排烟管加热器7、动力透平机8及液压泵5,减轻了原车重量体积。
新发动机缸套、烟管合计排放余热约150KW,当气温为20~25℃,车行速度为:100公里/小时,冷媒换热组件1迎风面积0.8×1米,进风量:80000m3/小时,通过动力风扇19及动力风扇20增强后的进风量至少:240000m3/小时,(空气密度1.2kg/m3,比热:1.004kj/kg)内螺纹管铝箔换热面积40m2,空气升温1~2℃,散出热量80~120KW,冷媒冷凝温度约27~30℃,为液压泵5进、出口温度,进入缸套加热器6,输出80~85℃气液混合物,从烟管末端接入排烟加热器7,出口为:270~300℃过热蒸汽,进入动力透平机8做功,代入郎肯循环热力学最大做功效率为:Wmax=Q(T1-T2)/T1,得45~52%,实际余热转化二次动力功率约:42~45KW,合计功率提高至:50+45=95KW,燃料利用率由原来的33~35%,提高到55~65%,排烟温度降至100C以下,车速风量降低时,发动机余热功率也同步降低。
原有汽车空调外散热器取缔,合用冷媒换热组件1,发动机盖、叶子板等处设多个排风口,冷媒换热组件1可制造成⌒型,动力风扇19及动力风扇20动力可将前侧风阻演化为行进力,车内冷、暖系统与二次动力系统共用循环介质,如R134a,R123,CO2,防冻液水等,车内换热器15冷暖合一,制冷效果更好。冬天时开启供暖转换阀13,从缸套换热器输出的80~85℃循环介质一个分支进入车内冷暖换热器15,车内制热迅速。
压缩机14采用直流变频,能够正、反转(或者增加冷暖换向阀),还能够靠电瓶凉车远程遥控给车内冷暖换热器15制冷或热泵加热,极大改善舒适性能。
如果在车厢内顶部或底部设置车内金属毛细管201(微孔管或碳纤维微孔布),通过液态分配器202及气态分配器203循环相变介质,辐射供暖、供冷,舒适性及能效比进一步提高。
动力透平机8与汽车发电机18同轴或者同壳,与汽车高效蓄电瓶结合,合成为汽车起步爆发动力,0~100Km加速更快,让汽车驾驶操控舒适澎湃。
炎热夏天,玻璃水箱改注纯净水,给冷媒换热组件1喷水,形成表面蒸发,大幅增加散热量,提高余热动力,二次动力恰好与发动机转速、行驶速度成正比。冬季气温愈低动力愈足,克服现有汽车发动机北方动力不足耗油大的问题。
现有刹车片、刹车鼓、启动机,用高磁轮毂电机取替,凉车时轮毂电机直接起步,再离合发动机启动;热车时可通过小离合驱动后轮,怠速余热也直接转化为电力用于电瓶充电,刹车时动能也转为电瓶充电。汽车减排性能大幅提升。
通过合理提高效率和减轻重量,减小油箱体积,使百公里油耗低于3升,与现有车相同加油量行驶增程2~3倍。本发明还适合单缸、二、三轮车。
实施例3。
冷媒传热组件飞机余热动力应用系统。
参见图4所示,基于金属微孔管网的能量转换系统(冷媒传热组件飞机余热动力应用系统),包括冷媒换热组件1、液压泵5、换热器6、排烟管换热器7及动力透平机8;所述冷媒换热组件1的液体分配器102的一管路端口经液压泵5与换热器6的换热输入端口相接;所述换热器6的换热输出端口与动力透平机8的入口相接;所述动力透平机8的出口与冷媒换热组件1的气体分配器103相接;所述换热器6的换热输出端口经排烟管换热器7与动力透平机8的入口相接;所述换热器6采用冷媒传热毛细管结构;所述动力透平机8通过透平输出轴801对外传输动力;所述冷媒换热组件1置于飞机机体;发动机601的动力输出轴602与桨叶9或离合器相接;所述动力透平机8的透平输出轴801与透平桨叶10或离合器相接。
参见图4所示,飞机铝板、碳纤维板、侧部、机翼做冷媒换热组件1,通过气体分配器103的一端管路连接在动力透平机8气体输出管路上,液体分配器102管路的一端通过液压泵5连接换热器6,换热器6输出管线连接排烟换热器7,排烟换热器7气体输出管路连接动力透平机8进口,动力透平机8出口连接气体分配器103,发动机动力轴连接涡扇或螺旋桨9,动力透平机8输出轴连接涡扇或透平桨叶10。
由于高空温度很低,机翼、机腹辐射热量大幅增加,空气虽然稀薄,但掠过速度很快散热好,保证更低冷凝温度和更高透平机效率。
机翼、机腹铝板强度增加,发动机功率、体积、重量降低40%,余热动力系统重量与功率增量大致相当,上述余热动力系统适合涡扇、螺旋浆飞机,动力透平机8与副涡扇、螺旋桨同轴,还适合与电动(发电)机同轴,减少的主发动机重量适当增加电瓶,副涡扇、螺旋桨可以和透平动力、电动机双驱动,安全性能大幅提高。油箱及加油重量、体积大幅降低,续航里程倍增,意义重大。
实施例4。
毛细管网冷媒循环热源动力应用系统。
参见图6所示,基于金属微孔管网的能量转换系统(毛细管网冷媒循环热源动力应用系统),它包括冷媒换热组件1、液压泵5、换热器6及动力透平机8;所述冷媒换热组件1的液体分配器102的一管路端口经液压泵5与换热器6的换热输入端口相接;所述换热器6的换热输出端口与动力透平机8的入口相接;所述动力透平机8的出口与冷媒换热组件1的气体分配器103相接;所述换热器6采用冷媒传热毛细管结构;所述动力透平机8通过透平输出轴801对外传输动力。
通过气体分配器103的一端管路连接在动力透平机8气体输出管路上,液体分配器102管路的一端通过液压泵5连接换热器6。加热后气体输出管路连接透动力透平机8进口,动力透平机8出口连接气体分配器103,动力透平机8连接动力轴,气体分配器103及液体分配器102连接的毛细管网构成冷媒换热组件1做低温散热部件。
核反应堆21应用于核电站,特别是将CO2做冷媒,经过分支岐管、分配器、毛细管网(冷媒换热组件1)铺设在北方农业土地、鱼塘、农作物大棚等,动力透平机8做功发电、供暖,可以让很多南方植物在北方落户,养活更多人口,更低发电成本,更快收回投资。
在上述连接方式中,发热源采用核反应堆21,它的燃料重量小,能量比大,冷媒换热组件1与船壳做冷端散热,不仅动力透平机8做功效率大幅提升,并且是整个系统小型化,用于大型船舶,潜艇,性价比得到飞跃。
核反应堆21应用于核电站,特别是将CO2做冷媒,经过分支岐管、分配器及毛细管网(冷媒换热组件1)铺设在北方农业土地、鱼塘、农作物大棚等,动力透平机8做功发电、供暖,可以让很多南方植物在北方落户,养活更多人口,更低发电成本,更快收回投资。
核反应堆21系统小型化,采用微孔铝合金板做高铁机车外皮换热器,液体分配器102管路的一端通过液压泵5连接核反应堆21进口,加热后气体输出管路连接动力透平机8进口,动力透平机8出口连接气体分配器103。动力透平机8连接动力轴或车轮。
当上述冷媒换热组件1散热不足时,增设铝合金内螺纹铝箔高效换热器。
上述核反应堆21系统小型化,冷媒换热组件1连接方式同样适合各种飞行器作动力。
采用燃气红外加热,太阳储能体红外加热,电储能体红外加热,包括住宅垃圾燃烧红外加热,用热光伏电池做发电部件,金属微孔管分配器、管路、液压泵构成连接环路,最高发电效率达35%。冷媒用R134a,R32,R125,CO2均可,构成最环保、静音、廉价、电、热、冷联供建筑。
实施例5。
冷媒传热毛细管网电厂乏汽发电供暖应用系统。
参见图5所示,基于金属微孔管网的能量转换系统(冷媒传热毛细管网电厂乏汽发电供暖应用系统),包括冷媒换热组件1、液压泵5、换热器6及动力透平机8;所述冷媒换热组件1的液体分配器102的一管路端口经液压泵5与换热器6的换热输入端口相接;所述换热器6的换热输出端口与动力透平机8的入口相接;所述动力透平机8的出口与冷媒换热组件1的气体分配器103相接;所述换热器6采用冷媒传热毛细管结构;所述动力透平机8通过透平输出轴801对外传输动力。
热力管线中的蒸汽管线27及回水管线28的端口分别接换热器6的热交换循环端口;所述冷媒换热组件1设置在建筑物结构或农作物土壤中;所述动力透平机8的透平输出轴801接发电机或农业动力机械的动力输入轴。
参见图5,上述系统可在建筑物结构中,于所述冷媒换热组件1处设有室内除湿板24。25为排水管。
将热力电厂乏汽(约130℃)通过管线输入城市建筑群,再经过换热站转化为80~90℃热水给用户供暖,是目前世界主流形式。
由于这种温差很小,基于郎肯循环热力学最大做功效率为:Wmax=Q(T1-T2)/T1,转化效率太低,设备发电投入成本无法收回,本实施例通过金属冷媒毛细管将放热端温度降至28℃以下,动力透平机8为发电、制冷电动二用,节省换热站投资,理论发电效率25%,实际效率18~20%,电厂发电效率由现在的35~40%提高到53~60%,采暖末端设备与现有技术相比大幅降低,特别是电厂修建成本、电价都在大幅降低,适合城市高层建筑群应用。
高层建筑中采暖管线设置为蒸汽管线27和回水管线28,每个楼层每户设置主机箱,内部设置动力透平机8(压缩透平二用机),换热器6上端口连接动力透平机8一侧端口,气体分配器103一端连接动力透平机8另一侧端口,液体分配器102一端串连液压泵5连接换热器6下端口。冷暖兼用时,楼顶安装冷却塔,具备条件的设置水地源管路,液体泵26设置在地下室中或者管道层。
冬季电厂发电乏汽直接送入建筑主线蒸汽管线27,换热器6,冷媒被加热至气体约127℃,进入动力透平机8发电,做功后气体进入室内塑包铝(铜)毛细管网,做25~28℃低温放热,(室温约21~24℃)冷凝为液体后,液压泵5不断将冷媒液体输送到换热器6循环再次加热,乏汽经冷凝后变成少量30℃低温水,通过调节阀31、水泵26返回水管,调节阀31可以控制流量。
冷媒适合采用CO2,R134a,R410,R32,R123等。发出的电力除满足家庭、建筑本身用电外,多余部分可回馈电网。由喇叭,噪声传感器等组成逆止噪音模块30,将动力透平机8噪音经传感器输入模块,反向放大后从喇叭播出,与噪音相位相反,相抵逆止于零。
夏季将水源、地源系统冷水,或者地源CO2液体介质,通过泵26直接送入建筑主线管道,夏天地源水温或者地源CO2液体介质,约12~15℃,动力透平机8通电做低频工作,室内毛细管网内16~24℃蒸发,恰好满足室内供冷要求,室内除湿板24进行除湿,通过排水管25排出。很适合用CO2冷媒。或R134a,R410,R32,R123等。
能效比9~18以上;主线管路和回水主线管路液体泵26连接地源U型换热管路,不具备打地源孔,设置水源条件的,楼顶安装冷却塔,构成最环保廉价电、热、冷联供建筑。
CO2回收后市场价格仅为化学冷媒的几十分之一,更多回收对人类可持续发展具有重要意义,但是,由于它的液化临界温度为:31.2C,压力又是现有化学冷媒的2~3倍,泄露室内会给人员带来生命安全问题。因此,将它应用于空调冷媒,获得相同能效比是行业努力的方向。燃气加热,太阳、电储能体加热换热器同样适用。
实施例6。
冷媒传热毛细管网半导体发电应用系统。
参见图7所示,基于金属微孔管网的能量转换系统(冷媒传热毛细管网半导体发电应用系统),包括冷媒换热组件1、液压泵5及换热器6;所述冷媒换热组件1的液体分配器102的一管路端口经液压泵5与换热器6的换热输入端口相接;所述换热器6的换热输出端口与冷媒换热组件1的气体分配器103的管路端口相接;所述换热器6为半导体温差发电器或热光伏电池换热器;所述冷媒换热组件1设置在建筑物结构或农作物土壤中。
冷媒换热组件1、换热器6与半导体温差发电器23成为环路,构成余热静音发电系统。金属毛细管网敷设在高于换热器6的建筑顶板,金属毛细管网也可敷设在墙体、地面上。
将热力电厂乏汽(约130℃)通过热力控制阀32进入换热器,半导体温差发电器23热端加热,液压泵5将24~28℃冷媒液体送入换热器6,给半导体温差发电器23冷端降温,冷媒液体受热蒸发变成24~28℃气体,进入冷媒换热组件1给室内供暖,再次冷凝为24~28℃液体后,再次进入换热器6循环。目前的发电效率是8~10%。经液压泵5强制循环后采暖效果,发电效率进一步提高。
夏季将水源、地源系统冷水,通过热力控制阀32直接送入建筑主线管道,地源水温约12~15℃,半导体温差发电器23通电后演变为半导体制冷器件,通过液压泵5循环,室内冷媒换热组件1内16~24℃蒸发,恰好满足室内供冷要求,室内除湿板24进行除湿,通过排水管25排出。冷媒用CO2,R134a,R32,R125(能效比9~18以上)可选,环保、静音、电、热、冷联供建筑。用热光伏电池EV做发电部件,最高发电效率达35%。
高温型熔融碳酸盐燃料电池(MCFC),和固态氧化物燃料电池(SOFC),可以采用脱硫煤气、液化气等直接做燃料转化为电力,发电效率接近50~60%,同时又以400C的高温排放余热,按本实施例可以获得80%的发电、做功效率,并且没有噪音,用于车、船、飞机等。当用于建筑时,余热进行供暖,成为面向新世纪产品。
实施例7。
冷媒毛细管网蒸汽或燃气农业供暖发电。
参见图5所示,取消室内除湿板24及排水管25,将换热器6设计为乏汽、冷媒换热形式,该换热器6进口连接液压泵5出口,液压泵5进口连接液体分配器102;大棚内土壤埋设微孔管,气体分配器103连接在动力透平机8出口,动力透平机8进口连接换热器6出口,液体冷媒经液压泵5,换热器6加热为蒸汽,进入动力透平机8进口,微孔管做冷端给大棚内土壤放热,动力透平机8的透平输出轴801连接发电机旋转发电,水泵等大棚需要设备。
换热器6加热端还可设计为:秸秆燃烧器、燃煤、燃气、燃油炉换热器、储热能换热器中的一种。
通常情况下,大棚中根据进气管和回气管的排布分为几个温区,种植不同作物,机组白天夜间都能工作,为了提高能效比,回管末端可以设置在水槽中用于加热灌溉冷水,还可以选择白天工作储能,夜间浇水方式将热量释放出来。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。