專利名稱：空氣發(fā)電機及其相應(yīng)的循環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種以空氣為工質(zhì)的非常規(guī)發(fā)電機，其優(yōu)點和獨特之處在于無需燃料，只要 有空氣，即使風(fēng)速為零也能發(fā)電。它由噴管、氣缸、渦輪機、抽氣裝置、發(fā)電機、熱機、換 熱器等部分組成，通過由幾個過程組成的循環(huán)實現(xiàn)電能輸出。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力機在地表沒什么大風(fēng)的地區(qū)不能使用。另外，現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電還存 在發(fā)電成本高、設(shè)備安裝困難、輸出電能不穩(wěn)定等問題。發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提供一種能大大降低發(fā)電成本并輸出穩(wěn)定電能的 發(fā)電機。整臺空氣發(fā)電機安裝在一個充滿干燥空氣的封閉空間內(nèi)，該封閉空間能與外部進行熱量 交換。渦輪機I安裝在一個有噴管I出口和抽氣裝置I的抽氣入口的氣缸I內(nèi)；噴管II的入口連接抽氣裝置i的抽氣出口；渦輪機n安裝在一個有噴管n出口的氣缸n內(nèi)，氣缸ir連 接外界或一熱機。噴管和渦輪機的葉片是成組配合布置的，結(jié)構(gòu)類似于汽輪機的噴管葉柵和動葉柵。噴管i由隔熱性能好的材料制成，使空氣在噴管I的流動盡可能接近絕熱過程；噴管II由傳熱性能好的材料制成，采用水冷式或風(fēng)冷式加強噴管II的換熱，使空氣在噴管II的流動盡可能接 近等溫過程，如采用水冷式換熱，可采用殼管式或套管式噴管，殼管式或套管式噴管結(jié)構(gòu)類 似于殼管式和套管式冷凝器。噴管和渦輪機的葉片也可采用類似于水輪機的結(jié)構(gòu)。一熱機連接抽氣裝置I，把抽氣裝置作為高溫?zé)嵩矗岳贸闅庋b置I放出的熱量發(fā)電； 如渦輪機II后溫度高于外界溫度，氣缸II可連接一熱機發(fā)電。渦輪機I和渦輪機II通過傳動設(shè)備如齒輪箱等直接帶動抽氣裝置I和發(fā)電機做功，當(dāng)渦 輪機I和渦輪機II所獲得的能量不足以帶動抽氣裝置I時，可聯(lián)合一電動機帶動抽氣裝置I， 電動機從連接抽氣裝置I的熱機處獲得能量。渦輪機I和渦輪機II無需各自帶動一臺發(fā)電機 發(fā)電后再將電能輸送給傳統(tǒng)抽氣裝置的電動機做功，可省卻一臺發(fā)電機及傳統(tǒng)抽氣裝置的電 動機或減少抽氣裝置電動機的功率，并能提高空氣發(fā)電機的效率。多臺空氣發(fā)電機和熱機可聯(lián)合發(fā)電。本發(fā)明包含多種循環(huán)過程。空氣依次在噴管I內(nèi)、氣缸I內(nèi)，抽氣裝置I內(nèi)、噴管II內(nèi) 流動，并對安裝在各噴管出口的渦輪機做功發(fā)電?？諝庠趪姽躀內(nèi)的流動是絕熱膨脹過程、 等溫膨脹過程、多變膨脹過程中的一種，首選絕熱膨脹過程；空氣在抽氣裝置I內(nèi)的流動是 絕熱壓縮過程、等溫壓縮過程、多變壓縮過程中的一種，首選多變壓縮過程；空氣在噴管II 內(nèi)的流動是絕熱膨脹過程、等溫膨脹過程、多變膨脹過程中的一種，首選等溫膨脹過程。也 就是絕熱膨脹過程-多變壓縮過程-等溫膨脹過程組成一個首選的循環(huán)，相應(yīng)地，噴管II出口 溫度應(yīng)等于外界溫度。抽氣裝置I放出的熱量也可用于加熱噴管II,使空氣在噴管II內(nèi)以 較高的溫度等溫膨脹。抽氣裝置I放出的熱量亦可通過換熱器加熱噴管I入口的空氣，提高噴管I入口空氣的 溫度，空氣發(fā)電機的功率將會提高，相應(yīng)地，噴管I入口加裝換熱器?？諝庠趽Q熱器的流動 是等壓或近似等壓吸熱膨脹過程，空氣在噴管I內(nèi)、氣缸I內(nèi)，抽氣裝置內(nèi)、噴管II內(nèi)的流 動過程與上面的描述一樣。作為一種較復(fù)雜但能產(chǎn)生較大功率的空氣發(fā)電機，可加裝一抽氣裝置、 一氣缸和一致冷 機，相應(yīng)的空氣流動過程是空氣依次在噴管I內(nèi)、氣缸I內(nèi)，抽氣裝置I內(nèi)、氣缸II內(nèi)、 抽氣裝置II內(nèi)、噴管II內(nèi)流動，并對安裝在各噴管出口的渦輪機做功發(fā)電?？諝庠趪姽躀 內(nèi)的流動是絕熱膨脹過程、等溫膨脹過程、多變膨脹過程中的一種，首選等溫膨脹過程；空 氣在抽氣裝置I內(nèi)的流動是絕熱壓縮過程、等溫壓縮過程、多變壓縮過程中的一種，首選多 變壓縮過程，在此過程中，盡可能減少抽氣裝置I進口和出口的壓差和溫差；空氣在氣缸II 內(nèi)的流動是等壓或近似等壓冷卻收縮過程，氣缸II內(nèi)通過致冷機和抽氣裝置II保持低溫低 壓狀態(tài)；空氣在抽氣裝置II內(nèi)的流動是絕熱壓縮過程、等溫壓縮過程、多變壓縮過程中的一 種，首選多變壓縮過程；空氣在噴管II內(nèi)的流動是絕熱膨脹過程、等溫膨脹過程、多變膨脹 過程中的一種，首選等溫膨脹過程。也就是等溫膨脹過程-多變壓縮過程-等壓或近似等壓冷 卻收縮過程-多變壓縮過程-等溫膨脹過程組成一個首選的循環(huán)，相應(yīng)地，抽氣裝置I進口和 出口的溫度應(yīng)近似等于外界溫度，噴管II出口溫度應(yīng)等于外界溫度，噴管I采用噴管II的 材料和結(jié)構(gòu)。一熱fl吸收抽氣裝置I、抽氣裝置II、致冷機放出的熱量并做功發(fā)電。亦可把抽氣裝置I、抽氣裝置II、致冷機放出的熱量傳給噴管I入口前的換熱器，以提高 噴管I入口空氣的溫度，增加空氣發(fā)電機的功率?？諝庠趽Q熱器的流動是等壓或近似等壓吸 熱膨脹過程。為使空氣發(fā)電機產(chǎn)生更大的功率，可把工質(zhì)換成液化溫度比空氣低的氣體如氦氣等。


圖1是本發(fā)明空氣發(fā)電機及其相應(yīng)的循環(huán)第一例具體實施方式
示意圖。圖中1、 a表示外界和換熱器進口； 2、 b表示換熱器出口和噴管I進口； 3, C表示噴管I出口抽氣裝置I進口 4， d表示抽氣裝置I出口和噴管II進口； 5,噴管I; 6、氣缸I;7、渦輪機I: 8、抽氣裝置I; 9、噴管II; 10、渦輪機II; 11、傳動設(shè)備；12、發(fā)電機13、氣缸II: 14、換熱器。圖2是本發(fā)明空氣發(fā)電機及其相應(yīng)的循環(huán)第一例具體實施方式
P-V圖。圖中a—b表示等壓吸熱膨脹過程；b—C表示絕熱膨脹過程；C—d表示多變壓縮放熱過程；d—a表示等溫吸熱膨脹過程。圖3是本發(fā)明空氣發(fā)電機及其相應(yīng)的循環(huán)第一例具體實施方式
T-S圖。圖中a—b表示等壓吸熱膨脹過程；b—C表示絕熱膨脹過程；C—d表示多變壓縮發(fā)熱過程d—a表示等溫吸熱膨脹過程。
具體實施方式
下面介紹兩具體實施例，具體實施方式
不局限于此兩例。對于第一例具體實施方式
，請參照圖l，圖2，圖3。因為空氣含有水分，而空氣溫度將會降低到零度以下，因此空氣發(fā)電機應(yīng)安裝在一個充 滿干燥空氣的封閉空間內(nèi)，該封閉空間能與外界進行熱量交換。 空氣發(fā)電機從啟動到進入正常循環(huán)需要外部能量。先關(guān)閉氣缸I上的噴管I出口，接著抽氣裝置I對氣缸I抽氣，當(dāng)氣缸I的氣壓達到一 定真空度時，也就是噴管I出口的外界反壓降低到一定真空度時，打開噴管I出口，高速氣 流對渦輪機I做功。如果把一立方米體積的氣缸I從一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓等溫降到十三分之一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，只需 消耗0.072千瓦時，相當(dāng)于整個循環(huán)產(chǎn)生的電能，這部分消耗的能量是微不足道的。從抽氣裝置I抽出來的氣體流經(jīng)噴管II后對噴管II出口的渦輪機II做功。為降低能量在發(fā)電機上的損耗和減少發(fā)電機數(shù)量，降低成本，渦輪機I和渦輪機II通過 傳動設(shè)備如齒輪箱等直接帶動抽氣裝置和發(fā)電機做功。渦輪機I和渦輪機II無需各自帶動一 臺發(fā)電機發(fā)電后再將電能輸送給傳統(tǒng)抽氣裝置的電動機做功，可省卻一臺發(fā)電機及傳統(tǒng)抽氣 裝置的電動機，并能提高空氣發(fā)電機的效率。抽氣裝置I放出的熱量通過換熱器加熱噴管I入口的空氣，提高噴管I入口空氣的溫度， 空氣發(fā)電機的功率將會提高，相應(yīng)地，噴管I入口加裝換熱器?？諝庠趽Q熱器的流動是等壓或近似等壓吸熱膨脹過程，此時壓強約等于一個大氣壓，在 圖2 P-V圖上用a—b表示；空氣在噴管I內(nèi)的流動是絕熱膨脹過程、空氣對渦輪機I做功， 在圖2P-V圖上用b—c表示；空氣在抽氣裝置內(nèi)的流動是多變壓縮放熱過程，抽氣裝置對空 氣做功，在圖2 P-V圖上用c—d表示；空氣在噴管II內(nèi)的流動是等溫吸熱膨脹過程，空氣 對渦輪機II做功，在圖2 P-V圖上用d—a表示。為提高渦輪機的效率，噴管和渦輪機的葉片是成組配合布置的，結(jié)構(gòu)類似于汽輪機的噴 管葉柵和動葉柵。噴管和渦輪機的葉片也可采用類fel于水輪機的結(jié)構(gòu)。為保證空氣在噴管I內(nèi)的流動盡可能接近絕熱過程、噴管I由隔熱性能好的材料制成。為保證空氣在噴管II內(nèi)的流動盡可能接近等溫過程，噴管II由傳熱性能好的材料制成,采用水冷式或風(fēng)冷式加強噴管II的換熱，如采用水冷式換熱，可采用殼管式或套管式噴管，殼管式或套管式噴管結(jié)構(gòu)類似于殼管式和套管式冷凝器。從圖3T-S圖可以看到，由于三角形兩邊之和大于第三邊，整個循環(huán)可以保證輸出正功。對于第二例具體實施方式
，空氣依次在噴管I內(nèi)、氣缸I內(nèi)，抽氣裝置I內(nèi)、氣缸II內(nèi)、 抽氣裝置II內(nèi)、噴管II內(nèi)流動，并對安裝在各噴管出口的渦輪機做功發(fā)電。空氣在噴管I 內(nèi)的流動是等溫膨脹過程；空氣在抽氣裝置I內(nèi)的流動是多變壓縮過程，在此過程中，盡可 能減少抽氣裝置I進口和出口的壓差和溫差空氣在氣缸II內(nèi)的流動是等壓或近似等壓冷卻 收縮過程，氣缸II內(nèi)通過致冷機和抽氣裝置II保持低溫低壓狀態(tài)；空氣在抽氣裝置II內(nèi)的 流動是多變壓縮過程；空氣在噴管II內(nèi)的流動是等溫膨脹過程。也就是等溫膨脹過程-多變 壓縮過程-等壓或近似等壓冷卻收縮過程-多變壓縮過程-等溫膨脹過程組成一個首選的循環(huán)， 相應(yīng)地，抽氣裝置I進口和出口的溫度應(yīng)近似等于外界溫度，噴管II出口溫度應(yīng)等于外界溫 度，噴管I采用噴管II的材料和結(jié)構(gòu)?？砂殉闅庋b置I、抽氣裝置II、致冷機放出的熱量傳給噴管I入口前的換熱器，以提高噴 管I入口空氣的溫度，增加空氣發(fā)電機的功率。空氣在換熱器的流動是等壓或近似等壓吸熱 膨脹過程。
權(quán)利要求
1，一種空氣發(fā)電機及其相應(yīng)的循環(huán)，其特征在于空氣發(fā)電機以空氣為工質(zhì)，它由噴管、氣缸、渦輪機、抽氣裝置、發(fā)電機、熱機、換熱器等部分組成，通過由幾個過程組成的循環(huán)實現(xiàn)電能輸出。
2，根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣發(fā)電機及其相應(yīng)的循環(huán)，其特征在于所述的空氣發(fā)電機 安裝在一個充滿干燥空氣的封閉空間內(nèi)，該封閉空間能與外部進行熱量交換。
3，根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣發(fā)電機及其相應(yīng)的循環(huán)，其特征在于所述的渦輪機I安 裝在一個有噴管I出口和抽氣裝置I的抽氣入口的氣缸I內(nèi);噴管II的入口連接抽氣裝置I的 抽氣出口；渦輪機II安裝在一個有噴管II出口的氣缸II內(nèi)，氣缸II連接外界或一熱機。
4, 根據(jù)權(quán)利要求l所述的空氣發(fā)電機及其相應(yīng)的循環(huán)，其特征在于所述的噴管和渦輪 機的葉片是成組配合布置的，結(jié)構(gòu)類似于汽輪機的噴管葉柵和動葉柵。噴管I由隔熱性能好 的材料制成，使空氣在噴管I的流動盡可能接近絕熱過程；噴管II由傳熱性能好的材料制成， 采用水冷式或風(fēng)冷式加強噴管II的換熱，使空氣在噴管II的流動盡可能接近等溫過程，如采 用水冷式換熱，可采用殼管式或套管式噴管，殼管式或套管式噴管結(jié)構(gòu)類似于殼管式和套管 式冷凝器。噴管和渦輪機的葉片也可采用類似于水輪機的結(jié)構(gòu)。
5, 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣發(fā)電機及其相應(yīng)的循環(huán)，其特征在于所述的熱機連接抽 氣裝置I，把抽氣裝置I作為高溫?zé)嵩?，以利用抽氣裝置I放出的熱量發(fā)電；如渦輪機II后溫 度高于外界溫度，氣缸II可連接一熱機發(fā)電。多臺空氣發(fā)電機和熱機可聯(lián)合發(fā)電。
6，根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣發(fā)電機及其相應(yīng)的循環(huán)，其特征在于所述的渦輪機I和 渦輪機II通過傳動設(shè)備如齒輪箱等直接帶動抽氣裝置I和發(fā)電機做功，當(dāng)渦輪機I和渦輪機 II所獲得的能量不足以帶動抽氣裝置I時，可聯(lián)合一電動機帶動抽氣裝置I，電動機從連接 抽氣裝置I的熱機處獲得能量。渦輪機I和渦輪機II無需各自帶動一臺發(fā)電機發(fā)電后再將電 能輸送給傳統(tǒng)抽氣裝置的電動機做功，可省卻一臺發(fā)電機及傳統(tǒng)抽氣裝置的電動機或減少抽 氣裝置電動機的功率，并能提高空氣發(fā)電機的效率。
7,根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣發(fā)電機及其相應(yīng)的循環(huán)，其特征在于所述的相應(yīng)的循環(huán) 包含多種循環(huán)過程?？諝庖来卧趪姽躀內(nèi)、氣缸I內(nèi)，抽氣裝置內(nèi)、噴管II內(nèi)流動，并對安 裝在各噴管出口的渦輪機做功發(fā)電。空氣在噴管I內(nèi)的流動是絕熱膨脹過程、等溫膨脹過程、 多變膨脹過程中的一種，首選絕熱膨脹過程；空氣在抽氣裝置內(nèi)的流動是絕熱壓縮過程、等 溫壓縮過程、多變壓縮過程中的一種，首選多變壓縮過程；空氣在噴管II內(nèi)的流動是絕熱膨 脹過程、等溫膨脹過程、多變膨脹過程中的一種，首選等溫膨脹過程。也就是絕熱膨脹過程-多變壓縮過程-等溫膨脹過程組成一個首選的循環(huán)，相應(yīng)地，噴管II出口溫度應(yīng)等于外界溫 度。抽氣裝置放出的熱量也可用于加熱噴管II，使空氣在噴管II內(nèi)以較高的溫度等溫膨脹。
8，根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣發(fā)電機及其相應(yīng)的循環(huán)，其特征在于所述的換熱器安裝 在噴管I入口前，連接抽氣裝置I,吸收抽氣裝置I放出的熱量，以提高噴管I入口空氣的溫 度，增加空氣發(fā)電機的功率。相應(yīng)的空氣流動過程是空氣依次在換熱器、噴管I內(nèi)、氣缸 I內(nèi)，抽氣裝置I內(nèi)、噴管II內(nèi)流動，并對安裝在各噴管出口的渦輪機做功發(fā)電。空氣在換 熱器的流動是等壓或近似等壓吸熱膨脹過程，空氣在噴管I內(nèi)、氣缸I內(nèi)，抽氣裝置內(nèi)、噴 管II內(nèi)的流動過程與權(quán)利要求7 —樣。
9,根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣發(fā)電機及其相應(yīng)的循環(huán)，其特征在于所述的空氣發(fā)電機 可加裝一抽氣裝置、 一氣缸和一致冷機，相應(yīng)的空氣流動過程是空氣依次在噴管I內(nèi)、氣 缸I內(nèi)，抽氣裝置I內(nèi)、氣缸II內(nèi)、抽氣裝置H內(nèi)、噴管II內(nèi)流動，并對安裝在各噴管出口 的渦輪機做功發(fā)電。空氣在噴管I內(nèi)的流動是絕熱膨脹過程、等溫膨脹過程、多變膨脹過程 中的一種，首選等溫膨脹過程；空氣在抽氣裝置I內(nèi)的流動是絕熱壓縮過程、等溫壓縮過程、多變壓縮過程中的一種，首選多變壓縮過程，在此過程中，盡可能減少抽氣裝置I進口和出口的壓差和溫差；空氣在氣缸II內(nèi)的流動是等壓或近似等壓冷卻收縮過程，氣缸II內(nèi)通過致冷機和抽氣裝置II保持低溫低壓狀態(tài)；空氣在抽氣裝置II內(nèi)的流動是絕熱壓縮過程、等溫壓 縮過程、多變壓縮過程中的一種，首選多變壓縮過程；空氣在噴管II內(nèi)的流動是絕熱膨脹過 程、等溫膨脹過程、多變膨脹過程中的一種，首選等溫膨脹過程。也就是等溫膨脹過程-多變 壓縮過程-等壓或近似等壓冷卻收縮過程-多變壓縮過程-等溫膨脹過程組成一個首選的循環(huán)， 相應(yīng)地，抽氣裝置I進口和出口的溫度應(yīng)近似等于外界溫度，噴管II出口溫度應(yīng)等于外界溫 度，噴管I采用噴管II的材料和結(jié)構(gòu)。 一熱機吸收抽氣裝置I、抽氣裝置II、致冷機放出的熱 量并做功發(fā)電。亦可把抽氣裝置I、抽氣裝置II、致冷機放出的熱量傳給噴管I入口前的換熱 器，以提高噴管I入口空氣的溫度，增加空氣發(fā)電機的功率。空氣在換熱器的流動是等壓或 近似等壓吸熱膨脹過程。
10，根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣發(fā)電機及其相應(yīng)的循環(huán)，其特征在于可把工質(zhì)換成液化 溫度比空氣低的氣體如氦氣等。
全文摘要
本發(fā)明提供一種以空氣為工質(zhì)的非常規(guī)發(fā)電機，其優(yōu)點和獨特之處在于無需燃料，只要有空氣，即使風(fēng)速為零也能發(fā)電。它由噴管、氣缸、渦輪機、抽氣裝置、發(fā)電機、熱機等部分組成，通過由幾個過程組成的循環(huán)實現(xiàn)電能輸出。
文檔編號F01D1/04GK101649755SQ20091019213
公開日2010年2月17日 申請日期2009年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月7日
發(fā)明者龔炳新 申請人:龔炳新