19、第二冷凝器21、第二壓縮機20、第二膨脹閥22和第二過濾 器23。
[0137] 具體來說，在圖8d中，第一冷凝器8接收氣態(tài)的第一制冷劑7,在第一冷凝器8的內(nèi) 部，第二蒸發(fā)器19與進入第一冷凝器8的氣態(tài)的第一制冷劑7接觸，第二蒸發(fā)器19中有液態(tài) 的第二制冷劑，第二蒸發(fā)器19中的液態(tài)的第二制冷劑吸收氣態(tài)的第一制冷劑7中攜帶的熱 量，并轉換為氣態(tài)的第二制冷劑24,氣態(tài)的第二制冷劑24進入第二壓縮機20中，第二壓縮機 20將接收到的氣態(tài)的第二制冷劑24轉換為高溫高壓的氣態(tài)的第二制冷劑，并將該高溫高壓 的氣態(tài)的第二制冷劑輸入到第二冷凝器21中，第二冷凝器21將接收到的第二壓縮機20輸入 的高溫高壓的氣態(tài)的第二制冷劑轉換為液態(tài)的第二制冷劑25,該液態(tài)的第二制冷劑25依次 經(jīng)過第二過濾器23和第二膨脹閥22之后進入第二蒸發(fā)器19?？梢?，該過程中第二制冷劑實 現(xiàn)了循環(huán)利用，并由于吸收了氣態(tài)的第一制冷劑7中攜帶的熱量，因而可快速使第一冷凝器 8中接收到的氣態(tài)的第一制冷劑7轉換為液態(tài)的第一制冷劑9。制冷循環(huán)設備18包括第二蒸 發(fā)器19、第二壓縮機20、第二冷凝器21、第二過濾器23和第二膨脹閥22。制冷循環(huán)設備18中 的第二蒸發(fā)器19、第二壓縮機20、第二冷凝器21、第二過濾器23和第二膨脹閥22均封閉在一 個管道中，該管道中還流澗有第二制冷劑。
[0138] 可選地，本發(fā)明實施例中第二制冷劑可為二氧化碳或者乙締，或者其它能夠實現(xiàn) 上述實施例的一種制冷劑。
[0139] 可選地，本發(fā)明實施例中的國際電網(wǎng)30可為本發(fā)明實施例中的制冷循環(huán)設備18提 供電能，具體來說，可為制冷循環(huán)設備中的第二蒸發(fā)器19和第二壓縮機20提供電能。
[0140] 由于第一蒸發(fā)器通過吸收空氣中的熱能，將液態(tài)的第一制冷劑轉換為氣態(tài)的第一 制冷劑，氣態(tài)的第一制冷劑吸收液態(tài)的第一制冷劑釋放的第一熱能將氣態(tài)的第一制冷劑從 而上升至預設高度，如此，氣態(tài)的第一制冷劑便具有了重力勢能，氣態(tài)的第一制冷劑并進入 設置于預設高度處的第一冷凝器，第一冷凝器將氣態(tài)的第一制冷劑轉換為液態(tài)的第一制冷 劑，液態(tài)的第一制冷劑從預設高度處向下沖擊水輪發(fā)電機組的水輪，從而使該水輪發(fā)電機 組產(chǎn)生電能。且該過程中的液態(tài)的第一制冷劑釋放的第一熱能為第一冷凝器所輸出的轉換 后的液態(tài)的第一制冷劑從預設高度處向下輸出的過程中所釋放的熱能，可見，該過程中僅 利用空氣中的熱能便可輸出電能，實現(xiàn)了新能源的開發(fā)，且避免了對自然因素依賴性大的 問題。進一步，該過程中，水輪發(fā)電機組10所輸出的液態(tài)的第一制冷劑再次循環(huán)至第一蒸發(fā) 器3中，進而實現(xiàn)了第一制冷劑的循環(huán)利用。
[0141] 基于上述內(nèi)容，W及圖1至圖7的空氣能發(fā)電站的結構示意圖，通過W下實施例具 體介紹本發(fā)明實施例所提供的空氣能發(fā)電站。本發(fā)明實施例利用空氣能進行發(fā)電，開創(chuàng)了 一種新的能源利用方式。
[0142] W下計算公式中的單位說明：
[0143] 基本單位:單位毫米mm，單位米m，單位千瓦kw，單位瓦W，單位千焦KJ，單位焦J，單 位秒S，單位千克kg，單位開爾文溫度k，單位攝氏度°C。本發(fā)明實施例中使用上述基本單位 進行組合后的單位的意義均與本領域中該組合后的單位的意義相同。
[0144] W下計算公式中計算符號表示數(shù)學計算中的乘法運算，7"表示數(shù)學計算中 的除W運算。
[0145] 本發(fā)明實施例中的空氣能發(fā)電站的功率可根據(jù)實際情況具體設計，本發(fā)明實施例 中W空氣能發(fā)電站的功率為2370kw為例進行介紹，本領域技術人員利用本發(fā)明實施例所提 供的原理具體設計其它的參數(shù)。
[0146] 空氣能發(fā)電站是根據(jù)逆卡諾循環(huán)原理和水力發(fā)電原理實現(xiàn)的。首先啟動電源13， 之后，鼓風機1將空氣能2吹向第一蒸發(fā)器3,其中，進入第一蒸發(fā)器3中的第一制冷劑為 0.59mVs液態(tài)C〇2，根據(jù)第一制冷劑的性質(zhì)，在第一蒸發(fā)器帥0.59m 3/s液態(tài)C〇2就會迅速吸 收年平均溫度rC W上的空氣能2后汽化為一個標準大氣壓下的-78.52°C的飽和蒸汽即飽 和氣態(tài)C〇2,氣態(tài)C〇2經(jīng)風機4排出，并進入能量交換器即及收液態(tài)的第一制冷劑釋放的第一熱 能后連續(xù)不斷上升至預設高度處，比如距離地面500米高度處，并進入設置于預設高度處的 第一壓縮機6中，氣態(tài)的第一制冷劑經(jīng)第一壓縮機6壓縮后變成高溫高壓高速氣態(tài)的第一制 冷劑，第一壓縮機6所輸出的高溫高壓高速氣態(tài)的第一制冷劑進入第一冷凝器8中，在第一 冷凝器8中高溫高壓高速的氣態(tài)C〇2釋放大量汽化熱之后變成192°C W上的，且具有重力勢 能的液態(tài)C029實際模型中，可能需要采用乙締制冷循環(huán)系統(tǒng)或低壓二氧化碳制冷循環(huán)系統(tǒng) 吸熱降溫措施，計算略去，液態(tài)C029再通過保溫管道依次進入能量交換器5、水輪發(fā)電機組 10、第一過濾器11、第一膨脹閥12、第一蒸發(fā)器3等，從而完成上一輪空氣能循環(huán)搬運轉化發(fā) 電工作，準備新一輪循環(huán)。
[0147] 根據(jù)計算模型，空氣能發(fā)電站中第一壓縮機6搬運能量的效率可W達到2637% W 上，同時，具有重力勢能的流量為〇.59m3/s溫度為192°C的液態(tài)的第一制冷劑經(jīng)過能量交換 器5后溫度下降3.78°C，能量交換器5輸出的液態(tài)的第一制冷劑的溫度變成188.22°C，并沖 擊水輪發(fā)電機組發(fā)電后依次進入第一過濾器11、第一膨脹閥12、第一蒸發(fā)器3中，在第一蒸 發(fā)器3中，液態(tài)的第一制冷劑在一個標準大氣壓下首先降溫放熱，并同時快速吸收來自外界 空氣能2,之后第一蒸發(fā)器3中的液態(tài)的第一制冷劑達到溫度為-78.52°C的汽化狀態(tài)，汽化 后的第一制冷劑經(jīng)風機4排出，之后在吸收風機4、能量交換器5、第一壓縮機6輸入的熱能 后，連續(xù)上升500米高度變成溫度為-78.5°C速度為20.75m/s且含大量汽化熱的飽和氣體， 且沖擊第一冷凝器8里的液態(tài)的二氧化碳，同時釋放大量汽化熱，第一冷凝器8接收到的氣 態(tài)的二氧化碳自身液化并吸收全部汽化熱后變成流量為0.59m 3/s溫度為192°C的具有重力 勢能的液態(tài)的二氧化碳，完成熱能到重力勢能的轉化。
[0148] 可選地，本發(fā)明實施例中空氣能發(fā)電站除第一蒸發(fā)器3外其他部分可采用保溫隔 熱措施。比如，能量交換器5、第一壓縮機6、第一冷凝器8等設備均采用保溫隔熱措施。本發(fā) 明實施例說明書中所給出的計算數(shù)據(jù)為2370kw模型為例進行計算，根據(jù)說明書中理論，原 理上可W根據(jù)實際情況做成任何千瓦的空氣能發(fā)電站，即W上計算數(shù)據(jù)及采用的材料均可 根據(jù)原理做相應改動。
[0149] 本發(fā)明實施例的結構主要由空氣能發(fā)電站組成，主要是逆卡諾循環(huán)原理和水力發(fā) 電原理的聯(lián)合應用，本發(fā)明實施例將空氣能大幅度轉變?yōu)殡娔?。本發(fā)明實施例W空氣能為 能源，無污染，運行成本極低，且有無限資源，本發(fā)明實施例為開發(fā)潔凈能源提供一實用方 法，且具有較高的經(jīng)濟及環(huán)保效益。且本發(fā)明實施例屬于原理性發(fā)明，符合能量守恒原理和 熱力學原理。
[0150] 本發(fā)明實施例提供的空氣能發(fā)電站的優(yōu)點如下：
[0151] 第一點，空氣能發(fā)電站投資成本低，運行費用低，0)2第一制冷劑為一次投入循環(huán) 使用。
[0152] 第二點，空氣能發(fā)電站發(fā)電原料為空氣熱能，不存在環(huán)境污染等其他問題，經(jīng)濟 及環(huán)保等綜合效益好。
[0153] 第=點，空氣能發(fā)電站建設發(fā)電站受各種因素影響很小。
[0154] 第四點，空氣能發(fā)電站適宜做尖峰、離峰之隨載運轉。
[0155] 第五點，空氣能發(fā)電站實際上就是核聚變太陽能的間接利用。
[0156] 本發(fā)明實施例中提供W下具體實施例，基于2370kw空氣能發(fā)電站模型進行設計。
[0157] -、計算空氣能發(fā)電站的凈發(fā)電功率：
[0158] 假設引用流量為0.59m3/s的液態(tài)的二氧化碳，為確保能量交換器充分進行能量交 換，能量交換器中的第一管道半徑應根據(jù)相關數(shù)據(jù)選擇，經(jīng)計算r = 0.5m;s = nr2 S 0.785m2;
[0159] 其中，r為第一管道半徑;S為第一管道的橫截面的面積;JT為常數(shù)，為3.14;v為第一 管道中的液態(tài)的第一制冷劑的流動速度。
[0160] 預設高度15設置為500m，根據(jù)后面的計算實際壓力高度應該為523m。液態(tài)的二氧 化碳的密度為llOOkg/m3,因此空氣能發(fā)電站中液態(tài)的二氧化碳從523m的壓力高度沖擊水 輪發(fā)電機組10:
[0161 ]液態(tài)的二氧化碳從523m的壓力高度沖擊水輪發(fā)電機組具有的功率：
[0162] Pi = I. IQ 曲=1.1 XO. 59 X 9.8 X 523 - 33 化 kw;
[0163] 其中，Q為液態(tài)的二氧化碳的流量;g為重力加速度，為9.8m/s2;h為高度523米;Pi為 液態(tài)的二氧化碳從523m的壓力高度沖擊水輪發(fā)電機組具有的功率。
[0164] 水輪發(fā)電機組的實際功率P2 = 3325X0.80 a 2660kw;其中，P2為水輪發(fā)電機組的實 際功率。
[0165] 使用水輪發(fā)電機組的實際功率扣除風機4的功率18kw、第一壓縮機6的功率122kw、 鼓風機l的功率150kw，之后得到凈發(fā)電功率為2370kw，此時選擇2X1600kw水輪發(fā)電機組即 可。
[0166] 二、計算2370kw空氣能發(fā)電站需要多少立方米m3的液態(tài)的二氧化碳。
[0167] 1、水輪發(fā)電機組10-側壓力管中液態(tài)的二氧化碳：
[016引 Vr744=町2h = 3.14X0.52x530+10 - 426m3;
[0169] 其中，n為常數(shù)，為3.14;r為第一管道半徑;h為第一管道的折算長度530米，VR744為 水輪發(fā)電機組10-側壓力管中液態(tài)的二氧化碳的體積。
[0170] 2、空氣能發(fā)電站中用于傳輸氣態(tài)的第一制冷劑的第二管道的直徑的選擇，其中， 氣態(tài)的第一制冷劑為飽和蒸汽二氧化碳：
[0171 ]為充分吸收能量交換器的能量，進入到能量交換器飽和蒸汽二氧化碳在能量交換 器中上升速度應根據(jù)條件合理選擇，假設上升速度為0.8m/s能達到要求，則根據(jù)計算，每秒 進入第一冷凝器8的質(zhì)量為0.59mVs X 1 lOOkg/m3 - 650kg/s，氣態(tài)的飽和蒸汽二氧化碳密度 為53.47kg/m3,通過的氣態(tài)的二氧化碳飽和蒸汽流量為12.2m 3/s，第一管道的直徑為 1000mm，因此經(jīng)過計算選擇第二管道的直徑為4500mm，第二管道的材料可為玻璃鋼。
[0172] =、能量交換器5傳熱能力校核計算
[0173] 1、第一管道壓力鋼管管壁最大厚度計算：
[0174] 根據(jù)液態(tài)的二氧化碳設計高度500m和密度llOOkg/m3及(61000水電站壓力鋼管管壁厚 度簡易計算辦法，計算壓力鋼管管壁最大厚度d為22mm，即
[0175] 2、能量交換器5中直徑為(I)1000 mm的第一管道壓力鋼管管壁最大厚度為22mm的總 傳熱系數(shù)K計算：
[0176] 能量交換器是一個雙層封閉管道系統(tǒng)，在第一管道中流動的是自上而下的192°C 液態(tài)第一制冷劑，外層流動的是自下而上的-78.52°C氣態(tài)的第一制冷劑。
[0177] ( - )計算條件
[017引①第一管道內(nèi)經(jīng)di = 0.5m;
[0179] ②第一管道外徑d〇 = 0.522m;
[0180] ③第一管道中間面直徑dm=0.51 Im;
[0181] ④第一管道的管壁最大厚度b = 0.022m;
[0182]⑤氣態(tài)二氧化碳的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)a〇 = 50w/(m2 ? k);
[0183] ⑥液態(tài)二氧化碳的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)ai = 200w/(m2 ? k);
[0184] ⑦不誘鋼的熱導率A = 52.34w/(m ? k);
[01化]⑧第一管道內(nèi)壁污垢熱阻Rsi = O.0005159m2 ? k/w;
[01化]⑨第一管道外壁污垢熱阻Rso = O.0005m2 ? k/w