牲畜排泄物综合利用发电装置的制作方法


本发明涉及生态农业技术领域,尤其涉及一种牲畜排泄物综合利用发电装置。



背景技术:

乏汽是指从蒸汽机、汽轮机等排出的已经做过功的蒸汽。

若把牲畜粪便用作生态有机肥料会有储存方面麻烦,而且运输也会带来更大范围环境空气污染,尤其是液态粪水最不好处理,储存也很困难,所以解决此问题关键就是治理粪便对环境的污染不能给养殖户带来经济负担,而技术关键就是如何有效除臭,用经济方式浓缩粪水,减少粪水废液量,使运输成本和储存成本大幅降低,如何有效提高产沼气率,如何高效利用沼气燃烧值去发电,以此来变害为利。为此本发明专利采用一种高效的热气和水蒸气升力发电方案并结合热泵机组实现了水蒸气发电后的乏汽潜热用来加热粪便提高产沼气量,并且乏汽凝结的水可以重复使用,本热气与水蒸气升力发电与太阳能热气流烟囱发电技术稍微有点类似,它更接近当今燃气轮发电机,只不过当今燃气轮发电机是卧式,而本发明专利却是立式的,排气出口朝上,现行燃气轮发电机做功工质是单一的高温热空气,而本发明专利做功工质是混合工质,其中最主要的做功工质是粪水浓缩时所产生的蒸汽,当然还有受沼气燃烧升温的热空气。这与常规的利用水蒸气发电不同之处在于,无须使用锅炉来产高压蒸汽了,更不需要凝汽器了,同样也不需要冷却塔了,因为它采用了旋转式换热器来吸收推动涡轮涡扇叶片旋转后水蒸气变成乏汽的潜热来为提高粪便产沼气率做贡献了,这样发电设备投资成本大幅降低,对于中小养殖户来说都可以买得起也用得起,并且还可以以此来获利,下面对背景技术做一个更详细的说明:

当今火力发电,还有核电,垃圾发电,生物质能发电等都会有55%以上热能得不到利用,尤其是乏汽潜热不得不散失到空气中去,并造成环境热污染,核电技术虽然没有二氧化碳之类的温室气体排放,也没有氧化氮、氧化硫等雾霾有害气体污染空气环境,依然需要配置相应的冷却塔用来把乏汽冷凝成液态水,其潜热或被海水带走,或被河水带走,或被空气带走,造成区域生态破坏;依然像火力发电一样采用汽轮机带动发动机来发电,这不仅增大了发电设备投资成本,而且热能转变成电能的效率也很低。而采用锅炉产生高压蒸汽来发电的还会有烟囱余热损耗,并且产生雾霾有害气体,对环境极为不友好,为了解决以上相应问题,科技工作者探索多种方式来加以解决,大力发展风电及太阳能,当然首当其冲的是发展核电,非化石能源中,核电具有清洁、稳定、高效的特点。核电在生产过程中没有碳排放,没有粉尘、PM2.5等污染物排放;百万千瓦核电机组与一般同等规模燃煤电厂相比,每年可减排二氧化碳585万吨,环保效应非常明显。

核电不同堆型效率也不同,从理论值了解到是这样的:AP1000热功率 3400MW,电功率1250MW,效率36.8%;中国实验快堆热功率65.5MW,电功率25MW,效率38.2%;高温气冷堆据说效率可以达到47%。火力发电厂最多大约为40-42%,一般要比核电效率高一些。光伏发电效率:单晶硅19%~21%,多晶硅:16~17%。

相比当今火力发电及核电的燃气轮发电机无须配置冷却塔,其发电效率也很高,但无法使用固体燃料,也无法形成大规模发电,其排气温度一般会达到 400℃以上,因此综合利用其效率会更高。作为航空航天发动机,采用涡轮涡扇结构形式与现行的离心压缩机,螺杆压缩机都属于透平机械之类的,不管它们是产生电能或机械能,还是电能转变机械能,它们都会存在压缩比问题,对于电能转变为机械能的透平机械其压缩比越大,那么它耗电量就会越多,对于热能转变为机械能或电能的透平其压缩比越大那么其热能转变机械能或转变电能的效率就会越高。

燃气轮机的工作过程是,压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩;压缩后的空气进入燃烧室,与喷入的燃料混合后燃烧,成为高温燃气,随即流入燃气透平中膨胀作功,推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转;加热后的高温燃气的作功能力显著提高,因而燃气透平在带动压气机的同时,尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止启动时,需用启动机带着旋转,待加速到能独立运行后,启动机才脱开。

燃气轮机的工作过程是最简单的,称为简单循环;此外,还有回热循环和复杂循环。燃气轮机的工质来自大气,最后又排至大气,是开式循环;此外,还有工质被封闭循环使用的闭式循环。燃气轮机与其他热机相结合的称为复合循环装置。

燃气初温和压气机的压缩比,是影响燃气轮机效率的两个主要因素。提高燃气初温,并相应提高压缩比,可使燃气轮机效率显著提高。70年代末,压缩比最高达到31;工业和船用燃气轮机的燃气初温最高达1200℃左右,航空燃气轮机的超过1350℃。

涡轮分为径向涡轮和轴向涡轮两类。径向涡轮燃气机是燃气主要沿径向流动,径向涡轮由导向器、叶轮等部分组成,一般用于小型燃气涡轮发动机或作为液压泵的动力。轴向涡轮是在轴向涡轮中燃气主要沿轴向流动。燃气涡轮发动机多数采用轴向涡轮,因此,单独称"涡轮"时一般即指轴向涡轮。它由静子和转子两部分组成。静子又称导向器,转子又称工作轮。一排静子叶片和一排转子叶片组成一级涡轮。涡轮喷气发动机一般有1~2级涡轮。涡轮风扇发动机的涡轮一般为4~5级,多的可达6~7级。导向器叶片与大多数的转子叶片所组成的气流通道均是收敛形(出口面积小于进口面积)的,高温高压燃气首先进入导向器中膨胀加速,以接近或略大于当地音速的速度冲向转子叶片,使工作轮转动;燃气在转子叶片的收敛通道中继续膨胀,又给工作轮以驱动力,使工作轮高速旋转并输出功率,这种涡轮称为反力式涡轮。在少数燃气涡轮中,工作轮的叶片通道只使燃气改变流动方向而不膨胀加速,工作轮完全是由导向器流出的高速燃气所驱动,这种涡轮称为冲击式涡轮。在双转子发动机中,驱动风扇或低压压气机的涡轮称低压涡轮,驱动高压压气机的涡轮称高压涡轮。

1903年,GE公司成功开发了当时世界上功率最大的5000千瓦蒸汽涡轮发电机,该发电机安装在位于芝加哥爱迪生大道的发电站,用于取代活塞式往复发动机发电装置。GE公司开发的蒸汽涡轮发电机与原先的活塞式往复发电装置相比,体积仅是其1/10,重量是其1/8,发电成本是其1/3,GE公司在马萨诸塞州东北部的林恩工厂设立了蒸汽涡轮研究部,开始了蒸汽涡轮技术和产品的研究开发与工程应用业务。从此,GE公司的蒸汽涡轮发电机占领了全美国的发电市场。德国工业巨头西门子公司近日正式宣布,正在推进下一代 HL级燃气轮机技术的研发。西门子称,HL级燃机是基于其H级燃机所开发的全新技术,发电净效率可突破63%,中期目标是净发电效率达到65%。作为内燃机的一种,燃气轮机的本质上是一种通过燃料(主要为天然气)与空气燃烧产生出气体推动叶片做功的机械,按照燃烧室温度不同,目前的主流机型为E级、F级和H级。燃气轮机的优势在于阶梯利用,可作为参照的是,目前全球最先进的百万千瓦超超临界煤电机组的额定工况的净效率也不超过 47%。

针对小型燃气轮发电机效率而言,目前效率不高,在30%左右,因为做小了效率就跟着下降,但是有潜力添加换热器作为亚循环,在电厂的高压燃气机组发电综合效率可以达到60%以上,微燃机只能说还有些潜力,但目前增程效率并没有内燃机高。

用燃烧器加热蒸汽发生器内的有机液体,使有机液体变为蒸汽,依靠蒸汽的膨胀力推动涡轮叶轮旋转带动发电机发电的装置为闭式燃气轮发动机。通过涡轮做功后的蒸汽经过冷凝器冷凝后恢复为液体,用回流泵再送回蒸汽发生器,使有机液体循环使用,有机液体同时可用于发电机冷却和轴承润滑。有机液体和气体均密封于不锈钢制的闭环循环系统中,有机液体不会损耗。整个系统只有一个转动部件(涡轮机、发电机、循环泵是同轴的),无金属摩擦,无需润滑;发电机无电刷,转子无绕组;燃烧器是防风的,风速为180Km/h也能正常工作。

这种发电机的优点是工作可靠,平均无故障间隔时间(MTBF)为20000 小时;维护简单,使用寿命长(20年);其缺点是耗油量大,启动时间长(约为20-30min)。闭环蒸汽涡轮发电机由ORMAT公司生产,技术规格如下:输出功率:200-3000W;输出电压:直流24V或48V;电压调整:3.5%标准;直流纹波:20mV峰峰值标准,20mV峰峰值可选值;电磁兼容(EMI):高于商品要求;短路容量:额定电流3-5倍;温度范围:标准-10~+40℃,最高50℃可用;海拔高度:标准0~1980m,最高4572m可用;发电机:同步无刷、无线圈和换向器实心的转子;涡轮机:转速12000~21000r/min;燃烧室温度: 125~250℃;燃烧种类:液化石油气、柴油、煤油或其他任何热源;燃料消耗量:25℃时,17600kCal/kW。燃料可选用汽油、柴油、酒精或天然气。

在涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机中,为空气螺旋桨或直升机旋翼提供动力的涡轮称动力涡轮,它与驱动压气机的涡轮是分开的,故又称自由涡轮。高温高压燃气在涡轮中膨胀作功的同时,燃气压力、温度与密度逐级减少。为了更好提高热效率,工程师就必须再加大风扇直径,风扇直径越大飞机发动机效率就越高,但迎风面大空气阻力也大,也可以说涡扇发动机和涡浆发动机的涵道比远远大于涡轮发动机。当前航空发动机动力气流方向轴向一致,涡扇发动机与与涡轮发动机都是轴向气流方向,涡扇发动机比涡轮发动机节能得多,而涡扇发动机无法实现超音速飞行,是因为涡扇发动机进风口相当于风扇叶轮直径大小,所以迎风面也大,还有风的阻力与风速平方的大小成正比的原因,因此涡扇发动机不宜用作超音速飞机的的动力设备,而涡扇直径越大耗能就越少,这充分证明了涵道比越大的发动机就越节能的好处。而涡浆发动机就相当大涵道比发动机,涡桨发动机优点:省油、维修简单。缺点是:飞行速度较慢。

还有当今太阳能烟囱发电的构想是在1978年由德国J.Schlaich教授首先提出的。随后由德国政府和西班牙一家电力企业联合资助,于1982年在西班牙建成世界上第一座太阳能烟囱发电站。这座电站的烟囱高度为200m,烟囱直径10.3m,集热棚覆盖区域直径约为250m。白天,涡轮发电机的转速为1500rpm,输出功率为100kW;在夜间涡轮发电机的转速为lO00rpm,输出功率为40kW。太阳能烟囱发电技术它是成功地将三种成熟技术结合为一体:温室技术、烟囱技术和风力透平机技术。集热棚用玻璃或塑料等透明材料建成,并用金属框架作为支撑,集热棚四周与地面留有一定的间隙(高度为H)。大约90%的太阳可见光(短波辐射)能够穿过透明的集热棚,被棚内地面(直径为R)吸收,同时由于温室效应,集热棚能够很好地阻隔地面发出的长波辐射。因此,太阳能集热棚是太阳能的一个有效捕集和贮存系统。棚内被加热的地面(温度为T)与棚内空气(温度为Ti)之间的热交换使集热棚内的空气温度升高,受热空气由于密度下降而上升,进入集热棚中部的烟囱(半径为r,高度为H)。同时棚外的冷空气(温度为T)通过四周的间隙进入集热棚,这样就形成了集热棚内空气的连续流动。热空气在烟囱中上升速度提高,同时上升气流推动涡轮发电机运转发电。自从太阳能烟囱发电技术提出以后,广泛受到关注。从20世纪80年代开始一直到现在,美国、德国、西班牙、印度、澳大利亚、埃及、摩落哥和南非等一些国家对太阳能烟囱发电及相关技术开展了一系列研究。1983年美国科学家 Krisst建了一座烟囱高度为10m,集热棚直径6m,输出功率10W的庭院式太阳能发电装置。1997年在美国佛罗里达大学花园中建了三种不同型式的太阳能烟囱模型进行了大量的理论和实验研究。在印度j的拉贾斯坦的塔尔沙漠建一座100MW太阳能烟囱发电站的计划曾得到论证并开始实施,但由于印度和巴基斯坦之间的核竞赛使该计划落空。自从1995年起,由物理学家沃尔夫沃尔特·斯廷纳领导的小组已提出计划2004年在南非边远的沙漠城锡兴附近建造200MW太阳能烟囱发电站方案,但这庞大的计划仍存在许多巨大的困难,其中所需要的1500m高烟囱的计划是目世界上前所未有的。在最近几年,国外每年均有不少与太阳能烟囱发电技术相关的文章发表,围绕太阳烟囱发电站结构模型、能转换效率、环境效应等相关问题进行研究。然而,国内很少见太阳能烟囱技术的报道,对大多数人来说可以说是一项陌生的技术。

因此,有必要提供一种新的牲畜排泄物综合利用发电装置。



技术实现要素:

本发明解决的技术问题是提供一种牲畜排泄物综合利用发电装置,以解决现有技术中牲畜排泄物得不到有效循环利用,污染高且经济效益低的技术问题。

为解决上述技术问题,本发明提供的牲畜排泄物综合利用发电装置包括:

隔热筒;

热源,所述热源包括燃烧装置及沼气池,所述燃烧装置设于所述隔热筒内,所述沼气池用于向所述燃烧装置提供沼气;

蒸汽装置,所述蒸汽装置悬设于所述隔热筒内,且朝向所述燃烧装置设置,所述蒸汽装置包括蒸汽池与导热管,所述导热管与所述蒸汽池连通,所述蒸汽池内存储有沼渣与沼液;

发电组件,所述发电组件悬设于所述隔热筒的上方;

第一换热器,所述第一换热器设于所述发电组件内;

第一导流机构、热泵机组及传热装置;

其中,所述燃烧装置用于加热所述隔热筒内的流体,以实现加热后的流体涌向所述发电组件,并驱动所述发电组件发电;

所述第一换热器中存储有工作介质,所述工作介质用于吸收涌入所述发电组件内的流体中的热量;

所述第一导流机构用于将所述工作介质送入热泵机组后,又送回所述第一换热器;

所述热泵机组用于吸收所述工作介质中的热量,所述传热装置用于将热泵机组吸收的热量传入所述隔热筒内。

优选地,所述第一导流机构包括第一导流槽结构、第一出水管及第一泵体,所述第一导流槽结构设于所述隔热筒的顶端,所述第一出水管连通所述第一导流槽结构与所述第一换热器;其中,所述工作介质自所述第一换热器内依次流入所述第一出水管、所述第一导流槽结构,所述第一泵体用于将所述第一导流槽结构内的工作介质送入所述热泵机组后,又送回所述第一换热器。

优选地,所述牲畜排泄物综合利用发电装置还包括第二导流机构,第二导流机构包括第二导流槽结构、第二接水盘及第二出水管,所述第二导流槽结构设于所述隔热筒,所述接水盘朝向所述第一换热器设置,所述第二接水盘、所述第二出水管、所述第二导流槽结构、养殖场及所述沼气池依次连通。

优选地,所述传热装置包括第二换热器、第二泵体及风扇,所述隔热筒上形成有传热孔,所述第二换热器朝向所述传热孔设置,所述风扇设于所述第二换热器背离所述传热孔的一侧;其中,所述第二换热器内存储有导热介质,所述第二泵体用于将所述导热介质送入所述热泵机组的冷凝器后,又送回所述第二换热器。

优选地,所述第二泵体还用于将所述沼气池内的液体送入所述热泵机组的冷凝器后,又送回所述沼气池。

优选地,所述发电组件包括转轴、发电设备及多组转动叶片,所述转轴的一端悬设于所述隔热筒的上方,所述第一换热器连接所述转轴的一端,所述转轴的另一端伸向所述燃烧装置设置,多组所述转动叶片依次间隔设于所述转轴的另一端,且所述转动叶片朝向所述燃烧装置设置,所述转轴的另一端传动连接所述发电设备;

其中,所述燃烧装置用于加热所述隔热筒内的流体,以实现加热后的流体涌向所述转动叶片,并驱动所述转动叶片转动。

优选地,所述转轴包括互相连接的中空轴与发电轴,所述发电轴与所述发电设备传动连接,所述中空轴为中空结构,所述中空轴与所述第一换热器连通;其中,所述第一泵体用于将所述第一导流槽结构内的工作介质送入所述热泵机组的蒸发器后,又经所述中空结构送回所述第一换热器。

优选地,所述发电组件还包括流体导向装置,所述流体导向装置设于两个相邻的所述转动叶片之间。

优选地,所述第一出水管的出水方向与所述转动套筒的外圆周相切。

优选地,所述发电组件还包括滑动轮,所述滑动轮的轴与第一换热器连接,且所述滑动轮安放在所述隔热筒,以实现将所述转轴的一端悬设于所述隔热筒的上方。

本发明提供的牲畜排泄物综合利用发电装置中,燃烧装置加热隔热筒内的流体,使得加热后的流体涌向所述发电组内,并驱动所述发电组件发电;第一换热器中存储有工作介质,吸收涌向发电组件的流体中的热量;所述导流机构将工作介质送入热泵机组后,又送回第一换热器;热泵机组用于吸收工作介质中的热量,传热装置用于将热泵机组吸收的热量传入隔热筒内。其中,涌向发电组件内的流体中包括泛气,从而实现循环利用乏汽中潜热,无需另外设置装置释放泛气中的潜热,并造成环境的热污染;

并且,涌入发电组件内的流体中也包括水蒸气,该部分水蒸气来源于蒸汽池中沼液,沼液与沼渣中水蒸发后,得到的干燥后的沼渣可以作为有机化肥使用。

综上所述,本发明提供的牲畜排泄物综合利用发电装置能够发电,获取有机化肥,实现牲畜排泄物循环有效利用,经济效果极高。

附图说明

图1为本发明提供的牲畜排泄物综合利用发电装置的一较优实施例的结构示意图;

图2为图1所示的牲畜排泄物综合利用发电装置的局部示意图;

图3为图1所示的第一换热器与隔热筒的装配图;

图4为本发明提供的牲畜排泄物综合利用发电装置的使用情景图。

附图标号说明:

1-隔热筒、2-热源、3-蒸汽装置、发电组件(未标号)、5-第一换热器、6- 第一导流机构、7-第二导流机构、8-热泵机组、9-传热装置;

11-筒体、12-滑槽结构、13-传热孔;

21-沼气池、22-燃烧装置

31-蒸汽池、32-导热管;

41-转轴、42-转动叶片、44-发电设备、45-滑动轮、46-流体导向装置;

61-第一出水管、62-第一导流槽结构、63-第一泵体;

71-接水盘、72-第二出水管、73-第二导流槽结构、74-养殖场;

81-蒸发器、82-冷凝器、83-节流装置、84-压缩机;

91-第二换热器、92-第二泵体、93-风扇。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

需要说明,本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。

另外,在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。

在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“连接”、“固定”等应做广义理解,例如,“固定”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外,本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种牲畜排泄物综合利用发电装置。

请结合参照图1-4,在本发明的一实施例中,牲畜排泄物综合利用发电装置包括:

隔热筒1;

热源2,所述热源2包括燃烧装置22及沼气池21,所述燃烧装置22设于所述隔热筒1内,所述沼气池21用于向所述燃烧装置22提供沼气;

蒸汽装置3,所述蒸汽装置3悬设于所述隔热筒1内,且朝向所述燃烧装置 22设置,所述蒸汽装置3包括蒸汽池31与导热管32,所述导热管32与所述蒸汽池31连通,所述蒸汽池31内存储有沼液与沼渣;

发电组件,所述发电组件悬设于所述隔热筒1的上方;

第一换热器5,所述第一换热器5与所述发电组件连接;

第一导流机构6、热泵机组8及传热装置9;

其中,所述燃烧装置22用于加热所述隔热筒1内的流体,以实现加热后的流体涌入所述发电组件内,并驱动所述发电组件发电;

所述第一换热器5中存储有工作介质,所述工作介质用于吸收涌向所述发电组件的流体中的热量;

所述第一导流机构6用于将所述工作介质送入热泵机组8后,又送回所述第一换热器5;

所述热泵机组8用于吸收所述工作介质中的热量,所述传热装置9用于将热泵机组8吸收的热量传入所述隔热筒1内。

本发明提供的牲畜排泄物综合利用发电装置中,燃烧装置22加热隔热筒1 内的流体,使得加热后的流体涌向所述发电组件,并驱动所述发电组件发电;第一换热器5中存储有工作介质,吸收涌向发电组件的流体中的热量;所述导流机构将工作介质送入热泵机组8后,又送回第一换热器5;热泵机组8用于吸收工作介质中的热量,传热装置9用于将热泵机组8吸收的热量传入隔热筒1内。其中,涌向发电组件的流体中包括泛气,从而实现循环利用乏汽中潜热,无需另外设置装置释放泛气中的潜热,并造成环境的热污染;

并且,涌向发电组件的流体中也包括水蒸气,该部分水蒸气来源于蒸汽池 31中沼液,沼液中水蒸发后,得到的干燥沼渣可以作为有机化肥使用。

综上所述,本发明提供的牲畜排泄物综合利用发电装置能够发电,获取有机化肥,实现牲畜排泄物循环有效利用,经济效果极高。

本实施例中,沼液和沼渣为牲畜排泄物与水的混合物,即为牲畜的粪便与水的混合物;沼气池21中存储有发酵菌以及牲畜和/人的排泄物,保持沼气池 21内的一定温度,排泄物在发酵菌的作用下产生沼气。

本实施例中,所述导热管32与所述蒸汽池31可拆卸连接,所述导热管32 可以是火管;火管中有导热流体,而火管中的导热流体受热后,可以回流至蒸汽池31,以加热蒸汽产生池里面的发酵后的粪水;

由于火管换热面积大能够充分吸收沼气燃烧时所产生的热量而又不用担心干燥后的粪便堵住换热管。

所述流体可以为混合形式的流体,例如空气和水蒸气。该部分水蒸气来源于蒸汽池31中牲畜排泄物与水的混合物。

燃烧装置22既可以使进入隔热筒1的空气进一步升温,还可以使得获得牲畜排泄物与水的混合物中的水进一步升温而气化;

获热的空气与气化的水蒸气在隔热筒1内膨胀做功,并借助热气升力推动驱动所述发电组件发电。

本实施例中,所述热泵机组8包括蒸发器81、冷凝器82、压缩机84及节流装置83,其工作原理如下:

所述工作介质先进入到蒸发器81内,以释放潜热给蒸发器81中的制冷剂;

制冷剂获此潜热得以蒸发,又重新被压缩机84压入到冷凝器82内并把潜热转移给另一侧暖媒介质;

制冷剂释放潜热后,冷凝成液态制冷剂;又重新通过节流装置83再次回到蒸发器81里去获取所述工作介质潜热而蒸发,就这样形成了制冷剂循环过程。

所述工作介质可以为冷媒水。

所述第一导流机构6包括第一导流槽结构62、第一出水管61及第一泵体63,所述第一导料槽结构设于所述隔热筒1的顶端,所述第一出水管61连通所述第一导流槽结构62与所述第一换热器5;其中,所述工作介质自所述第一换热器5 内依次流入所述第一出水管61、所述第一导流槽结构62,所述第一泵体63用于将所述第一导流槽结构62内的工作介质送入所述热泵机组8后,又送回所述第一换热器5。

所述牲畜排泄物综合利用发电装置还包括第二导流机构7,第二导流机构7 包括第二导流槽结构73、接水盘71及第二出水管72,所述第二导流槽结构73 设于所述隔热筒1,所述接水盘71朝向所述第一换热器5设置,所述第二接水盘 71、所述第二出水管72、所述第二导流槽结构73、养殖场74及所述沼气池21 依次连通。

乏汽释放潜热变成凝结水后便滴入到接水盘71内,并借助旋转离心力通过第二出水管72流入到第二导流槽内,再流至养殖场74。

养殖场74所产生的牲畜粪便废水流至沼气池21内,使粪水中的水得到循环利用。

所述传热装置9包括第二换热器91、第二泵体92及风扇93,所述隔热筒1 上形成有传热孔13,所述第二换热器91朝向所述传热孔13设置,所述风扇93 设于所述第二换热器91背离所述传热孔13的一侧;其中,所述第二换热器91 内存储有导热介质,所述第二泵体92用于将所述导热介质送入所述热泵机组8 的冷凝器82后,又送回所述第二换热器91。

本实施例中,所述第二换热器91的数量可以为多个,多个所述换热器围绕所述隔热筒1设置。

所述第二泵体92还用于将所述沼气池21内的液体送入所述热泵机组8的冷凝器82后,又送回所述沼气池21。

沼气池21内的液体通过冷凝器82能够升温,回流至沼气池21后,能够很好的维持沼气池21内的温度使之高温发酵,从而进一步的提高乏汽的潜热利用率。

所述发电组件包括转轴41、发电设备44及多个转动叶片42,所述转轴41 的一端悬设于所述隔热筒1的上方,所述第一换热器5与所述转轴41的一端连接,所述转轴41的另一端伸向所述燃烧装置22设置,多组所述转动叶片42依次间隔设于所述转轴41的另一端,且所述转动叶片42朝向所述燃烧装置22设置,所述转轴41的另一端传动连接所述发电设备44;

其中,所述燃烧装置22用于加热所述隔热筒1内的流体,以实现加热后的流体涌入所述转动叶片42,并驱动所述转动叶片42旋转。

可以连接,本实施例中,所述转轴41的另一端与所述发电设备44的驱动轴连接,通过带动驱动轴的转动,实现发电设备44的发电。

获热的空气与气化的水蒸气在隔热筒1内膨胀做功,并借助热气升力推动驱动转动叶片42转动;

转动叶片42带动转轴41转动,所述转轴41的另一端与所述发电设备44的驱动轴连接,通过带动驱动轴的转动,实现发电设备44的发电。

所述转轴41包括互相连接的中空轴与发电轴,所述发电轴与所述发电设备44传动连接,所述中空轴为中空结构,所述中空轴与所述第一换热器5连通;其中,所述第一泵体63用于将所述第一导流槽结构62内的工作介质送入所述热泵机组8的蒸发器81后,又经所述中空结构送回所述第一换热器5。

所述发电组件还包括流体导向装置46,所述流体导向装置46设于两个相邻的所述转动叶片42之间。

本实施例中,所述转动叶片42可以是轻质化材料的涡扇叶片,所述流体导向装置46可以是导流叶片。

所述第一出水管61的出水方向与所述转动套筒的外圆周相切。使得冷媒水的喷射方向与所述转动套筒圆周运动形成切线方向,这样可以利用冷媒水喷射动力促使所述转动套筒转动。

所述发电组件还包括滑动轮45,所述滑动轮45的轴第一换热器5连接,所述滑动轮45安放在所述隔热筒1,以实现将所述转轴41的一端悬设于所述隔热筒1的上方。

本实施例中,所述隔热筒1包括筒体11及滑槽结构12,所述滑槽结构12设于所述筒体11的顶端,所述传热孔13设于所述筒体11的底端。所述滑动轮45 的轴与所述第一换热器5连接,所述滑动轮安放在所述滑槽结构12。

优选地,所述滑动轮45的数量为多个,多个所述滑动轮45围绕所述第一换热器5设置。

本发明把水汽潜热反馈到系统中进行循环使用,提高产沼气率,进而使发电量得到提高;同时增大涡扇直径来提高发电效率,采用冷凝水汽方式来降低背压,使压缩比得到相应提高,最关键是采用了高效热泵技术把水蒸气潜热进行了循环利用,部分水汽潜热用来提高粪便发酵温度,还有一部分用作循环热以使助燃沼气的空气温度得到升高,发电总热量得到增加,沼气燃烧热值只占总发电热量65%左右,那些被散失掉的热能基本上是以略高于环境温度的热气排掉了,或有少量水汽未被冷凝与同热气一起进入到大气了,而通过隔热围子散掉的热能微乎其微,绝佳之处就是乏汽潜热98%以上得到循环利用,如此高的乏汽潜热循环使用在当今各类通过热力发电技术是绝无仅有的,火力发电和核电都是无法做到的,因为它们都是无法采用热泵方式做到把80℃~120℃的热空气加以利用起来,火力发电锅炉本身就可以利用烟气余热来实现助燃空气达到这么高的温度了,而核电工艺流程更显得无计可施了,因为它无法通过热泵把乏汽潜热转移至100℃处热能再注入到300℃以上蒸汽中去了;即便闭式燃气轮发电机遇到乏汽潜热回收循环利用问题,但它循环利用率很难超过30%的,它还是需要通过风冷方式把部分乏汽潜热散失到空气中去,其做功工质才得以冷凝成液态,其正常做功循环才能得以继续下去。只有半开式循环才可以做到,全封闭式循环和全开式循环都是无法实现如此高的乏汽潜热循环利用。这里所述的乏汽是指做了功后的水蒸气。当今火力发电与核电做功的水蒸气是封闭式循环,而燃气轮发电机做功热气流却是开式循环,虽然排气温度高达400℃以上,排出如此高的热气流只是显热罢了,相比水汽潜热的热量要少得多,所以它的效率仍然可达到60%以上,相比之下火力发电效率就要显得逊色多了,因此专注水汽潜热循环利用研究意义是非常重大的。当然驱动水汽潜热往高温处转移需要消耗部分电能量的,但我们知道如此高的温度又是以水汽潜热方式释放的(这里所指热源就是乏汽潜热罢了)其能效比会在8倍以上的,也就是说只需消耗一份能量,将得到八倍以上热功的助力,这显然是倍增效应呀,若把热泵消耗的功率计算在内其综合效能依然会超过60%,从总的热量做功效率看起来并不是很高,问题是总热能当中会有50%以上是循环热,源源不断注入的热量不到50%而已,若总热量为W,而产出的电能为H,也就是说按照总热能效能计算为30%=H/W,那么H=0.3W,若按照源源不断注入的热能来计算发电效率的话,就是H/0.5W=0.3W/0.5W=60%,若剔除热泵机组8所消耗的电能量,其发电效率最多下降至55%而已,这比现行火力发电及核电效率还是高很多的,尤其是投资成本将大幅下降。对照大涵道比节能优势的涡扇发动机本发明专利更具有此方面优势,涡轮发动机虽然压缩比远远大于涡扇发动机,但涡扇发动机涵道比大于涡轮发动机,因此其能耗量远远小于涡轮发动机,因为大涵道比其涡轮涡扇受力面积会更多,当然会更节能,而本发明专利涵道比更大,其涡扇直径可以是一百米以上,而航空涡扇发动机两米多的直径就很了不起了,当然这里的温度远远低于涡轮发动机,而涡扇发动机燃烧温度会在1200℃以上,尽管压缩比要小得多,其最大亮点是本发明专利能够把乏汽潜热循环利用起来。相比太阳能热气流烟囱发电技术依靠增加烟囱高度来增大压缩比成本要低得多,效果也要显著得多,烟囱越高不只是成本很高,其热气流阻力也越大,而本发明专利采用在热气流出口处冷凝水汽方法来降低背压增加压缩比方式要经济得多,效果也要显著得多。

总之,现行的各种利用热力膨胀发电方式都是采用单一工质膨胀做功发电的。

而本发明专利却是采用混合工质热力膨胀做功,并推动涡轮涡扇旋转来发电的,其中有不凝性气体显热做功,还有可凝性水汽膨胀做功,形成半开式循环,其运行安全性大大提高。本发明专利虽然采用了涡轮涡扇作为热气及水蒸气的受力面,但它不同于现行燃气轮发动机卧式布局,现行的燃气轮发动机转动轴是水平方向,而本发明专利连接涡轮涡扇的轴是垂直于地面的,其排气方向与同太阳能热气烟囱发电技术一样是向着天空的,这有利于发挥热气升力作用。更显著的区别是其做功的工质采用了混合工质,该混合工质包括有:燃烧后的烟气、热空气、水蒸气,尤其是水蒸气工质它是循环工质,该循环工质不同于现行的火力发电和核电中的水蒸气循环是采用全封闭式循环,而本发明专利却采用了开式循环,而本开式循环最大的优势在于其乏汽潜热基本上可以得到循环重复使用,该乏汽潜热可作为做功总热量的一部分发挥最基础的底部热能作用。现行火力发电及核电都会把乏汽潜热绝大部分弃置于周边环境里而造成热污染,并对周边生态造成一定的不好影响,当今火力发电也无法对烟气余热如此完美加以利用而不造成其它方面影响,本发明专利向天空排放掉的空气余热只比环境温度高出2℃左右,而不像现行燃气轮发动机虽然效率高达60%以上,但排出去热气温度却高达400℃以上。是因为本发明专利采用了针对乏汽潜热进行回收过程中通过热泵把水蒸气潜热和部分热气显热加以回收了,并把这些潜热和少部分显热转移至高温度处了。为什么不把排出的热气温度降到比环境温度还低些呢,这是有两个因素决定的,首先是考虑到热泵能效比尽可能最大化,只满足够回收98%以上水汽能就够了,若还想吸收更多热气的显热将会付出更多的电耗,显然是得不偿失的事情;第二个考虑是针对空气压力平衡的问题,因为本发电装置是对大气敞开的,其终极背压是以大气压为参照,所以尽量考虑排出气体的温度接近大气环境温度为最佳,也是有利于压缩比最大化问题,虽然出口温度对比涡扇涡轮处热气温差越大越好,也将造成最大化压缩比,但考虑环境空气倒灌势必会做许多无用功,也无法增大压缩比,所以出口气压参照很重要。说它是竖起来的燃气轮发电机也是不妥的,因为燃气轮发动机涡扇涡轮处温度很高,但它排出的热气温度也很高,虽然这些高温热气可以综合利用,但利用率不是很高,而且会增加许多投资成本,显得有些不划算;而本发明专利就不是这样了,虽然其涡轮涡扇处温度不是很高,但其排出气体温度非常接近环境温度,究其温差而言它们相差并不是很大,而本发明专利还可以把乏汽潜热加以循环利用就很显节能优势了。

本发明专利虽然初起温度没有燃气轮发动机那么高,压缩比也要小些,但它的径向尺寸是现行燃气轮发电机无法比拟的,再加上热气膨胀升力的助力。更为显著的优势是水汽潜热循环利用起来,这循环利用的热相当整个做功的热量50%左右,按照总热量做功效率虽然只有30%左右,但按照实际不断注入系统的热能计算其效率将超过了60%了。

这就和现行的燃气轮发动机效率是差不多的,问题是现行燃气轮发动机不可以单机组大规模化发电,也不可以采用固体燃料来发电,更不可以使用垃圾来发电。

相对现行火力发电技术和现行核电技术来说都可以实现规模化发电,但火力发电也好,核电反应堆也罢,其初次投资成本会很大。

而且发电效率比本发明专利逊色许多,还要产生热污染,并且还要担心超高压锅炉爆炸问题发生,因为它的乏汽潜热是循环利用,它的乏汽凝结水也是重复使用的,高耸硕大的冷却塔不见踪影了,也不需要配置硕大的凝汽器铁疙瘩了,其初次投资成本会降低许多,其小型化也适应中小规模的养殖户对牲畜粪便处理,在处理牲畜粪便时还可以带来巨大经济利益,有效根除牲畜粪便污染周边环境问题。

以上仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明的构思下,利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

主题:蒸汽制造