[发明专利]一种重力场介导的做功装置及方法

说明书

本发明公开了一种重力场介导的做功装置，与外部冷源和外部热源相连接，包括设置在高位的高位冷凝器(2)、高位工质泵(3)、高位加热器(4)和设置在低位的低位液体涡轮(1)；高位冷凝器(2)的冷凝管道出口通过管道连接高位工质泵(3)的进口，高位工质泵(3)的出口通过管道连接高位加热器(4)的加热管道进口，高位加热器(4)的加热管道出口通过管道连接低位液体涡轮(1)的进口，低位液体涡轮(1)的出口通过管道连接高位冷凝器(2)的冷凝管道进口，形成闭环系统。本发明还同时提供了利用做功装置进行的重力场做功的方法。本发明中的高位加热器放置在高位位置可以实现重力场介导的三角动力循环。

技术领域

本发明涉及能源动力技术领域，具体是一种重力场介导的做功装置及方法。

背景技术

自然界蕴含丰富的海洋能和地热能，它们所具有的共同特点是存在温度梯度，使得在大高差下，高低位置两端所形成的温度差可以驱动低品位热源做功系统获取高品质能量，如电能。常见的低品位热源做功系统包括有机工质朗肯循环、卡琳娜循环和三角循环，其中三角循环因为热源利用程度高、无温度夹点、不可逆传热温差小等优点，从而可以在相同热源输入流量条件下获取更大的做功量而受到推崇。但是，三角循环膨胀做功时工质工作于湿工况区，因此必须使用两相膨胀机，而两相膨胀机因湿工况所造成的气蚀问题在当前并未得到妥善解决，从而成为制约三角循环发展的技术瓶颈。

专利号为ZL201711419509.X的专利提出了一种重力场做功热管装置，该装置利用重力场介导的势能-压力能转化，将气力释能转化为液力释能，避免了对气体膨胀机或两相膨胀机的使用，而代之以液体涡轮，可用于解决三角循环中所存在的两相膨胀问题，但是该装置的热力循环过程要求加热器必须安装于底部位置，对于深海或深地的应用条件而言，将加热器安装于海平面或地平面以下百米级深处存在较大现实困难，同样该装置也不适合于热源位于上部的情况。

为此，有必要对现有重力场做功系统装置及运行方法进行改进，使得加热器安装于高位也能实现重力场介导的三角动力循环过程。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种重力场介导的做功装置及方法，用以实现重力场介导的三角动力循环过程。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种重力场介导的做功装置，包括：设置在高位的高位冷凝器、高位工质泵、高位加热器和设置在低位的低位液体涡轮；

高位冷凝器的冷凝管道出口通过管道连接高位工质泵的进口，高位工质泵的出口通过管道连接高位加热器的加热管道进口，高位加热器的加热管道出口通过管道连接低位液体涡轮的进口，低位液体涡轮的出口通过管道连接高位冷凝器的冷凝管道进口，形成闭环系统。

作为本发明的一种重力场介导的做功装置的改进：

所述高位冷凝器与外部冷源相连接，高位加热器与外部热源连接，外部热源温度比外部冷源温度高10℃以上；

所述高位与低位之间的差距根据外部冷源和外部热源的温差来确定。

作为本发明的一种重力场介导的做功装置的进一步改进：

所述闭环系统中流动的工质为R22、R134A制冷工质。

本发明还提供了一种重力场做功的方法，包括：

1)、高位加热器的加热管道出口流出的高温中压液体向低位液体涡轮的进口绝热流动，随着重力场中高度的减小，压强逐渐增加，在到达低位液体涡轮的进口时，成为高温高压液体；

2)、在低位液体涡轮中，高温高压液体经过液体透平后对外做功，压力减小到中压，成为高温中压液体；

3)、高温中压液体从低位液体涡轮出口流出，向高位冷凝器的冷凝管道进口绝热流动，随着重力场中高度的增加，压强逐渐减小，工质干度从零逐渐增加，温度降低，到达高位冷凝器的冷凝管道进口时，成为具有一定干度的低温低压气液混合工质；