℃热源发电技术研究

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1、0°C热源发电技术研究姚谦I贾东切2（1.中国人民解放军驻210所军事代表室，西安710065；2.中国航天科技集团公司第四研究院第四十一所,西安710025）Emai1:Jiadongming@126・com主题词：分布式能源低温发电氨水摘要：本发明（CN201410057017.0）解决了低于80°C热源进行热发电的技术难题，其方法是在蒸发室和冷凝室Z间设置3个通道，通道A流动的是气体工质如氨气，通道B流动的是高浓度溶液如高浓度氨水，通道C流动的是低浓度溶液如低浓度氨水，高浓度氨水从冷凝宗流

2、入蒸发宗后受热分解成为氨气和低浓度氨水，氨气从通道A进入冷凝宗，低浓度氨水从通道C进入冷凝室，两者在冷凝室发生化学反应生成高浓度氨水，从而完成循环，循环屮的动力输出在通道A屮通过设置透平机械来实现，理论分析表明，即使热源温度低于80°C,只要比常温高数。C,就可以导致大量气体工质的产牛.，从而实现了低温热源发电。1主流热发电技术不能采用低温热源的原因目前主流热发电技术都采用具有较高温度的热源加热工质使其蒸发的方法，实践证明，当采用常温流体（水或者空气）作为冷源进行致冷的情形，热源的温度不能太低，

3、目前耍求不小于120°C,但是自然界中存在大部分的热源其温度达不到这项要求，特别是用分布式太阳能热水器发电，热源温度只能达到80°C左右，甚至在阴雨天只能达到50°C,这些低温热源在目前的科技水平下无法用于发电。为了解决上述低温热源无法发电的问题，作者仔细研究了导致无法发电的主要原因，认为常用的热发电技术可以简化为如图1所示的简化图。图1常用热发电技术简化图从图1中可以看到，热发电技术需要一个蒸发室和一个冷凝室，两者Z间有两个通道相连，其屮通道A上有透平机械，可以对外做功，通道B上有泵，用于将冷

4、凝室中的工质泵入蒸发室。在稳定工作的状态，通过通道A的工质质量和通过通道B的工质质量总是相等，即mA=mB=m,通道B屮泵消耗的功率Pr(B)为Pr(B)=(&发室-片令凝室)%KHbPb)(1)在通道A中透平机械获得的功率Pr(A)为Pr(A)=〃A(P蒸发室■片令凝室)^.41Pa(2)其中05“<1为机械效率，役发室、E桃室分别是蒸发室和冷凝室的压强，几、d分别是工质在通道A和通道B处的密度。系统总的功率为Pr=Pr(/l)-Pr(B)=(^偸凝室)加(丛Pa^IbPb从公式(3)中可以看

5、到，要想获得较大的功率，蒸发室与冷凝室之间的压强差越大越好，质量流率越大越好，通道A的工质密度越小越好，通道B的工质密度越大越好。为满足“通道A的工质密度越小越好，通道B的工质密度越大越好”的耍求，工质在通道B中应该是液体，而在通道A中应该是气体，才能获得最高的系统功率，但是在蒸发室中高压环境使得工质沸点升高，热源温度必须超过沸点才能工质由液体转化为气体，这就使得热源温度必须要超过被抬高了的沸点，由于冷凝室中要求低压沸点不得低于常温，因此高压沸点将远远超过常温，这是导致热源温度不能太低的主要原因

6、。2解决低温热源发电的基本思路显然，要克服低温热源发电的难题，必须研究温度低于沸点也能产生大量气体的方法，受到物理规则的限制，将不能考虑单一工质蒸发现象。注意到气体其实可以溶解到液体溶剂中，许多气体的饱和溶解度与温度有密切关系，当温度升高时，溶解度会下降，即使没有达到沸点，也会有大量气体产生，可以利用这个原理实现低温热源的发电。基于上述思路，作者提出了采用3通道的模型来描述新的发电方法，其模型如图2所示,图23通道热发电技术简化图在3个通道模型中，蒸发室和冷凝室中都是市工质和溶液组成，其中工质是

7、气态的，溶液是液态的，通道A处流动的是工质气体，通道B处流动的是溶液，通道C处流动的是溶剂。该模型由两个循环组成，第一个循环是：通道A的气体工质f冷凝室（在此工质发生化学反应，溶解于溶剂转化为溶液）一通道B的液体（溶液）一蒸发室（在此溶液发生化学反应，产生气体工质）一通道A的气体工质，第二个循环是：通道C的液体（溶剂）一冷凝室（在此工质发生化学反应，溶解于溶剂转化为溶液）一通道B的液体（溶液）一蒸发室（在此溶质发生化学反应剩下的是溶剂）一通道C的液休（溶剂）。该方法能够成功的关键在于气体工质不能

8、以气体的方式存在于溶液中，否则该循环并没有达到改变工质密度的意义，因此气体工质必须与溶剂发生化学反应，不是以气体的方式存在于溶剂屮，而是一种化合物的形式以液体的形式存在于溶剂中。在自然界中，满足上述要求的气体工质和溶剂都是存在的，最方便的组合是：气体工质是氨气(NH3),溶剂是水(H20),而溶质是水合氨(NH3.H2O),溶液是水合氨的水溶液—氨水。3一种低温发电系统的设计方案本文介绍一种利用低温热源的动力循环系统，其结构原理图如图3所示，包括蒸发室和冷凝室，蒸发室和冷凝室之间有3个通道相连,