一种特定建筑物热回收水汽能发电装置

技术领域

本发明涉及一种特定建筑物热回收水汽能发电装置，能够利用建筑物内由于生产、生活而产生的大量废热所加热的空气内所含有的低温位热量，通过水汽相变的途径，转换为推动风机运行的能量，进而产生电能，从而达到为建筑物降温的同时也能为生产、生活提供部分电能。

背景技术

目前，国内工业用建筑内大量使用各种机械、加热设备、冶炼装置等，在生产工作的同时，释放出大量热量。这些废热往往直接加热周围空气，使建筑内空气温度升高，从而会造成工作环境恶化、影响工作效率、降低产品质量。为了降低废热带来的影响，工程技术人员需要对之进行处理，同时也需要降低该区域内空气温度从而为操作人员提供适宜的工作环境。

从能源利用的角度来看，此部分热量虽然为低品位热源，但由于其热量来源稳定、热源数量大、产热位置固定、产热时间长等特点，该部分热源可以作为水升温蒸发的能源进行利用。在利用该部分热量的同时，需要尽可能地减少能源的消耗、提升周围环境品质。

在回收利用该工厂废热方面，目前行业内尚无统一标准及方法，往往仅简单地通过通风换气、辐射制冷、喷雾加湿等方法进行，往往仅考虑将该废热排出至建筑外，从而维持建筑工作区内温度达到标准即可，对该废热的利用几乎未见报道。特别是对此类建筑物内的低温空气余热回收蒸发水发生相变的报道没有。

现阶段已有的低温余热发电都是利用锅炉(加热炉)等排放的烟气(一般在140～180℃)、高炉渣、炼钢渣的冲渣水(温度在60～90℃)、循环冷却水(大部分在30～50℃)、油田采出水(在30～60℃)的热源。而在利用过程中主要不利因素在于低品位余热资源大部分含有腐蚀性的物质、有的低品位余热资源具有间歇性的特点，难于连续运行。同时，低品位热源直接用于常规发电，效率较低，技术还有待成熟，经济效益偏低。

液态水在自然状态下可蒸发为气态水蒸汽，在高温低湿情况下蒸发速率加快，而在工厂建筑内高温环境下液态水更易蒸发为水蒸汽从而带走热量，为此可以利用水-汽相变过程中的汽化潜热进行建筑物内的降温。同时，为了进一步利用该热量，可以将这部分水蒸发后吸收到水蒸汽内的低温位热量再次利用，通过热泵加热其他物质，取得更高温度介质(空气或水)，实现热量品位的提升。

同时，由于在该建筑内实施的工作需要消耗大量电能，目前在我国实施双碳经济、践行节能环保工作的大背景下，如何利用各类可再生能源进行电力的转化获取成为工程技术人员的新课题。风力发电是一种清洁的、无污染的发电模式，但目前只大规模地应用在大型室外山地的自然风电场所，前期的选址、设备投资与运行维护使其不适合于小型项目。而目前出现的小型垂直轴风力发电设备也仅用于小型场所，未得到大量的使用，并常常由于自然风力的不稳定、风场的转移而运行不利。为此必须对该风力发电设备提供稳定可靠的风力来源。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有工业特定建筑使用过场中产生的废热对建筑内环境带来的不利影响，同时利用水汽相变吸收、转移、提升该部分废热，同时利用该部分提升品位后的热量进行介质的加热，利用液态水变成气体过程中体积会膨胀1000倍以上，气体在加热过程中会自然上升，从而推动风力发电装置运转进行发电，达到在对建筑进行降温、除湿的同时，自发地产生电量的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种特定建筑物热回收水汽能发电装置，包括水汽能风力发电系统、热空气梯级回收利用系统、水汽能利用系统、水汽能冷量储存利用系统；

水汽能风力发电系统包括风力发电机、水管路系统、风管路系统，风力发电机包括立柱型风机F1、发电设备F2、立柱F3、立柱底座F4，其中立柱型风机F1设置在多根立柱F3所包围的区域内进行垂直旋转从而带动发电设备F2进行发电，立柱F3安装在立柱底座F4上，整个发电机安装在室外。水管路系统包括水管Z0、喷雾装置Z1、水泵Z2。水管路系统中的水管Z0设置在立柱F3内部或外部，在立柱F3上设置有喷雾装置Z1，水管Z0与喷雾装置Z1相连，可通过水管Z0将水从喷雾装置Z1喷出至立柱型风机F1下方周围。风管路系统包括引风口S1、风管S2、风机S3。引风口S1设置在特定建筑J1室内，通过风管S2将引风口S1与风机S3相连，风机S3通过风管S2与立柱底座F4相连，立柱底座F4开有送风口S4，风机S3将空气从引风口S1吸入，通过风管S2送至立柱底座F4的送风口S4排出；

热空气梯级回收利用系统包括水汽能热泵主机S5、室内换热器S6、室外换热器S7、风管S2，其中室内换热器S6放置在室内热源J0上方，直接吸收室内热空气热量，水汽能热泵主机S5的蒸发器与室内换热器S6通过管路连接，从室内换热器S6内吸收热量，水汽能热泵主机S5冷凝器与室外换热器S7相连，通过室外换热器S7将风管S2内的空气加热，被加热后的空气通过风管S2进入到立柱底座F4，经过立柱底座送风口S4排出；

水汽能利用系统包括喷雾装置Z1、水泵Z2、雨水收集装置Z3、中水处理装置Z4、太阳能加热器Z5，其中中水处理装置Z4布置在室内，通过管路Z6与太阳能加热器Z5相连；雨水收集装置Z3布置在室外，通过管路与中水处理装置Z4相连：太阳能加热器Z5布置在室外，通过管路Z6与水泵Z2相连；水泵Z2通过管路Z6与水管Z0相连；

水汽能冷量储存利用系统包括冷凝水接盘L1、中水处理装置Z4、凝水管路L2，其中冷凝水接盘L1布置在室内换热器S6下方，容纳由室内换热器S6表面滴落的冷凝水，冷凝水接盘L1通过凝水管路L2与中水处理装置Z4相连，将收集到的冷凝水集中在中水处理装置Z4内。

进一步，立柱型风机F1为多层多角度受风的风机；

进一步，喷雾装置Z1为各类型喷嘴，在与喷雾装置相连的管路上装有水泵，喷嘴安装在水管上，喷嘴的喷水方向朝下；

进一步，发电系统与冷热回收利用系统设有温湿度探头，通过温湿度探头感知外界温度、湿度；

进一步，立柱F3可为空心也可为实心，水管Z0可设置在立柱F3内部也可设置在立柱F3外部；

进一步，立柱型风机F1、发电设备F2可由多根立柱F3提供支撑，也可由自身提供支撑；

进一步，立柱F3可设置为四根、六根等多根立柱，布置在立柱型风机周围。

本发明将水汽能发电系统、热空气梯级回收利用系统、水汽能冷量储存利用系统结合在一起，在回收了建筑内热量的同时，通过水-汽相变为途径，利用热空气或热湿空气体积膨胀上升驱动风力发电设备进行发电，从而同时解决了建筑物热环境问题、所需电量问题、能源循环利用问题。

本发明安装方便，结构紧凑，集成率高，适用范围广，可广泛使用在各种需要制冷、供热、耗电的场所；热能利用率高，光热转换强，综合经济指标较高，可根据建筑物内工作情况的不同及外界气候情况的不同自动切换获取水汽换热来源从而达到发电效率的最大化。

附图说明

图1是本发明一种特定建筑物热回收水汽能发电装置系统示意图。

图2为本发明一种特定建筑物热回收水汽能发电装置的立柱示意图。

图3为本发明一种特定建筑物热回收水汽能发电装置的水汽能风力发电系统示意图。

如图所示：F1、立柱型风机；F2、发电设备；F3、立柱；F4、立柱底座；Z0、水管；Z1、喷雾装置；Z2、水泵；S1、引风口；S2、风管；S3、风机；S4、送风口；S5、水汽能热泵主机；S6、室内换热器；S7、室外换热器；J0、室内热源；J1、特定建筑；Z1、喷雾装置；Z2、水泵；Z3、雨水收集装置；Z4、中水处理装置；Z5、太阳能加热器；Z6、管路；L1、冷凝水接盘；L2、凝水管路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

一种特定建筑物热回收水汽能发电装置具体实施方式为：

1.立柱型风机被上升空气流或水平空气流推动进行垂直旋转从而带动发电设备进行工作发电，这是本发明中电能产生的主要途径；

2.立柱型风机与发电设备都布置在多根立柱所构成的区域内，风机和发电设备可以由立柱进行支撑也可以自身进行支撑；

3.在立柱内部或外部布置有水管，水管上布置有喷雾装置，可将水通过水管传送至喷雾装置，由喷雾装置喷射出来；

4.在立柱的底部设置有底座，底座内部布置有风管，底座外部布置有送风口，风管与送风口相连，可将从风管送入的空气经送风口排出至立柱周围、立柱型风机的底部，此时该送风可与喷雾装置中喷射出的水进行接触，从而使水蒸发，从而促进水蒸汽的生成，形成体积的膨胀，进一步推动立柱型风机运动，在此过程中，风机不仅受到周围空气流动所产生的推动里，而且还受到由于液态水受热蒸发而产生的体积膨胀推动里，从而运行速度加快、发电效率提升。同时在没有或少风的环境下，仍然可以正常运行，从而减轻了自然环境因素对发电效率的影响；

5.在室内发热源的上方布置有室内换热器，室内换热器内流动低温介质，在与室内发热源上方的热空气进行接触的过程中，低温介质通过换热器吸收热空气的热量，温度升高，热空气温度降低，从而可以降低室内环境温度，改善室内工作条件；

6.低温介质回到水汽能热泵主机的蒸发器内，在蒸发器内将热量传递给热泵主机的制冷剂，温度降低，再次回到室内换热器中进行循环换热；

7.水汽能热泵主机蒸发器内的制冷剂吸热后通过压缩机压缩后进入到冷凝器，释放出热量后再次经过膨胀装置进入蒸发器进行循环换热；

8.水汽能热泵主机冷凝器内的制冷剂将热量释放给循环介质，循环介质进入室外换热器后将热量传递至风管内的空气，从而将空气加热；

9.在室内发热源的上方布置有引风口，引风口安装在风管上，风管上设置有风机提供空气流动的动力，发热源上方的空气被引风口吸入后进入到风管内，再次被室外换热器加热后通过风管送至立柱底座的送风口，从送风口排出；

10.在室内换热器下方装有冷凝水接盘，可以接纳由于室内热空气被冷却后产生的冷凝水，冷凝水经过管路收集到布置在室内的中水处理装置；

11.雨水收集装置布置在室外，收集室外的雨水，通过管路将收集到的雨水送至中水处理装置；

在中水处理装置中进行水质的处理，经过处理后的水通过管道流过太阳能加热器再次被加热，之后通过管路在水泵的作用下进入喷雾装置，从而被喷射出来，与从送风口排出的热空气进行接触换热。。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。