專利名稱：海水溫差發(fā)電工作介質(zhì)二次加熱和同質(zhì)冷卻的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海水溫差發(fā)電領(lǐng)域，特別是涉及到工作介質(zhì)二次加熱 的方法、冷媒介質(zhì)深海水冷的方法和工作介質(zhì)同質(zhì)冷卻的方法及實 施諸方法的裝置。(二) .背景技術(shù)現(xiàn)有海水溫差發(fā)電船和其它陸基利用海水溫差發(fā)電的設(shè)施，除具 備熱力發(fā)電模式所必需具備的氣輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的常規(guī)運轉(zhuǎn)的環(huán)節(jié)之 外，主要采用以表層高溫海水加熱液體工作介質(zhì)使其蒸發(fā)氣化為蒸汽 介質(zhì)，以深層冷海水冷卻工作后的蒸汽介質(zhì)的方法，來達(dá)到和維持氣 輪機(jī)兩端工作介質(zhì)的溫度差和壓力差，從而形成發(fā)電工作的動力源。 其工作介質(zhì)一般采用低沸點的液體物質(zhì)，如丙烷、氟利昂、液氨等。
技術(shù)背景所采用的工作介質(zhì)加熱和冷卻的方法，是以抽取表層高溫海水和500米以下的深層冷海水分別在熱交換器中對工作介質(zhì)進(jìn)行 加熱和水冷的，這種加熱和水冷方法的熱效率比較低，可供利用的溫 差較小，需要特殊材質(zhì)的熱交換器，并且需要耗費較大能量，其加熱 和冷卻所需海水占據(jù)的空間也很龐大，導(dǎo)致設(shè)備投資巨大，致使可供 輸出電量的單位成本過高，從而喪失了應(yīng)有的商業(yè)利用價值。(三) .發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)，抽取表層高溫海水和深層冷海水對工作介質(zhì)進(jìn)行 加熱和冷卻時效率低下和可供利用的溫差較小的問題，本發(fā)明提供一 套裝置，在此基礎(chǔ)上可實現(xiàn)工作介質(zhì)的二次加熱和液體冷媒介質(zhì)的深 海水冷及工作介質(zhì)的同質(zhì)冷卻的方法，能夠有效擴(kuò)大可供利用的溫差 范圍，代替抽取海水對工作介質(zhì)進(jìn)行加熱和冷卻的方法，提高冷卻效 率，降低能源耗費和設(shè)備投資，并且能夠最大限度的保持海水原有的 溫差條件。本發(fā)明的技術(shù)方案以如下方式實現(xiàn)添加與工作介質(zhì)相同的物 質(zhì)作為冷媒介質(zhì)，即所添加的冷媒介質(zhì)是與工作介質(zhì)物理性質(zhì)相同化 學(xué)成份也完全一致的同一種物質(zhì)，冷媒介質(zhì)與工作介質(zhì)的添加比例為 0.05 ~ 1 : 1 。將加壓液化的冷媒介質(zhì)進(jìn)行深海水冷并帶壓回流至工 作地，通過吸收工作后蒸汽介質(zhì)的熱量而蒸發(fā)氣化，并且直接與工作 后的蒸氣介質(zhì)混合，以此完成對工作后蒸汽介質(zhì)的冷卻?；旌虾蟮恼?氣介質(zhì)受壓力差的吸引進(jìn)入氣壓機(jī)組的氣缸中加壓至呈過熱飽和蒸 氣狀態(tài)，經(jīng)冷卻后恢復(fù)液體狀態(tài)，并按原有比例重新劃分為工作介質(zhì) 和冷媒介質(zhì)，進(jìn)入下一個工作循環(huán)。上述呈過熱飽和蒸氣狀態(tài)的混合介質(zhì)的冷卻過程，同時做為工 作介質(zhì)的二次加熱過程，二者以淡水或冷卻油為載體進(jìn)行熱交換， 以這種方式來實現(xiàn)和完成混和介質(zhì)的冷卻以及工作介質(zhì)的二次加熱 過程。實施上述方法的裝置，它包括換熱器、熱交換箱、U型管、支撐架和經(jīng)過改進(jìn)的蒸發(fā)器。換熱器由箱體和兩層換熱管組成，下層換 熱管的入口分別與兩組氣壓機(jī)組的出口相聯(lián)通，出口分別與蒸發(fā)器和u型管的入口相聯(lián)接，上層換熱管的進(jìn)氣孔與蒸發(fā)器的出氣孔相聯(lián)通，出氣孔與氣輪機(jī)的進(jìn)氣孔相聯(lián)接。熱交換箱的腔體呈扁卵圓型， 出氣孔與氣壓機(jī)的進(jìn)氣孔相聯(lián)接，進(jìn)氣孔與氣輪機(jī)的出氣孔相聯(lián)接， 腔體為混氣室，內(nèi)容氣化室，氣化室呈卵圓型腔體，入口處裝有節(jié)流裝置，起減壓擴(kuò)容作用，與u型管的出口相聯(lián)接，氣化室的出口呈喇叭口狀，開口于混氣室。熱交換箱是液體冷媒介質(zhì)蒸發(fā)氣化及與工作后的蒸氣介質(zhì)混合冷卻的裝置。u型管為液體冷媒介質(zhì)深海水冷的傳輸管路和冷卻裝置，其入口和出口分別與換熱器下層換熱管的出口 和熱交換箱的入口相聯(lián)接。管路豎直延伸至深海中(以陸地和島嶼為載體的發(fā)電站，可傾斜探入深層海水中)，底部為由一組金屬管呈180 度平行往復(fù)排列的散熱管道組成的水冷裝置，可固定于支撐架的平臺 上。支撐架為鋼結(jié)構(gòu)支架，上端固定于船體，豎直延伸至深海中，上 置平臺用于固定U型管，平臺底面以鎖鏈聯(lián)接錨體可以起到縱向穩(wěn) 定船體和防止船體橫向移動過大的作用，支撐架向下延伸至海底并以 建筑方法固定于海底，是本發(fā)明的又一實施例——海水溫差發(fā)電的一 種形式。本發(fā)明由于采用了上述方法和實施諸方法的裝置，可以大幅度增 加有效溫差，以丙垸為例，如果冷媒介質(zhì)與工作介質(zhì)的比例為1: 1 的話，通過二次加熱過程和同質(zhì)冷卻過程，工作介質(zhì)的工作溫差可以達(dá)到80°c甚至100°c以上，并且無需特殊的換熱器，鑒于二次加熱的 可靠效果，可以將一次加熱器——蒸發(fā)器挪至船體周圍的表層髙溫海 水中，如此無需再以海水的方式對工作介質(zhì)進(jìn)行加熱和水冷，能夠大 幅度提高熱交換效率和工作效率，在裝機(jī)容量相同的情況下，可增加 電力輸出1 2倍，減少船體總噸位80 90%，降低設(shè)備投資60 ~ 95%, 如果正常工作時采用氣輪機(jī)的機(jī)械能，帶動氣壓機(jī)工作，還可減少相 應(yīng)數(shù)量的裝機(jī)容量，仍可降低設(shè)備投資2~5%，或者在裝機(jī)容量不變 的情況下，提高可供電力輸出20 ~ 40 %。(四).


圖1為海水溫差發(fā)電船和/或海水溫差發(fā)電站的工藝流程線路圖。圖中，1.為發(fā)電機(jī)、2.為氣輪機(jī)、3.為蒸發(fā)器、4.為氣壓機(jī)組、 5.為熱交換箱、6.為U型管、7.為換熱器，由于船體和支撐架在該 工藝過程中屬于非功能性裝置，故沒有收錄此圖。1、 2、 4及船體屬 于現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備；5、 6、 7及支撐架屬于本發(fā)明所專門設(shè)計的裝置。 3是經(jīng)本發(fā)明改進(jìn)后的蒸發(fā)器。由2~7組成的供介質(zhì)流通和工作的管 路和裝置均為密閉形式。圖2為本發(fā)明的熱交換箱結(jié)構(gòu)圖。圖3為本發(fā)明的U型管結(jié)構(gòu)圖。U型管的底部為散熱器，其入口端深入海水中的管路也存在散熱功能，由散熱器至出口端則必需采取隔熱措施，防止液體冷媒介質(zhì)在 回流的過程中吸收熱量而影響冷卻效果。圖4為本發(fā)明的支撐架結(jié)構(gòu)圖。 圖5為本發(fā)明的換熱器結(jié)構(gòu)圖。圖6為經(jīng)本發(fā)明改進(jìn)后的蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖。現(xiàn)有技術(shù)中的蒸發(fā)器是 由鈦板制做的板式換熱器，安裝于船倉之內(nèi)或陸地及島嶼電站的工作 現(xiàn)場，需要將高溫海水抽取到船上或陸地工作現(xiàn)場才能使用。改進(jìn)后 的蒸發(fā)器采用廉價材料制做，如鋼板和鋼管。位于船體周圍的表層海 水中，在船體吃水線以下焊接托架，將其固定于托架之上。 (五).具體實施方式
1. 一種冷媒介質(zhì)深海水冷的方法，實施的目的為替代現(xiàn)有技術(shù) 中，抽取深層冷海水的方法，其步驟為(1)采用與工作介質(zhì)相同的 物質(zhì)做為冷媒介質(zhì)；(2)將冷媒介質(zhì)加壓液化；(3)將液體冷媒介質(zhì) 注入圖3所示的U型管中，傳輸至深層冷海水中的散熱器里進(jìn)行水 冷，并由液體壓力推升回流至圖2所示的熱交換箱的氣化室的入口 處。2. —種工作介質(zhì)同質(zhì)冷卻的方法，實施的目的為替代現(xiàn)有技術(shù) 中，以冷海水對工作后蒸氣介質(zhì)水冷的方法，其步驟為(1)由方法 1回流至氣化室入口處的液體冷媒介質(zhì)經(jīng)圖2所示的節(jié)流裝置進(jìn)入氣 化室擴(kuò)容減壓，并于氣化室內(nèi)壁吸收混氣室內(nèi)的熱量而蒸發(fā)氣化為蒸 氣冷媒介質(zhì)；(2)蒸氣冷媒介質(zhì)經(jīng)氣化室出口進(jìn)入混氣室與工作后的蒸氣介質(zhì)直接混合吸收工作后蒸氣介質(zhì)的熱量；(3)完成同質(zhì)冷卻后 的混合蒸氣介質(zhì)受管道的管徑和閥門的控制，按原有比例重新劃分為 冷媒介質(zhì)和工作介質(zhì)，受壓力差的吸引，分別進(jìn)入兩組氣壓機(jī)組的氣 缸內(nèi)，由氣壓機(jī)將冷媒介質(zhì)和工作介質(zhì)加壓至過熱飽和蒸氣狀態(tài)。3. —種工作介質(zhì)二次加熱的方法，實施的目的為有效利用混合 蒸氣介質(zhì)加壓時所產(chǎn)生的熱量，其步驟為(1)將方法2的步驟(3) 的過熱飽和蒸氣介質(zhì)分別輸入圖5所示的換熱器下層的換熱管中進(jìn) 行液化冷卻；(2)與此同時將通過蒸發(fā)器完成蒸發(fā)氣化的工作介質(zhì)蒸 氣輸送至換熱器上層的換熱管中，通過換熱器里的淡水載體吸收過熱 飽和的冷媒介質(zhì)和工作介質(zhì)所散發(fā)的熱量進(jìn)行二次加熱；(3)完成二 次加熱的工作介質(zhì)蒸氣進(jìn)入氣輪機(jī)工作，完成液化的液體工作介質(zhì)和 液體冷媒介質(zhì)分別進(jìn)入蒸發(fā)器和U型管中，各自進(jìn)入下一個工作循 環(huán)。經(jīng)換熱器冷卻的過熱飽和蒸氣介質(zhì)可能存在液化不完全的問題， 可將其送入海水中進(jìn)行二次冷卻，以達(dá)到完全液化的目的。如果加壓 液化過程需要雙級壓縮或多級壓縮則二次加熱也隨之調(diào)整。參見圖2 圖6，實施方法l、方法2、方法3的裝置，包括熱交 換箱、U型管、換熱器和經(jīng)本發(fā)明改進(jìn)的蒸發(fā)器。熱交換箱，見圖2， 腔體呈扁卵圓型，其進(jìn)出氣孔分別與氣輪機(jī)、氣壓機(jī)組相聯(lián)通，圖2 的1為氣化室入口處的節(jié)流裝置、2為氣化室、3為混氣室，氣化窒 的入口與U型管相聯(lián)接，出口呈喇叭口狀，開口于混氣室，是完成液體冷媒介質(zhì)蒸發(fā)氣化及與工作后蒸氣介質(zhì)進(jìn)行同質(zhì)冷卻的載體。u型管，見圖3，為液體冷媒介質(zhì)深海水冷的裝置和傳輸管路，因其基 本對稱并帶回路且近似于U型，故稱之為U型管，其入口和出口分 別與換熱器和熱交換箱相聯(lián)接。支撐架，見圖4，對于海水溫差發(fā)電 船，屬于非功能性裝置，且制作和安裝難度很大，海水溫差發(fā)電船應(yīng) 盡量避免采用該裝置。換熱器，見圖5,為工作介質(zhì)和冷媒介質(zhì)的冷 凝裝置，也是工作介質(zhì)蒸氣的二次加熱裝置，換熱器由箱體和兩層管 路構(gòu)成，貫通下層的管路為過熱飽和蒸氣的散熱裝置，貫通上層的管 路為工作介質(zhì)蒸氣二次加熱的受熱裝置，箱體內(nèi)盛裝淡水或冷卻油， 做為冷卻和加熱的載體。經(jīng)本發(fā)明改進(jìn)的蒸發(fā)器，見圖6，由鋼板焊 接制成，中間呈空心腔體，供液體工作介質(zhì)于內(nèi)壁吸收高溫海水的熱 量擴(kuò)容蒸發(fā)氣化為蒸氣介質(zhì)，進(jìn)口位于下方，出氣孔位于最上端，固 定于船體吃水線下方的托架之上，還可起到穩(wěn)定船體的作用。本發(fā)明的諸方法不僅適用于海水溫差發(fā)電船，還適用于以陸地、 島嶼和海底平臺為載體的海水溫差發(fā)電和利用其它較小溫差發(fā)電的 發(fā)電站。
權(quán)利要求
1.一種海水溫差發(fā)電液體冷媒介質(zhì)深海水冷的方法，其特征在于添加與工作介質(zhì)相同的物質(zhì)作為冷媒介質(zhì)，將其經(jīng)U型管傳輸至深層冷海水中的散熱器里進(jìn)行水冷，并由液體壓力推升回流至熱交換箱的氣化室的入口處。
2. —種海水溫差發(fā)電工作介質(zhì)同質(zhì)冷卻的方法，其特征在于 按照權(quán)利要求1所述回流至氣化室入口處的液體冷媒介質(zhì)，經(jīng)節(jié)流裝 置進(jìn)入氣化室擴(kuò)容減壓，于氣化室內(nèi)壁吸收混氣室內(nèi)的熱量而蒸發(fā)氣 化為蒸氣冷媒介質(zhì)，經(jīng)氣化室出口進(jìn)入混氣室與工作后蒸氣介質(zhì)直接 混合而完成同質(zhì)冷卻，完成同質(zhì)冷卻后的混合蒸氣介質(zhì)受管道的管徑 和閥門控制，按原有比例重新劃分為冷媒介質(zhì)和工作介質(zhì)，受壓力差 的吸引，分別進(jìn)入兩組氣壓機(jī)組的氣缸內(nèi)，由氣壓機(jī)將冷媒介質(zhì)和工 作介質(zhì)加壓至過熱飽和蒸氣狀態(tài)。
3. —種工作介質(zhì)二次加熱的方法，其特征在于按照權(quán)利要求2 所述的過熱飽和蒸氣分別進(jìn)入換熱器下層的換熱管中進(jìn)行液化冷卻， 同時將通過蒸發(fā)器完成蒸發(fā)氣化的工作介質(zhì)蒸氣也輸送至換熱器上 層的換熱管中，三者以淡水或冷卻油為載體進(jìn)行熱交換，完成二次加 熱的工作介質(zhì)蒸氣進(jìn)入氣輪機(jī)工作，完成液化的液體工作介質(zhì)和液體 冷媒介質(zhì)分別進(jìn)入蒸發(fā)器和U型管中，各自進(jìn)入下一個工作循環(huán)。
4. 按照權(quán)利要求1所述的冷媒介質(zhì)的特征在于所添加的冷媒 介質(zhì)是與工作介質(zhì)物理性質(zhì)相同化學(xué)成分也完全一致的同一種物質(zhì)，冷媒介質(zhì)與工作介質(zhì)的添加比例為0.05-1: 1。
5. 按照權(quán)利要求3所述的過熱飽和蒸氣的冷卻液化，如果換熱 器內(nèi)的冷卻過程不能使其完全液化，則需將其引入海水中進(jìn)行二次冷 卻，直至完全液化。
6. 按照權(quán)利要求1、權(quán)利要求2和權(quán)利要求3所述的海水溫差發(fā) 電的液體冷媒介質(zhì)深海水冷的方法和工作介質(zhì)同質(zhì)冷卻的方法及工 作介質(zhì)二次加熱的方法，所需裝置包括U型管、熱交換箱、換熱器 和經(jīng)本發(fā)明改進(jìn)后的蒸發(fā)器，其特征在于(l)U型管為兩邊基本對 稱并帶回路的管型結(jié)構(gòu)，底部是由一組細(xì)徑金屬管呈180度平行往復(fù) 排列的散熱管道組成的水冷裝置，豎立于船體與深海之間(以陸地或 島嶼為載體的海水溫差發(fā)電站，可傾斜放置)，將液體冷媒介質(zhì)吸—收 的工作后蒸氣介質(zhì)的熱量排放于深層冷海水中；(2)熱交換箱的腔體 呈扁卵圓型，進(jìn)出氣孔分別與氣輪機(jī)和氣壓機(jī)相聯(lián)接，腔體為混氣室， 內(nèi)容氣化室，氣化室呈卵圓型，入口處裝有節(jié)流裝置，與U型管相 聯(lián)接，出口呈喇叭口狀，開口于混氣室，是液體冷媒介質(zhì)氣化蒸發(fā)及 與工作后蒸氣介質(zhì)混合冷卻的裝置；(3)換熱器由箱體和兩層換熱管 組成，貫穿箱體下層的兩根換熱管為過熱飽和蒸氣的冷卻裝置，上層 換熱管為工作介質(zhì)蒸氣的二次加熱裝置；(4)經(jīng)本發(fā)明改進(jìn)的蒸發(fā)器 由金屬板焊制而成，在船體外側(cè)吃水線以下焊接托架，將其固定與托 架之上，當(dāng)液體工作介質(zhì)在其腔體內(nèi)蒸發(fā)氣化時，由腔體內(nèi)壁直接吸 收高溫海水的熱量。7.按照權(quán)利要求6所述的換熱器和蒸發(fā)器及U型管，其特征在 于由于權(quán)利要求l、權(quán)利要求2、權(quán)利要求3所述的海水溫差發(fā)電 的液體冷媒介質(zhì)深海水冷方法、工作介質(zhì)同質(zhì)冷卻和二次加熱的方法 均穩(wěn)妥可靠，故換熱器、蒸發(fā)器和U型管均可由廉價材料制做，如 采用鋼板和/或鋼管焊制，對換熱效果的影響不大。
全文摘要
本發(fā)明涉及海水溫差發(fā)電領(lǐng)域，特別是涉及到工作介質(zhì)二次加熱的方法、冷媒介質(zhì)深海水冷的方法和工作介質(zhì)同質(zhì)冷卻的方法及實施諸方法的裝置。該類方法較好地解決了海水溫差發(fā)電對工作介質(zhì)加熱和冷卻時必需大量抽取表層高溫海水和深層冷海水所造成的電能耗費和占用空間過大的問題，并能增加有效溫差，提高工作效率，降低發(fā)電成本。本發(fā)明的技術(shù)方案為添加冷媒介質(zhì)，將其在深層冷海水中水冷，回流至工作地后蒸發(fā)氣化并與工作后蒸氣介質(zhì)直接混合，降低工作后蒸氣介質(zhì)的溫度，并在介質(zhì)加壓液化時利用冷卻所得熱量為工作介質(zhì)進(jìn)行二次加熱。本發(fā)明專門為此設(shè)計了熱交換裝置，它包括換熱器、熱交換箱、U型管、支撐架和改進(jìn)后的蒸發(fā)器等。
文檔編號F03G7/00GK101251092SQ200810010960
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月9日
發(fā)明者甘玉祥 申請人:甘玉祥