專利名稱:低溫(24°-27℃)能源激發(fā)器、低溫(24°-27℃)蒸餾器的制作方法
本發(fā)明屬新能源的開(kāi)發(fā)利用和海水(廢水)淡化(凈化)技術(shù)，能廉價(jià)發(fā)電、淡化海水、凈化廢水，回收或提煉各種礦物。
美國(guó)的OTEC熱力工廠正在研究利用海水溫差發(fā)電的裝置，其原理是利用海洋表層24°-27℃的溫暖海水對(duì)沸點(diǎn)很低的液體(如氨、丙烷)加熱，使之汽化，其體積和壓強(qiáng)隨之增大，從而推動(dòng)渦輪機(jī)葉片。通過(guò)渦輪機(jī)的氣態(tài)氨(或丙烷)再在低溫海水中冷卻，凝成液體，體積變小，管內(nèi)壓強(qiáng)減小。從而不斷氣化的氨(或丙烷)則可以推動(dòng)渦輪機(jī)連續(xù)作功，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。它所用的低溫海水是從1200米的深海處抽取。但這種方法僅局限于利用海水的溫差發(fā)電，不能進(jìn)行海水蒸餾和淡化。且這種沸點(diǎn)低的液體在管道中形成復(fù)雜的回路，一旦回路漏氣，將會(huì)給環(huán)境和整個(gè)設(shè)備帶來(lái)不可設(shè)想的后果。另一方面，由于金屬管道長(zhǎng)期浸在海水內(nèi)，管子上會(huì)長(zhǎng)出許多有機(jī)體，比如粘液和藤壺類的甲殼動(dòng)物，這樣便會(huì)降低金屬管的熱交換作用。為了解決這些問(wèn)題，最近美國(guó)專家正在研究利用24°-27℃的海水取代氨這一類的低沸點(diǎn)的工作介質(zhì)。其設(shè)想是在水溫24°-27℃的海面上建造一個(gè)大圓筒，設(shè)法使圓筒內(nèi)形成真空。那么，24℃以上的海水在這筒內(nèi)可以沸騰而產(chǎn)生大量的蒸汽，利用該水蒸汽推動(dòng)渦輪機(jī)作功并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。在渦輪機(jī)的尾部再用真空泵抽真空，這樣做保證水蒸汽能不斷地推動(dòng)渦輪機(jī)作功。同時(shí)真空泵抽出的水蒸汽冷凝后可變成淡水。這一技術(shù)的缺點(diǎn)主要在于在汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電的同時(shí)，真空泵工作要消耗功率。據(jù)估計(jì)它要消耗所發(fā)電量的10%左右。
在收集海水中的各種礦物方面，蘇聯(lián)已研制一種新裝置，其主要原理是大量地抽取海水，用不同的吸附劑吸附不同的礦物，以提高被吸附礦物的濃度，從而收集之。
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種既不需要低沸點(diǎn)的工作介質(zhì)，也不需要真空泵抽真空，且能自動(dòng)地匯集和利用24℃以上的海水(廢水)發(fā)電，同時(shí)淡化海水，凈化廢水，并能收集海水(廢水)中各種礦物的裝置。這種裝置同時(shí)還能用于廢水的凈化和處理。
本發(fā)明的裝置由沸騰器(1)、汽輪機(jī)(7)、發(fā)電機(jī)(8)、熱交換器(5)、蒸餾水收發(fā)器(4)五大部分組成。沸騰器是一個(gè)下大上小的倒漏斗狀容器，底邊進(jìn)入海水，底面與海水相通，高出海水平面的部分不漏氣，且能承受一個(gè)大氣壓差，容器的高度和形狀取決于氣輪發(fā)電機(jī)組的安裝位置。沸騰器浮出海水部分不得小于10米高。沸騰器表面涂黑色以增強(qiáng)吸熱效應(yīng)。沸騰器用法蘭與汽輪機(jī)的進(jìn)氣口相連。在沸騰器與汽輪機(jī)的連接處還有一個(gè)密封閥(6)。沸騰器的最底部裝有吸附和收集各種礦物的裝置。整個(gè)沸騰器的結(jié)構(gòu)可以是在數(shù)個(gè)大水箱(2)上面焊以角鋼(11)和鋼板(16)而成(這些大水箱可以使整個(gè)沸騰器既能沉下也能浮上)，當(dāng)然，也可以是混凝土預(yù)應(yīng)力構(gòu)件。熱交換器(5)是一個(gè)帶有抽取深海低溫海水的抽水設(shè)備(17)和把經(jīng)過(guò)熱交換后的海水送到與它等溫的海域的排水管(18)的密閉容器。在排水管(18)的適當(dāng)位置，裝有稀有金屬吸附和收集裝置(15)，在熱交換器內(nèi)，有許多冷卻水管(19)。熱交換器的上部與汽輪機(jī)的排氣口緊密連接，其底部還帶有一根進(jìn)入蒸餾水收發(fā)器(4)的滴水管(20)。熱交換器的外表刷白以減弱吸熱效應(yīng)。汽輪機(jī)(7)可以是原子能發(fā)電站用的半速汽輪機(jī)，它與發(fā)電機(jī)(8)同軸連接。蒸餾水收發(fā)器(4)的頂部與熱交換器尾部的滴水管緊密連接，底部帶有閥門(10)并與淡水池(3)相連。
本發(fā)明工作過(guò)程如下先讓沸騰器脫離汽輪機(jī)，在水箱(2)內(nèi)灌水使沸騰器全部沉入水面。關(guān)閉頂部的密封閥(6)，再設(shè)法把水箱內(nèi)的水抽出，使沸騰器上浮至工作位置。這時(shí)，沸騰器內(nèi)的海水平面比外部的海水平面約高10米。由于沸騰器上部空間是真空，故沸騰器內(nèi)表層24℃以上的海水立即沸騰蒸發(fā)，其蒸發(fā)速度至小是每秒每平方米25克水，可化成蒸氣25升，在沸騰器內(nèi)產(chǎn)生62-66克/(厘米)2的壓強(qiáng)。隨著壓強(qiáng)逐漸增大，蒸發(fā)速度減慢，沸騰器內(nèi)海水平面又有所下降直至平衡。然后與汽輪機(jī)連接并在汽輪機(jī)的進(jìn)氣口灌滿水和一種不溶于水，比重比水輕，無(wú)毒無(wú)味，在真空中汽化溫度高于150℃的液體(如亞麻仁油<9>)。接著開(kāi)動(dòng)熱交換器的抽水泵，把深海低溫海水抽到熱交換器內(nèi)。再打開(kāi)蒸餾水收發(fā)器底部的閥門(10)把汽輪機(jī)內(nèi)和熱交換器內(nèi)的水排盡。且蒸餾水收發(fā)器內(nèi)的亞麻仁油的油面約比淡水池內(nèi)水面高10米。這時(shí)，整個(gè)汽輪機(jī)內(nèi)熱交換器內(nèi)和蒸餾水收發(fā)器內(nèi)的空間都是真空。接下來(lái)打開(kāi)沸騰器的密封閥(6)水蒸汽便由于沸騰器內(nèi)的壓強(qiáng)大于交換器內(nèi)的壓強(qiáng)而沖入汽輪機(jī)，推動(dòng)汽輪機(jī)葉片作功。緊接著，這部分蒸汽在熱交換器內(nèi)遇冷，凝結(jié)成水，體積減小。使熱交換器的壓強(qiáng)低于沸騰器內(nèi)的壓強(qiáng)。冷凝后的淡水直接進(jìn)入蒸餾水收發(fā)器。收發(fā)器內(nèi)灌一層亞麻仁油的目的是不讓蒸餾水氣化。這樣，蒸餾水上部保持著一個(gè)恒定的真空。這樣一個(gè)過(guò)程，就同時(shí)實(shí)現(xiàn)了利用24℃以上的海水(廢水)發(fā)電和制取淡水的兩個(gè)目的。在沸騰器內(nèi)，由于表層海水(廢水)不斷蒸發(fā)，其比重增大，往下沉，在通過(guò)底部的各種礦物吸附裝置時(shí)，所含的各種礦物被吸附和收集。同樣，設(shè)置在熱交換器的排水管內(nèi)的吸附和收集裝置，也可以大量地吸附各種礦物。在沸騰器表層海水(廢水)下沉的同時(shí)，附近表層的溫暖海水(廢水)在大氣壓的作用下，不斷進(jìn)入沸騰器，維持沸騰器的水位和不斷補(bǔ)充熱能，使整個(gè)過(guò)程持續(xù)進(jìn)行。
本發(fā)明利用海洋中表層24℃以上和深海低溫海水的溫差發(fā)電，不需要低沸點(diǎn)的工作介質(zhì)(如氨、丙烷)，從而沒(méi)有龐大的金屬管路，工作可靠性大大提高。由于汽輪機(jī)的尾部不采用抽真空的辦法，故節(jié)省了抽真空這部分電能消耗。從而提高了發(fā)電效率，降低了成本。同時(shí)還可以源源不斷制造淡水，大量地收集海水中各種礦物。本發(fā)明的裝置，還可以根據(jù)各種不同的場(chǎng)合，靈活使用。譬如，把沸騰器與熱交換器直接相連接，就變成了低溫(24℃以上)的海水(廢水)淡化(凈化)的蒸餾器，用它來(lái)淡化海水或是凈化廢水，要比按常規(guī)的辦法便宜十五分之十四。這樣一個(gè)蒸餾器，若熱交換器再由其它制冷設(shè)備代替的話，還可以方便地帶在船舶上，為之提供淡水。
本發(fā)明的原理示意圖(1)沸騰器;(2)水箱;(3)淡水池;(4)蒸餾水收發(fā)器;(5)熱交換器;(6)密封閥;(7)汽輪機(jī);(8)發(fā)電機(jī);(9)亞麻仁油;(10)閥門;(11)角鐵;(12)支架;(13)水龍頭;(14)法蘭;(15)稀有金屬吸附和收集裝置;(16)鋼板;(17)抽水設(shè)備;(18)排水管;(19)冷卻水管;(20)滴水管。
本發(fā)明的實(shí)施例沸騰器(1)用角鋼(11)和鍋爐鋼板(16)焊接而成。底徑114米，高度參照工作場(chǎng)地而定，頂部直徑5米。底部水箱的容積和排水量根據(jù)沸騰器的重量設(shè)計(jì)。把這個(gè)沸騰器置于24℃以上的海水(廢水)表面，按每平方米每秒蒸發(fā)25克水計(jì)算，產(chǎn)生蒸氣壓強(qiáng)66克/(厘米)2計(jì)算。選用葉片面積為19.625米2的汽輪機(jī)，那么，能產(chǎn)生的壓力是12167-12952公斤。同時(shí)又因?yàn)橐后w氣化，體積增大，每秒產(chǎn)生蒸氣250米3。而250米3的蒸氣要通過(guò)截面積為19.625米2的汽輪機(jī)，一定要產(chǎn)生約13米/秒的速度。這樣渦輪機(jī)的功率將達(dá)到1600千瓦。由此，可選擇功率和轉(zhuǎn)速匹配的發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。
熱交換器的設(shè)計(jì)是根據(jù)設(shè)法使24℃左右的水蒸氣通過(guò)熱交換器后能冷凝成8.6℃的蒸餾水。本實(shí)施例從1000米的深海抽出4℃的海水作為冷卻水。抽水的流量約有1000公斤/秒，由此可以根據(jù)海水表面到熱交換器的實(shí)際楊程選用抽水設(shè)備(17)。熱交換器的大小應(yīng)與汽輪機(jī)配套，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)以能夠使水蒸汽迅速冷凝，保證熱交換器內(nèi)的壓強(qiáng)小于十五分之一個(gè)大氣壓強(qiáng)為原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。里面的冷卻水管(19)最好做成帶散熱片的，以增大熱交換面積。
在沸騰器的底部和熱交換器的排水管的適當(dāng)位置，分別選用形狀相匹配的各種礦物吸附和收集裝置。熱交換器的排水管的長(zhǎng)度取決于能把經(jīng)熱交換后8.6℃的海水排到等溫層。這樣以防止海水內(nèi)部的對(duì)流。熱交換器底部的蒸餾水滴水管的長(zhǎng)度和形狀主要取決于它與蒸餾水收發(fā)器的相對(duì)位置，這根滴水管應(yīng)插到蒸餾水收發(fā)器的蒸餾水里面。蒸餾水收發(fā)器內(nèi)注入亞麻仁油，以防止蒸餾水氣化，保證上部空間為恒定的真空。這樣也使熱交換器內(nèi)的真空度得到保證，蒸餾水收發(fā)器最好是混凝土構(gòu)件。水池(3)是一般的蓄水池，打開(kāi)水池的水龍頭(13)可以把蒸餾水送到用戶。本實(shí)施例可以獲得1600千瓦的電力，每秒鐘250公斤的淡水和收集到海水(廢水)中的各種礦物。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明屬能源開(kāi)發(fā)利用和海水(廢水)淡化(凈化)技術(shù)及其熱能轉(zhuǎn)換裝置和低溫蒸餾器。利用水在低壓下其沸點(diǎn)變低的現(xiàn)象及托里拆利真空原理，使24℃以上的海水(廢水)在低壓沸騰器內(nèi)蒸發(fā)，水蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。其特征是有一個(gè)沸騰器，一個(gè)利用海洋深層低溫海水使水蒸汽冷凝的熱交換器(或其它制冷設(shè)備)和一個(gè)恒定真空的蒸餾水收發(fā)器，沸騰器和熱交換器分別與汽輪機(jī)的進(jìn)氣口和出氣口相連接，熱交換器和蒸餾水收發(fā)器連接，且采用沸騰器部分與汽輪機(jī)、熱交換器蒸餾水收發(fā)器部分分別排除空氣使24℃以上的海水(廢水)自動(dòng)進(jìn)入沸騰器的方法。
2.權(quán)利要求
1所述裝置，其中沸騰器是一個(gè)底部浸在海水里并與海水相通能夠承受一個(gè)大氣壓差的容器，其特征是具有一個(gè)下大上小的倒漏斗狀的外形，且整個(gè)沸騰器是建立在一個(gè)或數(shù)個(gè)水箱之上，在水箱下面設(shè)置一個(gè)能夠吸附和收集海水中各種礦物的裝置，在沸騰器與汽輪機(jī)的連接處有一個(gè)密封閥。
3.權(quán)利要求
2所述的沸騰器，其特征是用角鋼和鋼板焊接在水箱上的構(gòu)件，也可以是混凝土預(yù)應(yīng)力構(gòu)件。
4.權(quán)利要求
1所述的裝置，其中熱交換器有一套抽取深海低溫海水作為冷卻水的設(shè)備，其特征是還有一根內(nèi)部裝有各種礦物吸附和收集裝置的排水管，在熱交換器的底部還有一根直接進(jìn)入蒸餾水收發(fā)器的滴水管。
5.權(quán)利要求
1所述的裝置，其中蒸餾水收發(fā)器是一個(gè)能承受一個(gè)大氣壓差的容器，其特征是里面灌有一層不溶于水、比重比水輕、無(wú)毒無(wú)味、在真空中的汽化溫度大于150℃的液體，蒸餾水收發(fā)器的底部置于淡水池內(nèi)。
6.權(quán)利要求
5所述的液體，可以是亞麻仁油。
7.權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征是沸騰器內(nèi)空氣是先把整個(gè)沸騰器沉入海面(在水箱內(nèi)灌水)，然后封閉密封閥再使之上浮(抽出水箱內(nèi)的水)而排除掉，熱交換器和蒸餾水收發(fā)器內(nèi)的空氣是用在汽輪機(jī)的入口處灌引水的辦法排除的。
專利摘要
低溫(24°-27℃)能源激發(fā)器、低溫(24°-27℃)蒸餾器。本發(fā)明屬能源開(kāi)發(fā)利用和海水(廢水)淡化(凈化)技術(shù)。它能使24℃以上的海水(廢水)自動(dòng)進(jìn)入低壓沸騰器內(nèi)蒸發(fā)，產(chǎn)生水蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)組發(fā)電。水蒸汽在熱交換器內(nèi)遇冷凝成蒸餾水。并能收集海水(廢水)中的各種礦物。本裝置既可以是一個(gè)大型的海水(廢水)綜合利用工廠，也可以方便地帶在船舶上為之提供淡水，還可專用于凈化廢水，回收或提煉各種礦物。
文檔編號(hào)F22B3/04GK85106310SQ85106310
公開(kāi)日1986年9月3日 申請(qǐng)日期1985年8月15日
發(fā)明者劉幸生 申請(qǐng)人:劉幸生導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan