專利名稱:直接接觸熱交換法的溫差發(fā)電的制作方法
本發(fā)明涉及一種熱交換法的溫差發(fā)電技術(shù)，特別是采用低沸點工質(zhì)與水(包括海水、鹽水及所選定的水溶液，以下同)直接接觸進行熱交換的方法。適用于海洋溫差發(fā)電、鹽湖溫差發(fā)電及余熱溫差發(fā)電中。
現(xiàn)有的溫差發(fā)電站內(nèi)蒸發(fā)器和冷凝器中熱量交換的方法，都是用熱交換器設(shè)備將低沸點工質(zhì)與水隔開進行熱量交換。但由于使用熱交換器設(shè)備，增加了投資，同時影響著傳熱效果，因此，目前都在研究如何提高該設(shè)備的傳熱系數(shù)。特別是海洋溫差發(fā)電站中，由于溫差范圍小，處理海水量大，都使用著龐大、復(fù)雜、昂貴的熱交換器設(shè)備，如美國洛克希德公司設(shè)計的16萬千瓦發(fā)電站內(nèi)有8個多管園筒式裝置的熱交換器設(shè)備，每個園筒直徑22.2米，由12萬根長16米外徑51毫米的鈦管組成。根據(jù)西安交通大學(xué)陳聽寬等合編的《新能源發(fā)電》書中P234至235頁上指出“熱交換器(蒸發(fā)器和冷凝器)是海洋溫差發(fā)電站的關(guān)鍵設(shè)備，其費用約占整個電站費用的50%。因此，要求試制傳熱系數(shù)大的熱交換器，只有增大傳熱系數(shù)，才能減少傳熱面積，使裝置小型化，這不但在經(jīng)濟上有利，而且可以減少壓力損失，減少廠用電，也即達到增加送電端輸出功率的目的。要達到海洋溫差發(fā)電的實用化，成功的關(guān)鍵在于制作傳熱系數(shù)大的熱交換器。如果熱交換器的技術(shù)取得進步的話，則可大大降低電站的成本”。
本發(fā)明的目的是要在溫差發(fā)電中省去熱交換器設(shè)備，避免由于使用該設(shè)備而帶來的上述問題。
發(fā)明是這樣實現(xiàn)的選用不溶于水且比重與水不同的低沸點工質(zhì)。由于不溶于水，低沸點工質(zhì)與水就可直接接觸進行熱交換，由于比重不同，熱交換后低沸點工質(zhì)與水能自動分成兩層(比重比水輕的低沸點工質(zhì)就浮在水面上，比重比水重的低沸點工質(zhì)就沉在水下面)，這樣可以將液化后的低沸點工質(zhì)抽出重復(fù)循環(huán)使用。
本發(fā)明的優(yōu)點是由于省去熱交換器設(shè)備，海水與低沸點工質(zhì)直接接觸，能提高傳熱效果和發(fā)電功率，節(jié)約投資和減少體積等?，F(xiàn)以海洋溫差發(fā)電為例說明如下(1)提高傳熱效果，這是因為直接接觸傳熱，導(dǎo)熱、對流、輻射三種形式均存在。(2)增加發(fā)電功率，這是因為不要傳熱中的溫差，提高了可利用的海水升降溫度的度數(shù)，使發(fā)電功率增加到原來的2至3倍。(3)節(jié)約建設(shè)投資，這是因為可省去約占整個電站投資50%的熱交換器設(shè)備費用，加上發(fā)電功率的增加，這樣估算每千瓦設(shè)備的投資經(jīng)費只需原來的25%。(4)增加可用海域的面積，這是因為原來要求海面與海底海水溫差為20℃才有可利用的價值，現(xiàn)只需15℃即可。(5)可避免海生物對熱交換器設(shè)備吸附問題。(6)為海洋溫差發(fā)電實用化大量利用海洋熱能創(chuàng)造了有利條件。
本發(fā)明實現(xiàn)的具體方式以海洋溫差發(fā)電為例描述如下，由于采用與現(xiàn)有的海洋溫差發(fā)電不同的熱交換方法，所以要使方法得以實現(xiàn)首先要確定如下幾點(1)選用合適的工質(zhì)，即要選用不溶于海水且比重與海水不同的最好比海水輕的低沸點工質(zhì)，其沸點在-60～10℃之間，最好在-40℃～-20℃之間。同時工質(zhì)來源要充足，容易制取，價廉、安全和不污染環(huán)境等，符合上述條件的低沸點工質(zhì)。有丙二烯等一些工質(zhì)可以選取。
(2)確定蒸發(fā)容器與冷凝容器的深度，由于海水要進入蒸發(fā)容器或冷凝容器與低沸點工質(zhì)直接接觸進行熱交換，但容器內(nèi)的低沸點工質(zhì)在常溫下具有一定的蒸氣壓加上容器內(nèi)液體也具有一定的液壓，因此海水的壓強必須大于容器內(nèi)壓強才能進入，在此利用海水在一定深度具有一定液壓來達到?，F(xiàn)設(shè)低沸點工質(zhì)的蒸氣壓強為P1，容器內(nèi)的海水在進口處的液壓為P2，設(shè)選定進口處海水深度為h，則要求h稍大于 (P1+P2-P0)/(d) ，P0為大氣壓強;d為海水比重。這樣進口處外部海水液壓大于容器內(nèi)壓強能自動進入容器。
根據(jù)上式分別對蒸發(fā)容器和冷凝容器進行計算，確定其深度。
(3)增加回收殘余工質(zhì)裝置，絕對不溶于水的物質(zhì)是沒有的，所謂不溶于水的物質(zhì)是相對而言，所以總有極微量的低沸點工質(zhì)溶于水，為了回收這些工質(zhì)，要在蒸發(fā)容器與冷凝容器排出海水的管路上安裝回收殘余工質(zhì)裝置(如果隨海水排出的工質(zhì)數(shù)量很少，且工質(zhì)價格便宜，核算其經(jīng)費在發(fā)電量價值1/10以下，而且工質(zhì)對環(huán)境沒有污染時，可以不用此裝置)。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、工作原理和過程作進一步詳細(xì)描述。
圖1是直接接觸熱交換法的溫差發(fā)電系統(tǒng)簡圖。
圖2是回收殘余工質(zhì)裝置簡圖。
圖3是分壓回收工質(zhì)器結(jié)構(gòu)示意圖。
參照圖1，當(dāng)海面溫海水經(jīng)過防止雜物進入的過濾網(wǎng)〔3〕通過管道〔4〕和單向閥〔22〕自動不斷的流入蒸發(fā)容器〔19〕內(nèi)與低沸點液態(tài)工質(zhì)〔12〕(液壓工質(zhì)〔12〕來自冷凝容器〔14〕，由泵〔9〕經(jīng)管道〔8〕送入)相接觸，工質(zhì)吸收溫海水〔20〕中的熱量氣化成高壓蒸氣，高壓蒸氣經(jīng)過管道〔6〕去推動渦輪發(fā)電機〔7〕發(fā)電，由渦輪機〔7〕排出的低壓蒸氣在冷凝容器〔14〕中與經(jīng)過過濾網(wǎng)〔16〕和管道〔18〕流入的海底冷海水〔13〕相接觸，冷海水〔13〕吸收工質(zhì)蒸氣中的熱量，使工質(zhì)液化成液體，液態(tài)工質(zhì)〔12〕比海水輕，隨即浮在海水〔13〕上面，由泵〔9〕將液態(tài)工質(zhì)〔12〕抽出加壓后通過管道〔8〕送回蒸發(fā)容器〔19〕內(nèi)重新循環(huán)使用。通過這種低沸點工質(zhì)〔12〕的不斷循環(huán)，即可持續(xù)地發(fā)電。由泵〔1〕將蒸發(fā)容器〔19〕內(nèi)被降溫的海水〔20〕抽出通過單向閥〔21〕、管道〔5〕和回收殘余工質(zhì)裝置〔2〕排至海中。由泵〔11〕將冷凝容器〔14〕內(nèi)被升溫的冷海水〔13〕抽出通過單向閥〔17〕、管道〔15〕和回收殘余工質(zhì)裝置〔10〕排至海中。
參照圖2，由于蒸發(fā)容器或冷凝容器中的壓強較大，而溶于海水中的氣體工質(zhì)與氣體壓力成正比，因而溶于海水中的工質(zhì)數(shù)量較常壓下要多，為了回收工質(zhì)采用減壓法，降低氣體壓強直到比常壓還要低得多的壓強為止，這樣溶解在海水中的工質(zhì)大部分能逸出被回收，在結(jié)構(gòu)上采用分壓回收，這樣比在低壓下一次回收可以減小裝置體積和減少送回工質(zhì)時加壓的能耗?，F(xiàn)根據(jù)容器壓強的大小，選定分n級回收，每級壓強減半，即當(dāng)容器內(nèi)壓強為P1時，則第一級為 (P1)/2 ;第二級為 (P1)/(22) ;……第n級為 (P1)/(2n) 。這樣共有n個分壓回收工質(zhì)器，每個分壓回收工質(zhì)器的安裝位置應(yīng)在海水的液壓與 (P1)/(2n) 相等的高度上，如h1= (P1)/(2d) ;h2= (P1)/(22d) ;……;hn= (P1)/(2nd) ;d為海水比重。另為了保證海水在出口處能稍大于大氣壓強P0，其h ＞P0-P12nd]]>。其工作過程是被排出的海水沿著管道〔3〕前進，在流經(jīng)第一分壓回收工質(zhì)器〔1〕時，原溶解在海水中工質(zhì)有部分以 (P1)/2 的壓強逸出進入第一分壓回收工質(zhì)器〔1〕內(nèi)，在流經(jīng)第二分壓回收工質(zhì)器〔2〕時，原溶解在海水中工質(zhì)有部分以 (P1)/(22) 的壓強逸出進入第二分壓回收工質(zhì)器〔2〕內(nèi)，……流經(jīng)第n分壓回收工質(zhì)器〔n〕時，原溶解在海水中的工質(zhì)有部分以 (P1)/(2n) 的壓強逸出進入第n分壓回收工質(zhì)器〔n〕內(nèi)，當(dāng)海水流經(jīng)全過程被排至海中時，將有原溶解在海水中大部分殘余工質(zhì)逸出被回收，有小部分被帶至海中，從此看出n愈大愈好，但要增加結(jié)構(gòu)，所以要根據(jù)實際情況而定。一般n最大值取4至6較為適宜。各個回收工質(zhì)器回收的氣態(tài)工質(zhì)經(jīng)加壓后通過氣體工質(zhì)出口管〔4〕被送回冷凝容器(因為冷凝容器內(nèi)壓強較蒸發(fā)容器低，可以減少送回時所耗的功)。
參照圖3，當(dāng)海水沿著管道〔11〕流經(jīng)逸出回收箱〔8〕時，由于外加氣體壓強小，因而溶解于海水中的工質(zhì)有一部分逸出進入逸出回收箱〔8〕內(nèi)，對混在海水中的工質(zhì)因為比重比海水輕，再加上它本身這時所具有的壓強又稍大于箱內(nèi)壓強，于是也從海水中逸出進入逸出回收箱〔8〕內(nèi)。在結(jié)構(gòu)上海水流經(jīng)箱體內(nèi)有一段平行路程和在箱底板上做成波浪形狀且焊上一定數(shù)量園棒等主要是讓海水通過時有攪動，使工質(zhì)充分逸出(必要時可裝上攪拌器)。海水出口處在底部，主要是為了防止工質(zhì)重新隨海水通過管道〔6〕流出。由于可以調(diào)整加在橡皮囊〔2〕上的重物〔3〕的重量可使囊內(nèi)的壓強稍小于 (P1)/(2n) 的壓強(n可為1、2、3……n中的某一數(shù)值)，于是氣體工質(zhì)就能經(jīng)過管道〔7〕、單向閥〔5〕流進加壓箱〔4〕的橡皮囊〔2〕內(nèi)，當(dāng)橡皮囊〔2〕內(nèi)裝滿氣體工質(zhì)即囊體膨脹到頂部時。自動打開加壓泵〔1〕，由于泵〔1〕加在囊上的壓強稍大于冷凝容器內(nèi)的壓強，這時橡皮囊〔2〕收縮，將氣體工質(zhì)通過單向閥〔9〕經(jīng)氣體工質(zhì)出口管〔10〕壓至冷凝容器內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種熱交換法的溫差發(fā)電技術(shù)[圖1]，本發(fā)明的特征是采用低沸點工質(zhì)[12]與水[20]、[13](包括海水、鹽水及所選定的水溶液，以下同)直接接觸進行熱交換的方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所采用的方法，其特征是選用不溶于水且比重與水不同的低沸點工質(zhì)〔12〕。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所采用的方法，其特征是利用海水在一定深度具有一定液壓使海水能自動進入蒸發(fā)容器〔19〕或冷凝容器〔14〕。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所采用的方法，其特征是采用增加回收殘余工質(zhì)裝置〔2〕、〔10〕來回收微量工質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的裝置〔圖2〕，其特征是采用分壓回收工質(zhì)器裝置〔1〕、〔2〕……〔n〕和回收工質(zhì)全部送回冷凝容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的裝置〔圖3〕，其特征是采用在逸出回收箱〔8〕內(nèi)有一段平行路程和在箱底板上做成波浪形狀且焊上一定數(shù)量的園棒等讓海水通過時有攪動(必要時可裝上攪拌器)以及調(diào)整橡皮囊〔2〕上的重物〔3〕來控制囊體內(nèi)壓強，使工質(zhì)充分逸出后回收。
專利摘要
本發(fā)明公布了一種低沸點工質(zhì)與水(包括海水、鹽水及所選定的水溶液，以下同)直接接觸熱交換法的溫差發(fā)電，適用于海洋溫差發(fā)電、鹽湖溫差發(fā)電及余熱溫差發(fā)電中。該方法的主要技術(shù)特征是選用不溶于水且比重與水不同的低沸點工質(zhì)并利用海水本身液壓使海水能自動進入蒸發(fā)容器或冷凝容器進行熱交換，以及增加回收殘余工質(zhì)裝置來回收微量工質(zhì)。該方法可省去熱交換器設(shè)備，進而能提高傳熱效果和發(fā)電功率，節(jié)約投資和減小體積等。
文檔編號F03G7/00GK85105909SQ85105909
公開日1986年7月23日 申請日期1985年7月27日
發(fā)明者高友祥 申請人:海軍北海艦隊司令部通信處導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan