專利名稱：熱能發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用一高熱源和一低熱源發(fā)電的熱能發(fā)電機，更具體地說是通過蒸發(fā)器、汽-液分離器、吸收器和熱交換器來改進發(fā)電效率；增加蒸發(fā)器和冷凝器的熱效率并減少建造設(shè)備的成本。
迄今為止，這種利用海洋表層高溫的暖海水和海洋深處的低溫冷海水之間的溫差來發(fā)電的海水熱能發(fā)電機均由一蒸發(fā)器、一臺與發(fā)電機相連的汽輪機和一冷凝器作為主要設(shè)備而構(gòu)成的。如果暖海水通過蒸發(fā)器循環(huán)，冷海水通過冷凝器循環(huán)，二者之間的溫差使得工作流體蒸發(fā)然后又凝結(jié)，并在此期間推動汽輪機發(fā)電。經(jīng)過蒸發(fā)器循環(huán)的暖海水是從海洋表面提取的，其溫度可高達15～33℃，并且其中漂浮的懸浮生物、魚卵和污物會粘附在主設(shè)備的熱交換面上，降低了導(dǎo)熱效率，這是很不利的。為了避免這一缺點，防止熱交換面粘附污物的通常方法是向循環(huán)海水中注入氯，或者在循環(huán)的海水中布置電極，通過電解作用產(chǎn)生氯化物來防止產(chǎn)生浮游生物類的污物；而通過將海綿球、刷子或類似的東西與循環(huán)海水一起經(jīng)過主設(shè)備循環(huán)來防止產(chǎn)生其它任何污物。然而，在海水熱能發(fā)電中，熱能交換的溫差很小，因而循環(huán)海水的量就非常之大，因而這種防止污物的通常方法就帶來了諸如造價高、環(huán)境污染等方面的問題。這是因為，采用海綿球、刷子或類似的方法需要很多海綿球和刷子，從而由于增加了循環(huán)的阻力而導(dǎo)致能量消耗增加，使得凈輸出能量降低；而且還導(dǎo)致了設(shè)備成本的增加，從而增加了發(fā)電機組的造價。
因此，現(xiàn)有海水熱能發(fā)電機防止污物的一般方法是不適用的，并且高造價也是一個不利因素。
本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)明了一種海水熱能發(fā)電機(日本專利申請公報№1,989/92)和一種海水熱能發(fā)電的控制裝置(日本專利申請公報№1,990/92)。
在這種海水熱能發(fā)電機中采用的是蘭金循環(huán)(rankine cycle)或再生循環(huán)(regenerating cgcle)，使用諸如氨水、氟利昂、水等高純度的單一成份介質(zhì)作為工作流體。
目前的蘭金循環(huán)的熱效率很低，因而蒸發(fā)器和冷凝器的面積都很大，因而發(fā)電成本就高。為了克服這一缺點，提出了采用氨水和水的混合物作為工作流體的一種循環(huán)，這種循環(huán)稱為“卡麗那循環(huán)”(＂calina cgcle)。這種卡麗那循環(huán)的熱效率較常規(guī)的蘭金循環(huán)高，但蒸發(fā)器和冷凝器的熱效率卻降低了，因而存在著由于節(jié)省成本而抵銷了所增加的熱效率這樣的缺點。還有，全部的混合蒸汽都流過冷凝器，因而冷凝器的面積比蘭金循環(huán)還大，低熱源的流速也增加，建造發(fā)電機的成本上升，輸送低熱源和高熱源的功率增大，因而這種循環(huán)經(jīng)濟上是不可取的。
本發(fā)明的目的就是要克服上述常規(guī)熱能發(fā)電機的缺點，提供一種能改進發(fā)電效率、降低設(shè)備成本、減少泵送高熱源和低熱源所需電能的熱能發(fā)電機。
本發(fā)明涉及一種熱能發(fā)電機，它包括用來在由高熱源泵送來的高熱源流體和由冷工作流體泵送來的冷工作流體之間進行熱交換的蒸發(fā)器；與低熱源泵相連用來供應(yīng)低熱源流體的主冷凝罐；與所述蒸發(fā)器相連的液-汽分離器；與所述分離器相連的多組汽輪機和發(fā)電機；與所述汽輪機末級相連用來與再熱的工作流體進行熱交換的吸收器；用來接收由所述分離器分離的液體并使之與冷工作流體進行熱交換的熱交換器；具有一減壓閥用來將熱交換器中的熱交換流體送至所述吸收器進行熱交換的管路系統(tǒng)；用來使所述第一級汽輪機中排出的流體與冷工作流體進行熱交換的加熱器；用來臨時存貯所述加熱器排出的流體以便供應(yīng)給所述冷工作流體泵的存貯罐；與主冷凝罐和吸收器相連的輔助冷凝罐；與所述輔助冷凝罐相連用來存貯從低熱源來的冷工作流體的存貯罐；以及具有一個泵用來將冷工作流體送至所述加熱器、廠熱交換器和蒸發(fā)器的管線，其中，冷工作流體被高熱源流體蒸發(fā)和汽化的流體又被分離器分為液體和汽體，只有高熱的汽化工作流體才被送至汽輪機，且需要至少兩級發(fā)電系統(tǒng)。從末級汽輪機14中排出的流體經(jīng)吸收器15送至主冷凝罐并與冷工作流體進行熱交換，在所述吸收器和所述主冷凝罐中重新冷凝的冷工作流體在冷卻管線中循環(huán)。
本發(fā)明提及的熱能發(fā)電機指的是應(yīng)用諸如海洋中溫度高的暖海水、熱泉水、從地下抽出的地下熱水和蒸汽、火電廠和原子能電廠的熱排水、排汽和熱水氣(Warm Water gas)、垃圾焚燒爐和污水處理廠中排出的熱排水和熱廢氣、以及核反應(yīng)堆的冷卻水等作為高熱源，以海洋深層的低溫冷海水、在冷卻塔中冷卻過的水、海洋表層水、河水、地表水、LNG(液化天然氣)、LPG(液化石油氣)等作為低熱源的發(fā)電系統(tǒng)。
本發(fā)明通過改進上述熱能發(fā)電機的發(fā)電效率、改進蒸發(fā)器和冷凝器的熱效率和降低設(shè)備建造費用，可以實現(xiàn)經(jīng)濟的熱能發(fā)電。
為了更好地了解本發(fā)明，可參考附圖，其中


圖1是一方框圖，表示了實施本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的一個示例。
1是高熱源泵，2和3是工作流體泵，4是低熱源泵，5和6為發(fā)電機，7是減壓閥，8為蒸發(fā)器，9是分離器，10和14為汽輪機，11是熱交換器，12為加熱器，13是隔熱套，15是吸收器、16是主冷凝器，17是輔助冷凝罐，18是一罐，19是一存貯罐，20和21是支管。
下面將參考附圖對本發(fā)明的一個實施例進行詳細解釋。
具有圖1所示的結(jié)構(gòu)的一種熱能發(fā)電廠包括高熱源泵1；與所述高熱源泵1和冷工作流體泵2相連，用來蒸發(fā)冷工作流體的蒸發(fā)器8；與所述蒸發(fā)器8熱交換器11和汽輪機10相連的分離器9，用來將工作流體分離為液體和汽體；與所述分離器9和冷工作流體泵2相連的熱交換器11；與所述分離器9相連并帶有一臺發(fā)電機5、一臺加熱器12和第二級汽輪機14的第一級汽輪機10，與所述第一級 汽輪機10和冷工作流體泵3相連，用來使冷工作流體和所述第一級汽輪機10排出的汽體進行熱交換的加熱器12；與所說的第一級汽輪機相連并帶有發(fā)電機6的第二級汽輪機14；與所述第二級汽輪機14相連的吸收器15；主冷凝器16；輔助冷凝罐17；減壓閥7；與所述蒸發(fā)器相連的高熱源泵1；與所述主冷凝器16相連的低熱源泵4；工作流體泵2和3通過管道和閥門相連通。
下面對本發(fā)明進行詳細介紹。蒸發(fā)器8與高熱源泵1相連，由高熱源泵1供應(yīng)的高熱源流體與冷工作流體泵2送來的冷工作流體在此進行熱交換，從而使將工作流體變?yōu)槠?液混合物。這種混合物被送至與蒸發(fā)器8相連的分離器9并被分離為汽體和液體，分離出的汽體被送至汽輪機10，通過推動汽輪機10以及與之相連的發(fā)電機5旋轉(zhuǎn)進行發(fā)電。從第一級汽輪機10中排出的汽體具有高溫高壓，因而又被送至下一級汽輪機14推動與汽輪機14相連的發(fā)電機6進行發(fā)電。另一方面，分離器9中汽-液分離產(chǎn)生的液體仍然具有較高溫度，因而它被送至熱交換器11，與冷工作流體泵2送來的冷工作流體在熱交換器11中進行熱交換，被加熱的工作流體被送至蒸發(fā)器8與高熱源泵1送來的高熱源流體進行熱交換。此外，有關(guān)管線按如下方式布置使得第一級汽輪機10中排出的汽體的一部分被分路并被引到加熱器12中，并與工作流體泵3送來的冷工作流體進行熱交換，通過熱交換在加熱器12中冷卻和凝結(jié)，工作流體則通過熱交換被加熱并存貯在罐18中，所存貯的流體通過與罐18相連的工作流體泵2送至熱交換器11中。末級汽輪機14中排出的汽體被導(dǎo)向吸收器15，與通過減壓閥7從熱交換器11中送來的流體相混合，被吸收的液體被送至輔助凝結(jié)罐17中，進一步冷凝為較低的溫度并被送至低熱源流體存貯罐19中，低熱源流體通過與存貯罐19相連的低熱源流體泵3送至加熱器12中進行熱交換。吸收器15中排出的汽體被送至主冷凝器16中并與低熱源流體泵4送來的低熱源流體進行熱交換所產(chǎn)生的液體被送至輔助凝結(jié)罐17中。由低熱源流體泵4送來的低熱源流體被支管20分路并被導(dǎo)向輔助凝結(jié)罐17中并在此熱交換，冷卻后的工作流體被存貯在存貯罐19中。有關(guān)的管道通過與罐19相連的工作流體泵3將工作流體輸送到加熱器12中。標號13表示的是所述流體存貯罐19附近的管道系統(tǒng)采用的隔熱套。標號20、21指的是從由低熱源泵4到主冷凝器16的管路系統(tǒng)中分出的支路。
實施本發(fā)明時如果采用多個而不是一個蒸發(fā)器8和主冷凝器16將更有效。此外除了所介紹的實施例中已有的之外，如果再增加兩組或多組汽輪機10、14和加熱器12也是有效的。
在所介紹的實施例中，本發(fā)明所采用的工作流體是由沸點不同的2至3種成份所組成的混合物，這種工作流體由工作流體泵2從罐18中送至熱交換器11中。冷工作流體在熱交換器11中被分離器9分離出的混合液體加熱，此后又在蒸發(fā)器8中被高熱源泵1送來的高溫流體加熱、沸騰、蒸發(fā)。在這樣的結(jié)構(gòu)中，熱交換器11中會產(chǎn)生一些泡沫，這可以增加蒸發(fā)器8的導(dǎo)熱效率。在這種情況下，混合物由于在蒸發(fā)器8中被加熱而使溫度和壓力上升。這種混合物工作流體以部分汽態(tài)和部分液態(tài)混合的狀態(tài)到達分離器9。
作為工作流體的一個最佳實施例，需指出的是可能要在氨中加入一些水，在氟利昂134a中加入一些氟利昂32。此外，根據(jù)高熱源和低熱源的具體情況，有時在氟利昂134a中分別加入一些氟利昂32和氟利昂123也是有效的。還有，有可能混合沸點不同的碳氫化合物。
在本發(fā)明的實施例中，氨和氟利昂134a被稱為物質(zhì)A，水和氟利昂32被稱為物質(zhì)B。
在分離器9中，含有物質(zhì)A的許多成份的混合汽體被從含有物質(zhì)A的許多成份的混合液體中分離出來。含有物質(zhì)A的許多成份的混合汽體到達汽輪機10，在從中通過時膨漲，推動汽輪機帶動發(fā)電機5旋轉(zhuǎn)發(fā)電。從汽輪機10中排出的混合汽體被分為兩路，一路通過汽輪機14，另一路通過出口處的加熱器12。這兩路分配的比例是按最大發(fā)電效率的理論確定的。通過將氣體按適當?shù)谋壤峙?，輸送至主冷凝?6的混合氣體的數(shù)量比蘭金循環(huán)和卡麗那(calina)循環(huán)還要明顯地減少因而就有可能減少主冷凝器16的換熱面積和冷卻用的冷卻源的數(shù)量。
到達汽輪機14的混合汽體使發(fā)電機6旋轉(zhuǎn)發(fā)電，然后流過汽輪機14到達吸收器15。
在另外一方面，分離器9分出的混合液體在熱交換器11中加熱由泵2從罐18中送來的低溫混合液體，然后由減壓閥7降低到合適的壓力，被送到吸收器15?；旌弦后w在此與汽輪機14流過的混合汽體混合并被吸收?；旌掀w被再次高度濃縮后到達主冷凝器16，被低熱源泵4送來的低熱源流體冷凝成混合液體。
吸收器15中剩余的那些混合液體被送至輔助冷凝器17中并被進一步冷卻。主冷凝器16中冷凝的混合液體和未凝結(jié)的混合汽體到達輔助冷凝器17并在此完全凝結(jié)，然后到達罐19并被存貯在這里。
罐19中存貯的混合液體由泵3送至加熱器12中。在加熱器12中，從汽輪機10中排出的混合汽體的一部分被凝結(jié)為液體并被送至罐18中。另一方面，由加熱器12冷凝的混合汽體變?yōu)榛旌弦后w并到達罐18。
罐18中的混合液體具有初始的濃度并由泵2送至熱交換器11。本發(fā)明的設(shè)備重復(fù)這樣的加熱和冷卻過程，使流體不斷循環(huán)，從而改進和建立了經(jīng)濟的發(fā)電效率。
根據(jù)本發(fā)明，由泵4送來的低熱源流體通過連接管道20、21從輔助冷凝罐17和罐19的隔熱套13中流過，從而防止了外部熱量傳入，避免了工作流體的再蒸發(fā)。
根據(jù)本發(fā)明的混合流體的例子如下
(1).氨∶水＝90∶10～80∶20；(2).氟利昂134a∶氟利昂32＝80∶20～90∶10上述混合比例是優(yōu)選的。
除了上面所解釋的以外，根據(jù)本發(fā)明，熱能發(fā)電機中具有兩級類型的，或者是兩臺或多臺汽輪機，還可分別增加分離器9、熱交換器11、和吸收器15各一臺；進一步還可增加一臺或多臺加熱器12，這樣高熱源和低熱源中的熱能就能以更高的效率轉(zhuǎn)換為電能，而且降低了冷凝器16的換熱面積和低熱源流體的流速，增加了蒸發(fā)器8的熱效率，從而具有可觀的工業(yè)效益。
權(quán)利要求
1.一種熱能發(fā)電機包括用于在由高熱源泵(1)供應(yīng)的高熱源流體和由低熱源泵(2、3、4)供應(yīng)的低熱源流體間進行熱交換的蒸發(fā)器(18)；與低熱源泵(4)相連用來供應(yīng)低熱源流體的主冷凝罐(16)；與所述蒸發(fā)器(8)相連的液-汽分離器(9)；與所述分離器(9)相連的多對汽輪機(10、14)和發(fā)電機(5、6)；與所述汽輪機的末級(14)相連，用來與熱交換的工作流體進行熱交換的吸收器(15)；用來接收所述分離器(9)中分離出的液體并使之與冷工作流體進行熱交換的熱交換器(11)；具有減壓閥(7)用來將熱交換器(11)中的熱交換流體送至所述吸收器(15)中進行熱交換的管路系統(tǒng)；使所述第一級汽輪機(10)中排出的流體與冷工作流體進行熱交換的加熱器(12)；用來臨時存貯從所述加熱器中排出的流體以便供應(yīng)給冷工作流體泵(2)的罐(18)；與主冷凝罐(16)和吸收器(15)相連的輔助冷凝罐(17)；與所述輔助冷凝罐(17)相連用來存貯從低熱源來的冷工作流體的存貯罐(19)；具有泵(3)用來給所述加熱器(12)、熱交換器(11)和蒸發(fā)器(8)供應(yīng)冷工作流體的管線。其特征在于冷工作流體被高熱源流體蒸發(fā)和汽化后的流體被分離器(9)分離成汽體和液體；高熱汽化的工作流體被送至汽輪機(10)；至少裝備有兩級發(fā)電系統(tǒng)；從末級汽輪機(14)中排出的流體經(jīng)吸收器(15)送至冷凝罐并與冷工流體進行熱交換，在所述吸收器和所述主冷凝罐中重新冷凝的工作流體在冷卻管線中循環(huán)。
全文摘要
一種利用一高熱源和一低熱源進行發(fā)電的熱能發(fā)電機，其目的具體在于通過采用蒸發(fā)器、汽-液分離器、吸收器和熱交換器來提高發(fā)電效率，增加蒸發(fā)器和冷凝器的熱效率，除低設(shè)備建設(shè)成本。
文檔編號F03G7/05GK1109141SQ9411503
公開日1995年9月27日 申請日期1994年8月5日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月22日
發(fā)明者上原春男, 池上康之 申請人:佐賀大學(xué)