專利名稱：一種高效混合式海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用海洋能發(fā)電的裝置，特別涉及一種利用海洋溫差進行高效發(fā)
電的混合式發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
能源是人類社會存在與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，海洋能則是新能源的重要組成部分，是 一種蘊藏量極大的可再生能源。海水溫差能是一種重要的海洋能，可再生，清潔無污染，儲 量豐富。它是指海洋表層海水和深層海水之間水溫之差的能量。利用這一溫差可以實現(xiàn)熱 力循環(huán)并發(fā)電?；旌鲜胶Ｋ疁夭钅馨l(fā)電系統(tǒng)結(jié)合了閉式循環(huán)與開式循環(huán)的共同優(yōu)點，既可 發(fā)電，又可產(chǎn)生淡水，還可以開展各種綜合利用，發(fā)展前景十分廣闊。 目前，海洋溫差發(fā)電可分為三種不同的系統(tǒng)即封閉式循環(huán)、開放式循環(huán)及混合式 循環(huán)。 封閉式循環(huán)系統(tǒng)利用低沸點的工作流體作為媒體。其工作原理是當(dāng)溫海水泵將 溫海水抽起，并將其熱源傳導(dǎo)給蒸發(fā)器內(nèi)的工作流體，而使其蒸發(fā)。蒸發(fā)后的工作流體在渦 輪機內(nèi)絕熱膨脹，以此推動渦輪機的葉片而達(dá)到發(fā)電的目的。封閉式循環(huán)系統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)換 效率約在3. 3 3. 5%間。若扣除泵的能源消耗，則凈效率約在2. 1 2. 3%間。
開放式循環(huán)系統(tǒng)直接使用溫海水。先將溫海水導(dǎo)入真空狀態(tài)的蒸發(fā)器，使其部分 蒸發(fā)。水蒸氣在低壓渦輪機內(nèi)進行絕熱膨脹，做完功之后，即引入冷凝器，由冷海水冷卻成 液體。開放式系統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)換效率為高，但發(fā)電的裝置容量較小，不太適合于大量發(fā)電。
混合式系統(tǒng)的溫海水先經(jīng)閃蒸器蒸發(fā)，使其中一部分轉(zhuǎn)變?yōu)樗魵猓S即將蒸氣 導(dǎo)入第二個蒸發(fā)器(一種蒸發(fā)器與冷凝器的組合設(shè)備)。水蒸氣在此被冷卻，并釋放潛能， 此潛能再將低沸點的工作流體蒸發(fā)。該系統(tǒng)可以避免溫海水對熱交換器所產(chǎn)生的生物附 著。 總的來說，當(dāng)前海洋溫差能發(fā)電系統(tǒng)效率偏低，投資成本高，因此世界各國都在積 極研制熱效率更高、容量更大、體積更小、投資更低的新型海洋溫差能發(fā)電系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述各種利用海洋溫差進行發(fā)電的系統(tǒng)所存在的效率低、成本高的問
題，而提供一種環(huán)保、高效率的復(fù)合式海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)。 為了得到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案 —種高效混合式海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括太陽池、脫氣器、閃蒸氣、蒸發(fā)器、 太陽能集熱器、渦輪發(fā)電機以及冷凝器；所述太陽池通過太陽輻射對溫海水加熱，升溫后的 海水送入脫氣器中脫氣，脫氣后的海水進入閃蒸器進行低壓閃蒸分成濃海水和閃蒸氣，該 濃海水流出；同時閃蒸氣進入蒸發(fā)器與液體工質(zhì)進行冷凝交換，閃蒸氣液化成淡水回收利 用，加熱后的液體工質(zhì)再經(jīng)太陽能集熱器加熱汽化，并進入渦輪發(fā)電機做功發(fā)電，做功后的 工質(zhì)通過冷凝器冷凝，再送入蒸發(fā)器循環(huán)利用。
3
所述太陽池為一蓄鹽水池，其包括保溫層和貯熱層；所述保溫層為蓄鹽水池表面 的清水；所述貯熱層為蓄鹽水池底層較濃或飽和的鹽水溶液，同時池底設(shè)置成吸熱性能好 的黑色；所述溫海水由溫水泵引入池中由底部的貯熱層加熱后送入脫氣器中。
所述所述脫氣器有三個通路，海水進口連接太陽池，吸入經(jīng)太陽池加熱后的海水， 氣體由脫氣器頂端的氣體出口放出，溫海水由脫氣器底端的海水出口進入閃蒸器。
所述閃蒸器包括溫海水進口、閃蒸汽出口和濃海水出口 ；所述溫海水進口與脫氣 器海水出口通過管道連接，閃蒸汽出口位于閃蒸器頂部，通過管道與蒸發(fā)器進口連接，濃海 水出口位于閃蒸器底端通入海里。 所述蒸發(fā)器、太陽能集熱器、渦輪發(fā)電機以及冷凝器依次連接組成一循環(huán)系統(tǒng)，并 通過液體工質(zhì)實現(xiàn)能量的相互轉(zhuǎn)換。 所述太陽能集熱器上還可設(shè)置一蓄熱器，該蓄熱器采用熱管強化傳熱，并用高效 蓄熱材料儲熱。 所述冷凝器通過冷水泵抽取冷海水對經(jīng)過其的工質(zhì)進行冷凝，并將冷凝后的工質(zhì) 通過工作流體泵送入蒸發(fā)器。 根據(jù)上述技術(shù)方案得到的本發(fā)明通過采用太陽池與聚焦型太陽能集熱器使得溫 海水的溫度先得到提高，提高循環(huán)工質(zhì)冷熱源溫差，從而提高系統(tǒng)循環(huán)效率，實際效率可達(dá) 到12%左右，促進其實用化；同時系統(tǒng)還將在太陽能集熱器的基礎(chǔ)上增加蓄熱器，白天通 過利用太陽能集熱器對熱機工質(zhì)進行加熱并通過相變材料進行蓄熱，當(dāng)晚間太陽能熱量不 夠時，調(diào)用蓄熱材料貯存的熱量來補充傳熱，以有效提高效率。 本發(fā)明對海洋溫差能和太陽能的循環(huán)利用，適用于沿海城鎮(zhèn)、島嶼及海上工程，其 不但有效提高了發(fā)電效率，還充分利用了豐富的自然資源，如海水淡化、制冷空調(diào)、海水養(yǎng) 殖等等；所采用的潔凈能源對環(huán)境不會造成污染，具有廣闊潛在的應(yīng)用前景。


以下結(jié)合附圖和具體實施方式
來進一步說明本發(fā)明。
圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的示意圖。
圖2為本發(fā)明中太陽池的示意圖。
具體實施例方式
為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。 本發(fā)明所提供的高效海洋溫差能發(fā)電系統(tǒng)，其采用混合式循環(huán)系統(tǒng)，在閉式循環(huán) 的基礎(chǔ)上結(jié)合開式循環(huán)改造而成的，既可發(fā)電，又可產(chǎn)生淡水，兼?zhèn)溟_式循環(huán)和閉式循環(huán)的 優(yōu)點。該系統(tǒng)利用太陽池對溫海水加熱，并利用聚焦型太陽能集熱器來提高其工質(zhì)溫度，從 而提高發(fā)電效率。 基于上述原理，本發(fā)明具體實現(xiàn)可參見圖1， 整個系統(tǒng)主要由太陽池3、脫氣器4、閃蒸氣5、蒸發(fā)器6、太陽能集熱器7、渦輪8、 發(fā)電機9以及冷凝器IO組成。 參見圖2所示，該太陽池3為一蓄鹽水池，其包括保溫層301和貯熱層302 ;這里的保溫層301為蓄鹽水池表面的清水，貯熱層302為蓄鹽水池底層較濃或飽和的鹽水溶液， 同時池底設(shè)置成吸熱性能好的黑色；這樣的太陽池能夠很好的吸收太陽輻射的熱能，并進 行儲存以便進行加熱處理。 溫海水1由溫水泵2引入池中由底部的貯熱層302加熱后送入脫氣器4中進行脫 氣處理；脫氣器4設(shè)有三個通路，海水進口 401連接太陽池3，吸入經(jīng)太陽池加熱后的海水， 氣體由脫氣器頂端的氣體出口 402放出，脫氣后的溫海水由脫氣器底端的海水出口 403進 入閃蒸器5。 該閃蒸器5包括溫海水進口 501、閃蒸汽出口 502和濃海水出口 503 ;溫海水進口 501與脫氣器海水出口 403通過管道連接，閃蒸汽出口 502位于閃蒸器頂部，通過管道與蒸 發(fā)器6進口連接，濃海水出口 503位于閃蒸器底端通入海里；脫氣后的溫海水進入閃蒸器5 進行低壓閃蒸，分成閃蒸氣和濃海水，該濃海水閃蒸器5底端的濃海水出口 503流入大海， 同時閃蒸氣通過位于閃蒸器5頂部的閃蒸汽出口 502進入蒸發(fā)器6與液體工質(zhì)進行冷凝交 換。 蒸發(fā)器6與太陽能集熱器7、渦輪機8、發(fā)電機9以及冷凝器10依次連接組成一循 環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其通過液體工質(zhì)實現(xiàn)能量的相互轉(zhuǎn)換；當(dāng)閃蒸氣進入蒸發(fā)器6時，與冷的液體 工質(zhì)進行冷凝交換，閃蒸氣液化成淡水回收利用；液體工質(zhì)在蒸發(fā)器6內(nèi)吸收足夠的熱量 后流入到太陽能集熱器7，太陽能集熱器7利用收集到的太陽熱能對流過其的液體工質(zhì)進 行二次加熱，使其汽化；汽化的工質(zhì)再進入渦輪機8，將熱能轉(zhuǎn)換成機械能推動汽輪機帶動 發(fā)電機9做功發(fā)電；做功后的工質(zhì)再進入到冷凝器10進行冷凝處理，該冷凝器10通過冷 水泵11抽進冷海水與工質(zhì)進行熱交換，使其冷凝；冷凝后的工質(zhì)再由工作流體泵12送入蒸 發(fā)器6再次熱交換，進行循環(huán)利用；這里的工作流體泵12為液體工質(zhì)循環(huán)工作提供原動力。 通過上述的高效海洋溫差能發(fā)電系統(tǒng)的循環(huán)作業(yè)過程，不斷將海洋溫差能轉(zhuǎn)化為電能并制 取淡水，達(dá)到高效利用海洋溫差能的目的。 上述系統(tǒng)，其主要是采用太陽池與聚焦型太陽能集熱器使得溫海水的溫度先得到 提高，提高循環(huán)工質(zhì)冷熱源溫差，從而提高系統(tǒng)循環(huán)效率，實際效率可達(dá)到12%左右，促進 其實用化。該系統(tǒng)還將在太陽能集熱器的基礎(chǔ)上增加蓄熱器，該蓄熱器采用熱管強化傳熱， 并用高效蓄熱材料儲熱；白天通過利用太陽能集熱器對熱機工質(zhì)進行加熱并通過相變材料 進行蓄熱，當(dāng)晚間太陽能熱量不夠時，調(diào)用蓄熱材料貯存的熱量來補充傳熱，以有效提高效 率。 基于上述原理和技術(shù)，本發(fā)明具體實施如下 1.約20-25t:飽和液態(tài)工質(zhì)由工質(zhì)泵2加壓送入太陽池3中。通過太陽能的加熱 使工質(zhì)提升到30-5(TC所對應(yīng)的蒸發(fā)壓力，仍保持液態(tài)。 2.工質(zhì)通過脫氣器4進入閃蒸器5，進行低壓閃蒸。閃蒸汽進入蒸發(fā)器6冷凝換 熱，剩下的濃海水回到海里繼續(xù)循環(huán)。 3.從蒸發(fā)器6流出的液態(tài)工質(zhì)進入太陽能集熱器7，進一步被加熱。經(jīng)過太陽能 集熱器的加熱，成為60-8(TC的過熱氣體。由于進入到太陽能集熱器7中工質(zhì)壓力仍為其 30-5(TC所對應(yīng)的蒸發(fā)壓力，采用聚焦型太陽能集熱器將工質(zhì)進一步過熱來提高工質(zhì)溫度。
4.從太陽能集熱器7流出的工質(zhì)氣體進入渦輪8，推動渦輪8做功輸出功率，該功 率可由發(fā)電機9轉(zhuǎn)化為電力輸出或直接輸出。經(jīng)過渦輪8后工質(zhì)仍舊為過熱氣體，壓力降低到6-12t:時對應(yīng)的蒸發(fā)壓力，溫度也同時降低到6°C以下。 5.由渦輪8排出的氣態(tài)工質(zhì)，進入冷凝器10中，被海洋深層海水冷凝成6_12°C的 飽和液。海洋深層海水約5t:左右，取自海平面500-800米以下。海洋深層冷海水采用海水 泵11經(jīng)過絕熱材料管道提取到海平面以上。根據(jù)連通器原理，海水泵所消耗的功率只是為 了維持深層海水在管道中流動所需要動能和克服摩擦損失。 6.從冷凝器10流出的工質(zhì)由工質(zhì)泵12加壓送入蒸發(fā)器6中，從而完成循環(huán)過程， 實現(xiàn)系統(tǒng)的電力輸出。整個循環(huán)過程所需要的電力可以完全由系統(tǒng)自身提供，并有額外電 力輸出，從而可以實現(xiàn)系統(tǒng)的發(fā)電。 由上可知本發(fā)明通過對海洋溫差能和太陽能的循環(huán)利用，不但有效提高了發(fā)電效 率，還充分利用了豐富的自然資源，如海水淡化、制冷空調(diào)、海水養(yǎng)殖等等。所采用的潔凈能 源對環(huán)境不會造成污染，具有廣闊潛在的應(yīng)用前景。 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等效物界定。
權(quán)利要求
一種高效混合式海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括太陽池、脫氣器、閃蒸氣、蒸發(fā)器、太陽能集熱器、渦輪發(fā)電機以及冷凝器；其特征在于，所述太陽池通過太陽輻射對溫海水加熱，升溫后的海水送入脫氣器中脫氣，脫氣后的海水進入閃蒸器進行低壓閃蒸分成濃海水和閃蒸氣，該濃海水流出；同時閃蒸氣進入蒸發(fā)器與液體工質(zhì)進行冷凝交換，閃蒸氣液化成淡水回收利用，加熱后的液體工質(zhì)再經(jīng)太陽能集熱器加熱汽化，并進入渦輪發(fā)電機做功發(fā)電，做功后的工質(zhì)通過冷凝器冷凝，再送入蒸發(fā)器循環(huán)利用。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效混合式海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽池為一蓄鹽水池，其包括保溫層和貯熱層；所述保溫層為蓄鹽水池表面的清水；所述貯熱層為蓄鹽水池底層較濃或飽和的鹽水溶液，同時池底設(shè)置成吸熱性能好的黑色；所述溫海水由溫水泵引入池中由底部的貯熱層加熱后送入脫氣器中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效混合式海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述所述脫氣器有三個通路，海水進口連接太陽池，吸入經(jīng)太陽池加熱后的海水，氣體由脫氣器頂端的氣體出口放出，溫海水由脫氣器底端的海水出口進入閃蒸器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效混合式海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述閃蒸器包括溫海水進口、閃蒸汽出口和濃海水出口 ；所述溫海水進口與脫氣器海水出口通過管道連接，閃蒸汽出口位于閃蒸器頂部，通過管道與蒸發(fā)器進口連接，濃海水出口位于閃蒸器底端通入海里。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效混合式海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述蒸發(fā)器、太陽能集熱器、渦輪發(fā)電機以及冷凝器依次連接組成一循環(huán)系統(tǒng)，并通過液體工質(zhì)實現(xiàn)能量的相互轉(zhuǎn)換。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種高效混合式海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能集熱器上還可設(shè)置一蓄熱器，該蓄熱器采用熱管強化傳熱，并用高效蓄熱材料儲熱。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高效混合式海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述冷凝器通過冷水泵抽取冷海水對經(jīng)過其的工質(zhì)進行冷凝，并將冷凝后的工質(zhì)通過工作流體泵送入蒸發(fā)器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效混合式海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)，其工作時，溫海水由溫水泵抽吸通過太陽池，通過太陽輻射對其加熱，升溫后的海水進入脫氣器進行脫氣，并進入閃蒸器閃蒸，而后進入聚焦型的太陽能集熱器繼續(xù)升高溫度，過熱蒸汽進入汽輪機膨脹做功，冷海水被冷海水泵抽進冷凝器，自身溫度上升后的冷海水流回海里，繼續(xù)循環(huán)。本發(fā)明適用于沿海城鎮(zhèn)、島嶼及海上工程，達(dá)到節(jié)約電能、充分利用海洋資源的效果。
文檔編號F03G7/05GK101737282SQ200810043908
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日
發(fā)明者于樹軒, 施敏敏, 楊鵬程, 王文國, 章學(xué)來 申請人:上海海事大學(xué)