專利名稱：海洋熱能轉(zhuǎn)換電站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海洋熱能轉(zhuǎn)換電站，更具體地涉及浮式的、最小起伏平臺(tái)的、多級(jí)熱機(jī)的海洋熱能轉(zhuǎn)換電站。
背景技術(shù)：
全球能源消耗和需求一直以指數(shù)速度增長(zhǎng)。這方面的需求預(yù)計(jì)將持續(xù)上升，特別是在亞洲和拉丁美洲的發(fā)展中國(guó)家。同時(shí)，傳統(tǒng)的能源資源、即化石燃料正在加速減少并且開(kāi)采化石燃料的成本持續(xù)上升。環(huán)境和監(jiān)管方面的擔(dān)憂正在加劇這一問(wèn)題。與太陽(yáng)相關(guān)的可再生能源是可以為不斷增長(zhǎng)的能源需求提供一部分解決方案的一種可選的能源資源。由于與太陽(yáng)相關(guān)的可再生能源與化石燃料、鈾、甚至熱力“綠色”能源不一樣，很少存在或者不存在與其使用相關(guān)聯(lián)的氣候風(fēng)險(xiǎn)，所以與太陽(yáng)相關(guān)的可再生能源有很大吸引力。另外，與太陽(yáng)相關(guān)的能源是免費(fèi)的并且極為豐富。海洋熱能轉(zhuǎn)換(“0TEC”)是利用在海洋的熱帶區(qū)域中作為熱量存儲(chǔ)的太陽(yáng)能來(lái)產(chǎn)生可再生能源的一種方式。全世界的熱帶大洋和大海提供了獨(dú)特的可再生能源資源。在許多熱帶地區(qū)(在大約北緯20°與南緯20°之間)，表面海水的溫度幾乎保持恒定。直到大約100英尺深度，海水的平均表面溫度隨著季節(jié)在75° F至85° F或者更高之間變化。在同一區(qū)域，深層海水(在2500英尺至4200英尺之間或者更深)保持在相當(dāng)恒定的40° F。因此，熱帶海洋結(jié)構(gòu)在表面提供了大的熱水儲(chǔ)藏并且在深層提供了大的冷水儲(chǔ)藏，并且熱水儲(chǔ)藏與冷水儲(chǔ)藏之間的溫差在35° F至45° F之間。該溫差在白天和夜晚保持得相當(dāng)恒定，并且季節(jié)性的變化小。OTEC過(guò)程利用表面熱帶海水與深層熱帶海水之間的溫差來(lái)驅(qū)動(dòng)熱機(jī)以產(chǎn)生電能。OTEC發(fā)電在20世紀(jì)70年代后期被認(rèn)同為對(duì)于能源生產(chǎn)而言是具有低到零碳足跡(carbonfootprint)的可能的可再生能源資源。然而，與多數(shù)傳統(tǒng)的高壓高溫發(fā)電站相比，OTEC電站具有低的熱力學(xué)效率。例如，利用80° F與85° F之間的平均海洋表面溫度以及40° F的恒定深水溫度，OTEC電站的最大理想卡諾效率(Carnot efficiency)為7. 5%至8%。在實(shí)際操作中，OTEC電力系統(tǒng)的總電力效率經(jīng)估計(jì)為卡諾極限的大約一半，或者大約3. 5%至4.0%。另外，在1994年牛津大學(xué)出版社出版的由William Avery和Chih Wu發(fā)表的題為“來(lái)自海洋的可再生能源，OTEC 指南” (“Renewable Energy from the Ocean, a Guide to0TEC，，William Avery and Chih ffu, Oxford University Press, 1994)(通過(guò)引用合并于此)中所記載的、由20世紀(jì)70年代和20世紀(jì)80年代前沿研究人員所進(jìn)行的分析表明通過(guò)以AT為40° F進(jìn)行操作的OTEC電站產(chǎn)生的總電力的四分之一至一半(或者更多)將被需要用于使水泵和工作流體泵運(yùn)行并且為電站的其他輔助需要供電。基于此，OTEC電站的將存儲(chǔ)在表面海水中的熱能轉(zhuǎn)化成凈電能的低的整體凈效率一直未能成為商業(yè)上可行的能源生產(chǎn)方案。造成整體熱力學(xué)效率進(jìn)一步降低的另一因素是與用于渦輪機(jī)的精確頻率調(diào)節(jié)而提供必要的控制相關(guān)聯(lián)的損失。這引起了渦輪機(jī)循環(huán)中的壓力損失，該壓力損失限制了能夠從熱海水中提取的功。這種比在高溫高壓下進(jìn)行操作的熱機(jī)的典型效率低的OTEC凈效率導(dǎo)致能源規(guī)劃者廣泛持有如下假設(shè)0TEC電站成本太高以至于無(wú)法與多數(shù)傳統(tǒng)的發(fā)電方法抗?fàn)?。?shí)際上，因?yàn)闊崴屠渌g的溫差相對(duì)小，所以寄生電力需要在OTEC電站中特別重要。為了實(shí)現(xiàn)熱海水與工作流體之間以及冷海水與工作流體之間的最大熱傳遞，需要大的熱交換表面積，以及高的流體速度。增加這些因素中的任何一個(gè)都可能使OTEC電站上的寄生載荷顯著地增大，從而降低凈效率。使海水與工作流體之間的有限的溫差中的能量傳遞最大化的高效熱傳遞系統(tǒng)將增加OTEC電站的商業(yè)可行性。 除了由于看似固有的大的寄生載荷而效率相對(duì)低之外，OTEC電站的操作環(huán)境引起了也會(huì)降低這種操作的商業(yè)可行性的設(shè)計(jì)及操作方面的挑戰(zhàn)。如之前所提到的，在深度為100英尺或者更淺的海洋表面找到了 OTEC熱機(jī)所需的熱水。在2700英尺至4200英尺之間的深度或者更深處找到了用于冷卻OTEC發(fā)動(dòng)機(jī)的恒定冷水來(lái)源。在人口中心附近乃至大陸塊通常都找不到這樣的深度。離岸電站是必須的。不管電站是浮式的還是固定于水下地貌，均需要2000英尺或更長(zhǎng)的長(zhǎng)冷水引入管。此外，由于商業(yè)上可行的OTEC操作所需的水量很大，所以冷水引入管需要具有大直徑(通常在6英尺至35英尺之間或者更大)。將大直徑管懸掛在離岸結(jié)構(gòu)上存在穩(wěn)定性、連接以及構(gòu)造方面的挑戰(zhàn)，這會(huì)預(yù)先驅(qū)使OTEC成本超出商業(yè)可行性。另外，懸掛在動(dòng)態(tài)的海洋環(huán)境中的、具有顯著的長(zhǎng)度直徑比的管會(huì)沿著管的長(zhǎng)度而遭受溫差以及變化的洋流。由沿著管的彎曲和漩渦脫落(vortex shedding)而引起的應(yīng)力也引起了挑戰(zhàn)。并且，諸如波浪作用等表面影響引起了與管和浮式平臺(tái)之間的連接有關(guān)的進(jìn)一步挑戰(zhàn)。具有期望的性能、連接以及構(gòu)造考慮的冷水管引入系統(tǒng)能夠提高OTEC電站的商業(yè)可行性。與OTEC電站相關(guān)聯(lián)的對(duì)環(huán)境的關(guān)注也已經(jīng)成為OTEC操作的障礙。傳統(tǒng)的OTEC系統(tǒng)從海洋深處抽取大量的營(yíng)養(yǎng)豐富的冷水并且在表面或者表面附近將這些水排放。這樣的排放可能以正面或負(fù)面的方式對(duì)OTEC電站附近的海洋環(huán)境產(chǎn)生影響，可能對(duì)處于OTEC排放下游的魚群和珊瑚礁系統(tǒng)帶來(lái)沖擊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的若干個(gè)方面指向于利用海洋熱能轉(zhuǎn)換過(guò)程的發(fā)電站。發(fā)明的進(jìn)一步的方面涉及離岸OTEC電站，該OTEC電站具有由于降低了寄生載荷而提高了的整體效率、較好的穩(wěn)定性、較低的構(gòu)造和操作成本以及改善了的環(huán)境足跡(environmental footprint)。其他方面包括與浮式結(jié)構(gòu)一體的大容量水管道。多級(jí)OTEC熱機(jī)的模塊化和區(qū)室化降低了構(gòu)造和維護(hù)成本、限制了離網(wǎng)操作并且提高了操作性能。又進(jìn)一步的方面提供了具有一體的熱交換區(qū)室的浮式平臺(tái)，并且提供了平臺(tái)的由于波浪作用而產(chǎn)生的最小運(yùn)動(dòng)。一體的浮式平臺(tái)也可以提供通過(guò)多級(jí)熱交換器的高效的熱水流或冷水流，提高了效率并且降低了寄生電力需要。本發(fā)明的若干個(gè)方面通過(guò)將熱水和冷水排放在適當(dāng)?shù)纳疃?溫度范圍內(nèi)可以促進(jìn)環(huán)境中性的熱足跡。以電力的形式提取出的能量降低了到達(dá)海洋的整體溫度。發(fā)明的又進(jìn)一步的方面涉及用于與離岸OTEC設(shè)備一起使用的冷水管，該冷水管是錯(cuò)開(kāi)板條式的連續(xù)的管。一個(gè)方面涉及包括具有外表面、頂端和底端的長(zhǎng)形管狀結(jié)構(gòu)的管。管狀結(jié)構(gòu)包括多個(gè)第一和多個(gè)第二板條部，每個(gè)板條部均具有頂部和底部，其中第二板條部的頂部與第一板條部的頂部錯(cuò)開(kāi)。
進(jìn)一步的方面涉及在管狀結(jié)構(gòu)的外表面繞著管至少部分地卷繞有帶或箍的管。帶或箍可以繞著管的頂部、管的中間部或管的下部的外表面周向地卷繞。帶或箍可以繞著管的整個(gè)長(zhǎng)度周向地卷繞。帶或箍可以以與管的外表面基本上平坦鋪設(shè)的方式安裝。帶或箍可以以從管的外表面向外突出的方式安裝。帶或箍可以由與管相同的或不同的材料制成。帶或箍可以用粘結(jié)的方式結(jié)合于管的外表面、用機(jī)械方式結(jié)合至管的外表面或者使用機(jī)械的和粘結(jié)組合的方式以安裝于管的外表面。發(fā)明的進(jìn)一步的方面涉及錯(cuò)開(kāi)板條式管，其中每個(gè)板條部進(jìn)一步包括用于與相鄰的板條部配合接合的第一側(cè)上的接合舌和第二側(cè)上的凹槽。錯(cuò)開(kāi)板條式管可以包括主動(dòng)鎖定系統(tǒng)(positive locking system)以將一個(gè)板條的第一側(cè)機(jī)械地聯(lián)接至第二個(gè)板條的第二側(cè)。板條可以利用條接合從一個(gè)板條的頂部在垂向上接合至相鄰的板條的底部。在可選的實(shí)施方式中，板條的頂部和板條的底部可以均包括接合空孔，使得當(dāng)?shù)谝话鍡l的頂部與第二板條的底部接合時(shí)，該接合空孔對(duì)準(zhǔn)。柔性樹(shù)脂可以注射到對(duì)準(zhǔn)的接合空孔內(nèi)。柔性樹(shù)脂可以用于填充任何接合表面中的空隙。在發(fā)明的若干個(gè)方面中，柔性樹(shù)脂是甲基丙烯酸酷粘結(jié)劑。本發(fā)明的單個(gè)板條可以是任何長(zhǎng)度。在若干個(gè)方面中，從板條底部到頂部測(cè)量的每個(gè)板條部均在20英尺至90英尺之間。板條部可以被制成能夠用標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)運(yùn)集裝箱(inter-modal container)航運(yùn)的尺寸。單個(gè)板條部的寬度可以在10英寸至80英寸之間。每個(gè)板條部的厚度可以在I英寸至24英寸之間。在發(fā)明的若干個(gè)方面中，板條部可以被拉擠成型、擠出成型或模塑成型。板條部可以包括聚氯乙烯(PVC)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、纖維增強(qiáng)塑料(FRP)、增強(qiáng)聚合物砂漿(RPMP)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、交聯(lián)高密度聚乙烯(PEX)、聚丁烯(PB)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS);聚酯、纖維增強(qiáng)聚酯、乙烯基酯、增強(qiáng)乙烯基酯、混凝土、陶瓷或上述材料中的一種或多種的組合物。在發(fā)明的進(jìn)一步的方面中，板條部可以包括至少一個(gè)內(nèi)部空孔。然后至少一個(gè)空孔可以填充有水、聚碳酸酯泡沫或復(fù)合泡沫塑料。在發(fā)明的若干個(gè)方面中，管是OTEC電站用的冷水引入管。發(fā)明的又進(jìn)一步的方面涉及離岸發(fā)電結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括浸沒(méi)部，浸沒(méi)部進(jìn)一步包括熱交換部；發(fā)電部；和包括多個(gè)錯(cuò)開(kāi)的第一板條部和第二板條部的冷水管。發(fā)明的更進(jìn)一步的方面涉及形成用于在OTEC電站中使用的冷水管的方法，該方法包括形成多個(gè)第一板條部和多個(gè)第二板條部；以使得第二板條部與第一板條部錯(cuò)開(kāi)的方式使交替的第一板條部和第二板條部接合，以形成連續(xù)的長(zhǎng)形管。發(fā)明的進(jìn)一步的方面涉及浸沒(méi)垂向管連接結(jié)構(gòu)，其包括浮式結(jié)構(gòu)，該浮式結(jié)構(gòu)具有垂向管接收凹部，其中接收凹部具有第一直徑；用于插入到管接收凹部?jī)?nèi)的垂向管，該垂向管具有比管接收凹部的第一直徑小的第二直徑；部分球形或弧形的支承面；以及可與支承面一起操作的一個(gè)或多個(gè)可動(dòng)爪、小齒輪或凸耳，其中，當(dāng)爪與支承面接觸時(shí)，爪限定與第一直徑或第二直徑不同的直徑。發(fā)明的另外的方面涉及將浸沒(méi)垂向管連接至浮式平臺(tái)的方法 ，該方法包括提供具有垂向管接收凹部的浮式結(jié)構(gòu)，其中所述管接收凹部具有第一直徑；提供具有上端部的垂向管，上端部具有小于第一直徑的第二直徑；將垂向管的上端部插入到接收凹部?jī)?nèi)；提供用于支撐垂向管的支承面；將一個(gè)或多個(gè)爪展開(kāi)使得一個(gè)或多個(gè)爪具有不同于第一直徑或第二直徑的直徑；使一個(gè)或多個(gè)爪與支承面接觸以使垂向管懸掛于浮式結(jié)構(gòu)。在發(fā)明的若干個(gè)方面中，一個(gè)或多個(gè)爪可以與垂向管為一體。一個(gè)或多個(gè)爪可以與接收凹部為一體。一個(gè)或多個(gè)爪包括限定小于第一直徑的直徑的第一縮回位置。一個(gè)或多個(gè)爪包括限定大于第一直徑的直徑的展開(kāi)位置。支承面與管接收凹部為一體并且可與一個(gè)或多個(gè)爪一起操作。支承面可以包括球形支承面。一個(gè)或多個(gè)爪進(jìn)一步包括構(gòu)造成接觸支承面的配合面。一個(gè)或多個(gè)爪進(jìn)一步包括構(gòu)造成接觸球形支承面的配合面。球形支承面和配合面有利于垂向管與浮式結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在又進(jìn)一步的方面中，一個(gè)或多個(gè)爪包括限定大于第二直徑的直徑的第一縮回位置。一個(gè)或多個(gè)爪包括限定小于第二直徑的直徑的展開(kāi)位置。支承面與垂向管為一體并且可與一個(gè)或多個(gè)爪一起操作。若干個(gè)方面可以包括用于使爪展開(kāi)或縮回的驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器可以是液壓控制的驅(qū)動(dòng)器、氣動(dòng)控制的驅(qū)動(dòng)器、機(jī)械控制的驅(qū)動(dòng)器、電控制的驅(qū)動(dòng)器或者機(jī)電控制的驅(qū)動(dòng)器。進(jìn)一步的方面可以包括包括第一成角度的管配合面的管接收凹部；和包括第二成角度的管配合面的垂向管，其中，第一和第二成角度的管配合面構(gòu)造成在將垂向管插入到管接收凹部?jī)?nèi)的過(guò)程中協(xié)作引導(dǎo)垂向管。在又進(jìn)一步的方面中，提供冷水管與柱筒(spar)的下部之間的靜態(tài)接口，其包括具有錐形下表面的接收凹部；和用于與冷水管上提凸緣的錐形凸緣面密封型接合的接觸墊。在將冷水管連接至柱筒的下部的示例性方法中，方法提供的步驟包括將上提保持纜繩連接至冷水管的上部，其中冷水管的上部包括具有錐形連接面的上提凸緣；利用上提保持纜繩將冷水管拉到柱筒接收凹部?jī)?nèi)，其中接收凹部包括用于接收冷水管的上部的錐形面和接觸墊；使冷水管的錐形連接面與接收凹部的接觸墊產(chǎn)生密封型接觸；并且用機(jī)械的方式將上提纜繩固定以保持連接面與接觸墊之間的密封型接觸。在再進(jìn)一步的方面中，提供一種冷水管，用于靜態(tài)連接至柱筒的下部，其中冷水管包括第一縱向部和第二縱向部；第一縱向部連接至柱筒的下部并且第二縱向部比第一縱向部更有柔性。在一些方面中，第三縱向部可以包括在冷水管中，該第三縱向部不如第二縱向部有柔性。第三縱向部可以比第一縱向部更有柔性。第三縱向部可以包括冷水管的長(zhǎng)度的50%或更多。第一縱向部可以包括冷水管的長(zhǎng)度的10%或更少。第二縱向部可以包括冷水管的長(zhǎng)度的1%至30%之間。第二縱向部可以允許冷水管的第三縱向部偏斜量在O. 5°至30°之間。發(fā)明的進(jìn)一步的方面涉及具有優(yōu)化了的多級(jí)熱交換系統(tǒng)的浮式的最小起伏的OTEC電站，其中熱水供給管道和冷水供給管道以及熱交換器柜在結(jié)構(gòu)上與電站的浮式平臺(tái)或結(jié)構(gòu)一體化。又進(jìn)一步的方面包括浮式海洋熱能轉(zhuǎn)換電站。諸如柱筒的最小起伏結(jié)構(gòu)或者改進(jìn)型半潛式離岸結(jié)構(gòu)可以包括第一甲板部，該第一甲板部具有結(jié)構(gòu)一體化的熱海水通道、多級(jí)熱交換表面和工作流體通道，其中，第一甲板部提供工作流體的蒸發(fā)。第二甲板部也設(shè)置有結(jié)構(gòu)一體化的冷海水通道、多級(jí)熱交換表面和工作流體通道，其中，第二甲板部提供用于使工作流體從蒸汽冷凝成液體的冷凝系統(tǒng)。第一和第二甲板工作流體通道與第三甲板部連通，該第三甲板部包括由一個(gè)或多個(gè)蒸汽渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)，以用于發(fā)電。在一個(gè)方面中，提供一種離岸發(fā)電結(jié)構(gòu)，其包括浸沒(méi)部。浸沒(méi)部進(jìn)一步包括第一 甲板部，該第一甲板部包括一體化的多級(jí)蒸發(fā)器系統(tǒng)；第二甲板部，該第二甲板部包括一體化的多級(jí)冷凝系統(tǒng)；第三甲板部，該第三甲板部容納有電力產(chǎn)生和轉(zhuǎn)換裝置；冷水管和冷水管連接部。在進(jìn)一步的方面中，第一甲板部進(jìn)一步包括形成高容量熱水管道的第一級(jí)熱水結(jié)構(gòu)通道。第一甲板部還包括與第一級(jí)熱水結(jié)構(gòu)通道協(xié)作配置以將工作流體加熱成蒸汽的第一級(jí)工作流體通道。第一甲板部還包括直接聯(lián)接至第二級(jí)熱水結(jié)構(gòu)通道的第一級(jí)熱水排放部。第二級(jí)熱水結(jié)構(gòu)通道形成高容量熱水通道并且包括聯(lián)接至第一級(jí)熱水排放部的第二級(jí)熱水引入部。第一級(jí)熱水排放部到第二級(jí)熱水引入部的配置提供第一級(jí)與第二級(jí)之間的熱水流中的最小壓力損失。第一甲板部還包括與第二級(jí)熱水結(jié)構(gòu)通道協(xié)作配置以將工作流體加熱成蒸汽的第二級(jí)工作流體通道。第一甲板部還包括第二級(jí)熱水排放部。在進(jìn)一步的方面中，浸沒(méi)部進(jìn)一步包括第二甲板部，該第二甲板部包括用于形成高容量冷水管道的第一級(jí)冷水結(jié)構(gòu)通道。第一級(jí)冷水通道進(jìn)一步包括第一級(jí)冷水引入部。第二甲板部還包括與第一甲板部的第一級(jí)工作流體通道連通的第一級(jí)工作流體通道。第二甲板部的第一級(jí)工作流體通道與第一級(jí)冷水結(jié)構(gòu)通道協(xié)作以將工作流體冷卻成液體。第二甲板部還包括第一級(jí)冷水排放部，該第一級(jí)冷水排放部直接聯(lián)接至形成高容量冷水管道的第二級(jí)冷水結(jié)構(gòu)通道。第二級(jí)冷水結(jié)構(gòu)通道包括第二級(jí)冷水引入部。第一級(jí)冷水排放部和第二級(jí)冷水引入部配置成提供從第一級(jí)冷水排放部到第二級(jí)冷水引入部的冷水流中的最小壓力損失。第二甲板部還包括與第一甲板部的第二級(jí)工作流體通道連通的第二級(jí)工作流體通道。第二級(jí)工作流體通道與第二級(jí)冷水結(jié)構(gòu)通道協(xié)作將第二級(jí)工作流體通道中的工作流體冷卻成液體。第二甲板部還包括第二級(jí)冷水排放部。在進(jìn)一步的方面中，第三甲板部可以包括第一蒸汽渦輪機(jī)和第二蒸汽渦輪機(jī)，其中第一甲板部的第一級(jí)工作流體通道與第一渦輪機(jī)連通，并且第一甲板部的第二級(jí)工作流體通道與第二渦輪機(jī)連通。第一和第二渦輪機(jī)能夠聯(lián)接至一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)。在又進(jìn)一步的方面中，提供一種離岸發(fā)電結(jié)構(gòu)，其包括浸沒(méi)部，該浸沒(méi)部進(jìn)一步包括四級(jí)蒸發(fā)器部、四級(jí)冷凝器部、四級(jí)發(fā)電部、冷水管連接部和冷水管。在一個(gè)方面中，四級(jí)蒸發(fā)器部包括熱水管道，該熱水管道包括第一級(jí)熱交換表面、第二級(jí)熱交換表面、第三級(jí)熱交換表面和第四級(jí)熱交換表面。熱水管道包括浸沒(méi)部的垂向結(jié)構(gòu)構(gòu)件。第一、第二、第三和第四熱交換表面與工作流體管道的第一、第二、第三和第四級(jí)部協(xié)作，其中，流過(guò)工作流體管道的工作流體在第一、第二、第三和第四級(jí)部中的每一個(gè)處被加熱成蒸汽。在一個(gè)方面中，四級(jí)冷凝器部包括冷水管道，該冷水管道包括第一級(jí)熱交換表面、第二級(jí)熱交換表面、第三級(jí)熱交換表面和第四級(jí)熱交換表面。冷水管道包括浸沒(méi)部的垂向結(jié)構(gòu)構(gòu)件。第一、第二、第三和第四熱交換表面與工作流體管道的第一、第二、第三和第四級(jí)部協(xié)作，其中，流過(guò)工作流體管道的工作流體在第一、第二、第三和第四級(jí)部中的每一個(gè)處被加熱為蒸汽，并且在各依次級(jí)處△ T越來(lái)越低。在再一方面中，蒸發(fā)器部的第一、第二、第三和第四級(jí)工作流體管道與第一、第二、第三和第四蒸汽渦輪機(jī)連通，其中，蒸發(fā)器部第一級(jí)工作流體管道與第一蒸汽渦輪機(jī)連通并且排出至冷凝器部的第四級(jí)工作流體管道。在再一方面中，蒸發(fā)器部的第一、第二、第三和第四級(jí)工作流體管道與第一、第二、 第三和第四蒸汽渦輪機(jī)連通，其中蒸發(fā)器部第二級(jí)工作流體管道與第二蒸汽渦輪機(jī)連通并且排出至冷凝器部的第三級(jí)工作流體管道。在再一方面中，蒸發(fā)器部的第一、第二、第三和第四級(jí)工作流體管道與第一、第二、第三和第四蒸汽渦輪機(jī)連通，其中蒸發(fā)器部第三級(jí)工作流體管道與第三蒸汽渦輪機(jī)連通并且排出至冷凝器部的第二級(jí)工作流體管道。在再一方面中，蒸發(fā)器部的第一、第二、第三和第四級(jí)工作流體管道與第一、第二、第三和第四蒸汽渦輪機(jī)連通，其中蒸發(fā)器部第四級(jí)工作流體管道與第四蒸汽渦輪機(jī)連通并且排出至冷凝器部的第一級(jí)工作流體管道。在又進(jìn)一步的方面中，第一發(fā)電機(jī)由第一渦輪機(jī)或第四渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，或者由第一和第四渦輪機(jī)的組合驅(qū)動(dòng)。在又進(jìn)一步的方面中，第二發(fā)電機(jī)由第二渦輪機(jī)或第三渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，或者由第二和第三渦輪機(jī)兩者的組合驅(qū)動(dòng)。發(fā)明的另外的方面可以包含一個(gè)或多個(gè)以下特征第一和第四渦輪機(jī)或第二和第三渦輪機(jī)產(chǎn)生9麗至60麗之間的電力；第一和第二渦輪機(jī)產(chǎn)生大約55麗的電力；第一和第二渦輪機(jī)形成海洋熱能轉(zhuǎn)換電站中的多個(gè)渦輪發(fā)電機(jī)組中的一個(gè)；第一級(jí)熱水引入部不與第二級(jí)冷水排放部發(fā)生干涉；第一級(jí)冷水引入部不與第二級(jí)熱水排放部發(fā)生干涉；第一或第二級(jí)工作流體通道內(nèi)的工作流體包括商業(yè)制冷劑。工作流體包括氨、丙烯、丁烷、R-134或R-22 ;第一和第二級(jí)工作流體通道內(nèi)的工作流體溫度增加12° F至24° F ;第一工作流體流過(guò)第一級(jí)工作流體通道，并且第二工作流體流過(guò)第二級(jí)工作流體通道，其中，第二工作流體以低于第一工作流體進(jìn)入第一蒸汽渦輪機(jī)的溫度進(jìn)入第二蒸汽渦輪機(jī)；第一和第二級(jí)工作流體通道中的工作流體溫度降低12° F至24° F ;第一工作流體流過(guò)第一級(jí)工作流體通道，并且第二工作流體流過(guò)第二級(jí)工作流體通道，其中，第二工作流體以低于第一工作流體進(jìn)入第二甲板部的溫度進(jìn)入第二甲板部。發(fā)明的進(jìn)一步的方面也可以包含一個(gè)或多個(gè)以下特征在第一或第二級(jí)熱水結(jié)構(gòu)通道內(nèi)流動(dòng)的熱水包括熱海水、地?zé)峒訜崴⑻?yáng)能加熱儲(chǔ)藏水；變熱了的工業(yè)冷卻水，或這些水的組合；熱水以在500，OOOgpm (加侖/分鐘)至6，000, OOOgpm之間的流量流動(dòng)；熱水以 5，440，OOOgpm 的流量流動(dòng)；熱水以在 300，000，0001b/hr 至 I, 000，000，OOOlb/hr之間的流量流動(dòng)；熱水以2，720, 0001b/hr的流量流動(dòng)；在第一或第二級(jí)冷水結(jié)構(gòu)通道內(nèi)流動(dòng)的冷水包括冷海水，冷淡水、冷地下水或者這些的組合；冷水以在250，OOOgpm至3，000, OOOgpm之間的流量流動(dòng)；冷水以3，420，OOOgpm的流量流動(dòng)；冷水以在125，000，0001b/hr 至 I, 750，000，0001b/hr 之間的流量流動(dòng)；冷水以 I, 710，0001b/hr 的流
量流動(dòng)。發(fā)明的若干個(gè)方面還可以包含一個(gè)或多個(gè)以下特征離岸結(jié)構(gòu)是最小起伏結(jié)構(gòu)；離岸結(jié)構(gòu)是浮式柱筒(spar)結(jié)構(gòu)；離岸結(jié)構(gòu)是半潛式結(jié)構(gòu)。發(fā)明的又進(jìn)一步的方面可以包括用于在海洋熱能轉(zhuǎn)換電站中使用的高容量低速度熱交換系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一級(jí)柜，該第一級(jí)柜進(jìn)一步包括用于與工作流體熱交換的第一水流動(dòng)通道；第一工作流體通道；聯(lián)接至第一級(jí)柜的第二級(jí)柜，該第二級(jí)柜進(jìn)一步包括用于與工作流體熱交換的第二水流動(dòng)通道，第二水流動(dòng)通道以使從第一水流動(dòng)通道流至第二水流動(dòng)通道的水的壓降最小化的方式聯(lián)接至第一水流動(dòng)通道；和第二工作流體通道。第一和第二級(jí)柜包括電站的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
在一個(gè)方面中，水從第一級(jí)柜流至第二級(jí)柜，并且第二級(jí)柜在蒸發(fā)器中位于第一級(jí)柜的下方。在另一方面中，水從第一級(jí)柜流至第二級(jí)柜，并且第二級(jí)柜在冷凝器中位于第一級(jí)柜的上方且在蒸發(fā)器中的第一級(jí)柜的下方。本發(fā)明的方面可以具有一個(gè)或多個(gè)以下優(yōu)點(diǎn)連續(xù)的錯(cuò)開(kāi)板條式冷水管比分段式管構(gòu)造輕；連續(xù)的錯(cuò)開(kāi)板條式冷水管具有比分段式管少的摩擦損失；單個(gè)板條可以將大小做成容易運(yùn)輸至OTEC電站操作現(xiàn)場(chǎng)；板條可以構(gòu)造成期望的浮力特征；0TEC發(fā)電需要少至沒(méi)有的用于能源生產(chǎn)的燃料成本；與高壓高溫發(fā)電站中使用的高成本的特殊的材料相比，OTEC熱機(jī)中涉及的低壓力和低溫度降低了組成元件成本并且需要普通材料；電站可靠性可以與商業(yè)制冷系統(tǒng)媲美，連續(xù)操作多年而不用重大的維修；與高壓高溫電站相比降低了構(gòu)造時(shí)間；以及安全、對(duì)環(huán)境無(wú)害的操作和發(fā)電。另外的優(yōu)點(diǎn)可以包括與傳統(tǒng)OTEC系統(tǒng)相比增加了凈效率、降低了犧牲性電力載荷；降低了熱水和冷水通道中的壓力損失；模塊化組成部件；較低頻率的離網(wǎng)發(fā)電時(shí)間；針對(duì)波浪作用使起伏最小化并且減少了敏感性；冷卻水在表面水位下方排放，熱水的引入不與冷水排放發(fā)生干涉。在附圖以及以下的說(shuō)明中闡述了發(fā)明的一個(gè)以上的實(shí)施方式的細(xì)節(jié)。發(fā)明的其他特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將從說(shuō)明和附圖以及從權(quán)利要求書變得明顯。


圖I示出示例性現(xiàn)有技術(shù)的OTEC熱機(jī)。圖2示出示例性現(xiàn)有技術(shù)的OTEC電站。圖3示出本發(fā)明的OTEC結(jié)構(gòu)。圖3A示出本發(fā)明的OTEC結(jié)構(gòu)。圖4示出本發(fā)明的OTEC結(jié)構(gòu)的錯(cuò)開(kāi)板條式管。圖5示出本發(fā)明的錯(cuò)開(kāi)板條圖案的細(xì)節(jié)圖。圖6示出本發(fā)明的錯(cuò)開(kāi)板條式冷水管的橫截面圖。圖7A至圖7C示出本發(fā)明的單個(gè)板條的各種圖。圖8示出本發(fā)明的單個(gè)板條的舌槽配置。圖9示出本發(fā)明的兩個(gè)板條之間的主動(dòng)卡合鎖扣。
圖10示出本發(fā)明的包含有加強(qiáng)箍的錯(cuò)開(kāi)板條式冷水管。圖11示出本發(fā)明的冷水管構(gòu)造的方法。圖12示出萬(wàn)向節(jié)管連接的現(xiàn)有技術(shù)的示例。圖13示出本發(fā)明的冷水管連接。圖14示出本發(fā)明的冷水管連接。圖15示出本發(fā)明的冷水管連接方法。圖16示出本發(fā)明的具有柔性冷水管的冷水管連接。圖17示出本發(fā)明的冷水管連接。 圖18示出本發(fā)明的具有上提凸緣的冷水管。圖19示出本發(fā)明的一個(gè)方面的剖切立體圖。圖20示出本發(fā)明的熱交換器甲板的甲板平面圖。圖21示出本發(fā)明的柜式熱交換器。圖22k示出傳統(tǒng)的熱交換循環(huán)。圖22B示出級(jí)聯(lián)的多級(jí)熱交換循環(huán)。圖22C示出混合級(jí)聯(lián)的多級(jí)熱交換循環(huán)。圖22D示出蒸發(fā)器壓降和關(guān)聯(lián)的發(fā)電。圖23A至圖23B示出本發(fā)明的示例性O(shè)TEC熱機(jī)。除非另作說(shuō)明，各圖中相似的附圖標(biāo)記表示相似的元件。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及利用海洋熱能轉(zhuǎn)換(OTEC)技術(shù)發(fā)電。本發(fā)明的方面涉及浮式OTEC電站，該OTEC電站具有優(yōu)于以前的OTEC電站的改善了的整體效率、降低了的寄生載荷、較好的穩(wěn)定性、較低的構(gòu)造和操作成本以及改善了的環(huán)境足跡。其他方面包括與浮式結(jié)構(gòu)一體的大容量水管道。多級(jí)OTEC熱機(jī)的模塊化和區(qū)室化降低了構(gòu)造和維護(hù)成本、限制了離網(wǎng)操作并且提高了操作性能。又進(jìn)一步的方面提供了具有一體的熱交換區(qū)室的浮式平臺(tái)，并且提供了平臺(tái)由于波浪作用而產(chǎn)生的最小運(yùn)動(dòng)。一體的浮式平臺(tái)也可以提供通過(guò)多級(jí)熱交換器的高效的熱水流或冷水流，提高了效率并且降低了寄生電力需要。本發(fā)明的方面通過(guò)將熱水和冷水排放在適當(dāng)?shù)纳疃?溫度范圍內(nèi)而促進(jìn)了中性熱足跡。以電的形式提取出的能量降低了到達(dá)海洋的整體溫度(bulk temperature )。OTEC是用儲(chǔ)存在地球海洋中的來(lái)自太陽(yáng)的熱能來(lái)發(fā)電的過(guò)程。OTEC利用了較熱的上層海水與較冷的深層海水之間的溫差。該溫差典型地至少為36° F (20°C)。這些條件存在于熱帶地區(qū)，大致在南回歸線和北回歸線之間，甚至是在南北緯20°之間。OTEC過(guò)程利用溫差向蘭金循環(huán)(Rankine cycle)提供動(dòng)力，其中熱的表面水用作熱源，冷的深層水用作冷源(heat sink)。蘭金循環(huán)的渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)。圖I示出典型的OTEC蘭金循環(huán)熱機(jī)10，該熱機(jī)10包括熱海水入口 12、蒸發(fā)器14、熱海水出口 15、渦輪機(jī)16、冷海水入口 18、冷凝器20、冷海水出口 21、工作流體管道22和工作流體泵24。在操作中，熱機(jī)10可以使用多種工作流體中的任何一種，例如，諸如氨等商業(yè)制冷劑。其他工作流體可以包括丙烯、丁烷、R-22和R-134a。也可以使用其他商業(yè)制冷劑。大約75° F至85° F之間或者更高溫度的熱海水經(jīng)由熱海水入口 12被從海洋表面或比海洋表面稍低的位置抽取，進(jìn)而對(duì)穿過(guò)蒸發(fā)器14的氨工作流體進(jìn)行加熱。氨沸騰產(chǎn)生大約9. 3標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(atm)的蒸汽壓。蒸汽沿著工作流體管道22被輸送至渦輪機(jī)16。氨蒸汽在穿過(guò)渦輪機(jī)16時(shí)膨脹，產(chǎn)生了驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)25的動(dòng)力。然后氨蒸汽進(jìn)入冷凝器20，在那里氨蒸汽被從大約3000英尺深的深層海洋抽取的冷海水冷卻為液體。冷海水以大約40° F的溫度進(jìn)入冷凝器。在冷凝器20中的溫度為大約51° F的氨工作流體的蒸汽壓為6. I標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。因此，顯著的壓力差可用于驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)16并產(chǎn)生電力。當(dāng)氨工作流體冷凝時(shí)，液態(tài)工作流體經(jīng)由工作流體管道22被工作流體泵24泵回至蒸發(fā)器14內(nèi)。圖I的熱機(jī)10與大多數(shù)蒸汽渦輪機(jī)的蘭金循環(huán)實(shí)質(zhì)上相同，除了 OTEC由于利用不同的工作流體和較低的溫度及壓力而不同。圖I的熱機(jī)10也與商業(yè)制冷設(shè)備相似，除了OTEC循環(huán)沿相反的方向運(yùn)行使得熱源(例如，熱海水)和冷的冷源(例如，深層海水)被用于產(chǎn)生電力。圖2示出浮式OTEC設(shè)備200的典型組成部件，這些組成部件包括船舶(vessel) 或平臺(tái)210、熱海水入口 212、熱水泵213、蒸發(fā)器214、熱海水出口 215、渦輪發(fā)電機(jī)216、冷水管217、冷海水入口 218、冷水泵219、冷凝器220、冷海水出口 221、工作流體管道22、工作流體泵224和管連接部230。OTEC設(shè)備200還可以包括發(fā)電、轉(zhuǎn)換和傳輸系統(tǒng)、諸如推進(jìn)器、推動(dòng)器等位置控制系統(tǒng)或者錨泊系統(tǒng)(mooring system)以及各種輔助和支持系統(tǒng)(例如，人員住宿、應(yīng)急電源、飲用水、污水和廢水、消防、損害控制、儲(chǔ)備浮力以及其他常見(jiàn)的船上或海事系統(tǒng))。利用圖I和圖2中的基本的熱機(jī)和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的OTEC電站具有3%或更小的相對(duì)低的整體效率。由于該低的熱效率，所以產(chǎn)生每千瓦電力的OTEC操作都需要大量的水流過(guò)電力系統(tǒng)。這進(jìn)而在蒸發(fā)器和冷凝器中需要具有大的熱交換表面積的大的熱交換器。這樣的大量的水和大表面積需要熱水泵213和冷水泵219具有相當(dāng)大的泵取能力，降低了可用于配送至岸基設(shè)備或船上工業(yè)目的的凈電力。此外，多數(shù)水面船舶的有限空間也不太可能便于大量的水導(dǎo)入并流過(guò)蒸發(fā)器或冷凝器。實(shí)際上，大量的水需要大直徑管和管道。將這樣的結(jié)構(gòu)放在有限的空間內(nèi)需要多個(gè)彎道來(lái)容納其他機(jī)械。典型的水面船舶或結(jié)構(gòu)的有限空間不太可能便于OTEC電站的最大效率所需的大的熱交換表面積。因此，OTEC系統(tǒng)以及船舶或平臺(tái)歷來(lái)較大并且昂貴。這導(dǎo)致如下工業(yè)結(jié)論與利用較高溫度和壓力的其他能源生產(chǎn)方案相比，OTEC操作是一種高成本、低產(chǎn)出的發(fā)電方案。本發(fā)明的方面解決了技術(shù)挑戰(zhàn)，以提高OTEC操作的效率并且降低構(gòu)造和操作成本。船舶或平臺(tái)210需要低運(yùn)動(dòng)，以使冷水管217與船舶或平臺(tái)210之間的動(dòng)態(tài)力最小化，并且為平臺(tái)或船舶中的OTEC設(shè)施提供良性的操作環(huán)境。船舶或平臺(tái)210還應(yīng)該支持冷水入口和熱水入口(218和212)的體積流量使得以適當(dāng)?shù)某潭纫胱銐虻睦渌蜔崴?，以確保OTEC過(guò)程的效率。船舶或平臺(tái)210還應(yīng)該使得冷水和熱水能夠經(jīng)由船舶或平臺(tái)210的水線下方的適當(dāng)位置的冷水出口和熱水出口(221和215)排放，以避免熱回流進(jìn)入到海洋表面層。另外，船舶或平臺(tái)210應(yīng)該經(jīng)受得住惡劣天氣而不會(huì)干擾發(fā)電操作。OTEC熱機(jī)10應(yīng)該采用用于最大效率和最大發(fā)電的高效熱循環(huán)。沸騰和冷凝過(guò)程中的熱傳遞以及熱交換器材料和設(shè)計(jì)均限制了從每磅熱海水能夠提取出的能源的量。蒸發(fā)器214和冷凝器220中使用的熱交換器需要高的熱水和冷水流量以及低的水頭損失(headloss)以使寄生載荷最小化。熱交換器也需要高的熱傳遞系數(shù)以提高效率。熱交換器可以包含能夠被調(diào)節(jié)成適應(yīng)(tailor)熱水入口溫度和冷水入口溫度的材料和設(shè)計(jì)，以提高效率。熱交換器設(shè)計(jì)應(yīng)該使用材料用量最少化的簡(jiǎn)單的構(gòu)造方法，以降低成本和體積。渦輪發(fā)電機(jī)216應(yīng)該具有內(nèi)部損失最小化的高效率，并且可以被調(diào)節(jié)成適應(yīng)工作流體以提高效率。圖3示出提高以前的OTEC電站的效率并且克服與其相關(guān)聯(lián)的多個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)的本發(fā)明的實(shí)施。該實(shí)施包括船舶或平臺(tái)用柱筒(spar)，柱筒上一體設(shè)置有熱交換器和相關(guān)聯(lián)的熱水管路和冷水管路。OTEC柱筒310容納有用于與OTEC發(fā)電站一起使用的一體化多級(jí)熱交換系統(tǒng)。柱筒310包括在水線305下方的浸沒(méi)部311。浸沒(méi)部311包括熱水引入部340、蒸發(fā)器部344、熱水排放部346、冷凝器部348、冷水引入部350、冷水管351、冷水排放部352、機(jī)械甲板部 (machinery deck portion)354。甲板室360設(shè)置在柱筒的頂部以容納電氣開(kāi)關(guān)裝置、輔助和應(yīng)急機(jī)械及系統(tǒng)、小船裝卸設(shè)備以及諸如辦公室、寢室、通訊中心和控制室等載人空間。圖3A示出本發(fā)明的示例性機(jī)械布局，包括熱水引入部340、熱水泵室341、堆疊式蒸發(fā)器部344、渦輪發(fā)電機(jī)349、堆疊式冷凝器部348、冷水引入部350和冷水泵室351。在操作中，75° F至85° F之間的熱海水通過(guò)熱水引入部340而被引入并且通過(guò)未示出的結(jié)構(gòu)一體化的熱水管道在柱筒中向下流動(dòng)。由于OTEC熱機(jī)所需的水流量大，所以熱水管道將水流以500，OOOgpm至6，000, OOOgpm之間的流量引導(dǎo)至蒸發(fā)器部344。這樣的熱水管道具有6英尺至35英尺之間或更大的直徑。由于該尺寸，所以熱水管是柱筒310的垂向結(jié)構(gòu)構(gòu)件(vertical structural member)。熱水管道可以是強(qiáng)度足夠垂向支撐柱筒310的大直徑管。可選地，熱水管道可以是與柱筒310的構(gòu)造為一體的通道。熱水然后流過(guò)蒸發(fā)器部344，該蒸發(fā)器部344容納有用于將工作流體加熱至蒸汽的一個(gè)或多個(gè)堆疊式多級(jí)熱交換器。熱海水然后經(jīng)由熱水排放部346從柱筒310排放。熱水排放可以位于或靠近溫度與熱水排出溫度大致相同的海洋熱層處，或者經(jīng)由熱水排放管被引導(dǎo)至或被引導(dǎo)靠近溫度與熱水排放溫度大致相同的海洋熱層的深度，以使環(huán)境沖擊最小化。熱水排放可以被引導(dǎo)至能夠確保與熱水引入或冷水引入均沒(méi)有熱回流的足夠的深度處。冷海水經(jīng)由冷水管351被從2500英尺至4200英尺之間或更深的深度抽取，溫度大約為40° F。冷海水經(jīng)由冷水引入部350進(jìn)入柱筒310。由于OTEC熱機(jī)需要大的水流量，所以冷海水管道將水流以500，OOOgpm至3，500, OOOgpm之間的流量引導(dǎo)至冷凝器部348。這樣的冷海水管道具有6英尺至35英尺之間或者更大的直徑。由于該尺寸，所以冷海水管道是柱筒310的垂向結(jié)構(gòu)構(gòu)件。冷水管道可以是強(qiáng)度足夠垂向支撐柱筒310的大直徑管?？蛇x地，冷水管道可以是與柱筒310的構(gòu)造為一體的通道。冷海水然后向上流到堆疊式多級(jí)冷凝器部348，在那里冷海水將工作流體冷卻成液體。冷海水然后經(jīng)由冷海水排放部352從柱筒310排放。冷海水排放可以位于或靠近溫度與冷海水排放溫度大致相同的海洋熱層處，或者經(jīng)由冷海水排放管被引導(dǎo)至或被引導(dǎo)靠近溫度與冷海水排放溫度大致相同的海洋熱層的深度。冷水排放可以被引導(dǎo)至能夠確保與熱水引入或冷水引入均沒(méi)有熱回流的足夠的深度處。
機(jī)械甲板部354可以被定位成在垂向上位于蒸發(fā)器部344和冷凝器部348之間。將機(jī)械甲板部354定位在蒸發(fā)器部344的下方允許幾乎直線狀的熱水從引入部流動(dòng)經(jīng)過(guò)多級(jí)蒸發(fā)器并且排放。將機(jī)械甲板部354定位在冷凝器部348的上方允許幾乎直線狀的冷水從引入部流動(dòng)經(jīng)過(guò)多級(jí)冷凝器并且排放。機(jī)械甲板部354包括渦輪發(fā)電機(jī)356。在操作中，來(lái)自蒸發(fā)器部344的被加熱成蒸汽的熱工作流體流到一個(gè)以上的渦輪發(fā)電機(jī)356。工作流體在渦輪發(fā)電機(jī)356中膨脹從而驅(qū)動(dòng)用于發(fā)電的渦輪機(jī)。工作流體然后流到冷凝器部348，在那里工作流體被冷卻成液體并且被泵送至蒸發(fā)器部344。熱交換器的性能受到流體之間可用的溫差以及熱交換器的表面處的熱傳遞系數(shù)的影響。熱傳遞系數(shù)一般隨著經(jīng)過(guò)熱傳遞表面的流體的速度而變化。流體速度越高需要的泵取功率越高，由此降低了電站的凈效率?；旌霞?jí)聯(lián)的多級(jí)熱交換系統(tǒng)有利于較低的流體速度和較大的電站效率。堆疊式混合級(jí)聯(lián)熱交換設(shè)計(jì)也有利于通過(guò)熱交換器的較低的壓降。并且垂向的電站設(shè)計(jì)有利于整個(gè)系統(tǒng)的較低的壓降。在2010年I月21日提交的名稱為“海洋熱能轉(zhuǎn)換電站”的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 12/691,663 (律師簽號(hào)25667-0004001)中描述了混合級(jí)聯(lián)的多級(jí)熱交換系統(tǒng)，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用合并于此。 冷水管如上所述，OTEC操作需要溫度恒定的冷水源。冷卻水中的變化可能大大影響OTEC電站的整體效率。因此,從2700英尺至4200英尺之間或更深的深度抽取大約40° F的水。需要長(zhǎng)引入管以將該冷水抽送至表面以便被OTEC電站使用。這樣的冷水管由于在構(gòu)造適合性能和耐久性的管時(shí)的成本而已經(jīng)妨礙了商業(yè)上可行的OTEC操作。這樣的冷水管由于在構(gòu)造適合性能和耐久性的管時(shí)的成本而已經(jīng)妨礙了商業(yè)上可行的OTEC操作。OTEC需要處于期望溫度的大量的水，以確保發(fā)電時(shí)的最大效率。以前的針對(duì)OTEC操作的冷水管設(shè)計(jì)包括段式構(gòu)造(sectional construction)。筒形管段以串聯(lián)的方式螺栓連接或機(jī)械接合到一起直到獲得足夠的長(zhǎng)度。在電站設(shè)備附近組裝管段并且接著將完全構(gòu)造好的管豎立并安裝。這樣的方式具有包括在管段之間的連接點(diǎn)處的應(yīng)力和疲勞在內(nèi)的顯著的缺點(diǎn)。此外，連接器件(connection hardware)增加了管的整體重量,進(jìn)一步使管段連接處以及完全組裝好的CWP與OTEC平臺(tái)或船舶之間的連接處的應(yīng)力和疲勞考慮復(fù)雜化。冷水管(“ CWP ”)用于從2700英尺至4200英尺之間或更深的海洋深度處的冷水儲(chǔ)藏中抽取水。冷水用于對(duì)從電站渦輪機(jī)出來(lái)的蒸汽狀的工作流體進(jìn)行冷卻和冷凝。CWP及其與船舶或平臺(tái)的連接被構(gòu)造成承受由管重量施加的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)負(fù)載、遭受波浪時(shí)管和平臺(tái)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)及高達(dá)百年一遇的強(qiáng)度(severity)的海流負(fù)載以及由水泵泵取引起的潰縮負(fù)載。CWP的尺寸制造成以低的阻力損失(drag loss)操作所需的水流量，并且CWP由在海水中具有耐久性和耐腐蝕性的材料制成。冷水管的長(zhǎng)度根據(jù)從溫度大約40° F的深度抽取水的需要而限定。CWP的長(zhǎng)度可以在2000英尺至4000英尺之間或者更長(zhǎng)。在本發(fā)明的方面中，冷水管的長(zhǎng)度可以是大約3000英尺。CWP的直徑由電站的大小和需要的水流量來(lái)確定。通過(guò)管的水流量由期望的電力輸出和OTEC電站效率來(lái)確定。CWP可以以500，OOOgpm至3，500, OOOgpm之間或更高的流量將冷水輸送至船舶或平臺(tái)的冷水管道。冷水管的直徑可以在6英尺至35英尺之間或者更大。在本發(fā)明的方面中，CWP的直徑大約為31英尺。以前的針對(duì)OTEC操作的冷水管設(shè)計(jì)包括段式構(gòu)造。長(zhǎng)度在10英尺至80英尺之間的筒形管段以串聯(lián)的方式螺栓連接或接合到一起直到獲得足夠的長(zhǎng)度。采用多個(gè)筒形管段，能夠在電站設(shè)備附近組裝CWP并且能夠?qū)⑼耆珮?gòu)造好的管豎立并安裝。這種方式具有包括在管段之間的連接點(diǎn)處的應(yīng)力和疲勞在內(nèi)的顯著的缺點(diǎn)。此外，連接器件增加了管的整體重量，進(jìn)一步使管段連接處以及完全組裝好的CWP與OTEC平臺(tái)或船舶之間的連接處的應(yīng)力和疲勞考慮復(fù)雜化。參照?qǐng)D4，示出了連續(xù)的錯(cuò)開(kāi)板條式冷水管。冷水管451沒(méi)有像以前的CWP設(shè)計(jì)一樣使用段式接合，而是利用了錯(cuò)開(kāi)板條式構(gòu)造。CWP451包括用于連接至浮式OTEC平臺(tái)411的浸沒(méi)部的頂端部452。與頂端部452相反的是底端部454，該底端部454可以包括壓艙物系統(tǒng)、錨泊系統(tǒng)和/或引入口攔網(wǎng)。
CWP451包括被構(gòu)造成形成筒體的多個(gè)錯(cuò)開(kāi)板條。在一個(gè)方面中，多個(gè)錯(cuò)開(kāi)板條可以包括交替的多個(gè)第一板條465和多個(gè)第二板條467。每個(gè)第一板條均包括頂邊緣471和底邊緣472。每個(gè)第二板條均包括頂邊緣473和底邊緣474。在一個(gè)方面中，第二板條467與相鄰的第一板條部465在垂向上錯(cuò)開(kāi)使得(第二板條部467的)頂邊緣473從(第一板條部465的)頂邊緣471在垂向上位移3%至97%之間。在另外的方面中，相鄰的板條之間的錯(cuò)位可以為大約 5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50% 或者更大。圖5示出本發(fā)明的一個(gè)方面的錯(cuò)開(kāi)板條圖案的細(xì)節(jié)圖。圖案包括多個(gè)第一板條465，每個(gè)均具有頂邊緣部471、底邊緣部472、連接邊緣480和錯(cuò)開(kāi)邊緣478。圖案還包括多個(gè)第二板條467，每個(gè)均具有頂邊緣部473、底邊緣部474、連接邊緣480和錯(cuò)開(kāi)邊緣479。在形成冷水管時(shí)，第一板條部465以如下的方式接合至第二板條部467 :當(dāng)從頂邊緣471向底邊緣472測(cè)量時(shí)，連接邊緣480是第一板條部465的長(zhǎng)度的大約3%至97%。在一方面中，連接邊緣480是板條長(zhǎng)度的大約50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%或90%?？梢岳斫獾氖牵谕耆珮?gòu)造好的管中，第一板條465可以沿著連接邊緣480接合至第二板條467。第一板條465也可以沿著錯(cuò)開(kāi)邊緣478連接至另外的板條，包括另外的第一板條部、另外的第二板條部或者任何其他板條部。類似地，第二板條467可以沿著連接邊緣480接合至第一板條部。并且第二板條467可以沿著錯(cuò)開(kāi)邊緣479接合至另一板條，包括另外的第一板條部、另外的第二板條部或者任何其他板條部。在若干個(gè)方面中，多個(gè)第一板條465和多個(gè)第二板條467之間的連接邊緣480可以是固定長(zhǎng)度(consistent length)或者是每個(gè)板條的繞著管周向的板條長(zhǎng)度的百分比。多個(gè)第一板條465和多個(gè)第二板條465之間的連接邊緣480可以是固定長(zhǎng)度或者是每個(gè)板條的沿冷水管451的長(zhǎng)軸的板條長(zhǎng)度的百分比。在進(jìn)一步的方面中，連接邊緣480的長(zhǎng)度可以在交替的第一板條465和第二板條467之間變化。如圖5所不,第一板條465和第二板條467具有相同的尺寸。在若干個(gè)方面中，第一板條465的寬度可以在30英寸至130英寸之間或者更寬，長(zhǎng)度可以是30英尺至60英尺，并且厚度可以在I英寸至24英寸之間。在一個(gè)方面中，板條尺寸可以是大約80英寸寬、40英尺長(zhǎng)以及4英寸至12英寸厚。可選地，第一板條465可以具有與第二板條467不同的長(zhǎng)度或覽度。圖6不出冷水管451的橫截面圖，該圖不出了交替的第一板條465和第二板條467。各板條均包括內(nèi)表面485和外表面486。相鄰的板條沿著連接面480接合。單個(gè)板條的相反側(cè)上的任何兩個(gè)連接面限定了角度α。角度α通過(guò)360°除以板條的總數(shù)量來(lái)確定。在一個(gè)方面中，α可以在1°至36°之間。在一個(gè)方面中，α可以是對(duì)于16板條管而言的22. 5°或者是對(duì)于32板條管而言的11. 25°。冷水管451的單個(gè)板條可以由如下材料制成聚氯乙烯(PVC)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、纖維增強(qiáng)塑料(FRP)、增強(qiáng)聚合物砂漿(RPMP)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、交聯(lián)高密度聚乙烯(ΡΕΧ)、聚丁烯(PB)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS);聚氨酯、聚酯、纖維增強(qiáng)聚酯、尼龍?jiān)鰪?qiáng)聚酯、乙烯基酯、纖維增強(qiáng)乙烯基酯、尼龍?jiān)鰪?qiáng)乙烯基酯、混凝土、陶瓷，或它們中的一個(gè)或多個(gè)的組合物。單個(gè)板條可以利用標(biāo)準(zhǔn)制造技術(shù)模塑成型、擠出成型或者拉擠成型(pulltruded)。在一個(gè)方面中，單個(gè)板條被拉擠成型為期望的形狀和形式，并且包括纖維或尼龍?jiān)鰪?qiáng)乙烯基酯。乙烯基酯可以從肯塔基州卡溫頓的阿施蘭德化學(xué)公司(AshlandChemical)得到。在一個(gè)方面中，板條可以利用適合的粘合劑結(jié)合至相鄰的板條。柔性樹(shù)脂可以被 用于提供柔性接合以及均勻的管性能。在本發(fā)明的若干個(gè)方面中，包括了增強(qiáng)乙烯基酯的板條利用乙烯基酯樹(shù)脂被結(jié)合至相鄰的板條。也可以使用甲基丙烯酸酯粘合劑，如馬薩諸塞州丹佛斯的 Plexis Structural Adhesives 生產(chǎn)的 MA560-1。參照?qǐng)D7A至圖7C，示出了各種板條的構(gòu)造，其中單個(gè)板條465包括頂邊緣471、底邊緣472和一個(gè)以上的空孔(void) 475?？湛?75可以是空的、填充有水、填充有樹(shù)脂、填充有粘合劑或者填充有諸如復(fù)合泡沫塑料等泡沫材料。復(fù)合泡沫塑料是樹(shù)脂和小玻璃珠的基體(matrix)。小珠子可以是空心的或者實(shí)心的?？湛?75可以被填充以影響板條和/或冷水管451的浮力。圖7A示出單個(gè)空孔475。在一個(gè)方面中，多個(gè)空孔475可以沿著板條的長(zhǎng)度均勻地隔開(kāi)，如圖7B中所示。在一個(gè)方面中，可以朝向板條的一個(gè)端部、例如朝向底邊緣472放置一個(gè)以上的空孔475，如圖7C中所示。參照?qǐng)D8，各單個(gè)板條465可以包括頂邊緣471、底邊緣472、第一長(zhǎng)邊491和第二長(zhǎng)邊492。在一個(gè)方面中，長(zhǎng)邊491包括接合構(gòu)件(joinery member),如接合舌493。接合構(gòu)件可以可選地包括條(biscuit)、半搭接頭或其他接合結(jié)構(gòu)。第二長(zhǎng)邊492包括配合接合面，如凹槽494。在使用時(shí)，第一板條的第一長(zhǎng)邊491與第二板條的第二長(zhǎng)邊492配合或接合。雖然未示出，但是也可以在頂邊緣471和底邊緣472處使用諸如舌槽等接合結(jié)構(gòu)或者其他結(jié)構(gòu)，以將板條接合至長(zhǎng)度方向上相鄰的板條。在本發(fā)明的若干個(gè)方面中，第一長(zhǎng)邊可以包括用于與第二長(zhǎng)邊492配合接合的主動(dòng)卡合鎖扣連接491。在美國(guó)專利No. 7，131，242中大概描述了主動(dòng)卡合鎖扣連接或卡合鎖扣連接，該專利的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用合并于此。接合舌493的整個(gè)長(zhǎng)度可以包含主動(dòng)卡合鎖扣或者部分接合舌493可以包括主動(dòng)卡合鎖扣。接合舌493可以包括卡合鉚釘。可以理解的是，當(dāng)接合舌493包括卡合鎖扣結(jié)構(gòu)時(shí)，在具有凹槽494的第二長(zhǎng)邊上設(shè)置適當(dāng)?shù)慕邮战Y(jié)構(gòu)。圖9示出示例性主動(dòng)卡合鎖扣系統(tǒng)，其中陽(yáng)部970包括凸緣972。陽(yáng)部970與包括內(nèi)凹的凸緣安裝部977的接收部975機(jī)械接合。使用時(shí)，將陽(yáng)部970插到接收部975中使得凸緣部972與內(nèi)凹的凸緣安裝部977接合，從而允許陽(yáng)部970的插入而防止松開(kāi)或脫出。錯(cuò)開(kāi)板條式管的板條部之間的主動(dòng)卡合鎖扣接頭可以用于將兩個(gè)板條部機(jī)械地鎖定到一起。主動(dòng)卡合鎖扣接頭可以單獨(dú)使用，或者與樹(shù)脂或粘合劑組合使用。在一個(gè)方面中，柔性樹(shù)脂與主動(dòng)卡合鎖扣接頭組合使用。圖10示出具有錯(cuò)開(kāi)板條式構(gòu)造的冷水管451，該錯(cuò)開(kāi)板條式構(gòu)造包括多個(gè)交替的第一板條465和第二板條467，并且進(jìn)一步包括覆蓋冷水管451的外表面的至少一部分的螺旋狀卷繞帶497。在若干個(gè)方面中，帶從冷水管451的底部454連續(xù)至冷水管451的頂部452。在其他方面中，帶497僅設(shè)置在管451的由于水通過(guò)冷水管451的運(yùn)動(dòng)而經(jīng)歷渦流脫落的那些部分中。帶497為冷水管451提供徑向和長(zhǎng)度方向上的支撐。帶497還防止沿著冷水管的振動(dòng)并且降低由于海洋流運(yùn)動(dòng)而引起的渦流脫落。帶497可以具有與冷水管451的單個(gè)板條相同的厚度和寬度，或者可以是厚度為單個(gè)板條的厚度的兩倍、三倍、四倍或更寬，并且寬度為單個(gè)板條的寬度的最高達(dá)10倍(例如，2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍或10倍)。帶497可以以沿著外表面基本上平坦鋪設(shè)的方式安裝在冷水管的外表面上。在一 個(gè)實(shí)施方式中，帶497可以從冷水管451的外表面向外突出以形成螺旋狀卷繞箍。在發(fā)明的方面中，可以在帶或箍497的各個(gè)部分上附加翅片、葉片或翼片。這樣的翅片可以形成繞著冷水管的一部分卷繞的或者繞著冷水管的整個(gè)長(zhǎng)度卷繞的螺旋結(jié)構(gòu)。翅片可以成角度并且可以以任何數(shù)量繞著箍設(shè)置以防止由冷水管引起的漩渦情況。在一些方面中，翅片可以從管表面突出管直徑的1/32至1/3之間的距離(例如，約管直徑的1/32，約管直徑的1/16，約管直徑的1/8，約管直徑的1/7，約管直徑的1/6，約管直徑的1/5，約管直徑的1/4，以及約管直徑的1/3)。帶497可以由與形成冷水管451的多個(gè)板條的材料兼容的任何適合的材料制成，包括聚氯乙烯(PVC)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、纖維增強(qiáng)塑料(FRP)、增強(qiáng)聚合物砂漿(RPMP)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、交聯(lián)高密度聚乙烯(PEX)、聚丁烯(PB)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS);聚氨酯、聚酯、纖維增強(qiáng)聚酯、乙烯基酯、增強(qiáng)乙烯基酯、混凝土、陶瓷或它們中的一個(gè)或多個(gè)的組合物。帶497可以利用標(biāo)準(zhǔn)制造技術(shù)模塑成型、擠出成型或拉擠成型。在一個(gè)方面中，帶497被拉擠成型為期望的形狀和形式，并且包括與冷水管451的板條所使用的材料相似的纖維增強(qiáng)或尼龍?jiān)鰪?qiáng)乙烯基酯。帶497可以利用包括上述材料中任何一個(gè)的樹(shù)脂的適合的粘合劑或樹(shù)脂接合至冷水管451。在一些方面中，帶497不沿著冷水管451的長(zhǎng)度連續(xù)。在一些方面中，帶497不沿著冷水管451的周向連續(xù)。在一些方面中，帶497包括附著于冷水管451的外表面的豎條。在一些方面中，當(dāng)需要徑向或其他結(jié)構(gòu)支撐時(shí)，帶497可以是繞著冷水管的外表面的周向支撐構(gòu)件。帶497可以利用適合的柔性粘合劑以粘附的方式結(jié)合于或附著于冷水管的外表面。在一個(gè)方面中，帶497可以利用多個(gè)主動(dòng)卡合鎖扣以機(jī)械的方式聯(lián)接于冷水管451的外表面。關(guān)于圖11，用于組裝冷水管的示例性方法提供了冷水管451的高效運(yùn)輸和組裝。通過(guò)將交替的第一板條部和第二板條部排列成如上所述的期望的錯(cuò)開(kāi)形式1110來(lái)組裝垂向筒形管段。然后將第一板條部和第二板條部接合以形成筒形管段1120。可以用多種接合方法中的任意一種來(lái)接合錯(cuò)開(kāi)的第一板條和第二板條。在一個(gè)方面中，利用舌槽配置和柔性粘合劑來(lái)接合多個(gè)錯(cuò)開(kāi)的第一板條部和第二板條部。在一個(gè)方面中，利用機(jī)械的主動(dòng)卡合鎖扣來(lái)接合多個(gè)第一板條部和第二板條部?？梢允褂蒙嗪筒邸⒖ê湘i扣機(jī)構(gòu)和柔性粘合劑的組合。在將多個(gè)第一板條部和第二板條部進(jìn)行接合以形成具有錯(cuò)開(kāi)的第一板條部和第二板條部的筒形管段1120之后，可以將保持帶、可充氣套筒或其他夾具裝在筒形管段上1122以便為管段提供支撐和穩(wěn)定性?？梢灾貜?fù)進(jìn)行排列多個(gè)錯(cuò)開(kāi)的第一板條部和第二板條部1110以及接合多個(gè)錯(cuò)開(kāi)的第一板條部和第二板條部1120的步驟以形成任何數(shù)量的預(yù)制的筒形管段1124?？梢岳斫獾氖牵梢栽贠TEC電站設(shè)備處預(yù)制筒形管段，或者遠(yuǎn)程地預(yù)制筒形管段然后被運(yùn)輸至OTEC電站設(shè)備用于附加的構(gòu)造，以形成完全組裝好的冷水管451。組裝好具有錯(cuò)開(kāi)板條的至少兩個(gè)筒形管段后，將上、下筒形管段接合并且使各管段的錯(cuò)開(kāi)板條對(duì)齊1126。將柔性粘合劑施加至上、下筒形管段的錯(cuò)開(kāi)板條的對(duì)接接頭(buttjoint)處1130?？梢杂冒l接合的各種端部對(duì)接接頭將兩個(gè)管段的板條接合。在一個(gè)方面中，上、下筒形管段的錯(cuò)開(kāi)的板條可以設(shè)置有找平用接合空孔，該空孔進(jìn)而可以填充有柔性粘合劑。 管段中的空隙和之間的接頭或者任何單個(gè)板條中的空隙和之間的接頭均可以用附加的柔性樹(shù)脂填充。一旦兩個(gè)管段已經(jīng)接合好并且在需要的位置施加了樹(shù)脂，則允許固化兩個(gè)管段1134。然后從下管段上去掉保持帶并且裝上螺旋狀卷繞箍1136?？梢岳谜辰Y(jié)的方式結(jié)合、例如主動(dòng)卡合鎖扣的機(jī)械結(jié)合或者粘結(jié)和機(jī)械結(jié)合的組合來(lái)安裝螺旋狀卷繞箍。在組裝方法的一個(gè)方面中，在將螺旋箍安裝到下管段上之后，可以使整個(gè)管組件位移，例如向下位移，使得之前的上管部變成新的下管部1138。然后以與以上所述相同的方式組裝上新的上筒形管段1140。也就是，對(duì)第一板條部和第二板條部進(jìn)行排列以獲得期望的錯(cuò)位1142。然后將第一板條部和第二板條接合以形成新的筒形管段，例如新的上管段1144。如前所述，可以使用保持帶、可充氣套筒或其他夾具以便在構(gòu)造冷水管451的過(guò)程中為筒形管段提供支撐和穩(wěn)定性。組裝好新的上管段1144后，將新的下管段和新的上管段的錯(cuò)開(kāi)板條對(duì)準(zhǔn)并且將其拉到一起1146。如上所述將粘合劑或柔性樹(shù)脂施加于端部對(duì)接接頭1148，例如配合使用條接合或找平用接合空孔。新的下管段與新的上管段之間的或者任何兩個(gè)板條部之間的任何空隙都可以用附加的柔性樹(shù)脂填充1150。然后可以使整個(gè)組件固化1152。可以如之前那樣將保持夾具去掉并且將螺旋箍安裝在新的下管段上1154。并且，如之前那樣，可以使整個(gè)管組件移位以便為接下來(lái)的筒形管段做準(zhǔn)備。采用這種方式，可以重復(fù)該方法直到實(shí)現(xiàn)期望的管長(zhǎng)度?？梢岳斫獾氖?，可以采用與本發(fā)明一致的多種方式來(lái)完成具有錯(cuò)開(kāi)板條的筒形管段的接合。將錯(cuò)開(kāi)板條進(jìn)行接合的方法提供了連續(xù)的管而在管段之間無(wú)需龐大的、笨重的或者會(huì)產(chǎn)生干擾的接合器件。提供了這樣一種包括柔性和剛性在內(nèi)的材料特性幾乎均勻的連續(xù)的管。實(shí)施例提供冷水管組件以便于在現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)造大約3000英尺長(zhǎng)的連續(xù)的錯(cuò)開(kāi)板條式管。另夕卜，板條式設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)應(yīng)對(duì)分段式管構(gòu)造慣常經(jīng)歷的不利于航運(yùn)和裝卸的載荷。例如對(duì)傳統(tǒng)構(gòu)造的分段式冷水管的拖拽和豎立會(huì)在管上施加有危險(xiǎn)的載荷。
板條式構(gòu)造允許在設(shè)備外制造多個(gè)40英尺至50英尺長(zhǎng)的板條。各板條大約52英寸寬且4英寸至12英寸厚?？梢砸远询B的方式或用集裝箱將板條航運(yùn)至離岸平臺(tái)，然后可以在平臺(tái)上由多個(gè)板條構(gòu)造成冷水管。這消除了用于組裝管段的單獨(dú)的設(shè)備的需要。板條部可以用彈性模量在約66，OOOpsi (磅/平方英寸)至165，OOOpsi之間的尼龍?jiān)鰪?qiáng)乙烯基酯構(gòu)成。板條部可以具有約15，OOOpsi至45，OOOpsi之間的極限強(qiáng)度，以及約15，OOOpsi至45，OOOpsi之間的拉伸強(qiáng)度。在一個(gè)方面中，板條部可以具有150，OOOpsi的彈性模量、30，OOOpsi的極限強(qiáng)度以及30，OOOpsi的屈服強(qiáng)度，使得安裝好的CWP表現(xiàn)得與軟管(hose)相似而不是純剛性管。由于管更有柔性并且避免了開(kāi)裂或折斷，所以這在風(fēng)暴條件下是有利的。在一個(gè)方面中，管可以在未連接的下端從中心偏斜大約兩個(gè)直徑。未連接的下端處的偏斜不能大到與OTEC電站的錨泊系統(tǒng)以及電站運(yùn)行中涉及到的任何其他水下系統(tǒng)發(fā)生干涉的程度。冷水管連接至OTEC電站的底部。更具體地，冷水管利用動(dòng)態(tài)支承與圖3的OTEC柱筒的底部連接。在1994年牛津大學(xué)出版社出版的Avery和Wu發(fā)表的題為“來(lái)自海洋的 可再生能源，OTEC指南”第4. 5節(jié)中描述了 OTEC應(yīng)用中的冷水管連接部，該部分的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用合并于此。用柱筒浮標(biāo)作為平臺(tái)的顯著的優(yōu)點(diǎn)之一是，即使在非常嚴(yán)重的百年一遇的風(fēng)暴條件下這樣做也能使得在柱筒自身和CWP之間產(chǎn)生相對(duì)小的轉(zhuǎn)動(dòng)。另外，柱筒和CWP之間的垂向和橫向力使得球形球與其底座之間的向下的力將支承面保持為總是接觸。由于也用作水密封的該支承不會(huì)從與其配合的球形底座脫離接觸，所以無(wú)需安裝用于將CWP在垂向上保持在合適位置的機(jī)構(gòu)。這有助于簡(jiǎn)化球形支承設(shè)計(jì)，并且還使得在不同方面中由任何附加的CWP管約束結(jié)構(gòu)或器件引起的壓力損失最小化。通過(guò)球形支承傳遞的橫向力也足夠低，使得該橫向力能夠被充分地容納而無(wú)需CWP的垂向約束。冷水通過(guò)一個(gè)或多個(gè)冷水泵經(jīng)由冷水管被抽取并且通過(guò)一個(gè)或多個(gè)冷水通道或管道流入多級(jí)OTEC電站的冷凝器部。在2010年I月21日提交的題為“海洋熱能轉(zhuǎn)換電站冷水管”的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 12/691,655 (律師簽號(hào)25667-0003001)中描述了冷水管的結(jié)構(gòu)和性能的進(jìn)一步細(xì)節(jié)，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用合并于此。冷水管連接冷水管351與柱筒平臺(tái)311之間的連接引起了構(gòu)造、維護(hù)和操作方面的挑戰(zhàn)。例如，冷水管是懸在動(dòng)態(tài)海洋環(huán)境中的2000英尺至4000英尺的垂向圓柱。冷水管所連接至的平臺(tái)或船舶也浮在動(dòng)態(tài)海洋環(huán)境中。此外，管被理想地連接在水線的下方，并且在一些方面中，遠(yuǎn)低于水線并且靠近船舶的底部。將完全組裝的管調(diào)運(yùn)到適當(dāng)?shù)奈恢貌⑶覍⒐芄潭ㄓ诖盎蚱脚_(tái)是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。冷水管連接支撐著從平臺(tái)上懸下來(lái)的管的靜態(tài)重量，并且負(fù)責(zé)應(yīng)對(duì)平臺(tái)和懸著的管之間的由于波浪作用、管振動(dòng)和管運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)力。在1994年牛津大學(xué)出版社出版的William Avery和Chih Wu發(fā)表的題為“來(lái)自海洋的可再生能源，OTEC指南”第4. 5節(jié)中公開(kāi)了多種OTEC冷水管連接部，包括萬(wàn)向節(jié)、球窩和通用連接部，這些通過(guò)引用合并于此。只對(duì)萬(wàn)向節(jié)連接部進(jìn)行了操作性試驗(yàn)，該萬(wàn)向節(jié)連接部包括允許30°轉(zhuǎn)動(dòng)的兩軸萬(wàn)向節(jié)。如Avery和Wu所述,在萬(wàn)向節(jié)的平面中,球形殼形成了管的頂部。具有由尼龍和聚四氟乙烯(Teflon)制成的扁平環(huán)的筒形帽在管中的冷水和周圍平臺(tái)結(jié)構(gòu)之間提供了滑動(dòng)密封。圖12中示出了萬(wàn)向節(jié)式管連接部。以前的冷水管連接部被設(shè)計(jì)用于傳統(tǒng)的船型和平臺(tái)，這種傳統(tǒng)的船型和平臺(tái)由于重量以及波浪作用所以展現(xiàn)出比柱筒平臺(tái)更大的垂向移位。用柱筒浮標(biāo)作為平臺(tái)的顯著的優(yōu)點(diǎn)之一是，即使在非常嚴(yán)重的百年一遇的風(fēng)暴條件下這樣做也能使得在柱筒自身和CWP之間產(chǎn)生相對(duì)小的轉(zhuǎn)動(dòng)。另外，柱筒和CWP之間的垂向和橫向力使得球形球與其底座之間的向下的力將支承面保持為總是接觸。在若干個(gè)方面中，CWP與連接支承面之間的向下的力在O. 4g至I. Og之間。由于也用作水密封的該支承不會(huì)從與其配合的球形底座脫離接觸，所以無(wú)需安裝用于將CWP在垂向上保持在合適位置的機(jī)構(gòu)。這有助于簡(jiǎn)化球形支承設(shè)計(jì)，并且還使得在不同方面中由任何附加的CWP管約束結(jié)構(gòu)或器件引起的壓力損失最小化。通過(guò)球形支承傳遞的橫向力也足夠低，使得該橫向力能夠被充分地容納而無(wú)需CWP的垂向約束。本發(fā)明的若干個(gè)方面允許冷水管向上垂向插過(guò)平臺(tái)的底部。這通過(guò)將完全組裝的 冷水管從平臺(tái)下方提升到適當(dāng)位置來(lái)完成。這便于同時(shí)地構(gòu)造平臺(tái)和管以及提供了維護(hù)時(shí)容易地安裝和移走冷水管。參照?qǐng)D3，冷水管351在冷水管連接部375處連接至柱筒平臺(tái)310的浸沒(méi)部311。在一個(gè)方面中，冷水管利用動(dòng)態(tài)支承與圖3的OTEC柱筒的底部連接。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，冷水管連接部設(shè)置成包括管凸緣，該管凸緣經(jīng)由球形面落座于活動(dòng)爪(movable detent)?；顒?dòng)爪聯(lián)接至柱筒平臺(tái)的基部。包含活動(dòng)爪允許冷水管垂向地插入冷水管接收凹部(bay)以及從冷水管接收凹部垂向地移走。圖13示出其中冷水管連接部375包括管接收凹部776的示例性方面，其中管接收凹部776包括凹部壁777和爪殼體778。接收凹部776進(jìn)一步包括接收直徑780，該接收直徑780由凹部壁777之間的直徑的長(zhǎng)度限定。在若干個(gè)方面中，接收直徑大于冷水管351的外凸緣直徑781。冷水管連接部375和柱筒311的下部可以包括結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件和支撐件以承受一旦懸掛了冷水管351時(shí)施加于并且傳遞至柱筒311的重量和動(dòng)態(tài)力。參照?qǐng)D14，冷水管連接部375包括爪殼體778和活動(dòng)爪840，活動(dòng)爪840機(jī)械地聯(lián)接至爪殼體778以允許爪840從第一位置移動(dòng)至第二位置。在第一位置中，活動(dòng)爪840容納在爪殼體778內(nèi)使得爪840不朝向接收凹部776的中央向內(nèi)突出，并且保持在接收直徑780的外側(cè)。在第一位置中，冷水管351的頂端部385可以在不受活動(dòng)爪840的干擾的情況下插入管接收凹部776中。在可選的方面中，活動(dòng)爪840可以以如下方式被容納在第一位置使得活動(dòng)爪840的任何方面都沒(méi)有朝向接收凹部776的中央向內(nèi)突出超過(guò)外凸緣直徑781。在進(jìn)一步的方面中，第一位置中的活動(dòng)爪840不與冷水管351的通過(guò)接收凹部776的垂向運(yùn)動(dòng)發(fā)生干涉。在第二位置中，活動(dòng)爪840展開(kāi)超出爪殼體778并且朝向接收凹部776的中央向內(nèi)突出。在第二位置中，活動(dòng)爪840向內(nèi)展開(kāi)超過(guò)外凸緣直徑781?？梢岳靡簤褐聞?dòng)器、氣動(dòng)致動(dòng)器、機(jī)械致動(dòng)器、電致動(dòng)器、機(jī)電致動(dòng)器或上述的組合將活動(dòng)爪840從第一位置調(diào)整或移動(dòng)至第二位置。活動(dòng)爪840包括部分球形或弧形的支承面842?；⌒沃С忻?42被構(gòu)造成在活動(dòng)爪840位于第二位置時(shí)為冷水管支承凸緣848提供動(dòng)態(tài)支承。冷水管支承凸緣842包括凸緣支承面849?；⌒沃С忻?42和凸緣支承面849可以協(xié)作落座以便提供動(dòng)態(tài)支承，以支撐冷水管351的懸掛重量。另外，弧形支承面842和凸緣支承面849協(xié)作落座以負(fù)責(zé)應(yīng)對(duì)冷水管351與平臺(tái)310之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而不使冷水管351離座?；⌒沃С忻?42和凸緣支承面849協(xié)作落座以提供動(dòng)態(tài)密封使得，一旦冷水管351經(jīng)由冷水管連接部375連接至平臺(tái)310時(shí)相對(duì)熱的水就不會(huì)進(jìn)入管接收凹部776并且最終不會(huì)進(jìn)入冷水引入部350。當(dāng)懸掛上冷水管351時(shí)，冷水通過(guò)一個(gè)或多個(gè)冷水泵經(jīng)由冷水管被抽取并且通過(guò)一個(gè)或多個(gè)冷水通道或管道流入多級(jí)OTEC電站的冷凝器部?；⌒沃С忻?42和凸緣支承面849可以用諸如聚四氟乙烯涂層等涂層進(jìn)行處理，以防止兩表面之間產(chǎn)生原電池反應(yīng)(galvanic interaction)?？梢岳斫獾氖?，動(dòng)態(tài)支承面和活動(dòng)爪或小齒輪的用于將冷水管連接至浮式平臺(tái)的 任何組合都在權(quán)利要求書以及此處公開(kāi)的考慮范圍內(nèi)。例如，在若干個(gè)方面中，弧形支承面可以被定位在活動(dòng)爪的上方、弧形支承面可以被定位于活動(dòng)爪的側(cè)面甚至是被定位在活動(dòng)爪的下方。在若干個(gè)方面中，活動(dòng)爪可以與如上所述的浮式平臺(tái)的底部為一體。在其他方面中，活動(dòng)爪可以與冷水管為一體。圖15示出將冷水管安裝至浮式平臺(tái)、更具體地安裝至OTEC浮式平臺(tái)的示例性方法。該方法包括將導(dǎo)繩和收帆索從平臺(tái)操縱(rigging)至完全組裝的冷水管。然后使冷水管下降到平臺(tái)的下方并且使冷水管對(duì)準(zhǔn)正確的位置。然后使冷水管上升到管接收凹部?jī)?nèi)，使活動(dòng)爪或小齒輪展開(kāi)并且使管落座在弧形支承面上。更具體地，將引導(dǎo)纜繩安裝至完全組裝的冷水管351(910)。在示例性實(shí)施方式中，冷水管351可以包括一個(gè)或多個(gè)可充氣套筒以便在冷水管的構(gòu)造、移動(dòng)和豎立的過(guò)程中提供浮力。在將導(dǎo)索安裝至冷水管910之后，可以將一個(gè)或多個(gè)可充氣套筒放氣915使得冷水管具有負(fù)浮力。在實(shí)施方式中，冷水管也可以包括能夠部分或全部填充水或其他壓艙材料以便為冷水管提供負(fù)浮力的配重塊或其他壓艙物系統(tǒng)。然后使冷水管下降到浮式OTEC平臺(tái)310的冷水管連接部375的下方的位置920?？梢栽俅握{(diào)整壓艙物。調(diào)整導(dǎo)索以便將冷水管正確地定位在冷水管連接部375的下方925，并且可以通過(guò)視頻、遠(yuǎn)程傳感器和其他手段對(duì)對(duì)準(zhǔn)情況進(jìn)行檢查和確認(rèn)930。然后使冷水管組件上升至冷水管支承凸緣848位于冷水管連接組件的活動(dòng)爪840上方的位置935?？衫脤?dǎo)索、可充氣套筒、可拆卸氣球或這些的組合來(lái)完成使冷水管上升到冷水管連接部?jī)?nèi)的動(dòng)作。在使冷水管上升到冷水管連接部?jī)?nèi)935之后，使活動(dòng)爪展開(kāi)940以便為冷水管提供動(dòng)態(tài)支承面。然后通過(guò)調(diào)整導(dǎo)索、使可充氣套筒或可拆卸氣球放氣或者通過(guò)調(diào)整配重塊或其他壓艙物系統(tǒng)來(lái)使冷水管下降。也可以使用這些方法的組合。可以理解的是，導(dǎo)索、充氣線、壓艙物線等應(yīng)該在冷水管的移動(dòng)過(guò)程中保持不會(huì)相互妨礙。此外，冷水管的移動(dòng)不應(yīng)該與OTEC平臺(tái)的錨泊系統(tǒng)發(fā)生干涉。在發(fā)明的進(jìn)一步的方面中，可以在冷水管和柱筒結(jié)構(gòu)之間設(shè)置靜態(tài)連接。在這樣的方面中，可以通過(guò)改變管的在管頂部附近的柔性來(lái)負(fù)責(zé)應(yīng)對(duì)管與柱筒之間的動(dòng)態(tài)力。通過(guò)允許冷水管的下部和中間部的移動(dòng)，降低或完全避免了對(duì)動(dòng)態(tài)管連接的需要。避免萬(wàn)向節(jié)式連接部的需要去掉了高價(jià)的移動(dòng)部件，并且使下面的柱筒部分以及冷水管兩者的制造均得以簡(jiǎn)化。參照?qǐng)D16，冷水管1651以沒(méi)有采用上述動(dòng)態(tài)支承的方式連接至柱筒1611的下部。圖16示出了處于已移位和未移位兩個(gè)構(gòu)造的、被連接至柱筒結(jié)構(gòu)的下部的冷水管。冷水管1651的上部(B卩，在柱筒1611的下部和連接的位置處及下方不遠(yuǎn)的部分)被硬化以提供冷水管的相對(duì)不可彎曲的上部1651A。在不可彎曲的上部1651A的下方設(shè)置相對(duì)柔性的中間部165IB。在柔性中間部165IB的下方是適度柔性的下部1651C，該下部165IC可以包括冷水管組件的最大部分。配重塊或壓艙物系統(tǒng)可以固定在適度柔性的下部1651C的底部或任何其他部分。如圖所示，柔性中間部1651B允許冷水管的下部偏斜遠(yuǎn)離冷水管的懸掛線。偏斜量可以在O. 25°到30°之間，取決于冷水管的從柱筒1011懸掛下來(lái)的長(zhǎng)度和直徑。參照?qǐng)D17，詳細(xì)地描述了靜態(tài)的冷水管-柱筒連接。柱筒1611的下部包括用于接收冷水管1651的上部1651A的接收凹部1713。接收凹部1713包括錐形部1714和接觸墊 1715。冷水管1651的上部1651A包括具有錐形凸緣面1756和吊環(huán)(lifting lug)1775的凸緣1755。冷水管1651通過(guò)上提保持纜繩1777被連接至柱筒1611，上提保持纜繩1777在吊環(huán)1775處被固定于冷水管。纜繩1777被安裝至容納在柱筒1611的下部中的機(jī)械絞盤 1779。在用于將冷水管連接至柱筒平臺(tái)的示例性方法中，使完全制造好的冷水管下降至柱筒平臺(tái)正下方的點(diǎn)位處。通過(guò)遠(yuǎn)程操作工具將上提保持纜繩1777連接于吊環(huán)1775。利用前述的容納在柱筒1611的下部中的機(jī)械絞盤拉緊纜繩。在冷水管1651的上部1651A進(jìn)入接收凹部1713時(shí)，通過(guò)錐形部1714將其引導(dǎo)到正確位置直到在錐形凸緣面1756和接觸墊1715之間形成牢固的連接。一旦冷水管在接收凹部中位置正確并且連接牢固，則用機(jī)械方式將纜繩1777鎖定以防止冷水管1651的向下移動(dòng)。由于水在冷水管的內(nèi)部以及圍繞管的外側(cè)流動(dòng)，所以在冷水管和柱筒結(jié)構(gòu)之間的交界處無(wú)需壓力密封。在一些實(shí)施中，冷水管與柱筒結(jié)構(gòu)之間的密封使得通過(guò)密封的水最少化。通過(guò)上提纜繩、冷水管的浮力或者兩者的組合可以賦予施加在連接墊上的向上的力?？梢岳斫獾氖?，上提纜繩1777和相應(yīng)的吊環(huán)1775的數(shù)量取決于冷水管1651的尺寸、重量和浮力。在一些方面中，冷水管1651可以具有正浮力、中性浮力或負(fù)浮力。上提纜繩1777和相應(yīng)的吊環(huán)1775的數(shù)量也取決于與冷水管相關(guān)聯(lián)的任何壓艙物以及附接于冷水管的配重塊的重量和浮力。在發(fā)明的若干個(gè)方面中，可以使用2條、3條、4條、5條、6條或更多的上提保持纜繩。G33在發(fā)明的另外的方面中，吊環(huán)1775可以包括吊耳(pad eyes)，吊耳利用已知的緊固和連接技術(shù)被直接螺栓連接于冷水管的頂部。例如，在冷水管的板條頂部中可以包含筒狀插座、六角插座、coddler銷等等。在其他方面中，上提凸緣(lifting collar)可以安裝于冷水管的頂部，該上提凸緣包括凸緣連接面1756和吊環(huán)1755。上提凸緣的材料可以與冷水管的材料相同或不同。上提凸緣安裝于冷水管時(shí)，與和上部1651A相關(guān)聯(lián)的剛性相比，可以提高冷水管的剛性。圖18是安裝于板條式冷水管1651的上提凸緣1775的說(shuō)明圖。上提凸緣可以機(jī)械結(jié)合、化學(xué)結(jié)合或熱結(jié)合于冷水管的上部1651A。例如，可以使用與用于連接冷水管的單個(gè)板條構(gòu)件相同的結(jié)合樹(shù)脂來(lái)將上提凸緣連接至冷水管。熱交換系統(tǒng)圖3、圖3A和圖19以及圖20示出了本發(fā)明的實(shí)施，其中，圍繞OTEC柱筒410的周圍配置了多個(gè)多級(jí)熱交換器420。熱交換器420可以是OTEC熱機(jī)中使用的蒸發(fā)器或冷凝器。熱交換的周圍布局可以與OTEC柱筒平臺(tái)的蒸發(fā)器部344或冷凝器部348—起使用。周圍配置可以支撐任何數(shù)量的熱交換器(例如，I個(gè)熱交換器，在2個(gè)與8個(gè)之間的熱交換器，8個(gè)至16個(gè)熱交換器，16個(gè)至32個(gè)熱交換器，或者32個(gè)或更多的熱交換器)。一個(gè)或多個(gè)熱交換器可以沿周向配置在OTEC柱筒410的一個(gè)甲板或多個(gè)甲板(例如，2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)、或6個(gè)或更多的甲板)上。一個(gè)或多個(gè)熱交換器可以在兩個(gè)或多個(gè)甲板之間沿周向錯(cuò)開(kāi)地設(shè)置使得沒(méi)有兩個(gè)熱交換器在垂向上上下對(duì)準(zhǔn)。一個(gè)或多個(gè)熱交換器可以沿周向配置成使得一個(gè)甲板中的熱交換器在垂向上與相鄰的另一個(gè)甲板上的熱交換器對(duì)準(zhǔn)。
單個(gè)熱交換器420可以包括多級(jí)熱交換系統(tǒng)(例如，I個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)、或6個(gè)或更多熱交換系統(tǒng))。在一個(gè)實(shí)施方式中，單個(gè)熱交換器420可以是被構(gòu)造成為通過(guò)熱交換器的熱海水流、冷海水流和工作流體提供最小壓力損失的柜式熱交換器(cabinet heatexchanger)。參照?qǐng)D21，柜式熱交換器520的實(shí)施方式包括多個(gè)熱交換級(jí)521、522、523和524。在一個(gè)實(shí)施中，堆疊的熱交換器容納從第一蒸發(fā)器級(jí)521向第二蒸發(fā)器級(jí)522、第三蒸發(fā)器級(jí)523、第四蒸發(fā)器級(jí)524地向下流過(guò)柜的熱海水。在堆疊的熱交換柜的另一實(shí)施方式中，冷海水從第一冷凝器級(jí)531向第二冷凝器級(jí)532、第三冷凝器級(jí)533、第四冷凝器級(jí)534地向上流過(guò)柜。工作流體流過(guò)工作流體供給管道538和工作流體排放管道539。在一個(gè)實(shí)施方式中，工作流體管道538和539與熱海水或冷海水的垂向流動(dòng)相比橫向地進(jìn)入和離開(kāi)各熱交換器級(jí)。柜式熱交換器520的垂向多級(jí)熱交換設(shè)計(jì)有利于一體化的船舶(或柱筒)和熱交換器設(shè)計(jì)、去除了熱交換器級(jí)之間的相互連接管路的需要并且確保了幾乎所有熱交換器系統(tǒng)壓降發(fā)生在整個(gè)熱傳遞表面上。在一個(gè)方面中，可以利用表面的形狀、處理以及間距使熱傳遞表面優(yōu)化。諸如鋁合金等的材料選擇提供了超過(guò)傳統(tǒng)的鈦基設(shè)計(jì)的優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)性能。熱傳遞表面可以包括1000系列、3000系列或5000系列的招合金。熱傳遞表面可以包括鈦和鈦合金。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多級(jí)熱交換器柜使得能夠在OTEC熱機(jī)的相對(duì)低的可用的溫差范圍內(nèi)從海水中傳遞最大能量給工作流體。任何OTEC電站的熱力學(xué)效率都是工作流體的溫度如何接近海水的溫度的函數(shù)。熱傳遞的物理現(xiàn)象決定了傳遞能量所需的面積隨著工作流體溫度接近海水溫度而增加。為了消除表面積的增加，增加海水的速度可以增大熱傳遞系數(shù)。但是，這大大增加了泵取所需的電力，從而增加了 OTEC電站上的寄生電載荷。參照?qǐng)D22A，是利用熱表面海水在熱交換器中使工作流體沸騰的傳統(tǒng)的OTEC循環(huán)。該傳統(tǒng)的蘭金循環(huán)中的流體特性受到了將離開(kāi)的工作流體限制在離開(kāi)的熱海水溫度的大約3° F以下的沸騰過(guò)程的制約。采用相似的方式，循環(huán)的冷凝側(cè)被限制為比將離開(kāi)的冷海水溫度高得不小于2° F。對(duì)于工作流體而言總的可用的溫度下降為大約12° F (在68° F 和 56° F 之間)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)級(jí)聯(lián)的多級(jí)OTEC循環(huán)允許工作流體溫度更加緊密地匹配海水的溫度。該溫差上的增大增加了與OTEC熱機(jī)相關(guān)聯(lián)的渦輪機(jī)所能夠完成的功。
參照?qǐng)D22B，級(jí)聯(lián)的多級(jí)OTEC循環(huán)的一個(gè)方面采用了多個(gè)沸騰和冷凝步驟以擴(kuò)大可用的工作流體溫度下降。各步驟需要獨(dú)立的熱交換器，或者圖5的柜式熱交換器520中的專用熱交換器級(jí)。圖6b的級(jí)聯(lián)的多級(jí)OTEC循環(huán)允許渦輪機(jī)的輸出與用于海水和工作流體的期望的泵取負(fù)載相匹配。該高度優(yōu)化的設(shè)計(jì)將需要專用和定制的渦輪機(jī)。參照?qǐng)D22C，示出了混合的仍然優(yōu)化的級(jí)聯(lián)OTEC循環(huán)，該循環(huán)在保持圖22B的純正級(jí)聯(lián)配置的熱力學(xué)效率或優(yōu)化的同時(shí)便于使用同樣的設(shè)備(例如，渦輪機(jī)，發(fā)電機(jī)，泵)。在圖22C的混合級(jí)聯(lián)循環(huán)中，用于工作流體的可用的溫差的范圍從約18° F至約22° F。該縮窄的范圍允許熱機(jī)中的渦輪機(jī)具有同樣的性能規(guī)格，從而降低了構(gòu)造和操作成本。利用混合級(jí)聯(lián)循環(huán)大大地增加了 OTEC電站的系統(tǒng)性能和電力輸出。表A將圖22A的傳統(tǒng)循環(huán)的性能與圖22C的混合級(jí)聯(lián)循環(huán)的性能進(jìn)行了比較。 表A針對(duì)100麗凈輸出的估算性能
_傳統(tǒng)循環(huán)_四級(jí)混合級(jí)聯(lián)循環(huán)
熱海水流4,800,000GPM3,800,000GPM
冷海水流3,520,000GPM2,280,000GPM
163.OOOBTH kWH I 英
總耗熱率’z1105500BTU/kWH
國(guó)熱量單位/千瓦時(shí))采用四級(jí)混合級(jí)聯(lián)熱交換循環(huán)降低了流體之間的傳遞所需的能量的總量。這進(jìn)而用于減小所需的熱交換表面的總量。熱交換器的性能受流體之間可用的溫差以及熱交換器表面的熱傳遞系數(shù)的影響。熱傳遞系數(shù)基本上隨著通過(guò)熱傳遞表面的流體的速度而變化。流體速度越高需要的泵取功率越大，從而降低了電站的凈效率?；旌霞?jí)聯(lián)的多級(jí)熱交換系統(tǒng)有利于較低的流體速度和較高的電站效率。堆疊的混合級(jí)聯(lián)熱交換設(shè)計(jì)也有利于較低的通過(guò)熱交換器的壓降。并且垂向電站設(shè)計(jì)有利于較低的穿過(guò)整體系統(tǒng)的壓降。圖22D示出傳輸100麗電力給電網(wǎng)時(shí)熱交換器壓降對(duì)OTEC電站總體產(chǎn)出的影響。使通過(guò)熱交換器的壓降最小化大大地提高了 OTEC電站的性能。通過(guò)設(shè)置一體化的船舶或平臺(tái)-熱交換器系統(tǒng)降低了壓降，在所述系統(tǒng)中，海水管道形成了船舶的結(jié)構(gòu)構(gòu)件并且允許海水從一個(gè)熱交換器級(jí)流到串聯(lián)的另一個(gè)熱交換器級(jí)。以在從引入部進(jìn)入船舶的方向變化最小的方式流過(guò)泵、熱交換器柜進(jìn)而通過(guò)串聯(lián)的各熱交換器級(jí)并最終從電站排放的近似直線狀的海水流允許最小的壓降。實(shí)施例本發(fā)明的若干個(gè)方面提供了利用熱帶和亞熱帶區(qū)域中的表面水和深層海水之間的溫差發(fā)電的一體的多級(jí)OTEC電站。該若干個(gè)方面通過(guò)用離岸船舶或平臺(tái)的結(jié)構(gòu)作為管道或流動(dòng)通道消除了用于海水的傳統(tǒng)的管路線路?？蛇x地，熱海水管路線路和冷海水管路線路可以使用為船舶或平臺(tái)提供垂向或其他結(jié)構(gòu)支撐的足夠的尺寸和強(qiáng)度的管道或管。這些一體化的海水管道段或通道用作船舶的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，從而降低了另外增加鋼材的需要。作為一體化的海水通道的一部分，多級(jí)柜式熱交換器提供了多級(jí)的工作流體蒸發(fā)而無(wú)需外部的水噴嘴或管路連接。一體的多級(jí)OTEC電站允許熱海水和冷海水沿著其自然的方向流動(dòng)。熱海水在被排放到海洋的較冷的區(qū)域之前被冷卻時(shí)向下流過(guò)船舶。采用相似的方式，來(lái)自海洋深處的冷海水在被排放到海洋的較熱的區(qū)域之前被加熱時(shí)向上流過(guò)船舶。這樣的配置避免了改變海水流動(dòng)方向的需要并且避免了相關(guān)聯(lián)的壓力損失。該配置也降低了需要的泵取能量。多級(jí)柜式熱交換器允許使用混合級(jí)聯(lián)OTEC系統(tǒng)。這些熱交換器堆疊體包括多個(gè)熱交換器級(jí)或者熱交換器段，海水連續(xù)地通過(guò)該多個(gè)熱交換器級(jí)或熱交換器段以使工作流體適當(dāng)?shù)胤序v或冷凝。在蒸發(fā)器段中，熱海水通過(guò)第一級(jí)，在該第一級(jí)處隨著海水被冷卻熱海水使一些工作流體沸騰。然后熱海水沿著堆疊體向下流到下一個(gè)熱交換器級(jí)并且使另外的工作流體以稍低的壓力和溫度沸騰。該過(guò)程沿著整個(gè)堆疊體順次地發(fā)生。在柜式熱交換器的每一級(jí)或每一段都將工作流體蒸汽提供給產(chǎn)生電力的專用渦輪機(jī)。每個(gè)蒸發(fā)器級(jí)均在渦輪機(jī)的排出口處具有對(duì)應(yīng)的冷凝器級(jí)。冷海水沿著與蒸發(fā)器相反的順序通過(guò)冷凝器。
參照?qǐng)D23，提供了采用混合級(jí)聯(lián)熱交換循環(huán)的示例性多級(jí)OTEC熱機(jī)710。熱海水通過(guò)熱水泵712被從熱海水引入口(未示出)泵入，以大約1，360, OOOgpm的流量和大約79° F的溫度從泵排出。從熱水引入口到熱水泵以及從熱水泵到堆疊的熱交換器柜的所有或部分熱水管道都可以形成船舶的一體的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。來(lái)自熱水泵712的熱海水然后進(jìn)入第一級(jí)蒸發(fā)器714，在那里使第一工作流體沸騰。熱水以大約76. 8° F的溫度離開(kāi)第一級(jí)蒸發(fā)器714并向下流到第二級(jí)蒸發(fā)器715。熱水以大約76. 8° F進(jìn)入第二級(jí)蒸發(fā)器715，在那里使第二工作流體沸騰并以大約74. 5° F的溫度離開(kāi)第二級(jí)蒸發(fā)器715。熱水從第二級(jí)蒸發(fā)器715向下流動(dòng)以大約74. 5° F的溫度進(jìn)入到第三級(jí)蒸發(fā)器716，在那里使第三工作流體沸騰。熱水以大約72. 3° F的溫度離開(kāi)第三級(jí)蒸發(fā)器716。然后熱水從第三級(jí)蒸發(fā)器716向下流動(dòng)以大約72. 3° F的溫度進(jìn)入到第四級(jí)蒸發(fā)器717，在那里使第四工作流體沸騰。熱水以大約70. 1° F的溫度離開(kāi)第四級(jí)蒸發(fā)器717然后從船舶排放。雖然未示出，但是排放可以被引導(dǎo)至溫度與熱海水的排放溫度相同或近似的海洋深度處的熱層?？蛇x地，電站的容納有多級(jí)蒸發(fā)器的部分可以位于使得熱水排放到適當(dāng)?shù)暮Ｑ鬅釋拥慕Y(jié)構(gòu)所在范圍內(nèi)的深度處。在若干個(gè)方面中，從第四級(jí)蒸發(fā)器到船舶的熱水排放的熱水管道可以包括船舶的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。類似地，冷海水通過(guò)冷海水泵722被從冷海水引入口(未示出)泵入，以大約855，003gpm的流量和大約40. 0° F的溫度從泵排出。從大約2700英尺和4200英尺之間或更深的海洋深處抽取冷海水。從船舶的冷水引入口到冷水泵以及從冷水泵到第一級(jí)冷凝器的用于輸送冷海水的冷水管道可以全部包括或部分包括船舶的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。來(lái)自冷海水泵722的冷海水進(jìn)入第一級(jí)冷凝器724，在那里使來(lái)自第四級(jí)鍋爐717的第四工作流體冷凝。冷海水以大約43. 5° F的溫度離開(kāi)第一級(jí)冷凝器并且向上進(jìn)入第二級(jí)冷凝器725。冷海水以大約43. 5° F的溫度進(jìn)入第二級(jí)冷凝器725，在那里使來(lái)自第三級(jí)蒸發(fā)器716的第三工作流體冷凝。冷海水以大約46. 9° F的溫度離開(kāi)第二級(jí)冷凝器725并向上流入第三級(jí)冷凝器。
冷海水以大約46. 9° F的溫度進(jìn)入第三級(jí)冷凝器726，在那里使來(lái)自第二級(jí)蒸發(fā)器715的第二工作流體冷凝。冷海水以大約50. 4° F的溫度離開(kāi)第三級(jí)冷凝器726。然后冷海水從第三級(jí)冷凝器726向上以大約50. 4° F的溫度流入到第四級(jí)冷凝器727。在第四級(jí)冷凝器中，冷海水使來(lái)自第一級(jí)蒸發(fā)器714的第一工作流體冷凝。然后冷海水以大約54. O° F的溫度離開(kāi)第四級(jí)冷凝器并且最終從船舶排放。冷海水排放可以被引導(dǎo)至溫度與冷海水的排放溫度相同或近似的海洋深度處的熱層?？蛇x地，電站的容納有多級(jí)冷凝器的部分可以位于使得冷海水排放到適當(dāng)?shù)暮Ｑ鬅釋拥慕Y(jié)構(gòu)所在的范圍內(nèi)的深度處。第一工作流體以56. V F的溫度進(jìn)入第一級(jí)蒸發(fā)器714，在那里被加熱至溫度為74.7° F的蒸汽。然后第一工作流體流到第一渦輪機(jī)731并且接著流到第四級(jí)冷凝器727，在該第四冷凝器727中第一工作流體被冷凝為溫度大約56. 5° F的液體。然后液態(tài)的第一工作流體通過(guò)第一工作流體泵741被泵回到第一級(jí)蒸發(fā)器714。第二工作流體以大約53. 0° F的溫度進(jìn)入第二級(jí)蒸發(fā)器715，在那里被加熱為蒸汽。第二工作流體以大約72. 4° F的溫度離開(kāi)第二級(jí)蒸發(fā)器715。然后第二工作流體流到 第二渦輪機(jī)732并接著流到第三級(jí)冷凝器726。第二工作流體以大約53.0° F的溫度離開(kāi)第三級(jí)冷凝器并流到工作流體泵742，該工作流體泵742進(jìn)而將第二流體泵回到第二級(jí)蒸發(fā)器715。第三工作流體以大約49. 5° F的溫度進(jìn)入第三級(jí)蒸發(fā)器716，將在那里被加熱為蒸汽，并且以70. 2° F的溫度離開(kāi)第三級(jí)蒸發(fā)器716。然后第三工作流體流到第三渦輪機(jī)733并接著流到第二級(jí)冷凝器725，在該第二級(jí)冷凝器725中被冷凝為溫度大約49. 5° F的流體。第三工作流體離開(kāi)第二級(jí)冷凝器725并且通過(guò)第三工作流體泵743被泵回到第三級(jí)蒸發(fā)器716。第四工作流體以大約46. 0° F的溫度進(jìn)入第四級(jí)蒸發(fā)器717，將在那里被加熱為蒸汽。第四工作流體以大約68.0° F的溫度離開(kāi)第四級(jí)蒸發(fā)器717，并流到第四渦輪機(jī)734。第四工作流體離開(kāi)第四渦輪機(jī)734并流到第一級(jí)蒸發(fā)器724，在該第一級(jí)蒸發(fā)器724中被冷凝為溫度大約46. 0° F的流體。第四工作流體離開(kāi)第一級(jí)冷凝器724并且通過(guò)第四工作流體泵744被泵回到第四級(jí)蒸發(fā)器717。第一渦輪機(jī)731和第四渦輪機(jī)734協(xié)作驅(qū)動(dòng)第一發(fā)電機(jī)751并且形成第一渦輪發(fā)電機(jī)對(duì)761。第一渦輪發(fā)電機(jī)對(duì)將產(chǎn)生大約25麗的電力。第二渦輪機(jī)732和第三渦輪機(jī)733協(xié)作驅(qū)動(dòng)第二發(fā)電機(jī)752并且形成第二渦輪發(fā)電機(jī)對(duì)762。第二渦輪發(fā)電機(jī)對(duì)762將產(chǎn)生大約25麗的電力。圖7的四級(jí)混合級(jí)聯(lián)熱交換循環(huán)允許從熱海水和冷海水之間的相對(duì)低的溫差提取出最大量的能量。此外，所有熱交換器都可以直接支持利用相同組成渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)來(lái)發(fā)電的渦輪發(fā)電機(jī)對(duì)?？梢岳斫獾氖?，多個(gè)多級(jí)混合級(jí)聯(lián)熱交換器和渦輪發(fā)電機(jī)對(duì)可以包含到船舶或平臺(tái)設(shè)計(jì)中。實(shí)施例離岸OTEC柱筒平臺(tái)包括四個(gè)獨(dú)立的電力模塊(power module)，每個(gè)電力模塊在額定設(shè)計(jì)條件下產(chǎn)生約25MW凈電力。每個(gè)電力模塊均包括四個(gè)獨(dú)立的電力循環(huán)或級(jí)聯(lián)熱力學(xué)級(jí)，這四個(gè)獨(dú)立的電力循環(huán)或級(jí)聯(lián)熱力學(xué)級(jí)在不同壓力和溫度水平下運(yùn)行并且在四個(gè)不同級(jí)中從海水中提取熱量。四個(gè)不同的級(jí)串聯(lián)運(yùn)行。在額定設(shè)計(jì)條件(全負(fù)載-夏季條件)下四個(gè)級(jí)的大致的壓力和溫度水平如下
渦輪機(jī)入O冷凝器 壓力(特/平方英寸)/溫度(°F )壓力(碎/平方英寸)/溫度(0F )
第一Λ 137.9/74.7100.2 / 56.5
第二級(jí) 132.5 / 72.493.7 I 53
第三級(jí) 127.3 / 70.287.6 I 49.5
第轉(zhuǎn) Λ裏 22.4 / 6881.9 / 46工作流體通過(guò)從熱海水(WSW)中提取熱量而在多個(gè)蒸發(fā)器中被加熱沸騰。飽和的蒸汽在蒸汽分離器中被分離并且通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)重量管表(STD schedule)無(wú)縫碳鋼管被導(dǎo)入氨渦輪機(jī)。在冷凝器中冷凝的液體通過(guò)兩個(gè)100%的電機(jī)驅(qū)動(dòng)勻速供給泵被泵回到蒸發(fā)器。循環(huán)I和循環(huán)4的渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)共用發(fā)電機(jī)。類似地，循環(huán)2和循環(huán)3的渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)另一共用發(fā)電機(jī)。在一個(gè)方面中，在每個(gè)電站模塊中有兩個(gè)發(fā)電機(jī)并且在100MW電力的電站中總共有8個(gè)發(fā)電機(jī)。蒸發(fā)器的供給由供給控制閥控制以維持蒸汽分離器中的水平。冷凝器的水平由循環(huán)流體控制閥控制。供給泵的最小流量由再循環(huán)線路確保，該再循環(huán)線路通過(guò)由供給線路上的流量表調(diào)節(jié)的控制閥導(dǎo)入冷凝器。在操作中，模塊的四(4)個(gè)電力循環(huán)獨(dú)立地運(yùn)行。循環(huán)中的任何一個(gè)均可以根據(jù)需要、例如在故障或維護(hù)的情況下關(guān)閉而不會(huì)妨礙其他循環(huán)的運(yùn)行。但是這樣會(huì)降低作為整體模塊的電力模塊的凈發(fā)電量。本發(fā)明的若干個(gè)方面需要大量的海水。將具有用于控制冷熱海水的獨(dú)立的系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)均具有自己的泵送裝置、水管、管路、閥、熱交換器，等等。海水比淡水的腐蝕性強(qiáng)，可能與海水接觸的所有材料都需要考慮這一點(diǎn)仔細(xì)選擇。用于構(gòu)造海水系統(tǒng)的主要組成部件的材料將是大口徑管路玻璃纖維增強(qiáng)塑料(FRP)大的海水管和室 環(huán)氧涂層碳鋼大口徑閥橡膠里襯蝴蝶型泵的葉輪合適的青銅合金如果不用合適的方式控制，海水系統(tǒng)內(nèi)部的生物生長(zhǎng)可能會(huì)引起電站性能的顯著的損失，并且可能會(huì)引起熱傳遞表面的積垢，導(dǎo)致電站的低輸出。這種內(nèi)部的生長(zhǎng)還可能會(huì)增加水流的阻力導(dǎo)致需要更大的泵送電力，使系統(tǒng)流量降低等，甚至在更嚴(yán)重的情況中可能會(huì)使流路完全阻塞。利用從深海抽取的水的冷海水(“ CSW”)系統(tǒng)應(yīng)該具有非常小的或者沒(méi)有生物積垢問(wèn)題。在這樣的深度中的水沒(méi)有接收到太多的陽(yáng)光并且缺氧，所以里面具有很少的活生物體。然而一些類型的厭氧細(xì)菌可能能夠在一些條件下生長(zhǎng)。沖擊加氯法(shockchlorination)將用于對(duì)付生物積垢。熱海水(“WSW”)系統(tǒng)處理來(lái)自表面附近的熱海水時(shí)將不得不防止受到生物積垢的損害。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在適于OTEC操作的熱帶公海水域中的積垢速度比沿海水域中的積垢速度低得多。結(jié)果，可以使用符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的劑量非常小的化學(xué)制劑來(lái)控制OTEC系統(tǒng)中的生物積垢。投放少量的氯被證明在對(duì)付海水中的生物積垢方面是非常有效的。以每天一小時(shí)約70ppb的速度投放的氯的劑量在防止海洋生物的生長(zhǎng)方面是非常有效的。該劑量速度僅為EPA規(guī)定的環(huán)境安全水平的二十分之一?？梢栽诘蛣┝刻幚淼姆绞街g不時(shí)地使用其他類型的處理(熱沖擊、沖擊加氯法、其他生物殺滅劑等)，以去除耐氯生物。投放入海水流所必須的氯在電站船的船上通過(guò)電解海水產(chǎn)生。該類型的電解-加氯設(shè)備可以從市場(chǎng)上得到并且已經(jīng)被成功地用于生產(chǎn)投放用的次氯酸鹽溶液。電解-加氯設(shè)備可以連續(xù)地操作以充滿儲(chǔ)藏罐，并且這些罐里的容納物用于周期性的上述投放。所有海水管道都避免任何死角，在死角處可能沉淀沉淀物或者生物可能會(huì)駐留下來(lái)開(kāi)始繁殖。從水管的低點(diǎn)設(shè)置沖刷配置以沖掉可能聚集在那里的沉淀。水管和水室的高點(diǎn)處開(kāi)口以允許被困住的氣體排出。 冷海水(CSW)系統(tǒng)將由用于電站船的通用深水引入口、以及水泵取/分配系統(tǒng)、具有相關(guān)聯(lián)的水管路的冷凝器和用于使水返回至大海的排放管構(gòu)成。冷水引入管向下延伸至超過(guò)2700英尺(例如在2700英尺至4200英尺之間)的深度，在該深度處海水溫度大約為恒定的40° F。通向管的入口用攔網(wǎng)保護(hù)以阻止大的生物被吸入入口。進(jìn)入管之后，冷水朝向海水表面向上流并且被傳送至位于船舶或柱筒底部附近的冷井室。CSff供給泵、分配管、冷凝器等位于電站的最低高度。泵從橫管抽吸并且將冷水送至分配管系統(tǒng)。為每個(gè)模塊設(shè)置四個(gè)25%的CSW供給泵。每個(gè)泵均獨(dú)立地與入口閥構(gòu)成回路使得泵能夠隔離并且當(dāng)需要時(shí)可以被打開(kāi)用于檢查、維護(hù)等。泵由高效電機(jī)驅(qū)動(dòng)。冷海水流過(guò)串聯(lián)的循環(huán)的冷凝器，然后CSW流出物被排放回大海。CSW沿著期望的順序流過(guò)串聯(lián)的四個(gè)電站循環(huán)的冷凝器熱交換器。冷凝器安裝配置成允許其被隔離并且當(dāng)需要時(shí)被打開(kāi)用于清潔和維護(hù)。WSW系統(tǒng)包括位于大海表面下方的水下引入口格柵、用于將進(jìn)入的水輸送至泵的入口腔室(intake plenum)、水泵、控制熱傳遞表面的積垢的生物滅殺劑定量投放系統(tǒng)、防止被懸浮物質(zhì)阻塞的水過(guò)濾系統(tǒng)、具有相關(guān)聯(lián)的水管路的蒸發(fā)器以及用于使水返回至大海的排放管。引入口格柵設(shè)置在電站模塊的外壁中以從大海表面附近吸入熱水。引入口格柵處的迎面速度保持為小于O. 5英尺/秒以使海洋生物的夾帶最小化。這些格柵也防止大的懸浮碎片的進(jìn)入，并且其凈開(kāi)口基于能夠安全地通過(guò)泵和熱交換器的固體的最大尺寸。通過(guò)這些格柵之后，水進(jìn)入位于格柵后方的入口腔室并且沿著管路進(jìn)入WSW供給泵的抽吸口。WSW泵位于泵地板的相反側(cè)上的兩個(gè)組中。每側(cè)上有一半的泵，并且針對(duì)每個(gè)組具有來(lái)自入口腔室的分開(kāi)的抽吸連接部。該配置將通過(guò)入口腔室的任何部分的最大流量限制為總流量的大約十六分之一，并且因此降低了引入系統(tǒng)中的摩擦損失。每個(gè)泵均在入口側(cè)設(shè)置有閥使得泵能夠被隔離并且在需要時(shí)能夠打開(kāi)用于檢查、維護(hù)等。泵由高效電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用變頻驅(qū)動(dòng)以使泵輸出與負(fù)載匹配。需要控制WSW系統(tǒng)的生物積垢，特別是在系統(tǒng)的熱傳遞表面上需要控制生物積垢，并且為此將在泵的抽吸口處劑量投放適合的生物滅殺劑。熱水流可能需要過(guò)濾以去除可能阻塞熱交換器中的狹窄通道的較大的懸浮顆粒。如果需要，可以為此使用大型自動(dòng)過(guò)濾器或“碎片過(guò)濾器”。懸浮物質(zhì)可能被保留在攔網(wǎng)上然后通過(guò)反沖洗來(lái)去除。攜帶懸浮固體的反沖洗流出物將沿著管路到達(dá)電站的排放流以便返回至海洋。用于此目的的確切的要求將在收集更多與海水質(zhì)量有關(guān)的數(shù)據(jù)之后對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行的進(jìn)一步發(fā)展過(guò)程中決定。過(guò)濾后的熱海水(WSW)被分配至蒸發(fā)器熱交換器。WSW沿著期望的順序流過(guò)串聯(lián)的四個(gè)電站循環(huán)的蒸發(fā)器。從最后一個(gè)循環(huán)出來(lái)的WSW流出物在大海表面下方的大約175英尺或更深的深度處被排放。然后慢慢地下沉至海水的溫度與流出物的溫度(因此密度)匹配的深度處。雖然本文中的實(shí)施方式描述了浮式離岸船舶或平臺(tái)中的多級(jí)熱交換器、通過(guò)連續(xù)的錯(cuò)開(kāi)板條式冷水管抽取冷水，但是可以理解的是其他實(shí)施方式也在發(fā)明的范疇內(nèi)。例如，冷水管可以聯(lián)接至岸上設(shè)備。連續(xù)的錯(cuò)開(kāi)板條式管可以用于長(zhǎng)度與直徑比顯著的其他引入或排放管。錯(cuò)開(kāi)板條式結(jié)構(gòu)可以包含在傳統(tǒng)分段式管構(gòu)造中使用的管段中。多級(jí)熱交換 器和一體化的流體通道可以包含在包括了岸基OTEC設(shè)備的岸基設(shè)備中。此外，熱水可以是熱的淡水、地?zé)峒訜崴蛘吖I(yè)排放水(例如，來(lái)自核電站或其他工業(yè)設(shè)備的排放的冷卻水)。冷水可以是冷的淡水。本文中描述的OTEC系統(tǒng)和組成部件可以用于電能生產(chǎn)或者用于其他使用領(lǐng)域，包括鹽水脫鹽；水提純；深層水再生利用；水產(chǎn)業(yè)；生物質(zhì)或生物燃料的生產(chǎn)；還有一些其他行業(yè)。本文中涉及到的所有弓I用文獻(xiàn)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)弓I用合并于此。其他實(shí)施方式在隨附的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種將浸沒(méi)垂向管連接至浮式結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括 將上提保持纜繩連接至冷水管的上部，其中所述冷水管的上部包括具有錐形連接面的上提凸緣； 利用所述上提保持纜繩將所述冷水管拉到柱筒接收凹部?jī)?nèi)，其中所述接收凹部包括接觸墊和用于接收所述冷水管的上部的錐形面； 使所述冷水管的所述錐形連接面與所述接收凹部的所述接觸墊產(chǎn)生密封型接觸；并且用機(jī)械的方式將所述上提保持纜繩固定以保持所述連接面與所述接觸墊之間的密封型接觸。
2.一種浸沒(méi)管連接組件，所述組件包括 連接結(jié)構(gòu)，該連接結(jié)構(gòu)的下部具有上提設(shè)備、上提纜繩、第一錐形連接面和接觸墊； 垂向管，該垂向管包括 第一縱向部，該第一縱向部包括具有第二錐形連接面和吊耳的上提凸緣； 第二縱向部，該第二縱向部在所述第一縱向部的下方，其中所述第二縱向部的柔性大于所述第一縱向部的柔性。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的浸沒(méi)管連接組件，其特征在于，所述組件進(jìn)一步包括 第三縱向部，該第三縱向部在所述第二縱向部的下方，其中所述第三縱向部的柔性小于所述第二縱向部的柔性。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的浸沒(méi)管連接組件，其特征在于，所述第二錐形連接面與所述第一錐形連接面的所述接觸墊接觸以形成水密密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的浸沒(méi)管連接組件，其特征在于，所述組件是OTEC系統(tǒng)的一部 分。
6.一種浸沒(méi)垂向管連接結(jié)構(gòu)，其包括 浮式結(jié)構(gòu)，該浮式結(jié)構(gòu)具有垂向管接收凹部，其中所述接收凹部具有第一直徑； 用于插入到所述管接收凹部?jī)?nèi)的垂向管，該垂向管具有比所述管接收凹部的所述第一直徑小的第二直徑； 支承面；和 能與所述支承面操作的一個(gè)或多個(gè)爪，其中，當(dāng)所述爪與所述支承面接觸時(shí)，所述爪限定與所述第一直徑或所述第二直徑不同的直徑。
7.一種將浸沒(méi)垂向管連接至浮式平臺(tái)的方法，所述方法包括 提供具有垂向管接收凹部的浮式結(jié)構(gòu)，其中所述管接收凹部具有第一直徑； 提供具有上端部的垂向管，所述上端部具有小于所述第一直徑的第二直徑； 將所述垂向管的所述上端部插入到所述接收凹部?jī)?nèi)； 提供用于支撐所述垂向管的支承面； 使一個(gè)或多個(gè)爪展開(kāi)以使得所述一個(gè)或多個(gè)爪具有不同于所述第一直徑或所述第二直徑的直徑； 使所述一個(gè)或多個(gè)爪與所述支承面接觸以使所述垂向管懸掛于所述浮式結(jié)構(gòu)。
8.一種離岸發(fā)電結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括浸沒(méi)部，所述浸沒(méi)部進(jìn)一步包括 一體設(shè)置有熱水管道的四級(jí)蒸發(fā)器部， 一體設(shè)置有冷水管道的四級(jí)冷凝器部，發(fā)電部， 冷水管連接部，和 冷水管。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的離岸發(fā)電結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述四級(jí)蒸發(fā)器部包括 熱水管道，該熱水管道包括 與第一、第二、第三和第四工作流體協(xié)作的第一級(jí)熱交換表面、第二級(jí)熱交換表面、第三級(jí)熱交換表面和第四級(jí)熱交換表面，其中工作流體在所述第一級(jí)熱交換表面、所述第二級(jí)熱交換表面、所述第三級(jí)熱交換表面和所述第四級(jí)熱交換表面中的每一個(gè)處被加熱成蒸汽。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的離岸發(fā)電結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述熱水管道包括所述浸沒(méi)部的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的離岸發(fā)電結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一工作流體和所述第四工作流體與第一渦輪發(fā)電機(jī)連通，并且所述第二工作流體和所述第三工作流體與第二渦輪發(fā)電機(jī)連通。
12.—種離岸發(fā)電結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括 浸沒(méi)部，該浸沒(méi)部進(jìn)一步包括 第一甲板部，該第一甲板部包括一體化的多級(jí)蒸發(fā)器系統(tǒng)，該一體化的多級(jí)蒸發(fā)器系統(tǒng)包括 第一熱水結(jié)構(gòu)通道，該第一熱水結(jié)構(gòu)通道形成高容量熱水管道； 第一級(jí)工作流體通道，該第一級(jí)工作流體通道與所述第一級(jí)熱水結(jié)構(gòu)通道協(xié)作配置以將工作流體加熱成蒸汽； 第一級(jí)熱水排放部，該第一級(jí)熱水排放部直接聯(lián)接至第二級(jí)熱水結(jié)構(gòu)通道，其中所述第二級(jí)熱水結(jié)構(gòu)通道形成高容量熱水管道并且包括 第二級(jí)熱水引入部，該第二級(jí)熱水引入部聯(lián)接至所述第一級(jí)熱水排放部； 第二級(jí)工作流體通道，該第二級(jí)工作流體通道與所述第二級(jí)熱水結(jié)構(gòu)通道協(xié)作配置以將第二工作流體加熱成蒸汽； 第二級(jí)熱水排放部； 第二甲板部，該第二甲板部包括一體化的多級(jí)冷凝系統(tǒng)，該一體化的多級(jí)冷凝系統(tǒng)包括 第一級(jí)冷水結(jié)構(gòu)通道，該第一級(jí)冷水結(jié)構(gòu)通道形成高容量冷水管道，所述第一級(jí)冷水結(jié)構(gòu)通道進(jìn)一步包括 第一級(jí)冷水引入部； 第一級(jí)工作流體通道，該第一級(jí)工作流體通道與所述第一甲板部的所述第一級(jí)工作流體通道連通，其中所述第二甲板部的所述第一級(jí)工作流體通道與所述第一級(jí)冷水結(jié)構(gòu)通道協(xié)作將工作流體冷卻成液體； 第一級(jí)冷水排放部，該第一級(jí)冷水排放部直接聯(lián)接至第二級(jí)冷水結(jié)構(gòu)通道，所述第二級(jí)冷水結(jié)構(gòu)通道形成高容量冷水管道并且包括 第二級(jí)冷水引入部，其中所述第一級(jí)冷水排放部和所述第二級(jí)冷水引入部配置成給從所述第一級(jí)冷水排放部流到所述第二級(jí)冷水引入部的冷水提供最小壓力損失；第二級(jí)工作流體通道，該第二級(jí)工作流體通道與所述第一甲板部的所述第二級(jí)工作流體通道連通，其中所述第二級(jí)工作流體通道與所述第二級(jí)冷水結(jié)構(gòu)通道協(xié)作將所述第二級(jí)工作流體通道中的工作流體冷卻成液體； 第二級(jí)冷水排放部； 第三甲板部，該第三甲板部容納發(fā)電設(shè)備并且包括 第一蒸汽渦輪機(jī)和第二蒸汽渦輪機(jī)，其中所述第一甲板部的所述第一級(jí)工作流體通道與所述第一蒸汽渦輪機(jī)連通，并且所述第一甲板部的所述第二級(jí)工作流體通道與所述第二蒸汽渦輪機(jī)連通。
13.—種管,其包括 長(zhǎng)形管狀結(jié)構(gòu)，所述管狀結(jié)構(gòu)具有外表面、頂端和底端，所述管狀結(jié)構(gòu)包括 多個(gè)第一板條部和多個(gè)第二板條部，每個(gè)板條部均具有頂部和底部，其中所述第二板條部的頂部與所述第一板條部的頂部錯(cuò)開(kāi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的管，其特征在于，每個(gè)板條部均包括聚氯乙烯(PVC)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、纖維增強(qiáng)塑料(FRP )、增強(qiáng)聚合物砂漿(RPMP )、聚丙烯(PP )、聚乙烯(PE )、交聯(lián)高密度聚乙烯(PEX)、聚丁烯(PB)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS);聚酯、纖維增強(qiáng)聚酯、尼龍?jiān)鰪?qiáng)聚酯、乙烯基酯、纖維增強(qiáng)乙烯基酯、尼龍?jiān)鰪?qiáng)乙烯基酯、混凝土、陶瓷或上述材料中的一種或多種的組合物。
15.一種形成用在OTEC電站中的冷水管的方法，該方法包括 形成多個(gè)第一板條部和多個(gè)第二板條部；并且 以使得第二板條部與第一板條部錯(cuò)開(kāi)的方式用粘結(jié)的方式使交替的第一板條部和第二板條部結(jié)合，以形成連續(xù)的長(zhǎng)形管。
全文摘要
一種離岸發(fā)電結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括浸沒(méi)部，該浸沒(méi)部具有包括一體的多級(jí)蒸發(fā)器系統(tǒng)的第一甲板部、包括一體的多級(jí)冷凝系統(tǒng)的第二甲板部、容納發(fā)電設(shè)備的第三甲板部、冷水管和冷水管連接部。
文檔編號(hào)F03G7/05GK102844566SQ201180015212
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月21日
發(fā)明者B·R·科爾, J·M·羅斯, A·瑞科瑞特, H·斯班納勒, W·舒爾茨, R·克魯爾, L·J·夏皮羅 申請(qǐng)人:阿貝爾基金會(huì)