專利名稱：海洋熱能轉換電站的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及海洋熱能轉換電站，更具體地涉及浮式的、最小起伏平臺的、多級熱機的海洋熱能轉換電站。
背景技術：
全球能源消耗和需求一直以指數(shù)速度增長。這方面的需求預計將持續(xù)上升，特別是在亞洲和拉丁美洲的發(fā)展中國家。同時，傳統(tǒng)的能源資源、即化石燃料正在加速減少并且開采化石燃料的成本持續(xù)上升。環(huán)境和監(jiān)管方面的擔憂正在加劇這一問題。與太陽相關的可再生能源是可以為不斷增長的能源需求提供一部分解決方案的一種可選的能源資源。由于與太陽相關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聯(lián)的氣候風險，所以與太陽相關的可再生能源有很大吸引力。另外，與太陽相關的能源是免費的并且極為豐富。海洋熱能轉換(“0TEC”)是利用在海洋的熱帶區(qū)域中作為熱量存儲的太陽能來產(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)保持在相當恒定的40° F。因此，熱帶海洋結構在表面提供了大的熱水儲藏并且在深層提供了大的冷水儲藏，并且熱水儲藏與冷水儲藏之間的溫差在35° F至45° F之間。該溫差在白天和夜晚保持得相當恒定，并且季節(jié)性的變化小。OTEC過程利用表面熱帶海水與深層熱帶海水之間的溫差來驅動熱機以產(chǎn)生電能。OTEC發(fā)電在20世紀70年代后期被認同為對于能源生產(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%。在實際操作中，OTEC電力系統(tǒng)的總電力效率經(jīng)估計為卡諾極限的大約一半，或者大約3. 5%至4.0%。另外，在1994年牛津大學出版社出版的由William Avery和Chih Wu發(fā)表的題為“來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)(通過引用合并于此)中所記載的、由20世紀70年代和20世紀80年代前沿研究人員所進行的分析表明通過以AT為40° F進行操作的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行并且為電站的其他輔助需要供電?；诖?，OTEC電站的將存儲在表面海水中的熱能轉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。造成整體熱力學效率進一步降低的另一因素是與用于渦輪機的精確頻率調節(jié)而提供必要的控制相關聯(lián)的損失。這引起了渦輪機循環(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行操作的熱機的典型效率低的OTEC凈效率導致能源規(guī)劃者廣泛持有如下假設0TEC電站成本太高以至于無法與多數(shù)傳統(tǒng)的發(fā)電方法抗爭。實際上，因為熱水和冷水之間的溫差相對小，所以寄生電力需要在OTEC電站中特別重要。為了實現(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低之外，OTEC電站的操作環(huán)境引起了也會降低這種操作的商業(yè)可行性的設計及操作方面的挑戰(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)動機的恒定冷水來源。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英尺或更長的長冷水引入管。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構上存在穩(wěn)定性、連接以及構造方面的挑戰(zhàn)，這會預先驅使OTEC成本超出商業(yè)可行性。另外，懸掛在動態(tài)的海洋環(huán)境中的、具有顯著的長度直徑比的管會沿著管的長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之間的連接有關的進一步挑戰(zhàn)。具有期望的性能、連接以及構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電站相關聯(lián)的對環(huán)境的關注也已經(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面的方式對OTEC電站附近的海洋環(huán)境產(chǎn)生影響，可能對處于OTEC排放下游的魚群和珊瑚礁系統(tǒng)帶來沖擊。
發(fā)明內容
本發(fā)明的若干個方面指向于利用海洋熱能轉換過程的發(fā)電站。發(fā)明的進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構一體的大容量水管道。多級OTEC熱機的模塊化和區(qū)室化降低了構造和維護成本、限制了離網(wǎng)操作并且提高了操作性能。又進一步的方面提供了具有一體的熱交換區(qū)室的浮式平臺，并且提供了平臺的由于波浪作用而產(chǎn)生的最小運動。一體的浮式平臺也可以提供通過多級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)明的若干個方面通過將熱水和冷水排放在適當?shù)纳疃?溫度范圍內可以促進環(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海洋的整體溫度。發(fā)明的又進一步的方面涉及用于與離岸OTEC設備一起使用的冷水管，該冷水管是錯開板條式的連續(xù)的管。一個方面涉及包括具有外表面、頂端和底端的長形管狀結構的管。管狀結構包括多個第一和多個第二板條部，每個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開。
進一步的方面涉及在管狀結構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長度周向地卷繞。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。帶或箍可以用粘結的方式結合于管的外表面、用機械方式結合至管的外表面或者使用機械的和粘結組合的方式以安裝于管的外表面。發(fā)明的進一步的方面涉及錯開板條式管，其中每個板條部進一步包括用于與相鄰的板條部配合接合的第一側上的接合舌和第二側上的凹槽。錯開板條式管可以包括主動鎖定系統(tǒng)(positive locking system)以將一個板條的第一側機械地聯(lián)接至第二個板條的第二側。板條可以利用條接合從一個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?shù)谝话鍡l的頂部與第二板條的底部接合時，該接合空孔對準。柔性樹脂可以注射到對準的接合空孔內。柔性樹脂可以用于填充任何接合表面中的空隙。在發(fā)明的若干個方面中，柔性樹脂是甲基丙烯酸酷粘結劑。本發(fā)明的單個板條可以是任何長度。在若干個方面中，從板條底部到頂部測量的每個板條部均在20英尺至90英尺之間。板條部可以被制成能夠用標準聯(lián)運集裝箱(inter-modal container)航運的尺寸。單個板條部的寬度可以在10英寸至80英寸之間。每個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)、纖維增強塑料(FRP)、增強聚合物砂漿(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、纖維增強聚酯、乙烯基酯、增強乙烯基酯、混凝土、陶瓷或上述材料中的一種或多種的組合物。在發(fā)明的進一步的方面中，板條部可以包括至少一個內部空孔。然后至少一個空孔可以填充有水、聚碳酸酯泡沫或復合泡沫塑料。在發(fā)明的若干個方面中，管是OTEC電站用的冷水引入管。發(fā)明的又進一步的方面涉及離岸發(fā)電結構，該結構包括浸沒部，浸沒部進一步包括熱交換部；發(fā)電部；和包括多個錯開的第一板條部和第二板條部的冷水管。發(fā)明的更進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第一板條部和多個第二板條部；以使得第二板條部與第一板條部錯開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)的長形管。發(fā)明的進一步的方面涉及浸沒垂向管連接結構，其包括浮式結構，該浮式結構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內的垂向管，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或多個可動爪、小齒輪或凸耳，其中，當爪與支承面接觸時，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垂向管連接至浮式平臺的方法 ，該方法包括提供具有垂向管接收凹部的浮式結構，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內；提供用于支撐垂向管的支承面；將一個或多個爪展開使得一個或多個爪具有不同于第一直徑或第二直徑的直徑；使一個或多個爪與支承面接觸以使垂向管懸掛于浮式結構。在發(fā)明的若干個方面中，一個或多個爪可以與垂向管為一體。一個或多個爪可以與接收凹部為一體。一個或多個爪包括限定小于第一直徑的直徑的第一縮回位置。一個或多個爪包括限定大于第一直徑的直徑的展開位置。支承面與管接收凹部為一體并且可與一個或多個爪一起操作。支承面可以包括球形支承面。一個或多個爪進一步包括構造成接觸支承面的配合面。一個或多個爪進一步包括構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構之間的相對運動。在又進一步的方面中，一個或多個爪包括限定大于第二直徑的直徑的第一縮回位置。一個或多個爪包括限定小于第二直徑的直徑的展開位置。支承面與垂向管為一體并且可與一個或多個爪一起操作。若干個方面可以包括用于使爪展開或縮回的驅動器，該驅動器可以是液壓控制的驅動器、氣動控制的驅動器、機械控制的驅動器、電控制的驅動器或者機電控制的驅動器。進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造成在將垂向管插入到管接收凹部內的過程中協(xié)作引導垂向管。在又進一步的方面中，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內，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度的50%或更多。第一縱向部可以包括冷水管的長度的10%或更少。第二縱向部可以包括冷水管的長度的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)明的進一步的方面涉及具有優(yōu)化了的多級熱交換系統(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構上與電站的浮式平臺或結構一體化。又進一步的方面包括浮式海洋熱能轉換電站。諸如柱筒的最小起伏結構或者改進型半潛式離岸結構可以包括第一甲板部，該第一甲板部具有結構一體化的熱海水通道、多級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)。第二甲板部也設置有結構一體化的冷海水通道、多級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或多個蒸汽渦輪機驅動的發(fā)電機，以用于發(fā)電。在一個方面中，提供一種離岸發(fā)電結構，其包括浸沒部。浸沒部進一步包括第一 甲板部，該第一甲板部包括一體化的多級蒸發(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)生和轉換裝置；冷水管和冷水管連接部。在進一步的方面中，第一甲板部進一步包括形成高容量熱水管道的第一級熱水結構通道。第一甲板部還包括與第一級熱水結構通道協(xié)作配置以將工作流體加熱成蒸汽的第一級工作流體通道。第一甲板部還包括直接聯(lián)接至第二級熱水結構通道的第一級熱水排放部。第二級熱水結構通道形成高容量熱水通道并且包括聯(lián)接至第一級熱水排放部的第二級熱水引入部。第一級熱水排放部到第二級熱水引入部的配置提供第一級與第二級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熱水結構通道協(xié)作配置以將工作流體加熱成蒸汽的第二級工作流體通道。第一甲板部還包括第二級熱水排放部。在進一步的方面中，浸沒部進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冷水結構通道。第一級冷水通道進一步包括第一級冷水引入部。第二甲板部還包括與第一甲板部的第一級工作流體通道連通的第一級工作流體通道。第二甲板部的第一級工作流體通道與第一級冷水結構通道協(xié)作以將工作流體冷卻成液體。第二甲板部還包括第一級冷水排放部，該第一級冷水排放部直接聯(lián)接至形成高容量冷水管道的第二級冷水結構通道。第二級冷水結構通道包括第二級冷水引入部。第一級冷水排放部和第二級冷水引入部配置成提供從第一級冷水排放部到第二級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工作流體通道連通的第二級工作流體通道。第二級工作流體通道與第二級冷水結構通道協(xié)作將第二級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冷水排放部。在進一步的方面中，第三甲板部可以包括第一蒸汽渦輪機和第二蒸汽渦輪機，其中第一甲板部的第一級工作流體通道與第一渦輪機連通，并且第一甲板部的第二級工作流體通道與第二渦輪機連通。第一和第二渦輪機能夠聯(lián)接至一個或多個發(fā)電機。在又進一步的方面中，提供一種離岸發(fā)電結構，其包括浸沒部，該浸沒部進一步包括四級蒸發(fā)器部、四級冷凝器部、四級發(fā)電部、冷水管連接部和冷水管。在一個方面中，四級蒸發(fā)器部包括熱水管道，該熱水管道包括第一級熱交換表面、第二級熱交換表面、第三級熱交換表面和第四級熱交換表面。熱水管道包括浸沒部的垂向結構構件。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、第三和第四級部協(xié)作，其中，流過工作流體管道的工作流體在第一、第二、第三和第四級部中的每一個處被加熱成蒸汽。在一個方面中，四級冷凝器部包括冷水管道，該冷水管道包括第一級熱交換表面、第二級熱交換表面、第三級熱交換表面和第四級熱交換表面。冷水管道包括浸沒部的垂向結構構件。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、第三和第四級部協(xié)作，其中，流過工作流體管道的工作流體在第一、第二、第三和第四級部中的每一個處被加熱為蒸汽，并且在各依次級處△ T越來越低。在再一方面中，蒸發(fā)器部的第一、第二、第三和第四級工作流體管道與第一、第二、第三和第四蒸汽渦輪機連通，其中，蒸發(fā)器部第一級工作流體管道與第一蒸汽渦輪機連通并且排出至冷凝器部的第四級工作流體管道。在再一方面中，蒸發(fā)器部的第一、第二、第三和第四級工作流體管道與第一、第二、 第三和第四蒸汽渦輪機連通，其中蒸發(fā)器部第二級工作流體管道與第二蒸汽渦輪機連通并且排出至冷凝器部的第三級工作流體管道。在再一方面中，蒸發(fā)器部的第一、第二、第三和第四級工作流體管道與第一、第二、第三和第四蒸汽渦輪機連通，其中蒸發(fā)器部第三級工作流體管道與第三蒸汽渦輪機連通并且排出至冷凝器部的第二級工作流體管道。在再一方面中，蒸發(fā)器部的第一、第二、第三和第四級工作流體管道與第一、第二、第三和第四蒸汽渦輪機連通，其中蒸發(fā)器部第四級工作流體管道與第四蒸汽渦輪機連通并且排出至冷凝器部的第一級工作流體管道。在又進一步的方面中，第一發(fā)電機由第一渦輪機或第四渦輪機驅動，或者由第一和第四渦輪機的組合驅動。在又進一步的方面中，第二發(fā)電機由第二渦輪機或第三渦輪機驅動，或者由第二和第三渦輪機兩者的組合驅動。發(fā)明的另外的方面可以包含一個或多個以下特征第一和第四渦輪機或第二和第三渦輪機產(chǎn)生9麗至60麗之間的電力；第一和第二渦輪機產(chǎn)生大約55麗的電力；第一和第二渦輪機形成海洋熱能轉換電站中的多個渦輪發(fā)電機組中的一個；第一級熱水引入部不與第二級冷水排放部發(fā)生干涉；第一級冷水引入部不與第二級熱水排放部發(fā)生干涉；第一或第二級工作流體通道內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 ;第一和第二級工作流體通道內的工作流體溫度增加12° F至24° F ;第一工作流體流過第一級工作流體通道，并且第二工作流體流過第二級工作流體通道，其中，第二工作流體以低于第一工作流體進入第一蒸汽渦輪機的溫度進入第二蒸汽渦輪機；第一和第二級工作流體通道中的工作流體溫度降低12° F至24° F ;第一工作流體流過第一級工作流體通道，并且第二工作流體流過第二級工作流體通道，其中，第二工作流體以低于第一工作流體進入第二甲板部的溫度進入第二甲板部。發(fā)明的進一步的方面也可以包含一個或多個以下特征在第一或第二級熱水結構通道內流動的熱水包括熱海水、地熱加熱水、太陽能加熱儲藏水；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；熱水以 5，440，OOOgpm 的流量流動；熱水以在 300，000，0001b/hr 至 I, 000，000，OOOlb/hr之間的流量流動；熱水以2，720, 0001b/hr的流量流動；在第一或第二級冷水結構通道內流動的冷水包括冷海水，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；冷水以3，420，OOOgpm的流量流動；冷水以在125，000，0001b/hr 至 I, 750，000，0001b/hr 之間的流量流動；冷水以 I, 710，0001b/hr 的流
量流動。發(fā)明的若干個方面還可以包含一個或多個以下特征離岸結構是最小起伏結構；離岸結構是浮式柱筒(spar)結構；離岸結構是半潛式結構。發(fā)明的又進一步的方面可以包括用于在海洋熱能轉換電站中使用的高容量低速度熱交換系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一級柜，該第一級柜進一步包括用于與工作流體熱交換的第一水流動通道；第一工作流體通道；聯(lián)接至第一級柜的第二級柜，該第二級柜進一步包括用于與工作流體熱交換的第二水流動通道，第二水流動通道以使從第一水流動通道流至第二水流動通道的水的壓降最小化的方式聯(lián)接至第一水流動通道；和第二工作流體通道。第一和第二級柜包括電站的結構構件。
在一個方面中，水從第一級柜流至第二級柜，并且第二級柜在蒸發(fā)器中位于第一級柜的下方。在另一方面中，水從第一級柜流至第二級柜，并且第二級柜在冷凝器中位于第一級柜的上方且在蒸發(fā)器中的第一級柜的下方。本發(fā)明的方面可以具有一個或多個以下優(yōu)點連續(xù)的錯開板條式冷水管比分段式管構造輕；連續(xù)的錯開板條式冷水管具有比分段式管少的摩擦損失；單個板條可以將大小做成容易運輸至OTEC電站操作現(xiàn)場；板條可以構造成期望的浮力特征；0TEC發(fā)電需要少至沒有的用于能源生產(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造時間；以及安全、對環(huán)境無害的操作和發(fā)電。另外的優(yōu)點可以包括與傳統(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)電時間；針對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明中闡述了發(fā)明的一個以上的實施方式的細節(jié)。發(fā)明的其他特征、目的和優(yōu)點將從說明和附圖以及從權利要求書變得明顯。
圖I示出示例性現(xiàn)有技術的OTEC熱機。圖2示出示例性現(xiàn)有技術的OTEC電站。圖3示出本發(fā)明的OTEC結構。圖3A示出本發(fā)明的OTEC結構。圖4示出本發(fā)明的OTEC結構的錯開板條式管。圖5示出本發(fā)明的錯開板條圖案的細節(jié)圖。圖6示出本發(fā)明的錯開板條式冷水管的橫截面圖。圖7A至圖7C示出本發(fā)明的單個板條的各種圖。圖8示出本發(fā)明的單個板條的舌槽配置。圖9示出本發(fā)明的兩個板條之間的主動卡合鎖扣。
圖10示出本發(fā)明的包含有加強箍的錯開板條式冷水管。圖11示出本發(fā)明的冷水管構造的方法。圖12示出萬向節(jié)管連接的現(xiàn)有技術的示例。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示出級聯(lián)的多級熱交換循環(huán)。圖22C示出混合級聯(lián)的多級熱交換循環(huán)。圖22D示出蒸發(fā)器壓降和關聯(lián)的發(fā)電。圖23A至圖23B示出本發(fā)明的示例性OTEC熱機。除非另作說明，各圖中相似的附圖標記表示相似的元件。
具體實施例方式本發(fā)明涉及利用海洋熱能轉換(OTEC)技術發(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構一體的大容量水管道。多級OTEC熱機的模塊化和區(qū)室化降低了構造和維護成本、限制了離網(wǎng)操作并且提高了操作性能。又進一步的方面提供了具有一體的熱交換區(qū)室的浮式平臺，并且提供了平臺由于波浪作用而產(chǎn)生的最小運動。一體的浮式平臺也可以提供通過多級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)明的方面通過將熱水和冷水排放在適當?shù)纳疃?溫度范圍內而促進了中性熱足跡。以電的形式提取出的能量降低了到達海洋的整體溫度(bulk temperature )。OTEC是用儲存在地球海洋中的來自太陽的熱能來發(fā)電的過程。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過程利用溫差向蘭金循環(huán)(Rankine cycle)提供動力，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)的渦輪機驅動用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機。圖I示出典型的OTEC蘭金循環(huán)熱機10，該熱機10包括熱海水入口 12、蒸發(fā)器14、熱海水出口 15、渦輪機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，進而對穿過蒸發(fā)器14的氨工作流體進行加熱。氨沸騰產(chǎn)生大約9. 3標準大氣壓(atm)的蒸汽壓。蒸汽沿著工作流體管道22被輸送至渦輪機16。氨蒸汽在穿過渦輪機16時膨脹，產(chǎn)生了驅動發(fā)電機25的動力。然后氨蒸汽進入冷凝器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標準大氣壓。因此，顯著的壓力差可用于驅動渦輪機16并產(chǎn)生電力。當氨工作流體冷凝時，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。圖I的熱機10與大多數(shù)蒸汽渦輪機的蘭金循環(huán)實質上相同，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10也與商業(yè)制冷設備相似，除了OTEC循環(huán)沿相反的方向運行使得熱源(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設備200的典型組成部件，這些組成部件包括船舶(vessel) 或平臺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設備200還可以包括發(fā)電、轉換和傳輸系統(tǒng)、諸如推進器、推動器等位置控制系統(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、應急電源、飲用水、污水和廢水、消防、損害控制、儲備浮力以及其他常見的船上或海事系統(tǒng))。利用圖I和圖2中的基本的熱機和系統(tǒng)實現(xiàn)的OTEC電站具有3%或更小的相對低的整體效率。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電力系統(tǒng)。這進而在蒸發(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具有相當大的泵取能力，降低了可用于配送至岸基設備或船上工業(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入并流過蒸發(fā)器或冷凝器。實際上，大量的水需要大直徑管和管道。將這樣的結構放在有限的空間內需要多個彎道來容納其他機械。典型的水面船舶或結構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)以及船舶或平臺歷來較大并且昂貴。這導致如下工業(yè)結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挑戰(zhàn)，以提高OTEC操作的效率并且降低構造和操作成本。船舶或平臺210需要低運動，以使冷水管217與船舶或平臺210之間的動態(tài)力最小化，并且為平臺或船舶中的OTEC設施提供良性的操作環(huán)境。船舶或平臺210還應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?shù)某潭纫胱銐虻睦渌蜔崴?，以確保OTEC過程的效率。船舶或平臺210還應該使得冷水和熱水能夠經(jīng)由船舶或平臺210的水線下方的適當位置的冷水出口和熱水出口(221和215)排放，以避免熱回流進入到海洋表面層。另外，船舶或平臺210應該經(jīng)受得住惡劣天氣而不會干擾發(fā)電操作。OTEC熱機10應該采用用于最大效率和最大發(fā)電的高效熱循環(huán)。沸騰和冷凝過程中的熱傳遞以及熱交換器材料和設計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節(jié)成適應(tailor)熱水入口溫度和冷水入口溫度的材料和設計，以提高效率。熱交換器設計應該使用材料用量最少化的簡單的構造方法，以降低成本和體積。渦輪發(fā)電機216應該具有內部損失最小化的高效率，并且可以被調節(jié)成適應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聯(lián)的多個技術挑戰(zhàn)的本發(fā)明的實施。該實施包括船舶或平臺用柱筒(spar)，柱筒上一體設置有熱交換器和相關聯(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熱交換系統(tǒng)。柱筒310包括在水線305下方的浸沒部311。浸沒部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、機械甲板部 (machinery deck portion)354。甲板室360設置在柱筒的頂部以容納電氣開關裝置、輔助和應急機械及系統(tǒng)、小船裝卸設備以及諸如辦公室、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之間的熱海水通過熱水引入部340而被引入并且通過未示出的結構一體化的熱水管道在柱筒中向下流動。由于OTEC熱機所需的水流量大，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的垂向結構構件(vertical structural member)。熱水管道可以是強度足夠垂向支撐柱筒310的大直徑管?？蛇x地，熱水管道可以是與柱筒310的構造為一體的通道。熱水然后流過蒸發(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或多個堆疊式多級熱交換器。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至或被引導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至能夠確保與熱水引入或冷水引入均沒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進入柱筒310。由于OTEC熱機需要大的水流量，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的垂向結構構件。冷水管道可以是強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的構造為一體的通道。冷海水然后向上流到堆疊式多級冷凝器部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至或被引導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至能夠確保與熱水引入或冷水引入均沒有熱回流的足夠的深度處。
機械甲板部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經(jīng)過多級蒸發(fā)器并且排放。將機械甲板部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經(jīng)過多級冷凝器并且排放。機械甲板部354包括渦輪發(fā)電機356。在操作中，來自蒸發(fā)器部344的被加熱成蒸汽的熱工作流體流到一個以上的渦輪發(fā)電機356。工作流體在渦輪發(fā)電機356中膨脹從而驅動用于發(fā)電的渦輪機。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?；旌霞壜?lián)的多級熱交換系統(tǒng)有利于較低的流體速度和較大的電站效率。堆疊式混合級聯(lián)熱交換設計也有利于通過熱交換器的較低的壓降。并且垂向的電站設計有利于整個系統(tǒng)的較低的壓降。在2010年I月21日提交的名稱為“海洋熱能轉換電站”的美國專利申請No. 12/691,663 (律師簽號25667-0004001)中描述了混合級聯(lián)的多級熱交換系統(tǒng)，該申請的全部內容通過引用合并于此。 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造適合性能和耐久性的管時的成本而已經(jīng)妨礙了商業(yè)上可行的OTEC操作。這樣的冷水管由于在構造適合性能和耐久性的管時的成本而已經(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)電時的最大效率。以前的針對OTEC操作的冷水管設計包括段式構造(sectional construction)。筒形管段以串聯(lián)的方式螺栓連接或機械接合到一起直到獲得足夠的長度。在電站設備附近組裝管段并且接著將完全構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處的應力和疲勞在內的顯著的缺點。此外，連接器件(connection hardware)增加了管的整體重量,進一步使管段連接處以及完全組裝好的CWP與OTEC平臺或船舶之間的連接處的應力和疲勞考慮復雜化。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藏中抽取水。冷水用于對從電站渦輪機出來的蒸汽狀的工作流體進行冷卻和冷凝。CWP及其與船舶或平臺的連接被構造成承受由管重量施加的靜態(tài)及動態(tài)負載、遭受波浪時管和平臺的相對運動及高達百年一遇的強度(severity)的海流負載以及由水泵泵取引起的潰縮負載。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的長度可以在2000英尺至4000英尺之間或者更長。在本發(fā)明的方面中，冷水管的長度可以是大約3000英尺。CWP的直徑由電站的大小和需要的水流量來確定。通過管的水流量由期望的電力輸出和OTEC電站效率來確定。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OTEC操作的冷水管設計包括段式構造。長度在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度。采用多個筒形管段，能夠在電站設備附近組裝CWP并且能夠將完全構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處的應力和疲勞在內的顯著的缺點。此外，連接器件增加了管的整體重量，進一步使管段連接處以及完全組裝好的CWP與OTEC平臺或船舶之間的連接處的應力和疲勞考慮復雜化。參照圖4，示出了連續(xù)的錯開板條式冷水管。冷水管451沒有像以前的CWP設計一樣使用段式接合，而是利用了錯開板條式構造。CWP451包括用于連接至浮式OTEC平臺411的浸沒部的頂端部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包括被構造成形成筒體的多個錯開板條。在一個方面中，多個錯開板條可以包括交替的多個第一板條465和多個第二板條467。每個第一板條均包括頂邊緣471和底邊緣472。每個第二板條均包括頂邊緣473和底邊緣474。在一個方面中，第二板條467與相鄰的第一板條部465在垂向上錯開使得(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)明的一個方面的錯開板條圖案的細節(jié)圖。圖案包括多個第一板條465，每個均具有頂邊緣部471、底邊緣部472、連接邊緣480和錯開邊緣478。圖案還包括多個第二板條467，每個均具有頂邊緣部473、底邊緣部474、連接邊緣480和錯開邊緣479。在形成冷水管時，第一板條部465以如下的方式接合至第二板條部467 :當從頂邊緣471向底邊緣472測量時，連接邊緣480是第一板條部465的長度的大約3%至97%。在一方面中，連接邊緣480是板條長度的大約50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%或90%。可以理解的是，在完全構造好的管中，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也可以沿著錯開邊緣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可以沿著錯開邊緣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。在若干個方面中，多個第一板條465和多個第二板條467之間的連接邊緣480可以是固定長度(consistent length)或者是每個板條的繞著管周向的板條長度的百分比。多個第一板條465和多個第二板條465之間的連接邊緣480可以是固定長度或者是每個板條的沿冷水管451的長軸的板條長度的百分比。在進一步的方面中，連接邊緣480的長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。在一個方面中，板條尺寸可以是大約80英寸寬、40英尺長以及4英寸至12英寸厚?？蛇x地，第一板條465可以具有與第二板條467不同的長度或覽度。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。各板條均包括內表面485和外表面486。相鄰的板條沿著連接面480接合。單個板條的相反側上的任何兩個連接面限定了角度α。角度α通過360°除以板條的總數(shù)量來確定。在一個方面中，α可以在1°至36°之間。在一個方面中，α可以是對于16板條管而言的22. 5°或者是對于32板條管而言的11. 25°。冷水管451的單個板條可以由如下材料制成聚氯乙烯(PVC)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、纖維增強塑料(FRP)、增強聚合物砂漿(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、纖維增強聚酯、尼龍增強聚酯、乙烯基酯、纖維增強乙烯基酯、尼龍增強乙烯基酯、混凝土、陶瓷，或它們中的一個或多個的組合物。單個板條可以利用標準制造技術模塑成型、擠出成型或者拉擠成型(pulltruded)。在一個方面中，單個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增強乙烯基酯。乙烯基酯可以從肯塔基州卡溫頓的阿施蘭德化學公司(AshlandChemical)得到。在一個方面中，板條可以利用適合的粘合劑結合至相鄰的板條。柔性樹脂可以被 用于提供柔性接合以及均勻的管性能。在本發(fā)明的若干個方面中，包括了增強乙烯基酯的板條利用乙烯基酯樹脂被結合至相鄰的板條。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。參照圖7A至圖7C，示出了各種板條的構造，其中單個板條465包括頂邊緣471、底邊緣472和一個以上的空孔(void) 475?？湛?75可以是空的、填充有水、填充有樹脂、填充有粘合劑或者填充有諸如復合泡沫塑料等泡沫材料。復合泡沫塑料是樹脂和小玻璃珠的基體(matrix)。小珠子可以是空心的或者實心的。空孔475可以被填充以影響板條和/或冷水管451的浮力。圖7A示出單個空孔475。在一個方面中，多個空孔475可以沿著板條的長度均勻地隔開，如圖7B中所示。在一個方面中，可以朝向板條的一個端部、例如朝向底邊緣472放置一個以上的空孔475，如圖7C中所示。參照圖8，各單個板條465可以包括頂邊緣471、底邊緣472、第一長邊491和第二長邊492。在一個方面中，長邊491包括接合構件(joinery member),如接合舌493。接合構件可以可選地包括條(biscuit)、半搭接頭或其他接合結構。第二長邊492包括配合接合面，如凹槽494。在使用時，第一板條的第一長邊491與第二板條的第二長邊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構或者其他結構，以將板條接合至長度方向上相鄰的板條。在本發(fā)明的若干個方面中，第一長邊可以包括用于與第二長邊492配合接合的主動卡合鎖扣連接491。在美國專利No. 7，131，242中大概描述了主動卡合鎖扣連接或卡合鎖扣連接，該專利的全部內容通過引用合并于此。接合舌493的整個長度可以包含主動卡合鎖扣或者部分接合舌493可以包括主動卡合鎖扣。接合舌493可以包括卡合鉚釘?？梢岳斫獾氖?，當接合舌493包括卡合鎖扣結構時，在具有凹槽494的第二長邊上設置適當?shù)慕邮战Y構。圖9示出示例性主動卡合鎖扣系統(tǒng)，其中陽部970包括凸緣972。陽部970與包括內凹的凸緣安裝部977的接收部975機械接合。使用時，將陽部970插到接收部975中使得凸緣部972與內凹的凸緣安裝部977接合，從而允許陽部970的插入而防止松開或脫出。錯開板條式管的板條部之間的主動卡合鎖扣接頭可以用于將兩個板條部機械地鎖定到一起。主動卡合鎖扣接頭可以單獨使用，或者與樹脂或粘合劑組合使用。在一個方面中，柔性樹脂與主動卡合鎖扣接頭組合使用。圖10示出具有錯開板條式構造的冷水管451，該錯開板條式構造包括多個交替的第一板條465和第二板條467，并且進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僅設置在管451的由于水通過冷水管451的運動而經(jīng)歷渦流脫落的那些部分中。帶497為冷水管451提供徑向和長度方向上的支撐。帶497還防止沿著冷水管的振動并且降低由于海洋流運動而引起的渦流脫落。帶497可以具有與冷水管451的單個板條相同的厚度和寬度，或者可以是厚度為單個板條的厚度的兩倍、三倍、四倍或更寬，并且寬度為單個板條的寬度的最高達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的方式安裝在冷水管的外表面上。在一 個實施方式中，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長度卷繞的螺旋結構。翅片可以成角度并且可以以任何數(shù)量繞著箍設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)、纖維增強塑料(FRP)、增強聚合物砂漿(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、纖維增強聚酯、乙烯基酯、增強乙烯基酯、混凝土、陶瓷或它們中的一個或多個的組合物。帶497可以利用標準制造技術模塑成型、擠出成型或拉擠成型。在一個方面中，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或尼龍增強乙烯基酯。帶497可以利用包括上述材料中任何一個的樹脂的適合的粘合劑或樹脂接合至冷水管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，當需要徑向或其他結構支撐時，帶497可以是繞著冷水管的外表面的周向支撐構件。帶497可以利用適合的柔性粘合劑以粘附的方式結合于或附著于冷水管的外表面。在一個方面中，帶497可以利用多個主動卡合鎖扣以機械的方式聯(lián)接于冷水管451的外表面。關于圖11，用于組裝冷水管的示例性方法提供了冷水管451的高效運輸和組裝。通過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開形式1110來組裝垂向筒形管段。然后將第一板條部和第二板條部接合以形成筒形管段1120?？梢杂枚喾N接合方法中的任意一種來接合錯開的第一板條和第二板條。在一個方面中，利用舌槽配置和柔性粘合劑來接合多個錯開的第一板條部和第二板條部。在一個方面中，利用機械的主動卡合鎖扣來接合多個第一板條部和第二板條部?？梢允褂蒙嗪筒?、卡合鎖扣機構和柔性粘合劑的組合。在將多個第一板條部和第二板條部進行接合以形成具有錯開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。可以重復進行排列多個錯開的第一板條部和第二板條部1110以及接合多個錯開的第一板條部和第二板條部1120的步驟以形成任何數(shù)量的預制的筒形管段1124?？梢岳斫獾氖?，可以在OTEC電站設備處預制筒形管段，或者遠程地預制筒形管段然后被運輸至OTEC電站設備用于附加的構造，以形成完全組裝好的冷水管451。組裝好具有錯開板條的至少兩個筒形管段后，將上、下筒形管段接合并且使各管段的錯開板條對齊1126。將柔性粘合劑施加至上、下筒形管段的錯開板條的對接接頭(buttjoint)處1130?？梢杂冒l接合的各種端部對接接頭將兩個管段的板條接合。在一個方面中，上、下筒形管段的錯開的板條可以設置有找平用接合空孔，該空孔進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板條中的空隙和之間的接頭均可以用附加的柔性樹脂填充。一旦兩個管段已經(jīng)接合好并且在需要的位置施加了樹脂，則允許固化兩個管段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的方式結合、例如主動卡合鎖扣的機械結合或者粘結和機械結合的組合來安裝螺旋狀卷繞箍。在組裝方法的一個方面中，在將螺旋箍安裝到下管段上之后，可以使整個管組件位移，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，對第一板條部和第二板條部進行排列以獲得期望的錯位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造冷水管451的過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開板條對準并且將其拉到一起1146。如上所述將粘合劑或柔性樹脂施加于端部對接接頭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板條部之間的任何空隙都可以用附加的柔性樹脂填充1150。然后可以使整個組件固化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，可以使整個管組件移位以便為接下來的筒形管段做準備。采用這種方式，可以重復該方法直到實現(xiàn)期望的管長度?？梢岳斫獾氖牵梢圆捎门c本發(fā)明一致的多種方式來完成具有錯開板條的筒形管段的接合。將錯開板條進行接合的方法提供了連續(xù)的管而在管段之間無需龐大的、笨重的或者會產(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的材料特性幾乎均勻的連續(xù)的管。實施例提供冷水管組件以便于在現(xiàn)場構造大約3000英尺長的連續(xù)的錯開板條式管。另夕卜，板條式設計負責應對分段式管構造慣常經(jīng)歷的不利于航運和裝卸的載荷。例如對傳統(tǒng)構造的分段式冷水管的拖拽和豎立會在管上施加有危險的載荷。
板條式構造允許在設備外制造多個40英尺至50英尺長的板條。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至離岸平臺，然后可以在平臺上由多個板條構造成冷水管。這消除了用于組裝管段的單獨的設備的需要。板條部可以用彈性模量在約66，OOOpsi (磅/平方英寸)至165，OOOpsi之間的尼龍增強乙烯基酯構成。板條部可以具有約15，OOOpsi至45，OOOpsi之間的極限強度，以及約15，OOOpsi至45，OOOpsi之間的拉伸強度。在一個方面中，板條部可以具有150，OOOpsi的彈性模量、30，OOOpsi的極限強度以及30，OOOpsi的屈服強度，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裂或折斷，所以這在風暴條件下是有利的。在一個方面中，管可以在未連接的下端從中心偏斜大約兩個直徑。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，冷水管利用動態(tài)支承與圖3的OTEC柱筒的底部連接。在1994年牛津大學出版社出版的Avery和Wu發(fā)表的題為“來自海洋的 可再生能源，OTEC指南”第4. 5節(jié)中描述了 OTEC應用中的冷水管連接部，該部分的全部內容通過引用合并于此。用柱筒浮標作為平臺的顯著的優(yōu)點之一是，即使在非常嚴重的百年一遇的風暴條件下這樣做也能使得在柱筒自身和CWP之間產(chǎn)生相對小的轉動。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從與其配合的球形底座脫離接觸，所以無需安裝用于將CWP在垂向上保持在合適位置的機構。這有助于簡化球形支承設計，并且還使得在不同方面中由任何附加的CWP管約束結構或器件引起的壓力損失最小化。通過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需CWP的垂向約束。冷水通過一個或多個冷水泵經(jīng)由冷水管被抽取并且通過一個或多個冷水通道或管道流入多級OTEC電站的冷凝器部。在2010年I月21日提交的題為“海洋熱能轉換電站冷水管”的美國專利申請No. 12/691,655 (律師簽號25667-0003001)中描述了冷水管的結構和性能的進一步細節(jié)，該申請的全部內容通過引用合并于此。冷水管連接冷水管351與柱筒平臺311之間的連接引起了構造、維護和操作方面的挑戰(zhàn)。例如，冷水管是懸在動態(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或船舶也浮在動態(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，遠低于水線并且靠近船舶的底部。將完全組裝的管調運到適當?shù)奈恢貌⑶覍⒐芄潭ㄓ诖盎蚱脚_是一項艱巨的任務。冷水管連接支撐著從平臺上懸下來的管的靜態(tài)重量，并且負責應對平臺和懸著的管之間的由于波浪作用、管振動和管運動而產(chǎn)生的動態(tài)力。在1994年牛津大學出版社出版的William Avery和Chih Wu發(fā)表的題為“來自海洋的可再生能源，OTEC指南”第4. 5節(jié)中公開了多種OTEC冷水管連接部，包括萬向節(jié)、球窩和通用連接部，這些通過引用合并于此。只對萬向節(jié)連接部進行了操作性試驗，該萬向節(jié)連接部包括允許30°轉動的兩軸萬向節(jié)。如Avery和Wu所述,在萬向節(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結構之間提供了滑動密封。圖12中示出了萬向節(jié)式管連接部。以前的冷水管連接部被設計用于傳統(tǒng)的船型和平臺，這種傳統(tǒng)的船型和平臺由于重量以及波浪作用所以展現(xiàn)出比柱筒平臺更大的垂向移位。用柱筒浮標作為平臺的顯著的優(yōu)點之一是，即使在非常嚴重的百年一遇的風暴條件下這樣做也能使得在柱筒自身和CWP之間產(chǎn)生相對小的轉動。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從與其配合的球形底座脫離接觸，所以無需安裝用于將CWP在垂向上保持在合適位置的機構。這有助于簡化球形支承設計，并且還使得在不同方面中由任何附加的CWP管約束結構或器件引起的壓力損失最小化。通過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需CWP的垂向約束。本發(fā)明的若干個方面允許冷水管向上垂向插過平臺的底部。這通過將完全組裝的 冷水管從平臺下方提升到適當位置來完成。這便于同時地構造平臺和管以及提供了維護時容易地安裝和移走冷水管。參照圖3，冷水管351在冷水管連接部375處連接至柱筒平臺310的浸沒部311。在一個方面中，冷水管利用動態(tài)支承與圖3的OTEC柱筒的底部連接。在本發(fā)明的一個方面中，冷水管連接部設置成包括管凸緣，該管凸緣經(jīng)由球形面落座于活動爪(movable detent)?；顒幼β?lián)接至柱筒平臺的基部。包含活動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之間的直徑的長度限定。在若干個方面中，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的下部可以包括結構加強件和支撐件以承受一旦懸掛了冷水管351時施加于并且傳遞至柱筒311的重量和動態(tài)力。參照圖14，冷水管連接部375包括爪殼體778和活動爪840，活動爪840機械地聯(lián)接至爪殼體778以允許爪840從第一位置移動至第二位置。在第一位置中，活動爪840容納在爪殼體778內使得爪840不朝向接收凹部776的中央向內突出，并且保持在接收直徑780的外側。在第一位置中，冷水管351的頂端部385可以在不受活動爪840的干擾的情況下插入管接收凹部776中。在可選的方面中，活動爪840可以以如下方式被容納在第一位置使得活動爪840的任何方面都沒有朝向接收凹部776的中央向內突出超過外凸緣直徑781。在進一步的方面中，第一位置中的活動爪840不與冷水管351的通過接收凹部776的垂向運動發(fā)生干涉。在第二位置中，活動爪840展開超出爪殼體778并且朝向接收凹部776的中央向內突出。在第二位置中，活動爪840向內展開超過外凸緣直徑781?？梢岳靡簤褐聞悠?、氣動致動器、機械致動器、電致動器、機電致動器或上述的組合將活動爪840從第一位置調整或移動至第二位置?；顒幼?40包括部分球形或弧形的支承面842?；⌒沃С忻?42被構造成在活動爪840位于第二位置時為冷水管支承凸緣848提供動態(tài)支承。冷水管支承凸緣842包括凸緣支承面849。弧形支承面842和凸緣支承面849可以協(xié)作落座以便提供動態(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)作落座以負責應對冷水管351與平臺310之間的相對運動而不使冷水管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310時相對熱的水就不會進入管接收凹部776并且最終不會進入冷水引入部350。當懸掛上冷水管351時，冷水通過一個或多個冷水泵經(jīng)由冷水管被抽取并且通過一個或多個冷水通道或管道流入多級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行處理，以防止兩表面之間產(chǎn)生原電池反應(galvanic interaction)?？梢岳斫獾氖?，動態(tài)支承面和活動爪或小齒輪的用于將冷水管連接至浮式平臺的 任何組合都在權利要求書以及此處公開的考慮范圍內。例如，在若干個方面中，弧形支承面可以被定位在活動爪的上方、弧形支承面可以被定位于活動爪的側面甚至是被定位在活動爪的下方。在若干個方面中，活動爪可以與如上所述的浮式平臺的底部為一體。在其他方面中，活動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、更具體地安裝至OTEC浮式平臺的示例性方法。該方法包括將導繩和收帆索從平臺操縱(rigging)至完全組裝的冷水管。然后使冷水管下降到平臺的下方并且使冷水管對準正確的位置。然后使冷水管上升到管接收凹部內，使活動爪或小齒輪展開并且使管落座在弧形支承面上。更具體地，將引導纜繩安裝至完全組裝的冷水管351(910)。在示例性實施方式中，冷水管351可以包括一個或多個可充氣套筒以便在冷水管的構造、移動和豎立的過程中提供浮力。在將導索安裝至冷水管910之后，可以將一個或多個可充氣套筒放氣915使得冷水管具有負浮力。在實施方式中，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310的冷水管連接部375的下方的位置920?？梢栽俅握{整壓艙物。調整導索以便將冷水管正確地定位在冷水管連接部375的下方925，并且可以通過視頻、遠程傳感器和其他手段對對準情況進行檢查和確認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爪840上方的位置935?？衫脤?、可充氣套筒、可拆卸氣球或這些的組合來完成使冷水管上升到冷水管連接部內的動作。在使冷水管上升到冷水管連接部內935之后，使活動爪展開940以便為冷水管提供動態(tài)支承面。然后通過調整導索、使可充氣套筒或可拆卸氣球放氣或者通過調整配重塊或其他壓艙物系統(tǒng)來使冷水管下降。也可以使用這些方法的組合?？梢岳斫獾氖?，導索、充氣線、壓艙物線等應該在冷水管的移動過程中保持不會相互妨礙。此外，冷水管的移動不應該與OTEC平臺的錨泊系統(tǒng)發(fā)生干涉。在發(fā)明的進一步的方面中，可以在冷水管和柱筒結構之間設置靜態(tài)連接。在這樣的方面中，可以通過改變管的在管頂部附近的柔性來負責應對管與柱筒之間的動態(tài)力。通過允許冷水管的下部和中間部的移動，降低或完全避免了對動態(tài)管連接的需要。避免萬向節(jié)式連接部的需要去掉了高價的移動部件，并且使下面的柱筒部分以及冷水管兩者的制造均得以簡化。參照圖16，冷水管1651以沒有采用上述動態(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構造的、被連接至柱筒結構的下部的冷水管。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的部分)被硬化以提供冷水管的相對不可彎曲的上部1651A。在不可彎曲的上部1651A的下方設置相對柔性的中間部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懸掛下來的長度和直徑。參照圖17，詳細地描述了靜態(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的下部中的機械絞盤 1779。在用于將冷水管連接至柱筒平臺的示例性方法中，使完全制造好的冷水管下降至柱筒平臺正下方的點位處。通過遠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的下部中的機械絞盤拉緊纜繩。在冷水管1651的上部1651A進入接收凹部1713時，通過錐形部1714將其引導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，則用機械方式將纜繩1777鎖定以防止冷水管1651的向下移動。由于水在冷水管的內部以及圍繞管的外側流動，所以在冷水管和柱筒結構之間的交界處無需壓力密封。在一些實施中，冷水管與柱筒結構之間的密封使得通過密封的水最少化。通過上提纜繩、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、中性浮力或負浮力。上提纜繩1777和相應的吊環(huán)1775的數(shù)量也取決于與冷水管相關聯(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，與和上部1651A相關聯(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的說明圖。上提凸緣可以機械結合、化學結合或熱結合于冷水管的上部1651A。例如，可以使用與用于連接冷水管的單個板條構件相同的結合樹脂來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)明的實施，其中，圍繞OTEC柱筒410的周圍配置了多個多級熱交換器420。熱交換器420可以是OTEC熱機中使用的蒸發(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個熱交換器，在2個與8個之間的熱交換器，8個至16個熱交換器，16個至32個熱交換器，或者32個或更多的熱交換器)。一個或多個熱交換器可以沿周向配置在OTEC柱筒410的一個甲板或多個甲板(例如，2個、3個、4個、5個、或6個或更多的甲板)上。一個或多個熱交換器可以在兩個或多個甲板之間沿周向錯開地設置使得沒有兩個熱交換器在垂向上上下對準。一個或多個熱交換器可以沿周向配置成使得一個甲板中的熱交換器在垂向上與相鄰的另一個甲板上的熱交換器對準。
單個熱交換器420可以包括多級熱交換系統(tǒng)(例如，I個、2個、3個、4個、5個、或6個或更多熱交換系統(tǒng))。在一個實施方式中，單個熱交換器420可以是被構造成為通過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)。參照圖21，柜式熱交換器520的實施方式包括多個熱交換級521、522、523和524。在一個實施中，堆疊的熱交換器容納從第一蒸發(fā)器級521向第二蒸發(fā)器級522、第三蒸發(fā)器級523、第四蒸發(fā)器級524地向下流過柜的熱海水。在堆疊的熱交換柜的另一實施方式中，冷海水從第一冷凝器級531向第二冷凝器級532、第三冷凝器級533、第四冷凝器級534地向上流過柜。工作流體流過工作流體供給管道538和工作流體排放管道539。在一個實施方式中，工作流體管道538和539與熱海水或冷海水的垂向流動相比橫向地進入和離開各熱交換器級。柜式熱交換器520的垂向多級熱交換設計有利于一體化的船舶(或柱筒)和熱交換器設計、去除了熱交換器級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)生在整個熱傳遞表面上。在一個方面中，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傳統(tǒng)的鈦基設計的優(yōu)異的經(jīng)濟性能。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)多級熱交換器柜使得能夠在OTEC熱機的相對低的可用的溫差范圍內從海水中傳遞最大能量給工作流體。任何OTEC電站的熱力學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。參照圖22A，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的工作流體限制在離開的熱海水溫度的大約3° F以下的沸騰過程的制約。采用相似的方式，循環(huán)的冷凝側被限制為比將離開的冷海水溫度高得不小于2° F。對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)級聯(lián)的多級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熱機相關聯(lián)的渦輪機所能夠完成的功。
參照圖22B，級聯(lián)的多級OTEC循環(huán)的一個方面采用了多個沸騰和冷凝步驟以擴大可用的工作流體溫度下降。各步驟需要獨立的熱交換器，或者圖5的柜式熱交換器520中的專用熱交換器級。圖6b的級聯(lián)的多級OTEC循環(huán)允許渦輪機的輸出與用于海水和工作流體的期望的泵取負載相匹配。該高度優(yōu)化的設計將需要專用和定制的渦輪機。參照圖22C，示出了混合的仍然優(yōu)化的級聯(lián)OTEC循環(huán)，該循環(huán)在保持圖22B的純正級聯(lián)配置的熱力學效率或優(yōu)化的同時便于使用同樣的設備(例如，渦輪機，發(fā)電機，泵)。在圖22C的混合級聯(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中的渦輪機具有同樣的性能規(guī)格，從而降低了構造和操作成本。利用混合級聯(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的混合級聯(lián)循環(huán)的性能進行了比較。 表A針對100麗凈輸出的估算性能
_傳統(tǒng)循環(huán)_四級混合級聯(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
國熱量單位/千瓦時)采用四級混合級聯(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?；旌霞壜?lián)的多級熱交換系統(tǒng)有利于較低的流體速度和較高的電站效率。堆疊的混合級聯(lián)熱交換設計也有利于較低的通過熱交換器的壓降。并且垂向電站設計有利于較低的穿過整體系統(tǒng)的壓降。圖22D示出傳輸100麗電力給電網(wǎng)時熱交換器壓降對OTEC電站總體產(chǎn)出的影響。使通過熱交換器的壓降最小化大大地提高了 OTEC電站的性能。通過設置一體化的船舶或平臺-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構構件并且允許海水從一個熱交換器級流到串聯(lián)的另一個熱交換器級。以在從引入部進入船舶的方向變化最小的方式流過泵、熱交換器柜進而通過串聯(lián)的各熱交換器級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。實施例本發(fā)明的若干個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OTEC電站。該若干個方面通過用離岸船舶或平臺的結構作為管道或流動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提供垂向或其他結構支撐的足夠的尺寸和強度的管道或管。這些一體化的海水管道段或通道用作船舶的結構構件，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，多級柜式熱交換器提供了多級的工作流體蒸發(fā)而無需外部的水噴嘴或管路連接。一體的多級OTEC電站允許熱海水和冷海水沿著其自然的方向流動。熱海水在被排放到海洋的較冷的區(qū)域之前被冷卻時向下流過船舶。采用相似的方式，來自海洋深處的冷海水在被排放到海洋的較熱的區(qū)域之前被加熱時向上流過船舶。這樣的配置避免了改變海水流動方向的需要并且避免了相關聯(lián)的壓力損失。該配置也降低了需要的泵取能量。多級柜式熱交換器允許使用混合級聯(lián)OTEC系統(tǒng)。這些熱交換器堆疊體包括多個熱交換器級或者熱交換器段，海水連續(xù)地通過該多個熱交換器級或熱交換器段以使工作流體適當?shù)胤序v或冷凝。在蒸發(fā)器段中，熱海水通過第一級，在該第一級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熱交換器級并且使另外的工作流體以稍低的壓力和溫度沸騰。該過程沿著整個堆疊體順次地發(fā)生。在柜式熱交換器的每一級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。每個蒸發(fā)器級均在渦輪機的排出口處具有對應的冷凝器級。冷海水沿著與蒸發(fā)器相反的順序通過冷凝器。
參照圖23，提供了采用混合級聯(lián)熱交換循環(huán)的示例性多級OTEC熱機710。熱海水通過熱水泵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構構件。來自熱水泵712的熱海水然后進入第一級蒸發(fā)器714，在那里使第一工作流體沸騰。熱水以大約76. 8° F的溫度離開第一級蒸發(fā)器714并向下流到第二級蒸發(fā)器715。熱水以大約76. 8° F進入第二級蒸發(fā)器715，在那里使第二工作流體沸騰并以大約74. 5° F的溫度離開第二級蒸發(fā)器715。熱水從第二級蒸發(fā)器715向下流動以大約74. 5° F的溫度進入到第三級蒸發(fā)器716，在那里使第三工作流體沸騰。熱水以大約72. 3° F的溫度離開第三級蒸發(fā)器716。然后熱水從第三級蒸發(fā)器716向下流動以大約72. 3° F的溫度進入到第四級蒸發(fā)器717，在那里使第四工作流體沸騰。熱水以大約70. 1° F的溫度離開第四級蒸發(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，電站的容納有多級蒸發(fā)器的部分可以位于使得熱水排放到適當?shù)暮Ｑ鬅釋拥慕Y構所在范圍內的深度處。在若干個方面中，從第四級蒸發(fā)器到船舶的熱水排放的熱水管道可以包括船舶的結構構件。類似地，冷海水通過冷海水泵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構構件。來自冷海水泵722的冷海水進入第一級冷凝器724，在那里使來自第四級鍋爐717的第四工作流體冷凝。冷海水以大約43. 5° F的溫度離開第一級冷凝器并且向上進入第二級冷凝器725。冷海水以大約43. 5° F的溫度進入第二級冷凝器725，在那里使來自第三級蒸發(fā)器716的第三工作流體冷凝。冷海水以大約46. 9° F的溫度離開第二級冷凝器725并向上流入第三級冷凝器。
冷海水以大約46. 9° F的溫度進入第三級冷凝器726，在那里使來自第二級蒸發(fā)器715的第二工作流體冷凝。冷海水以大約50. 4° F的溫度離開第三級冷凝器726。然后冷海水從第三級冷凝器726向上以大約50. 4° F的溫度流入到第四級冷凝器727。在第四級冷凝器中，冷海水使來自第一級蒸發(fā)器714的第一工作流體冷凝。然后冷海水以大約54. O° F的溫度離開第四級冷凝器并且最終從船舶排放。冷海水排放可以被引導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。可選地，電站的容納有多級冷凝器的部分可以位于使得冷海水排放到適當?shù)暮Ｑ鬅釋拥慕Y構所在的范圍內的深度處。第一工作流體以56. V F的溫度進入第一級蒸發(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731并且接著流到第四級冷凝器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第一工作流體泵741被泵回到第一級蒸發(fā)器714。第二工作流體以大約53. 0° F的溫度進入第二級蒸發(fā)器715，在那里被加熱為蒸汽。第二工作流體以大約72. 4° F的溫度離開第二級蒸發(fā)器715。然后第二工作流體流到 第二渦輪機732并接著流到第三級冷凝器726。第二工作流體以大約53.0° F的溫度離開第三級冷凝器并流到工作流體泵742，該工作流體泵742進而將第二流體泵回到第二級蒸發(fā)器715。第三工作流體以大約49. 5° F的溫度進入第三級蒸發(fā)器716，將在那里被加熱為蒸汽，并且以70. 2° F的溫度離開第三級蒸發(fā)器716。然后第三工作流體流到第三渦輪機733并接著流到第二級冷凝器725，在該第二級冷凝器725中被冷凝為溫度大約49. 5° F的流體。第三工作流體離開第二級冷凝器725并且通過第三工作流體泵743被泵回到第三級蒸發(fā)器716。第四工作流體以大約46. 0° F的溫度進入第四級蒸發(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的溫度離開第四級蒸發(fā)器717，并流到第四渦輪機734。第四工作流體離開第四渦輪機734并流到第一級蒸發(fā)器724，在該第一級蒸發(fā)器724中被冷凝為溫度大約46. 0° F的流體。第四工作流體離開第一級冷凝器724并且通過第四工作流體泵744被泵回到第四級蒸發(fā)器717。第一渦輪機731和第四渦輪機734協(xié)作驅動第一發(fā)電機751并且形成第一渦輪發(fā)電機對761。第一渦輪發(fā)電機對將產(chǎn)生大約25麗的電力。第二渦輪機732和第三渦輪機733協(xié)作驅動第二發(fā)電機752并且形成第二渦輪發(fā)電機對762。第二渦輪發(fā)電機對762將產(chǎn)生大約25麗的電力。圖7的四級混合級聯(lián)熱交換循環(huán)允許從熱海水和冷海水之間的相對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和發(fā)電機來發(fā)電的渦輪發(fā)電機對?？梢岳斫獾氖?，多個多級混合級聯(lián)熱交換器和渦輪發(fā)電機對可以包含到船舶或平臺設計中。實施例離岸OTEC柱筒平臺包括四個獨立的電力模塊(power module)，每個電力模塊在額定設計條件下產(chǎn)生約25MW凈電力。每個電力模塊均包括四個獨立的電力循環(huán)或級聯(lián)熱力學級，這四個獨立的電力循環(huán)或級聯(lián)熱力學級在不同壓力和溫度水平下運行并且在四個不同級中從海水中提取熱量。四個不同的級串聯(lián)運行。在額定設計條件(全負載-夏季條件)下四個級的大致的壓力和溫度水平如下
渦輪機入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 132.5 / 72.493.7 I 53
第三級 127.3 / 70.287.6 I 49.5
第轉 Λ裏 22.4 / 6881.9 / 46工作流體通過從熱海水(WSW)中提取熱量而在多個蒸發(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標準重量管表(STD schedule)無縫碳鋼管被導入氨渦輪機。在冷凝器中冷凝的液體通過兩個100%的電機驅動勻速供給泵被泵回到蒸發(fā)器。循環(huán)I和循環(huán)4的渦輪機驅動一個共用發(fā)電機。類似地，循環(huán)2和循環(huán)3的渦輪機驅動另一共用發(fā)電機。在一個方面中，在每個電站模塊中有兩個發(fā)電機并且在100MW電力的電站中總共有8個發(fā)電機。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)線路通過由供給線路上的流量表調節(jié)的控制閥導入冷凝器。在操作中，模塊的四(4)個電力循環(huán)獨立地運行。循環(huán)中的任何一個均可以根據(jù)需要、例如在故障或維護的情況下關閉而不會妨礙其他循環(huán)的運行。但是這樣會降低作為整體模塊的電力模塊的凈發(fā)電量。本發(fā)明的若干個方面需要大量的海水。將具有用于控制冷熱海水的獨立的系統(tǒng)，每個系統(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，可能與海水接觸的所有材料都需要考慮這一點仔細選擇。用于構造海水系統(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)內部的生物生長可能會引起電站性能的顯著的損失，并且可能會引起熱傳遞表面的積垢，導致電站的低輸出。這種內部的生長還可能會增加水流的阻力導致需要更大的泵送電力，使系統(tǒng)流量降低等，甚至在更嚴重的情況中可能會使流路完全阻塞。利用從深海抽取的水的冷海水(“ CSW”)系統(tǒng)應該具有非常小的或者沒有生物積垢問題。在這樣的深度中的水沒有接收到太多的陽光并且缺氧，所以里面具有很少的活生物體。然而一些類型的厭氧細菌可能能夠在一些條件下生長。沖擊加氯法(shockchlorination)將用于對付生物積垢。熱海水(“WSW”)系統(tǒng)處理來自表面附近的熱海水時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。結果，可以使用符合環(huán)保標準的劑量非常小的化學制劑來控制OTEC系統(tǒng)中的生物積垢。投放少量的氯被證明在對付海水中的生物積垢方面是非常有效的。以每天一小時約70ppb的速度投放的氯的劑量在防止海洋生物的生長方面是非常有效的。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電解海水產(chǎn)生。該類型的電解-加氯設備可以從市場上得到并且已經(jīng)被成功地用于生產(chǎn)投放用的次氯酸鹽溶液。電解-加氯設備可以連續(xù)地操作以充滿儲藏罐，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駐留下來開始繁殖。從水管的低點設置沖刷配置以沖掉可能聚集在那里的沉淀。水管和水室的高點處開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成。冷水引入管向下延伸至超過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)保護以阻止大的生物被吸入入口。進入管之后，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)。為每個模塊設置四個25%的CSW供給泵。每個泵均獨立地與入口閥構成回路使得泵能夠隔離并且當需要時可以被打開用于檢查、維護等。泵由高效電機驅動。冷海水流過串聯(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串聯(lián)的四個電站循環(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需要時被打開用于清潔和維護。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)、防止被懸浮物質阻塞的水過濾系統(tǒng)、具有相關聯(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入，并且其凈開口基于能夠安全地通過泵和熱交換器的固體的最大尺寸。通過這些格柵之后，水進入位于格柵后方的入口腔室并且沿著管路進入WSW供給泵的抽吸口。WSW泵位于泵地板的相反側上的兩個組中。每側上有一半的泵，并且針對每個組具有來自入口腔室的分開的抽吸連接部。該配置將通過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。每個泵均在入口側設置有閥使得泵能夠被隔離并且在需要時能夠打開用于檢查、維護等。泵由高效電機驅動，采用變頻驅動以使泵輸出與負載匹配。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過濾器或“碎片過濾器”。懸浮物質可能被保留在攔網(wǎng)上然后通過反沖洗來去除。攜帶懸浮固體的反沖洗流出物將沿著管路到達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量有關的數(shù)據(jù)之后對設計進行的進一步發(fā)展過程中決定。過濾后的熱海水(WSW)被分配至蒸發(fā)器熱交換器。WSW沿著期望的順序流過串聯(lián)的四個電站循環(huán)的蒸發(fā)器。從最后一個循環(huán)出來的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。雖然本文中的實施方式描述了浮式離岸船舶或平臺中的多級熱交換器、通過連續(xù)的錯開板條式冷水管抽取冷水，但是可以理解的是其他實施方式也在發(fā)明的范疇內。例如，冷水管可以聯(lián)接至岸上設備。連續(xù)的錯開板條式管可以用于長度與直徑比顯著的其他引入或排放管。錯開板條式結構可以包含在傳統(tǒng)分段式管構造中使用的管段中。多級熱交換 器和一體化的流體通道可以包含在包括了岸基OTEC設備的岸基設備中。此外，熱水可以是熱的淡水、地熱加熱水或者工業(yè)排放水(例如，來自核電站或其他工業(yè)設備的排放的冷卻水)。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用文獻的全部內容通過弓I用合并于此。其他實施方式在隨附的權利要求書的范圍內。
權利要求
1.一種將浸沒垂向管連接至浮式結構的方法，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內，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。
2.一種浸沒管連接組件，所述組件包括 連接結構，該連接結構的下部具有上提設備、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)權利要求2所述的浸沒管連接組件，其特征在于，所述組件進一步包括 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)權利要求2所述的浸沒管連接組件，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)權利要求2所述的浸沒管連接組件，其特征在于，所述組件是OTEC系統(tǒng)的一部 分。
6.一種浸沒垂向管連接結構，其包括 浮式結構，該浮式結構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內的垂向管，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或多個爪，其中，當所述爪與所述支承面接觸時，所述爪限定與所述第一直徑或所述第二直徑不同的直徑。
7.一種將浸沒垂向管連接至浮式平臺的方法，所述方法包括 提供具有垂向管接收凹部的浮式結構，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內； 提供用于支撐所述垂向管的支承面； 使一個或多個爪展開以使得所述一個或多個爪具有不同于所述第一直徑或所述第二直徑的直徑； 使所述一個或多個爪與所述支承面接觸以使所述垂向管懸掛于所述浮式結構。
8.一種離岸發(fā)電結構，所述結構包括浸沒部，所述浸沒部進一步包括 一體設置有熱水管道的四級蒸發(fā)器部， 一體設置有冷水管道的四級冷凝器部，發(fā)電部， 冷水管連接部，和 冷水管。
9.根據(jù)權利要求8所述的離岸發(fā)電結構，其特征在于，所述四級蒸發(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)作的第一級熱交換表面、第二級熱交換表面、第三級熱交換表面和第四級熱交換表面，其中工作流體在所述第一級熱交換表面、所述第二級熱交換表面、所述第三級熱交換表面和所述第四級熱交換表面中的每一個處被加熱成蒸汽。
10.根據(jù)權利要求9所述的離岸發(fā)電結構，其特征在于，所述熱水管道包括所述浸沒部的結構構件。
11.根據(jù)權利要求9所述的離岸發(fā)電結構，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)電機連通。
12.—種離岸發(fā)電結構，該結構包括 浸沒部，該浸沒部進一步包括 第一甲板部，該第一甲板部包括一體化的多級蒸發(fā)器系統(tǒng)，該一體化的多級蒸發(fā)器系統(tǒng)包括 第一熱水結構通道，該第一熱水結構通道形成高容量熱水管道； 第一級工作流體通道，該第一級工作流體通道與所述第一級熱水結構通道協(xié)作配置以將工作流體加熱成蒸汽； 第一級熱水排放部，該第一級熱水排放部直接聯(lián)接至第二級熱水結構通道，其中所述第二級熱水結構通道形成高容量熱水管道并且包括 第二級熱水引入部，該第二級熱水引入部聯(lián)接至所述第一級熱水排放部； 第二級工作流體通道，該第二級工作流體通道與所述第二級熱水結構通道協(xié)作配置以將第二工作流體加熱成蒸汽； 第二級熱水排放部； 第二甲板部，該第二甲板部包括一體化的多級冷凝系統(tǒng)，該一體化的多級冷凝系統(tǒng)包括 第一級冷水結構通道，該第一級冷水結構通道形成高容量冷水管道，所述第一級冷水結構通道進一步包括 第一級冷水引入部； 第一級工作流體通道，該第一級工作流體通道與所述第一甲板部的所述第一級工作流體通道連通，其中所述第二甲板部的所述第一級工作流體通道與所述第一級冷水結構通道協(xié)作將工作流體冷卻成液體； 第一級冷水排放部，該第一級冷水排放部直接聯(lián)接至第二級冷水結構通道，所述第二級冷水結構通道形成高容量冷水管道并且包括 第二級冷水引入部，其中所述第一級冷水排放部和所述第二級冷水引入部配置成給從所述第一級冷水排放部流到所述第二級冷水引入部的冷水提供最小壓力損失；第二級工作流體通道，該第二級工作流體通道與所述第一甲板部的所述第二級工作流體通道連通，其中所述第二級工作流體通道與所述第二級冷水結構通道協(xié)作將所述第二級工作流體通道中的工作流體冷卻成液體； 第二級冷水排放部； 第三甲板部，該第三甲板部容納發(fā)電設備并且包括 第一蒸汽渦輪機和第二蒸汽渦輪機，其中所述第一甲板部的所述第一級工作流體通道與所述第一蒸汽渦輪機連通，并且所述第一甲板部的所述第二級工作流體通道與所述第二蒸汽渦輪機連通。
13.—種管,其包括 長形管狀結構，所述管狀結構具有外表面、頂端和底端，所述管狀結構包括 多個第一板條部和多個第二板條部，每個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開。
14.根據(jù)權利要求13所述的管，其特征在于，每個板條部均包括聚氯乙烯(PVC)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、纖維增強塑料(FRP )、增強聚合物砂漿(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、纖維增強聚酯、尼龍增強聚酯、乙烯基酯、纖維增強乙烯基酯、尼龍增強乙烯基酯、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 形成多個第一板條部和多個第二板條部；并且 以使得第二板條部與第一板條部錯開的方式用粘結的方式使交替的第一板條部和第二板條部結合，以形成連續(xù)的長形管。
全文摘要
一種離岸發(fā)電結構，該結構包括浸沒部，該浸沒部具有包括一體的多級蒸發(fā)器系統(tǒng)的第一甲板部、包括一體的多級冷凝系統(tǒng)的第二甲板部、容納發(fā)電設備的第三甲板部、冷水管和冷水管連接部。
文檔編號F03G7/05GK102844566SQ201180015212
公開日2012年12月26日 申請日期2011年1月21日 優(yōu)先權日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 申請人:阿貝爾基金會