一種低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)海洋溫差能和空氣能聯(lián)合發(fā)電裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供了一種低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)海洋溫差能和空氣能聯(lián)合發(fā)電裝置，包括依次連接成環(huán)的工質(zhì)泵（1）、蒸發(fā)器（2）、熱功動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)械（3）和冷凝器（4）；所述蒸發(fā)器（2）上設(shè)有熱源管道（5），所述冷凝器（4）上設(shè)有冷源管道（6）。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、使用方便；該裝置通過(guò)采用低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)，提高了海洋溫差閉式循環(huán)發(fā)電的效率；同時(shí)通過(guò)空氣冷熱能輔助，使自用電能夠減少50%左右，進(jìn)一步提高了海洋溫差凈發(fā)電效率；此外該裝置能夠進(jìn)一步減小換熱器體積，大幅度降低發(fā)電設(shè)備成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)海洋溫差能和空氣能聯(lián)合發(fā)電裝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種新能源聯(lián)合發(fā)電裝置，特別是涉及一種低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)海洋溫差能和空氣能聯(lián)合發(fā)電裝置，屬于電力設(shè)備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋是地球上最大的太陽(yáng)集熱器，太陽(yáng)輻射到地球表面的能量相當(dāng)于80萬(wàn)億千瓦，平均每平方米從太陽(yáng)接受的能量有一千瓦左右，而海洋面積占地球總面積的71 %，因此可以說(shuō)海洋是地球上最大的太陽(yáng)集熱器，6000萬(wàn)平方公里的熱帶海洋平均每天吸收的太陽(yáng)能相當(dāng)于2500億桶石油所含的熱量。太陽(yáng)注入地球表面的能量大約2/3用于加熱海面表層海水，吸收太陽(yáng)熱能的海洋表面溫度較高，而一定深度海水溫度較低，南北緯度在20度以?xún)?nèi)的熱帶海洋表面及深層之間溫差超過(guò)20°C以上；理論上熱水溫差在16.6°C即可用于發(fā)電，因此，可以利用海洋表面和海洋深處的溫度差來(lái)發(fā)電。據(jù)計(jì)算南北緯20度之間的海洋洋面，要將其中一半用來(lái)發(fā)電，水溫僅平均下降1°C，能獲得600億kW的電能，相當(dāng)于目前全世界所產(chǎn)生的全部電能。此外，海洋溫差能的優(yōu)勢(shì)就在于它可以提供穩(wěn)定的電力，如果不考慮維修，這種電站可無(wú)限期地工作。同時(shí)，海洋溫差能在發(fā)電富余的情況下，還可以制氫并送回陸地。
[0003]我國(guó)是海洋大國(guó)，大陸海岸線長(zhǎng)達(dá)18000km，500m2以上的島嶼有6961個(gè)，有淡水資源的海島約490個(gè)，海島海岸線14000km。大多數(shù)島嶼的能源及淡水供應(yīng)依靠大陸運(yùn)送，且電力聯(lián)網(wǎng)困難。其中，我國(guó)南海諸島海洋溫差能利用最具潛力，南海諸島水深大于800米的海域約140萬(wàn)?150萬(wàn)平方公里，位于北回歸線以南，太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈，表層和淺層水溫均在25°C以上，500?800米以下的深層水溫在5°C以下。據(jù)初步計(jì)算，南海溫差發(fā)電可開(kāi)發(fā)利用的裝機(jī)容量高達(dá)13.21-14.76億千瓦，若能因地制宜的開(kāi)發(fā)可再生能源，對(duì)島嶼的經(jīng)濟(jì)發(fā)展必將產(chǎn)生積極的影響。同時(shí)，溫差能裝置可以提供方便的電力和淡水。
[0004]當(dāng)今海洋溫差發(fā)電(OTEC)的主要方式有閉式循環(huán)裝置和開(kāi)式循環(huán)裝置，開(kāi)式循環(huán)裝置的主要困難是低壓汽輪機(jī)的效率太低而無(wú)法商業(yè)化，閉式循環(huán)裝置最為成熟，但也因?yàn)樵O(shè)備成本較高而無(wú)法實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用。閉式循環(huán)裝置的主要組件包括蒸發(fā)器、冷凝器、汽輪機(jī)、工質(zhì)泵以及溫海水泵與冷海水泵。此裝置中所有泵的動(dòng)力消耗占了相當(dāng)大的一部分發(fā)電功率，當(dāng)海洋溫差發(fā)電設(shè)備電功率為I麗時(shí)，自用電約占50%，當(dāng)電功率為100麗時(shí)，自用電仍需占20%。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]實(shí)用新型目的:為解決上述的問(wèn)題，本實(shí)用新型提拱了一種成本低廉、發(fā)電效率高的低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)海洋溫差能和空氣能聯(lián)合發(fā)電裝置。
[0006]技術(shù)方案:本實(shí)用新型提供了一種低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)海洋溫差能和空氣能聯(lián)合發(fā)電裝置，包括水泵以及依次連接成環(huán)的工質(zhì)泵、蒸發(fā)器、熱功動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)械、冷凝器；所述蒸發(fā)器上設(shè)有熱源管道，所述冷凝器上設(shè)有冷源管道；所述水泵設(shè)于冷源管道上。
[0007]作為另一種改進(jìn)，還包括空氣熱蒸發(fā)器，所述空氣熱蒸發(fā)器進(jìn)液管和出液管均設(shè)于蒸發(fā)器和熱功動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)械之間。
[0008]作為進(jìn)一步改進(jìn)，還包括第一閥門(mén)、第二閥門(mén)、第三閥門(mén)，所述第一閥門(mén)設(shè)于空氣熱蒸發(fā)器的進(jìn)液管和出液管之間，所述第二閥門(mén)設(shè)于空氣熱蒸發(fā)器的進(jìn)液管上，所述第三閥門(mén)設(shè)于空氣熱蒸發(fā)器的出液管上。
[0009]作為進(jìn)一步改進(jìn)，還包括集水裝置，所述集水裝置設(shè)于空氣熱蒸發(fā)器下。在空氣熱蒸發(fā)器和空氣冷凝器上冷凝下來(lái)的淡水可作為生活用水。
[0010]作為另一種改進(jìn)，還包括空氣冷凝器，所述空氣冷凝器進(jìn)液管和出液管均設(shè)于熱功動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)械和冷凝器之間。
[0011]作為進(jìn)一步改進(jìn)，還包括第四閥門(mén)、第五閥門(mén)、第六閥門(mén)，所述第四閥門(mén)設(shè)于空氣冷凝器的進(jìn)液管和出液管之間，所述第五閥門(mén)設(shè)于空氣冷凝器的進(jìn)液管上，所述第六閥門(mén)設(shè)于空氣冷凝器的出液管上。
[0012]作為另一種改進(jìn)，所述熱功動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)械為汽輪機(jī)或膨脹機(jī)。
[0013]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述膨脹機(jī)為渦旋式膨脹機(jī)、螺桿式膨脹機(jī)、離心式膨脹機(jī)或活塞式膨脹機(jī)。
[0014]作為另一種改進(jìn)，所述低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)海洋溫差能和空氣能聯(lián)合發(fā)電裝置采用臨界溫度100°c以下、沸點(diǎn)在-40°c以下的介質(zhì)作為循環(huán)工質(zhì)。采用這樣的工質(zhì)具有不破壞臭氧層、化學(xué)性穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)這樣的工質(zhì)其凝固溫度小于設(shè)備循環(huán)中所有回路中的工質(zhì)最低凝固溫度。
[0015]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述工質(zhì)選自丙烷和二氧化碳中的一種或兩種。
[0016]作為另一種改進(jìn)，還包括發(fā)電機(jī)(9)，所述發(fā)電機(jī)(9)與熱功動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)械(3)連接。
[0017]有益效果:本實(shí)用新型提供了一種低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)海洋溫差能和空氣能聯(lián)合發(fā)電裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、使用方便；該裝置通過(guò)采用低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)，提高了海洋溫差閉式循環(huán)發(fā)電的效率；同時(shí)通過(guò)空氣冷熱能輔助，使自用電能夠減少50%左右，進(jìn)一步提高了海洋溫差凈發(fā)電效率；此外該裝置能夠進(jìn)一步減小換熱器體積，大幅度降低發(fā)電設(shè)備成本。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)海洋溫差能和空氣能聯(lián)合發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0020]低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)海洋溫差能和空氣能聯(lián)合發(fā)電裝置，見(jiàn)圖1，包括依次連接成環(huán)的工質(zhì)泵1、蒸發(fā)器2、熱功動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)械3和冷凝器4 ;蒸發(fā)器2上設(shè)有熱源管道5，冷凝器4上設(shè)有冷源管道6。
[0021]還包括空氣熱蒸發(fā)器7、第一閥門(mén)11、第二閥門(mén)13、第三閥門(mén)14，空氣熱蒸發(fā)器7進(jìn)液管和出液管均設(shè)于蒸發(fā)器2和熱功動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)械3之間,第一閥門(mén)11設(shè)于空氣熱蒸發(fā)器7的進(jìn)液管和出液管之間，第二閥門(mén)13設(shè)于空氣熱蒸發(fā)器7的進(jìn)液管上，第三閥門(mén)14設(shè)于空氣熱蒸發(fā)器7的出液管上；
[0022]還包括空氣冷凝器8、第四閥門(mén)12、第五閥門(mén)15、第六閥門(mén)16，空氣冷凝器8進(jìn)液管和出液管均設(shè)于熱功動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)械3和冷凝器4之間，第四閥門(mén)12設(shè)于空氣冷凝器8的進(jìn)液管和出液管之間，第五閥門(mén)15設(shè)于空氣冷凝器8的進(jìn)液管上，第六閥門(mén)16設(shè)于空氣冷凝器8的出液管上。
[0023]還包括發(fā)電機(jī)9、集水裝置10、水泵17 ;水泵17設(shè)于冷源管道6上，集水裝置10設(shè)于空氣熱蒸發(fā)器7和空氣冷凝器8下，發(fā)電機(jī)9與熱功動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)械3連接。
[0024]熱功動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)械3為汽輪機(jī)；可選地，也可以選擇任意合適的熱功轉(zhuǎn)換機(jī)械；優(yōu)選地，可選用為汽輪機(jī)或膨脹機(jī)，膨脹機(jī)包括但不限于渦旋式膨脹機(jī)、螺桿式膨脹機(jī)、離心式膨脹機(jī)或活塞式膨脹機(jī)。
[0025]該裝置的工作原理為:
[0026]將冷源管道6通入深層水體，利用水泵17將深層水體中的溫度恒定的海水泵入冷源管道中。
[0027]狀態(tài)(I):不使用空氣熱蒸發(fā)器7和空氣冷凝器8輔助:打開(kāi)第一閥門(mén)11和第四閥門(mén)12，關(guān)閉第二閥門(mén)13、第三閥門(mén)14、第五閥門(mén)15、第六閥門(mén)16 ;工質(zhì)泵I將循環(huán)工質(zhì)泵入蒸發(fā)器2中，溫度高的表層水體流過(guò)蒸發(fā)器2中并對(duì)循環(huán)工質(zhì)加熱使其蒸發(fā)，膨脹的循環(huán)工質(zhì)進(jìn)入熱功動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)械3中膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)9發(fā)電，乏汽的工質(zhì)進(jìn)入冷凝器4中，經(jīng)溫度低的深層水體冷凝回到工質(zhì)泵1，完成一次循環(huán)。
[0028]狀態(tài)(2):當(dāng)空氣溫度高于表層水體溫度時(shí)，使用空氣熱蒸發(fā)器7輔助加熱:關(guān)閉第一閥門(mén)11、第五閥門(mén)15、第六閥門(mén)16，打開(kāi)第二閥門(mén)13、第三閥門(mén)14和第四閥門(mén)12 ;工質(zhì)泵I將循環(huán)工質(zhì)依次泵入蒸發(fā)器2、空氣熱蒸發(fā)器7中，溫度較高的表層水體和空氣對(duì)循環(huán)工質(zhì)加熱使其蒸發(fā)，膨脹的循環(huán)工質(zhì)進(jìn)入熱功動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)械3中膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)9發(fā)電，乏汽的工質(zhì)進(jìn)入冷凝器4中，經(jīng)溫度低的深層水體冷凝回到工質(zhì)泵1，完成一次循環(huán)。
[0029]狀態(tài)(3):當(dāng)空氣溫度低于深層水體溫度時(shí)，使用空氣冷凝器8輔助冷凝:關(guān)閉第二閥門(mén)13、第三閥門(mén)14和第四閥門(mén)12，打開(kāi)第一閥門(mén)11、第五閥門(mén)15、第六閥門(mén)16 ;工質(zhì)泵I將循環(huán)工質(zhì)泵入蒸發(fā)器2中，溫度較高的表層水體對(duì)循環(huán)工質(zhì)加熱使其蒸發(fā)，膨脹的循環(huán)工質(zhì)進(jìn)入熱功動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)械3中膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)9發(fā)電，乏汽的工質(zhì)依次進(jìn)入空氣冷凝器8、冷凝器4中，經(jīng)溫度較低的空氣以及深層水體冷凝回到工質(zhì)泵1，完成一次循環(huán)。
[0030]將上述低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)海洋溫差能和空氣能聯(lián)合發(fā)電裝置用于不同條件下余熱發(fā)電。
[0031]將蒸發(fā)器2設(shè)于海洋表層水體，將冷凝器4也設(shè)于海洋表層水體。
[0032]應(yīng)用實(shí)例一，海洋表面溫度為25°C，海洋深層溫度冷凝溫度為5°C，采用丙烷和二氧化碳的混合物作為循環(huán)工質(zhì)，工作狀態(tài)為上述狀態(tài)(I )。
[0033]應(yīng)用實(shí)例二，海洋表面溫度為25°C，海洋深層溫度冷凝溫度為5V，空氣溫度為30°C以上，采用丙烷作為循環(huán)工質(zhì)，采用空氣熱蒸發(fā)器輔助加熱，工作狀態(tài)為上述狀態(tài)(2)，發(fā)電效率增加50%以上。
[0034]應(yīng)用實(shí)例三，海洋表面溫度為10°C，海洋深層溫度冷凝溫度為5°C，空氣溫度為-10°c以下，采二氧化碳作為循環(huán)工質(zhì)，采用空氣冷凝器輔助降溫，工作狀態(tài)為上述狀態(tài)
(3)，發(fā)電凈功從30%增加到70%。適用于北方寒冷的海域。
[0035]以上公開(kāi)的僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，實(shí)例中采用工質(zhì)的比較如表1。
[0036]表1低溫型有機(jī)朗肯循工質(zhì)的特性
【權(quán)利要求】
1.一種低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)海洋溫差能和空氣能聯(lián)合發(fā)電裝置，其特征在于:包括水泵(17)以及依次連接成環(huán)的工質(zhì)泵(I)、蒸發(fā)器(2)、熱功動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)械(3)、冷凝器(4);所述蒸發(fā)器(2)上設(shè)有熱源管道(5)，所述冷凝器(4)上設(shè)有冷源管道(6);所述水泵(17)設(shè)于冷源管道(6)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)海洋溫差能和空氣能聯(lián)合發(fā)電裝置，其特征在于:還包括空氣熱蒸發(fā)器(7)，所述空氣熱蒸發(fā)器(7)進(jìn)液管和出液管均設(shè)于蒸發(fā)器(2)和熱功動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)械(3)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)海洋溫差能和空氣能聯(lián)合發(fā)電裝置，其特征在于:還包括第一閥門(mén)(11)、第二閥門(mén)(13)、第三閥門(mén)(14)，所述第一閥門(mén)(11)設(shè)于空氣熱蒸發(fā)器(7)的進(jìn)液管和出液管之間，所述第二閥門(mén)(13)設(shè)于空氣熱蒸發(fā)器(7)的進(jìn)液管上，所述第三閥門(mén)(14)設(shè)于空氣熱蒸發(fā)器(7)的出液管上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)海洋溫差能和空氣能聯(lián)合發(fā)電裝置，其特征在于:還包括集水裝置(10)，所述集水裝置(10)設(shè)于空氣熱蒸發(fā)器(7)下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)海洋溫差能和空氣能聯(lián)合發(fā)電裝置，其特征在于:還包括空氣冷凝器(8)，所述空氣冷凝器(8)進(jìn)液管和出液管均設(shè)于熱功動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)械(3)和冷凝器(4)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)海洋溫差能和空氣能聯(lián)合發(fā)電裝置，其特征在于:還包括第四閥門(mén)(12)、第五閥門(mén)(15)、第六閥門(mén)(16)，所述第四閥門(mén)(12)設(shè)于空氣冷凝器(8)的進(jìn)液管和出液管之間，所述第五閥門(mén)(15)設(shè)于空氣冷凝器(8)的進(jìn)液管上，所述第六閥門(mén)(16)設(shè)于空氣冷凝器(8)的出液管上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)海洋溫差能和空氣能聯(lián)合發(fā)電裝置，其特征在于:所述熱功動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)械(3)為汽輪機(jī)或膨脹機(jī)；所述膨脹機(jī)為渦旋式膨脹機(jī)、螺桿式膨脹機(jī)、離心式膨脹機(jī)或活塞式膨脹機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)海洋溫差能和空氣能聯(lián)合發(fā)電裝置，其特征在于:所述低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)海洋溫差能和空氣能聯(lián)合發(fā)電裝置采用臨界溫度100°C以下、沸點(diǎn)在_40°C以下的介質(zhì)作為循環(huán)工質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)海洋溫差能和空氣能聯(lián)合發(fā)電裝置，其特征在于:所述工質(zhì)選自丙烷和二氧化碳中的一種或兩種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)海洋溫差能和空氣能聯(lián)合發(fā)電裝置，其特征在于:還包括發(fā)電機(jī)(9)，所述發(fā)電機(jī)(9)與熱功動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)械(3)連接。
【文檔編號(hào)】F03G7/06GK203515701SQ201320608980
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】孟寧 申請(qǐng)人:孟寧