气雾液热重力循环发电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种气雾液热重力循环发电系统，涉及工程热物理和海洋热能发电技术领域。所述的气雾液热重力循环发电系统，其特征在于：在上下两端持续存在小温差的封闭热交换系统内，其内部底端液态工质一部分通过蒸发换热器吸热气化，剩余部分通过造雾器雾化，气态工质膨胀上升并且携带雾态工质至顶端冷凝换热器，然后气雾混合工质在温度较低的冷凝换热器内凝结，全部还原为液态工质并汇流入蓄液池，最后流经下降管道回到底端推动液轮发电机组发电，然后进入下一轮循环，从而能高效地把海洋温差能转化为电能。本发明专利技术颠覆了传统发电原理，显著提高了海洋温差能、低品位热能转化效率，利用本发明专利技术发电的成本将达到甚至低于传统化石能源电力成本。

【技术实现步骤摘要】
气雾液热重力循环发电系统
本专利技术公开了一种气雾液热重力循环发电系统，涉及工程热物理、海洋热能发电技术和低品位热源发电

技术介绍
海洋热能发电(OceanThermalEnergyConversion,OTEC)技术是利用热带及亚热带海洋表层热海水和深层冷海水间的小温差进行发电。OTEC电厂所需要的基础技术经过多年发展，例如平台技术、平台定位技术、热交换器技术、平台接口技术、冷水管技术、海底电缆技术、泵与涡轮技术、整体装置集成技术等都已经达到较好的实用水平。但是，作为热力发电的经典理论朗肯循环（金兰循环）以及汽轮机自身特点限制了小温差热源的发电效率，其理论热效率约为3%，虽然利用加倍复杂的Kalina循环和上原循环在理论上的转化效率极限可以达到4.5～5.0%，净输出效率却不足3%[1,2]，其过低的能源转化率使得其经济性远不及化石能源和核能。1977年美国学者Ridgway提出一种利用海水重力势能发电的MLC（MistLiftCycle）设想[3]，有研究报告认为由于MLC不需要使用换热器可降低OTEC成本20～40%[4]。然而，这种利用抽真空实现低压，让海水喷雾和闪蒸方式来提升海水发电的OTEC系统至今未能实现。我们认为：其更本原因仍然是海水温差小，温降所释放热能不足以推升自身到高海拔。假使在热海水温度25℃，冷凝温度8℃的条件下，海水蒸发潜热2500kJ/kg，是海水比热容4.2kJ/(kg.K)的600倍，闪蒸获得1单位质量的蒸气所需要的热量相当于35.3单位质量的海水温降下降17℃。显然，即使能提供17℃温差，1单位质量的蒸气推升35.3倍质量的雾滴几乎不能实现。然而，有关雾滴提升的研究资料表明，直径小于0.4毫米的雾滴都是容易被气流带动的，而且1单位质量的蒸气可提升10单位质量雾滴[5]。本专利技术提出一种热重力循环和和雾滴提升结合的原理方法和装置系统，颠覆了传统的朗肯热力发电和MLC的原理和理念，可轻易地将海洋温差能实际转换效率提升到15%以上，从而使得海洋温差发电成本低于传统化石能源电力成本。参考文献：[1]杨鹏程,章学来.海洋热能发电技术.可再生能源发电.2009,No.1,P38-41.[2]苏佳纯等,海洋温差能发电技术研究现状及在我国的发展前景,中国海上油气.Vol24,No.4,P84-98.[3]RidgwayS.L.,TheMistFlowOTECPlant,Proc.4thOTECconference,1977.[4]LockheedMartinMissionSystemsandSensors.OceanThermalEnergyConversionLifeCycleCostAssessment[R].Bethesda:LockheedMartinCorporation,2012.[5]Davenport,R.L.(1980)TheMistLiftAnalysisSummaryReport.USAColorado:SolarEnergyResearchInst.。
技术实现思路
为了提高小温差热源发电效率，降低发电成本，本专利技术提出了气雾液热重力循环发电系统。所述的气雾液热重力循环发电系统，其构成原理如附图1所示，包括：蒸发换热系统1、造雾系统2、气雾混合上升通道3、冷凝换热系统4、液体下降通道5、液轮发电机组6。所述的蒸发换热系统1，是利用温海水将液态工质4-2-1加热蒸发成为气态工质1-2的装置，由高强度抗压保温外壳1-0、换热管1-1、换热翅片1-1-1、气态工质1-2、温海水进管道1-3、进水口过滤装置1-3-1、温海水出管道1-4、水泵1-4-1组成。其中，水泵1-4-1提供动力克服海水粘滞和摩擦阻力做功，将温海水从海洋表层吸入，先经进水口过滤装置1-3-1过滤较大的漂浮物或水生物，然后流经温海水进管道1-3，通过换热管1-1和换热翅片1-1-1将热能传递给液态工质4-2-1至其气化为气态工质1-2，放热后的海水最后经过温海水出管道1-4被水泵1-4-1排入海洋。对于海水保温，目前海水管道保温技术已经成熟，几百米甚至上千米的管道温降都在可控范围内。所述的造雾系统2，是利用温海水加热液态工质并且制造雾态工质2-3的装置，由喷雾嘴2-1、雾态工质2-2、蓄压池2-3、换热管2-4组成。温海水进水管道1-3的海水有分支管道进入换热管2-4加热液态工质至接近饱和温度；蓄压池2-3将液位抬升到高于喷雾嘴2-1的位置，可利用形成的压差喷雾，雾滴直径的控制可根据工程设计需要来调整；蓄压池2-3始终保持满溢状态，一部分液态工质流向喷雾嘴2-1用于造雾，一部分适当比例的液态工质溢出流向蒸发换热系统1用于产生气态工质。所述的气雾混合上升通道3，是气雾混合工质3-1膨胀上升的管道，由高强度抗压保温外壳3-0、气雾混合工质3-1组成。气雾混合工质在管道内快速流动，再加之外壳有保温绝热层，每单位质量的工质与外部热交换可忽略不计。所述的冷凝换热系统4，是利用冷海水将气雾混合工质3-1冷凝为液态工质4-2-1的装置，由高强度抗压保温外壳4-0、换热管4-1、换热翅片4-1-1、蓄液池4-2、液态工质4-2-1、冷海水进管道4-3、进水口过滤装置4-3-1、冷海水出管道4-4、水泵4-4-1组成。其中，水泵4-4-1仅克服海水的粘滞力和摩擦阻力做功，将恒温层的冷海水吸入。冷海水首先经进水口过滤装置4-3-1除去体积较大的物质或者水生物，流经冷海水进管道4-3，通过换热管4-1和换热翅片4-1-1冷却全部的气雾混合工质3-1成为液态工质4-2-1，液态工质下落汇流如蓄液池4-2。因为工质不间断循环，流入和流出的液态工质等量，蓄液池4-2始终保持注满。所述的液体下降通道5，是液态工质4-2-1向下流动和蓄压的管道，由高强度抗压保温外壳5-0、液态工质4-2-1组成。液态工质在管道内快速流动，再加之外壳有保温绝热层，每单位质量的工质与外部热交换可忽略不计。所述的液轮发电机组6，是液态工质推动液轮机并带动发电机组发电的装置，由液轮机组6-1、发电机组6-2、液态工质4-2-1组成。通过液体下降通道5进入液轮机组6-1的高压液态工质4-2-1推动液轮转动，泄压后排入蓄压池2-3，进入下一轮循环。本专利技术的有益效果：一、本专利技术颠覆了传统的热力发电原理，本专利技术利用蒸气膨胀携带雾滴上升克服重力做功，能将更多的气体热能转换为液体的重力势能，液体重力势能更容易转化为电能，极大地提高了小温差热源发电的效率，显著降低了发电成本。二、本专利技术可选择的低沸点工作介质种类繁多，例如二氧化碳、氮气等都是无毒无污染工作介质，再加上使用海洋温差作为绿色热源，可真正做到零排放零污染，将彻底改善化石能源发电带来的大气雾霾和水污染危机。附图说明：图1为本专利技术实施例的系统结构与组成示意图，阐明了气雾液热重力循环发电系统的基本结构和关键组成部分。图2为本专利技术实施例的能量转换工作原理示意图，阐明了气雾液热重力循环发电系统借助工作介质不同形态的变化实现能量转换的过程和机理。具体实施方式：所述的气雾液热重力循环发电系统的构成包括：蒸发换热系统1、造雾系统2、气雾混合上升通道3、冷凝换热系统4、液体下降通道5、液轮发电机组6，如图1所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
所述气雾液热重力循环发电系统，其特征在于：通过蒸发换热系统将液态工质气化为气态工质，利用气态工质绝热膨胀做功，携带适量雾态工质一起上升获得重力势能，气雾混合工质在冷凝换热系统全部还原为液态工质，液态工质通过液体下降通道推动液轮发电机组发电，将重力势能转换为电能，然后液态工质进入下一轮气雾液热重力循环。

【技术特征摘要】
1.所述气雾液热重力循环发电系统，其特征在于：通过蒸发换热系统将液态工质气化为气态工质，利用气态工质绝热膨胀做功，携带适量雾态工质一起上升获得重力势能，气雾混合工质在冷凝换热系统全部还原为液态工质，液态工质通过液体下降通道推动液轮发电机组发电，将重力势能转换为电能，然后液态工质进入下一轮气雾液热重力循环。2.权利要求1所述的液态工质，其特征在于：标准大气压下沸点低于0℃，在适当增加压强的条件下能够在常温0℃～30℃条件下实现气化和液化循环相变，优选工质例如二氧化碳、液氮等；具体的压强可根据工程设计要求的蒸发温度、冷凝温度以及提升高度来选择。3.权利要求1所述的雾态工质，其特征在于：是由内置在气雾混合上升通道入口上方的造雾器生成，雾滴直径一般小于0.4毫米，具体直径尺寸可根据工程设计需要调整大小。4.权利要求1所述的气雾液热重力循环，其特征在于：整个能量转换循环包含8个阶段，在阶段1-2，一部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：张全，
申请(专利权)人：上海空泰能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31