直接接触热交换法的温差发电制造技术

本发明专利技术公布了一种低沸点工质与水（包括海水、盐水及所选定的水溶液，以下同）直接接触热交换法的温差发电，适用于海洋温差发电、盐湖温差发电及余热温差发电中．该方法的主要技术特征是选用不溶于水且比重与水不同的低沸点工质并利用海水本身液压使海水能自动进入蒸发容器或冷凝容器进行热交换，以及增加回收残余工质装置来回收微量工质．该方法可省去热交换器设备，进而能提高传热效果和发电功率，节约投资和减小体积等．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种热交换法的温差发电技术，特别是采用低沸点工质与水(包括海水、盐水及所选定的水溶液，以下同)直接接触进行热交换的方法。适用于海洋温差发电、盐湖温差发电及余热温差发电中。现有的温差发电站内蒸发器和冷凝器中热量交换的方法，都是用热交换器设备将低沸点工质与水隔开进行热量交换。但由于使用热交换器设备，增加了投资，同时影响着传热效果，因此，目前都在研究如何提高该设备的传热系数。特别是海洋温差发电站中，由于温差范围小，处理海水量大，都使用着庞大、复杂、昂贵的热交换器设备，如美国洛克希德公司设计的16万千瓦发电站内有8个多管园筒式装置的热交换器设备，每个园筒直径22.2米，由12万根长16米外径51毫米的钛管组成。根据西安交通大学陈听宽等合编的《新能源发电》书中P234至235页上指出“热交换器(蒸发器和冷凝器)是海洋温差发电站的关键设备，其费用约占整个电站费用的50%。因此，要求试制传热系数大的热交换器，只有增大传热系数，才能减少传热面积，使装置小型化，这不但在经济上有利，而且可以减少压力损失，减少厂用电，也即达到增加送电端输出功率的目的。要达到海洋温差发电的实用化，成功的关键在于制作传热系数大的热交换器。如果热交换器的技术取得进步的话，则可大大降低电站的成本”。本专利技术的目的是要在温差发电中省去热交换器设备，避免由于使用该设备而带来的上述问题。专利技术是这样实现的选用不溶于水且比重与水不同的低沸点工质。由于不溶于水，低沸点工质与水就可直接接触进行热交换，由于比重不同，热交换后低沸点工质与水能自动分成两层(比重比水轻的低沸点工质就浮在水面上，比重比水重的低沸点工质就沉在水下面)，这样可以将液化后的低沸点工质抽出重复循环使用。本专利技术的优点是由于省去热交换器设备，海水与低沸点工质直接接触，能提高传热效果和发电功率，节约投资和减少体积等。现以海洋温差发电为例说明如下(1)提高传热效果，这是因为直接接触传热，导热、对流、辐射三种形式均存在。(2)增加发电功率，这是因为不要传热中的温差，提高了可利用的海水升降温度的度数，使发电功率增加到原来的2至3倍。(3)节约建设投资，这是因为可省去约占整个电站投资50%的热交换器设备费用，加上发电功率的增加，这样估算每千瓦设备的投资经费只需原来的25%。(4)增加可用海域的面积，这是因为原来要求海面与海底海水温差为20℃才有可利用的价值，现只需15℃即可。(5)可避免海生物对热交换器设备吸附问题。(6)为海洋温差发电实用化大量利用海洋热能创造了有利条件。本专利技术实现的具体方式以海洋温差发电为例描述如下，由于采用与现有的海洋温差发电不同的热交换方法，所以要使方法得以实现首先要确定如下几点(1)选用合适的工质，即要选用不溶于海水且比重与海水不同的最好比海水轻的低沸点工质，其沸点在-60～10℃之间，最好在-40℃～-20℃之间。同时工质来源要充足，容易制取，价廉、安全和不污染环境等，符合上述条件的低沸点工质。有丙二烯等一些工质可以选取。(2)确定蒸发容器与冷凝容器的深度，由于海水要进入蒸发容器或冷凝容器与低沸点工质直接接触进行热交换，但容器内的低沸点工质在常温下具有一定的蒸气压加上容器内液体也具有一定的液压，因此海水的压强必须大于容器内压强才能进入，在此利用海水在一定深度具有一定液压来达到。现设低沸点工质的蒸气压强为P1，容器内的海水在进口处的液压为P2，设选定进口处海水深度为h，则要求h稍大于 (P1+P2-P0)/(d) ，P0为大气压强;d为海水比重。这样进口处外部海水液压大于容器内压强能自动进入容器。根据上式分别对蒸发容器和冷凝容器进行计算，确定其深度。(3)增加回收残余工质装置，绝对不溶于水的物质是没有的，所谓不溶于水的物质是相对而言，所以总有极微量的低沸点工质溶于水，为了回收这些工质，要在蒸发容器与冷凝容器排出海水的管路上安装回收残余工质装置(如果随海水排出的工质数量很少，且工质价格便宜，核算其经费在发电量价值1/10以下，而且工质对环境没有污染时，可以不用此装置)。下面结合附图对本专利技术的结构、工作原理和过程作进一步详细描述。图1是直接接触热交换法的温差发电系统简图。图2是回收残余工质装置简图。图3是分压回收工质器结构示意图。参照图1，当海面温海水经过防止杂物进入的过滤网〔3〕通过管道〔4〕和单向阀〔22〕自动不断的流入蒸发容器〔19〕内与低沸点液态工质〔12〕(液压工质〔12〕来自冷凝容器〔14〕，由泵〔9〕经管道〔8〕送入)相接触，工质吸收温海水〔20〕中的热量气化成高压蒸气，高压蒸气经过管道〔6〕去推动渦轮发电机〔7〕发电，由涡轮机〔7〕排出的低压蒸气在冷凝容器〔14〕中与经过过滤网〔16〕和管道〔18〕流入的海底冷海水〔13〕相接触，冷海水〔13〕吸收工质蒸气中的热量，使工质液化成液体，液态工质〔12〕比海水轻，随即浮在海水〔13〕上面，由泵〔9〕将液态工质〔12〕抽出加压后通过管道〔8〕送回蒸发容器〔19〕内重新循环使用。通过这种低沸点工质〔12〕的不断循环，即可持续地发电。由泵〔1〕将蒸发容器〔19〕内被降温的海水〔20〕抽出通过单向阀〔21〕、管道〔5〕和回收残余工质装置〔2〕排至海中。由泵〔11〕将冷凝容器〔14〕内被升温的冷海水〔13〕抽出通过单向阀〔17〕、管道〔15〕和回收残余工质装置〔10〕排至海中。参照图2，由于蒸发容器或冷凝容器中的压强较大，而溶于海水中的气体工质与气体压力成正比，因而溶于海水中的工质数量较常压下要多，为了回收工质采用减压法，降低气体压强直到比常压还要低得多的压强为止，这样溶解在海水中的工质大部分能逸出被回收，在结构上采用分压回收，这样比在低压下一次回收可以减小装置体积和减少送回工质时加压的能耗。现根据容器压强的大小，选定分n级回收，每级压强减半，即当容器内压强为P1时，则第一级为 (P1)/2 ;第二级为 (P1)/(22) ;……第n级为 (P1)/(2n) 。这样共有n个分压回收工质器，每个分压回收工质器的安装位置应在海水的液压与 (P1)/(2n) 相等的高度上，如h1= (P1)/(2d) ;h2= (P1)/(22d) ;……;hn= (P1)/(2nd) ;d为海水比重。另为了保证海水在出口处能稍大于大气压强P0，其h ＞P0-P12nd]]>。其工作过程是被排出的海水沿着管道〔3〕前进，在流经第一分压回收工质器〔1〕时，原溶解在海水中工质有部分以 (P1)/2 的压强逸出进入第一分压回收工质器〔1〕内，在流经第二分压回收工质器〔2〕时，原溶解在海水中工质有部分以 (P1)/(22) 的压强逸出进入第二分压回收工质器〔2〕内，……流经第n分压回收工质器〔n〕时，原溶解在海水中的工质有部分以 (P1)/(2n) 的压强逸出进入第n分压回收工质器〔n〕内，当海水流经全过程被排至海中时，将有原溶解在海水中大部分残余工质逸出被回收，有小部分被带至海中，从此看出n愈大愈好，但要增加结构，所以要根据实际情况而定。一般n最大值取4至6较为适宜。各个回收工质器回收的气态工质经加压后通过气体工质出口管〔4〕被送回冷凝容器(因为冷凝容器内压强较蒸发容器低，可以减少送回时所耗的功)。参照图3，当海水沿着管道〔11〕流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热交换法的温差发电技术［图１］，本专利技术的特征是采用低沸点工质［１２］与水［２０］、［１３］（包括海水、盐水及所选定的水溶液，以下同）直接接触进行热交换的方法。

【技术特征摘要】
1.一种热交换法的温差发电技术[图1]，本发明的特征是采用低沸点工质[12]与水[20]、[13](包括海水、盐水及所选定的水溶液，以下同)直接接触进行热交换的方法。2.根据权利要求1所采用的方法，其特征是选用不溶于水且比重与水不同的低沸点工质〔12〕。3.根据权利要求1所采用的方法，其特征是利用海水在一定深度具有一定液压使海水能自动进入蒸发容器〔19〕或冷凝容器〔14〕。4.根据权利要求1所采用的方法，其特征是采...

【专利技术属性】
技术研发人员：高友祥，
申请(专利权)人：海军北海舰队司令部通信处，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]