CN103206355A - 一种人造密度差发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人造密度差发电系统，包括工质气体发生装置、密度差形成装置以及发电机组；在密度差形成装置中气液两相流和单相流之间密度差作用下，流体持续不断地在连通结构中流动从而带动所述发电机组发电，本发明能利用现有的常规热源如地热、太阳能、工业余热、海洋温差能等中低温热源，还可以利用风能、压缩气体、液化天然气等气体中含有的内能，通过形成人造密度差的方式将工质气体含有的内能转化成为工作流体的机械能并利用水轮机发电，因此具备良好的应用前景。

Description

一种人造密度差发电系统

技术领域

本发明涉及发电装置技术领域，特别是涉及一种人造密度差发电系统。

背景技术

随着经济社会的发展和科学技术水平的不断进步，与人们生活密切相关的电力发电技术也日益发展，例如浮力发电、地热发电、太阳能发电等，但传统的发电技术及相关系统均存在各种问题和缺陷。

现有的浮力发电技术系统复杂，大多利用多种形式的容器或特殊装置，通过在装置中蓄积气体，排开相应体积的水产生浮力，推动发电装置旋转并带动发电机发电。地热发电大多是直接利用地热蒸汽、通过闪蒸器产生低压蒸汽或加热低沸点工质产生工质蒸汽后再推动汽轮机发电。太阳能光热利用是利用太阳能集热器将太阳光聚焦在一点(如塔式或蝶式发电装置)或一条线上(槽式太阳能发电装置)，由集热器聚焦产生的高温加热导热工质，再将工质输入热交换器产生水蒸气推动汽轮机发电，或者直接加热水产生水蒸气，部分的太阳能光热发电装置利用蓄热装置对太阳能进行储存以增加装置的发电时间。上述的热能利用方式均需要利用汽轮机做功进行发电，为了提高发电效果不得不增加热源的温度，这样也会相应的限制中低温地热和普通小型的中低温太阳能发电装置的开发，不利于清洁能源的利用与发展，且由于中低温热源与冷却水的温差不大，对应的系统发电效率不高，这也是目前在中低温地热发电无法应用以及中低温太阳能集热器仅用于加热的原因。

鉴于以上各种发电装置所存在的缺陷，本发明主要克服目前中低温热源无法高效利用，类似中低温太阳能、地热、工业余热无法高效利用，风力发电装置投资成本高、运行维护难度大，且风力发电受天气影响较大，不具备大功率蓄能等缺点，海洋温差能发电效率极低，且发电装置运行过程中需要消耗大量的厂用电。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种人造密度差发电系统，它能利用现有的常规热源如地热、太阳能、工业余热、海洋温差能等中低温热源，还可以利用风能、压缩气体、液化天然气(石油气)、中低压(温)水蒸气、内燃机排气等气体中含有的内能，通过形成人造密度差的方式将工质气体含有的内能转化成为工作流体的机械能并利用水轮机发电，此外利用该技术还可以实现风力发电的同时进行抽水蓄能增加风力发电的稳定性，或者在发电的同时进行海水淡化，以增加发电厂的效益。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种人造密度差发电系统，其特征在于包括：

工质气体发生装置，其用于产生和/或处理各种工质气体；

密度差形成装置，所述密度差形成装置与所述工质气体发生装置相连接，密度差形成装置内盛装有流体，且为一连通结构，所述工质气体微溶或不溶于所述流体，所述工质气体连续不断地通入该密度差形成装置内的流体中，形成稳定的气液两相流和不含工质气体的单相流，从而在两者之间形成密度差；

发电机组，所述发电机组设置于密度差形成装置的底部；

在气液两相流和单相流之间密度差作用下，流体持续不断地在所述连通结构中流动从而带动所述发电机组发电。

作为对上述方案的进一步改进，所述工质气体发生装置包括若干组空气压缩机，所述空气压缩机上安装有风轮，所述若干组空气压缩机的出口通过集气母管相连后与所述密度差形成装置的进气口相连，所述集气母管中还设置有控制气流的单向阀。

进一步，所述密度差形成装置包括第一竖塔主体，所述第一竖塔主体内安装有多组喷嘴，所述喷嘴与工质气体发生装置的输出端连接，且位于所述发电机组的上方。

进一步，所述第一竖塔主体包括左竖管和右竖管，所述左竖管和右竖管相连通，形成一循环流道结构，所述循环流道结构的顶部连通有一向下弯折的储冰容器，所述储冰容器内安装有加热盘管，所述左竖管的顶部开口处设置有格栅，所述工质气体发生装置的高压输出端与储冰容器内的加热盘管相连，其输入端通过汽水分离器与右竖管的顶部开口相连，所述循环流道结构的底部还连接有海水预处理装置，将预处理后的海水作为流体输入到第一竖塔主体中。

进一步，所述工质气体发生装置包括一直通式竖管装置，所述直通式竖管装置上安装有预热盘管，所述预热盘管的输入端通入液化石油气，其输出端与密度差形成装置相连，所述直通式竖管装置的底部设置有空气压缩机，所述空气压缩机的输入端连接一空气过滤器，其输出端与直通式竖管装置底部的喷气嘴相连。

进一步，所述直通式竖管装置的底部海设置有用于直接驱动空气压缩机的水轮压缩机。

进一步，所述密度差形成装置包括第二竖塔主体，所述第二竖塔主体由左竖管和右竖管构成，所述左竖管和右竖管相连通，形成一循环流道结构，所述循环流道结构的顶部设置有一与外部管道相连的汽水分离器。

进一步，所述密度差形成装置包括第三竖塔主体，所述第三竖塔主体由左竖管和右竖管构成，所述左竖管和右竖管相连通，形成一循环流道结构，所述循环流道结构的顶部连通有一向下弯折的储冰容器，所述储冰容器内安装有加热盘管，所述右竖管的顶部开口处设置有格栅，所述循环流道结构上直接设置有液化石油气输入口，且连接有海水预处理装置和一用于排放浓海水的排放管道，第三竖塔主体的底部安装有发电机组，所述发电机组串联一压缩机后一端连接到储冰容器中，另一端通过汽水分离器后连接到循环流道结构顶部。

此外，所述工质气体发生装置整体上包括冷凝器、储液箱、工质循环泵、热源加热盘管以及工质发生器，其中冷凝器通过储液箱与工质循环泵相连接，所述工质循环泵通过工质发生器连接到密度差形成装置底部，所述热源加热盘管安装于工质发生器内，所述冷凝器通过一汽水分离器连接到所述密度差形成装置顶部。

本发明的有益效果是：本发明作为一种人造密度差发电系统，包括工质气体发生装置，其用于产生和/或处理各种工质气体；密度差形成装置，所述密度差形成装置与所述工质气体发生装置相连接，密度差形成装置内盛装有流体，且为一连通结构，所述工质气体微溶或不溶于所述流体，所述工质气体连续不断地通入该密度差形成装置内的流体中，形成稳定的气液两相流和不含工质气体的单相流，从而在两者之间形成密度差；发电机组，所述发电机组设置于密度差形成装置的底部；在气液两相流和单相流之间密度差作用下，流体持续不断地在所述连通结构中流动从而带动所述发电机组发电；本发明优势众多，主要表现在以下几个方面：(1)利用本发明可以实现中低温热源的有效利用，改变目前中低温地热发电效率低下，利用率低，大部分的地热水都被用来做洗浴而非发电，造成地热资源的浪费；太阳能热发电领域虽然目前太阳能塔式发电、槽式发电、蝶式发电方式技术较为成熟，且已有示范电站或商运电站，但目前一味通过提高集热器的集热温度来提高发电的效果，对于温度较低的太阳能集热装置很难应用于发电，而太阳能塔式发电、槽式发电、蝶式发电均有集热器结构复杂，成本高昂等特点，还需要复杂的跟踪装置来实现太阳能的高效利用，通过密度差发电的方式，即使利用目前常见的真空管太阳能集热器所产生的热水也可以实现发电，可以改变目前太阳能发电站的建设局限性；(2)通过本发明可以将热源的热量加热低沸点工质，使其具有较高的温度和压力，也可以利用压缩空气或其他工质气体(此处空气或者其他压缩气体可以包含水蒸气、压缩空气、液化石油气、液化天然气、风力驱动压缩机压缩的低沸点工质等多种场合)，通过管道输送到密度差发电装置中产生气液两相流，由于气液两相流与单相流体之间的密度差通过连通结构形成高度差，而高出水面的那部分气液两相流所具有的能量足够推动装置中的水轮机发电；(3)本发明可以实现将气体中含有的能量通过类似水力发电的方式进行利用，但无需建设高大的水坝，无需占用庞大的场地建设发电装置，水力发电过程需要的水头(压头)是通过密度差发电装置产生的密度差产生，这样相当于每个密度差发电装置都是一个没有水坝的水力发电站。发电过程可以利用多种余热、废热进行发电，可以减少对应的工厂的排放，增加燃料的利用率，利用地热、风力驱动的密度差发电可以实现分布式能源建设，本装置小型化后可以利用单个风力机实现小范围供电，甚至对家庭进行供电；(4)利用本发明可以实现海洋温差能发电达到更高的发电效率，且由于可以实现密度差提水，在发电效率更高的同时还可以减少厂用电的消耗比例，增加发电装置的出力，同时由于温差能发电站发电过程中冷海水来自深海，含有较多的海洋生物生长需要的营养物质，发电后的水还可以用作海水养殖，进一步提高发电厂的效益；(5)深海钻井平台等设备完全可以利用海上的风力驱动密度差发电装置实现平台的电力供应，同时还可以实现淡水供应，这样完全可以解决目前需要长距离供应燃料和淡水的状态，方便远海钻井作业人员的生产生活；因此具备良好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明原理结构示意图；

图2为本发明实施例一的整体结构示意图；

图3为本发明实施例二的整体结构示意图；

图4为本发明实施例三的整体结构示意图；

图5为本发明实施例四的整体结构示意图；

图6为本发明实施例五的整体结构示意图。

具体实施方式

参照图1，一种人造密度差发电系统，包括工质气体发生装置，其用于产生和/或处理各种工质气体；密度差形成装置，所述密度差形成装置与所述工质气体发生装置相连接，密度差形成装置内盛装有流体，且为一连通结构，所述工质气体微溶或不溶于所述流体，所述工质气体连续不断地通入该密度差形成装置内的流体中，形成稳定的气液两相流和不含工质气体的单相流，从而在两者之间形成密度差；发电机组，所述发电机组设置于密度差形成装置的底部；在气液两相流和单相流之间密度差作用下，流体持续不断地在所述连通结构中流动从而带动所述发电机组发电。密度差发电是利用连通器的原理，发电装置的主体为一竖塔装置，在竖塔的底部设置水轮发电机，水轮发电机上方安装一组或多组喷嘴，用于将工质气体送入到竖塔内部的水中。本发明中使用的工质气体要求不溶或微溶于发电装置使用的流体，本发明以水为例做相应的介绍(发明中以水为例，但也尽量保护到如果别人使用不是水的其他流体也在保护范围内)，密度差发电可以使用的工质气体范围广泛，只要是不溶于水或微溶于水的气体均可作为工质气体。实际应用中应优先使用来源广泛，对环境污染小，价格低廉，使用安全的工质。如空气、低沸点有机工质、其他的卤代烷烃、烯烃物质。

如图1所示，密度差抽水装置是人造密度差利用方式中最简单的一种应用形式，根据密度差发电的基本原理，本装置为在一较深的水体中安放一根硬质的竖直管道，在管道的下方靠近端部安装有压缩空气喷嘴，用于将压缩空气排开水后产生均匀的空气泡。当气泡产生后便能在竖直管道内部产生稳定的气液两相流，该流体与竖直管道外侧的正常状态下的水形成密度差，相应的产生的气液两相流的液位H₂较单相流体与分界面的高度H₁更高，本装置所使用的压缩空气可以使用风轮机对空气压缩机进行做功，也可以采用其他形式的能源对空气进行压缩。本装置能够很好的适应于大流量小落差的提水场合，如沿江农田灌溉、跨流域调水过程中需要提高水位以将水输送至更远的地方、湖泊蓄水、电站循环水的抽取等场合，其显著特点是抽水流量大，通过增加密度差抽水装置的管径和深度，当采用适宜的配套大流量空气压缩机驱动时，由于压缩机不需要很高的气压便能获得较高的落差ΔH＝H₂-H₁，其中H₂又与气液分界面深度H₁以及空气泡所占气液两相流比例有关，落差一定的情况下，抽水流量与抽水装置的流道截面积相关。故本装置抽水时可以获得稳定落差的大流量抽水效果，而且本装置中除了空气压缩机外，无运动部件，抽水装置维护极为简单，没有水泵中的叶轮结构，也不会对水中的鱼虾等水生生物产生危害，不会影响到鱼类的洄游，即使被抽水装置吸入也不会使得鱼类死亡。

以下通过多个实施例来对本发明做进一步的说明：

实施例一：

参考图2，一种人造密度差发电系统，包括工质气体发生装置，其用于产生和/或处理各种工质气体；密度差形成装置，所述密度差形成装置与所述工质气体发生装置相连接，密度差形成装置内盛装有流体，且为一连通结构，所述工质气体微溶或不溶于所述流体，所述工质气体连续不断地通入该密度差形成装置内的流体中，形成稳定的气液两相流和不含工质气体的单相流，从而在两者之间形成密度差；发电机组，所述发电机组设置于密度差形成装置的底部；在气液两相流和单相流之间密度差作用下，流体持续不断地在所述连通结构中流动从而带动所述发电机组发电；所述工质气体发生装置包括若干组空气压缩机11，所述空气压缩机11上安装有风轮12，所述若干组空气压缩机11的出口通过集气母管13相连后与所述密度差形成装置的进气口相连，所述集气母管13中还设置有控制气流的减压阀14；所述密度差形成装置包括第一竖塔主体21，所述第一竖塔主体21内安装有多组喷嘴22，所述喷嘴22与工质气体发生装置1的输出端连接，且位于所述发电机组3的上方。该方案中利用风力机驱动空气压缩机11将空气压缩，使空气具有一定的压力，通过将各空气压缩机11的出口通过集气母管13连接，在各个空气压缩机11与集气母管13间设置单向阀防止因局部风力较小产生空气回流现象发生。集气母管13中的压缩空气通过阀门控制，进入到密度差发电装置中的喷嘴22，压缩空气通过排开水进入密度差发电装置的流道中。由于密度差发电装置气液两相流中含有大量的气泡，流体的相对密度降低。发电装置管道内外部存在一定的“压头”，经过水轮机发电后的气液两相流仍具有部分“压头”存在，通过将发电流道向上延伸至上位水库中，由于密度差的作用，发电后的水在余压作用下被送入到上位水库中进行蓄水，虽然该过程会消耗部分“压头”，但通过蓄能水库将这部分能量蓄积在水库中，当上位水库水位接近满库或风速降低或无风的情况下，通过将部分密度差发电装置转换为水力发电的方式，将蓄积的能量转化为电能，这样可以大大提高风力发电的稳定性，解决风力发电投资成本高，维护难，也可以解决蓄能和低速穿越等技术难题。

实施例二：

参考图3，一种人造密度差发电系统，包括工质气体发生装置，其用于产生和/或处理各种工质气体；密度差形成装置，所述密度差形成装置与所述工质气体发生装置相连接，密度差形成装置内盛装有流体，且为一连通结构，所述工质气体微溶或不溶于所述流体，所述工质气体连续不断地通入该密度差形成装置内的流体中，形成稳定的气液两相流和不含工质气体的单相流，从而在两者之间形成密度差；发电机组，所述发电机组设置于密度差形成装置的底部；在气液两相流和单相流之间密度差作用下，流体持续不断地在所述连通结构中流动从而带动所述发电机组发电；所述工质气体发生装置包括若干组空气压缩机11，所述空气压缩机11上安装有风轮12，所述若干组空气压缩机11的出口通过集气母管13相连后与所述密度差形成装置的进气口相连，所述集气母管13中还设置有控制气流的单向阀14；所述密度差形成装置包括第一竖塔主体21，所述第一竖塔主体21内安装有多组喷嘴22，所述喷嘴22与工质气体发生装置1的输出端连接，且位于所述发电机组3的上方，所述第一竖塔主体21包括左竖管和右竖管，所述左竖管和右竖管相连通，形成一循环流道结构，所述循环流道结构的顶部连通有一向下弯折的储冰容器211，所述储冰容器211内安装有加热盘管，所述左竖管的顶部开口处设置有格栅212，所述工质气体发生装置的高压输出端与储冰容器211内的加热盘管相连，其输入端通过汽水分离器213与右竖管的顶部开口相连，所述循环流道结构的底部还连接有海水预处理装置214，将预处理后的海水作为流体输入到第一竖塔主体21中。该方案主要利用风力驱动压缩机压缩低沸点工质气体，压缩过程产生的热量用来使产生的冰晶融化，产生淡水，同时由于压缩过程是的低沸点工质被冷凝，冷凝后的液态高压工质通过阀门减压后，由于压力降低而气化为工质气体，气化过程中不断吸收海水中的热量使得海水温度不断下降，当温度低于海水的冰点时海水出现结冰现象，由于低沸点工质气化过程中气液接触面形成的冰在气泡上浮过程中会不断膨胀，故产生的冰也为薄膜状的薄冰冰晶，冰随着气液两相流向上流动，上升到顶部时随着流道中的水进入到左侧的循环流道上方，由于在该段流道上方设置倾斜的格栅212将海水和冰进行分离，海水回流到下方的循环流道中继续维持密度差发电装置的单相流体补给，而冰晶掉落到最左侧的储冰容器211中，在储冰容器211的内壁设置有加热盘管，盘管连接风力压缩机的高压输出管道，管道内流动的是经压缩的较高温度和压力的工质气体，气体在流经盘管的过程时，通过换热将冰融化，同时也使得工质气体冷凝，这样产生的淡水中还含有较多的盐分，为了能降低淡水中的含盐量，可以将产生的含盐淡水通入到下一级密度差发电装置中，再次进行冷冻-融化，这样可以进一步的降低产品水中的含盐量，由于有产品水输出，同时经过浓缩后的浓盐水也需要进行排放。本系统补充海水时还需要通过海水预处理装置214对海水进行预处理，通过过滤、除氧等措施后将新海水通入到密度差发电装置中，实现不间断发电，同时也可以实现连续产淡水。

实施例三：

参考图4，一种人造密度差发电系统，包括工质气体发生装置，其用于产生和/或处理各种工质气体；密度差形成装置，所述密度差形成装置与所述工质气体发生装置相连接，密度差形成装置内盛装有流体，且为一连通结构，所述工质气体微溶或不溶于所述流体，所述工质气体连续不断地通入该密度差形成装置内的流体中，形成稳定的气液两相流和不含工质气体的单相流，从而在两者之间形成密度差；发电机组，所述发电机组设置于密度差形成装置的底部；在气液两相流和单相流之间密度差作用下，流体持续不断地在所述连通结构中流动从而带动所述发电机组发电；所述工质气体发生装置整体上包括冷凝器、储液箱、工质循环泵、热源加热盘管以及工质发生器，其中冷凝器通过储液箱与工质循环泵相连接，所述工质循环泵通过工质发生器连接到密度差形成装置，所述热源加热盘管安装于工质发生器内。该方式为了能重复利用低沸点工质，减少工质的泄露可能导致的污染或其它不安全的影响，同时减少工质的消耗量进而降低系统的运行成本，本装置采用密闭的循环装置将水和工质进行密封，以便将工质气体进行循环利用。本装置设置有一密封的循环流道，一侧流道底部布置有水轮发电机组，在机组的上方布置有工质气体喷嘴。流道顶部设置有气水分离器以将做功后的低沸点工质中含有的水滴进行分离，经分离后的工质气体进入到冷凝器中进行冷凝，产生的液态工质被输送到工质发生器中，由于工质发生器受热源加热，在较高的温度下低沸点工质气体的压力升高，当压力超过喷嘴处的水压时，工质气体便排开水体产生连续的气泡产生稳定的气液两相流，进而形成密度差。通过该种方法可以将低温热源中含有的热量转化成为低沸点工质气体的内能，通过密度差发电的方式将气体的内能转化为水流的机械能，由于水的密度大，能量密度高，通过将气体的内能转化为一定高度“水头”后通过高效的水力发电的形式进行发电，更能充分利用目前被大量浪费的低温热源。本套系统所能使用的低温热源来源广泛，可以使用类似太阳能、地热温泉水、工业余热以及海洋温差能等一类低温热源进行发电。当本装置中液面上方的工质气体压力较高时还可以适当降低冷凝器需要的冷却水的温度要求，在热源温度较高的情况下，为了提高发电的效果可以采取多级发电的方式进行，即第一级高温热源做功后的工质气体做功后仍具有较高的压力，利用这部分压力气体推动下一级密度差发电装置进行发电，经过多级利用后的工质气体进入到冷凝器进行冷凝，产生的液态工质再被送入到工质发生器中进行受热产生高压气态工质，继续循环做功。

实施例四：

参考图5，一种人造密度差发电系统，包括工质气体发生装置，其用于产生和/或处理各种工质气体；密度差形成装置，所述密度差形成装置与所述工质气体发生装置相连接，密度差形成装置内盛装有流体，且为一连通结构，所述工质气体微溶或不溶于所述流体，所述工质气体连续不断地通入该密度差形成装置内的流体中，形成稳定的气液两相流和不含工质气体的单相流，从而在两者之间形成密度差；发电机组，所述发电机组设置于密度差形成装置的底部；在气液两相流和单相流之间密度差作用下，流体持续不断地在所述连通结构中流动从而带动所述发电机组发电；所述工质气体发生装置包括一直通式竖管装置31，所述直通式竖管装置31上安装有预热盘管32，所述预热盘管32的输入端通入液化石油气，其输出端与密度差形成装置相连，所述直通式竖管装置31的底部设置有空气压缩机33，所述空气压缩机33的输入端连接一空气过滤器34，其输出端与直通式竖管装置31底部的喷气嘴35相连；所述直通式竖管装置31的底部海设置有用于直接驱动空气压缩机33的水轮压缩机36；所述密度差形成装置包括第二竖塔主体41，所述第二竖塔主体41由左竖管和右竖管构成，所述左竖管和右竖管相连通，形成一循环流道结构，所述循环流道结构的顶部设置有一与外部管道相连的汽水分离器411。天然气作为最清洁的化石燃料目前已被大量使用，现有的运输方式主要为管道运输、液化天然气运输车或运输船，由于液化天然气运输到目的地后需要卸车，在该过程中当压力降低的过程中液化的天然气会气化为气态，该过程中需要吸收大量的热量，目前大多需要使用空气换热器或用水来进行换热，该过程提供了气化过程需要的气化热量，保证了卸载过程的顺利进行，但该过程中液化天然气具有的能量并未得到有效的利用，利用密度差发电装置可以将液化天然气中含有的冷量进行利用。本发明可以利用液化天然气在降压过程中的气化过程吸收热量，使得气化后的气体具有较高的压力，气态的压缩天然气再经过密度差发电装置产生人造密度差进而利用气体中的能量并产生电能。为了能保障气化过程的顺利进行，在液化天然气进入到密度差发电装置前，本装置设置有一个直通式密度差提水装置，如图5中左侧的装置，该提水装置利用空气压缩机33将空气进行压缩后进入提水装置底部的气体喷气嘴35，排开水后的气泡与水形成了气液两相流进而与单相水形成密度差，在密度差的驱动下使水向上流动，流动的水不断对液化天然气流经的管道进行加热，使气化过程顺利进行，被降温后的水流出管道，新的常温水在压差作用下继续由管道底部进入装置。为了能充分利用压缩空气中的能量，在密度差提水装置的底部设置有一水轮压缩机36，通过水轮压缩机36直接驱动空气压缩机33，由电动机或其他装置带动压缩机产生的压缩空气在驱动密度差提水后水流仍具有一定的能量，通过水轮压缩机36将水流含有的这部分能量用来压缩空气继续驱动密度差提水装置，这样可以减少电能的消耗，同时也能保证该提水装置中的液化天然气换热管的热量输入，保证气化过程的顺利进行。气化后的天然气进入到密封的循环密度差发电装置后，由于装置为密封状态，做功后的气体通过气水分离器分离后通过阀门进入到产品气体输出管道，这样天然气气化过程中吸收的水中的热能也部分用于密度差发电装置，同时也可以满足天然气输出地需要的大量的气化潜热的供应，液化天然气气化的过程中还可以实现电能的输出。

实施例五：

参考图6，一种人造密度差发电系统，包括工质气体发生装置，其用于产生和/或处理各种工质气体；密度差形成装置，所述密度差形成装置与所述工质气体发生装置相连接，密度差形成装置内盛装有流体，且为一连通结构，所述工质气体微溶或不溶于所述流体，所述工质气体连续不断地通入该密度差形成装置内的流体中，形成稳定的气液两相流和不含工质气体的单相流，从而在两者之间形成密度差；发电机组，所述发电机组设置于密度差形成装置的底部；在气液两相流和单相流之间密度差作用下，流体持续不断地在所述连通结构中流动从而带动所述发电机组发电；所述密度差形成装置包括第三竖塔主体51，所述第三竖塔主体51由左竖管和右竖管构成，所述左竖管和右竖管相连通，形成一循环流道结构，所述循环流道结构的顶部连通有一向下弯折的储冰容器511，所述储冰容器511内安装有加热盘管，所述右竖管的顶部开口处设置有格栅512，所述循环流道结构上直接设置有液化石油气输入口513，且连接有海水预处理装置514和一用于排放浓海水的排放管道515，第三竖塔主体51的底部安装有发电机组3，所述发电机组3串联一压缩机516后一端连接到储冰容器511中，另一端通过汽水分离器517后连接到循环流道结构顶部。本方案利用液化天然气气化过程中需要吸收大量的热量来使得海水结冰，结冰后的冰晶随着气液两相流向上流动，在装置上方流向另一侧的流道，在单相流体的流道上方设置有一倾斜的格栅512用于将海水中的冰晶过滤出来，海水流入到单相流体所在的流道中，冰晶则滑入到储冰容器511中。本装置设置有海水预处理装置514，用于将海水进行除氧、过滤等措施，预处理后的海水被送入到密度差发电装置中以补充由于海水结冰而引起的水位降低，由于海水不断结冰，故海水的浓度会不断的上升，装置的底部设置有一排放管道515，当密度差发电装置中的海水浓度达到某一设定浓度时将部分的浓海水排放出来，同时补充适量的预处理后的新海水，这样可以保证在发电的同时又可以产生含有适量盐分的淡化水。本装置一大特点是装置产生的海冰由于表面覆盖有一定量的海水，在进入储冰容器511前，可以通过离心旋转或高压气体吹扫进一步出去冰晶表面附着的海盐，处理后的海冰落入到储冰容器511中进行融化，融化海冰的能量来自于产品液化气压缩过程释放出的凝结热，压缩机516由表现为水轮发电机的发电机组3带动，在发电过程中带动天然气压缩机516工作，将天然气进行压缩，压缩过程中产生的热量用于将海冰融化，融化后的水仅含有部分盐分，可以通过后续的处理进一步的降低含盐量，压缩后的天然气被再次通入到密度差发电装置中，继续冷却密度差发电装置中的海水，使其不断的结冰。如此在利用液化天然气发电的同时也可以生产出部分淡水。本方案较上一个方案而言，可以减少密度差提水装置的成本，不过由于没有流动的水作为热量输入，故密度差发电装置中不可避免的会产生冰晶，为了能维持装置的连续运行，也能将产生的冰进行利用，故本系统利用液化天然气中的冷量来使得海水结冰，构成冷冻法海水淡化系统，实现海水淡化的效果。

以上对本发明的较佳实施进行了具体说明，当然，本发明还可以采用与上述实施方式不同的形式，以及相近的领域，这些都不构成对本实施方式的任何限制，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下所作的等同的变换或相应的改动，都应该属于本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种人造密度差发电系统，其特征在于包括：

工质气体发生装置，其用于产生和/或处理各种工质气体；

密度差形成装置，所述密度差形成装置与所述工质气体发生装置相连接，密度差形成装置内盛装有流体，且为一连通结构，所述工质气体微溶或不溶于所述流体，所述工质气体连续不断地通入该密度差形成装置内的流体中，形成稳定的气液两相流和不含工质气体的单相流，从而在两者之间形成密度差；

发电机组，所述发电机组设置于密度差形成装置的底部；

在气液两相流和单相流之间密度差作用下，流体持续不断地在所述连通结构中流动从而带动所述发电机组发电。

2.根据权利要求1所述的一种人造密度差发电系统，其特征在于：所述工质气体发生装置包括若干组空气压缩机(11)，所述空气压缩机(11)上安装有风轮(12)，以对所述空气压缩机(11)做功进行驱动，所述若干组空气压缩机(11)的出口通过集气母管(13)相连后与所述密度差形成装置的进气口相连，所述集气母管(13)中设置有控制气流的单向阀(14)以防止气体回流。

3.根据权利要求2所述的一种人造密度差发电系统，其特征在于：所述密度差形成装置包括第一竖塔主体(21)，所述第一竖塔主体(21)内安装有多组喷嘴(22)，所述喷嘴(22)与工质气体发生装置的输出端连接，且位于所述发电机组的上方。

4.根据权利要求3所述的一种人造密度差发电系统，其特征在于：所述第一竖塔主体(21)包括左竖管和右竖管，所述左竖管和右竖管相连通，形成一循环流道结构，所述循环流道结构的顶部连通有一向下弯折的储冰容器(211)，所述储冰容器(211)内安装有加热盘管，所述左竖管的顶部开口处设置有格栅(212)，所述工质气体发生装置的高压输出端与储冰容器(211)内的加热盘管相连，其输入端通过汽水分离器(213)与右竖管的顶部开口相连，所述循环流道结构的底部还连接有海水预处理装置(214)，将预处理后的海水作为流体输入到第一竖塔主体(21)中。

5.根据权利要求1所述的一种人造密度差发电系统，其特征在于：所述工质气体发生装置包括一直通式竖管装置(31)，所述直通式竖管装置(31)上安装有预热盘管(32)，所述预热盘管(32)的输入端通入液化石油气，其输出端与密度差形成装置相连，所述直通式竖管装置(31)的底部设置有空气压缩机(33)，所述空气压缩机(33)的输入端连接一空气过滤器(34)，其输出端与直通式竖管装置(31)底部的喷气嘴(35)相连。

6.根据权利要求5所述的一种人造密度差发电系统，其特征在于：所述直通式竖管装置(31)的底部还设置有用于直接驱动空气压缩机(33)的水轮压缩机(36)。

7.根据权利要求5或6所述的一种人造密度差发电系统，其特征在于：所述密度差形成装置包括第二竖塔主体(41)，所述第二竖塔主体(41)由左竖管和右竖管构成，所述左竖管和右竖管相连通，形成一循环流道结构，所述循环流道结构的顶部设置有一与外部管道相连的汽水分离器(411)。

8.根据权利要求1所述的一种人造密度差发电系统，其特征在于：所述密度差形成装置包括第三竖塔主体(51)，所述第三竖塔主体(51)由左竖管和右竖管构成，所述左竖管和右竖管相连通，形成一循环流道结构，所述循环流道结构的顶部连通有一向下弯折的储冰容器(511)，所述储冰容器(511)内安装有加热盘管，所述右竖管的顶部开口处设置有格栅(512)，所述循环流道结构上直接设置有液化石油气输入口(513)，且连接有海水预处理装置(514)和一用于排放浓海水的排放管道(515)，第三竖塔主体(51)的底部安装有发电机组(3)，所述发电机组(3)串联一压缩机(516)后一端连接到储冰容器(511)中，另一端通过汽水分离器(517)后连接到循环流道结构顶部。

9.根据权利要求1所述的一种人造密度差发电系统，其特征在于：所述工质气体发生装置整体上包括冷凝器、储液箱、工质循环泵、热源加热盘管以及工质发生器，其中冷凝器通过储液箱与工质循环泵相连接，所述工质循环泵通过工质发生器连接到密度差形成装置底部，所述热源加热盘管安装于工质发生器内，所述冷凝器通过一汽水分离器连接到所述密度差形成装置顶部。

Images