CN105736269A - 一种热泵强化的正温差下蒸汽压差能法盐差发电装置 - Google Patents

一种热泵强化的正温差下蒸汽压差能法盐差发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种热泵强化的正温差下蒸汽压差能法盐差发电装置，包括热泵加热循环装置和蒸汽压差能法盐差发电装置。所述热泵加热循环装置包括冷凝器、热泵管道、节流阀、蒸发器、压缩机；所述蒸汽压差能法盐差发电装置包括低压容器、高压容器、膨胀机、差压计、膨胀机管道；通过热泵加热循环，在浓溶液中吸热使得浓溶液温度降低，在稀溶液中放热使得稀溶液温度升高，有效的抵消了水在稀溶液中蒸发吸热、水蒸气在浓溶液中冷凝放热产生的逆温差，维持并扩大正温差，进而维持并扩大正的饱和蒸汽压差，对膨胀机做功有促进作用；能量利用效率高，损耗小，成本低廉，适用性好，加工简单方便。

Description

一种热泵强化的正温差下蒸汽压差能法盐差发电装置
技术领域
本发明涉及盐差发电领域，具体涉及一种热泵强化的正温差下蒸汽压差能法盐差发电装置。
背景技术
随着社会的进步和世界经济的迅速发展，人们对能源的需求与日俱增，就目前世界能源的发展状况来看，化石能源在未来的很长一段时间仍旧会占据着主要的位置，但是化石能源作为一种不可再生能源也面临着枯竭、环境污染等一系列的问题，这迫切的需要我们寻找新的能源来代替化石能源。海洋是取之不尽用之不竭的宝库，其中蕴藏着丰富的海洋能资源，海洋能资源通常是指海洋中所蕴藏的可再生自然能源，而海水盐差能就是其中最主要的一种。盐差能是海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能，主要存在于河海交接处，具有清洁、可再生、储量巨大等特点。另外，淡水丰富地区的盐湖和地下盐矿也可以利用盐差能。盐差能是海洋能中能量密度最大的一种可再生能源，通常海水(3.5％盐度)与河水之间的化学电位差相当于240m高的水位落差。而且海洋中盐差能资源丰富，据估算，地球上存在着2.6TW可利用的盐差能，其能量甚至比温差能还要大。而在我国，据统计，沿海江河每年的入海径流量约为1.7×1012-1.8×1012m3，其中主要江河的年入海径流量约为1.5×1012-1.6×1012m3，沿海盐差能资源蕴藏量约为3.9×1018J，理论功率约为1.25×1011W。其中长江口及以南的大江河口沿海的资源量占全国总量的92.5％，理论功率估计为0.86×1011KW。特别是长江入海口的流量2.2×104m3/s，可以发电5.2×1010W。另外，我国青海省等地也有不少内陆盐湖可以利用。
当前，盐差发电的形式主要有：压力延迟渗透法、反电渗析法、蒸汽压差法、电化学电容法等。其中，研究最多的是压力延迟渗透法和反电渗析法，而蒸汽压差能法的原理是：利用不同浓度盐溶液之间的蒸汽压差驱动透平发电。该方法最大的优点是避开了对渗透膜的依赖，但是由于温度低，蒸发量少，压差太小，常温下浓度为3.45％的海水与淡水之间的蒸汽压差仅为10-20mmHg，因此，透平直径需要做的非常大，以保证足够的发电功率，而且稀溶液一侧上表面由于水分的蒸发会使该侧温度逐渐降低，而当水分到达浓溶液一侧上表面时，由于冷凝放热，温度上升，逐渐形成逆向温差，阻碍正向压差作用，若浓溶液因水蒸汽凝结而产生0.5℃的温升，则该压差将被抵消，所以蒸汽压差能法盐差发电利用起来困难重重。
发明内容
发明目的：为了解决上述现有技术的不足，本发明提出了一种热泵强化的正温差下蒸汽压差能法盐差发电装置，消除了逆向温差，提高了正向温差，使压差增大，膨胀机做功增多，能量利用效率高，损耗小，成本低廉，加工简单方便。
技术方案：一种热泵强化的正温差下蒸汽压差能法盐差发电装置，包括热泵加热循环装置和蒸汽压差能法盐差发电装置；
所述热泵加热循环装置包括冷凝器、热泵管道、节流阀、蒸发器、压缩机，所述冷凝器、节流阀、蒸发器、压缩机通过所述热泵管道依次连接并形成循环装置；
所述蒸汽压差能法盐差发电装置包括低压容器、高压容器、膨胀机、差压计、膨胀机管道；所述低压容器与所述高压容器通过所述膨胀机管道相连，所述膨胀机设置在所述膨胀机管道中，所述压差计设置在所述膨胀机出口和入口之间；
所述蒸发器设置在所述低压容器内，所述低压容器内装有浓溶液；所述冷凝器设置在所述高压容器内，所述高压容器内装有稀溶液；
所述浓溶液为饱和溴化锂或者饱和氯化钠溶液；所述稀溶液为浓度低于10％的溶液。
优选的，所述蒸汽压差能法盐差发电装置还包括稀溶液容器、稀溶液补充液、稀溶液泵、稀溶液泵管道、浓溶液容器、浓溶液补充液、浓溶液泵、浓溶液泵管道；
所述稀溶液容器内放置所述稀溶液补充液，所述稀溶液容器通过所述稀溶液泵管道与所述高压容器相连，所述稀溶液泵管道上设置所述稀溶液泵；
所述浓溶液容器内放置所述浓溶液补充液，所述浓溶液容器通过所述浓溶液泵管道与所述低压容器相连，所述浓溶液泵管道上设置所述浓溶液泵。
优选的，所述蒸汽压差能法盐差发电装置还包括真空泵，所述真空泵通过真空泵管道与所述低压容器相连。
优选的，所述低压容器的底部设有排液管道，所述排液管道上设有阀门。
优选的，所述冷凝器与蒸发器连接的热泵管道上设置有节流阀。
有益效果：本发明提供了一种热泵强化的正温差下蒸汽压差能法盐差发电装置，通过热泵加热循环，在浓溶液中吸热使得浓溶液温度降低，在稀溶液中放热使得稀溶液温度升高，有效的抵消了水在稀溶液中蒸发吸热、水蒸气在浓溶液中冷凝放热产生的逆温差，维持并扩大正温差，进而维持并扩大正的饱和蒸汽压差，对膨胀机做功有促进作用；能量利用效率高，损耗小，成本低廉，适用性好，加工简单方便。
附图说明
图1为本发明的一种热泵强化的正温差下蒸汽压差能法盐差发电装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更近一步的详细说明。
如图1所示，一种热泵强化的正温差下蒸汽压差能法盐差发电装置，包括热泵加热循环装置和蒸汽压差能法盐差发电装置两部分；主要由膨胀机管道1、稀溶液泵管道2、稀溶液泵3、稀溶液容器4、稀溶液补充液5、稀溶液6、冷凝器7、高压容器8、热泵管道9、节流阀10、低压容器11、蒸发器12、阀门13、排液管道14、浓溶液15、浓溶液容器16、浓溶液补充液17、浓溶液泵管道18、浓溶液泵19、真空泵20、真空泵管道21、压缩机22、膨胀机23、差压计24组成。
其中，热泵加热循环装置包括冷凝器7、热泵管道9、节流阀10、蒸发器12、压缩机22，冷凝器7、节流阀10、蒸发器12、压缩机22通过热泵管道9依次连接并形成循环装置。蒸汽压差能法盐差发电装置包括低压容器11、高压容器8、膨胀机23、差压计24、膨胀机管道1；低压容器11与高压容器8通过膨胀机管道1相连，膨胀机23设置在膨胀机管道1中，膨胀机管道1上设置差压计24，压差计24设置在膨胀机23出口和入口之间。蒸发器12设置在低压容器11内，低压容器11内装有浓溶液15；冷凝器7设置在高压容器8内，高压容器8内装有稀溶液6。浓溶液15为饱和溴化锂或者饱和氯化钠溶液；稀溶液6为浓度低于10％的溶液。
冷凝器7置于稀溶液6中加热稀溶液6，蒸发器12置于浓溶液15中冷却浓溶液15，压缩机22由外部电机带动，热泵管道依次将压缩机22、冷凝器7、节流阀10以及蒸发器12连接起来形成热泵加热循环。
蒸汽压差能法盐差发电装置还包括稀溶液容器4、稀溶液补充液5、稀溶液泵3、稀溶液泵管道2、浓溶液容器16、浓溶液补充液17、浓溶液泵19、浓溶液泵管道18。稀溶液容器4内设置稀溶液补充液5，稀溶液容器4通过稀溶液泵管道2与高压容器8相连，稀溶液泵管道2上设置稀溶液泵3。浓溶液容器16内设有浓溶液补充液17，浓溶液容器16通过浓溶液泵管道18与低压容器11相连，浓溶液泵管道18上设置浓溶液泵19。
蒸汽压差能法盐差发电装置还包括真空泵20，真空泵20通过真空泵管道21与低压容器11相连。低压容器11的底部设有排液管道14，排液管道14上设有阀门13。冷凝器7与蒸发器12连接的热泵管道9上设置有节流阀10。
在蒸汽压差能法盐差发电回路中，高压容器8内盛有稀溶液6，稀溶液容器4中装有稀溶液补充液5，稀溶液泵3将稀溶液容器4中的稀溶液补充液5补充到高压容器8中，在低压容器11中盛有浓溶液15，浓溶液容器16中装有浓溶液补充液17，浓溶液泵19将浓溶液容器16中的浓溶液补充液17补充到低压容器11中，同时，低压容器11通过真空泵管道21与真空泵20相连，维持内部真空条件，低压容器11的底部连有通过阀门13来调节排液管道14，高压容器8与低压容器11通过膨胀机管道1与膨胀机23相连，膨胀机23位于低压容器11与高压容器8之间，差压计24位于膨胀机23两侧，由此构成了整个蒸汽压差能法盐差发电回路。
在相同的温度条件下，盛于高压容器8中的稀溶液6较盛于低压容器11中的浓溶液15更容易蒸发，真空泵20为低压容器11创造真空条件，使得高压容器8中的压力高于低压容器11中的压力，高压容器8中的水蒸气因压差作用经膨胀机管道1带动膨胀机23转动发电，水蒸气随后进入到低压容器11中，在低压容器11中的浓溶液15表面冷凝放热，在装置不断运行的过程中，高压容器8中的稀溶液6因水的蒸发而减少，稀溶液泵3通过稀溶液泵管道2将稀溶液补充液5补充到高压容器8中维持高压容器8中稀溶液6的液位不变，同样因水蒸气在低压容器11中的浓溶液15表面冷凝，使浓溶液15被稀释浓度降低，通过排液管道14及时将稀释后的浓溶液15定量排出低压容器11，浓溶液泵19通过浓溶液泵管道18将浓溶液补充液17定量补充到低压容器11中，维持低压容器11中浓溶液15浓度不变。同时由于稀溶液6中水蒸发吸热，使得高压容器8中温度逐渐降低，浓溶液15中水蒸气冷凝放热，使得低压容器11中的温度逐渐升高，由此产生高压容器8的温度低于低压容器11的温度，高压容器8的逆向温差削弱了正向压差的作用而使膨胀机23做功减少，在低压容器11的浓溶液15中安置蒸发器12，在高压容器8的稀溶液6中安置冷凝器7，并通过热泵管道9与压缩机22以及节流阀10连接，构成热泵加热循环，热泵加热循环中的介质在蒸发器12中吸热蒸发，使浓溶液15温度降低，促进了水蒸气在浓溶液15表面的冷凝，使得低压容器11中压力进一步降低，热泵加热循环中的工质在冷凝器7中冷却放热，使稀溶液6温度升高，促进了水在稀溶液6表面的蒸发，使得高压容器8中压力进一步升高，不仅抵消由于稀溶液6中水蒸发吸热，浓溶液15中水蒸气冷凝放热而产生的逆温差，还可以产生正温差，进一步扩大压差，促进膨胀机23做功，强化蒸汽压差能法盐差发电，提高系统功率。
本发明提供了一种热泵强化的正温差下蒸汽压差能法盐差发电装置，通过热泵加热循环，在浓溶液中吸热使得浓溶液温度降低，在稀溶液中放热使得稀溶液温度升高，有效的抵消了水在稀溶液中蒸发吸热、水蒸气在浓溶液中冷凝放热产生的逆温差，维持并扩大正温差，进而维持并扩大正的饱和蒸汽压差，对膨胀机做功有促进作用；能量利用效率高，损耗小，成本低廉，适用性好，加工简单方便。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种热泵强化的正温差下蒸汽压差能法盐差发电装置，其特征在于：包括热泵加热循环装置和蒸汽压差能法盐差发电装置；
所述热泵加热循环装置包括冷凝器(7)、热泵管道(9)、蒸发器(12)、压缩机(22)，所述冷凝器(7)、蒸发器(12)、压缩机(22)通过所述热泵管道(9)依次连接并形成循环装置；
所述蒸汽压差能法盐差发电装置包括低压容器(11)、高压容器(8)、膨胀机(23)、差压计(24)、膨胀机管道(1)；所述低压容器(11)与所述高压容器(8)通过所述膨胀机管道(1)相连，所述膨胀机(23)设置在所述膨胀机管道(1)中，所述压差计(24)设置在所述膨胀机(23)出口和入口之间；
所述蒸发器(12)设置在所述低压容器(11)内，所述低压容器(11)内装有浓溶液(15)；所述冷凝器(7)设置在所述高压容器(8)内，所述高压容器(8)内装有稀溶液(6)；
所述浓溶液(15)为饱和溴化锂或者饱和氯化钠溶液；所述稀溶液(6)为浓度低于10％的溶液。
2.根据权利要求1所述的一种热泵强化的正温差下蒸汽压差能法盐差发电装置，其特征在于：所述蒸汽压差能法盐差发电装置还包括稀溶液容器(4)、稀溶液补充液(5)、稀溶液泵(3)、稀溶液泵管道(2)、浓溶液容器(16)、浓溶液补充液(17)、浓溶液泵(19)、浓溶液泵管道(18)；
所述稀溶液容器(4)内放置所述稀溶液补充液(5)，所述稀溶液容器(4)通过所述稀溶液泵管道(2)与所述高压容器(8)相连，所述稀溶液泵管道(2)上设置所述稀溶液泵(3)；
所述浓溶液容器(16)内放置所述浓溶液补充液(17)，所述浓溶液容器(16)通过所述浓溶液泵管道(18)与所述低压容器(11)相连，所述浓溶液泵管道(18)上设置所述浓溶液泵(19)。
3.根据权利要求1所述的一种热泵强化的正温差下蒸汽压差能法盐差发电装置，其特征在于：所述蒸汽压差能法盐差发电装置还包括真空泵(20)，所述真空泵(20)通过真空泵管道(21)与所述低压容器(11)相连。
4.根据权利要求1所述的一种热泵强化的正温差下蒸汽压差能法盐差发电装置，其特征在于：所述低压容器(11)的底部设有排液管道(14)，所述排液管道(14)上设有阀门(13)。
5.根据权利要求1所述的一种热泵强化的正温差下蒸汽压差能法盐差发电装置，其特征在于：所述冷凝器(7)与蒸发器(12)连接的热泵管道(9)上设置有节流阀(10)。
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