CN106401888A - 一种温差发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能源技术领域，具体涉及一种温差发电装置，包括发电机和驱动所述发电机运转的驱动装置，还包括冷热水交替供应装置、盛有流体工质的能量转换箱以及与所述能量转换箱相导通的活塞缸，所述活塞缸的活塞杆与所述驱动装置相连接；所述能量转换箱内设有金属管，所述金属管包括贯穿所述能量转换箱外壁的进水口和排水口，所述冷热水交替供应装置与所述进水口相连接。该温差发电装置结构简单，与现有技术相比，该发明提供的发电装置无需流体工质泵、蒸发器、冷凝器、膨胀机、汽轮机，具有生产成本低、能量转化效率高的特点。也可以克服现有的热电厂、钢铁厂等对废热利用率低，浪费能源的缺陷。

Description

一种温差发电装置

技术领域

本发明涉及能源技术领域，具体涉及一种温差发电装置。

背景技术

现有的海水温差发电技术根据所用工质及流程的不同，一般可分为开式循环、闭式循环和混合式循环，接近实用化的是闭式循环方式。

开式循环系统中真空泵将系统内抽到一定真空，起动热水泵把表层的温海水抽入蒸发器，由于系统内已保持有一定的真空度，所以温海水就在蒸发器内沸腾蒸发，变为蒸汽，蒸汽经管道由喷嘴喷出推动汽轮机运转，带动发电机发电。从汽轮机排出的废汽进入冷凝器，被由冷水泵从深层海水中抽上的冷海水所冷却，重新凝结为水，并排入海中。在该系统中作为工质的海水，由泵吸入蒸发器蒸发到最后排回大海，并未循环利用，故该工作系统称为开式循环系统。

闭式循环系统则采用一些低沸点的物质(如丙烷、异丁烷、氟利昂、氨等)作为工作流体，在闭合回路中反复进行蒸发、膨胀、冷凝。因为系统使用低沸点工作流体，蒸汽的压力得到提高。系统工作时，热水泵把表层温海水抽上送往蒸发器，通过蒸发器内的盘管把一部分热量传递给低沸点的工作流体，例如氨水，氨水从温海水吸收足够的热量后，开始沸腾并变为氨气。氨气经过汽轮机的叶片通道，膨胀做功，推动汽轮机旋转。汽轮机排出的氨气进入冷凝器，被冷水泵抽上的深层冷海水冷却后重新变为液态氨，再用泵把冷凝器中的液态氨压进蒸发器，以供循环使用。

混合循环系统基本与闭式循环相同，但用温海水闪蒸出来的低压蒸汽来加热低沸点工质。这样做的好处在于减少了蒸发器的体积，可节省材料，便于维护。

在现有的海水发电站发电系统里，都存在着两大缺点：第一，海水发电站发电系统设备蒸发器、膨胀机、冷凝器、汽轮机效率低，在所有循环系统都是将工质(如水、丙烷、异丁烷、氟利昂、氨等)变为蒸汽推动汽轮机转动，而汽轮机排出的依然是蒸汽进入冷凝器，热能转化为机械能效率低；第二，海水发电站发电系统都需要工质泵或真空泵，消耗了大量的电能，生产成本高。

现有的热电厂、钢铁厂等工厂常常产生多余的废热，而这些热能很少被利用起来；太阳能热水器产生的热水也常常得不到充分的利用，这都会造成能源的浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种温差发电装置，克服现有技术中海水温差发电装置结构复杂、发电成本高、能量转换效率低以及现有的热电厂、钢铁厂等对废热利用率低，浪费能源的缺陷。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种温差发电装置，包括发电机和驱动所述发电机运转的驱动装置，还包括冷热水交替供应装置、盛有流体工质的能量转换箱以及与所述能量转换箱相导通的活塞缸，所述活塞缸的活塞杆与所述驱动装置相连接，所述能量转换箱内设有金属管，所述金属管包括贯穿所述能量转换箱外壁的进水口和排水口，所述冷热水交替供应装置与所述进水口相连接。

本发明的更进一步优选方案是：所述冷热水交替供应装置包括冷水泵、热水泵以及控制所述冷水泵和热水泵交替向所述进水口供水的转换开关。

本发明的更进一步优选方案是：所述驱动装置包括提速齿轮组，该提速齿轮组的输入端与所述活塞杆相连接，所述提速齿轮组的输出端与所述发电机相连接。

本发明的更进一步优选方案是：还包括一启停保护装置，所述启停保护装置包括设置于所述发电机与提速齿轮组的输出端之间的第一离合装置以及帮助发电机起动的电动机，所述发电机与第一离合装置之间设有惯性轮，所述电动机与发电机之间设有第二离合装置。

本发明的更进一步优选方案是：所述能量转换箱外壁上设有第一流体工质注入口以及流体工质排出口。

本发明的更进一步优选方案是：所述温差发电装置还包括排水装置，所述排水装置一端与所述能量转换箱的排水口相连接，另一端设有排水阀，通气管及溢流管，溢流管口与所述能量转换箱的进水口标高相同。

本发明的更进一步优选方案是：所述温差发电装置还包括一连接于所述能量转换箱与活塞缸之间的第二连接管，所述活塞缸的高度高于所述能量转换箱。

本发明的更进一步优选方案是：所述活塞缸与所述能量转换箱之间设有伸缩隔套。

本发明的有益效果在于，该温差发电装置结构简单，与现有技术相比，该发明提供的发电装置无需流体工质泵、蒸发器、冷凝器、膨胀机、汽轮机，具有生产成本低、能量转化效率高的特点。也可以克服现有的热电厂、钢铁厂等对废热利用率低，浪费能源的缺陷。

附图说明

图1是本发明的冷热水温差发电系统结构示意图；

图2是不带橡胶套的能量转换装置结构示意图；

图3是能量转換箱(箱体內用U型金属管)的主视图；

图4是能量转換箱(箱体內用U型金属管)的俯视图；

图5是图3中C-C线结构示意图；

图6是第二连接管结构示意图；

图7是U型金属管(最外层)结构示意图；

图8是U型金属管(中间层)结构示意图；

图9是第一进水水箱和第一排水水箱(通用)结构示意图；

图10是活塞缸机座结构示意图；

图11是活塞杆结构示意图；

图12是排水装置结构示意图；

图13是启停保护装置结构示意图。

图14是能量转換箱(箱体內用圆形金属管)的主视图；

图15是能量转換箱(箱体內用圆形金属管)的俯视图；

图16是图14中D-D线结构示意图；

图17是第二进水水箱和第二排水水箱(通用)结构示意图；

图18是伸缩隔套结构示意图；

图19是带伸缩隔套的能量转换装置结构示意图；

图20是图19中第三连接管的结构示意图；

图21是特制螺母的结构示意图；

图22是冷热水管独立分开的能量转换箱的结构示意图；

图23是图19中第二进进水水箱和第二排水水箱(通用)结构示意图。

图中：1、热水泵，2、冷水泵，3、转换并关，5、齿轮提速组，6、发电机，7、启停保护装置，41、能量转换箱，42、第二连接管，43、活塞缸，44、排水装置，45、伸缩隔套，46、第三连接管，412、流体工质排出口，413、箱体，415、上盖，416、U型金属管，417、第一流体工质注入口，418、第一连接管，419、第一排水水箱，4110、第一排水管，4112、第一进水水箱，4113、第一进水管，4114、分水箱，4115、圆形金属管，4117、第二进水管，4118、第二排水管，4119、第二进水水箱，4120、第二排水水箱，4121、第二流体工质注入口，4122、特制螺母，4123、进水箱通气管，431、活塞机座，432、活塞杆，441、第三排水管，442、排水阀，443、第四排水管，444、通气管，445、溢流管，71、第一离合装置，72、齿轮，73、花键轴，74、第一轴承，75、手柄，76、皮带轮，77、皮带，79、惯性轮，710、电动机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1-13所示，本发明实施例的温差发电装置，包括发电机6以及驱动所述发电机6运转的驱动装置，还包括冷热水交替供应装置、盛有流体工质的能量转换箱41以及与所述能量转换箱41相导通的活塞缸43，所述活塞缸43的活塞杆432与所述驱动装置相连接，所述能量转换箱41内设有金属管，所述金属管包括管贯穿所述能量转换箱41外壁的进水口和排水口，所述冷热水交替供应装置与所述进水口相连接。所述金属管优选为U型金属管416。所述的流体工质一般选择膨胀系数大，导热性能高的物质，其可以为单一的流体如水、水银、润滑油等，也可为两种或多种流体的混合物，如下层为水银上层为润滑油，也可以是一些低沸点的物质(如甲烷、异丁烷、氟利昂、氨等)。该温差发电装置结构简单，与现有技术相比，该发明提供的发电装置无需流体工质泵、蒸发器、冷凝器，具有生产成本低、能量转化效率高的特点。也可以克服现有的热电厂、钢铁厂等对废热利用率低，浪费能源的缺陷。进一步地，所述活塞缸43与所述能量转换箱41可直接导通，也可通过一第二连接管42相导通。本实施例的活塞缸43与能量转换箱41通过第二连接管42相导通，且所述能量转换箱41与所述第二连接管42、所述第二连接管42与所述活塞缸43之间均密封连接，并通过螺栓锁紧。所述冷热水交替供应装置包括冷水泵2、热水泵1以及控制所述冷水泵2和热水泵1交替向所述进水口供水的转换开关3。当本发明的温差发电装置采用海水来进行发电时，该温差发电装置设置于海面或海岸边，此时所述冷水泵2用于抽取深层海水，所述热水泵1用于抽取表层海水。

如图1-13所示，所述能量转换箱41外壁上设有第一流体工质注入口417以及流体工质排出口412。本实施例中，所述能量转换箱41包括上盖415、箱体413，所述上盖415上设有第一流体工质注入口417和第一连接管418，所述能量转换箱41的侧壁上设有流体工质排出口412、第一进水水箱4112和与之相连通的第一进水管4113、第一排水水箱419和与之相连通的第一排水管4110，所述第一进水水箱4112上还设有通气管4123。所述上盖415与箱体413之间采用螺栓连接，第一进水水箱4112、第一排水水箱419与所述箱体413之间均用螺栓连接。所述的活塞缸43还包括活塞底座431，所述的活塞缸43优选安装在高于所述能量转换箱41的地方，为了防止所述能量转换箱41里面的底层流体工质(时间长了受到污染)流到活塞缸43，造成设备损坏。本实施例通过在所述能量转换箱41与活塞缸43之间设置第二连接管42，使得所述活塞缸43的高度高于所述能量转换箱41的高度。进一步地，为了为了防止所述能量转换箱41里面的底层流体工质(时间长了受到污染)流到活塞缸43，造成设备损坏，也可在能量转换箱41与活塞缸43之间以伸缩隔套相隔。

如图1-13所示，本实施例的温差发电装置还包括排水装置44，所述排水装置44一端与所述能量转换箱41的排水口相连接，另一端设有排水阀442，通气管444及溢流管445，溢流管445口与所述能量转换箱41的进水口标高相同。具体的，所述的排水装置44由第三排水管441、排水阀442、第四排水管443、通气管444、溢流管445组成，所述排水装置44的第三排水管441一端与所述能量转换箱41的排水口相连接，另一端连接排水阀442、通气管444及溢流管445。设置所述的溢流管445的管口与所述的能量转换箱41的进水口标高一致，防止能量转换箱41的U型金属管416内底部的水因为水位高差比顶部流速快，造成的U型金属管416底部的水不满管而影响能量交换速度及效率，所述通气管444设置于所述的第三排水管441的前端上方，目的与第一进水水箱4112的进水箱通气管4123作用一样，都是为了利用外界大气压使排水装置可以排水流畅。

如图21所示，所述驱动装置包括提速齿轮组5，该提速齿轮组5的输入端与所述活塞杆432相连接，所述提速齿轮组5的输出端与所述发电机6相连接。进一步地，所述输入端的输入轴配置有连接点位置可调的传动轮，以保证不同温度差的水均能使系统正常运行。本实施例的温差发电装置还包括一启停保护装置7，所述启停保护装置7包括设置于所述发电机6与所述提速齿轮组5的输出轴之间的第一离合装置71以及用于带动所述发电机6启动的电动机710。所述电动机710的设置，可防止因发电机6起动转矩大造成提速齿轮组5及能量转换箱41受力过大而影响设备的正常运行。进一步地，所述发电机6与第一离合装置71之间设有惯性轮79，以稳定发电机6的转速。所述电动机710与发电机6之间设有第二离合装置，所述的第二离合装置包括套接在所述发电机6的输入端和花键轴73上的一对齿轮72、设置在所述花键轴73两端的第一轴承74、与所述第一轴承74的内侧设置的手柄75和套接的皮带轮76、以及与所述皮带轮76和所述电动机710相连接的皮带77。

如图2、5所示，本实施例的温差发电装置工作时，水进到所述箱体413后流经密布的U型金属管416再流到排水装置44处排走，水流方向按图中标示的A→B方向流动,所述能量转换箱41内的流体工质如图所示的a至b方向做往返运动，所述的箱体413内密布的U型金属管416，目的是为了增大能量交换面积,提高热量传递效率。

如图1-13所示，本发明在具体使用时，先启动第一离合装置71令提速齿轮组5和发电机6处于分离状态，再启动电动机710通过皮带轮76及齿轮72，带动发电机6启动，待发电机6正常起动后打开第二离合装置，关闭电动机710。再交替启动热水泵1和冷水泵2令能量转换箱41及提速齿轮组5工作，合上第一离合装置71，系统进入正常运行状态。系统启动后，热水泵1把温海水抽上来通过转换开关3进入能量转换箱41，温海水在能量转换箱41内的U型金属管416中流动，通过U型金属管416的外壁向能量转换箱41內的流体工质传热，箱內流体工质受热膨胀体积变大，流体工质向活塞缸43方向流动，推动活塞杆432向外运动做功，活塞杆432通过连接杆带动提速齿轮组5旋转，提速齿轮组5通过第一离合装置71带动发电机6旋转,发电机6转动发电；当温海水流至排水装置44的溢流管445位置时，排水阀442打开，同时转换开关3关闭，溫海水继续通过U型金属管416往排水装置44处流，当温海水完全通过U型金属管416后，温海水与流体工质能量交换完毕，能量转换箱41内的流体工质膨胀体积最大，活塞杆432向外运动距离最长，此时与活塞杆432相连接的连接杆离活塞缸43最远,温海水由排水装置44排出；这时转换开关3切换到至冷水泵2与所述能量转换箱41的进水口相通,同时排水装置44的排水阀442关闭，冷海水通过转换开关3进入能量转换箱41，冷海水在能量转换箱41内的U型金属管416内流动，通过U型金属管416的外壁向能量转换箱41內的流体工质吸收热量，能量转换箱41內的流体工质受冷收缩体积变小，在外界大气压力作用下，活塞杆432向内向能量转换箱41方向运动，同时通过带动提速齿轮组5旋转,提速齿轮组5带动发电机6继续旋转,令发电机6发电,当冷海水流至排水装置44的溢流管445位置时，排水阀442打开，同时转换开关3关闭，冷海水继续通过U型金属管416往排水装置44处流，当冷海水完全通过U型金属管416后，冷海水与流体工质能量交换完毕，此时能量转换箱41内的流体工质收缩体积最小，活塞杆432向外运动距离最短，冷海水由排水装置44排出；这时转换开关3切换至热水泵1与所述能量转换箱41的进水口相通,同时排水装置44的排水阀442关闭。重复以上运动,源源不绝地向发电机6输送能量,发电机6持续发电。关闭系统时，为了防止发电机6出现急停，先打开第一离合装置71令提速齿轮组5和发电机6处于分离状态，再关闭温海水泵和冷海水泵，系统停止运转。

实施例2

如图14-17所示，本实施例中用圆型金属管4115代替U型金属管416，系统操作和运行方式与实施例1相同(这里不再陈述)，不同的是水流的线路。此外，本实施例的能量转换箱41上的圆型金属管4115进水口位置设有第二进水管4117，能量转换箱41的两侧设有多个分水箱4114。冷水泵2和热水泵1将水抽上来经转换开关3和第二进水管4117后经圆形金属管4115流入到图16所示能量转换箱41右侧顶部分水箱4114，然后又分流进入圆形金属管再合流到图16所示能量转换箱41左侧顶部一个分水箱4114，如此循环往返，最后合流到图16所示能量转换箱41左侧底部一个分水箱4114，经第二排水管4118再流经所述排水装置44排向大海。水流如图中H→I方向流动。当然，本实施例中的圆型金属管4115也可以用方形(截面为正方形或长方形)金属管或其他截面形状的金属管代替，系统操作和运行方式与前述相同，水流的线路也相同，这里不再陈述。此外，能量转换箱41的形状也不限定为方形，具体设计也可以是圆柱形、橢圆形或者其它形状，箱体413内金属管形状布局也可以其它方式(如盘管等)。

实施例3

如图2、18、19、20、21所示，当第二连接管42与活塞缸43之间直接连通，进入到活塞缸43的工质必需是润滑油，能量转换箱41内可以是润滑油，也可以是其它与润滑油不相溶并且比润滑油比重大的液体(如水、水银等)。进一步地，所述活塞缸43与所述能量转换箱41之间设有伸缩隔套45，所述伸缩隔套45可为橡胶套或其它伸缩性极好的材料制造的套。能量转换箱41内的流体工质可以是单一的液体，也可为两种或多种液体的混合液，也可以是一些低沸点的物质(如甲烷、异丁烷、氟利昂、氨等)，也可以是单一或混合气体。当第二连接管42与活塞缸43之间安装有伸缩隔套45时，能量转换箱41内的流体工质膨胀与收缩，推动伸缩隔套45伸长与缩短令活塞杆432做往返运动。进一步地，当所述活塞缸43与所述能量转换箱41之间设有伸缩隔套45时，优选采用第三连接管46连接所述活塞缸43与所述能量转换箱41，此时，第三连接管46设置有第二流体工质注入口4121，流体工质注满时，用特制螺母4122拧紧密封该第二流体工质注入口4121。

实施例4

如图20、21所示，本实施例的温差发电装置包括第二进水水箱4119，能量转换箱41内的金属管设计成独立分开，系统工作时冷热水交替通过。将所述转换开关3切换至与所述热水泵1相通，热水经第二进水水箱4119由AA→BB方向流动，经过第二排水水箱4120排向所述的排水装置44，此时将所述转换开关3切换至与所述冷水泵2相通，冷水经所述的第二进水箱4119由CC→DD方向流动，经过第二排水水箱4120排向所述的排水装置44，重复以上步骤，系统持续发电。系統操作和运行方式与实施例1相同，只是冷热水供水方式不同，这里不在重复叙述。

实施例5

本实施例的所述冷热水交替供应装置包括冷水池、热水池以及转换开关3。先用水泵将水抽到水池处储存，开机时直接把水放到温差发电装置。目的是避免冷热水转換时，冷水泵2和热水泵1都在运行，浪费电能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种温差发电装置，包括发电机和驱动所述发电机运转的驱动装置，其特征在于：还包括冷热水交替供应装置、盛有流体工质的能量转换箱以及与所述能量转换箱相导通的活塞缸，所述活塞缸的活塞杆与所述驱动装置相连接；所述能量转换箱内设有金属管，所述金属管包括贯穿所述能量转换箱外壁的进水口和排水口，所述冷热水交替供应装置与所述进水口相连接。

2.根据权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于：所述冷热水交替供应装置包括冷水泵、热水泵以及控制所述冷水泵和热水泵交替向所述进水口供水的转换开关。

3.根据权利要求2所述的温差发电装置，其特征在于：所述驱动装置包括提速齿轮组，该提速齿轮组的输入端与所述活塞杆相连接，所述提速齿轮组的输出端与所述发电机相连接。

4.根据权利要求3所述的温差发电装置，其特征在于：还包括一启停保护装置，所述启停保护装置包括设置于所述发电机与提速齿轮组的输出端之间的第一离合装置以及带动发电机起动的电动机，所述发电机与第一离合装置之间设有惯性轮，所述电动机与发电机之间设有第二离合装置。

5.根据权利要求1-4任一所述的温差发电装置，其特征在于：所述能量转换箱外壁上设有第一流体工质注入口以及流体工质排出口。

6.根据权利要求5所述的温差发电装置，其特征在于：还包括排水装置，所述排水装置一端与所述能量转换箱的排水口相连接，另一端设有排水阀，通气管及溢流管，溢流管口与所述能量转换箱的进水口标高相同。

7.根据权利要求6所述的温差发电装置，其特征在于：还包括一连接于所述能量转换箱与活塞缸之间的第二连接管，所述活塞缸的高度高于所述能量转换箱。

8.根据权利要求7所述的温差发电装置，其特征在于：所述活塞缸与所述能量转换箱之间设有伸缩隔套。