CN113464388B - 一种可双向发电的海洋温差能发电装置 - Google Patents

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Abstract

一种可双向发电的海洋温差能发电装置，包括换热罐、储能罐、电磁阀、双向叶轮泵、发电机及储油罐；在换热罐的罐体中心设置有柔性胶囊，柔性胶囊通过管路与储能罐相连通；柔性胶囊与换热罐罐体之间的环向空间作为相变材料腔室，在相变材料腔室内充填有相变材料；在储能罐的罐体上设置有柔性囊膜，储能罐罐体的内部空间通过柔性囊膜与储能罐罐体的外部空间进行封隔；在柔性胶囊的内部空间及储能罐罐体的内部空间充有液压油；储能罐通过管路与双向叶轮泵的第一油液进出口相连通，双向叶轮泵的第二油液进出口通过管路与储油罐相连通；电磁阀设置在储能罐与双向叶轮泵的第一油液进出口之间的管路上；发电机的电机轴与双向叶轮泵的动力输出轴同轴固连。

Description

一种可双向发电的海洋温差能发电装置
技术领域
本发明属于海洋温差能发电技术领域，特别是涉及一种可双向发电的海洋温差能发电装置。
背景技术
海洋温差能储量巨大且相当稳定，其资源储量仅次于波浪能，同时具有昼夜波动小、不受潮汐和海浪影响、只随季节性变化的特点，是海洋可再生能源利用的极佳选择。在热带海区，海水每天吸收的能量相当于2.45×1011桶原油的热量，按照现有技术水平，可以转化海洋温差能约为10000TW·h/天，因而是开发海洋能发电设备的首选能源。
目前，国内外的海洋科学家都在致力于围绕海洋温差能发电(Ocean thermalenergy conversion，简称OTEC)的发电站装置工质优选、系统构型以及温差能驱动水下滑翔机技术等方面研究。OTEC系统(岸基型——把发电装置设在岸上，海上型——发电机组安在船上)体积庞大，不能随着水下观测平台移动来完成海洋时间和空间高分辨率数据测量和采集工作。而利用温差能驱动水下滑翔机研究是将温差能转化成机械能，缺少了储能模式，因而无法实现水下观测平台勘测设备的长期连续工作，同时也削弱了水下观测平台勘测设备的勘测能力。因此，现有的海洋温差能发电系统在小型化和长期稳定能源供给能力上均存在不足。
此外，公告号为CN105889144A和CN110056490A的中国专利申请，也分别公开了一种海洋温差能发电装置，两种海洋温差能发电装置在随载体(水下观测平台)从深水低温区上升到浅水高温区的过程中，可以利用温差能实现一次发电，但从浅水高温区下潜到深水低温区的过程中，却无法再进行第二次发电，因此能源利用效率偏低。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可双向发电的海洋温差能发电装置，与传统的OTEC系统相比具有更小的体积，可安装在水下观测平台上并与水下观测平台一同运动，并且在随水下观测平台从深水低温区上升到浅水高温区的过程中，以及从浅水高温区下潜到深水低温区的过程中，均可以实现发电，通过双向发电大幅度提高了能源利用效率，而且随着发电量的增加，也为水下观测平台进行长期稳定供能提供了有利保障。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种可双向发电的海洋温差能发电装置，包括换热罐、储能罐、电磁阀、双向叶轮泵、发电机及储油罐；在所述换热罐的罐体中心设置有柔性胶囊，柔性胶囊通过管路与储能罐相连通；所述柔性胶囊与换热罐罐体之间的环向空间作为相变材料腔室，在相变材料腔室内充填有相变材料；在所述储能罐的罐体上设置有柔性囊膜，储能罐罐体的内部空间通过柔性囊膜与储能罐罐体的外部空间进行封隔；在所述柔性胶囊的内部空间及储能罐罐体的内部空间充有液压油；所述储能罐通过管路与双向叶轮泵的第一油液进出口相连通，双向叶轮泵的第二油液进出口通过管路与储油罐相连通；所述电磁阀设置在储能罐与双向叶轮泵的第一油液进出口之间的管路上；所述发电机的电机轴与双向叶轮泵的动力输出轴同轴固连。
在所述相变材料腔室内设置有若干导热金属孔板，导热金属孔板固定连接在换热罐罐体内表面，若干导热金属孔板沿换热罐罐体内表面周向均布设置。
在所述储油罐的罐体顶部设置有防油透气膜，储油罐罐体的内部空间通过防油透气膜与储油罐罐体的外部空间进行封隔；在所述防油透气膜下方设有液压油止漏孔板，在防油透气膜上方周向设有液压油止漏环。
本发明的有益效果：
本发明的可双向发电的海洋温差能发电装置，与传统的OTEC系统相比具有更小的体积，可安装在水下观测平台上并与水下观测平台一同运动，并且在随水下观测平台从深水低温区上升到浅水高温区的过程中，以及从浅水高温区下潜到深水低温区的过程中，均可以实现发电，通过双向发电大幅度提高了能源利用效率，而且随着发电量的增加，也为水下观测平台进行长期稳定供能提供了有利保障。
附图说明
图1为本发明的一种可双向发电的海洋温差能发电装置的结构示意图；
图2为本发明的一种可双向发电的海洋温差能发电装置(处于下潜低温环境时的储能状态)的结构示意图；
图3为本发明的一种可双向发电的海洋温差能发电装置(处于上浮高温环境时的储能状态)的结构示意图；
图4为图1中A-A剖视图；
图5为本发明的双向叶轮泵的结构示意图；
图中，1—换热罐，2—储能罐，3—电磁阀，4—双向叶轮泵，5—发电机，6—储油罐，7—柔性胶囊，8—相变材料腔室，9—柔性囊膜，10—导热金属孔板，11—防油透气膜，12—液压油止漏孔板，13—液压油止漏环。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1～5所示，一种可双向发电的海洋温差能发电装置，包括换热罐1、储能罐2、电磁阀3、双向叶轮泵4、发电机5及储油罐6；在所述换热罐1的罐体中心设置有柔性胶囊7，柔性胶囊7通过管路与储能罐2相连通；所述柔性胶囊7与换热罐1罐体之间的环向空间作为相变材料腔室8，在相变材料腔室8内充填有相变材料；在所述储能罐2的罐体上设置有柔性囊膜9，储能罐2罐体的内部空间通过柔性囊膜9与储能罐2罐体的外部空间进行封隔；在所述柔性胶囊7的内部空间及储能罐2罐体的内部空间充有液压油；所述储能罐2通过管路与双向叶轮泵4的第一油液进出口相连通，双向叶轮泵4的第二油液进出口通过管路与储油罐6相连通；所述电磁阀3设置在储能罐2与双向叶轮泵4的第一油液进出口之间的管路上；所述发电机5的电机轴与双向叶轮泵4的动力输出轴同轴固连。
在所述相变材料腔室8内设置有若干导热金属孔板10，导热金属孔板10固定连接在换热罐1罐体内表面，若干导热金属孔板10沿换热罐1罐体内表面周向均布设置。
在所述储油罐6的罐体顶部设置有防油透气膜11，储油罐6罐体的内部空间通过防油透气膜11与储油罐6罐体的外部空间进行封隔；在所述防油透气膜11下方设有液压油止漏孔板12，在防油透气膜11上方周向设有液压油止漏环13。
下面结合附图说明本发明的一次使用过程：
本实施例中，水下观测平台的作业地点为中国南海水域，水下作业深度为1000米，作业地点的表层海水温度为25℃～28℃，作业地点的水下1000米处的海水温度为5℃～8℃。
当本发明的海洋温差能发电装置随水下观测平台处于水面时，在25℃～28℃的温度环境下，换热罐1相变材料腔室8内的相变材料处于液态，当水下观测平台执行下潜动作后，随着水深的增加，水温逐渐降低，相变材料腔室8内的相变材料开始由液态向固态转变，同时相变材料的体积也随之减小，当水下观测平台达到1000米的预定水深后，相变材料腔室8内的相变材料在5℃～8℃的海水温度下将完全变为固态，体积也达到最小。
在相变材料由液态变为固态的过程中，相变材料的体积由最大变为最小，随着相变材料体积的由大变小，柔性胶囊7内腔的体积则由最小变为最大，而在柔性胶囊7内腔的体积由小变大的过程中，会对储能罐2内腔产生负压吸油作用，随着储能罐2内的液压油被吸入柔性胶囊7内腔后，柔性囊膜9会通过内凹变形来自适应储能罐2内腔的体积改变，同时柔性囊膜9完成了弹性势能的存储。
当相变材料腔室8内的相变材料完全变为固态后，电磁阀3开启，柔性囊膜9开始释放弹性势能，促使柔性囊膜9由内凹变形状态逐渐向初始状态转变，此时在双向叶轮泵4的第一油液进出口侧相当于低压侧，而双向叶轮泵4的第二油液进出口侧则相当于高压侧，在压差作用下，储油罐6内的液压油会流经双向叶轮泵4进入储能罐2内，随着储能罐2内液压油的不断流出，空气会通过防油透气膜11持续补入储能罐2内腔，而液压油流经双向叶轮泵4时，会驱动叶轮和动力输出轴转动，进而通过转动的动力输出轴带动发电机5进行发电。
当柔性囊膜9的弹性势能释放完毕后，柔性囊膜9由内凹变形状态完全恢复到初始状态，双向叶轮泵4的第一油液进出口与第二油液进出口之间的压差消失，发电机5的发电过程结束，最后电磁阀3关闭。
当水下观测平台完成水下勘测任务后，开始执行上浮动作，随着上浮距离的增加，水温逐渐升高，相变材料腔室8内的相变材料开始由固态向液态转变，同时相变材料的体积也随之增大，当水下观测平台上浮到水面后，相变材料腔室8内的相变材料将完全变为液态，体积也达到最大。
在相变材料由固态变为液态的过程中，相变材料的体积由最小变为最大，随着相变材料体积的由小变大，柔性胶囊7内腔的体积则由最大变为最小，而在柔性胶囊7内腔的体积由大变小的过程中，会对储能罐2内腔产生高压充油作用，随着柔性胶囊7内腔的液压油被挤压至储能罐2内腔后，柔性囊膜9会通过外凸变形来自适应储能罐2内腔的体积改变，同时柔性囊膜9完成了弹性势能的存储。
当相变材料腔室8内的相变材料完全变为液态后，电磁阀3开启，柔性囊膜9开始释放弹性势能，促使柔性囊膜9由外凸变形状态逐渐向初始状态转变，此时在双向叶轮泵4的第一油液进出口侧相当于高压侧，而双向叶轮泵4的第二油液进出口侧则相当于低压侧，在压差作用下，储能罐2内腔的液压油会流经双向叶轮泵4进入储油罐6内，随着液压油的不断流入，空气会通过防油透气膜11持续排出储能罐2内腔，而液压油流经双向叶轮泵4时，会驱动叶轮和动力输出轴转动，进而通过转动的动力输出轴带动发电机5进行发电。
当柔性囊膜9的弹性势能释放完毕后，柔性囊膜9由外凸变形状态完全恢复到初始状态，双向叶轮泵4的第一油液进出口与第二油液进出口之间的压差消失，发电机5的发电过程结束，最后电磁阀3关闭。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (3)

1.一种可双向发电的海洋温差能发电装置，其特征在于：包括换热罐、储能罐、电磁阀、双向叶轮泵、发电机及储油罐；在所述换热罐的罐体中心设置有柔性胶囊，柔性胶囊通过管路与储能罐相连通；所述柔性胶囊与换热罐罐体之间的环向空间作为相变材料腔室，在相变材料腔室内充填有相变材料；在所述储能罐的罐体上设置有柔性囊膜，储能罐罐体的内部空间通过柔性囊膜与储能罐罐体的外部空间进行封隔；在所述柔性胶囊的内部空间及储能罐罐体的内部空间充有液压油；所述储能罐通过管路与双向叶轮泵的第一油液进出口相连通，双向叶轮泵的第二油液进出口通过管路与储油罐相连通；所述电磁阀设置在储能罐与双向叶轮泵的第一油液进出口之间的管路上；所述发电机的电机轴与双向叶轮泵的动力输出轴同轴固连。
2.根据权利要求1所述的一种可双向发电的海洋温差能发电装置，其特征在于：在所述相变材料腔室内设置有若干导热金属孔板，导热金属孔板固定连接在换热罐罐体内表面，若干导热金属孔板沿换热罐罐体内表面周向均布设置。
3.根据权利要求1所述的一种可双向发电的海洋温差能发电装置，其特征在于：在所述储油罐的罐体顶部设置有防油透气膜，储油罐罐体的内部空间通过防油透气膜与储油罐罐体的外部空间进行封隔；在所述防油透气膜下方设有液压油止漏孔板，在防油透气膜上方周向设有液压油止漏环。
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