CN113757486B - 安装于船舶的海洋热能转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种安装于船舶的海洋热能转换装置，属于新能源发电技术领域，本装置包括浮式OTEC发电平台，浮式OTEC发电平台设于驳船上，浮式OTEC发电平台包括闪蒸器和冷凝器，闪蒸器的蒸汽出口端通过管道连接有透平，透平连接有发电机，透平还通过管道与冷凝器连接，闪蒸器连接有表层海水抽进管和表层海水排放管，其中表层海水抽进管连接有泵体，闪蒸器内部抽真空处理，冷凝器连接有深层海水进管和深层海水排放管，其中深层海水进管连接有泵体，本发明解决了传统排水管容易受海洋风浪影响，被生物撕咬等问题，延长排水管的使用寿命，并在获取利益与保护生物安全中达到可靠平衡。

Description

安装于船舶的海洋热能转换装置
技术领域
本发明属于新能源发电技术领域，更具体地涉及一种安装于船舶的海洋热能转换装置。
背景技术
海洋表层温度较高，而深处则温度较低。海洋热能就是以这种温度差的形式存在于海洋中。在大部分热带和亚热带海区，表层水温和1000m深处的水温相差20℃以上，这是热能转换所需要的最小温差。海洋热能发电在理论上的最大转换效率是相当低的。温差20℃时，转换效率只有6.8％，温差27℃时只有9％。
而且我国海洋热能资源99％集中在南海海域内。而台湾岛的东侧海岸和南部海域，西沙群岛周围的海域，以及中沙群岛周围海域等地，开发条件好，宜在这些地区优先建立小型实验电站。在我国辽阔的南海南部海域内建立OTEC电站，除去有经济价值之外，还有深远的军事价值，对保卫我国南疆海域，将可提供取之不尽的能源，而这个地区的能源极为缺乏。
随着开发技术的不断提高和经济性的不断改善，OTEC的开发利用，预计将由当前的100千瓦小规模电站，进入1万千瓦的中等规模，最后建成10—100万千瓦的大规模电站，成为人类一项取之不尽的新能源。
但是OTEC操作所需的水量很大，而且传统的OTEC排水管单纯考虑商业性、利益化，大多只采用直径大的管体，以此达到快速排水的目的，而且将大直径管悬挂在离岸结构上存在稳定性、连接以及构造方面的挑战。
另外，悬挂在动态的海洋环境中的、具有显著的直径长度比的管会沿着管的长度而遭受温差以及变化的洋流，诸如波浪作用等表面影响引起了关于排水管的进一步挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海洋热能转换装置，解决传统排水管容易受海洋风浪影响，被生物撕咬等问题，延长排水管的使用寿命，并在获取利益与保护生物安全中达到可靠平衡。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
海洋热能转换装置，包括：
驳船，
浮式OTEC发电平台，浮式OTEC发电平台设于驳船上，浮式OTEC发电平台包括闪蒸器和冷凝器，闪蒸器的蒸汽出口端通过管道连接有透平，透平连接有发电机，透平还通过管道与冷凝器连接，
闪蒸器连接有表层海水抽进管和表层海水排放管，其中表层海水抽进管连接有泵体，闪蒸器内部抽真空处理，
冷凝器连接有深层海水进管和深层海水排放管，其中深层海水进管连接有泵体，
深层海水排放管排出端口与设置在驳船下方海域内的立管连通，立管底部与设置在海床的固定歧管连通，固定歧管铺设在海床上且沿海床铺设水平高度递减，固定歧管和立管均使用排水管作为连通管体。
本案通过第一步先将闪蒸器的内部进行真空处理，确保内部保持低压状态，打开泵体使表层海水通过表层海水抽进管进入到闪蒸器内，水体进行蒸发产生能量，利用水体蒸发的能量驱动其喷嘴做功，以此推动透平工作并带动发电机工作产生电能；透平内做功完成的蒸汽进行排出，为保护海体，降低蒸汽温度，不致于对原生态海洋产生影响，泵体开启，深层海水通过深层海水排进管进入冷凝管，排出的蒸汽与海洋深层水体在此处进行混合实现降温并通过深层海水排出管排入海洋中。形成一个循环，无限产生电力供应能源。有利于保护生态，考虑经济利益的同时确保生态安全。
混合液通过深层海水排放管下方的立管，立管沿着海底水平高度递减，合理利用地势让水流从上往下顺势而流。
根据本发明一实施方式，排水管包括波纹管，波纹管外部螺旋缠绕绑带，缠绕有绑带的波纹管构成第一管体，第一管体外侧套设有第二管体，第二管体与第一管体之间设有降温橡胶。
本案中考虑到冬天海水温度降低，绑带具备防水性，防水的绑带包裹第一管体，隔离冰冷海水直接接触第一管体；包围均密，使第一管体受温温差小，起良好保温效果，不致使第一管体外部温度过低影响其使用寿命。
螺旋绑带设置在隔温橡胶和第一管体之间能够实现在保温的同时，还可兼具隔音效果，减少对海洋生物的噪音影响，水流流过管体实现震动，绑带层层包围减少震动传达，有效实现隔音。
且充填波纹管状的第一管体外侧波纹管峰隙提高装配紧实度以及提供适当的装配压力，保证波纹管整体抗压形变效果，特别是在外物撕咬排水管的情况下，能够利用绑带填充第一管体外部峰隙的结构来使外部物体撕咬排水管时，由第二管体和隔温橡胶向内传递的压力由绑带传递至第一管体各处，即将嘶咬点的受力分散，促使第一管体受压变扁而不是被压力挤压破裂。在嘶咬力消失后，管内水体的冲击有助于管体恢复其结构形状。
根据本发明一实施方式，排水管的波纹管内部，间隔布设有与其同轴心的弹性变形管，弹性变形管外侧壁中部与波纹管内壁固接，弹性变形管两侧管体能够伸缩移动且两侧管体分别连接有导流柔性件。
导流柔性件包括与波纹管同轴线的柔性轴体，柔性轴体侧方环绕布设柔性叶板，柔性叶板与弹性变形管管口壁面固接。
海底地势比较陡峭的地方，水流流速变快，会导致流体压强过强，对第一管体的内壁产生压强，减少管体寿命，或致使管体破裂，利用弹性变形管和导流柔性件可以有效减缓第一管体内部水体流动速度。在海底斜率较大的地方，水流速度会较快，此时管体收到压力扩张，弹性变形管受管体牵制拉伸向外移动，因导流柔性件与弹性变形管有连接，导流柔性件受到拉力减缓转动，对水流形成阻碍，减缓第一管体内水流流速，进而减缓排出水体流速，降低其对排出水体空间范围内的水体生物影响与对管体的冲击；
且弹性变形管和导流柔性件对第一管体起到柔性支撑，提高其被外部撕咬或破坏的能力；
弹性变形管和导流柔性件相互配合作用，有助于管内水体通过两者时产生水体紊流，进而促进水体中的气体析出，一则有助于排出水体的排出口，因水体中气体析出，从而使排出水体流速变缓，二则析出气体后气体在水体中形成气泡，气泡在第一管体内因浮力向管体内运动，与管壁发生碰撞发生爆破，产生清洗第一管体内壁的效果；气泡逃出排水管后，会因为水体压力冲击附着在排水管外壁，附着冲击过强时气泡发生爆破，利用气泡破裂冲击力，可以分离排水管外壁污垢。
根据本发明一实施方式，排水管外部套设有与其轴线垂直的第一板体，第一板体下方的排水管套设有第二板体，第一板体与排水管固接，第二板体与排水管滑动连接，第二板体侧方设有开孔，且第二板体的开孔下方设有重块，重块通过连接绳体与第一板体侧方底面连接。
第二板体与第一板体的相对面上分别设有滑动轨，滑动轨上配设有滑轮，第二板体与第一板体上的滑轮之间通过绳体连接。
本案中排水管在海洋中易受海洋风浪、潮汐等的影响，水体扰动对导致管体波动，重块压力的牵制可以减少风浪对排水管造成的晃动，使排水管在水中的稳定性得到提升；
重块中心有“十字形”通孔，有助于防止或避免被外物咬合；
水流经过第二板体以及配重块上的通孔，可以形成分流，流体有利于干扰其附近生物正常游动，避免生物的靠近，也避免生物附着；
第一板体与排水管固接，第二板体与排水管滑动连接，第二板体与第一板体上的滑轮之间通过绳体连接，绳体一端连接第一板块的滑轮中间，另一端连接第二板块的滑轮之间，绳体经过水体的受力拉扯在滑轮之间进行位移移动，且滑轮在滑动轨上进行移动，长度一定的绳体从而实现控制第一板块与第二板块之间的滑移。
根据本发明一实施方式，深层海水进管中段处吊接有浮于水面或半悬浮于水体中的系泊浮筒，系泊浮筒设于驳船四周，能够实现抵抗飓风以及降低风流引起设备震动或分离的作用，维护设备工作稳定性。
发电机连接有传送电缆，传送电缆与陆基上的蓄电池连接，海域内的传送电缆上通过浮力箍连接有虚拟浮筒，方便快速定位。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明解决了解决传统排水管容易受海洋风浪影响，被生物撕咬等问题，延长排水管的使用寿命，并在获取利益与保护生物安全中达到可靠平衡。
2.本案中考虑到冬天海水温度降低，绑带具备防水性，防水的绑带包裹第一管体，隔离冰冷海水直接接触第一管体；包围均密，使第一管体受温温差小，起良好保温效果；绑带与降温橡胶产生摩擦并加紧两者密接，适量增加管体内温度，不致使第一管体外部温度过低影响其寿命；螺旋绑带设置在隔温橡胶和第一管体之间能够实现在保温的同时，还可兼具隔音效果，减少对海洋生物的噪音影响，水流流过管体实现震动，绑带层层包围减少震动传达，实现隔音效果。
3.本案中设计了弹性变形管与导流柔性件，两者相互配合作用，可有效减缓排水管内水流流速。海底海床高低不平，在斜率较大的地方，水流速度会较快，此时管体收到压力扩张，弹性变形管受管体牵制拉伸向外移动，因导流柔性件与弹性变形管有连接，导流柔性件受到拉力减缓转动，对水流形成阻碍，减缓第一管体内水流流速，进而减缓排出水体流速，降低其对排出水体空间范围内的水体生物影响与对管体的冲击。
附图说明
图1是OTEC发电平台的端视图；
图2是OTEC发电平台的平面图；
图3临岸边OTEC发电平台的示意图；
图4是安装于驳船的OTEC发电平台的系泊系统和冷水管构造的立体图；
图5是相关联的电缆系泊系统的侧视图；
图6为排水管的整体示意图；
图7为弹性变形管、导流柔性件等结构示意图；
图8为排水管的结构示意图；
图9为波形管、绑带等部件结构示意图。
附图标号：100-排水管；102-第一管体；103-绑带；104-波纹管；105-降温橡胶；106-第二管体；107-滑轮；108-滑动轨；2-导流柔性件；3-弹性变形管；4-连接头；5-柔性叶板；6-第一板体；7-第二板体；8-连接绳体；9-重块；10-浮式OTEC发电平台；11-驳船；12-固定歧管；13-闪蒸器；14-冷凝器；131-表层海水抽进管；132-表层海水排放管；141-深层海水抽进管；142-深层海水排放管；15-系泊线；16-系泊浮筒；17-引入排出管道；18-冷水引入钟口；19-立管；20-浮力箍；21-传送电缆；22-虚拟浮筒；23-管道；24-透平；25-发电机；26-泵体。
具体实施方式
以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：
实施例1：
参见说明书附图1-3所示，海洋热能转换装置，包括：
驳船11，
浮式OTEC发电平台10，浮式OTEC发电平台10设于驳船11上，浮式OTEC发电平台10包括闪蒸器13和冷凝器14，闪蒸器13的蒸汽出口端通过管道23连接有透平24，透平24连接有发电机25，透平24还通过管道23与冷凝器14连接，
闪蒸器13连接有表层海水抽进管131和表层海水排放管132，其中表层海水抽进管131连接有泵体26，闪蒸器13内部抽真空处理，
冷凝器14连接有深层海水进管141和深层海水排放管142，其中深层海水进管141连接有泵体26，
深层海水排放管142排出端口与设置在驳船10下方海域内的立管19连通，立管19底部与设置在海床的固定歧管12连通，固定歧管12铺设在海床上且沿海床铺设水平高度递减，固定歧管12和立管19均使用排水管100作为连通管体。
深层海水进管141的进水口连接有冷水引入钟口18，冷水引入钟口18设于海床上且水平高度位置低于固定歧管12出水口。
本案通过第一步先将闪蒸器13与发电机25的内部进行真空处理，确保内部保持低压状态，打开泵体26使表层海水通过表层海水抽进管131进入到闪蒸器13内，水体进行蒸发产生能量，利用水体蒸发的能量驱动其喷嘴做功，以此推动透平24工作并带动发电机25工作产生电能；透平24内做功完成的蒸汽进行排出，为保护海体，降低蒸汽温度，不致于对原生态海洋产生影响，泵体开启，深层海水通过深层海水抽进管141进入冷凝管14，排出的蒸汽与海洋深层水体在此处进行混合实现降温并通过深层海水排放管142排入海洋中。形成一个循环，无限产生电力供应能源。有利于保护生态，考虑经济利益的同时确保生态安全。
混合液通过深层海水排放管142下方的立管19进入沿海床铺设，且水平高度递减，合理利用地势让水流从上往下顺势而流。
参见说明书附图8-9所示，排水管100包括波纹管104，波纹管104外部螺旋缠绕绑带103，缠绕有绑带103的波纹管104构成第一管体102，第一管体102外侧套设有第二管体106，第二管体106与第一管体102之间设有降温橡胶105。
本案中考虑到冬天海水温度降低，绑带103具备防水性，防水的绑带103包裹第一管体102，隔离冰冷海水直接接触第一管体102；包围均密，使第一管体102受温温差小，起良好保温效果；绑带103与降温橡胶105产生摩擦并加紧两者密接，适量增加管体内温度，不致使第一管体102外部温度过低影响其寿命。
螺旋绑带103设置在隔温橡胶105和第一管体102之间能够实现在保温的同时，还可兼具隔音效果，减少对海洋生物的噪音影响，水流流过管体实现震动，绑带103层层包围减少震动传达，有效实现隔音。
且充填波纹管104状的第一管体外侧波纹管104峰隙提高装配紧实度以及提供适当的装配压力，保证波纹管104整体抗压形变效果，特别是在外物撕咬排水管100的情况下，能够利用绑带102填充第一管体102外部峰隙的结构来使外部物体撕咬排水管100时，由第二管体106和隔温橡胶105向内传递的压力由绑带103传递至第一管体102各处，即将嘶咬点的受力分散，促使第一管体102受压变扁而不是被压力挤压破裂。在嘶咬力消失后，管内水体的冲击有助于管体恢复其结构形状。
参见说明书附图7所示，排水管100的波纹管104内部间隔布设有与其同轴心的弹性变形管3，弹性变形管3外侧壁中部与波纹管104内壁固接，弹性变形管3两侧管体能够伸缩移动且两侧管体分别连接有导流柔性件2。
导流柔性件2包括与波纹管104同轴线的柔性轴体，柔性轴体侧方环绕布设柔性叶板5，柔性叶板5与弹性变形管3管口壁面固接。
流速过快，会导致流体压强过强，对第一管体102的内壁产生压强，减少管体寿命，或致使管体破裂，利用弹性变形管3和导流柔性件2可以有效减缓第一管体102内部水体流动速度。在海底斜率较大的地方，水流速度会较快，此时管体收到压力扩张，弹性变形管3受管体牵制拉伸向外移动，因导流柔性件2与弹性变形管3有连接，导流柔性件2受到拉力减缓转动，对水流形成阻碍，减缓第一管体102内水流流速，进而减缓排出水体流速，降低其对排出水体空间范围内的水体生物影响与对管体的冲击；
且弹性变形管3和导流柔性件2对第一管体102起到柔性支撑，提高其被外部撕咬或破坏的能力；
弹性变形管3和导流柔性件2的相互配合作用，有助于管内水体通过两者时产生水体紊流，进而促进水体中的气体析出，一则有助于排出水体的排出口，因水体中气体析出，从而使排出水体流速变缓，二则析出气体后气体在水体中形成气泡，气泡在第一管体102内因浮力向管体内运动，与管壁发生碰撞发生爆破，产生清洗第一管体102内壁的效果；气泡逃出排水管100后，会因为水体压力冲击附着在排水管100外壁，附着冲击过强时气泡发生爆破，利用气泡破裂冲击力，可以分离排水管100外壁污垢。
参见说明书附图6所示，排水管100外部套设有与其轴线垂直的第一板体6，第一板体6下方的排水管100套设有第二板体7，第一板体6与排水管100固接，第二板体7与排水管100滑动连接，第二板体7侧方设有开孔，且第二板体7的开孔下方设有重块9，重块9通过连接绳体8与第一板体6侧方底面连接。
第二板体7与第一板体6的相对面上分别设有滑动轨108，滑动轨108上配设有滑轮107，第二板体7与第一板体6上的滑轮107之间通过绳体连接。
本案中排水管100在海洋中易受海洋风浪、潮汐等的影响，水体扰动对导致管体波动，重块压力的牵制可以减少风浪对排水管100造成的晃动，使排水管100在水中的稳定性得到提升；
重块9中心有“十字形”通孔，有助于防止或避免被外物咬合；
水流经过第二板体7以及重块9上的通孔，可以形成分流，流体有利于干扰其附近生物正常游动，避免生物的靠近，也避免生物附着；
第一板体6与排水管100固接，第二板体7与排水管100滑动连接，第二板体7与第一板体6上的滑轮107之间通过绳体连接，绳体一端连接第一板块6的滑轮107中间，另一端连接第二板块7的滑轮107之间，绳体经过水体的受力拉扯在滑轮107之间进行位移移动，且滑轮107在滑动轨108上进行移动，长度一定的绳体从而实现控制第一板块6与第二板块7之间的滑移。
以上的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.海洋热能转换装置，包括：
驳船(11)，
浮式OTEC发电平台(10)，所述浮式OTEC发电平台(10)设于所述驳船(11)上，所述浮式OTEC发电平台(10)包括闪蒸器(13)和冷凝器(14)，所述闪蒸器(13)的蒸汽出口端通过管道(23)连接有透平(24)，所述透平(24)连接有发电机(25)，所述透平(24)还通过管道(23)与冷凝器(14)连接，
所述闪蒸器(13)连接有表层海水抽进管(131)和表层海水排放管(132)，其中所述表层海水抽进管(131)连接有泵体(26)，所述闪蒸器(13)内部抽真空处理，
所述冷凝器(14)连接有深层海水进管(141)和深层海水排放管(142)，其中所述深层海水进管(141)连接有泵体(26)，
其特征在于，所述深层海水排放管(142)排出端口与设置在驳船(11)下方海域内的立管(19)连通，所述立管(19)底部与设置在海床的固定歧管(12)连通，所述固定歧管(12)铺设在海床上且沿海床铺设水平高度递减，所述固定歧管(12)和立管(19)均使用排水管(100)作为连通管体；
所述排水管(100)包括波纹管(104)，所述波纹管(104)外部螺旋缠绕绑带(103)，缠绕有绑带(103)的波纹管(104)构成第一管体(102)，所述第一管体(102)外侧套设有第二管体(106)，所述第二管体(106)与第一管体(102)之间设有降温橡胶(105)；
所述深层海水进管(141)的进水口连接有冷水引入钟口(18)，所述冷水引入钟口(18)设于海床上且水平高度位置低于固定歧管(12)出水口；
所述深层海水进管(141)中段处吊接有浮于水面或半悬浮于水体中的系泊浮筒(16)，所述系泊浮筒(16)设于驳船(11)四周；
其中，所述系泊浮筒(16)下方连接有系泊线(15)；
所述驳船(11)四周布设有系泊线(15)；
所述排水管(100)的波纹管(104)内部间隔布设有与其同轴心的弹性变形管(3)，所述弹性变形管(3)外侧壁中部与波纹管(104)内壁固接，所述弹性变形管(3)两侧管体能够伸缩移动且两侧管体分别连接有导流柔性件(2)。
2.根据权利要求1所述的海洋热能转换装置，其特征是：所述导流柔性件(2)包括与波纹管(104)同轴线的柔性轴体，所述柔性轴体侧方环绕布设柔性叶板(5)，所述柔性叶板(5)与弹性变形管(3)管口壁面固接。
3.根据权利要求2所述的海洋热能转换装置，其特征是：所述排水管(100)外部套设有与其轴线垂直的第一板体(6)，所述第一板体(6)下方的排水管(100)套设有第二板体(7)，所述第一板体(6)与排水管(100)固接，所述第二板体(7)与排水管(100)滑动连接，所述第二板体(7)侧方设有开孔，且所述第二板体(7)的开孔下方设有重块(9)，所述重块(9)通过连接绳体(8)与第一板体(6)侧方底面连接。
4.根据权利要求3所述的海洋热能转换装置，其特征是：所述第二板体(7)与第一板体(6)的相对面上分别设有滑动轨(108)，所述滑动轨(108)上配设有滑轮(107)，所述第二板体(7)与第一板体(6)上的滑轮(107)之间通过绳体连接。
5.根据权利要求4所述的海洋热能转换装置，其特征是：所述发电机连接有传送电缆(21)，所述传送电缆(21)与陆基上的蓄电池连接，所述海域内的传送电缆(21)上通过浮力箍(20)连接有虚拟浮筒(22)。
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