CN1192260A - 海洋热能转换系统 - Google Patents

Abstract

一种海洋热能转换系统(400),包括脱盐子系统和为其提供动力的发电子系统,脱盐子系统包括将温海水蒸发成水汽的闪蒸器(406)和利用冷海水将水汽冷凝成淡水的第一冷凝器(412)。发电子系统包括利用温海水将工作流体蒸发成工作蒸汽的工作流体蒸发器(418)、用工作蒸汽作为动力的汽轮机—发电机(422),以及利用冷海水将工作蒸汽冷凝成液体的第二冷凝器(416)。

Description

海洋热能转换系统

本发明涉及一种改进的海洋热能转换(OTEC)系统。

                    发明背景

常规的海洋热能转换(OTEC)系统通常分为三类：1.图1中所示的用于发电的闭合循环OTEC系统；2.图2中所示的首先用于发电其次用于生产淡水的开式循环OTEC系统200；3.图3中所示的首先用于发电其次用于生产脱盐水的混合循环OTEC系统300。下面详细讨论这三种常规的OTEC系统。

如图1中所示，液泵102将闭合循环中所含的工作流体泵入蒸发器104，在该处将吸入温水的热量从温水转移到工作流体中以产生工作流体蒸汽。流出蒸发器104的温水排入海中。工作流体蒸汽进入汽轮发电机106以便通过常规技术发电。工作流体蒸汽流出汽轮发电机106并冷凝在冷凝器108中，用冷海水作为吸热物质。然后将冷凝的工作流体反馈到进给泵中，以完成闭合循环。

图2中所示的开式OTEC系统200包括一个用于吸入温海水和输出水汽的闪蒸器202。其次，泵204泵抽从闪蒸器202排出的温海水。从闪蒸器202输出的水汽输入汽轮机206，后者连接发电机208以通过常规技术发电。水汽流出汽轮机而进入冷凝器210。常规的开式循环OTEC系统200使用表面冷凝器和直接接触冷凝器。表面冷凝器使两种流体(海水和纯水)分离而直接接触冷凝器并不分离。在常规的开式循环OTEC系统200中流出汽轮机206的水汽大部分进入一个直接接触冷凝器以便发电。常规的开式循环OTEC系统200使用一表面冷凝器，以冷凝由汽轮机206产生的水汽中的小部分成为淡水，用冷海水作为吸热物质。冷海水排出物用泵212从冷凝器210泵出。不凝物排出系统212除去不凝气体和一部分从汽轮机206输出的水汽。在上述开式OTEC系统200中，利用汽轮机206和发电机208发电是主要产品而从冷凝器210输出脱盐淡水是次要产品。

图3中所示的混合循环OTEC系统300包括一个蒸发系统302，温海水输入该系统中，其中小部分蒸发入真空闪蒸器304。蒸汽冷凝在氨蒸发器306上，后者含有从泵308来的氨液。从闪蒸系统302来的蒸汽冷凝在氨蒸发器306上，产生脱盐水。氨蒸汽输入氨汽轮机/发电机310，以便用常规技术发电。然后将氨蒸汽冷凝在氨冷凝器312中。再冷凝的氨再循环到泵308中，以完成混合循环OTEC系统300中的闭合部分。

上述闭合循环和开式循环OTEC系统均使用独立的蒸发器和冷凝器。其次上述混合循环OTEC系统使用常规的蒸发系统302。本申请的改进的OTEC系统与上述三个系统相比，包括一种新颖的组合式蒸发器/冷凝器。该组合式蒸发器/冷凝器还包括多个蒸发器喷口和一个消雾器。本中请的OTEC系统还在每个蒸发喷口上方维持一恒定的低压。本申请的OTEC系统同时产生淡水作为主要产品。本申请的OTEC系统只发出足够的电作为次要产品，来操作OTEC系统本身。

                     发明概要

本发明的一个目的是提供一种改进的海洋热能转换(OTEC)系统。

本发明的另一目的是提供一种混合式海洋热能转换(OTEC)系统，该系统接受温海水，在接受的温海水的自然深度处蒸发工作流体以产生工作蒸汽，从工作蒸汽产生能量，将冷海水向上推到接受的温海水的自然深度，并利用该冷海水冷凝工作蒸汽。

本发明的又一目的是提供一种混合式OTEC系统，该系统接受温海水，用接受的温海水蒸发工作流体以产生工作蒸汽，从工作蒸汽产生能量，使水源分解为氢气和氧气，接受氢气而用于发电，并接受氧气而使煤气化以产生甲烷。

本发明的这些目的是通过提供一种包括能量产生装置和泵抽装置的混合式海洋热能转换(OTEC)系统来完成的，该能量产生装置用于接受温海水，在接受的温海水的自然深度处蒸发工作流体以产生工作蒸汽，并以工作蒸汽产生能量；而该泵抽装置用于将冷海水向上推到接受的温海水的天然深度，并用该冷海水冷凝工作蒸汽。

本发明的这些目的是进一步通过提供一种包括能量产生装置、水的分解装置、氢燃烧装置和煤气化装置的混合式海洋热能转换(OTEC)系统来完成的，该能量产生装置用于接受温海水，利用接受的温海水来蒸发工作流体以产生工作蒸汽并从该工作蒸汽产生能量；该水的分解装置用所述能量产生装置产生的能量驱动，用于分解水源成为氢气和氧气；该氢燃烧装置用于接受氢气并用于发电；而该煤气化装置用于接受氧气并用于使煤气化以产生甲烷。

从后面给出的详细描述更容易明白本发明的这些和其它目的。但是，应当理解，虽然指明了本发明的优选实施例，这些详细描述和特定例子却只作为举例说明，因为对于该技术的熟练人员来说，显然在本发明的精神和范围内可从这些描述作出许多变化和修改。

                  附图简述

从下面给出的详细描述和附图可以更充分地理解本发明，这些描述和附图仅用于举例说明，因而并不限制本发明，附图中：

图1例示一种常规的闭合循环OTEC系统；

图2例示一种常规的开式循环OTEC系统；

图3例示一种常规的混合循环OTEC系统；

图4(a)和4(b)例示本发明的改进的OTEC系统的优选实施例；

图5(a)例示支承图4(a)和4(b)中例示的改进的OTEC系统的平台；

图5(b)从透视的蒸发器例示平台和蒸发器/冷凝器；

图5(c)从透视的冷凝器例示平台和蒸发器/冷凝器；

图6(a)例示图4(a)和4(b)中例示的OTEC系统用的新颖组合式蒸发器/冷凝器的一个实施例；

图6(b)至6(d)例示三个收集用于放出不凝气体的籽气泡的替代方案；

图7例示图4(a)和4(b)中例示的OTEC系统用的新颖组合式蒸发器/冷凝器的另一个实施例；

图8例示图4(a)和4(b)中例示的OTEC系统中使用的水池系统；

图9例示本发明的一个实施例中的图4(a)的消雾器；

图10例示图4(b)中例示的能量产生系统的另一实施例；

图11例示氨蒸发器子系统的蒸发器模板；

图12和13例示图11的蒸发器模板的单个蒸发部件；

图14和15例示图10中例示的能量产生系统的发电子系统；

图16例示一种抗变形增强件；

图17例示一种氨冷凝器子系统的冷凝器模板；

图18和19例示图16的冷凝器模板的单个冷凝部件；

图20例示本发明的改进的OTEC系统的另一实施例；

图21(a)和21(b)更详细地例示图20的实施例；

图22例示图20的氨蒸发器/水汽冷凝器；

图23例示图20的5个子系统；

图24更详细地例示图23的氨蒸发子系统、发电子系统和混合子系统；

图25例示本发明的改进的OTEC系统的另一实施例；

图26例示与图25中例示的实施例组合使用的水分解系统、氢气燃烧系统和煤气化系统；

图27例示图4(a)和4(b)中例示的OTEC系统用的新颖组合式蒸发器/冷凝器的第二实施例；

图28是图27中例示的蒸发器/冷凝器的另一视图；

图29以另一优选实施例例示本发明的改进的OTEC系统；

图30例示一种挠性纤维管的轴向图；

图31和32例示图10中例示的挠性纤维管优选实施例中使用的钢索网格；

图33以本发明的一种优选实施例例示图30中例示的组装和部署挠性纤维管用的技术；

图34例示树脂密封件和连接环，它们连接图10中例示的挠性纤维管的区段。

                   优选实施例详述

图4(a)和4(b)以优选实施例形式例示本发明的改进的海洋热能转换(OTEC)系统400。该OTEC系统400产生每天300万加仑的水和2.0兆瓦的总电力。这2.0兆瓦的电力用作图4(a)和4(b)中例示的OTEC系统400的动力，因此，本申请的OTEC系统400产生的净电力为零兆瓦。本申请的OTEC系统的各种部件做成这样的尺寸，使得淡水的加仑数尽可能大而产生的电量足以作为OTEC系统400的动力。

如图4(a)和4(b)中所示，本申请的OTEC系统400包括用于每分钟泵抽2,500,000磅温海水的温海水泵抽系统402。温海水泵抽系统402由6根内径4.83英寸的管子供水，每根管子长300英尺。从温海水泵抽系统402流出的80 °F温海水被分流，每分钟1,780,000磅流向闪蒸器406，而每分钟720,000磅流向氨蒸发器412。温海水在保持压力0.325psi的闪蒸器406处进入蒸发器/冷凝器404。温海水通过若干闪蒸器喷口408受到闪蒸。温度为69.6°F的温水排出物和压力小于或等于0.325psi的水汽流出闪蒸器406。水汽以每分钟17,500磅的速率输入消雾器410，而流出消雾器410的水汽以大于或等于0.275psia的压力流出。该蒸汽输入表面积为500,000平方英寸的淡水冷凝器412。

温度为42.9°F的冷海水以每分钟1,260,000磅的速率进入淡水冷凝器412的管子。这股冷海水由冷海水泵抽系统414提供，后者通过6根内径为4.83英尺的管子每分钟抽入1,920,000磅冷海水，每根管子长7000英尺。淡水冷凝器412以每分钟17,500磅的速率产生温度为61°F的脱盐淡水，同时产生温度为58.6°F的冷海水排出水流。流出淡水冷凝器412的淡水是本申请的改进的OTEC系统400的主要产品。

如上所述，图4(a)例示从本申请的OTEC系统400产生脱盐淡水所需的每个部件。相反，本申请的图4(b)例示产生足够电力作为OTEC系统400的动力的所需部件。

温海水泵抽系统每分钟抽入2,500,000磅温海水而每分钟输出1,780,000磅温海水到闪蒸器406中。余下的每分钟720,000磅温海水在80°F的温度下输入到氨蒸发器418中。

同样，冷海水泵抽系统414以每分钟1,920,000磅的速率接受冷海水而每分钟输出1,260,000磅冷海水到淡水冷凝器412中。

余下的660,000磅冷海水在42.9°F的温度下输入氨冷凝器416。从温海水泵抽系统402来的温海水输入到氨蒸发器418中，后者具有170,000平方英尺的表面积。

温海水加热在压力129.5psia下通过氨泵420泵抽的液态氨，以产生氨蒸汽和74.1℃温度下的温水排出物。氨蒸汽在每分钟7,160磅氨蒸汽的速率下输入汽轮机422，以便产生2.0兆瓦的总电力。流出汽轮机422的氨蒸汽输入到氨冷凝器416中，后者也具有170,000平方英尺的表面积。

从冷海水泵抽系统414来的冷海水也输入氨冷凝器416，后者输出温度为48.7。F的冷水排出物和压力为94psia的液态氨。该液态氨再循环返回氨泵420中，以便完成闭合循环的氨通路。

图4(a)和4(b)中描述的OTEC系统由图5(a)中的平台500支承。平台500包括两个甲板502和504，还包括一个护套506，后者包括所有在甲板504下方的结构。护套506延伸在水表面上方约30英尺。护套506有六个支腿，其中两个支腿508和510示于图5(a)。这些支腿可以罩住4.83英尺内经的管子，后者从2700英尺的深度向冷海水泵抽系统414提供冷海水。图5(a)还例示四个蒸发器/冷凝器400，虽然该数目可以随淡水所需量而变化。吸入温海水的管子512向下延伸不到100英尺并给四个蒸发器/冷凝器404供水。

图5(b)例示平台500、温海水泵抽系统402、蒸发器/冷凝器404(从透视的蒸发器)、温海水排出系统514和不凝物除去系统516。如图5(b)中所示，每个闪蒸器406包括十五个闪蒸器喷口408。

图5(b)还例示一个籽气泡发生系统518。图5(b)还例示两个替换的能量回收涡轮520和522，每个涡轮包括一个涡轮叶片系统524，用于从排出的温海水提取动力。在能量回收涡轮520中，温水排出物转动涡轮轴526而轴526转动直角齿轮箱528，后者连接在温海水泵抽系统402的泵上，由此向泵提供辅助动力。在能量回收涡轮522中，温水排出物转动涡轮轴530，后者连接在发电机532上。由发电机532产生的电用于OTEC系统400中任何需要的地方，以减少能量消耗。

图5(c)从冷凝器观点例示蒸发器/冷凝器404和冷海水泵抽系统414。冷海水进入冷海水泵抽系统414的泵531。然后将冷海水泵入入口歧管533，后者通过淡水冷凝器412的多个冷凝管538分配冷海水。冷海水通过出口歧管534和冷海水排出管流出淡水冷凝器412。能量回收涡轮522安置在冷海水排出管中，其作用与图5(b)中能量回收涡轮522相同。水汽冷凝在多个冷凝管538的外表面上。冷凝的水汽进入漏斗形收集口536，然后泵上海岸。不凝气体和一部分未凝水汽输入真空系统540，后者压缩混合物而冷凝原先未冷凝的水汽并将不凝气体排入大气或排入温海水排出物或冷海水排出物。一部分冷海水通过管子542输入真空系统，以帮助冷却该过程。

如图6(a)中所示，下面更详细地描述图4(a)中例示的蒸发器/冷凝器404。闪蒸器406、消雾器410、淡水冷凝器412和预脱气室602被罩在蒸发器/冷凝器壳体600内。从温海水泵抽系统402来的温海水输入预脱气室602中。在预脱气室602中，从温海水中除去不凝气体，然后通过真空系统540将不凝气体或是返回温海水排出管622中或是返回海洋或大气中。

温海水从预脱气室602经过闪蒸器喷口408通到闪蒸器406，由此在闪蒸器406内产生水蒸汽和雾。流量控制阀71。控制流入闪蒸器406的温海水流量。消雾器410在形体上连接蒸发器/冷凝器外壳600和间隔壁606，并分开闪蒸器406和淡水冷凝器412。

消雾器410将雾截留在闪蒸器侧面只允许水蒸汽通过，使得水蒸汽可以冷凝在淡水冷凝器412中。淡水冷凝器412包括多个冷凝管538，而冷凝的水蒸汽以每分钟17,500磅的速率收集，如上面相对于图4(a)讨论的。

为了努力减少通过真空系统540排出的不凝气体的量，使用一个预脱气室602。籽气泡形成在预脱气室602中进一步发生不凝气体用的催化剂。这些籽气泡可以从温海水吸入物、温海水排出物或从大气中收集。这三种替代方案示于图6(a)中。

为了从温海水吸入物中收集籽气泡，温海水通过节流区段612然后进入预脱气室602。在节流区段612中，由于直径限制而压力降低，产生不凝气体的籽气泡。除了产生籽气泡以外，由于在温海水吸入流中产生一个低压点，节流区段612发生更多的不凝物。

籽气泡也可以通过对大气提供一个带止回阀642的管子来供给。

籽气泡也可以利用图6(b)-(d)中所示的三种技术而从温海水排出物供给。在图6(b)中，温海水出口流管610的直径从D0减为D1，以便在D1紧下游产生停滞区，从而从温水排出物中分离不凝气体的籽气泡。籽气泡由籽气泡管614和籽气泡喷射系统618载带进入预脱气室602。

在图6(c)中例示的另一优选实施例中，在温海水入口流管610中安置一个挡板702，由于该区域中管子的扩大的直径和挡板702的阻挡，产生一个停滞区。分离的不凝气体籽气泡经过籽气泡管614和籽气泡注射系统618输入预脱气室602。

在图6(d)所示的另一优选实施例中，水平管区段704产生一零竖直速度区702，其中不凝气体的天然浮力使其能够从温海水排出物分离，产生籽气泡，后者被收集在区706中。然后籽气泡经过籽气泡管614和籽气泡喷射系统618输入预脱气室602。

预脱气室602的作用是在温海水被引入闪蒸器406之前从温海水中除去尽可能多的不凝气体。从温海水中除去的不凝气体的百分率是三个参数的函数：预脱气室602中的压力，温海水在预脱气室602中经过的时间长度，及预脱气室602的截面积。

图6(a)中例示的预脱气室602还包括挡板616，后者以间接方式将温海水引向闪蒸器喷口408。这延长了温海水处于预脱气室602中的时间。结果，温海水在预脱气室602中有更多的停留时间并引发更多的气泡，这以触发更大比例的不凝气体发生并将其载带到预脱气室602的顶部。

聚集在预脱气室602顶部的不凝气体然后通过不凝气体除去管620除去。然后使用温海水排出物压缩不凝气体，以便可以将其在大气压力下排出，或再吸收到放回海洋或大气中的温海水排出物内。

从预脱气室602除去不凝气体的不凝气体管620用可以竖直移动的延长部624使温水排出管622向下延伸到这样一个深度，使温水排出管622中的压力逐渐增加到小于预脱气室602中的所要压力。以此种方式，除去的可凝气体将从预脱气室602流入温水排出管622。该延长部624可以上下竖直移动，因此可以调整该压力。在温海水中上升的竖直气泡的速度小于下管622中温海水排出物的速度，使得气泡将与排出物流一起向下受力而当水中压力增大时变成受压缩。

图7例示图6(a)的蒸发器/冷凝器404的替代实施例。图7和图6(a)包括许多共同的部件，它们具有相同的标号，其描述在此处省略。预脱气室602位于壳体600的外部和蒸发器喷口408的上方。该构型除去更多的不凝气体，因为温海水在预脱气室602中停留时间更多。预脱气室602体积更大而其高度位于蒸发器喷口408的上方，这提供了对闪蒸器406内部压力的额外控制。

为了将本申请的OTEC系统用于从淡水冷凝器412中连续生淡水，将闪蒸器406中的压力控制在接受0.3psia是重要的。因为闪蒸器406包括多个闪蒸器喷口408，所以同时需要在每个闪蒸器喷口408处保持恒定压力。如果闪蒸器406中的压力远大于0.3psia，那么产生的水汽不足。如果压力远小于0.3，那么水汽不能到达最后一个冷凝器412，而水汽开始累积，使不凝气体的排除被中止。本申请的OTEC系统通常在0.3psia±0.05的压力范围内工作。

本申请的蒸发器/冷凝器404要求相当稳定的流速和压力。为了对闪蒸器406中的压力和通过每个闪蒸器喷口408的压力保持控制，使用一种如图8中例示的构型。温海水入口管610将温海水引入泵402。如果泵402直接连接每个闪蒸器404，那么泵402中的压力变化将直接或相反地影响闪蒸器406中产生的水蒸汽量。这些变化可以使闪蒸器406中的压力变成远离0.3psia，这将如上所述地产生太多或太少的蒸汽。

因此，在本发明的一个实施例中，从每个泵402来的温海水的输出一起送入管子1004，后者送入每个闪蒸器406。静止水池1006和压缩气源1008精细调节闪蒸器406中的压力。

在图9所示的一个优选实施例中，消雾器410是一种三转式人字形消雾器，其中每个壁构件802长9.68英寸而隔开1.5英寸。从闪蒸器406来的水汽和雾输入消雾器410的闪蒸器侧。当混合的水汽和雾流通过消雾器410的人字形壁构件802时，较大的雾滴接触消雾器410的壁构件802并落入闪蒸器406的底部，在该处它们变成温水排出物的一部分。消雾器410使水气能够通过，以致水汽可以冷凝在淡水冷凝器412中。

图10例示一种能量产生系统，该系统是图4(b)的能量产生系统的替代实施例。图10中例示的能量产生系统可以与图4(a)中的脱盐系统结合使用，其中不需要温海水泵抽系统402和冷海水泵抽系统414，这将在下面讨论。

如图10中所示，氨蒸发器子系统418安置在海面以下约75英尺的深度处。该深度的选择取决于天然深度和作为温海水热源的温海水的温度。温海水进入氨蒸发器子系统418并加热由氨输送子系统420的氨液输送机构4201传送的氨液，以产生氨蒸汽和温水排出物。氨蒸汽输入发电子系统422，以便发电。发电子系统422安置在海面上方。流出发电子系统422的氨蒸汽经过氨输送子系统420的氨蒸汽输送机构4202输到氨冷凝器子系统416，氨蒸汽输送机构4202安置在所需冷海水散热物质的天然深度处。在本发明的一种优选实施例中，氨冷凝器子系统416安置在海面下2700英尺的深度处。

在2700英尺深度处的冷海水作为冷海水散热物质输到氨冷凝器子系统416，而氨冷凝器子系统416输出冷海水排出物和氨液。氨液经氨输送子系统420的氨液输送机构4201再循环返回氨蒸发器子系统418，以便完成闭合循环氨通路。

将氨蒸发器子系统418安置在可用于吸入所需温海水的天然深度处，以免去部署许多大海水管的需要并减少将温海水泵入氨蒸汽子系统418所需的能源费用。与从不同深度泵抽水不同，合适深度处的温水仅仅通过氨蒸发器子系统418泵抽。通过在所需的冷海水吸入容易实现的自然深度处安置氨冷凝器子系统416，可以同时降低管道和能量的费用。在图10例示的实施例中，仅仅将氨泵至不同深度，而不是温海水和冷海水。因为氨蒸汽/液体的质量流动速率大大小于温海水或冷海水的质量流动速率，所以仅仅将氨蒸汽/液体泵抽至不同深度可以节省大量能量。

如图10中所示，氨冷凝器子系统416被安置在深水中。氨冷凝器子系统416必须合适地锚定，以承受在这样一个深度处的压力。

如图10中所示，氨蒸发器子系统418安置在海洋表面附件的浅温水中，而发电子系统422安置在海洋表面上方。因为发电子系统422发电，它必须经过电力线连接到海岸的电力分配中心。

如图11中所示，氨蒸发器子系统418从氨输送子系统420的氨液输送机构4201接受氨液，在多个蒸发器模板1100中分配氨液。在一个实施例中，氨蒸发器子系统418包括四个蒸发器模板1100。其次，如图11中，每个蒸发器模板1100包括六个单独的蒸发部件1102，其中分配入氨液。一个单独的蒸发部件1102示于图12中。每个单独的蒸发部件1102氯化进入的温海水，以阻止管子1202内部的生物污染。氨蒸发器子系统418收集蒸发的氨并将其传递给发电子系统422。发电子系统418从氨输送子系统420的氨液输送机构4201接受102,000lbs/min的氨液，并在24个单独的蒸发部件1102中分配氨液。

单个的蒸发部件1102为壳体和管子形，使氨在壳体一侧而自然存在的温海水在管子一侧。每个单独的蒸发部件1102以这样的方式竖直对准，使温海水沿重力方向流动。这有两个目的，第一是温海水入口更接近海洋表面，即处在更浅的水中，这使得海水温度稍大于水平倾斜装置的情况；第二是温海水排出物将比环境海水稍冷，结果，将具有更高密度和因此下沉的倾向。因为最好使排出物这样运动，使其不会用温度冷凝来进一步影响输入的海水，所以迫使较冷的水随其自然物理运动而下沉是有利的。竖直的准直保证这一点实现。

24个单独蒸发部件1102中的每一个具有内径为0.715英寸而外径为0.75英寸的管子1202，圆筒中包括19,000个管子1202，间距约1.25而管子长度为18英尺。其次，壳体1204长18英尺，内径11.2英尺，壁厚大于1英寸，外径约11.4英尺。

海水经过一个位于每个单独蒸发部件1102上的入口锥形体1206进入管子。入口锥形件1206的直径为60英寸，以30度角向下均匀地伸展，到达壳体1204的134.4英寸直径。如上所述，没有海水出口锥形体或歧管，海水排出物简单地向下流入周围环境。

为了便于通过保证充分的水侧对流热传递系数来获得足够的热传递速率，使用海水泵1208。依靠自然对流或不规则的海水流来使海水连续地运动或移动，使热传递系数不可预测或显著低于图12中的强制对流设计。因为总热传递系数与蒸发器表面积成反比，所以海水泵1208对于将管子1202的数目保持在一个合理水平是关键的。

每个单独的蒸发器部件1102要求815,000lbs/min的温海水流动速率。水在约80°F的温度进入而在低3.6 °F或约77.4°F的温度流出1208。海水泵具有大直径，为轴向，具有低水头和高流速，并直接位于入口锥形体1206的前面。每个海水泵1208包括一个电动机，通过适当的电缆连接在发电子系统422上。

进入的温海水可以以两种方法之一氯化。第一种包括一个位于海面或蒸发深度处的分子氯水池1210，它供给沿圆周安置在海水入口锥形体1206周围的氯喷射管1212。以这种方式，流过管子1202进入的温海水具有足够的氯化速率以抑制生物有机体的生长。氯的喷射可以以中等速率如100ppb断续地(如每天1小时)进行，或以较低速率如35至50ppb连续地进行。这些喷射速率取决于管子材料类型、地点位置和年限时间。

氯化进入的温海水的第二方法示于图13并包括一个电解系统1302，该系统使用镀铂的钛阳极1304和钛阴极1306，以电解海水中溶盐的一定百分率，从而形成次氯酸钠，后者在阻止生物污染方面像分子氯一样有效。这样一种电解系统1302也可以如上所述地连续使用或断续使用。

蒸汽化的氯流出每个单独的蒸发部件1102并通过一个钢管网架1004载带到四个五英尺内径的钢管1106之一中。这些管子1106将海面上方的氨蒸汽输送到发电子系统422中。

图14和15中例示的发电子系统422包括七个氨蒸汽汽轮膨胀器1402、七个相应的发电机1404、一个入口歧管系统1406、一个出口歧管系统1408、一个控制中心1410和电力变压器(示未出)。汽轮膨胀器1402从氨蒸汽取得热动能并将其转变为机械能。氨蒸汽作为高压、高焓、完全蒸汽化但饱和的蒸汽进入每个汽轮膨胀器1402，并以较低压力、较低温度和较低焓流出。提取的能量转变成一根引向相应发电机1404之一的轴的转动力。每台发电机1404以常规方式将该机械能转变为电力。电力变化器将产生的电变成一个可以供应给当地电网和需要电的部分OTEC系统即海水泵1208和氨液泵1704(以后叙述)的电压和频率。从七个氨蒸汽汽轮膨胀器1402来的饱和输出蒸汽进入出口歧管系统1408，该系统将饱和的流出蒸汽分配给氨输送子系统420的氨蒸汽输送机构4202。如上面相对于图10所述，氨输送子系统420包括两组管道，即氨蒸汽输送机构4202和氨液输送机构4201。

氨蒸汽输送机构4202将氨蒸汽从发电机系统422带到氨冷凝器子系统416。氨蒸汽输送机构4202包括四个独立的管道，每个输送氨蒸汽流102,000lbs/min的同等的四分之一。每根管道的内径为5英尺，管道用碳钢制成。

管道内部压力保持近似恒定，约为95psia。因为氨蒸汽输送管道延伸到近3,000英尺深度，所以净外部压力非常大。为了防止变形，管壁厚度必须做成当管子延伸愈深而外部静水压变得愈大时管壁逐渐变厚。这些管道的壁厚和区段长度的范围从海面处的1英寸和40英尺变到氨冷凝器子系统416深度处的2.25英寸和10英尺。此外，如图16中所示，在每个碳钢管区段1602上包括一个抗变形增强件1600。

氨液输送机构包括一个单独的管道4201，从冷海水区中的氨冷凝器子系统416延伸到温海水区中的氨蒸发器子系统418。单个管道4201具有2.5英尺的恒定内径，也是用碳钢制成的。与氨蒸汽输送机构4202的管道一样，单一的氨液输送机构4201的管道壁厚和区段长度作为深度的函数而变化，在这种情况下，从氨冷凝器子系统处的1.00英寸和15英尺变到氨蒸汽器子系统418深度处的0.25英寸和40英尺。

氨冷凝器子系统416从氨输送子系统420的氨蒸汽输送机构4202接受氨蒸汽，在图17中所示的多个冷凝器模板1700中分配氨蒸汽。在一个优选实施例中，氨冷凝器子系统416包括四个冷凝器模板1700。其次，如图17中所示，每个冷凝器模板1700包括五个单独的冷凝部件1702，氨蒸汽分配到这些部件中。图18中例示一个单独的冷凝部件1702。每个单独的冷凝部件1702氯化进入的冷海水，以阻止单个冷凝部件1702的管子1802内的生物污染。氨冷凝器子系统416收集氨液并将其经氨输送系统420返回到氨蒸发器子系统418中。

氨冷凝器子系统416从氨输送子系统420的氨蒸汽输送机构4202接受102,000lbs/min的氨蒸汽并沿二十个单独的冷凝部件1702分配氨蒸汽。这些单个的冷凝部件1702为壳体和管子形成，氨在壳体一侧而自然存在的冷海水在管子一侧。每个单独的冷凝部件1702以这样一种方式竖直地对准，使得冷海水对着重力方向流动。这有两个目的，如上面对单个蒸发部件1102所述。第一是海水入口离海面较远，也即在较深的水中。这使得入口冷海水温度稍低于水平倾斜装置。第二，海水排出物温度稍高于周围海水，因此将具有较小密度并有上升的趋势。因为最好除去冷海水排出物并保证其不会进一步影响入口海水的温度，所以按照冷海水排出物的自然物理运动而强制使其上升是有利的。竖直的准直能保证这一点实现。

20个单独冷凝部件1702中的每一个有一根内径为0.695英寸而外径为0.75英寸的管子1802，圆筒中18,000根管子1802具有约1.25的间距和18.0英尺的管子长度。壳线1804也是18英尺长，内径为10.8英尺而外径约11.8英尺。

冷海水经过一个位于每个单独冷凝部件1702下端的入口锥形件1806进入管子1802。入口锥形体1806的直径为60英寸，以30°角均匀延伸，达到壳体1804的直径130.8英寸。如上所述，不存在海水出口锥形体或歧管，冷海水排出物简单地向上流入周围环境。

为了便于通过保证充分的海水侧对流热传递系数来获得足够的热传递速率，使用海水泵1808。依靠自然对流或不规则的海水流使海水连续地运动或移动，使热传递系数不可预测或显著低于图18中的强制对流设计。因为总热传递系数与冷凝器表面积成反比，所以海水泵1808对于将管子1802的数目保持在一个合理水平是关键的。

每个单独的冷凝器部件1702要求742,700lbs/min的冷海水流动速率。水在约43.9°F的温度进入而压高3.9 °F或47.8°F的温度流出。海水泵1808具有大直径，为轴向，具有低水头、高流速，为潜水泵，并直接位于入口锥形件1806的前面。每个海水泵1808包括一个独立的电动机，通过适当的电缆连接在发电子系统422上。

氨冷凝器子系统416并不像氨蒸发器子系统418那样会遭受同样速率的生物污染。这是由于深度较深处海水温度较低而其化学含量不同。但是，生物污染控制仍然需要，以保证始终一致的热传递速率。

如上述氨蒸发器子系统418一样，进入的冷海水的氯化存在两种选择。第一种选择包括一个位于海面或氨冷凝器子系统416深度处的分子氯水池1810，它供给沿圆周安置在通海水入口锥形件1806的入口周围的氯喷射管1812。以这种方式，流过管子1802的冷海水具有足够的氯化速率以抑制生物有机体的生长。如上所述，氨的喷射可以以中等速率(100ppb)断续地(如每个1小时)或以较低速率(35-50ppb)连续地进行。这些数值取决于管子材料、地点位置和年限时间的选择。

同样如上所述，第二种方法包括一个示于图19中的电解系统1902，该系统具有镀钩的钛阳极1904和钛阴极1906，它们通过电解冷海水中溶盐的一定百分比以形成次氯酸钠来阻止生物污染，次氯酸钠在阻止生物污染方面像分子氯一样有效。该系统也可以连续地或断续地使用。

氨液流出每个单独冷凝器部件1702并通过一个钢管网架载带到一个供每个冷凝器模板1700用的氨液泵1704中。氨液泵1704包括许多个平行或串联作用的离心泵。外壳保护离心泵电动机，后者位于氨冷凝器子系统416深度处并通过水下电缆连接到发电子系统422上。氨液泵1704将氨液泵入氨输送子系统420的氨液输送机构4201而完成闭合循环。

如图10中所示和如上所述，通过将氨蒸发器418安置在可以吸入所需温海水的自然深度处和将氨冷凝器416安置在可以使用所需冷海水的自然深度处可以不需要泵抽大量的温海水和冷海水。因为只泵抽氨蒸汽/氨液，所以节省了大量能量。

图20以又一种优选实施例的形式例示本发明的改进的OTEC系统。图20例示一种混合循环OTEC系统2000。混合循环OTEC系统2000包括安置在海面下方约2700英尺处的氨冷凝子系统2002，该系统冷凝氨液并将氨液泵抽到安置在海面下方约50英尺处的氨蒸发子系统2004和安置在海面上方一平台上的氨蒸发器/水汽冷凝器2006上。氨蒸发子系统2004利用在50英尺深处的温海水流蒸发氨液，以产生氨蒸汽。输入氨蒸发器/水汽冷凝器2006的氨液的一部分由水蒸汽蒸发，这将在下面讨论。从氨蒸发器/水汽冷凝器2006来的氨蒸汽输出和从氨蒸发子系统2004输出的氨蒸汽两者输入到分开的汽轮机发电机2008和2010，它们进行发电。从汽轮机/发电机2008和汽轮机/发电机2010来的氨蒸汽输出合并输入到氨冷凝子系统2002，以完成闭合循环氨环路。

温海水泵2012将温海水泵入闪蒸器2014，其中一部分温海水受到蒸发。其余的温海水作为温海水排出物返回海洋。从闪蒸器2014来的水蒸汽输出输入到氨蒸发器/水汽冷凝器2006，并与含有从氨冷凝子系统2002来的氨液的管子外侧进行热接触，以产生淡水和氨蒸汽。

在一个优选实施例中，氨冷凝子系统2002和氨蒸发子系统2004每个包括一个壳体和管子式热交换器。海水在管子的内侧(管子侧)流动而氨在管子的外侧(壳体侧)流动，如图12、13、18和19中所示。

图21(a)和21(b)中更详细地例示图20的改进的OTEC系统。图21(a)和图21(b)的混合循环OTEC系统实施例产生25.07兆瓦的净电力和每日1.36兆加仑的淡水。氨冷凝子系统2002在93.1psia的压力下通过8根内径3.5英尺而长6,400英尺的碳钢管接受108,700lbs/min的氨蒸汽。氨冷凝子系统2002同时从冷海水泵(未示出)接受温度为43.9 °F的1.77×10⁷lbs/min的冷海水。氨冷凝子系统2002具有1,527,000平方英尺的表面积而Utot＝430BTU/小时·平方英尺·°F。冷海水在温度47.5°F流出氨冷凝子系统2002而氨液压温度50°F和91.6psia流出。

氨液由需要8.06兆瓦电力的氨泵2003泵抽到氨蒸发子系统2004中。处于50°F和825psia的氨液用一根内径3.0英尺而长6,400英尺的碳钢管输送。

92,200lbs/min的氨液和1.95×10⁷lbs/min的温海水进入氨蒸发子系统2004。温海水进入时为80°F而流出时为77.6°F。氨液流出时为77°F和136.7psia，具有632.4BTU/1b的焓。氨蒸发子系统2004具有1,343,000平方英尺的表面积和360BTU/小时·平方英尺·°F的Utot。通过氨蒸发子系统2004泵抽温海水需要0.85兆瓦电力。16,500lbs/min的氨液流出氨泵而输入氨蒸发器/水汽冷凝器2006。该氨液将在后面讨论。

从氨蒸发子系统2004输出的氨蒸汽输入到汽轮机/发电机2010，以产生31.0兆瓦的总电力。氨蒸汽流出汽轮机/发电机2010时为50.53°F和90.3psia，同时具有613.3BTU/lb的焓，并返回氨冷凝子系统2002，以完成闭合循环环路。

在图21(b)中，热海水泵2012将温度为80°F的1.96×10²lbs/min的温海水泵抽到闪蒸器2014中。温海水泵2012使用0.23兆瓦的电力并由2根8.0英尺内径的高密度聚乙烯管供水。处于0.43psia压力的闪蒸器产生处于73°F和0.43psia的7.848lbs/min的淡水水汽，同时产生处于75.8°F的温水排出物。淡水水汽输入氨蒸发器/水汽冷凝器2006。其次，从氨泵来的16,500lbs/min的氨液也在69.8°F和126.6psia下输入氨蒸发器/水汽冷凝器2006。氨蒸发器/水汽冷凝器2006具有254,000平方英尺的表面积而Utot＝610BTU/(小时·平方英尺·°F)，并包括不凝气体除去系统2007，后者使用0.11兆瓦的电力。氨蒸发器/水汽冷凝器2006产生处于69.8℃和126.6psia而具有629.6BUT/lb的焓的16,500lbs/min的氨蒸汽，以及7,848lbs/min的淡水(1.36mgd)。从氨蒸发器/水汽冷凝器2006输出的氨蒸汽输入到汽轮机/发电机2008以产生9.0兆瓦的电力。汽轮机/发电机2008输出处于50.5°F和90.3psia的16,500lbs/min的氨液，后者具有614.1BTU/lb的焓。该氨液与从汽轮机/发电机2010来的氨液合并而一起输入氨冷凝子系统2002。

在优选实施例中，温海水泵2012、泵抽温海水通过氨蒸发子系统2004的温海水泵(未示出)和泵抽冷海水通过氨冷凝子系统2002的冷海水泵(未示出)都是高流动速率、低水头、轴流型旋流泵。同时，在一个优选实施例中，氨泵2003是一种多级的离心泵。

在另一个优选实施例中，不凝气体排除系统2007是一个低压机械蒸汽泵或低压水汽喷射器。

氨蒸发器/水汽冷凝器2006进一步示于图22。氨蒸发器/水汽冷凝器2006类似于图6(a)中所示的蒸发器/冷凝器404。蒸发器/冷凝器壳体2200罩住一个闪蒸室2202、一个消雾器2204和一个淡水冷凝室2206。

在一个优选实施例中，使用10个氨蒸发器/水汽冷凝器2006。其次，每个圆筒2006有一个6.0英尺的内径，其中大半(图22中占360°中的200°)分配给闪蒸室2202而小半(图22中占360°中的160°)分配给淡水冷凝室2206。淡水冷凝室2206包括多个水平对准的管子2208。每个水平对准的管子2208的尺寸和蒸发器/冷凝器壳体2200的尺寸设定如下：

                 尺寸

管子数目         ＝2,050

管子外径         ＝0.50″

管壁厚度         ＝0.025″

管子内径         ＝0.45″

三角管间距       ＝2.00

管子材料         ＝SS316

管子/壳体长度    ＝12.5″

壳体内径         ＝6.00″

壳体壁厚         ＝1.8″

壳体外径         ＝6.30″

10个氨蒸发器/水汽冷凝器2006中的每一个在闪蒸室2202的底部一半上有5个入口管2210，每个管的内径为1.25英尺。

每个闪蒸室2202同时需要5个同一直径的排放管2212，安置在向上到圆筒侧面的路径的约1/4。淡水冷凝室2206在其两端有两个1.0英尺内径的淡水排放管2214而在其侧面有一个2.5英尺内径的孔，用于通过不凝气体排除系统2007来排除不凝气体。也可以使用供冷凝管流体用的入口和出口歧管，类似于图5(c)中例示的入口歧管533和出口歧管534。

混合循环的OTEC系统将开式循环和闭合循环的OTEC系统的作用结合起来，使OTEC系统产生淡水和电力。混合设计将淡水和电力系统联为整体，由此可以减少组成部件和提高效率。

在混合的OTEC系统中，在闭合循环回路中使用一种工作流体如氨。氨蒸汽被冷凝而液化氨的压力被升高到约25psia。氨液进入一热交换器，在该热交换器的一侧氨被蒸发，而在另一侧，淡水受到冷凝。冷凝的淡水被泵抽而用作饮用水，氨蒸汽则被强制通过一汽轮机而发电。然后氨被再冷凝而返回闭合循环环路。

混合循环OTEC系统有若干优点。首先，氨蒸发器和淡水水汽冷凝器是同一部件，从而所需的热交换数目减少了一次。其次，热交换器同时拥有其流体的相位在热交换器的两侧不变化的优点。这保证流体的温度不会彼此交换而降低效率，如常规的热交换器中那样。再次，氨起水汽的散热物质的作用，结果，不需要冷水管或泵。闭合循环氨环路的性质是，热量从表面取出并在相关的深度处淀积在冷水中。

图20中例示的混合循环OTEC系统进一步例示在图23中。在图23例示的实施例中，混合循环OTEC系统包括5个独立的子系统：氨冷凝子系统2002，氨输送子系统2016，氨蒸发子系统2004，发电子系统2018和混合子系统2020。发电子系统2018包括汽轮机/发电机2008和2010，而混合子系统2020包括氨蒸发器/系统冷凝器2006。

图24更详细地例示氨蒸发子系统2004、发电子系统2018和混合子系统2020。氨输送子系统2016输送从氨冷凝子系统2002来的氨液。分叉管道2403引导一定比例的氨液进入氨蒸发子系统2004和一定比例的氨液进入氨蒸发器/水汽冷凝器2006。汽轮机/发电机2010包括膨胀器-汽轮机2404，后者将氨蒸汽减少到压力、温度和焓较低的状态，并将提取的动力传递给发电机2406，发电机2406将提取的动力转变为有用的电力输出。电力经过一水下电力线2408送至具有当地用途的岸上交互连通点。

旁路通过氨蒸发子系统2004的氨液进入混合子系统2020，后者包括海面温海水入口管2410和温海水泵2012，用于将表面温海水引入闪蒸室2202。一定百分率的海水受到闪蒸而其余部分落到闪蒸室2202的底面，从该处排回海洋中。蒸发的海水通过氨蒸发器/水汽冷凝器2006中的消雾器2204，以除去夹带的海水雾滴。蒸汽然后进入淡水冷凝室2206，在该处通过冷凝管2208的组合。蒸汽由于接触这些管子而液化，落到淡水冷凝室2206的底面，经过淡水管道2418而被送到岸上用途的交互连通地点。

进入混合子系统2020的氨液通过冷凝管2208内部，在那里蒸发。蒸发的氨从氨蒸发器/水汽冷凝器2006通到汽轮机/发电机2008，后者包括膨胀器-汽轮机2420和发电机2422。以上述相对于膨胀器-汽轮机2404和发电机2406的同样方式，膨胀器-汽轮机2420和发电机2422用于发电。汽轮机/发电机2008和2010是平行的，不存在氨蒸汽的混合物，直到最后通到膨胀器-汽轮机和直接引至氨输送子系统2016之前。

如图21(a)中所述，氨冷凝器2002和氨泵2003安置在海面下方2700英尺处。

在图25所示的另一个优选实施例中，氨冷凝器2002和氨蒸发器2004安置在海面的波浪运动下方处。在一个优选实施例中，该深度为海面下方50至100英尺。在另一个实施例中，该深度为100英尺。

使氨冷凝器2002运动需要包括冷海水管道，以便将冷海水从其自然存在的2,700英尺深度引至氨冷凝器2002的新深度即约100英尺。在该实施例中，不需要氨输送子系统2016，因为氨液和氨蒸汽不再被引至更深的深度。

该实施例的一个重要方面是安置冷海水泵2502。常规的OTEC设计将这些冷海水泵安置在管道的表面端部处，在那里它们将冷海水“拉”至海面。该技术在管道上产生一个净外部压力，也使管道易于变形。为了抵抗这种变形，在常规的OTEC设计中，使用一根管壁厚度大的管道，这增大了管道的费用。

相反，在图25所示的实施例中，冷海水被“推”入管子2504中，以便产生一个净内部压力。结果，管子材料只需抵抗圆周应力，这在典型的OTEC条件下需要一种薄得多的管子。因此管子2504用挠性材料制造，最好是增强纤维。

例如，考虑在OTEC应用中使用高密度聚乙烯(HDPE)。对于10英尺直径的管子，5psi的外部压力需要4.77英寸的壁厚，而5psi的内部压力只需要0.47英寸的壁厚。不管管子2504所用材料，上述例子都如此。

当冷海水被“推”入管子2504时，可以使用薄得多的费用较低的挠性管子2504。费用较低的管子2504使其可以经济地用于将冷海水从约2700英尺的深度泵抽至表面，并用于多种用途中。这些用途包括空气调节和制冰，其中冷水被泵至表面，用于冷冻一种工作流体如氟里昂，然后用于冷凝空调系统中的强制空气，或将水冷冻成冰。或者是，冷海水可以直接通过围绕建筑物房间的管子行走，以便提供空气调节。

在另一种用途中，泵至海面的冷海水可以供应到土壤下，用于生长水果和蔬菜，以便给水果蔬菜提供各种营养物质，从而促使其生长。

在另一用途中，从约2700英尺泵抽的冷海水倾倒在一个罐中，在那里冷海水与阳光作用，以生产海藻。海藻然后可以用于饲养鱼类作为海产养殖。其次，可以利用上述“空调”原理将冷海水用于冷却养鱼的罐。

图25中例示的氨蒸发器2506和氨冷凝器2508在设计上类似于上面公开的图20的壳体和管子式热交换器，其中氨位于壳体侧面上而海水位于管子侧面上。在一优选实施例中，氨蒸汽器2506和氨冷凝器2508具有下述参数：

               氨冷凝器

单元数目               800

管子数目/单元          4,500

管子外径               0.75″

管子壁厚               0.050″

管子内径               0.65″

管子材料               铝合金

管子长度               18.0′

管子间距               1.25

壳体内径               5.82′

壳体壁厚               1.0″

壳体外径               6.0″

壳体圆筒材料           碳钢

管子板材               铝合金

圆锥体材料             铝合金

热交换器重量           15吨(近似)

               氨蒸发器

单元数目               625

管子数目/单元          4,500

管子外径               0.75″

管子壁厚               0.050″

管子内径               0.65″

管子材料               铝合金

管子长度               18.0′

管子间距               1.25

壳体内径               5.82′

壳体壁厚               1.0″

壳体外径               6.0′

壳体圆筒材料           碳钢

管子板材               铝合金

圆锥体材料             铝合金

热交换器重量           15吨(近似)

在该实施例中要求的氨液泵2510可以安置在波浪运动下方，在氨冷凝器2508或氨蒸发器的同一深度处，或在海面上方的平台上。在该实施例中，只有用于泵抽冷海水的冷海水泵2502安置在2700英尺的较深深度，而通过冷海水泵2502泵抽的冷海水由图25所示的薄壁管2504输送到氨冷凝器2508。

一个典型群体的电力需求并不是恒定不变的，相反，电力需求在一天期间是波动的。电力需求的最低水平(通常出现在深液或黎明前的清晨时刻)被称作基本负载电力需求，而其余时间的增大的电力需求(工作日的开始时间或晚饭时)被称作峰值负载电力需求。

独立的电力生产者(IPPs)建造、投资和运行发电厂并将其电力销售给当地用户以便分配。由于简单的供需原理，独立的电力生产者在峰值负载时间比基本负载时间获得更多的单位电力(kwh)的效益。从经济观点看，最好在峰值负载期间出售尽可能多的电力。但是，如果电厂主要重视生产大量电力来满足峰值负载，那么在需求减少的其它非峰值时间电厂多半必须大大降低容量，而用户不可能买下所有生产的电力。

以峰值负载还是以基本负载电力需求为目标(或者更现实地以两者的组合为目标)，是能源计划者的关键性决策。因为OTEC是一种可再生的能源，所以与石油或煤发电厂相比，燃料是不受限制的，所有费用是超前的投资费用。这意味着电厂不管运行与否其费用是一样的。建造一座开工不足的OTEC电厂或一座在基本负载时间减少容量的OTEC电厂其费用远大于一座矿石燃料电厂。

避免此种经济损失的一个办法是“储存”在基本负载时间内生产的未售出的电力而在峰值负载时间以较高费率出售。但是，“储存”电力是极端困难的。海水电解是OTEC应用中一种最吸引人的电力储存方法。

如图25中所示，氨蒸发器2506产生氨蒸汽，输入到汽轮机2512和发电机2514中以发电，电力供给当地的电网或水电解系统2602(示于图26)。水电解系统2602接受水(或者是OTEC产生的淡水，当地淡水，或海水)，并将电流加在水上，以断开氢分子和氧分子之间的化学键，从而产生H₂气和O₂气。将H₂气储存在H₂储存容器2604中并用于H₂燃烧/电力产生系统2606以发电，供给当地电网。O₂气输入煤气化系统2608，该系统同时接受煤，以便用常规技术产生甲烷气体。

氢是一种优良燃料；它可以以许多种形态非常容易地燃烧以发电。燃料的氢(如OTEC应用产生的氢)除了水蒸汽外不产生其它排出物。但是，纯氢很难输送，将氢燃烧设备安置在OTEC系统现场可以避免该问题。

例如，假如图25的OTEC系统可以出售每天12小时的100兆瓦电力(峰值负载)和每天12小时的50兆瓦电力(基本负载)，如果图25的OTEC系统这样设计，使得总容量为75兆瓦电力，那么图25的OTEC系统可以以该容量恒定地运行，但在基本负载期间，仅有50兆瓦售于用户而多余的25兆瓦将用于水的电解。在峰值负载期间，从OTEC电厂来的所有75兆瓦将售于用户，除此之外还将从氢燃烧得来的25兆瓦售于用户，从而在峰值负载期间给用户提供总共100兆瓦电力。

水电解的另一副产品(即氧)也有许多用途。某些工业过程需要供给大量的氧。一个这样的例子是煤的气化，在该过程中对煤进行处理以产生干净的甲烷气。通过使用可靠的费用不贵的纯氧源，这显著地减轻了燃烧煤产生的环境污染效果。

通过在OTEC电厂中利用水的电解，可以使该电厂始终以满容量运行，并可以“储存”大量电力，以便在峰值负载期间应用。

图27例示图6(a)中所示蒸发器/冷凝器404的另一实施例。在蒸发器/冷凝器2700中，从温海水泵抽系统如图6(a)中例示的温海水泵抽系统402来的温海水输入一个预脱气室如图6(a)中例示的预脱气室602中。在该预脱气室中，从温海水中分离不凝气体，而该不凝气体或者是通过温海水排放管(如温海水排放管622)返回温海水，或者是通过一个真空系统(如真空系统540)返回海洋或大气。

温海水从预脱气室通过闪蒸器喷口2704通到闪蒸器2702，由此在闪蒸器2702中产生水蒸汽和雾。可以使用一个流量控制阀(如流量控制阀710)来控制流入闪蒸器2702的温海水流。

水蒸汽在闪蒸器2702中上升并通过许多根冷凝管2706冷凝。该许多根冷凝管2706包括10排总数750根扭曲铝管，具有0.75英寸的直径和0.1英寸的厚度。扭曲铝管提供更好的热传递和更少的管子，它们可以更加间隔开，它们使水汽更容易通过这许多根冷凝管2706。由这许多根冷凝管2706冷凝的水积累在多个滴水盘2708中，滴水盘安置在这许多根冷凝管2706的下方。滴水盘以这样一种方式排列，使得水被积累而流出蒸发器/冷凝器2700。在一个优选实施例中，蒸发器/冷凝器2700长30英尺，包括20个闪蒸器喷口2704，后者每个长2英尺，直径9英寸，厚0.25英寸。此外，这20个闪蒸器喷口2704沿蒸发器/冷凝器2700的长度间隔3英尺安置。

图28中也例示蒸发器/冷凝器2700。图28例示冷海水泵抽系统2802，用于向许多根冷凝管2706提供冷海水。图28同时例示温海水泵抽系统2804，用于向蒸发器/冷凝器2700的蒸发室提供温海水。在一个优选的实施例中，蒸发器/冷凝器2700内的温海水的水平面L受到控制，达到海平面上方33英尺的高度，由此在蒸发器/冷凝器2700内形成0.14psia的压力。在此高度，温海水泵和冷海水泵只需克服温、冷海水泵中的摩擦损失和压缩损失及冷海水管中的浮力差。结果，将蒸发器/冷凝器2700内的温海水高度安置在海平面上方大约33英尺处，会减少温海水泵抽系统和冷海水泵抽系统中泵抽系统所需的能量。淡水通过淡水管通2804移去，而不凝气体在14.7psia压力下通过真空泵2806除去。不凝气体真空泵将大体积的低压(0.14psia)空气压缩到1个大气压(14.7psia)。

图29例示本发明的一个实施例中一种完全的海洋热能转换(OTEC)系统2900。OTEC系统2900包括一个蒸发器区2902、一个冷凝器区2904和一个发电机平台2906，后者包括多个汽轮机2908。OTEC系统2900也包括冷海水吸入泵抽系统2910和温海水排放管通系统2912。冷海水吸入管道系统2910包括多个安置在海底的冷海水吸入装置2914。每个冷海水吸入装置2914连接在多个挠性纤维管2916之一上。每个挠性纤维管2916连接一根标准刚性管2919，后者又连接到冷凝器区2904。每根挠性纤维管2916包括多个浮动套环2918和由于多个挠性纤维管2916的正浮力而停泊在海底的多个锚定重物2920。在一个优选实施例中，每个浮动套环2918具有25英尺的总直径和3英尺的截面直径。

在一个优选实施例中，蒸发器区2902包括160个蒸发器，分为16组。每个蒸发器包括4,500根铝管3003，铝管的外径为0.75英寸，内径为0.65英寸，长30英尺。每个蒸发器有一个直径为5.75英尺的壳体，由此提供4.24百万平方英尺的表面积(每个蒸发器26,500平方英尺×160个蒸发器)。在一个优选实施例中，冷凝器区2904也包括160个冷凝器，排列成16组。每个冷凝器有4500根铝管3003，铝管的外径为0.75英寸，内径为0.65英寸，长30英尺。每个冷凝器有一个直径为5.75英尺的壳体。160个冷凝器也提供4.24百万平方英尺的表面积(每个冷凝器26,507平方英尺×160个冷凝器)。

在一个优选实施例中，多个汽轮机2908有17个径向流入的汽轮膨胀器，它们以3600rpm操作，产生5.3兆瓦(总功率)和4.61l兆瓦(净功率)。

图30是图29中例示的多个挠性纤维管2916之一的轴向视图。每个挠性纤维管2916包括两个橡胶衬垫3002和两个钢索网3004。两个橡胶衬垫3002每一个与一个叠合的活片3006连接，两个钢索网3004每一个与连接环连接。一个钢索网3004示于图31和32。在一个优选实施例中，网3004沿第一维方向的间隔距离3102为1.3英寸而沿第二维方向的间隔距离3104为6.3英寸。其次，钢索网3004沿方向3106为500英尺而沿方向3108为31.4英尺。其次，钢索网3004用0.25英寸直径的不锈钢丝制成，如上所述，织成1.3英寸乘6.3英寸的网格(其中轴向位于6.3英寸的中心上)。其次，橡胶衬套3002为0.06英寸的尿烷涂层的尼龙。

每根挠性纤维管2916由24个区段组成，每个区段长500英尺。两个钢索网3004在点3006处与连接环连接而形成一个长500英尺的钢丝网圆筒形区段。以相同方式形成另外11个区段，每个长500英尺。然后，12个长500英尺的区段中的每一个也与连接环连接，以便形成一个长6,000英尺的挠性纤维管。

挠性管2916在每个轴向结合部上同时包括12个浮动套环2918，间隔500英尺。每个浮动套环2918提供63,800磅的浮力。此外，每个浮动套2918连接在两个锚定重物2920上，在一个优选实施例中，重物为7英尺×7英尺×7英尺的混凝土块。

图33例示一种用于装配和部署一个挠性纤维管子2916的技术。在驳船3306上安置第一绞盘3302和第二绞盘3304，各包括一个橡胶衬垫3002和一个钢索网格3004。第一绞盘3302沿反时针转动，使得橡胶衬垫3002从第一绞盘3302送出并在钢索网格3004顶上通过滚柱3008。相反，从第二绞盘3304上，钢索网络3004沿反时针方向离开第二绞盘3004而在橡胶衬垫3002上方送料并通过滚柱3310。两个橡胶衬垫3002和两个钢索网格3004两者被送入装配站3312，在该处将两个橡胶衬垫3002密封在一起。两个橡胶衬垫3002可以用环氧树脂以加热法或超声波法焊接在一起，以便形成图10中例示的橡胶衬垫3002。同样，在装配台3312上，比两个橡胶衬垫3002略宽的两个钢索网格3004与连接环3402连接，以便形成围绕橡胶衬垫3002的圆形钢索网格。

图34例示两个橡胶衬垫3002的环氧密封件3404以及连接环3402和附加连接环3406的位置，连接环3402连接两个钢索网格3004而附加连接环3406被用于连续挠性纤维管2916的500英尺长的区段。

以上描述了本发明，显然，本发明可以以许多方式变化。这些变化并不偏离本发明的精神和范围，而所有对该技术的普通熟练人员明显的修改均预定被包括在下述权利要求书的范围内。

Claims (28)

1.一种海洋热能转换(OTEC)系统，包括：

a)脱盐子系统，包括一个闪蒸器和一个第一冷凝器，该闪蒸器适合于将温海水蒸发成水汽，而该第一冷凝器适合于利用冷海水将水汽冷凝成淡水；

b)能量产生子系统，适合于为所述脱盐子系统提供动力；

c)所述能量产生子系统包括一个适合于利用温海水将一种工作流体蒸发成工作蒸汽的工作流体蒸发器、一个用该工作蒸汽作为动力的汽轮机-发电机和一个第二冷凝器，后者适合于利用冷海水将工作蒸汽冷凝为液体。

2.如权利要求1所述的OTEC系统，其特征在于：

a)所述工作流体蒸发器安置在温海水的自然深度处。

3.如权利要求1所述的OTEC系统，其特征在于：

a)所述第二冷凝器安置在温海水的自然深度处。

4.如权利要求1所述的OTEC系统，其特征在于：

a)所述闪蒸器包括一个外罩，保持在大气内部压力以下，以便于温海水的闪蒸。

5.如权利要求1所述的OTEC系统，其特征在于：

a)所述闪蒸器包括蒸发喷口。

6.如权利要求1所述的OTEC系统，还包括：

a)适合于控制所述蒸发喷口处压力的竖直静水头压力调节器。

7.如权利要求4所述的OTEC系统，其中：

a)所述闪蒸器安置在海面上方；

b)所述外罩包括一个供温海水用的入口和出口；

c)泵，适合于将温海水泵入所述入口和出口，以便在所述外罩内保持一个水平面，使得能促进虹吸效果，由此将所述泵的动力消耗减至最小。

8.如权利要求1所述的OTEC系统，还包括：

a)适合于将冷海水输送到所述第一和第二冷凝器的管子。

9.如权利要求8所述的OTEC系统，还包括：

a)安置在冷海水的自然深度处并可以操作地连接在所述管子上的泵。

10.如权利要求8所述的OTEC系统，其特征在于：

a)所述管子是可折叠的。

11.权利要求10所述的OTEC系统，其特征在于：

a)所述可折叠的管子包括一个内部橡胶衬垫和一个外部钢索网格。

12.如权利要求11所述的OTEC系统，还包括：

a)沿所述管子的长度间隔安置的浮动套管。

13.如权利要求10所述的OTEC系统，还包括：

a)连接在每个浮动套管上的锚定重物。

14.如权利要求10所述的OTEC系统，其特征在于：

a)所述可折叠式管子包括一个内部橡胶衬垫和一个钢索网格。

15.如权利要求10所述的OTEC系统，其特征在于：

a)所述管子存放在一个绞盘中并从一艘驳船上展开到冷海水的自然深度。

16.如权利要求1所述的OTEC系统，还包括：

a)适合于从温海水中除去不凝气体的预脱气室。

17.如权利要求16所述的OTEC系统，还包括：

a)籽气泡喷射器，适合于将籽气泡喷射到所述预脱气室，以便于放出不凝气体。

18.如权利要求1所述的OTEC系统，其特征在于：

a)所述第一冷凝器包括扭曲的金属管，适合于冷凝水汽；

b)安置在所述管子下方的滴水盘，适合于收集冷凝的水汽。

19.一个产生能量用的海洋热能转换(OTEC)系统，包括：

a)一个工作流体蒸发器，适合于利用温海水将一种工作流体蒸发成工作蒸汽，所述蒸发器安置在温海水的自然深度处；

b)一个用工作蒸汽作为动力的汽轮机一发电机；

c)一个冷凝器，适合于利用冷海水将工作蒸汽冷凝为液体，所述冷凝器安置在温海水的自然深度处。

20.如权利要求19所述的OTEC系统，还包括：

a)可折叠的管子，适合于将冷海水输送给所述冷凝器。

21.如权利要求19所述的OTEC系统，还包括：

a)安置在冷海水的自然深度处并可以操作地连接在所述管子上的泵，所述泵用于推动冷海水通过所述管子。

22.一个产生淡水用的海洋热能转换(OTEC)系统，包括：

a)一个闪蒸器，适合于将温海水蒸发成水汽；

b)一个冷凝器，适合于利用冷海水将水汽冷凝成淡水；

c)一根可折叠的管子，适合于将冷海水输送给所述冷凝器；

d)一个安置在冷海水的自然深度处并可以操作地连接在所述管子上的泵。

23.如权利要求22所述的OTEC系统，其特征在于：

a)所述闪蒸器包括一个外罩，保持在大气压力以下，以便于闪蒸温海水。

24.如权利要求23所述的OTEC系统，其特征在于：

a)所述外罩包括一个温海水用的入口和出口；

b)泵，适合于将温海水泵入所述入口，以便在所述外罩内保持水平面，使得能促进虹吸效果，由此将所述泵的动力消耗减至最小。

25.如权利要求22所述的OTEC系统，其特征在于：

a)所述冷凝器包括扭曲的金属管子，适合于冷凝水汽；

b)安置在所述管子下方的滴水盘，适合于收集冷凝的水汽。

26.如权利要求22所述的OTEC系统，其特征在于：

a)所述闪蒸器包括蒸发喷口。

27.如权利要求22所述的OTEC系统，其特征在于：

a)所述可折叠的管子包括一个内部橡胶衬垫和一个外部钢索网格。

28.如权利要求22所述的OTEC系统，还包括：

a)竖直的静水头压力调节器，适合于控制所述蒸发喷口处的压力。

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