CN214403873U - 海洋热能转换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了用于海洋热能转换装置，包括循环管道、一级加热管道、冷却管道，循环管道与并联管道，并联管道通过第一三通阀、第二三通阀与循环管道并联；并联管道上设置有换热器，并联管道通过换热器与二级加热管道换热；二级加热管道为闭合管路，其上设置有第三泵、致热工质容器、致热器；第三泵设置在致热工质容器的出口与换热器的入口之间，致热器设置在第三泵的出口与换热器的入口之间；第三泵上连接有风力机，第三泵与风力机之间设置有变速箱。本实用新型具有利用风能提升透平的做功，提高发电效率的技术效果。

Description

海洋热能转换装置

技术领域

本实用新型涉及海洋热能发电领域，具体涉及一种海洋热能转换装置。

背景技术

海洋热能是海洋表层温水与深层冷水之间的温差所蕴藏的能量。海洋受太阳照射，把太阳辐射能转化为海洋热能。在热带和亚热带地区，表层海水温度保持在25～28℃，几百米以下的深层海水温度稳定在4～7℃，用上下两层不同温度的海水作热源和冷源，就可以利用它们的温度差发电。

海洋温差发电的原理是利用温暖的表层海水加热氨水或其他低沸点的液体，由此产生气体推动涡轮机发电，之后，这些气体再利用从海洋深处泵送上来的海水进行冷却，重新变为液体，实现循环使用。

涡轮机也称透平，是将流体介质中蕴有的能量转换成动能，再把动能转换成机械功的机器。具体而言，流体流过透平的转子时，冲击叶片并推动转子转动，从而驱动透平轴旋转，实现机械功的转换。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种海洋热能转换装置，具有利用风能提升透平的做功，提高发电效率的技术效果。

本实用新型为实现上述目的所采取的技术方案为：

用于海洋热能转换装置，包括循环管道、一级加热管道、冷却管道，循环管道与一级加热管道通过蒸发器换热，循环管道与冷却管道通过冷凝器换热。循环管道为闭合管路，其上设置有第一泵、循环工质容器、蒸汽透平、并联管道；并联管道的一端设置有第一三通阀，另一端设置有第二三通阀，并联管道通过第一三通阀、第二三通阀与循环管道并联；第一泵设置在循环工质容器的出口与蒸汽透平的入口之间，第一三通阀、第二三通阀设置在第一泵的出口与蒸汽透平的入口之间；并联管道上设置有换热器，并联管道通过换热器与二级加热管道换热；二级加热管道为闭合管路，其上设置有第三泵、致热工质容器、致热器；第三泵设置在致热工质容器的出口与换热器的入口之间，致热器设置在第三泵的出口与换热器的入口之间；第三泵上连接有风力机，第三泵与风力机之间设置有变速箱。

本实用新型中，循环工质容器内所盛放的是低沸点工质，如氨水。低沸点工质在第一泵的作用下，能够在循环管道内循环流动。当低沸点工质进入到蒸发器时，通过吸收温海水中的热量变为蒸汽，蒸汽进入透平内膨胀做功，做功后的乏气在冷凝器内被冷海水冷凝为液体，然后由第一泵泵入蒸发器内，继续循环，从而实现透平的反复做功。

本实用新型在蒸发器与透平之间，增加了一段并联管道，并通过该段管路与二级加热管道换热，实现对蒸汽状态的低沸点工质进行二次加热，使得该部分蒸汽进入过热状态，增加蒸汽中所蕴含的能量，透平所转换出的动能进一步提升，使得透平的做功效果进一步增加，最终提高发电效率。具体而言，当风力机在风力作用下旋转时，通过变速箱增速减扭后，带动第三泵运转。致热工质容器的致热工质在第三泵的作用下，经由二级加热管道进入致热器并产生热量，最后高温的致热工质通过换热器将部分热量传递给循环工质，提升其温度，冷却后的致热工质最终流回致热工质容器，进行下一轮的循环。

由于风能本身并不稳定，而风力机需要在一定的风能下才能实现转动，因此并联管道的两端设置有第一三通阀、第二三通阀，用于调整循环工质的移动路径。当风力机能够转动做功时，第一三通阀、第二三通阀之间的循环管道关闭，并联管道打开，蒸汽状态的循环工质流入换热器，与致热工质进行热交换，然后进入透平做功；当风力机无法转动做功时，第一三通阀、第二三通阀之间的循环管道打开，并联管道关闭，蒸汽状态的循环工质直接进入透平做功。

优选地，致热器中部为小径管道，小径管道的两端为大径管道，大径管道与小径管道相互连通且为同轴设置；小径管道内部设置有中心柱且与中心柱为同轴设置，小径管道与中心柱之间设置有导叶，中心柱通过导叶与小径管道固定连接；导叶为扭转导叶，数量至少为两个，且在小径管道与中心柱之间形成环形叶栅。

当致热工质由大径管道进入小径管道时，由于管道截面变小，致热工质的流速得到提高，流速的提高意味着压力的下降，因此，致热器首先将部分压力能转化成为动能。同时，致热工质在高速冲击下，通过与致热器的壁面进行摩擦，以及流体间的相互摩擦产生热量。致热器中的中心柱及扭转导叶的结构，主要是为了提升致热工质与致热器的接触面积，同时流线型的通道结构，还能实现致热工质流速的最大化，使更多的动能转化为热能。本实用新型中，致热器采用中间小两头大的结构，主要是方便致热器安装至管道中，无需单独为致热器适配两种规格不同的管道。另外，致热器内表面的粗糙度越大，则发热效果越高。

优选地，换热器包括内管，内管外表面设置有螺旋状的沟槽；内管上缠绕有外绕管，外绕管与内管的沟槽为面接触。

内管的进口和入口与并联管道连通，外绕管的进口和入口与二级加热管道连通。采用此种结构，一是有助于整套装置的小型化；二是增大了交换面积，提升了换热效率；三是螺旋状的沟槽，能够将致热工质的流动转化为湍流，进一步提高液体间的相互摩擦，能够产生额外的热量；四是循环工质在直管内流动，减少沿程损失。

优选地，外绕管的入口与内管的出口为同侧设置，外绕管的出口与内管的入口为同侧设置。

使致热工质与循环工质逆向流动，确保换热效果的稳定性，使换热器的整段管道上，温度差能够维持在一个相同的区间内。

优选地，外绕管与内管的接触面上设置有导热橡胶；外绕管与内管的外部设置有保温壳体，外绕管的进口与出口，以及内管的进口与出口均由保温壳体的内部延伸至外部。

使用导热橡胶能够确保内管与外绕管的面接触，有有助于热量传递。

优选地，第三泵具体为液压齿轮泵。

相较其他型号的液压泵，如离心泵和柱塞泵，齿轮泵相比而言具有更大的转速范围，扩大了二级加热系统适用范围，提高了利用频率。另外，齿轮泵结构简单、体积小，同样有利于整套装置的小型化。

优选地，第一三通阀设置在靠近第一泵的一侧，第二三通阀设置在靠近蒸汽透平的一侧；第一三通阀为一进两出，第二三通阀为两进一出。

优选地，一级加热管道的入口端设置海洋的高温表层，一级加热管道上设置有第二泵，第二泵能够将海洋的表层高温海水泵入蒸发器；蒸发器设置在第一三通阀与第一泵的出口之间。

优选地，冷却管道的入口端设置在海洋的低温深层，冷却管道上设置有第四泵，第四泵能够将海洋的深层低温海水泵入冷凝器；冷凝器设置在蒸汽透平的出口与循环工质容器的入口之间。

一级加热管道及冷却管道内的温海水、冷海水，在进入蒸发器及冷凝器后，继续沿着管道，排回海水中。

优选地，蒸汽透平上连接有发电机。

本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型通过将风能转化为热能，使得进入蒸汽透平的循环工质进入过热状态，增加了循环工质中所蕴含的能量，从而提升了透平的做功，提高了发电效率。

2、本实用新型通过致热器的导叶设计，提升了致热工质与致热器的接触面积，同时流线型的通道结构，还能实现致热工质流速的最大化，使更多的动能转化为热能，提升了致热器的发热效果。

3、本实用新型通过采用内管加外绕管的换热器结构，能够将致热工质的流动转化为湍流，从而产生额外的热量，同时，提高了换热比率。

附图说明

图1为本实用新型原理图。

图2为致热器外部结构示意图。

图3为致热器内部结构示意图。

图4为换热器示意图。

图5为直管示意图。

图6为外绕管示意图。

附图标号：10-循环管道；11-第一泵；12-循环工质容器；13-蒸汽透平；14-发电机；15-并联管道；16-第一三通阀；17-第二三通阀；20-一级加热管道；21-第二泵；22-蒸发器；30-二级加热管道；31-第三泵；32-换热器；321-内管；322-外绕管；323-保温壳体；33-致热工质容器；34-风力机；35-致热器；351-大径管道；352-小径管道；353-中心柱；354-导叶；36-变速箱；40-冷却管道；41-第四泵；42-冷凝器。

具体实施方式

实施例1：如图1至6所示，用于海洋热能转换装置，包括循环管道10、一级加热管道20、冷却管道40，循环管道10与一级加热管道20通过蒸发器22换热，循环管道10与冷却管道40通过冷凝器42换热。循环管道10为闭合管路，其上设置有第一泵11、循环工质容器12、蒸汽透平13、并联管道15；并联管道15的一端设置有第一三通阀16，另一端设置有第二三通阀17，并联管道15通过第一三通阀16、第二三通阀17与循环管道10并联；第一泵11设置在循环工质容器12的出口与蒸汽透平13的入口之间，第一三通阀16、第二三通阀17设置在第一泵11的出口与蒸汽透平13的入口之间；并联管道15上设置有换热器32，并联管道15通过换热器32与二级加热管道30换热；二级加热管道30为闭合管路，其上设置有第三泵31、致热工质容器33、致热器35；第三泵31设置在致热工质容器33的出口与换热器32的入口之间，致热器35设置在第三泵31的出口与换热器32的入口之间；第三泵31上连接有风力机34，第三泵与风力机之间设置有变速箱36。

本实用新型中，循环工质容器12内所盛放的是低沸点工质，如氨水。低沸点工质在第一泵11的作用下，能够在循环管道10内循环流动。当低沸点工质进入到蒸发器22时，通过吸收温海水中的热量变为蒸汽，蒸汽进入蒸汽透平13内膨胀做功，做功后的乏气在冷凝器42内被冷海水冷凝为液体，然后由第一泵11泵入蒸发器22内，继续循环，从而实现蒸汽透平13的反复做功。

本实用新型在蒸发器22与蒸汽透平13之间，增加了一段并联管道15，并通过该段管路与二级加热管道30换热，实现对蒸汽状态的低沸点工质进行二次加热，使得该部分蒸汽进入过热状态，增加蒸汽中所蕴含的能量，蒸汽透平13所转换出的动能进一步提升，使得蒸汽透平13的做功效果进一步增加，最终提高发电效率。具体而言，当风力机34在风力作用下旋转时，通过变速箱36增速减扭后，带动第三泵31运转。致热工质容器33的致热工质在第三泵31的作用下，经由二级加热管道30进入致热器35并产生热量，最后高温的致热工质通过换热器32将部分热量传递给循环工质，提升其温度，冷却后的致热工质最终流回致热工质容器33，进行下一轮的循环。

由于风能本身并不稳定，而风力机34需要在一定的风能下才能实现转动，因此并联管道的两端设置有第一三通阀16、第二三通阀17，用于调整循环工质的移动路径。当风力机34能够转动做功时，第一三通阀16、第二三通阀17之间的循环管道10关闭，并联管道打开，蒸汽状态的循环工质流入换热器32，与致热工质进行热交换，然后进入蒸汽透平13做功；当风力机34无法转动做功时，第一三通阀16、第二三通阀17之间的循环管道10打开，并联管道15关闭，蒸汽状态的循环工质直接进入蒸汽透平13做功。

致热器35中部为小径管道352，小径管道352的两端为大径管道351，大径管道351与小径管道352相互连通且为同轴设置；小径管道352内部设置有中心柱353且与中心柱353为同轴设置，小径管道352与中心柱353之间设置有导叶354，中心柱353通过导叶354与小径管道352固定连接；导叶354为扭转导叶，数量至少为两个，且在小径管道352与中心柱353之间形成环形叶栅。

当致热工质由大径管道351进入小径管道352时，由于管道截面变小，致热工质的流速得到提高，流速的提高意味着压力的下降，因此，致热器首先将部分压力能转化成为动能。同时，致热工质在高速冲击下，通过与致热器35的壁面进行摩擦，以及流体间的相互摩擦产生热量。致热器35中的中心柱353及导叶354的结构，主要是为了提升致热工质与致热器35的接触面积，同时流线型的通道结构，还能实现致热工质流速的最大化，使更多的动能转化为热能。本实用新型中，致热器35采用中间小两头大的结构，主要是方便致热器安装至管道中，无需单独为致热器35适配两种规格不同的管道。另外，致热器35内表面的粗糙度越大，则发热效果越高。

换热器32包括内管321，内管321外表面设置有螺旋状的沟槽；内管321上缠绕有外绕管322，外绕管322与内管321的沟槽为面接触。

内管321的进口和入口与并联管道15连通，外绕管322的进口和入口与二级加热管道30连通。采用此种结构，一是有助于整套装置的小型化；二是增大了交换面积，提升了换热效率；三是螺旋状的沟槽，能够将致热工质的流动转化为湍流，进一步提高液体间的相互摩擦，能够产生额外的热量；四是循环工质在直管内流动，减少沿程损失。

外绕管322的入口与内管321的出口为同侧设置，外绕管322的出口与内管321的入口为同侧设置。

使致热工质与循环工质逆向流动，确保换热效果的稳定性，使换热器35的整段管道上，温度差能够维持在一个相同的区间内。

外绕管322与内管321的接触面上设置有导热橡胶；外绕管322与内管321的外部设置有保温壳体323，外绕管322的进口与出口，以及内管321的进口与出口均由保温壳体323的内部延伸至外部。

使用导热橡胶能够确保内管321与外绕管322的面接触，有有助于热量传递。

第三泵31具体为液压齿轮泵。

相较其他型号的液压泵，如离心泵和柱塞泵，齿轮泵相比而言具有更大的转速范围，扩大了二级加热系统适用范围，提高了利用频率。另外，齿轮泵结构简单、体积小，同样有利于整套装置的小型化。

第一三通阀16设置在靠近第一泵11的一侧，第二三通阀17设置在靠近蒸汽透平13的一侧；第一三通阀16为一进两出，第二三通阀17为两进一出。

一级加热管道20的入口端设置海洋的高温表层，一级加热管道20上设置有第二泵21，第二泵21能够将海洋的表层高温海水泵入蒸发器22；蒸发器22设置在第一三通阀16与第一泵11的出口之间。

冷却管道40的入口端设置在海洋的低温深层，冷却管道40上设置有第四泵41，第四泵41能够将海洋的深层低温海水泵入冷凝器42；冷凝器42设置在蒸汽透平13的出口与循环工质容器12的入口之间。

一级加热管道20及冷却管道40内的温海水、冷海水，在进入蒸发器22及冷凝器42后，继续沿着管道，排回海水中。

蒸汽透平13上连接有发电机14。

蒸发器22与冷凝器42均属于现有技术，具体的设计有很多，不再赘述。另外，以上所揭露的仅为本实用新型较佳的实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型涵盖的范围。

Claims (10)

1.海洋热能转换装置，包括循环管道(10)、一级加热管道(20)、冷却管道(40)，所述循环管道(10)与一级加热管道(20)通过蒸发器(22)换热，循环管道(10)与冷却管道(40)通过冷凝器(42)换热，其特征在于，所述循环管道(10)为闭合管路，其上设置有第一泵(11)、循环工质容器(12)、蒸汽透平(13)、并联管道(15)；所述并联管道(15)的一端设置有第一三通阀(16)，另一端设置有第二三通阀(17)，并联管道(15)通过第一三通阀(16)、第二三通阀(17)与循环管道(10)并联；所述第一泵(11)设置在循环工质容器(12)的出口与蒸汽透平(13)的入口之间，第一三通阀(16)、第二三通阀(17)设置在第一泵(11)的出口与蒸汽透平(13)的入口之间；所述并联管道(15)上设置有换热器(32)，并联管道(15)通过换热器(32)与二级加热管道(30)换热；所述二级加热管道(30)为闭合管路，其上设置有第三泵(31)、致热工质容器(33)、致热器(35)；所述第三泵(31)设置在致热工质容器(33)的出口与换热器(32)的入口之间，致热器(35)设置在第三泵(31)的出口与换热器(32)的入口之间；所述第三泵(31)上连接有风力机(34)，第三泵(31)与风力机(34)之间设置有变速箱(36)。

2.根据权利要求1所述的海洋热能转换装置，其特征在于，所述致热器(35)中部为小径管道(352)，小径管道(352)的两端为大径管道(351)，大径管道(351)与小径管道(352)相互连通且为同轴设置；所述小径管道(352)内部设置有中心柱(353)且与中心柱(353)为同轴设置，小径管道(352)与中心柱(353)之间设置有导叶(354)，中心柱(353)通过导叶(354)与小径管道(352)固定连接；所述导叶(354)为扭转导叶，数量至少为两个，且在小径管道(352)与中心柱(353)之间形成环形叶栅。

3.根据权利要求2所述的海洋热能转换装置，其特征在于，所述换热器(32)包括内管(321)，内管(321)外表面设置有螺旋状的沟槽；所述内管(321)上缠绕有外绕管(322)，外绕管(322)与内管(321)的沟槽为面接触。

4.根据权利要求3所述的海洋热能转换装置，其特征在于，所述外绕管(322)的入口与内管(321)的出口为同侧设置，外绕管(322)的出口与内管(321)的入口为同侧设置。

5.根据权利要求4所述的海洋热能转换装置，其特征在于，所述外绕管(322)与内管(321)的接触面上设置有导热橡胶；所述外绕管(322)与内管(321)的外部设置有保温壳体(323)，外绕管(322)的进口与出口，以及内管(321)的进口与出口均由保温壳体(323)的内部延伸至外部。

6.根据权利要求5所述的海洋热能转换装置，其特征在于，所述第三泵(31)具体为液压齿轮泵。

7.根据权利要求6所述的海洋热能转换装置，其特征在于，所述第一三通阀(16)设置在靠近第一泵(11)的一侧，第二三通阀(17)设置在靠近蒸汽透平(13)的一侧；所述第一三通阀(16)为一进两出，第二三通阀(17)为两进一出。

8.根据权利要求1-7任一项所述的海洋热能转换装置，其特征在于，所述一级加热管道(20)的入口端设置海洋的高温表层，一级加热管道(20)上设置有第二泵(21)，第二泵(21)能够将海洋的表层高温海水泵入蒸发器(22)；所述蒸发器(22)设置在第一三通阀(16)与第一泵(11)的出口之间。

9.根据权利要求8所述的海洋热能转换装置，其特征在于，所述冷却管道(40)的入口端设置在海洋的低温深层，冷却管道(40)上设置有第四泵(41)，第四泵(41)能够将海洋的深层低温海水泵入冷凝器(42)；所述冷凝器(42)设置在蒸汽透平(13)的出口与循环工质容器(12)的入口之间。

10.根据权利要求9所述的海洋热能转换装置，其特征在于，所述蒸汽透平(13)上连接有发电机(14)。

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