CN85106310A - 低温(24°-27℃)能源激发器、低温(24°-27℃)蒸馏器 - Google Patents

低温(24°-27℃)能源激发器、低温(24°-27℃)蒸馏器 Download PDF

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Abstract

低温(24°-27℃)能源激发器、低温(24°-27℃)蒸馏器。本发明属能源开发利用和海水(废水)淡化(净化)技术。它能使24℃以上的海水(废水)自动进入低压沸腾器内蒸发，产生水蒸汽推动汽轮机组发电。水蒸汽在热交换器内遇冷凝成蒸馏水。并能收集海水(废水)中的各种矿物。本装置既可以是一个大型的海水(废水)综合利用工厂，也可以方便地带在船舶上为之提供淡水，还可专用于净化废水，回收或提炼各种矿物。

Description

本发明属新能源的开发利用和海水（废水）淡化（净化）技术，能廉价发电、淡化海水、净化废水，回收或提炼各种矿物。
美国的OTEC热力工厂正在研究利用海水温差发电的装置，其原理是：利用海洋表层24°-27℃的温暖海水对沸点很低的液体（如氨、丙烷）加热，使之汽化，其体积和压强随之增大，从而推动涡轮机叶片。通过涡轮机的气态氨（或丙烷）再在低温海水中冷却，凝成液体，体积变小，管内压强减小。从而不断气化的氨（或丙烷）则可以推动涡轮机连续作功，并带动发电机发电。它所用的低温海水是从1200米的深海处抽取。但这种方法仅局限于利用海水的温差发电，不能进行海水蒸馏和淡化。且这种沸点低的液体在管道中形成复杂的回路，一旦回路漏气，将会给环境和整个设备带来不可设想的后果。另一方面，由于金属管道长期浸在海水内，管子上会长出许多有机体，比如粘液和藤壶类的甲壳动物，这样便会降低金属管的热交换作用。为了解决这些问题，最近美国专家正在研究利用24°-27℃的海水取代氨这一类的低沸点的工作介质。其设想是在水温24°-27℃的海面上建造一个大圆筒，设法使圆筒内形成真空。那么，24℃以上的海水在这筒内可以沸腾而产生大量的蒸汽，利用该水蒸汽推动涡轮机作功并带动发电机发电。在涡轮机的尾部再用真空泵抽真空，这样做保证水蒸汽能不断地推动涡轮机作功。同时真空泵抽出的水蒸汽冷凝后可变成淡水。这一技术的缺点主要在于在汽轮发电机发电的同时，真空泵工作要消耗功率。据估计它要消耗所发电量的10%左右。
在收集海水中的各种矿物方面，苏联已研制一种新装置，其主要原理是大量地抽取海水，用不同的吸附剂吸附不同的矿物，以提高被吸附矿物的浓度，从而收集之。
本发明的目的是设计一种既不需要低沸点的工作介质，也不需要真空泵抽真空，且能自动地汇集和利用24℃以上的海水（废水）发电，同时淡化海水，净化废水，并能收集海水（废水）中各种矿物的装置。这种装置同时还能用于废水的净化和处理。
本发明的装置由沸腾器（1）、汽轮机（7）、发电机（8）、热交换器（5）、蒸馏水收发器（4）五大部分组成。沸腾器是一个下大上小的倒漏斗状容器，底边进入海水，底面与海水相通，高出海水平面的部分不漏气，且能承受一个大气压差，容器的高度和形状取决于气轮发电机组的安装位置。沸腾器浮出海水部分不得小于10米高。沸腾器表面涂黑色以增强吸热效应。沸腾器用法兰与汽轮机的进气口相连。在沸腾器与汽轮机的连接处还有一个密封阀（6）。沸腾器的最底部装有吸附和收集各种矿物的装置。整个沸腾器的结构可以是在数个大水箱（2）上面焊以角钢（11）和钢板（16）而成（这些大水箱可以使整个沸腾器既能沉下也能浮上），当然，也可以是混凝土预应力构件。热交换器（5）是一个带有抽取深海低温海水的抽水设备（17）和把经过热交换后的海水送到与它等温的海域的排水管（18）的密闭容器。在排水管（18）的适当位置，装有稀有金属吸附和收集装置（15），在热交换器内，有许多冷却水管（19）。热交换器的上部与汽轮机的排气口紧密连接，其底部还带有一根进入蒸馏水收发器（4）的滴水管（20）。热交换器的外表刷白以减弱吸热效应。汽轮机（7）可以是原子能发电站用的半速汽轮机，它与发电机（8）同轴连接。蒸馏水收发器（4）的顶部与热交换器尾部的滴水管紧密连接，底部带有阀门（10）并与淡水池（3）相连。
本发明工作过程如下：先让沸腾器脱离汽轮机，在水箱（2）内灌水使沸腾器全部沉入水面。关闭顶部的密封阀（6），再设法把水箱内的水抽出，使沸腾器上浮至工作位置。这时，沸腾器内的海水平面比外部的海水平面约高10米。由于沸腾器上部空间是真空，故沸腾器内表层24℃以上的海水立即沸腾蒸发，其蒸发速度至小是每秒每平方米25克水，可化成蒸气25升，在沸腾器内产生62-66克/（厘米）2的压强。随着压强逐渐增大，蒸发速度减慢，沸腾器内海水平面又有所下降直至平衡。然后与汽轮机连接并在汽轮机的进气口灌满水和一种不溶于水，比重比水轻，无毒无味，在真空中汽化温度高于150℃的液体（如亚麻仁油<9>）。接着开动热交换器的抽水泵，把深海低温海水抽到热交换器内。再打开蒸馏水收发器底部的阀门（10）把汽轮机内和热交换器内的水排尽。且蒸馏水收发器内的亚麻仁油的油面约比淡水池内水面高10米。这时，整个汽轮机内热交换器内和蒸馏水收发器内的空间都是真空。接下来打开沸腾器的密封阀（6）水蒸汽便由于沸腾器内的压强大于交换器内的压强而冲入汽轮机，推动汽轮机叶片作功。紧接着，这部分蒸汽在热交换器内遇冷，凝结成水，体积减小。使热交换器的压强低于沸腾器内的压强。冷凝后的淡水直接进入蒸馏水收发器。收发器内灌一层亚麻仁油的目的是不让蒸馏水气化。这样，蒸馏水上部保持着一个恒定的真空。这样一个过程，就同时实现了利用24℃以上的海水（废水）发电和制取淡水的两个目的。在沸腾器内，由于表层海水（废水）不断蒸发，其比重增大，往下沉，在通过底部的各种矿物吸附装置时，所含的各种矿物被吸附和收集。同样，设置在热交换器的排水管内的吸附和收集装置，也可以大量地吸附各种矿物。在沸腾器表层海水（废水）下沉的同时，附近表层的温暖海水（废水）在大气压的作用下，不断进入沸腾器，维持沸腾器的水位和不断补充热能，使整个过程持续进行。
本发明利用海洋中表层24℃以上和深海低温海水的温差发电，不需要低沸点的工作介质（如氨、丙烷），从而没有庞大的金属管路，工作可靠性大大提高。由于汽轮机的尾部不采用抽真空的办法，故节省了抽真空这部分电能消耗。从而提高了发电效率，降低了成本。同时还可以源源不断制造淡水，大量地收集海水中各种矿物。本发明的装置，还可以根据各种不同的场合，灵活使用。譬如，把沸腾器与热交换器直接相连接，就变成了低温（24℃以上）的海水（废水）淡化（净化）的蒸馏器，用它来淡化海水或是净化废水，要比按常规的办法便宜十五分之十四。这样一个蒸馏器，若热交换器再由其它制冷设备代替的话，还可以方便地带在船舶上，为之提供淡水。
附图说明：
本发明的原理示意图：（1）沸腾器;（2）水箱;（3）淡水池;（4）蒸馏水收发器;（5）热交换器;（6）密封阀;（7）汽轮机;（8）发电机;（9）亚麻仁油;（10）阀门;（11）角铁;（12）支架;（13）水龙头;（14）法兰;（15）稀有金属吸附和收集装置;（16）钢板;（17）抽水设备;（18）排水管;（19）冷却水管;（20）滴水管。
本发明的实施例：
沸腾器（1）用角钢（11）和锅炉钢板（16）焊接而成。底径114米，高度参照工作场地而定，顶部直径5米。底部水箱的容积和排水量根据沸腾器的重量设计。把这个沸腾器置于24℃以上的海水（废水）表面，按每平方米每秒蒸发25克水计算，产生蒸气压强66克/（厘米）2计算。选用叶片面积为19.625米2的汽轮机，那么，能产生的压力是12167-12952公斤。同时又因为液体气化，体积增大，每秒产生蒸气250米3。而250米3的蒸气要通过截面积为19.625米2的汽轮机，一定要产生约13米/秒的速度。这样涡轮机的功率将达到1600千瓦。由此，可选择功率和转速匹配的发电机进行发电。
热交换器的设计是根据设法使24℃左右的水蒸气通过热交换器后能冷凝成8.6℃的蒸馏水。本实施例从1000米的深海抽出4℃的海水作为冷却水。抽水的流量约有1000公斤/秒，由此可以根据海水表面到热交换器的实际杨程选用抽水设备（17）。热交换器的大小应与汽轮机配套，内部的结构以能够使水蒸汽迅速冷凝，保证热交换器内的压强小于十五分之一个大气压强为原则进行设计。里面的冷却水管（19）最好做成带散热片的，以增大热交换面积。
在沸腾器的底部和热交换器的排水管的适当位置，分别选用形状相匹配的各种矿物吸附和收集装置。热交换器的排水管的长度取决于能把经热交换后8.6℃的海水排到等温层。这样以防止海水内部的对流。热交换器底部的蒸馏水滴水管的长度和形状主要取决于它与蒸馏水收发器的相对位置，这根滴水管应插到蒸馏水收发器的蒸馏水里面。蒸馏水收发器内注入亚麻仁油，以防止蒸馏水气化，保证上部空间为恒定的真空。这样也使热交换器内的真空度得到保证，蒸馏水收发器最好是混凝土构件。水池（3）是一般的蓄水池，打开水池的水龙头（13）可以把蒸馏水送到用户。本实施例可以获得1600千瓦的电力，每秒钟250公斤的淡水和收集到海水（废水）中的各种矿物。

Claims (7)

1、本发明属能源开发利用和海水(废水)淡化(净化)技术及其热能转换装置和低温蒸馏器。利用水在低压下其沸点变低的现象及托里拆利真空原理，使24℃以上的海水(废水)在低压沸腾器内蒸发，水蒸汽推动汽轮发电机组发电。其特征是有一个沸腾器，一个利用海洋深层低温海水使水蒸汽冷凝的热交换器(或其它制冷设备)和一个恒定真空的蒸馏水收发器，沸腾器和热交换器分别与汽轮机的进气口和出气口相连接，热交换器和蒸馏水收发器连接，且采用沸腾器部分与汽轮机、热交换器蒸馏水收发器部分分别排除空气使24℃以上的海水(废水)自动进入沸腾器的方法。
2、权利要求1所述装置，其中沸腾器是一个底部浸在海水里并与海水相通能够承受一个大气压差的容器，其特征是具有一个下大上小的倒漏斗状的外形，且整个沸腾器是建立在一个或数个水箱之上，在水箱下面设置一个能够吸附和收集海水中各种矿物的装置，在沸腾器与汽轮机的连接处有一个密封阀。
3、权利要求2所述的沸腾器，其特征是用角钢和钢板焊接在水箱上的构件，也可以是混凝土预应力构件。
4、权利要求1所述的装置，其中热交换器有一套抽取深海低温海水作为冷却水的设备，其特征是还有一根内部装有各种矿物吸附和收集装置的排水管，在热交换器的底部还有一根直接进入蒸馏水收发器的滴水管。
5、权利要求1所述的装置，其中蒸馏水收发器是一个能承受一个大气压差的容器，其特征是里面灌有一层不溶于水、比重比水轻、无毒无味、在真空中的汽化温度大于150℃的液体，蒸馏水收发器的底部置于淡水池内。
6、权利要求5所述的液体，可以是亚麻仁油。
7、权利要求1所述的装置，其特征是沸腾器内空气是先把整个沸腾器沉入海面（在水箱内灌水），然后封闭密封阀再使之上浮（抽出水箱内的水）而排除掉，热交换器和蒸馏水收发器内的空气是用在汽轮机的入口处灌引水的办法排除的。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2003078329A1 (fr) * 2002-03-19 2003-09-25 Maosen Lin Systeme de production d'energie electrique par distillation
CN104192925A (zh) * 2014-07-30 2014-12-10 江苏河海新能源有限公司 蒸发冷凝系统及其应用

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