[其他]直接接觸熱交換法的溫差發電

無效

• 申請號: 85105909
• 申請日: 1985-07-27
• 公開（公告）號: CN85105909A
• 公開（公告）日: 1986-07-23
• 發明（設計）人: 高友祥
• 申請（專利權）人: 海軍北海艦隊司令部通信處
• 主分類號: F03G7/04
• 分類號: F03G7/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種熱交換法的溫差發電技術，特別是采用低沸點工質與水（包括海水、鹽水及所選定的水溶液，以下同）直接接觸進行熱交換的方法。適用于海洋溫差發電、鹽湖溫差發電及余熱溫差發電中。

現有的溫差發電站內蒸發器和冷凝器中熱量交換的方法，都是用熱交換器設備將低沸點工質與水隔開進行熱量交換。但由于使用熱交換器設備，增加了投資，同時影響著傳熱效果，因此，目前都在研究如何提高該設備的傳熱系數。特別是海洋溫差發電站中，由于溫差范圍小，處理海水量大，都使用著龐大、復雜、昂貴的熱交換器設備，如美國洛克希德公司設計的16萬千瓦發電站內有8個多管園筒式裝置的熱交換器設備，每個園筒直徑22.2米，由12萬根長16米外徑51毫米的鈦管組成。根據西安交通大學陳聽寬等合編的《新能源發電》書中P234至235頁上指出：“熱交換器（蒸發器和冷凝器）是海洋溫差發電站的關鍵設備，其費用約占整個電站費用的50%。因此，要求試制傳熱系數大的熱交換器，只有增大傳熱系數，才能減少傳熱面積，使裝置小型化，這不但在經濟上有利，而且可以減少壓力損失，減少廠用電，也即達到增加送電端輸出功率的目的。要達到海洋溫差發電的實用化，成功的關鍵在于制作傳熱系數大的熱交換器。如果熱交換器的技術取得進步的話，則可大大降低電站的成本”。

本發明的目的是要在溫差發電中省去熱交換器設備，避免由于使用該設備而帶來的上述問題。

發明是這樣實現的：選用不溶于水且比重與水不同的低沸點工質。由于不溶于水，低沸點工質與水就可直接接觸進行熱交換，由于比重不同，熱交換后低沸點工質與水能自動分成兩層（比重比水輕的低沸點工質就浮在水面上，比重比水重的低沸點工質就沉在水下面），這樣可以將液化后的低沸點工質抽出重復循環使用。

本發明的優點是由于省去熱交換器設備，海水與低沸點工質直接接觸，能提高傳熱效果和發電功率，節約投資和減少體積等。現以海洋溫差發電為例說明如下：（1）提高傳熱效果，這是因為直接接觸傳熱，導熱、對流、輻射三種形式均存在。（2）增加發電功率，這是因為不要傳熱中的溫差，提高了可利用的海水升降溫度的度數，使發電功率增加到原來的2至3倍。（3）節約建設投資，這是因為可省去約占整個電站投資50%的熱交換器設備費用，加上發電功率的增加，這樣估算每千瓦設備的投資經費只需原來的25%。（4）增加可用海域的面積，這是因為原來要求海面與海底海水溫差為20℃才有可利用的價值，現只需15℃即可。（5）可避免海生物對熱交換器設備吸附問題。（6）為海洋溫差發電實用化大量利用海洋熱能創造了有利條件。

本發明實現的具體方式以海洋溫差發電為例描述如下，由于采用與現有的海洋溫差發電不同的熱交換方法，所以要使方法得以實現首先要確定如下幾點：

（1）選用合適的工質，即要選用不溶于海水且比重與海水不同的最好比海水輕的低沸點工質，其沸點在-60～10℃之間，最好在-40℃～-20℃之間。同時工質來源要充足，容易制取，價廉、安全和不污染環境等，符合上述條件的低沸點工質。有丙二烯等一些工質可以選取。

（2）確定蒸發容器與冷凝容器的深度，由于海水要進入蒸發容器或冷凝容器與低沸點工質直接接觸進行熱交換，但容器內的低沸點工質在常溫下具有一定的蒸氣壓加上容器內液體也具有一定的液壓，因此海水的壓強必須大于容器內壓強才能進入，在此利用海水在一定深度具有一定液壓來達到。現設低沸點工質的蒸氣壓強為P₁，容器內的海水在進口處的液壓為P₂，設選定進口處海水深度為h，則要求h稍大于 (P₁+P₂-P₀)/(d) ，P₀為大氣壓強;d為海水比重。這樣進口處外部海水液壓大于容器內壓強能自動進入容器。

根據上式分別對蒸發容器和冷凝容器進行計算，確定其深度。

（3）增加回收殘余工質裝置，絕對不溶于水的物質是沒有的，所謂不溶于水的物質是相對而言，所以總有極微量的低沸點工質溶于水，為了回收這些工質，要在蒸發容器與冷凝容器排出海水的管路上安裝回收殘余工質裝置（如果隨海水排出的工質數量很少，且工質價格便宜，核算其經費在發電量價值1/10以下，而且工質對環境沒有污染時，可以不用此裝置）。

下面結合附圖對本發明的結構、工作原理和過程作進一步詳細描述。

圖1是直接接觸熱交換法的溫差發電系統簡圖。

圖2是回收殘余工質裝置簡圖。

圖3是分壓回收工質器結構示意圖。