CN115342554B - 工质螺旋双循环式换热器结构、蒸发器和冷凝器 - Google Patents

工质螺旋双循环式换热器结构、蒸发器和冷凝器 Download PDF

Info

Publication number
CN115342554B
CN115342554B CN202210852240.9A CN202210852240A CN115342554B CN 115342554 B CN115342554 B CN 115342554B CN 202210852240 A CN202210852240 A CN 202210852240A CN 115342554 B CN115342554 B CN 115342554B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pipeline
working medium
spiral
power generation
evaporator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210852240.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115342554A (zh
Inventor
欧芬兰
宁波
周佳维
李晶
李博
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangzhou Marine Geological Survey
Original Assignee
Guangzhou Marine Geological Survey
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangzhou Marine Geological Survey filed Critical Guangzhou Marine Geological Survey
Priority to CN202210852240.9A priority Critical patent/CN115342554B/zh
Publication of CN115342554A publication Critical patent/CN115342554A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115342554B publication Critical patent/CN115342554B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/02—Evaporators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/04—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using pressure differences or thermal differences occurring in nature
    • F03G7/05—Ocean thermal energy conversion, i.e. OTEC
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/04—Condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Oceanography (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

本发明公开了一种工质螺旋双循环式换热器结构及使用该换热器结构的工质蒸发器和工质冷凝器，涉及海洋温差能发电技术领域，本发明的工质螺旋双循环式换热器结构包括：壳体、贯穿壳体轴心的中心通孔、第二管道和第三管道，中心通孔贯穿设置有第一管道；第二管道和第三管道螺旋围绕第一管道，且第三管道与第二管道的每一圈螺旋面均贴合换热，各自独立的第二管道和第三管道分别流动着两种温度的流体。本发明的换热器内部采用双叠层螺旋内通道结构，使得海水和工质能在第二管道和第三管道的每一圈螺旋面均贴合换热，不仅可以实现换热面积的最大化，而且可以让流体分配均匀，快速流过时能实现充分换热，从而有效提高发电***的热循环效率。

Description

工质螺旋双循环式换热器结构、蒸发器和冷凝器
技术领域
本发明涉及海洋温差能发电技术领域，具体涉及工质螺旋双循环式换热器结构、蒸发器和冷凝器。
背景技术
海洋温差能是指海洋表层长期吸收太阳能的热海水与深层冷海水之间蕴藏的热能，其是绿色无污染的可再生能源。海洋温差能依靠热力循环***实现发电，受天气、昼夜以及季节的影响相较于其他海洋能源更小，温差能发电不需要储能***，可以实现稳定供应且储量大，具备代替化石能源的潜力，减少二氧化碳的排放，改善生态环境，因此受到世界研究学者的广泛关注。
目前，海洋温差能发电***技术的发展主要受限于两个方面的问题，一方面是海洋温差较小，导致热循环效率较低；另一方面是现有海洋温差能发电***设计及示范电站，采用长距离抽吸热冷海水的循环方式，导致***的运作存在大量的无效热损失。因此，为了解决海洋温差能发电***的循环***优化设计、提高循环***的换热效率、减小抽吸热冷海水导致的无效热损失、改进整体设备结构实现一体化等问题上需要新型循环***的设计，立足于实现能量的原位提取、减少能量的无效损失、简化***结构设计等研究方向来促进海洋温差能发电***的发展。在海洋温差能发电***中换热器作为能够实现高温流体和低温流体之间的热能传递的关键设备，为配套新型循环***的设计，需要对海洋温差能发电***的换热器结构进行优化设计，已满足循环***的功能实现。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供一种工质螺旋双循环式换热器结构、蒸发器和冷凝器，其内部采用双叠层螺旋内通道结构，使得海水和工质能在第二管道和第三管道的每一圈螺旋面均贴合换热，不仅可以实现换热面积的最大化，而且可以让流体分配均匀，快速流过时能实现充分换热，从而有效提高发电***的热循环效率。
为实现上述目的，本发明可以采用以下技术方案进行：
一种工质螺旋双循环式换热器结构，其包括：
壳体；
贯穿所述壳体轴心的中心通孔，所述中心通孔贯穿设置有第一管道；
螺旋围绕所述第一管道的第二管道，以及，
螺旋围绕所述第一管道的第三管道，且所述第三管道与所述第二管道的每一圈螺旋面均贴合换热，其中，各自独立的所述第二管道和所述第三管道分别流动着两种温度的流体。
如上所述的工质螺旋双循环式换热器结构，进一步地，所述第二管道的两进出水口设置在所述壳体的侧面，且两进出水口的进出口朝向相反；所述第三管道的两进出水口设置在所述壳体的顶面和底面，且两进出水口的进出口朝向相反。
如上所述的工质螺旋双循环式换热器结构，进一步地，所述壳体为立式圆柱体；所述第二管道和所述第三管道的螺旋内通道的宽度为：所述立式圆柱体的直径减去所述中心通孔的直径、减去螺旋内通道与所述中心通孔的内壁之间的安全厚度，再减去和所述立式圆柱体的外壁之间的安全厚度。
如上所述的工质螺旋双循环式换热器结构，进一步地，所述第二管道和所述第三管道形成层层叠加的螺旋管道，所述螺旋管道内供液体流动的管道互不连通并具有厚度间隔，且两螺旋管道的螺旋起始位置间隔180°。
本发明还提供了一种工质蒸发器，其包括：上述的工质螺旋双循环式换热器结构，且所述的工质螺旋双循环式换热器结构设置于温度高于设定值的第一温度海域内，所述第二管道的进水口设置在所述壳体的侧面上部，所述第二管道的出水口设置在所述壳体的侧面下部。
如上所述的工质蒸发器，进一步地，所述工质蒸发器依靠所述第二管道和所述第三管道换热，以利用所述第一温度海域的海水将流经自身的液态循环工质加热形成气态循环工质。
如上所述的工质蒸发器，进一步地，所述第二管道的进水口连接有热水泵，所述热水泵用于将所述第一温度海域内的海水泵入所述工质蒸发器内；所述第二管道的两进出水口及所述第三管道的两进出水口的端口均设有法兰，其用于连接外部流体的输入管道和输出管道。
本发明还提供了一种工质冷凝器，其包括：上述的工质螺旋双循环式换热器结构，且所述的工质螺旋双循环式换热器结构设置于温度低于设定值的第二温度海域内，所述第二管道的进水口设置在所述壳体的侧面下部，所述第二管道的出水口设置在所述壳体的侧面上部。
如上所述的工质冷凝器，进一步地，所述工质冷凝器依靠所述第二管道和所述第三管道换热，以利用所述第二温度海域的海水将发电设备发电后流出并流经自身的气态循环工质吸热形成液态循环工质。
如上所述的工质冷凝器，进一步地，所述第二管道的进水口连接有冷水泵，所述冷水泵用于将所述第二温度海域内的海水泵入所述工质冷凝器内；所述第二管道的两进出水口及所述第三管道的两进出水口的端口均设有法兰，其用于连接外部流体的输入管道和输出管道。
本发明还提供了一种螺旋置入式海洋温差能发电***，其包括：
透平机，其用于驱动发电机发电；
上述的工质蒸发器，所述工质蒸发器设置于第一温度海域，其具有换热管道以利用所述第一温度海域的海水将流经自身的液态循环工质加热形成气态循环工质，并输送到所述透平机；
上述的工质冷凝器，所述工质冷凝器设置于第二温度海域，其具有换热管道以利用所述第二温度海域的海水将所述透平机发电后流出并流经自身的气态循环工质吸热形成液态循环工质，其中，所述液态循环工质重新输送回所述工质蒸发器，所述第一温度海域的海水温度高于所述第二温度海域的海水温度。
如上所述的螺旋置入式海洋温差能发电***，进一步地，所述工质蒸发器的第一管道与所述工质冷凝器的第一管道连通，所述工质冷凝器的第一管道下游端与所述工质冷凝器的第三管道的上游端连通，所述工质冷凝器的第三管道与所述工质蒸发器的第三管道连通，所述工质蒸发器的第三管道与所述透平机的入口端连通，所述工质蒸发器的第一管道的上游端与所述透平机的出口端连通；所述工质蒸发器的第一管道与所述工质冷凝器的第一管道内贯穿组合管道，形成工质循环管。
如上所述的螺旋置入式海洋温差能发电***，进一步地，所述工质蒸发器的第三管道下游端与所述透平机的入口端连通的管道上还设有气液分离器，所述气液分离器分离出的液态循环工质流向所述工质蒸发器的第一管道的上游端。
如上所述的螺旋置入式海洋温差能发电***，进一步地，所述工质蒸发器的第一管道的上游端与所述透平机的出口端连通的管道还设有工质泵。
如上所述的螺旋置入式海洋温差能发电***，进一步地，所述工质冷凝器的第三管道与所述工质蒸发器的第三管道连通的管道上还设有单向阀。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
1、该换热器结构适用于工质蒸发器和工质冷凝器，其通过对换热器结构的创新设计，实现工质的直接循环至热海水和冷海水区域进行原位换热。热水泵和冷水泵分别设于工质蒸发器的热海水泵入口和工质冷凝器的冷海水泵入口，大幅减少长距离传输海水所造成的能量消耗和泵入海水所需的做功耗能。
2、该换热器结构设计采用立式圆柱体结构，使得工质能够不受重力影响沿着螺旋管道向上移动，并与海水进行充分地换热；其内部采用双叠层螺旋内通道结构，使得海水和工质能在第二管道和第三管道的每一圈螺旋面均贴合换热，不仅可以实现换热面积的最大化，而且可以让流体分配均匀，快速流过时能实现充分换热，从而有效提高发电***的热循环效率。
3、该换热器结构设有贯穿中心的通孔，使得螺旋置入式海洋温差能发电***能实现结构一体式，一方面，可以使工质循环传输至工质冷凝器的距离最短，有效减小工质泵的做功能耗。另一方面，螺旋置入式海洋温差能发电***可以直接整体置入海洋中运行，且一体式的结构可以大幅减轻浅层海域的海浪、内波等海洋环境对***运作稳定性的影响，让发电***结构更加稳固，不会发生大幅度的摆动，从而造成设备的损耗。通过合理分配抽水泵和透平机等设备，建立多个一体式的新型螺旋置入式海洋温差能发电***的大型发电网，实现产业化的海洋温差能利用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的工质蒸发器和工质冷凝器的结构示意图；
图2为本发明实施例的工质蒸发器和工质冷凝器的内部结构示意图；
图3为本发明实施例的螺旋置入式海洋温差能发电***的结构示意图；
图4为本发明实施例的螺旋置入式海洋温差能发电***的密封连接结构的结构示意图。
其中：1、工质蒸发器；2、工质冷凝器；3、热水泵；4、冷水泵；5、透平机；6、工质循环管；7、工质泵；8、单向阀；9、气液分离器；10、固定环；11、第一管道；12、第二管道；13、第三管道；14、法兰；15、密封连接结构；15-1、密封连接结构***层；15-2、密封连接结构隔热层；A-1、热海水泵入口；A-2、热海水泵出口；A-3、液态工质入口；A-4、气态工质出口；B-1、冷海水泵入口；B-2、冷海水泵出口；B-3、乏气工质入口；B-4、液态工质出口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例：
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
参见图1至图3，本发明提供一种工质螺旋双循环式换热器结构、蒸发器和冷凝器，其内部采用双叠层螺旋内通道结构，使得海水和工质能在第二管道12和第三管道13的每一圈螺旋面均贴合换热，不仅可以实现换热面积的最大化，而且可以让流体分配均匀，快速流过时能实现充分换热，从而有效提高发电***的热循环效率。
参见图1-图2，一种工质螺旋双循环式换热器结构，其包括：壳体、贯穿壳体轴心的中心通孔、第一管道11、第二管道12和第三管道13，其中，中心通孔贯穿设置有第一管道11；第二管道12和第三管道13均螺旋围绕第一管道11，且第三管道13与第二管道12的每一圈螺旋面均贴合换热，各自独立的第二管道12和第三管道13分别流动着两种温度的流体。
本实施例中，换热器结构内部海水流通通道是围绕着第一管道11螺旋分布，第三管道13与第二管道12都为层层叠加的螺旋管道，其中，两个螺旋管道并不相通，具有一定的厚度间隔，即工质流通管道和热海水流通管道是交叠螺旋分布的，也就是一层热海水一层工质流通的，使得第三管道13与第二管道12内的流体能够实现热交换；另外，采用层层叠加螺旋换热的方式，能够使得换热面积最大化，有效的提高换热效果和换热速率。壳体的中心通孔设有第一管道11，第一管道11为工质循环管6，能够实现工质的内部流通，其采用耐高压的材料制作，工质循环管6外层具有隔热层，能够杜绝工质循环管6中的乏气工质与换热器中的流体进行热交换；该工质循环管6穿越换热器中心通孔，通孔上端和下端采用固定环10实现工质循环管6的位置固定；该工质循环管6可根据工程实际由多个管路组合。可以理解地是，本换热器内部采用双叠层螺旋内通道结构，使得海水和工质能在第二管道12和第三管道13的每一圈螺旋面均贴合换热，不仅可以实现换热面积的最大化，而且可以让流体分配均匀，快速流过时能实现充分换热，从而有效提高发电***的热循环效率。
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，第二管道12的两进出水口设置在壳体的侧面，且两进出水口的进出口朝向相反；第三管道13的两进出水口设置在壳体的顶面和底面，且两进出水口的进出口朝向相反。具体地，第二管道12为海水的流通通道，第三管道13为工质的流通通道，优选地，第二管道12的进水口连接有水泵，其用于将海水泵入换热器中，能够大幅减少长距离传输海水所造成的能量消耗和泵入海水所需的做功耗能。更优选地，第二管道12和第三管道13的两进出水口均设有法兰14，其具有密封紧固的作用，用于连接外部流体的输入管道和输出管道。
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，壳体为立式圆柱体；第二管道12和第三管道13的螺旋内通道的宽度为：立式圆柱体的直径减去中心通孔的直径、减去螺旋内通道与中心通孔的内壁之间的安全厚度，再减去和立式圆柱体的外壁之间的安全厚度。
本实施例中，该换热器结构设计采用立式圆柱体结构，使得工质能够不受重力影响沿着螺旋管道向上移动，并与海水进行充分地换热。第二管道12和第三管道13的螺旋内通道的宽度尺寸为：立式圆柱体的直径减去中心通孔的直径、减去螺旋内通道与中心通孔的内壁之间的安全厚度，再减去和圆柱体外壁之间的安全厚度，其能够实现换热面积的最大化。
上述实施例中，进一步地，第二管道12和第三管道13形成层层叠加的螺旋管道，螺旋管道内供液体流动的管道互不连通并具有厚度间隔，且两螺旋管道的螺旋起始位置间隔180°。
参见图1-图2，本发明还提供了一种工质蒸发器1，其包括：上述的工质螺旋双循环式换热器结构，且工质螺旋双循环式换热器结构设置于温度高于设定值的第一温度海域内，第二管道12的进水口设置在壳体的侧面上部，第二管道12的出水口设置在壳体的侧面下部。进一步地，工质蒸发器1依靠第二管道12和第三管道13换热，以利用第一温度海域的海水将流经自身的液态循环工质加热形成气态循环工质。更进一步地，第二管道12的进水口连接有热水泵3，热水泵3用于将第一温度海域内的海水泵入工质蒸发器1内；第二管道12的两进出水口及第三管道13的两进出水口的端口均设有法兰14，其用于连接外部流体的输入管道和输出管道。
本实施例，第一温度海域为热海水区域，工质蒸发器1内部热海水流通通道是围绕着第一管道11螺旋分布，第三管道13与第二管道12都为层层叠加的螺旋管道，即工质流通管道和热海水流通管道是交叠螺旋分布的，工质蒸发器1依靠第二管道12和第三管道13，利用热海水区域的海水将流经自身的液态循环工质加热形成气态循环工质。如图1所示，工质蒸发器1存在四个进出口，分别为热海水泵入口A-1、热海水泵出口A-2、液态工质入口A-3以及气态工质出口A-4，其中，A-1和A-2为热海水流通螺旋，A-3和A-4为工质流通螺旋，热水泵3的出口与热海水泵入口A-1相连，进入工质蒸发器1的热海水经过换热作用后，从热海水泵出口A-2流出至海洋。采用这种工质螺旋双循环式换热器结构的工质蒸发器1能够增大热海水和液体工质的换热面积，实现换热效率的最大化。
参见图1-图2，本发明还提供了一种工质冷凝器2，其包括：上述的工质螺旋双循环式换热器结构，且工质螺旋双循环式换热器结构设置于温度低于设定值的第二温度海域内，第二管道12的进水口设置在壳体的侧面下部，第二管道12的出水口设置在壳体的侧面上部。进一步地，工质冷凝器2依靠第二管道12和第三管道13换热，以利用第二温度海域的海水将透平机5发电后流出并流经自身的气态循环工质吸热形成液态循环工质。进一步地，第二管道12的进水口连接有冷水泵4，冷水泵4用于将第二温度海域内的海水泵入工质冷凝器2内；第二管道12的两进出水口及第三管道13的两进出水口的端口均设有法兰14，其用于连接外部流体的输入管道和输出管道。
本实施例，第二温度海域为冷海水区域，工质冷凝器2内部冷海水流通通道是围绕着第一管道11螺旋分布，第三管道13与第二管道12都为层层叠加的螺旋管道，即工质流通管道和冷海水流通管道是交叠螺旋分布的，工质冷凝器2依靠第二管道12和第三管道13，利用冷海水区域的海水将流经自身的气态循环工质吸热形成液态循环工质。如图1所示，工质冷凝器2存在四个进出口，分别为冷海水泵入口B-1、冷海水泵出口B-2、乏气工质入口B-3以及液态工质出口B-4；冷水泵4的出口与工质冷凝器2的冷海水泵入口B-1相连，进入工质冷凝器2的冷海水经过换热作用后，从冷海水泵出口B-2流出至海洋。工质冷凝器2的内部采用双螺旋结构的层层重叠的方式，能够增大冷海水和乏气工质的换热面积，实现冷凝效率的最大化。
参见图3，本发明还提供了一种螺旋置入式海洋温差能发电***，其包括：透平机5、上述的工质蒸发器1以及上述的工质冷凝器2，透平机5用于驱动发电机发电；工质蒸发器1设置于第一温度海域，其具有换热管道以利用第一温度海域的海水将流经自身的液态循环工质加热形成气态循环工质，并输送到透平机5；工质冷凝器2设置于第二温度海域，其具有换热管道以利用第二温度海域的海水将透平机5发电后流出并流经自身的气态循环工质吸热形成液态循环工质，其中，液态循环工质重新输送回工质蒸发器1，第一温度海域的海水温度高于第二温度海域的海水温度。
本实施例中，第一温度海域为热海水区域，第二温度海域为冷海水区域，工质蒸发器1连接有用于将热海水泵入工质蒸发器1的热水泵3，工质冷凝器2连接有用于将冷海水泵入工质冷凝器2的冷水泵4，同时工质蒸发器1与工质冷凝器2通过工质循环管6进行连接。当本***使用时，液态工质通过热水泵3进入工质蒸发器1中，与工质蒸发器1内部循环的工质进行换热，从而使得工质受热后气化，气化后的工质通过管线输送至透平机5中进行发电，发电后的乏气工质通过工质循环管6输送至工质冷凝器2内，乏气工质与工质冷凝器2内部循环的工质进行换热，从而使得乏气工质受冷后液化并输出。可以理解地是，本***采用工质循环发电的模式，实现海洋温差能的原位提取，同时发电***整体结构一体化，让***可以实现整体结构置入到海洋中进行运作，改进现有发电示范站所需的长管路铺设、长距离的换热源运输、大量的能源消耗和结构设计复杂等问题，有效的提高了发电***的运作效率、结构下入的便捷性和发电***的应用范畴。
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，工质蒸发器1的第一管道11与工质冷凝器2的第一管道11连通，工质冷凝器2的第一管道11下游端与工质冷凝器2的第三管道13的上游端连通，工质冷凝器2的第三管道13与工质蒸发器1的第三管道13连通，工质蒸发器1的第三管道13与透平机5的入口端连通，工质蒸发器1的第一管道11的上游端与透平机5的出口端连通；工质蒸发器1的第一管道11与工质冷凝器2的第一管道11内贯穿组合管道，形成工质循环管6。
具体地，本***工质循环管6联通工质蒸发器1和工质冷凝器2，工质蒸发器1内的气化工质输送至透平机5进行发电，发电后的乏气工质通过工质循环管6输送进工质冷凝器2进行冷凝液化，再输送至工质蒸发器1进行加热气化，从而实现循环发电功能。示例性地，本***的发电过程如下：工质蒸发器1和热水泵3位于热海水区域，热水泵3向工质蒸发器1泵入热海水，热海水从热海水泵入口A-1泵入，工质蒸发器1的第二管道12中流通，换热完成后的海水从热海水泵出口A-2泵出；液态工质从液态工质入口A-3进入工质蒸发器1，在工质蒸发器1的第三管道13中流通，受热气化后从气态工质出口A-4进入气液分离器9，确保纯气态工质进入透平机5发电，分离得到的液态工质和透平机5发电做功后的乏气工质一起进入工质循环管6入口，通过工质泵7做功，经由工质循环管6输送至工质冷凝器2进行液化；工质冷凝器2和冷水泵4位于冷海水区域，冷水泵4向工质冷凝器2泵入冷海水，冷海水从冷海水泵入口B-1泵入，在工质冷凝器2的第二管道12中流通，换热完成后的海水从冷海水泵出口B-2泵出；乏气工质从乏气工质入口B-3进入工质冷凝器2，在工质冷凝器2的第三管道13中流通，受冷液化后从液态工质出口B-4进入工质蒸发器1的液态工质入口A-3端口，进行新一轮的循环发电。通过循环重复上述步骤，实现海洋温差能发电***的运作，实现***循环发电功能。
上述实施例中，进一步地，工质蒸发器1的第三管道13下游端与透平机5的入口端连通的管道上还设有气液分离器9，气液分离器9分离出的液态循环工质流向工质蒸发器1的第一管道11的上游端。具体地，本***通过设置气液分离器9，能确保输入到透平机5中的都是气态工质，保障透平机5发电效率并延长使用寿命，若气液分离器9存在分离出的液态工质，则通过管线输送至工质循环管6中进行冷凝循环。进一步地，工质蒸发器1的第一管道11的上游端与透平机5的出口端连通的管道还设有工质泵7。具体地，工质泵7用于将乏气工质泵7入工质冷凝器2中进行迅速液化。更进一步地，工质冷凝器2的第三管道13与工质蒸发器1的第三管道13连通的管道上还设有单向阀8。具体地，通过设置单向阀8能够确保循环工质按照***的循环路径运移，防止工质回流现象发生。
上述实施例中，进一步地，工质蒸发器1与工质冷凝器2之间的管道外设有密封连接结构15，密封连接结构15包括：包覆管道的隔热层以及用于围蔽所述隔热层的***层。具体地，参见图4，该密封连接结构15的作用是为了实现整个发电***的结构形态和重量的一致性，确保衔接位置的密封性和隔热性，保障工质循环的安全性。密封连接结构15总体分为两层结构，包括***层和隔热层，其中密封连接结构***层15-1的材质具有耐腐蚀和质量重的性能，密封连接结构隔热层15-2的材质具有高密封性和隔热的性能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种螺旋置入式海洋温差能发电***，其包括：
透平机，其用于驱动发电机发电；
工质蒸发器，所述工质蒸发器设置于第一温度海域，其具有换热管道以利用所述第一温度海域的海水将流经自身的液态循环工质加热形成气态循环工质，并输送到所述透平机；
工质冷凝器，所述工质冷凝器设置于第二温度海域，其具有换热管道以利用所述第二温度海域的海水将所述透平机发电后流出并流经自身的气态循环工质吸热形成液态循环工质，其中，所述液态循环工质重新输送回所述工质蒸发器，所述第一温度海域的海水温度高于所述第二温度海域的海水温度，
其中，所述工质蒸发器和所述工质冷凝器均包括工质螺旋双循环式换热器结构，所述工质螺旋双循环式换热器结构包括：
壳体；
贯穿所述壳体轴心的中心通孔，所述中心通孔贯穿设置有第一管道；
螺旋围绕所述第一管道的第二管道，以及，
螺旋围绕所述第一管道的第三管道，且所述第三管道与所述第二管道的每一圈螺旋面均贴合换热，其中，各自独立的所述第二管道和所述第三管道分别流动着两种温度的流体，所述工质蒸发器的第一管道与所述工质冷凝器的第一管道连通。
2.根据权利要求1所述的螺旋置入式海洋温差能发电***，其特征在于，所述工质螺旋双循环式换热器结构的第二管道的两进出水口设置在所述壳体的侧面，且两进出水口的进出口朝向相反；所述工质螺旋双循环式换热器结构的第三管道的两进出水口设置在所述壳体的顶面和底面，且两进出水口的进出口朝向相反。
3.根据权利要求1所述的螺旋置入式海洋温差能发电***，其特征在于，所述工质螺旋双循环式换热器结构的壳体为立式圆柱体；所述工质螺旋双循环式换热器结构的第二管道和第三管道的螺旋内通道的宽度为：所述立式圆柱体的直径减去所述中心通孔的直径、减去螺旋内通道与所述中心通孔的内壁之间的安全厚度，再减去和所述立式圆柱体的外壁之间的安全厚度。
4.根据权利要求1所述的螺旋置入式海洋温差能发电***，其特征在于，所述工质螺旋双循环式换热器结构的第二管道和第三管道形成层层叠加的螺旋管道，所述螺旋管道内供液体流动的管道互不连通并具有厚度间隔，且两螺旋管道的螺旋起始位置间隔180°。
5.根据权利要求1所述的螺旋置入式海洋温差能发电***，其特征在于，所述工质蒸发器的第二管道的进水口设置在所述壳体的侧面上部，所述第二管道的出水口设置在所述壳体的侧面下部。
6.根据权利要求5所述的螺旋置入式海洋温差能发电***，其特征在于，所述工质蒸发器依靠其第二管道和第三管道换热，以利用所述第一温度海域的海水将流经自身的液态循环工质加热形成气态循环工质。
7.根据权利要求5所述的螺旋置入式海洋温差能发电***，其特征在于，所述工质蒸发器的第二管道的进水口连接有热水泵，所述热水泵用于将所述第一温度海域内的海水泵入所述工质蒸发器内；所述第二管道的两进出水口及所述第三管道的两进出水口的端口均设有法兰，其用于连接外部流体的输入管道和输出管道。
8.根据权利要求1所述的螺旋置入式海洋温差能发电***，其特征在于，所述工质冷凝器的第二管道的进水口设置在所述壳体的侧面下部，所述第二管道的出水口设置在所述壳体的侧面上部。
9.根据权利要求8所述的螺旋置入式海洋温差能发电***，其特征在于，所述工质冷凝器依靠其第二管道和第三管道换热，以利用所述第二温度海域的海水将发电设备发电后流出并流经自身的气态循环工质吸热形成液态循环工质。
10.根据权利要求8所述的螺旋置入式海洋温差能发电***，其特征在于，所述工质冷凝器的第二管道的进水口连接有冷水泵，所述冷水泵用于将所述第二温度海域内的海水泵入所述工质冷凝器内；所述第二管道的两进出水口及所述第三管道的两进出水口的端口均设有法兰，其用于连接外部流体的输入管道和输出管道。
CN202210852240.9A 2022-07-19 2022-07-19 工质螺旋双循环式换热器结构、蒸发器和冷凝器 Active CN115342554B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210852240.9A CN115342554B (zh) 2022-07-19 2022-07-19 工质螺旋双循环式换热器结构、蒸发器和冷凝器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210852240.9A CN115342554B (zh) 2022-07-19 2022-07-19 工质螺旋双循环式换热器结构、蒸发器和冷凝器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115342554A CN115342554A (zh) 2022-11-15
CN115342554B true CN115342554B (zh) 2024-04-30

Family

ID=83949408

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210852240.9A Active CN115342554B (zh) 2022-07-19 2022-07-19 工质螺旋双循环式换热器结构、蒸发器和冷凝器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115342554B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115627309B (zh) * 2022-12-21 2023-03-10 河北三石节能环保科技有限公司 一种高炉煤粉加热装置
CN116072318B (zh) * 2023-01-18 2024-01-23 哈尔滨工程大学 用于热管堆的多环路布雷顿循环能量转换***及运行方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3244600A1 (de) * 1982-12-02 1984-06-07 LORO-Holding K. H. Vahlbrauk KG, 3353 Bad Gandersheim Waermetauscher fuer abwasserleitungen
US6295827B1 (en) * 1998-09-24 2001-10-02 Exxonmobil Upstream Research Company Thermodynamic cycle using hydrostatic head for compression
CN201503229U (zh) * 2009-07-31 2010-06-09 刘福贵 螺旋片式换热器
CN104197756A (zh) * 2014-08-13 2014-12-10 广东工业大学 双螺旋弹簧板式热交换器
JP5855298B1 (ja) * 2015-02-25 2016-02-09 東京ガスケミカル株式会社 Ｌｎｇ蒸発器およびｌｎｇ蒸発器によるｌｎｇ蒸発方法
CN210602890U (zh) * 2019-08-20 2020-05-22 济南市压力容器厂 一种螺旋错流换热器
CN114562434A (zh) * 2022-01-20 2022-05-31 自然资源部第一海洋研究所 一种利用海洋温差能的热力循环***

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3244600A1 (de) * 1982-12-02 1984-06-07 LORO-Holding K. H. Vahlbrauk KG, 3353 Bad Gandersheim Waermetauscher fuer abwasserleitungen
US6295827B1 (en) * 1998-09-24 2001-10-02 Exxonmobil Upstream Research Company Thermodynamic cycle using hydrostatic head for compression
CN201503229U (zh) * 2009-07-31 2010-06-09 刘福贵 螺旋片式换热器
CN104197756A (zh) * 2014-08-13 2014-12-10 广东工业大学 双螺旋弹簧板式热交换器
JP5855298B1 (ja) * 2015-02-25 2016-02-09 東京ガスケミカル株式会社 Ｌｎｇ蒸発器およびｌｎｇ蒸発器によるｌｎｇ蒸発方法
CN210602890U (zh) * 2019-08-20 2020-05-22 济南市压力容器厂 一种螺旋错流换热器
CN114562434A (zh) * 2022-01-20 2022-05-31 自然资源部第一海洋研究所 一种利用海洋温差能的热力循环***

Also Published As

Publication number Publication date
CN115342554A (zh) 2022-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115342554B (zh) 工质螺旋双循环式换热器结构、蒸发器和冷凝器
CN110206599B (zh) 一种冷热电联储联供***
CN109026241B (zh) 一种热泵压缩空气储能***
CN110206598B (zh) 一种基于间接储冷储热的热泵储能发电***
CN105431686B (zh) 地热源与远距离供热网的热工连接
CN112524001B (zh) 一种基于跨临界朗肯循环的热泵储电***
CN102287344B (zh) 一种新型地热和光热联合发电***
CN110206600B (zh) 一种基于阵列化储冷储热的热泵储电***及方法
CN201539373U (zh) 一种地热能或太阳能温差发动机装置
CN106287212A (zh) 一种回热式气化器
CN105756733A (zh) 一种以二氧化碳为载体的能源供应方法和***
CN104295328B (zh) 一种介质能发动机装置及其做功方式
CN111609574A (zh) 可持续利用的跨季节地热能开发***
CN115013220A (zh) 基于中深层干热岩的紧凑型地热能压缩空气储能***、方法
CN212457477U (zh) 一种并列螺旋管式换热器
KR20080027180A (ko) 지하수의 지상유출 방지기능을 갖는 지열공 연통구조
CN114234260A (zh) 一种可旋转式中深层同轴管地源热泵供暖***
CN113482889A (zh) 水下等压压缩空气混合储能***及方法
KR101587495B1 (ko) 지열을 이용한 냉난방 시스템
CN101956679B (zh) 地热能或太阳能温差发动机装置、其发电方法及应用
CN115387974A (zh) 一种整体全潜式环空换热循环的海洋温差能发电***
CN115288962A (zh) 一种螺旋置入式海洋温差能发电***
KR200433566Y1 (ko) 지하수의 지상유출 방지기능을 갖는 지열공 연통구조
CN219976546U (zh) 供热供冷***
CN216049355U (zh) 液氮蒸发设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant