本發明屬(shu)于熱(re)(re)力(li)循環發電領(ling)域，具體涉及一種深(shen)海熱(re)(re)液高溫差(cha)能(neng)循環發電裝置。

背景技術：

1、深海(hai)(hai)熱(re)(re)(re)(re)液(ye)蘊含熱(re)(re)(re)(re)量巨大(da)、分布廣泛，其生(sheng)(sheng)成(cheng)機(ji)理是：由于海(hai)(hai)水沿巖(yan)(yan)石(shi)(shi)斷(duan)裂(lie)或裂(lie)縫處滲入大(da)洋(yang)地殼，然(ran)后(hou)接(jie)觸到(dao)被熔(rong)巖(yan)(yan)加熱(re)(re)(re)(re)的(de)(de)高溫巖(yan)(yan)石(shi)(shi)發(fa)生(sheng)(sheng)劇烈反應，海(hai)(hai)水獲得了(le)大(da)量的(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)量并攜(xie)帶巖(yan)(yan)石(shi)(shi)中的(de)(de)金屬元素從裂(lie)縫中噴(pen)出形(xing)成(cheng)熱(re)(re)(re)(re)液(ye)，單個(ge)熱(re)(re)(re)(re)液(ye)口熱(re)(re)(re)(re)量可達(da)mw級，且(qie)熱(re)(re)(re)(re)液(ye)區域熱(re)(re)(re)(re)液(ye)口一(yi)般成(cheng)群(qun)分布，總體(ti)熱(re)(re)(re)(re)量高達(da)gw級，如此高溫差(cha)、大(da)熱(re)(re)(re)(re)流密度、可直接(jie)利(li)用的(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)液(ye)能(neng)(neng)量極其適合發(fa)電。隨著各國對海(hai)(hai)洋(yang)資(zi)源(yuan)的(de)(de)探索開發(fa)、現代海(hai)(hai)洋(yang)觀測系統的(de)(de)建立(li)與發(fa)展，深海(hai)(hai)裝備的(de)(de)電能(neng)(neng)供給成(cheng)為(wei)關鍵(jian)技(ji)術(shu)之一(yi)，而(er)(er)利(li)用熱(re)(re)(re)(re)液(ye)所攜(xie)帶的(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)能(neng)(neng)進行發(fa)電從而(er)(er)滿足深海(hai)(hai)海(hai)(hai)底裝備用電也逐(zhu)步得到(dao)關注并成(cheng)為(wei)海(hai)(hai)洋(yang)新能(neng)(neng)源(yuan)研究的(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)點之一(yi)。

2、目前國內外研究(jiu)人(ren)員針對深(shen)海熱(re)(re)液(ye)能(neng)(neng)的(de)捕獲方法(fa)主要(yao)集中于熱(re)(re)電(dian)(dian)效應，通過熱(re)(re)電(dian)(dian)材料兩端介質(zhi)溫差來發(fa)電(dian)(dian)，雖(sui)然(ran)該方法(fa)設計出來的(de)裝(zhuang)置體積(ji)小、便于固定安裝(zhuang)，但(dan)是這(zhe)種(zhong)方法(fa)利用深(shen)海熱(re)(re)液(ye)能(neng)(neng)的(de)效率卻(que)十分(fen)低，主要(yao)原因(yin)在于熱(re)(re)電(dian)(dian)材料的(de)對能(neng)(neng)量的(de)轉(zhuan)換(huan)效率較(jiao)低，產出的(de)瓦特級別(bie)的(de)電(dian)(dian)能(neng)(neng)僅能(neng)(neng)為(wei)微(wei)型探測設備部分(fen)傳感(gan)器(qi)供電(dian)(dian)，無法(fa)滿足(zu)中大型探測設備或潛(qian)航器(qi)的(de)供電(dian)(dian)需(xu)求(qiu)。

3、當前絕(jue)大(da)(da)部分發(fa)(fa)電(dian)廠(chang)及發(fa)(fa)電(dian)系(xi)統(tong)均利用(yong)熱(re)力循環進行(xing)發(fa)(fa)電(dian)，該方(fang)式成本較低、運行(xing)穩定、發(fa)(fa)電(dian)功率(lv)高，如果(guo)將循環發(fa)(fa)電(dian)系(xi)統(tong)應用(yong)于深(shen)海熱(re)液能發(fa)(fa)電(dian)的裝置中，那么產(chan)出的電(dian)量會遠(yuan)大(da)(da)于利用(yong)熱(re)電(dian)效應產(chan)出的電(dian)量，可以達到為中大(da)(da)型(xing)探測設備及潛航器供(gong)電(dian)的目的。

4、深海熱(re)(re)液的(de)溫度(du)在(zai)(zai)200～400℃的(de)范(fan)圍內，該熱(re)(re)源溫度(du)屬于中(zhong)低(di)溫的(de)范(fan)圍，因此可采用(yong)在(zai)(zai)余(yu)熱(re)(re)利用(yong)領域中(zhong)應用(yong)十(shi)分廣泛的(de)有機朗肯(ken)循(xun)環(orc)，采用(yong)有機工質作為循(xun)環工質使得(de)其能夠(gou)充分利用(yong)中(zhong)低(di)溫余(yu)熱(re)(re)，且orc設備簡單、運行穩定(ding)，可以在(zai)(zai)保證發(fa)電量和循(xun)環穩定(ding)性(xing)的(de)前提下(xia)盡可能的(de)減小設備體積(ji)。

技術實現思路

1、本(ben)發明(ming)的目的在于提供(gong)一種結構緊湊、發電功率高、運行穩(wen)定的深(shen)海熱液高溫差能循環發電裝(zhuang)置(zhi)。

2、本發明的目的通(tong)過如下技術方案(an)來實現(xian)：

3、一種深海熱液高(gao)溫差能循環發電(dian)裝(zhuang)置，所(suo)述裝(zhuang)置采用有機(ji)朗(lang)肯循環orc作(zuo)為循環方式(shi)(shi)，裝(zhuang)置包括多頭盤(pan)管(guan)式(shi)(shi)熱管(guan)蒸發器、工質存(cun)儲罐、工質泵、工質蒸發罐、支(zhi)撐板(ban)、渦輪-發電(dian)一體化機(ji)組(zu)、球(qiu)形閥、多頭螺(luo)旋管(guan)內冷凝器；

4、所述(shu)工(gong)(gong)(gong)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)存儲(chu)罐(guan)(guan)側面通過(guo)管(guan)道(dao)與工(gong)(gong)(gong)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)泵連接，工(gong)(gong)(gong)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)泵將工(gong)(gong)(gong)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)存儲(chu)罐(guan)(guan)內(nei)的(de)工(gong)(gong)(gong)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)輸(shu)送(song)至(zhi)(zhi)工(gong)(gong)(gong)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)罐(guan)(guan)之(zhi)中(zhong)(zhong)；所述(shu)多(duo)(duo)頭(tou)盤管(guan)式熱管(guan)蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)器(qi)包(bao)括蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)段、絕熱段和(he)冷凝(ning)段，蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)段插入熱液口內(nei)部(bu)，冷凝(ning)段置于(yu)工(gong)(gong)(gong)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)罐(guan)(guan)之(zhi)中(zhong)(zhong)；工(gong)(gong)(gong)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)罐(guan)(guan)上(shang)方(fang)出口與頂(ding)(ding)部(bu)渦(wo)輪(lun)(lun)-發(fa)(fa)電(dian)一(yi)體化機(ji)組連接，吸收熱量的(de)工(gong)(gong)(gong)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)通過(guo)管(guan)道(dao)輸(shu)送(song)至(zhi)(zhi)渦(wo)輪(lun)(lun)-發(fa)(fa)電(dian)一(yi)體化機(ji)組進行(xing)透(tou)平做(zuo)功發(fa)(fa)電(dian)；球形閥(fa)布置于(yu)工(gong)(gong)(gong)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)罐(guan)(guan)頂(ding)(ding)部(bu)，當工(gong)(gong)(gong)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)罐(guan)(guan)中(zhong)(zhong)的(de)工(gong)(gong)(gong)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)壓力(li)超過(guo)設定(ding)的(de)壓力(li)閾值時，球形閥(fa)被工(gong)(gong)(gong)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)頂(ding)(ding)開；做(zuo)功后(hou)的(de)乏汽通過(guo)管(guan)道(dao)輸(shu)送(song)至(zhi)(zhi)設備外部(bu)的(de)多(duo)(duo)頭(tou)螺(luo)旋管(guan)內(nei)冷凝(ning)器(qi)之(zhi)中(zhong)(zhong)進行(xing)冷凝(ning)，冷凝(ning)后(hou)的(de)工(gong)(gong)(gong)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)通過(guo)冷凝(ning)管(guan)被輸(shu)送(song)至(zhi)(zhi)工(gong)(gong)(gong)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)存儲(chu)罐(guan)(guan)之(zhi)中(zhong)(zhong)。

5、進(jin)一步地，所(suo)述多(duo)頭盤管式熱管蒸(zheng)發器由5根熱管并集(ji)組成。

6、進一步地，所述絕熱(re)段(duan)采(cai)(cai)用(yong)直管(guan)布置，蒸發段(duan)和冷凝段(duan)采(cai)(cai)用(yong)螺旋管(guan)式布置；蒸發段(duan)插入熱(re)液口內部(bu)，用(yong)于(yu)捕(bu)獲熱(re)液能；冷凝段(duan)置于(yu)工(gong)質蒸發罐(guan)之中(zhong)，用(yong)于(yu)將(jiang)熱(re)管(guan)所捕(bu)獲的能量傳遞給循環工(gong)質，充當工(gong)質加(jia)熱(re)器。

7、進一步地，所(suo)述蒸發(fa)段(duan)和冷凝(ning)段(duan)采用螺旋管式布(bu)置，螺旋升角(jiao)為5°。

8、進一步地，多頭盤管式(shi)熱(re)(re)管蒸發(fa)器的熱(re)(re)管表面上按照(zhao)陣(zhen)列規律開槽，在槽中(zhong)填充環氧樹脂從而形(xing)成雙(shuang)導熱(re)(re)表面結構(gou)，強化熱(re)(re)管與循環工(gong)質之間的換熱(re)(re)效果。

9、進一(yi)(yi)步地，所述頂部渦輪-發電(dian)一(yi)(yi)體化(hua)機(ji)組安(an)裝在支(zhi)撐板(ban)上(shang)，支(zhi)撐板(ban)位于渦輪-發電(dian)一(yi)(yi)體化(hua)機(ji)組與工質蒸發罐上(shang)方出口之(zhi)間的位置(zhi)。

10、進一(yi)步地，所述渦輪(lun)-發電(dian)一(yi)體化機組(zu)由(you)發電(dian)機組(zu)與透平(ping)設(she)備進行(xing)一(yi)體化設(she)計組(zu)成，透平(ping)設(she)備采(cai)用單軸徑流(liu)式透平(ping)。

11、進一步地，所述多頭螺(luo)(luo)旋(xuan)(xuan)管(guan)內(nei)冷凝(ning)器采用5根螺(luo)(luo)旋(xuan)(xuan)冷凝(ning)管(guan)，螺(luo)(luo)旋(xuan)(xuan)升角為3°并將其圍繞在罐體外圍，能夠在減小裝置(zhi)整體體積的同時充(chong)分利用冷海水冷卻做功后(hou)的工質乏汽。

12、進一步地(di)，所述工質泵為齒(chi)輪泵，滿足轉(zhuan)速和壓力(li)要求。

13、進一步(bu)地，所述裝置利(li)用(yong)深海(hai)熱液能(neng)循(xun)環發電的過程為：

14、步驟1：將發電裝置固定于熱(re)(re)液噴口后(hou)，多頭盤管(guan)(guan)式熱(re)(re)管(guan)(guan)蒸發器(qi)插入熱(re)(re)液噴口捕獲深(shen)海熱(re)(re)液能(neng)，加熱(re)(re)循(xun)環工質；

15、步驟2：循環工質被加熱為(wei)過熱蒸汽(qi)，通入渦輪-發(fa)電一體化機組(6)中(zhong)進行膨脹(zhang)做(zuo)功(gong)發(fa)電；

16、步驟3：做功(gong)后的(de)工質乏(fa)汽通入多頭螺旋管內冷(leng)凝(ning)器(qi)(8)中與周圍冷(leng)海水(shui)換熱，被冷(leng)凝(ning)為飽和液體(ti)；

17、步驟4：冷凝后的工(gong)質(zhi)(zhi)被工(gong)質(zhi)(zhi)泵(3)加壓并輸送至多頭盤管式熱管蒸發器中加熱；

18、步驟(zou)5：步驟(zou)1至步驟(zou)4循環(huan)往(wang)復從(cong)而達到不斷發電(dian)供電(dian)的目的。

19、本發明的有益效果在(zai)于：

20、本發明(ming)所提供的(de)深海熱液溫差(cha)能循(xun)環發電(dian)(dian)裝置采用熱管作為主要(yao)的(de)深海熱液能捕(bu)獲工(gong)具(ju)，利用orc對所捕(bu)獲的(de)能量(liang)進行(xing)循(xun)環發電(dian)(dian)發電(dian)(dian)功率高，能量(liang)轉換(huan)效率可觀，裝置整(zheng)體緊湊，體積小，適(shi)合深潛(qian)(qian)器(qi)機械手的(de)抓取與放(fang)置，所產生的(de)電(dian)(dian)能可以為中大型(xing)探測器(qi)及潛(qian)(qian)航器(qi)供電(dian)(dian)。

技術特征：

1.一種深海熱(re)液高(gao)溫差能循(xun)環發(fa)(fa)電裝置(zhi)，其特征在于：所(suo)述裝置(zhi)采用有機朗肯循(xun)環orc作為循(xun)環方式(shi)(shi)，裝置(zhi)包括多頭盤管式(shi)(shi)熱(re)管蒸發(fa)(fa)器、工質蒸發(fa)(fa)罐(guan)(2)、工質泵(3)、工質存(cun)儲罐(guan)(4)、支撐(cheng)板(5)、渦輪-發(fa)(fa)電一體化機組(6)、球形閥(7)、多頭螺旋管內冷凝器(8)；

2.根(gen)(gen)據權利要求(qiu)1所述(shu)的(de)一種深海熱液(ye)高溫(wen)差(cha)能循環發電裝置，其特征在于：所述(shu)多頭盤管式(shi)熱管蒸發器由(you)5根(gen)(gen)熱管并集組(zu)成。

3.根(gen)據(ju)權利要求1所述的一種(zhong)深(shen)海熱(re)液(ye)高溫差能(neng)循環(huan)(huan)發(fa)電裝(zhuang)置，其特征在于：所述絕熱(re)段采用直管(guan)布置，蒸發(fa)段和冷凝段采用螺旋(xuan)管(guan)式布置；蒸發(fa)段插(cha)入熱(re)液(ye)口(kou)內部(bu)，用于捕(bu)獲熱(re)液(ye)能(neng)；冷凝段置于工(gong)質蒸發(fa)罐(2)之(zhi)中，用于將(jiang)熱(re)管(guan)所捕(bu)獲的能(neng)量(liang)傳遞給循環(huan)(huan)工(gong)質，充(chong)當工(gong)質加熱(re)器(qi)。

4.根據權利要(yao)求3所(suo)述的一種深海(hai)熱液高溫差(cha)能循環(huan)發電(dian)裝(zhuang)置(zhi)，其特(te)征(zheng)在于(yu)：所(suo)述蒸發段和冷凝段采(cai)用(yong)螺(luo)旋管式布置(zhi)，螺(luo)旋升角(jiao)為5°。

5.根據權利(li)要求2所(suo)述的一(yi)種深(shen)海熱(re)(re)液高溫差(cha)能循環(huan)發電裝置，其特征在(zai)于(yu)：多頭盤(pan)管(guan)式熱(re)(re)管(guan)蒸發器的熱(re)(re)管(guan)表(biao)面上按照陣列規律開槽，在(zai)槽中(zhong)填充環(huan)氧樹脂從而形成雙導熱(re)(re)表(biao)面結構，強化熱(re)(re)管(guan)與循環(huan)工質之間的換(huan)熱(re)(re)效(xiao)果。

6.根據權(quan)利要求1所述(shu)的一種深海熱液高溫差(cha)能循環發(fa)電(dian)裝(zhuang)置(zhi)，其(qi)特(te)征在于：所述(shu)頂部渦(wo)(wo)輪-發(fa)電(dian)一體(ti)化(hua)機組(6)安裝(zhuang)在支撐板(5)上，支撐板(5)位(wei)于渦(wo)(wo)輪-發(fa)電(dian)一體(ti)化(hua)機組(6)與工質(zhi)蒸發(fa)罐(2)上方出(chu)口之間的位(wei)置(zhi)。

7.根(gen)據權(quan)利要求1所述的(de)一種深海熱液高(gao)溫差能循環發電(dian)(dian)裝置，其特征在于：所述渦輪-發電(dian)(dian)一體化(hua)機(ji)組(6)由(you)發電(dian)(dian)機(ji)組與透平設備進行一體化(hua)設計(ji)組成，透平設備采(cai)用單軸徑流式透平。

8.根據權利要(yao)求(qiu)1所述(shu)的一種(zhong)深海熱液高溫差(cha)能循環發電裝(zhuang)置，其特(te)征在于：所述(shu)多頭螺(luo)旋管內(nei)冷凝器(8)采(cai)用5根螺(luo)旋冷凝管，螺(luo)旋升角(jiao)為3°并將(jiang)其圍繞在罐體(ti)(ti)外圍，能夠在減小裝(zhuang)置整體(ti)(ti)體(ti)(ti)積的同時(shi)充(chong)分(fen)利用冷海水(shui)冷卻(que)做功(gong)后的工質乏汽。

9.根(gen)據權利要求(qiu)1所(suo)述(shu)的一種(zhong)深海熱液高溫(wen)差能循環發電(dian)裝(zhuang)置，其(qi)特(te)征在于：所(suo)述(shu)工質泵(3)為齒輪(lun)泵，滿(man)足(zu)轉速和(he)壓力要求(qiu)。

10.根(gen)據權利(li)要求(qiu)1所述一種深海(hai)熱液高溫差能(neng)循(xun)環(huan)發電(dian)裝置，其(qi)特征在于：所述裝置利(li)用深海(hai)熱液能(neng)循(xun)環(huan)發電(dian)的過程為(wei)：

技術總結
本發明公開了一種深海熱液高溫差能循環發電裝置，裝置采用有機朗肯循環ORC作為循環方式，裝置包括多頭盤管式熱管蒸發器、工質蒸發罐、工質泵、工質存儲罐、支撐板、渦輪?發電一體化機組、球形閥、多頭螺旋管內冷凝器。多頭盤管式熱管蒸發器用于捕獲深海熱液的能量從而實現為循環工質加熱的目的，渦輪?發電一體化機組用于工質膨脹做功發電，多頭螺旋管內冷凝器用于為做功后的工質冷凝降溫，工質泵用于為冷凝后的工質加壓并輸送至熱管蒸發器中，通過循環往復達到發電的目的。本發明通過ORC將深海熱液能轉化為電能，發電功率高，能量轉換效率可觀，裝置整體緊湊，體積小，適合深潛器機械手的抓取與放置，產生的電能可以為中大型探測器及潛航器供電。

技術研發人員：史建新,史桂霖,楊龍濱,任毅,李彥軍,曹元偉,孫寶芝
受保護的技術使用者：哈爾濱工程大學
技術研發日：
技術公布日：2024/10/14