括第二级冷水引入部。第一级冷水排放部和 第二级冷水引入部配置成提供从第一级冷水排放部到第二级冷水引入部的冷水流中的最 小压力损失。第二甲板部还包括与第一甲板部的第二级工作流体通道连通的第二级工作流 体通道。第二级工作流体通道与第二级冷水结构通道协作将第二级工作流体通道中的工作 流体冷却成液体。第二甲板部还包括第二级冷水排放部。
[0042] 在进一步的方面中，第三甲板部可以包括第一蒸汽涡轮机和第二蒸汽涡轮机，其 中第一甲板部的第一级工作流体通道与第一涡轮机连通，并且第一甲板部的第二级工作流 体通道与第二涡轮机连通。第一和第二涡轮机能够联接至一个或多个发电机。
[0043] 在又进一步的方面中，提供一种离岸发电结构，其包括浸没部，该浸没部进一步包 括:四级蒸发器部、四级冷凝器部、四级发电部、冷水管连接部和冷水管。
[0044]在一个方面中，四级蒸发器部包括热水管道，该热水管道包括：第一级热交换表 面、第二级热交换表面、第三级热交换表面和第四级热交换表面。热水管道包括浸没部的垂 向结构构件。第一、第二、第三和第四热交换表面与工作流体管道的第一、第二、第三和第四 级部协作，其中，流过工作流体管道的工作流体在第一、第二、第三和第四级部中的每一个 处被加热成蒸汽。
[0045]在一个方面中，四级冷凝器部包括冷水管道，该冷水管道包括：第一级热交换表 面、第二级热交换表面、第三级热交换表面和第四级热交换表面。冷水管道包括浸没部的垂 向结构构件。第一、第二、第三和第四热交换表面与工作流体管道的第一、第二、第三和第四 级部协作，其中，流过工作流体管道的工作流体在第一、第二、第三和第四级部中的每一个 处被加热为蒸汽，并且在各依次级处A T越来越低。
[0046]在再一方面中，蒸发器部的第一、第二、第三和第四级工作流体管道与第一、第二、 第三和第四蒸汽涡轮机连通，其中，蒸发器部第一级工作流体管道与第一蒸汽涡轮机连通 并且排出至冷凝器部的第四级工作流体管道。
[0047] 在再一方面中，蒸发器部的第一、第二、第三和第四级工作流体管道与第一、第二、 第三和第四蒸汽涡轮机连通，其中蒸发器部第二级工作流体管道与第二蒸汽涡轮机连通并 且排出至冷凝器部的第三级工作流体管道。
[0048] 在再一方面中，蒸发器部的第一、第二、第三和第四级工作流体管道与第一、第二、 第三和第四蒸汽涡轮机连通，其中蒸发器部第三级工作流体管道与第三蒸汽涡轮机连通并 且排出至冷凝器部的第二级工作流体管道。
[0049]在再一方面中，蒸发器部的第一、第二、第三和第四级工作流体管道与第一、第二、 第三和第四蒸汽涡轮机连通，其中蒸发器部第四级工作流体管道与第四蒸汽涡轮机连通并 且排出至冷凝器部的第一级工作流体管道。
[0050] 在又进一步的方面中，第一发电机由第一涡轮机或第四涡轮机驱动，或者由第一 和第四涡轮机的组合驱动。
[0051] 在又进一步的方面中，第二发电机由第二涡轮机或第三涡轮机驱动，或者由第二 和第三涡轮机两者的组合驱动。
[0052] 发明的另外的方面可以包含一个或多个以下特征:第一和第四涡轮机或第二和第 三涡轮机产生9MW至60MW之间的电力；第一和第二涡轮机产生大约55MW的电力;第一和第二 涡轮机形成海洋热能转换电站中的多个涡轮发电机组中的一个;第一级热水引入部不与第 二级冷水排放部发生干涉;第一级冷水引入部不与第二级热水排放部发生干涉;第一或第 二级工作流体通道内的工作流体包括商业制冷剂。工作流体包括氨、丙烯、丁烷、R-134或R-22;第一和第二级工作流体通道内的工作流体温度增加12° F至24° F;第一工作流体流过第 一级工作流体通道，并且第二工作流体流过第二级工作流体通道，其中，第二工作流体以低 于第一工作流体进入第一蒸汽涡轮机的温度进入第二蒸汽涡轮机;第一和第二级工作流体 通道中的工作流体温度降低12° F至24° F;第一工作流体流过第一级工作流体通道，并且第 二工作流体流过第二级工作流体通道，其中，第二工作流体以低于第一工作流体进入第二 甲板部的温度进入第二甲板部。
[0053] 发明的进一步的方面也可以包含一个或多个以下特征:在第一或第二级热水结构 通道内流动的热水包括:热海水、地热加热水、太阳能加热储藏水;变热了的工业冷却水，或 这些水的组合;热水以在500，OOOgpm(加仑/分钟)至6，000，OOOgpm之间的流量流动;热水以 5，440，OOOgpm的流量流动;热水以在300，OOO，OOOlb/hr至I，OOO，OOO，OOOlb/hr之间的流量 流动;热水以2，720，0001b/hr的流量流动;在第一或第二级冷水结构通道内流动的冷水包 括:冷海水，冷淡水、冷地下水或者这些的组合;冷水以在250，OOOgpm至3，000，OOOgpm之间 的流量流动;冷水以3，420，OOOgpm的流量流动;冷水以在125，000，000 lb/hr至1，750，000， OOOlb/hr之间的流量流动;冷水以1，710，OOOlb/hr的流量流动。
[0054] 发明的若干个方面还可以包含一个或多个以下特征：离岸结构是最小起伏结构； 离岸结构是浮式柱筒(spar)结构;离岸结构是半潜式结构。
[0055] 发明的又进一步的方面可以包括用于在海洋热能转换电站中使用的高容量低速 度热交换系统，该系统包括:第一级柜，该第一级柜进一步包括用于与工作流体热交换的第 一水流动通道;第一工作流体通道;联接至第一级柜的第二级柜，该第二级柜进一步包括用 于与工作流体热交换的第二水流动通道，第二水流动通道以使从第一水流动通道流至第二 水流动通道的水的压降最小化的方式联接至第一水流动通道;和第二工作流体通道。第一 和第二级柜包括电站的结构构件。
[0056] 在一个方面中，水从第一级柜流至第二级柜，并且第二级柜在蒸发器中位于第一 级柜的下方。在另一方面中，水从第一级柜流至第二级柜，并且第二级柜在冷凝器中位于第 一级柜的上方且在蒸发器中的第一级柜的下方。
[0057] 本发明的方面可以具有一个或多个以下优点:连续的错开板条式冷水管比分段式 管构造轻;连续的错开板条式冷水管具有比分段式管少的摩擦损失;单个板条可以将大小 做成容易运输至OTEC电站操作现场;板条可以构造成期望的浮力特征;OTEC发电需要少至 没有的用于能源生产的燃料成本;与高压高温发电站中使用的高成本的特殊的材料相比， OTEC热机中涉及的低压力和低温度降低了组成元件成本并且需要普通材料；电站可靠性可 以与商业制冷系统媲美，连续操作多年而不用重大的维修;与高压高温电站相比降低了构 造时间；以及安全、对环境无害的操作和发电。另外的优点可以包括:与传统OTEC系统相比 增加了净效率、降低了牺牲性电力载荷;降低了热水和冷水通道中的压力损失;模块化组成 部件;较低频率的离网发电时间;针对波浪作用使起伏最小化并且减少了敏感性;冷却水在 表面水位下方排放，热水的引入不与冷水排放发生干涉。
[0058] 在附图以及以下的说明中阐述了发明的一个以上的实施方式的细节。发明的其他 特征、目的和优点将从说明和附图以及从权利要求书变得明显。
【附图说明】
[0059]图1示出示例性现有技术的OTEC热机。
[0060] 图2示出示例性现有技术的OTEC电站。
[0061] 图3示出本发明的OTEC结构。
[0062] 图3A示出本发明的OTEC结构。
[0063]图4示出本发明的OTEC结构的错开板条式管。
[0064]图5示出本发明的错开板条图案的细节图。
[0065] 图6示出本发明的错开板条式冷水管的横截面图。
[0066] 图7A至图7C示出本发明的单个板条的各种图。
[0067 ]图8示出本发明的单个板条的舌槽配置。
[0068] 图9示出本发明的两个板条之间的主动卡合锁扣。
[0069] 图10示出本发明的包含有加强箍的错开板条式冷水管。
[0070] 图11示出本发明的冷水管构造的方法。
[0071] 图12示出万向节管连接的现有技术的示例。
[0072]图13示出本发明的冷水管连接。
[0073]图14示出本发明的冷水管连接。
[0074] 图15示出本发明的冷水管连接方法。
[0075] 图16示出本发明的具有柔性冷水管的冷水管连接。
[0076]图17示出本发明的冷水管连接。
[0077]图18示出本发明的具有上提凸缘的冷水管。
[0078]图19不出本发明的一个方面的剖切立体图。
[0079]图20示出本发明的热交换器甲板的甲板平面图。
[0080]图21不出本发明的柜式热交换器。
[0081]图22A不出传统的热交换循环。
[0082] 图22B示出级联的多级热交换循环。
[0083] 图22C示出混合级联的多级热交换循环。
[0084] 图22D示出蒸发器压降和关联的发电。
[0085]图23A至图23B示出本发明的示例性OTEC热机。
[0086]除非另作说明，各图中相似的附图标记表示相似的元件。
【具体实施方式】
[0087]本发明涉及利用海洋热能转换（OTEC)技术发电。本发明的方面涉及浮式OTEC电 站，该OTEC电站具有优于以前的OTEC电站的改善了的整体效率、降低了的寄生载荷、较好的 稳定性、较低的构造和操作成本以及改善了的环境足迹。其他方面包括与浮式结构一体的 大容量水管道。多级OTEC热机的模块化和区室化降低了构造和维护成本、限制了离网操作 并且提高了操作性能。又进一步的方面提供了具有一体的热交换区室的浮式平台，并且提 供了平台由于波浪作用而产生的最小运动。一体的浮式平台也可以提供通过多级热交换器 的高效的热水流或冷水流，提高了效率并且降低了寄生电力需要。本发明的方面通过将热 水和冷水排放在适当的深度/温度范围内而促进了中性热足迹。以电的形式提取出的能量 降低了到达海洋的整体温度(bulk temperature)。
[0088] OTEC是用储存在地球海洋中的来自太阳的热能来发电的过程。OTEC利用了较热的 上层海水与较冷的深层海水之间的温差。该温差典型地至少为36°F(20°C)。这些条件存在 于热带地区，大致在南回归线和北回归线之间，甚至是在南北炜20°之间。OTEC过程利用温 差向兰金循环(Rankine cycle)提供动力，其中热的表面水用作热源，冷的深层水用作冷源 (heat sink)。兰金循环的涡轮机驱动用于产生电力的发电机。
[0089]图1示出典型的OTEC兰金循环热机10,该热机10包括热海水入口 12、蒸发器14、热 海水出口 15、涡轮机16、冷海水入口 18、冷凝器20、冷海水出口 21、工作流体管道22和工作流 体栗24。
[0090]在操作中，热机10可以使用多种工作流体中的任何一种，例如，诸如氨等商业制冷 剂。其他工作流体可以包括丙烯、丁烷、R-22和R-134a。也可以使用其他商业制冷剂。大约 75°F至85° F之间或者更高温度的热海水经由热海水入口 12被从海洋表面或比海洋表面稍 低的位置抽取，进而对穿过蒸发器14的氨工作流体进行加热。氨沸腾产生大约9.3标准大气 压(atm)的蒸汽压。蒸汽沿着工作流体管道22被输送至涡轮机16。氨蒸汽在穿过涡轮机16时 膨胀，产生了驱动发电机25的动力。然后氨蒸汽进入冷凝器20,在那里氨蒸汽被从大约3000 英尺深的深层海洋抽取的冷海水冷却为液体。冷海水以大约40°F的温度进入冷凝器。在冷 凝器20中的温度为大约51°F的氨工作流体的蒸汽压为6.1标准大气压。因此，显著的压力差 可用于驱动涡轮机16并产生电力。当氨工作流体冷凝时，液态工作流体经由工作流体管道 22被工作流体栗24栗回至蒸发器14内。
[0091]图1的热机10与大多数蒸汽涡轮机的兰金循环实质上相同，除了OTEC由于利用不 同的工作流体和较低的温度及压力而不同。图1的热机10也与商业制冷设备相似，除了 OTEC 循环沿相反的方向运行使得热源(例如，热海水)和冷的冷源(例如，深层海水)被用于产生 电力。
[0092]图2示出浮式OTEC设备200的典型组成部件，这些组成部件包括:船舶(vessel)或 平台210、热海水入口 212、热水栗213、蒸发器214、热海水出口 215、涡轮发电机216、冷水管 217、冷海水入口 218、冷水栗219、冷凝器220、冷海水出口 221、工作流体管道22、工作流体栗 224和管连接部230 ATEC设备200还可以包括发电、转换和传输系统、诸如推进器、推动器等 位置控制系统或者锚泊系统(mooring system)以及各种辅助和支持系统(例如，人员住宿、 应急电源、饮用水、污水和废水、消防、损害控制、储备浮力以及其他常见的船上或海事系 统)。
[0093]利用图1和图2中的基本的热机和系统实现的OTEC电站具有3%或更小的相对低的 整体效率。由于该低的热效率，所以产生每千瓦电力的OTEC操作都需要大量的水流过电力 系统。这进而在蒸发器和冷凝器中需要具有大的热交换表面积的大的热交换器。
[0094]这样的大量的水和大表面积需要热水栗213和冷水栗219具有相当大的栗取能力， 降低了可用于配送至岸基设备或船上工业目的的净电力。此外，多数水面船舶的有限空间 也不太可能便于大量的水导入并流过蒸发器或冷凝器。实际上，大量的水需要大直径管和 管道。将这样的结构放在有限的空间内需要多个弯道来容纳其他机械。典型的水面船舶或 结构的有限空间不太可能便于OTEC电站的最大效率所需的大的热交换表面积。因此，OTEC 系统以及船舶或平台历来较大并且昂贵。这导致如下工业结论:与利用较高温度和压力的 其他能源生产方案相比，OTEC操作是一种高成本、低产出的发电方案。
[0095]本发明的方面解决了技术挑战，以提高OTEC操作的效率并且降低构造和操作成 本。
[0096]船舶或平台210需要低运动，以使冷水管217与船舶或平台210之间的动态力最小 化，并且为平台或船舶中的OTEC设施提供良性的操作环境。船舶或平台210还应该支持冷水 入口和热水入口（ 218和212)的体积流量使得以适当的程度引入足够的冷水和热水，以确保 OTEC过程的效率。船舶或平台210还应该使得冷水和热水能够经由船舶或平台210的水线下 方的适当位置的冷水出口和热水出口（221和215)排放，以避免热回流进入到海洋表面层。 另外，船舶或平台210应该经受得住恶劣天气而不会干扰发电操作。
[0097] OTEC热机10应该采用用于最大效率和最大发电的高效热循环。沸腾和冷凝过程中 的热传递以及热交换器材料和设计均限制了从每镑热海水能够提取出的能源的量。蒸发器 214和冷凝器220中使用的热交换器需要高的热水和冷水流量以及低的水头损失（head loss)以使寄生载荷最小化。热交换器也需要高的热传递系数以提高效率。热交换器可以包 含能够被调节成适应(taiIor)热水入口温度和冷水入口温度的材料和设计，以提高效率。 热交换器设计应该使用材料用量最少化的简单的构造方法，以降低成本和体积。
[0098]涡轮发电机216应该具有内部损失最小化的高效率，并且可以被调节成适应工作 流体以提高效率。
[0099]图3示出提高以前的OTEC电站的效率并且克服与其相关联的多个技术挑战的本发 明的实施。该实施包括船舶或平台用柱筒（spar)，柱筒上一体设置有热交换器和相关联的 热水管路和冷水管路。
[0100] OTEC柱筒310容纳有用于与OTEC发电站一起使用的一体化多级热交换系统。柱筒 310包括在水线305下方的浸没部311。浸没部311包括热水引入部340、蒸发器部344、热水排 放部346、冷凝器部348、冷水引入部350、冷水管351、冷水排放部352、机械甲板部 (machinery deck portion)354。甲板室360设置在柱筒的顶部以容纳电气开关装置、辅助 和应急机械及系统、小船装卸设备以及诸如办公室、寝室、通讯中心和控制室等载人空间。 [0101]图3A示出本发明的示例性机械布局，包括:热水引入部34