一种温差发电装置

本申请涉及发电设备技术领域，特别涉及一种温差发电装置。

背景技术：

国内外针对自然界的环境温差的利用由来已久。从远古时代起，就有人利用温泉取暖，在夏天利用温度较低的地下水保鲜食物。海水温差发电由法国科学家达松瓦尔于1881年9月首先提出，1926年11月，法国科学院建立了世界上第一个实验温差发电站。2012年1月，中国国家海洋局第一海洋研究所的“15kw温差能发电装置研究及试验”课题在青岛市通过验收，使中国成为第三个独立掌握海水温差能发电技术的国家。

但是在现有技术中，通过朗肯循环发电系统利用温差发电的方案中，往往需要采用lng冷能作为朗肯循环的冷端，常温海水作为热端，现有方案的存在需要消耗现有的lng冷能的缺点，不仅不够环保，而且发电成本高。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种温差发电装置，有效地解决现有技术中存在需要消耗现有的冷能导致发电成本高的技术问题。

为达到上述目的，本申请提供以下技术方案：

一种温差发电装置，包括吸热系统、放热系统和发电系统；

所述吸热系统包括第一循环管路、第一换热器和第一罐体，所述第一换热器和所述第一罐体安装在所述第一循环管路中，所述第一换热器用于辅助第一循环管路的第一导热介质往外部环境吸收热量，所述第一罐体用于储存吸收热量后的第一导热介质；

所述放热系统包括第二循环管路、第二换热器和第二罐体，所述第二换热器和所述第二罐体安装在所述第二循环管路中，所述第二换热器用于辅助第二循环管路的第二导热介质往外部环境释放热量，所述第二罐体用于储存释放热量后的第二导热介质；

所述发电系统包括第三循环管路、第三换热器、第四换热器、膨胀机和发电机，所述第三换热器、所述膨胀机和所述第四换热器依次安装在所述第三循环管路中；

所述第三换热器用于辅助第三循环管路与第一循环管路交换热量，所述第四换热器用于辅助第三循环管路与第二循环管路交换热量；

所述膨胀机与所述发电机连接，所述膨胀机用于驱动所述发电机发电。

优选地，在上述的温差发电装置中，所述第一循环管路上设有第一阀门，所述第一阀门设置在所述第一换热器和所述第一罐体之间；

所述第二循环管路上设有第二阀门，所述第二阀门设置在所述第二换热器和所述第二罐体之间。

优选地，在上述的温差发电装置中，所述第一循环管路设有第三罐体，所述第一换热器、所述第一罐体和所述第三罐体依次接入到所述第一循环管路中，且所述第三换热器位于所述第一罐体和所述第三罐体之间；

所述第二循环管路设有第四罐体，所述第二换热器、所述第二罐体和所述第四罐体依次接入到所述第一循环管路中，且所述第四换热器位于所述第二罐体和所述第四罐体之间。

优选地，在上述的温差发电装置中，所述第一循环管路设有第一泵体，所述第一泵体位于所述第三罐体和所述第一换热器之间；

所述第二循环管路设有第二泵体，所述第二泵体位于所述第四罐体和所述第二换热器之间。

优选地，在上述的温差发电装置中，所述第一罐体、所述第二罐体、所述第三罐体和所述第四罐体均设有隔热保温层。

优选地，在上述的温差发电装置中，所述第三循环管路还设有压缩泵，所述第三换热器、所述膨胀机、所述第四换热器和所述压缩泵依次接入到所述第三循环管路中。

优选地，在上述的温差发电装置中，还包括温度传感器，所述温度传感器用于检测外部环境和各个导热介质的温度。

优选地，在上述的温差发电装置中，所述第一换热器、所述第二换热器、所述第三换热器和所述第四换热器具体为板式换热器、管壳式换热器、管翅式换热器、套管式换热器或其相互组合。

优选地，在上述的温差发电装置中，所述膨胀机具体为透平膨胀机、活塞膨胀机或螺杆膨胀机。

优选地，在上述的温差发电装置中，所述第一罐体通过第一进料管和第一出料管接入到所述第一循环管路中，所述第一出料管上设有第三阀门；

所述第二罐体通过第二进料管和第二出料管接入到所述第二循环管路中，所述第二出料管上设有第四阀门。

本申请的有益效果是：

本申请在使用时，适用于当外部环境的温度大于第一导热介质的温度时，第一导热介质可以通过第一换热器往外部环境吸收热量，待第一导热介质的温度升高到第一数值时，可以将第一导热介质输送到第一罐体进行储存保温；当外部环境的温度小于第二导热介质的温度时，第二导热介质可以通过第二换热器往外部环境释放热量，待第二导热介质的温度降低到第二数值(第二数值小于第一数值)时，可以将第二导热介质输送到第二罐体进行储存保温；释放第一罐体内的第一导热介质和第二罐体的第二导热介质，第三循环管路一侧的第三导热介质可以通过第三换热器与第一导热介质进行热交换，并为膨胀机的热机子系统提供热源；而第三循环管路另一侧的第三导热介质可以通过第四换热器与第二导热介质进行热交换，并为膨胀机的热机子系统提供冷源，从而使得膨胀机的热机子系统可以从吸热系统连续不断地吸收热能，从而对外做功以驱动发电机进行发电作业，并且热机子系统可以连续不断地往放热系统释放热能，形成循环导热线路，实现膨胀机和发电机可以持续不断进行发电作业，由于本申请的冷能和热能均来自于环境，无需消耗现有的lng冷能，具有绿色环保可再生和发电成本低的优点，有效地解决现有技术中存在需要消耗现有的冷能导致发电成本高的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种温差发电装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种温差发电装置的外部环境的温度随时间变化的示意图。

图中：

1为第一循环管路、11为第一换热器、12为第一阀门、13为第一罐体、14为第三罐体、15为第一泵体、2为第二循环管路、21为第二换热器、22为第二阀门、23为第二罐体、24为第四罐体、25为第二泵体、3为第三循环管路、31为第三换热器、32为膨胀机、33为第四换热器、34为压缩泵、4为发电机。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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申请实施例和简化描述，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申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，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，也可以是可更换连接，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申请实施例中的具体含义。

国内外针对自然界的环境温差的利用由来已久。从远古时代起，就有人利用温泉取暖，在夏天利用温度较低的地下水保鲜食物。海水温差发电由法国科学家达松瓦尔于1881年9月首先提出，1926年11月，法国科学院建立了世界上第一个实验温差发电站。2012年1月，中国国家海洋局第一海洋研究所的“15kw温差能发电装置研究及试验”课题在青岛市通过验收，使中国成为第三个独立掌握海水温差能发电技术的国家。但是在现有技术中，通过朗肯循环发电系统利用温差发电的方案中，往往需要采用lng冷能作为朗肯循环的冷端，常温海水作为热端，现有方案的存在需要消耗现有的lng冷能的缺点，不仅不够环保，而且发电成本高。本实施例提供了一种温差发电装置，具有绿色环保可再生和发电成本低的优点，有效地解决现有技术中存在需要消耗现有的lng冷能导致发电成本高的技术问题。

请参阅图1-图2，本申请实施例提供了一种温差发电装置，包括吸热系统、放热系统和发电系统；吸热系统包括第一循环管路1、第一换热器11和第一罐体13，第一换热器11和第一罐体13安装在第一循环管路1中，第一换热器11用于辅助第一循环管路1的第一导热介质往外部环境吸收热量，第一罐体13用于储存吸收热量后的第一导热介质；放热系统包括第二循环管路2、第二换热器21和第二罐体23，第二换热器21和第二罐体23安装在第二循环管路2中，第二换热器21用于辅助第二循环管路2的第二导热介质往外部环境释放热量，第二罐体23用于储存释放热量后的第二导热介质；发电系统包括第三循环管路3、第三换热器31、第四换热器33、膨胀机32和发电机4，第三换热器31、膨胀机32和第四换热器33依次安装在第三循环管路3中；第三换热器31用于辅助第三循环管路3与第一循环管路1交换热量，第四换热器33用于辅助第三循环管路3与第二循环管路2交换热量；膨胀机32与发电机4连接，膨胀机32用于驱动发电机4发电。

本实施例主要适用于沙漠、高原、月球、太空等昼夜温差较大的地点，利用昼夜温差可实现连续发电，本实施例也可以适用于温度随时间变化较大的其他地点，本申请不再一一赘述。

更具体地说，第三换热器31同时设置在第一循环管路1和第三循环管路3上，以便于第一导热介质和第三导热介质进行热交换，同样第四换热器33同时设置在第二循环管路2和第三循环管路3上，以便于第二导热介质和第三导热介质进行热交换；请参阅图1，各个循环管路上的箭头代表各个循环管路内的导热介质的流动方向，也就是说第一循环管路1内的第一导热介质为顺时针方向流动，第一换热器11、第一罐体13和第三换热器31也沿顺时针方向依次设置；第二循环管路2内的第二导热介质为逆时针方向流动，第二换热器21、第二罐体23和第四换热器33也沿逆时针方向依次设置；而为了保证导热介质之间具有良好的热交换效率，第三换热器31内的第一导热介质和第三导热介质的流动方向相反，对流的第一导热介质和第三导热介质有利于提高热交换效率，同样第四换热器33内的第二导热介质和第三导热介质的流动方向相反，对流的第二导热介质和第三导热介质有利于提高热交换效率。

本实施例在使用时，适用于当外部环境的温度大于第一导热介质的温度时，第一导热介质可以通过第一换热器11往外部环境吸收热量，待第一导热介质的温度升高到第一数值时，可以将第一导热介质输送到第一罐体13进行储存保温；当外部环境的温度小于第二导热介质的温度时，第二导热介质可以通过第二换热器21往外部环境释放热量，待第二导热介质的温度降低到第二数值(第二数值小于第一数值)时，可以将第二导热介质输送到第二罐体23进行储存保温；释放第一罐体13内的第一导热介质和第二罐体23的第二导热介质，第三循环管路3一侧的第三导热介质可以通过第三换热器31与第一导热介质进行热交换，并为膨胀机32的热机子系统提供热源；而第三循环管路3另一侧的第三导热介质可以通过第四换热器33与第二导热介质进行热交换，并为膨胀机32的热机子系统提供冷源，从而使得膨胀机32的热机子系统可以从吸热系统连续不断地吸收热能，从而对外做功以驱动发电机4进行发电作业，并且热机子系统可以连续不断地往放热系统释放热能，形成循环导热线路，实现膨胀机32和发电机4可以持续不断进行发电作业，由于本申请的冷能和热能均来自于环境，无需消耗现有的lng冷能，具有绿色环保可再生和发电成本低的优点，有效地解决现有技术中存在需要消耗现有的冷能导致发电成本高的技术问题。

进一步地，在本实施例中，第一循环管路1上设有第一阀门12，第一阀门12设置在第一换热器11和第一罐体13之间；第二循环管路2上设有第二阀门22，第二阀门22设置在第二换热器21和第二罐体23之间。通过第一阀门12的设置以便于第一换热器11内的第一导热介质可以往外部环境吸收足够的热量再储存到第一罐体13内；同样通过第二阀门22的设置以便于第二换热器21内的第二导热介质可以往外部环境吸收足够的热量再储存到第二罐体23内。

更具体地说，当本实施例应用于沙漠时，第一换热器11和第二换热器21均设置在沙面之上，第一罐体13和第二罐体23均设置在沙面之下，打开第一阀门12和第二阀门22，第一导热介质和第二导热介质可以在重力的作用下分别流到第一罐体13和第二罐体23内。

进一步地，在本实施例中，第一循环管路1设有第三罐体14，第一换热器11、第一罐体13和第三罐体14依次接入到第一循环管路1中，且第三换热器31位于第一罐体13和第三罐体14之间；第二循环管路2设有第四罐体24，第二换热器21、第二罐体23和第四罐体24依次接入到第一循环管路1中，且第四换热器33位于第二罐体23和第四罐体24之间。第三罐体14不仅可以回收并储存在第三换热器31内进行热交换后的第一导热介质，而且也可以作为第一换热器11的第一导热介质提供设备，有利于保证发电系统和吸热系统可以连续不断进行作业。同样第四罐体24不仅可以回收并储存在第四换热器33内进行热交换后的第二导热介质，而且也可以作为第二换热器21的第二导热介质提供设备，有利于保证放热系统和吸热系统可以连续不断进行作业。

更具体地说，第三罐体14和第四罐体24均设置在沙面之下，且第三罐体14位于第一罐体13的下方，以便第一罐体13内的第一导热介质在重力作用下回收到第三罐体14内；第四罐体24位于第二罐体23的下方，以便第二罐体23内的第二导热介质在重力作用下回收到第四罐体24内。

进一步地，在本实施例中，第一循环管路1设有第一泵体15，第一泵体15位于第三罐体14和第一换热器11之间；第二循环管路2设有第二泵体25，第二泵体25位于第四罐体24和第二换热器21之间。待外部环境的温度上升到与第一导热介质相同的温度时，通过第一泵体15可以将第三罐体14内的第一导热介质输送到第一换热器11内，以便第一导热介质可以往外部环境吸收热量；同样待外部环境的温度下降到与第二导热介质相同的温度时，通过第二泵体25可以将第四罐体24内的第二导热介质输送到第二换热器21内，以便第二导热介质可以往外部环境释放热量。

进一步地，在本实施例中，第一罐体13、第二罐体23、第三罐体14和第四罐体24均设有隔热保温层，通过隔热保温层的设置可以大大降低外部环境对第一罐体13内、第二罐体23内、第三罐体14内和第四罐体24内的导热介质的影响，可以避免第一罐体13内、第二罐体23内、第三罐体14内和第四罐体24内的导热介质发生较大的温度变化，保证整个发电装置可以正常运转。

进一步地，在本实施例中，第三循环管路3还设有压缩泵34，第三换热器31、膨胀机32、第四换热器33和压缩泵34依次接入到第三循环管路3中。通过压缩泵34可以促进第三导热介质在第三循环管路3内的流动，使得经过第四换热器33冷凝后的第三导热介质可以再次进入第三换热器31开始新的循环，使得第三导热介质可以在第三循环管路3内循环流动，保证发电连续不间断地进行。

进一步地，在本实施例中，还包括温度传感器，温度传感器用于检测外部环境和各个导热介质的温度。通过温度传感器可以实时监测外部环境和各个导热介质的温度，以便实时控制各个阀门的闭合和各个泵体的启动，以便吸热系统和放热系统可以正常进行。

进一步地，在本实施例中，第一换热器11、第二换热器21、第三换热器31和第四换热器33具体为板式换热器、管壳式换热器、管翅式换热器、套管式换热器或其相互组合。

更具体地说，第三换热器31和第四换热器33可以采用套管使换热器，以便第三导热介质和第一导热介质或第二导热介质进行热交换。

进一步地，在本实施例中，膨胀机32可以为透平膨胀机32、活塞膨胀机32或螺杆膨胀机32，只要保证膨胀机32可以对外做功驱动发电机4进行发电。

进一步地，在本实施例中，第一罐体13通过第一进料管和第一出料管接入到第一循环管路1中，第一出料管上设有第三阀门；第二罐体23通过第二进料管和第二出料管接入到第二循环管路2中，第二出料管上设有第四阀门。通过第三阀门的设置便于控制第一罐体13内的第一导热介质通过第三换热器31与第三导热介质进行热交换的时间，通过第四阀门的设置便于控制第二罐体23内的第二导热介质通过第四换热器33与第四导热介质进行热交换的时间，同时控制第三阀门和第四阀门，可以方便第三循环管路3的两侧分别形成热源和冷源，以便发电机4可以连续不断进行发电。

本实施例的具体工作过程：请参阅图2，在t1时刻，外部环境的温度上升到与第一导热介质温度相同的t1，可以启动第一泵体15抽取第三罐体14内的第一导热介质到第一换热器11，随着外部环境的温度持续上升，第一导热介质通过第一换热器11可以往外部环境吸收热量；在t2时刻，外部环境上升到最高温度tmax然后降到t2(t2大于t1)，此时第一导热介质已经充分吸热，打开第一阀门12使得吸热后的第一导热介质储存到第一罐体13内；在t3时刻，外部环境的温度下降到与第二导热介质温度相同的t3(t3小于t1)，可以启动第二泵体25抽取第四罐体24内的第二导热介质到第二换热器21，随着外部环境的温度持续下降，第二导热介质通过第二换热器21可以往外部环境释放热量；在t4时刻，外部环境下降到最低温度tmin然后降到t4(t4小于t3)，此时第一导热介质已经充分放热，打开第二阀门22使得放热后的第二导热介质储存到第二罐体23内；最后通过打开第三阀门和第四阀门，使得两侧的第三导热介质分别与第一导热介质和第二导热介质进行热交换，靠近吸热系统的第三导热介质可以作为膨胀机32的热机子系统提供热源，靠近放热系统的第三导热介质可以作为膨胀机32的热机子系统提供冷源，从而使得膨胀机32的热机子系统可以从吸热系统连续不断地吸收热能，从而对外做功以驱动发电机4进行发电作业，并且热机子系统可以连续不断地往放热系统释放热能，形成循环导热线路，实现膨胀机32和发电机4可以持续不断进行发电作业。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。