专利名称：热能发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用一高热源和一低热源发电的热能发电机，更具体地说是通过蒸发器、汽-液分离器、吸收器和热交换器来改进发电效率；增加蒸发器和冷凝器的热效率并减少建造设备的成本。
迄今为止，这种利用海洋表层高温的暖海水和海洋深处的低温冷海水之间的温差来发电的海水热能发电机均由一蒸发器、一台与发电机相连的汽轮机和一冷凝器作为主要设备而构成的。如果暖海水通过蒸发器循环，冷海水通过冷凝器循环，二者之间的温差使得工作流体蒸发然后又凝结，并在此期间推动汽轮机发电。经过蒸发器循环的暖海水是从海洋表面提取的，其温度可高达15～33℃，并且其中漂浮的悬浮生物、鱼卵和污物会粘附在主设备的热交换面上，降低了导热效率，这是很不利的。为了避免这一缺点，防止热交换面粘附污物的通常方法是向循环海水中注入氯，或者在循环的海水中布置电极，通过电解作用产生氯化物来防止产生浮游生物类的污物；而通过将海绵球、刷子或类似的东西与循环海水一起经过主设备循环来防止产生其它任何污物。然而，在海水热能发电中，热能交换的温差很小，因而循环海水的量就非常之大，因而这种防止污物的通常方法就带来了诸如造价高、环境污染等方面的问题。这是因为，采用海绵球、刷子或类似的方法需要很多海绵球和刷子，从而由于增加了循环的阻力而导致能量消耗增加，使得净输出能量降低；而且还导致了设备成本的增加，从而增加了发电机组的造价。
因此，现有海水热能发电机防止污物的一般方法是不适用的，并且高造价也是一个不利因素。
本发明人已经发明了一种海水热能发电机(日本专利申请公报№1,989/92)和一种海水热能发电的控制装置(日本专利申请公报№1,990/92)。
在这种海水热能发电机中采用的是兰金循环(rankine cycle)或再生循环(regenerating cgcle)，使用诸如氨水、氟利昂、水等高纯度的单一成份介质作为工作流体。
目前的兰金循环的热效率很低，因而蒸发器和冷凝器的面积都很大，因而发电成本就高。为了克服这一缺点，提出了采用氨水和水的混合物作为工作流体的一种循环，这种循环称为“卡丽那循环”(＂calina cgcle)。这种卡丽那循环的热效率较常规的兰金循环高，但蒸发器和冷凝器的热效率却降低了，因而存在着由于节省成本而抵销了所增加的热效率这样的缺点。还有，全部的混合蒸汽都流过冷凝器，因而冷凝器的面积比兰金循环还大，低热源的流速也增加，建造发电机的成本上升，输送低热源和高热源的功率增大，因而这种循环经济上是不可取的。
本发明的目的就是要克服上述常规热能发电机的缺点，提供一种能改进发电效率、降低设备成本、减少泵送高热源和低热源所需电能的热能发电机。
本发明涉及一种热能发电机，它包括用来在由高热源泵送来的高热源流体和由冷工作流体泵送来的冷工作流体之间进行热交换的蒸发器；与低热源泵相连用来供应低热源流体的主冷凝罐；与所述蒸发器相连的液-汽分离器；与所述分离器相连的多组汽轮机和发电机；与所述汽轮机末级相连用来与再热的工作流体进行热交换的吸收器；用来接收由所述分离器分离的液体并使之与冷工作流体进行热交换的热交换器；具有一减压阀用来将热交换器中的热交换流体送至所述吸收器进行热交换的管路系统；用来使所述第一级汽轮机中排出的流体与冷工作流体进行热交换的加热器；用来临时存贮所述加热器排出的流体以便供应给所述冷工作流体泵的存贮罐；与主冷凝罐和吸收器相连的辅助冷凝罐；与所述辅助冷凝罐相连用来存贮从低热源来的冷工作流体的存贮罐；以及具有一个泵用来将冷工作流体送至所述加热器、厂热交换器和蒸发器的管线，其中，冷工作流体被高热源流体蒸发和汽化的流体又被分离器分为液体和汽体，只有高热的汽化工作流体才被送至汽轮机，且需要至少两级发电系统。从末级汽轮机14中排出的流体经吸收器15送至主冷凝罐并与冷工作流体进行热交换，在所述吸收器和所述主冷凝罐中重新冷凝的冷工作流体在冷却管线中循环。
本发明提及的热能发电机指的是应用诸如海洋中温度高的暖海水、热泉水、从地下抽出的地下热水和蒸汽、火电厂和原子能电厂的热排水、排汽和热水气(Warm Water gas)、垃圾焚烧炉和污水处理厂中排出的热排水和热废气、以及核反应堆的冷却水等作为高热源，以海洋深层的低温冷海水、在冷却塔中冷却过的水、海洋表层水、河水、地表水、LNG(液化天然气)、LPG(液化石油气)等作为低热源的发电系统。
本发明通过改进上述热能发电机的发电效率、改进蒸发器和冷凝器的热效率和降低设备建造费用，可以实现经济的热能发电。
为了更好地了解本发明，可参考附图，其中
图1是一方框图，表示了实施本发明的结构的一个示例。
1是高热源泵，2和3是工作流体泵，4是低热源泵，5和6为发电机，7是减压阀，8为蒸发器，9是分离器，10和14为汽轮机，11是热交换器，12为加热器，13是隔热套，15是吸收器、16是主冷凝器，17是辅助冷凝罐，18是一罐，19是一存贮罐，20和21是支管。
下面将参考附图对本发明的一个实施例进行详细解释。
具有图1所示的结构的一种热能发电厂包括高热源泵1；与所述高热源泵1和冷工作流体泵2相连，用来蒸发冷工作流体的蒸发器8；与所述蒸发器8热交换器11和汽轮机10相连的分离器9，用来将工作流体分离为液体和汽体；与所述分离器9和冷工作流体泵2相连的热交换器11；与所述分离器9相连并带有一台发电机5、一台加热器12和第二级汽轮机14的第一级汽轮机10，与所述第一级 汽轮机10和冷工作流体泵3相连，用来使冷工作流体和所述第一级汽轮机10排出的汽体进行热交换的加热器12；与所说的第一级汽轮机相连并带有发电机6的第二级汽轮机14；与所述第二级汽轮机14相连的吸收器15；主冷凝器16；辅助冷凝罐17；减压阀7；与所述蒸发器相连的高热源泵1；与所述主冷凝器16相连的低热源泵4；工作流体泵2和3通过管道和阀门相连通。
下面对本发明进行详细介绍。蒸发器8与高热源泵1相连，由高热源泵1供应的高热源流体与冷工作流体泵2送来的冷工作流体在此进行热交换，从而使将工作流体变为汽-液混合物。这种混合物被送至与蒸发器8相连的分离器9并被分离为汽体和液体，分离出的汽体被送至汽轮机10，通过推动汽轮机10以及与之相连的发电机5旋转进行发电。从第一级汽轮机10中排出的汽体具有高温高压，因而又被送至下一级汽轮机14推动与汽轮机14相连的发电机6进行发电。另一方面，分离器9中汽-液分离产生的液体仍然具有较高温度，因而它被送至热交换器11，与冷工作流体泵2送来的冷工作流体在热交换器11中进行热交换，被加热的工作流体被送至蒸发器8与高热源泵1送来的高热源流体进行热交换。此外，有关管线按如下方式布置使得第一级汽轮机10中排出的汽体的一部分被分路并被引到加热器12中，并与工作流体泵3送来的冷工作流体进行热交换，通过热交换在加热器12中冷却和凝结，工作流体则通过热交换被加热并存贮在罐18中，所存贮的流体通过与罐18相连的工作流体泵2送至热交换器11中。末级汽轮机14中排出的汽体被导向吸收器15，与通过减压阀7从热交换器11中送来的流体相混合，被吸收的液体被送至辅助凝结罐17中，进一步冷凝为较低的温度并被送至低热源流体存贮罐19中，低热源流体通过与存贮罐19相连的低热源流体泵3送至加热器12中进行热交换。吸收器15中排出的汽体被送至主冷凝器16中并与低热源流体泵4送来的低热源流体进行热交換所产生的液体被送至辅助凝结罐17中。由低热源流体泵4送来的低热源流体被支管20分路并被导向辅助凝结罐17中并在此热交换，冷却后的工作流体被存贮在存贮罐19中。有关的管道通过与罐19相连的工作流体泵3将工作流体输送到加热器12中。标号13表示的是所述流体存贮罐19附近的管道系统采用的隔热套。标号20、21指的是从由低热源泵4到主冷凝器16的管路系统中分出的支路。
实施本发明时如果采用多个而不是一个蒸发器8和主冷凝器16将更有效。此外除了所介绍的实施例中已有的之外，如果再增加两组或多组汽轮机10、14和加热器12也是有效的。
在所介绍的实施例中，本发明所采用的工作流体是由沸点不同的2至3种成份所组成的混合物，这种工作流体由工作流体泵2从罐18中送至热交换器11中。冷工作流体在热交换器11中被分离器9分离出的混合液体加热，此后又在蒸发器8中被高热源泵1送来的高温流体加热、沸腾、蒸发。在这样的结构中，热交换器11中会产生一些泡沫，这可以增加蒸发器8的导热效率。在这种情况下，混合物由于在蒸发器8中被加热而使温度和压力上升。这种混合物工作流体以部分汽态和部分液态混合的状态到达分离器9。
作为工作流体的一个最佳实施例，需指出的是可能要在氨中加入一些水，在氟利昂134a中加入一些氟利昂32。此外，根据高热源和低热源的具体情况，有时在氟利昂134a中分别加入一些氟利昂32和氟利昂123也是有效的。还有，有可能混合沸点不同的碳氢化合物。
在本发明的实施例中，氨和氟利昂134a被称为物质A，水和氟利昂32被称为物质B。
在分离器9中，含有物质A的许多成份的混合汽体被从含有物质A的许多成份的混合液体中分离出来。含有物质A的许多成份的混合汽体到达汽轮机10，在从中通过时膨涨，推动汽轮机带动发电机5旋转发电。从汽轮机10中排出的混合汽体被分为两路，一路通过汽轮机14，另一路通过出口处的加热器12。这两路分配的比例是按最大发电效率的理论确定的。通过将气体按适当的比例分配，输送至主冷凝器16的混合气体的数量比兰金循环和卡丽那(calina)循环还要明显地减少因而就有可能减少主冷凝器16的换热面积和冷却用的冷却源的数量。
到达汽轮机14的混合汽体使发电机6旋转发电，然后流过汽轮机14到达吸收器15。
在另外一方面，分离器9分出的混合液体在热交换器11中加热由泵2从罐18中送来的低温混合液体，然后由减压阀7降低到合适的压力，被送到吸收器15。混合液体在此与汽轮机14流过的混合汽体混合并被吸收。混合汽体被再次高度浓缩后到达主冷凝器16，被低热源泵4送来的低热源流体冷凝成混合液体。
吸收器15中剩余的那些混合液体被送至辅助冷凝器17中并被进一步冷却。主冷凝器16中冷凝的混合液体和未凝结的混合汽体到达辅助冷凝器17并在此完全凝结，然后到达罐19并被存贮在这里。
罐19中存贮的混合液体由泵3送至加热器12中。在加热器12中，从汽轮机10中排出的混合汽体的一部分被凝结为液体并被送至罐18中。另一方面，由加热器12冷凝的混合汽体变为混合液体并到达罐18。
罐18中的混合液体具有初始的浓度并由泵2送至热交换器11。本发明的设备重复这样的加热和冷却过程，使流体不断循环，从而改进和建立了经济的发电效率。
根据本发明，由泵4送来的低热源流体通过连接管道20、21从辅助冷凝罐17和罐19的隔热套13中流过，从而防止了外部热量传入，避免了工作流体的再蒸发。
根据本发明的混合流体的例子如下
(1).氨∶水＝90∶10～80∶20；(2).氟利昂134a∶氟利昂32＝80∶20～90∶10上述混合比例是优选的。
除了上面所解释的以外，根据本发明，热能发电机中具有两级类型的，或者是两台或多台汽轮机，还可分别增加分离器9、热交换器11、和吸收器15各一台；进一步还可增加一台或多台加热器12，这样高热源和低热源中的热能就能以更高的效率转换为电能，而且降低了冷凝器16的换热面积和低热源流体的流速，增加了蒸发器8的热效率，从而具有可观的工业效益。
权利要求
1.一种热能发电机包括用于在由高热源泵(1)供应的高热源流体和由低热源泵(2、3、4)供应的低热源流体间进行热交换的蒸发器(18)；与低热源泵(4)相连用来供应低热源流体的主冷凝罐(16)；与所述蒸发器(8)相连的液-汽分离器(9)；与所述分离器(9)相连的多对汽轮机(10、14)和发电机(5、6)；与所述汽轮机的末级(14)相连，用来与热交换的工作流体进行热交换的吸收器(15)；用来接收所述分离器(9)中分离出的液体并使之与冷工作流体进行热交换的热交换器(11)；具有减压阀(7)用来将热交换器(11)中的热交换流体送至所述吸收器(15)中进行热交换的管路系统；使所述第一级汽轮机(10)中排出的流体与冷工作流体进行热交换的加热器(12)；用来临时存贮从所述加热器中排出的流体以便供应给冷工作流体泵(2)的罐(18)；与主冷凝罐(16)和吸收器(15)相连的辅助冷凝罐(17)；与所述辅助冷凝罐(17)相连用来存贮从低热源来的冷工作流体的存贮罐(19)；具有泵(3)用来给所述加热器(12)、热交换器(11)和蒸发器(8)供应冷工作流体的管线。其特征在于冷工作流体被高热源流体蒸发和汽化后的流体被分离器(9)分离成汽体和液体；高热汽化的工作流体被送至汽轮机(10)；至少装备有两级发电系统；从末级汽轮机(14)中排出的流体经吸收器(15)送至冷凝罐并与冷工流体进行热交换，在所述吸收器和所述主冷凝罐中重新冷凝的工作流体在冷却管线中循环。
全文摘要
一种利用一高热源和一低热源进行发电的热能发电机，其目的具体在于通过采用蒸发器、汽-液分离器、吸收器和热交换器来提高发电效率，增加蒸发器和冷凝器的热效率，除低设备建设成本。
文档编号F03G7/05GK1109141SQ9411503
公开日1995年9月27日 申请日期1994年8月5日 优先权日1993年9月22日
发明者上原春男, 池上康之 申请人:佐贺大学