申请日1985.08.15
公开(公告)日1991.05.29
IPC分类号E02B9/00; F22B3/04
摘要
本发明公开了一种海水淡化和废水净化的发电装置，其特征是利用水在低压条件下其沸点变低的现象及托里拆利真空原理，利用低温(24～27℃)能源激发器、低温(24～27℃)蒸馏器将24℃以上海水(废水)在能源激发器的作用下源源不断的自动进入能源激发器内沸腾产生蒸气并推动涡轮发电并将作功后的蒸气冷凝成淡水，它还能回收和提炼海水(废水)中所含的各种矿物质。
権利要求書
1、一种海水淡化和废水净化的发电装置，主要由下列部件组成，能源激发器(1)，并由能源激发器产生的蒸气而推动的汽轮机(7)，由汽轮机带动的发电机(8)，由冷却蒸气的热交换器(5)，及贮存冷凝的蒸馏水水池(3)及从深海中抽水的抽水设备(17)。废水排水管(18)等，其特征在于能源激发器是一个下大上小倒漏斗形外形一端底部浸在海水废水里并与海水废水相通，凡是进入能源激发器的海水废水在回流过程中都必须经过下面的可收集各种矿物的吸附和收集装置(15)且能承受一个大气压差的容器。容器的另一端通过可以开闭的密封阀(6)与汽轮机(7)的进气口相连，作功后的蒸气通过由抽水设备(17)所抽的深海冷水在热交换器(5)中将其冷却成蒸馏水，蒸馏水通过安装于蒸馏水收发器(4)中心顶部穿入的连接热交换器尾部的滴水管(20)注入蒸馏水收发器(4)再经阀门(10)而流至淡水池(3)中，且能源激发器(1)汽轮机(7)热交换器(5)蒸馏水收发器(4)依次串联成一个完整的真空容器，能源激发器一端以10米水柱与海水相连以隔绝空气，蒸馏水收发器一端以10米水柱与池水相通以隔绝空气，所抽海水经热交换器后通过另一端的排水管(18)和连通排水管可收集各“种矿物的吸附和收集装置(15)而排入海里的同温层。
2、按照权利要求1所述的装置，其特征在于能源激发器(1)是用角钢和钢板焊接而成，置于水箱(2)上。
3、按照权利要求1所述的装置，其特征在于能源激发器(1)是混凝土预应力构件构成并置于水箱(2)上。
4、按照权利要求1所述的装置，其特征在于蒸馏水收发器(4)的底部置于淡水池(3)内，并有阀门(10)与之相通。
5、按照权利要求1所述的装置，其特征在于能源激发器(1)与热交换直接连接。
说明书
本发明涉及的是利用低温24℃以上的海水或废水的热能产生蒸气，推动涡轮发电机转动发电并将该蒸气冷却成淡水，并能回收或提炼海水(废水)中的所含各种矿物的技术。能廉价发电、淡化海水、净化废水，并回收或提炼各种矿物。
美国的OTEC热力工厂正在研究利用海水温差发电的装置。其原理是：利用海洋表层24～27℃的温暖海水对沸点很低的液体(如氨、丙烷)加热，使之汽化;其体积和压强随之增大，从而推动涡轮机叶片。通过涡轮机的气态氨(或丙烷)再在低温海水中冷却，凝成液体，体积变小。管内压强减小。从而不断汽化的氨(或丙烷)则可以推动涡轮机连续作动，并带动发电机发电。它所用的低温海水是从1200米的深海处抽取。但这种方法仅局限于利用海水的温差发电，不能进行海水蒸馏和淡化，且这种沸点低的液体在管道中形成复杂的回路。一旦回路漏气，将会给环境和整个设备带来不可设想的后果。另一方面，由于金属管道长期浸在海水内，管子上会长出许多有机体，比如粘液和藤壶类的甲壳动物。这样便会降低金属管的热交换作用。根据《知识就是力量》1984年第10期上《一举两得的发电装置》报导，为了解决这些问题，最近美国专家正在研究利用24～27℃的海水取代氨这一类的低沸点的工作介质。其设想是在水温24～27℃的海面上建造一个大圆筒，设法使圆筒内形成真空。那么，24℃以上的海水在这筒内可以沸腾而产生大量的蒸气。利用该水蒸气推动涡轮机作功并带动发电。在涡轮机的尾部再用真空泵抽真空。这样，便保证了水蒸气能不断地推动涡轮机作功。同时，除由真空泵抽走的水蒸气外，其余均经热交换器被冷凝成淡水。这一技术的缺点主要在于在汽轮机发电的同时，抽取深层冷水需要动力，把表层热水送进蒸发器也需要动力，特别是蒸发器内真空度的形成和维持，都靠真空泵不停地工作，则消耗动力更大。所以它虽开发了新能源-利用表面24～27℃海水制取蒸气，推动涡轮发电机发电，但投入太多而实际效益不高;虽能生产出淡水，但为了使海水不断沸腾，必须随时抽出真空室内的蒸气，浪费很大。
在收集海水中的各种矿物方面，苏联已研制出一种新装置。其主要原理是大量地抽取海水，用不同的吸附剂吸附不同的矿物，以提高被吸附矿物的浓度，从而收集之。
本发明的目的是设计一种既不需要低沸点的工作介质，也不需要真空泵抽真空，且能自动地汇集和利用24℃以上的海水(废水)发电，同时淡化海水，净化废水，并收集海水(废水)中各种矿物的装置。即最经济地(只需投入灌引水和抽取冷却水 或启用制冷设备的功率)开发低温能源和淡水源，以缓解当今世界能源紧张，污染严重，淡水奇缺之局势。这种装置同时还能专用于废水的净化和处理。
为达到上述目的，本发明采取了如下措施：利用水在低压的条件下其沸点变低的现象及托里拆利真空原理，把能源激发器、汽轮机、热交换器、蒸馏水收发器串联成一个完整的真空容器。这个真空是两个托里拆利真空的巧妙结合。即真空装置--低温(24～27℃)能源激发器，低温(24～27℃)蒸馏器，即凡是用24℃以上海水(废水)都能在能源激发器的作用下源源不断地自动进入能源激发器内沸腾产生蒸气推动汽轮发电机发电，该蒸气后又经热交换器冷凝成蒸馏水。整个过程全在该真空中进行和完成。又由于进入能源激发器内的海水(废水)不断蒸发，温度降低，浓缩加快，比重增大，往下沉，在通过底部的各种矿物吸附装置时，所含的各种矿物被吸附和收集。同样，设置在热交换器的排水管内的吸附和收集装置，也可以大量地吸附和收集各种矿物。故能同时实现利用低温能源24℃以上的海水(废水)发电和制取蒸馏水并收集海水(废水)中的各种矿物等目的。
本发明的装置(附图)由能源激发器(1)、汽轮机(7)、发电机(8)、热交换器(5)、蒸馏水收发器(4)五大部分组成。能源激发器是一个下大上小的倒漏斗状容器，底边浸入海水(废水)，底面与海水相通，高出海水平面的部分不漏气，且能承受一个大气压差。容器的高度和形状取决于汽轮发电机组的安装位置。能源激发器浮出海水(废水)部分不得小于10米高。能源激发器表面涂黑以增强吸热效应。能源激发器用法兰与汽轮机的进气口相连。在能源激发器与汽轮机的连接处还有一个密封阀(6)。能源激发器的底部装有吸附和收集各种矿物的装置(15)。整个能源激发器的结构可以是在数个大水箱(2)上面焊以角钢(11)和钢板(16)而成(这些大水箱可以使整个能源激发器既能沉下也能浮上)。当然，也可以是混凝土预应力构件。热交换器(5)是一个带有抽取深海低温海水的抽水设备(17)和把经过热交换后的海水送到与它等温的海域的排水管(18)的密闭容器。在排水管(18)的适当位置装有吸附和收集各种矿物的装置(15)。在热交换器内，有许多冷却水管(19)。热交换器的上部与汽轮机的排气口紧密连接，其底部还带有一根进入蒸馏水收发器(4)的滴水管(20)。热交换器的外表刷白以减弱吸热效应。汽轮机(7)可以是原子能发电站用的半速汽轮机，它与发电机(8)同轴连接。蒸馏水收发器(4)的顶部与热交换器尾部的滴水管紧密连接，底部带有阀门(10)并与淡水池(3)相通。支架(12)、水龙头(13)。
本发明的工作过程如下：先让能源激发器脱离汽轮机，在水箱(2)内灌水使能源激发器全部沉入水面，关闭顶部的密封阀(6)，再设法把水箱内的水抽出，使能源激发器上浮至工作位置。这时，能源激发器内的海水(废水)平面比外部的海水(废水)平面约高10米。由于能源激发器上部空间是真空，故能源激发器内表层24℃以上的海水(废水)立即被激发得沸腾蒸发，其蒸发速度至少是每秒每平方米25克水，可化成蒸气25升，在能源激发器内产生62～66克/(厘米)2的压强。随着压强的逐渐增大，蒸发速度减慢，能源激发器内海水平面又有所下降直至平衡。然后与汽轮机连接并在汽轮机的进气口灌满水和一种不溶于水，比重比水轻，无毒无味，在真空中汽化温度高于150℃的液体(如亚麻仁(9))。接着开动热交换器的抽水泵，把深海低温4℃以下的海水抽到热交换器内，再打开蒸馏水收发器底部的阀门(10)，把汽轮机内和热交换器内的水排尽，且蒸馏水收发器内的亚麻仁油的油面约比淡水池内水面高10米。这时，整个汽轮机内、热交换器内和蒸馏水收发器内的空间都是真空。接下来打开能源激发器的密封阀(6)，水蒸气便由于能源激发器内的压强大于热交换器内的压强而冲入汽轮机，推动汽轮机叶片作动。紧接着，这部分蒸气在热交换器内遇冷，凝结成淡水，体积减小，使热交换器内的压强始终低于能源激发器内的压强。冷凝后的淡水直接进入蒸馏水收发器。收发器内灌一层亚麻仁油的目的是不让蒸馏水汽化。这样，蒸馏水上部保持着一个恒定的真空。这样一个过程，就同时实现了运用低温能源激发器使24℃以上的海水(废水)发电和制取淡水的两个目的。在能源激发器内，由于表层海水(废水)不断蒸发，温度降低，浓缩加快，比重增大，往下沉，在通过底部的各种矿物吸附装置时，所含的各种矿物被吸附和收集。同样，设置在热交换器的排水管内的吸附和收集装置，也可以大量地吸附和收集各种矿物。在能源激发器内表层海水(废水)下沉的同时，附近表层的温暖海水(废水)在大气压的作用下，不断进入能源激发器，维持能源激发器的水位和不断补充热能，使整个过程 持续进行。
本发明利用水在低压下其沸点变低的现象及托里拆利真空原理，把能源激发器、涡轮机、热交换器、蒸馏水收发器串联成一个完整的真空容器。不需要低沸点的工作介质(如氨、丙烷)，因而没有庞大的金属管路，工作可靠性大大提高。由于低温能源激发器采用了灌引水的办法，能自动形成真空，且附近表层的温暖海水(废水)在大气压的作用下，不断进入能源激发器，维持能源激发器的水位和不断补充热能，使整个过程持续进行。所以比一举两得的发电装置，能节省把表层热水不断送入蒸发器和必须随时抽出真空室内的蒸气的两部分电能消耗。从而提高了发电效率，降低了成本。同时还可以源源不断地把作功后的蒸气全部制造成淡水，并大量地收集海水(废水)中各种矿物，这又提高了副产收入。本发明的装置，还可以根据各种不同的场合，灵活使用。譬如：把能源激发器与热交换器直接连接，就变成了低温〔24℃以上的海水(废水)淡化(净化)〕的蒸馏器。用它来淡化海水或净化废水，比按常规的办法造价要便宜十五分之十四。这样一个蒸馏器，若热交换器再由其它制冷设备代替的话，还可以方便地带在船舶上，为之提供电能和淡水。
本发明的实施例：
能源激发器(1)用角钢(11)和锅炉钢板(16)焊接而成。底径114米，高度参照工作场地而定。顶部直径7米。底部水箱的容积和排水量根据能源激发器的重量设计。把这个能源激发器置于24℃以上的海水(废水)表面，按每平方米每秒沸腾蒸发25克水计算，产生蒸气压强66克/(厘米)2计算，选用叶片面积为19.625m2的汽轮机。那么能产生的压力为12167～12952公斤。同时，又因液体汽化，体积增大，每秒产生蒸汽250m3。而250m3的蒸气要通过截面积为19.625m2的汽轮机，一定要产生约13米/秒的速度。这样涡轮机的功率将达到1600千瓦。由此，可选择功率和转速匹配的发电机进行发电。
热交换器的设计根据是设法使24℃左右的水蒸气通过热交换器后能冷凝成8.6℃的蒸馏水。本实施例从1000米的深海抽取4℃的海水作为冷却水，抽水的流量约为1000公斤/秒。由此可以根据海水表面到热交换器的实际扬和选用抽水设备(17)。热交换器的大小应与汽轮机配套，内部的结构以能够使水蒸气迅速冷凝，保证热交换器内的压强小于十五分之一个大气压强为原则进行设计。里面的冷却水管(19)最好做成带散热片的，以增大热交换面积。
在能源激发器的底部和热交换器的排水管的适当位置，分别选用形状相匹配的各种矿物吸附和收集装置。热交换器的排水管的长度取决于能把经热交换后8.6℃的海水排到等温层。这样，以防止海水内部的对流，保护自然环境。热交换器底部的蒸馏水滴水管的长度和形状主要取决于它与蒸馏水收发器的相对位置。这根滴水管应插到蒸馏水收发器的蒸馏水里面。蒸馏水收发器内注入亚麻仁油，以防止蒸馏水汽化，保证上部空间为恒定的真空。这样，也使热交换器内的真空度得到保证。蒸馏水收发器最好是混凝土构件。水池(3)是一般的蓄水池。打开水池的水龙头(13)，可以把蒸馏水送到用户。本实施例可以获得1600千瓦的电力，每秒钟250公斤的淡水和收集到海水(废水)中的各种矿物。