一种海洋温差能发电模拟实验装置

本发明涉及海洋温差能利用，特别是涉及一种海洋温差能发电模拟实验装置。

背景技术：

1、海洋温差能作为海洋能的一个能种，主要利用表、深层海水温度差的形式所储存的海洋热能，能量主要来源于蕴藏在海洋中的太阳辐射能，具有蕴藏量巨大，清洁无污染，可持续24h无间歇发电的特点。它的发电原理是利用表层温海水加热低沸点工质使之汽化，驱动汽轮机发电；同时利用深层冷海水将做功后的乏汽冷凝为液体，形成系统循环。

2、目前温差能发电还处于初期研究阶段，还未有在海上实际应用的温差能发电设备，因为在海上实验成本高，危险性大，不确定因素多，在陆地上模拟海上工况进行试验是最经济实用的一种方式。

3、已有专利文献中，有部分公开有关于温差能发电陆地试验模拟的系统，例如，申请公布号为cn113189931 a的中国专利公开了一种大功率海洋温差能发电陆地模拟实验平台控制系统，通过各种传感器对压力、流量、温度和阀门开度多个数据进行采集和监控，在监控级控制器内设置有相连接的上位机和下位机；通过信息管理级控制器用于对海洋温差能热电转换单元进行控制和数据采集，通过过程级控制器用于对冷热源模拟单元进行控制和数据采集并与信息管理级控制器相互通讯，将采集数据实时上传至信息管理级控制器，由信息管理级控制器综合控制，该方案主要是对整个温差能发电过程中数据进行采集和控制，但对于结构形式和具体连接关系并未说明。

4、再如，授权公告号为cn209182406 u的中国专利公开了一种海洋温差能发电模拟测试系统，主要由冷热源系统、温差发电系统、数据采集存储单元和控制显示单元组成，冷热源系统为温差发电系统制造有温差的冷热水，然后传输至温差发电系统，通过数据数据采集存储单元和控制显示单元实现发电控制和显示。该方案虽能够实现模拟海上发电装置，但仅冷热水系统就各包含4个泵、冷却塔、冷热水箱、冷热水混合器及各类传感器，系统结构复杂，数据繁多，能量消耗大；温差调节范围小，只能模拟低至18℃温差、50kw以下小型低品位热源小温差发电系统的模拟测试。

5、综上，如何能够简化整体结构的复杂程度，在测试过程中降低能量消耗是十分有必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种海洋温差能发电模拟实验装置，以解决上述现有技术存在的问题，通过热水循环管路和热端换热器加热气化工质，通过冷水循环管路和冷端换热器冷却液化乏汽，使得工质循环管路进行循环，推动透平机进行发电，实现对海洋温差能发电的模拟，同时，通过冷水箱的划分设置，便于及时利用冷却完成的冷水和换热完成的冷水，避免冷却能量的浪费，也提高冷水温度的控制精确度。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种海洋温差能发电模拟实验装置，包括工质循环管路、热水循环管路和冷水循环管路，所述工质循环管路包括顺次连接的工质罐、工质泵、热端换热器、透平机和冷端换热器；所述热水循环管路与所述热端换热器进行换热对工质进行加热气化，使其推动所述透平机进行发电，做功后形成的乏汽进入所述冷端换热器；所述冷水循环管路与所述冷端换热器进行换热对乏汽进行冷却液化，液化后的工质流回所述工质罐；所述冷水循环管路包括冷水箱和制冷机，所述冷水箱通过隔板划分成第一冷水腔和第二冷水腔，所述第一冷水腔连接所述制冷机的进水口和所述冷端换热器的出水口，所述第二冷水腔连接所述制冷机的出水口和所述冷端换热器的进水口。

4、优选地，包括第一制冷机和第二制冷机，所述第一制冷机的进水口、所述第二制冷机的进水口以及冷水循环泵的出水口通过三通法兰连接，所述冷水循环泵的进水口连接所述第一冷水腔，所述第一制冷机的出水口和所述第二制冷机的出水口分别连接所述第二冷水腔。

5、优选地，包括冷水泵，所述冷水泵的进水口连接所述第二冷水腔，所述冷水泵的出水口连接所述冷端换热器的进水口。

6、优选地，所述冷水箱的最高位置高于所述冷端换热器的最高位置。

7、优选地，所述热水循环管路包括燃气锅炉，所述燃气锅炉的进水口连接所述热端换热器的出水口，所述燃气锅炉的出水口连接所述热端换热器的进水口。

8、优选地，包括热水泵，所述热水泵的进水口连接所述燃气锅炉的出水口，所述热水泵的出水口连接所述热端换热器的进水口。

9、优选地，包括第一燃气锅炉和第二燃气锅炉，所述第一燃气锅炉的进水口和所述第二燃气锅炉的进水口连接所述热端换热器的出水口，所述第一燃气锅炉的出水口和所述第二燃气锅炉的出水口连接所述热水泵的进水口。

10、优选地，包括热水箱，所述热水箱的出水口、所述第一燃气锅炉的出水口、所述第二燃气锅炉的出水口以及所述热水泵的进水口通过四通法兰连接，所述热水箱的最高位置高于所述热端换热器的最高位置。

11、优选地，包括液化气瓶和气化发生器，所述液化气瓶的出气口连接所述气化发生器的进气口，所述气化发生器的出气口连接所述第一燃气锅炉的进气口和所述第二燃气锅炉的进气口。

12、优选地，所述工质循环管路包括气液分离器，所述气液分离器设置在所述热端换热器和所述透平机之间，用于将气化的工质输送至所述透平机。

13、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

14、(1)本发明通过热水循环管路和热端换热器加热气化工质，通过冷水循环管路和冷端换热器冷却液化乏汽，使得工质循环管路进行循环，推动透平机进行发电，实现对海洋温差能发电的模拟，同时，通过冷水箱的划分设置，能够对冷却完成的冷水和换热完成的冷水进行区分，便于及时利用冷却完成的冷水和换热完成的冷水，避免冷却能量的浪费，也提高冷水温度的控制精确度；

15、(2)本发明包括第一制冷机和第二制冷机，单台大功率制冷机体积大、功率大、重量大，造成应用不方便，分体设置两台，可以采用较小功率的制冷机，可以减小占地面积，进而移动方便，另外，用一备一，能够避免设备故障造成的停机，能够保证长期工作；

16、(3)本发明包括第一燃气锅炉和第二燃气锅炉，单台大功率燃气锅炉体积大、功率大、重量大，造成应用不方便，分体设置两台，可以采用较小功率的燃气锅炉，可以减小占地面积，进而移动方便，另外，用一备一，能够避免设备故障造成的停机，能够保证长期工作；

17、(4)本发明冷水箱的最高位置高于冷端换热器的最高位置，能够保证冷水顺利注入管路中，对冷端换热器的工质进行冷却液化，保证实验装置的顺利运行；另外，热水箱的最高位置高于述热端换热器的最高位置，能够保证热水顺利注入管路中，对热端换热器的工质进行加热气化，保证实验装置的顺利运行；

18、(5)本发明将整体结构及连接方式简化，且分别进行封装，便于移动，去除冷热水源(制冷机和燃气锅炉)后可以直接用于海上实验；

19、(6)通过理论计算后，本发明能够实时调整冷热水源(制冷机和燃气锅炉)温度和排量，调整发电功率和发电量，真实可靠的模拟海上状况。

技术特征：

1.一种海洋温差能发电模拟实验装置，其特征在于：包括工质循环管路、热水循环管路和冷水循环管路，所述工质循环管路包括顺次连接的工质罐、工质泵、热端换热器、透平机和冷端换热器；所述热水循环管路与所述热端换热器进行换热对工质进行加热气化，使其推动所述透平机进行发电，做功后形成的乏汽进入所述冷端换热器；所述冷水循环管路与所述冷端换热器进行换热对乏汽进行冷却液化，液化后的工质流回所述工质罐；所述冷水循环管路包括冷水箱和制冷机，所述冷水箱通过隔板划分成第一冷水腔和第二冷水腔，所述第一冷水腔连接所述制冷机的进水口和所述冷端换热器的出水口，所述第二冷水腔连接所述制冷机的出水口和所述冷端换热器的进水口。

2.根据权利要求1所述的海洋温差能发电模拟实验装置，其特征在于：包括第一制冷机和第二制冷机，所述第一制冷机的进水口、所述第二制冷机的进水口以及冷水循环泵的出水口通过三通法兰连接，所述冷水循环泵的进水口连接所述第一冷水腔，所述第一制冷机的出水口和所述第二制冷机的出水口分别连接所述第二冷水腔。

3.根据权利要求2所述的海洋温差能发电模拟实验装置，其特征在于：包括冷水泵，所述冷水泵的进水口连接所述第二冷水腔，所述冷水泵的出水口连接所述冷端换热器的进水口。

4.根据权利要求1所述的海洋温差能发电模拟实验装置，其特征在于：所述冷水箱的最高位置高于所述冷端换热器的最高位置。

5.根据权利要求1-4任一项所述的海洋温差能发电模拟实验装置，其特征在于：所述热水循环管路包括燃气锅炉，所述燃气锅炉的进水口连接所述热端换热器的出水口，所述燃气锅炉的出水口连接所述热端换热器的进水口。

6.根据权利要求5所述的海洋温差能发电模拟实验装置，其特征在于：包括热水泵，所述热水泵的进水口连接所述燃气锅炉的出水口，所述热水泵的出水口连接所述热端换热器的进水口。

7.根据权利要求6所述的海洋温差能发电模拟实验装置，其特征在于：包括第一燃气锅炉和第二燃气锅炉，所述第一燃气锅炉的进水口和所述第二燃气锅炉的进水口连接所述热端换热器的出水口，所述第一燃气锅炉的出水口和所述第二燃气锅炉的出水口连接所述热水泵的进水口。

8.根据权利要求7所述的海洋温差能发电模拟实验装置，其特征在于：包括热水箱，所述热水箱的出水口、所述第一燃气锅炉的出水口、所述第二燃气锅炉的出水口以及所述热水泵的进水口通过四通法兰连接，所述热水箱的最高位置高于所述热端换热器的最高位置。

9.根据权利要求7所述的海洋温差能发电模拟实验装置，其特征在于：包括液化气瓶和气化发生器，所述液化气瓶的出气口连接所述气化发生器的进气口，所述气化发生器的出气口连接所述第一燃气锅炉的进气口和所述第二燃气锅炉的进气口。

10.根据权利要求1所述的海洋温差能发电模拟实验装置，其特征在于：所述工质循环管路包括气液分离器，所述气液分离器设置在所述热端换热器和所述透平机之间，用于将气化的工质输送至所述透平机。

技术总结本发明公开一种海洋温差能发电模拟实验装置，属于海洋温差能利用技术领域，包括工质循环管路、热水循环管路和冷水循环管路，热水循环管路与热端换热器进行换热对工质进行加热气化，使其推动透平机进行发电，做功后形成的乏汽进入冷端换热器；冷水循环管路与冷端换热器进行换热对乏汽进行冷却液化，液化后的工质流回工质罐；冷水循环管路包括冷水箱和制冷机，冷水箱通过隔板划分成第一冷水腔和第二冷水腔，第一冷水腔连接制冷机的进水口和冷端换热器的出水口，第二冷水腔连接制冷机的出水口和冷端换热器的进水口。本发明通过冷水箱的划分设置，便于及时利用冷却完成的冷水和换热完成的冷水，避免冷却能量的浪费，也提高冷水温度的控制精确度。技术研发人员：赵明,牛庆磊,陈根龙,田英英,宋刚,崔淑英,陈晓君,李小洋,任启伟,张欣,韩泽龙,蒋亚峰受保护的技术使用者：中国地质科学院勘探技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/1/15