[发明专利]一种南北极地区海水大气温差热能动力装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种地球极地海水大气温差利用技术，尤其是涉及一种利用南北极地区海水大气温差的热能动力装置。

背景技术

在地球南北两极区域，存在着广大的、常年为厚冰层覆盖的洋面。洋流带来的热量和海底释放的地热维持着冰面下的海水温度略高于其冰点。冰面上方的空气温度比海水的温度低很多，在海水和空气之间，存在着一个显著的温差。

依据热力学理论，当热源温度高于热井温度时，就可以通过一个合适的系统或装置，产生功或动力输出。在海水绝对温度T_water，空气绝对温度T_air，系统从海水吸收热流量q条件下，系统最多可以输出动力：

 p=q(1-T_air/T_water)

上式中，热流q和p的单位是kw，T_water和T_air的单位是开氏度。

海水温度接近0度，相当于273.15开氏度，极地气温可以低于-40度，相当于233.15开氏度。这意味着，从海水中吸收的热流量，大约有10%可以被转化为动力输出。

人类社会使用煤、石油、核能、太阳能以及风能作为动力来源。而实际上，南北两极的海水能也可以作为一个来源。

与太阳能发电或风能发电相比较，位于南北两极地区的海水能有较大优势：能量容量大，比较集中，可以大规模开发。

中华人民共和国国家知识产权局于2008年06月11日公开了公开号为CN101196180A的专利文献，名称是利用海水温差能发电的方法，其包括水，水泵，采用开式和闭式两种循环系统，使表层海水中的热能向深层冷水中转移，从而做功发电。海水温差发电技术利用了表层海水与深层海水之间的温度差, 结构较为复杂。

与海水温差发电相比，本技术所利用的相对温差更大，所需要的系统设备更紧凑。

发明内容

本发明旨在提出一种动力来源, 以解决能源的可持续性问题。

本发明设计了一种热能动力装置，通过吸收极地海水热量，向极地大气释放低温热量，以产生动力输出。本发明的具体方案为：一种南北极地区海水大气温差热能动力装置，包括：

气体发生器，用于将海水热量传输给循环工质，并使循环工质汽化；

透平，用于将气态的循环工质在降压过程中的焓降转化为动力输出；

冷凝器，用于冷凝透平的排气，并将凝结热释放至低温空气；

升压泵，用于提升循环工质凝结液的压力；

若干根承压管道，用于连接气体发生器、透平、冷凝器以及升压泵，连接方式为:

a、气体发生器的工质出口和透平的入口以承压管道相连接；

b、冷凝器的工质出口和升压泵的入口以承压管道相连接；

c、升压泵的出口和气体发生器的工质入口以承压管道相连接；

所述的气体发生器设置在南北极地区冰层下方的海水中，所述透平和冷凝器设置在冰层上方的空气中；

所述循环工质为三相点温度低于环境气温且临界点温度高于零摄氏度的物质。

本装置工作时，循环工质从冷凝器的工质出口进入升压泵，升压后进入气体发生器吸收海水热量，变为较高压力的气态从气体发生器流出，进入透平入口，在透平内做功，然后以低温低压状态排入冷凝器并被冷凝为液态，并再次进入升压泵入口，循环运行。透平对外输出功。在这个循环过程中，热能动力装置从海水中吸收热量，向空气排出热量。

作为优选，所述循环工质为三相点温度低于环境气温且临界点温度高于零摄氏度的物质。

作为优选，南北极地区海水大气温差热能动力装置还包括工质贮存箱、系统补给阀、系统装量控制阀、气体发生器液位控制阀、透平负荷/转速控制阀和海水泵，海水泵与气体发生器连接，海水泵抽取海水流经气体发生器的海水侧；工质贮存箱中存有循环工质，工质贮存箱的底部出口通过系统补给阀连接升压泵的入口，工质贮存箱的底部出口还通过系统装量控制阀连接升压泵的出口；所述气体发生器液位控制阀串接在气体发生器的工质入口上；所述透平负荷/转速控制阀串接在透平的入口上。

透平负荷/转速控制阀用于控制丙烷透平的负荷及转速，并且，在发生诸如透平超速、甩负荷等威胁到透平安全的故障时，关闭此阀门以停止透平进气。

气体发生器液位控制阀用于控制气体发生器的液位或装量。

工质贮存箱通过系统补给阀和系统装量控制阀为系统补液或者溢流。

海水泵为气体发生器的海水侧提供较大流量，避免结冰。