一種人造密度差發電系統的製作方法

2023-10-18 16:20:39 2

專利名稱：一種人造密度差發電系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及發電裝置技術領域，特別是涉及一種人造密度差發電系統。
背景技術：
隨著經濟社會的發展和科學技術水平的不斷進步，與人們生活密切相關的電力發電技術也日益發展，例如浮力發電、地熱發電、太陽能發電等，但傳統的發電技術及相關系統均存在各種問題和缺陷。現有的浮力發電技術系統複雜，大多利用多種形式的容器或特殊裝置，通過在裝置中蓄積氣體，排開相應體積的水產生浮力，推動發電裝置旋轉並帶動發電機發電。地熱發電大多是直接利用地熱蒸汽、通過閃蒸器產生低壓蒸汽或加熱低沸點工質產生工質蒸汽後再推動汽輪機發電。太陽能光熱利用是利用太陽能集熱器將太陽光聚焦在一點(如塔式或蝶式發電裝置)或一條線上(槽式太陽能發電裝置)，由集熱器聚焦產生的高溫加熱導熱工質，再將工質輸入熱交換器產生水蒸氣推動汽輪機發電，或者直接加熱水產生水蒸氣，部分的太陽能光熱發電裝置利用蓄熱裝置對太陽能進行儲存以增加裝置的發電時間。上述的熱能利用方式均需要利用汽輪機做功進行發電，為了提高發電效果不得不增加熱源的溫度，這樣也會相應的限制中低溫地熱和普通小型的中低溫太陽能發電裝置的開發，不利於清潔能源的利用與發展，且由於中低溫熱源與冷卻水的溫差不大，對應的系統發電效率不高，這也是目前在中低溫地熱發電無法應用以及中低溫太陽能集熱器僅用於加熱的原因。鑑於以上各種發電裝置所存在的缺陷，本發明主要克服目前中低溫熱源無法高效利用，類似中低溫太陽能、地熱、工業餘熱無法高效利用，風力發電裝置投資成本高、運行維護難度大，且風力發電受天氣影響較大，不具備大功率蓄能等缺點，海洋溫差能發電效率極低，且發電裝置運行過程中需要消耗大量的廠用電。

發明內容
針對上述問題，本發明提供了一種人造密度差發電系統，它能利用現有的常規熱源如地熱、太陽能、工業餘熱、海洋溫差能等中低溫熱源，還可以利用風能、壓縮氣體、液化天然氣(石油氣)、中低壓(溫)水蒸氣、內燃機排氣等氣體中含有的內能，通過形成人造密度差的方式將工質氣體含有的內能轉化成為工作流體的機械能並利用水輪機發電，此外利用該技術還可以實現風力發電的同時進行抽水蓄能增加風力發電的穩定性，或者在發電的同時進行海水淡化，以增加發電廠的效益。本發明為解決其技術問題所採用的技術方案是:一種人造密度差發電系統，其特徵在於包括:工質氣體發生裝置，其用於產生和/或處理各種工質氣體；密度差形成裝置，所述密度差形成裝置與所述工質氣體發生裝置相連接，密度差形成裝置內盛裝有流體，且為一連通結構，所述工質氣體微溶或不溶於所述流體，所述工質氣體連續不斷地通入該密度差形成裝置內的流體中，形成穩定的氣液兩相流和不含工質氣體的單相流，從而在兩者之間形成密度差；發電機組，所述發電機組設置於密度差形成裝置的底部；在氣液兩相流和單相流之間密度差作用下，流體持續不斷地在所述連通結構中流動從而帶動所述發電機組發電。作為對上述方案的進一步改進，所述工質氣體發生裝置包括若干組空氣壓縮機，所述空氣壓縮機上安裝有風輪，所述若干組空氣壓縮機的出口通過集氣母管相連後與所述密度差形成裝置的進氣口相連，所述集氣母管中還設置有控制氣流的單向閥。進一步，所述密度差形成裝置包括第一豎塔主體，所述第一豎塔主體內安裝有多組噴嘴，所述噴嘴與工質氣體發生裝置的輸出端連接，且位於所述發電機組的上方。進一步，所述第一豎塔主體包括左豎管和右豎管，所述左豎管和右豎管相連通，形成一循環流道結構，所述循環流道結構的頂部連通有一向下彎折的儲冰容器，所述儲冰容器內安裝有加熱盤管，所述左豎管的頂部開口處設置有格柵，所述工質氣體發生裝置的高壓輸出端與儲冰容器內的加熱盤管相連，其輸入端通過汽水分離器與右豎管的頂部開口相連，所述循環流道結構的底部還連接有海水預處理裝置，將預處理後的海水作為流體輸入到第一豎塔主體中。進一步，所述工質氣體發生裝置包括一直通式豎管裝置，所述直通式豎管裝置上安裝有預熱盤管，所述預熱盤管的輸入端通入液化石油氣，其輸出端與密度差形成裝置相連，所述直通式豎管裝置的底部設置有空氣壓縮機，所述空氣壓縮機的輸入端連接一空氣過濾器，其輸出端與直通式豎管裝置底部的噴氣嘴相連。進一步，所述直通式豎管裝置的底部海設置有用於直接驅動空氣壓縮機的水輪壓縮機。進一步，所述密度差形成裝置包括第二豎塔主體，所述第二豎塔主體由左豎管和右豎管構成，所述左豎管和右豎管相連通，形成一循環流道結構，所述循環流道結構的頂部設置有一與外部管道相連的汽水分離器。進一步，所述密度差形成裝置包括第三豎塔主體，所述第三豎塔主體由左豎管和右豎管構成，所述左豎管和右豎管相連通，形成一循環流道結構，所述循環流道結構的頂部連通有一向下彎折的儲冰容器，所述儲冰容器內安裝有加熱盤管，所述右豎管的頂部開口處設置有格柵，所述循環流道結構上直接設置有液化石油氣輸入口，且連接有海水預處理裝置和一用於排放濃海水的排放管道，第三豎塔主體的底部安裝有發電機組，所述發電機組串聯一壓縮機後一端連接到儲冰容器中，另一端通過汽水分離器後連接到循環流道結構頂部。此外，所述工質氣體發生裝置整體上包括冷凝器、儲液箱、工質循環泵、熱源加熱盤管以及工質發生器，其中冷凝器通過儲液箱與工質循環泵相連接，所述工質循環泵通過工質發生器連接到密度差形成裝置底部，所述熱源加熱盤管安裝於工質發生器內，所述冷凝器通過一汽水分離器連接到所述密度差形成裝置頂部。本發明的有益效果是:本發明作為一種人造密度差發電系統，包括工質氣體發生裝置，其用於產生和/或處理各種工質氣體；密度差形成裝置，所述密度差形成裝置與所述工質氣體發生裝置相連接，密度差形成裝置內盛裝有流體，且為一連通結構，所述工質氣體微溶或不溶於所述流體，所述工質氣體連續不斷地通入該密度差形成裝置內的流體中，形成穩定的氣液兩相流和不含工質氣體的單相流，從而在兩者之間形成密度差；發電機組，所述發電機組設置於密度差形成裝置的底部；在氣液兩相流和單相流之間密度差作用下，流體持續不斷地在所述連通結構中流動從而帶動所述發電機組發電；本發明優勢眾多，主要表現在以下幾個方面:(1)利用本發明可以實現中低溫熱源的有效利用，改變目前中低溫地熱發電效率低下，利用率低，大部分的地熱水都被用來做洗浴而非發電，造成地熱資源的浪費；太陽能熱發電領域雖然目前太陽能塔式發電、槽式發電、蝶式發電方式技術較為成熟，且已有示範電站或商運電站，但目前一味通過提高集熱器的集熱溫度來提高發電的效果，對於溫度較低的太陽能集熱裝置很難應用於發電，而太陽能塔式發電、槽式發電、蝶式發電均有集熱器結構複雜，成本高昂等特點，還需要複雜的跟蹤裝置來實現太陽能的高效利用，通過密度差發電的方式，即使利用目前常見的真空管太陽能集熱器所產生的熱水也可以實現發電，可以改變目前太陽能發電站的建設局限性；(2)通過本發明可以將熱源的熱量加熱低沸點工質，使其具有較高的溫度和壓力，也可以利用壓縮空氣或其他工質氣體(此處空氣或者其他壓縮氣體可以包含水蒸氣、壓縮空氣、液化石油氣、液化天然氣、風力驅動壓縮機壓縮的低沸點工質等多種場合)，通過管道輸送到密度差發電裝置中產生氣液兩相流，由於氣液兩相流與單相流體之間的密度差通過連通結構形成高度差，而高出水面的那部分氣液兩相流所具有的能量足夠推動裝置中的水輪機發電；(3)本發明可以實現將氣體中含有的能量通過類似水力發電的方式進行利用，但無需建設高大的水壩，無需佔用龐大的場地建設發電裝置，水力發電過程需要的水頭(壓頭)是通過密度差發電裝置產生的密度差產生，這樣相當於每個密度差發電裝置都是一個沒有水壩的水力發電站。發電過程可以利用多種餘熱、廢熱進行發電，可以減少對應的工廠的排放，增加燃料的利用率，利用地熱、風力驅動的密度差發電可以實現分布式能源建設，本裝置小型化後可以利用單個風力機實現小範圍供電，甚至對家庭進行供電；(4)利用本發明可以實現海洋溫差能發電達到更高的發電效率，且由於可以實現密度差提水，在發電效率更高的同時還可以減少廠用電的消耗比例，增加發電裝置的出力，同時由於溫差能發電站發電過程中冷海水來自深海，含有較多的海洋生物生長需要的營養物質，發電後的水還可以用作海水養殖，進一步提高發電廠的效益；(5)深海鑽井平臺等設備完全可以利用海上的風力驅動密度差發電裝置實現平臺的電力供應，同時還可以實現淡水供應，這樣完全可以解決目前需要長距離供應燃料和淡水的狀態，方便遠海鑽井作業人員的生產生活；因此具備良好的應用前景。


下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明:圖1為本發明原理結構示意圖；圖2為本發明實施例一的整體結構示意圖；圖3為本發明實施例二的整體結構示意圖；圖4為本發明實施例三的整體結構示意圖；圖5為本發明實施例四的整體結構示意圖；圖6為本發明實施例五的整體結構示意圖。
具體實施方式
參照圖1，一種人造密度差發電系統，包括工質氣體發生裝置，其用於產生和/或處理各種工質氣體；密度差形成裝置，所述密度差形成裝置與所述工質氣體發生裝置相連接，密度差形成裝置內盛裝有流體，且為一連通結構，所述工質氣體微溶或不溶於所述流體，所述工質氣體連續不斷地通入該密度差形成裝置內的流體中，形成穩定的氣液兩相流和不含工質氣體的單相流，從而在兩者之間形成密度差；發電機組，所述發電機組設置於密度差形成裝置的底部；在氣液兩相流和單相流之間密度差作用下，流體持續不斷地在所述連通結構中流動從而帶動所述發電機組發電。密度差發電是利用連通器的原理，發電裝置的主體為一豎塔裝置，在豎塔的底部設置水輪發電機，水輪發電機上方安裝一組或多組噴嘴，用於將工質氣體送入到豎塔內部的水中。本發明中使用的工質氣體要求不溶或微溶於發電裝置使用的流體，本發明以水為例做相應的介紹(發明中以水為例，但也儘量保護到如果別人使用不是水的其他流體也在保護範圍內)，密度差發電可以使用的工質氣體範圍廣泛，只要是不溶於水或微溶於水的氣體均可作為工質氣體。實際應用中應優先使用來源廣泛，對環境汙染小，價格低廉，使用安全的工質。如空氣、低沸點有機工質、其他的滷代烷烴、烯烴物質。如圖1所示，密度差抽水裝置是人造密度差利用方式中最簡單的一種應用形式，根據密度差發電的基本原理，本裝置為在一較深的水體中安放一根硬質的豎直管道，在管道的下方靠近端部安裝有壓縮空氣噴嘴，用於將壓縮空氣排開水後產生均勻的空氣泡。當氣泡產生後便能在豎直管道內部產生穩定的氣液兩相流，該流體與豎直管道外側的正常狀態下的水形成密度差，相應的產生的氣液兩相流的液位H2較單相流體與分界面的高度H1更高，本裝置所使用的壓縮空氣可以使用風輪機對空氣壓縮機進行做功，也可以採用其他形式的能源對空氣進行壓縮。本裝置能夠很好的適應於大流量小落差的提水場合，如沿江農田灌溉、跨流域調水過程中需要提高水位以將水輸送至更遠的地方、湖泊蓄水、電站循環水的抽取等場合，其顯著特點是抽水流量大，通過增加密度差抽水裝置的管徑和深度，當採用適宜的配套大流量空氣壓縮機驅動時，由於壓縮機不需要很高的氣壓便能獲得較高的落差AH = H2-H1，其中H2又與氣液分界面深度H1以及空氣泡所佔氣液兩相流比例有關，落差一定的情況下，抽水流量與抽水裝置的流道截面積相關。故本裝置抽水時可以獲得穩定落差的大流量抽水效果，而且本裝置中除了空氣壓縮機外，無運動部件，抽水裝置維護極為簡單,沒有水泵中的葉輪結構,也不會對水中的魚蝦等水生生物產生危害,不會影響到魚類的洄遊，即使被抽水裝置吸入也不會使得魚類死亡。以下通過多個實施例來對本發明做進一步的說明:實施例一:參考圖2，一種人造密度差發電系統，包括工質氣體發生裝置，其用於產生和/或處理各種工質氣體；密度差形成裝置，所述密度差形成裝置與所述工質氣體發生裝置相連接，密度差形成裝置內盛裝有流體，且為一連通結構，所述工質氣體微溶或不溶於所述流體，所述工質氣體連續不斷地通入該密度差形成裝置內的流體中，形成穩定的氣液兩相流和不含工質氣體的單相流，從而在兩者之間形成密度差；發電機組，所述發電機組設置於密度差形成裝置的底部；在氣液兩相流和單相流之間密度差作用下，流體持續不斷地在所述連通結構中流動從而帶動所述發電機組發電；所述工質氣體發生裝置包括若干組空氣壓縮機11，所述空氣壓縮機11上安裝有風輪12，所述若干組空氣壓縮機11的出口通過集氣母管13相連後與所述密度差形成裝置的進氣口相連，所述集氣母管13中還設置有控制氣流的減壓閥14 ;所述密度差形成裝置包括第一豎塔主體21，所述第一豎塔主體21內安裝有多組噴嘴22，所述噴嘴22與工質氣體發生裝置I的輸出端連接，且位於所述發電機組3的上方。該方案中利用風力機驅動空氣壓縮機11將空氣壓縮，使空氣具有一定的壓力，通過將各空氣壓縮機11的出口通過集氣母管13連接，在各個空氣壓縮機11與集氣母管13間設置單向閥防止因局部風力較小產生空氣回流現象發生。集氣母管13中的壓縮空氣通過閥門控制，進入到密度差發電裝置中的噴嘴22，壓縮空氣通過排開水進入密度差發電裝置的流道中。由於密度差發電裝置氣液兩相流中含有大量的氣泡，流體的相對密度降低。發電裝置管道內外部存在一定的「壓頭」，經過水輪機發電後的氣液兩相流仍具有部分「壓頭」存在，通過將發電流道向上延伸至上位水庫中，由於密度差的作用，發電後的水在餘壓作用下被送入到上位水庫中進行蓄水，雖然該過程會消耗部分「壓頭」，但通過蓄能水庫將這部分能量蓄積在水庫中，當上位水庫水位接近滿庫或風速降低或無風的情況下，通過將部分密度差發電裝置轉換為水力發電的方式，將蓄積的能量轉化為電能，這樣可以大大提高風力發電的穩定性，解決風力發電投資成本高，維護難，也可以解決蓄能和低速穿越等技術難題。實施例二:參考圖3，一種人造密度差發電系統，包括工質氣體發生裝置，其用於產生和/或處理各種工質氣體；密度差形成裝置，所述密度差形成裝置與所述工質氣體發生裝置相連接，密度差形成裝置內盛裝有流體，且為一連通結構，所述工質氣體微溶或不溶於所述流體，所述工質氣體連續不斷地通入該密度差形成裝置內的流體中，形成穩定的氣液兩相流和不含工質氣體的單相流，從而在兩者之間形成密度差；發電機組，所述發電機組設置於密度差形成裝置的底部；在氣液兩相流和單相流之間密度差作用下，流體持續不斷地在所述連通結構中流動從而帶動所述發電機組發電；所述工質氣體發生裝置包括若干組空氣壓縮機11，所述空氣壓縮機11上安裝有風輪12，所述若干組空氣壓縮機11的出口通過集氣母管13相連後與所述密度差形成裝置的進氣口相連，所述集氣母管13中還設置有控制氣流的單向閥14 ;所述密度差形成裝置包括第一豎塔主體21，所述第一豎塔主體21內安裝有多組噴嘴22，所述噴嘴22與工質氣體發生裝置I的輸出端連接，且位於所述發電機組3的上方，所述第一豎塔主體21包括左豎管和右豎管，所述左豎管和右豎管相連通，形成一循環流道結構，所述循環流道結構的頂部連通有一向下彎折的儲冰容器211，所述儲冰容器211內安裝有加熱盤管，所述左豎管的頂部開口處設置有格柵212，所述工質氣體發生裝置的高壓輸出端與儲冰容器211內的加熱盤管相連，其輸入端通過汽水分離器213與右豎管的頂部開口相連，所述循環流道結構的底部還連接有海水預處理裝置214，將預處理後的海水作為流體輸入到第一豎塔主體21中。該方案主要利用風力驅動壓縮機壓縮低沸點工質氣體，壓縮過程產生的熱量用來使產生的冰晶融化，產生淡水，同時由於壓縮過程是的低沸點工質被冷凝，冷凝後的液態高壓工質通過閥門減壓後，由於壓力降低而氣化為工質氣體，氣化過程中不斷吸收海水中的熱量使得海水溫度不斷下降，當溫度低於海水的冰點時海水出現結冰現象，由於低沸點工質氣化過程中氣液接觸面形成的冰在氣泡上浮過程中會不斷膨脹，故產生的冰也為薄膜狀的薄冰冰晶，冰隨著氣液兩相流向上流動，上升到頂部時隨著流道中的水進入到左側的循環流道上方，由於在該段流道上方設置傾斜的格柵212將海水和冰進行分離，海水回流到下方的循環流道中繼續維持密度差發電裝置的單相流體補給，而冰晶掉落到最左側的儲冰容器211中，在儲冰容器211的內壁設置有加熱盤管，盤管連接風力壓縮機的高壓輸出管道，管道內流動的是經壓縮的較高溫度和壓力的工質氣體，氣體在流經盤管的過程時，通過換熱將冰融化，同時也使得工質氣體冷凝，這樣產生的淡水中還含有較多的鹽分，為了能降低淡水中的含鹽量，可以將產生的含鹽淡水通入到下一級密度差發電裝置中，再次進行冷凍-融化，這樣可以進一步的降低產品水中的含鹽量，由於有產品水輸出，同時經過濃縮後的濃鹽水也需要進行排放。本系統補充海水時還需要通過海水預處理裝置214對海水進行預處理，通過過濾、除氧等措施後將新海水通入到密度差發電裝置中，實現不間斷髮電，同時也可以實現連續產淡水。實施例三:參考圖4，一種人造密度差發電系統，包括工質氣體發生裝置，其用於產生和/或處理各種工質氣體；密度差形成裝置，所述密度差形成裝置與所述工質氣體發生裝置相連接，密度差形成裝置內盛裝有流體，且為一連通結構，所述工質氣體微溶或不溶於所述流體，所述工質氣體連續不斷地通入該密度差形成裝置內的流體中，形成穩定的氣液兩相流和不含工質氣體的單相流，從而在兩者之間形成密度差；發電機組，所述發電機組設置於密度差形成裝置的底部；在氣液兩相流和單相流之間密度差作用下，流體持續不斷地在所述連通結構中流動從而帶動所述發電機組發電；所述工質氣體發生裝置整體上包括冷凝器、儲液箱、工質循環泵、熱源加熱盤管以及工質發生器，其中冷凝器通過儲液箱與工質循環泵相連接，所述工質循環泵通過工質發生器連接到密度差形成裝置，所述熱源加熱盤管安裝於工質發生器內。該方式為了能重複利用低沸點工質，減少工質的洩露可能導致的汙染或其它不安全的影響，同時減少工質的消耗量進而降低系統的運行成本，本裝置採用密閉的循環裝置將水和工質進行密封，以便將工質氣體進行循環利用。本裝置設置有一密封的循環流道，一側流道底部布置有水輪發電機組，在機組的上方布置有工質氣體噴嘴。流道頂部設置有氣水分離器以將做功後的低沸點工質中含有的水滴進行分離，經分離後的工質氣體進入到冷凝器中進行冷凝，產生的液態工質被輸送到工質發生器中，由於工質發生器受熱源加熱，在較高的溫度下低沸點工質氣體的壓力升高，當壓力超過噴嘴處的水壓時，工質氣體便排開水體產生連續的氣泡產生穩定的氣液兩相流，進而形成密度差。通過該種方法可以將低溫熱源中含有的熱量轉化成為低沸點工質氣體的內能，通過密度差發電的方式將氣體的內能轉化為水流的機械能，由於水的密度大,能量密度高,通過將氣體的內能轉化為一定高度「水頭」後通過高效的水力發電的形式進行發電，更能充分利用目前被大量浪費的低溫熱源。本套系統所能使用的低溫熱源來源廣泛，可以使用類似太陽能、地熱溫泉水、工業餘熱以及海洋溫差能等一類低溫熱源進行發電。當本裝置中液面上方的工質氣體壓力較高時還可以適當降低冷凝器需要的冷卻水的溫度要求，在熱源溫度較高的情況下，為了提高發電的效果可以採取多級發電的方式進行，即第一級高溫熱源做功後的工質氣體做功後仍具有較高的壓力，利用這部分壓力氣體推動下一級密度差發電裝置進行發電，經過多級利用後的工質氣體進入到冷凝器進行冷凝，產生的液態工質再被送入到工質發生器中進行受熱產生高壓氣態工質，繼續循環做功。實施例四:參考圖5，一種人造密度差發電系統，包括工質氣體發生裝置，其用於產生和/或處理各種工質氣體；密度差形成裝置，所述密度差形成裝置與所述工質氣體發生裝置相連接，密度差形成裝置內盛裝有流體，且為一連通結構，所述工質氣體微溶或不溶於所述流體，所述工質氣體連續不斷地通入該密度差形成裝置內的流體中，形成穩定的氣液兩相流和不含工質氣體的單相流，從而在兩者之間形成密度差；發電機組，所述發電機組設置於密度差形成裝置的底部；在氣液兩相流和單相流之間密度差作用下，流體持續不斷地在所述連通結構中流動從而帶動所述發電機組發電；所述工質氣體發生裝置包括一直通式豎管裝置31，所述直通式豎管裝置31上安裝有預熱盤管32，所述預熱盤管32的輸入端通入液化石油氣，其輸出端與密度差形成裝置相連，所述直通式豎管裝置31的底部設置有空氣壓縮機33，所述空氣壓縮機33的輸入端連接一空氣過濾器34，其輸出端與直通式豎管裝置31底部的噴氣嘴35相連；所述直通式豎管裝置31的底部海設置有用於直接驅動空氣壓縮機33的水輪壓縮機36 ;所述密度差形成裝置包括第二豎塔主體41，所述第二豎塔主體41由左豎管和右豎管構成，所述左豎管和右豎管相連通，形成一循環流道結構，所述循環流道結構的頂部設置有一與外部管道相連的汽水分離器411。天然氣作為最清潔的化石燃料目前已被大量使用，現有的運輸方式主要為管道運輸、液化天然氣運輸車或運輸船，由於液化天然氣運輸到目的地後需要卸車，在該過程中當壓力降低的過程中液化的天然氣會氣化為氣態，該過程中需要吸收大量的熱量，目前大多需要使用空氣換熱器或用水來進行換熱，該過程提供了氣化過程需要的氣化熱量，保證了卸載過程的順利進行，但該過程中液化天然氣具有的能量並未得到有效的利用，利用密度差發電裝置可以將液化天然氣中含有的冷量進行利用。本發明可以利用液化天然氣在降壓過程中的氣化過程吸收熱量，使得氣化後的氣體具有較高的壓力，氣態的壓縮天然氣再經過密度差發電裝置產生人造密度差進而利用氣體中的能量並產生電能。為了能保障氣化過程的順利進行，在液化天然氣進入到密度差發電裝置前，本裝置設置有一個直通式密度差提水裝置，如圖5中左側的裝置，該提水裝置利用空氣壓縮機33將空氣進行壓縮後進入提水裝置底部的氣體噴氣嘴35，排開水後的氣泡與水形成了氣液兩相流進而與單相水形成密度差，在密度差的驅動下使水向上流動，流動的水不斷對液化天然氣流經的管道進行加熱，使氣化過程順利進行，被降溫後的水流出管道，新的常溫水在壓差作用下繼續由管道底部進入裝置。為了能充分利用壓縮空氣中的能量，在密度差提水裝置的底部設置有一水輪壓縮機36，通過水輪壓縮機36直接驅動空氣壓縮機33，由電動機或其他裝置帶動壓縮機產生的壓縮空氣在驅動密度差提水後水流仍具有一定的能量，通過水輪壓縮機36將水流含有的這部分能量用來壓縮空氣繼續驅動密度差提水裝置，這樣可以減少電能的消耗，同時也能保證該提水裝置中的液化天然氣換熱管的熱量輸入，保證氣化過程的順利進行。氣化後的天然氣進入到密封的循環密度差發電裝置後，由於裝置為密封狀態，做功後的氣體通過氣水分離器分離後通過閥門進入到產品氣體輸出管道，這樣天然氣氣化過程中吸收的水中的熱能也部分用於密度差發電裝置，同時也可以滿足天然氣輸出地需要的大量的氣化潛熱的供應，液化天然氣氣化的過程中還可以實現電能的輸出。實施例五:參考圖6，一種人造密度差發電系統，包括工質氣體發生裝置，其用於產生和/或處理各種工質氣體；密度差形成裝置，所述密度差形成裝置與所述工質氣體發生裝置相連接，密度差形成裝置內盛裝有流體，且為一連通結構，所述工質氣體微溶或不溶於所述流體，所述工質氣體連續不斷地通入該密度差形成裝置內的流體中，形成穩定的氣液兩相流和不含工質氣體的單相流，從而在兩者之間形成密度差；發電機組，所述發電機組設置於密度差形成裝置的底部；在氣液兩相流和單相流之間密度差作用下，流體持續不斷地在所述連通結構中流動從而帶動所述發電機組發電；所述密度差形成裝置包括第三豎塔主體51，所述第三豎塔主體51由左豎管和右豎管構成，所述左豎管和右豎管相連通，形成一循環流道結構，所述循環流道結構的頂部連通有一向下彎折的儲冰容器511，所述儲冰容器511內安裝有加熱盤管，所述右豎管的頂部開口處設置有格柵512，所述循環流道結構上直接設置有液化石油氣輸入口 513，且連接有海水預處理裝置514和一用於排放濃海水的排放管道515,第三豎塔主體51的底部安裝有發電機組3,所述發電機組3串聯一壓縮機516後一端連接到儲冰容器511中，另一端通過汽水分離器517後連接到循環流道結構頂部。本方案利用液化天然氣氣化過程中需要吸收大量的熱量來使得海水結冰，結冰後的冰晶隨著氣液兩相流向上流動，在裝置上方流向另一側的流道，在單相流體的流道上方設置有一傾斜的格柵512用於將海水中的冰晶過濾出來，海水流入到單相流體所在的流道中，冰晶則滑入到儲冰容器511中。本裝置設置有海水預處理裝置514，用於將海水進行除氧、過濾等措施，預處理後的海水被送入到密度差發電裝置中以補充由於海水結冰而引起的水位降低，由於海水不斷結冰，故海水的濃度會不斷的上升，裝置的底部設置有一排放管道515，當密度差發電裝置中的海水濃度達到某一設定濃度時將部分的濃海水排放出來，同時補充適量的預處理後的新海水，這樣可以保證在發電的同時又可以產生含有適量鹽分的淡化水。本裝置一大特點是裝置產生的海冰由於表面覆蓋有一定量的海水，在進入儲冰容器511前，可以通過離心旋轉或高壓氣體吹掃進一步出去冰晶表面附著的海鹽，處理後的海冰落入到儲冰容器511中進行融化，融化海冰的能量來自於產品液化氣壓縮過程釋放出的凝結熱，壓縮機516由表現為水輪發電機的發電機組3帶動，在發電過程中帶動天然氣壓縮機516工作，將天然氣進行壓縮，壓縮過程中產生的熱量用於將海冰融化，融化後的水僅含有部分鹽分，可以通過後續的處理進一步的降低含鹽量，壓縮後的天然氣被再次通入到密度差發電裝置中，繼續冷卻密度差發電裝置中的海水，使其不斷的結冰。如此在利用液化天然氣發電的同時也可以生產出部分淡水。本方案較上一個方案而言，可以減少密度差提水裝置的成本，不過由於沒有流動的水作為熱量輸入，故密度差發電裝置中不可避免的會產生冰晶，為了能維持裝置的連續運行，也能將產生的冰進行利用，故本系統利用液化天然氣中的冷量來使得海水結冰，構成冷凍法海水淡化系統，實現海水淡化的效果。以上對本發明的較佳實施進行了具體說明，當然，本發明還可以採用與上述實施方式不同的形式，以及相近的領域，這些都不構成對本實施方式的任何限制，熟悉本領域的技術人員在不違背本發明精神的前提下所作的等同的變換或相應的改動，都應該屬於本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種人造密度差發電系統，其特徵在於包括: 工質氣體發生裝置，其用於產生和/或處理各種工質氣體； 密度差形成裝置，所述密度差形成裝置與所述工質氣體發生裝置相連接，密度差形成裝置內盛裝有流體，且為一連通結構，所述工質氣體微溶或不溶於所述流體，所述工質氣體連續不斷地通入該密度差形成裝置內的流體中，形成穩定的氣液兩相流和不含工質氣體的單相流，從而在兩者之間形成密度差； 發電機組，所述發電機組設置於密度差形成裝置的底部； 在氣液兩相流和單相流之間密度差作用下，流體持續不斷地在所述連通結構中流動從而帶動所述發電機組發電。
2.根據權利要求1所述的一種人造密度差發電系統，其特徵在於:所述工質氣體發生裝置包括若干組空氣壓縮機(11)，所述空氣壓縮機(11)上安裝有風輪(12)，以對所述空氣壓縮機(11)做功進行驅動，所述若干組空氣壓縮機(11)的出口通過集氣母管(13)相連後與所述密度差形成裝置的進氣口相連，所述集氣母管(13)中設置有控制氣流的單向閥(14)以防止氣體回流。
3.根據權利要求2所述的一種人造密度差發電系統，其特徵在於:所述密度差形成裝置包括第一豎塔主體(21)，所述第一豎塔主體(21)內安裝有多組噴嘴(22)，所述噴嘴(22)與工質氣體發生裝置的輸出端連接，且位於所述發電機組的上方。
4.根據權利要求3所述的一種人造密度差發電系統，其特徵在於:所述第一豎塔主體(21)包括左豎管和右豎管，所述左豎管和右豎管相連通，形成一循環流道結構，所述循環流道結構的頂部連通有一向下彎折的儲冰容器(211)，所述儲冰容器(211)內安裝有加熱盤管，所述左豎管的頂部開口處設置有格柵(212)，所述工質氣體發生裝置的高壓輸出端與儲冰容器(211)內的加熱盤管相連，其輸入端通過汽水分離器(213)與右豎管的頂部開口相連，所述循環流道結構的底部還連接有海水預處理裝置(214)，將預處理後的海水作為流體輸入到第一豎塔主體(21)中。
5.根據權利要求1所述的一種人造密度差發電系統，其特徵在於:所述工質氣體發生裝置包括一直通式豎管裝置(31)，所述直通式豎管裝置(31)上安裝有預熱盤管(32)，所述預熱盤管(32)的輸入端通入液化石油氣，其輸出端與密度差形成裝置相連，所述直通式豎管裝置(31)的底部設置有空氣壓縮機(33)，所述空氣壓縮機(33)的輸入端連接一空氣過濾器(34)，其輸出端與直通式豎管裝置(31)底部的噴氣嘴(35)相連。
6.根據權利要求5所述的一種人造密度差發電系統，其特徵在於:所述直通式豎管裝置(31)的底部還設置有用於直接驅動空氣壓縮機(33)的水輪壓縮機(36)。
7.根據權利要求5或6所述的一種人造密度差發電系統，其特徵在於:所述密度差形成裝置包括第二豎塔主體(41)，所述第二豎塔主體(41)由左豎管和右豎管構成，所述左豎管和右豎管相連通，形成一循環流道結構，所述循環流道結構的頂部設置有一與外部管道相連的汽水分離器(411)。
8.根據權利要求1所述的一種人造密度差發電系統，其特徵在於:所述密度差形成裝置包括第三豎塔主體(51)，所述第三豎塔主體(51)由左豎管和右豎管構成，所述左豎管和右豎管相連通，形成一循環流道結構，所述循環流道結構的頂部連通有一向下彎折的儲冰容器(511)，所述儲冰容器(511)內安裝有加熱盤管，所述右豎管的頂部開口處設置有格柵(512)，所述循環流道結構上直接設置有液化石油氣輸入口(513)，且連接有海水預處理裝置(514)和一用於排放濃海水的排放管道(515)，第三豎塔主體(51)的底部安裝有發電機組(3)，所述發電機組(3)串聯一壓縮機(516)後一端連接到儲冰容器(511)中，另一端通過汽水分離器(517)後連接到循環流道結構頂部。
9.根據權利要求1所述的一種人造密度差發電系統，其特徵在於:所述工質氣體發生裝置整體上包括冷凝器、儲液箱、工質循環泵、熱源加熱盤管以及工質發生器，其中冷凝器通過儲液箱與工質循環泵相連接，所述工質循環泵通過工質發生器連接到密度差形成裝置底部，所述熱源加熱盤管安裝於工質發生器內，所述冷凝器通過一汽水分離器連接到所述密度差形成裝置頂 部。
全文摘要
本發明公開了一種人造密度差發電系統，包括工質氣體發生裝置、密度差形成裝置以及發電機組；在密度差形成裝置中氣液兩相流和單相流之間密度差作用下，流體持續不斷地在連通結構中流動從而帶動所述發電機組發電，本發明能利用現有的常規熱源如地熱、太陽能、工業餘熱、海洋溫差能等中低溫熱源，還可以利用風能、壓縮氣體、液化天然氣等氣體中含有的內能，通過形成人造密度差的方式將工質氣體含有的內能轉化成為工作流體的機械能並利用水輪機發電，因此具備良好的應用前景。
文檔編號F03G7/00GK103206355SQ20131016099
公開日2013年7月17日 申請日期2013年5月6日 優先權日2013年5月6日
發明者張學文 申請人:張學文