一种利用余热淡化海水的斯特林发电机

摘要

本发明提供的一种利用余热淡化海水的斯特林发电机，应用斯特林可逆热机作发电机，热量流入端置于热源，热量流出端设置淡水冷凝器和海水蒸发罐。淡水冷凝器安在海水蒸发罐上。淡水冷凝器内底部有环形淡水收集槽，淡水流出管进口接在淡水收集槽底，淡水冷凝器侧表面布有散热片。淡水冷凝器中心的空气进入风道、淡水冷凝器中心以外环形空间的淡水冷凝风道连通构成空气循环风道。风机安在风道进风口，风道出风口呈环形开口向下、朝向散热片。海水蒸发罐底部设有海盐排出口，并安装海盐排出阀。海水冷却，热机强化程度高，热机效率高；电水联产，可广泛用于船舰、海岛基础设施，能大幅度提高核潜艇和航空母舰的综合性能指标。

权利要求

1.一种利用余热淡化海水的斯特林发电机，包括斯特林发电机、风机、海水蒸发罐、淡水冷凝器、海水流入管、水位观察窗、海盐排出阀、淡水流出管，其特征在于：所述斯特林发电机热量流出端气缸及气缸与回热器连接管置于海水蒸发罐内，热量流入端气缸及气缸与回热器连接管置于供热源内，发电机置于热量流出端中央的二级密封腔内，淡水冷凝器安在海水蒸发罐上，淡水冷凝器中心的空气进入风道出风口通到海水蒸发罐中部，淡水冷凝器中心的空气进入风道进风口设在淡水冷凝器顶端，风机安在空气进入风道进风口，海水流入管出口接入空气进入风道进风口，海水流入管进口接海水源，空气进入风道以外、淡水冷凝器侧面以内的环形空间是淡水冷凝风道，淡水冷凝器侧表面布有散热片，淡水冷凝风道进风口在海水蒸发罐顶端，淡水冷凝风道出风口在淡水冷凝器顶部、呈环形开口向下、朝向散热片，淡水冷凝风道进风口处有环形淡水收集槽，淡水流出管进口接在淡水收集槽底，淡水流出管的另一端为淡水流出管出口，接到淡水冷凝器外，海水蒸发罐中部设有水位观察窗，海水蒸发罐底部设有海盐排出口，并安装海盐排出阀，风机电机接电源。

2.根据权利要求1所述的一种利用余热淡化海水的斯特林发电机，其特征在于：所述斯特林发电机是斯特林可逆热机作发电机，回热器采用换热式回热器，控制系统采用工作腔增压的斯特林发动机控制系统，工作腔连接采用多环连接方式。

3.根据权利要求1所述的一种利用余热淡化海水的斯特林发电机，其特征在于：所述淡水冷凝器中心的空气进入风道由一条或数条螺旋风道构成。

4.根据权利要求1所述的一种利用余热淡化海水的斯特林发电机，其特征在于：所述淡水冷凝器的淡水冷凝风道由一条或数条螺旋风道构成。

说明书

一种利用余热淡化海水的斯特林发电机

所属技术领域

[0001] 本发明涉及一种斯特林发电机，具体为一种利用余热淡化海水的斯特林发电机。

背景技术

[0002] 船用动力和淡水供应是制约人类远洋航行的两大难题。船用动力曾采用过蒸汽机、汽轮机、老式斯特林发动机、燃气轮机、内燃机等热机。现代船用动力管理模式正由机械动力模式向电动模式转变，热机将热能转化成电能再驱动船航行。从前，船能够储存的淡水量决定其航程，航行中淡水必须适时补充。而今，现代海水淡化技术能在船上安装海水淡化装置解决淡水供应问题。但是，能源消耗高、设备成本高、运行费用高等因素决定了现代海水淡化装置应用船型有限。如果能利用热机发电余热淡化海水，设备成本和运行费用有所降低，便能获得低成本的淡水。同时获得更好的热机冷却效果。

[0003] 斯特林可逆热机的结构能在淡化海水的同时，提高热机强化程度和热机效率，使整机更紧凑，运行费用降低。斯特林可逆热机技术的系列发明融合，可提供了可行的技术方案。

[0004] 中国发明专利斯特林可逆热机(200710050949.2)、一种太阳能斯特林发电机(201110077563.7)、一种斯特林热机换热式回热器(201210000717.7)、一种工作腔增压的斯特林发动机控制系统(201310456439.0)等综合应用，可以设计出体积小、成本低、性能优于现有各类热机的斯特林发电机，解决船用动力问题。与此同时，在热量流出端设置海水蒸发罐和淡水冷凝器，利用热量流出端放出的热量和热量流入端燃烧废气余热淡化海水。淡水供应问题也相应解决。

[0005] 能够同时解决电力和淡水供应问题的设备，也是海洋开发所必备的。我国海岛众多，据不完全统计，面积大于500平方米的岛屿7372个(不包括海南岛本岛、台湾、香港、澳门及其所属岛屿)，其中，有居民的岛屿约450个，绝大多数岛屿无人居住。主要原因就是缺电缺淡水。中国政府非常重视海洋开发，在沿海及岛屿上大力兴建海水淡化厂和太阳能发电厂。海岛基础设施建设急需电水联产设备，但是，至今还没有出现切实可行的供电供水一体化技术。

发明内容

[0006] 本发明的目的是应用斯特林可逆热机作发电机，在热量流出端设置海水蒸发罐和淡水冷凝器，设置连通海水蒸发罐、淡水冷凝器及大气层的风道，设计一种热机冷却效果好、同时淡化海水、并且能够回收海盐的斯特林发电机。

[0007] 为了实现上述目的，本发明的方案是：其结构包括斯特林发电机、风机、海水蒸发罐、淡水冷凝器、海水流入管、水位观察窗、海盐排出阀、淡水流出管。其特征在于：所述斯特林发电机热量流出端气缸及气缸与回热器连接管置于海水蒸发罐内，热量流入端气缸及气缸与回热器连接管置于供热源，发电机置于热量流出端中央的二级密封腔内。淡水冷凝器安在海水蒸发罐上。淡水冷凝器中心的空气进入风道出风口通到海水蒸发罐中部，淡水冷凝器中心的空气进入风道进风口设在淡水冷凝器顶端。风机安在空气进入风道进风口。海水流入管出口接入空气进入风道进风口，海水流入管进口接海水源。空气进入风道以外、淡水冷凝器侧面以内的环形空间是淡水冷凝风道。淡水冷凝器侧表面布有散热片。淡水冷凝风道进风口在海水蒸发罐顶端。淡水冷凝风道出风口在淡水冷凝器顶部、呈环形开口向下、朝向散热片。淡水冷凝风道进风口处有环形淡水收集槽。淡水流出管进口接在淡水收集槽底，淡水流出管的另一端为淡水流出管出口，接到淡水冷凝器外。海水蒸发罐中部设有水位观察窗。海水蒸发罐底部设有海盐排出口，并安装海盐排出阀。风机电机接电源。

[0008] 所述斯特林发电机是斯特林可逆热机作发电机，回热器采用换热式回热器，控制系统采用工作腔增压的斯特林发动机控制系统，工作腔连接采用多环连接方式。

[0009] 所述斯特林发电机采用燃料燃烧作热源，配置热量流入端到海水蒸发罐中上部的燃烧废气管，燃烧废气管从海水蒸发罐侧面进入海水蒸发罐，又从海水蒸发罐侧面穿出。

[0010] 所述淡水冷凝器中心的空气进入风道由一条或数条螺旋风道构成。

[0011] 所述淡水冷凝器的淡水冷凝风道由一条或数条螺旋风道构成。

[0012] 本发明的优点在于：一是海水冷却斯特林发动机热量流出端的冷却效果好、温度低，热机强化程度高，热机效率高；二是电和水联产，所产淡水温度在50℃左右，可直接作生活用热水，改善远航及海岛的生存条件；三是用于空间封闭狭小的潜艇，淡化海水的空气循环流动，高温高盐度海水对空气有消毒杀菌作用；四是体积小、振动小、水质好、工质为氦气或氢气的优势，用于核潜艇和航空母舰，其综合性能指标将比汽轮发电机大幅度提高。

附图说明

[0013] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

[0014] 图1是本发明结构示意图。

[0015] 图1中，1、风机电机，2、海水流入管，3、淡水冷凝风道出风口，4、热量流入端，5、燃料进口，6、助燃空气进口，7、燃烧废气管，8、回热器，9、海水蒸发罐，10、海盐排出口，11、海盐排出阀，12、水位观察窗，13、燃烧废气管出口，14、淡水流出管，15、散热片，16、淡水冷凝器、17、空气进入风道进风口。

具体实施方式

[0016] 实施例1是使用燃料燃烧为热源的应用实例，实施例2是在核潜艇中使用核反应堆为热源的应用实例。

[0017] 实施例1：在热量流入端设置燃烧室，热量流出端所放热量和热量流入端燃烧废气余热都在海水蒸发罐中加热海水。图1是实施例1的结构示意图，该斯特林发电机是6个工作腔双环连接型式，具有3个换热式回热器。热量流入端4的端面有燃料进口5和助燃空气进口6，热量流入端4内的燃烧室有热量流入端气缸和气缸与回热器连接管。回热器8置于热量流入端和热量流出端之间。热量流出端气缸和气缸与回热器连接管置于海水蒸发罐9内。海水蒸发罐9侧面有水位观察窗12。海水蒸发罐9底有海盐排出阀11和海盐排出口10。燃烧废气管7穿过海水蒸发罐9连通热量流入端燃烧室和燃烧废气管出口13。
淡水冷凝器16安装在海水蒸发罐9之上。淡水冷凝器中心的空气进入风道出风口通到海水蒸发罐9中部，淡水冷凝器中心的空气进入风道由一条螺旋风道构成，空气进入风道进风口17设在淡水冷凝器16顶端。风机电机1在空气进入风道进风口17之上，风机安在空气进入风道进风口17内。风机电机1接通电源。海水流入管2出口接入空气进入风道进风口17，海水流入管2进口接海水源。空气进入风道以外、淡水冷凝器侧面以内的环形空间是三条螺旋风道构成的淡水冷凝风道。淡水冷凝器侧表面布有散热片15。淡水冷凝风道进风口在海水蒸发罐顶端。淡水冷凝风道出风口3在淡水冷凝器顶部、呈环形开口向下、朝向散热片15。淡水冷凝风道进风口处有环形淡水收集槽。淡水流出管14进口接在淡水收集槽底，淡水流出管的另一端为淡水流出管出口，接通到淡水冷凝器外。斯特林发动机控制系统布置在热量流入端和热量流出端之间的机体四周，在回热器与热量流出端气缸连接管上连通各工作腔。

[0018] 其工作过程是：接通海水流入管2，向海水蒸发罐9内注入海水，水位观察窗12显示海水淹没热量流出端气缸和气缸与回热器连接管、以及燃烧废气管为止。通过燃料进口5和助燃空气进口6同时注入燃料和助燃空气并点燃，控制系统启动斯特林发动机，发电机输出电能。热量流出端放出的热量和燃烧废气热量加热海水蒸发罐9内的海水。接通风机电机1电源驱动风机，空气进入空气进入风道，从内冷却淡水冷凝风道，并到海水蒸发罐9内被加热加湿，然后进入淡水冷凝风道逐步散热冷却。其中的大部分水蒸汽冷凝成水，回流到淡水收集槽内，经淡水流出管14流出。空气和少部分水蒸汽经淡水冷凝风道出风口3吹向散热片15，从外冷却淡水冷凝风道。发电机达到稳定工作状态，根据淡水产出量和海水蒸发罐9内水位，适时适量补充海水。此时空气进入风道内空气和补充海水都起到冷却淡水冷凝风道的作用。海水不断浓缩，盐分在海水蒸发罐9底部结晶析出达到一定量时，打开海盐排出阀11，由海盐排出口10排出海盐。关闭海盐排出阀11，补充海水，保持连续运行。

[0019] 实施例2：核潜艇空间封闭狭小，淡化海水的循环空气必须尽快冷却。因为核反应堆在热量流入端直接供热，热量流出端所放热量加热海水蒸发罐中的海水。所以结构在实施例1的基础上作两点相应改变：一是将热量流入端气缸及气缸与回热器连接管置于核反应堆供热装置内，取消燃烧废气管；二是加装海水冷却淡水冷凝器表面散热片的海水循环装置，其结构是将散热片做成螺旋状，空气流动通道和海水流动通道相间布置。

[0020] 其工作过程是：接通海水流入管，向海水蒸发罐内注入海水，水位观察窗显示海水淹没热量流出端气缸和气缸与回热器连接管为止。核反应堆向斯特林发动机供热，控制系统启动斯特林发动机，发电机输出电能。启动风机，形成从空气进入风道进风口流入，经海水蒸发罐、淡水冷凝风道、空气流动通道流出的循环通道。淡水冷凝风道内，水蒸汽冷凝成的水，回流到淡水收集槽内，经淡水流出管流出。向淡水冷凝器表面的海水流动通道供给海水，形成海水冷却水循环。适时向海水蒸发罐补充海水，及时排出海盐。