冷卻otec工作流體泵馬達(dá)的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)涉及海洋熱能轉(zhuǎn)換(OTEC)系統(tǒng)，以及涉及冷卻在OTCE系統(tǒng)中所使用的工作流體栗馬達(dá)。
【背景技術(shù)】
[0002]在常規(guī)的OTEC系統(tǒng)中，許多部件位于水位線下面。一種此類部件是工作流體冷凝器熱交換器。由于所需的凈正吸入壓頭，工作流體栗必須位于冷凝器下面，并且因此工作流體栗也必須位于水位線下面。
[0003]商業(yè)現(xiàn)貨(COTS)工作流體栗對(duì)于浸沒(méi)在水中是不可用的。因此，工作流體栗必須位于壓力容器內(nèi)以將栗從海洋環(huán)境和壓差隔離開(kāi)。這使熱耗散復(fù)雜化。來(lái)自馬達(dá)的熱量必須被耗散以保持主要的工作部件，例如馬達(dá)繞組、密封、軸承、潤(rùn)滑劑和冷卻。
[0004]馬達(dá)的低效率(額定地5% )將直接以熱的方式轉(zhuǎn)化為機(jī)械功。這些熱量必須按它產(chǎn)生的速率被抽出。此外，馬達(dá)溫度不能超過(guò)一定溫度，通常40攝氏度。一種解決方案是用海水環(huán)繞壓力容器作為散熱器。令人遺憾地是，壓力容器不會(huì)提供足夠的表面積以依靠在壓力容器內(nèi)側(cè)上的空氣對(duì)流和在壓力容器外側(cè)上的自然海水的對(duì)流。即使當(dāng)迫使水在容器周圍流動(dòng)以產(chǎn)生強(qiáng)制對(duì)流，同時(shí)循環(huán)空氣以產(chǎn)生壓力容器內(nèi)側(cè)上的強(qiáng)制對(duì)流時(shí)，也不會(huì)足夠快地耗散足夠的熱量使得充分冷卻馬達(dá)。
[0005]另一個(gè)選項(xiàng)是使用海水，其被栗送通過(guò)位于壓力容器內(nèi)側(cè)或位于壓力容器外側(cè)的熱交換器，以便于冷卻馬達(dá)。令人遺憾地是，此選項(xiàng)需要海水入口和海水出口(在內(nèi)部熱交換器的情況下)，或者至熱交換器(在外部熱交換器的情況下)的額外的工作流體入口和工作流體出口，海水過(guò)濾器(故障點(diǎn))，額外的栗(故障點(diǎn))，額外的密封(故障點(diǎn))，并且直接使用海水，其高度腐蝕(增加了故障的可能性)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]描述了在OTEC系統(tǒng)中的冷卻系統(tǒng)和方法，其中來(lái)自工作流體栗出口的過(guò)冷工作液體用于直接或間接通過(guò)與輔助流體的熱交換來(lái)冷卻工作流體栗馬達(dá)。
[0007]在一種實(shí)施例中，直接冷卻能夠包括使工作流體通過(guò)馬達(dá)的護(hù)套，用于直接的強(qiáng)制對(duì)流冷卻，如圖3所示。在一種實(shí)施例中，間接冷卻能夠包括工作流體到空氣的熱交換或者工作流體到輔助流體(例如淡水)的熱交換器。使用空氣，熱交換器將交換在壓力容器中的空氣與工作流體之間的熱量。使用輔助液體，熱交換器將交換通過(guò)馬達(dá)水護(hù)套的輔助液體與工作流體之間的熱量，如圖2中所示。
[0008]用于冷卻的工作流體將從工作流體栗出口的高壓側(cè)，經(jīng)過(guò)熱交換器或直接被帶到馬達(dá)，以及然后再引入到栗出口以繼續(xù)至具有一定量的解除過(guò)冷卻的蒸發(fā)器，或者工作流體在至栗入口前能被引入返回到冷卻環(huán)路。解除過(guò)冷卻的選項(xiàng)將允許一定量的過(guò)冷卻被帶出工作流體，由此減少否則會(huì)來(lái)自蒸發(fā)器的熱量。而且，因?yàn)檎舭l(fā)器設(shè)計(jì)成兩相熱交換器，具有更少過(guò)冷卻的工作流體更有效地蒸發(fā)。因此，否則會(huì)浪費(fèi)在系統(tǒng)的兩側(cè)上的熱量返回到系統(tǒng)中用于產(chǎn)生凈效益。
[0009]在一種實(shí)施例中，提供了一種栗系統(tǒng)，其包括壓力容器，該壓力容器限定了包含空氣或惰性氣體(例如，氮?dú)?的內(nèi)部空間、進(jìn)入內(nèi)部空間的流體入口和從內(nèi)部空間的流體出口。栗設(shè)置在內(nèi)部空間內(nèi)，其中該栗具有流體連接到壓力容器的流體入口的入口和流體連接到壓力容器的流體出口的出口。此外，馬達(dá)設(shè)置在內(nèi)部空間中，并且連接到栗用于驅(qū)動(dòng)該栗。馬達(dá)冷卻流路徑設(shè)置在內(nèi)部空間中，并且與馬達(dá)處于熱交換關(guān)系。馬達(dá)冷卻流路徑包括流體連接到栗出口以接收來(lái)自栗出口的流體的入口部分和流體連接到栗出口或者栗入口的出口部分。
[0010]在另一種實(shí)施例中，提供了一種海洋熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其包括工作流體回路，其包括冷凝器，蒸發(fā)器，工作流體栗和使冷凝器，蒸發(fā)器和工作流體栗互連的閉環(huán)管道。兩相工作流體在工作流體回路中。工作流體栗，蒸發(fā)器和冷凝器設(shè)置在水體表面的下方，并且工作流體栗設(shè)置在壓力容器中，該壓力容器限定包含空氣或惰性氣體(例如氮?dú)?的內(nèi)部空間、進(jìn)入內(nèi)部空間且流體連接到閉環(huán)管道的流體入口以及從內(nèi)部空間且流體連接到閉環(huán)管道的流體出口。栗具有流體連接到壓力容器的流體入口的入口和流體連接到壓力容器的流體出口的出口。馬達(dá)設(shè)置在內(nèi)部空間中，并且連接至栗用于驅(qū)動(dòng)該栗。此外，馬達(dá)冷卻流路徑設(shè)置在內(nèi)部空間中，并且與馬達(dá)處于熱交換關(guān)系。馬達(dá)冷卻流路徑包括流體連接至栗出口以接收來(lái)自栗出口的工作流體的入口部分和流體連接至栗出口或者栗入口的出口部分。
[0011]在另一種實(shí)施例中，在海洋熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，提供冷卻栗馬達(dá)的方法，該栗馬達(dá)驅(qū)動(dòng)栗，其中栗和栗馬達(dá)設(shè)置在壓力容器的內(nèi)部空間中，壓力容器設(shè)置在水體表面下方，并且該栗栗送兩相工作流體。在本方法中，在壓力容器的內(nèi)部空間中，來(lái)自栗的出口的工作流體被引導(dǎo)來(lái)與栗馬達(dá)進(jìn)行熱交換，并且在與栗馬達(dá)熱交換后，工作流體被引導(dǎo)返回至栗出口或進(jìn)入栗的入口中。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1圖示了 OTEC系統(tǒng)，其能采用此文中所描述的栗馬達(dá)冷卻系統(tǒng)。
[0013]圖2圖示了間接的栗馬達(dá)冷卻系統(tǒng)的示例。
[0014]圖3圖示了直接的栗馬達(dá)冷卻系統(tǒng)的示例。
【具體實(shí)施方式】
[0015]描述了在OTEC系統(tǒng)中的冷卻系統(tǒng)和方法，其中來(lái)自工作流體栗出口的過(guò)冷的工作流體用于或直接地或間接地通過(guò)與輔助流體的熱交換來(lái)冷卻工作流體栗馬達(dá)。
[0016]圖1是OTEC發(fā)電系統(tǒng)100的布局的示意圖。OTEC系統(tǒng)的整體構(gòu)造和運(yùn)行對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言是眾所周知的。OTEC系統(tǒng)100能夠部署在任何合適的水體中，例如海洋、海、鹽水湖或淡水湖等。
[0017]在此實(shí)施例中，系統(tǒng)100包括近海平臺(tái)102、渦輪發(fā)電機(jī)104、工作流體回路，該工作流體回路包括蒸發(fā)器110-1、冷凝器110-2、工作流體栗114和使冷凝器、蒸發(fā)器和工作流體栗流體互連的閉環(huán)工作流體管道106，并且其還延伸穿過(guò)渦輪發(fā)電機(jī)104。兩相的工作流體108，例如但是不限于氨，包含在工作流體回路中。系統(tǒng)100還包括海水栗116和124，以及流體管道120、122、128和130。
[0018]如圖1中所示，工作流體栗114、蒸發(fā)器110-1和冷凝器110_2設(shè)置在水體的表面112下方，其中水體能夠是海洋、海、淡水湖及類似的。
[0019]蒸發(fā)器110-1能夠具有常規(guī)構(gòu)造，并且包括熱交換器，該熱交換器配置成將來(lái)自于表面區(qū)域處熱海水的熱量傳送到工作流體108中，由此引起工作流體蒸發(fā)。冷凝器110-2也能夠具有常規(guī)構(gòu)造，并且包括熱交換器，該熱交換器配置成將來(lái)自蒸發(fā)的工作流體108中的熱量傳送到來(lái)自深海區(qū)域的冷海水，由此引起蒸發(fā)的工作流體108冷凝回到液體形式。
[0020]參照?qǐng)D2，工作流體栗114設(shè)置在壓力容器10中，其限定包含空氣或惰性氣體(例如氮?dú)?的內(nèi)部空間12。容器10包括進(jìn)入內(nèi)部空間12的工作流體入口 14，且?guī)в性谌萜鲀?nèi)側(cè)的流體管道16，其流體連接閉環(huán)管道106和栗的入口。入口 14和流體管道16引導(dǎo)低壓工作流體從冷凝器110-2進(jìn)入容器10和栗入口中。另外，容器10包括從內(nèi)部空間的工作流體出口 18，且?guī)в性谌萜鲀?nèi)側(cè)的流體管道20，其流體連接至閉環(huán)管道106和栗的出口。出口 18和流體管道20引導(dǎo)高