[發明專利]環境熱能轉換

在審

• 申請號: 201780067890.X
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN110392783A
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 大衛·M·弗拉坦托尼;邁克爾·馬丁·澤德梅爾;杰克·A·瓊斯;趙*;羅賓·愛德華·威利斯;羅伯特·斯科特·利蘭
• 申請（專利權）人: 西特瑞克公司
• 主分類號: F03G7/04
• 分類號: F03G7/04;F03G7/05
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 顧紅霞;張蕓

利用水熱能的電力生產方法，包括：在相對于水體的水面的第一豎直位置處將封閉的工作流體壓縮，以使流體在閉合回路中移動到相對于水面的第二豎直位置并隨后移動到第一豎直位置，第二豎直位置處的外部環境具有比第一豎直位置處的外部環境高的溫度，使得流體在第一豎直位置處的液相與第二豎直位置處的氣相之間轉變，壓縮利用來自電池的電力；以及在第二豎直位置處使流體膨脹，以產生電力以便給電池充電。第一和第二位置可以是水體的兩個深度，或者是水體上方的大氣的高度和水體的深度。

相關申請的交叉引用

本申請涉及并要求2016年11月1日提交且發明名稱為“深海熱動力循環(DEEP SEATHERMAL POWER CYCLE)”的美國臨時申請No.62/415,839以及2017年3月31日提交且發明名稱為“極地地區熱能發電(THERMAL ENERGY GENERATION IN POLAR REGIONS)”的美國臨時申請No.62/479,667的優先權，這兩個申請的全部公開內容通過引用整個并入本文。

聲明發布：不適用聯邦政府資助的研究/開發

技術領域

本公開總體涉及遠程海洋發電，并且更具體地涉及諸如海洋熱能轉換(OTEC)系統等的熱能轉換系統。

背景技術

遠程海洋動力對于商業、科學和國防目標變得越來越重要。目前，大多數無人/自主水下航行器(UUV或AUV)以及遠程海洋發電站都是電池供電的，并且壽命有限。這極大地限制了可以產生的功率量以及AUV可以行進的距離。

大多數海洋熱能轉換(OTEC)系統利用來自海洋的熱量在高壓下使揮發性制冷劑沸騰。所產生的高壓蒸汽在通過渦輪機時產生動力，并且離開的部分地冷凝的蒸汽通過冷空氣或冷水完全冷凝。傳統的OTEC系統將大量冷海水從深處帶到水面以進行冷卻。由于存在與在大的豎直范圍內泵送冷水相關聯的機械和熱損失，這對于小規模發電量(例如，在幾千瓦的功率下)是不實際的。

在美國專利No.7,987,674中(其全部公開內容通過引用并入本文)，描述了一種系統，其中相變材料(PCM)在溫暖的溫度(例如，15攝氏度)下熔化(膨脹)，并在較冷的溫度(例如，10攝氏度)下冷凍(收縮)。將容納有PCM(可以是諸如十五烷(pentadecane)等的石蠟(paraffin))的管插入填充有液壓油的容器中。當PCM熔化(膨脹)時，其將油推出到加壓至約3000psi的容器中。當閥打開時，高壓油通過液壓馬達，該液壓馬達使發電機轉動并且給電池充電。當PCM罐冷凍(收縮)時，低壓油最終被重新吸收到PCM罐中。產生的電力中的一些可以用于控制外部氣囊或通向系繩的馬達，使得深度循環持續很長一段時間。作為替代方案，從液壓馬達離開的低壓油可以直接排到AUV上的外部氣囊，使得氣囊的填充導致AUV上升，并且氣囊的排空允許AUV下降。這更加節能，因為避免了將熱能轉換成電能進而轉換成機械能的低效率。

該系統已經被制造、測試并且在美國專利No.7,987,674和美國專利No.8,117,843中獲得專利，其全部公開內容通過引用并入本文，但是該系統需要大量的設備來排出大量海水(通常超過100千克，雖然是中性浮力的)，而供應低于0.5瓦的平均功率。例如參見易朝(音譯)在2013OBS研討會上發表的“用于水下儀表的熱充電電池”(Chao，Yi，“ThermalRecharging Battery for Underwater Instrumentations”，2013OBS Workshop)，其全部公開內容通過引用并入本文。

還開發了遠程海洋充電站和AUV，其使用由浮動浮標上的波浪生產的電力并且使用來自浮動浮標上的太陽光電的電力。然而，這些浮標的暴露部分易受風暴損壞、無意中的海洋船只碰撞以及敵人的探測或蓄意毀壞的影響。

已經通過利用風、波浪或太陽能提出了極地地區遠程動力。然而，所有這些系統在惡劣的高緯度天氣條件下操作都具有挑戰性。