[发明专利]使用具有不同蒸汽压的液体发电

说明书

本公开涉及利用具有不同蒸汽压的两种或更多种液体主体之间的蒸汽流动来发电的设备和方法。蒸汽从具有较高蒸汽压的液体主体向具有较低蒸汽压的液体主体流动，从而发电。

技术领域

本公开涉及利用具有不同蒸汽压的两种或更多种液体主体之间的蒸汽流动来发电的设备和方法。蒸汽从具有较高蒸汽压的液体主体向具有较低蒸汽压的液体主体流动，从而发电。

背景技术

两种不同盐度的液体混合在一起时释放能量。例如，在20℃时，淡水和海水之间的渗透压差约为29个大气压。对于1m³/s的流速而言，这代表几乎3MW的理论功率。因此，例如在河流入海口处，这种能量释放可用于发电。

提取这种能量的大多数方法都依赖于水渗透穿过半渗透膜。一种这样的方法是压力延迟渗透(PRO)。在PRO中，盐溶液被包含在压力室内并通过半渗透膜与淡水分离。半渗透膜对水是可渗透的但对溶解的盐离子(Na⁺和Cl^-)是不可渗透的。水从淡水侧穿过半渗透膜到盐水侧，导致室内压力增加。然后这种压力增加用于发电，例如借助通过涡轮机释放压力来发电。

另一种从盐度梯度发电的方法是反向电渗析。在反向电渗析中，盐溶液和淡水通过离子交换膜。盐溶液和淡水之间的化学势差产生穿过膜的电压，从而提供电力。

这些方法都依赖于使用半渗透膜并因此具有许多缺点。使用半渗透膜的缺点包括成本高、易结垢、降解、极化、液体通过膜时发生显著水头损失、以及要求过滤和预处理溶液。

一种可替代的用于从盐度梯度发电的方法是使用液体本身的自由表面作为膜。由于盐溶液的蒸汽压低于淡水，在密封室内水蒸汽将从淡水转移到的盐溶液中。在SalinityGradient Power:Utilizing Vapor Pressure Differences,Science,206,452-454(1979)和Salinity-Gradient Vapor-Pressure Power Conversion,Energy,7(3),237-246(1982)中描述了一些布置，其中涡轮机在真空室中插入淡水和盐溶液之间的蒸汽流中，并且表明通过涡轮机的蒸汽流动可以用于发电。在这些布置中，蒸汽的蒸发和凝结导致热量从淡水转移到盐溶液。因此有必要将热量从盐溶液转移回淡水溶液中，否则蒸发速率会降低并最终停止。

尽管上面概述的蒸汽压方法克服了使用半渗透膜的一些缺点，但使用这种方法涉及到其他缺点。这些布置的一个缺点是，必须首先将大气从室中排空以提供真空，以便蒸汽流动可以驱动放置在蒸汽流中的涡轮机。这需要向系统中额外输入能量，并且还要求将液体主体脱气以避免排气进入真空室。

这种现有技术设备的另一缺点是，当在20℃时蒸汽在淡水和海水之间转移时，穿过涡轮机的压降可能非常小，约为0.4mmHg。这使得使用气轮机进行电力提取不合实际。蒸汽的绝对压也很低，在20℃时约为18mmHg，这意味着作用在涡轮机上的力很低，从而阻碍了涡轮机可以产生的电量。

发明内容

本公开的目的是提供用于发电的改进的设备和方法，其利用具有不同蒸汽压的两种或更多种液体主体之间的蒸汽流动。

根据本公开的第一方面，提供了一种发电的方法，包括：

将液体经由蒸汽相从源液体主体(source liquid body)转移到沉降液体主体(sink liquid body)，以及

通过从沉降液体主体释放液体来发电，

其中，源液体主体的蒸汽压高于沉降液体主体的蒸汽压，并且

其中，源液体主体和沉降液体主体不物理接触。

以这种方式，蒸汽从具有较高蒸汽压的液体主体中流动到具有较低蒸汽压的液体主体，从而发电，而不需要半渗透膜。