废热回收的系统及方法技术方案

提供了一种构造成将废热转换成机械能和/或电能的新颖兰金循环系统。一方面，由本发明专利技术提供的系统包括：常规兰金循环系统的构件的新颖构造；管路、管道、加热器、膨胀器、换热器、冷凝器和泵，以提供从废热源更有效的能量回收。一方面，兰金循环系统构造成使得初始的含有废热的流(16)用于使第一工作流体流汽化，且所得的热耗尽的含有废热的流(17)和膨胀的第二汽化工作流体流的第一部分(14)用于增加在第二汽化工作流体流(25)的产生中由膨胀的第一汽化工作流体流(22)提供的热。该兰金循环系统适于使用超临界二氧化碳作为工作流体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】 背景 本专利技术涉及用于从消耗燃料的人类活动中产生的废热回收能量的系统及方法。具体而 言，本专利技术涉及从利用不足的废热源（诸如燃气渦轮排出气体）回收热能。 人类焚烧燃料的活动在几世纪W来已经是人类文明发展及其延续的中屯、特征。然 而，燃料可转换成能量的效率仍是长期存在的问题；因为燃料焚烧时产生的大部分能量不 可做有用功且作为废能量失去，例如，废热。 兰金化ankine)和其它热回收循环已经创造性地用于回收存在于由燃料的燃烧 产生的废热中的能量的至少一些，且迄今已经实现了较大的发展。尽管过去已取得成果，但 需要进一步加强的兰金循环废热回收系统和方法。 盤述 在一个实施例中，本专利技术提供了一种兰金循环系统，包括；(a)加热器，其构造成使热 从第一含有废热的流传递至第一工作流体流W产生第一汽化工作流体流和第二含有废热 的流；化）第一膨胀器，其构造成接收第一汽化工作流体流W由此产生机械能和膨胀的第 一汽化工作流体流；（C)第一换热器，其构造成使热从膨胀的第一汽化工作流体流、第二含 有废热的流和膨胀的第二汽化工作流体流的第一部分传递至第一冷凝工作流体流W由此 产生第二汽化工作流体流；（d)第二膨胀器，其构造成接收第二汽化工作流体流W由此产 生机械能和膨胀的第二汽化工作流体流；W及（e)第二换热器，其构造成使热从膨胀的第 二汽化工作流体流的第二部分传递至第二冷凝工作流体流，W由此产生具有大于第二冷凝 工作流体流的烙的工作流体流。 在备选实施例中，本专利技术提供了一种兰金循环系统，包括；(a)加热器，其构造成 使热从第一含有废热的流传递至第一工作流体流W产生第一汽化工作流体流和第二含有 废热的流；化）第一膨胀器，其构造成接收第一汽化工作流体流W由此产生机械能和膨胀 的第一汽化工作流体流；（C)第一换热器，其构造成使热从膨胀的第一汽化工作流体流、第 二含有废热的流和膨胀的第二汽化工作流体流的第一部分传递至第一冷凝工作流体流W 由此产生第二汽化工作流体流、热耗尽的含有废热的流和第一热耗尽的工作流体流；（d) 第二膨胀器，其构造成接收第二汽化工作流体流且由此产生机械能和膨胀的第二汽化工作 流体流；(e)第二换热器，其构造成使热从膨胀的第二汽化工作流体流的第二部分传递至 第二冷凝工作流体流，W由此产生具有大于第二冷凝工作流体流的烙的工作流体流已经第 二热耗尽的工作流体流；江）工作流体流组合器，其构造成使第一热耗尽的工作流体流与 第二热耗尽的工作流体流组合W由此产生合并的热耗尽的工作流体流；（g)冷凝器，其构 造成接收合并的热耗尽的工作流体流且由此产生第一合并的冷凝工作流体流；化）工作流 体累，其构造成加压第一合并的工作流体流且由此产生第二合并的冷凝工作流体流；W及 (i)至少一个工作流体流分流器，其构造成将第二合并的冷凝工作流体流分成至少两个冷 凝工作流体流。在另一个实施例中，本专利技术提供了一种使用兰金循环系统回收热能的方法，其包 括；(a)使热从第一含有废热的流传递至第一工作流体流W由此产生第一汽化工作流体流 和第二含有废热的流；(b)使第一汽化工作流体流膨胀w由此产生机械能和膨胀的第一汽 化工作流体流；(C)使热从膨胀的第一汽化工作流体流、第二含有废热的流和膨胀的第二 汽化工作流体流的第一部分传递至第一冷凝工作流体流W由此产生第二汽化工作流体流、 热耗尽的第二含有废热的流和第一热耗尽的工作流体流；(d)使第二汽化工作流体流膨胀 W由此产生机械能和膨胀的第二汽化工作流体流；W及（e)使热从膨胀的第二汽化工作流 体流的第二部分传递至第二冷凝工作流体流，W由此产生具有大于第二冷凝工作流体流的 烙的工作流体流W及第二热耗尽的工作流体流。 附图概巧 当参照附图阅读W下详细描述时，本专利技术的各种特征、方面和化点将变得更好理解，其 中相似的标号可表示附图各处相似的部分。除非另外指出，则本文提供的附图意图示出本 专利技术的关键创造性特征。该些关键创造性特征被认作适用于包括本专利技术的一个或多个实施 例的多种系统中。因此，附图不意图包括实施本专利技术所需的本领域的普通技术人员已知的 所有常规特征。 图1表不本专利技术的第一实施例； 图2表示本专利技术的第二实施例； 图3表示本专利技术的第王实施例； 图4表示本专利技术的第四实施例； 图5表示本专利技术的第五实施例； 图6表示本专利技术的第六实施例；W及 图7表示备选构造的兰金循环系统。[OOOW详细描化 在W下说明书和随后的权利要求中，将提到一定数目的用语，该些用语应限定为具有W下意义。 单数形式的"一"、"一个"和"该个"包括多个指示物，除非上下文另外明确地 规定。 "可选"或"可选地"意思是随后描述的事件或情形可发生或可不发生，且该描述 包括事件发生的情形和其不发生的情形。 如本文在说明书和权利要求各处使用的近似语言可用于改变任何定量的表示，在 不导致其涉及的基本功能的变化的情况下其可容许改变。因此，由一个或多个诸如"大约" 和"大致"该样的用语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况中，近似语言可对 应于用于测量值的仪器的精度。该里W及说明书和权利要求各处，范围限制可组合和/或 互换，该样的范围被认为且包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。 如本文使用的短语"构造成"描述了实现特定结果所需的兰金循环系统的两个或 多个构件的物理布置。因此，短语"构造成"可与短语"布置成使得"互换使用，且拥有本 领域普通技术且阅读了本公开内容的技术人员将认识到旨在基于所述结果的性质的兰金 循环系统构件的各种布置。关于兰金循环系统的工作流体的短语"构造成容纳"意思是兰 金循环系统由在操作期间组合时可安全地包含工作流体的构件构成。 如本文所述，在一个实施例中，本专利技术提供了一种可用于从废热源（例如，来自燃 气渦轮的载热排出气流）回收能量的兰金循环系统。兰金循环系统将存在于废热源中的热 能的至少一部分转换成可在各种方式下使用的机械能。例如，由废热产生的机械能可用于 驱动发电机、交流发电机或能够将机械能转换成电能的其它适合的装置。在一个或多个实 施例中，由本专利技术提供的兰金循环系统包括构造成将由兰金循环系统产生的机械能转换成 电能的多个装置，例如，包括两个或多个发电机的兰金循环系统，或包括发电机和交流发电 机的兰金循环系统。在备选实施例中，由本专利技术提供的兰金循环系统将工作流体中包含的 潜能转换成机械能，且使用产生的机械能的至少一部分对系统的构件（例如，用于加压工 作流体的累）提供动为。 在一个或多个实施例中，由本专利技术提供的兰金循环系统包括加热器，其构造成将 热从第一含有废热的流传递至第一工作流体流W产生第一汽化工作流体流和第二含有废 热的流。含有废热的流可为任何含有废热的气体、液体、流化固体或可从其回收热的多相流 体。如本文使用的用语"加热器"描述了一种装置，其使废热源（诸如含有废热的流）与 兰金循环系统的工作流体热接触，使得热从废热源传递至工作流，而不使废热源与工作流 体直接接触，即，废热源不与工作流体混合。此加热器是市售的，且是本领域的普通技术人 员已知的。例如，该加热器可为含有废热的流可穿过的管道，诸如2009年11月24日提交 的美国专利申请US2011-0120129A1中公开的管道，该专利申请通过引用W其整本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种兰金循环系统，包括：(a)加热器，其构造成使热从第一含有废热的流传递至第一工作流体流以产生第一汽化工作流体流和第二含有废热的流；(b)第一膨胀器，其构造成接收所述第一汽化工作流体流以由此产生机械能和膨胀的第一汽化工作流体流；(c)第一换热器，其构造成使热从所述膨胀的第一汽化工作流体流、所述第二含有废热的流和膨胀的第二汽化工作流体流的第一部分传递至第一冷凝工作流体流以由此产生第二汽化工作流体流；(d)第二膨胀器，其构造成接收所述第二汽化工作流体流以由此产生机械能和膨胀的第二汽化工作流体流；以及(e)第二换热器，其构造成使热从所述膨胀的第二汽化工作流体流的第二部分传递至第二冷凝工作流体流，以由此产生具有大于所述第二冷凝工作流体流的焓的工作流体流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：PS哈克，MA勒哈，C福格尔，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US