废热回收的系统和方法技术方案

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的兰金循环系统的构件的新颖构造；管道、导管、加热器、膨胀器、换热器、冷凝器和泵，以提供从废热源的更有效的能量回收。一方面，兰金循环系统构造成使得采用初始的含有废热的流(16)以汽化第一工作流体流，并且采用所得的热耗尽的含有废热的流(17)以有助于第二汽化工作流体流(25)的产生。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】废热回收的系统和方法
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和方法。具体而言，本专利技术涉及从利用不足的诸如燃气涡轮排出气体的废热源回收热能。
技术介绍
人类焚烧燃料的活动在几世纪以来已经是人类文明发展及其延续的中心特征。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(Rankine)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。
技术实现思路
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，其构造成使热从膨胀的第一汽化工作流体流和第二含有废热的流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，其构造成使热从膨胀的第二汽化工作流体流传递至第二冷凝工作流体流，以由此产生具有大于第二冷凝工作流体的焓的工作流体的流。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，其构造成使热从膨胀的第一汽化工作流体流和第二含有废热的流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、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传递至第二冷凝工作流体流以由此产生具有大于第二冷凝工作流体流的焓的工作流体的流以及第二热耗尽的工作流体流；(f)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，以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；(h)工作流体泵，其构造成加压第一合并的冷凝工作流体流且由此产生第二合并的冷凝工作流体流；以及(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，包括：(a)使热从第一含有废热的流传递至第一工作流体流以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以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和第二含有废热的流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、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以由此产生机械能和膨胀的第二汽化工作流体流；以及(e)使热从膨胀的第二汽化工作流体流传递至第二冷凝工作流体流，以由此产生具有大于第二冷凝工作流体的焓的工作流体的流以及第二热耗尽的工作流体流。附图说明当参照附图阅读以下详细描述时，本专利技术的各种特征、方面和优点将变得更好理解，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。这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更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表示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三实施例；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；以及图7表示备选构造的兰金循环系统。具体实施方式在以下说明书和随后的权利要求中，将提到一定数目的用语，这些用语应限定为具有以下意义。单数形式的"一"、"一个"和"这个"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，由一个或更多个诸如"大约"和"大致"这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。这里以及说明书和权利要求各处，范围限制可组合和/或互换，这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更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，来自燃气涡轮的载热排出气流)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。在一个或更多个实施例中，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泵)提供动力。在一个或更多个实施例中，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以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以其整体并入本文中。工作流体可借助于管系与含有废热的流热接触，该管系布置在管道内且提供管路，工作流体行进穿过管路而不与含有废热的流直接接触。流动的工作流体在第一工作流体温度下进入管道内的管系，从流过管道的含有废热的流接收热，且在第二工作流体温度下流出管道内的管系，第二工作流体温度高本文档来自技高网...

【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和所述第二含有废热的流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的流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.05.30 US 13/9058111.一种使用兰金循环系统回收热能的方法，包括：(a)使热从第一含有废热的流传递至第一工作流体流以由此产生第一汽化工作流体流和第二含有废热的流；(b)使所述第一汽化工作流体流膨胀以由此产生机械能和膨胀的第一汽化工作流体流；(c)使热从所述膨胀的第一汽化工作流体流和所述第二含有废热的流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、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)使所述第二汽化工作流体流膨胀以由此产生机械能和所述膨胀的第二汽化工作流体流；(e)使热从所述膨胀的第二汽化工作流体流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...

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