通过中间冷却实现热力循环的方法和装置制造方法及图纸

通过中间冷却实现热力循环的一种方法和装置．它包括一个冷凝子系统，一个锅炉和一个涡轮．锅炉可包括一个预热器，一个蒸发器和一个过热器．流体在涡轮内初始膨胀后可导至再热器从而提高过热可用温度．流体回到涡轮并进一步膨胀之后可从涡轮回收并在中间冷却器内冷却．此后，流体回到涡轮再次膨胀．涡轮气体之冷却可为汽化提供附加热量．中间冷却可补偿用于再热的热量，并可回收经最终涡轮膨胀之后的可用热量不然这热量将无用．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般涉及利用膨胀和回收的工作流体将来自热源的能量转换为可用形式的方法和装置。本专利技术还涉及提高热力循环的热利用效率的方法和装置。在兰金循环中，像水、氨水或氟利昂这样的工作流体在利用有效热源的蒸发器中蒸发。蒸发后的气态工作流体通过涡轮时膨胀，把能量变换为可用形式。然后，用过的气态工作流体在利用有效冷却介质的冷凝器内冷凝。冷凝的工作介质用泵加压，然后再汽化，如此继续循环下去。放能循环利用双元或多元工作流体，这在美国专利 4，346，561中已有描述。这种循环通常的工作原理是把液态双元工作流体用泵加至高压，并加热，使之部分汽化。然后，流体自急骤蒸发，使高沸点工作流体与低沸点工作流体分离。低沸点组分在通过涡轮时膨胀，驱动涡轮，而高沸点组分将热回收，用来加热汽化前的双元工作液体。然后，将高沸点组分与用过的低沸点工作流体混合在一起，在有冷却介质的冷凝器内吸收用过的工作流体。传统的兰金循环和放能循环理论上的比较证明，当利用诸如海水、地热能量等温度较低的可用热源时，新循环的效率较兰金循环的效率有所提高。本申请人另一项更新的专利技术是美国专利4，489，563，名称为基本卡利纳循环。在该专利技术中，利用相对低温可用热量在中等压力下部分地蒸馏至少是一部分多元流体流，从而产生不同成分的工作流体馏分。馏分被用来产生至少是一种主要的、较低沸点组分相对丰富的稠溶液，并产生一种较低沸点组分相对贫乏的稀溶液。增加主要稠溶液的压力，然后使之汽化，产生加压的气态主工作流体。气态主工作流体膨胀到低压级，把能量变换成可用形式。用过的低压级工作流体通过在稀溶液中冷却溶解，在主吸收期冷凝，从而回收初始的工作流体，供再使用。在把热能变换成可用形式的任何一个过程中，热源中可用能量主要损失产生在工作液体的蒸发或汽化过程中。这种可用能量的损失(也叫做放能或逸能)，是由于锅炉内热源和工作流体的焓-温特性失配的结果。简言之，对任何既定的焓来说，热源温度总是高于工作流体的温度。理想的温差几乎是零，但不完全等于零。这种失配出现于用纯净物质作为工作流体的传统的兰金循环，以及出现于用混合物质作为工作流体的上述卡利纳循环(Kalina Cycle)和放能循环。以卡利纳循环和放能循环的方式使用混合物作为工作流体，使上述损失有明显的减小。但是，不管在什么循环中进一步减少上述能量损失，是最好不过了。在传统的兰金循环中，热源和工作流体的 -温特性失配造成的能量损失，约占可用放能的25%。在美国专利4，489，563所描述的这种循环中，锅炉内由于焓-温特性失配而造成的放能损失，约占全部可用放能的14%。为了进行讨论，热力循环中整个汽化过程可看作由三个不同部分组成预热，汽化和过热。就传统的工艺而言，在预热期间热源和工作流体的匹配是适当的。然而，适宜于过热过程的温度范围内的热量通常要比必需的热量大得多，而适宜于汽化过程的温度范围内的热量却比必需的热量小得多。本专利技术的专利技术人意识到，适宜于高温过热过程的一部分高温热量被用于上述已知过程中的汽化过程。这就在两个热流之间造成很大的温差，其结果是导致不可逆的放能损失。当工作流体在涡轮内部分膨胀之后，再予加热，通过这种方法可以减小上述不可逆损失。但是，再热增加了过热所需的热量。所需热量的这种增加，使热源和工作流体的焓-温特性之间有了更好的匹配。然而，对汽化所需的热量来说，再热並无好处。因此，每单位重量的工作流体所需的总热量随再热之增加而有很大的增加。这样，通过锅炉涡轮的工作流体的总重量流率就减小。重量流率的减小限止了可导出的总效率增长的可能，所以，再热的好处在很大程度上只是暂时的好处。解决热源和工作流体的焓-温特性匹配不佳这个老问题的理想途径是，将从热源可用的高温热量用于过热过程，从而在过热过程中减小温差，但与此同时由于提供了温度较低的热量而使汽化过程中的温差达到最小。显然，这两个目的是互相矛盾的，因为增加过热过程的热量，似乎或者需要提高总的热源温度，或者需要再加热。如上所述，再热有一定的缺点，在很大程度上冲淡了所得到的、或多或少是短暂的好处。此外，过热过程的可用热量愈大，由涡轮输出的、用过的气态工作流体的输出温度也就愈高。从效率的角度来看，这并不是我们所希望的，因为输出蒸汽的过量加热使随后的冷凝过程更加困难，造成额外的放能损失。因此，任何试图提高一部分循环效率的努力，似乎最终都导致另一部分循环效率的降低。本专利技术的一大特征是，允许锅炉内工作流体和热源的焓-温特性较紧密地匹配，从而大大提高热力循环的效率。本专利技术的另一个特征是，不但在汽化过程中具有一些优点，而且还提供一个能提高过热过程效率的系统。本专利技术还有一个特征，那就是不一定要减小热力循环的质量流率就可以达到上述优点。根据本专利技术的一种实施方案，一种实现热力循环的方法包括使气态工作流体膨胀从而将其能量转换为可用形式这样一个步骤。膨胀的气态工作流体受到冷却，随后，膨胀到耗尽的低压级，将其能量转换为可用形式。用过的工作流体被冷凝，然后，冷凝后的工作流体利用膨胀的气态工作流体冷却期间传导的热量而汽化。根据本专利技术的另一实施方案，一种实现热力循环的方法包括过热汽化的工作流体这一步骤。被过度加热的工作流体膨胀，将其能量转换为可用形式。然后膨胀的工作流体受到再热而进一步膨胀，把额外的能量转换为可用形式。膨胀后再热的流体受到冷却，然后又膨胀，这一次膨胀到耗尽的低压级，将其能量转换为可用形式。用过的工作流体被冷凝，随后利用膨胀后再热的流体冷却期间传导的热而汽化。根据本专利技术的又一个实施方案，一种实现热力循环的方法包括预热初始工作流体至接近它的沸点的温度这样一个步骤。被预热的初始工作流体分裂为第一流体流和第二流体流两部分。第一流体流利用第一热源的能量汽化，而第二流体流则利用第二热源的能量汽化。第一和第二汽化流体流组合在一起，随后被过热，产生增压的气态主工作流体。增压的气态主工作流体受到膨胀，将其能量转换为可用形式。然后，膨胀后增压的主工作流体被再热，再次膨胀。膨胀和再热后增压的主工作流体受到冷却，从而为汽化第二流体流提供热源。受冷却的主工作流体再度膨胀，这一次膨胀到耗尽的低压级，将其能量变换为可用形式。用过的主工作流体被冷却和冷凝，形成初始的工作流体。根据本专利技术的再一个实施方案，一种实现热力循环的装置包括一台涡轮装置。这台涡轮装置由两个涡轮机组组成，第一个涡轮机组和第二个涡轮机组至少各包括一个涡轮级。每个涡轮机组有一个进气口和一个出气口。第一个涡轮机组的出气口和第二个涡轮机组的进气口之间接着一台涡轮气体冷却器，这样，大部分通过涡轮机组的流体要经过涡轮气体冷却器，然后回到所述的涡轮装置。图1是实施本专利技术的方法和装置的一个实施例的一个系统之简图;图2是本申请人过去的一项专利技术的典型实施例示意图，图中虚线以内的部分是图1那个系统所用的一个典型子系统之略图;图3是一张表示理论计算温度(华氏)与锅炉每小时热负载或焓(英热量单位)的关系的图表，用于图2所示的本申请人过去的一项专利技术之典型实施方案;图4是一张表示理论计算温度(华氏)与锅炉每小时热含量或焓(英热量单位)的关系的图表，与本专利技术之典型实施方案一致。根据本专利技术之实施方案，图1所示的系统10完成了一个热力循环，图中相同的标号用来表示几个图中的相同部本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术是实现热力循环的的一种方法，其特征在于包括下列步骤：使气态工作流体膨胀从而将其能量转换为可用形式；使所述膨胀的气态工作流体冷却；使所述冷却的工作流体膨胀至耗尽低压级从而将其能量转换为可用形式；使所述用过的工作流体冷凝；以及利用冷却 期间从所述膨胀的气态工作流体传导来的热量使所述冷凝的工作流体汽化。

【技术特征摘要】
US 1985-2-26 705,906书中，希望包括符合本发明实质和范围的所有这些变更和改进方案。权利要求1.本发明是实现热力循环的一种方法，其特征在于包括下列步骤使气态工作流体膨胀从而将其能量转换为可用形式；使所述膨胀的气态工作流体冷却；使所述冷却的工作流体膨胀至耗尽低压级从而将其能量转换为可用形式；使所述用过的工作流体冷凝；以及利用冷却期间从所述膨胀的气态工作流体传导来的热量使所述冷凝的工作流体汽化。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于其中所述汽化步骤包括下列步骤将所述冷凝的工作流体分裂为两个不同的流体流;使所述流体流中的第一个流体流在蒸发器中汽化;并使所述流体流中第二个流体流在有膨胀的气态工作流体存在的情况下汽化，而使所述膨胀的气态工作流体冷却，并使所述第二个流体流汽化。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于包括在所述冷凝的工作流体分裂为两个独立的 流体流之前预热所述冷凝的工作流体这一步骤。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括使所述工作流体膨胀至所述流体变为饱和液体的耗尽低压级这一步骤。5.根据权利要求1所述的方法，其特征是其中所述的工作流体是一种单组分工作流体。6.根据权利要求1所述的方法，其特征是其中所述工作流体至少包括两个具有不同沸点的组分。7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于包括下列步骤在使所述气态工作流体膨胀之后再热所述工作流体;并在再热之后但在所述冷却步骤之前使所述工作流体再次膨胀。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于包括下列步骤提供加热流体流;所述加热流体为预热所述工作流体和加热所述第一个流体流提供热量;利用一部分所述加热流体过热所述汽化的冷凝工作流体，并利用另一部分所述加热流体预热所述气态工作流体。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于包括如下步骤在用所述加热流体汽化所述冷凝的工作流体之前把所述用于再热的加热流体之所述部分与所述加热流体之残余部分重新组合在一起。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于其中所述冷却步骤包括基本上使所有的气态工作流体冷却并在此之后基本上使所有的所述冷却的工作流体膨胀这一步骤。11.本发明是实现热力学循环的一种方法，其特征在于包括下列步骤使汽化的工作流体过热;使所述过热的流体膨胀从而将其能量转换为可用形式;再热所述膨胀的流体;使所述再热的流体膨胀从而将其能量转换为可用形式;冷却所述膨胀后再热的流体;使所述冷却的流体膨胀至耗尽的低压级从而将其能量转换为可用形式;冷凝所述用过的工作流体;以及利用冷却期间从所述膨胀后再热的流体中传导出来的热量汽化所述冷凝的工作流体。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于包括为过热和汽化所述工作流体提供一种作为热源的流体介质这一步骤。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于包括下列步骤用一部分所述流体热源再热所述膨胀的流体;用另一部分所述流体热源过热所述汽化的工作流体;以及重新组合所述两个流体流以汽化所述冷凝的流体。14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于包括预热所述冷凝的工作流体这一步骤。15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于包括下列步骤把所述预热的流体分裂为两个流体流;所述流体流中的一个流体流在第一个蒸发器中汽化;所述流体流中的另一个流体流被冷却期间从所述膨胀后再热的流体传导出的所述热量所汽化;以及重新组合所述流体流，然后过热该工作流体。16.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚力山大I卡林纳，
申请(专利权)人：亚力山大I卡林纳，
类型：发明
国别省市：US[美国]