具有串聯(lián)的幾個(gè)熱泵的發(fā)電設(shè)備的制作方法

具有串聯(lián)的幾個(gè)熱泵的發(fā)電設(shè)備的制作方法

具有串聯(lián)的幾個(gè)熱泵的發(fā)電設(shè)備的制作方法專利名稱:具有串聯(lián)的幾個(gè)熱泵的發(fā)電設(shè)備的制作方法技術(shù)領(lǐng)域:本創(chuàng)造總體上涉及發(fā)電設(shè)備。

背景技術(shù):迄今已知的發(fā)電設(shè)備促使全球變暖化石燃料或生物質(zhì)燃料產(chǎn)品或者它們對(duì)于全球變暖問(wèn)題而言是中性的水電站、風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)、核電站。

以太陽(yáng)能運(yùn)行的發(fā)電設(shè)備通過(guò)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能從而對(duì)削減全球變暖有貢獻(xiàn)。

然而由于僅能夠在低溫利用太陽(yáng)的熱量,所述太陽(yáng)能裝置通常功率不大。

為了上升溫度,必需聚集太陽(yáng)光線,這在技術(shù)上是簡(jiǎn)單的。

太陽(yáng)能從而可用于對(duì)水或空氣進(jìn)行加熱,但它仍不適于電能的大量生產(chǎn)。

當(dāng)前的光電池僅能夠供應(yīng)少量的電能。

此外,已知熱泵允許在高于環(huán)境空氣的溫度下產(chǎn)生熱量。

熱泵從環(huán)境空氣汲取能量,并通常以相對(duì)于環(huán)境空氣30到40數(shù)量級(jí)的溫度差輸出熱量。

所述機(jī)器不適于產(chǎn)生電能,由于在熱泵的熱點(diǎn)與冷點(diǎn)之間的溫度差較低。

創(chuàng)造內(nèi)容在這個(gè)背景下,本創(chuàng)造闡述了提出一種用于發(fā)電的設(shè)備,其對(duì)限制全球變暖有貢獻(xiàn),并允許以可接受的效率產(chǎn)生大量電。

為此,本創(chuàng)造涉及一種發(fā)電設(shè)備,包括-第一熱泵,設(shè)置有第一閉合回路,第一熱傳導(dǎo)流體在其中循環(huán);以及在所述第一熱傳導(dǎo)流體與大氣空氣的氣流之間的第一熱交換器,在其中所述大氣空氣的氣流向所述第一熱傳導(dǎo)流體傳遞肯定量的熱;-至少一個(gè)其次熱泵,設(shè)置有其次閉合回路,其次熱傳導(dǎo)流體在其中循環(huán);以及在所述其次熱傳導(dǎo)流體與第三熱傳導(dǎo)流體之間的其次熱交換器,在其中所述其次熱傳導(dǎo)流體向所述第三熱傳導(dǎo)流體傳遞肯定量的熱;-用于從所述第一熱傳導(dǎo)流體向所述其次熱傳導(dǎo)流體傳遞肯定量的熱的裝置;-第三閉合回路,所述第三熱傳導(dǎo)流體在其中循環(huán);-渦輪機(jī),插置在所述第三閉合回路中,并由所述第三熱傳導(dǎo)流體驅(qū)動(dòng);-發(fā)電機(jī),由所述渦輪機(jī)機(jī)械驅(qū)動(dòng)。

所述發(fā)電設(shè)備還可以單獨(dú)地或者以任何技術(shù)上可能的組合方式具有一個(gè)或多個(gè)以下特性-用于從所述第一熱傳導(dǎo)流體向所述其次熱傳導(dǎo)流體傳遞肯定量的熱的所述裝置包括第三熱泵,設(shè)置有第四閉合回路,第四熱傳導(dǎo)流體在其中循環(huán);在所述第一熱傳導(dǎo)流體與所述第四熱傳導(dǎo)流體之間的第三熱交換器,所述第一熱傳導(dǎo)流體在其中向所述第四熱傳導(dǎo)流體產(chǎn)出肯定量的熱;以及在所述第四熱傳導(dǎo)流體與所述其次熱傳導(dǎo)流體之間的第四熱交換器,所述第四熱傳導(dǎo)流體在其中向所述其次熱傳導(dǎo)流體產(chǎn)出肯定量的熱;-所述第一熱傳導(dǎo)流體在所述第三熱交換器入口處具有在18到22巴之間的壓力和在220到270之間的溫度,所述第一熱傳導(dǎo)流體在所述第一熱交換器入口處具有在2到6巴之間的壓力和0到20之間的溫度;-所述第四熱傳導(dǎo)流體在所述第四熱交換器入口處具有在17到22巴之間的壓力和在290到330之間的溫度,所述第四熱傳導(dǎo)流體在所述第三熱交換器入口處具有在2到6巴之間的壓力和在30到70之間的溫度;-所述其次熱傳導(dǎo)流體在所述其次熱交換器入口處具有在13到17巴之間的壓力和在340到390之間的溫度,所述其次熱傳導(dǎo)流體在所述第四熱交換器入口處具有在1到5巴之間的壓力和在90到130之間的溫度;-所述第三閉合回路包括第一和其次環(huán)路,所述第三熱傳導(dǎo)流體在其中循環(huán);所述第一和其次環(huán)路中的每一個(gè)環(huán)路都具有熱線,將所述其次熱交換器的出口與所述渦輪機(jī)的高壓入口相連接;所述第一環(huán)路具有第一反饋線,將所述渦輪機(jī)的低壓出口連接到所述其次熱交換器的入口;所述其次環(huán)路具有在所述第一熱傳導(dǎo)流體與所述第三傳導(dǎo)流體之間的、所述第三熱傳導(dǎo)流體在其中向所述第一熱傳導(dǎo)流體產(chǎn)出肯定量的熱的中間熱交換器,將所述渦輪機(jī)的低壓出口連接到所述中間熱交換器入口的中間線,以及將所述中間交換器的出口與所述其次熱交換器的入口相連接的其次反饋線;-所述第一熱傳導(dǎo)流體主要包括丙烷;-所述其次熱傳導(dǎo)流體主要包括己烷;-所述第四熱傳導(dǎo)流體主要包括丁烷;-所述第三熱傳導(dǎo)流體主要包括水。

參考所附的單個(gè)附圖,依據(jù)以下作為說(shuō)明的非限制性具體描述,本創(chuàng)造的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得明顯,附圖示出了依據(jù)本創(chuàng)造的發(fā)電設(shè)備。

詳細(xì)實(shí)施例方式附圖中所示的設(shè)備旨在用于發(fā)電。

其包括插置在水蒸汽回路中的汽輪機(jī),借助串聯(lián)設(shè)置的幾個(gè)熱泵來(lái)獲得向渦輪機(jī)供應(yīng)高壓水蒸汽所需的熱。

因此,產(chǎn)生高壓蒸汽所需的熱量主要取自于大氣。

更詳細(xì)地,發(fā)電設(shè)備包括-第一、其次和第三熱泵3、5和7;-水蒸汽回路9;-汽輪機(jī)11,插置在水蒸汽回路9中;-發(fā)電機(jī)13,由渦輪機(jī)11機(jī)械驅(qū)動(dòng)。

第一熱泵3包括第一閉合回路15,第一熱傳導(dǎo)流體在其中循環(huán);在第一熱傳導(dǎo)流體與大氣空氣之間的第一熱交換器17,壓縮機(jī)19和膨脹閥21。

第一熱傳導(dǎo)流體主要包括丙烷。

有利地,第一熱傳導(dǎo)流體是工業(yè)純丙烷。

第一熱交換器17包括第一側(cè),大氣空氣在其中循環(huán);以及其次側(cè),丙烷在其中循環(huán)。

優(yōu)選地,所述設(shè)備包括用于迫使空氣在熱交換器17的第一側(cè)循環(huán)的裝置。

這些裝置例如可以包括風(fēng)扇或者任何類型的類似裝置。

其次熱泵5包括其次閉合回路23,其次熱傳導(dǎo)流體在其中循環(huán);在其次熱傳導(dǎo)流體與在水蒸汽回路9中循環(huán)的流體之間的其次熱交換器25;壓縮機(jī)27和膨脹閥四。

其次熱傳導(dǎo)流體主要包括己烷。

例如,其次熱傳導(dǎo)流體是工業(yè)純己烷。

其次熱交換器25包括第一側(cè),其次熱傳導(dǎo)流體在其中循環(huán);以及其次側(cè),水在其中以液體或蒸汽形式循環(huán)。

水構(gòu)成了第三熱傳導(dǎo)流體。

在水蒸汽回路9中循環(huán)的水以蒸汽形式經(jīng)由入口31并以液體形式經(jīng)由入口33進(jìn)入熱交換器25,接收其次熱傳導(dǎo)流體產(chǎn)生的熱,并以蒸汽形式經(jīng)由出口35和37離開(kāi)熱交換器25。

第三熱泵7包括第三閉合回路39,第四熱傳導(dǎo)流體在其中循環(huán);在所述第四熱傳導(dǎo)流體與第一熱泵3的第一熱傳導(dǎo)流體之間的第三熱交換器41;在所述第四熱傳導(dǎo)流體與其次熱泵5的其次熱傳導(dǎo)流體之間的第四熱交換器43;壓縮機(jī)45和膨脹閥47。

熱交換器41具有第一側(cè),第一熱傳導(dǎo)流體在其中循環(huán);以及其次側(cè),第四熱傳導(dǎo)流體在其中循環(huán)。

第四熱交換器43具有第一側(cè),第四熱傳導(dǎo)流體在其中循環(huán);以及其次側(cè),其次熱傳導(dǎo)流體在其中循環(huán)。

第四熱傳導(dǎo)流體優(yōu)選地主要包括丁烷。

例如,第四熱傳導(dǎo)流體是工業(yè)純丁烷。

水蒸汽回路9包括第一和其次環(huán)路49和51。

相同的熱傳導(dǎo)流體在兩個(gè)環(huán)路中循環(huán)。

第一環(huán)路49包括第一熱線53,將其次熱交換器的蒸汽出口35與渦輪機(jī)11的高壓入口55相連接。

第一環(huán)路還包括反饋線57,將渦輪機(jī)的低壓出口59與其次熱交換器的蒸汽入口31相連接。

第一環(huán)路49還包括插置在第一熱線53上的壓縮機(jī)61。

水蒸汽回路的其次環(huán)路51包括其次熱線,將熱交換器25的其次蒸汽出口37與汽輪機(jī)的高壓入口55相連接。

其次環(huán)路還包括在第一熱傳導(dǎo)流體與第三熱傳導(dǎo)流體之間的中間熱交換器65,將汽輪機(jī)的低壓出口59與中間交換器的入口69相連接的中間線67,以及將中間交換器的出口73與其次熱交換器25的液體入口33相連接的其次反饋線。

其次環(huán)路還包括插置在反饋線71上的壓縮機(jī)75。

中間交換器65包括第一側(cè),第一熱傳導(dǎo)流體在其中循環(huán);以及其次側(cè),第三熱傳導(dǎo)流體在其中從入口69到出口73循環(huán)。

閉合回路15將壓縮機(jī)19的排放口與熱交換器41的第一側(cè)的入口相連接。

回路15還將所述第一側(cè)的出口與膨脹閥21的入口相連接。

膨脹閥21的出口由回路15與熱交換器17的其次側(cè)的入口相連接。

該回路還將交換器17的其次側(cè)的出口與交換器65的第一側(cè)的入口相連接,并將交換器65的第一側(cè)的出口與壓縮機(jī)19的抽吸口相連接。

第一熱傳導(dǎo)流體在交換器17的出口與交換器41的入口之間是氣態(tài)的。

它在交換器41的出口與交換器17的入口之間是液態(tài)的。

在交換器17中,第一熱傳導(dǎo)流體與在該交換器的第一側(cè)循環(huán)的空氣熱接觸。

空氣向第一熱傳導(dǎo)流體傳熱。

第一熱傳導(dǎo)流體在通過(guò)第一熱交換器17時(shí)被汽化。

在中間交換器65中,在該交換器的第一側(cè)上循環(huán)的第一熱傳導(dǎo)流體與在該交換器的其次側(cè)上循環(huán)的蒸汽進(jìn)行熱接觸。

蒸汽在通過(guò)中間交換器時(shí)至少部分地被冷凝,并向第一熱傳導(dǎo)流體傳熱。

在熱交換器41的第一側(cè)上循環(huán)的第一熱傳導(dǎo)流體與在交換器41的其次側(cè)上循環(huán)的第四熱傳導(dǎo)流體進(jìn)行熱接觸。

第一熱傳導(dǎo)流體在通過(guò)交換器41時(shí)被冷凝,并向第三熱傳導(dǎo)流體傳熱。

第三閉合回路39將壓縮機(jī)45的排放口與熱交換器43的第一側(cè)上的入口相連接。

它還將熱交換器43的所述第一側(cè)的出口與膨脹閥47的入口相連接。

閉合回路39還將膨脹閥47的出口與熱交換器41的其次側(cè)的入口相連接。

最終,回路39將交換器41的所述其次側(cè)的出口與壓縮機(jī)45的抽吸口相連接。

如上指出的,第四熱傳導(dǎo)流體在通過(guò)熱交換器41時(shí)與第一熱傳導(dǎo)流體進(jìn)行熱接觸,所述第四熱傳導(dǎo)流體從其接收熱量。

第四熱傳導(dǎo)流體在熱交換器41中被汽化。

第四熱傳導(dǎo)流體在通過(guò)熱交換器43的第一側(cè)時(shí)與在交換器43的其次側(cè)上循環(huán)的其次熱傳導(dǎo)流體進(jìn)行熱接觸。

第四熱傳導(dǎo)流體在通過(guò)熱交換器43時(shí)被冷凝,并向其次熱傳導(dǎo)流體傳熱。

第四熱傳導(dǎo)流體在熱交換器41的其次側(cè)的出口與熱交換器43的第一側(cè)的入口之間處于氣態(tài)。

它在交換器43的第一側(cè)的出口與交換器41的其次側(cè)的入口之間處于液態(tài)。

其次閉合回路23將壓縮機(jī)27的排放口與熱交換器25的第一側(cè)的入口相連接。

它還將熱交換器25的第一側(cè)的出口與膨脹閥四的入口相連接。

回路23還將膨脹閥四的出口與交換器43的其次側(cè)的入口相連接,并將所述其次側(cè)的出口與壓縮機(jī)27的抽吸口相連接。

其次熱傳導(dǎo)流體在通過(guò)熱交換器43的其次側(cè)時(shí)與第四熱傳導(dǎo)流體進(jìn)行熱接觸。

它在通過(guò)交換器43時(shí)從第四熱傳導(dǎo)流體接收熱量并被汽化。

其次熱傳導(dǎo)流體在熱交換器25中與第三熱傳導(dǎo)流體進(jìn)行熱接觸。

當(dāng)通過(guò)熱交換器25的第一側(cè)時(shí),它被冷凝并向第三熱傳導(dǎo)流體傳熱。

其次熱傳導(dǎo)流體在交換器43的其次側(cè)的出口與熱交換器25的第一側(cè)的入口之間處于氣態(tài)。

它在熱交換器25的第一側(cè)的出口與熱交換器43的其次側(cè)的入口之間處于液態(tài)。

熱交換器25例如是雙區(qū)交換器,第一區(qū)允許加熱在第一環(huán)路中循環(huán)的蒸汽,其次區(qū)允許汽化在其次環(huán)路中循環(huán)的水。

在熱交換器25的第一側(cè)上循環(huán)的其次熱傳導(dǎo)流體首先被設(shè)置為與在其次環(huán)路中循環(huán)的流體進(jìn)行熱接觸,隨后設(shè)置為與在第一環(huán)路中循環(huán)的流體進(jìn)行熱接觸。

熱交換器25的其次側(cè)包括兩個(gè)分別的回路,一個(gè)回路在入口33與出口37之間,另一個(gè)回路在入口31與出口35之間。

在這兩個(gè)回路中的流體是分別的。

水在出口35與渦輪機(jī)的高壓入口之間的第一環(huán)路中處于蒸汽狀態(tài)。

它在渦輪機(jī)的低壓出口59與其次熱交換器的入口31之間處于接近于飽和溫度的蒸汽狀態(tài)。

在其次環(huán)路中,水在其次熱交換器的出口37與渦輪機(jī)的高壓入口55之間處于蒸汽狀態(tài)。

它在渦輪機(jī)的低壓出口59與中間交換器65的入口69之間處于接近于飽和溫度的蒸汽狀態(tài)。

蒸汽在交換器65中至少部分地被冷凝。

水在壓縮機(jī)75的排放口與其次熱交換器的入口33之間是液體形式。

現(xiàn)在將具體描述上述設(shè)備的運(yùn)行。

在熱交換器17的其次側(cè)上循環(huán)的大氣空氣向第一熱傳導(dǎo)流體傳送其熱量。

例如,大氣空氣在交換器17的入口與出口之間具有12的溫度差。

大氣空氣的流量約為1百萬(wàn)3。

例如,空氣在交換器17的入口處具有12的溫度,在交換器17的出口處具有0的溫度。

第一閉合回路15中的丙烷的流量約為40。

丙烷在交換器17中被汽化。

它具有4巴的壓力,在交換器17的入口處溫度是0或者約為0,在交換器17的出口處溫度是10。

丙烷在中間交換器65中被加熱。

它在中間交換器65的出口處具有4巴的壓力及約為179的溫度。

丙烷由壓縮機(jī)19壓縮,且在壓縮機(jī)19的排放口具有20巴的壓力,及約為對(duì)51的溫度。

當(dāng)通過(guò)熱交換器41時(shí),丙烷被冷凝。

在熱交換器41的出口處,它具有約20巴的壓力和約60的溫度。

丙烷最終在通過(guò)膨脹閥21時(shí)經(jīng)過(guò)膨脹,在這個(gè)閥的出口處具有4巴的壓力和約0的溫度。

在第四閉合回路39中循環(huán)的丁烷在熱交換器41的入口處具有4巴的壓力和約為50的溫度。

它在通過(guò)這個(gè)交換器時(shí)被汽化并在出口處具有4巴的壓力和或者約為240的溫度。

丁烷隨后由壓縮機(jī)45壓縮為19巴的壓力和約310的溫度。

它在通過(guò)熱交換器43時(shí)被冷凝,且在熱交換器43的出口處具有約為19巴的壓力和約為116的溫度。

丁烷隨后在通過(guò)膨脹閥47時(shí)被膨脹為4巴的壓力和約50的溫度。

在第四閉合回路中的丁烷流量約為52。

在其次閉合回路23中己烷的流量約為50。

的溫度。

己烷在熱交換器43中被汽化,的溫度。

己烷隨后由壓縮機(jī)27壓縮為15巴的壓力和365的溫度。

己烷在通過(guò)熱交換器25時(shí)被冷凝并在通過(guò)膨脹閥四時(shí)經(jīng)過(guò)膨脹。

。

在第一環(huán)路中的水流量約為62,。

在其次熱交換器的入口31處,在第一環(huán)路中循環(huán)的蒸汽具有9巴的壓力和約為180的溫度。

它在通過(guò)熱交換器25時(shí)被過(guò)度加熱,在出口35處的蒸汽具有9巴的壓力和約為360的溫度。

蒸汽由壓縮機(jī)61壓縮為30巴的壓力和405的溫度。

在其次環(huán)路中循環(huán)的水在其次熱交換器的出口33處具有30巴的壓力和約為180的溫度。

該水在熱交換器25中被汽化成約為370的溫度和約為30巴的壓力。

第一和其次環(huán)路都連接到渦輪機(jī)的相同入口55。

作為變型,它們可以連接到不同的入口。

蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)且同時(shí)經(jīng)過(guò)膨脹。

它在渦輪機(jī)的低壓出口處具有9巴的壓力和約為180的溫度。

蒸汽被再分為兩個(gè)氣流,部分流向第一環(huán)路的反饋線57,部分流向其次環(huán)路的中間線67。

蒸汽在中間交換器65中至少部分地被冷凝,壓力和溫度基本保持恒定。

在壓縮機(jī)75的入口處的水具有9巴的壓力和180的溫度,它在所述壓縮機(jī)的排放口處具有30巴的壓力的180的溫度。

設(shè)備的能量平衡如下大氣空氣向丙烷傳遞約3700000卡小時(shí)。

丙烷在中間交換器中接收約1660000卡小時(shí)。

在被壓縮機(jī)19壓縮時(shí),它還接收約550000卡小時(shí)。

丙烷向熱交換器41中的丁烷傳遞約5900000卡小時(shí)。

丁烷隨后在被壓縮機(jī)45壓縮時(shí)接收約600000卡小時(shí),它在交換器43中傳遞約6500000卡小時(shí)。

己烷在被壓縮機(jī)27壓縮時(shí)接收約600000卡小時(shí)。

它在熱交換器25中向水傳遞約7000000卡小時(shí)。

此外,在第一環(huán)路中循環(huán)的水在被壓縮機(jī)61壓縮時(shí)接收約550000卡小時(shí)。

沒(méi)有考慮在被壓縮機(jī)75壓縮時(shí)由在其次環(huán)路中循環(huán)的水接收的能量。

因此,在考慮由其次環(huán)路的蒸汽在中間交換器65中傳遞的熱量的狀況下,供應(yīng)給渦輪機(jī)的能量約為6000000卡小時(shí)。

渦輪溝通發(fā)電機(jī)組件11和13電產(chǎn)率約為70%。

溝通發(fā)電機(jī)13因此產(chǎn)生約4000200卡小時(shí)的電,即4900的電功率。

不同壓縮機(jī)19、27、45、61和75的電消耗分別為750、900、900、800、20。

準(zhǔn)備用于迫使大氣空氣通過(guò)交換器17循環(huán)的風(fēng)扇的消耗估量為約100。

發(fā)電設(shè)備因此具有約1400的正能量平衡。

前述發(fā)電設(shè)備具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

由于該設(shè)備包括-第一熱泵,設(shè)置有第一閉合回路,第一熱傳導(dǎo)流體在其中循環(huán);以及在所述第一熱傳導(dǎo)流體與大氣空氣氣流之間的第一熱交換器,在其中所述大氣空氣氣流向所述第一熱傳導(dǎo)流體傳遞肯定量的熱;-至少一個(gè)其次熱