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：
本發(fā)明總體上涉及發(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)減少全球變暖有貢獻(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。為了升高溫度，必須聚集太陽(yáng)光線，這在技術(shù)上是復(fù)雜的。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)前的光電池僅能夠提供少量的電能。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)境空氣吸收能量，并通常以相對(duì)于環(huán)境空氣30到40°C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，因?yàn)樵跓岜玫臒狳c(diǎn)與冷點(diǎn)之間的溫度差較低。

發(fā)明內(nèi)容
在這個(gè)背景下，本發(fā)明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，本發(fā)明涉及一種發(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)流體傳遞一定量的熱；-至少一個(gè)第二熱泵，設(shè)置有第二閉合回路，第二熱傳導(dǎo)流體在其中循環(huán)；以及在所述第二熱傳導(dǎo)流體與第三熱傳導(dǎo)流體之間的第二熱交換器，在其中所述第二熱傳導(dǎo)流體向所述第三熱傳導(dǎo)流體傳遞一定量的熱；-用于從所述第一熱傳導(dǎo)流體向所述第二熱傳導(dǎo)流體傳遞一定量的熱的裝置；-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)流體向所述第二熱傳導(dǎo)流體傳遞一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)出一定量的熱；以及在所述第四熱傳導(dǎo)流體與所述第二熱傳導(dǎo)流體之間的第四熱交換器，所述第四熱傳導(dǎo)流體在其中向所述第二熱傳導(dǎo)流體產(chǎn)出一定量的熱；
-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(bar)之間的壓力和在220到270°C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°C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°C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°C之間的溫度；-所述第二熱傳導(dǎo)流體在所述第二熱交換器入口處具有在13到17巴之間的壓力和在340到390°C之間的溫度，所述第二熱傳導(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°C之間的溫度；-所述第三閉合回路包括第一和第二環(huán)路，所述第三熱傳導(dǎo)流體在其中循環(huán)；所述第一和第二環(huán)路中的每一個(gè)環(huán)路都具有熱線(hot line)，將所述第二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第二熱交換器的入口 ；所述第二環(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)出一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第二熱交換器的入口相連接的第二反饋線；-所述第一熱傳導(dǎo)流體主要包括丙烷；-所述第二熱傳導(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)明的非限制性詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得明顯，附圖示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電設(shè)備。
具體實(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。更具體地，發(fā)電設(shè)備包括-第一、第二和第三熱泵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)；以及第二側(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。第二熱泵5包括第二閉合回路23，第二熱傳導(dǎo)流體在其中循環(huán)；在第二熱傳導(dǎo)流體與在水/蒸汽回路9中循環(huán)的流體之間的第二熱交換器25 ；壓縮機(jī)27和膨脹閥四。第二熱傳導(dǎo)流體主要包括己烷。例如，第二熱傳導(dǎo)流體是工業(yè)純己烷。第二熱交換器25包括第一側(cè)，第二熱傳導(dǎo)流體在其中循環(huán)；以及第二側(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，接收第二熱傳導(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)流體與第二熱泵5的第二熱傳導(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)；以及第二側(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)；以及第二側(cè)，第二熱傳導(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包括第一和第二環(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，將第二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與第二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/蒸汽回路的第二環(huán)路51包括第二熱線，將熱交換器25的第二蒸汽出口 37與汽輪機(jī)的高壓入口 55相連接。第二環(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與第二熱交換器25的液體入口 33相連接的第二反饋線。第二環(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)；以及第二側(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(discharge)與熱交換器41的第一側(cè)的入口相連接?；芈?5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的第二側(cè)的入口相連接。該回路還將交換器17的第二側(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 (suction)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第二側(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的第二側(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的第二側(cè)的入口相連接。最后，回路39將交換器41的所述第二側(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的第二側(cè)上循環(huán)的第二熱傳導(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，并向第二熱傳導(dǎo)流體傳熱。第四熱傳導(dǎo)流體在熱交換器41的第二側(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的第二側(cè)的入口之間處于液態(tài)。第二閉合回路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的第二側(cè)的入口相連接，并將所述第二側(cè)的出口與壓縮機(jī)27的抽吸口相連接。第二熱傳導(dǎo)流體在通過(guò)熱交換器43的第二側(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。第二熱傳導(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。第二熱傳導(dǎo)流體在交換器43的第二側(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的第二側(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，第二區(qū)允許汽化在第二環(huán)路中循環(huán)的水。在熱交換器25的第一側(cè)上循環(huán)的第二熱傳導(dǎo)流體首先被設(shè)置為與在第二環(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的第二側(cè)包括兩個(gè)分離的回路，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)回路中的流體是分離的。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與第二熱交換器的入口 31之間處于接近于飽和溫度的蒸汽狀態(tài)。在第二環(huán)路中，水在第二熱交換器的出口 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的排放口與第二熱交換器的入口 33之間是液體形式?，F(xiàn)在將詳細(xì)描述上述設(shè)備的運(yùn)行。在熱交換器17的第二側(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°C的溫度差。大氣空氣的流量約為1百萬(wàn) m3/h。例如，空氣在交換器17的入口處具有12°C的溫度，在交換器17的出口處具有0°C的溫度。第一閉合回路15中的丙烷的流量約為40t/h。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°C或者約為0°C，在交換器17的出口處溫度是10°C。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°C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°C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°C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°C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°C的溫度。丁烷隨后由壓縮機(jī)45壓縮為19巴的壓力和約310°C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°C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°C的溫度。在第四閉合回路中的丁烷流量約為52t/h。 在第二閉合回路23中己烷的流量約為50t/h。它在熱交換器43的入口處具有2. 5 巴的壓力和110°c的溫度。己烷在熱交換器43中被汽化，且在交換器43的出口處具有2. 5 巴的壓力和305°C的溫度。己烷隨后由壓縮機(jī)27壓縮為15巴的壓力和365°C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。在第三閉合回路9中水的流量總計(jì)約為65. 2t/h。在第一環(huán)路中的水流量約為 62t/h，在第二環(huán)路中的水流量約為3. 2t/h。在第二熱交換器的入口 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°C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°C的溫度。蒸汽由壓縮機(jī)61壓縮為30巴的壓力和405 °C的溫度。在第二環(huán)路中循環(huán)的水在第二熱交換器的出口 33處具有30巴的壓力和約為 180°C的溫度。該水在熱交換器25中被汽化成約為370°C的溫度和約為30巴的壓力。第一和第二環(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°C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，部分流向第二環(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°C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°C的溫度。設(shè)備的能量平衡如下大氣空氣向丙烷傳遞約3 700 000卡/小時(shí)。丙烷在中間交換器中接收約1 660 000卡/小時(shí)。在被壓縮機(jī)19壓縮時(shí)，它還接收約550 000卡/小時(shí)。丙烷向熱交換器41中的丁烷傳遞約5 900 000卡/小時(shí)。丁烷隨后在被壓縮機(jī)45壓縮時(shí)接收約600 000卡/小時(shí)，它在交換器43中傳遞約6 500 000卡/小時(shí)。己烷在被壓縮機(jī)27壓縮時(shí)接收約600 000卡/小時(shí)。它在熱交換器25中向水傳遞約7 000 000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550 000卡/小時(shí)。沒(méi)有考慮在被壓縮機(jī)75壓縮時(shí)由在第二環(huán)路中循環(huán)的水接收的能量。因此，在考慮由第二環(huán)路的蒸汽在中間交換器65中傳遞的熱量的情況下，提供給渦輪機(jī)的能量約為6 000 000卡/小時(shí)。渦輪交流發(fā)電機(jī)組件11和13電產(chǎn)率約為70%。 交流發(fā)電機(jī)13因此產(chǎn)生約4 000 200卡/小時(shí)的電，即4900kW的電功率。不同壓縮機(jī)19、27、45、61 和 75 的電消耗分別為 750kW、900kW、900kW、800kW、20kW。 打算用于迫使大氣空氣通過(guò)交換器17循環(huán)的風(fēng)扇的消耗估計(jì)為約100kW。發(fā)電設(shè)備因此具有約1400kW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)流體傳遞一定量的熱；-至少一個(gè)第二熱泵，設(shè)置有第二閉合回路，第二熱傳導(dǎo)流體在其中循環(huán)；以及在所述第二熱傳導(dǎo)流體與第三熱傳導(dǎo)流體之間的第二熱交換器，在其中所述第二熱傳導(dǎo)流體向所述第三熱傳導(dǎo)流體傳遞一定量的熱；-用于從所述第一熱傳導(dǎo)流體向所述第二熱傳導(dǎo)流體傳遞一定量的熱的裝置；-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)；以及-發(fā)電機(jī)，由所述渦輪機(jī)機(jī)械驅(qū)動(dòng)。該發(fā)電設(shè)備從環(huán)境取熱同時(shí)發(fā)電。設(shè)備由以下事實(shí)獲益在熱泵中每施加IkW的能量，尤其是用于熱傳遞氣體的壓縮，都可以獲得5kW的熱能。通過(guò)將幾個(gè)熱泵串聯(lián)設(shè)置， 一個(gè)接著另一個(gè)，可以在每一步驟升高熱傳導(dǎo)流體的溫度，直至允許產(chǎn)生足以驅(qū)動(dòng)與發(fā)電機(jī)耦接的汽輪機(jī)的蒸汽的溫度。因此，使用幾個(gè)串聯(lián)熱泵的事實(shí)意味著可以克服熱泵的缺點(diǎn)，即它們僅允許在吸熱流與熱泵輸出的熱流之間小的溫度差。選擇熱傳導(dǎo)流體以使得在給定熱泵中流體的冷凝溫度基本上對(duì)應(yīng)于在隨后串聯(lián)熱泵中熱傳導(dǎo)流體的沸點(diǎn)溫度。因此，通過(guò)用壓縮機(jī)壓縮每一個(gè)熱傳導(dǎo)流體，隨后通過(guò)熱交換而用更易揮發(fā)的流體冷凝每一個(gè)熱傳導(dǎo)流體，這個(gè)步驟之后是膨脹，可以使得每一個(gè)熱傳導(dǎo)流體的熱量由隨后串聯(lián)熱泵中使用的不易揮發(fā)的流體吸收。以此方式，逐級(jí)獲得熱傳導(dǎo)流體溫度的遞增，直至達(dá)到約為400°C的溫度。串聯(lián)的兩個(gè)熱泵就足以發(fā)電，但有利地使用至少三個(gè)以獲得足夠的能量產(chǎn)量。在三個(gè)串聯(lián)設(shè)置的熱泵中使用丙烷、丁烷和己烷作為熱傳導(dǎo)流體是尤其有利的， 因?yàn)檫@些流體具有非常適合于所針對(duì)目的的特性。類似地，以上針對(duì)三個(gè)熱泵的熱傳導(dǎo)流體描述的壓力和溫度曲線也是尤其適合的。通過(guò)將蒸汽回路再分為兩個(gè)環(huán)路，其中一個(gè)環(huán)路用于在壓縮前過(guò)度加熱第一熱泵的熱傳導(dǎo)流體，可以優(yōu)化設(shè)備的總能量產(chǎn)率。渦輪機(jī)/交流發(fā)電機(jī)組件的電產(chǎn)率因此高于 60%，例如為70%的量級(jí)。
上述發(fā)電設(shè)備進(jìn)行多種變形。相對(duì)于要獲得的功率和使用的熱傳導(dǎo)流體，它可以僅包括一個(gè)接著另一個(gè)串聯(lián)的兩個(gè)熱泵或三個(gè)熱泵，或者多于三個(gè)熱泵。不同熱泵中使用的熱傳導(dǎo)流體可以是任何類型的，只要用于給定熱泵中的一個(gè)熱傳導(dǎo)流體的冷凝溫度基本上對(duì)應(yīng)于隨后串聯(lián)熱泵中使用的熱傳導(dǎo)流體的沸點(diǎn)溫度。此外，相對(duì)于要傳遞的熱功率和使用的熱傳導(dǎo)流體，壓力和溫度曲線可以針對(duì)每一個(gè)熱泵而變化。水/蒸汽回路可以僅包括單個(gè)環(huán)路。在第二熱傳導(dǎo)流體與水之間的熱交換器25可以由具有幾個(gè)區(qū)的一個(gè)交換器組成，或者可以由物理上彼此獨(dú)立的幾個(gè)熱交換器組成。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電設(shè)備(1)，包括:-第一熱泵(3)，設(shè)置有第一閉合回路(15)，第一熱傳導(dǎo)流體在所述第一閉合回路 (15)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(17)，在所述第一熱交換器(17)中所述大氣空氣的氣流向所述第一熱傳導(dǎo)流體傳遞一定量的熱；-至少一個(gè)第二熱泵(5)，設(shè)置有第二閉合回路(23)，第二熱傳導(dǎo)流體在所述第二閉合回路中循環(huán)；以及在所述第二熱傳導(dǎo)流體與第三熱傳導(dǎo)流體之間的第二熱交換器 (25)，在所述第二熱交換器0 中所述第二熱傳導(dǎo)流體向所述第三熱傳導(dǎo)流體傳遞一定量的熱；-用于從所述第一熱傳導(dǎo)流體向所述第二熱傳導(dǎo)流體傳遞一定量的熱的裝置；-第三閉合回路(9)，所述第三熱傳導(dǎo)流體在所述第三閉合回路(9)中循環(huán)；-渦輪機(jī)(11)，插置在所述第三閉合回路(9)中，并由所述第三熱傳導(dǎo)流體驅(qū)動(dòng)；-發(fā)電機(jī)(1 ，由所述渦輪機(jī)(11)機(jī)械驅(qū)動(dòng)；-所述第三閉合回路(9)包括第一和第二環(huán)路G9，51)，所述第三熱傳導(dǎo)流體在所述第一和第二環(huán)路G9，51)中循環(huán)；所述第一和第二環(huán)路09，51)中的每一個(gè)環(huán)路都具有熱線 (53，63)，所述熱線(53,63)將所述第二熱交換器(25)的出口 (35,37)與所述渦輪機(jī)(11) 的高壓入口(55)相連接；所述第一環(huán)路G9)具有第一反饋線(57)，所述第一反饋線(57) 將所述渦輪機(jī)(11)的低壓出口(59)與所述第二熱交換器0 的入口(31)相連接；所述第二環(huán)路(51)具有在所述第一熱傳導(dǎo)流體與所述第三熱傳導(dǎo)流體之間的中間熱交換器 (65)、將所述渦輪機(jī)(11)的低壓出口(59)與所述中間熱交換器(65)的入口(69)相連接的中間線(67)、以及將所述中間交換器(65)的出口(73)與所述第二熱交換器05)的入口 (33)相連接的第二反饋線(71)，其中所述第三熱傳導(dǎo)流體在所述中間熱交換器(6 中向所述第一熱傳導(dǎo)流體傳遞一定量的熱。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于用于從所述第一熱傳導(dǎo)流體向所述第二熱傳導(dǎo)流體傳遞一定量的熱的所述裝置包括第三熱泵(7)，所述第三熱泵(7)設(shè)置有第四閉合回路(39)，第四熱傳導(dǎo)流體在所述第四閉合回路(39)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(41)，所述第一熱傳導(dǎo)流體在所述第三熱交換器 (41)中向所述第四熱傳導(dǎo)流體傳遞一定量的熱；以及在所述第四熱傳導(dǎo)流體與所述第二熱傳導(dǎo)流體之間的第四熱交換器(43)，所述第四熱傳導(dǎo)流體在所述第四熱交換器03)中向所述第二熱傳導(dǎo)流體傳遞一定量的熱。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于所述第一熱傳導(dǎo)流體在所述第三熱交換器 (41)的入口處具有在18到22巴之間的壓力和在220到270°C之間的溫度，所述第一熱傳導(dǎo)流體在所述第一熱交換器(17)的入口處具有在2到6巴之間的壓力和O到20°C之間的溫度。
4.如權(quán)利要求2或3所述的設(shè)備，其特征在于所述第四熱傳導(dǎo)流體在所述第四熱交換器G3)的入口處具有在17到22巴之間的壓力和在290到330°C之間的溫度，所述第四熱傳導(dǎo)流體在所述第三熱交換器Gl)入口處具有在2到6巴之間的壓力和在30到70°C之間的溫度。
5.如權(quán)利要求2到4中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于所述第二熱傳導(dǎo)流體在所述第二熱交換器05)的入口處具有在13到17巴之間的壓力和在340到390°C之間的溫度，所述第二熱傳導(dǎo)流體在所述第四熱交換器^幻的入口處具有在1到5巴之間的壓力和在90到130°C之間的溫度。
6.如權(quán)利要求1到5中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于所述第一熱傳導(dǎo)流體主要包括丙烷。
7.如權(quán)利要求1到6中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于所述第二熱傳導(dǎo)流體主要包括己烷。
8.如權(quán)利要求2到5中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于所述第四熱傳導(dǎo)流體主要包括丁烷。
9.如權(quán)利要求1到8中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于所述第三熱傳導(dǎo)流體主要包括水。
10.如權(quán)利要求1到9中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于所述渦輪機(jī)(11)和所述發(fā)電機(jī)(13)共同具有高于60%的電產(chǎn)率。
全文摘要
一種發(fā)電設(shè)備(1)，包括第一熱泵(3)，設(shè)置有第一閉合回路(15)，第一熱傳導(dǎo)流體在所述第一閉合回路(15)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(17)，在所述第一熱交換器(17)中所述大氣空氣的氣流向所述第一熱傳導(dǎo)流體傳遞一定量的熱；至少一個(gè)第二熱泵(5)，設(shè)置有第二閉合回路(23)，第二熱傳導(dǎo)流體在所述第二閉合回路(23)中循環(huán)；以及在所述第二熱傳導(dǎo)流體與第三熱傳導(dǎo)流體之間的第二熱交換器(25)，在所述第二熱交換器(25)中所述第二熱傳導(dǎo)流體向所述第三熱傳導(dǎo)流體傳遞一定量的熱；用于從所述第一熱傳導(dǎo)流體向所述第二熱傳導(dǎo)流體傳遞一定量的熱的裝置；第三閉合回路(9)，所述第三熱傳導(dǎo)流體在所述第三閉合回路(9)中循環(huán)；渦輪機(jī)(11)，插置在所述第三閉合回路(9)中，并由所述第三熱傳導(dǎo)流體驅(qū)動(dòng)；發(fā)電機(jī)(13)，由所述渦輪機(jī)(11)機(jī)械驅(qū)動(dòng)。
文檔編號(hào)F01K17/00GK102325965SQ200980157062
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者A·薩爾多 申請(qǐng)人:澤達(dá)國(guó)際公司