專利名稱：回?zé)嵫h(huán)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括回循環(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)及其使用方法。
在全世界，燃?xì)廨啓C(jī)已在許多場合用于產(chǎn)生動力，但燃?xì)廨啓C(jī)的排氣常常排入大氣中。例如，高壓天然氣傳輸管路通常用來將天然氣從產(chǎn)地傳輸至距產(chǎn)生遙遠(yuǎn)的用戶，裝配于這些管路上的壓氣機(jī)通常就是用燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)地動力的，并且選擇地采用回?zé)嵫h(huán)將燃?xì)廨啓C(jī)排氣中的排熱轉(zhuǎn)換成電能以減少對凈功率的需要。這種類型的裝置示意性地示于

圖1中，該圖示出產(chǎn)生壓縮空氣的兩級空氣壓氣機(jī)，該壓縮空氣供給與一使用裝置(如氣體壓氣機(jī))相連的燃?xì)鉁u輪。在這種裝置中，在最終的燃?xì)庥糜谌細(xì)鉁u輪之前，由壓氣機(jī)供給的壓縮氣體的一部分流入燃燒室并在壓縮空氣中燃燒。
排出燃?xì)廨啓C(jī)的熱燃?xì)鉁囟却蠹s為450℃，并且這些燃?xì)馔ǔ：凶銐虻臒崃渴篃崃炕厥蘸侠斫?jīng)濟(jì)。常常排氣用于包含蒸發(fā)水的間接接觸式熱交換器。生成蒸汽用于與產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)相連的蒸汽滑輪中，并且膨脹后的蒸汽排出該滑輪。膨脹后的蒸汽在冷凝器中冷凝，該冷凝器通常從與冷卻塔相連的水池中獲取冷卻水。
在冷的天氣，環(huán)境溫度可能低于結(jié)冰點，使冷卻水結(jié)冰，并且蒸汽冷凝結(jié)冰，從而阻止了冷凝器與冷卻塔的作用。當(dāng)這一過程發(fā)生時，回?zé)嵫h(huán)的工作就必須中止。
近來在有機(jī)蒸氣滑輪設(shè)計與結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)已揭示用空冷冷凝器的有機(jī)蒸氣滑輪可以用于取代上述裝置的蒸汽滑輪。這就帶來了使回循環(huán)可在最冷的天氣工作的優(yōu)點。然而，排氣的高溫及用于有機(jī)蒸氣滑輪循環(huán)中的有機(jī)流體(如戊烷)特性增加了因熱排氣對有機(jī)流體過熱使熱交換器的相對熱的部分產(chǎn)生積碳的可能性。
因此，本發(fā)明的目的之一是提供一種新的改進(jìn)的帶回?zé)嵫h(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)及其使用方法，其可克服或可實質(zhì)性地改善上述問題。
本發(fā)明提供一用于燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的回?zé)嵫h(huán)，其包括一個用于驅(qū)動使用裝置并產(chǎn)生熱排氣的燃?xì)廨啓C(jī)裝置，一熱力回收熱交換器，該熱交換器包含有一工作流體，最好是有機(jī)流體，該有機(jī)流體容易根據(jù)所用的熱燃?xì)庾鞒龇磻?yīng)產(chǎn)生蒸發(fā)的工作流體及可排入大氣中的冷卻氣體。當(dāng)使用有機(jī)工作流體時，一有機(jī)蒸發(fā)滑輪連接到一發(fā)電機(jī)上并根據(jù)蒸發(fā)的有機(jī)流體的反應(yīng)發(fā)出動力并產(chǎn)生排出渦輪的膨脹的有機(jī)蒸氣。膨脹后的蒸發(fā)有機(jī)流體在冷凝器中冷凝，并且冷凝的有機(jī)流體由泵使其返回至回?zé)嵫h(huán)熱交換器。當(dāng)環(huán)境溫度低于水的結(jié)冰溫度時，使用空氣冷卻的有機(jī)蒸發(fā)冷凝器。用于熱回收熱交換器的熱燃?xì)鉁囟扔梢豢刂破骺刂?，該控制器包括一混合器，該混合器使環(huán)境空氣與熱排氣混合并在其用于熱力回收熱交換器并且進(jìn)入與所述有機(jī)流體進(jìn)行熱交換關(guān)系之前產(chǎn)生熱排氣與環(huán)境空氣的混合氣。因此，用于熱交換器的排氣溫度可減小，比如從約450℃減至約300℃。
為了控制與熱排氣混合的環(huán)境空氣的量，該控制器可包括一個諸如簧片閥一樣的位置選擇閥，以便控制與熱排氣混合的環(huán)境空氣量。在這種情況時，該控制器可包括一個感應(yīng)所用之熱燃?xì)獾臏囟鹊膫鞲衅骷耙粋€根據(jù)所述溫度傳感器感應(yīng)的溫度而作出反應(yīng)對閥的位置及與熱排氣混合的環(huán)境空氣量作出控制的閥控制器。
參見以下附圖對本發(fā)明的實施例詳細(xì)說明如下其中圖1示出常規(guī)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的示意性方框圖，其中包括以蒸汽為基礎(chǔ)的回?zé)嵫h(huán)；圖2是本發(fā)明的帶有機(jī)流體回?zé)嵫h(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的示意性方框圖；圖3A，3B和3C是詳細(xì)示出本發(fā)明熱交換器三種結(jié)構(gòu)形式的正視圖；圖4是本發(fā)明所述的一種帶蒸汽回?zé)嵫h(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的示意性方框圖；圖5是由燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行的氣體壓氣機(jī)的示意性方框圖，其目的在于作為示例而示出燃?xì)廨啓C(jī)之壓氣機(jī)的內(nèi)冷卻器中的熱量之利用，及根據(jù)本發(fā)明的用于產(chǎn)生動力的氣體壓氣機(jī)的內(nèi)冷卻器中的熱量的利用。
現(xiàn)在參見附圖，標(biāo)號10表示先有技術(shù)的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其中帶有以蒸汽為基礎(chǔ)的回?zé)嵫h(huán)，系統(tǒng)10包括常規(guī)的燃?xì)廨啓C(jī)裝置12，該裝置12包括一低壓和一高壓壓氣機(jī)14，16，它們由軸17連接至燃?xì)鉁u輪18上。環(huán)境空氣作用于低壓壓氣機(jī)14，由低壓壓氣機(jī)壓縮后作用于高壓壓氣機(jī)16。
壓縮空氣作用于燃燒室20，在其中燃油燃燒產(chǎn)生高溫燃?xì)?，該燃?xì)庾饔糜跍u輪18并在其中發(fā)生膨脹。從渦輪中膨脹之高溫燃?xì)獍l(fā)出的能量驅(qū)動使用裝置22，該使用裝置22可以是與燃?xì)夤艿?未示出)相連的氣體壓氣機(jī)。從滑輪18的排氣中排出的膨脹氣體具有溫度，剛好其溫度能是約450℃，或更高或更低，這取決于燃?xì)廨啓C(jī)的特性。用回?zé)嵫h(huán)裝置23可將熱量從熱的排氣中吸出，該裝置23包括熱排氣作用于它的間接熱回收熱交換器24。
熱交換器24含有由熱排氣中的熱量而蒸發(fā)的水，該排氣由發(fā)生在排氣和熱交換器24中的水之間的熱交換過程冷卻至約120℃。隨著由熱力回收熱交換器24產(chǎn)生的蒸汽作用于與發(fā)電機(jī)27相連的蒸汽滑輪26上，冷卻的排氣排入大氣。蒸汽在滑輪26中膨脹驅(qū)動發(fā)電機(jī)并產(chǎn)生膨脹蒸汽，該膨脹蒸汽排入由從冷卻塔30中供給的水進(jìn)行冷卻的間接蒸汽冷凝器28中。泵31使由冷凝器28產(chǎn)生的冷凝劑返回至熱交換器24。
當(dāng)?shù)偷沫h(huán)境溫度引起與冷卻塔30相關(guān)之水結(jié)冰，并使由蒸汽冷凝器28產(chǎn)生的蒸汽冷凝劑結(jié)冰時，則裝置23不能進(jìn)行工作，因此回?zé)嵫h(huán)必須關(guān)閉。由于諸如碳?xì)浠黧w類的有機(jī)工作流體，如戊烷具有非常低的冰點，并且能用在世界上絕大部分地方的冬天氣候條件，因此，利用帶有空冷冷凝器的有機(jī)流體熱力回收系統(tǒng)就能改變上述情況。這些有機(jī)流體在相對高溫時可能形成積碳，因此特別是在熱交換器流體溫度為大約450℃或更大時，在設(shè)計熱交換器時必須考慮工作流體中形成或生成積碳的可能性。
圖2所示的裝置40考慮了從有機(jī)流體中產(chǎn)生積碳的可能性，但對設(shè)計熱交換器要求并不精確。具體地說，裝置40與控制裝置42一起控制供給熱交換器44的熱燃?xì)獾臏囟?，因此與有機(jī)流體建立熱交換關(guān)系的燃?xì)獾臏囟葴p少。具體地說，在環(huán)境空氣與熱排氣混合而成的混合氣與有機(jī)流體建立熱交換關(guān)系之前，借助于將排氣與環(huán)境空氣混合而減小排氣溫度。例如，減小的溫度可為約300℃。
裝置40包括相似于圖1中所示的裝置12的燃?xì)廨啓C(jī)裝置，用于驅(qū)動使用裝置22A，它可是一氣體壓氣機(jī)，并且產(chǎn)生管路41中的熱排氣。包含有機(jī)流體，如戊烷(正戊烷或同分異構(gòu)戊烷形式)的回?zé)嵫h(huán)熱交換器44根據(jù)所用的熱排氣作出反應(yīng)，從而在輸出管路45中產(chǎn)生蒸發(fā)的有機(jī)流體，并且管路43中的冷排氣通過適合的排氣道排入大氣中。有機(jī)蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)46包括與發(fā)電機(jī)48相連的有機(jī)蒸汽滑輪47，根據(jù)管路45中蒸發(fā)的有機(jī)流體作出反應(yīng)產(chǎn)生動力并且在連接到滑輪47的排氣上的管道49中產(chǎn)生膨脹的有機(jī)蒸汽?？绽淅淠?0用于將排出滑輪47的膨脹的蒸發(fā)有機(jī)流體冷凝，并且泵52將有機(jī)流體冷凝液經(jīng)管路53泵回?zé)崃厥諢峤粨Q器44。
由于在熱交換器中與有機(jī)流體進(jìn)行熱交換的排氣的相對較高的溫度，回?zé)嵫h(huán)熱交換器44的優(yōu)選結(jié)構(gòu)包括預(yù)熱器組件54，蒸發(fā)器組件55和蒸發(fā)器鼓57。組件55具有用于接收熱排氣的蒸發(fā)器熱交換部分56。該部分56包含液相的有機(jī)流體，從而允許熱量有秩序地傳遞至有機(jī)流體而沒有蒸氣氣囊，因此增加了有機(jī)流體的傳熱效率。當(dāng)加熱的流體由泵58的工作經(jīng)管路59從部分56傳遞至鼓57后，加熱的流體在鼓57中蒸發(fā)，并且蒸發(fā)的有機(jī)流體流經(jīng)管路45至滑輪47。
當(dāng)熱量散發(fā)給部分56中的液體有機(jī)流體后，溫度在一定程度上減小的燃?xì)馀c預(yù)熱器組件54相遇。該組件54包含因泵52工作的原因從冷凝器50中經(jīng)管路53流來的有機(jī)流體冷凝劑。預(yù)熱器組件54中燃?xì)獾氖Ｓ嗟臒崃款A(yù)熱有機(jī)流體冷凝劑，該冷凝劑經(jīng)管路60流至供給預(yù)熱液體到蒸發(fā)器部分56的鼓57中。該燃?xì)庥蛇@種相遇而冷卻至大約120℃，之后排入大氣中。
由于使用有機(jī)工作循環(huán)在環(huán)境溫度低于水的冰點的條件下尤其具有優(yōu)越性，因此，基于前述類型的有機(jī)工作流體的回?zé)嵫h(huán)也具有優(yōu)越性，即使在環(huán)境溫度高于水的冰點時也是如此。在這些條件下，冷凝器50可是空冷或水冷的，由于在相同的溫度下水蒸汽和有機(jī)蒸汽之間比容差加大而使有機(jī)流體滑輪小得多。另外，在其它情況中，冷凝壓力通常將高于環(huán)境壓力。
控制裝置42的工作情況將表示于圖3A-C中，與熱力回收熱交換器44的三個實施例相關(guān)。在圖3A中的熱力回收熱交換器44A包括具有進(jìn)口部分62的管形體60，該進(jìn)口部分62連接到燃?xì)廨啓C(jī)的排氣管63上，并且熱排氣排入其中。最好地，該熱力回收熱交換器還包括出口部分64，管體60由該出口部分64連接至排氣管65上，通過該排氣管65，排氣將熱量散發(fā)給蒸發(fā)器組件55及預(yù)熱器組件54而冷卻后排入大氣。
與熱交換器44A相關(guān)的控制裝置42還包括噴射器66，該噴射器66具有一個其開口開在進(jìn)口部分62中的出口端67，具有開口朝環(huán)境空氣的輸入端69的部分68及用以將環(huán)境空氣通過噴射器66吸入并驅(qū)入熱力回收熱交換器的風(fēng)扇70A。該控制裝置還包括位置選擇閥71，如位于68位置的簧片閥。
最好，該控制裝置還包括位于這樣的區(qū)域內(nèi)的溫度傳感器72，即在該區(qū)域，從燃?xì)廨啓C(jī)來的熱排氣與環(huán)境空氣混合，該環(huán)境空氣排出噴射器，用以感應(yīng)進(jìn)入熱力回收熱交換器44的燃?xì)鉁囟?。按這種方式，燃?xì)獾臏囟仍谒鼈冇糜跓峤粨Q器的組件55和54之前而被感應(yīng)到，如在燃?xì)庵械臒崃總鬟f給蒸發(fā)器和熱交換器的預(yù)熱器組件中的有機(jī)流體之前。
溫度傳感器72產(chǎn)生一個與溫度差相關(guān)的控制信號，該溫度差為進(jìn)入熱力回收熱交換器44A的燃?xì)鉁囟扰c任何熱交換發(fā)生之前這些燃?xì)獾脑O(shè)定溫度之間的差，并且該控制信號應(yīng)用到控制閥71的位置的閥控制器42A上。按這一方式，噴入熱排氣中的環(huán)境空氣體積及排氣與環(huán)境空氣混合的混合氣的溫度可根據(jù)所設(shè)定的溫度來控制。例如，如果排出燃?xì)廨啓C(jī)的排氣的溫度為約450℃，混合氣的溫度選定為大約300℃，并且閥控制器42A將可有效地使閥71位于所選擇的溫度便于達(dá)到的位置。此時，當(dāng)空氣和排氣的混合氣與熱力回收熱交換器的預(yù)熱組件的熱交換關(guān)系結(jié)束之后，混合氣的可能溫度將約為120℃。
圖3B所示的熱力回收熱交換器44B相似于熱力回收熱交換器44A，但除風(fēng)扇外。在這里風(fēng)扇位于噴射器下游而不是如在熱力回收熱交換器44A中一樣位于噴射器上游，風(fēng)扇使空氣在與有機(jī)流體建立熱交換關(guān)系之前噴射入排氣中。這就是說，風(fēng)扇70B位于熱交換器出口部分64附近而不是在68位置處。此外，熱力回收熱交換器44B的工作與熱力回收熱交換器44A的工作相同。
借助于圖3A中風(fēng)扇70A和圖3B中風(fēng)扇70B的幫助，圖3A和3B所示裝置之目的在于減小燃?xì)廨啓C(jī)排氣的背壓。因此，每個熱力回收熱交換器44A和44B涉及壓力空氣噴射。熱力回收熱交換器44C與熱力回收熱交換器44A和44B不同在于缺少壓力空氣噴射，例如，在熱力回收熱交換器44C中缺少風(fēng)扇。在熱力回收熱交換器44C中，排氣管道之設(shè)計必須使燃?xì)廨啓C(jī)的排氣管作為噴射器。這就是說，在熱交換器44C的進(jìn)口部分62附近的排氣流速必須大得足夠產(chǎn)生抽吸作用，并且該抽吸要強(qiáng)到足夠抽吸足夠的環(huán)境空氣量進(jìn)入熱力回收熱交換器，從而達(dá)到對排氣所需要的冷卻作用?？梢圆捎贸Ｒ?guī)設(shè)計參數(shù)，并且不需要額外的實驗來取得這些結(jié)果。
抽吸入熱力回收熱交換器44C中的環(huán)境空氣量的控制能由位于熱力回收熱交換器44C的進(jìn)口部分62的進(jìn)口處的簧片閥結(jié)構(gòu)71C來實現(xiàn)。
雖然上述詳細(xì)說明涉及使用有機(jī)工作流體，特別是那些以碳?xì)錇榛A(chǔ)的工作流體，本發(fā)明也可適用于非有機(jī)的工作流體。例如，本發(fā)明可用于以水為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，此時問題在于在面對可變的環(huán)境條件下為回?zé)嵫h(huán)持一基本固定的蒸發(fā)溫度。并且此時環(huán)境溫度沒有達(dá)到水結(jié)冰的溫度。本發(fā)明圖4所示的實施例80是一個帶水基的回?zé)嵫h(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的例子。
在實施例80中，燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)12產(chǎn)生熱氣，其通過管道81至連接件82，該連接件連接至管道上，并包括繞樞軸轉(zhuǎn)的簧片閥83，該閥83可選擇地繞樞軸轉(zhuǎn)動，從圖4中實線所示的非工作位置轉(zhuǎn)到圖中虛線所示的工作位置。在該非工作位置，閥83允許熱排氣進(jìn)入到包括有蒸發(fā)器元件85如以水管形式的熱回收熱交換器裝置；而在工作位置，閥83將熱氣轉(zhuǎn)向至旁通排氣道86。即無論什么時候?qū)責(zé)嵫h(huán)設(shè)備作出維修或因別的什么理由時，閥83都將處于其非工作位置，但它可以轉(zhuǎn)動至其工作位置。
與熱力回收熱交換器84相關(guān)的是與噴射器66工作相同的噴射器87。然而，在這種情況下，閥71的角度位置及環(huán)境空氣與熱排氣混合的量如由以下所述的溫度傳感器產(chǎn)生的控制信號決定的一樣。另外，可用相似于圖3C所示的結(jié)構(gòu)。
熱量回收熱交換器裝置包括含水的組件85，其中水由從燃?xì)廨啓C(jī)裝置來的熱排氣及環(huán)境空氣的混合氣蒸發(fā)，并且產(chǎn)生的蒸汽由管路90導(dǎo)至蒸汽滑輪91。蒸發(fā)器組件的冷卻燃?xì)庀掠瓮ㄟ^適當(dāng)?shù)呐艢夤芘c大氣連通。由蒸汽滑輪91產(chǎn)生的蒸汽膨脹驅(qū)動發(fā)電機(jī)92產(chǎn)生動力；并且膨脹后的蒸汽排出滑輪并進(jìn)入冷凝器95，最好是空冷，以便將膨脹后的蒸汽冷凝成冷凝劑。泵93使蒸汽冷凝劑返回至熱力回收熱交換器84。
與熱力回收熱交換器84相關(guān)的溫度水平傳感器89產(chǎn)生一控制信號，該信號在功能上與進(jìn)入熱交換器84的氣體溫度和這些氣體的最佳設(shè)定溫度之差相關(guān)；并且該控制信號傳給控制裝置95用于控制閥95的位置，因此，在排氣與環(huán)境空氣的混合氣與熱力回收熱交換器裝置(包括熱力回收熱交換裝置的蒸發(fā)器組件)建立熱交換關(guān)系之前建立混合氣的溫度。按這種方式，燃?xì)饣旌衔锏臏囟瓤煽刂票３衷陬A(yù)定的溫度，以便在面臨影響包括蒸發(fā)器組件的熱力回收熱交換器裝置85的工作的可變條件時使水蒸發(fā)。
在另一結(jié)構(gòu)中，冷凝器95可由圖中虛線所示的輸出下限封閉的朗肯循環(huán)有機(jī)流體發(fā)電廠取代。在這種情況下，從滑輪91中排出的蒸汽將與含有有機(jī)流體的熱交換器96間接接觸，因此，該有機(jī)流體將被蒸發(fā)。蒸發(fā)的有機(jī)流體供給與發(fā)電機(jī)相連有機(jī)蒸發(fā)滑輪97，并且膨脹后的有機(jī)蒸發(fā)汽排出滑輪97，在空冷冷凝器98中冷凝，而有機(jī)流體冷凝劑由泵99返回至蒸汽冷凝器96，因此完成有機(jī)工作流體循環(huán)。當(dāng)蒸汽冷凝器工作發(fā)生在除真空條件之外的情況時，這種結(jié)構(gòu)是極為有用的。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的燃?xì)廨啓C(jī)裝置可如圖5中標(biāo)號12A所示的結(jié)構(gòu)一樣，帶有位于低壓壓氣機(jī)14和高壓壓氣機(jī)16之間的中間冷器100。燃?xì)鉁u輪180被供給由壓氣機(jī)16產(chǎn)生的壓氣空氣參與下與燃料燃燒后而產(chǎn)生的燃燒氣體，并在101處連接到燃?xì)鈮簹鈾C(jī)102上，該壓氣機(jī)102從一生產(chǎn)容器(未示出)或從一燃?xì)鈧魉凸苈方邮杖細(xì)猓⒃撊細(xì)鈮嚎s以便傳給燃?xì)鈧鬏敼苈愤M(jìn)行更進(jìn)一步輸送。燃?xì)鈮嚎s的三個階段如圖中所示，并且這些階段代表在傳輸管路始點或在容器頭部與管路終點之間的中間傳輸管路的典型燃?xì)獗谜尽?br> 被壓縮的氣體提供給低壓壓氣機(jī)103，并且熱的壓縮氣體供給中間壓氣機(jī)105并在繼續(xù)壓縮之前在內(nèi)冷器104中冷卻。熱的壓縮氣體被供給高壓力壓氣機(jī)107并在其壓縮之前在內(nèi)冷器106中冷卻。熱的壓縮氣體在供給氣體傳送管(未示出)之前在冷卻器108中冷卻。如圖示出，部分壓縮氣體反饋回燃?xì)廨啓C(jī)裝置并被用于燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室作燃料。
在中間冷器104，106和108中從壓縮氣體中吸取的熱量及在中間冷器100中從壓縮空氣中吸取的熱量由有機(jī)轉(zhuǎn)換器110轉(zhuǎn)換成電能。這就是說，在圖5所示的結(jié)構(gòu)中，其表示由中間冷器吸取的熱量的應(yīng)用示例，在內(nèi)冷器104中預(yù)熱的有機(jī)流體在內(nèi)冷器100中蒸發(fā)，該內(nèi)冷器104為燃?xì)庠跉鈾C(jī)的低壓中冷器。中間冷器106和108與燃?xì)鈮簹鈾C(jī)的中級及高壓壓氣機(jī)相關(guān)，也作為蒸發(fā)器，并且這些蒸發(fā)器的輸出與中間冷器100的輸出并聯(lián)被供給與發(fā)電機(jī)112相連的有機(jī)蒸汽滑輪111。當(dāng)蒸發(fā)的有機(jī)流體膨脹并接著產(chǎn)生動力之后，膨脹后的有機(jī)蒸汽供給在其中產(chǎn)生冷凝的空氣冷凝器。泵112使并聯(lián)的有機(jī)冷凝劑返回至中間冷器104，106及108中，從而完成有機(jī)流體循環(huán)。
當(dāng)環(huán)境溫度低于水的冰點時，本發(fā)明的上述說明涉及為與燃?xì)廨啓C(jī)相關(guān)的回?zé)嵫h(huán)使用有機(jī)基而不是水基的工作流體的情況。然而，本發(fā)明在當(dāng)用水或其可用性成問題時的情況下更顯示其優(yōu)越性。
另外，雖然上述說明書說明涉及回?zé)嵫h(huán)產(chǎn)生電力，由滑輪在回?zé)嵫h(huán)中產(chǎn)生的軸功率還可用于直接驅(qū)動設(shè)備，諸如，燃?xì)鈮簹鈾C(jī)或使這樣的機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)，而不必將軸功率轉(zhuǎn)換成電力。
此外，可將中間熱傳遞流體循環(huán)用于熱回收循環(huán)，以便將熱量從燃?xì)饣喌呐艢獾臒醾鬟f至有機(jī)工作流體。
在上述說明書公開單一有機(jī)工作流體熱力回收循環(huán)的同時，本發(fā)明包括工作單元在熱力循環(huán)中串聯(lián)或并聯(lián)使用的情況。如果工作單元使用串聯(lián)，則高壓滑輪可用水作為閉式循環(huán)的工作流體。
此外，雖然在上述說明書公開了使用在燃?xì)廨啓C(jī)的排氣中加入空氣來控制燃?xì)獾臏囟龋诨責(zé)嵫h(huán)中從燃?xì)庵形崃?，如果?yōu)選的話，則可用一個使用簡單閉式有機(jī)朗肯循環(huán)或具有空氣冷卻冷凝器的循環(huán)的發(fā)電廠，其中不存在空氣與燃?xì)廨啓C(jī)的排氣混合的事。借助于用這樣的閉式有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電廠，為熱力回收而不是蒸汽滑輪，則整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，工作及維護(hù)被簡化，允許可靠的且不在現(xiàn)場的系統(tǒng)在遙遠(yuǎn)的地方長時期地工作。
由本發(fā)明的方法和裝置產(chǎn)生的優(yōu)點及改進(jìn)結(jié)果從本發(fā)明的最佳實施例的前述說明中可清楚地看出。在不脫離本發(fā)明所附之權(quán)利要求書之范圍及精神實質(zhì)下可作出各種變化及改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種帶回?zé)嵫h(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其包括a).一個用于驅(qū)動使用裝置并產(chǎn)生熱排氣的燃?xì)廨啓C(jī)裝置；b).一個包含有對所用熱燃?xì)庾鞒龇磻?yīng)的工作流的熱力回收熱交換器，用以產(chǎn)生蒸發(fā)的工作流體的及排入大氣的冷燃?xì)猓籧).一個連接至發(fā)電機(jī)上透平并根據(jù)所述蒸發(fā)工作流體作出反應(yīng)用以產(chǎn)生動力，并且膨脹后的工作流體從其中排出；d).一個用于冷凝所述膨脹后的蒸發(fā)工作流體的冷凝器，及一個用于將工作流體冷凝返回至所述熱力回收交換器的泵；以及e).用于控制所述所用的熱燃?xì)獾臏囟鹊目刂蒲b置。
2.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征所述工作流體為水。
3.如權(quán)利要求1所述燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征所述工作流體為有機(jī)流體。
4.如權(quán)利要求3所述燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征所述控制裝置包括用以使環(huán)境空氣與所述熱排氣混合產(chǎn)生熱排氣與環(huán)境空氣的混合氣的混合裝置，該混合氣是在用于熱力回收熱交換器并與所述有機(jī)流體建立熱交換關(guān)系之前形成的。
5.如權(quán)利要求4所述燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征所述控制裝置包括用于控制與所述熱排氣混合的環(huán)境空氣量的位置選擇閥。
6.如權(quán)利要求5所述燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征所述控制裝置包括一個感應(yīng)所述所用的熱燃?xì)獾臏囟鹊臏囟葌鞲衅?，及一個根據(jù)由所述溫度傳感器感應(yīng)的溫度作出反應(yīng)控制所述閥的位置以控制與所述熱排氣混合的環(huán)境空氣量的閥控制器。
7.如權(quán)利要求3所述燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征所述熱力回收熱交換器包括一蒸發(fā)器熱交換器組件和一預(yù)熱器組件，它們?nèi)绱瞬贾?，即在所述的所用的熱氣與所述預(yù)熱器組件相遇之前，所述蒸發(fā)器組件與所述的所用的熱氣相遇。
8.如權(quán)利要求7所述燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征所述熱力回收熱交換器包括一個所述熱排氣進(jìn)入其中的進(jìn)口部分的管形體，和包括一個帶有一自由端開口開入所述進(jìn)口部分的噴射器的所述控制裝置，通過該噴射器供給環(huán)境空氣，及用于通過所述噴射器抽吸環(huán)境空氣的風(fēng)扇裝置，及位于所述噴射器內(nèi)的所述閥。
9.如權(quán)利要求7所述燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征所述熱力回收熱交換器的所述管形體包括一個所述冷卻后的燃?xì)獗慌湃氪髿庵斑M(jìn)入其中的出口部分。
10.如權(quán)利要求8所述燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征所述風(fēng)扇裝置位于所述噴射器的上游。
11.如權(quán)利要求8所述燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征所述風(fēng)扇裝置位于所述噴射器的下游。
12.如權(quán)利要求7所述的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征所述熱力回收熱交換器除所述蒸發(fā)器熱交換組件及所述預(yù)熱器組件之外還包括一個接收從所述蒸發(fā)器熱交換組件來的加熱有機(jī)流體和從所述預(yù)熱器來的預(yù)熱的有機(jī)冷凝劑的蒸發(fā)器箱，并將蒸發(fā)的有機(jī)流體傳送給所述透平并將液體有機(jī)流體傳送給所述蒸發(fā)器熱交換器組件。
13.如權(quán)利要求2所述燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征包括一個用于在所述熱力回收熱交換器和旁通排氣管之間將所述熱排氣從所述燃?xì)廨啓C(jī)裝置進(jìn)行選擇換向的連接部分。
14.如權(quán)利要求3所述之燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征所述冷凝器為一個空冷有機(jī)蒸發(fā)冷凝器。
15.一種用于驅(qū)動使用裝置并產(chǎn)生熱排氣的燃?xì)廨啓C(jī)裝置的方法，a).將環(huán)境空氣與所述的熱排氣混合產(chǎn)生具有減小的溫度的熱氣，將熱量從熱氣傳導(dǎo)給熱力回收熱交換器中的有機(jī)流體以產(chǎn)生蒸發(fā)的有機(jī)流體及排入大氣中的冷卻的排氣；b).使所述蒸發(fā)的有機(jī)流體在有機(jī)蒸汽滑輪內(nèi)膨脹并從其中排出，該滑輪包括一個用以產(chǎn)生動力的渦輪發(fā)電機(jī)；以及c).將所述膨脹后的蒸發(fā)的有機(jī)流體冷凝并將冷凝劑泵回至所述熱力回收熱交換器。
16.如權(quán)利要求15所述方法，其特征是包括在所述熱交換器和旁通排氣管之間將從所述燃?xì)廨啓C(jī)裝置來的所述熱排氣進(jìn)行有選擇地轉(zhuǎn)向。
17.如權(quán)利要求15所述方法方法，其特征是包括對與排氣混合的環(huán)境空氣量進(jìn)行控制。
18.如權(quán)利要求17所述方法，其特征是包括在所述熱氣中之熱量傳遞至所述有機(jī)流體之前，感應(yīng)所述熱氣之溫度，并根據(jù)感應(yīng)的溫度控制與熱排氣混合的所述環(huán)境空氣的量。
19.如權(quán)利要求15所述方法，其特征是所述蒸發(fā)的有機(jī)流體由所述排氣首先預(yù)熱的所述冷凝劑產(chǎn)生。
20.如權(quán)利要求15所述方法，其特征是在熱排氣的傳遞給所述有機(jī)流體之前，其溫度由迫使環(huán)境空氣噴入所述熱排氣中而減小。
21.如權(quán)利要求4所述滑輪系統(tǒng)，其特征是所述工作流體為有機(jī)流體，所述與發(fā)動機(jī)相連的滑輪為有機(jī)蒸汽滑輪，并且所述冷凝器為空冷的并包括a).一個將從所述燃?xì)廨啓C(jī)裝置來的所述熱排氣在所述熱力回收熱交換器和旁通排氣管之間有選擇地轉(zhuǎn)向的可調(diào)連接部分；及b).在所述所用的熱氣應(yīng)用到所述熱力回收熱交換器之前用于控制所述所用熱氣的溫度的控制裝置。
22.如權(quán)利要求4所述燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征所述工作流體為蒸汽，所述與發(fā)電機(jī)相連的滑輪為蒸汽滑輪，所述冷凝器為空冷的，并包括在所述所用的熱氣應(yīng)用到所述熱力回收熱交換器裝置之前用于控制所述所用熱氣溫度的控制裝置；還包括在環(huán)境空氣與熱排氣的混合氣應(yīng)用于熱力回收熱交換器并與所述水建立熱交換關(guān)系之前，將環(huán)境空氣與所述熱排氣混合的混合裝置。
23.如權(quán)利要求22所述燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征包括一個將從所述燃?xì)廨啓C(jī)裝置來的所述熱排氣在所述熱交換器和旁通排氣管之間有選擇地轉(zhuǎn)向的連接部分。
24.如權(quán)利要求13所述方法，其特征是冷凝所述膨脹蒸發(fā)有機(jī)流體的步驟是由空氣冷凝該膨脹蒸發(fā)有機(jī)流體而實現(xiàn)的。
25.如權(quán)利要求1所述燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其特征所述使用裝置為用于將壓縮燃?xì)夤┙o燃?xì)鈧魉凸苈返娜細(xì)鈮簹鈾C(jī)。
全文摘要
一種帶回?zé)嵫h(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，包括a)一個用于驅(qū)動使用裝置并產(chǎn)生熱氣的燃?xì)廨啓C(jī)裝置；b)一個包含有對所用熱燃?xì)庾鞒龇磻?yīng)的工作流的熱力回收熱交換器；用以產(chǎn)生蒸發(fā)的工作流體的及排入大氣的冷燃?xì)?；c)一個連接至發(fā)電機(jī)上透平并根據(jù)所述蒸發(fā)工作流體作出應(yīng)用以產(chǎn)生動力，并且膨脹后的蒸發(fā)工作流體的冷凝器，及一個用于將工作流體冷凝返回至所述熱力回收交換器的泵；以及e)用于控制所述所用的熱燃?xì)獾臏囟鹊目刂蒲b置。
文檔編號F01K23/10GK1121559SQ9510850
公開日1996年5月1日 申請日期1995年6月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月14日
發(fā)明者U·費(fèi)希爾, Y·吉龍, J·西奈 申請人:奧馬特工業(yè)有限公司