具有串联的几个热泵的发电设备的制作方法

具有串联的几个热泵的发电设备的制作方法

具有串联的几个热泵的发电设备的制作方法专利名称:具有串联的几个热泵的发电设备的制作方法技术领域:本创造总体上涉及发电设备。

背景技术:迄今已知的发电设备促使全球变暖化石燃料或生物质燃料产品或者它们对于全球变暖问题而言是中性的水电站、风力发电场、核电站。

以太阳能运行的发电设备通过将太阳能转换为电能从而对削减全球变暖有贡献。

然而由于仅能够在低温利用太阳的热量,所述太阳能装置通常功率不大。

为了上升温度,必需聚集太阳光线,这在技术上是简单的。

太阳能从而可用于对水或空气进行加热,但它仍不适于电能的大量生产。

当前的光电池仅能够供应少量的电能。

此外,已知热泵允许在高于环境空气的温度下产生热量。

热泵从环境空气汲取能量,并通常以相对于环境空气30到40数量级的温度差输出热量。

所述机器不适于产生电能,由于在热泵的热点与冷点之间的温度差较低。

创造内容在这个背景下,本创造阐述了提出一种用于发电的设备,其对限制全球变暖有贡献,并允许以可接受的效率产生大量电。

为此,本创造涉及一种发电设备,包括-第一热泵,设置有第一闭合回路,第一热传导流体在其中循环;以及在所述第一热传导流体与大气空气的气流之间的第一热交换器,在其中所述大气空气的气流向所述第一热传导流体传递肯定量的热;-至少一个其次热泵,设置有其次闭合回路,其次热传导流体在其中循环;以及在所述其次热传导流体与第三热传导流体之间的其次热交换器,在其中所述其次热传导流体向所述第三热传导流体传递肯定量的热;-用于从所述第一热传导流体向所述其次热传导流体传递肯定量的热的装置;-第三闭合回路,所述第三热传导流体在其中循环;-涡轮机,插置在所述第三闭合回路中,并由所述第三热传导流体驱动;-发电机,由所述涡轮机机械驱动。

所述发电设备还可以单独地或者以任何技术上可能的组合方式具有一个或多个以下特性-用于从所述第一热传导流体向所述其次热传导流体传递肯定量的热的所述装置包括第三热泵,设置有第四闭合回路,第四热传导流体在其中循环;在所述第一热传导流体与所述第四热传导流体之间的第三热交换器,所述第一热传导流体在其中向所述第四热传导流体产出肯定量的热;以及在所述第四热传导流体与所述其次热传导流体之间的第四热交换器,所述第四热传导流体在其中向所述其次热传导流体产出肯定量的热;-所述第一热传导流体在所述第三热交换器入口处具有在18到22巴之间的压力和在220到270之间的温度,所述第一热传导流体在所述第一热交换器入口处具有在2到6巴之间的压力和0到20之间的温度;-所述第四热传导流体在所述第四热交换器入口处具有在17到22巴之间的压力和在290到330之间的温度,所述第四热传导流体在所述第三热交换器入口处具有在2到6巴之间的压力和在30到70之间的温度;-所述其次热传导流体在所述其次热交换器入口处具有在13到17巴之间的压力和在340到390之间的温度,所述其次热传导流体在所述第四热交换器入口处具有在1到5巴之间的压力和在90到130之间的温度;-所述第三闭合回路包括第一和其次环路,所述第三热传导流体在其中循环;所述第一和其次环路中的每一个环路都具有热线,将所述其次热交换器的出口与所述涡轮机的高压入口相连接;所述第一环路具有第一反馈线,将所述涡轮机的低压出口连接到所述其次热交换器的入口;所述其次环路具有在所述第一热传导流体与所述第三传导流体之间的、所述第三热传导流体在其中向所述第一热传导流体产出肯定量的热的中间热交换器,将所述涡轮机的低压出口连接到所述中间热交换器入口的中间线,以及将所述中间交换器的出口与所述其次热交换器的入口相连接的其次反馈线;-所述第一热传导流体主要包括丙烷;-所述其次热传导流体主要包括己烷;-所述第四热传导流体主要包括丁烷;-所述第三热传导流体主要包括水。

参考所附的单个附图,依据以下作为说明的非限制性具体描述,本创造的其他特点和优点会变得明显,附图示出了依据本创造的发电设备。

详细实施例方式附图中所示的设备旨在用于发电。

其包括插置在水蒸汽回路中的汽轮机,借助串联设置的几个热泵来获得向涡轮机供应高压水蒸汽所需的热。

因此,产生高压蒸汽所需的热量主要取自于大气。

更详细地,发电设备包括-第一、其次和第三热泵3、5和7;-水蒸汽回路9;-汽轮机11,插置在水蒸汽回路9中;-发电机13,由涡轮机11机械驱动。

第一热泵3包括第一闭合回路15,第一热传导流体在其中循环;在第一热传导流体与大气空气之间的第一热交换器17,压缩机19和膨胀阀21。

第一热传导流体主要包括丙烷。

有利地,第一热传导流体是工业纯丙烷。

第一热交换器17包括第一侧,大气空气在其中循环;以及其次侧,丙烷在其中循环。

优选地,所述设备包括用于迫使空气在热交换器17的第一侧循环的装置。

这些装置例如可以包括风扇或者任何类型的类似装置。

其次热泵5包括其次闭合回路23,其次热传导流体在其中循环;在其次热传导流体与在水蒸汽回路9中循环的流体之间的其次热交换器25;压缩机27和膨胀阀四。

其次热传导流体主要包括己烷。

例如,其次热传导流体是工业纯己烷。

其次热交换器25包括第一侧,其次热传导流体在其中循环;以及其次侧,水在其中以液体或蒸汽形式循环。

水构成了第三热传导流体。

在水蒸汽回路9中循环的水以蒸汽形式经由入口31并以液体形式经由入口33进入热交换器25,接收其次热传导流体产生的热,并以蒸汽形式经由出口35和37离开热交换器25。

第三热泵7包括第三闭合回路39,第四热传导流体在其中循环;在所述第四热传导流体与第一热泵3的第一热传导流体之间的第三热交换器41;在所述第四热传导流体与其次热泵5的其次热传导流体之间的第四热交换器43;压缩机45和膨胀阀47。

热交换器41具有第一侧,第一热传导流体在其中循环;以及其次侧,第四热传导流体在其中循环。

第四热交换器43具有第一侧,第四热传导流体在其中循环;以及其次侧,其次热传导流体在其中循环。

第四热传导流体优选地主要包括丁烷。

例如,第四热传导流体是工业纯丁烷。

水蒸汽回路9包括第一和其次环路49和51。

相同的热传导流体在两个环路中循环。

第一环路49包括第一热线53,将其次热交换器的蒸汽出口35与涡轮机11的高压入口55相连接。

第一环路还包括反馈线57,将涡轮机的低压出口59与其次热交换器的蒸汽入口31相连接。

第一环路49还包括插置在第一热线53上的压缩机61。

水蒸汽回路的其次环路51包括其次热线,将热交换器25的其次蒸汽出口37与汽轮机的高压入口55相连接。

其次环路还包括在第一热传导流体与第三热传导流体之间的中间热交换器65,将汽轮机的低压出口59与中间交换器的入口69相连接的中间线67,以及将中间交换器的出口73与其次热交换器25的液体入口33相连接的其次反馈线。

其次环路还包括插置在反馈线71上的压缩机75。

中间交换器65包括第一侧,第一热传导流体在其中循环;以及其次侧,第三热传导流体在其中从入口69到出口73循环。

闭合回路15将压缩机19的排放口与热交换器41的第一侧的入口相连接。

回路15还将所述第一侧的出口与膨胀阀21的入口相连接。

膨胀阀21的出口由回路15与热交换器17的其次侧的入口相连接。

该回路还将交换器17的其次侧的出口与交换器65的第一侧的入口相连接,并将交换器65的第一侧的出口与压缩机19的抽吸口相连接。

第一热传导流体在交换器17的出口与交换器41的入口之间是气态的。

它在交换器41的出口与交换器17的入口之间是液态的。

在交换器17中,第一热传导流体与在该交换器的第一侧循环的空气热接触。

空气向第一热传导流体传热。

第一热传导流体在通过第一热交换器17时被汽化。

在中间交换器65中,在该交换器的第一侧上循环的第一热传导流体与在该交换器的其次侧上循环的蒸汽进行热接触。

蒸汽在通过中间交换器时至少部分地被冷凝,并向第一热传导流体传热。

在热交换器41的第一侧上循环的第一热传导流体与在交换器41的其次侧上循环的第四热传导流体进行热接触。

第一热传导流体在通过交换器41时被冷凝,并向第三热传导流体传热。

第三闭合回路39将压缩机45的排放口与热交换器43的第一侧上的入口相连接。

它还将热交换器43的所述第一侧的出口与膨胀阀47的入口相连接。

闭合回路39还将膨胀阀47的出口与热交换器41的其次侧的入口相连接。

最终,回路39将交换器41的所述其次侧的出口与压缩机45的抽吸口相连接。

如上指出的,第四热传导流体在通过热交换器41时与第一热传导流体进行热接触,所述第四热传导流体从其接收热量。

第四热传导流体在热交换器41中被汽化。

第四热传导流体在通过热交换器43的第一侧时与在交换器43的其次侧上循环的其次热传导流体进行热接触。

第四热传导流体在通过热交换器43时被冷凝,并向其次热传导流体传热。

第四热传导流体在热交换器41的其次侧的出口与热交换器43的第一侧的入口之间处于气态。

它在交换器43的第一侧的出口与交换器41的其次侧的入口之间处于液态。

其次闭合回路23将压缩机27的排放口与热交换器25的第一侧的入口相连接。

它还将热交换器25的第一侧的出口与膨胀阀四的入口相连接。

回路23还将膨胀阀四的出口与交换器43的其次侧的入口相连接,并将所述其次侧的出口与压缩机27的抽吸口相连接。

其次热传导流体在通过热交换器43的其次侧时与第四热传导流体进行热接触。

它在通过交换器43时从第四热传导流体接收热量并被汽化。

其次热传导流体在热交换器25中与第三热传导流体进行热接触。

当通过热交换器25的第一侧时,它被冷凝并向第三热传导流体传热。

其次热传导流体在交换器43的其次侧的出口与热交换器25的第一侧的入口之间处于气态。

它在热交换器25的第一侧的出口与热交换器43的其次侧的入口之间处于液态。

热交换器25例如是双区交换器,第一区允许加热在第一环路中循环的蒸汽,其次区允许汽化在其次环路中循环的水。

在热交换器25的第一侧上循环的其次热传导流体首先被设置为与在其次环路中循环的流体进行热接触,随后设置为与在第一环路中循环的流体进行热接触。

热交换器25的其次侧包括两个分别的回路,一个回路在入口33与出口37之间,另一个回路在入口31与出口35之间。

在这两个回路中的流体是分别的。

水在出口35与涡轮机的高压入口之间的第一环路中处于蒸汽状态。

它在涡轮机的低压出口59与其次热交换器的入口31之间处于接近于饱和温度的蒸汽状态。

在其次环路中,水在其次热交换器的出口37与涡轮机的高压入口55之间处于蒸汽状态。

它在涡轮机的低压出口59与中间交换器65的入口69之间处于接近于饱和温度的蒸汽状态。

蒸汽在交换器65中至少部分地被冷凝。

水在压缩机75的排放口与其次热交换器的入口33之间是液体形式。

现在将具体描述上述设备的运行。

在热交换器17的其次侧上循环的大气空气向第一热传导流体传送其热量。

例如,大气空气在交换器17的入口与出口之间具有12的温度差。

大气空气的流量约为1百万3。

例如,空气在交换器17的入口处具有12的温度,在交换器17的出口处具有0的温度。

第一闭合回路15中的丙烷的流量约为40。

丙烷在交换器17中被汽化。

它具有4巴的压力,在交换器17的入口处温度是0或者约为0,在交换器17的出口处温度是10。

丙烷在中间交换器65中被加热。

它在中间交换器65的出口处具有4巴的压力及约为179的温度。

丙烷由压缩机19压缩,且在压缩机19的排放口具有20巴的压力,及约为对51的温度。

当通过热交换器41时,丙烷被冷凝。

在热交换器41的出口处,它具有约20巴的压力和约60的温度。

丙烷最终在通过膨胀阀21时经过膨胀,在这个阀的出口处具有4巴的压力和约0的温度。

在第四闭合回路39中循环的丁烷在热交换器41的入口处具有4巴的压力和约为50的温度。

它在通过这个交换器时被汽化并在出口处具有4巴的压力和或者约为240的温度。

丁烷随后由压缩机45压缩为19巴的压力和约310的温度。

它在通过热交换器43时被冷凝,且在热交换器43的出口处具有约为19巴的压力和约为116的温度。

丁烷随后在通过膨胀阀47时被膨胀为4巴的压力和约50的温度。

在第四闭合回路中的丁烷流量约为52。

在其次闭合回路23中己烷的流量约为50。

的温度。

己烷在热交换器43中被汽化,的温度。

己烷随后由压缩机27压缩为15巴的压力和365的温度。

己烷在通过热交换器25时被冷凝并在通过膨胀阀四时经过膨胀。

。

在第一环路中的水流量约为62,。

在其次热交换器的入口31处,在第一环路中循环的蒸汽具有9巴的压力和约为180的温度。

它在通过热交换器25时被过度加热,在出口35处的蒸汽具有9巴的压力和约为360的温度。

蒸汽由压缩机61压缩为30巴的压力和405的温度。

在其次环路中循环的水在其次热交换器的出口33处具有30巴的压力和约为180的温度。

该水在热交换器25中被汽化成约为370的温度和约为30巴的压力。

第一和其次环路都连接到涡轮机的相同入口55。

作为变型,它们可以连接到不同的入口。

蒸汽驱动涡轮机且同时经过膨胀。

它在涡轮机的低压出口处具有9巴的压力和约为180的温度。

蒸汽被再分为两个气流,部分流向第一环路的反馈线57,部分流向其次环路的中间线67。

蒸汽在中间交换器65中至少部分地被冷凝,压力和温度基本保持恒定。

在压缩机75的入口处的水具有9巴的压力和180的温度,它在所述压缩机的排放口处具有30巴的压力的180的温度。

设备的能量平衡如下大气空气向丙烷传递约3700000卡小时。

丙烷在中间交换器中接收约1660000卡小时。

在被压缩机19压缩时,它还接收约550000卡小时。

丙烷向热交换器41中的丁烷传递约5900000卡小时。

丁烷随后在被压缩机45压缩时接收约600000卡小时,它在交换器43中传递约6500000卡小时。

己烷在被压缩机27压缩时接收约600000卡小时。

它在热交换器25中向水传递约7000000卡小时。

此外,在第一环路中循环的水在被压缩机61压缩时接收约550000卡小时。

没有考虑在被压缩机75压缩时由在其次环路中循环的水接收的能量。

因此,在考虑由其次环路的蒸汽在中间交换器65中传递的热量的状况下,供应给涡轮机的能量约为6000000卡小时。

涡轮沟通发电机组件11和13电产率约为70%。

沟通发电机13因此产生约4000200卡小时的电,即4900的电功率。

不同压缩机19、27、45、61和75的电消耗分别为750、900、900、800、20。

准备用于迫使大气空气通过交换器17循环的风扇的消耗估量为约100。

发电设备因此具有约1400的正能量平衡。

前述发电设备具有多个优点。

由于该设备包括-第一热泵,设置有第一闭合回路,第一热传导流体在其中循环;以及在所述第一热传导流体与大气空气气流之间的第一热交换器,在其中所述大气空气气流向所述第一热传导流体传递肯定量的热;-至少一个其次热