[发明专利]与吸收式冷冻机形成一体的兰金循环

说明书

技术领域

所述的系统和技术包括涉及使用废热生成动力(或发电)的实施例。更具体而言，本公开内容涉及使用闭环整体二氧化碳(CO₂)兰金循环的动力生成系统。它们还包括涉及与兰金循环形成一体的闭环吸收式冷冻机循环的实施例。本发明还包括涉及使用废热来改善动力生成系统效率的实施例。

背景技术

作为用于兰金循环的超临界工作流体的CO₂公知有优于有机流体的优点。这些优点包括高稳定性，以及降低的或最大限度减小的可燃性，以及在环境方面可接受的特性，例如，大致无毒的属性。然而，当环境温度接近30摄氏度的临界温度时，尤其是在夏季期间，用于动力生成的CO₂兰金循环可能会经历性能损失。类似于非水流体，CO₂由于其不能容易地在循环冷端处冷凝，故通常不会采用。这归因于以下事实：CO₂的临界温度太高而不容许在温暖环境条件也即在大约15摄氏度至大约25摄氏度的温度下冷凝。为了将冷凝器冷却至30摄氏度以下，可能需要温度远低于30摄氏度的冷却介质。此种属性可能很重要，因为冷却至30摄氏度以下可促进冷凝和随后将处于液态的CO₂泵送至高压。

在一般的环境温度，(大约20摄氏度至大约25摄氏度)，几乎不可能使用空气或水来将CO₂冷却至30摄氏度以下。作为备选，可使用制冷系统来冷却冷凝器和在高于环境温度的温度下排放冷凝热。机械的蒸气压缩制冷系统也可采用。这些制冷系统将以相对较高的效率在预期的温度条件下操作。然而，为了冷却冷凝器可能需要冷冻机，例如水冷冻机。冷冻机可能需要每千克CO₂每秒大约10千瓦至大约20千瓦的数量级的功率，以便提供所需的冷却和冷凝。给定在循环中每单位功率产生的CO₂高质量流，则这种寄生负载将相当于严重的性能损失，可能使整个系统效率太低而成本效益不合算。

为了使受益于CO₂的特定优点的用于废热回收的兰金循环系统商业化，故需要一种冷凝器冷却系统在高于20摄氏度的环境温度下操作。不同于备选系统，该系统在使用吸收循环中不会显著地影响性能。当电力可以高价出售时，该系统将能够在可能与高峰需求重合的较高温度的时间期间产生更多电力。

鉴于这些考虑，用于冷却和冷凝CO₂的新型工艺将在本领域中受到欢迎。这些新型工艺还将能够经济地实现，且将与其它动力生成系统兼容。

发明内容

本发明的一个实施例提供了一种动力生成(或发电)系统。该系统包括与吸收式冷冻机循环形成一体的二氧化碳废热回收兰金循环。兰金循环包括冷凝器和解吸器。兰金循环的冷凝器作用为用于吸收式冷冻机循环的蒸发器。兰金循环和吸收式冷冻机循环可在解吸器处形成一体。

本发明的另一实施例涉及一种动力生成系统。该系统包括兰金循环第一工作流体循环回路，包括加热器、膨胀器、回流换热器、第一工作流体冷凝器、解吸器、第一工作流体泵，以及包括CO₂的第一工作流体。兰金循环与包括第二工作流体循环回路的吸收式冷冻机循环形成一体。吸收式冷冻机循环包括蒸发器、吸收器、第二工作流体泵、解吸器、第二工作流体冷凝器，以及包括制冷剂的第二工作流体。兰金循环和吸收式冷冻机循环在解吸器处形成一体。兰金循环的冷凝器可用作吸收式冷冻机循环的蒸发器。