[发明专利]通过热泵原理的利用提高冷却剂入口温度来增加热电联产电厂效率的方法和装置

说明书

用于提高低温或高温加热系统的效率的方法和装置。所述装置包括：用于热电联产的主热量释放机组(即具有燃料电池(FC)或内燃机(ICE)的联产机组)和利用来自周围环境(A)中的可用的废弃物/可再生能源热源(HS)至少一者的至少一个次热量释放机组(即热泵(HP))，其中所述热泵产生的热量优选地用于预热闭环加热系统的回流管线中的传热介质，以及其中主热量释放机组用于将传热介质加热到配热网的所需温度水平。根据本发明的装置可包括一个或多个相同或不同类型的热泵(HP)，以及串联、并联或级联连接回路中的一个或多个主热量释放机组。

技术领域

本发明的主要目的涉及通过采用利用可用的可再生低温热源(即：来自周围环境/地面)的热泵原理来增加联产和/或三联产电厂的加热/冷却功率的方法和装置，其中由热泵原理的利用而产生的热量优选地用于预热，更具体地，用于提高配热网的回流管线中的传热介质的温度(即区域供暖)。

背景技术

现有技术中使用的热泵在许多设计中用于通过利用废热回收和可再生热源来增强热电联产系统的加热功率。根据US20100003552的方案公开了一种燃料电池，其具有利用燃料电池废热源(即废气)的内置热泵，其中所提出的方案的关键缺陷在于将燃料电池产生的废热用于热泵原理的利用。因此，与本文公开的方案相比，由于传热介质的高温，该热泵的能效比(coefficient of performance，COP)较差。重要的是要注意，在US20100003552中利用热泵将燃料电池的热量升级到传热介质的所需温度水平，相反，本文公开的方案是将来自周围环境的可再生热源用于热泵原理的利用，其中目标温度是通过利用主热量释放机组/主热量释放源(即高温热量水平下的燃料电池废热源)实现的。此外，现有技术还包括许多其他方案，例如EP2299098，DE2009002103和US20060059911。

根据EP2299098的方案公开了一种由燃气或液体燃料驱动的联产系统，其具有用于废热源利用的内置热泵。EP2299098没有教导或公开可以使本领域技术人员为了提高热泵的功率转换的整体效率和COP而将由热泵产生的热量引入配热回路的回流管线的任何暗示。

类似地，根据US20060059911的方案包括具有内置热泵的联产机组，所述内置热泵用于可再生热源的利用。与本文所公开的方案形成对比，该热泵产生的热量不是为了将冷却剂介质的入口温度提高到其最大允许值而用于将热量升级和提高配热回路的回流管线中的传热介质的温度，而只是将可再生能源(即地面环路)的所升级的热量引入储罐作为配热回路的热源。因此，所公开的方案的COP和总效率显着低于本文公开的方案。同样，也没有可以引导本领域技术人员实现本文公开的方案的任何暗示。

如本文所解释的方案所公开的，根据专利DE 10 2012 106894和DE 39 12 113所公开的方案的主要缺点在于：没有公开将蒸发器和废热源回收机组与闭环回路连接以用于直接废热利用的任何暗示。

发明内容

联产和三联产系统、热泵、燃气轮机、发电机以及热力发动机或内燃机或外燃机是公知的用于将主能量转换成机械能或电能再转化为热能的过程的装置。因此，在本专利申请中没有对这些过程的操作进行具体地解释。类似地，用于将主能源转换成电能再转化为热能的燃料电池堆的联产系统和用于将热量从较低温度水平泵送到较高温度水平的热泵是现有技术中公知的技术方案，因此，在本专利申请的上下文中也没有具体地解释这些程序和过程的操作。