[发明专利]将低温热量变换成电能的方法和设备

说明书

本发明总的说来涉及将热能交换成机械能再变换成电能的技术领域。更具体地说，本发明涉及将低温热源的低温热变换成电能的方法和设备。

将低温热源的热能变换成电能的方法是能量生产的一个重要领域。目前有这样一种需要。美国专利US4548043描述了一种产生能量的方法，其中过热的带电复合工作流体通过一涡轮机直至它达到一废流的低温程度。废流的复合工作流体与一冷凝流相混合，混合流被冷凝以产生一初始复合流。然后用泵使该初始复合流增加压力，将之加热并送至一重力分离器。第一富化蒸汽部分与第一剥离流体部分相混合以产生一富化工作流体部分。第二富化蒸汽部分则与一第二剥离流体部分相混合以产生一贫工作流体部分。这贫和富的工作流体部分在被混合以形成复合工作流体之前分别被完全冷凝并用泵增加其压力。而带电的复合工作流体则被汽化及过加热。

本发明目的在于提供一种能提高这种低温热变换成电能的效率的方法和设备，使其超过标准兰金循环的效率。

本发明提供一种实施热力循环的方法，该方法包括下列步骤：

令一气态工质流膨胀，将其能量转变为有用的形式并产生废流；

将废流与贫流混合形成预冷凝流；

将预冷凝流冷凝，产生液态工质流；

用泵提高该液态工质流的压力；

用废流和贫流传来的热量部分地蒸发液态工质流；

从液态工质流形成汽流和第一液流；

将第一液流分离成第二液流和贫流；

将第二液流与汽流混合起来，以产生处于汽—液混合状态的富集流；和

以热交换器接收所说处于汽—液混合状态的富集流，用外热源传来的热量加热富集流，产生气态工质流。

本发明还提供一种实施热力循环的设备，该设备包括：

膨胀装置，用以使一种气态工质流膨胀，将其能量转变成有用形式并产生废流；

一第一料流混合器，用以将废流与贫流混合成预冷凝流

一冷凝器，用以冷凝预冷凝流，产生液态工质流；

一台泵，用以提高液态工质流的压力；

一重力分离器，用以从液态工质流形成汽流和第一液流；

一第一料流分离器，用以将第一液流分离成第二液流和贫流；

一第二料流混合器，用以将第二液流与汽流混合生成富集流，该集流处于汽—液混合状态；

一第一热交换器，用以接收所说处于汽—液混合状态的富集流，并用从外热源传来的热量加热富集流，以产生气态工质流；

一第二热交换器，用以用贫流传来的热量加热液态工质流；和

一第三热交换器，用以用废流传来的热量加热液态工质流。

虽然通常可用普通的外热源来与本发明的方法和设备配用，但本发明特别适宜变换来自低温地热海水或来自太阳池的低温热量。从下面对诸最佳实施例的说明可以看出，本发明的方法和设备能提高采用低温热源的能量循环中低温热变热成电能的效率。

图1是本发明方法和设备的一个实施例的原理图。

本发明是实施热力循环的一种新方法和设备。在本发明的方法中，气态工质流是经过膨胀的。此膨胀过程将工质流的能量转换成有用的形式并产生废流。最佳膨胀装置包括普通常用的涡轮机或涡轮机系。废流经冷凝产生液态工质流。冷凝器最好是现有技术中普通使用的那种。

从液态工质流形成富集流和贫流。富集流中的低沸点组分百分比含量最好高于液态工质流的。贫流的低沸点组分百分比含量最好低于液态工质流的。从液态工质流制造贫流和富集流可采用任何能从单种料流制造两种或多种具有不同组分的料流的普通设备。制备这些料流的装置最好是普通常用的重力分离器，例如普通的闪蒸箱。

富集流最好处于蒸汽状态或汽—液混合状态。贫流最好处于饱和状态或过冷液体状态。

富集流经加热形成气态工质流。该传热过程可经由普通的热交换器进行。加热源可采用任何传统形式的加热源，包括同流换热式热源或外热源。可用于本发明的外热源最好是那些温度低于大约400°F的外热源。特别理想的是那些温度低于250°F的外热源，例如低温地热海水或太阳池外热源。

本发明的方法最好加上这样一个步骤：废流在冷凝形成液态工质流之前先与贫流在第一料流混合器中混合。这种含贫流和废流的料流可以叫做预冷凝流。

本发明的方法最好加上这样一个步骤：用泵提高液态工质流的压力，并用废流和贫流传来的热量使液态工质流部分蒸发。为达到此目的可采用普通的泵和热交换器。