[发明专利]热量转化为实用形式的方法和装置

说明书

发明背景

本发明涉及实现热动力循环，将热能转化为实用形式。

在大多数热电站中在燃烧炉中产生的高温热量(热能)转化成机械能然后成电能是基于应用朗肯循环(Rankine cycle)。美国专利No.4,899,545和No.4,732,005描述了基于采用多组分工作流体的热能力循环过程。这些过程基本上不同于朗肯循环，并提供较高的效率。在US 4,899,545中描述的装置采用一个蒸馏塔，一种相对电力工业来说是复杂而不寻常的组成。

发明概述

本发明一方面，总的提供一种实现热动力循环的方法和装置。气体工作流膨胀，将其能量转化成实用形式，并形成膨胀气体流。从膨胀气体流中分离出一蒸馏流，并被并入到具有比包含在该蒸馏流中较多含量的高蒸发成分的稀流中，构成混合的蒸馏/稀流。该混合的蒸馏/稀流至少部分地被冷凝。至少部分的呈冷凝形式的混合的蒸馏/稀流被加入到下一次工作流中，该下一次工作流包括的浓流具有比包含在该蒸馏流中较少的高蒸发成分含量。该下一次工作流然后被在混合的蒸馏/稀流形成随后膨胀的气体工作流之前在冷凝中释放的热量再生加热。

本发明的某些装置可是一个或数个下列特点。在某些装置中，下一次工作流被再生加热后用外热加热，以形成气体工作流。至少部份的呈冷凝形式的混合的蒸馏/稀流在加入到下一次工作流之前被外热加热到蒸气状态，而下一次工作流在混合时处于蒸气状态。当混合的蒸馏/稀流加入到下一次工作流时，至少部分的呈冷凝的混合的蒸馏/稀流及下一次工作流呈液体状态。第一部份的混合蒸馏/稀流以液态加入，而第二部份的混合蒸馏/稀流被加热到蒸气状态，并以蒸气状态加入下一次工作流内。膨胀气体流的剩余部分(除了蒸馏流之外)，可经历一次或多次再加热而膨胀，以获得更多的有用功。稀流和浓流由耗尽流产生。蒸馏流在并入稀流之前，通过在用外热加热下一次工作流之前将热量传给下一次工作流来冷却。混合的蒸馏/稀流在部分冷凝以后并在加入到下一次工作流之前被分离成液体成分和蒸气成分。蒸气成分通过将热量传给下一次工作流来冷凝，以产生冷凝的蒸气成分，然后加入到下一次工作流中。至少部分液体成分通过自混合的蒸馏/稀流的部份冷凝的传热被加热。部分液体成分作为液体加入到下一次工作流中，部分液体成分转换成蒸气作为蒸气加入到下一次作流中。下一次工作流通过自混合蒸馏/稀流的传热转变成蒸气。来自剩余的膨胀气体流的热量被用于再生加热下一次工作流和稀流。来自蒸馏流的热量被用于再生加热下一次工作流。

另一方面，总的来说，本发明的特点在于提供一种实现热动力循环的不同方法和装置。气体工作流膨胀，将其能量转化为一种有用的形式，并产生一耗尽流。该耗尽流被分离成稀流和剩余耗尽流，前者具有的高蒸发成分含量比后者所包含的多。一补充流被加到该剩余耗尽流中，以形成混合的补充/剩余耗尽流，它然后被冷凝以产生一冷凝的剩余耗尽流，该冷凝的剩余耗尽流被分离成一浓流和该补充流，浓流具有的高蒸发成分含量比该耗尽流中所包含的低，补充流具有的高蒸发成分含量比该浓流多。

本发明的某些装置可具有一个或多个下列特点。该耗尽流被部分冷凝成液体和蒸气成分，它们然后被分离，蒸气成分为该剩余耗尽流。该液体成分被部分地蒸发，并被分离成液体形式的稀流和蒸气流，该蒸气流在初次部分冷凝之前被添加到该耗尽流。

从该冷凝的剩余流中还分离第二补充流，并将第二补充流添加到该混合的补充/剩余流中。该冷凝的剩余流被分离成第一和第二流；该第一流被再生加热以部分地蒸发；此后自该第一流中分离出液体成分，以形成该第二补充流。自该第一流中分离的蒸气成分被添加到该第二流中；该第二流被再生加热，以部分蒸发；此后，自该第二流中分离出第二流液体成分，并被用于形成第一补充流。该第二流液体成分被再生加热，以部分蒸发，此后，从第二流液体成分中分离出另一液体成分，并被用于形成第一补充流。自该第二流液体成分中分离出的蒸气与该另一液体成分混合，形成该浓流。