[發明專利]用于利用廢熱產生電力的方法和設備

無效

• 申請號: 200580047125.9
• 申請日: 2005-11-22
• 公開（公告）號: CN101107425A
• 公開（公告）日: 2008-01-16
• 發明（設計）人: T·N·森德爾
• 申請（專利權）人: 開利公司
• 主分類號: F01K25/08
• 分類號: F01K25/08;F01K1/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 曾祥夌;廖凌玲

發明背景

1.技術領域

本發明大體涉及用于利用來自動力裝置的廢熱產生電力的方法 和設備，并且特別涉及那些利用有機蘭金循環(Rankine?cycle)的方 法和設備。

2.背景信息

海洋和陸基動力裝置可產生溫度范圍為350至1850華氏度() 的廢氣產物。在多數應用中，廢氣產物排放到外界，而散失了熱能。 然而，在一些情況下，熱能被進一步利用。例如，來自工業燃氣輪 機(IGT)的廢氣的熱能已經用作驅動蘭金循環系統的能源。

蘭金循環系統可包括連接到發電機上的渦輪機、冷凝器、泵和 蒸氣發生器上。蒸氣發生器受熱源(如地熱能源)的控制。來自熱 源的能量傳遞到經過蒸氣發生器的流體。賦予能量的流體隨后向渦 輪機提供動力。在離開渦輪機后，流體流經冷凝器并隨后泵送回到 蒸氣發生器中。在陸基應用中，冷凝器典型地包括多個氣流熱交換 器，氣流熱交換器將熱能從水中轉移到外界空氣中。

在二十世紀七十年代和八十年代，美國海軍研究了一種蘭金循 環系統的海洋應用，稱為蘭金循環能量回收(RACER)系統。RACER 系統采用高壓蒸氣作為工作介質并且連接到驅動系統上，以便增大 驅動馬力。由于連接到驅動系統上，RACER不能用來向任何附件提 供動力；也就是說，如果驅動系統沒有運行，則RACER系統也是如 此。RACER系統從未充分地執行，并且該方案因與在海洋應用中使 用高壓蒸氣的相關難題而取消。

所需要的是一種能在海洋環境中使用的且用于利用來自動力裝 置的廢熱產生電力的方法和設備，以及一種克服了與現有技術系統 相關的難題的方法和設備。

發明概述

根據本發明，提供了一種用于在船舶上產生電力的方法和設備。 該方法包括步驟：(a)提供蘭金循環裝置，該裝置包括蒸發器、渦 輪發電機、冷凝器和制冷劑進給泵中的每一種中的至少一個，渦輪 發電機包括同發電機相連接的渦輪機；(b)在船舶的動力裝置的排 氣管道內設置一個或多個蒸發器；(c)運行動力裝置；和(d)選擇 性地泵送制冷劑經過蘭金循環裝置，其中離開蒸發器的制冷劑向渦 輪機提供動力，渦輪機又向發電機提供動力，以便產生電能。

本方法和設備提供了重要的優點。例如，燃燒其動力裝置內液 體礦物燃料的船舶的航程典型地受到其所能攜帶的燃料儲備的制 約。在多數現代船舶中，一部分燃料儲備用來運行產生電能的發電 裝置。因此，驅動需求和電能需求都動用了燃料儲備。本方法和設 備通過利用船舶動力裝置產生的廢熱而不是礦物燃料來發電，降低 了燃料儲備的要求。因此，船舶能夠攜帶較少燃料而具有相同的航 程，或者攜帶相同量的燃料而具有較大的航程。此外，較少的燃料 等同于較輕的重量，而較輕的重量能提高船舶速度。

如果考慮將被要求用于產生電能的礦物燃料的量，該電能可由 本發明通過廢熱產生，則很明顯的是，本發明提供了幾個其它的優 點。例如，利用船舶現有的主要動力裝置或輔助動力裝置來產生“N” 單位電功率所需的燃料重量遠遠超過能通過廢熱產生相同的“N”單 位電功率的現有ORC裝置的重量。此外，液體燃料的消耗改變了船 舶的浮力特性。現有ORC裝置的重量保持恒定，從而方便了船舶的 浮力控制。

對于那些利用放置在冷凝器內的回熱式熱交換器的實施方式， 本發明向設置在相對緊湊單元內的ORC裝置提供了增加效率的額外 益處。

本發明的又一個優點，起因于自船舶動力裝置的廢氣中排除的 熱能。廢氣的質量流量是體積流量和廢氣密度的函數。本方法和設 備使得廢氣較大地冷卻并因此增大廢氣密度。從而，充分地降低了 質量流量，并且充分地減少了船舶動力裝置排氣管道的要求尺寸。

根據對本發明附圖所示的最佳實施方式的具體介紹，將會清楚 本發明的這些以及其它目的、特點和優點。

附圖簡要說明

圖1是本發明ORC裝置的實施例的圖解透視圖，該ORC裝置 具有單個渦輪發電機。

圖2是本發明ORC裝置的實施例的圖解透視圖，該ORC裝置 具有一對渦輪發電機。

圖3是本發明ORC裝置的實施例的圖解透視圖，該ORC裝置 具有三個渦輪發電機和單個冷凝器。

圖4是本發明ORC裝置的實施例的圖解透視圖，該ORC裝置 具有三個渦輪發電機和一對冷凝器。

圖5是冷凝器的剖視平面視圖。