[發明專利]與吸收式冷凍機形成一體的蘭金循環

有效

• 申請號: 201110346496.4
• 申請日: 2011-10-28
• 公開（公告）號: CN102454441A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發明（設計）人: S·W·弗羅因德
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10;F25B27/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 朱鐵宏;楊楷

技術領域

所述的系統和技術包括涉及使用廢熱生成動力(或發電)的實施例。更具體而言，本公開內容涉及使用閉環整體二氧化碳(CO₂)蘭金循環的動力生成系統。它們還包括涉及與蘭金循環形成一體的閉環吸收式冷凍機循環的實施例。本發明還包括涉及使用廢熱來改善動力生成系統效率的實施例。

背景技術

作為用于蘭金循環的超臨界工作流體的CO₂公知有優于有機流體的優點。這些優點包括高穩定性，以及降低的或最大限度減小的可燃性，以及在環境方面可接受的特性，例如，大致無毒的屬性。然而，當環境溫度接近30攝氏度的臨界溫度時，尤其是在夏季期間，用于動力生成的CO₂蘭金循環可能會經歷性能損失。類似于非水流體，CO₂由于其不能容易地在循環冷端處冷凝，故通常不會采用。這歸因于以下事實：CO₂的臨界溫度太高而不容許在溫暖環境條件也即在大約15攝氏度至大約25攝氏度的溫度下冷凝。為了將冷凝器冷卻至30攝氏度以下，可能需要溫度遠低于30攝氏度的冷卻介質。此種屬性可能很重要，因為冷卻至30攝氏度以下可促進冷凝和隨后將處于液態的CO₂泵送至高壓。

在一般的環境溫度，(大約20攝氏度至大約25攝氏度)，幾乎不可能使用空氣或水來將CO₂冷卻至30攝氏度以下。作為備選，可使用制冷系統來冷卻冷凝器和在高于環境溫度的溫度下排放冷凝熱。機械的蒸氣壓縮制冷系統也可采用。這些制冷系統將以相對較高的效率在預期的溫度條件下操作。然而，為了冷卻冷凝器可能需要冷凍機，例如水冷凍機。冷凍機可能需要每千克CO₂每秒大約10千瓦至大約20千瓦的數量級的功率，以便提供所需的冷卻和冷凝。給定在循環中每單位功率產生的CO₂高質量流，則這種寄生負載將相當于嚴重的性能損失，可能使整個系統效率太低而成本效益不合算。

為了使受益于CO₂的特定優點的用于廢熱回收的蘭金循環系統商業化，故需要一種冷凝器冷卻系統在高于20攝氏度的環境溫度下操作。不同于備選系統，該系統在使用吸收循環中不會顯著地影響性能。當電力可以高價出售時，該系統將能夠在可能與高峰需求重合的較高溫度的時間期間產生更多電力。

鑒于這些考慮，用于冷卻和冷凝CO₂的新型工藝將在本領域中受到歡迎。這些新型工藝還將能夠經濟地實現，且將與其它動力生成系統兼容。

發明內容

本發明的一個實施例提供了一種動力生成(或發電)系統。該系統包括與吸收式冷凍機循環形成一體的二氧化碳廢熱回收蘭金循環。蘭金循環包括冷凝器和解吸器。蘭金循環的冷凝器作用為用于吸收式冷凍機循環的蒸發器。蘭金循環和吸收式冷凍機循環可在解吸器處形成一體。

本發明的另一實施例涉及一種動力生成系統。該系統包括蘭金循環第一工作流體循環回路，包括加熱器、膨脹器、回流換熱器、第一工作流體冷凝器、解吸器、第一工作流體泵，以及包括CO₂的第一工作流體。蘭金循環與包括第二工作流體循環回路的吸收式冷凍機循環形成一體。吸收式冷凍機循環包括蒸發器、吸收器、第二工作流體泵、解吸器、第二工作流體冷凝器，以及包括制冷劑的第二工作流體。蘭金循環和吸收式冷凍機循環在解吸器處形成一體。蘭金循環的冷凝器可用作吸收式冷凍機循環的蒸發器。