与吸收式冷冻机形成一体的兰金循环的制作方法

专利名称：与吸收式冷冻机形成一体的兰金循环的制作方法
技术领域：
所述的系统和技术包括涉及使用废热生成动力(或发电)的实施例。更具体而言， 本公开内容涉及使用闭环整体二氧化碳(CO2)兰金循环的动力生成系统。它们还包括涉及与兰金循环形成一体的闭环吸收式冷冻机循环的实施例。本发明还包括涉及使用废热来改善动力生成系统效率的实施例。
背景技术：
作为用于兰金循环的超临界工作流体的(X)2公知有优于有机流体的优点。这些优点包括高稳定性，以及降低的或最大限度减小的可燃性，以及在环境方面可接受的特性，例如，大致无毒的属性。然而，当环境温度接近30摄氏度的临界温度时，尤其是在夏季期间， 用于动力生成的CO2兰金循环可能会经历性能损失。类似于非水流体，(X)2由于其不能容易地在循环冷端处冷凝，故通常不会采用。这归因于以下事实ω2的临界温度太高而不容许在温暖环境条件也即在大约15摄氏度至大约25摄氏度的温度下冷凝。为了将冷凝器冷却至30摄氏度以下，可能需要温度远低于30摄氏度的冷却介质。此种属性可能很重要，因为冷却至30摄氏度以下可促进冷凝和随后将处于液态的(X)2泵送至高压。在一般的环境温度，(大约20摄氏度至大约25摄氏度)，几乎不可能使用空气或水来将(X)2冷却至30摄氏度以下。作为备选，可使用制冷系统来冷却冷凝器和在高于环境温度的温度下排放冷凝热。机械的蒸气压缩制冷系统也可采用。这些制冷系统将以相对较高的效率在预期的温度条件下操作。然而，为了冷却冷凝器可能需要冷冻机，例如水冷冻机。冷冻机可能需要每千克(X)2每秒大约10千瓦至大约20千瓦的数量级的功率，以便提供所需的冷却和冷凝。给定在循环中每单位功率产生的(X)2高质量流，则这种寄生负载将相当于严重的性能损失，可能使整个系统效率太低而成本效益不合算。为了使受益于(X)2的特定优点的用于废热回收的兰金循环系统商业化，故需要一种冷凝器冷却系统在高于20摄氏度的环境温度下操作。不同于备选系统，该系统在使用吸收循环中不会显著地影响性能。当电力可以高价出售时，该系统将能够在可能与高峰需求重合的较高温度的时间期间产生更多电力。鉴于这些考虑，用于冷却和冷凝(X)2的新型工艺将在本领域中受到欢迎。这些新型工艺还将能够经济地实现，且将与其它动力生成系统兼容。

发明内容
本发明的一个实施例提供了一种动力生成(或发电)系统。该系统包括与吸收式冷冻机循环形成一体的二氧化碳废热回收兰金循环。兰金循环包括冷凝器和解吸器。兰金循环的冷凝器作用为用于吸收式冷冻机循环的蒸发器。兰金循环和吸收式冷冻机循环可在解吸器处形成一体。本发明的另一实施例涉及一种动力生成系统。该系统包括兰金循环第一工作流体循环回路，包括加热器、膨胀器、回流换热器、第一工作流体冷凝器、解吸器、第一工作流体泵，以及包括CO2的第一工作流体。兰金循环与包括第二工作流体循环回路的吸收式冷冻机循环形成一体。吸收式冷冻机循环包括蒸发器、吸收器、第二工作流体泵、解吸器、第二工作流体冷凝器，以及包括制冷剂的第二工作流体。兰金循环和吸收式冷冻机循环在解吸器处形成一体。兰金循环的冷凝器可用作吸收式冷冻机循环的蒸发器。本发明的又一实施例涉及一种动力生成系统。该系统包括第一回路，该第一回路包括单式膨胀回热二氧化碳废热回收兰金循环，与包括吸收式冷冻机循环的第二回路形成一体。第一回路包括构造成用以接收液体CO2流并产生经加热的液体CO2流的回流换热器、 构造成用以接收经加热的液体CO2流并产生蒸发的CO2流的废热回收锅炉，以及构造成用以接收蒸发的CO2流并产生膨胀的CO2流的第一膨胀器。回流换热器还构造成用以接收膨胀的CO2流并产生较冷的CO2流。该系统还包括构造成用以接收较冷的CO2流并产生甚至更冷的CO2流的解吸器。冷却器构造成用以接收经冷却的CO2流并产生甚至更冷的CO2流，该更冷的CO2流具有在大约35摄氏度至大约55摄氏度的范围内的温度。相关的CO2冷凝器构造成用以接收冷却的CO2流，该冷却的CO2流能够使用CO2泵而泵送回到回流换热器。冷凝器与吸收式冷冻机循环的蒸发器形成一体。第二回路包括吸收式冷冻机循环的蒸发器， 其构造成用以接收大致为液体的制冷剂并产生蒸发的制冷剂；吸收器，其构造成用以接收蒸发的制冷剂并产生制冷剂和溶剂的第一溶液；其中，制冷剂和溶剂的第二溶液容纳在吸收器中。该系统还包括构造成用以接收第一溶液并增强其压力的制冷剂泵，其中，解吸器还构造成用以接收处于较高压力的第一溶液并产生蒸发的制冷剂和第二溶液。第一溶液中的制冷剂浓度大于第二溶液中的制冷剂浓度。相关的制冷剂冷凝器构造成用以接收蒸发的制冷剂并产生液体制冷剂，以及降压装置构造成用以接收液体制冷剂并降低其压力，以便进入蒸发器中。吸收式冷冻机循环的蒸发器能够将蒸发的制冷剂引导回到吸收器。本发明的附加实施例涉及另一动力生成系统。该系统包括第一回路，该第一回路包括双重膨胀回热二氧化碳废热回收兰金循环，与包括吸收式冷冻机循环的第二回路形成一体。第一回路包括废热回收锅炉，其构造成用以接收第一部分的液体αν流并产生经加热的第一部分的CO2流；第一膨胀器，其构造成用以接收经加热的第一部分的CO2流并产生膨胀的第一部分的CO2流；回流换热器，其构造成用以接收膨胀的第一部分的CO2流并产生较冷的第一部分的CO2流，其中，回流换热器还构造成用以接收第二部分的液体CO2流并产生热增强(也即经加热)的第二部分的CCV流；第二膨胀器，其构造成用以接收热增强的第二部分的CO2流并产生膨胀的第二部分的CO2流；解吸器，其构造成用以接收膨胀的第二部分的CO2流并产生较冷的第二部分的CO2流；冷却器，其构造成用以接收经冷却的第一部分和第二部分的CO2流以及产生甚至更冷的CO2流，该更冷的CO2流具有在大约35摄氏度至大约55摄氏度的范围内的温度；以及第一工作流体冷凝器，其构造成用以接收经冷却的CO2 流，与吸收式冷冻机循环的蒸发器形成一体。蒸发器能够产生液体CO2流，该液体CO2流可使用CO2泵而泵送回来作为第一部分和第二部分的CO2流。第二回路包括吸收式冷冻机循环的蒸发器，其构造成用以接收大致为液体的制冷剂并产生蒸发的制冷剂；吸收器，其构造成用以接收蒸发的制冷剂并产生制冷剂和溶剂的第一溶液，其中，制冷剂和溶剂的第二溶液容纳在吸收器中；第二工作流体泵，其构造成用以接收制冷剂和溶剂的第一溶液并产生压力增强的第一溶液，其中，解吸器还构造成用以接收压力增强的第一溶液并产生蒸发的制冷剂和第二溶液，其中，第一溶液中的制冷剂浓度大于第二溶液中的制冷剂浓度；制冷剂冷凝器，其构造成用以接收蒸发的制冷剂并产生液体制冷剂；降压装置，其构造成用以接收液体制冷剂并降低其压力以便进入蒸发器中。吸收式冷冻机循环的蒸发器能够将蒸发的制冷剂引导回到吸收器。本发明的另一实施例涉及一种包括与吸收式冷冻机循环形成一体的二氧化碳废热回收兰金循环的动力生成系统。该系统包括联合式兰金循环冷凝器和冷冻机循环蒸发
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本发明的这些及其它特征、方面和优点在参照附图阅览以下详细说明时将变得更好理解，在附图中图1为用于冷却和冷凝(X)2的示范性过程中的步骤的工艺流程框图；图2为在用于冷却和冷凝(X)2的另一示范性过程中的步骤的工艺流程框图；以及图3为用于冷却和冷凝(X)2的又一示范性过程中的步骤的工艺流程框图。零件清单100动力生成系统102 第一回路104 第二回路110 泵112 液体 CO2 流114中温回流换热器116热增强的液体CO2流117 由元件指定118废热回收锅炉119 由元件指定120 蒸发的CO2流122膨胀器124 CO2 流126 CO2流128解吸器130 CO2流131由元件指定132 冷却器133 由元件指定136 冷凝器138 液体(X)2 流140蒸发的制冷剂流142 吸收器144 溶剂146 制冷剂泵
148溶液150制冷剂冷凝器151较高的温度154溶液混合物156、流158降低装置160制冷剂流200动力生成系统202第一回路204第二回路210泵212液体 CO2 流214热回收锅炉216如由参考标号所指定217温度218蒸发的CO2流220第一膨胀器222轴224发电机226较冷的CO2流228回流换热器230较冷的CO2流232混合接头(joint)234液体 CO2 流236热蒸发的CO2流240轴242较冷的CO2流244解吸器246冷 CO2 流248冷却器250较低的温度251较高的温度252冷却的CO2流254冷凝器256液体 CO2 流258蒸发的制冷剂流260吸收器262溶剂264制冷剂泵
266第一溶液268制冷剂冷凝器269较低的温度270较高的温度272蒸发的制冷剂274冷凝的液体制冷剂276降压装置278制冷剂流300动力生成系统306附加回路362第二溶液364附加的热交换器366降压装置
具体实施例方式如文中在整个说明书和权利要求中所用那样，近似性文字可用于修饰任何数量表达，该数量表达可容许变化而不会导致其所涉及的基本功能的改变。因此，诸如"大约"的用语所修饰的值不限于所指定的精确值。在一些情况下，近似性文字可对应于测量该值的器具的精确度。同样，“没有"可与该用语结合使用，且可包括非实质的数目或痕量，同时仍认作是没有所修饰的用语。如本文所用，用语"可"和"可以"指的是在一组环境内出现的可能性；具有特定的性质、特性或功能。这些用语还可通过表述与所描述的动词相关的能力、性能或可能性中的一种或多种来描述另一动词。此外，“可"和"可以"的使用表示的是被修饰的用语显然适于、能够或适合所指出的性能、功能或用途，同时考虑了被修饰的用语在一些情况下有时可能不适用、不能或不适合。例如，在一些情况下，事件或性能可预计到，而在其它情况下，事件或性能可能不会发生，这种区别由用语"可"和"可以"获得。下文将描述本发明的一个或多个特定实施例。为了提供对这些实施例的简要描述，在说明书中可不描述实际实施方式的所有特征。应当认识到，在任何此种实际实施方式的开发中，如任何工程或设计项目中一样，必须作出许多特定实施方式的决定，以实现开发者的特定目标，例如遵循关于系统和有关商业的约束，这可从一种实施方式到另一种实施方式而有所变化。此外，应当认识到，此种开发工作可能很复杂和耗时，但对于受益于本公开内容的普通技术人员来说，仍为设计、制作和生产的常规事项。在介绍本发明各种实施例的元件时，用词〃 一个〃、‘‘一种〃和〃该〃意在表示存在一个或多个元件。用语"包括"、“包含"和"具有"旨在为包括性的，且意为可存在除所列元件外的附加元件。此外，用语"第一"、“第二"等在文中不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个元件与另一个元件区分开。本文公开的所有范围包括端点，且端点可相互结合。如本文所用，用语"第一"、“第二"等在文中不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个元件与另一个元件区分开。描述本发明的上下文中(尤其是在所附权利要求的上下文中)所使用的用语"一个"和"一种"和"该"以及类似的所指对象将认作是覆盖单数和复数两者，除非本文另外指出或与上下文冲突。本文所述的本发明的实施例解决了现有技术水平所提及的不足。这些实施例有利地提供了冷却和冷凝(X)2的改进系统。本文所述的冷却系统通过使用与吸收式冷冻机循环形成一体的兰金循环而满足了上述需求。该系统包括联合式兰金循环冷凝器和冷冻机循环蒸发器。本发明描述了基于吸收式制冷技术的系统，该技术容许CO2在膨胀后主要由来自于(X)2兰金循环的低等级废热驱动进行冷却和冷凝。使用本文所述的动力生成系统能够最大限度地减小或甚至消除与在较高环境温度下操作相关联的性能损失。(X)2兰金循环可提供在合适温度下足够的热来无缝地结合适合的吸收式冷冻机。本发明的一个实施例提供了一种动力生成系统。该系统包括与吸收式冷冻机循环形成一体的二氧化碳废热回收兰金循环。兰金循环包括冷凝器和解吸器。兰金循环的冷凝器作用为吸收式冷冻机循环的蒸发器。兰金循环和吸收式冷冻机循环在解吸器处形成一体。如本文所用，用语"形成一体"是指动力生成系统的一些元件结合到或共用于兰金循环和吸收式冷冻机循环两者。如本文所述，两个回路都使用共同的解吸器。单一装置或单元作用为兰金循环的冷凝器，且作为吸收式冷冻机循环的蒸发器。换言之，包括吸收式冷冻机循环的制冷剂的第二工作流体以冷凝作为单一装置的一部分的兰金循环的第一工作流体为代价而蒸发。冷凝器为通常通过将物质冷却来将其从其气态冷凝至其液态的装置或单元。如本文所述的兰金循环的冷凝器用于将第一工作流体(例如，二氧化碳)冷凝至液体二氧化碳。 如此一来，最终产生的热便由二氧化碳放出，并传递至在冷凝器中使用的制冷剂以便冷却二氧化碳。在冷凝器中使用以便冷却二氧化碳的制冷剂为吸收式冷冻机循环的工作流体。 制冷剂从在冷凝器中冷却的二氧化碳中吸收潜热，且制冷剂蒸发。因此，如上文所述，兰金循环的冷凝器也用作吸收式冷冻机循环的蒸发器。如本文所用，“兰金循环"为将热转变成功的循环。热从外部供给至通常使用水的封闭回路。这种循环产生在世界上所用的大部分电力。通常，在兰金循环中有四个过程。 在第一步骤中，工作流体从低压泵送至高压。在此阶段，流体为液体，且泵需要较少的输入能量。在第二步骤中，高压液体进入锅炉，在其中高压液体在恒压下由外部热源加热，以便成为蒸气。在第三步骤中，蒸气经由涡轮膨胀，从而生成动力。这降低了蒸气的温度和压力。 在第四步骤中，蒸气然后进入冷凝器，在其中蒸气在恒压下冷凝，以便成为饱和液体。然后， 该过程再次开始第一步骤。回流换热器通常为逆流能量回收热交换器，其用于从封闭过程中的相似流体回收或收回热以便使其循环。回流换热器例如在化学和处理行业中、在利用某些流体的包括兰金循环的各种热动力循环中，以及在吸收式制冷循环中使用。回流换热器的适合类型包括管壳式热交换器，以及板式热交换器。解吸器用于从溶液中除去制冷剂，而不会在热力方面使制冷剂弱化。可使用的适合类型的解吸器包括管壳式热交换器和可联接到精馏器柱上的再沸器。冷凝器为用于将蒸气冷凝成液体的热传递装置或单元。在一个实施例中，使用的冷凝器包括管壳式热交换器。冷却器为用于降低液体或蒸气的温度的热传递装置或单元。在一个实施例中，使用的冷却器为具有翅管的空气冷却式热交换器。本领域的技术人员将认识到的是，本文所述的回流换热器、冷凝器、冷却器和解吸器可单独地或共同地包括热交换器。如本文所用，短语"大致液体的制冷剂"通常是指液相和汽相制冷剂的两相混合物，其中液体质量部分相对较大。例如，蒸气组分的质量部分基于总体质量可为大约20%的
重量百分比。参看图1，基于本发明的一些实施例提供了一种动力生成系统100。系统100包括第一循环或"回路"102。第一回路102为用于废热回收的单式膨胀回热二氧化碳循环的实例。第一回路102与第二循环或回路104形成一体。第二回路104为吸收式冷冻机循环。 第一回路102可看作是从泵110开始。通常具有温度为大约10摄氏度至大约30摄氏度的液体CO2流112通过泵110泵送至中温回流换热器114，以便产生热增强的液体CO2流116， 其具有范围在大约100摄氏度至大约200摄氏度内的温度。如本文所用，用语"热增强" 是指蒸汽或液体具有的温度大于该蒸汽或液体当其进入特定系统元件或级时的温度。热增强的液体CO2流116然后穿过废热回收锅炉118，以便产生具有范围在大约 350摄氏度至大约500摄氏度内温度的蒸发CO2流120。在一些实施例中，废热回收锅炉可设有外部热源，例如，源于燃气轮机的热。在此情况下，热源可以较高温度(由元件117指定)进入废热回收锅炉118，且然后可以较低温度(由元件119指定)离开废热回收锅炉 118。蒸发的CO2流120然后穿过膨胀器122。蒸发的CO2流的温度和压力在膨胀过程中降低以形成CO2流124，其通常具有范围在大约60bar至大约IOObar内的压力，以及通常范围在大约250摄氏度至大约350摄氏度内的温度。膨胀器122可经由轴(图中未示出)连接到发电机上。较冷的0)2流124然后穿过中温回流换热器114。CO2流124在回流换热器中进一步冷却，以便形成冷却的CO2流126， 其通常具有范围在大约150摄氏度至大约250摄氏度内的温度。液体CO2流112 (泵送至回流换热器114)在其穿过回流换热器114时从CO2流124吸收可感测的热。如此一来，液体CO2流112的温度升高以形成热增强的CO2流116，也即具有比CO2流112更高温度的CO2 流。然后，CO2流126通常穿过解吸器128，以便形成较冷的CO2流130，其通常具有大约70摄氏度至大约120摄氏度范围内的温度。然后，CO2流130可穿过冷却器132以形成甚至更冷的CO2流134。流134通常(但不是总是)具有大约35摄氏度至大约55摄氏度的温度。在一些实施例中，冷却器132可提供有外部冷却措施，如水或环境空气。冷却源以较低的温度(由元件131指定)进入冷却器132，且以较高的温度(由元件133指定)离开冷却器132。然后，冷却的CO2流134可穿过冷凝器136，以便形成液体CO2流138，该液体CO2流138然后可泵送(例如，使用泵110)回到回流换热器114。以此方式，CO2兰金循环的第一回路102为封闭的。如上文所述，吸收式冷冻机循环104与第一回路102形成一体。第一回路的冷凝器136使用大致液体的制冷剂流160 (例如，水或氨)进行冷却。如此一来，制冷剂流160 在冷凝器136中蒸发，以便形成蒸发的制冷剂流140。因此，在一个实施例中，第一回路102 的冷凝器136作用为第二回路104的蒸发器136。蒸发的制冷剂流140然后可传送进入吸收器142中。
制冷剂在溶剂(图1中未示出)中的第二溶液通常包含在吸收器142中。(在一些实施例中，通过常规冷却措施，例如空气或水，使吸收器达到较低的温度。吸收器的温度保持在足以将第二溶液保持为液态的水平。)蒸发的制冷剂流140通常溶于第二溶液中，以便形成制冷剂在溶剂中的第一溶液144，其具有相对较低的压力，例如大约0. Ibar至大约 lObar，这取决于特定制冷剂的选择。第一溶液的温度通常处在大约20摄氏度至大约25摄氏度的范围内，且取决于例如第一溶液的压力(该压力可调整以便获得所选溶液的期望温度)。当溶于吸收器142中的溶剂中时，由蒸发的制冷剂流140所吸收的热可通过如上文所述那样用于将吸收器保持为较低温度的措施排至环境大气。然后，第一溶液144通常穿过制冷剂泵146，以便产生具有升高压力的第一溶液 148。压力在大约Ilbar至大约20bar的范围内。然后，第一溶液148可传送至解吸器128。 在解吸器中，来自于(X)2流126的热传递至第一溶液148。如此一来，CO2流1 作为相对较冷的(X)2流130离开解吸器128。在该过程中，第一溶液148中的制冷剂蒸发，且大部分与溶剂分离，以便形成第二溶液。然后，蒸发的制冷剂1 可从解吸器1 传送至制冷剂冷凝器150。制冷剂在溶剂中的第二溶液通常保持在解吸器128中。(第二溶液在制冷剂从第一溶液148蒸发时形成)。附加回路(有时称为"溶液回路"，在下文所述的图3中示出)可用于将第二溶液从解吸器传送至吸收器。附加回路还可包括附加的热交换器和阀，以便在第二溶液从解吸器传送至吸收器时保持其温度和压力。制冷剂冷凝器150提供经冷凝的液体制冷剂156。 在一些实施例中，制冷剂冷凝器150可设有外部冷却机构，例如，使用水或环境空气。这种类型的冷却剂流将以较低的温度149进入制冷剂冷凝器150，且以较高的温度151离开制冷剂冷凝器150。(再次的是，图中的元件代表处于不同温度水平的流。)然后，液体制冷剂流156可穿过降压装置158，在其中液体制冷剂流156其压力降低至例如大约7bar至大约9bar的范围。降压装置158可构成多种装置，例如节流阀或膨胀器。通过穿过降压装置158，流156成为相对较冷的制冷剂流160。然后，制冷剂流160用于冷凝进入蒸发器136的CO2流134，以便形成液体CO2流138。如此一来，制冷剂流160在热交换器136中蒸发，以便形成蒸发的制冷剂流140。然后，流140可再次穿过吸收器142， 以便形成第一溶液144，从而闭合回路104。第一溶液中的制冷剂的浓度通常大于第二溶液中的制冷剂的浓度。在一些实施例中，附加的热交换器可提供为用以将(X)2流加热至所需的温度。本领域的技术人员将认识到的是，热交换器可提供在第二回路中所需的位置处，以便保持回路的热平衡。在一个实施例中，附加热交换器可提供在冷凝器/蒸发器136与吸收器142之间。置于该位置的热交换器可用于调整(例如，升高)蒸发的制冷剂140的温度。在一个实施例中，系统使用工作流体在膨胀器中膨胀之后留下的热来加热解吸器。然而，在兰金循环构造未提供足够热或温度水平低于所需温度水平的实施例中，还可使用附加的热源。适合的附加热源包括例如由(X)2锅炉所生成的剩余废热；或由辅助的燃烧式锅炉所提供的热。在一些实施例中，离开解吸器的高压制冷剂蒸气和溶液混合物IM可穿过精馏器，在其中大部分的剩余制冷剂与溶液分离。然后，离开精馏器的制冷剂蒸气可穿过制冷剂冷凝器150。
制冷剂通常为水或氨。除非另外指出，压力值(例如，大约7bar至大约9bar)提供为对于氨的情形。(应当理解的是，该压力值对于其它类型的制冷剂例如水可为较低的)。 溶剂或为用于氨的水，或为溴化锂水溶液。参看图2，基于本发明的一些实施例提供了一种动力生成系统200。系统200包括第一回路202。第一回路202为用于废热回收的双重膨胀回热二氧化碳循环的实例。第一回路202与第二回路204形成一体。第二回路204为吸收式冷冻机循环。第一回路202通常从泵210开始。具有大约10摄氏度至大约30摄氏度的温度的液体CO2流212可经由泵 210泵送至废热回收锅炉214。在一些实施例中，废热回收锅炉214可设有外部热源，例如， 源于燃气轮机的热。热源以较高的温度217进入废热回收锅炉214，且以较低的温度216(如由参考标号所指定)离开废热回收锅炉214。CO2流212经加热以提供蒸发的CO2流218，其通常具有大约350摄氏度至大约500 摄氏度范围内的温度。然后，蒸发的CO2流218穿过第一膨胀器220，以便形成较冷的CO2 流226。蒸发的CO2流218的温度和压力通常在膨胀过程中降低至压力在大约60bar至大约IOObar的范围内，以及温度在大约250摄氏度至大约350摄氏度的范围内，以便产生较冷的CO2流226。第一膨胀器220可经由轴222连接到发电机224上。然后，较冷的CO2流 226穿过中温回流换热器228。CO2流226在穿过回流换热器228时进一步冷却，以便形成甚至更冷的CO2流230，该CO2流230通常具有大约50摄氏度至大约100摄氏度范围内的温度。然后，冷却的CO2流230可穿过混合接头232。与第一部分的液体CO2流212的传送并行(且有时与其同时地)，第二部分的液体 CO2流234经由泵210泵送至回流换热器228。来自于穿过回流换热器的CO2流226的热传递至第二部分的液体CO2流234，以便产生热的蒸发CO2流236，其具有通常在大约240摄氏度至大约340摄氏度范围内的温度。然后，蒸发的CO2流236可穿过第二膨胀器238。膨胀器238通常经由轴240的一部分而连接到发电机224上。通常具有大约150摄氏度至大约 200摄氏度范围内的温度的较冷CO2流242 (也即比蒸发的CO2流236更冷)从第二膨胀器 238流出，且然后穿过解吸器244，以便形成相对较冷的CO2流246。CO2流246可具有大约 70摄氏度至大约120摄氏度范围内的温度。然后，CO2流246可穿过混合接头232。两股 CO2流230和246可在接头232处混合，且然后穿过冷却器248。在一些实施例中，冷却器 248可如其它实施例所描述那样设有外部冷却机构。作为实例，冷却源可以较低的温度250 进入冷却器248，且以较高的温度251离开冷却器248。然后，通常具有大约30摄氏度至大约55摄氏度范围内的温度的冷却CO2流252可穿过冷凝器254，以便形成液体CO2流256， 其通常具有大约20摄氏度至大约30摄氏度范围内的温度，从而闭合第一回路202。吸收式冷冻机系统204与第一回路202形成一体。第一回路的冷凝器254通常使用大致液体的制冷剂流278 (例如，水或氨)进行冷却。如此一来，制冷剂流278通常在冷凝器254中蒸发，以便形成蒸发的制冷剂流258。因此，在一个实施例中，第一回路202的冷凝器254作用为第二回路204的蒸发器254。蒸发的制冷剂流258可传送进入吸收器260中。制冷剂在溶剂(图中未示出)中的第二溶液通常存在于吸收器260中。蒸发的制冷剂流258可溶于第二溶液中以形成制冷剂在溶剂中的第一溶液262，其具有范围在大约7bar至大约9bar内的压力，以及范围在大约20摄氏度至大约25摄氏度内的温度。(如对于前述实施例所述那样，温度和压力可针对给定情形和给定制冷剂而变化，且通常彼此相互依赖)。如上文在对图1的说明中所述，通过吸收器260从蒸发的制冷剂流258所吸收的热可排至环境大气。然后，第一溶液262可穿过冷却剂泵沈4以提高其压力。然后，较高压力的第一溶液266可穿过解吸器M4。来自于(X)2流242的热传递至解吸器244中的第一溶液沈6。如此一来，CO2流242然后可转变成离开解吸器244的较冷(X)2流M6。在该过程中，第一溶液 266中的制冷剂蒸发，且蒸发的制冷剂272从解吸器244传送至制冷剂冷凝器沈8。制冷剂在溶剂(图中未示出)中的第二溶液保持在解吸器M4中。(第二溶液通常在制冷剂从第一溶液266蒸发时形成)。下文在图3中描述的附加回路可用于将第二溶液从解吸器传送至吸收器。附加回路还可包括附加的热交换器和阀，以便在第二制冷剂溶液从解吸器传送至吸收器时保持其温度和压力。制冷剂冷凝器268提供冷凝的液体制冷剂274。在一些实施例中，如前文所述，制冷剂冷凝器268可设有外部冷却机构。因此，冷却源通常将以较低温度269进入制冷剂冷凝器沈8，且以较高温度270离开制冷剂冷凝器沈7。然后，液体制冷剂流274可穿过降压装置276，在其中液体制冷剂流274在大约15 摄氏度至大约20摄氏度范围内的温度下，其压力通常降低至大约7bar至大约9bar的范围。通过穿过降压装置276，该流形成为相对较冷的液体和蒸气制冷剂流278的两相混合物。然后，制冷剂流278可用于冷凝进入冷凝器2M的(X)2流252，以便形成液体(X)2流256。 如此一来，制冷剂流278在蒸发器254中蒸发，以便形成蒸发的制冷剂流258。蒸发器254 能够将蒸发的制冷剂引导回到吸收器260。如上文所述，第一制冷剂溶液中的制冷剂浓度基于所存在的溶剂量，通常大于第二制冷剂溶液中的制冷剂浓度。参看图3，根据一些实施例提供了一种动力生成系统300。如上文参照图1大致所述(在适合的情况下，使用相同的参考标号)，系统300包括第一回路102和第二回路104。 系统300还可包括附加回路306。如前文所述，附加回路306将第二溶液362从解吸器128 传送至吸收器142。附加回路306还可包括附加的热交换器364和降压装置366，以便在第二溶液362从解吸器1 传送至吸收器142时保持其温度和压力。在一个实施例中，本发明在相似或相同的环境条件下，相比于没有形成一体的吸收式冷冻机，向CO2兰金循环提供了大约10%的净功率益处。对于较高环境温度，该益处可增大，而在较冷的环境温度下该益处可较低，在此情况下没有吸收式冷冻机冷凝也是可行的。该冷凝系统可将较大的益处提供至用于废热回收的新型(X)2兰金循环，且可能够以较高效率在高于大约20摄氏度的环境温度下操作。尽管结合了多个实施例来详细描述本发明，但本发明并不限于这些公开的实施例。确切而言，本发明可进行修改，以结合任意数目的此前并未描述但与本发明的精神和范围相匹配的变型、备选方案、替换方案或等效布置。此外，尽管已经描述了本发明的多种实施例，但应当理解，本发明的方面可仅包括所述实施例中的一些。因此，本发明不应看作是由以上说明限制，而是仅由所附权利要求的范围来限制。
权利要求
1.一种动力生成系统，包括与吸收式冷冻机循环形成一体的二氧化碳废热回收兰金循环； 其中，所述兰金循环包括冷凝器和解吸器；其中，所述兰金循环的冷凝器作用为用于所述吸收式冷冻机循环的蒸发器；以及其中，所述兰金循环和所述吸收式冷冻机循环在所述解吸器处形成一体。
2.一种动力生成系统，包括兰金循环-第一工作流体循环回路，其包括加热器、膨胀器、回流换热器、第一工作流体冷凝器、解吸器、第一工作流体泵，以及包括(X)2的第一工作流体；与以下的吸收式冷冻机循环形成一体包括第二工作流体循环回路的吸收式冷冻机循环，其自身包括蒸发器、吸收器、第二工作流体泵、解吸器、第二工作流体冷凝器，以及包括制冷剂的第二工作流体；其中，所述兰金循环和所述吸收式冷冻机循环在所述解吸器处形成一体；以及其中，所述兰金循环的冷凝器作用为所述吸收式冷冻机循环的蒸发器。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述兰金循环-第一工作流体循环回路还包括冷却器。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述吸收式冷冻机循环还包括至少一个热交换器。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述吸收式冷冻机循环还包括附加的流体回路用以在所述解吸器与所述吸收器之间输送所述制冷剂在溶剂中的溶液。
6.一种动力生成系统，包括第一回路，其包括单式膨胀回热二氧化碳废热回收兰金循环，与包括吸收式冷冻机循环的第二回路形成一体，其中，所述第一回路包括回流换热器，其构造成用以接收液体(X)2流并产生热增强的液体(X)2流； 废热回收锅炉，其构造成用以接收所述热增强的液体(X)2流并产生蒸发的(X)2流； 第一膨胀器，其构造成用以接收所述蒸发的(X)2流并产生膨胀的(X)2流； 其中，所述回流换热器还构造成用以接收所述膨胀的(X)2流并产生较冷的(X)2流； 解吸器，其构造成用以接收所述较冷的(X)2流并进一步降低其温度； 冷却器，其构造成用以接收冷却的(X)2流并产生甚至更冷的(X)2流，所述甚至更冷的(X)2 流具有范围在大约35摄氏度至大约55摄氏度内的温度；以及CO2冷凝器，其构造成用以接收冷却的(X)2流并产生液体(X)2流，所述液体(X)2流能够使用(X)2泵来泵送回到所述回流换热器，其中，所述冷凝器与吸收式冷冻机循环的蒸发器形成一体；其中，所述第二回路包括所述吸收式冷冻机循环的蒸发器，其构造成用以接收大致为液体的制冷剂并产生蒸发的制冷剂；吸收器，其构造成用以接收所述蒸发的制冷剂并产生所述制冷剂和溶剂的第一溶液， 其中，所述制冷剂和所述溶剂的第二溶液包含在所述吸收器中； 制冷剂泵，其构造成用以接收所述第一溶液并增大其压力；其中，所述解吸器还构造成用以接收具有升高的压力的所述第一溶液，并产生蒸发的制冷剂和所述第二溶液；其中，所述第一溶液中的所述制冷剂的浓度大于所述第二溶液中的所述制冷剂的浓度；制冷剂冷凝器，其构造成用以接收所述蒸发的制冷剂并产生液体制冷剂；以及降压装置，其构造成用以接收所述液体制冷剂并降低其压力，使得其能由所述蒸发器接收；以及其中，所述吸收式冷冻机循环的蒸发器能够将所述蒸发的制冷剂引导回到所述吸收ο
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述吸收式冷冻机循环还包括热交换器， 所述热交换器构造成用以从所述蒸发器接收所述蒸发的制冷剂并将热增强的蒸发制冷剂提供至所述吸收器。
8.一种动力生成系统，包括第一回路，其包括双重膨胀回热二氧化碳废热回收兰金循环，与包括吸收式冷冻机循环的第二回路形成一体，其中，所述第一回路包括废热回收锅炉，其构造成用以接收第一部分的液体CO2流并产生经加热的第一部分的 CO2 流；第一膨胀器，其构造成用以接收经加热的第一部分的CO2流并产生膨胀的第一部分的 CO2 流；回流换热器，其构造成用以接收膨胀的第一部分的CO2流并产生较冷的第一部分的CO2 流；其中，所述回流换热器还构造成用以接收第二部分的液体CO2流，并产生热增强的第二部分的CO2流；第二膨胀器，其构造成用以接收热增强的第二部分的CO2流并产生膨胀的第二部分的 CO2 流；解吸器，其构造成用以接收膨胀的第二部分的CO2流并产生较冷的第二部分的CO2流； 冷却器，其构造成用以接收经冷却的第一部分的CO2流和经冷却的第二部分的CO2流， 并产生具有范围在大约35摄氏度至大约55摄氏度内的温度的甚至更冷的CO2流；第一工作流体冷凝器，其构造成用以接收经冷却的CO2流，与吸收式冷冻机循环的蒸发器形成一体；且能够产生液体CO2流，其能使用CO2泵而作为所述液体CO2流的第一部分和第二部分泵送回；其中，所述第二回路包括所述吸收式冷冻机循环的蒸发器，其构造成用以接收大致液体的制冷剂并产生蒸发的制冷剂；吸收器，其构造成用以接收所述蒸发的制冷剂并产生所述制冷剂和溶剂的第一溶液； 其中，制冷剂和溶剂的第二溶液包含在所述吸收器中；第二工作流体泵，其构造成用以接收所述第一溶液并升高其压力； 其中，所述解吸器还构造成用以接收压力升高的所述第一溶液，并产生蒸发的制冷剂和所述第二溶液；其中，所述第一溶液中的所述制冷剂的浓度大于所述第二溶液中的所述制冷剂的浓度；制冷剂冷凝器，其构造成用以接收所述蒸发的制冷剂并产生液体制冷剂； 降压装置，其构造成用以接收所述液体制冷剂并降低其压力，使得其能由所述蒸发器接收；以及其中，所述吸收式冷冻机循环的蒸发器能够将所述蒸发的制冷剂引导回所述吸收器。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，导管或容器捕集所述(X)2在膨胀之后所留下的热，并能够将所述热引导至所述解吸器。
10.一种动力生成系统，其包括与吸收式冷冻机循环形成一体的二氧化碳废热回收兰金循环；其中，所述系统包括联合式兰金循环冷凝器和冷冻机循环蒸发器。
全文摘要
本发明涉及与吸收式冷冻机形成一体的兰金循环。具体而言，提供了一种动力生成系统。该系统包括与吸收式冷冻机循环形成一体的二氧化碳废热回收兰金循环。兰金循环包括冷凝器和解吸器。兰金循环的冷凝器与吸收式冷冻机循环的蒸发器相结合。兰金循环和吸收式冷冻机循环可在解吸器处形成一体。
文档编号F25B27/02GK102454441SQ20111034649
公开日2012年5月16日 申请日期2011年10月28日 优先权日2010年10月29日
发明者S·W·弗罗因德 申请人:通用电气公司