专利名称：直接蒸发器设备和能量回收系统的制作方法
直接蒸发器设备和能量回收系统技术领域
本发明大体涉及有机兰金循环能量回收系统，并且更具体而言，涉及直接蒸发器 设备和采用该设备来进行能量回收的方法。
背景技术：
大量人类活动所产生的所谓的“废热”代表有价值的且往往未充分利用的资源。 废热源包括各种类型的热的燃烧排气，包括烟道气。诸如涡轮的工业涡轮机频繁地产生大 量呈热的气态排气流的形式的可回收废热。
已经部署有机兰金循环能量回收系统作为对小型和中型燃气轮机的改型，以从涡 轮的热的气体流中捕捉废热，以及将回收的热转化成合乎需要的动力输出。在有机兰金循 环中，热在闭合回路中传递到有机流体(典型地称为工作流体)。工作流体通过与废热进行 热接触而被加热，并且蒸发，以及然后通过功抽取装置而膨胀，诸如涡轮，在此期间，膨胀动 能从膨胀的气态工作流体传递到涡轮的活动构件。从而产生机械能，机械能可转化成例如 电能。其能量含量的一部分已经传递到涡轮的气态工作流体然后冷凝成液态，并且回到闭 合回路的加热级，以供再利用。在这种有机兰金循环中使用的工作流体典型地是烃，烃在环 境条件下是液体。因而，工作流体在高温下会经历退化。例如，在500°C (对来自涡轮排气 流的热的热源气体典型的温度)下，甚至高度稳定的烃也开始退化。更糟糕的是，用于有机 兰金循环能量回收系统中的烃工作流体可在远低于500°C的温度下开始退化。因而，使用有 机兰金循环能量回收系统来从燃气轮机系统中回收废热面临这样的困境，即，排气的温度 太高，以至于不能与有机兰金循环能量回收系统的工作流体进行直接的热接触。
为了避免前述问题，大体使用中间热流体系统来将热从排气传递到有机兰金循环 锅炉。在一个示例中，中间热流体系统是充油式线圈，充油式线圈缓和有机兰金循环锅炉中 的工作流体的温度。但是，中间热流体系统可占有机兰金循环能量回收系统的总成本的大 部分。另外，中间热流体系统会增加有机兰金循环能量回收系统的复杂性，并且带来额外的 构件，额外的构件的存在会降低热能回收的整体效率。
因此，改进的有机兰金循环系统对于解决前述问题中的一个或多个是合乎需要 的。发明内容
在一方面，本发明提供一种用于有机兰金循环能量回收系统中的直接蒸发器设 备，其包括(a)包括热源气体入口和热源气体出口的壳体，壳体限定从入口至出口的热源 气体流径；以及(b)设置在热源流径内的热交换管，热交换管构造成容纳有机兰金循环工 作流体，热交换管包括工作流体入口和工作流体出口。直接蒸发器设备构造成使得已经接 触热交换管的至少一部分的热源气体的至少一部分与通过热源气体入口而进入直接蒸发 器设备的热源气体进行热接触。
在另一方面，本发明提供一种用于有机兰金循环能量回收系统中的直接蒸发器设备，其包括(a)包括热源气体入口和热源气体出口的壳体，壳体限定从入口至出口的热源 气体流径；以及(b)设置在热源流径内的热交换管，热交换管构造成容纳有机兰金循环工 作流体，热交换管包括工作流体入口和工作流体出口。热源气体入口和热源气体出口构造 成使得离开热源气体出口的热源气体的至少一部分与通过热源气体入口而进入直接蒸发 器设备的热源气体进行热接触。
在又一方面，本发明提供一种有机兰金循环能量回收系统，其包括(i)直接蒸发 器设备，其包括(a)包括热源气体入口和热源气体出口的壳体，壳体限定从入口至出口的 热源气体流径；以及(b)设置在热源流径内的热交换管，热交换管构造成容纳有机兰金循 环工作流体，热交换管包括工作流体入口和工作流体出口 ；(ii)功抽取装置；(iii)冷凝 器；以及(iv)泵。直接蒸发器设备构造成使得已经接触热交换管的至少一部分的热源气体 的至少一部分与通过热源气体入口而进入直接蒸发器设备的热源气体进行热接触。直接蒸 发器设备、功抽取装置、冷凝器和泵构造成作为闭合回路来运行。
在另一方面，本发明提供一种能量回收的方法，其包括(a)将具有一温度的热源 气体引入到包含液体工作流体的直接蒸发器设备中；(b)将热从具有温度Tl的热源气体传 递到工作流体，以产生过热的气态工作流体和具有温度T2的热源气体；(C)使具有温度T3 的过热的气态工作流体通过功抽取装置而膨胀，以产生机械能和产生具有温度T4的气态 工作流体；(d)使气态工作流体冷凝，以提供液态工作流体；以及(e)使液态工作流体回到 直接蒸发器设备；其中，在闭合回路中执行步骤(a)-(e)。直接蒸发器设备包括(i)包括热 源气体入口和热源气体出口的壳体，壳体限定从入口至出口的热源气体流径；以及(ii)设 置在热源气体流径内的热交换管，热交换管构造成容纳有机兰金循环工作流体，热交换管 包括工作流体入口和工作流体出口 ；以及其中，直接蒸发器设备构造成使得已经接触热交 换管的至少一部分的热源气体的至少一部分与通过热源气体入口而进入直接蒸发器设备 的热源气体进行热接触。
当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面与优点将变 得更好理解，在附图中，相同符号在所有图中表示相同部件，其中图1是根据本发明的实施例的直接蒸发器设备的示意图。
图2是根据本发明的实施例的直接蒸发器设备的示意图。
图3是根据本发明的实施例的直接蒸发器设备的示意图。
具体实施方式
在以下说明书和所附权利要求中，将引用许多用语，用语应限定为具有以下含义。
单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数个所指对象，除非上下文另有明确的规定。
“可选的”或“可选地”表示随后描述的事件或情形可出现或可不出现，并且描述包 括其中出现该事件的情况和其中不出现该事件的情况。
还要理解的是，诸如“顶部”、“底部”、“外部”、“内部”等的用语是方便性词语，并且 不应理解为限制性用语。另外，只要提到本发明的特定特征包括一组中的许多元素中的至少一个和它们的组合，或者由一组中的许多元素中的至少一个和它们的组合组成，要理解 的是，该特征或者可单独地包括该组中的任一元素或包括该组中的任一元素以及该组中的 任一其它元素，或者由该组中的任一元素或该组中的任一元素以及该组中的任一其它元素 组成。
如本文在整个说明书和权利要求中使用的那样，可应用近似语来修饰可容许有所 改变的任何数量表示，而不会使与其有关的基本功能有变化。因此，诸如“大约”的用语或 多个用语所修饰的值不限于所指定的确切值。在一些情况下，近似语可对应于用于测量值 的仪器的精度。类似地，可与用语结合起来使用“不含”，并且“不含”可包括非实质性数量 或痕量，同时仍然认为不含所修饰的用语。
如所提到的那样，在本发明的一个实施例中，提供一种用于有机兰金循环能量回 收系统中的直接蒸发器设备，其包括(a)包括热源气体入口和热源气体出口的壳体，壳体 限定从入口至出口的热源气体流径；以及(b)设置在热源流径内的热交换管，热交换管构 造成容纳有机兰金循环工作流体，热交换管包括工作流体入口和工作流体出口。直接蒸发 器设备构造成使得已经接触热交换管的至少一部分的热源气体的至少一部分与通过热源 气体入口而进入直接蒸发器设备的热源气体进行热接触。
图1是直接蒸发器设备10的示意图。图1中显示的直接蒸发器设备10联接到热 源14 (未显示)上，热源用作热源气体16的源。直接蒸发器设备包括壳体44，壳体44包括 热源气体入口 36和热源气体出口 38。壳体限定从所述入口至所述出口的热源气体流径。 热交换管18设置在热源气体流径46内。热源气体流径46基本上是壳体壁48所限定的直 接蒸发器设备的整个内部和未被热交换管18占据的直接蒸发器设备的内部内的空间。
在一个实施例中，热交换管18完全设置在热源气体流径46内。如本文所用，用语 “完全设置在热源气体流径内”指的是热交换管完全设置在直接蒸发器设备的壳体内，使得 在运行期间，工作流体穿过壳体的外壁仅两次；一次是在工作流体通过工作流体入口 40而 进入直接蒸发器设备时，而另一次是在工作流体通过工作流体出口 42而离开直接蒸发器 设备时。在图1中不出的实施例中，显不了通过将热交换管18的部分50嵌在壳体壁48内 来将热交换管18固定在直接蒸发器设备壳体44内。表示这个实施例的备选的但等效的方 式是热交换管18完全设置在直接蒸发器设备10的壳体44内，使得在运行期间，工作流体 12穿过壳体44的外壁仅两次；一次是在工作流体通过工作流体入口 40而进入直接蒸发器 设备时，而另一次是在工作流体通过工作流体出口 42而离开直接蒸发器设备时。除了热交 换管部分50之外，热交换管18位于热源气体流径46内。
热交换管构造成容纳有机兰金循环工作流体12。如所提到的那样，在图1中显示 的实施例中，直接蒸发器设备10联接到热源上，热源构造成提供热源气体16，热源气体16 通过热源气体入口 36而进入直接蒸发器设备，并且沿着热源气体流径46接触热交换管，以 按不使工作流体12过热的方式来促进工作流体12和热源气体16之间的热交换。热交换 管包括工作流体入口 40和工作流体出口 42。工作流体沿着热交换管18所限定的工作流体 流径而行进。在一个实施例中，在运行期间，工作流体进入和离开壳体仅两次；一次是在工 作流体通过工作流体入口 40而进入直接蒸发器设备时,而另一次是在工作流体通过工作 流体出口 42而离开直接蒸发器设备时。
在图1中示出的实施例中，热交换管的嵌在壳体壁内的部分50位于热源气体流径的外部，但是仍然完全在直接蒸发器设备10的壳体44内。
热交换管限定三个区，第一区20在热源气体出口、第二区22和第三区24附近。 在一个实施例中，第二区在所述热源气体入口附近，并且第三区相对于热源气体流径而设 置在第一区和第二区之间。在另一个实施例中，第三区在所述热源气体入口附近，并且第二 区相对于热源气体流径而设置在第一区和第三区之间。为了此论述的目的，区20称为“第 一区”，因为它与工作流体入口处于直接的流体连通。为了此论述的目的，区22称为“第二 区”，因为它与第一区20处于直接的流体连通。为了此论述的目的，区24称为“第三区”，因 为它与第二区22处于直接的流体连通。如本文所用，用语“直接的流体连通”表示直接蒸 发器设备的构件之间不存在居间区。因而，在工作流体入口 40和第一区20之间存在直接 的流体连通，在第一区20和第二区22之间存在直接的流体连通，在第二区22和第三区24 之间存在直接的流体连通，以及在第三区24和工作流体出口 42之间存在直接的流体连通。
在一个实施例中，认为区24在区22和区20之间，因为在热源气体入口 36处进入 直接蒸发器设备的热源气体16首先接触热交换管18的区22，并且必须在接触热交换管的 区20之前接触热交换管的区24。在一个实施例中，第一区20不与所述第三区24处于直接 的流体连通。在一个实施例中，热交换管在第一区、第二区和第三区中的各个中包括多个弯 曲部。在一个实施例中，热交换管18构造成在第一区、第二区和第三区中的各个中呈平行 的排。在一个实施例中，热交换管的第一区、第二区和第三区中的各个构造成至少一排。
液态的工作流体通过工作流体入口 40而进入直接蒸发器设备的第一区20，其中， 工作流体在移向热交换管的区22时被预热。因而，第二区22接收来自第一区20的工作流 体12的进入流，并且使工作流体12蒸发。
在一个实施例中，第二区22构造成使得来自热源14的、通过热源气体入口 36而 进入直接蒸发器设备的热源气体16接触构成区22的热交换管的那个部分，并且在热源气 体16和工作流体之间发生足以使工作流体蒸发的热交换。可使用各种运行因素(诸如进 入到直接蒸发器设备中的工作流体的流率和热交换管的大小)来控制热交换管的各种区 的内部的工作流体的温度，使得可避免工作流体有过热和退化。在一个实施例中，离开区22 的蒸发的工作流体的温度可保持在从大约150°C至大约300°C的范围内的温度处。在一个 实施例中，离开第二区22的蒸发的工作流体的温度大约为230°C。
如所提到的那样，热源气体16在热源气体入口 36处进入直接蒸发器设备，并且在 热源气体入口处为最热。在一个实施例中，在热源气体入口处进入直接蒸发器设备的热源 气体在介于大约350°C和大约600°C之间的范围中的温度处。在一个备选实施例中，在热 源气体入口处进入直接蒸发器设备的热源气体在介于大约400°C和大约500°C之间的范围 中的温度处。在又一个实施例中，在热源气体入口处进入直接蒸发器设备的热源气体在介 于大约450°C和大约500°C之间的范围中的温度处。在一个实施例中，热源气体首先接触区 24(也称为过热器区)，并且在热从热源气体传递到热交换管的、构成区24的部分时冷却。 在另一个实施例中，热源气体首先接触区22 (有时称为蒸发区)，并且在热从热源气体传递 到热交换管的、构成区22的部分时冷却。
从热交换管离开的热源气体34在热源气体出口 38处与内部结构54接触。在一 个实施例中，内部结构置于热源气体出口附近。内部结构将从热源气体出口离开的热源气 体34引导到返回回路60。内部结构可为折流板、流体通道或分流导叶。在一个实施例中，内部结构是折流板，折流板是可调节的，以控制离开直接蒸发器设备热源气体流。转向的热 源气体56在与内部结构54接触之后与进入的热源气体16进行热接触，之后在热源气体入 口 36处进入。如本文所用，用语“热接触”指的是或者转向的热源气体和进入的热源气体 的均匀混合，或者转向的热源气体和进入的热源气体的跨过阻隔的接触。阻隔是能够将热 从转向的热源气体传递到进入的热源气体的传热阻隔。在一个实施例中，传热阻隔是充油 式热交换回路。在另一个实施例中，传热性阻隔是成阵列的管通道或被平板分开的隔室，在 各个情况下都有或没有翅片。在一个实施例中，如图1中显不的那样，转向的热源气体56 可接触返回回路60中的风扇58。返回回路60连接热源气体出口与热源气体入口。在一个 实施例中，直接蒸发器设备构造成使得在直接蒸发器设备内的热源气体和进入直接蒸发器 设备的热源气体之间有热接触。在另一个实施例中，直接蒸发器设备构造成使得在离开直 接蒸发器设备的热源气体和进入直接蒸发器设备的热源气体之间有热接触。在一个实施例 中，热源气体和转向的热源气体的混合物的温度在介于大约250°C和大约600°C之间的范 围中。在另一个实施例中，热源气体和转向的热源气体的混合物的温度在大约300°C和大 约450°C的范围中。在又一个实施例中，热源气体和转向的热源气体的混合物的温度在大约 300°C和大约400°C的范围中。
图2是根据本发明的一个实施例的直接蒸发器设备70的示意图。图2中显示的 直接蒸发器设备70可联接到热源上，热源用作热源气体16的源。热交换管18完全设置在 热源气体流径46内。热交换管构造成容纳有机兰金循环工作流体12，并且工作流体沿着 热交换管18所限定的工作流体流径而行进。热交换管18限定三个区，第一区20 (预热器 区)在热源气体出口附近，第二区22 (蒸发区，未显示)在所述热源气体入口附近，并且第 三区24 (过热器区)设置在第一区和第二区之间。
在图2中示出的直接蒸发器设备的运行期间，进入直接蒸发器设备的热源气体16 首先遇到第二区(22)。来自热源气体16的热传递到存在于第二区中的工作流体12，传递 的热足以使存在于第二区中的工作流体12的至少一部分蒸发。在一个实施例中，比进入直 接蒸发器设备的热源气体具有相对更低的温度和热含量的热源气体接下来遇到第三区24， 在第三区24中，工作流体被过度加热，并且过热的工作流体离开直接蒸发器设备。在一个 实施例中，热源气体在遇到第二区之后与包括闭合的油回路的传热阻隔72接触。油76在 包括闭合的油回路的传热阻隔中的循环可由泵驱动，或者由浮力驱动。在一个实施例中，传 热阻隔72中的油76可平行于热源气体流径而流动。在另一个实施例中，传热阻隔72中的 油76可具有与热源气体流径相反的流。热源气体在与传热阻隔接触之后具有在介于大约 300°C和大约400°C之间的范围中的温度。在一个实施例中，在与直接蒸发器设备的第二区 22接触之后，转向的热源气体56与热源气体进行热接触。
图3是根据本发明的一个实施例的直接蒸发器设备80的示意图。来自热源气体 16的热传递到存在于第二区中的工作流体12，传递的热足以使存在于第二区中的工作流 体12的至少一部分蒸发。在一个实施例中，比进入直接蒸发器设备的热源气体具有相对更 低的温度和热含量的热源气体接下来遇到第二区22，在第二区22中，传递的热足以使存在 于第二区中的工作流体12的至少一部分蒸发。在一个实施例中，如图3中显示的那样，在 与直接蒸发器设备的第二区接触之后，以及在与直接蒸发器设备的第二区22接触之前，传 热阻隔72被置于热源气体流径中。因此，在运行中时，热源气体在遇到第二区22之前跨过传热阻隔72与转向的热源气体56进行热接触，在传热阻隔72中可发生热交换。在一个实施例中，传热阻隔是闭合的油回路。
如所提到的那样，在一个实施例中，工作流体12可为烃。烃的非限制性示例包括环戊烷、η-戊烷、甲基环丁烷、异戊烷、甲基环戊烷丙烷、丁烷、η-己烷和环己胺。在另一个实施例中，工作流体可为两种或更多种烃的混合物。在一个实施例中，工作流体是二元流体，诸如例如环己胺-丙烷、环己胺-丁烷、环戊烷-丁烷，或环戊烷-环己胺混合物。在又一个实施例中，工作流体是选自下者组成的组的烃甲基环丁烷、环戊烷、异戊烷、环己胺和甲基环戊烷。
在本发明的各种实施例中，热源可为可用来产生易于通过热源气体入口被引入到直接蒸发器设备中的气体流的任何热源。在一个实施例中，热源是燃气轮机，可将来自燃气轮机的排气用作热源气体。其它热源包括来自民用热源、商用热源和工业热源的排气，诸如家用干衣机、空气调节单元、制冷单元，以及在燃料燃烧期间产生的气体流，例如烟道气。在一个实施例中，采用地热作为热源。
在一个实施例中，提供一种能量回收的方法。该方法包括(a)将具有一温度的热源气体引入到包含液体工作流体的直接蒸发器设备中；(b)将热从具有温度Tl的热源气体传递到工作流体，以产生过热的气态工作流体和具有温度T2的热源气体；(C)使具有温度 T3的过热的气态工作流体通过功抽取装置而膨胀，以产生机械能和具有温度T4的气态工作流体；(d)使气态工作流体冷凝，以提供液态工作流体；以及(e)使液态工作流体回到直接蒸发器设备。在一个实施例中，热源气体具有在从大约350°C至大约600°C的范围中的温度Tl。在另一个实施例中，热源气体具有在从大约400°C至大约550°C的范围中的温度Tl。 在一个实施例中，热源气体具有在从大约70°C至大约200°C的范围中的温度T2。在另一个实施例中，过热的气态工作流体具有在从大约200°C至大约300°C的范围中的温度T3。在一个实施例中，第一区中的工作流体在从大约0°C至大约150°C的范围中的温度处。在另一个实施例中，第二区中的工作流体在从大约100°C至大约300°C的范围中的温度处。在又一个实施例中，第三区中的工作流体在从大约150°C至大约300°C的范围中的温度处。
在一个实施例中，本发明提供一种有机兰金循环能量回收系统。该有机兰金循环能量回收系统包括包含像图1中那样构造的直接蒸发器设备的有机兰金循环系统。直接蒸发器设备可联接到热源上，例如发热系统(例如发动机)的排气单元。直接蒸发器设备接收来自热源气体或从热源中产生的排气的热，并且产生工作流体蒸气。在一个实施例中，工作流体蒸气可传送通过膨胀器(例如轴向型膨胀器、脉冲型膨胀器、高温螺旋型膨胀器等)， 以驱动功抽取装置，例如发电机单元。在一个实施例中，功抽取装置是涡轮。在一个实施例中，涡轮构造成产生电能。在一个实施例中，能量回收系统可包括涡轮旁路管。在传送通过膨胀器之后，在相对较低的压力和较低的温度处的第一工作流体蒸气可传送通过回热装置，回热装置可用作热交换单元。使用冷凝器来使工作流体蒸气冷凝成液体，然后通过泵将液体泵送到直接蒸发器设备。直接蒸发器设备、功抽取装置、冷凝器和泵构造成作为闭合回路来运行。然后可重复该循环。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如 果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内
权利要求
1.一种用于有机兰金循环(ore)能量回收系统中的直接蒸发器设备，包括 (a)包括热源气体入口和热源气体出口的壳体，所述壳体限定从所述入口至所述出口的热源气体流径；以及 (b)设置在所述热源流径内的热交换管，所述热交换管构造成容纳有机兰金循环工作流体，所述热交换管包括工作流体入口和工作流体出口 ； 其中，所述直接蒸发器设备构造成使得已经接触所述热交换管的至少一部分的热源气体的至少一部分与通过所述热源气体入口而进入所述直接蒸发器设备的热源气体进行热接触。
2.根据权利要求1所述的直接蒸发器设备，其特征在于，所述直接蒸发器设备构造成使得在离开所述直接蒸发器设备的热源气体和进入所述直接蒸发器设备的热源气体之间进行热接触。
3.根据权利要求1所述的直接蒸发器设备，其特征在于，所述直接蒸发器设备构造成使得在所述直接蒸发器设备内的热源气体和进入所述直接蒸发器设备的热源气体之间进行热接触。
4.根据权利要求1所述的直接蒸发器设备，其特征在于，所述直接蒸发器设备进一步包括折流板和使所述热源气体出口与所述热源气体入口连接的返回回路。
5.根据权利要求4所述的直接蒸发器设备，其特征在于，所述折流板是可调节的，以控制离开所述直接蒸发器设备以及传送通过所述返回回路且与进入所述直接蒸发器设备的热源气体进行热接触的热源气体流。
6.一种用于有机兰金循环能量回收系统中的直接蒸发器设备，包括 (a)包括热源气体入口和热源气体出口的壳体，所述壳体限定从所述入口至所述出口的热源气体流径；以及 (b)设置在所述热源流径内的热交换管，所述热交换管构造成容纳有机兰金循环工作流体，所述热交换管包括工作流体入口和工作流体出口 ； 其中，所述热源气体入口和所述热源气体出口构造成使得离开所述热源气体出口的热源气体的至少一部分与通过所述热源气体入口而进入所述直接蒸发器设备的热源气体进行热接触。
7.根据权利要求6所述的直接蒸发器设备，其特征在于，所述热交换管限定三个区，第一区在所述热源气体出口附近，第二区在所述热源气体入口附近，并且第三区设置在所述第一区和所述第二区之间，所述工作流体入口与所述第一区处于直接的流体连通，并且所述工作流体出口与所述第三区处于直接的流体连通；以及其中，所述第一区与所述第三区不处于直接的流体连通。
8.根据权利要求6所述的直接蒸发器设备，其特征在于，所述热交换管全部设置在所述热源气体流径内。
9.根据权利要求6所述的直接蒸发器设备，其特征在于，所述热交换管限定三个区，第一区在所述热源气体出口附近，第二区设置在所述第一区和第三区之间，所述第三区在所述热源气体入口附近，所述工作流体入口与所述第一区处于直接的流体连通，并且所述工作流体出口与所述第三区处于直接的流体连通。
10.根据权利要求6所述的直接蒸发器设备，其特征在于，所述直接蒸发器设备构造成使得跨过阻隔发生热接触。
11.根据权利要求10所述的直接蒸发器设备，其特征在于，所述传热阻隔。
12.根据权利要求7所述的直接蒸发器设备，其特征在于，所述直接蒸发器设备进一步包括折流板和使所述热源气体出口与所述热源气体入口连接的返回回路。
13.根据权利要求12所述的直接蒸发器设备，其特征在于，所述折流板是可调节的，以控制离开所述直接蒸发器设备以及传送通过所述返回回路且与进入所述直接蒸发器设备的热源气体进行热接触的的热源气体流。
14.一种有机兰金循环能量回收系统，包括 (i)直接蒸发器设备，其包括 (a)包括热源气体入口和热源气体出口的壳体，所述壳体限定从所述入口至所述出口的热源气体流径；以及 (b)设置在所述热源流径内的热交换管，所述热交换管构造成容纳有机兰金循环工作流体，所述热交换管包括工作流体入口和工作流体出口 ； 其中，所述直接蒸发器设备构造成使得已经接触所述热交换管的至少一部分的热源气体的至少一部分与通过所述热源气体入口而进入所述直接蒸发器设备的热源气体进行热接触； (ii)功抽取装置； (iii)冷凝器；以及 (iv)泵； 其中，所述直接蒸发器设备、功抽取装置、冷凝器和泵构造成作为闭合回路来运行。
15.根据权利要求14所述的能量回收系统，其特征在于，所述功抽取装置包括涡轮。
16.根据权利要求15所述的能量回收系统，其特征在于，所述涡轮构造成产生电能。
17.一种能量回收的方法，包括 (a)将具有一温度的热源气体引入到包含液体工作流体的直接蒸发器设备中； (b)将热从具有温度Tl的所述热源气体传递到所述工作流体，以产生过热的气态工作流体和具有温度T2的热源气体； (c)使具有温度T3的所述过热的气态工作流体通过功抽取装置而膨胀，以产生机械能和产生具有温度T4的气态工作流体； (d)使所述气态工作流体冷凝，以提供液态工作流体；以及 (e)使所述液态工作流体回到所述直接蒸发器设备； 其中，在闭合回路中执行步骤(a)-(e);以及 其中，所述直接蒸发器设备包括(i)包括热源气体入口和热源气体出口的壳体，所述壳体限定从所述入口至所述出口的热源气体流径；以及 (ii)设置在所述热源气体流径内的热交换管，所述热交换管构造成容纳有机兰金循环工作流体，所述热交换管包括工作流体入口和工作流体出口 ； 其中，所述直接蒸发器设备构造成使得已经接触所述热交换管的至少一部分的热源气体的至少一部分与通过所述热源气体入口而进入所述直接蒸发器设备的热源气体进行热接触。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述工作流体是烃。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述工作流体选自由下者组成的组甲基环戊烷、甲基环丁烷、环戊烷、异戊烷和环己胺。
20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，进入所述直接蒸发器设备的热源气体的温度在从大约350°C至大约600°C的范围中。
21.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述热源气体是空气。
22.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述热源气体是烟道气。
23.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述热源气体具有在从大约10(TC至大约250°C的范围中的温度T2。
24.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述热接触是均匀混合。
全文摘要
在一方面，本发明提供一种用于有机兰金循环能量回收系统中的直接蒸发器设备，其包括(a)包括热源气体入口和热源气体出口的壳体，壳体限定从入口至出口的热源气体流径；以及(b)设置在热源流径内的热交换管，热交换管构造成容纳有机兰金循环工作流体，热交换管包括工作流体入口和工作流体出口。直接蒸发器设备构造成使得已经接触热交换管的至少一部分的热源气体的至少一部分与通过热源气体入口而进入直接蒸发器设备的热源气体进行热接触。还提供了一种有机兰金循环能量回收系统和能量回收的方法。
文档编号F01K25/10GK103038457SQ201080062222
公开日2013年4月10日 申请日期2010年9月14日 优先权日2009年11月24日
发明者T.J.弗雷, M.A.勒哈 申请人:通用电气公司