用于产生电能的方法以及工作介质的用图
【专利说明】用于产生电能的方法从及工作介质的用途
[0001 ] 本发明是2011年11月7日进入中国的申请号201080020263.9专利申请的分案申 请。
技术领域
[0002] 本发明设及用于借助于至少一个低溫热源产生电能的方法，其中执行VPT循环过 程。
【背景技术】
[0003] 由于世界范围内不断增加的能源价格，用于利用甚至在至多400°C的低溫范围的 废热例如地热或者工业过程的废热形式的系统具有越来越重要的意义。
[0004] 比起使用有机的、通常对环境有害的工作介质的传统的ORC循环过程(0RC:有机朗 肯循环），或者比起在技术上耗费较大并且使用氨-水-混合物作为工作介质的所谓的卡琳 娜循环过程，借助于VPT循环过程更深度利用低溫热源的热量。
[0005] VPT循环过程W满轮为基础(VPT:可变相满轮），该满轮可W借助于气相或者液相 或者气相和液相的混合物驱动。运样的满轮从US 7,093,503 Bl公知。
[0006] US 7,093,503 Bl在图7中公开了一种借助于至少一个低溫热源产生电能的方法， 其中执行VPT循环过程。借助于地热被加热的流体用作低溫热源，该流体的热量传递到工作 介质。该工作介质被供给至满轮并且借助于喷嘴膨胀。形成的工作介质射束具有动能，该动 能驱动发电机的转子来产生电能。工作介质(气态或者气态/液态)被冷却、冷凝并且被引导 经过累，通过该累工作介质中的压力被提高。依据US 7,093,503 BI,接下来工作介质全部 再次被输送到满轮中，W冷却发电机和润滑满轮中的密封件。在从满轮排出W后再次借助 于通过地热加热的流体将热量传递到工作介质上并因此循环闭合。
[0007] 在一种没有在US 7,093,503 Bl中出现的运行方法中也可W进行发电机的冷却W 及满轮中的密封件的润滑，即只有一部分工作介质再次被输送到满轮中，W冷却发电机和 润滑满轮中的密封件。分流到满轮的部分在从满轮排出后再与剩余部分的工作介质汇合。 随后再次借助于通过地热加热的流体将热量传递到工作介质上，来使循环闭合。因此在运 里循环过程同样被称为VPT循环过程，其中工作介质在累之后只有一部分被再次输送到满 轮。
[000引在另一种没有在US 7,093,503 Bl中出现的运行方法中也可W通过一种分开的润 滑剂循环和/或冷却循环进行发电机的冷却W及满轮中的密封件的润滑。因此在运里循环 过程同样被称为VPT循环过程，其中工作介质在累之后被直接送去通过借助于地热加热的 流体加热并因此使循环闭合，而工作介质不再次被输送到满轮。
[0009] 工作介质在闭合的系统中循环。它流过热交换区域(在该热交换区域中低溫热源 的热量被传递到工作介质）、满轮、冷凝区域、累，任选地再次完全或者部分输送到满轮，W 便最终再次被输送到热交换区域并且再次流过循环系统。
[0010] 依据US 7,093,503 Bl，Rl：Ma(l，l，l，2-四氣乙烧）和R245fa(l，l，l，3,3-五氣丙 烧)被描述作为VPT循环过程的工作介质。
[0011] 此外在 Energent公司的网站化 ttp: //www. ene;rgent. net/Projects % 20VPT. htm) 上R245ca( I，I，2，2，3-五氣丙烷)也被列为在VPT循环过程中应用的工作介质。
[0012] 然而利用已知的工作介质，在基于工作介质溫度为大约115°C的VPT循环过程中只 能达到小于11.5%的效率，也就是小于11.5%的可用热能被转化为电能。
【发明内容】
[0013] 因此本发明的目的在于，提高用于借助于至少一个低溫热源产生电能的方法的效 率，其中执行VPT循环过程。
[0014] 该目的通过第一种用于借助于至少一个低溫热源产生电能的方法解决，其中执行 VPT循环过程，其中使用下述物质作为VPT循环过程的工作介质
[0015] a)至少一种选自环烧控、締控、二締控或者烘控的物质，该物质具有2到6个碳原 子，或者
[0016] b)至少一种选自1-氯-1，2,2,2-四氣乙烧、1-氯-1,1-二氣乙烧、氯代甲烧、漠二氣 甲烧、=氣舰甲烧或2-甲基丙烷的烧控，或者
[0017] C)至少一种具有2个碳原子的酸。
[0018] 此外该目的通过第二种用于借助于至少一个低溫热源产生电能的方法得到解决， 其中执行VPT循环过程，其中作为VPT循环过程的工作介质使用至少一种物质，该物质在液 相中在115°C的溫度具有大于17己的逸度。
[0019] VPT循环过程被理解为任何包含VPT满轮的循环，该满轮既可W借助于气态也可W 借助于液态还可W借助于气态和液态的混合物被驱动。
[0020] 因此工作介质W液相存在，任选的工作介质的压力必须相应地提高，例如借助于 累。优选在运里特别是离屯、累。
[0021 ]运种方法使得效率提高到12 %及更高。
[0022] 关于第一种方法优选的环烧控是环丙烷。特别合适的締控是反式-2-下締或者1-氯-2，2-二氣乙締。1，2-下二締、1，3-下二締或者丙二締特别适合作为二締控。优选的烘控 是丙烘。特别优选的酸是二甲酸。
[0023] 关于第二种方法，优选使用选自1-氯-1，2,2,2-四氣乙烧、1-氯-1,1-二氣乙烧、2-甲基丙烷、异下締、环丙烷、丙二締、丙烘或者二甲酸的物质作为VPT循环过程的工作介质。 例如，在液相中在115°C1-氯-1，2,2,2-四氣乙烧具有21.6己的逸度，1-氯-1,1-二氣乙烧具 有19.9己的逸度，2-甲基丙烷具有19.2己的逸度，异下締具有17.9己的逸度，环丙烷具有 32.6己的逸度，丙二締具有31.3己的逸度，丙烘具有30.1己的逸度，并且二甲酸具有29.9己 的逸度。
[0024] 关于第二种方法，作为VPT循环过程的工作介质使用至少一种物质，该物质在液相 中在115°C的溫度具有大于20己，特别优选大于25己的逸度，运是特别有利的。
[0025] 从环境观点考虑，两种方法的上述物质中无面素物质是特别优选的。
[0026] 此外，与使用工作介质混合物相比，优选使用纯的材料作为工作介质，因为用于执 行VPT循环过程的装置的仪器方面的耗费可W由此减少。
[0027] 优选使用选自环丙烷、反式-2-下締、1-氯-2,2-二氣乙締、1-氯-1，2,2,2-四氣乙 烧、漠二氣甲烧、I-氯-I，1-二氣乙烧、丙二締、丙烘、氯代甲烧、=氣舰甲烧或者二甲酸的物 质作为VPT循环过程的工作介质。由此效率提高到12.5%及更高的值。
[00%]特别是使用选自环丙烷、丙二締、丙烘、S氣舰甲烧或者二甲酸的物质作为VPT循 环过程的工作介质。由此得到效率提高到13%及更高的值。
[0029] 特别优选使用二甲酸、丙烘、丙二締或者=氣舰甲烧。运使得效率可W提高到 13.5%及更高的值。
[0030] 当使用丙二締作为工作介质时，可W W有利的方式实现14%及更高的效率。
[0031] 为用于借助于至少一个低溫热源产生电能的VPT循环过程使用W下形式的工作介 质是理想的：
[0032] a)至少一种选自环烧控、締控、二締控或者烘控的物质，所述物质具有2-6个碳原 子，或者
[00削 b)至少一种选自1-氯-1，2,2,2-四氣乙烧、1-氯-1,1-二氣乙烧、氯代甲烧、漠二氣 甲烧、=氣舰甲烧或2-甲基丙烷的烧控，或者
[0034] C)至少一种具有2个碳原子的酸。
[0035] 此外，为用于借助于至少一个低溫热源产生电能的VPT循环过程使用至少一种在 液相中在115°C的溫度具有大于17己逸度的物质形式的工作介质也是理想的。
[0036] 已被证明有效的是，低溫热源提供90-400°C，特别是100-250°C范围的溫度。此外 特别优选具有100-150°c范围溫度的低溫热源。
[0037] 低溫热源优选通过地热供给，其中地面W小的钻井深度就足够获得可使用的90-250°C溫度范围的废热。
[0038] 然而，替代的低溫热源也可W通过工业过程的废热提供。产生可利用的废热的工 业过程基于例如化学反应、热处理等，如它们经常存在于化学或者制药工业、钢铁工业、造 纸工业等。
[0039] 优选由低溫热源提供的介质和工作介质在热交换区域的溫差为至少5°C，特别是 至少10°C。
[0040] 在表格1-3中对比了一些工作介质的总效率n，其中工作介质在VPT循环过程中被 低溫热源加热到了 115°c的溫度。工作介质的溫度在从低溫热源到工作介质上的热传递后 直接确定。
[0041] W下的表格包含已经公知的在VPT循环过程中使用的工作介质(粗体）W及示例性 选择的其他的工作介质，由运些所选择的工作介质导致更高的效率。
[0042] 在