[发明专利]一种进行热力循环的方法及其循环装置

说明书

本发明总地涉及使用工作流膨胀及再生使来自热源的能量转换成可使用形式的方法及装置。本发明还涉及用于改善热力循环的热利用效率的方法及装置

在兰金(Rankine)循环中，工作流如水、氨或氟利昂利用一种可得到的热源在蒸发器中被汽化。该汽化的气态工作流通过涡轮被膨胀使其能量转换成可利用形式。然后耗尽的气态工作流使用可得到的冷却介质在一个冷凝器中被冷凝。利用泵使冷凝工作介质的压力增加，接着进行汽化等来继续该循环。

在美国专利NO.4,346,561中所述的能量循环使用两成分或多成分的工作流体。该循环通常根据这样的原理操作，即两成分工作流作为液体被泵增压到高工作压力及使工作流加热到部分汽化。然后流体急骤蒸发并分离成高沸点及低沸点工作流。低沸点成分通过涡轮而膨胀，以驱动涡轮；而高沸点成分回收的热用以在汽化前加热两成分工作流。然后高沸点成分与耗尽的低沸点工作流相混合，并在冷凝器中在有冷却介质情况下吸收耗尽的工作流。

在本发明人另一发明中，它被称为基础Kalina循环，并作为美国专利NO.4,489,536之技术主题，使用了相对低温度的可获得的热来使至少一部分多成分流体流在中等压力下实现部分蒸馏，用以产生不同成分的一部分工作流。该部分用来产生至少一种主要的富溶液，它鉴于低沸点成分来说相对地富化；并产生一种贫溶液，它鉴于低沸点成分来说相对地贫化。将主要富溶液的压力增加，然后使它汽化，产生出带荷的主工作流。该主工作流被膨胀成低压力等级使能量转换成可使用形式。被耗尽的低压等级工作流在一个主吸收级中利用在贫溶液中的溶解被冷凝，并再产生原始工作流供再使用。

根据本发明人的另一发明，其乃US4,604,867之技术主题，流体在涡轮机中初始膨胀后转移到二次加热器，用以增加对于过热可获得的温度。在再返回汽轮机后，将另一次地膨胀，再使流体从汽轮机中抽出并在中间冷却器中冷却。此后，流体又返回汽轮机作又一次膨胀。汽轮机气体的冷却可对汽化提供附加热量。中间冷却器对二次加热中使用的热提供补偿，并提供可得到热的回收，否则在最后汽轮机中膨胀以后它将保持未利用状态。

本发明的目的是提供一种进行热力循环的方法和装置，该方法和装置能够使上述热力循环的效率提高。

本发明的一个特征是利用包括下列步骤的方法对热力循环的效率提供重大改进：

使一种气态工作流膨胀，将其能量转换成可使用形式并产生一个耗尽流；

使该耗尽流冷凝，产生一个冷凝流；

由冷凝流产生具有的低沸点成分百分比高于冷凝流中所含者的第一流，产生具有的低沸点成分百分比低于冷凝流中所合者的第二个流，及产生具有的低沸点成分百分比与冷凝流中所合者相同的第三个流；

使所述第一、第二及第三个流遭受多重蒸馏操作，以产生液体工作流；及

使流体工作流汽化以产生气态工作流。

在优选实施例中，多重蒸馏操作的流产生出一个蒸汽流，它被冷凝产生出液体工作流，及一个与耗尽工作流混合的液体流。最好是以至少两级的形式(更好为至少三级)进行蒸馏。

在一个专门优选实施例中，第一、第二及第三个流如下地产生出来：冷凝流被分成第一及第二支流。使第一支流压力增大形成第一增压支流。类似地，使第二支流压力增大形成第二增压支流；并使第二增压支流的压力大于第一增压支流的压力。使第一增压支流部分汽化形成部分汽化流，然后它被分离成一个蒸汽流及一个液体流。使液体流的压力增大到与第二增压支流相同的程度，形成具有的低沸点成分百分比低于冷凝流中所含者的一个流(即第二个流)。蒸汽流与第一增压支流的一部分混合，形成具有与冷凝流相同成分的混合流，然后它被冷凝形成冷凝混合流。将冷凝混合流的压力增大到与第二增压支流相等的程度，形成增压冷凝混合流，然后它被加热(与第二增压支流一起)，分别形成具有与冷凝流相同成分的一个流(即第三个流)及具有的低沸点成分百分比高于冷凝流中所含者的另一个流(即第一个流)。

本发明的另外特征及优点从以下对优选实施例的说明，及从权利要求书中将会被阐明。

附图有：

图1是用以实施本发明方法及装置的一个系统的概要示意图；

图2是可用于本发明中的蒸馏冷凝子系统一个实施例的概要示意图；

图3是图2中所示蒸馏冷凝子系统的三向投影示意图；

图4是可用于本发明中的蒸馏冷凝子系统第二个实施例的概要示意图。