專利名稱：熱動(dòng)力設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱動(dòng)力設(shè)備，該設(shè)備具有壓縮機(jī)、膨脹器、連接于壓縮機(jī)和膨脹器的熱交換裝置以及布置成在閉路循環(huán)系統(tǒng)中流動(dòng)的可壓縮的工作介質(zhì)。該設(shè)備是閉路循環(huán)裝置和/或間接加熱設(shè)備，但不限于此種設(shè)備。
背景技術(shù)：
閉路循環(huán)熱動(dòng)力設(shè)備例如發(fā)動(dòng)機(jī)、熱泵、冷卻器等長(zhǎng)期以來(lái)已為人們所知。這種設(shè)備具有許多希望有的特性，例如在設(shè)備內(nèi)不發(fā)生氧化和碳化反應(yīng)；可應(yīng)用不合用的燃料源例如煤或核動(dòng)力；可用隋性氣例如氦作為設(shè)備內(nèi)的工作介質(zhì)；在設(shè)備內(nèi)可用高比熱的氣體來(lái)增強(qiáng)性能；可用高達(dá)20個(gè)大氣壓的壓力來(lái)減小設(shè)備尺寸；當(dāng)膨脹器是渦輪機(jī)時(shí)不需要入口過(guò)濾，也不存在渦輪葉片腐蝕的問(wèn)題。
在低于全功率操作時(shí)可達(dá)到平緩的燃料消耗率，因?yàn)榭烧{(diào)節(jié)壓縮機(jī)入口壓力來(lái)保持循環(huán)壓力比和定子出口溫度。
然而，這些先有技術(shù)閉路循環(huán)設(shè)備的操作效率局限于約為開(kāi)路循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的工作效率，即使裝備有回收廢氣中一定熱量的回收裝置也是這樣。
由于在閉路循環(huán)設(shè)備中需要熱交換裝置以及與此相關(guān)的附加費(fèi)用和維修工作，所以現(xiàn)時(shí)一般喜歡用開(kāi)路循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)。
本申請(qǐng)人已知的其它熱動(dòng)力設(shè)備包括膨脹器，這種膨脹器具有設(shè)計(jì)成使用特定燃料的燃燒室。燃料一般用高級(jí)燃料。因此已知設(shè)備不能使用其它燃料或能源。
而現(xiàn)在存在很豐富的低級(jí)能源例如低級(jí)煤、生物物質(zhì)、城市垃圾等，它們均不能獲得利用，被認(rèn)為是廢物。
這些廢物一般堆在露天，被看作為環(huán)境的疤痕。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種閉路循環(huán)熱動(dòng)力設(shè)備，該設(shè)備至少可減小上述缺點(diǎn)中一個(gè)或多個(gè)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種間接加熱的熱動(dòng)力設(shè)備，該設(shè)備適合應(yīng)用低級(jí)燃料源。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，本發(fā)明在于一種熱動(dòng)力設(shè)備，該設(shè)備包括壓縮機(jī)、膨脹器、將壓縮機(jī)和膨脹器以閉路循環(huán)連接的熱交換裝置和布置成在閉路循環(huán)中流動(dòng)的可壓縮工作介質(zhì)。該設(shè)備還包括具有熱傳遞介質(zhì)的熱回收裝置，該熱傳遞介質(zhì)布置成通過(guò)將至少一定熱量傳遞到工作介質(zhì)和/或帶走工作介質(zhì)的一定熱量而利用熱量。
熱回收裝置最好構(gòu)形成在進(jìn)入壓縮機(jī)時(shí)工作介質(zhì)的溫度處在第一預(yù)定溫度范圍內(nèi)，而在進(jìn)入膨脹器時(shí)則位于第二預(yù)溫度范圍內(nèi)。
該設(shè)備具有燃燒室，該燃燒室布置成先預(yù)熱熱傳遞介質(zhì)，然后再將熱量傳遞到工作介質(zhì)。
熱交換裝置最好包括第一熱交換器和第二熱交換器，二者均連接在壓縮機(jī)和膨脹器之間。第一熱交換器布置在壓縮機(jī)的下游，而第二熱交換器布置在膨脹器的下游。該熱傳遞介質(zhì)布置成可將熱量傳輸?shù)缴鲜龅谝缓偷诙峤粨Q器中的一個(gè)熱交換器，而從第一和第二熱交換器中的另一熱交換器接收熱量。
熱傳遞介質(zhì)最好布置成與上述工作介質(zhì)以對(duì)流關(guān)系運(yùn)行。
在一種形式中，熱傳遞介質(zhì)布置成穿過(guò)第二熱交換器并接收工作介質(zhì)中的熱量，使得工作介質(zhì)的溫度下降到第一溫度范圍內(nèi)。然后熱傳遞介質(zhì)在燃燒室中被加熱，使得在第一熱交換器它將熱量傳輸給工作介質(zhì)，使工作介質(zhì)的溫度升到第二溫度范圍內(nèi)。
燃燒室一般包括加熱該室的燃燒器，該設(shè)備具有用于預(yù)熱燃燒器燃料的燃料預(yù)熱裝置。預(yù)熱裝置適合地為燃料熱交換器的形式，熱傳遞介質(zhì)和燃料布置成穿過(guò)該熱交換器，并形成熱傳遞關(guān)系。
任何一個(gè)熱交換器具有用于工作介質(zhì)的第一流路和用于熱傳遞介質(zhì)的第二流路。第一和第二流路最好是布置在一個(gè)或多個(gè)熱交換器中的管子。第一和第二流路的管子最好彼此平行并具有共用壁。
因此本發(fā)明的設(shè)備比先有技術(shù)閉路循環(huán)設(shè)備具有更高的熱效率，因此它回收了原本要損失的熱能。本發(fā)明的設(shè)備在理論上可將100％熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)力。這表示在效率上的飛躍，因?yàn)橄扔屑夹g(shù)的回收熱量的蒸氣發(fā)生渦輪機(jī)在理論上的最大效率只為60％。
另外，因?yàn)槿紵凸ぷ鹘橘|(zhì)循環(huán)是分開(kāi)的，所以燃燒室內(nèi)的燃料有足夠時(shí)間進(jìn)行完全燃燒。對(duì)于常規(guī)渦輪機(jī)這是不可能的。設(shè)備所用燃料源包括天然氣、石油、核能和煤。
熱傳遞介質(zhì)可以是空氣、煤礦排出瓦斯、水和其它合適流體。
因此，在另一方面，本發(fā)明在于一種熱動(dòng)力設(shè)備，該設(shè)備包括用于壓縮可壓縮工作流體的壓縮機(jī)；用于使工作流體膨脹的膨脹器；熱交換裝置，其使上述壓縮機(jī)和膨脹器相互連接，以便加熱工作流體；和加熱裝置，其布置成用于加熱熱傳遞介質(zhì)并使加熱的介質(zhì)輸送到熱交換裝置，以便間接加熱在上述熱交換裝置中的工作流體。
本發(fā)明的另一方面的熱動(dòng)力設(shè)備可以是開(kāi)路循環(huán)或閉路循環(huán)類型。如前所述，最好是閉路循環(huán)類型。
加熱裝置最好是可燃燒低級(jí)燃料包括低級(jí)煤、生物物質(zhì)或城市垃圾的燃燒器，該燃燒器可將上述燃料轉(zhuǎn)換成熱傳遞介質(zhì)?；蛘呒訜嵫b置可以是太陽(yáng)能收集池裝置，該裝置具有通過(guò)熱傳遞介質(zhì)的管子和用于收集太陽(yáng)能的一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能收集池。該一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能收集池布置成可向熱傳遞介質(zhì)供熱。
燃燒器的一種形式是窯爐，用于燃燒上述燃料，將其轉(zhuǎn)換成熱傳遞介質(zhì)。上述窯爐一般是旋轉(zhuǎn)窯爐。
上述燃料最好是低級(jí)煤，而上述窯爐最好適于將上述煤轉(zhuǎn)變成煙氣和灰渣，前者形成上述熱傳遞介質(zhì)、而后者形成為副產(chǎn)品例如用作輕建筑材料的開(kāi)孔或閉孔球形團(tuán)粒?？梢约尤胧沂?，以便將二氧化硫轉(zhuǎn)換成硫酸鈣。這樣至少可以減少造成環(huán)境問(wèn)題的低級(jí)煤的量。
如果需要，也可以將甲烷氣體引入窯爐中進(jìn)行燃燒。這是特別有利的，因?yàn)榈叵碌V井中很低濃度的甲烷可以獲得有效利用，同時(shí)又可除去礦井中的甲烷。
排出上述熱交換裝置的加熱的熱傳遞介質(zhì)可經(jīng)通道送入壓縮機(jī)，以便用作工作流體或補(bǔ)充工作流體。
流出上述膨脹器的工作流體也經(jīng)通道進(jìn)入燃燒室，加入上述熱傳遞介質(zhì)。
該設(shè)備最好還包括熱貯存裝置，該熱貯存裝置可貯存上述熱傳遞介質(zhì)放出的熱量并可控地釋放熱量，將其傳遞到工作流體。該熱貯存裝置用于大體控制工作流體的溫度，也用于均衡因燃燒具有不同熱值和質(zhì)量的燃料所引起的溫度變化。
上述熱貯存裝置包括可相變材料，該材料在設(shè)備操作時(shí)可在預(yù)期的溫度下至少保持局部熔化。
該貯存裝置具有貯存罐，該罐包含可與上述相變材料有熱傳遞關(guān)系的另一種熱傳遞介質(zhì)。
上述相變材料通常是NaCl。上述另一種熱傳遞介質(zhì)可以是Pb/Sn低共熔合金。
熱交換裝置的一種形式包括第一熱交換器和第二熱交換器，前者布置成用于接收流出上述加熱裝置的熱傳遞介質(zhì)，后者布置成將熱量傳遞到上述工作流體上，該熱貯存裝置連接于上述第一和第二熱交換器。
設(shè)置一種泵，以便使上述另一種熱傳遞介質(zhì)在上述熱交換裝置和熱貯存裝置中循環(huán)。
該設(shè)備最好包括第一預(yù)熱裝置，以便在進(jìn)入燃燒器之前預(yù)熱燃料。
該設(shè)備最好還包括第二預(yù)熱裝置，以便在進(jìn)入燃燒器之前預(yù)熱空氣和/或其它的燃料源。
也可以設(shè)置預(yù)調(diào)節(jié)裝置，以便在進(jìn)入壓縮機(jī)之前預(yù)冷工作流體。
上述第一和第二預(yù)熱裝置中的至少一個(gè)裝置最好包熱交換器，該熱交換器布置成使上述熱傳遞介質(zhì)或工作流體與上述燃料或空氣和/或其它燃料源形成熱傳遞關(guān)系。
上述預(yù)調(diào)節(jié)裝置也包括熱交換器，該熱交換器布置成使上述工作流體與上述熱交換介質(zhì)形成熱交換關(guān)系。
可設(shè)置壓力控制裝置，以便控制上述工作流體的壓力。


為了更容易理解本發(fā)明和其實(shí)際效果，下面參考

，附圖中圖1是本發(fā)明的適用于渦輪機(jī)的閉路循環(huán)熱動(dòng)力設(shè)備的方框示意圖；圖2是圖1所示設(shè)備的示意圖；
圖3是本發(fā)明的間接點(diǎn)火的熱動(dòng)力設(shè)備一個(gè)實(shí)施例的方框示意圖；圖4是圖3所示設(shè)備的特定形式，這種形式適用于用低級(jí)煤和廢甲烷作為燃料源；圖5是本發(fā)明的間接加熱的熱動(dòng)力設(shè)備的另一實(shí)施的方框示意圖，此實(shí)施例中結(jié)合有熱貯存裝置；圖6示意性示出圖4和5所示熱貯存裝置的一種形式；圖7示意性示出本發(fā)明的間接加熱的熱動(dòng)力裝置的又一實(shí)施例，此實(shí)施例中用太陽(yáng)輻射能收集器作為加熱裝置；圖8示意性示出圖3所示的設(shè)有熱回收裝置的實(shí)施例的方框示意圖；以及圖9是圖5和6所示熱傳遞貯存裝置的另一種形式。
首先參考圖1，圖中示出本發(fā)明閉路循環(huán)熱動(dòng)力設(shè)備10的方框示意圖。在此實(shí)施例中設(shè)備10用作給渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)供能。
設(shè)備10具有壓縮機(jī)12，用于壓縮工作介質(zhì)，在這種情下該工作介質(zhì)是氮?dú)?，溫度開(kāi)始為T1＝50℃，并由容器14供應(yīng)。在壓縮期間氮?dú)獾臏囟壬仙?。?dāng)離開(kāi)壓縮機(jī)12時(shí)壓縮的氮?dú)獾臏囟葹門2，約280℃。然后其在膨脹器16中發(fā)生膨脹，用以使渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的軸(未示出)轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣便從氮?dú)庵蝎@得的機(jī)械功。
設(shè)備10在閉路循環(huán)中具有連接于壓縮機(jī)12和膨脹器16的第一熱交換器18和第二熱交換器20。即設(shè)備10內(nèi)的工作介質(zhì)完全封閉在該設(shè)備10內(nèi)。該設(shè)備還具有燃燒器22和下面要說(shuō)明一第三熱交換器24。
作為熱傳遞介質(zhì)的空氣處在大氣溫度T5中，它被引入第二交換器20，通過(guò)吸收其中的熱量來(lái)冷卻氮?dú)?。因而氮?dú)獾臏囟葟腡4＝470℃下降到約溫度T1＝50℃，然后進(jìn)入壓縮機(jī)12，以此重復(fù)循環(huán)過(guò)程?？諝獯藭r(shí)達(dá)到較高溫度T6＝440℃，它然后被輸送到燃燒器22，在該燃燒器中它與燃料即此時(shí)的液化石油氣混合，以形成燃燒氣體，該燃燒氣體溫度高到約T7＝1250℃，并進(jìn)入第一交換器18，用以將氮?dú)饧訜岬胶銐?。這樣氮?dú)庠谶M(jìn)入膨脹器16時(shí)其溫度增加到約T3＝1200℃，接著進(jìn)行膨脹，轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)力，由此氮?dú)鉁囟葴p小到約T4＝470℃。
燃燒器22的液化石油氣起始為大氣溫度T5，并在第三交換器24中由燃燒產(chǎn)生的廢氣預(yù)熱。該廢氣溫度在進(jìn)入第三熱交換器24時(shí)約為T8＝330℃，該廢氣預(yù)熱液化石油氣，或?qū)醾鬟f到液化石油氣至溫度約T10＝316℃。
因此設(shè)備10完全回收熱交換器18、20和24的熱，這樣便減小加熱燃燒空氣所需的燃料量。
在熱交換器20、24中回收的熱量可取代加熱用于熱交換器18的空氣所需的燃料，由此得到很高的熱效率。
壓縮和膨脹的效率差表現(xiàn)為熱量，而利用本發(fā)明的設(shè)備10還可利用這些熱量。
總之，系統(tǒng)損耗的熱量只表現(xiàn)為排出廢氣溫度和大氣溫度的差別。采用效率的標(biāo)準(zhǔn)卡諾(carnot)循環(huán)定義，最大理論效率為η=1-T4-T1T3-T2]]>因?yàn)闊崃炕厥?，所以T4實(shí)際上是熱廢氣的排出溫度，而T1是大氣溫度，所以效率等于98％。
圖2示意示出本發(fā)明的向Allison 25B渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的設(shè)備10。作為工作介質(zhì)的氮?dú)馐紫冉?jīng)過(guò)軸向離心壓縮機(jī)12被壓縮。然后在第一熱交換器18中在恒壓下加熱氮?dú)?。加熱的氮?dú)饨?jīng)過(guò)兩級(jí)軸向渦輪機(jī)16膨脹，由此向該軸提供動(dòng)力，從氮?dú)庵刑崛C(jī)械動(dòng)力，膨脹后的氮?dú)庠诘诙峤粨Q器20中冷卻到大約其起始溫度后返回到壓縮機(jī)12。將處于大氣溫度的新鮮空氣引入第二熱交換器20，以冷卻從渦輪機(jī)或膨脹器16排出的廢氣。第二熱交換器20是焊接的板式熱交換器，效率約為95％。流經(jīng)第二熱交換器20的空氣然后流入燃燒器22，在該燃燒器中加入燃料例如液化石油氣，使溫度升到約1250℃。該高溫燃燒燃料流過(guò)形式為等離子焊接的板式熱交換器的第三熱交換器24，以加熱氮?dú)?。燃燒氣體以約330℃的溫度流出。多余的熱量在第三熱交換器24中通過(guò)預(yù)熱燃料被回收，該交換器24是常規(guī)的板式熱交換器。燃料從大氣溫度被加熱到約315℃，并將此熱量帶入燃燒室。
在燃料和空氣預(yù)熱熱交換器中回收的熱量可減小燃燒器熱交換器中加熱空氣所需的燃料，因而獲得很高的熱效率。
如果需要，可使所有部件具有絕熱作用，以盡量減小熱損耗?？傊?，設(shè)備10的熱損耗只表現(xiàn)在廢氣排出溫度和大氣溫度之間的差別。
通過(guò)調(diào)節(jié)從工作介質(zhì)容器14進(jìn)入壓縮機(jī)的壓縮機(jī)進(jìn)口壓力可維持循環(huán)壓力比和燃燒器出口溫度，由此可在低功率下達(dá)到平緩的燃料消耗率。
現(xiàn)在參考圖3，圖中示意性示出本發(fā)明間接加熱的熱動(dòng)力設(shè)備100的一個(gè)實(shí)施例。該設(shè)備100包括用于壓縮工作流體的壓縮機(jī)112，該工作流體在此時(shí)是空氣，該設(shè)備100使壓縮空氣流入在此情況下為燃?xì)廨啓C(jī)的膨脹器114。該燃?xì)廨啓C(jī)114是改型的250KW Allison250-C18型燃?xì)廨啓C(jī)。其改型包括除去其燃燒室組件和將渦輪機(jī)114連接于熱交換器116。
熱交換器116布置成使壓縮空氣穿過(guò)其元件中的一個(gè)，然后進(jìn)入渦輪機(jī)114。其它元件部分與加熱裝置或燃燒器118連通，使得燃料的燃燒產(chǎn)物通過(guò)上述其它元件，由此加熱工作燃料。
加熱的工作流體在渦輪機(jī)114中膨脹，并釋放能量，以驅(qū)動(dòng)連接于渦輪機(jī)114的發(fā)電機(jī)120，釋放的能量也可用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)112。
圖4中，設(shè)備100的燃燒器118為旋轉(zhuǎn)窯122形成，該旋轉(zhuǎn)窯適合于接收已磨碎到粒度約為6～8mm的低級(jí)煤。該旋轉(zhuǎn)窯122還可設(shè)計(jì)成使低級(jí)煤在其中停留相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間并具有相當(dāng)大的高溫表面，用以確保很低濃度的礦井甲烷的燃燒。
干燥器124布置成用于干燥來(lái)自旋轉(zhuǎn)窯122的煤。
因此圖4所示的設(shè)備可用來(lái)燃燒次品煤(低級(jí)煤)和廢的礦井甲烷。
煤燃燒后的灰渣可加工使其轉(zhuǎn)變成有用的副產(chǎn)品例如閉孔或開(kāi)孔的球形團(tuán)粒，這是制造輕質(zhì)建材的理想原料，并作為碎石代用品也很理想。這樣，即使燃燒灰份很高的低級(jí)煤也基本上不或完全不產(chǎn)生飛灰或爐渣。
可以加入石灰石，以便將其中硫化物轉(zhuǎn)化成硫酸鈣。
圖5所示設(shè)備100具有熱交換裝置116，其形式為按所示連接的第一熱交器116A和第二熱交換器116B。熱貯存裝置126設(shè)有可與另一熱交換介質(zhì)形成熱交換關(guān)系的相變材料，使該另一種熱交換介質(zhì)可控地在第一和第二熱交換器116A和116B之間循環(huán)，以保持壓縮的工作流體的溫度基本上恒定。這種配置使得可以均勻配送不同熱值和質(zhì)量的燃料。
圖6更清楚示出熱貯存裝置126。如圖所示，熱貯存裝置126形為絕熱罐128的形式，例如為其中可流過(guò)Pb/Sn低共熔合金的50KWNaCl貯存罐?？梢钥闯觯琍b/Sn合金配置成可在第一熱交換116A中由來(lái)自燃燒器118的廢氣加熱到熔化的狀態(tài)，而泵130將熔化的Pb/Sn合金泵送到貯存裝置126內(nèi)。在貯存罐128內(nèi)，內(nèi)裝Pb/Sn合金的管子盤繞起來(lái)，以便增加在其中的流動(dòng)時(shí)間，使得有更多的熱量傳遞到潛熱貯存器池(NaCl)內(nèi)。熔化的Pb/Sn合金在第二熱交換器116B內(nèi)的流量可通過(guò)改變泵130的泵速進(jìn)行控制，因而可控制傳遞到工作流體的熱量。
在圖7中燃燒器118由太陽(yáng)熱能電池32取代，熱交換器116A改變?yōu)榭梢越蛹{該池132。
在圖8中設(shè)備100包括用回收的熱量預(yù)熱燃料源或空氣的熱回收裝置，該熱回收裝置可包括本發(fā)明上述一個(gè)方面說(shuō)明的回收裝置。
如圖所示，該熱回收裝置具有燃料預(yù)熱器42、第三熱交換器136和第四熱交換器138，該預(yù)熱器用于回收廢氣中的熱并用它來(lái)預(yù)熱燃料，該第三熱交換器用于回收工作流體中的熱量，用于預(yù)熱引入燃燒室118的空氣，該第四熱交換器用于在進(jìn)入壓縮機(jī)之前預(yù)冷工作流體。
圖9示出另一種熱交換器和貯存系統(tǒng)140。系統(tǒng)140包括成整體的熱交換器42和熔鹽貯存單元144，它們?nèi)〈居趫D5和6的熱交換器116B和貯存單元126、128。在這種情況下，工作流體經(jīng)熱交換142的熱交換器管146流過(guò)鹽池。盡管沒(méi)有具體示出，但鹽貯存單元可以以標(biāo)準(zhǔn)組件方式與空氣-空氣熱交換器分開(kāi)制作。
盡管已通過(guò)本發(fā)明的示例性舉例說(shuō)明本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以明顯看出，可以進(jìn)行許多改變和變型而不超出本文規(guī)定的本發(fā)明的界線和范圍。
權(quán)利要求
1.一種熱動(dòng)力設(shè)備，其包括壓縮機(jī)、膨脹器和以閉合循環(huán)方式連接壓縮機(jī)和膨脹器的熱交換裝置以及布置成在閉合循環(huán)中流動(dòng)的可壓縮工作介質(zhì)，熱回收裝置具有熱傳遞介質(zhì)，該傳輸介質(zhì)布置成通過(guò)將至少部分熱量傳遞到工作介質(zhì)上和/或吸收工作介質(zhì)中的熱量而利用熱量。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，熱回收裝置構(gòu)形成工作介質(zhì)在進(jìn)入壓縮機(jī)時(shí)的溫度處于第一預(yù)定溫度范圍內(nèi)和/或在進(jìn)入膨脹器時(shí)其溫度處于第二預(yù)定溫度范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于，熱傳遞介質(zhì)與上述工作介質(zhì)布置成以反向流關(guān)系運(yùn)行。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，熱交換裝置包括第一熱交換器和第二熱交換器，二者均連接在壓縮機(jī)和膨脹器之間，第一交換器布置在壓縮機(jī)下游，而第二交換器布置在膨脹器下游，該熱傳遞介質(zhì)布置成可將熱量傳遞到上述第一和第二交換器中的一個(gè)交換器上，并回收第一和第二交換器中的另一交換器的熱量。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，熱傳遞介質(zhì)布置成流過(guò)第二交換器，以便吸收工作介質(zhì)中的熱量，從而將工作介質(zhì)的溫度減小到第一溫度范圍內(nèi)，并且，熱傳遞介質(zhì)布置成在燃燒室中被加熱，從而在第二交換器中將熱量傳遞到工作介質(zhì)，從而使工作介質(zhì)的溫度上升到第二溫度范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，該燃燒室布置成可預(yù)熱熱傳遞介質(zhì)，然后再將熱量傳遞給工作介質(zhì)。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，燃燒室包括加熱該室的燃燒器以及布置成可預(yù)熱燃燒器燃料的燃料預(yù)熱裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，預(yù)熱裝置的形式為燃料熱交換器，熱傳遞介質(zhì)和燃料布置成以熱量傳輸方式穿過(guò)該熱交換器。
9.如權(quán)利要求4～8中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，熱交換器中的一個(gè)或每個(gè)具有工作介質(zhì)的一第一流路和熱傳遞介質(zhì)的一第二流路。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，第一和第二流路是布置在這個(gè)或每個(gè)交換器中的管道。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，第一和第二流路的管道彼此平行布置，并具有共用壁。
12.如權(quán)利要求1～11中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，設(shè)備用的燃料源可從天然氣、石油、核能源和煤中選出一種，熱傳遞介質(zhì)是空氣、礦井排氣和水中的一種。
13.一種熱動(dòng)力設(shè)備，其包括用于壓縮可壓縮工作流體的壓縮機(jī)；使工作流體膨脹的膨脹器；熱交換器，其使上述壓縮機(jī)和膨脹器相互連接，用于加熱工作流體；和加熱裝置，其布置成用于加熱熱傳遞介質(zhì)和將已加熱的介質(zhì)供送到熱交換裝置，以便在上述交換裝置中間接加熱工作流體。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，設(shè)備是開(kāi)路循環(huán)設(shè)備或閉路循環(huán)設(shè)備。
15.如權(quán)利要求13～14中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備是如權(quán)利要求1～12中任一項(xiàng)所述的閉路循環(huán)設(shè)備。
16.如權(quán)利要求13～15中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，加熱裝置包括布置成用于燃燒低級(jí)燃料并將該燃料轉(zhuǎn)換成熱傳遞介質(zhì)的燃燒器，低級(jí)燃料包括低級(jí)煤、生物物質(zhì)或城市垃圾。
17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其特征在于，燃燒器是窯，用于燃燒上述燃料，以便將其轉(zhuǎn)換成熱傳遞介質(zhì)。
18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，上述窯是旋轉(zhuǎn)窯。
19.如權(quán)利要求17、18中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，上述燃料是低級(jí)煤，該窯適合于將上述煤轉(zhuǎn)換成為所述熱傳遞介質(zhì)形式的廢氣和可形成副產(chǎn)品的煤灰。
20.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征在于，副產(chǎn)品包括用于輕質(zhì)建材的閉孔型或開(kāi)孔型球形團(tuán)粒。
21.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征在于，加入石灰石，使得將二氧化硫轉(zhuǎn)變成硫酸鈣。
22.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征在于，將甲烷氣引入窯中，用來(lái)幫助從地下礦中抽出的很低濃度的甲烷燃燒。
23.如權(quán)利要求13～15中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，加熱裝置包括太陽(yáng)能收集池裝置，該裝置具有熱傳遞介質(zhì)流過(guò)的管道和布置成收集太陽(yáng)能而向熱傳遞介質(zhì)供熱的一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能收集池。
24.如權(quán)利要求13～24中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，流出上述熱交換裝置的加熱的傳遞介質(zhì)布置成經(jīng)通道送入壓縮機(jī)，以便用作工作流體或補(bǔ)充工作流體。
25.如權(quán)利要求16～23中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，從上述膨脹器流出的工作流體經(jīng)通道送入燃燒器，以加入上述熱傳遞介質(zhì)。
26.如權(quán)利要求13～24中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括熱貯存裝置，該貯存裝置用于貯存上述熱傳遞介質(zhì)放出的熱量以及用于可控地釋放熱量，將釋放的熱量傳遞到工作流體，因此該熱貯存裝置可基本上控制工作流體的溫度，并基本上拉平由于燃燒具有不同熱值和質(zhì)量的燃料所引起的溫度變化。
27.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，上述熱貯存裝置包括相變材料，該材料在設(shè)備運(yùn)行時(shí)在預(yù)定的溫度下至少保持部分熔化。
28.如權(quán)利要求25～26中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，熱貯存裝置具有貯存罐，該罐裝有可與上述相變材料形成熱傳遞關(guān)系的另一種熱傳遞介質(zhì)。
29.如權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其特征在于，設(shè)有使上述另一種熱傳遞介質(zhì)繞熱交換裝置和熱貯存裝置進(jìn)行循環(huán)的泵。
30.如權(quán)利要求27～28中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，上述相變材料是NaCl，而上述另一種熱傳遞介質(zhì)是Pb/Sn低共熔合金。
31.如權(quán)利要求25～29中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，熱交換裝置包括第一熱交換器和第二熱交換器，前者布置成用于接收從上述加熱裝置流出的熱傳遞介質(zhì)，后者布置成將熱傳遞到上述工作流體，上述熱貯存裝置連接于上述第一和第二熱交換器。
32.如權(quán)利要求16～30中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其還包括第一預(yù)熱裝置，用于在進(jìn)入燃燒器之前預(yù)熱燃料。
33.如權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其還包括第二預(yù)熱裝置，用于在進(jìn)入燃燒器前預(yù)熱空氣和/或其它燃料。
34.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其特征在于，上述第一和第二預(yù)熱裝置中的至少一個(gè)裝置包括熱交換器，該熱交換器配置成使上述熱傳遞介質(zhì)或工作流體與上述燃料或空氣和/或其它燃料形成熱傳遞關(guān)系。
35.如權(quán)利要求13～33中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，設(shè)置預(yù)調(diào)節(jié)裝置，用于在進(jìn)入壓縮機(jī)之前預(yù)冷工作流體。
36.如權(quán)利要求34所述的設(shè)備，其特征在于，上述預(yù)調(diào)節(jié)裝置包括熱交換器，該熱交換器配置成使上述工作流體與上述熱傳遞介質(zhì)形成熱交換關(guān)系。
37.如權(quán)利要求13～35中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，設(shè)置壓力控制裝置，以便控制上述工作流體的壓力。
全文摘要
一種運(yùn)轉(zhuǎn)熱機(jī)的閉路循環(huán)熱動(dòng)力設(shè)備(10)。該設(shè)備(10)具有壓縮機(jī)(12),用于壓縮流出容器(14)的溫度為T1的工作介質(zhì)。在壓縮期間,該工作介質(zhì)的溫度增加,在離開(kāi)壓縮機(jī)(12)時(shí)達(dá)到溫度T2。該工作介質(zhì)然后在膨脹器(16)中膨脹,使機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣,便從工作介質(zhì)中取出機(jī)械動(dòng)力。該設(shè)備(10)具有第一熱交換器(18)和第二熱交換器(20),它們以閉路循環(huán)方式連接于壓縮機(jī)(12)和膨脹器(16)。該設(shè)備還具有燃燒器(22)和第三熱交換器(24)。作為熱傳遞介質(zhì)的空氣其溫度為大氣溫度T5,引入第二熱交換器(20),它吸收其中熱量而冷卻工作介質(zhì)。工作介質(zhì)的溫度因此從T4下降到T1,然后進(jìn)入壓縮機(jī)12,由此重復(fù)此種循環(huán)。達(dá)到高溫的空氣被送入燃燒器(22),在其中與燃料混合,形成燃燒氣體而達(dá)到更高溫度T7,并進(jìn)入第一熱交換器(18),在恒壓下加熱工作介質(zhì)。這樣,工作介質(zhì)的溫度在進(jìn)入膨脹器16時(shí)增加到T3,接著膨脹,轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)力,由此溫度降到T4。裝置(10)因此在所有熱交換器(18)、(20)和(24)上回收熱量。這樣便減小了加熱燃燒空氣所需的燃料量。
文檔編號(hào)F03G6/06GK1359447SQ00809703
公開(kāi)日2002年7月17日 申請(qǐng)日期2000年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月28日
發(fā)明者M·N·溫德特, P·J·格林 申請(qǐng)人:聯(lián)邦科學(xué)及工業(yè)研究組織