專利名稱：用于產(chǎn)生電能的方法以及工作介質(zhì)的用途的制作方法
用于產(chǎn)生電能的方法以及工作介質(zhì)的用途本發(fā)明涉及用于借助于至少一個低溫?zé)嵩串a(chǎn)生電能的方法，其中執(zhí)行VPT循環(huán)過程。由于世界范圍內(nèi)不斷增加的能源價格，用于利用甚至在至多400°C的低溫范圍的廢熱例如地?zé)峄蛘吖I(yè)過程的廢熱形式的系統(tǒng)具有越來越重要的意義。比起使用有機(jī)的、通常對環(huán)境有害的工作介質(zhì)的傳統(tǒng)的ORC循環(huán)過程(0RC :有機(jī)朗肯循環(huán))，或者比起在技術(shù)上耗費(fèi)較大并且使用氨-水-混合物作為工作介質(zhì)的所謂的卡琳娜循環(huán)過程，借助于VPT循環(huán)過程更深度利用低溫?zé)嵩吹臒崃?。VPT循環(huán)過程以渦輪為基礎(chǔ)(VPT :可變相渦輪)，該渦輪可以借助于氣相或者液相或者氣相和液相的混合物驅(qū)動。這樣的渦輪從US 7，093，503 BI公知。US 7，093, 503 BI在圖7中公開了一種借助于至少一個低溫?zé)嵩串a(chǎn)生電能的方法，其中執(zhí)行VPT循環(huán)過程。借助于地?zé)岜患訜岬牧黧w用作低溫?zé)嵩?，該流體的熱量傳遞到工作介質(zhì)。該工作介質(zhì)被供給至渦輪并且借助于噴嘴膨脹。形成的工作介質(zhì)射束具有動能，該動能驅(qū)動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子來產(chǎn)生電能。工作介質(zhì)(氣態(tài)或者氣態(tài)/液態(tài))被冷卻、冷凝并且被引導(dǎo)經(jīng)過泵，通過該泵工作介質(zhì)中的壓力被提高。依據(jù)US 7，093，503 BI，接下來工作介質(zhì)全部再次被輸送到渦輪中，以冷卻發(fā)電機(jī)和潤滑渦輪中的密封件。在從渦輪排出以后再次借助于通過地?zé)峒訜岬牧黧w將熱量傳遞到工作介質(zhì)上并因此循環(huán)閉合。在一種沒有在US 7, 093, 503 BI中出現(xiàn)的運(yùn)行方法中也可以進(jìn)行發(fā)電機(jī)的冷卻以及渦輪中的密封件的潤滑，即只有一部分工作介質(zhì)再次被輸送到渦輪中，以冷卻發(fā)電機(jī)和潤滑渦輪中的密封件。分流到渦輪的部分在從渦輪排出后再與剩余部分的工作介質(zhì)匯合。隨后再次借助于通過地?zé)峒訜岬牧黧w將熱量傳遞到工作介質(zhì)上，來使循環(huán)閉合。因此在這里循環(huán)過程同樣被稱為VPT循環(huán)過程，其中工作介質(zhì)在泵之后只有一部分被再次輸送到渦輪。在另一種沒有在US 7, 093, 503 BI中出現(xiàn)的運(yùn)行方法中也可以通過一種分開的潤滑劑循環(huán)和/或冷卻循環(huán)進(jìn)行發(fā)電機(jī)的冷卻以及渦輪中的密封件的潤滑。因此在這里循環(huán)過程同樣被稱為VPT循環(huán)過程，其中工作介質(zhì)在泵之后被直接送去通過借助于地?zé)峒訜岬牧黧w加熱并因此使循環(huán)閉合，而工作介質(zhì)不再次被輸送到渦輪。工作介質(zhì)在閉合的系統(tǒng)中循環(huán)。它流過熱交換區(qū)域(在該熱交換區(qū)域中低溫?zé)嵩吹臒崃勘粋鬟f到工作介質(zhì))、渦輪、冷凝區(qū)域、泵，任選地再次完全或者部分輸送到渦輪，以便最終再次被輸送到熱交換區(qū)域并且再次流過循環(huán)系統(tǒng)。依據(jù)US 7，093，503 BI，R134a(l，1，1，2-四氟乙烷)和 R245fa(l，1，1，3，3-五氟丙烷)被描述作為VPT循環(huán)過程的工作介質(zhì)。此外在Energent 公司的網(wǎng)站(http://www. energent.net/Projects % 20VPT.htm)上R245ca(l，l，2，2，3-五氟丙烷)也被列為在VPT循環(huán)過程中應(yīng)用的工作介質(zhì)。然而利用已知的工作介質(zhì)，在基于工作介質(zhì)溫度為大約115°C的VPT循環(huán)過程中只能達(dá)到小于11. 5%的效率，也就是小于11. 5%的可用熱能被轉(zhuǎn)化為電能。因此本發(fā)明的目的在于，提高用于借助于至少一個低溫?zé)嵩串a(chǎn)生電能的方法的效、率，其中執(zhí)行VPT循環(huán)過程。該目的通過第一種用于借助于至少一個低溫?zé)嵩串a(chǎn)生電能的方法解決，其中執(zhí)行VPT循環(huán)過程，其中使用下述物質(zhì)作為VPT循環(huán)過程的工作介質(zhì)a)至少一種選自環(huán)烷烴、烯烴、二烯烴或者炔烴的物質(zhì)，該物質(zhì)具有2到6個碳原子，或者b)至少一種選自I-氯-1，2，2，2-四氟乙烷、I-氯-1，1-二氟乙烷、氯代甲烷、溴二氟甲烷、三氟碘甲烷或2-甲基丙烷的烷烴，或者c)至少一種具有2個碳原子的醚。此外該目的通過第二種用于借助于至少一個低溫?zé)嵩串a(chǎn)生電能的方法得到解決，其中執(zhí)行VPT循環(huán)過程，其中作為VPT循環(huán)過程的工作介質(zhì)使用至少一種物質(zhì)，該物質(zhì)在液相中在115°C的溫度具有大于17巴的逸度。VPT循環(huán)過程被理解為任何包含VPT渦輪的循環(huán)，該渦輪既可以借助于氣態(tài)也可以借助于液態(tài)還可以借助于氣態(tài)和液態(tài)的混合物被驅(qū)動。因此工作介質(zhì)以液相存在，任選的工作介質(zhì)的壓力必須相應(yīng)地提高，例如借助于泵。優(yōu)選在這里特別是離心泵。這種方法使得效率提高到12%及更高。關(guān)于第一種方法優(yōu)選的環(huán)烷烴是環(huán)丙烷。特別合適的烯烴是反式-2- 丁烯或者
1-氯-2，2-二氟乙烯。1，2-丁二烯、1，3-丁二烯或者丙二烯特別適合作為二烯烴。優(yōu)選的炔烴是丙炔。特別優(yōu)選的醚是二甲醚。關(guān)于第二種方法，優(yōu)選使用選自I-氯-1，2，2，2-四氟乙烷、I-氯-1，1-二氟乙烷、
2-甲基丙烷、異丁烯、環(huán)丙烷、丙二烯、丙炔或者二甲醚的物質(zhì)作為VPT循環(huán)過程的工作介質(zhì)。例如，在液相中在115°C I-氯-I, 2, 2, 2-四氟乙燒具有21.6巴的逸度，I-氯-I, I-二氟乙烷具有19. 9巴的逸度，2-甲基丙烷具有19. 2巴的逸度，異丁烯具有17. 9巴的逸度，環(huán)丙烷具有32. 6巴的逸度，丙二烯具有31. 3巴的逸度，丙炔具有30. I巴的逸度，并且二甲醚具有29.9巴的逸度。關(guān)于第二種方法，作為VPT循環(huán)過程的工作介質(zhì)使用至少一種物質(zhì)，該物質(zhì)在液相中在115°C的溫度具有大于20巴，特別優(yōu)選大于25巴的逸度，這是特別有利的。從環(huán)境觀點(diǎn)考慮，兩種方法的上述物質(zhì)中無鹵素物質(zhì)是特別優(yōu)選的。此外，與使用工作介質(zhì)混合物相比，優(yōu)選使用純的材料作為工作介質(zhì)，因?yàn)橛糜趫?zhí)行VPT循環(huán)過程的裝置的儀器方面的耗費(fèi)可以由此減少。優(yōu)選使用選自環(huán)丙燒、反式-2- 丁烯、I-氯-2, 2_ 二氟乙烯、I-氯-I, 2, 2, 2-四氟乙烷、溴二氟甲烷、I-氯-1，I-二氟乙烷、丙二烯、丙炔、氯代甲烷、三氟碘甲烷或者二甲醚 的物質(zhì)作為VPT循環(huán)過程的工作介質(zhì)。由此效率提高到12. 5%及更高的值。特別是使用選自環(huán)丙烷、丙二烯、丙炔、三氟碘甲烷或者二甲醚的物質(zhì)作為VPT循環(huán)過程的工作介質(zhì)。由此得到效率提高到13%及更高的值。特別優(yōu)選使用二甲醚、丙炔、丙二烯或者三氟碘甲烷。這使得效率可以提高到13. 5%及更高的值。當(dāng)使用丙二烯作為工作介質(zhì)時，可以以有利的方式實(shí)現(xiàn)14%及更高的效率。為用于借助于至少一個低溫?zé)嵩串a(chǎn)生電能的VPT循環(huán)過程使用以下形式的工作介質(zhì)是理想的a)至少一種選自環(huán)烷烴、烯烴、二烯烴或者炔烴的物質(zhì)，所述物質(zhì)具有2-6個碳原子，或者b)至少一種選自I-氯-1，2，2，2-四氟乙烷、I-氯-1，1-二氟乙烷、氯代甲烷、溴二氟甲烷、三氟碘甲烷或2-甲基丙烷的烷烴，或者c)至少一種具有2個碳原子的醚。此外，為用于借助于至少一個低溫?zé)嵩串a(chǎn)生電能的VPT循環(huán)過程使用至少一種在液相中在115°C的溫度具有大于17巴逸度的物質(zhì)形式的工作介質(zhì)也是理想的。已被證明有效的是，低溫?zé)嵩刺峁?0_400°C，特別是100_250°C范圍的溫度。此外特別優(yōu)選具有100-150°C范圍溫度的低溫?zé)嵩?。低溫?zé)嵩磧?yōu)選通過地?zé)峁┙o，其中地面以小的鉆井深度就足夠獲得可使用的90-250°C溫度范圍的廢熱。然而，替代的低溫?zé)嵩匆部梢酝ㄟ^工業(yè)過程的廢熱提供。產(chǎn)生可利用的廢熱的工業(yè)過程基于例如化學(xué)反應(yīng)、熱處理等，如它們經(jīng)常存在于化學(xué)或者制藥工業(yè)、鋼鐵工業(yè)、造
紙工業(yè)等。優(yōu)選由低溫?zé)嵩刺峁┑慕橘|(zhì)和工作介質(zhì)在熱交換區(qū)域的溫差為至少5°C，特別是至少IO0Co在表格1-3中對比了一些工作介質(zhì)的總效率n ,其中工作介質(zhì)在VPT循環(huán)過程中被低溫?zé)嵩醇訜岬搅?115°C的溫度。工作介質(zhì)的溫度在從低溫?zé)嵩吹焦ぷ鹘橘|(zhì)上的熱傳遞
后直接確定。以下的表格包含已經(jīng)公知的在VPT循環(huán)過程中使用的工作介質(zhì)(粗體)以及示例性選擇的其他的工作介質(zhì)，由這些所選擇的工作介質(zhì)導(dǎo)致更高的效率。在表格中Tk,=臨界溫度?？傂矢鶕?jù)下述公式計(jì)算n = (W 禍輪/Q 地?zé)?*100其中Wffiffe =渦輪的功(單位為J)，其中功為絕對值；Qtts =低溫?zé)嵩春凸ぷ鹘橘|(zhì)之間的界面的熱量(單位為J)。表I :烯烴形式的工作介質(zhì)與已知的工作介質(zhì)的比較
權(quán)利要求
1.用于借助至少一個低溫?zé)嵩?2)產(chǎn)生電能的方法，其中執(zhí)行VPT循環(huán)過程(1、10、100)，其特征在于，作為所述VPT循環(huán)過程(I、10、100)的工作介質(zhì)，使用 a)至少一種選自環(huán)烷烴、烯烴、二烯烴或者炔烴的物質(zhì)，所述物質(zhì)具有2到6個碳原子，或者 b)至少一種選自I-氯-1，2，2，2-四氟乙烷、I-氯-1，1-二氟乙烷、氯代甲烷、溴二氟甲烷、三氟碘甲烷或2-甲基丙烷的烷烴，或者 c)至少一種具有2個碳原子的醚。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其特征在于，作為所述VPT循環(huán)過程(1、10、100)的工作介質(zhì)使用選自環(huán)丙烷、反式-2-丁烯、異丁烯、I-氯_2，2-二氟乙烯、1，2-丁二烯、1，3-丁二烯、丙二烯、丙炔、三氟碘甲烷或者二甲醚的物質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或者2的方法，其特征在于，作為所述VPT循環(huán)過程(1、10、100)的工作介質(zhì)使用選自環(huán)丙烷、丙二烯、丙炔、三氟碘甲烷或者二甲醚的物質(zhì)。
4.用于借助至少一個低溫?zé)嵩?2)產(chǎn)生電能的方法，其中執(zhí)行VPT循環(huán)過程(1、10、100)，其特征在于，作為所述VPT循環(huán)過程(1、10、100)的工作介質(zhì)使用至少一種物質(zhì)，該物質(zhì)在液相在115°C的溫度具有大于17巴的逸度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，作為所述VPT循環(huán)過程的工作介質(zhì)使用選自1_氯_1，2,2,2_四氟乙燒、I-氯_1，I- 二氟乙燒、2-甲基丙燒、異丁烯、環(huán)丙燒、丙二烯、丙炔、二甲醚的物質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述低溫?zé)嵩?2)提供90-400°C范圍的溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述低溫?zé)嵩储铺峁?00-250°C范圍的溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述低溫?zé)嵩?2)通過地?zé)峄蛘吖I(yè)過程的廢熱提供。
9.以下形式的工作介質(zhì)用于借助至少一個低溫?zé)嵩?2)產(chǎn)生電能的VPT循環(huán)過程(I、10、100)的用途 a)至少一種選自環(huán)烷烴、烯烴、二烯烴或者炔烴的物質(zhì)，所述物質(zhì)具有2到6個碳原子，或者 b)至少一種選自I-氯-1，2，2，2-四氟乙烷、I-氯-1，1-二氟乙烷、氯代甲烷、溴二氟甲烷、三氟碘甲烷或2-甲基丙烷的烷烴，或者 c)至少一種具有2個碳原子的醚。
10.在液相在115°c的溫度具有大于17巴的逸度的至少一種物質(zhì)形式的工作介質(zhì)用于借助至少一個低溫?zé)嵩?2)產(chǎn)生電能的VPT循環(huán)過程(1、10、100)的用途。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的用途，其中所述至少一種物質(zhì)在液相在115°c的溫度具有大于20巴，特別是大于25巴的逸度。
12.根據(jù)權(quán)利要求9-11中任一項(xiàng)的用途，其中通過所述低溫?zé)嵩?2)提供90-400°C，特別是100-250°C范圍的溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于借助于至少一個低溫?zé)嵩?2)產(chǎn)生電能的方法，其中執(zhí)行VPT循環(huán)過程(1、10、100)。為了提高VPT循環(huán)過程的效率建議使用特定的工作介質(zhì)。
文檔編號F01K25/10GK102639819SQ201080020263
公開日2012年8月15日 申請日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月7日
發(fā)明者E·博策克, J·倫格特, K·希姆勒, M·芬茨, R·約 申請人:西門子公司