用于產(chǎn)生電能的方法以及工作介質(zhì)的用圖
【專利說明】用于產(chǎn)生電能的方法從及工作介質(zhì)的用途
[0001 ] 本發(fā)明是2011年11月7日進(jìn)入中國的申請?zhí)?01080020263.9專利申請的分案申 請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明設(shè)及用于借助于至少一個(gè)低溫?zé)嵩串a(chǎn)生電能的方法，其中執(zhí)行VPT循環(huán)過 程。
【背景技術(shù)】
[0003] 由于世界范圍內(nèi)不斷增加的能源價(jià)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。
[0004] 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)嵩吹臒崃俊?br>[0005] VPT循環(huán)過程W滿輪為基礎(chǔ)(VPT:可變相滿輪），該滿輪可W借助于氣相或者液相 或者氣相和液相的混合物驅(qū)動。運(yùn)樣的滿輪從US 7,093,503 Bl公知。
[0006] US 7,093,503 Bl在圖7中公開了一種借助于至少一個(gè)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)嵩矗摿黧w的熱量傳遞到工作 介質(zhì)。該工作介質(zhì)被供給至滿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)過累，通過該累工作介質(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 再次被輸送到滿輪中，W冷卻發(fā)電機(jī)和潤滑滿輪中的密封件。在從滿輪排出W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。
[0007] 在一種沒有在US 7,093,503 Bl中出現(xiàn)的運(yùn)行方法中也可W進(jìn)行發(fā)電機(jī)的冷卻W 及滿輪中的密封件的潤滑，即只有一部分工作介質(zhì)再次被輸送到滿輪中，W冷卻發(fā)電機(jī)和 潤滑滿輪中的密封件。分流到滿輪的部分在從滿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。因此在運(yùn) 里循環(huán)過程同樣被稱為VPT循環(huán)過程，其中工作介質(zhì)在累之后只有一部分被再次輸送到滿 輪。
[000引在另一種沒有在US 7,093,503 Bl中出現(xiàn)的運(yùn)行方法中也可W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W及滿輪中的密封件的潤滑。因此在運(yùn)里循環(huán) 過程同樣被稱為VPT循環(huán)過程，其中工作介質(zhì)在累之后被直接送去通過借助于地?zé)峒訜岬?流體加熱并因此使循環(huán)閉合，而工作介質(zhì)不再次被輸送到滿輪。
[0009] 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?的熱量被傳遞到工作介質(zhì)）、滿輪、冷凝區(qū)域、累，任選地再次完全或者部分輸送到滿輪，W 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)。
[0010] 依據(jù)US 7,093,503 Bl，Rl：Ma(l，l，l，2-四氣乙燒）和R245fa(l，l，l，3,3-五氣丙 燒)被描述作為VPT循環(huán)過程的工作介質(zhì)。
[0011] 此外在 Energent公司的網(wǎng)站化 ttp: //www. ene;rgent. net/Projects % 20VPT. htm) 上R245ca( I，I，2，2，3-五氣丙烷)也被列為在VPT循環(huán)過程中應(yīng)用的工作介質(zhì)。
[0012] 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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 因此本發(fā)明的目的在于，提高用于借助于至少一個(gè)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。
[0014] 該目的通過第一種用于借助于至少一個(gè)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)
[0015] a)至少一種選自環(huán)燒控、締控、二締控或者烘控的物質(zhì)，該物質(zhì)具有2到6個(gè)碳原 子，或者
[0016] b)至少一種選自1-氯-1，2,2,2-四氣乙燒、1-氯-1,1-二氣乙燒、氯代甲燒、漠二氣 甲燒、=氣艦甲燒或2-甲基丙烷的燒控，或者
[0017] C)至少一種具有2個(gè)碳原子的酸。
[0018] 此外該目的通過第二種用于借助于至少一個(gè)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己的逸度。
[0019] VPT循環(huán)過程被理解為任何包含VPT滿輪的循環(huán)，該滿輪既可W借助于氣態(tài)也可W 借助于液態(tài)還可W借助于氣態(tài)和液態(tài)的混合物被驅(qū)動。
[0020] 因此工作介質(zhì)W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 累。優(yōu)選在運(yùn)里特別是離屯、累。
[0021 ]運(yùn)種方法使得效率提高到12 %及更高。
[0022] 關(guān)于第一種方法優(yōu)選的環(huán)燒控是環(huán)丙烷。特別合適的締控是反式-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別適合作為二締控。優(yōu)選的烘控 是丙烘。特別優(yōu)選的酸是二甲酸。
[0023] 關(guān)于第二種方法，優(yōu)選使用選自1-氯-1，2,2,2-四氣乙燒、1-氯-1,1-二氣乙燒、2-甲基丙烷、異下締、環(huán)丙烷、丙二締、丙烘或者二甲酸的物質(zhì)作為VPT循環(huán)過程的工作介質(zhì)。 例如，在液相中在115°C1-氯-1，2,2,2-四氣乙燒具有21.6己的逸度，1-氯-1,1-二氣乙燒具 有19.9己的逸度，2-甲基丙烷具有19.2己的逸度，異下締具有17.9己的逸度，環(huán)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] 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己，特別優(yōu)選大于25己的逸度，運(yùn)是特別有利的。
[0025] 從環(huán)境觀點(diǎn)考慮，兩種方法的上述物質(zhì)中無面素物質(zhì)是特別優(yōu)選的。
[0026] 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W由此減少。
[0027] 優(yōu)選使用選自環(huán)丙烷、反式-2-下締、1-氯-2,2-二氣乙締、1-氯-1，2,2,2-四氣乙 燒、漠二氣甲燒、I-氯-I，1-二氣乙燒、丙二締、丙烘、氯代甲燒、=氣艦甲燒或者二甲酸的物 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。
[00%]特別是使用選自環(huán)丙烷、丙二締、丙烘、S氣艦甲燒或者二甲酸的物質(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。
[0029] 特別優(yōu)選使用二甲酸、丙烘、丙二締或者=氣艦甲燒。運(yùn)使得效率可W提高到 13.5%及更高的值。
[0030] 當(dāng)使用丙二締作為工作介質(zhì)時(shí)，可W W有利的方式實(shí)現(xiàn)14%及更高的效率。
[0031] 為用于借助于至少一個(gè)低溫?zé)嵩串a(chǎn)生電能的VPT循環(huán)過程使用W下形式的工作介 質(zhì)是理想的：
[0032] a)至少一種選自環(huán)燒控、締控、二締控或者烘控的物質(zhì)，所述物質(zhì)具有2-6個(gè)碳原 子，或者
[00削 b)至少一種選自1-氯-1，2,2,2-四氣乙燒、1-氯-1,1-二氣乙燒、氯代甲燒、漠二氣 甲燒、=氣艦甲燒或2-甲基丙烷的燒控，或者
[0034] C)至少一種具有2個(gè)碳原子的酸。
[0035] 此外，為用于借助于至少一個(gè)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己逸度的物質(zhì)形式的工作介質(zhì)也是理想的。
[0036] 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)嵩础?br>[0037] 低溫?zé)嵩磧?yōu)選通過地?zé)峁┙o，其中地面W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。
[0038] 然而，替代的低溫?zé)嵩匆部蒞通過工業(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。
[0039] 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10°C。
[0040] 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。
[0041] W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）W及示例性 選擇的其他的工作介質(zhì)，由運(yùn)些所選擇的工作介質(zhì)導(dǎo)致更高的效率。
[0042] 在