CN1890458A - 低温联合发电系统 - Google Patents

Abstract

一种低温和热源联合发电方法，其用于将来自热源的能量通过低温热传递过程转换为机械能和/或电能，包括，利用蒸汽压缩循环(2)从热源吸收热量，和利用兰金循环(4)用于能量传递以将热能转换为机械能和/或电能。一种低温和热源联合发电装置，其用于将来自热源的能量通过低温热传递过程转换为机械能和/或电能，包括，从所述热源吸收热量的蒸汽压缩循环(2)机构，和用于能量传递以将热能转换为机械能和/或电能的兰金循环(4)机构。所述兰金循环(4)机构可操作地连接到所述蒸汽压缩循环(2)机构。

Description

低温联合发电系统

技术领域

该发明涉及将热能转换为机械能和/或电能的方法和系统。

背景技术

迄今为止，已经开发出了许多用于产生机械能和电能的方法和装置，然而，它们都具有固有的困难和限制。例如，利用高价化石燃料来发电的发电厂排出温室气体，而科学家声称温室气体是全球变暖问题的罪魁祸首。据预测在接下来的50年内这将对我们的环境造成明显的负面影响。

由于必须淹没周围有人居住的陆地资源，因此利用水坝/水库来产生水电的工厂也将影响我们的环境。另外，需要耗用水资源来满足电力需要。

在苏联发生的切尔诺贝利事故以及在美国发生的三英里岛事故证明核能在历史上对周围地区内的居民非常有害并且是潜在致命的。处理核废料的有效手段仍未确立。核能还要消耗铀，由于为了安全原因必须在低压下操作，因此限制了生产能力。

从现有的致冷和空气调节系统发出的含氯氟代烃(CFC)已经耗尽了我们地球的臭氧层，这被认为是进入我们大气的有害辐射引起的许多疾病的原因。

此外，与继续损害我们星球健康的能量产生和供应相联系的越来越多的问题包括由于温室效应，地球臭氧层的耗尽，核废料处理引起的负面效应，和许多其它负面效应，包括生命和陆地的损失，这归因于化石燃料工业(战争，油轮泄漏，海底钻探，采煤导致的陆地破坏，等等)和建造水坝引起的洪水泛滥。当消耗性能源变得更缺乏时，并且由于发达国家中旧的发电和电网系统的必要升级的费用，经济问题也将继续增加。

另外，由于中国和印度的工业发展步伐继续加速，能源消耗和需求增加。专家预测仅中国就将很快比美国消耗更多的石油。专家目前估计我们星球的石油资源将在32年内耗尽。

化石燃料燃烧，和当今使用的许多其它当前已知的机械发动机也存在用于军事工业的问题。一个问题是所有这些发动机都释放余热，而该余热可由红外热传感器探测。

已经开发出了许多其它技术来试图解决这样的问题，即找到一种环保的、安全的和经济的方法来产生电力，实现消耗能量的机械功能(即用于运输，工业制造等)和提供致冷，冷却和空气调节功能。以下是这些技术中的一些及其一些相关益处和不利条件的列表：

(a)生物量发电是不同于燃媒和燃油发电厂的产生电力的另一种方式。但是与化石燃料相同，生物量发电也将有害其它排放到我们的大气中，再次负面影响了我们的环境。

(b)风轮机发电或许是当今所利用的最佳现有技术，但是生产能力有限，需要相当大的初期投资，占用相当大的陆地，并且从美学观点来看不能令人满意。而且它依赖于天气条件和地理位置。

(c)太阳热和太阳光发电由于其依赖天气条件和阳光的可获量而受到限制。收集器阵列再次必须占用地产的大量表面积以产生合理的电量。这归因于这样的事实，即取决于白天的时间和地理位置，太阳光线在每平米上产生的Btu量有限。这也需要额外的费用和维护成本，其归因于必须安装大型热能或化学能存储系统，所述系统典型地与它们配合。

(d)氢燃料电池并不将有害气体排放到我们的大气中，但是由于氢的极易爆炸性而存在其它危险情况。而且与生物量，风轮机和太阳不同，该选择需要消耗氢，而完全改变我们的基础设施以使我们的社会依赖氢是不经济的，因为当今它依赖于化石燃料。本技术需要高昂的能量消耗来使氢液化。

(e)已经提出了利用膨胀式发动机的若干低温能量系统。例如，在美国专利4,170,116中，公开了一种将热能转换为机械能的方法和装置。在美国专利4,896,515中，公开了热泵能量恢复方法和用于驱动热泵中的压缩机的节能方法。然而，这两种技术需要机械马达驱动压缩机(一个或多个)和/或泵(一个或多个)，与所述系统在需要外部发电源用于补充能量输入的净轴功输出中产生的能量相比，其消耗更多的能量，并且所述系统的内部潜热被排放为导致其废能的外部散热。在美国专利4,624,109中公开了一种冷凝大气发动机。该技术建议将来自大气的空气直接注入和/或抽吸到专门设计的真空室中，该真空室保持由膨胀式发动机附带的机械真空泵产生的高真空。空气被等熵联合膨胀以促进凝结到固态的相变，所述相变也被假设补充真空过程并且提供潜热散热。在关于为华盛顿大学开发的Cryocar LN2000提供动力的准等温膨胀式发动机和配件的SAE系列#981898和#972649技术文献中，公开了一种使用液体空气和易燃燃料的发动机。在美国专利3,681,609中，公开了一种无污染马达，该马达包括作为发动手段的低温流体。所有这些技术都具有明显的问题和局限，例如，Cryocar LN2000将存储的液态氮抽吸到开环系统，该系统由蒸发器，过热器和膨胀式发动机组成以产生驱动车辆和/或为车辆提供动力的轴功。残余的感热和潜热以及所有氮被浪费，因为它被排到大气中。所以，液态氮被消耗并且必须被补充。与氢燃料电池技术类似，由于该系统当前被开发，因此它是不经济的。此外，由于它需要完全改变我们基础设施以使我们的社会依赖氮，这与当今对化石燃料的依赖性相对，因此其实用性非常有限。此外，这种现有技术需要高昂的能量消耗来使氮液化，所述能量消耗包括化石燃料。

因此，我们提出的低温联合发电系统的若干目标和优点在于：

(a)提供一种闭环系统，该系统在不将任何有害气体排放到大气的情况下产生电力/机械能，同时提供用于其它应用的散热，并且不要求附加的散热。

1.提供一种独立系统，该系统需要使用很小的/有限的土地，并且不要求特殊地理位置和天气条件。

2.提供一种安全的系统，该系统可以用惰性的、不爆炸的、无毒的气体。

(d)提供一种系统，该系统并不直接和/或间接消耗和耗尽希缺的/不可再生的能源用于其工作并且也将为社会提供不依赖消耗性资源的机会。

(e)在蒸汽压缩循环中提供一种自然对流、热虹吸等温/发热压缩过程，其仅仅需要自由热能输入来获得必要的功，残余的感热和潜热以及致冷介质可以被再循环，因为它从蒸汽和/或气态被凝结回液态，从而允许能量保存，并且使社会对现有高昂的消耗性能源基础设施的依赖性减到最小。

进一步的目标和优点是为包含热能的几乎所有介质提供了这样的能力，即为系统提供能量输入以产生净功输出；提供热能(热量)到机械能和/或电能的转换；仅仅使用可再生能量消耗为运输提供便宜的、环保的替换形式。该方法和装置可以应用于卡车，火车，轮船，飞机等；提供电力；提供环境控制系统，例如空气调节，致冷，低温技术等。本发明可以用在低温应用中以用于液化诸如氮，氢，氦，甲烷等气体。实验室和半导体应用，以及医疗应用(例如人体冷冻等)，其减小了现有系统当前所需的高成本的电力消耗。进一步的应用包括用于发电厂，其中这种技术可升级为人类可以想象和建造的最大型的多兆瓦发电厂。特殊地理位置，环境危害，化石燃料和/或水消耗不是必要的。所需要的只是空气或其它等效的热源(一个或多个)。本系统也可以用于为浪费大量热量的许多工业设备和计算机服务农场提供联合发电，所述热量浪费在多数情况下已经成为经营负担。使用该主题技术，这些不利条件可以转化为优势，同时成为产生电力的补充热源。所公开的技术也可以与现有的可再生能源项目合作，例如太阳，生物量，地热等，竞争性地增加它们的生产量以远远超过现有的化石燃料发电设备。

象活动电源一样，(不需要携带和补充燃料供应)，该主题技术可以与最近设想的其它新技术结合。例如，这种技术通过减小螺旋桨/旋翼的直径创造机会来增强代替现有的旋翼飞行器技术，并且仍然能提升与当今较大的螺旋桨/旋翼所能提升的重量相同的重量。这种技术也可以用于提供水的蒸馏/净化，抽取和备用仓库。

使用在此公开的低温联合发电系统和热源联合发电，其既包括方法也包括装置，不会有排放物，危险的废物排放到环境，不会有洪水淹没贵重财产，并且不一定需要特殊地理环境来实现它。该系统不消耗水，不消耗燃料，无存储，无化学处理，并且不依赖天气条件。它也可以用于水上、陆上和空中运输系统。

本发明的另外目标和优点将在以下描述中进行阐述，并且部分地将从所述描述中显而易见，或者可以通过实施本发明而被理解。本发明的目标和优点可以通过特别在后附权利要求中指出的装置、方法和组合而被实现和获得。

发明内容

本发明是一种低温联合发电方法和热源联合发电系统，其用于将来自热源的能量通过低温或热源热传递过程转换为机械能和/或电能，其利用蒸汽压缩循环从热源吸收热量，并且利用兰金(Rankine)循环用于能量传递以将热能转换为机械能和/或电能。所述两种循环优选地作为闭环工作并且补充彼此的循环。也公开了用于将来自热源的能量通过低温或热源热传递过程转换为机械能和/或电能的低温联合发电装置和热源联合发电装置，其包括从热源吸收热量的蒸汽压缩循环机构，用于能量传递以将热能转换为机械能和/或电能的兰金循环机构，兰金循环机构可操作地连接到蒸汽压缩循环机构。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的优选实施例，并且与以上给出的总体描述和以下给出的优选实施例的具体描述一起用于解释本发明的原理。

图1在优选实施例中显示了根据本发明的低温联合发电或热源系统，该系统具有蒸汽压缩循环和兰金循环。

图1A显示了根据本发明提出的低温或热源联合发电系统的压力和焓图表内参数的许多可能范围的一个例子。

图2-1和2-2显示了根据本发明的实施例，所述实施例包括型式被改进的蒸汽压缩循环和兰金循环，其中液体机械泵被加入兰金循环中，无源平行压缩机过热器组件，吹风膨胀式发动机，和吹风散热设备被结合到蒸汽压缩循环中。

图3-1和3-2显示了根据本发明的任选附加实施例的总览，所述实施例包括型式被改进的蒸汽压缩循环和兰金循环，其中液体机械泵被加入兰金循环中，无源平行压缩机过热器组件，吹风真空扩散注射系统，吹风循环，和吹风真空散热设备。

图4-1和图4-2显示了根据本发明的任选附加实施例，所述实施例包括带有流动诱导热交换器的无源平行体积减小压缩机子系统。

图5-1和图5-2显示了根据本发明的任选附加实施例，所述实施例包括蒸汽压缩循环和/或兰金循环，其利用现有的机动机械驱动泵，压缩机和用于流动循环的吹风机，以及任选的干燥去湿系统(一个或多个)，所述系统可以通过使用任选的太阳能收集器阵列再生。

具体实施方式

现在具体参考在附图中示出的本发明的优选实施例。

本发明的低温和热源联合发电系统包括装置和方法，其包括热交换器(一个或多个)的阵列，流动调节设备(一个或多个)，压缩系统(一个或多个)和膨胀式发动机，它们被组装以集成同步热力和非热力过程，以用于从地热(在地球表面之下的自然内部热源)或太阳热(在地球表面之上的自然热源)能源提取热量和用于将该热能(热量)转换成机械能。该系统主要可以用于驱动发电机以产生电力，但是其它应用包括从该系统产生的净机械功受益的应用。该系统也具有许多联合发电应用，这些应用可以由于系统的热提取和热排放能力而被利用。通过使用两种循环，这通过再循环潜热而允许例如热传递介质的液化，汽化，以及然后再液化。

该公开的低温联合发电和热源系统优选地包括两个子组件，即蒸汽压缩循环2和兰金循环4。在此公开的方法和装置允许在系统中所有循环内的受控和可调整的液体、蒸汽和/或气体流动。可以使用任何外部热源，其可以是自然热源，例如地热或太阳，或者是人造热源，由此本方法和装置将来自热源的能量转换为机械能和/或电能。

在优选的实施例中，从外部热源接收热量的主要方法和手段是蒸汽压缩循环2。如这里所公开的，该热量然后优选地被传递到兰金循环4，在那里热能被转换为机械能或电能。这两种循环以及用于实现它们的方法和装置通过硬件和/或软件手段被配置和操作成互相补充和完善。

蒸汽压缩循环可以用许多方式实现，其中描述了优选的方法和装置。通常，蒸汽压缩循环从液体接收器开始，其带有液态制冷剂，但是也可以带有气体或蒸汽形态的致冷剂，该致冷剂通过计量设备膨胀，以通过在其循环末端的过冷却器帮助过冷却其回路，并且通过兰金循环冷凝器从兰金循环吸收热量(从而冷凝兰金循环)。蒸汽压缩致冷剂然后穿过压缩机/过热器组件，以提高压力和从外部热源吸收热量，然后将热量传递给兰金循环，兰金循环使兰金循环致冷剂过热并且冷凝蒸汽压缩循环致冷剂，然后经前述的热交换器被过冷却。优选地通过用稍微过热的致冷剂灌注过热压缩机，和加入来自外部热源的热量实现压缩，其中固定体积增加致冷剂的温度和压力直到它到达理想的水平并且被释放。在这样的实施例中，多个蒸汽压缩过热器/压缩机22和60平行地和顺序地被配置以使震动最小，从而适应所述过程，其中所述震动由过热器/压缩机22和60的分离产生。也可以提供膨胀箱11以减小震动和提供更恒定的流动。

在此也描述了一个实施例，其中提供了吹风器，以在过热器/压缩机22和60被排空以完成它们的循环和将热量加入到兰金循环之后，排空保留在过热器/压缩机22和60中的高压力/温度的剩余物。为了将该吹风器再引入到系统中，与排放到大气中相反，吹风气体通过可以实现机械或电输出的另一膨胀式发动机被膨胀，以使入口压力和压缩机相匹配。吹风气体然后可以穿过热交换器以逐渐将热量传递到兰金循环中，从而也匹配正被引入到压缩机中的其它气体的温度。

作为另一选择，附加的过热器/压缩机810，820和830可以设在每个回路中，其中体积相继减小以增强压缩。这样的过热器/压缩机可以带有加热和冷却源以引起致冷剂在过热器/压缩机之间的流动，以代替先前提到的吹风器；然而，理想的是将吹风器也结合到该配置中。

优选地，兰金循环4也从液体接收器出发，泵用于将来自为液体增加压力的接收器的液体泵送到热交换器中以从蒸汽压缩循环，从其主冷凝器，吹风器和/或其压缩机吸收热量，直到兰金循环致冷剂达到过热状态，然后在该过热状态它通过膨胀式发动机膨胀以获得机械或电输出，并且通过由蒸汽压缩循环冷却而重新凝结。

在下面具体描述的实施例中，优选的液态致冷剂是氮，然而，如果需要也可以使用其它致冷剂。

在图1中，显示了蒸汽压缩循环2和用于实现该循环的手段。如图1中所示，蒸汽压缩循环可以从任选的蒸汽压缩液体容器接收器10开始，但不局限于此，所述接收器用于保存蒸汽压缩低温致冷剂8，该致冷剂可以是任何致冷剂，但是优选为液态氮。然而，致冷剂8可以是其它致冷剂，但是优选为低温致冷剂，或者其它致冷剂，例如甲烷或类似物。致冷剂8在该循环中可以处于液相，气相或蒸汽相。容器接收器10通向蒸汽压缩膨胀阀/计量设备，或减压阀12，进入任选的蒸汽压缩过冷却器14，并进入兰金冷凝器155，该冷凝器可以是低温壳体和管热交换器的子组件，优选地其引出到任选的止回阀18，和/或自动隔离阀20，所述隔离阀优选地连接到与外部热源1000导热接触的蒸汽压缩过热器/压缩机22。在优选的方法中，过热器/压缩机22优选地引出到与兰金循环致冷剂6导热接触的蒸汽压缩冷凝器35，所述致冷剂优选地处于液相并且占据兰金循环液体蒸发器容器7，其中所述液体蒸发器容器可以是热交换器的子组件，然后穿过过冷却器14返回到接收器10中。

在图1中也示出了兰金循环4，和用于实现该循环的手段，该循环在任选的兰金循环液体蒸发器/过热器容器7开始，该容器带有兰金循环致冷介质6，该致冷介质优选是低温的。致冷介质6可以是任何致冷剂，但是优选为低温致冷剂，例如液态氮，并且与作为低温和管热交换器的子组件的蒸汽压缩冷凝器35导热接触。致冷剂6在该循环中可以处于液相，气相或蒸汽相。连接到管道和配件的阵列的容器/接收器7通向兰金循环膨胀式发动机150，并且排放到兰金循环冷凝器155中，该冷凝器与作为低温壳体和管/管和管热的子组件的蒸汽压缩蒸发器16导热接触。在优选的方法中，致冷剂6然后返回到容器7中。

在蒸汽压缩循环2的优选操作中，来自重力的自然落差可以提供作用于蒸汽压缩液体容器接收器10内的液体上的压力。当致冷剂被排放/释放到优选垂直布置的真空中的低压时，该落差压力可以引起流过蒸汽压缩膨胀阀/计量设备/减压阀12。当它穿过其蒸汽压缩蒸发器16时，它将同时从任选的蒸汽压缩过冷却器14，和/或从兰金循环冷凝器155吸收潜热。在致冷介质8完全被蒸发并且稍微过热之后，当介质8经过与外部热源1000导热接触的蒸汽压缩过热器22时，它可以继续从外部热源吸收感热。在恒定的和/或减小的体积下被过热，该热膨胀过程将同时增加致冷介质的压力和减小其密度，迫使它上升，代替和传递热量至更密集的原子和/或介质8的分子，直到全部达到接近平衡的温度和密度。因而，漂浮的、被压缩的过热介质8将被引入以经过垂直管道28向上流动到位于较高计算高度的蒸汽压缩冷凝器35中。介质8然后可以继续前进以将其潜热和感热焓传导和释放到兰金循环液体蒸发器过热器容器7中，直到介质8凝结为液态。该反向过程再次增加了液态介质8的密度，并且重力引起通过过冷却器14向下流回到接收器10中以完成蒸汽压缩循环2。因而，由于被描述为闭环，(但它并不局限于该配置，因为它可以是开环或许多其它配置)，位移可以导致不能在蒸汽压缩蒸发器16，与外部热源1000导热接触的蒸汽压缩过热器22，和蒸汽压缩冷凝器35中产生真空。这可以促使连续的热虹吸流经过自然对流通过膨胀阀12流回。

在兰金循环4的优选操作中，介质6在兰金循环液体蒸发器/过热器容器7中时优选地从蒸汽压缩冷凝器35吸收热量。当优选为液态氮的介质6从液态变为过热蒸汽并且在恒定的和/或减小的体积下被过热时，该热过程将同时增加致冷介质的压力和减小其密度，迫使它上升，代替和传递热量至更密集的原子和/或介质8的分子，直到全部达到接近平衡的温度和密度。因而，漂浮的、被压缩的过热介质8将被引入以向上流动到兰金循环膨胀式发动机150中，在那里当介质6通过发动机150膨胀时它将其热能转换为机械能。残余的饱和冷蒸汽从发动机150被排放到位于较低计算高度的兰金循环冷凝器155中。当介质6完成其凝结过程时它将其感热和潜热释放到蒸汽压缩蒸发器16中，同时重力引起向下流回到容器7中以完成兰金循环。因而，由于系统可以是闭环系统，位移将导致不能在兰金循环膨胀式发动机150，和液体蒸发器/过热器容器7的上部产生真空。这促使连续的热虹吸流经过自然对流通过膨胀式发动机150流回。

在其它实施例中，在图2-1，图2-2，图3-1图3-2中显示的无源平行压缩机过热器组件可以通过跟随止回阀18a增强，该止回阀连接到包括T形接头19c的无源平行压缩机过热器子组件500A，连接到作为冷蒸汽供应的低温自动隔离阀20a，所述冷蒸汽供应进入蒸汽压缩过热器22，经高压调节阀27a和高压调节阀27b离开。根据形成无源平行阵列700的相关可升级设计，子组件500A可以与不定数量的其它平行压缩机过热器子组件500b平行地互连。

在操作中，该实施例可以促进若干平行回路的同时压缩和过热。因此，恒定的压力和温度总是可以用于供给回路的剩余部分及其相关功能。该方法也防止可以由不连续的热传递等导致的任何延时和/或震动。

在操作中，通过用稍微过热但是仍处于冷蒸汽状态的介质8灌注过热器22而实现过热和/或压缩。然后热量从增加介质8的温度和压力的外部热源被加入到与外部热源1000导热接触的过热器22的固定体积中。该热量吸收将一直发生直到达到预定的参数，然后阀27a释放介质8。该设计可以促进若干平行回路的同时压缩和过热。因而，恒定的压力和/或温度总是可以用于供给回路的剩余部分及其相关功能。可以结合膨胀箱(一个或多个)以防止可以由不连续的热传递，和/或过热器22的分离等导致的任何延时和/或震动。

如图2-1和3-1中所示，在优选实施例中兰金循环可以通过跟随兰金循环液体接收器130增强，该接收器带有兰金循环低温液体泵135，该泵可以由任何定速、多速和/或变频马达驱动(但是外部功率源将不一定用于其能量输出)，并且该泵向兰金循环蒸发器140中排放。

在操作中该实施例可以促进兰金循环中受控的/可调节的液体流动，由此直接和/或间接影响和控制整个系统中的介质流动和热传递速度，并且当需要时允许调节。

如图3-1和3-2中所示，蒸汽压缩循环可以被改进成包括吹风循环，该吹风循环可以通过改进所述优选实施例开始，其可以从蒸汽压缩液体接收器10开始，该接收器连接到真空绝缘T形接头19a，真空绝缘管道和配件的阵列的一个分支通向蒸汽压缩膨胀阀12，通过管子21，进入蒸汽压缩阶段1过冷却器14，经管子21离开，进入蒸汽压缩蒸发器16，该蒸发器与兰金冷凝器155导热接触。然后流动引出到与真空绝缘止回阀18a的连接，之后紧跟着T形接头19b，并且继续相同的分支回路，该分支回路通向可以包括另一T形接头19c的无源平行压缩机过热器子组件500A和作为冷蒸汽供应的低温自动隔离阀20a。极小高压或未绝缘的T形接头160a可操作地连接到作为高压吹风过热气体供应的高压调节阀27c，所述气体供应进入与外部热源1000导热接触的蒸汽压缩过热器22，并且经高压调节阀27a和高压调节阀27b离开。根据形成无源平行阵列700的相关可升级设计，子组件500A可以与不定数量的其它平行压缩机过热器子组件500B平行地互连。互连阵列700通过极小的或未绝缘的高压管道和配件28离开，经更多的管道28到达蒸汽压缩预冷凝器30。流动继续到达与兰金循环蒸发器140导热接触的蒸汽压缩冷凝器35，通过过冷却器14返回，通过止回阀18b，并进入接收器10，其中所述冷凝器作为低温壳体和管/管和管热交换器的子组件。实际的吹风循环可以在吹风液体接收器90开始，供应经过管子21，吹风低温液体泵95，其中所述泵可以由任何定速、多速和/或变频马达驱动，但是外部功率源将不一定用于其能量输出，所述供应通过T形接头19h的一个分支排放到吹风蒸发器盘管100，该吹风蒸发器盘管与蒸汽压缩预冷凝器30导热接触，并且作为低温壳体和管/管和管热交换器的子组件通过管子28连接到吹风过热器105。高压调节阀27e连接到无源平行阵列600和700，所述阵列通过吹风混合其它出口110离开，通过T形接头19k的一个分支到达狭道，进入吹风膨胀式发动机115，优选地向吹风真空冷凝器盘管120中排放。盘管120的蒸汽出口可以经管子21由任选的真空扩散喷射器85的真空抽吸侧产生。吹风冷凝器与吹风真空蒸发器55导热接触，并作为低温壳体和管热交换器的子组件。液体出口125a可以通过多个管子21在T形接头19e与真空扩散喷射器流体出口125b邻接，剩余的分支向回通向接收器90。T形接头19h的另一分支可以通向吹风液体泵旁路调节阀97，继续通过多个管子21，以终止于蒸汽压缩液体接收器10的底部中。T形接头19k的另一分支优选地通过吹风真空发动机旁路阀112绕道，并且在T形接头191到达发动机115的排放侧。

在图3-1和3-2中，为了进一步支持吹风循环的有效操作，可以通过加入吹风真空散热设备进一步改进蒸汽压缩循环，所述散热设备可以在T形接头19a的另一分支开始，并且用真空绝缘管道21确定路线，通过吹风阶段2过冷却器50，到达另一真空绝缘T形接头19d。流动继续相同的分支回路，该分支回路通向吹风膨胀阀45，通过过冷却器50返回，经多个管子21，以进入吹风真空蒸发器55，其中该蒸发器与吹风冷凝器盘管部分120和125a导热接触，并且作为管热交换器的子组件，引出到可以包括另一T形接头19f的无源平行压缩机过热器组件200A，到达作为冷蒸汽供应的低温自动隔离阀20f，和极小高压或未绝缘的T形接头160f，连接到作为进入吹风真空压缩机过热器60的高压吹风过热气体供应的高压调节阀27g。过热器60的一个出口可以连接到自动三路吹风真空控制阀70，另一出口经过高压调节阀27f。根据形成另一无源平行阵列600的相关可升级设计，200A可以与不定数量的其它吹风真空平行压缩机过热器子组件200B平行地互连。互连阵列600可以通过若干通道离开。一个是阀70，该阀的一个分支通过管子21，到达吹风真空低温泵75，该低温泵连接到吹风真空压缩机80的抽吸侧，其排放侧连接到管子21，该管子可以通过连接到先前未提到的T形接头19b的分支完成回路。T形接头19d的另一分支可以经过多个管子21，以作为任选的液体输送吹风真空扩散喷射器85的高压侧终止。

在图3-1和3-2中可以看到兰金循环的另一实施例。兰金循环在兰金循环液体接收器130开始，供应经过管子21，兰金循环低温液体泵135，排放到与蒸汽压缩冷凝器35导热接触的兰金循环蒸发器140中，所述冷凝器通过管子28连接到兰金循环过热器145，和外部热源，经多个管子28离开并且进入兰金循环膨胀式发动机150。通过管子21排放到与蒸汽压缩蒸发器16导热接触的兰金循环冷凝器155中，并且返回到接收器130。

该扩展设计可以促进在整个系统的所有循环内的受控的/可调整的液体、蒸汽和/或气体流动。在使用本发明的其它许多方法中，吹风循环和吹风真空散热是一种方法，其可以产生整个系统的任何和所有部分中期望的任何压力和焓条件。吹风膨胀式发动机也可以提供额外的净功输出。

在图4-1和4-2中示出了介质8的稍微过热的冷蒸汽，其离开蒸发器16，通过T形接头19m的一个分支进入无源平行体积减小压缩机子组件800A，该子组件包括的路径为通过阀20n进入等放热容器810(与冷却流动诱导热交换器840和加热流动诱导热交换器850导热接触)，通过阀20o进入另一等放热容器820，该等放热容器优选地与冷却流动诱导热交换器842和加热流动诱导热交换器853导热接触，并且通过阀20p。然后它进入另一等放热容器830，该等放热容器优选地与冷却流动诱导热交换器844和加热流动诱导热交换器855导热接触，并且通过阀27n，进入T形接头19n的一个分支，和通过管子28，到达冷凝器35，该冷凝器优选地与兰金循环液体蒸发器140导热接触。然后它通过管子21，进入过冷却器14，通过阀12引出到接收器10，并且返回蒸发器16。根据形成无源平行体积减小压缩机阵列900的相关可升级设计，子组件800A可以与不定数量的其它无源平行体积减小压缩机子组件800B平行地互连。

如图4-1和图4-2中所示，可以通过与顺序的等温和放热过程相互作用增强优选实施例中的蒸汽压缩循环，所述顺序的等温和放热过程被无源平行体积减小压缩机阵列900用于任何致冷介质的流动诱导，压缩和/或过热。该过程可以产生压力和焓条件的扩大范围。

在图5-1和5-2中显示了任选的实施例，该实施例包括蒸汽压缩循环和/或兰金循环，其利用机动机械驱动压缩机170，和用于流动循环的机动机械驱动吹风机172。图5-2也包括任选的干燥去湿系统174，其可以通过使用任选的太阳能收集器阵列再生。

从提出的本发明可以看出，不会有排放物，危险的废物排放到环境，不会有洪水淹没贵重财产，并且不一定需要特殊地理环境。该系统将不消耗水，不消耗燃料，无存储，无化学处理，并且不依赖天气条件。该系统的另外优点在于：

可以是集成的双循环闭环系统，其产生电力/机械能，并且不会将任何气体排放到大气中。

可以是一种系统，该系统并不直接和/或间接消耗和耗尽希缺的/不可再生的能源用于其工作并且也将为社会提供不依赖消耗性资源的机会。

可以在蒸汽压缩循环中提供一种自然对流热虹吸等温/发热压缩过程，其仅仅需要自由热能输入来获得必要的功。因此在大量的自由热能被转换为功之后，残余的感热和潜热以及致冷介质可以被再循环，因为它从蒸汽和/或气态被凝结回液态。由此保存能量，并且消除社会对现有高昂的消耗性能源基础设施的依赖性。

一种航空电子提升系统也可以用在另一实施例中。任何一个上述实施例可以利用这里提到的任何一个压缩机/过热器子组件，但是并不仅仅局限于在这里描述的方法。任何冷却空气的方法可以用于增加围绕包含诸如氦这样的漂浮介质的容器的大气中空气的密度。由于容器中漂浮介质和容器周围的空气之间的密度差值增加，漂浮介质容器的提升能力可以显著地增加。该技术通过减小螺旋桨和/或旋翼的直径能够代替现有的旋翼飞行器。

从以上描述明显可知，从所提供的公开内容可以预见各种各样的应用、方法和系统。这里描述的装置和方法可应用在各种应用中，例如外部热源可以是太阳，地热，空气调节负荷，研究系统，航空电子系统，至顶循环，致冷，联合发电，低温应用，并且另外的优点和改进对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。例如，外部热源吸收可以位于将要暴露在汽车前面的前表面区域。通过回收来自整个车辆的摩擦产生组件的残余热量可以减小该表面区域。这是一种非常可行的可能性。所提出的本发明的系统也可以被改进和结合，从而为该相同的车辆提供动力或驱动它。该构思的改进型式可以应用于卡车，火车，轮船，飞机等。可升级的发电机，压缩机等可以与提出的膨胀式发动机的系统(一个或多个)轴联合。此外，该主题技术可以用在低温应用中以用于液化诸如氮，氢，氦，甲烷，水等这样的气体；可以应用于实验室和半导体应用，和医疗应用(例如人体冷冻等)。这消除了现有系统当前所需要的高成本的电力消耗。该主题技术也可以与现有的可再生能源项目合作，例如太阳，生物量，地热等，无限地和竞争性地增加它们的生产量以远远超过现有的化石燃料发电设备的生产量。该新技术也将消除任何热源和噪声源，所述热源和噪声源可以被敌方和诸如追踪导弹这样的防空武器探测。此外，可以包括不同致冷介质的附加至顶循环和至底循环也可以与该系统级联。所以本发明在其更广的方面并不局限于所显示和所描述的特定细节，代表性的装置和示例。因此，在不脱离申请人的总创新观念的精神和范围的情况下可以脱离这些细节。

Claims (39)

1.一种低温联合发电方法，其用于将来自热源的能量通过低温热传递过程转换为机械能和/或电能，该方法包括：

利用蒸汽压缩循环从所述热源吸收热量；和

利用兰金循环用于能量传递，以用于将热能转换为机械能和/或电能。

2.根据权利要求1的方法，其中所述兰金循环包括利用将热能转换为机械能和/或电能的手段，所述手段包括将来自所述热源的大量热能传递到所述兰金循环的能量吸收和排放手段，和用于将热量传入和传出所述蒸汽压缩循环的再循环手段。

3.根据权利要求1的方法，进一步包括利用带有能量吸收和排放手段的所述蒸汽压缩循环，以用于将来自所述热源的热能传递到所述兰金循环和/或用于通过传输将能量传入和传出所述兰金循环。

4.根据权利要求1的方法，进一步包括在所述兰金循环中利用热传递介质。

5.根据权利要求1的方法，进一步包括在所述兰金循环中利用致冷剂。

6.根据权利要求1的方法，进一步包括在所述蒸汽压缩循环中利用热传递介质。

7.根据权利要求1的方法，进一步包括在所述蒸汽压缩循环中利用致冷剂。

8.根据权利要求4的方法，进一步包括利用重力和自然对流促进的大气流动来循环所述热传递介质。

9.根据权利要求5的方法，进一步包括利用重力和自然对流促进的大气流动来循环所述致冷剂。

10.根据权利要求6的方法，进一步包括利用重力和自然对流促进的大气流动来循环所述热传递介质。

11.根据权利要求7的方法，进一步包括利用重力和自然对流促进的大气流动来循环所述致冷剂。

12.根据权利要求1的方法，进一步包括利用一种手段，该手段通过无源自然等温和/或放热过程压缩和/或过热热传递介质和/或致冷剂。

13.根据权利要求1的方法，进一步包括利用一种手段，该手段使用无源平行压缩机，通过同时和/或平行执行无源自然等温和/或放热过程的顺序方法保持预定的连续恒定压力输出和/或流动。

14.根据权利要求1的方法，进一步包括利用一种手段，该手段使用吹风循环扩大压力和/或流动的范围和控制。

15.根据权利要求1的方法，进一步包括利用一种手段，该手段使用吹风真空散热扩大压力和/或流动的范围和控制。

16.根据权利要求1的方法，进一步包括利用一种手段，该手段使用无源平行体积减小压缩机扩大压力和/或流动的范围和控制。

17.根据权利要求1的方法，进一步包括利用一种手段，该手段使用航空电子提升手段增加漂浮容器提升能力。

18.根据权利要求14的方法，进一步包括利用一种手段，该手段通过利用体积减小压缩机扩大压力和/或流动的所述范围和控制。

19.一种低温联合发电装置，其用于将来自热源的能量通过低温热传递过程转换为机械能和/或电能，该装置包括：

从所述热源吸收热量的蒸汽压缩循环手段；和

用于能量传递的兰金循环手段，其用于将热能转换为机械能和/或电能，所述兰金循环手段可操作地连接到所述蒸汽压缩循环手段。

20.根据权利要求19的装置，其中所述蒸汽压缩循环手段包括热传递介质。

21.根据权利要求19的装置，其中所述兰金循环手段包括热传递介质。

22.根据权利要求19的装置，其中所述蒸汽压缩循环手段包括致冷剂。

23.根据权利要求19的装置，其中所述兰金循环手段包括致冷剂。

24.根据权利要求20的装置，进一步包括一种手段，该手段用于产生由重力和自然对流促进的热虹吸流动以循环所述热传递介质。

25.根据权利要求22的装置，进一步包括一种手段，该手段用于产生由重力和自然对流促进的热虹吸流动以循环所述致冷剂。

26.根据权利要求21的装置，进一步包括一种手段，该手段用于产生由重力和自然对流促进的热虹吸流动以循环所述热传递介质。

27.根据权利要求23的装置，进一步包括一种手段，该手段用于产生由重力和自然对流促进的热虹吸流动以循环所述致冷剂。

28.根据权利要求19的装置，进一步包括一种手段，该手段通过无源自然等温和/或放热过程压缩和/或过热热传递介质和/或致冷剂。

29.根据权利要求19的装置，进一步包括一种手段，该手段使用无源平行压缩机，通过同时和/或平行执行无源自然等温和/或放热过程的顺序方法保持预定的连续恒定压力输出和/或流动。

30.根据权利要求19的装置，进一步包括一种手段，该手段使用吹风循环扩大压力和/或流动的范围和控制。

31.根据权利要求19的装置，进一步包括一种手段，该手段使用吹风真空散热扩大压力和/或流动的范围和控制。

32.根据权利要求19的装置，进一步包括一种手段，该手段使用无源平行体积减小压缩机扩大压力和/或流动的范围和控制。

33.根据权利要求19的方法，进一步包括一种手段，该手段使用航空电子提升手段增加漂浮容器提升能力。

34.根据权利要求30的方法，进一步包括一种手段，该手段通过利用体积减小压缩机扩大压力和/或流动的所述范围和控制。

35.根据权利要求19的装置，进一步包括机动机械驱动压缩机和机动机械驱动吹风机，以用于流动循环。

36.一种热源联合发电方法，其用于将来自热源的能量通过热传递过程转换为机械能和/或电能，该方法包括：

利用蒸汽压缩循环从所述热源吸收热量；和

利用兰金循环用于能量传递，以用于将热能转换为机械能和/或电能。

37.根据权利要求36的方法，进一步包括利用一种手段，该手段使用吹风循环扩大压力和/或流动的范围和控制，并且进一步利用一种手段，该手段使用膨胀式发动机将热能转换为机械能和/或电能。

38.根据权利要求37的方法，进一步包括利用一种手段，该手段使用膨胀式发动机和吹风散热将吹风循环热传递介质重新引入到蒸汽压缩循环中以用于将热能转换为机械能和/或电能。

39.一种热源联合发电装置，其用于将来自热源的能量通过低温热传递过程转换为机械能和/或电能，该装置包括：

从所述热源吸收热量的蒸汽压缩循环手段；和

用于能量传递的兰金循环手段，其用于将热能转换为机械能和/或电能，所述兰金循环手段可操作地连接到所述蒸汽压缩循环手段。

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