专利汇可以提供通过热泵原理的利用提高冷却剂入口温度来增加热电联产电厂效率的方法和装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且用于提高低温或高温加热系统的效率的方法和装置。所述装置包括:用于 热电联产 的主热量释放机组(即具有 燃料 电池 (FC)或 内燃机 (ICE)的联产机组)和利用来自周围环境(A)中的可用的废弃物/ 可再生 能源 热源(HS)至少一者的至少一个次热量释放机组(即 热 泵 (HP)),其中所述热泵产生的热量优选地用于预热闭环加热系统的 回 流管 线中的 传热 介质 ,以及其中主热量释放机组用于将传热介质加热到配热网的所需 温度 水 平。根据本 发明 的装置可包括一个或多个相同或不同类型的热泵(HP),以及 串联 、并联或级联连接回路中的一个或多个主热量释放机组。,下面是通过热泵原理的利用提高冷却剂入口温度来增加热电联产电厂效率的方法和装置专利的具体信息内容。
1.一种通过采用热泵(HP)原理利用的原理将热电联产装置用于加热配热网中的至少一个热量消耗器(HC)的方法,所述方法包括:
燃料燃烧过程,其中利用来自燃料电池(FC)、内燃机(ICE)和外燃机所组成的组的至少一个主热源的冷却系统(CS)来提供用于加热所述配热网中的至少一种传热介质的第一热量释放机组;以及其中当所述第一热量释放机组开启并且通过在所述燃料燃烧过程中点燃燃料来运行时,产生了至少一个废热源;
可再生热量利用过程,其进一步包括从周围环境(A)收集至少一个热源的热量的过程,其中利用至少一个热交换器从资源组中收集可再生能源的至少一部分可用热量,所述资源组包括:环境空气、土壤/地表热、地热、地下水、河流、湖泊和积水;
废热回收过程,其中利用至少一个废热回收机组从废热源组中收集至少一个废热源的至少一部分热量,所述废热源组包括:所述主热源的排气系统中的烟道气、增压空气或润滑油冷却系统;
液-气相变热力循环利用过程,其中至少在所述热泵(HP)开启并运行时,利用至少一台热泵(HP)提供用于加热所述配热网中的至少一种传热介质的次热量释放机组;所述方法的特征在于:
液-气相变循环利用所需的热量完全或部分地通过所述可再生热量利用过程获得,其中所述可再生热量利用过程中收集的至少一部分热量用于液-气相变热力循环过程的利用;并且其中在所述次热量释放机组的范围内由至少一台热泵(HP)产生的至少一部分热量用于加热至少一个主热量释放机组的冷却系统的冷却剂;
所述配热网的至少一个闭环回路中的热量优选地通过至少一种传热介质的循环来分配,其中至少一个主热量释放机组的所述冷却系统中的所述热量分配介质的最低温度显着高于所述配热网中的至少一个热量消耗器(HC)中的热量分配介质的最低温度,因此通过热泵(HP)原理的利用,对所述配热网的至少一个回流管线中的至少一种传热介质进行再加热;并且其中,至少在达到所述配热网的设计温度并且所述主热量释放机组和次热量释放机组在满负荷运行时,至少一台内燃机(ICE)的所述发动机冷却系统中的所述传热介质的温度基本上高于35℃。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:
所述燃料燃烧过程基本上是一个持续过程,其中所述主热量释放机组通常在其最小和最大额定工作功率之间的范围内运行,优选地在持续运行中的标称额定功率下运行;
所述液-气相变热力循环利用过程基本上是一个持续过程,其中所述热泵(HP)在其最小和最大额定工作功率之间的范围内运行,优选地在持续运行中的标称额定功率下运行;
所述废热回收过程包括烟道气冷凝过程,其中所收集的热量用于热泵(HP)原理的利用,并且其中所述烟道气的温度降低到23℃以下;
所述废热回收过程用于冷却原理的利用,其中所述热量回收过程用于对燃料燃烧过程利用的增压空气进行冷却;
所述传热网中的所述传热介质的温度由一组包括阀门、泵和传感器的自动调节装置确定、控制和调节,其中所述调节装置优选地适于由至少一个控制机组操纵。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:
所述燃料燃烧过程由多个主热源提供,所述主热源包括燃料电池(FC)、内燃机(ICE)、外燃机所组成的组,其中所述配热网范围内的热量以串联、和/或并联和/或级联连接的方式传递,从而提供所述第一热量释放机组;
所述液-气相变热力循环利用过程由多个热泵(HP)机组提供,其中所述配热网范围内的热量以串联、和/或并联和/或级联方式的方式传递,从而提供所述次热量释放机组;
配热网中的所述热量分配过程由多个热量分配介质实现,其中所述传热网中的热量通过主传热介质在至少一个闭环回路中的循环而从第一热量释放机组传递到所述热量消耗器(HC);其中废热回收机组的热量通过所述次传热介质在至少一个闭合回路中的循环而被传递到所述热泵(HP);以及其中由至少一台热泵(HP)升级的热量被进一步传递到用于至少一个主热量释放机组的所述冷却系统的冷却剂中。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:
所述内燃机(ICE)的所述发动机冷却系统中的所述主传热介质的温度保持在预定的设定值,其中热能平衡调节通过以下方式执行:调整所述热泵(HP)的功率、和/或调整所述主热量释放机组的功率、和/或通过所述主热量释放机组的所述冷却系统调整所述主传热介质的质量流量、和/或通过所述热泵(HP)调整所述主传热介质的质量流量、和/或通过在用于废热源利用的所述闭环回路中调整所述次传热介质的质量流量。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:
所述配热回路中的所述主传热介质的所述质量流量通过改变所述配热回路中的流速来调整;和/或所述闭环回路中的所述次传热介质的所述质量流量通过改变所述闭环回路中的流速来调整,其中,通过切换和/或通过调节至少一台循环泵的功率来调整配热网中的传热介质的速度。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:
所述配热回路中的所述主传热介质的所述质量流量通过流量调节来调整,其中所述配热回路的所述回流管线中的所述主传热介质流的至少一部分被重新导流到所述配热回路的回流管线,以提供热泵(HP)旁路连接;和/或其中来自所述热泵(HP)的所述主传热介质流的至少一部分被重新导流到所述配热回路的前进管线,以提供发动机冷却系统旁路连接;
用于废热源利用的所述闭环回路中的所述次传热介质的所述质量流量通过流量调节来调整,其中所述次传热介质流的至少一部分在所述闭环回路中被重新导流,以为至少一个废热回收机组提供旁路连接。
7.根据权利要求5和6所述的方法,其特征在于:
用于热能平衡调节的所述主传热介质的所述质量流量调节和/或用于热能平衡调节的所述次传热介质的所述质量流量调节由所述控制机组确定、控制和执行,其中所述自动调节装置的位置和/或状态相对于所述配热网中的热量需求进行调节;并且其中所述方法适用于冷却模式运行的反向运行。
8.一种根据本发明的装置组件,包括:
至少一个发动机组的主热量释放机组的冷却系统,所述发动机组包括:燃料电池(FC)、内燃机(ICE)、外燃机,其中单个主热量释放机组优选地包括冷却系统,优选为具有至少一个流入孔和至少一个流出孔的热交换器;
至少一台热泵(HP),其中所述热泵(HP)还包括润滑油冷却系统、蒸发器机组和冷凝器机组;其中所述冷凝器机组还包括入口孔和出口孔,适于与至少一个配热网相关联;以及其中所述蒸发器机组还包括至少一个流入孔和至少一个流出孔,适于与至少一个可再生热源相关联;所述装置组件的特征在于:
所述蒸发器机组适于与可再生热源组中的至少一个相关联,所述可再生热源组包括:
环境空气、土壤/地表热、地热、地下水、河流、湖泊和积水;
所述冷凝器机组的所述出口适于与所述主热量释放机组冷却系统的所述流入口相关联,用于通过配热网中的主传热介质将所述冷凝器机组的热量传递到所述主热量释放机组冷却系统;
所述冷凝器机组的所述入口和所述主热量释放机组冷却系统的所述流出口适于与所述配热网相关联,其中所述配热网还包括至少一个热能接收机组,优选为热量消耗器(HC)。
9.根据权利要求8所述的装置,其特征在于:
所述主热量释放机组还包括至少一个废热回收机组,优选为热交换器,适于在闭环回路中与所述蒸发器机组相关联。
10.根据权利要求9所述的装置,其特征在于:
所述配热回路包括至少一条前进管线和至少一条回流管线,其中所述前进管线和回流管线经由至少一个热量消耗器(HC)将所述主热量释放冷却系统的流出口和所述冷凝器机组的入口相互连接;并且其中所述主传热介质在所述配热回路中循环,以将热源的热量传递给所述热量消耗器(HC);
所述主热量释放机组冷却系统的所述流出口可操作地联接到所述配热回路的所述前进管线;
所述冷凝器机组的所述入口可操作地联接到配热回路的至少一条回流管线;
所述冷凝器机组的所述出口可操作地联接到所述发动机冷却系统的流入口,其中所述配热回路包括主传热介质;以及
所述热交换器结合到所述主热量释放机组中以接收至少一部分废热,其中所述热交换器可操作地联接到所述闭环回路中的所述蒸发器机组;其中在热交换器中收集的热量通过传热介质在所述闭环回路中的循环而被传递到所述蒸发器机组;此外,所述冷凝器机组的热量通过所述配热回路中的传热介质的循环而被传递到所述主热量释放机组冷却系统,其中,至少当内置的主热量释放机组和热泵(HP)开启并且在工作条件下供电时,主热量释放机组冷却系统的流入口处的所述传热介质的温度基本上高于35℃。
11.根据权利要求10所述的装置,其特征在于:
所述配热回路包括多个并联连接和/或串联连接和/或级联连接的热量消耗器(HC);
所述配热回路包括多个并联连接和/或串联连接和/或级联连接的热泵(HP),其中所述蒸发器机组的闭环回路包括并联连接和/或串联连接的多个热交换器;并且其中至少一个冷凝器机组出口孔可操作地联接到所述主热量释放机组(ICE)冷却系统的所述流入口。
12.根据权利要求11所述的装置,其特征在于:
所述主热量释放机组为燃料电池(FC),适于将废热传递到所述配热网。
13.根据权利要求12所述的装置,其特征在于:
所述燃料电池(FC)在氢气的条件下运行。
14.根据权利要求11所述的装置,其特征在于:
所述主热量释放机组为内燃机(ICE);所述内燃机设计为气体燃料发动机,并在气体燃料的条件下工作,所述气体燃料选自包括天然气、液化石油气、垃圾填埋气、木煤气或沼气的组;其中所述发动机冷却系统优选地设计为所述内燃机(ICE)的发动机夹套冷却系统。
15.根据权利要求8所述的装置,其特征在于:
在优选实施例中,所述主传热介质为水;在优选实施例中,所述次传热介质为水和乙二醇的混合物;并且至少一个所述热交换器设计为冷凝热交换器(HE2),其中传热网的所述闭环电路为包括部分房屋、中央供暖设备、区域供暖设备的组的子部件;或者所述网为汽车、卡车或船只的安装的一部分。
1.一种通过采用用于废热源利用的热泵(HP)原理将热电联产装置用于加热配热网中的至少一种传热介质的方法,所述方法包括:
热量分配过程,其中至少一个配热网用于通过所述配热网中的至少一种传热介质流将热量传递给目标热量消耗器(HC);
主热量产生过程,其中至少一个热电联产装置用于提供主热量释放机组,其中,至少一个主热量产生过程中的至少一个冷却系统(CS)用于提供加热至少一种传热介质的主热量释放机组;其中所述主热量释放机组产生的热量通过所述冷却系统(CS)的出口引入所述配热网的进料管线;以及其中至少当主热量释放机组开启并通过在能量转换过程中燃烧燃料而在运行的同时将燃料转换成热量时,产生了至少一个废气形式的废热源;
废热回收过程,其中至少一个废热回收机组用于提取和收集至少一个废热源的至少一部分热量,所述至少一个废热源包括所述主热量产生过程的排气系统中的烟道气;
次热量产生过程,其中至少一个热泵(HP)用于提供次热量释放机组,其中,所述热泵(HP)的至少一个冷凝器用于提供用于加热所述配热网中的至少一种传热介质的次热量释放机组;其中工作介质的液-气相变热力循环用于将可用热源的热量升级到更高等级的温度水平;其中,由所述次热量释放机组产生的热量被引入主热量释放机组的所述冷却系统(CS),因此,至少当所述热泵(HP)开启并在标称功率条件下以加热模式运行时,由所述热泵(HP)原理利用而产生的热量用于将所述冷却系统(CS)的所述传热介质预热到目标温度水平;
可再生热量利用过程,其进一步包括从至少一个可再生热源(HS)中提取和收集热量的过程,其中至少一部分收集的热量用于液-气相变热力循环原理利用中的工作介质的蒸发;
所述方法的特征在于:
通过在主热量释放机组的所述排气系统中提取烟道气的热量对所述废热回收过程中收集的至少一部分热量进行利用,其中由至少一个废热回收机组收集的热量的至少一部分通过所述传热介质在基本闭环网络连接装置中的循环而被传递到所述热泵(HP)的至少一个蒸发器机组;所述网络连接装置包括:至少一个废热回收机组和至少一个蒸发器机组;因此,来自主热量释放机组的至少一部分废热直接用于工作介质的蒸发,所述工作介质用于液-气相变热力循环利用;其中,通过在所述热泵(HP)的至少一个冷凝器机组内冷凝工作流体以进行所述次热量产生过程的利用,将由液-气相变热力循环产生的热量引入所述冷却系统(CS);其中,通过所述主热量产生过程中的冷却系统(CS)将所述传热介质加热到最终温度水平。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:
所述废热回收过程包括烟道气冷凝过程,其中所收集的热量用于热泵(HP)原理的利用,并且其中所述烟道气的温度降低到23℃以下;
所述传热网中的传热介质的温度由一组包括阀门、泵和传感器的自动调节装置确定、控制和调节,其中所述调节装置优选地适于由至少一个控制机组操纵。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:
所述主热量产生过程由多个主热源提供,所述主热源包括燃料电池(FC)、内燃机(ICE)、外燃机所组成的组,其中所述配热网范围内的热量以串联、和/或并联和/或级联连接的方式传递,从而提供第一热量释放机组;
所述液-气相变热力循环利用过程由多个热泵(HP)机组提供,其中所述配热网范围内的热量以串联、和/或并联和/或级联方式的方式传递,从而提供所述次热量释放机组;
配热网中的所述热量分配过程由多个热量分配介质实现,其中所述传热网中的热量通过至少一个闭环回路中的主传热介质的循环而从第一热量释放机组传递到所述热量消耗器(HC);并且其中由至少一个热泵(HP)升级的热量被进一步传递到用于至少一个主热量释放机组的所述冷却系统的冷却剂中。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:
所述内燃机(ICE)的所述发动机冷却系统中的所述主传热介质的温度保持在预定的设定值,其中热能平衡调节通过以下方式执行:调整所述热泵(HP)的功率、和/或调整所述主热量释放机组的功率、和/或通过所述主热量释放机组的所述冷却系统(CS)调整所述主传热介质的质量流量、和/或通过所述热泵(HP)调整所述主传热介质的质量流量、和/或通过在用于废热源利用的所述闭环回路中调整所述次传热介质的质量流量。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:
所述配热回路中的所述主传热介质的所述质量流量通过改变所述配热回路中的流速来调整;和/或所述闭环回路中的所述次传热介质的所述质量流量通过改变所述闭环回路中的流速来调整,其中,通过切换和/或通过调节至少一台循环泵的功率来调整配热网中的传热介质的速度。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:
所述配热回路中的所述主传热介质的所述质量流量通过流量调节来调整,其中所述配热回路的所述回流管线中的所述主传热介质流的至少一部分被重新导流到所述配热回路的回流管线,以提供热泵(HP)旁路连接;和/或其中来自所述热泵(HP)的所述主传热介质流的至少一部分被重新导流到所述配热回路的前进管线,以提供发动机冷却系统旁路连接;
用于废热源利用的所述闭环回路中的所述次传热介质的所述质量流量通过流量调节来调整,其中所述次传热介质流的至少一部分在所述闭环回路中被重新导流,以为至少一个废热回收机组提供旁路连接。
7.根据权利要求5和6所述的方法,其特征在于:
用于热能平衡调节的所述主传热介质的所述质量流量调节和/或用于热能平衡调节的所述次传热介质的所述质量流量调节由所述控制机组确定、控制和执行,其中所述自动调节装置的位置和/或状态相对于所述配热网中的热量需求进行调节;并且其中所述方法适用于冷却模式操作的反向操作。
8.一种用于热电联产电厂废热源利用的装置组件,包括:
至少一个主热量产生装置,其进一步包括至少一个排气系统和至少一个冷却系统(CS),其中所述冷却系统(CS)还包括入口孔和出口孔;所述入口孔和所述出口孔适于与包括主传热介质的配热网连接;所述主传热介质用于加热至少一个热量消耗器(HC);
至少一个热泵(HP),其进一步包括蒸发器机组和冷凝器机组,其中所述冷凝器机组还包括入口孔和出口孔;所述入口孔和所述出口孔适于与所述配热网连接;并且其中所述蒸发器机组还包括入口孔和出口孔;
至少一个热交换器机组,用于从可再生热源中提取热量,其中所述热交换器包括入口孔和出口孔;其中所述出口孔适于与所述蒸发器机组的至少一个入口连接;和至少一个废热回收机组,其适于与所述主热量产生装置的所述排气系统相关联,并且还适于与所述热泵(HP)的蒸发器机组连接;所述装置组件的特征在于:
所述蒸发器入口孔适于与至少一个废热回收机组出口孔连接,用于通过所述闭环回路中的传热介质将所收集的热量从所述废热回收机组传递到所述蒸发器机组;
所述冷凝器机组的所述出口适于与所述主热量释放机组冷却系统(CS)的所述流入口连接,用于通过配热网中的主传热介质将所述冷凝器机组的热量传递到所述主热量释放机组冷却系统(CS)。
9.根据权利要求8所述的装置,其特征在于:
所述蒸发器机组适于与可再生热源组中的至少一个相关联,所述可再生热源组包括:
环境空气、土壤/地表热、地热、地下水、河流、湖泊和积水。
10.根据权利要求9所述的装置,其特征在于:
所述配热回路包括至少一条前进管线和至少一条回流管线,其中所述前进管线和回流管线经由至少一个热量消耗器(HC)将所述主热量释放冷却系统的流出口和所述冷凝器机组的入口相互连接;并且其中所述主传热介质在所述配热回路中循环,以将热量传递给所述热量消耗器(HC);
所述主热量释放机组冷却系统的所述流出口可操作地联接所述配热回路的所述前进管线;
所述冷凝器机组的所述入口可操作地联接到配热回路的至少一个回流管线;
所述冷凝器机组的所述出口可操作地联接到所述主热量产生装置冷却系统(CS)的流入口,其中所述配热回路包括主传热介质;以及
所述热交换器结合到所述主热量释放机组中以接收至少一部分废热,其中所述热交换器可操作地联接到所述闭环回路中的所述蒸发器机组;其中在热交换器中收集的热量通过所述闭环回路中的传热介质的循环而被传递到所述蒸发器机组;此外,所述冷凝器机组的热量通过所述配热回路中的传热介质的循环而被传递到所述主热量产生装置冷却系统(CS),其中,至少当内置的主热量释放机组和热泵(HP)开启并且在操作条件下供电时,主热量释放机组冷却系统的流入口处的所述传热介质的温度基本上高于35℃。
11.根据权利要求10所述的装置,其特征在于:
所述配热回路包括多个并联连接和/或串联连接和/或级联连接的热量消耗器(HC);
所述配热回路包括多个并联连接和/或串联连接和/或级联连接的热泵(HP),其中所述蒸发器机组的闭环回路包括并联连接和/或串联连接的多个热交换器;并且其中至少一个冷凝器机组出口孔可操作地联接到所述主热量产生装置的所述流入口。
12.根据权利要求11所述的装置,其特征在于:
所述主热量产生装置为燃料电池(FC),适于将废热传递到所述配热网。
13.根据权利要求12所述的装置,其特征在于:
所述燃料电池(FC)在氢气的条件下运行。
14.根据权利要求11所述的装置,其特征在于:
所述主热量产生装置为内燃机(ICE);所述内燃机(ICE)设计为气体燃料发动机,并在选自包括天然气、液化石油气、垃圾填埋气、木煤气或沼气的气体燃料的条件下运行,其中所述发动机冷却系统优选地设计为所述内燃机(ICE)的发动机夹套冷却系统。
15.根据权利要求8所述的装置,其特征在于:
用于配热网中传热的主传热介质为水、或水和乙二醇的混合物;并且
至少一个所述热交换器设计为冷凝热交换器(HE2),其中传热网的所述闭环回路为包括部分房屋、中央供暖设备、区域供暖设备的组的子部件;或者所述网络为汽车、卡车或船只的安装的一部分。
厂效率的方法和装置
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