兰金循环发电的制作方法

专利名称：兰金循环发电的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及发电，并且具体为(a)结合兰金循环发电的太阳能发电；和(b)利用兰金循环机械装置发电或者做其它功。
背景技术：
太阳能是每天免费可获得的。它是清洁的，无污染的能源。直到本发明之前，提供可信赖的，长期的，划算的，高效的利用太阳光获得电和热能的方式仍然是没有解决的问题。
有人曾经提出利用平板太阳能转换器把直射太阳光转化为热或电能。
利用直射阳光产生电能的平板支持基座成为Solar One工程的一部分。
有人曾经提出把环形、凹面的反射器安置在单独的柱子或基座上。这个方法应用在沙特阿拉伯的太阳能水淡化(Soleras waterdesalination)工程和加利福尼亚州Dagget(Dagget，California)的SolarTwo工程上。
有人曾经提出按照队列排列并且并排放置在斜面的固定位置凹面反射器。参见美国专利4,202,322。在亚利桑那州菲尼克斯(Pheonix，Arizona)的联邦修正机构(Federal Correctional Institution)制造过这样的装置。
可倾斜的加长凹面反射器装置已经得到利用，例如在加利福尼亚州巴斯托(Barstow，Califonia)FPL Energy SEGS VIII和IX所拥有的装置。
有人曾经提出太阳能系统包括双向可控的菲涅耳(Fresnel)透镜和利用直接太阳光的太阳能电池组。例如，参见美国专利4,649,899。同样参见美国专利4,245,153。双轴跟踪太阳的光学检测装置是已知的。
上述提议和装置在提供可靠的，低成本的，有效的，把太阳能转化为电能的可变容量系统方面都是不成功的。
进一步地，现有技术未利用流出冷却液(太阳能发电机的温度可以通过它得到控制)作为辅助电源产生额外的电力，这在利用太阳能发电机最大化产生电力上是失败的。同样，现有技术无法有目的地确定利用只有中等升高温度的热冷却液来有效产生电能或做其它功的合算方法。
直到此时，把热能转化为机械能并转化为电能的兰金循环原理只有在非常昂贵复杂的、拥有典型地在850°F到1100°F温度范围以及高压下工作的蒸汽驱动涡轮机的工厂当中应用。矿物燃料用来驱动产生高温高压蒸汽的锅炉。这些类型装置中矿物燃料的转化效率大约可以达到百分之三十七(37％)。

发明内容
简单来说，本发明通过合算地把太阳能转化成为电能和热能并且在之后把热能也转化成电能的方法克服或充分缓解了长期困扰本领域现有技术的问题。本发明同样利用新的兰金循环机械装置驱动发电机，以经济的方法实现了低温热能(无论何处获得的)向电能的转换。兰金循环机械装置也可以做其他的功。本发明为太阳能和热能到电能的转化提供了可靠的，经济的方法，其中系统的规模与所需要的能力相关。
根据上述的思想，本发明的主要目的是通过把太阳能转化为热能和电能并且之后把热能也转化为电能的方法克服或充分缓解长期困扰本领域现有技术的问题。
本发明另外一个极为重要的目的是提供可靠的，经济有效的系统和方法，用于把太阳能转化为电能和热能以及之后利用热能产生附加电能或做其它功，其中任何这样系统的规模与所希望的能力相关。
另外一个重要的目标是以经济有效的方法利用新颖的兰金循环机械装置驱动发电机或驱动做其它功的装置，提供把无论从何处获得的低温热能转化成为电能或做其它功的系统和方法。
更进一步的有价值的目标是提供新的能量转化兰金循环机械装置和相关方法。
通过参考附图的详细描述，本发明的这些和其它的目标和特征将是容易理解的。


图1是本发明范围内的太阳能到电能和热能的转化系统的示意图，其中将热能转化成为电能或用于做其它功；图2是本发明范围内的热能到电能的转化系统的示意图；图3是根据本发明原理构造的组装状态下去除外壳的兰金循环机械装置从装置输出端看去的透视图；图4是组装状态下兰金循环机械装置从图3对面看去的透视图；图5是清楚显示图3中兰金循环机械装置的分解透视图；和图6是清楚显示图3中兰金循环机械装置去除近侧板的透视图。
具体实施例方式
本发明具体地相关于结合利用太阳能发电机中热冷却水联合兰金循环机械装置辅助发电或做其它功的太阳能发电，并且也相关于兰金循环利用中等升高温度液体做功或/和产生电能。
本发明以某些形式利用免费而无限的太阳能来产生电和热能。本发明可以根据需要设定经济配置的规模，范围从居民和小型商店的小独立系统到为车间或工厂利用的中等规模装置再到设计提供补充电能或减轻(如果不能消除)电能危机的大规模装置，例如最近加利福尼亚州的一个装置。本发明安装和维护是合算可靠并且不需要大量维护的，对于运行是有效并且划算的而且不污染环境。太阳能不是不可再生能源。
利用本发明，商店、工厂、零售和写字楼、家庭、农场和村庄可以产生一些(如果不是全部)它们自己的电能，并且避免了当今行业中不是最大就是最大不可控制的消耗之一——矿物或核燃料所产生的电能的购买价格逐步提高。
本发明能够在每平方英尺比传统的太阳能收集器产生更多的能量。本领域现有的平板收集器不能利用大量的在集中光电生成系统中产生的热能联合发电，根据本发明这些热能也可以转化为电能。
直到现在，远程装置面临困难的选择，即，支付过高的提供有效能量的价格，或依靠昂贵的、有噪声的以及难以维护的产生污染的柴油机，汽油或丙烷驱动的发电机。本发明是一个更好的选择，可以设置规模和大小来独立产生现场所需的电能，例如供给房屋或商店，抽水机，灌溉以及运行远程通讯装置的能量。
与中心形式的发电不同，非集中式现场太阳能的使用获得了电能而不需要长距离的带有巨大铁塔和高压电线的分布网络。它利用普遍存在的资源——阳光作为代替。
非集中式阳光转化的电能可以使用户免于高峰期减少用电，和由于操作错误、系统崩溃或有计划的对公共事业或国家的敌对组织恐怖行动所引起停电。
为建筑物产生电能的发电设备本身的价值可以在建筑物的使用时间内作为部分债务基金(抵押)分期偿还。如同看上去那样神奇，建筑物所有者所面对的最大的和最不可控制的花费之一是逐步提高的电费。利用本发明，人们实际上就拥有了当今或几年之后消除大部分电费的能力。
当陆地和水充足并且劳动力便宜的情况下，容易忽视存在于环境与开发、燃烧以及不可再生能源浪费之间的脆弱平衡。现在矿物燃料供应有限是非常明显的——同时这些资源引发了我们空气、水资源和食物链的破坏——伤害是或者将是不可避免的。同时由于更多的可获得燃料沉积的消耗以及在全球范围内持续增长的机器、人力和运输上的花费，使得用于矿物燃料的花费越来越高。
具有讽刺意味地，世界能源需求最好的答案总是太阳。太阳可以满足我们大部分的能源需要并且帮助我们摆脱传统发电内在的负面效应。把太阳能转变为电能将减少由煤炭、石油和核燃料所产生的污染。同时减缓了煤炭和石油的使用并且允许我们为更远的将来和可能的更重要的应用保存这些资源。使用太阳能也将减少或消除核能的需要并减轻它的很多危险和问题。
虽然太阳能刚刚开始大量应用来满足世界能源的需要，自从1958年，直接的太阳光就已经为卫星和宇宙飞船提供能量了。在二十世纪七十年代，第一个陆地直接阳光光电转化装置为无法与公共电网相连的遥远地区提供能量。随后，由于太阳能工业生产出更有效的硅电池和发电机，更大栅格连接的直接阳光装置成为了现实。
本发明是非空间密集的。本发明以某种形式可以安置在已经存在的屋顶上，所以它本质上根本并不占用额外的空间。可选地，系统可以安置在地面衬垫上或重叠放置在停车场(sparking lot)之上。进一步可选地，可以安置在柱子上。
本发明的不同实施例可能用于与住宅、写字楼、制造工厂、公寓建筑、学校、医院、远程通讯、遥感设施、海上平台、水泵站、淡化系统、消毒系统、野营、指挥部装置、远程医疗设施、制冷系统、农场和牛奶场、偏远乡村、气象局和空调系统等等，仅举出这几个例子。
本发明同时也可以应用于(a)为电解腐蚀提供阴极保护，(b)在某些情况为电池储存电能，并且(c)为公用事业公司生产并出售电能。
不同于矿物燃料，太阳是无论何时何地都免费的能源。它不需要发掘、运输、提纯、燃烧或投资。因此消除了所有这些生产能源步骤的花费。所有形式的污染也都消失了。没有微粒或燃气排放到空气中。也没有数百万加仑冷却水的需要。(用来冷却太阳能电池的少量液体冷却剂实际上成为联合产生电能的第二种形式。也就是说，从冷却剂得到的热能可以用来生成额外的电能。)更优选地，液体冷却剂进行再循环和再利用来保存冷却剂。没有大量热水排放到沿海的海水而提高正常温度并且改变和可能破坏沿海海洋生命的居住环境和食物链。利用太阳能，没有任何形式的废物在矿井移除或埋葬或向海洋倾倒，因此，如果有，也只是有少量的对我们这代或对未来若干代的健康危险。
本发明的不同实施例是模块化的，允许任何大的、中的以及小的装置来迎合电能装置的确切需要。太阳能发电机中太阳能电池所产生的电力是直流电(DC)，在合适的时候可以利用反向换流器或直流-交流转化器转化成为交流电(AC)。根据本发明利用兰金循环机械装置由热能产生的电力依据兰金循环机械装置所利用的发电机类型可以是直流、交流或三相交流。
现有技术对于从液态冷却太阳能发电机获得最大电力是失败的，因为没有利用冷却液联合产生额外的电力，或者没有用作为其它类型功的动力源。现有技术对于有目的地确定利用只有中等升高温度的加热液体经济有效地发电或做其它功的商业方法是失败的。
先前，兰金循环原理在热能向机械能转化中是有局限的，对到电能的转化也是同样的，只能在昂贵、复杂的、包括典型地工作在850°F到1100°F范围和高压之下的蒸汽驱动涡轮机的车间当中。矿物燃料通常驱动锅炉来产生高温、高压蒸汽。这些类型装置的矿物燃料转化效率可以大约达到百分之三十七(37％)。
本发明克服或充分减轻了长久困扰现有技术的无法把太阳能经济有效地转化成电能和热能以及利用热能产生额外电能的难题。本发明以合算的方法利用新的兰金循环机械装置驱动发电机提供了低温热能(不管如何得到的)到电能的转化方法。兰金循环机械装置的机械能同样也可做其它功。本发明提供了可靠的、合算的方法把太阳能和/或热能转化为电能，其中系统的规模可以与希望的能力经济地相关。本发明的兰金循环方面使用包含低温加热液体的冷却液。兰金循环机械装置驱动发电机产生所需类型的电力。低温加热液体可以通过热交换器沿闭合环路把其热量从液体传输到气体，气体随后通过兰金循环机械装置沿另外闭合环路进行转移。加热的液体拥有低于沸点的温度，例如，当液体为水的时候，液体的温度降低于210°F。典型地，气体将在50°F和80°F之间。
当本发明的兰金循环方面联合太阳能发电机使用时，总体电能的生产将获得大约百分之三十的提升。
根据本发明的发电，允许在希望的地方及时提供能量，例如，当传统的能源不充足时，例如在高峰负荷期间，或者在停电期间或在传统电力难以或不可能到达的场合。
热液体可以存储在一个或多个绝热的容器或水箱中并且用于在以后的选择的时间里利用本发明的兰金循环方面来产生电力。
在当今优选的形式中，兰金循环机械装置包括双动转子，即通过用于冷却太阳能发电机的太阳能电池的液体冷却剂加热的低温流体的传输而操作的正向转移设备(positive displacement device)。另外的拥有低于沸点温度的热液体源可以用来驱动兰金循环机械装置。优选地，当包括用于太阳能发电机的冷却剂时，热液体在太阳能发电机和热交换器之间循环。优选地，在相同热交换器中通过的气体在返回到冷却气热交换器之前不仅通过兰金循环机械装置循环，还通过冷却塔或冷凝器循环传输，其使得气体膨胀并且从而帮助气体传输通过兰金循环机械装置。这样，冷却剂和气体都包含在它们分别的闭合环路当中，可以预知，系统拥有低温、低压无污染的工作特征。这个系统的总体效率计划超过百分之四十二(42％)。
这样，本发明利用太阳能通过在太阳能发电机把太阳能转化为电能以及利用控制太阳能发电机温度的冷却剂的热能驱动兰金循环发电装置进一步得到电能来产生主要的和辅助的电能。作为辅助电能的替代，中等温度的冷却剂可以驱动其它的机械做其他的功。冷却液体拥有低于它沸点的温度并且热交换器中冷却剂加热的气体将有比较低的、从50°F到80°F的温度。
兰金循环系统包括含有轴安装瓣轮的兰金循环机械装置，通过连续对第一瓣轮和第二瓣轮施加热气体的动力来反向旋转。分别安装在瓣轮上的轴优选地通过齿轮或传动装置互连，使得一个轴的机械旋转引起了另外轴以相同速度的反向旋转，反之亦然。设计瓣轮使得不会出现“漏气”(blow-by)效果。利用转轴旋转(机械能)做功，包括但并不局限于驱动商用发电机旋转。
在本发明的优选实施例中，应用热气体驱动兰金循环机械装置之后，气体在液体冷却剂没有进入的冷却塔或类似装置中得到冷却。
连续的冷却剂和气体分别在包含对应闭合液体流环路和闭合气体流环路的闭合系统当中流动。这样，没有任何可能有害的向环境或空气的排泄。
从商用太阳能发电机产生的电力是直流电，需要利用直流-交流转化器获得交流电。从兰金循环机械装置转动获得的电力可以按照需要处理并且可以用于产生任何所希望形式的电力。作为兰金循环机械装置旋转的结果所产生电力的特性是由选用的发电机特性决定的。
第二热交换器(冷却塔)包括一部分气体持续传输的闭合系统。气体同样通过第一热交换器进行传输，在这里，来自液体冷却剂的热量持续但分别地通过第一热交换器而传递到气体。气体在其环路中的传输通过泵驱动循环，或通过温度差循环或用两种方法得以实现。液体冷却剂的循环是通过泵的。
现在结合附图进行详细的描述，其中类似的数字用来指示所有附图中的类似部分。特定地，图1中描述的框图和结构是同样完成了特定方法的普通设计10的几个新系统之一。更详细地，图1展示了太阳能发电机12，通过它液体冷却剂进行循环来冷却太阳能电池。液体冷却剂在闭合环路中流动，该环路包括流入管道14，流过发电机12(在这里光电转换所产生的热传递到冷却剂)，流过流出管道16的通道，和之后的泵18，热交换流入管道20，以及绝热储水箱/扩展热交换器22内部，用于分隔通过设置在水箱/热交换器22内部中的蛇行管24循环的气体形式的流动。如果需要，热交换器22中的液体可以包含在与气体蛇行管24并列的蛇行管当中。液体冷却剂可以是拥有低于沸点的升高温度的水。燃料电池的输出可以包括管道40引入的液体。
水箱/热交换器22的大小可以是不同的，根据设计标准从特别巨大到相对较小。水箱/热交换器越小，它储存温度低于沸点的液体冷却剂的能力就越低。水箱越大存储能力也越大。如果需要，在太阳能发电机12暴露在阳光下时，液体冷却剂循环的闭合环路连续循环冷却剂。当夜晚或多云的情况下，水箱/热交换器22内部26的热液体冷却剂可以保持静止，不再用泵18循环，此时可膨胀的气体以某种还未详细描述的方式和目的在蛇行管24中进行传输。冷却剂和气体的流动是层流的(laminar)，而不是混乱的。为在夜间或多云天气下兰金循环发电，热液体也可以存储在水箱22之外或所附加的绝热水箱中。这样，电池中存储的电量可以消除或最小化。
由于任何液冷太阳能发电机都包括发电机12，可以应用包含在以上提到的美国专利申请09/867,196当中的太阳能发电机。这些太阳能发电机的光电太阳能电池以容易理解的方式产生电能，并从发电机12沿着输电线28输出。该电力是直流电并且如果需要可以用来驱动直流设备。然而，如果需要交流电，输电线28中的直流电可以在直流-交流转化器30中进行转化并且随后以交流电形式沿电缆32传输到公共互连34并且从此沿着电缆36传输到公共电网或现场应用，如图1和2中的38所示。
上述可膨胀气体通过的热转化蛇行管24是闭合环路的一部分，在流动的方向上从蛇行管24开始按顺序包括，排气管道40，兰金循环机械装置42，管道44，气体通过它从兰金循环机械装置42中排出并且气体通过它注入到安置在传统冷却塔(热交换器)48内部47的冷却蛇行管46当中。从冷却塔48流出的气体沿着管道50传输，在运行的情况下通过泵52，再一次通过管道54引入到加热蛇行管24当中。
兰金循环机械装置42的输出用来驱动商用发电机56。如上所述，从发电机56得到的电力可以以任何合适的方式在38得到应用，例如但不局限于，现场应用，或出售给公共事业公司以及沿着电缆36通过公共互连34同公共电网系统进行连接。
现在参照图2，展示了根据本发明原理一般设计的第二系统60。系统60的一部分组件与系统10中的上述组件相同。因此，在这些结合点这些组件不需要进一步的描述。因而，仅对图2中所找到的与图1不同之处进行解释。独立于源，拥有低于沸点温度的热液体沿着管道20’传输到水箱/热交换器22的内部26。通过管道20’提供的热液体源可以是任何来源，例如地热水，从任何类型降温系统所放出的，等等。热流入液体可以以本领域技术人员认为合适的方式一次或多次地通过水箱/热交换器22。通过输入管道20’提供的热液体可以存储在如上所述的水箱/热交换器22当中。当排水时，水箱/热交换器22内部26的液体通过流出管道14’排出。在水箱/热交换器22拥有不足的热液体存储能力的时候，一定量的用于处理和存储的热液体可以利用一个或多个绝热存储水箱62进行扩大，它们中的内容根据需要利用泵64返回到水箱/热交换器22的内部26中。在任何情况下，包含在水箱/热交换器22内部26的热液体，无论在静止状态还是在流动状态，都把热量传输到上述的通过蛇行管24的气体当中。如上所述，热气体的流动驱动兰金循环机械装置42，使得当兰金循环机械装置42转动发电机56时可以获得电能，电能可以通过电缆57进行现场或附近应用或通过电缆59连接到公共互连34。除了所考虑的驱动发电机56，展示在图2中的兰金循环机械装置42可以用来转动其它设备做其它功，如66处所示。
参考图3至6，展示了根据本发明原理设计的兰金循环机械装置42的一个适当形式。在某些实施例当中，装置42提供了便携的优点。由于装置42的容量和规格可能是不同的，每分钟转数(RPM)在200到5000之间可以产生5匹的功率。图3到6描述了移除外壳之后的兰金循环机械装置42。侧外壳本质上是拥有孔洞外围凸缘的相对的贝壳状外壳，在组装之后，其避免碎片进入并且保护机件不受伤害。在孔洞凸缘处，侧外壳分别利用攻丝地穿过凸缘孔洞的螺丝进行固定，并且与装置的另外一片上带有序螺纹的孔洞70对齐。
除去外壳，图3到6中展示了包括三个连续邻接面板72、74和76的兰金循环机械装置。面板72、74和76相对比较平和薄，在中间面板74和两个外侧面板72、76之间产生闭合空间，从而避免流体从接触面78和80泄漏。因此，面板72和76拥有内外部平滑的内外表面并且优选地由合适的金属制造，其不易腐蚀，并且由于液体通过流入管道42和流出管道42流过装置42温度升高，其不会显著膨胀。在某些环境下流入管道40处的15psi的压力是合适的。制造面板72和76的合适金属包括铝、钢和黄铜。作为替代，面板72和76之一或全部都可以用合适的膨胀稳定的刚性合成树脂材料制造，例如利用ABS或聚四氟乙烯，或其它的合成材料。
其它不易磨损的膨胀稳定的刚性合成树脂材料也可用于制造层74，例如优选ABS，或聚四氟乙烯。合成材料也可以用于制作层74。层74与层72和76不同，是只有外围的，包括了如图8所示形状的中空内部84，适于接收并且紧密包容两个相邻并相互起作用的瓣轮86和88的转动，下面将进行更为详细的描述。参照图5和6。瓣轮86和88可以用膨胀稳定的合成树脂材料、金属或合成材料制造。中间层74同样包括了内部流入排放端口120，流体通过把管道40中的流体相继注入到四个瓣轮腔而与流入管道40开放连接，下边将进行更详细的描述。中心层74同样包括了流出端口122，由于上面解释的目的与排放管道42开放连接。两个瓣轮86和88的阳突出(maleprojections)包括由平面114和116所定义的表面110和空腔112。设定瓣轮86和88尺寸，使得相对旋转的时候，包括面110的每个突起都转入并且转过阴空腔(female cavities)112。如图6所示。
反向旋转、互相啮合的瓣轮86和88对于两个平行的轴43是以任何传统的方式不可旋转连接的，例如利用压配合环89，或锁槽/销槽或使用螺丝互相连接。展示的环89向相关瓣轮86或88外突出。转轴可旋转地利用套管90和92分别在外层平板72和76的空洞当中作为轴颈(journal)，在两端平板72和76的每个中，每个轴末端之一旋转装载进孔洞94(图5)。套管90和92插在95，使得半径的大小可以通过放松或拉紧对应的穿在插槽上的定位螺丝91进行调整，从而调整套管的大小使其在孔洞94中紧密结合旋转并且不可旋转地连接在相关转轴43。两个轴43分别在面板72之外伸出小段的距离成为它们的近轴末端。这些近轴末端通过一对盖子96(图4)隐藏用螺丝固定在面板72上的98。盖子96可以用任意适宜的材料制造，例如可获得的合成树脂材料。
相反地，每个轴43的远轴末端正好伸出面板76的外平面，如图3所示。这样，轴的远轴末端是输出轴，它的旋转或扭矩转化为机械能，从中获得需要的功，例如用于发电。
一对互连的齿轮或传动装置100利用任何适合的技术分别不可旋转地连接于两个轴43。图3中展示了在螺纹孔101中的定位螺丝。因而，当瓣轮相反旋转时，两个轴43相反旋转，互连在102处的两个齿轮同样相反并且以相同的速度旋转。正如下面的更详细的描述，主动转移，驱动流入流体从端口40进入的力量在第一点及时驱动瓣轮之一，另外的瓣轮由于齿轮在102互连的原因而随之运动。随后，流入流体驱动第二瓣轮，而第一瓣轮再次由于齿轮互连在102处的原因而成为随动轮。
轴43转动所产生的机械能或扭矩在发电机56转化为电能(图1和2)或在66用作其它工作(图2)。
从图6中可以最好地看出，实施例中展示和描述的瓣轮86和88是相同的。每个瓣轮三百六十度(360°)的旋转将形成每个瓣轮的两个驱动阶段以及每个瓣轮的两个空闲或从动阶段。
为避免漏气(blow-by)，每个瓣轮包括了相对、最大化直径的阳(male)径向壁表面或边缘110，它可以与图8形状的中间外围层74的表面84紧密结合地旋转，最好地显示在图6当中。由于面110和面84紧密结合的关系，在旋转期间没有流体流动或压力的材料“漏气”损失发生。
进一步地，每个瓣轮86和88包括相对的肾形插槽或凹槽112。插槽112包括中央直径减小的径向表面114和前后的圆表面116，它们每个与相关外径向表面110和相关表面114相结合。从流入管道40和内端口120进入的流入流体产生的驱动力主要作用在当时流体压力所驱动的瓣轮86或88的一个凹槽112内的引导表面116上。一旦拖尾表面116经过了内部排放端口120并临时地关闭了凹槽112在端口120与流体的接触，凹槽112中的拖尾表面116就中止流入流体对相同肾形凹槽112的引导表面116的压力。在这个时刻，另外瓣轮的凹槽112之一的引导表面116将在内部端口120进入兰金循环机械装置的压力之下与流入液体相连，如上面所解释的，使得第二瓣轮成为驱动轮而第一瓣轮成为从动轮。这个主动瓣轮/从动瓣轮顺序的转化在两个瓣轮86和88的每360°旋转时对每个瓣轮发生两次。消耗了的驱动流体通过内部端口122并且通过流出管道44进行排放。参见图6。
用于驱动瓣轮86和88的流体可以是任何合适的合成物。大量的装置42可以串行和/或并行使用。包括蒸汽的气体是优选的，但是某些特定环境下也是可以应用液体的。
本发明可以以其它的不背离其中精神或本质特性的特定形式进行实施。因而所述实施例被视为说明而非限制的所有方面，本发明的范围不由上面描述而由附加权利要求指出，并且所有来自于权利要求的等价范围和内涵之内的变化都包含在本发明范围内。
权利要求
1.一种利用太阳能产生主要和辅助电力的方法，包括如下操作太阳能发电机直接把太阳能转化为电能；利用冷却剂冷却太阳能发电机；通过冷却剂利用从发电机带走的热量来驱动兰金循环发电系统也产生电能。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述冷却剂是液体，并且，其中，利用操作包括使加热的液体冷却剂经过热交换器传输来升高经过热交换器的气体的温度，用于驱动兰金循环机械装置随后产生驱动发电机的扭矩。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述气体包括蒸汽。
4.如权利要求1所述的方法，其中，直接转化操作产生的电力是直流电。
5.如权利要求4所述的方法，进一步包括把直流电转化为交流电的操作。
6.如权利要求2所述的方法，其中，所述液体冷却剂经过太阳能发电机和热交换器进行再循环。
7.如权利要求2所述的方法，其中，所述气体得到冷却之后经过热交换器进行再循环。
8.如权利要求2所述的方法，其中，所述气体在经过兰金循环机械装置之后和返回热交换器之前经过冷却设备传输。
9.如权利要求2所述的方法，其中，从太阳能发电机排出的液体冷却剂有相对比较低的、低于沸点的温度而且所述气体的温度等于或低于80°F。
10.如权利要求2所述的方法，其中，所述气体以大约15psi的压力传输进入兰金循环机械装置。
11.一种利用中等升高温度液体做功的方法，包括如下操作传输中等温度的液体，该温度低于其经过液体-气体热交换器的沸点温度；经过液体-气体热交换器传输气体，以把热能从液体向气体传递；传输气体来旋转兰金循环瓣轮转移装置，以产生至少一个输出轴的旋转；把输出轴旋转转化为做功。
12.如权利要求11所述的方法，进一步包括气体经过热交换器和兰金循环机械装置进行再循环的操作。
13.如权利要求11所述的方法，其中，所述第三转移操作包括旋转两个输出轴且所述转化操作包括来自两个轴旋转的功。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述两个输出轴用齿轮啮合在一起用于共同而反向的旋转。
15.如权利要求12所述的方法，进一步包括在离开兰金循环机械装置之后和返回热交换器之前冷却所述气体的操作。
16.如权利要求11所述的方法，其中，所述转化操作包括通过转轴旋转驱动发电机来获得电力。
17.一种通过转移中等升高温度流体用于发电的方法，包括如下操作把温度范围在100°F之下，流入压力在大约15psi的流体引入到兰金循环机械装置内分别安置在互相连接转轴上的可相对旋转瓣轮之间的空间；应用流体的压力(a)首先主要推动第一瓣轮，强制其旋转，第一方向旋转的瓣轮通过互相连接的转轴引起第二瓣轮以第二方向反向旋转，和(b)其次主要推动第二瓣轮强制其旋转，第二方向旋转的第二瓣轮通过相互连接的转轴引起所述第一瓣轮以第一方向旋转；利用某个或全部转轴驱动发电机产生电力。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述流体是气体。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述气体包括蒸汽。
20.一种发电的方法，包括如下操作低压和中等升高温度的注入流体以连续流的形式与兰金循环机械装置的第一转轴安装瓣轮发生接触，从而强制第一瓣轮和其上安装第一瓣轮的转轴以第一方向旋转，第二转轴安装瓣轮作为从动轮产生反向的第二方向旋转；随后连续流入的流体与第二瓣轮发生接触，从而强制第二瓣轮和其上安装第二瓣轮的转轴旋转，第一瓣轮和其上安装第一瓣轮的转轴作为从动轮以第一方向旋转；通过从兰金循环机械装置得到的转轴旋转来发电。
21.如权利要求20所述的方法，进一步包括利用温度低于沸点的液体在热交换器中提升流体温度的操作。
22.一种利用兰金循环机械装置发电的方法，包括如下操作具有升高温度的注入流体首先与第一瓣轮随后与第二瓣轮发生接触使瓣轮以相反的方向旋转并且使至少一个输出轴转动；利用至少一个输出轴的旋转驱动产生电力的发电机。
23.一种利用太阳能联合产生主要和辅助电力的系统，包括如下操作直接把太阳能转化为电能的太阳能发电机；利用冷却剂冷却太阳能发电机的冷却单元；利用冷却剂得到的热能驱动发电机也产生电能的兰金循环机械装置。
24.如权利要求23所述的系统，其中，所述冷却剂包括液体，所述冷却单元包括用液体冷却剂升高的温度提升经过热交换器的气体的温度的热交换器，所述兰金循环机械装置包括至少一个用于驱动发电机旋转的输出轴。
25.如权利要求24所述的系统，其中，所述气体包括蒸汽。
26.如权利要求23所述的系统，其中，由太阳能发电机产生的电力为直流电。
27.如权利要求26所述的系统，进一步包括把直流电转化为交流电的直流-交流转化器。
28.如权利要求24所述的系统，其中，所述冷却单元包括液体冷却剂连续经过太阳能发电机和热交换器进行再循环的再循环装置。
29.如权利要求24所述的系统，其中，所述冷却单元包括气体连续经过热交换器和兰金循环机械装置进行再循环的再循环装置。
30.如权利要求29所述的系统，其中，所述冷却单元进一步包括气体在经过兰金循环机械装置之后和回到第一热交换器之前连续传输通过的第二热交换器。
31.如权利要求24所述的系统，其中，从太阳能发电机排放的液体冷却剂拥有相对较低的、低于其沸点的温度并且所述气体在低于液体冷却剂温度的温度范围之内。
32.如权利要求24所述的系统，其中，所述气体以大约15psi的压力流入兰金循环机械装置。
33.一种利用中等升高温度的液体来做功的系统，包括液体-气体热交换器，低于其沸点的升高温度的液体通过它进行传输并且气体也通过它进行传输从而把热能从液体传递到气体；兰金循环瓣轮转移装置，利用在热交换器排放后经过其中的气体旋转至少一个输出轴；通过转轴旋转驱动来做功的设备。
34.如权利要求33所述的系统，进一步包括用于其中气体通过兰金循环机械装置和热交换器进行再循环的泵。
35.如权利要求34所述的系统，进一步包括用于冷却离开兰金循环机械装置之后和返回热交换器之前的气体的气体冷却器。
36.如权利要求33所述的系统，其中，所述兰金循环机械装置包括两个相对旋转的输出轴，其都可以驱动做功设备。
37.如权利要求36所述的系统，其中，所述兰金循环机械装置包括两个相互连接的轴安装的、相对旋转的齿轮，为得到共同而反向的旋转分别不可旋转地连接在两个输出轴上。
38.如权利要求33所述的系统，其中，所述做功设备包括通过至少一个转轴旋转驱动来获得电能的发电机。
39.一种通过中等升高温度流体流动来发电的系统，包括如下操作兰金循环机械装置，以大约100°F或低于100°F的温度范围且大约15psi的压力将流体引入到其中，并引入到分别安装在所述兰金循环机械装置的相互连接的转轴上的可反向旋转的瓣轮之间的空间；使得流体的压力(a)首先应用于强制推动第一瓣轮，以第一方向旋转的瓣轮通过相互连接的转轴引起第二瓣轮以相反的第二方向旋转，并且(b)然后应用于强制推动第二瓣轮，以第二方向旋转的第二瓣轮通过相互连接的转轴引起第一瓣轮以第一方向旋转；连接到一个或两个转轴上以产生电力的发电机。
40.如权利要求39所述的系统，其中，所述流体为气体。
41.如权利要求40所述的系统，其中，所述气体包括蒸汽。
42.一种发电的系统，包括兰金循环机械装置，以连续流的方式接收低压和中等升高温度流入流体，使得流体(a)首先推动兰金循环机械装置的第一轴安装瓣轮来强制第一瓣轮和其上安装第一瓣轮的转轴以第一方向旋转，轴安装的第二瓣轮由于所述第一瓣轮的旋转而作为从动轮以第二方向反向地旋转，和(b)随后再次推动第二瓣轮来强制第二瓣轮和其上安装第二瓣轮的转轴旋转，第一瓣轮和其上安装第一瓣轮的转轴由于所述第二瓣轮的转动而作为从动轮以第一方向旋转；连接到一个或两个转轴从而利用转轴的旋转产生电力的发电机。
43.如权利要求42所述的系统，进一步包括进入兰金循环机械装置之前用低于沸点温度的液体提升流体温度的热交换器。
44.一种包括兰金循环机械装置的发电系统，其中，所述兰金循环机械装置包括相互连接的安装有相对旋转的转轴的瓣轮，使得拥有升高温度的流入流体首先接触第一瓣轮随后接触第二瓣轮使瓣轮以相反的方向同时旋转以旋转转轴，还包括发电机，用一个或两个输出轴旋转来驱动所述发电机产生电力。
全文摘要
本发明公开一种把太阳能转化为电能和热能以及把所生成的热能转化为电能的系统(10)或其组合以及方法。同样公开了一种以合算的方法利用兰金循环机械装置(42)驱动发电机(56)把无论从哪里得到的低温热能转化为电能或做其它功的系统和方法。
文档编号F03G6/00GK1756675SQ02828162
公开日2006年4月5日 申请日期2002年4月23日 优先权日2002年4月23日
发明者保罗·罗赫德 申请人:阳光信任有限责任公司