用于产生电力的系统的制作方法

用于产生电力的系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于产生电力的系统。该系统包括被构造成对流体进行加热以产生加压气体的一个或多个热泵。一部分加压气体被排放至缓冲室以进一步用于Rankine系统。另一部分加压气体在涡轮膨胀机中被膨胀以用于驱动发电机产生电力。可选地，该系统包括泵以根据系统操作状况来对一部分流体进行加压。该系统还包括一个或多个传感器以用于感测温度和压力并且输出代表所感测到的状态的一个或多个信号。该系统包括控制单元以用于接收信号并且输出一个或多个控制信号以用于控制阀和止回阀中的气体和液体的流动。
【专利说明】用于产生电力的系统
【技术领域】
[0001]本实用新型总体涉及用于产生电力的系统，并且更具体地涉及用于使用联接到热泵的涡轮膨胀机来产生电力的系统。
【背景技术】
[0002]在典型的发电应用中，使用朗肯(Rankine)系统的电厂利用泵来将来自冷凝器的加压液体进给至锅炉或热交换器(heat exchanger)。所述热交换器用于使液体蒸发成气体。此外，涡轮膨胀机联接到热交换器，以接收气体并且使气体膨胀从而驱动发电机产生电力。用于将加压液体进给至热交换器的泵通常会消耗发电机所产生的电力的相当大的部分。这显著降低了电厂的总体效率。
[0003]因此，存在对改进的用于提高电厂效率的系统和方法的需要。
实用新型内容
[0004]根据本实用新型的一个示例性实施例，公开一种用于产生电力的系统，所述系统包括:
[0005]缓冲室；
[0006]热泵，所述热泵联接到所述缓冲室并且联接到流体源，所述热泵包括:用于通过第一阀从所述流体源接收第一流体的第一通道；用于使第二流体循环通过第二阀的第二通道，其中所述第二流体与所述第一流体成换热热交换关系地循环，以在所述第一流体的恒定体积下对所述第一流体进行加热并且产生加压气体；用于通过止回阀(check valve)将一部分加压气体排放至所述缓冲室的第三通道；以及用于通过第三阀排放另一部分加压气体的第四通道；
[0007]涡轮膨胀机，所述涡轮膨胀机用于从所述热泵接收所述另一部分加压气体并且使所述另一部分加压气体膨胀；以及
[0008]发电机，所述发电机联接到所述涡轮膨胀机并且被构造成产生电力。
[0009]其中，所述系统还包括压缩装置，以用于从所述流体源接收一部分第一流体、对所述一部分第一流体进行加压、并且将经过加压的所述一部分第一流体进给至所述缓冲室，其中所述第一流体包括气体介质。
[0010]其中，所述系统还包括泵，以用于从所述流体源接收一部分第一流体、对所述一部分第一流体进行加压、并且将经过加压的所述一部分第一流体进给至热交换器，其中所述第一流体包括液体介质。
[0011]其中，所述热泵包括以串联或并联布置设置的多个热泵。
[0012]其中，所述缓冲室用于储存所述一部分加压气体并且将所述一部分加压气体进给至热交换器。
[0013]其中，所述第一阀被构造成通过所述热泵的第一通道进给所述第一流体，直到在所述热泵与所述流体源之间建立温度平衡状态为止。[0014]其中，所述止回阀被构造成将一部分加压气体从所述热泵排放至所述缓冲室，直到在所述热泵与所述缓冲室之间建立第一压力平衡状态为止。
[0015]其中，所述第三阀被构造成将所述另一部分加压气体从所述热泵排放至所述涡轮膨胀机，直到在所述流体源与所述涡轮膨胀机的进口之间建立第二压力平衡状态为止。
[0016]其中，所述系统还包括多个传感器，以用于分别感测所述热泵的温度、所述流体源的温度、所述热泵的压力、所述缓冲室的压力、所述流体源的压力、所述涡轮膨胀机进口中的气体压力。
[0017]其中，所述系统还包括可通信地联接到所述多个传感器的控制单元，其中所述控制单元被构造成控制以下中的至少一个:基于所述热泵的预定温度和所述流体源与所述热泵之间的温度平衡状态来控制所述第一阀；基于所述流体源与所述热泵之间的温度平衡状态和所述热泵的预定压力来控制所述第二阀；基于所述热泵中的预定压力和所述热泵与所述缓冲室之间的第一压力平衡状态来控制所述止回阀；以及基于所述第一压力平衡状态和所述流体源与所述涡轮膨胀机的进口之间的第二压力平衡状态来控制所述第三阀。
[0018]其中，所述系统还包括设置有第四阀的旁路通道，以用于从所述热泵传输至少一些另一部分加压气体以绕过所述涡轮膨胀机。
[0019]根据本实用新型的另一个示例性实施例，公开一种用于产生电力的方法。该方法包括通过第一阀和第一通道将来自流体源的第一流体接收到热泵中，直到在热泵与流体源之间建立温度平衡状态为止。此外，该方法还包括使第二流体循环通过热泵的第二通道和第二阀，其中第二流体与第一流体成热交换关系地循环，以在第一流体的恒定体积下对第一流体进行加热，从而产生加压气体。此外，该方法包括通过第三通道和止回阀将一部分加压气体从热泵排放至缓冲室，直到在热泵与缓冲室之间建立第一压力平衡状态为止。此外，该方法包括通过第四通道和第三阀将另一部分加压气体从热泵排放至涡轮膨胀机，直到在流体源与涡轮膨胀机的进口之间建立第二压力平衡状态为止。此外，该方法包括使另一部分加压气体在涡轮膨胀机中膨胀，以用于驱动发电机产生电力。
[0020]其中，所述方法还包括从所述流体源接收一部分第一流体、对所述一部分第一流体进行加压、并且通过压缩装置将经过加压的所述一部分第一流体进给至所述缓冲室，其中所述第一流体包括气体介质。
[0021]其中，所述方法还包括将所述一部分加压气体储存在所述缓冲室中并且将所述一部分加压气体进给至热交换器。
[0022]其中，所述方法还包括从所述流体源接收一部分第一流体、对所述一部分第一流体进行加压、并且通过泵将经过加压的所述一部分第一流体进给至热交换器，其中所述第一流体包括液体介质。
[0023]其中，所述方法还包括通过使用多个传感器来分别感测所述热泵的温度、所述流体源的温度、所述热泵的压力、所述缓冲室的压力、所述流体源的压力、所述涡轮膨胀机进口中的气体压力。
[0024]其中，所述方法还包括控制以下中的至少一个:基于所述热泵的预定温度和所述流体源与所述热泵之间的温度平衡状态来控制所述第一阀；基于所述流体源与所述热泵之间的温度平衡状态和所述热泵的预定压力来控制所述第二阀；基于所述热泵中的预定压力和所述热泵与所述缓冲室之间的第一压力平衡状态来控制所述止回阀；以及基于第一压力平衡状态和所述流体源与所述涡轮膨胀机的进口之间的第二压力平衡状态来控制所述第三阀。
[0025]根据本实用新型的另一个示例性实施例，公开一种用于产生电力的系统。该系统包括联接到冷凝器的主涡轮膨胀机，所述冷凝器以用于对从主涡轮膨胀机进给的气体进行冷凝，从而产生冷凝液体。此外，该系统包括通过液体泵联接到冷凝器的热泵，所述热泵包括第一通道，该第一通道用于从所述冷凝器接收液体。此外，该热泵包括第二通道，该第二通道用于使来自主涡轮膨胀机的一部分气体与液体成热交换关系地循环，以在液体的恒定体积下使液体蒸发并且产生加压气体。此外，该热泵包括第三通道，该第三通道用于通过止回阀将一部分加压气体排放至缓冲室。此外，该热泵包括第四通道，该第四通道用于通过第三阀排放另一部分加压气体。该系统还包括辅助涡轮膨胀机，该辅助膨胀涡轮机通过第四通道联接到热泵，以用于接收另一部分加压气体并且使其膨胀。此外，该系统包括联接到辅助涡轮膨胀机的第一发电机，以用于产生电力。
[0026]其中，所述系统还包括联接到所述缓冲室的热交换器，以用于对来自所述缓冲室的一部分加压气体进行加热。
[0027]其中，所述系统还包括联接到液体泵的泵，以用于接收一部分液体、对所述一部分液体进行加压、并且将经过加压的所述一部分液体进给至所述热交换器，其中热交换器用于对所述经过加压的所述一部分液体进行加热以产生蒸汽。
[0028]其中，所述系统还包括联接到所述主涡轮膨胀机的第二发电机，以用于产生电力。
[0029]其中，所述系统还包括多个传感器，以用于感测所述热泵的温度、所述流体源的温度、所述热泵的压力、所述缓冲室的压力、所述流体源的压力以及所述涡轮膨胀机进口中的气体压力。
[0030]其中，所述系统还包括可通信地联接到所述多个传感器的控制单元，其中所述控制单元被构造成控制以下中的至少一个:基于所述热泵的预定温度和所述流体源与所述热泵之间的温度平衡状态来控制所述第一阀；基于所述流体源与所述热泵之间的温度平衡状态和所述热泵的预定压力来控制所述第二阀；基于所述热泵中的预定压力和所述热泵与所述缓冲室之间的第一压力平衡状态来控制所述止回阀；以及基于第一压力平衡状态和所述流体源与所述涡轮膨胀机的进口之间的第二压力平衡状态来控制所述第三阀。
[0031]其中，所述系统还包括设置有第四阀的旁路通道，以用于使从所述热泵进给的至少一些所述另一部分加压气体旁路，其中所述控制单元被构造成控制所述第四阀。
【专利附图】

【附图说明】
[0032]当参照附图阅读下文的详细描述时，本实用新型的这些和其它的特征、方面以及优点将变得更好理解，在附图中，相似的附图标记在全部附图中表示相似部件，其中:
[0033]图1是例如根据本系统的一个实施例的用于产生加压气体的示例性系统的示意图，所产生的加压气体能够用于产生电力或者能够被储存在缓冲室中以进一步用于Rankine循环系统中；
[0034]图2是根据本技术的一个实施例的流程图，其中示出了用于使用联接到热泵和涡轮膨胀机的发电机来产生电力的示例性方法；
[0035]图3是根据本系统的示例性实施例的示例性Rankine系统的方框图，该Rankine系统具有与涡轮膨胀机相联接的热泵；
[0036]图4是根据系统的示例性实施例的示意图，该系统具有以并联布置来设置的多个热泵；以及
[0037]图5是根据系统的示例性实施例的系统的示意图，该系统具有以串联布置来设置的多个热泵。
【具体实施方式】
[0038]尽管本实用新型中仅示出和描述了本实用新型的某些特征，但是本领域技术人员将想到多个改型和变化。因此，应当理解，所附权利要求书旨在覆盖落入本实用新型的真正精神内的所有的这种改型和变化。
[0039]本实用新型中的实施例公开了用于使用联接到热泵的涡轮膨胀机来产生电力的系统。该系统包括热泵，该热泵具有第一通道和第二通道，该第一通道用于接收第一流体，该第二通道用于使第二流体与第一流体成热交换关系地循环以用于对第一流体进行加热从而产生加压气体。该系统还包括联接到热泵的缓冲室，以用于从热泵接收一部分加压气体。该系统还包括联接到热泵的涡轮膨胀机，以用于从热泵接收另一部分加压气体并且驱动发电机产生电力。
[0040]该系统具有用于感测热泵、流体源、缓冲室和其它元件的一种或多种状态的传感器。如本实用新型中所使用的，所使用的传感器指的是装置，例如压力传感器、热电偶和能够感测期望状况的其它通用传感器。这些传感器用于输出指示所感测到的状况的输出信号。此外，具有用于控制热泵、涡轮膨胀机、缓冲室和其它元件之间的流动的控制装置。如本实用新型中所使用的，控制装置指的是装置，例如控制液体和气体流动的阀、止回阀。在一些情况下，控制装置能够快速打开或关闭，而在其它情况下，控制装置能够调节流动。在一些例子中，控制装置被设定成以预定值进行操作，而在其它例子中，使用控制单元对控制装置进行动态控制。控制单元包括可编程界面，从而允许用户限定一种或多种状况从而对控制装置进行动态控制。用于操作每个控制装置的状况都在非暂时性计算机可读介质中编程。
[0041]更具体地，本系统的某些实施例涉及热泵以及用于使用来自热泵的加压气体来产生电力的典型的Rankine系统中的热泵的各种构造。被构造在Rankine系统中的热泵用于对冷凝液体进行加热以产生加压气体，所产生的加压气体能够用于在涡轮膨胀机中膨胀从而驱动发电机产生电力。
[0042]图1是用于产生加压气体的示例性系统100的示意图，所产生的加压气体例如能够用于产生电力或者能够储存在缓冲室118中以进一步用于Rankine循环系统中。在图示实施例中，系统100包括热泵102、流体源104、第一阀108、第二阀112、止回阀120、缓冲室118、第三阀128、涡轮膨胀机130和发电机132。该系统还可以包括控制单元146、泵136(在本实用新型中也通常被称为“压缩装置”)和热交换器124。
[0043]流体源104 (在本实用新型中也被称为“第一流体源”)联接到热泵102并且可选地联接到泵136。流体源104用于向热泵102进给第一流体。在某些实施例中，根据本实用新型中所讨论的某些操作状况，一部分第一流体还可以通过阀107被进给至泵136。在一个实施例中，第一阀108和阀107可以通过流体泵(图1中未示出)联接到第一流体源104。来自第一流体源104的第一流体可以是液体介质或气体介质。在一个实施例中，流体源104是冷凝器。热泵102包括第一通道106，以用于通过第一阀108从流体源104接收第一流体。流体泵可以用于将来自流体源104的第一流体进给至热泵102的第一通道106并且将该部分第一流体进给至泵136。在另一个实施例中，可以利用重力来将来自流体源104的第一流体进给至热泵102并且将该部分第一流体进给至泵136。
[0044]根据一个实施例,第一阀108基于热泵102的预定(predefined)温度打开，以使第一流体开始流过第一通道106。触发第一阀108打开的热泵102的预定温度可以根据应用和设计标准发生变化。在一些实施例中，预定温度可以根据应用动态地变化。第一阀108打开以使第一流体流过第一通道106，以便通过第一流体填充热泵102。在一个实施例中，第一阀108保持打开并且向热泵102提供第一流体直到在热泵102与流体源104之间建立温度平衡状态为止。在一个例子中，当在热泵102与流体源104之间建立温度平衡状态时，第一阀108关闭。在图示实施例中，温度传感器164联接到热泵102并且用于感测热泵102的温度。类似地，另一个温度传感器172联接到第一流体源104并且用于感测第一流体源104的温度。温度传感器164向控制单元146输出代表热泵102的温度的信号166。类似地，温度传感器172向控制单元146输出代表流体源104的温度的信号174。在这种实施例中，控制单兀146基于信号166、174输出控制信号152以控制第一阀108的打开和关闭，从而允许第一流体流过热泵102的第一通道106。在本实用新型中应当注意到，温度平衡状态指的是热泵102中和流体源104中的温度大致相等的状态。在特定例子中，第一流体的温度平衡状态大约为300华氏度并且第一阀108允许第一流体流向热泵102时热泵102所处的预定温度大约为600华氏度。
[0045]热泵102还包括第二通道110，以用于使第二流体与热泵102中的第一流体成热交换关系地循环通过第二阀112。在图示实施例中，从第二流体源135接收第二流体。在另一个实施例中，可以从联接到涡轮膨胀机130的通道134接收第二流体。第二流体可以是液体介质或气体介质。在一个实施例中，第二阀112在通过第二通道110将第二流体排放至冷凝器133之前控制来自第二流体源135的第二流体的流动。在另一个实施例中，第二阀112在通过第二通道110将第二流体排放至第一流体源104之前控制来自第二流体源135的第二流体的流动(图1中未示出)。
[0046]在一个例子中，基于第一阀108的关闭或者基于热泵102与第一源104之间达到温度平衡状态，第二阀112打开以使第二流体开始流过第二通道110。来自第二流体源135的第二流体与来自第一流体源104的第一流体成热交换关系地循环，以便对热泵102中的第一流体进行加热。在一个例子中，第一流体以第一流体的恒定体积被加热，以产生获得预定压力的加压气体。热泵102中的预定压力应当大于缓冲室118中的压力。
[0047]在图示实施例中，控制单元146基于信号166、174使第二流体开始循环通过第二通道110。控制单元146基于信号166、174来确定第一流体源104与热泵102之间的温度平衡状态。例如，在图示实施例中，压力传感器168联接到热泵102并且用于感测热泵102中的压力。压力传感器168向控制单元146输出代表热泵102中的压力的信号170。在这种实施例中，随着热泵102中的加压气体获得预定压力，控制单元146基于信号170输出控制信号154以控制第二阀112关闭，以便停止第二流体循环通过热泵102的第二通道110。触发第二阀112关闭的预定压力可以根据应用和设计标准发生变化。预定压力可以根据应用动态地变化。在特定实施例中，缓冲室118中的预定压力大约为20巴(bars)。
[0048]此外，热泵102通过止回阀120联接到缓冲室118。止回阀120用于控制将一部分加压气体从热泵102排放至缓冲室118。在该例子中，止回阀120打开，以开始通过热泵102的第三通道116将一部分加压气体排放到缓冲室118中。在一个实施例中，止回阀120基于加压气体在热泵102中获得预定压力打开，以将一部分加压气体排放至缓冲室118。在该例子中，保持通过第三通道116排放加压气体直到在热泵102与缓冲室118之间建立第一压力平衡状态为止。在该例子中，当在热泵102与缓冲室118之间建立第一压力平衡状态时，止回阀120关闭。在图示实施例中，压力传感器176联接到缓冲室118并且用于感测缓冲室118中的压力。压力传感器176向控制单元146输出代表缓冲室118中的压力的信号178。在这种实施例中，当在热泵102与缓冲室118之间建立第一压力平衡状态时，控制单元146基于信号170、178输出控制信号156以控制止回阀120关闭，以便停止向缓冲室118排放一部分加压气体。控制单元146基于信号170、178来确定热泵102与缓冲室118之间的第一压力平衡状态。在本实用新型中应当注意到，第一压力平衡状态指的是热泵102中和缓冲室118中的压力相等的状态。在特定实施例中，第一压力平衡状态可以大约等于10巴。在另一个特定实施例中，第一压力平衡状态可以大约处于10至20巴的范围内。本例子中的止回阀120是单向阀并且不允许加压气体从缓冲室118反向流动至热泵102。
[0049]热泵102还通过第三阀128联接到涡轮膨胀机130。第三阀128用于控制将另一部分加压气体从热泵102排放至涡轮膨胀机130。在该例子中，当在热泵102与缓冲室118之间建立第一压力平衡状态时，第三阀128打开以用于排放另一部分气体。在该例子中，第三阀128打开，以用于经由涡轮膨胀机130的进口 182且通过热泵102的第四通道126将另一部分加压气体排放至涡轮膨胀机130。第三阀128打开，以保持另一部分加压气体流动，直到在流体源104与涡轮膨胀机130的进口 182之间建立第二压力平衡状态为止。在该例子中，当在流体源104与涡轮膨胀机130的进口 182之间建立第二压力平衡状态时，第三阀128关闭。在该例子中，旁路通道190从第四通道126延伸至通道134，从而绕过涡轮膨胀机130。旁路通道190设置有第四阀188。第四阀188用于经由旁路通道190将至少一些另一部分加压气体从热泵102排放至流体源104。第四阀188基于第二压力平衡状态和第三阀128的关闭而打开。基于热泵102的空态(empty state)，第四阀188关闭。在另一个实施例中，当热泵102的温度达到预定温度时，第四阀188关闭。此外，第一阀108打开，以允许第一流体从流体源104流向热泵102。根据需要重复该顺序。在图示实施例中，压力传感器180联接到涡轮膨胀机130的进口 182，以感测从热泵102进给至涡轮膨胀机130的气体的压力。类似地，压力传感器192联接到流体源104，以感测流体源104中的第一流体的压力。压力传感器180输出代表被进给至涡轮膨胀机130的气体压力的信号184。类似地，压力传感器192输出代表流体源104中的第一流体的压力的信号194。在这种实施例中，当在流体源104与涡轮膨胀机130的进口 182之间建立第二压力平衡状态时，控制单元146基于信号184、194输出控制信号158以控制第三阀128的关闭，以便停止向涡轮膨胀机130排放另一部分加压气体。控制单元146基于信号184、194来确定流体源104与涡轮膨胀机130的进口 182之间的第二压力平衡状态。此外，控制单元146基于信号184、194输出控制信号186，以控制第四阀188的打开。控制单元146基于热泵的空态输出控制信号186,以控制第四阀188的关闭。在另一个实施例中，控制单兀146基于信号174输出控制信号186以控制第四阀188的关闭，该信号174代表流体源104的温度。
[0050]在图示实施例中，涡轮膨胀机130可操作地联接到热泵102、发电机132和流体源104。涡轮膨胀机130从热泵102的第四通道126接收另一部分加压气体，且使所接收到的另一部分加压气体膨胀，并且随后驱动发电机132产生电力。在图示实施例中，膨胀气体经由通道134从涡轮膨胀机130排放至流体源104。
[0051]在图示实施例中，缓冲室118用于储存一部分加压气体并且将该部分加压气体进给至热交换器124(例如锅炉)，在一个例子中，通过阀122以恒定流速向热交换器124进给该部分加压气体。在这种例子中，可以通过使用质量流量计(在图1中未示出)来保持加压气体的恒定流速。阀122控制一部分加压气体从缓冲室118流向热交换器124。在图示实施例中，泵136可操作地联接到流体源104和缓冲室118。泵136可以通过阀107从流体源104接收一部分第一流体，并且对该部分第一流体进行加压。在图示实施例中，传感器139用于感测经过加压的一部分第一流体的介质，并且输出代表经过加压的一部分第一流体的介质的信号148。在一个实施例中，控制单元146输出控制信号162，以控制阀140来经由通道142将经过加压的一部分第一流体从压缩装置(即泵)136排放至缓冲室118。在这种实施例中，经过加压的一部分第一流体是气体介质。在特定实施例中，经过加压的一部分第一流体的压力可以处于10至20巴的范围内。在另一个实施例中，控制单元146输出控制信号162，以控制阀140来通过通道144将经过加压的一部分第一流体从泵136排放至热交换器124。在这种实施例中，经过加压的一部分第一流体是液体介质。泵136可以在系统100的某些操作状况期间(例如启动、关闭和瞬变状况期间)进行操作。在图示实施例中，传感器123用于感测系统100的操作状况并且向控制单兀146输出代表系统100的操作状况的信号150。在这种实施例中，控制单元146基于信号150来输出控制信号160以控制阀107的打开和关闭，从而允许一部分第一流体从流体源104流向泵136。
[0052]在一个实施例中，控制单元146可以是通用处理器或嵌入式系统。控制单元146可以被构造成使用来自用户通过输入装置或可编程接口(例如键盘或控制面板)的输入。控制单元146的存储模块可以是随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪速存储器或者控制单元146可访问的其它类型的计算机可读存储器。控制单元146的存储模块可以被编码成具有程序，以基于阀或止回阀被限定成在其中可操作的各种状况来控制阀或止回阀。
[0053]图2是流程图，其中示出了用于使用联接到热泵和涡轮膨胀机的发电机来产生电力的示例性方法200。结合图1的系统100对该方法200进行解释。
[0054]第一阀108打开(204)，并且第一流体从流体源104流向热泵102，如206所表示的。第一阀108保持在“打开状态”直到在热泵102与流体源104之间建立温度平衡状态为止。在特定实施例中，第一阀108基于热泵102的预定温度打开，以使第一流体开始流入热泵102的第一通道106中。当在热泵102与流体源104之间建立温度平衡状态时，第一阀108关闭，如208所表示的。在这种实施例中，控制单元146用于控制第一阀108的打开和关闭，从而允许第一流体流过热泵102的第一通道106。
[0055]当第一阀108关闭时，第二阀112打开，以用于使第二流体循环通过热泵102的第二通道110，如210所表示的。在另一个实施例中，第二阀112打开，以用于一旦建立温度平衡状态并且一旦第一阀108关闭，就使第二流体循环通过热泵102的第二通道110。第二流体的循环包括温度较低的第一流体与温度较高的第二流体之间的热交换，从而对第一流体进行加热以产生加压气体(212)。在一个实施例中，从第二流体源135接收第二流体。在另一个实施例中，可以从联接到涡轮膨胀机130的通道134接收第二流体。在一个实施例中，可以经由第二通道110将在第二通道110中循环的第二流体排放至冷凝器133。在另一个实施例中，可以将在第二通道110中循环的第二流体排放至第一流体源104。第一流体与第二流体之间的热交换持续到所产生的气体的压力达到预定压力为止。当加压气体达到预定压力时，第二阀112关闭，以使第二流体停止通过第二通道110的循环(214)。在这种实施例中，控制单元146可以控制第二阀108的打开和关闭，从而允许第二流体循环通过热泵102的第二通道110。
[0056]当热泵102内的加压气体已达到预定压力并且第二阀112关闭之后，止回阀120打开(216)。止回阀120控制将加压气体从热泵102的第三通道116排放至缓冲室118，如218所表示的。止回阀120保持打开状态，以用于排放一部分加压气体直到在热泵102与缓冲室118之间建立第一压力平衡状态为止。当建立第一压力平衡状态时，止回阀120关闭(222)。在这样的实施例中，控制单元146可以控制止回阀120的打开和关闭，从而允许将一部分加压气体排放至缓冲室118。在热泵102与缓冲室118之间达到第一压力平衡状态并且止回阀120关闭之后，第三阀128打开。第三阀128打开，以用于将另一部分加压气体从热泵102的第四通道126排放至涡轮膨胀机130，如224所表示的。第三阀128打开，以用于排放另一部分加压气体，直到在流体源104与涡轮膨胀机130的进口 182之间建立第二压力平衡状态为止，如226所表示的。当建立第二压力平衡状态时，第三阀128关闭(230)。在这种实施例中，控制单元146用于控制第三阀128的打开和关闭，以用于将另一部分加压气体从热泵102排放至涡轮膨胀机130。
[0057]在一些实施例中，储存在缓冲室118中的一部分加压气体可以被进给至热交换器124，如220所表示的。该例子中的缓冲室118被构造成保持通向热交换器124的加压气体的恒定流速。在这种实施例中，通过使用质量流量计(图1中未示出)来保持加压气体的恒定流速。另一部分加压气体通过涡轮膨胀机130膨胀，以用于驱动发电机132产生电力，如228所表示的。根据需要来重复该顺序。
[0058]图3是方框图，其示出了用于产生电力的示例性Rankine系统300。该系统300包括冷凝器304、热泵306、缓冲室322、热交换器326、辅助涡轮膨胀机332、主涡轮膨胀机302、第一发电机334和第二发电机350。该系统300还可以包括泵338和控制单元342。
[0059]类似于上述实施例，示例性系统300可以包括位于热泵306中的温度传感器和压力传感器(图3中未示出)。此外，系统300可以包括位于冷凝器304中的温度传感器和位于缓冲室322中的压力传感器。控制单元342可以基于相应的状况从温度传感器和压力传感器接收信号，以用于控制相应的阀和止回阀，从而允许气体或液体流动。为使对Rankine系统300的描述简单，图3中未示出上文所提到的温度传感器和压力传感器，不应当被认为是对系统300的限制。
[0060]冷凝器304联接到主涡轮膨胀机302，以用于从主涡轮膨胀机302接收膨胀气体。冷凝器304还联接到热泵306并且可选地通过泵305联接到泵338。在某些实施例中，根据本实用新型中所讨论的某些操作状况，泵338可以通过泵305并且在阀309的控制下从冷凝器304接收一部分冷凝液体。在另一个实施例中，可以利用重力用于将冷凝液体从冷凝器304进给至热泵306和泵338。在这种实施例中，冷凝器304被放置在热泵306和泵338的上游，以用于通过重力来进给冷凝液体。在本实用新型中应当注意到，术语“第一流体”和“液体”能够互换使用。此外，术语“第二流体”和“气体”也能够互换使用。
[0061]在图示实施例中，热泵306包括第一通道308，该第一通道308通过第一阀310从液体泵305接收冷凝液体。在一个实施例中，第一阀310基于热泵306的预定温度打开。第一阀310控制液体从泵305流向热泵306，直到在热泵306与冷凝器304之间建立温度平衡状态为止。在示例性实施例中，温度平衡状态大约为300华氏度并且第一阀被构造成打开时所处的预定温度大约为600华氏度。当在热泵306与冷凝器304之间建立温度平衡状态时，该例子中的第一阀310关闭。在本实用新型中应当注意到，温度平衡状态指的是其中热泵306和冷凝器304的温度相等的状态。在图示实施例中，控制单元342输出控制信号364以控制第一阀310的打开和关闭，从而用于允许热泵306中的液体流动。
[0062]热泵306包括第二通道312，第二通道312用于使一部分气体从主涡轮膨胀机302循环通过第二阀314。一部分气体与液体成热交换关系地循环通过第二通道312，以用于在液体的恒定体积下对液体进行加热并且使其蒸发，从而产生加压气体。第二阀314基于热泵306与冷凝器304之间建立的温度平衡状态打开，以使一部分气体开始循环通过第二通道312。在另一个实施例中，一部分气体基于第一阀310的关闭而循环通过第二通道312。第二通道312允许一部分气体与液体成热交换关系地循环，从而产生加压气体，直到所产生的加压气体在热泵306内达到预定压力为止。第二阀314基于热泵306内的加压气体达到预定压力而关闭，以使一部分气体停止通过第二通道312的循环。在一个实施例中，在第二通道312中循环的一部分气体可以被排放至冷凝器304。在另一个实施例中，在第二通道312中循环的一部分气体可以被排放至不同的冷凝器(未示出)。在图示实施例中，控制单元342输出控制信号366以控制第二阀314的打开和关闭，从而允许一部分气体循环到热泵306的第二通道312中。在示例性实施例中，预定压力可以大约为20巴。
[0063]热泵306还通过止回阀320联接到缓冲室322。止回阀320控制将一部分加压气体从热泵306的第三通道318排放至缓冲室322。在第二阀314关闭并且加压气体在热泵306内达到预定压力时，止回阀320打开。该例子中的止回阀320是单向阀并且不允许加压气体从缓冲室322反向流动至热泵306。止回阀320允许将一部分加压气体排放至缓冲室322，直到在缓冲室322与热泵306之间建立第一压力平衡状态为止。在本实用新型中应当注意到，第一压力平衡状态指的是其中热泵306和缓冲室322中的压力相等的状态。当在缓冲室322与热泵306之间建立第一压力平衡状态时，止回阀320关闭，以停止排放一部分加压气体。在图示实施例中，控制单元342输出控制信号368，以控制止回阀320的打开和关闭，从而通过第三通道318将一部分加压气体排放到缓冲室322中。在示例性实施例中，第一压力平衡状态可以大约等于10巴。
[0064]缓冲室322通过阀324联接到热交换器326。缓冲室322被构造成储存一部分加压气体并且以恒定流速将该部分加压气体进给至热交换器326。在这种实施例中，为了保持通向热交换器326的一部分加压气体的恒定流速，使用质量流量计(图3中未示出)。热交换器326还联接到主涡轮膨胀机302。一个例子中的热交换器326在通过阀346将经过加热的一部分加压气体进给至主涡轮膨胀机302之前对加压气体进行加热。
[0065]热泵306还通过第三阀330联接到辅助涡轮膨胀机332。在图示实施例中，旁路通道386从第四通道328延伸至通道358，从而绕过辅助涡轮膨胀机332。旁路通道386设置有第四阀384。热泵306被构造成通过热泵306的第四通道328将另一部分加压气体排放至辅助涡轮膨胀机332的进口 378。第三阀330的打开取决于止回阀320的关闭。在另一个实施例中，第三阀330的打开可以取决于热泵306与缓冲室322之间达到第一压力平衡状态。第三阀330控制将另一部分加压气体排放至辅助涡轮膨胀机332，直到在冷凝器304与辅助涡轮膨胀机332的进口 378之间建立第二压力平衡状态为止。当达到第二压力平衡状态时，第三阀330关闭以停止排放另一部分加压气体。基于第三阀330的关闭和第二压力平衡状态，第四阀384打开，以经由旁路通道386和通道358将至少一些另一部分加压气体从热泵306排放至流体源304。在图示实施例中，压力传感器377联接到辅助涡轮膨胀机332的进口 378，以感测从主涡轮膨胀机302和热泵306进给的气体的压力。类似地，压力传感器388联接到冷凝器304，以感测冷凝器304中的液体的压力。压力传感器377向控制单元342输出代表被进给至辅助涡轮膨胀机332的气体压力的信号380。压力传感器388向控制单元342输出代表冷凝器304中的液体压力的信号390。在这种实施例中，控制单元342基于信号380、390输出控制信号370以控制第三阀330的打开和关闭，从而允许将另一部分加压气体从热泵306排放到辅助涡轮膨胀机332中。此外，控制单元342输出控制信号382，以控制第四阀384的打开和关闭，从而允许经由旁路通道386和通道358将至少一些另一部分加压气体从热泵306排放到冷凝器304中。在该例子中，旁路通道386被构造成在建立第二压力平衡状态时进给一些另一部分加压气体，从而绕过辅助涡轮膨胀机332。
[0066]辅助涡轮膨胀机332联接到第一发电机334和热泵306。辅助涡轮膨胀机332使从热泵306的第四通道328接收的另一部分加压气体膨胀并且驱动第一发电机334产生电力。膨胀气体经由通道336、358被排放至冷凝器304。来自主涡轮膨胀机302的一部分膨胀气体可以通过通道348、354被进给至辅助涡轮膨胀机332。在这种实施例中，控制单元342输出控制信号372、374以控制阀352、356，从而允许一部分膨胀气体基于第三阀330的操作流过相应的通道348、354。在一个实施例中，当第三阀330打开以用于将另一部分加压气体从热泵306排放至辅助涡轮膨胀机332时，阀356关闭。当第三阀330关闭时，阀356打开以用于将一部分膨胀气体从主涡轮膨胀机302排放至辅助涡轮膨胀机332。主涡轮膨胀机302布置在辅助涡轮膨胀机332的上游。
[0067]主涡轮膨胀机302通过阀346联接到热交换器326。主涡轮膨胀机302从热交换器326接收经过加热的一部分加压气体并且使经过加热的该部分加压气体膨胀以用于驱动第二发电机350产生电力。
[0068]主涡轮膨胀机302还通过通道348、358联接到冷凝器304。阀352是三向阀并且被构造成通过通道348、358向冷凝器304排放膨胀气体、通过通道348、360向热泵306的第二通道312排放膨胀气体、并且通过通道348、354向辅助涡轮膨胀机332排放膨胀气体。在一个实施例中，膨胀气体通过通道348、358继续流向冷凝器304。在另一个实施例中，来自主涡轮膨胀机302的经由通道348的膨胀气体周期性地通过通道360流向热泵的第二通道312或者通过通道354流向辅助涡轮膨胀机332。使用控制单元342来控制膨胀气体的周期性流动。在一个实施例中，控制单元342输出控制信号372、366，以控制膨胀气体通过通道360周期性地流向热泵306的第二通道312，并且当第二阀314打开时发生流动以用于从主涡轮膨胀机302进给一部分膨胀气体(在本实用新型中也被称为“第二流体”)。类似地，控制单元342输出控制信号372、374，以控制膨胀气体经由通道348、354周期性地流向辅助涡轮膨胀机332，并且当阀356打开时发生流动以用于将一部分膨胀气体进给至辅助涡轮膨胀机332。
[0069]泵338通过液体泵305联接到冷凝器304。泵338被构造成在系统300的某些操作状况期间(例如启动、停止和瞬变状况期间)通过阀309从冷凝器304接收一部分冷凝液体。在图示实施例中，传感器323用于感测系统300的操作状况并且向控制单元342输出代表系统300的操作状况的信号362。在这种实施例中，控制单兀342基于信号362输出控制信号376以控制阀309的打开和关闭，从而允许一部分第一流体从冷凝器304流向泵338。泵338用于对该部分冷凝液体进行加压。阀340用于控制通过通道344将从泵338接收的经过加压的一部分液体排放至热交换器326。
[0070]热交换器326联接到缓冲室322、泵338和主涡轮膨胀机302。在一个实施例中，热交换器326从缓冲室322接收加压气体以用于在将一部分加压气体进给至主涡轮膨胀机302之前对加压气体进行进一步加热。在另一个实施例中，热交换器326可以通过通道344从泵338接收经过加压的一部分液体，以用于对经过加压的一部分液体进行进一步加热，从而在将蒸汽进给至主膨胀机302之前产生所述蒸汽。
[0071]在图示实施例中，通过阀346联接到热交换器326上的主涡轮膨胀机302被构造成接收经过加热的一部分加压气体。在这种实施例中，主涡轮膨胀机302使加压气体膨胀以驱动第二发电机350产生电力。在另一个实施例中，通过阀346联接到热交换器326的主涡轮膨胀机302被构造成接收蒸汽。在这种实施例中，主涡轮膨胀机302使蒸汽膨胀，以驱动第二发电机350产生电力。
[0072]图4是系统400的一个实施例的示意图，该系统400具有以并联布置来设置的多个热泵404、406和408，多个热泵404、406和408产生用于通过涡轮膨胀机476来产生电力的加压气体。在一个实施例中，该系统400包括流体源402、多个热泵404、406、408、缓冲室456、涡轮膨胀机476和发电机478。此外，该系统400包括泵484 (在本实用新型中也通常被称为“压缩装置”)和热交换器460。热泵的数量可以根据应用发生变化。
[0073]类似于上述实施例，系统400可以包括位于热泵404、406、408和流体源402中每一个中的温度传感器和压力传感器，以用于感测热泵404、406、408和流体源402中每一个的温度和压力。该系统还可以包括位于缓冲室456中的压力传感器，以用于感测缓冲室456中的压力。此外，系统400可以包括一个或多个传感器以用于感测从泵/压缩装置484进给的经过加压的一部分第一流体的介质。此外，可以具有用于确定系统400的操作状况的一个或多个传感器，以用于确定启动泵/压缩装置484的需要。在这种实施例中，系统400还可以包括控制单元，以基于适用于阀和止回阀的各种操作状况来控制相应的阀和止回阀。控制单元可以从用于控制热泵404、406、408的相应的阀、和止回阀的温度传感器、压力传感器以及一个或多个传感器接收信号，从而允许气体或液体或第一流体或第二流体基于相应的状况流动。此外，参照上述实施例所讨论的旁路通道布置也等同地适用于图示实施例。为保持对系统400的描述简单，图4中未示出传感器布置和控制单元，不应当被认为是对系统400的限制。
[0074]流体源402 (在本实用新型中也被称为“第一流体源”)联接到多个热泵404、406、408并且联接到涡轮膨胀机476。流体源402通过流体歧管416向多个热泵404、406、408进给第一流体。第一流体可以是气体介质或液体介质。在一个实施例中，流体源402可以是冷凝器。流体泵403用于通过流体歧管416将来自流体源402的第一流体进给至多个热泵 404、406、408。
[0075]在图示实施例中，多个热泵404、406和408还通过气体歧管454联接到缓冲室456。该例子中的多个热泵404、406和408以预定顺序进行操作。在图示实施例中，预定顺序从热泵404开始，随后是热泵406、408。在其它实施例中，热泵的操作顺序可以根据应用发生变化。首先，在图示实施例中，第一阀418打开以允许第一流体流向第一热泵404的第一通道410。在第一流体流向第一通道410期间,其它的第一阀420、422关闭。
[0076]当在第一热泵404与流体源402之间建立温度平衡状态时，第二热泵406被激活以用于通过相应的第一阀420来接收第一流体，而其它的第一阀418和422关闭。当第二热泵406接收第一流体时，与第一热泵404相对应的第二阀430打开以允许第二流体循环通过第二通道424。可以从第二流体源488进给第二流体。在另一个实施例中，可以从主涡轮膨胀机476的通道480进给第二流体源。流过第二通道424的第二流体与第一流体成热交换关系，以在第一流体的恒定体积下对第一流体进行加热，并且产生加压气体。第二阀430打开直到加压气体在第一热泵404中达到预定压力为止，并且此后第二阀430关闭。第二流体通过第二通道424被排放至冷凝器436。在另一个实施例中，第二流体可以被排放至流体源402。类似地，在热泵406、408的第二通道426、428中循环的第二流体被排放至相应的冷凝器438、440。当在第二热泵406与流体源402之间建立温度平衡状态时，与第二热泵406相对应的第一阀420关闭，并且与第三热泵408相对应的第一阀422打开，以用于将第一流体进给至第三热泵408的第一通道414中。与其它的热泵404和406相对应的第一阀418和420关闭。当第三热泵408接收第一流体时，与第二热泵406相对应的第二阀432打开，以允许第二流体与第一流体成热交换关系地循环通过第二通道426。第二热泵406中产生加压气体。与此同时，与第一热泵404相对应的止回阀448打开，以用于通过加压气体歧管454将一部分加压气体从热泵404排放至缓冲室456，直到在第一热泵404与缓冲室456之间建立第一压力平衡状态为止。与第一热泵404相对应的第三阀468基于热泵404与缓冲室456之间的第一压力平衡状态的建立而打开，以用于将另一部分加压气体排放至涡轮膨胀机476的进口 494。第三阀468打开以用于排放另一部分加压气体，直到在流体源402与涡轮膨胀机476的进口 494之间建立第二压力平衡状态为止。该将第一流体接收到热泵的第一通道中、对第一流体进行加热以产生加压气体、排放加压气体的过程在多个热泵中的每个热泵中顺序进行。
[0077]在一个实施例中，相应的热泵404、406、408的第一通道410、412、414基于热泵404,406,408的预定温度接收第一流体。相应的热泵404、406、408的第一通道410、412、414从流体源402接收第一流体，直到热泵404、406、408与流体源402之间建立温度平衡状态为止，且在第二流体开始循环通过第二通道424、426、428以用于对第一流体进行加热之前。类似地，打开第二阀430、432、434以用于使第二流体循环从而对热泵404、406、408中的第一流体进行加热可以基于第一阀418、420、422的关闭和热泵404、406、408与流体源402之间的温度平衡状态的建立。当热泵404、406、408内的加压气体的压力达到预定压力时，第二流体停止循环通过热泵404、406、408的第二通道424、426、428。
[0078]此外，多个热泵404、406、408通过相应的止回阀448、450、452 (也可以被称为“第一排放阀”)和相应的第三通道442、444、446联接到缓冲室456。止回阀448、450、452是单向阀并且允许加压气体基于第一压力平衡状态流向缓冲室456。用于打开止回阀448、450、452的时间可以基于热泵404、406、408的压力。止回阀448、450、452可以顺序打开，以将一部分加压气体从热泵404、406、408排放至缓冲室456。在本实用新型的一个实施例中，与第一热泵404相对应的止回阀448可以第一个打开以用于将一部分加压气体排放至缓冲室456并且与其它热泵406、408相对应的止回阀450、452可以在此刻关闭。类似地，当与第二热泵406相对应的止回阀450打开以用于将加压气体排放至缓冲室456时，与相应的热泵404、408相对应的其它止回阀448、452关闭。换句话说，如果止回阀中的任何一个打开以用于将一部分加压气体排放至缓冲室456，则其余的止回阀将处于关闭状态。当相应的热泵内的压力下降到低于预定压力水平时，止回阀448、450、452关闭，以停止向缓冲室456排放一部分加压气体。缓冲室456用于储存一部分加压气体并且还通过阀458以恒定速率向热交换器460进给加压气体。在这种实施例中，通过使用质量流量计(图4中未示出)来保持从缓冲室456到达热交换器460的加压气体的恒定流速。
[0079]涡轮膨胀机476通过相应的第三阀468、470、472联接到多个热泵404、406、408。具体而言，第三阀468、470、472分别联接到相应的第四通道462、464和466。第四通道462、464,466通过气体歧管474联接到涡轮膨胀机476。此外，涡轮膨胀机476通过通道480联接到流体源402，以用于将膨胀流体排放至流体源402。涡轮膨胀机476还联接到发电机478以用于产生电力。在止回阀448、450、452关闭并且在热泵404、406、408与缓冲室456之间建立第一压力平衡状态之后，第三阀468、470、472打开以通过相应的第四通道462、464、466将相应的热泵404、406、408内的另一部分加压气体进给至涡轮膨胀机476。第三阀468、470、472关闭，以在流体源402与涡轮膨胀机476的进口 494之间达到第二压力平衡状态时停止将另一部分加压气体从热泵404、406、408排放至涡轮膨胀机476。第三阀468、470,472还可以顺序地打开。例如，当与第一热泵404对应的第三阀468打开以用于排放另一部分加压气体时，与热泵406和408相对应的其它的第三阀470、472关闭。
[0080]流体源402通过通道480从涡轮膨胀机476接收膨胀流体。流体源402可以在将经过冷凝的第一流体进给至热泵404、406、408之前使流体冷凝。
[0081]泵484联接到流体源402和缓冲室456。泵484通过通道482并且在阀483的控制下从流体泵403接收来自流体源402的一部分第一流体。泵484被构造成对该部分第一流体进行加压。联接到压缩装置(即泵)484的阀490控制通过通道486将经过加压的一部分第一流体从压缩装置(即泵)484排放至缓冲室456。在这种实施例中，经过加压的一部分第一流体是气体介质。在另一个实施例中，阀490控制通过通道492将经过加压的一部分第一流体从泵484排放至热交换器460。在这种实施例中，经过加压的一部分第一流体是液体介质。如上文所讨论的，泵484在某些操作状况(例如系统400的启动、关闭和瞬变状况期间)进行操作。
[0082]图5是具有以串联布置设置的多个热泵504、506和508的系统500的另一个实施例的示意图。在一个实施例中，系统500包括流体源502、多个热泵504、506、508、缓冲室560、涡轮膨胀机578和发电机580。此外，系统500包括泵586 (在本实用新型中也通常被称为“压缩装置”)和热交换器568。热泵的数量可以根据应用发生变化。
[0083]类似于前述实施例，系统500可以包括热泵504、506、508和流体源502中的每一个中的温度传感器和压力传感器以用于感测热泵504、506、508和流体源502中的每一个的温度和压力。该系统还包括缓冲室560中的压力传感器以用于感测缓冲室560中的压力。此外，系统500可以包括一个或多个传感器以用于感测从泵/压缩装置586进给的经过加压的一部分第一流体的介质。此外，具有用于确定系统500的操作状况的一个或多个传感器以用于确定启动泵/压缩装置586的需要。在这种实施例中，系统500还可以包括控制单元，以用于基于适用于阀和止回阀的各种状况来控制相应的阀和止回阀。控制单元可以从温度传感器、压力传感器、以及用于基于相应的状况来控制允许气体或液体或第一流体或第二流体流体的热泵504、506、508的相应的阀、和止回阀的一个或多个传感器接收信号。此外，参照前述实施例所讨论的旁路通道布置也能够等同地以用于图示实施例。为保持对系统500的描述简单，图5中未示出传感器布置和控制单元，不应当被认为对系统500构成限制。
[0084]在图示实施例中，流体源502联接到第一热泵504并且通过涡轮膨胀机578的通道582联接到涡轮膨胀机578。流体源502使用流体泵503向第一热泵504进给第一流体、通过第一阀510向第一热泵504的第一通道520进给第一流体。当在热泵504与流体源502之间建立温度平衡状态时，第一阀510关闭，以停止进给第一流体。
[0085]第二阀538、544、550用于控制第二流体通过第二通道歧管536从涡轮膨胀机578流向相应的热泵504、506、508。可以从第二流体源584接收第二流体。在与第一热泵504相对应的第一阀510关闭之后，与第一热泵504相对应的第二阀538打开，以用于使第二流体与第一流体成热交换关系地循环，从而用于对第一流体进行加热。对第一流体进行加热以产生加压气体。当第一热泵504内的加压气体达到预定压力时，第二阀538关闭，以使第二流体停止循环。通过止回阀512将一部分加压气体从第一热泵504排放至第二热泵506中。止回阀512将该部分加压气体排放至第二热泵506，直到在第一热泵504与第二热泵506之间建立第一压力平衡状态为止。可以在进给至第二热泵506之前通过第一冷却单元524对从第一热泵504排放的加压气体进行冷却。冷却单元524用于降低该部分加压气体的温度以将温度保持在进入第一热泵504的第一流体的温度上下。与第一热泵504相对应的第三阀570打开，以用于将另一部分加压气体从第一热泵504排放至涡轮膨胀机578中，直到在流体源502与涡轮膨胀机578的进口 576之间建立第二压力平衡状态为止。当将另一部分加压气体从第一热泵504排放至涡轮膨胀机578时，与第一热泵504相对应的第三阀570关闭。当与第二热泵506相对应的第一阀514打开时，第二热泵506从第一热泵504接收一部分加压气体。第二热泵506和第三热泵508与第一热泵504类似地重复该过程。
[0086]在一个实施例中，在第二通道540、546和552中循环的第二流体分别被排放至冷凝器542、548、554。在另一个实施例中，在第二通道540、546和552中循环的第二流体可以被排放至第一流体源502。
[0087]冷却单元524、532用于降低从相应的热泵离开的一部分加压气体的温度，以将温度保持在进入热泵的第一流体的温度上下。
[0088]该接收加压气体、使第二流体循环、排放一部分加压气体、以及排放另一部分加压气体的过程在第二热泵506和第三热泵508中顺序发生。第三热泵508将一部分加压气体排放至缓冲室560，直到在第三热泵508与缓冲室560之间建立第一压力平衡状态为止。另一部分加压气体可以从第三热泵508被排放至涡轮增压机578，直到在流体源502与涡轮膨胀机578的进口 576之间建立第二压力平衡状态为止。在整个系统500的顺序操作期间，所产生的气体的压力在每个热泵504、506、508处增大。在一个实施例中，所产生的气体的压力可以是第一热泵504内的8巴并且当在第二热泵506的进口处接收气体时该压力可以是大约6巴。在第二热泵506中，该压力可以上升至大约14巴并且随后被排放至第三热泵508。到达第三热泵508进口的气体的压力可以是大约12巴并且随后该压力可以在第三热泵508中上升到12巴至20巴。
[0089]可以通过涡轮膨胀机578使来自每个热泵504、506、508的另一部分气体膨胀。在某些实施例中，通过相应的第三阀570、572、574将另一部分气体从热泵504、506、508排放至涡轮膨胀机578，直到在流体源502与涡轮膨胀机578的进口 576之间建立第二压力平衡状态为止。
[0090]在图示实施例中，当与第一热泵504相对应的第一阀510打开以用于进给第一流体时，与第一热泵504相对应的第二阀538、止回阀512和第三阀570关闭。当第二阀538打开以用于使第二流体循环时，第一热泵510的止回阀512和第三阀570关闭，此外，当止回阀512打开以用于将一部分加压气体排放至第二热泵506时，与第一热泵504相对应的第一阀510、第二阀538和第三阀570关闭。类似地，当第三阀570打开以用于从第一热泵504排放另一部分加压气体时，第一阀510、第二阀538以及止回阀512关闭。与第二热泵506相对应的第二阀544打开以用于使第二流体循环，从而用于使所接收到的气体的压力上升。当与第二热泵506相对应的止回阀516打开以用于将一部分加压气体排放至第三热泵508时,与第二热泵506相对应的第一阀514和第二阀544关闭。在一个实施例中，与第一热泵504相对应的第一阀510打开以用于将第一流体进给至第一热泵504，并且与第三热泵508相对应的第一阀518打开以用于将加压气体进给至第三热泵508。此时，与第一热泵504相对应的阀538、570和止回阀512关闭。当与第二热泵506相对应的第三阀572打开以用于排放另一部分加压气体时，与第二热泵506相关联的阀514、544和止回阀516关闭。分别与第一热泵504和第三热泵508相对应的第二阀538和550打开以用于使第二流体循环，从而用于产生加压气体。此时，与第一热泵504和第三热泵508相对应的第一阀510、518、止回阀512、556和第三阀570、574关闭。该接收、循环和排放的过程以预定顺序在每个热泵中进行。
[0091]在图示实施例中，阀564控制加压气体通过阀564从缓冲室流向热交换器568。热交换器568用于对加压气体进行进一步加热。涡轮膨胀机578联接到发电机580，并且还通过相应的第三阀570、572、574联接到多个热泵504、506、508。涡轮膨胀机578通过涡轮膨胀机的进口 576从热泵504、506、508接收另一部分加压气体。涡轮膨胀机578使从热泵接收到的另一部分加压气体膨胀并且驱动发电机580产生电力。膨胀气体通过通道582从涡轮膨胀机578被进给至流体源502。
[0092]泵586通过流体泵503、通道584联接到流体源502。泵586用于对通过阀585从第一流体源502接收到的一部分第一流体进行加压。联接到压缩装置(即泵)586的阀590控制通过通道588将经过加压的一部分第一流体从压缩装置586排放至缓冲室560。在这种实施例中，加压第一流体是气体介质。联接到泵586的阀590控制通过通道592将经过加压的一部分第一流体从泵586排放至热交换器568。在这种实施例中，加压流体是液体介质。泵586在系统500的某些操作状况(例如启动、关闭和瞬变状况)期间进行操作。
[0093]本实用新型的实施例通过利用较少的电力驱动电厂的一个或多个部件来提高电厂的效率。涡轮增压机可以显著改进热泵的效率。热泵还用作回热器，从而不再需要用于对进入锅炉或蒸发器的流体进行预热的大型热交换器。
【权利要求】
1.一种用于产生电力的系统，所述系统包括: 缓冲室； 热泵，所述热泵联接到所述缓冲室并且联接到流体源；其中所述热泵包括: 第一通道，所述第一通道用于通过第一阀从所述流体源接收第一流体； 第二通道，所述第二通道用于使第二流体循环通过第二阀，其中所述第二流体与所述第一流体成热交换关系地循环，以在所述第一流体的恒定体积下对所述第一流体进行加热并且产生加压气体； 第三通道，所述第三通道用于通过止回阀将一部分加压气体排放至所述缓冲室；以及 第四通道，所述第四通道用于通过第三阀排放另一部分加压气体； 涡轮膨胀机，所述涡轮膨胀机用于从所述热泵接收所述另一部分加压气体并且使所述另一部分加压气体膨胀；以及 发电机，所述发电机联接到所述涡轮膨胀机并且被构造成产生电力。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括压缩装置，以用于从所述流体源接收一部分第一流体、对所述一部分第一流体进行加压、并且将经过加压的所述一部分第一流体进给至所述缓冲室，其中所述第一流体包括气体介质。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括泵，以用于从所述流体源接收一部分第一流体、对所述一部分第一流体进行加压、并且将经过加压的所述一部分第一流体进给至热交换器；其中所述第一流体包括液体介质。
4.根据权利要求1所述·的系统，其特征在于，所述热泵包括以串联或并联布置设置的多个热泵。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述缓冲室用于储存所述一部分加压气体并且将所述一部分加压气体进给至热交换器。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一阀被构造成通过所述热泵的第一通道进给所述第一流体，直到在所述热泵与所述流体源之间建立温度平衡状态为止。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述止回阀被构造成将一部分加压气体从所述热泵排放至所述缓冲室，直到在所述热泵与所述缓冲室之间建立第一压力平衡状态为止。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第三阀被构造成将所述另一部分加压气体从所述热泵排放至所述涡轮膨胀机，直到在所述流体源与所述涡轮膨胀机的进口之间建立第二压力平衡状态为止。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括多个传感器，以用于分别感测所述热泵的温度、所述流体源的温度、所述热泵的压力、所述缓冲室的压力、所述流体源的压力、所述涡轮膨胀机进口中的气体压力。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括可通信地联接到所述多个传感器的控制单元，其中所述控制单元被构造成控制以下中的至少一个: 基于所述热泵的预定温度和所述流体源与所述热泵之间的温度平衡状态来控制所述第一阀； 基于所述流体源与所述热泵之间的温度平衡状态和所述热泵的预定压力来控制所述第二阀；基于所述热泵中的预定压力和所述热泵与所述缓冲室之间的第一压力平衡状态来控制所述止回阀；以及 基于所述第一压力平衡状态和所述流体源与所述涡轮膨胀机的进口之间的第二压力平衡状态来控制所述第 三阀。
【文档编号】F01K27/00GK203640784SQ201320664260
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2012年10月25日
【发明者】S.W.弗洛伊恩德, M.A.勒哈, W.J.小安特尔, P.S.赫克, H.C.巴克, T.J.柯斯滕, K.W.科尔, M.M.兰泼, C.M.琼斯, A.盖克沃德, L.O.诺尔德 申请人:通用电气公司