專利名稱：發電系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及發電系統，更具體地，涉及一種可以從液力耦合器的工作流體中回收廢熱和利用回收的廢熱來發電的發電系統。
背景技術：
液力耦合器為公知的，其中葉輪(impeller)被耦合到驅動軸(輸入軸)，轉輪(runner)被耦合到被驅動的軸(輸出軸)，功率是通過填充油箱的工作油而從驅動源傳送到被驅動的源。液力耦合器在熱電站、核電站等等中被使用來以可變的速度驅動進料泵或鼓風機，在鋼鐵廠等等中被使用來以可變的速度驅動泵或鼓風機。當泵或鼓風機被液力耦合器以可變速度驅動時，負載端(即被驅動機器)的旋轉速度可以通過使用吸油勺管(scoop tube)而不斷變化,從最小的旋轉速度到最大的旋轉速度。然而,滑動(即原動機與被驅動機器之間的旋轉速度差)造成滑動損耗。 當被驅動機器的旋轉速度低時，滑動損耗變成為大的。因此，在一些情形下，液力耦合器的功率損耗最大達到被驅動機器的額定功率的14. 8%，導致大的能量損耗。由于液力耦合器的滑動損耗，作為工作流體的工作油的溫度上升。因此，從液力耦合器排放出的工作油在被油冷卻器變冷后返回到液力耦合器。也就是，由于液力耦合器中的滑動損耗造成的熱量通過油冷卻器被釋放到外面。
_5] 專利文獻引用列表專利I :日本專利公開號No. 8-13590
發明內容
如上所述，由于液力耦合器的滑動損耗，作為工作流體的工作油的溫度上升。然而，液力耦合器具有油冷卻器作為輔助機器，所以從液力耦合器排放出的加熱的工作油被油冷卻器冷卻，然后返回到液力耦合器。因此，在液力耦合器中生成的滑動損耗的熱量被釋放到外面，而沒有被回收。本發明的發明人從節能的觀點出發研究了包括液力耦合器和通過液力耦合器而被驅動的被驅動機器的整個系統，發現被釋放到外面的、在液力耦合器中的滑動損耗的熱量應當被回收，以便促進整個系統的節能。鑒于以上的環境，作出了本發明。因此，本發明的目的是提供可以通過從液力耦合器排放出的工作流體中回收廢熱而回收在液力耦合器中的滑動損耗的熱量，并利用所回收的廢熱(滑動損耗的熱量)來發電的發電系統。為了達到以上的目的，根據本發明的第一方面，提供了發電系統，在其中由進水泵將水供應到蒸汽發生器，以便生成蒸汽，汽輪機通過使用所生成的蒸汽而被驅動以發電，從汽輪機排放的蒸汽在冷凝器中被冷凝，然后被冷凝的水通過進水泵被重新供應到蒸汽發生器；發電系統包括在進水泵與用于驅動進水泵的驅動機器之間提供的液力耦合器，它用來通過填充葉輪室的工作流體將來自驅動機器的轉矩傳送到進水泵；其中從冷凝器供應的冷凝水被從液力耦合器排放的工作流體加熱。根據本發明的第一方面，水由驅動機器通過液力耦合器而進行驅動的進水泵被供應到蒸汽發生器，以在蒸汽發生器中生成高溫蒸汽，以及汽輪機是通過使用高溫蒸汽而被驅動的以便發電。從汽輪機排放的蒸汽被供應到冷凝器，蒸汽在其中被冷凝，以及冷凝器的冷凝的水被從液力耦合器排放的工作流體加熱。加熱的冷凝水被重新供應到蒸汽發生器。這樣，在液力耦合器中的滑動損耗的熱量可以借助于通過從液力耦合器排放的工作流體來加熱冷凝水而被回收，因此，整個汽輪機發電系統的熱效率可被增加，以提高發電效率。根據本發明的一方面，發電系統還包括熱交換器，用于執行在從液力耦合器排放的工作流體與從冷凝器供應的冷凝水之間的熱交換，以便加熱冷凝水。根據本發明的一方面，發電系統還包括第一熱交換器，用于執行在從液力稱合器排放的工作流體與熱交換介質之間的熱交換；和第二熱交換器，用于執行在所述熱交換介質與從冷凝器供應的冷凝水之間的熱交換；其中所述熱交換介質在第一熱交換器中通過在工作流體與熱交換介質之間的熱交換而被加熱，以及冷凝水在第二熱交換器中通過在第一 熱交換器中的被加熱的熱交換介質與冷凝水之間的熱交換而被加熱。根據本發明的這個方面，因為工作流體的循環路徑與冷凝水的循環路徑是互相完全分開的，因此可以減小冷凝水被工作流體污染的風險。根據本發明的一方面，發電系統還包括熱泵循環，其包括蒸發器、壓縮機、制冷劑冷凝器和膨脹閥；其中從液力耦合器排放的工作流體被供應到蒸發器，以便加熱所述熱泵循環的制冷劑，以及冷凝水從冷凝器被供應到制冷劑冷凝器，以便加熱冷凝水。根據本發明的這個方面，制冷劑從液力耦合器的工作流體帶走熱量，并在蒸發器中蒸發，變為低溫和低壓的氣體，然后，低溫和低壓的氣體通過壓縮機被壓縮為高溫和高壓的氣體。然后，高溫和高壓的氣體通過與在制冷劑冷凝器中的冷凝水的熱交換而釋放熱量，以便加熱冷凝水。這時，制冷劑在高壓下被冷凝和液化。最終得到的高壓液體通過膨脹閥(壓力減小閥)進行膨脹，被減壓為回到它的原先的低溫和低壓的液體。然后，低溫和低壓的液體重新供應到蒸發器。這樣，構建了包括從液力耦合器排放的工作流體的熱源和冷凝水的冷卻源的熱泵循環，用工作流體加熱冷凝水，由此使得液力耦合器的滑動損耗的熱量能夠被回收。因此，整個汽輪機發電系統的熱效率可被增加，以提高發電效率。根據本發明的一方面，發電系統還包括熱泵循環，其包括蒸發器、壓縮機、制冷劑冷凝器和膨脹閥；以及用于執行在從冷凝器供應的冷凝水與熱交換介質之間的熱交換的熱交換器；其中從液力耦合器排放的工作流體被供應到蒸發器，以便加熱所述熱泵循環的制冷劑，以及熱交換介質被供應到制冷劑冷凝器，以便加熱熱交換介質；冷凝水在熱交換器中通過在從制冷劑冷凝器中被加熱的熱交換介質與從冷凝器供應的冷凝水之間的熱交換而被加熱。根據本發明的這個方面，制冷劑從工作流體帶走熱量，并在蒸發器中蒸發，變為低溫和低壓的氣體，然后，低溫和低壓的氣體通過壓縮機被壓縮為高溫和高壓的氣體。然后，高溫和高壓的氣體通過在制冷劑冷凝器中與從熱交換器供應的熱交換介質的熱交換而釋放熱量，以便加熱熱交換介質。這時，制冷劑氣體在高壓下被冷凝和液化。最終得到的高壓液體通過膨脹閥(壓力減小閥)進行膨脹，被減壓為回到它的原先的低溫和低壓的液體。然后，低溫和低壓的液體被重新供應到蒸發器。在制冷劑冷凝器中被加熱的熱交換介質回到熱交換器，在其中執行在熱交換介質與從冷凝器供應的冷凝水之間的熱交換，以便加熱冷凝水。這樣，構建了包括從液力耦合器排放的工作流體的熱源和冷凝水的冷卻源的熱泵循環，用工作流體加熱冷凝水，由此使得液力耦合器的滑動損耗的熱量能夠被回收。因此，整個汽輪機發電系統的熱效率可被增加，提高發電效率。另外，因為在熱泵循環中制冷劑的循環路徑與冷凝水的循環路徑是互相完全分開的，可以減小冷凝水被制冷劑污染的風險。根據本發明的第二方面，提供了發電系統，其中水由進水泵被供應到蒸汽發生器以生成蒸汽，汽輪機是通過使用生成的蒸汽而被驅動以發電，從汽輪機排放的蒸汽在冷凝器中被冷凝，然后冷凝水由進水泵被重新供應到蒸汽發生器；發電系統包括被提供在進水泵與用于驅動進水泵的驅動機器之間提供的液力耦合器，用來通過填充葉輪室的工作流體將來自驅動機器的轉矩傳送到進水泵；以及包括蒸發器、壓縮機、制冷劑冷凝器和膨脹閥的熱泵循環；其中從液力耦合器排放的工作流體被供應到蒸發器，以便加熱所述熱泵循環的制冷劑，從汽輪機排放的部分蒸汽被供應到制冷劑冷凝器，以及從汽輪機排放的蒸汽被制冷劑加熱，該制冷劑已被從液力耦合器排放的工作流體加熱。根據本發明的第二方面，水由驅動機器通過液力耦合器進行驅動的進水泵被供應到蒸汽發生器，以便在蒸汽發生器中生成高溫蒸汽，以及汽輪機是通過使用高溫蒸汽而被驅動以便發電。從汽輪機排放的蒸汽被供應到冷凝器，在其中蒸汽被冷凝。溫度被提升的工作油從液力耦合器被供應到熱泵循環中的蒸發器，以及從汽輪機排放的低壓蒸汽的一部分被供應到冷凝器。制冷劑從液力耦合器的工作油中帶走熱量，并且制冷劑在蒸發器中蒸發，變為低溫和低壓氣體，然后低溫和低壓氣體由壓縮機被壓縮成高溫和高壓氣體，并被供應到冷凝器。另一方面，從汽輪機排放的低壓蒸汽的一部分被壓縮機壓縮，并被供應到冷凝器的冷側(要被加熱的側)。高溫和高壓制冷劑氣體通過與在冷凝器中被壓縮的低壓蒸汽進行熱交換而釋放熱量，以便加熱低壓蒸汽，即，使得低壓蒸汽過熱。這時，制冷劑在高壓下被冷凝和液化。最終得到的高壓液體通過膨脹閥(壓力減小閥)進行膨脹，被減壓為回到它的原先的低溫和低壓的液體。然后，低溫和低壓的液體重新供應到蒸發器。另一方面，在冷凝器中過熱的蒸汽被引入到汽輪機的中間級，并有助于汽輪機的驅動。根據本發明的一方面，從汽輪機排放的和在冷凝器中被加熱的蒸汽被引入到汽輪機的中間級。根據本發明的第三方面，提供了發電系統，包括在驅動機器與被驅動機器之間提供的液力耦合器，用于通過填充葉輪室的工作流體將來自驅動機器的轉矩傳送到被驅動機器；其中從液力耦合器排放的工作流體被供應到蒸汽發生器，在蒸汽發生器中的制冷劑被工作流體加熱，并被蒸發，汽輪機通過使用生成的制冷劑蒸汽被驅動，以便發電，從汽輪機排放出的制冷劑蒸氣被引入到制冷劑冷凝器，在其中制冷劑蒸氣被冷卻介質冷卻和冷凝，以及冷凝的制冷劑液體被重新供應到蒸汽發生器。根據本發明的第三方面，從液力耦合器排放的工作流體被供應到蒸汽發生器，在其中制冷劑通過與工作流體的熱交換而被加熱，部分的制冷劑蒸發，變為高溫的制冷劑蒸氣。然后，制冷劑蒸氣被引入到汽輪機和驅動汽輪機以便發電。從汽輪機排放的制冷劑蒸氣被引入到制冷劑冷凝器，并被冷卻介質冷卻，因此被冷凝和液化。液化的制冷劑被重新供 應到蒸汽發生器。這樣，制冷劑通過利用液力耦合器的工作流體的廢熱而被蒸發，以及汽輪機通過使用制冷劑蒸氣而被驅動以發電，由此使得能夠回收液力耦合器的滑動損耗的熱量。所以，用于通過使用液力耦合器驅動被驅動機器而泵出諸如液體或氣體那樣的流體的整個系統的熱效率可被增加，以改進能量節省。根據本發明的一個方面，制冷劑包括二氯三氟乙烷(HCFC123)或三氟乙醇(CF3CH2OH) ο本發明的有利的效果根據本發明的第一方面，在水通 過進水泵被供應到蒸汽發生器以生成蒸汽的發電系統中，汽輪機是通過使用生成的蒸汽被驅動以發電，從汽輪機排放的蒸汽在冷凝器中被冷凝，以及然后，被冷凝的水由進水泵被重新供應到蒸汽發生器，在液力耦合器中的滑動損耗的熱量，可以借助于通過從液力耦合器排放的工作流體來加熱冷凝的水而被回收，用于驅動進水泵。因此，整個發電系統的熱效率可被增加，以提高發電效率。在某些情形下，液力耦合器的功率損耗最大時達到進水泵的額定功率的14.8%。然而，根據本發明，大多數功率損耗可被回收，因此，整個發電系統的發電效率可以極大地增加。根據本發明的第二方面，在水通過進水泵被供應到蒸汽發生器以生成蒸汽的發電系統中，汽輪機是通過使用生成的蒸汽而被驅動的以發電，從汽輪機排放的蒸汽在冷凝器中被冷凝，然后冷凝水由進水泵被重新供應到蒸汽發生器；構建了包括從用于驅動進水泵的液力耦合器排放的工作油的熱源和從汽輪機排放出的低壓蒸汽的冷卻源的熱泵循環，用來通過工作油作為熱源加熱從汽輪機排放的低壓蒸汽，由此回收液力耦合器的滑動損耗的熱量。因此，整個汽輪機發電系統的熱效率可以增加，提高發電效率。根據本發明的第三方面，制冷劑通過利用液力耦合器的工作流體的廢熱而被蒸發，以及汽輪機是通過使用制冷劑蒸氣而被驅動，以發電，由此使得能夠回收液力耦合器中的滑動損耗的熱量。因此，用于通過使用液力耦合器來驅動被驅動機器而泵出諸如液體或氣體那樣的流體的整個系統的熱效率可被增加，以改進能量節省。在一些情形下，液力耦合器的功率損耗最大達到被驅動機器的額定功率的14. 8 %。然而，根據本發明，在廢熱發電系統中大多數功率損耗可以作為功率被回收，因此，整個系統的熱效率可以通過使用液力耦合器而顯著增加。
圖I是顯示根據本發明的發電系統的第一實施例的汽輪機發電系統的示意圖。圖2是顯示液力耦合器的示意性結構的示意圖。圖3是顯示根據本發明的第二實施例的汽輪機發電系統的示意圖。圖4是顯示根據本發明的第三實施例的汽輪機發電系統的示意圖。圖5是顯示圖4所示的汽輪機發電系統的修改的示例的示意圖。圖6是顯示根據本發明的發電系統的另一個示例的示意圖。圖7是顯示根據本發明的發電系統的再一個示例的示意圖。
具體實施例方式將參照圖I到7詳細地描述根據本發明實施例的發電系統。在圖I到7中，相同的或對應的結構構件或單元用相同的標記表示,并且不被重復描述。圖I示意地顯示根據本發明的發電系統的第一實施例的汽輪機發電系統。在圖I中，顯示了被提供在熱電站的汽輪機發電系統，鍋爐被用作為蒸氣發生器。如圖I所示，在汽輪機發電系統中，水通過鍋爐進水泵BP被供應到鍋爐1，在其中生成高溫蒸汽(高壓蒸汽)，汽輪機2通過使用高溫蒸汽被驅動，功率由被耦合到汽輪機2的發電機3生成。然后，從汽輪機2排放的蒸氣(低壓蒸汽)被供應到冷凝器4，在其中蒸汽被冷凝，冷凝器4中的冷凝水通過冷凝泵CP被泵出到給水加熱器5。然后，在給水加熱器5中被加熱的冷凝水通過鍋爐進水泵BP被重新供應到鍋爐I。汽輪機2具有多級葉片，在每級的葉片被配置成最佳地處理從剛剛引入到汽輪機2的高壓蒸汽到即將從汽輪機2排放的低壓蒸汽的可變的蒸汽壓力。如圖I所示，在本實施例的汽輪機發電系統中，液力耦合器10被提供在鍋爐進水泵BP與用于驅動鍋爐進水泵BP的電動機M之間，這樣，電動機M的轉矩通過液力耦合器10的工作油(工作流體)被傳送到鍋爐進水泵BP。
圖2是顯示液力耦合器10的示意性結構的示意圖。如圖2所示，流入葉輪室的工作油，由于由葉輪11給予的離心力，被轉移到外部圓周側，然后流入到轉輪12，以便旋轉轉輪12。由于在吸油勺管室13中的離心力，形成圓柱形油層，以及工作油被搜集通過吸油勺管14的前端。葉輪11與轉輪12的旋轉速度比可以通過任意地改變吸油勺管14的位置而變化，由此連續地控制被驅動機器的旋轉速度。在液力耦合器10中，作為在葉輪11與轉輪12之間的旋轉速度差的滑動成為滑動損耗，它提升工作油的溫度。所以，根據圖I所示的實施例，熱交換器20被提供來通過在液力耦合器10的工作油與從冷凝器4供應的冷凝水之間的熱交換而加熱冷凝水。具體地，從液力耦合器10通過吸油勺管14排放的工作油經由工作油路徑21被引入到熱交換器20，以及在冷凝器4中的冷凝水通過冷凝泵CP同時被引入到熱交換器20。然后，在熱交換器20中進行工作油與冷凝水之間的熱交換，以便加熱冷凝水。工作油在熱交換器20的入口側具有約70°C到90°C的溫度。工作油通過在熱交換器20中的熱交換被冷卻到約50°C的溫度，然后返回到液力耦合器10。另一方面，冷凝水在熱交換器20的入口側具有約30°C到35°C的溫度。冷凝水通過在熱交換器20中的熱交換被加熱，然后被供應到給水加熱器5。而且，在給水加熱器5中被加熱的冷凝水通過鍋爐進水泵BP被重新供應到鍋爐1，如上面提到的。根據本實施例的汽輪機發電系統，液力耦合器10的滑動損耗的熱量可以通過用從液力耦合器10排放的工作油加熱冷凝水而被回收，因此，整個汽輪機發電系統的熱效率可以增加，以提高發電效率。在一些情形下，液力耦合器的功率損耗最大達到鍋爐進水泵BP的額定功率的14.8%。然而，根據本發明，大多數功率損耗可以在熱交換器20中被回收，因此，整個汽輪機發電系統的發電效率可以顯著地增加。圖3是顯示根據本發明的第二實施例的汽輪機發電系統的示意圖。在圖3所示的實施例中，提供了執行在液力耦合器10的工作油與熱交換介質之間的熱交換的第一熱交換器30，和執行在如上的熱交換介質與從冷凝器4供應的冷凝水之間的熱交換的第二熱交換器40。潔凈水被用作為熱交換介質。具體地，從液力耦合器10通過吸油勺管14排放的工作油通過工作油路徑21被引入到第一熱交換器30，以及熱交換介質通過熱交換介質路徑31被引入到第一熱交換器30。然后，熱交換介質通過在工作油與熱交換介質之間的熱交換而被加熱。循環泵32被提供在熱交換介質路徑31中。在第一熱交換器30中被加熱的熱交換介質通過熱交換介質路徑31被引入到第二熱交換器40，以及在冷凝器4中的冷凝水通過冷凝泵CP被引入到第二熱交換器40。然后，冷凝水通過在熱交換介質與冷凝水之間的熱交換而被加熱。從液力耦合器10排放的工作油在第一熱交換器30的入口側具有約70°C到90°C的溫度。工作油通過在第一熱交換器30中的熱交換被冷卻到約50°C的溫度，然后返回到液力耦合器10。另一方面，熱交換介質通過在第一熱交換器30中的熱交換被加熱到接近工作油溫度的溫度，然后被供應到第二熱交換器40。而且，冷凝水在第二熱交換器40的入口側具有約30°C到35°C的溫度。冷凝水通過在第二熱交換器40中的熱交換被加熱，然后被供應到給水加熱器5。然后，在給水加熱器5中被加熱的冷凝水以與圖I所示的實施例相同的方式通過鍋爐進水泵BP被重新供應到鍋爐I。根據本實施例的汽輪機發電系統，液力耦合器10的滑動損耗的熱量可以通過用從液力耦合器10排放的工作油加熱冷凝水而被回收，因此整個汽輪機發電系統的熱效率可以增加，提高發電效率。在一些情形下，液力耦合器的功率損耗最大達到鍋爐進水泵BP的額定功率的14. 8%。然而，根據本發明，大多數功率損耗可以在兩個熱交換器30和40中 被回收，因此，整個汽輪機發電系統的發電效率可以顯著增加。在圖3所示的實施例中，因為工作油的循環路徑與冷凝水的循環路徑是互相完全分開的，冷凝水被工作油污染的風險可以減小。即使在熱交換介質路徑31破裂或損壞的情形下，冷凝水也不被污染，因為與冷凝水一樣干凈的水被用作為在熱交換介質路徑31中流動的熱交換介質。圖4是顯示根據本發明的第三實施例的汽輪機發電系統的示意圖。在圖4所示的 實施例中，包括液力耦合器10的工作油的熱源和冷凝水的冷卻源的熱泵循環被構建以用工作油加熱冷凝水。具體地，熱泵循環HP包括蒸發器E、壓縮機Comp、用作制冷劑冷凝器的冷凝器C和膨脹閥(壓力減小閥)V。在熱泵循環HP中，溫度上升的工作油從液力耦合器10被供應到蒸發器E，冷凝器4的冷凝水被供應到冷凝器C。在熱泵循環HP中使用對于氯氟碳化合物等的替代物作為制冷劑。在具有圖4所示的熱泵循環HP的汽輪機發電系統中，制冷劑從液力耦合器10的工作油中帶走熱量，并在蒸發器E中蒸發，變為低溫和低壓氣體，然后，低溫和低壓氣體通 過壓縮機Comp被壓縮成高溫和高壓氣體。然后，高溫和高壓制冷劑氣體通過與在冷凝器C中的冷凝水進行熱交換而釋放熱量，以加熱冷凝水。這時，制冷劑在高壓下被冷凝和液化。最終得到的高壓液體通過膨脹閥(壓力減小閥)V進行膨脹，被減壓為回到它的原先的低溫和低壓液體。然后，低溫和低壓液體重新供應到蒸發器E。從液力耦合器10排放的工作油在蒸發器E的入口側具有約70°C到90°C的溫度。工作油通過在蒸發器E中去除熱量而被冷卻到約50°C的溫度，然后返回到液力耦合器10。另一方面，冷凝水在冷凝器C的入口側具有約30°C到35°C的溫度。冷凝水通過在冷凝器C中的熱交換被加熱，然后被供應到給水加熱器5。而且，在給水加熱器5中加熱的冷凝水以與圖I所示的實施例相同的方式通過鍋爐進水泵BP被重新供應到鍋爐I。根據本實施例的汽輪機發電系統，包括從液力耦合器10排放的工作油的熱源和冷凝水的冷卻源的熱泵循環被構建以用工作油加熱冷凝水，因此，液力耦合器10的滑動損耗的熱量可被回收。所以，整個汽輪機發電系統的熱效率可以增加，提高發電效率。在一些情形下，液力耦合器的功率損耗最大達到鍋爐進水泵BP的額定功率的14.8%。然而，根據本發明，大多數功率損耗可以通過利用熱泵循環HP而被回收，因此，整個汽輪機發電系統的發電效率可以顯著增加。圖5是顯示圖4所示的汽輪機發電系統的修改的示例的示意圖。在圖4所示的實施例中，冷凝水在熱泵循環HP中的冷凝器C中直接加熱。然而，在圖5所示的實施例中，熱交換器50被提供來執行在從冷凝器4供應的冷凝水與熱交換介質之間的熱交換，從熱交換器50供應的熱交換介質在熱泵循環HP中、用作制冷劑冷凝器的冷凝器C中被加熱。熱交換介質通過熱交換介質路徑51和在熱交換介質路徑51上提供的循環泵52，在冷凝器C與熱交換器50之間循環。潔凈水被用作為熱交換介質。具體地，制冷劑從工作油中帶走熱量，并在蒸發器E中蒸發，變為低溫和低壓氣體，然后，低溫和低壓氣體通過壓縮機Comp被壓縮成高溫和高壓氣體。然后，高溫和高壓制冷劑氣體通過在冷凝器C中與從熱交換器50
通過熱交換介質路徑51被供應的熱交換介質進行熱交換而釋放熱量，以加熱熱交換介質。這時，制冷劑在高壓下被冷凝和液化。最終得到的高壓液體通過膨脹閥(壓力減小閥)V進行膨脹，被減壓為回到它的原先的低溫和低壓液體。然后，低溫和低壓液體重新供應到蒸發器E。在冷凝器C中被加熱的熱交換介質返回到熱交換器50，在其中熱交換介質執行與從冷凝器4供應的冷凝水的熱交換，以加熱冷凝水。在圖5所示的實施例中，因為在熱泵循環HP中的制冷劑的循環路徑與冷凝水的循環路徑是互相完全分開的，冷凝水被制冷劑污染的風險可以減小。即使在熱交換介質路徑51破裂或損壞的情形下，冷凝水也不被污染，因為與冷凝水一樣干凈的水被用作在熱交換介質路徑51中流動的熱交換介質。從液力耦合器10排放的工作油在蒸發器E的入口側具有約70°C到90°C的溫度。工作油通過在蒸發器E中去除熱量而被冷卻到約50°C的溫度。另一方面，冷凝水在熱交換器50的入口側具有約30°C到35°C的溫度。冷凝水通過在熱交換器50中的熱交換被加熱，然后被供應到給水加熱器5。而且，在給水加熱器5中被加熱的冷凝水以與圖I所示的實施例相同的方式通過鍋爐進水泵BP被重新供應到鍋爐I。根據本實施例的汽輪機發電系統，包括從液力耦合器10排放的工作油的熱源和冷凝水的冷卻源的熱泵循環被構建以用工作油加熱冷凝水，因此，液力耦合器10的滑動損耗的熱量可被回收。所以，整個汽輪機發電系統的熱效率可以增加，以提高發電效率。圖6是顯示根據本發明的發電系統的另一個實施例的示意圖。雖然在圖I到5上顯示的汽輪機發電系統被配置成通過加熱冷凝水作為從液力耦合器10排放的工作油的熱源而回收液力耦合器10的滑動損耗的熱量，但根據圖6所示的實施例的發電系統的不同點在于，液力耦合器10的滑動損耗的熱量是通過加熱從汽輪機2排放的低溫蒸汽作為從液力耦合器10排放的工作油的熱源和通過將加熱的低壓蒸汽引入到汽輪機2的低壓級而被回收的。而且，在圖6所示的實施例中，為了得到足以加熱低溫蒸汽的高的溫度，以與圖4所示的實施例相同的方式使用熱泵循環，并且構建了包括從液力耦合器10排放的工作油的熱源和從汽輪機排放出的低壓蒸汽的冷卻源的熱泵循環。具體地，熱泵循環HP包括蒸發器E、壓縮機Comp、冷凝器C和膨脹閥(壓力減小閥)V。在熱泵循環HP中，溫度上升的工作油從液力耦合器10被供應到蒸發器E，從汽輪機2排放的一部分低壓蒸汽被供應到冷凝器C。在熱泵循環HP中使用對于氯氟碳化合物等的替代物作為制冷劑。在具有圖6所示的熱泵循環HP的汽輪機發電系統中，制冷劑從液力耦合器10的工作油中帶走熱量，并在蒸發器E中蒸發，變為低溫和低壓氣體，然后，低溫和低壓氣體通過壓縮機Comp被壓縮成高溫和高壓氣體，并被供應到冷凝器C。另一方面，從汽輪機2排放的一部分低壓蒸汽被壓縮機Comp2壓縮，并被供應到冷凝器C的冷卻側(要被加熱的側)。高溫和高壓制冷劑氣體通過與在冷凝器C中的壓縮的低壓蒸汽進行熱交換而釋放熱量，以加熱低壓蒸汽，即，使得低壓蒸汽過熱。這時，制冷劑在高壓下被冷凝和液化。最終得到的高壓液體通過膨脹閥(壓力減小閥)V進行膨脹，被減壓為回到它的原先的低溫和低壓液體。然后，低溫和低壓液體重新供應到蒸發器E。另一方面，在冷凝器C中被過熱的蒸汽被引入到汽輪機2的中間級，并用來驅動汽輪機2。從液力耦合器10排放的工作油在蒸發器E的入口側具有約70°C到90°C的溫度。工作油通過在蒸發器E中去除熱量而被冷卻到約50°C的溫度，然后，返回到液力耦合器10。另一方面，低壓蒸汽通過在冷凝器C中的熱交換而被過熱，然后，被供應到汽輪機2的中間級。溫度通過驅動汽輪機2而被降低的低壓蒸汽再次被壓縮機Comp2部分地壓縮，并被供應到冷凝器C，低壓蒸汽的其余部分返回到冷凝器4，在其中蒸汽被冷凝。在冷凝器C中被過熱的蒸汽不一定被引入到汽輪機2的中間級，而是被引入到與 汽輪機2分開地提供的第二汽輪機，該第二汽輪機可被配置成回收功率。另外，在這種情形下，功率回收后的蒸汽返回到冷凝器4，在其中蒸汽被冷凝。根據本實施例的汽輪機發電系統，包括從液力耦合器10排放的工作油的熱源和從汽輪機2排放的低壓蒸汽的冷卻源的熱泵循環HP被構建以用工作油作為熱源加熱從汽輪機2排放的低壓蒸汽，由此回收液力耦合器10的滑動損耗的熱量。所以，整個汽輪機發電系統的熱效率可以增加，提高發電效率。在一些情形下，液力耦合器的功率損耗最大達到鍋爐進水泵BP的額定功率的14.8%。然而，根據本發明，大多數功率損耗可以通過利用熱泵循環HP而被回收，因此，整個汽輪機發電系統的發電效率可以顯著增加。在圖I到6中顯示的汽輪機發電系統中，說明了在熱電站中所提供的汽輪機發電系統。在核電站的情形下，雖然鍋爐將被蒸汽發生器替代，但從液力耦合器的工作油回收熱量的結構是與熱電站的結構相同的。圖7是顯示根據本發明的發電系統的再一個實施例的示意圖。在圖7所示的實施例中，發電系統是廢熱發電系統，它包括液力耦合器10的工作油的熱源和冷卻水的冷卻源以用來發電。在廢熱發電系統中，制冷劑通過來自液力耦合器的工作油的廢熱被蒸發，以及通過使用制冷劑蒸氣驅動汽輪機來發電。作為制冷劑，使用沸點約為40°c的低沸點制冷劑，例如，二氯三氟乙烷(HCFC123)或三氟乙醇(CF3CH2OH)。如圖7所示，液力耦合器10被提供在驅動機器60與被驅動機器61之間。驅動機器60包括電動機或引擎，以及被驅動機器61包括鼓風機或泵。液力耦合器10具有與圖2所示結構相同的結構。從液力耦合器10排放的工作油被供應到蒸氣發生器63。在蒸氣發生器63中的制冷劑通過與工作油的熱交換而被加熱。所以，部分的制冷劑蒸發，變為高溫制冷劑蒸氣。然后，制冷劑蒸氣被引入到汽輪機64，并驅動汽輪機64以便通過被耦合到汽輪機64的發電機65來發電。從汽輪機64排放的制冷劑蒸氣被引入到冷凝器66，并被冷卻水冷卻，從而被冷凝和液化。液化的制冷劑通過制冷劑泵67被重新供應到蒸汽發生器63。從液力耦合器10排放的工作油在蒸汽發生器63的入口側具有約70°C到90°C的溫度。工作油通過在蒸汽發生器63中去除熱量而被冷卻到約50°C的溫度，然后，返回到液力耦合器IOo根據圖7所示的廢熱發電系統，液力耦合器10的滑動損耗的熱量可以通過利用來自液力耦合器10的工作油的廢熱來蒸發制冷劑和通過使用制冷劑蒸氣來驅動汽輪機64而被回收，由此發電。所以，用于通過使用液力耦合器10來驅動被驅動機器61而泵出諸如液體或氣體那樣的流體的整個系統的熱效率可以增加，以達到節能。在一些情形下，液力耦合器的功率損耗最大達到被驅動機器61的額定功率的14.8%。然而，根據本發明，大多數功率損耗可以在廢熱發電系統中作為功率被回收，因此，整個系統的熱效率可以顯著增加。在圖7所示的實施例中，鼓風機或泵被用作為被驅動機器61，然而，諸如鼓風機或壓縮機那樣的旋轉的機器也可以被用作為被驅動機器61。根據本實施例，具有這些旋轉的機器的整個系統的熱效率可以提高。雖然已經詳細地顯示和描述本發明的優選實施例，但應當理解，在這里可以作出 各種改變和修改方案，而不背離所附權利要求書的范圍。例如，在以上的實施例中，其熱量被回收的工作油的溫度約為70°C到90°C。然而，通過控制工作油的循環流量，工作油的溫度可以低于或高于約為70°C到90°C的溫度。工作油的溫度可以升高到100°C或更高。工作油的溫度越高，用于冷凝水、熱交換介質和制冷劑的熱交換的效率就越高。工業可應用件本發明可應用于發電系統，它可以從液力耦合器的工作流體回收廢熱和利用所回收的廢熱來發電。附圖標記列表
I鍋爐2汽輪機
3發電機
4冷凝器
5給水加熱器10液力耦合器
11葉輪
12轉輪
13吸油勺管室
14吸油勺管
20, 50熱交換器21 工作油路後30第一熱叉換器31，51 熱交換介質路徑32，52 循環泵40第二熱交換器
60驅動機器
61被驅動機器63蒸氣發生器
64汽輪機
65發電機
66冷凝器67制冷劑泵C 冷凝器Comp 壓縮機E蒸發器
V膨脹閥(壓力減小閥)
M電動機
BP鍋爐進水泵
CP冷凝泵HP 熱泵循環
權利要求
1.一種發電系統，其中水通過進水泵被供應到蒸汽發生器以生成蒸汽，汽輪機通過使用所生成的蒸汽被驅動以用來發電，從所述汽輪機排放的蒸汽在冷凝器中被冷凝，然后，被冷凝的水由進水泵被重新供應到蒸汽發生器；所述發電系統包括 液力耦合器，被提供在所述進水泵和用于驅動所述進水泵的驅動機器之間，以便通過填充葉輪室的工作流體將來自所述驅動機器的轉矩傳送到所述進水泵； 其中從所述冷凝器供應的冷凝水被從所述液力耦合器排放的工作流體加熱。
2.根據權利要求I的發電系統，還包括 熱交換器，用于執行在從所述液力耦合器排放的工作流體與從所述冷凝器供應的冷凝水之間的熱交換，以便加熱冷凝水。
3.根據權利要求I的發電系統，還包括 第一熱交換器，用于執行在從所述液力耦合器排放的工作流體與熱交換介質之間的熱 交換；以及 第二熱交換器，用于執行在所述熱交換介質與從所述冷凝器供應的冷凝水之間的熱交換； 其中所述熱交換介質在所述第一熱交換器中通過在工作流體與熱交換介質之間的熱交換而被加熱，以及冷凝水在所述第二熱交換器中通過在所述第一熱交換器中被加熱的熱交換介質與冷凝水之間的熱交換而被加熱。
4.根據權利要求I的發電系統，還包括熱泵循環，其包括蒸發器、壓縮機、制冷劑冷凝器和膨脹閥； 其中從所述液力耦合器排放的工作流體被供應到所述蒸發器，用來加熱所述熱泵循環的制冷劑，以及冷凝水從所述冷凝器被供應到所述制冷劑冷凝器，用來加熱冷凝水。
5.根據權利要求I的發電系統，還包括熱泵循環，其包括蒸發器、壓縮機、制冷劑冷凝器和膨脹閥；以及 熱交換器，用于執行在從所述冷凝器供應的冷凝水與熱交換介質之間的熱交換； 其中從所述液力耦合器排放的工作流體被供應到所述蒸發器，用來加熱所述熱泵循環的制冷劑，以及所述熱交換介質被供應到所述制冷劑冷凝器，用來加熱所述熱交換介質；以及 冷凝水在所述熱交換器中通過在所述制冷劑冷凝器中加熱的熱交換介質與從所述冷凝器供應的冷凝水之間的熱交換而被加熱。
6.一種發電系統，其中水通過進水泵被供應到蒸汽發生器以生成蒸汽，汽輪機通過使用所生成的蒸汽被驅動以用來發電，從所述汽輪機排放的蒸汽在冷凝器中被冷凝，然后，冷凝水通過進水泵被重新供應到蒸汽發生器；所述發電系統包括 液力耦合器，被提供在所述進水泵與用于驅動所述進水泵的驅動機器之間，以便通過填充葉輪室的工作流體將來自所述驅動機器的轉矩傳送到所述進水泵；以及 熱泵循環，其包括蒸發器、壓縮機、制冷劑冷凝器和膨脹閥； 其中從所述液力耦合器排放的工作流體被供應到所述蒸發器，用來加熱所述熱泵循環的制冷劑，從所述汽輪機排放的部分蒸汽被供應到所述制冷劑冷凝器，以及從所述汽輪機排放的蒸汽被制冷劑加熱，而制冷劑被從所述液力耦合器排放的工作流體加熱。
7.根據權利要求6的發電系統，其中從所述汽輪機排放出的、并在所述冷凝器中被加熱的蒸汽被弓I入到所述汽輪機的中間級。
8.一種發電系統，包括 液力耦合器，被提供在驅動機器與被驅動機器之間，用來通過填充葉輪室的工作流體將來自所述驅動機器的轉矩傳送到所述被驅動機器； 其中從所述液力耦合器排放的工作流體被供應到蒸汽發生器，在所述蒸汽發生器中的制冷劑由工作流體進行加熱，并被蒸發，汽輪機通過使用所生成的制冷劑蒸氣被驅動以發電，從所述汽輪機排放出的制冷劑蒸氣被引入到制冷劑冷凝器，在其中制冷劑蒸氣由冷卻介質冷卻和被冷凝，以及冷凝的制冷劑液體被重新供應到所述蒸氣發生器。
9.根據權利要求8的發電系統，其中所述制冷劑包括二氯三氟乙烷(HCFC123)或三氟乙醇(CF3CH2OH)。
全文摘要
本發明涉及可以從液力耦合器的工作流體回收廢熱和利用該回收的廢熱來發電的發電系統。在該發電系統中，水通過進水泵(BP)被供應到鍋爐(1)來生成蒸汽，汽輪機(2)通過使用所生成的蒸汽被驅動以用來發電，從汽輪機(2)排放的蒸汽在冷凝器(4)中被冷凝，然后，被冷凝的水由進水泵(BP)被重新供應到鍋爐(1)。該發電系統包括液力耦合器(10)，被提供在所述進水泵(BP)與電動機(M)之間，用來通過工作流體將來自所述電動機(M)的轉矩傳送到進水泵(BP)，以及從所述冷凝器(4)供應的冷凝水被從所述液力耦合器(10)排放出的工作流體加熱。
文檔編號F01K13/00GK102725483SQ201080062410
公開日2012年10月10日 申請日期2010年9月28日 優先權日2010年1月28日
發明者緒方大洋 申請人:株式會社荏原制作所