[发明专利]改进的有机朗肯循环系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及以下共同未决的美国专利申请，该申请序号为No.{代理人案号No.233702-1}，名称为“Organic Rankine Cycle System andMethod”(有机朗肯循环系统和方法)，转让给与本申请相同的受让人且与本申请一并提交；该申请的整体通过引用而结合在本文中。

技术领域

本发明大体涉及有机朗肯循环(ORC)系统，且更具体而言涉及用于有机朗肯循环系统的经济的系统和方法。

背景技术

随着能源危机的到来，以及节约和更加有效地使用我们的可用能源的需要，已经使用朗肯循环系统来捕获所谓的“废热”，否则该“废热”会损失到大气中，且这样一来，“废热”就会由于需要多于必要的更多燃料来产生动力而间接地损害环境。

目前排放到环境中的废热的普遍的(废热)源是地热源和来自其它类型的发动机(例如在其排气中释放出大量热的燃气涡轮发动机，以及在其排气中释放出热且释放热来冷却诸如水和润滑剂的液体的往复式发动机)的热。

大体上，已作为对小型和中型燃气涡轮的改型而应用了ORC系统，以从热气流中捕捉合乎需要的动力输出。在这种循环中使用的工作流体通常是处于约大气压力的碳氢化合物。但是，工作流体在超过临界温度(例如但不限于500摄氏度)时可能质量降低。在燃气涡轮系统中，排气的温度可比得上这种高温，并且因此，由于直接暴露于来自排气的热气，存在工作流体质量降低的合理的可能性。

为了避免上述问题，一般使用中间热流体系统来将热从排气传递到有机朗肯循环沸腾器。在一个实例中，流体是油。但是，中间流体热呈现出高达整个ORC的成本的约四分之一。此外，中间流体系统和热交换器需要较高的温差，从而使得大小增加，且降低了整体效率。

因此，合乎需要的是解决上述问题中的一个或多个问题的改进的ORC系统。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供了一种构造成以便将工作流体的温度限制在阈值温度以下的ORC系统。该ORC系统包括构造成以便提供废热流体的热源。该ORC系统还包括联接到热源上的热交换器，其中，热交换器包括多个外部加强特征或内部加强特征。外部加强特征构造成以便减小热交换器外部的、工作流体与来自热源的废热流体之间的第一传热系数。内部加强特征构造成以便增大热交换器内部的、工作流体与来自热源的废热流体之间的第二传热系数。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种用于提供将工作流体的温度限制在阈值温度以下的ORC系统的方法。该方法包括提供构造成以便传送废热流体的热源。该方法还包括提供联接到热源上的热交换器，其中，热交换器包括多个外部加强特征或内部加强特征。外部加强特征构造成以便减小热交换器外部的、工作流体与来自热源的废热流体之间的第一传热系数。内部加强特征构造成以便增大热交换器内部的、工作流体与来自热源的废热流体之间的第二传热系数。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种构造成以便将工作流体的温度限制在阈值温度以下的ORC系统。该ORC系统包括构造成以便提供废热流体的热源。该ORC系统包括联接到热源上的热交换器。热交换器包括构造成以便接收来自热源的废热流体且使工作流体汽化的蒸发器，蒸发器进一步构造成允许在废热流体和被汽化的工作流体之间进行热交换。热交换器还包括过热器，过热器构造成以便接收来自蒸发器的废热流体-由于热交换，废热流体处于相对较低的温度，且允许与处于最高温度的工作流体接触。热交换器进一步包括预热器，该预热器构造成以便接收来自过热器的废热流体，且允许与成液态的工作流体接触，其中，蒸发器、过热器和预热器包括多个外部加强特征或内部加强特征。外部加强特征构造成以便减小热交换器外部的、工作流体与来自热源的废热流体之间的第一传热系数。内部加强特征构造成以便增大热交换器内部的、工作流体与来自热源的废热流体之间的第二传热系数。

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中，同样的标号在所有图中表示同样的部件，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的、构造成以便将工作流体的温度限制在阈值温度以下的ORC系统的示意图。

图2是在采用了图1中的ORC系统的热交换器内的工作流体的温度的图解说明。

图3是根据本发明的一个实施例的、构造成以便将工作流体的温度限制在阈值温度以下的另一个示例性ORC系统的示意图。

图4是在采用了图3中的ORC系统的热交换器内的工作流体的温度的图形表示。