[发明专利]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，该美国专利申请的序列号为No.{律师文档号No.233702-2}，名称为“An Improved OrganicRankine Cycle System and Method”(“一种改进的有机朗肯循环系统和方法”)，转让给与本申请相同的受让人并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，且更具体地讲，涉及经济型系统和用于该系统的方法。

背景技术

随着能源危机的到来，以及节约和更有效地使用我们的可用能量的需求，已使用朗肯循环系统来捕获所谓的″废热″，否则该废热会丧失到大气中，且这样一来，就由于需要超过必需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，以便从废热气流中捕获合乎需要的动力输出。这种循环中使用的工作流体通常是大约处于大气压的碳氢化合物。然而，在超过临界温度-诸如但不限于500摄氏度时，工作流体可能会质量降低。在燃气涡轮系统中，排气的温度可与这样的高温比较，且因此，由于直接暴露于来自排气的废热气体而存在工作流体质量降低的合理的可能性。

为了避免前述问题，通常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，流体为油。然而，该中间热流体系统表现出了整个ORC的成本的高达大约四分之一。此外，中间热流体系统和热交换器要求较高的温度差，从而导致大小增大且总体效率降低。

因此，期望的是一种改进的ORC系统，以便解决上述问题中的一个或者多个问题。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供了一种构造成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传送废热流体的热源。该ORC系统还包括联接到热源上的热交换器。热交换器包括构造成以便从热源接收废热流体并且使工作流体汽化的蒸发器，其中，该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，且产生包括温度较低的废热流体的蒸发器出口流。热交换器还包括构造成以便接收来自蒸发器的温度较低的废热流体的过热器，并且进一步构造成允许在温度较低的废热流体和包含在过热器中的温度相对较高的工作流体之间进行热交换，且进一步产生包括温度升高的废热流体的过热器出口流。热交换器还包括预热器，该预热器构造成以便接收来自过热器的温度升高的废热流体且允许与包含在预热器中的处于液态的温度相对较低的工作流体进行热交换。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种用于在ORC中将工作流体的温度限制在阈值温度以下的方法。该方法包括：将废热流体引入热交换器，其中，该热交换器包括蒸发器、过热器和预热器。该方法还包括将废热流体传送到蒸发器中，以促进废热流体与在蒸发器内汽化的处于升高的温度的工作流体之间的热交换，以便产生包括温度较低的废热流体的蒸发器出口流。该方法还包括将来自蒸发器的温度较低的废热流体传送到过热器，以促进温度较低的废热流体和包含在过热器中的温度相对较高的工作流体之间的热交换，且进一步产生包括温度升高的废热流体的过热器出口流。该方法还包括将温度升高的废热流体从过热器传送到预热器，以促进与包含在预热器中的处于液态的温度相对较低的工作流体之间的热交换。

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，方面和优点将得到更好的理解，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是采用图1的ORC系统的热交换器内的工作流体的温度的图解。

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是采用图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。

图5是表示根据本发明的一个实施例的、用于在ORC中将工作流体的温度限制在阈值温度以下的方法中的步骤的流程图。

图6是表示根据本发明的一个实施例的、用于提供ORC系统的方法中的步骤的流程图。

部件列表：