[发明专利]用于朗肯循环系统的非共沸工作流体混合物

说明书

本发明是依照美国能源部授予的合同号No.DE-EE0002770在政府支持下作出的。政府在本发明中可享有一定的权利。

技术领域

本发明涉及朗肯循环系统，且特别地，本发明涉及可以循环通过有机朗肯循环系统以产生能量的非共沸工作流体混合物。

背景技术

有机朗肯循环(ORC)系统可以用于在例如地热发电系统中产生电能。典型的有机朗肯循环系统可以包括循环通过泵、蒸发器、涡轮发电机和冷凝器的有机工作流体。如果技术和经济指标允许，也可以使用同流换热器。在操作期间，蒸发器将热能从相对温暖的热源流体传递到工作流体中以便形成工作流体蒸汽，随着蒸汽膨胀该蒸汽驱动涡轮发电机。冷凝器将热能(例如热量)从膨胀的工作流体蒸汽传递到相对冷的冷源(heat sink)流体以便在工作流体蒸汽通过泵再供应到蒸发器之前使其冷凝。

典型的有机工作流体可以包括单一的(纯的)化学成分，或者是不同化学组分的共沸混合物。但是，在换热器中与单一成分的有机工作流体相伴随的夹点通常降低了采用它们进行工作的有机朗肯循环系统的总效率。术语“夹点”可以描述工作流体温度曲线中在工作流体温度和热源流体温度或冷源流体温度之间存在的最低(最小)温度差值处的点。

发明内容

根据本发明的第一个方面，发电系统包括非共沸工作流体混合物和朗肯循环系统。该朗肯循环系统包括通过工作流体混合物的蒸汽驱动的涡轮发电机，以及在接收自涡轮发电机的蒸汽和冷却介质之间交换热能的冷凝器。工作流体混合物表现出在大约5开氏度到30开氏度之间的冷凝器温度滑移、在工作流体混合物临界压力的大约0.1％到11％之间的冷凝压力，和比冷凝器接收时的冷却介质的温度高大约1开氏度到大约9开氏度的冷凝器泡点温度。

根据本发明的第二个方面，发电系统包括中间换热器、第一朗肯循环系统和第二朗肯循环系统。该换热器包括接收第一工作流体的冷凝器通路，和接收有机非共沸的第二工作流体混合物的蒸发器通路。该换热器将热能从第一工作流体传递到第二工作流体混合物。第一朗肯循环系统包括引导第一工作流体通过蒸发器和冷凝器通路的第一泵。第二朗肯循环系统包括引导第二工作流体混合物通过蒸发器通路的第二泵、通过第二工作流体混合物的蒸汽驱动的涡轮发电机，以及在接收自涡轮发电机的蒸汽和冷却介质之间交换热能的冷凝器。第二工作流体混合物的特征在于冷凝器温度滑移在大约5开氏度到30开氏度之间、冷凝压力在第二工作流体混合物临界压力的大约0.1％到11％之间、且冷凝器泡点温度比冷凝器接收时的冷却介质的温度高大约1开氏度到9开氏度。

参考以下描述和所附的附图，本发明的前述特征和操作将变得更加显而易见。

附图说明

图1为包括朗肯循环系统的发电系统的示意图；

图2为循环通过图1所示的朗肯循环系统的有机非共沸工作流体混合物的温熵相图；以及

图3为包括多个朗肯循环系统的发电系统可选择性实施方案的示意图；

图4为发电系统操作期间工作流体混合物的温熵相图。

图5为发电系统操作期间工作流体的另一温熵相图。

具体实施方式

图1是包括循环通过朗肯循环系统12(例如有机朗肯循环系统)的工作流体混合物(例如有机非共沸工作流体混合物)的发电系统10的示意图。朗肯循环系统12可以包括涡轮发电机14、冷凝器16(例如逆流换热器)、泵18和蒸发器20(例如逆流换热器)。冷凝器16可以包括第一换热通路22和第二换热通路24。蒸发器20可以包括第一换热通路26和第二换热通路28。

操作期间，工作流体混合物可以循序地循环通过涡轮发电机14、冷凝器的第一换热通路22、泵18和蒸发器的第二换热通路28，它们可以封闭的环状回路连接在一起。在一些实施方案中，发电系统10还可以包括连接在，例如，第一换热通路22和泵18之间的液体接收器/蓄液器。冷却介质(例如水、海水、空气)可以引导通过冷凝器的第二换热通路24。热源流体可以引导通过蒸发器的第一换热通路26。