[发明专利]热力发动机、用于提供加压制冷剂的系统以及相关方法

说明书

从热源发电的方法包括：将处于液相的制冷剂与润滑油混合，加热混合物以蒸发制冷剂，将加热的混合物与处于过热相的附加制冷剂混合，并雾化润滑油以将润滑油分散在制冷剂内。雾化的润滑油和制冷剂通过减压器而产生电流。制冷剂可以是沸点低于约‑35℃的有机材料。也公开了相关的系统和热力发动机。

优先权要求

本申请要求2015年6月2日提交的题为“热力发动机、用于提供加压制冷剂的系统以及相关方法(HEAT ENGINES，SYSTEMS FOR PROVIDING PRESSURIZED REFRIGERANT，ANDRELATED METHODS)”的美国临时专利申请序列号62/169,971的申请日的权益。

技术领域

本公开的实施例总体上涉及用于发电和涉及压缩制冷剂的其他过程的系统和方法。例如，该系统和方法可以用于从热源发电。

背景技术

朗肯循环(Rankine)是一种热力循环，在该热力循环中热量被转换成功。热量从外部供应到闭环，通常以水作为工作流体。朗肯循环产生全世界使用的所有电力的80％左右，并被太阳能发电站、生物质发电站、煤炭发电站和核电站所使用。朗肯循环电力系统通常将热能转换成电能。常规朗肯循环动力系统采用以下四个基本步骤：(1)在锅炉中使用热能将水转化成蒸汽；(2)蒸汽通过涡轮机传送，进而驱动发电机；(3)通过将蒸汽中的剩余热能排放到环境中，将蒸汽冷凝成水；(4)冷凝物被抽回锅炉。在理想的朗肯循环中，膨胀是等熵的(即处于恒定的熵)，而蒸发和冷凝过程是等压的(即在恒定的压力下)。但是，实际过程中的不可逆性会降低循环效率。这些不可逆性主要归因于两个因素：在循环的步骤(2)期间在工作流体的膨胀期间将一些能量转化为热量；步骤(1)和(3)中热交换器压力下降造成的效率低下。

朗肯循环的效率是工作流体的物理性质的函数。压力没有达到工作流体的超临界水平的情况下，循环可以运行的温度范围是相当小的。例如，传统的涡轮机入口温度极限约为565℃(不锈钢的蠕变极限)，冷凝器温度约为30℃。与现代燃煤电站的实际效率42％相比，这给出了约63％的理论卡诺效率。涡轮机入口温度低(与内燃式燃气轮机相比)是朗肯循环经常用作联合循环燃气轮机发电站的后置循环的原因。朗肯循环中的工作流体遵循一个闭合回路并不断被重复使用。虽然许多工作流体可以并且已经用于朗肯循环，但是水通常是选择的流体，因为它丰富、廉价、无毒、通常是非反应性的，并且具有有利的热力学性质。有机朗肯循环(ORC)已经被开发出来以实现从较低温度来源(例如工业废热、地热、太阳能池等)回收能量。ORC中的工作流体是在比给定压力下的水-蒸汽相变更低的温度下具有液-气相变(即，沸点)的有机高分子量流体。使用ORC，来自较低温度来源的热量可以被转化为可用于发电的有用功。

ORC技术可以用来从废热中回收能量。例如，该技术可应用于热电厂、工业和农业工艺(例如有机产品发酵)，来自烤炉或炉的热排气、烟气冷凝、车辆废气、压缩机的中冷以及动力循环的冷凝器。ORC技术还可用于从生物质、地热源、太阳能领域等中提取有用的能源。

2014年8月14日公开的标题为“改进的有机朗肯循环减压热力发动机(ImprovedOrganic Rankine Cycle Decompression Heat Engine)”的国际专利公开第WO 2014/124061号中描述了ORC，其全部公开内容通过引用结合于此。

发明内容

在一些实施方案中，一种方法包括：将润滑油与处于液相的制冷剂的第一部分混合以形成混合物，并加热润滑油与制冷剂的第一部分的混合物以形成加热的混合物，其中制冷剂的第一部分的至少一部分处于气相。该方法包括：将加热的混合物与处于过热相的制冷剂的第二部分混合，并将润滑油雾化以将润滑油分散在制冷剂内。制冷剂可表现出低于约-35℃的沸点。在一些实施例中，制冷剂可以包括有机材料。