[发明专利]将热源废热转换成机械能的ORC及采用ORC的冷却系统

说明书

将热源(11)热量转换成机械能的ORC(有机朗肯循环)，ORC(8)包括含有两相工作流体的闭合回路(14)，回路(14)包括液泵(15)以使工作流体在回路(14)中相继循环通过与热源(11)热接触的蒸发器(10)、将工作流体热能转换成机械能的膨胀器(12)、与冷却元件(17)热接触的冷凝器(16)，特征在于，膨胀器(12)位于蒸发器(10)上方；蒸发器(10)流体出口(22)通过所谓举升塔(24)连到膨胀器(12)流体入口(23)，举升塔(24)充满液态工作流体和工作流体气泡混合物，混合物供应到膨胀器(12)；举升塔(24)至少部分在与膨胀器(12)入口(23)同高度处或上方延伸，以使举升塔(24)供应的液态工作流体能重力自流到膨胀器(12)。

技术领域

本发明涉及用于将来自热源的废热转换成机械能的ORC，并且涉及利用这种ORC来冷却废热源的冷却系统。

背景技术

用于WTP(废热发电)的热力循环已众所周知，诸如ORC循环、卡琳娜(Kalina)循环、三角动态(Trilateral Flash)循环等。

这些热力循环设计成从热源回收废热，并且将热能转换成可以用于例如驱动发电机发电的有用机械能。

特别是，已知使用ORC(有机朗肯循环)来回收相对低温热源的废热能，例如由压缩机装置产生的压缩气体的热量、或包含在废气、烟气、蒸汽、热水等中的热量。

这种已知的ORC包括含有两相工作流体的闭环回路，闭环回路还包括液泵，用于使工作流体在回路中相继地循环通过：蒸发器，其与热源热接触以使工作流体蒸发；膨胀器(例如涡轮机)，其用于将传递到蒸发器中所产生气态工作流体的热能转换成有用机械能；最后是冷凝器，其与冷却介质(例如水或环境空气)热接触，以便将气态工作流体转换成可以返回到蒸发器的液体以用于工作流体下一个工作循环。

在产生热气的装置中，ORC用于通过使热气与ORC的蒸发器接触来冷却热气，并且同时使用ORC在膨胀器中将蒸发器中所回收的热量转换成有用能量。

现有ORC的缺点是：蒸发器的尺寸必须相对较大，以便在蒸发器中的工作流体与热源(尤其是例如90℃或甚至60℃的低温热源)之间具有足够的热传递接触，与蒸发器中待蒸发的工作流体液态组成部分之间的接触表面仅为蒸发器总接触表面的一小部分，因为蒸发器仅在底部处包含液体而在其顶部包含工作流体的蒸汽。

另一个缺点是：在液泵或膨胀器故障的情况下，工作流体在ORC中的循环自动中止，因为蒸发器需要位于膨胀器上方以便使工作流体的液态组成部分从蒸发器重力自流到膨胀器，尤其是当优选为两相流体提供到膨胀器入口时。

当工作流体在ORC中停止循环时，丧失了ORC冷却热气的冷却功能，从而导致潜在的危险情况，因此采用未冷却热气的下游装置或下游用户可能由于过热而受损害。

本申请人的未公开比利时专利申请2014/0654提供了在ORC液泵故障情况下的解决方案，该解决方案是引入了不是ORC系统组成部分并且因此可以在ORC系统故障情况下确保冷却压缩气体的辅助冷却器。

缺点是必须提供辅助冷却器。

发明内容

本发明的目的是为一个或多个上述和其他缺点提供解决方案。

因此，本发明涉及一种用于将来自热源的废热转换成机械能的ORC，ORC包括含有两相工作流体的闭合回路，闭合回路包括液泵，用于使工作流体在闭合回路中相继地循环通过配置用来与热源处于热接触的蒸发器、用于将工作流体的热能转换成功的膨胀器、以及与冷却元件热接触的冷凝器；膨胀器位于蒸发器上方，并且蒸发器的流体出口通过所谓的举升塔连接到膨胀器的入口，举升塔充满液态工作流体和工作流体气泡的混合物，混合物供应到膨胀器；并且，举升塔至少部分地在与膨胀器入口相同的高度处或上方延伸，以使得由举升塔供应的液态工作流体能够通过重力自流到膨胀器。