[发明专利]用于将来自热源的废热转换成机械能的有机朗肯循环以及利用该有机朗肯循环的压缩机装置

说明书

一种用于将来自含有压缩气体的热源(11)的废热转换成机械能的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)包括液体泵(15)，用于使回路(14)中的工作流体连续地循环通过与热源(11)热接触的蒸发器(10)、通过用于将工作流体的热能转换成机械能的诸如涡轮机的膨胀器(12)、以及通过与冷却元件(17)热接触的冷凝器(16)，其特征在于，ORC(8)配备有用于确定由膨胀器(12)产生的机械能的装置(21)和调节进入膨胀器(12)的工作流体的蒸汽分率的控制装置(22)，其中控制装置(22)将基于所确定的机械能来调节前述蒸汽分率，使得由膨胀器(12)产生的机械能最大化。

本发明涉及用于将来自热源的废热转换成机械能的有机朗肯循环以及利用这种有机朗肯循环以便将其废压缩热转换成机械能的压缩机装置。

对用于WTP(余热发电)的动力循环已有很好地描述，诸如有机朗肯循环(ORC)、卡琳娜(Kalina)循环、三边闪蒸(三边闪蒸)循环等。

此类动力循环被设计成回收例如由压缩机产生的废热并且将所述能量转换成可以用于例如驱动发电机以产生电力的有用的机械能。

具体已知使用ORC(有机朗肯循环)来回收具有相对高温度的热源的废能，例如由压缩机装置产生的压缩气体的热量。

这种已知的有机朗肯循环包括含有两相工作流体的闭环回路，所述回路还包括液体泵，所述液体泵用于使回路中的流体连续地循环通过与热源热接触以使工作流体蒸发的蒸发器、通过例如涡轮机的膨胀器并且最后通过冷凝器，所述膨胀器用于将传送到在蒸发器中产生的气态工作流体的热能转换成有用的机械能，所述冷凝器与例如水或环境空气的冷却介质热接触，以便将气态工作流体转换成可以返回到蒸发器以用于工作流体的下一个工作循环的液体。

在压缩机装置中，有机朗肯循环用于通过使通过压缩产生的热气体与有机朗肯循环的蒸发器接触来冷却这些热气，并且同时使用有机朗肯循环将蒸发器中所回收的热量转换成膨胀器中有用的能量。

压缩机装置中的废热可在相对高的温度下获得，典型地为150℃或更高。同时，冷却需要将热的压缩气体降低到非常低的水平，典型地比蒸发器的入口处的工作流体的温度低10℃以上。

被设计成在诸如冷却水和压缩气体的工作流体的温度水平之间操作的用于WTP的已知动力循环面临性能困境，因为它们需要在两种替代方案之间进行选择。

动力循环使用压缩气体中存在的所有可获得的废热但是经历非常低的循环效率，或者动力循环仅使用热量的一部分并且将仅部分地但是以相对高的效率冷却压缩气体。在最后一种情况下，在动力循环蒸发器之后需要单独的空气冷却器以便实现压缩气体的正确冷却。

已采用已知的动力循环来适用于诸如压缩气体的热源，所述热源具有压缩气体的温度变化的难题，这意味着可获得的废热随时间而变化。

第一种方法是用冷却剂(通常是水)冷却压缩气体，随后用动力循环冷却冷却剂，其进而由环境空气的冷却水进行冷却。这种解决方案由于跨较大温差的热交换而引入了非常大的热力损失，并导致非常低的系统效率。

第二种方法是在变温蒸发的情况下工作，诸如卡琳娜循环和超临界有机朗肯循环。另外，以非共沸流体混合物作为工作流体运行的有机朗肯循环是用于减少由于变温蒸发引起的热力损失的已知方法。这种方法导致技术上复杂并因此系统昂贵。

本发明的一个目的是为上述和其他缺点中的一个或多个缺点提供解决方案。