專利名稱：用于有機蘭金循環(huán)系統(tǒng)的直接蒸發(fā)器系統(tǒng)和方法
技術領域：
本文中公開的主題的實施例大體上涉及功率生成系統(tǒng)，并且更尤其地涉及有機蘭金(Rankine)循環(huán)(ORC)系統(tǒng)。
背景技術：
蘭金循環(huán)利用封閉循環(huán)中的工作流體，以通過產生通過渦輪膨脹以產生功率的熱氣體流而從熱源或者熱儲蓄器收集熱。膨脹的流在冷凝器中通過將熱傳遞至冷儲蓄器而被冷凝，并被再次泵送至加熱壓力，以完成循環(huán)。諸如燃氣渦輪或往復式發(fā)動機(一次系統(tǒng))的功率生成系統(tǒng)產生熱排氣，其或者用于隨后的功率產生過程(通過二次系統(tǒng))或者作為廢熱散失于環(huán)境中。例如，大型發(fā)動機的排氣可在用于額外功率的產生的廢熱回收系統(tǒng)中回收，從而改善總系統(tǒng)效率。普通的廢熱功率生成系統(tǒng)是如圖I所示的蘭金循環(huán)。 功率生成系統(tǒng)100包括也稱為鍋爐的換熱器2、渦輪4、冷凝器6和泵8。穿過該閉環(huán)系統(tǒng)，從換熱器2開始，例如熱煙道氣的外部熱源10加熱換熱器2。這使所接收的加壓液體介質12變成流向渦輪4的加壓蒸汽14。渦輪4接收加壓的蒸汽流14，并且當加壓蒸汽膨脹時可生成功率16。被渦輪4釋放的膨脹的較低壓力蒸汽流18進入冷凝器6，所述冷凝器6將膨脹的較低壓力蒸汽流18冷凝成較低壓力的液體流20。較低壓力的液體流20然后進入泵8，所述泵8生成較高壓力的液體流22，并保持閉環(huán)系統(tǒng)流動。較高壓力的液體流12然后被泵送至換熱器2，以使該過程繼續(xù)?？捎糜谔m金循環(huán)的一種工作流體是有機工作流體。這種有機工作流體稱為有機蘭金循環(huán)(ORC)流體。ORC系統(tǒng)已被布置成用于發(fā)動機以及用于小型和中型燃氣渦輪的改型，以捕獲來自熱煙道氣流的廢熱。該廢熱可用于二次功率生成系統(tǒng)，以除僅由產生熱煙道氣的發(fā)動機輸送的功率外生成達到額外20%的功率?，F(xiàn)在關于圖2描述常用于在亞臨界條件下加熱流體的常規(guī)鍋爐2。初始地，加壓ORC液體204進入換熱器202在預熱段206中，預熱段206典型地朝在排氣導管216內的氣體流218的較冷端定位。從預熱段206起，ORC流體移入用于蒸發(fā)的蒸發(fā)器段208。由于在瞬態(tài)操作期間，不是所有的ORC流體可被蒸發(fā)，所以ORC流體從蒸發(fā)器段208離開，并進入將沒有蒸發(fā)的任何液體分離出的分離鼓210。導管216的多個沖孔(在該示例中是四個)由“X” 220示出。蒸汽然后重新進入導管216，以進入換熱器202的過熱段212用于過熱。蒸汽然后在去ORC循環(huán)的膨脹階段途中作為過熱的ORC蒸汽214離開。圖2示出了簡化的ORC加熱系統(tǒng)。然而，ORC系統(tǒng)包括在蒸發(fā)器段208與過熱段212之間的、傳統(tǒng)地安置在導管216外的其它元件，所述其它元件未示出。ORC系統(tǒng)常在工作流體的臨界壓力以下操作。當流體在壓力對溫度圖上沿著連接三相點(在該處流體可作為液體、蒸汽和固體共存的點)與臨界點的曲線上在其臨界點以下、但在其三相點以上時，流體可以是氣體、液體或者在兩者之間進行相變、例如蒸發(fā)。在臨界點以上、即其中溫度和壓力均在臨界點以上的溫度和壓力組合處，流體被認為是超臨界流體。在圖3中示出并且現(xiàn)在描述了這些區(qū)域的圖示?？衫脡毫?P)對溫度(T)圖300描述包括ORC流體的一些介質，以圖示介質在各種壓力和溫度下的某些特性。點A代表三相點。點B代表臨界點，對于所述臨界點，壓力和溫度均處于它們相應的Pc和Tc值處，并且超出該點，在液相與氣相之間沒有明顯的區(qū)別，即不存在相變。聯(lián)接A與B的曲線302代表具有其中介質可沸騰的各種溫度和壓力組合的那些點，其中氣相是在曲線302以下的區(qū)域304，并且液相是在曲線302以上的區(qū)域306。亞臨界區(qū)域由在曲線302上的，沿曲線302的下50%的那些點限定。ORC系統(tǒng)通常利用各種類型的換熱器設計在亞臨界區(qū)域中操作。一種這樣的換熱器是通常被認為是緊湊換熱器的板肋片式系統(tǒng)。然而，由于在沸騰期間生成的相對低壓的蒸汽在換熱器內形成通過窄通道的不切實際的大的壓降，所以緊湊換熱器通常不用于在ORC系統(tǒng) 中加熱近臨界或超臨界區(qū)域中的工作流體。為此，板肋片式系統(tǒng)用于亞臨界區(qū)域。在超臨界區(qū)域中操作ORC系統(tǒng)可在功率生成系統(tǒng)中生成效率改善。然而，用于這樣的區(qū)域的交換器建造昂貴。因此，期望用于為在功率生成系統(tǒng)中利用ORC系統(tǒng)而降低成本和改善效率的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內容
根據(jù)不例性實施例，一種利用有機蘭金循環(huán)(ORC)用于功率生成的系統(tǒng)包括換熱器，其被構造成完全安裝在導管內，換熱器被構造成包括單一入口，其從排氣導管的外側橫穿至導管的內側；單一出口，其從導管的內側橫穿至導管的外側；以及管路，其在單一A口與單一出口之間，管路完全提供在導管內。換熱器被構造成在單一入口處以高于或等于ORC流體的臨界壓力的壓力接收作為加壓液體的ORC流體，以將ORC流體加熱至高于或等于ORC流體的臨界溫度的溫度，并且使ORC流體作為超臨界流體通過單一出口離開。超臨界流體被限定為具有高于臨界溫度的溫度和高于臨界壓力的壓力。根據(jù)另一不例性實施例，一種利用有機蘭金循環(huán)(ORC)用于功率生成的系統(tǒng)包括換熱器，其被構造成安裝在導管內。換熱器被構造成包括入口，其從導管的外側橫穿至導管的內側，并被構造成接收ORC流體；出口，其從導管的內側橫穿至導管的外側，并被構造成排出ORC流體；和管路，其連接入口和出口，并被構造成加熱ORC流體。換熱器被構造成在ORC流體的近臨界區(qū)域中操作。ORC流體的近臨界區(qū)域由聯(lián)接用于ORC流體的三相點與臨界點的曲線的上半部描述，并且曲線由限定用于ORC流體的沸點的壓力值和溫度值限定。根據(jù)另一示例性實施例，一種利用有機蘭金循環(huán)(ORC)流體用于在功率生成系統(tǒng)中進行換熱的方法包括在換熱器處從源接收熱，其中換熱器被構造成完全安裝在導管內，并且換熱器具有單一入口、管路和單一出口；在從導管的外側橫穿至導管的內側的單一入口處以高于或等于ORC流體的臨界壓力的壓力接收作為加壓液體的ORC流體；在從導管的內側橫穿至導管的外側的單一出口處使處于超臨界相的ORC流體離開；以及使ORC流體行進通過在單一入口與單一出口之間的管路。管路完全提供在導管內。ORC流體被加熱，以從加壓液體變成超臨界流體。換熱器被構造成將ORC流體加熱至高于或等于ORC流體的臨界溫度的溫度，并使ORC流體作為超臨界流體通過單一出口離開。超臨界流體由高于臨界溫度的溫度和高于臨界壓力的壓力限定。根據(jù)另一示例性實施例，一種用于加熱在換熱器中的有機蘭金循環(huán)(ORC)流體的方法包括在換熱器處從源接收熱，其中換熱器被構造成安裝在導管內，并具有入口、管路和出口 ；在從導管的外側橫穿至導管的內側的入口處接收作為加壓液體的ORC流體；在從導管的內側橫穿至導管的外側的單一出口處使處于近臨界區(qū)域中的ORC流體離開；以及使ORC流體行進通過入口與出口之間的管路，該管路提供在導管內。ORC流體被加熱，以從加壓液體變至近臨界區(qū)域。ORC流體的近臨界區(qū)域由聯(lián)接用于ORC流體的三相點與臨界點的曲線的上半部描述，并且曲線由限定用于ORC流體的沸點的壓力值和溫度值限定。


附示了示例性實施例，其中
圖I描繪了常規(guī)蘭金循環(huán)；
圖2圖示了利用布置在排氣導管內的有機流體的換熱器； 圖3示出了一般相變 圖4圖示了根據(jù)示例性實施例的直流式換熱器；
圖5示出了根據(jù)示例性實施例的用于亞臨界和近臨界操作的直流式換熱器；
圖6示出了根據(jù)其它示例性實施例的用于亞臨界和近臨界操作的直流式換熱器；
圖7圖示了根據(jù)示例性實施例的用于近臨界操作的ORC循環(huán)；
圖8示出了根據(jù)示例性實施例的立管式換熱器；
圖9示出了根據(jù)示例性實施例的用于近臨界或超臨界操作的板肋片式換熱器；
圖10是圖示了根據(jù)示例性實施例的用于在超臨界區(qū)域中操作換熱器的步驟的流程圖；以及
圖11是圖示了根據(jù)示例性實施例的用于在近臨界區(qū)域中操作換熱器的步驟的流程圖。
具體實施例方式示例性實施例的以下詳細說明參考附圖。不同附圖中的相同附圖標記標識相同或相似的元件。另外，附圖不一定按比例繪制。此外，以下的詳細說明不限制本發(fā)明。而是，本發(fā)明的范圍由所附權利要求限定。為簡單起見，以下說明參考被安置在煙道氣行進在其中的導管中的換熱器。然而，熱源可以是不同的，例如地熱水，并且換熱器可不安置在導管中。整個說明書中對“一個實施例”或“實施例”的參考是指關于實施例描述的特定特征、結構或特性被包括在所公開的主題的至少一個實施例中。因此，短語“在一個實施例中”或“在實施例中”在整個說明書的各種位置處的出現(xiàn)不一定指的是相同的實施例。而是，特定的特征、結構或特性可以在一個或多個實施例中以任何合適的方式結合。如在背景技術中所描述地，并如圖I所示，蘭金循環(huán)可用于二次功率生成系統(tǒng)，以重新利用來自一次功率生成系統(tǒng)的熱排氣的一些廢能。一次系統(tǒng)產生大部分的能量，同時還浪費能量。二次系統(tǒng)可用于捕獲來自一次系統(tǒng)的廢能的一部分。ORC系統(tǒng)取決于功率生成系統(tǒng)的系統(tǒng)溫度及其它細節(jié)可用于這些功率生成系統(tǒng)。根據(jù)示例性實施例，ORC系統(tǒng)可用于小到中型的燃氣渦輪功率生成系統(tǒng)，以捕獲來自熱煙道氣的額外熱/能量。ORC流體的示例包括但不限于戊烷、丙烷、環(huán)己烷、環(huán)戊烷、丁烷、諸如R_245fa的氟代烴、諸如丙酮的酮或諸如甲苯或噻吩的芳香族。根據(jù)示例性實施例，如圖4所圖示地，直流式直接換熱器可用于減小尺寸、成本和改善效率。根據(jù)不例性實施例，換熱器402可具有橫穿排氣導管406的單一入ロ 404和橫穿排氣導管406的單ー出ロ 408，并且沒有換熱器402的其它部分橫穿排氣導管406的壁。這與圖I所示的傳統(tǒng)換熱器形成對比，其中換熱器的不同部分通過排氣導管的壁與安置在排氣導管外的其它元件連通。熱排氣410可首先靠近工作流體出口 408接觸換熱器402，并且冷(或者相對較冷)的排氣412可靠近工作流體入口 404離開換熱器402。該示例性換熱器可與處于各種壓カ和溫度范圍內的各種工作流體一起利用。另外，盡管在圖I中將熱排氣410示出為熱源，但本文中所描述的示例性實施例中可利用諸如其它熱氣體和熱液體的其它熱源，例如地熱鹵水。另外，根據(jù)示例性實施例，例如排氣或諸如地熱鹵水流的液體的熱源流體可以以相對于換熱器402的配管(piping)內的ORC工作流體的流動的逆流路徑操作。此外，根據(jù) 示例性實施例，利用該直流式換熱器，在不將ORC流體從導管406取出的情況下使ORC流體達到氣態(tài)(或超臨界流體狀態(tài))，這與圖I所示的常規(guī)系統(tǒng)形成対比。為此，該示例性實施例的新穎的換熱器稱作直流式換熱器。對于這樣的產生處于超臨界流體狀態(tài)的ORC流體的直流式換熱器，基于行進通過該換熱器的特定ORC流體的質量流量和性質以及在換熱器中利用的熱源介質的質量流量和溫度來計算換熱器的尺寸。根據(jù)示例性實施例，換熱器402可在超臨界區(qū)域中操作。在該示例性情況下，ORC流體414處于或者高于對于所利用的類型的ORC流體的臨界壓力(Pc)作為液體或者作為似液體進入換熱器?？善谕ぷ鱋RC流體的壓カ在進入換熱器402時高于ORC流體的臨界壓力，以補償可例如由于流動障礙物而出現(xiàn)的壓カ的相對小的降低。ORC流體在其行進通過換熱器402中的配管時被加熱。在離開換熱器402之前，ORC流體達到等于或高于ORC流體臨界溫度(Tc)的溫度。因此，離開的ORC流體416在該示例性情況下為超臨界ORC流體。取決于所利用的ORC流體，臨界溫度可為近似240°C，并且臨界壓カ可為近似45巴。根據(jù)示例性實施例，各種其它的換熱器類型可用作圖4中所示的直流式換熱器。例如，示例性換熱器設計可包括，對于超臨界ORC應用，但不限于板式、板肋片式、殼管式換熱器、緊湊肋片管式換熱器和連續(xù)的板肋片管式換熱器。由于這些類型的換熱器在本領域中已知，所以本文中省略它們的說明。此外，該示例性過程可擴展以串聯(lián)或并聯(lián)地執(zhí)行，從而匹配所期望的尺度、容量和溫度變化。因此，在入口 404與出ロ 408之間可利用多于ー根的管路。根據(jù)另ー示例性實施例，如圖5所示地，直流式換熱器可用于亞臨界和近臨界應用。近臨界ORC應用可由圖3中的曲線302上的在曲線的上50%的那些點限定。另外，根據(jù)示例性實施例，近臨界點還可包括具有在臨界點周圍的壓力和溫度的那些點。關于圖5，加壓ORC液體514通過入口 510 (盡管未示出，但每個入口 /出口通過配管對應于排氣導管的穿孔)進入換熱器502，進入換熱器502的預熱段504。預熱段504朝換熱器502的較冷的排氣520離開換熱器502的端部定位。預熱的液體然后繼續(xù)移動到鍋爐或蒸發(fā)器段506用于蒸發(fā)。在蒸發(fā)之后，ORC蒸汽繼續(xù)到換熱器中的過熱階段508。在該示例性實施例中，蒸發(fā)器段506定位在換熱器502的預熱段504與過熱段508之間，其中過熱段508定位成最靠近熱排氣518的進入點。在過熱之后，過熱蒸氣ORC 516在換熱器502的出口 512處離開，并前進至功率生成循環(huán)的下一步驟，例如膨脹。根據(jù)替代性的示例性實施例，如圖6所示，各種換熱階段的位置可出現(xiàn)在換熱器502內的不同的位置處。在該替代性的示例性實施例中，顛倒過熱段508與蒸發(fā)器段506的位置。該變化導致蒸發(fā)器段定位成較靠近至換熱器502的熱排氣518進ロ。另外，該變化可改變過熱蒸汽ORC 516從換熱器502 (和排氣導管(未不出))的相對離開點512,以及在一些示例性的情況下，將原本過量的流體溫度減輕到低于某些排氣及ORC流體條件下。換熱器502內的順序的變化可用于亞臨界和近臨界的ORC系統(tǒng)。根據(jù)其它示例性實施例，各種類型的換熱器可實現(xiàn)用于圖4-6所示的亞臨界和近臨界ORC系統(tǒng)的直流式設計。例如，示例性換熱器類型可包括但不限于板式、立管式(如圖8所示)、板肋片式(如圖9所示)、殼管式和緊湊的肋片管式換熱器。另外，換熱器的直流式設計通過移除例如蒸發(fā)與過熱之間的分離器的各種常規(guī)中間階段、其它儲存階段等而允許減少與換熱器相關的成本(和空間要求)。此外，由于當利用該示例性直流式換熱器時的構件的減少，所以成本的減少可通過系統(tǒng)維護和停エ時間的潛在減少而實現(xiàn)。根據(jù)示例性 實施例，該示例性過程可擴展以串聯(lián)或并聯(lián)地執(zhí)行，從而匹配所期望的尺度和容量。如上所述，根據(jù)示例性實施例，直流式換熱器可用于亞臨界和近臨界的ORC系統(tǒng)。近臨界ORC系統(tǒng)在如所期望地仍利用不太昂貴的亞臨界系統(tǒng)的物理構件的同時，允許從超臨界ORC系統(tǒng)獲得的一些效率改善。近臨界ORC系統(tǒng)被構造成以沿著將用于ORC流體的三相點聯(lián)接至臨界點的曲線302(見圖3)的上10%或上20%或上50%的溫度與壓カ組合操作，并且還以在如具有低于臨界壓カ的壓カ的壓カ對溫度平面中描述的點操作。曲線302限定用于在各種壓カ/溫度組合下的ORC流體的沸點/冷凝點。因此，近臨界ORC系統(tǒng)被構造成操作，使得在預熱和蒸發(fā)階段中，介質的壓力P低于Pc，并且介質的溫度T低于Tc。然而，根據(jù)示例性實施例，在一些情況下，壓カ可高于臨界點值。在蒸發(fā)之后，例如在過熱期間，只要P保持低于Pc，則T可變成高于Tc，以形成過熱蒸汽。根據(jù)替代性的示例性實施例，近臨界ORC系統(tǒng)還可利用具有配管的常規(guī)換熱器操作，所述配管進入和離開排氣導管兩次或更多次，例如，配管離開，以將流體聯(lián)通至分離器，然后將純蒸汽提供回導管。根據(jù)示例性實施例,如關于圖7所示的功率生成系統(tǒng)700所描述地,例如環(huán)戍燒或異戊烷的ORC流體可用于近臨界ORC功率生成系統(tǒng)。在該示例性實施例中，ORC流體的臨界點限定為近似45巴和240°C。從閉環(huán)功率生成系統(tǒng)700中的泵702開始，ORC流體作為例如在50°C時I巴的相對低的壓カ和溫度的液體被接收，并被加壓至至少40巴(比較而言，標準的亞臨界ORC系統(tǒng)將在其近似20巴的高壓側上操作)。該加壓ORC流體行進通過同流換熱器704，并在由換熱器706的預熱器段708接收之前被加熱至近似110°C。換熱器接收例如處于500°C的排氣，所述排氣加熱換熱器706的各個階段。這些階段可包括預熱器708和鍋爐/過熱器段710。替代性地，可利用其它類型的換熱器，例如圖5和6所圖示的直流式換熱器。在加熱ORC流體之后，排氣處于例如120°C離開換熱器706。如上所述，加壓ORC流體進入預熱器708，并且然后繼續(xù)移動到鍋爐/過熱器710。當ORC流體以接近但低于其臨界壓力的壓カ到達換熱器時，其以接近其臨界溫度的溫度蒸發(fā)(并且可能過熱)，并且ORC流體作為例如40巴和250°C的高壓蒸汽或高壓過熱蒸汽離開換熱器，并且繼續(xù)行進到渦輪712用于功率生成和膨脹。ORC蒸汽以比進入渦輪712的ORC蒸汽更低的壓カ離開渦輪712，并且然后行進通過同流換熱器704，所述同流換熱器704冷卻蒸汽。ORC蒸汽然后進入冷凝器714，被冷凝成液相，并作為低壓液體繼續(xù)移動回泵702。盡管在圖7中示出了各種溫度和壓力，但可存在對這些純粹說明性的值的將不會明顯改變系統(tǒng)的如所期望地執(zhí)行的能力的ー些差異。另外，排氣生成器的類型可改變入口排氣溫度，其例如可通過增加用于換熱器708的配管的長度而得到補償。此外，各種溫度與壓カ的組合可用于不同的ORC流體和/或當在近臨界點區(qū)域中的不同的點吋。根據(jù)示例性實施例，如上所述，各種換熱器設計可用于近臨界ORC系統(tǒng)。例如，可利用如圖8所不的立管束(bank)式換熱器802。立管束換熱器802可安裝在排氣導管804內。立管束式換熱器802包括在其中使工作ORC流體蒸發(fā)的豎直定向的管束，并且在頂上裝有在管中間均勻地再分配未沸騰的液體的容器。根據(jù)示例性實施例，一種在換熱器中利用有機蘭金循環(huán)(ORC)用于功率生成的系統(tǒng)包括入口，其從排氣導管的外側橫穿至排氣導管的內側；出口，其從排氣導管的內側橫 穿至排氣導管的外側；以及管路，其將入口流體地并且直接地連接至出口，并被構造成或者(i)以高于ORC流體的臨界壓カ的壓カ接收ORC流體，并且在ORC流體在換熱器內的同時將ORC流體的溫度提高至高于ORC流體的臨界溫度；或者(ii)接收ORC流體，并且在將ORC流體從換熱器輸出之前將ORC流體的溫度増加至亞臨界值。另外，用于將入口連接至出ロ的管路或管的長度可以是計算長度。計算該長度的輸入可包括但不限于各種參數(shù)，諸如排氣熱溫度、所選擇的ORC流體、配管直徑、所利用的換熱器的類型、物理空間限制、入口流體壓力、流體流動速率、例如亞臨界、近臨界或超臨界的操作范圍等。根據(jù)另ー示例性實施例，利用ORC流體的功率生成系統(tǒng)中的換熱可包括在換熱器處從源接收熱，其中換熱器被構造成相對便宜的逆流或交叉流緊湊換熱器，諸如如圖9所示的板式或板肋片式換熱器902。如圖9所示，示例性的板肋片式換熱器902包括板段904、肋片段906，其中流體流動方向由箭頭908所示。另外，可利用側桿、以及一系列板和肋片段。然而，本文中描述的示例性實施例中可利用各種類型的板肋片式換熱器902。根據(jù)另ー示例性實施例，換熱器902在ー個入口處以高于或等于ORC流體的臨界壓カ的壓カ接收作為加壓液體的ORC流體，在換熱器管路的另一端上的出口處排出處于超臨界相的ORC流體。替代性地，換熱器902可以以近臨界壓力接收和排出ORC流體。在例如排氣導管的相應另一管路中，加熱介質作為液體或氣態(tài)加熱介質從入口流向相應的對立出ロ，熱從所述加熱介質穿過另一管路的壁傳遞至ORC流體，從而冷卻加熱介質。在這些示例性的實施例中，當加熱出現(xiàn)在近臨界或超臨界區(qū)域中時，被現(xiàn)在相對高壓的蒸汽占用的體積導致通過類似于板式或板肋片式變型的緊湊換熱器的收縮(constricted)通路的低得多的壓降，這使得板式或板肋片式換熱器對于這些特定的區(qū)域可行。利用根據(jù)示例性實施例的上述示例性系統(tǒng)，在圖10的流程圖中示出了一種用于換熱的方法。初始地，ー種利用有機蘭金循環(huán)(ORC)流體用于在功率生成系統(tǒng)中進行換熱的方法包括在步驟1002中在換熱器處從源接收熱，其中換熱器被構造成完全安裝在排氣導管內，換熱器具有単一入口、管路和單一出口 ；在步驟1004中在從排氣導管的外側橫穿至排氣導管的內側的單一入ロ處以高于或等于ORC流體的臨界壓力的壓カ接收作為加壓液體的ORC流體；在步驟1006中在從排氣導管的內側橫穿至排氣導管的外側的單一出口處使處于超臨界相的ORC流體離開；以及在加熱ORC流體以將相從加壓液體變成超臨界相的同時，在步驟1008中使ORC流體行進通過在單一入ロ與單ー出ロ之間的管路。換熱器被構造成將ORC流體加熱至高于或等于ORC流體的臨界溫度的溫度，并使ORC流體作為超臨界流體通過單ー出口離開，并且超臨界流體由高于臨界溫度的溫度和高于臨界壓カ的壓カ限定。利用根據(jù)示例性實施例的上述示例性系統(tǒng)，在圖11的流程圖中示出了一種用于加熱ORC流體的方法。一種用于加熱在換熱器中的有機蘭金循環(huán)(ORC)流體的方法包括在步驟1102中在換熱器處從源接收熱，其中換熱器被構造成安裝在導管內，并具有入口、管路和出口 ；在步驟1104中在從導管的外側橫穿至導管的內側的入口處接收作為加壓液體的ORC流體；在步驟1106中在從導管的內側橫穿至導管的外側的出口處使處于近臨界區(qū)域中的ORC流體離開；以及在步驟1108中使ORC流體行進通過在入口與出口之間的管路。ORC流體受熱，以從加壓液體變至近臨界區(qū)域，其中ORC流體的近臨界區(qū)域由聯(lián)接用于ORC流體的三相點與臨界點的曲線的上半部描述。ORC流體的亞臨界區(qū)域由曲線的下半部描述，并且曲線由限定用于ORC流體的沸點的壓カ值和溫度值限定。上述示例性實施例意圖為在各方面說明而非限制本發(fā)明。因此，本發(fā)明在詳細實施中能夠有可通過本領域技術人員從本文中包含的說明得到的許多變型。所有這樣的變型和修改被視為在如由所附權利要求所限定的本發(fā)明的范圍和精神內。除非同樣明確地描述，否則用于本申請的說明的元件、動作或指令不應解釋為對本發(fā)明是關鍵的或必需的。此夕卜，如本文中所利用地，冠詞“一”意圖為包括一個或多個制品。該書面說明利用所公開的本主題的示例，使得本領域技術人員能夠實踐本發(fā)明，包括制造和利用任何裝置或系統(tǒng)及進行任何合并的方法。本主題的可專利范圍由權利要求 限定，并且可包括本領域技術人員所想到的其它示例。這樣的其它的示例意圖為在權利要求的范圍之內。
權利要求
1.一種利用有機蘭金循環(huán)(ORC)用于功率生成的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 換熱器，其被構造成完全安裝在導管內，所述換熱器被構造成包括 單一入口，其從所述導管的外側橫穿至所述導管的內側； 單一出口，其從所述導管的所述內側橫穿至所述導管的所述外側；以及 管路，其在所述單一入口與所述單一出口之間，所述管路完全提供在所述導管內， 其中，所述換熱器被構造成在所述單一入口處以高于或等于ORC流體的臨界壓力的壓力接收作為加壓液體的所述ORC流體，以將所述ORC流體加熱至高于或等于所述ORC流體的臨界溫度的溫度，并且使所述ORC流體作為超臨界流體通過所述單一出口離開，以及所述超臨界流體由高于所述臨界溫度的所述溫度和高于所述臨界壓力的所述壓力限定。
2.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于所述ORC流體的所述臨界壓力和臨界溫度限定點，在該點處所述ORC流體變成超臨界。
3.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述ORC流體從包括戊烷、丙烷、環(huán)己烷、丁烷、氟代烴、酮、芳香族或它們的組合的組選擇。
4.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，在不離開所述排氣導管的情況下，所述ORC流體在所述管路內被加熱至高于或等于所述ORC流體的所述臨界溫度的溫度。
5.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述換熱器是板式換熱器或板肋片式換熱器中的一種。
6.一種利用有機蘭金循環(huán)(ORC)用于功率生成的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 換熱器，其被構造成安裝在導管內，所述換熱器被構造成包括 入口，其從所述導管的外側橫穿至所述導管的內側，并被構造成接收ORC流體； 出口，其從所述導管的所述內側橫穿至所述導管的所述外側，并被構造成使所述ORC流體離開；以及 管路，其將所述入口連接至所述出口，并被構造成加熱所述ORC流體， 其中，所述換熱器被構造成在所述ORC流體的近臨界區(qū)域中操作，以及所述ORC流體的所述近臨界區(qū)域由聯(lián)接用于所述ORC流體的三相點與臨界點的曲線的上半部描述，并且所述曲線由限定用于所述ORC流體的沸點的壓力值和溫度值限定。
7.根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述換熱器還包括 預熱器段，其連接至所述入口并且朝所述導管的較冷端定位； 蒸發(fā)器段，其連接至所述預熱器段并且朝所述導管的較暖端定位，所述蒸發(fā)器段被構造成蒸發(fā)加壓液體；以及 過熱器段，其連接至所述蒸發(fā)器段并連接至所述出口，所述過熱器段定位在所述預熱器段與所述蒸發(fā)器段之間，并且所述過熱器段被構造成過熱來自所述蒸發(fā)器段的蒸汽。
8.根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述ORC流體的所述近臨界區(qū)域由聯(lián)接用于所述ORC流體的所述三相點與所述臨界點的所述曲線的上百分之二十描述。
9.一種利用有機蘭金循環(huán)(ORC)流體在功率生成系統(tǒng)中進行換熱的方法，所述方法包括 在換熱器處從源接收熱，其中，所述換熱器被構造成完全安裝在導管內，并且所述換熱器具有單一入口、管路和單一出口 ；在從所述導管的外側橫穿至所述導管的內側的所述單一入口處以高于或等于所述ORC流體的臨界壓力的壓力接收作為加壓液體的所述ORC流體； 在從所述導管的所述內側橫穿至所述導管的所述外側的所述單一出口處使處于超臨界相的所述ORC流體離開；以及 在加熱所述ORC流體以從所述加壓液體變成所述超臨界流體的同時，使所述ORC流體行進通過在所述單一入口與所述單一出口之間的所述管路，所述管路完全提供在所述導管內； 其中，所述換熱器被構造成將所述ORC流體加熱至高于或等于所述ORC流體的臨界溫度的溫度，并使所述ORC流體作為超臨界流體通過所述單一出口離開；以及 所述超臨界流體由高于所述臨界溫度的所述溫度和高于所述臨界壓力的所述壓力限定。
10.一種用于加熱在換熱器中的有機蘭金循環(huán)(ORC)流體的方法，所述方法包括 在換熱器處從源接收熱，其中，所述換熱器被構造成安裝在導管內，并具有入口、管路和出口 ； 在從所述導管的外側橫穿至所述導管的內側的所述入口處接收作為加壓液體的所述ORC流體； 在從所述導管的所述內側橫穿至所述導管的所述外側的所述出口處使處于近臨界區(qū)域中的所述ORC流體離開；以及 在加熱所述ORC流體以從所述加壓液體變至所述近臨界區(qū)域的同時，使所述ORC流體行進通過在所述入口與所述出口之間的所述管路，所述管路提供在所述導管內； 其中，所述ORC流體的所述近臨界區(qū)域由聯(lián)接用于所述ORC流體的三相點與臨界點的曲線的上半部描述；以及 所述曲線由限定用于所述ORC流體的沸點的壓力值和溫度值來限定。
全文摘要
系統(tǒng)和方法包括在功率生成系統(tǒng)中利用有機蘭金循環(huán)(ORC)流體的換熱器。利用有機蘭金循環(huán)(ORC)用于功率生成的系統(tǒng)包括換熱器，其被構造成完全安裝在導管內，該換熱器被構造成包括單一入口，其從導管的外側橫穿至導管的內側；單一出口，其從導管的內側橫穿至導管的外側；以及管路，其將單一入口連接至單一出口，該管路完全提供在導管內。
文檔編號F01K25/08GK102713168SQ201080062745
公開日2012年10月3日 申請日期2010年11月8日 優(yōu)先權日2009年11月30日
發(fā)明者G.塞希, G.德西蒙, M.A.勒哈, S.弗羅伊恩德 申請人:諾沃皮尼奧內有限公司