[發明專利]熱力發動機、用于提供加壓制冷劑的系統以及相關方法

有效

• 申請號: 201680031262.1
• 申請日: 2016-05-25
• 公開（公告）號: CN107690508B
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 基思·斯特靈·約翰森
• 申請（專利權）人: 熱源能量公司
• 主分類號: F01K21/00
• 分類號: F01K21/00;F01K25/04
• 代理公司: 北京金宏來專利代理事務所(特殊普通合伙) 11641
• 代理人: 陸華

從熱源發電的方法包括：將處于液相的制冷劑與潤滑油混合，加熱混合物以蒸發制冷劑，將加熱的混合物與處于過熱相的附加制冷劑混合，并霧化潤滑油以將潤滑油分散在制冷劑內。霧化的潤滑油和制冷劑通過減壓器而產生電流。制冷劑可以是沸點低于約?35℃的有機材料。也公開了相關的系統和熱力發動機。

優先權要求

本申請要求2015年6月2日提交的題為“熱力發動機、用于提供加壓制冷劑的系統以及相關方法(HEAT ENGINES，SYSTEMS FOR PROVIDING PRESSURIZED REFRIGERANT，ANDRELATED METHODS)”的美國臨時專利申請序列號62/169,971的申請日的權益。

技術領域

本公開的實施例總體上涉及用于發電和涉及壓縮制冷劑的其他過程的系統和方法。例如，該系統和方法可以用于從熱源發電。

背景技術

朗肯循環(Rankine)是一種熱力循環，在該熱力循環中熱量被轉換成功。熱量從外部供應到閉環，通常以水作為工作流體。朗肯循環產生全世界使用的所有電力的80％左右，并被太陽能發電站、生物質發電站、煤炭發電站和核電站所使用。朗肯循環電力系統通常將熱能轉換成電能。常規朗肯循環動力系統采用以下四個基本步驟：(1)在鍋爐中使用熱能將水轉化成蒸汽；(2)蒸汽通過渦輪機傳送，進而驅動發電機；(3)通過將蒸汽中的剩余熱能排放到環境中，將蒸汽冷凝成水；(4)冷凝物被抽回鍋爐。在理想的朗肯循環中，膨脹是等熵的(即處于恒定的熵)，而蒸發和冷凝過程是等壓的(即在恒定的壓力下)。但是，實際過程中的不可逆性會降低循環效率。這些不可逆性主要歸因于兩個因素：在循環的步驟(2)期間在工作流體的膨脹期間將一些能量轉化為熱量；步驟(1)和(3)中熱交換器壓力下降造成的效率低下。

朗肯循環的效率是工作流體的物理性質的函數。壓力沒有達到工作流體的超臨界水平的情況下，循環可以運行的溫度范圍是相當小的。例如，傳統的渦輪機入口溫度極限約為565℃(不銹鋼的蠕變極限)，冷凝器溫度約為30℃。與現代燃煤電站的實際效率42％相比，這給出了約63％的理論卡諾效率。渦輪機入口溫度低(與內燃式燃氣輪機相比)是朗肯循環經常用作聯合循環燃氣輪機發電站的后置循環的原因。朗肯循環中的工作流體遵循一個閉合回路并不斷被重復使用。雖然許多工作流體可以并且已經用于朗肯循環，但是水通常是選擇的流體，因為它豐富、廉價、無毒、通常是非反應性的，并且具有有利的熱力學性質。有機朗肯循環(ORC)已經被開發出來以實現從較低溫度來源(例如工業廢熱、地熱、太陽能池等)回收能量。ORC中的工作流體是在比給定壓力下的水-蒸汽相變更低的溫度下具有液-氣相變(即，沸點)的有機高分子量流體。使用ORC，來自較低溫度來源的熱量可以被轉化為可用于發電的有用功。

ORC技術可以用來從廢熱中回收能量。例如，該技術可應用于熱電廠、工業和農業工藝(例如有機產品發酵)，來自烤爐或爐的熱排氣、煙氣冷凝、車輛廢氣、壓縮機的中冷以及動力循環的冷凝器。ORC技術還可用于從生物質、地熱源、太陽能領域等中提取有用的能源。

2014年8月14日公開的標題為“改進的有機朗肯循環減壓熱力發動機(ImprovedOrganic Rankine Cycle Decompression Heat Engine)”的國際專利公開第WO 2014/124061號中描述了ORC，其全部公開內容通過引用結合于此。

發明內容

在一些實施方案中，一種方法包括：將潤滑油與處于液相的制冷劑的第一部分混合以形成混合物，并加熱潤滑油與制冷劑的第一部分的混合物以形成加熱的混合物，其中制冷劑的第一部分的至少一部分處于氣相。該方法包括：將加熱的混合物與處于過熱相的制冷劑的第二部分混合，并將潤滑油霧化以將潤滑油分散在制冷劑內。制冷劑可表現出低于約-35℃的沸點。在一些實施例中，制冷劑可以包括有機材料。