具有用于紧急停止回路的设备的根据朗肯循环运作的闭合回路以及使用此类回路的方法技术

本发明专利技术涉及一种依据朗肯(Rankine)循环运作的闭合回路(10)，所述回路包括至少一个泵(12)，该泵用于循环和压缩处于液体形式的工作流体，被热源(23)扫掠以蒸发所述流体的热交换器(18)，用于将所述流体膨胀成蒸汽形式的装置(26)，被冷源扫掠以冷凝工作流体的冷却交换器(34)，工作流体的罐(40)，以及用于使流体在泵、热交换器、膨胀装置、冷凝器和罐之间循环的工作流体循环管道(44、46、48、50、52、54)。根据本发明专利技术，该回路包括用于排放包含在热交换器(18)内的流体的设备(56)。

Closed loops with equipment for emergency stop loops based on Rankine cycle operation and methods of using such loops

The present invention relates to a closed loop (10) operated according to Rankine cycle, comprising at least one pump (12), which is used to circulate and compress working fluid in liquid form, a heat exchanger (18) swept by a heat source (23) to evaporate the fluid, a device (26) for expanding the fluid into steam form, and a cooling alternation swept by a cooling source to condense the working fluid. Exchanger (34), working fluid tank (40), and working fluid circulation pipeline (44, 46, 48, 50, 52, 54) for circulating fluid between pump, heat exchanger, expansion device, condenser and tank. According to the invention, the circuit includes a device (56) for discharging fluid contained in a heat exchanger (18).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有用于紧急停止回路的设备的根据朗肯循环运作的闭合回路以及使用此类回路的方法本专利技术涉及一种依据朗肯(Rankine)循环运作的闭合回路，具有用于停止此回路的紧急停止设备，以及涉及一种使用具有此类设备的回路的方法。众所周知，朗肯循环是热力循环，借助于该热力循环，来自外部热源的热量被传送到包含工作流体的闭合回路。在循环过程中，工作流体经历相变(液体/蒸汽)。这种类型的循环可通常被分解为以液体形式使用的工作流体经历等熵压缩的一步骤，以及在此经压缩的液体流体在与热源接触时被加热并汽化的后一步骤。然后，该蒸汽在另一步骤中在膨胀机内膨胀，并然后在最后步骤中，此经膨胀的蒸汽在与冷源接触时被冷却并冷凝。为了执行这些各种各样的步骤，回路包括至少一个用于循环和压缩处于液体形式的流体的泵-压缩机、其上被热流体扫掠以至少部分地汽化经压缩的流体的蒸发器、诸如涡轮之类的用于膨胀蒸汽的膨胀机，其将这种蒸汽的能量转换为诸如机械能或电能之类的另一种形式的能量，以及冷凝器，借助于该冷凝器，蒸汽中包含的热量被释放到冷源(通常是外部空气，或替换地是在此冷凝器上进行扫掠的冷却水回路)以便将这种蒸汽转换为液体形式的流体。在此类型的回路中，所用的流体一般是水，尽管也可以使用其他类型的流体，例如有机流体或有机流体的混合物。此循环于是被称为有机朗肯循环或ORC。作为示例，这些工作流体可以是丁烷、乙醇、氢氟烃、氨、二氧化碳等。众所周知，用于蒸发经压缩的流体的热流体可能来自不同的热源，诸如冷却剂(来自内燃机、来自工业过程、来自工业炉等)，由燃烧产生的热气体(工业过程的气流(flugas)、来自锅炉、来自内燃机或涡轮的废气等)，来自热太阳能集热器的热流等等。更具体而言，尤其是根据文献FR2884555，使用由内燃机(尤其是用于机动车辆的内燃机)的废气传递的热能作为热源供热并蒸发流经蒸发器的流体是公知做法。这使得通过回收在排气中损失的大部分能量并通过朗肯循环回路将这些能量转换成可被用于机动车辆的能量来提高该发动机的能量效率是可能的。因此，朗肯循环回路使得提高发动机的效率是可能的。在这种类型的回路中，如果出现问题，无论是在闭合回路外部还是在闭合回路内，都可能需要对回路执行紧急停止以防止其产生更多的能量。为了做到这一点，通常做法是使用具有旁通阀门的一个或两个旁通，一个旁通阀门将热流体入口旁通到蒸发器中，而另一个旁通阀门绕过经蒸发的工作流体通过膨胀机的通道。使用蒸发器被简单地旁通的配置具有缺点。具体而言，考虑到回路并且尤其是蒸发器的热惯性，在此蒸发器的至少一部分或进一步在回路中以液态存在的工作液体在紧急停止被激活后会导致蒸汽的产生仍然持续几十秒。此外，膨胀机上游仍存在经加压的工作流体蒸汽。因此，快速(也就是说几秒钟内)终止膨胀机输出侧上的能源产生是不可能达成的。然后，第二阀门允许膨胀机上游存在的工作流体蒸汽直接被转移到此机器的下游侧。由于膨胀机如此被旁通，回路不再能够产生能量且能量产生快速终止。然而，此第二阀门位于回路的一个分支中，在该分支中，工作流体同时处于加压、高温和气态状态。因此，阀门需要在耐高温、耐高压的材料中进行相应选择，并且其尺寸(尤其在孔径部分方面)适合在阀门被致动的情况下允许蒸汽流通过。本专利技术提出，为了克服上述缺点，提出了一种闭合回路，其具有在紧急停止回路的情况下能够避免经蒸发的工作流体流入膨胀机的入口的设备。为此，本专利技术涉及一种依据朗肯循环运作的闭合回路，所述回路包括至少一个压缩和循环泵，该泵具有用于处于液体形式的工作流体的入口和出口，热交换器，其上被热源扫掠以蒸发在所述热交换器的入口和出口之间循环的所述流体，用于将流体膨胀成蒸汽形式的装置，冷却交换器，被冷源扫掠以冷凝在所述冷却交换器的入口和出口之间循环的工作流体，工作流体的储存器以及用于使所述流体在泵、热交换器、膨胀装置、冷凝器和储存器之间循环的工作流体循环管道，其特征在于，回路包括用于排放包含在所述热交换器内的流体的设备。排放设备可以包括连接到回路的两个连接点并带有方向控制装置的排放管。方向控制装置可以是放置在两个连接点之间的管道上的双向阀门。方向控制装置可以是放置在与回路连接的一个点上的三通阀门。方向控制装置可以是电动操作阀门。各连接点中的一个连接点可位于泵和热交换器之间，而其他连接点可位于冷却交换器和泵之间。此回路可包括用于热源的旁通设备，其穿过热交换器。本专利技术还涉及一种用于控制依据朗肯循环运作的闭合回路的方法，所述回路包括至少一个压缩和循环泵，该泵具有用于处于液体形式的工作流体的入口和出口，热交换器，其上被热源扫掠以蒸发在所述热交换器的入口和出口之间循环的所述流体，用于将流体膨胀成蒸汽形式的装置，冷却交换器，被冷源扫掠以冷凝在所述冷却交换器的入口和出口之间循环的工作流体，工作流体的储存器以及用于使所述流体在泵、热交换器、膨胀装置、冷凝器和储存器之间循环的工作流体循环管道，其特征在于，在紧急停止回路的情况下，包含在热交换器内的流体被转移到回路在泵的上游侧和储存器之间的部分。包含在热交换器内的流体可以朝向储存器转移。包含在热交换器内的流体可以朝向连接泵的上游侧和储存器的管道转移。排放管中的工作流体的循环可以由方向控制装置来控制。热源的循环可以经历旁通，使得此流体绕过热交换器。本专利技术的其他特征和优点将通过阅读仅作为非限制性说明给出的以下描述而变得显而易见，并附于其中：-图1例示了根据本专利技术的依据朗肯循环运作的闭合回路以及-图2例示了根据图1的依据朗肯循环运作的闭合回路的替换形式。图1和2例示了闭合回路朗肯循环10的一实施例，其有利地为ORC(有机朗肯循环)类型并且其使用诸如丁烷、乙醇、氢氟烃等有机工作流体或有机流体的混合物。当然，闭合回路也可以用诸如氨、水、二氧化碳等流体来运作。该回路包括用于压缩和循环工作流体的泵12，在本说明书的其余部分中称为循环泵，该泵具有用于处于液体形式的工作流体的入口14和用于同样是处于液体形式的工作流体(但被压缩至高压)的出口16。此泵有利地通过诸如电动机(未描述)之类的任何装置来旋转驱动。此回路还包括称为蒸发器的热交换器18，由经压缩的工作流体在用于此液体流体的入口20和出口22之间穿过，该工作流体以经压缩的蒸汽的形式从该出口22再次出现自该蒸发器。该蒸发器也由液体或气体形式的热源23穿过，通过在入口25a和出口25b之间的管线24输送，以便能够将其热量释放给工作流体。该热源可以例如来自内燃机的废气、来自内燃机的发动机冷却剂、来自工业炉的冷却流体、或者来自在热设备中或通过燃烧器加热的热传导流体。该回路还包括膨胀机26，该膨胀机26经由其入口28接收处于高压压缩蒸汽形式的工作流体，该流体以低压膨胀蒸汽的形式经由该膨胀机的出口30再次出现。有利地，该膨胀机采用膨胀涡轮的形式，通过使连接轴32旋转而膨胀涡轮的转子轴由处于蒸汽形式的工作流体旋转驱动。优选地，该轴允许将从工作流体回收的能量传送到诸如例如发电机(未示出)之类的任意转化设备。该回路进一步包括冷却交换器34(或冷凝器)，该冷凝器具有用于经膨胀的低压蒸汽的入口36以及用于在流经该冷凝器之后转换为液体形式的低压工作流体的出口38。该冷凝器被冷源(通常是环境空气或冷却水的流体)扫掠，从而冷却经膨胀的蒸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种依据朗肯循环运作的闭合回路(10)，所述回路包括：至少一个压缩和循环泵(12)，该泵具有用于处于液体形式的工作流体的入口(14)和出口(16)；热交换器(18)，其上被热源(23)扫掠以蒸发在所述热交换器的入口(20)和出口(22)之间循环的所述流体；用于将所述流体膨胀成蒸汽形式的装置(26)；冷却交换器(34)，被冷源扫掠以冷凝在所述冷却交换器的入口(36)和出口(38)之间循环的所述工作流体；工作流体的储存器(40)；以及用于使所述流体在泵、所述热交换器、所述膨胀装置、所述冷凝器和所述储存器之间循环的工作流体循环管道(44、46、48、50、52、54)，其特征在于，所述回路包括用于排放包含在所述热交换器(18)内的所述流体的设备(56)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.18 FR 16578081.一种依据朗肯循环运作的闭合回路(10)，所述回路包括：至少一个压缩和循环泵(12)，该泵具有用于处于液体形式的工作流体的入口(14)和出口(16)；热交换器(18)，其上被热源(23)扫掠以蒸发在所述热交换器的入口(20)和出口(22)之间循环的所述流体；用于将所述流体膨胀成蒸汽形式的装置(26)；冷却交换器(34)，被冷源扫掠以冷凝在所述冷却交换器的入口(36)和出口(38)之间循环的所述工作流体；工作流体的储存器(40)；以及用于使所述流体在泵、所述热交换器、所述膨胀装置、所述冷凝器和所述储存器之间循环的工作流体循环管道(44、46、48、50、52、54)，其特征在于，所述回路包括用于排放包含在所述热交换器(18)内的所述流体的设备(56)。2.如权利要求1所述的回路，其特征在于，所述排放设备包括排放管(58)，所述排放管被连接到所述回路的两个连接点(60、62)并且带有方向控制设备(66、68)。3.如权利要求2所述的回路，其特征在于，方向控制装置是双向阀门(66)，所述双向阀门位于所述两个连接点(60、62)之间的所述管道(58)上。4.如权利要求2所述的回路，其特征在于，方向控制装置是三通阀门(66)，所述三通阀门位于所述回路的所述连接点中的一个连接点(60)上。5.如前述权利要求中任一项所述的回路，其特征在于，方向控制装置包括电动操作阀门。6.如前述权利要求中任一项所述的回路，其特征在于，各连接点中的一个连接点(60)位于所述泵(12)和所述热交换器(18)之间，各连接点中的另一个连接点(62)...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·勒鲁克斯，A·保切特，
申请(专利权)人：IFP新能源公司，伊诺吉亚公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR