用于控制以蘭金循環(huán)工作的閉合回路的設(shè)備及使用該設(shè)備的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種控制以蘭金循環(huán)工作的閉合回路的設(shè)備，以及一種使用該設(shè)備的方法。
[0002]眾所周知，蘭金循環(huán)是其中來自外部熱源的熱量被傳送至包含工作流體的閉合回路的熱力學(xué)循環(huán)。
[0003]存在許多許多種類型的蘭金循環(huán)回路，且更具體地，它們均涉及工作流體(液體/蒸汽)相變。
[0004]這種類型的循環(huán)通常被分解為其中之前以液態(tài)形式使用的工作流體被以等熵方式壓縮的階段，以及之后的其中該被壓縮的液態(tài)流體在與熱源接觸時(shí)被加熱和蒸發(fā)的階段。
[0005]該蒸汽接著在另一階段在膨脹機(jī)中以等熵方式被膨脹，隨后，在最后一個(gè)階段，該被膨脹的蒸汽在與冷源接觸時(shí)被冷卻和冷凝。
[0006]為執(zhí)行這些不同的階段，回路包括用于循環(huán)和壓縮液態(tài)流體的壓縮機(jī)栗，被熱流體掃過以至少部分地蒸發(fā)被壓縮的流體的蒸發(fā)器，膨脹蒸汽的膨脹機(jī)(諸如將蒸汽的能量變壓器為如機(jī)械能或電能之類的另一種能量的渦輪機(jī))，以及冷凝器，借助于該冷凝器包含在蒸汽中的熱量屈服于冷源(通常在掃過該冷凝器的空氣之外)以將這種蒸汽轉(zhuǎn)變成液態(tài)形式的流體。
[0007]在這種類型的回路中，所使用的流體通常為水，但也可使用其他類型的流體，例如有機(jī)流體或有機(jī)流體混合物。
[0008]作為示例，有機(jī)流體可以是丁烷、乙醇、氫氟烴、氨、二氧化碳等。
【背景技術(shù)】
[0009]同樣眾所周知(特別是通過文獻(xiàn)FR-2884555)，使用如尤其是那些用于機(jī)動(dòng)車的內(nèi)燃機(jī)的廢氣傳遞的熱能，作為用于加熱和蒸發(fā)流過蒸發(fā)器的流體的熱源。
[0010]這能通過回收尾氣中損失的能量的大部分并通過蘭金循環(huán)回路將其變壓器為可用于機(jī)動(dòng)車的能量從而提高該內(nèi)燃機(jī)的能效。
[0011]從而蘭金循環(huán)回路允許提高內(nèi)燃機(jī)能效以及有助于減少其中的消耗和排放。
[0012]在車用的上下文中，尤其是運(yùn)輸領(lǐng)域，獲得蘭金循環(huán)回路的工作流體的冷凝的冷源通常并不簡單，在有些情形下，是消耗能源的。
[0013]進(jìn)一步地，使用低沸點(diǎn)的工作流體(如有機(jī)流體(尤其是HFCs))以形成ORC (有機(jī)蘭金循環(huán))時(shí)，不能保證在冷凝器出口能達(dá)到流體的冷凝甚至過冷。如果沒有足夠的流體過冷，在當(dāng)與使流體進(jìn)入栗入口的吸氣相關(guān)聯(lián)的壓力突然下降時(shí)會(huì)在壓縮栗入口具有一定的氣穴風(fēng)險(xiǎn)。
[0014]為保證回路上的栗不產(chǎn)生氣穴，已知的是，如專利US-7174732中通過在冷凝器采取強(qiáng)制通風(fēng)，其允許增加其中的換熱能力并減少出口的流體溫度，以控制過冷。
[0015]該選擇包含重大的導(dǎo)致非常不利的缺點(diǎn)，因?yàn)槠鋾?huì)因通風(fēng)導(dǎo)致高能量消耗，其對(duì)于蘭金回收循環(huán)的能效有不利的影響。
[0016]本發(fā)明致力于克服前述的缺點(diǎn)，提供一種替代該溫度降低的手段，同時(shí)保證甚至在栗的瞬時(shí)操作期間栗入口也不存在氣穴風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明因此涉及一種用于控制以蘭金循環(huán)工作的閉合回路的設(shè)備，所述回路包括用于液態(tài)形式流體的壓縮/循環(huán)栗，被熱源掃過以蒸發(fā)所述流體的換熱器，用于蒸汽形式流體的膨脹裝置，被冷源掃過以冷凝工作流體的冷卻換熱器，工作流體箱體以及工作流體循環(huán)管路，其特征在于箱體連接至壓力調(diào)節(jié)裝置。
[0018]壓力調(diào)節(jié)裝置可包括關(guān)聯(lián)于排放裝置的減壓閥。
[0019]排放裝置可包括閥。
[0020]減壓閥可一方面連接至箱體，另一方面連接至壓力源。
[0021]壓力源可包括空氣或氮?dú)狻?br>[0022]箱體可包括可擴(kuò)張的部分以接納箱體頂部空間。
[0023]本發(fā)明還涉及一種用于控制以蘭金循環(huán)工作的閉合回路的方法，所述回路包括用于液態(tài)形式流體的壓縮/循環(huán)栗，被熱源掃過以蒸發(fā)所述流體的換熱器，用于蒸汽形式流體的膨脹裝置，被冷源掃過以冷凝工作流體的冷卻換熱器，工作流體箱體以及工作流體循環(huán)管路，其特征在于該方法包括調(diào)節(jié)箱體內(nèi)的壓力。
[0024]該方法可包括將連接至箱體的減壓閥調(diào)節(jié)至某個(gè)值，從而設(shè)定的壓力在冷卻換熱器出口處的流體的飽和壓力的區(qū)域內(nèi)。
[0025]該方法可包括當(dāng)回路停滯時(shí)，產(chǎn)生高于環(huán)境壓力的壓力，從而防止外部空氣流入。
[0026]唯一附圖的簡要說明
[0027]參考隨后的示出了用于控制以蘭金循環(huán)運(yùn)行的閉合回路的設(shè)備的唯一附圖，閱讀隨后的通過非限制性的實(shí)施例的方式的說明，可以清楚了解本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0028]在該附圖中，蘭金循環(huán)閉合回路10包括壓縮以及循環(huán)工作流體的正排量栗12，為了簡化在說明書中接下來均簡稱為栗，其具有用于液態(tài)形式工作流體的入口 14，以及用于同樣為液態(tài)形式的、但已在高壓下被壓縮的該工作流體的出口 16。該栗有利地是由電動(dòng)馬達(dá)18驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
[0029]僅為了舉例，這里使用的工作流體為出自Honeywell的R245fa(C3H3F5)或出自3M公司的 HFE7100 (C5H3F9O)或出自 Solvay 公司的 R365mfc (C4H5F5)。
[0030]該循環(huán)還包括換熱器20 (被稱為蒸發(fā)器)，其被液態(tài)流體入口 22和出口 24之間的被壓縮的工作流體橫穿，且工作流體以被壓縮的蒸汽形式經(jīng)由出口 24流出蒸發(fā)器。該蒸發(fā)器被來自于循環(huán)在內(nèi)燃機(jī)30尤其是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣管路28的廢氣的熱源流過(箭頭C) O
[0031]回路還包括膨脹機(jī)32，其通過其入口 34接收高壓壓縮蒸汽形式的工作流體，該流體以低壓膨脹蒸汽的形式經(jīng)由該機(jī)器的出口 36流出。
[0032]有利地是，該膨脹機(jī)可以膨脹渦輪機(jī)的形式出現(xiàn)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)連接軸38時(shí)，該膨脹渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子由蒸汽形式的工作流體驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，該軸能將回收的能量傳送至任意變壓器裝置，諸如發(fā)電機(jī)40。
[0033]該膨脹機(jī)還可以是輸出軸連接至變壓器裝置的往復(fù)活塞式或旋轉(zhuǎn)活塞式機(jī)器。
[0034]如附圖中虛線所示，該膨脹機(jī)還可以包括將該機(jī)器的轉(zhuǎn)子連接至栗的轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)軸42。在該構(gòu)造中，栗的馬達(dá)18能有利地被抑制，接著該栗的轉(zhuǎn)子經(jīng)由軸42連接的渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動(dòng)。
[0035]回路還包括冷卻換熱器44 (即冷凝器)，其具有被膨脹的低壓蒸汽入口 46，以及用于在通過該冷凝器后將工作流體轉(zhuǎn)換為液態(tài)形式的出口 48。冷凝器被冷源(通常為處于環(huán)境溫度的冷空氣流(箭頭F))掃過以冷卻被膨脹的蒸汽從而冷凝該蒸汽且將其轉(zhuǎn)換為液態(tài)。當(dāng)然，任意其他冷源(諸如水)均可用于蒸汽的冷凝。
[0036]該回路還包括閉合箱體50以允許將工作流體保持為液態(tài)。