專利名稱：用于提高卡林納循環(huán)效率的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于提高熱力循環(huán)效率的系統(tǒng)、方法、和裝置。特別地，本發(fā)明涉及監(jiān)控和調(diào)節(jié)卡林納循環(huán)的各種參數(shù)從而提高循環(huán)的整體效率。
背景技術(shù)：
一些傳統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)允許否則將被浪費(fèi)的熱量轉(zhuǎn)化為有用的能量。一個(gè)能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的例子是將來(lái)自于地?zé)釤崴蚬I(yè)廢熱的熱源轉(zhuǎn)化為電能。此熱力系統(tǒng)可包含卡林納循環(huán)?？旨{循環(huán)是“閉環(huán)”熱力循環(huán)，其用于將熱能通過(guò)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。與“閉環(huán)”熱力循環(huán)相似，卡林納循環(huán)的效率至少部分地取決于熱源和冷卻源的溫度。典型地，渦輪機(jī)不能直接使用“熱源”和“冷卻源”；因此，被稱為“工作流體”的介質(zhì)被用于在熱源和冷卻源之間流動(dòng)。例如，來(lái)自于地?zé)峥字邢鄬?duì)熱的液體(例，“鹽水”)的熱量可使用一個(gè)或多個(gè)熱交換器來(lái)加熱工作流體。流體從低能量和低溫流體狀態(tài)被加熱至相對(duì)的高壓蒸汽。高壓蒸汽，或工作氣流，繼而可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)渦輪機(jī)，使一個(gè)或多個(gè)渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生電能。在驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)的過(guò)程中，在較低壓力和溫度時(shí)蒸汽膨脹并且排出渦輪機(jī)。在排出渦輪機(jī)之后，流體在冷凝器中通過(guò)“冷卻源”被冷凝成液體。當(dāng)優(yōu)化了渦輪機(jī)入口和渦輪機(jī)排放之間的壓差時(shí)，可實(shí)現(xiàn)更高的循環(huán)效率(以及因此更多的能量輸出)。這些壓力取決于 “熱源”和“冷卻源”的溫度。當(dāng)“熱源”和“冷卻源”不能被渦輪機(jī)直接利用時(shí)，接下來(lái)最好的事情(為了使效率最大化)是擁有能夠盡可能接近地復(fù)制這些熱源和冷卻源的工作流體。絕大部分非卡林納循環(huán)的“閉環(huán)”熱力循環(huán)利用單一(或純凈)成分流體的工作流體。例如，如今大多數(shù)電能是由基于發(fā)電站的郎肯循環(huán)產(chǎn)生的。這些發(fā)電站使用純凈的“水”作為工作流體。典型地，像水這樣的純凈工作流體在復(fù)制熱源和冷卻源方面是有限的。這是因?yàn)榧儍袅黧w在恒定溫度下沸騰和冷凝。這個(gè)恒定溫度可與多數(shù)“熱”和“冷”源的可變溫度性質(zhì)直接沖突。在工作流體和熱/冷卻源之間恒定的相對(duì)于可變溫差是熱力學(xué)構(gòu)造上的差異，其可導(dǎo)致在郎肯循環(huán)發(fā)電站中的效率損失?？旨{循環(huán)發(fā)電站以至少一個(gè)不同的方式不同于郎肯循環(huán)發(fā)電站。典型地，在卡林納循環(huán)發(fā)電站中工作流體是氨-水混合物。氨-水混合物具有許多不同于純水或純氨的基本特征。兩種流體的混合物可以像一種全新的流體一樣工作?？旨{循環(huán)的本質(zhì)是利用氨-水混合物在可變溫度下沸騰和冷凝的優(yōu)勢(shì)-與熱源和冷卻源相似，并且因此更好地復(fù)制這些能量源。這可導(dǎo)致更高的循環(huán)效率。典型地，當(dāng)實(shí)施卡林納循環(huán)時(shí)，熱源和冷卻源的溫度是確定的?；谶@個(gè)確定，計(jì)算出氨-水工作流體的最優(yōu)化濃度以允許工作流體最好地復(fù)制熱源和冷卻源，并且因此使系統(tǒng)的效率最大化。除氨-水工作流體濃度之外，卡林納循環(huán)的各種其它參數(shù)也可影響循環(huán)的整體效率。一些這樣的參數(shù)包括工作流體的壓力，和相對(duì)于熱源和/或冷卻源流速的工作流體的流速。典型地，每個(gè)這樣的參數(shù)是基于最初確定的熱源和冷卻源溫度和其它系統(tǒng)參數(shù)來(lái)優(yōu)化。一旦這些各種參數(shù)被初始地設(shè)定，其中一些就很少被調(diào)節(jié)。然而，應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)的是熱源和冷卻源既可經(jīng)歷隨著時(shí)間慢慢地改變也可在一些情況下迅速地改變。在一個(gè)或多個(gè)熱源和冷卻源中的這些改變可影響卡林納循環(huán)的效率。此外，效率降低歸因于這些在熱源溫度和冷卻源溫度差較低的應(yīng)用中尤其顯著的溫度擺動(dòng)， 例如，低溫的熱應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明利用配置成監(jiān)控和自動(dòng)調(diào)節(jié)卡林納循環(huán)的運(yùn)行參數(shù)的系統(tǒng)、裝置和方法解決了一個(gè)或多個(gè)前述的或其它的現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題以幫助提高效率。例如，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，卡林納循環(huán)控制系統(tǒng)可包含一個(gè)或多個(gè)監(jiān)控?zé)岷屠鋮s源的傳感器。控制系統(tǒng)可進(jìn)而自動(dòng)調(diào)節(jié)卡林納循環(huán)的一個(gè)或多個(gè)運(yùn)行參數(shù)以響應(yīng)檢測(cè)到的一個(gè)或多個(gè)熱源和冷卻源的改變。在本發(fā)明的另外的或可選擇的實(shí)施例中，卡林納循環(huán)控制系統(tǒng)可監(jiān)控卡林納循環(huán)的一個(gè)或多個(gè)運(yùn)行參數(shù)，并且能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)運(yùn)行參數(shù)以提高卡林納循環(huán)的效率。例如，一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的用于使卡林納循環(huán)效率最大化的控制系統(tǒng)可包含控制系統(tǒng)處理器?？刂葡到y(tǒng)也可也包含一個(gè)或多個(gè)適合于測(cè)量卡林納循環(huán)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的傳感器，并且傳遞測(cè)量數(shù)據(jù)至控制系統(tǒng)處理器?？刂葡到y(tǒng)可進(jìn)一步包含一個(gè)或多個(gè)卡林納循環(huán)部件，其適用于由控制系統(tǒng)處理器控制以修改卡林納循環(huán)的一個(gè)或多個(gè)附加參數(shù)。此外，提高一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的卡林納循環(huán)效率的方法可包含收集一個(gè)或多個(gè)傳感器上的數(shù)據(jù)，其指示一個(gè)或多個(gè)確定卡林納循環(huán)效率的卡林納循環(huán)參數(shù)。此方法也包含使用一個(gè)或多個(gè)傳遞裝置傳遞數(shù)據(jù)至控制系統(tǒng)處理器。而且，此方法包含運(yùn)用控制系統(tǒng)處理器來(lái)計(jì)算基于數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)際參數(shù)。另外，此方法包含確定一個(gè)或多個(gè)最優(yōu)參數(shù)，其將提高卡林納循環(huán)的效率。此方法可進(jìn)一步包含將一個(gè)或多個(gè)實(shí)際參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)至一個(gè)或多個(gè)最優(yōu)化參數(shù)。除上述之外，用于實(shí)施一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的熱力循環(huán)的裝置可包括適用于膨脹多成分蒸汽工作流的膨脹器，其將它的能量轉(zhuǎn)化至可用形式并且產(chǎn)生廢氣流。此裝置也可包括分離器，其適用于將廢氣流分離成富流(rich stream)和貧流(lean stream)。此外，此裝置可包括槽，其適用于接收來(lái)自分離器的至少一部分貧流并且在其中保持貧流的總量。 此裝置可進(jìn)一步包括閥，其適用于改變排出槽的貧流的體積流率。而且，此裝置可包括混合器，其適用于混合排出槽的貧流與富流而產(chǎn)生合并流。此裝置也可包括冷凝器，其適用于冷凝合并流而產(chǎn)生多成分工作流。此裝置可進(jìn)一步包括第二熱交換器，其適用于加熱多成分工作流而產(chǎn)生蒸汽工作流。此外，此裝置可包括傳感器，其適用于測(cè)量多成分工作流的濃度比。此裝置可額外地包括控制系統(tǒng)，其適用于自動(dòng)操作閥門(mén)來(lái)改變多成分工作流的濃度比以響應(yīng)熱力循環(huán)的參數(shù)變化。本發(fā)明的示范實(shí)施例的附加特征和優(yōu)點(diǎn)將在以下說(shuō)明書(shū)中提出，或可由此示范實(shí)施例的實(shí)踐得知。此實(shí)施例的特征和優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在附加權(quán)利要求中特別指明的系統(tǒng)和方法來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。從以下說(shuō)明書(shū)和附加權(quán)利要求，或者由此下述的示范實(shí)施例的實(shí)踐可得知， 將使這些和其它特征變得更充分清晰。


為了描述可獲得本發(fā)明的上述和其它的優(yōu)點(diǎn)與特征的方法，以上簡(jiǎn)要描述的本發(fā)明的更特別的描述將參考附圖示出的具體實(shí)施例來(lái)呈現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)注意的是附圖沒(méi)有按比例畫(huà)出，并且類似結(jié)構(gòu)或功能的元件通常由貫穿附圖的用于說(shuō)明性目的的相同的參考數(shù)字表示。應(yīng)當(dāng)理解這些附圖僅為描述本發(fā)明的典型實(shí)施例并且不能因此被認(rèn)為限定其范圍，本發(fā)明將通過(guò)使用附圖來(lái)描述和解釋其附加的特征和細(xì)節(jié)，其中
圖1闡明了卡林納循環(huán)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的示意圖，包括根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的控制系
統(tǒng)；
圖2闡明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖1中卡林納循環(huán)的冷卻源溫度和氨濃度之間的關(guān)系的示范圖3闡明了圖1的卡林納循環(huán)的示意圖，其中控制系統(tǒng)已經(jīng)調(diào)節(jié)了基本工作流體混合物的濃度以響應(yīng)冷卻源溫度的提高；
圖4闡明了圖1的卡林納循環(huán)的示意圖，其中控制系統(tǒng)已經(jīng)調(diào)節(jié)了基本工作流體混合物的濃度以響應(yīng)冷卻源溫度的降低；
圖5闡明了另一個(gè)卡林納循環(huán)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的示意圖，包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制系統(tǒng)；并且
圖6闡明了在不同渦輪機(jī)入口壓力處氨濃度和卡林納循環(huán)效率之間潛在關(guān)系的示范圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了配置用于監(jiān)控以及自動(dòng)調(diào)節(jié)卡林納循環(huán)運(yùn)行參數(shù)的系統(tǒng)、裝置、和方法以幫助提高效率。例如，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)本發(fā)明的實(shí)施例，卡林納循環(huán)控制系統(tǒng)可包括一個(gè)或多個(gè)監(jiān)控?zé)嵩春屠鋮s源的傳感器?？刂葡到y(tǒng)可進(jìn)而自動(dòng)調(diào)節(jié)卡林納循環(huán)的一個(gè)或多個(gè)運(yùn)行參數(shù)以響應(yīng)檢測(cè)到的一個(gè)或多個(gè)熱源或冷卻源的改變。在本發(fā)明另外的或可供選擇的實(shí)施例中，卡林納循環(huán)控制系統(tǒng)可監(jiān)控卡林納循環(huán)的一個(gè)或多個(gè)運(yùn)行參數(shù)，并且能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)運(yùn)行參數(shù)以提高卡林納循環(huán)的效率。作為初始問(wèn)題，本發(fā)明的各種實(shí)施例可通過(guò)利用多成分工作流的閉環(huán)熱力系統(tǒng)施行，諸如卡林納循環(huán)系統(tǒng)。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明可被納入各種不同類型的熱力循環(huán)系統(tǒng)，此處的參考將明確為卡林納循環(huán)系統(tǒng)。在此闡明及描述的特別的卡林納循環(huán)僅是可使本發(fā)明實(shí)施的各種卡林納循環(huán)的幾個(gè)例子。其它可使本發(fā)明實(shí)施的典型卡林納循環(huán)技術(shù)在美國(guó)專利號(hào) 7，516，619、5，822，990、5,953,918、5，572，871、5，440，882 和 4，982，568 中闡明，其各自內(nèi)容整體通過(guò)參考并入本文。如前所述，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可包含控制系統(tǒng)，和相關(guān)方法，用于監(jiān)控在卡林納循環(huán)中的基本工作流體濃度，卡林納循環(huán)的熱源的溫度，和/或卡林納循環(huán)的冷卻源的溫度。無(wú)論何時(shí)熱源溫度和/或冷卻源溫度改變，控制系統(tǒng)可相應(yīng)地調(diào)節(jié)卡林納循環(huán)的基本工作流體的濃度，從而提高卡林納循環(huán)的效率，并且因此提高了卡林納循環(huán)發(fā)電站的能量輸出。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)的是根據(jù)此處公開(kāi)的信息，此控制系統(tǒng)和相關(guān)方法對(duì)一個(gè)或多個(gè)熱源或冷卻源的溫度是動(dòng)態(tài)的卡林納循環(huán)特別有用。此卡林納循環(huán)可包括利用來(lái)自制煉廠(例如， 鋼廠或鑄造廠)的廢熱作為熱源的循環(huán)。制煉廠可具有批量型運(yùn)行，其結(jié)果是熱源溫度每小時(shí)地循環(huán)，或甚至更加頻繁地循環(huán)。在冷卻源方面，許多地?zé)釕?yīng)用位于貧瘠地區(qū)并且在空氣冷卻冷凝器中利用“環(huán)境空氣”。在這些區(qū)域晝夜空氣溫度擺動(dòng)可高達(dá)40° F。因此，在M小時(shí)周期中，環(huán)境空氣溫度可從低(例如在夜晚的50° F)變化到高(白天的90° F)，并且回落至夜晚的50° F。這個(gè)在低和高冷卻溫度擺動(dòng)之間的差異在“冷鋒”天氣事件或熱浪期間甚至能夠非常的大。現(xiàn)在參照附圖，圖1闡明了包括控制系統(tǒng)130的卡林納循環(huán)100的示意圖。控制系統(tǒng)130可基于一個(gè)或多個(gè)熱源122和冷卻源124的溫度變化來(lái)調(diào)節(jié)卡林納循環(huán)100的基本工作流體的濃度。特別地，控制系統(tǒng)130可調(diào)節(jié)基本工作流體的濃度以提高或優(yōu)化卡林納循環(huán)100的效率。如圖1所闡明的，卡林納循環(huán)100可包含第一熱交換器或冷凝器104，供給泵106， 第二熱交換器108，第三熱交換器或蒸發(fā)器110，以及渦輪機(jī)112。此外，卡林納循環(huán)100可包含分離器114，排水槽116，排水泵118，和槽120。如下詳述，卡林納循環(huán)100可通過(guò)外部熱源122和外部冷卻源IM來(lái)工作。在槽120的出口開(kāi)始，工作流(氨-水混合物)在點(diǎn)11處具有確定的參數(shù)設(shè)定，此處以后稱為基本混合物或基本工作流體混合物。工作流體進(jìn)而被泵106泵為較高壓力以在點(diǎn)12處產(chǎn)生加壓的工作流體。加壓工作流體進(jìn)而通過(guò)第二熱交換器108，在此它被自渦輪機(jī)112排出的流預(yù)熱以在點(diǎn)14處產(chǎn)生預(yù)熱的工作流體。預(yù)熱的工作流體進(jìn)而通過(guò)熱交換器110，在此它被外部熱源122加熱以在點(diǎn)16處產(chǎn)生至少部分蒸發(fā)的工作流。至少部分蒸發(fā)的工作流進(jìn)而通過(guò)渦輪機(jī)112，并且驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)112以產(chǎn)生機(jī)械能，其由發(fā)電機(jī)1 轉(zhuǎn)化為電能。在渦輪機(jī)112中，工作流膨脹，并且在點(diǎn)18處作為低壓工作流或至少部分的廢氣流排出渦輪機(jī)112。低壓工作流進(jìn)而通過(guò)第二熱交換器108的第二側(cè)以便如上所述預(yù)熱加壓工作流體。通過(guò)預(yù)熱加壓工作流，低壓工作流被冷卻以在點(diǎn)20處產(chǎn)生部分冷凝的工作流或者冷卻的廢氣流。部分冷凝的工作流進(jìn)而進(jìn)入分離器114。分離器114將部分冷凝的工作流在點(diǎn) 22處分為貧流(相對(duì)于基本混合混合物氨含量低)，并且在點(diǎn)M處分為富蒸汽流(相對(duì)于基本混合物氨含量高)。貧流通過(guò)排水槽116，并且進(jìn)而被排水泵118泵為較高壓以在點(diǎn)沈處產(chǎn)生加壓貧流。當(dāng)加壓貧流與富蒸汽流同時(shí)進(jìn)入冷凝器104時(shí)，加壓貧流進(jìn)而被噴射或富蒸汽流混合以在點(diǎn)觀處產(chǎn)生合并流。將貧流噴射入富蒸汽流可幫助富蒸汽流冷凝。合并流28在冷凝器104中通過(guò)外部冷卻源IM冷卻以在點(diǎn)10處產(chǎn)生基本混合物?；净旌衔镞M(jìn)而進(jìn)入槽120。然后此過(guò)程以閉環(huán)的方式重復(fù)。如上所述，控制系統(tǒng)130可在卡林納循環(huán)100的不同點(diǎn)監(jiān)控工作流體的參數(shù)。此外，控制系統(tǒng)130也可監(jiān)控一個(gè)或多個(gè)熱源122溫度和冷卻源IM溫度?；跍y(cè)得的工作流體參數(shù)和熱源及冷卻源溫度，控制系統(tǒng)可優(yōu)化或修改工作流體的濃度以提高卡林納循環(huán) 100的效率。換言之，控制系統(tǒng)130可提高或降低基本工作流體混合物的氨總量以改變卡林納循環(huán)100的效率。為了幫助此過(guò)程，控制系統(tǒng)130可包含測(cè)量冷卻源124的參數(shù)的第一傳感器128。 傳遞裝置A可以將由傳感器1 記錄或測(cè)得的數(shù)據(jù)傳遞至控制系統(tǒng)處理器或控制系統(tǒng)130的計(jì)算機(jī)。傳遞裝置A可經(jīng)由通用串行總線(USB )連接、串行連接、并行連接、無(wú)線連接、藍(lán)牙連接，和/或任意其它通信連接將數(shù)據(jù)發(fā)送至控制系統(tǒng)130的系統(tǒng)處理器。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器1 可以是溫度傳感器，其適用于測(cè)量冷卻源1 的溫度并將冷卻源1 的溫度傳遞至控制系統(tǒng)處理器或控制系統(tǒng)130的計(jì)算機(jī)。在另一個(gè)實(shí)施例中，傳感器1 可以是適用于測(cè)量冷卻源的其它特性或參數(shù)，諸如流速之類的流體流動(dòng)特性。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，控制系統(tǒng)130的控制系統(tǒng)處理器位于卡林納循環(huán)100所在處。根據(jù)本發(fā)明的可選實(shí)施例，控制系統(tǒng)130的控制系統(tǒng)處理器遠(yuǎn)離于卡林納循環(huán)100所在處。此外，控制系統(tǒng)130可包括傳感器132，其測(cè)量基本工作流體的密度(或氨-水濃度)。傳遞裝置B可將由傳感器132記錄的或測(cè)量的數(shù)據(jù)傳遞給控制系統(tǒng)處理器或控制系統(tǒng)130的計(jì)算機(jī)。傳遞裝置B可經(jīng)由通用串行總線(USB)連接、串行連接、并行連接、無(wú)線連接、藍(lán)牙連接，和/或任意其它通信連接將數(shù)據(jù)發(fā)送至控制系統(tǒng)130的處理器?？刂葡到y(tǒng)130也可包括排水槽液位傳導(dǎo)器134，其測(cè)量排水槽116中貧流的液位。 傳遞裝置可將由傳感器132記錄的或測(cè)量的數(shù)據(jù)傳遞給控制系統(tǒng)處理器或控制系統(tǒng)130的計(jì)算機(jī)。傳遞裝置可經(jīng)由通用串行總線(USB )連接、串行連接、并行連接、無(wú)線連接、藍(lán)牙連接，和/或任意其它通信連接將數(shù)據(jù)發(fā)送至控制系統(tǒng)130的系統(tǒng)處理器。進(jìn)一步地，控制系統(tǒng)130可包括排水槽液位控制閥136，其允許控制系統(tǒng)130能夠控制排水槽116中貧流的液位或總量。在運(yùn)行中，控制系統(tǒng)130可計(jì)算，或下載最優(yōu)基本混合物濃度(基本混合物中氨的百分比)以及冷卻源溫度之間的關(guān)系。使用具有310°F溫度的外部熱源122的卡林納循環(huán) 100的關(guān)系圖在圖2中闡明。用于描述圖2中曲線的數(shù)學(xué)函數(shù)是
y = 0. 00581x2 + 0. 003506x +83. 829755
其中χ等于冷卻源1 的溫度，以及y等于基本混合物的氨濃度。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)的是根據(jù)此處公開(kāi)的信息，圖2所描述的關(guān)系是用于特別的卡林納循環(huán)的示范關(guān)系，并且控制系統(tǒng)130 可使用與所實(shí)施的特別的卡林納循環(huán)相似的關(guān)系。因此在運(yùn)行中，控制系統(tǒng)可使用傳感器1 測(cè)量冷卻源124的溫度?；跍y(cè)得的溫度，其根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例是給定時(shí)間周期(例如，15至30分鐘)的平均溫度，控制系統(tǒng)130的處理器可計(jì)算最優(yōu)的基本混合物中的氨與水濃度，其將產(chǎn)生卡林納循環(huán)100的最大化效率?？刂葡到y(tǒng)進(jìn)而運(yùn)用傳感器132測(cè)量基本混合物的實(shí)際濃度。其后， 控制系統(tǒng)130可對(duì)最優(yōu)的氨與水濃度和實(shí)際的氨與水濃度進(jìn)行比較。如果實(shí)際的氨與水濃度低于最優(yōu)的氨與水濃度(S卩，在基本混合物中實(shí)際上有比最優(yōu)混合物更少的氨)，控制系統(tǒng)130可提高基本混合物中的氨濃度。特別地，控制系統(tǒng)130 運(yùn)用排水槽液位傳導(dǎo)器134可確定排水槽116中貧流的實(shí)際液位。控制系統(tǒng)130可進(jìn)而自動(dòng)設(shè)定排水槽目標(biāo)液位至“較高”設(shè)定點(diǎn)，并且自動(dòng)調(diào)節(jié)排水槽液位控制閥136以保持新設(shè)定點(diǎn)的液位。在此情況下，控制系統(tǒng)130將通過(guò)排水槽液位控制閥136來(lái)限制加壓貧流的流動(dòng)，直到排水槽116中貧流的液位達(dá)到了新設(shè)定點(diǎn)的液位。通過(guò)提高儲(chǔ)存于排水槽116中貧流的總量，控制系統(tǒng)130可通過(guò)系統(tǒng)100減少工作流體循環(huán)的中水的濃度并且因此提高基本混合物的氨濃度。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，隨著更多的貧流儲(chǔ)存于排水槽116，更多的儲(chǔ)存于槽120的基本混合物被移出并且被允許通過(guò)卡林納循環(huán)100來(lái)循環(huán)以維持工作流體的恒定總量。例如，圖1闡明了卡林納循環(huán)100，其中控制系統(tǒng)根據(jù)70°F的冷卻源溫度將基本混合物的濃度調(diào)節(jié)或優(yōu)化至86. 9%氨和13. 1%水。相比而言，圖3闡明了卡林納循環(huán)100，其中控制系統(tǒng)響應(yīng)冷卻源1 溫度升至100° F而調(diào)節(jié)排水槽116中貧流的液位。特別地，控制系統(tǒng)將基本混合物的濃度調(diào)節(jié)至90. 0%氨和10. 0%水。根據(jù)圖1和3的比較所示，圖3 中的卡林納循環(huán)100相比圖1的卡林納循環(huán)100在排水槽116中包含了更大量的貧流。按此原則，圖3的卡林納循環(huán)100在槽120中也具有比圖1的卡林納循環(huán)更少量的基本混合物。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)為當(dāng)控制系統(tǒng)130調(diào)節(jié)基本混合物的濃度時(shí)，平衡濃度(如將卡林納循環(huán)100的各部分中所有的氨和水流體在單個(gè)容器中混合起來(lái)，則將產(chǎn)生這樣的氨-水混合物)仍然是常量。這是因?yàn)榭旨{循環(huán)100是一個(gè)閉合系統(tǒng)。因此，為了允許控制系統(tǒng)130 能夠改變基本混合物的濃度，當(dāng)與傳統(tǒng)卡林納循環(huán)相比時(shí)，本發(fā)明的卡林納循環(huán)100可包含增加的工作流體總量。按照相似的原則，排水槽116和槽120可包含充分增大的存儲(chǔ)容量以使卡林納循環(huán)100能夠存儲(chǔ)額外的工作流體。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)的是根據(jù)此處的公開(kāi)，在卡林納循環(huán)100的其它部分中的貧流和富流的濃度可基于基本混合物的濃度自動(dòng)調(diào)節(jié)。例如，貧流和富蒸汽流的濃度可如圖1和3所示基于基本混合物的濃度自動(dòng)調(diào)節(jié)。例如，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，圖1的排水槽116中的貧流具有51. 0%氨和49. 0%水的濃度。此濃度可隨著控制系統(tǒng)130改變基本工作流體的濃度而自動(dòng)調(diào)節(jié)。例如，圖3的排水泵116中的貧流可自動(dòng)調(diào)節(jié)至56. 5%氨和43. 33%水的濃度。按照相似的原則，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，在圖1的點(diǎn)M處富流具有99. 6%氨和 0.4%水的濃度。這個(gè)濃度可隨著控制系統(tǒng)130改變基本工作流體的濃度而自動(dòng)調(diào)節(jié)。例如，圖3的點(diǎn)M處富流可自動(dòng)調(diào)節(jié)至99. 7%氨和0. 3%水的濃度。與由于冷卻源124的溫度提高，從而提高基本混合物中氨濃度的過(guò)程相似，控制系統(tǒng)130也可以或可選擇地，由于冷卻源124的溫度降低而降低氨濃度。特別地，控制系統(tǒng) 130可使用傳感器128測(cè)量冷卻源124的溫度?；跍y(cè)得的溫度，控制系統(tǒng)130的處理器可計(jì)算基本混合物中最優(yōu)的氨與水濃度，其產(chǎn)生了卡林納循環(huán)100的最大化效率?？刂葡到y(tǒng)130進(jìn)而可使用傳感器132測(cè)量基本混合物的實(shí)際濃度。其后，控制系統(tǒng)130可比較最優(yōu)的氨與水濃度和實(shí)際的氨與水濃度。如果實(shí)際的氨濃度大于最優(yōu)的氨與水濃度(S卩，在基本混合物中實(shí)際上有比最優(yōu)混合物更多的氨)，控制系統(tǒng)130可降低基本混合物中的氨濃度。特別地，控制系統(tǒng)130可運(yùn)用排水槽液位傳導(dǎo)器134確定排水槽116中貧流的實(shí)際液位?？刂葡到y(tǒng)130可進(jìn)而自動(dòng)設(shè)定排水槽目標(biāo)液位至“較低”設(shè)定點(diǎn)，并且自動(dòng)調(diào)節(jié)排水槽液位控制閥136來(lái)維持新設(shè)定點(diǎn)的液位。在此情況下，控制系統(tǒng)130將通過(guò)排水槽液位控制閥136來(lái)提高加壓貧流的流動(dòng)，直到排水槽116中貧流的液位達(dá)到了新設(shè)定點(diǎn)的液位。通過(guò)降低儲(chǔ)存于排水槽116中貧流的總量，控制系統(tǒng)130可通過(guò)系統(tǒng)100提高工作流體循環(huán)中的水的濃度，并且因此降低基本混合物中的氨濃度。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，隨著更少的貧流儲(chǔ)存于排水槽116中，更多的基本混合物儲(chǔ)存于槽120中以維持通過(guò)卡林納循環(huán)100循環(huán)的工作流體的恒定總量。
例如，圖4闡明了卡林納循環(huán)100，其中的控制系統(tǒng)130響應(yīng)冷卻源IM溫度降至400°F而調(diào)節(jié)排水槽116中貧流的液位。特別地，控制系統(tǒng)將基本混合物的濃度調(diào)節(jié)至 84. 9%氨和15. 1%水。根據(jù)圖1和4的比較所示，圖4中的卡林納循環(huán)100相比圖1的卡林納循環(huán)100在排水槽116中包含更少量的貧流。按此原則，圖4的卡林納循環(huán)100在槽 120中也具有比圖1的卡林納循環(huán)更大量的基本混合物。如前所述，基于基本混合物的濃度調(diào)節(jié)，在卡林納循環(huán)100的其它部分中的貧流濃度和富流濃度可基于基本混合物的濃度自動(dòng)調(diào)節(jié)。例如，貧流和富蒸汽流的濃度可基于如圖1和4所示的基本混合物的濃度自動(dòng)調(diào)節(jié)。例如，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，圖1的排水槽116中的貧流具有51. 0%氨和49. 0%水的濃度。此濃度可隨著控制系統(tǒng)130改變基本工作流體的濃度而自動(dòng)調(diào)節(jié)。例如，圖4的排水槽116中的貧流可自動(dòng)調(diào)節(jié)至65. 1%氨和 34. 9%水的濃度。按照相似的原則，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，在圖1的點(diǎn)M處富流具有99. 6%氨和 0.4%水的濃度。這個(gè)濃度可隨著控制系統(tǒng)130改變基本工作流體的濃度而自動(dòng)調(diào)節(jié)。例如，圖4的點(diǎn)M處的富流可自動(dòng)調(diào)節(jié)至99. 7%氨和0. 3%水的濃度。同時(shí)，上述控制系統(tǒng)130測(cè)量冷卻源124的溫度并且相應(yīng)調(diào)節(jié)基本混合物的濃度， 本發(fā)明不限于此。例如，可替代的，或除測(cè)量冷卻源124的溫度之外，控制系統(tǒng)130可測(cè)量排出冷凝器IM的冷凝的工作流體的溫度，或其它相關(guān)參數(shù)。進(jìn)一步地，控制系統(tǒng)130可包含用于監(jiān)控儲(chǔ)存于槽120中基本混合物總量的槽液位傳導(dǎo)器139。此外，可替代的，或除響應(yīng)冷卻源124的溫度變化而調(diào)節(jié)基本混合物濃度之外，控制系統(tǒng)130可響應(yīng)熱源122的溫度變化而調(diào)節(jié)基本混合物。在本發(fā)明的這些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)130可包含傳感器138，諸如溫度傳感器，其測(cè)量熱源122的參數(shù)，例如溫度之類。傳遞裝置D可將數(shù)據(jù)從傳感器138經(jīng)由通用串行總線(USB)連接、串行連接、并行連接、無(wú)線連接、藍(lán)牙連接，和/或任意其它通信連接將數(shù)據(jù)發(fā)送至控制系統(tǒng)130的系統(tǒng)處理器。在可選實(shí)施例中，傳感器138可適用于測(cè)量流速和/或影響從熱源122至工作流的熱傳遞程度的熱源122的其它特性或參數(shù)。與上述關(guān)于冷卻源124的溫度改變類似，基于測(cè)得的熱源122的溫度，控制系統(tǒng) 130的處理器可計(jì)算最優(yōu)的基本混合物的氨與水濃度，其產(chǎn)生卡林納循環(huán)100的最大化效率?？刂葡到y(tǒng)130進(jìn)而可使用傳感器132測(cè)量基本混合物的實(shí)際濃度。其后，控制系統(tǒng)130 可比較最優(yōu)的氨與水濃度和實(shí)際的氨與水濃度。如果實(shí)際的氨濃度大于最優(yōu)的氨與水濃度(S卩，在基本混合物中實(shí)際上有比最優(yōu)混合物更多的氨)，控制系統(tǒng)130可降低基本混合物中的氨濃度。特別地，控制系統(tǒng)130可運(yùn)用排水槽液位傳導(dǎo)器134確定排水槽116中貧流的實(shí)際液位。控制系統(tǒng)可進(jìn)而自動(dòng)設(shè)定排水槽目標(biāo)液位至“較低”設(shè)定點(diǎn)，并且自動(dòng)調(diào)節(jié)排水槽液位控制閥136來(lái)維持新設(shè)定點(diǎn)的液位。在此情況下，控制系統(tǒng)130將通過(guò)排水槽液位控制閥136來(lái)增強(qiáng)加壓貧流的流動(dòng)，直到排水槽116中貧流的液位達(dá)到了新設(shè)定點(diǎn)的液位。同樣地，如果實(shí)際的氨與水濃度低于最優(yōu)的氨與水濃度(S卩，在基本混合物中實(shí)際上有比最優(yōu)混合物更少的氨)，控制系統(tǒng)130可提高基本混合物中的氨濃度。特別地，控制系統(tǒng)130可運(yùn)用排水槽液位傳導(dǎo)器134確定排水槽116中貧流的實(shí)際液位?？刂葡到y(tǒng)130 可進(jìn)而自動(dòng)設(shè)定排水槽目標(biāo)液位至“高”設(shè)定點(diǎn)，并且自動(dòng)調(diào)節(jié)排水槽液位控制閥136來(lái)維持新設(shè)定點(diǎn)的液位。在此情況下，控制系統(tǒng)130將通過(guò)排水槽液位控制閥136來(lái)限制加壓貧流的流動(dòng)，直到排水槽116中貧流的液位達(dá)到了新設(shè)定點(diǎn)的液位。此外，控制系統(tǒng)130可編程為“預(yù)期”冷或熱源溫度中的正常循環(huán)改變(或預(yù)測(cè)的溫度改變)以便在超過(guò)實(shí)時(shí)的(或?qū)嶋H的)冷源或熱源的溫度改變時(shí)改變濃度。(例如對(duì)于空氣冷卻冷凝器的應(yīng)用，在特定一天中空氣溫度循環(huán)極易被預(yù)測(cè)，并且因此可實(shí)現(xiàn)早上至中午預(yù)期“升”溫，以及傍晚和夜晚“降”溫的偏差控制。)
同樣，取決于卡林納循環(huán)的類型和包含于其中的各種部件，控制系統(tǒng)130可使用其它或附加部件來(lái)調(diào)節(jié)基本混合物的濃度以提高或優(yōu)化效率。例如，圖5闡明了卡林納循環(huán)200 的示意圖?？旨{循環(huán)200與圖1、3、和4中闡明的卡林納循環(huán)100相似；然而，它包含了第四熱交換器502和分離器504。在冷凝器104的出口啟動(dòng)，工作流體(氨-水混合物)在點(diǎn)10處具有一組確定的參數(shù)，此處以后稱為基本混合物。工作流體進(jìn)而被泵106泵為較高壓力以便在點(diǎn)12處產(chǎn)生加壓的工作流體。加壓工作流體進(jìn)而通過(guò)第二熱交換器108，在此它被預(yù)熱以在點(diǎn)14處產(chǎn)生預(yù)熱的工作流體。預(yù)熱的工作流體進(jìn)而通過(guò)第四熱交換器502，在此它被進(jìn)一步加熱并任意地部分蒸發(fā)以在點(diǎn)30處產(chǎn)生進(jìn)一步加熱的工作流體。進(jìn)一步加熱的工作流體進(jìn)而通過(guò)第三熱交換器110，在此它被外部熱源122加熱以在點(diǎn)16處產(chǎn)生至少部分蒸發(fā)的工作流。至少部分蒸發(fā)工作流進(jìn)而流入分離器504。分離器504將至少部分蒸發(fā)的工作流在點(diǎn)32處分為富蒸汽成分，并且在點(diǎn)34處分為貧飽和流體成分。富蒸汽成分進(jìn)入并驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)112來(lái)產(chǎn)生機(jī)械能，其通過(guò)發(fā)電機(jī)126轉(zhuǎn)化為電能。在渦輪機(jī)112中，工作流膨脹以在點(diǎn)18處形成低壓工作流或廢氣流。貧飽和流體成分在第四熱交換器502中被冷卻(通過(guò)加熱預(yù)熱工作流體)并且在點(diǎn) 36處產(chǎn)生部分冷卻的貧成分。部分冷卻貧成分進(jìn)而與低壓工作流或廢氣流合并，在點(diǎn)38處產(chǎn)生合并的廢氣流，其進(jìn)而通過(guò)第二熱交換器108，在此它通過(guò)加熱加壓工作流體而冷卻， 以在點(diǎn)20處產(chǎn)生部分冷凝工作流。部分冷凝工作流進(jìn)而進(jìn)入分離器114。分離器114將部分冷凝工作流在點(diǎn)22處分為貧(相對(duì)基本混合物來(lái)說(shuō)氨濃度低)流，以及在點(diǎn)M處分為富(相對(duì)基本混合物來(lái)說(shuō)氨濃度高)蒸汽流。貧流通入排水槽116，并且被排水泵118進(jìn)一步泵為高壓以在點(diǎn)沈處產(chǎn)生加壓貧流。加壓貧流進(jìn)而被噴射或隨富蒸汽流同時(shí)進(jìn)入冷凝器104時(shí)與之混合以在點(diǎn)觀處產(chǎn)生合并流。將貧流噴入富蒸汽流可增進(jìn)富蒸汽流冷凝。合并流觀在冷凝器104中通過(guò)外部冷卻源1 冷卻。冷卻的合并流在排出冷凝器104后成為基本混合物，其進(jìn)而進(jìn)入槽120。接著此過(guò)程在閉環(huán)裝置中重復(fù)。此外，如圖5所示，控制系統(tǒng)130可包括第一分離槽液位傳導(dǎo)器506，其測(cè)量分離器 504中貧飽和流體成分的液位。傳遞裝置F可將數(shù)據(jù)從分離槽液位傳導(dǎo)器506經(jīng)由通用串行總線(USB)連接、串行連接、并行連接、無(wú)線連接、藍(lán)牙連接，和/或任意其它通信連接發(fā)送到控制系統(tǒng)130的系統(tǒng)處理器。進(jìn)一步地，控制系統(tǒng)130可包括分離槽液位控制閥508， 其允許控制系統(tǒng)130通過(guò)控制裝置G來(lái)控制分離器504的槽中貧飽和流體成分的總量?？刂蒲b置G可包含與上述的傳遞裝置A、C、D、和E相似的通訊裝置，以及適用于打開(kāi)和關(guān)閉閥 508的驅(qū)動(dòng)器。
因此，在圖5闡明的控制系統(tǒng)130的實(shí)施例中，控制系統(tǒng)130可調(diào)節(jié)分離器504中貧飽和流體成分的液位以響應(yīng)冷卻源1 和/或熱源122的溫度變化來(lái)調(diào)節(jié)基本混合物的濃度。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)的是根據(jù)此處公開(kāi)的信息，控制系統(tǒng)130可以用類似于上述關(guān)于排水槽116 中貧流液位調(diào)節(jié)的方式來(lái)調(diào)節(jié)在分離器504中的槽中的貧飽和流體成分的液位。特別地， 控制系統(tǒng)130可設(shè)定一個(gè)目標(biāo)液位并且繼而根據(jù)分離器504的槽中流體液位的增減來(lái)調(diào)節(jié)控制分離槽液位閥508?？蛇x擇地，控制系統(tǒng)130可調(diào)節(jié)分離器504中貧飽和流體成分的液位以及排水槽116中貧流液位來(lái)調(diào)節(jié)基本混合物的濃度。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)的是根據(jù)此處公開(kāi)的信息，控制系統(tǒng)130可迅速地調(diào)節(jié)基本混合物的濃度。甚至在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，控制系統(tǒng)130可每日，每小時(shí)，或響應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)熱源122和冷卻源IM的溫度變化來(lái)調(diào)節(jié)基本混合物的濃度。在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，控制系統(tǒng)130可監(jiān)控和調(diào)節(jié)基本混合物以實(shí)時(shí)響應(yīng)一個(gè)或多個(gè)熱源122和冷卻源124的溫度變化。當(dāng)上述的控制系統(tǒng)130的實(shí)施例監(jiān)控并且自動(dòng)調(diào)節(jié)基本混合物濃度以幫助確保卡林納循環(huán)100、200以提高的或最大化效率運(yùn)行時(shí)，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)附加或可選擇的實(shí)施例包含控制系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)卡林納循環(huán)的一個(gè)或多個(gè)附加參數(shù)以幫助確保提高的或最大化效率。例如，圖6描述了闡明基于渦輪機(jī)入口處工作流體壓力的工作流體的氨濃度和卡林納循環(huán)效率之間潛在關(guān)系的示范圖。本發(fā)明的控制系統(tǒng)130的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可基于其控制的卡林納循環(huán)的特殊參數(shù)計(jì)算或下載類似的關(guān)系。運(yùn)用這些信息，控制系統(tǒng)130可監(jiān)控基本混合物的濃度并且相應(yīng)地自動(dòng)調(diào)節(jié)渦輪機(jī)入口處的壓力，從而幫助確?？旨{循環(huán)以提高的或最大化效率運(yùn)行。例如，再次參照?qǐng)D1，控制系統(tǒng)130可使用傳感器132監(jiān)控基本混合物的濃度。進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，傳感器132也可測(cè)量基本混合物的溫度和流速。 基于測(cè)得的基本混合物的濃度，控制系統(tǒng)130的處理器可計(jì)算渦輪機(jī)入口壓力，其運(yùn)用圖6 中的示出的圖表或類似數(shù)據(jù)來(lái)最大化卡林納循環(huán)100的效率?？刂葡到y(tǒng)130可進(jìn)而利用渦輪機(jī)入口壓力傳感器140測(cè)量渦輪機(jī)112處的實(shí)際壓力。傳遞裝置E可將數(shù)據(jù)從傳感器 140經(jīng)由通用串行總線(USB)連接、串行連接、并行連接、無(wú)線連接、藍(lán)牙連接，和/或任意其它通信連接發(fā)送至控制系統(tǒng)130的系統(tǒng)處理器。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，控制系統(tǒng)130 可在渦輪機(jī)112入口處測(cè)量工作流體的流速并且進(jìn)而計(jì)算其壓力。如果實(shí)際的渦輪機(jī)入口壓力大于(或小于)最優(yōu)化渦輪機(jī)入口壓力，控制系統(tǒng)130 可調(diào)節(jié)實(shí)際渦輪機(jī)入口壓力。例如，控制系統(tǒng)130可調(diào)節(jié)泵106的輸出，并且因此調(diào)節(jié)了渦輪機(jī)入口壓力。無(wú)論如何，控制系統(tǒng)130可監(jiān)控和調(diào)節(jié)渦輪機(jī)入口壓力以幫助確?？旨{循環(huán)以最大化效率運(yùn)行。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)的是根據(jù)此處公開(kāi)的信息，濃度和渦輪機(jī)輸入壓力僅是本發(fā)明的控制系統(tǒng)130可監(jiān)控和自動(dòng)調(diào)節(jié)的以最大化卡林納循環(huán)效率的兩個(gè)舉例參數(shù)。甚至本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可監(jiān)控任意數(shù)量的不同循環(huán)參數(shù)，卡林納循環(huán)效率基于上述參數(shù)并且可自動(dòng)調(diào)節(jié)上述參數(shù)以幫助卡林納循環(huán)效率的提高。例如，卡林納循環(huán)已經(jīng)在此描述為閉環(huán)；然而，因?yàn)闇u輪機(jī)密封有缺陷，少量的在渦輪機(jī)中膨脹的富蒸汽可漏出卡林納循環(huán)。長(zhǎng)期的這種工作流體的流失在減少通過(guò)卡林納循環(huán)中循環(huán)的工作流體總量和調(diào)節(jié)工作流體的濃度兩方面對(duì)卡林納循環(huán)運(yùn)行效率造成負(fù)面影響。本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可通過(guò)使用排水槽液位傳導(dǎo)器134和槽體液位傳導(dǎo)器 139來(lái)監(jiān)控在卡林納循環(huán)中循環(huán)的工作流體的總量?？刂葡到y(tǒng)130可進(jìn)而使用排水槽液位控制閥136來(lái)使更多的工作流體在卡林納循環(huán)中循環(huán)，并且因此，解決經(jīng)由渦輪機(jī)密封造成的任何流失問(wèn)題。此外，控制系統(tǒng)130可如上所述那樣調(diào)節(jié)基本混合物的濃度以補(bǔ)償由于在渦輪機(jī)密封處富蒸汽泄漏導(dǎo)致的任何變化。本發(fā)明的實(shí)施例也可包含實(shí)施以及提高熱力循環(huán)效率的方法。以下描述了參考從圖1至6的部件和圖表的提高卡林納循環(huán)效率的至少一個(gè)方法的實(shí)施例。當(dāng)然，作為初步介紹，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到此處詳細(xì)解釋的方法可被改進(jìn)。例如，所述方法的不同步驟可被省略或被擴(kuò)展，并且此處描述的方法的各種步驟順序可按需改變。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方法，該方法包括在一個(gè)或多個(gè)指示卡林納循環(huán)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的傳感器處收集數(shù)據(jù)的步驟，卡林納循環(huán)效率的取決于這些參數(shù)。例如，方法可包括使用一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器1觀、138來(lái)測(cè)量一個(gè)或多個(gè)熱源122和冷卻源124的溫度。此外，方法可包括使用密度傳感器132來(lái)測(cè)量卡林納循環(huán)的基本工作流體混合物的密度。此外，方法可包括使用壓力傳感器140來(lái)測(cè)量卡林納循環(huán)的工作流體的渦輪機(jī)入口壓力。方法也可包括使用一個(gè)或多個(gè)傳遞裝置將數(shù)據(jù)傳送至控制系統(tǒng)處理器。舉個(gè)例子，方法可包括使用傳遞裝置A、D將一個(gè)或多個(gè)熱源122和冷卻源124的溫度傳送至控制系統(tǒng)130的處理器。此外，或可選擇地，方法可包括使用傳遞裝置B將工作流體的濃度傳送至控制系統(tǒng)130的處理器。進(jìn)一步地，方法可包含使用傳遞裝置E將工作流體的渦輪機(jī)入口壓力傳送至控制系統(tǒng)130的處理器。此外，方法包含使用控制系統(tǒng)處理器基于數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算一個(gè)或多個(gè)實(shí)際參數(shù)的步驟。例如，方法可計(jì)算工作流體的實(shí)際濃度，在卡林納循環(huán)中工作流體的實(shí)際總量，或者在渦輪機(jī)入口處工作流體的實(shí)際壓力。進(jìn)一步地，方法可包含確定將提高卡林納循環(huán)效率的一個(gè)或多個(gè)最優(yōu)化參數(shù)的步驟。舉個(gè)例子，方法可包括基于熱源和/或冷卻源的實(shí)際溫度計(jì)算最適宜的工作流體濃度。 此外，或可選擇地，方法可包括基于渦輪機(jī)入口處工作流體的實(shí)際壓力來(lái)計(jì)算最適宜的工作流體濃度。方法也可包含將一個(gè)或多個(gè)實(shí)際參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)至最優(yōu)化參數(shù)的步驟。例如，方法可包含由操作排水槽控制閥136或分離槽液位控制閥508來(lái)調(diào)節(jié)基本工作流體混合物的濃度。此外，或可選擇地，方法可包含通過(guò)調(diào)節(jié)泵106的輸出來(lái)調(diào)節(jié)卡林納循環(huán)的工作流體的渦輪機(jī)入口壓力。本發(fā)明可具體表述為不違背其實(shí)質(zhì)或基本特征的其它具體形式。所述實(shí)施例被視為在各方面都只是說(shuō)明性和非限制性的。因此，本發(fā)明的范圍由附加權(quán)利要求而不是上述描述表示。所有等同于權(quán)利要求的意思和范圍中的改變都包含于其范圍之中。
權(quán)利要求
1.用于提高卡林納循環(huán)效率的控制系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)處理器；一個(gè)或多個(gè)傳感器，其適用于測(cè)量所述卡林納循環(huán)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)并且將測(cè)量的數(shù)據(jù)傳遞至所述控制系統(tǒng)處理器；一個(gè)或多個(gè)卡林納循環(huán)部件，其適用于通過(guò)所述控制系統(tǒng)處理器來(lái)控制以改變所述卡林納循環(huán)的一個(gè)或多個(gè)附加參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中一個(gè)或多個(gè)傳感器包含測(cè)量一個(gè)或多個(gè)熱源和冷卻源溫度的溫度傳感器。
3.如權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其中一個(gè)或多個(gè)所述卡林納循環(huán)參數(shù)包含一個(gè)或多個(gè)熱源溫度和冷卻源溫度，以及一個(gè)或多個(gè)附加參數(shù)包含基本工作流體的濃度。
4.如權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)卡林納循環(huán)部件包含排水槽液位控制閥。
5.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)傳感器包含排水槽液位傳導(dǎo)
6.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)傳感器包含渦輪機(jī)入口壓力傳感器。
7.如權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其中所述卡林納循環(huán)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)包含渦輪機(jī)入口處工作流體的壓力，以及所述一個(gè)或多個(gè)附加參數(shù)包含基本工作流體的濃度。
8.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)傳感器包含排水槽液位傳導(dǎo)器和槽液位傳導(dǎo)器。
9.如權(quán)利要求7所述的控制系統(tǒng)，其中所述卡林納循環(huán)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)包含所述卡林納循環(huán)中工作流體的總量，以及所述一個(gè)或多個(gè)附加參數(shù)包含基本工作流體的濃度。
10.提高卡林納循環(huán)效率的方法，包括在一個(gè)或多個(gè)指示卡林納循環(huán)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的傳感器處收集數(shù)據(jù)，所述卡林納循環(huán)效率取決于所述參數(shù)；使用一個(gè)或多個(gè)傳遞裝置將數(shù)據(jù)傳遞至控制系統(tǒng)處理器；使用控制系統(tǒng)處理器基于數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算一個(gè)或多個(gè)實(shí)際參數(shù)；確定將提高卡林納循環(huán)效率的一個(gè)或多個(gè)最優(yōu)化參數(shù)；和自動(dòng)地將一個(gè)或多個(gè)實(shí)際參數(shù)調(diào)節(jié)至一個(gè)或多個(gè)最優(yōu)化參數(shù)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中收集數(shù)據(jù)包含測(cè)量一個(gè)或多個(gè)熱源和冷卻源的溫度，和測(cè)量卡林納循環(huán)的基本工作流體混合物的密度。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中自動(dòng)調(diào)節(jié)包含通過(guò)操作排水槽控制閥調(diào)節(jié)基本工作流體混合物的濃度。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中自動(dòng)調(diào)節(jié)包含通過(guò)調(diào)節(jié)泵輸出來(lái)調(diào)節(jié)卡林納循環(huán)的工作流體的渦輪機(jī)入口壓力。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述卡林納循環(huán)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)包含一個(gè)或多個(gè)熱源溫度，冷卻源溫度，渦輪機(jī)入口處工作流體的壓力，和基本混合物的濃度。
15.用于實(shí)施熱力循環(huán)的裝置，包含膨脹器，其適用于使多成分蒸汽工作流膨脹并將其能量轉(zhuǎn)化為可用形式并且產(chǎn)生廢氣流；分離器，其適用于將廢氣流分為富流和貧流；槽，其適用于接收來(lái)自分離器的至少部分貧流并且保持其中貧流的總量；閥，其適用于改變排出槽的貧流的體積流率；混合器，其適用于將排出槽的貧流與富流混合而產(chǎn)生合并流；冷凝器，其適用于冷凝合并流而產(chǎn)生多成分工作流；第二熱交換器，其適用于加熱多成分工作流而產(chǎn)生蒸汽工作流；傳感器，其適用于測(cè)量多成分工作流的濃度比；和控制系統(tǒng)，其適用于響應(yīng)熱力循環(huán)參數(shù)的變化而自動(dòng)操作閥以改變多成分工作流的濃 t 匕。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，進(jìn)一步包含一個(gè)或多個(gè)熱源溫度傳感器和冷卻源溫度傳感器。
17.如權(quán)利要求15所述的裝置，進(jìn)一步包含渦輪機(jī)入口壓力傳感器。
18.如權(quán)利要求15所述的裝置，進(jìn)一步包含第二槽，其適用于接收來(lái)自冷凝器的多成分工作流并且保持其中多成分工作流的總量。
19.如權(quán)利要求15所述的裝置，進(jìn)一步包含第二分離器，其適用于將加熱的多成分工作流分為蒸汽工作流和貧飽和液體流。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，進(jìn)一步包含槽液位控制閥，其適用于控制第二分離器中貧飽和液體流的總量。
全文摘要
卡林納循環(huán)控制系統(tǒng)監(jiān)控卡林納循環(huán)的一個(gè)或多個(gè)運(yùn)行參數(shù)。所述系統(tǒng)計(jì)算出一個(gè)或多個(gè)最優(yōu)的運(yùn)行參數(shù)，其使得卡林納循環(huán)以提高的效率運(yùn)行。所述系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)至最優(yōu)參數(shù)以提高卡林納循環(huán)的效率。提高卡林納循環(huán)效率的方法包括將一個(gè)或多個(gè)運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)地調(diào)節(jié)至最優(yōu)化配置。
文檔編號(hào)F22B33/18GK102597433SQ201080040423
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者亨利·A·姆拉克, 馬克·D·米爾科利 申請(qǐng)人:再生工程有限責(zé)任公司