具有流體成分分離和多個冷凝器的高滑移流體動力生成系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種實(shí)例動力生成系統(tǒng)，包括蒸氣生成器、渦輪機(jī)、分離器和泵。在所述分離器中，所述工作流體的多種成分被彼此分離，并且被輸送到分離的冷凝器。分離的冷凝器中的每一個配置用于冷凝所述工作流體的單一成分。一旦所述成分中的每一種冷凝回到液體形式，這些成分就被重新組合并排放到泵，所述泵轉(zhuǎn)而驅(qū)動所述工作流體回到所述蒸氣生成器。
【專利說明】具有流體成分分離和多個冷凝器的高滑移流體動力生成系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求2012年I月6日提交的美國申請N0.13/345, 096的優(yōu)先權(quán)。
[0002]關(guān)于聯(lián)邦政府資助的研究或開發(fā)的聲明
本公開的該主題在能源部分派的合同N0.: DE-EE0002770下受到政府支持。因此，政府可以在所公開主題中具有一定權(quán)利。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本公開大體涉及一種利用高滑移工作流體的有機(jī)朗肯循環(huán)(Rankine cycle)動力生成系統(tǒng)。更具體地，本公開涉及一種分離工作流體的成分的系統(tǒng)，以便提高冷凝器的效能，提高系統(tǒng)的熱效率，并且相對于未分離流所需的冷凝器的成本降低冷凝器的成本。

【背景技術(shù)】
[0004]利用常規(guī)有機(jī)朗肯循環(huán)生成動力的系統(tǒng)典型地包括被加熱以變成干飽和蒸氣的工作流體。該蒸氣在渦輪機(jī)中膨脹，由此驅(qū)動渦輪機(jī)生成動力。在渦輪機(jī)中的膨脹降低了壓力，并且會使一些蒸氣冷凝。該蒸氣接著穿過冷凝器，以便將工作流體冷卻回到液體形式。工作流體接著借助于泵而被驅(qū)動穿過該系統(tǒng)。
[0005]在有機(jī)朗肯循環(huán)中利用的工作流體能夠是在給定壓力處具有不同冷凝和蒸發(fā)溫度的成分的組合。各成分的工作溫度差異被稱為“滑移(glide)”?；圃礁?，多成分混合物的泡點(diǎn)和露點(diǎn)之間的溫度差異就越大。如果系統(tǒng)正確設(shè)計(jì)以使與高滑移工作流體相關(guān)聯(lián)的可能后果降到最低，則高滑移工作流體提高該系統(tǒng)的效率。高滑移工作流體的各成分之間的工作溫度差異直接影響冷凝器效能、尺寸、成本和操作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]所公開的有機(jī)朗肯循環(huán)動力生成系統(tǒng)包括分離器，所述分離器用于以蒸氣形式分離工作流體，用于將高滑移工作流體對于所述系統(tǒng)的冷凝器的影響降到最低。
[0007]實(shí)例動力生成系統(tǒng)包括蒸氣生成器、渦輪機(jī)、分離器和泵。工作流體在所述蒸氣生成器中被加熱為干飽和蒸氣。該蒸氣在渦輪機(jī)之內(nèi)膨脹，以便使得渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)以提供動力生成。膨脹以驅(qū)動所述渦輪機(jī)的蒸氣離開所述渦輪機(jī)并且進(jìn)入所述分離器。在所述分離器中，所述工作流體的成分被彼此分離，并且被輸送到分離的冷凝器。所述冷凝器配置用于冷凝所述工作流體的單一成分。一旦所述成分中的每一種冷凝回到液體形式，這些成分就被重新組合并排放到泵，所述泵轉(zhuǎn)而驅(qū)動所述工作流體回到所述蒸氣生成器。
[0008]另一種所公開的系統(tǒng)包括冷凝器，所述冷凝器具有用于所述分離成分的每一種的多個出口。所述工作流體以蒸氣形式進(jìn)入所述冷凝器，在所述冷凝器中，每一成分以液體形式被分離開。已組合液體隨后被運(yùn)送到所述泵，用于再循環(huán)穿過所述系統(tǒng)。
[0009]本文所公開的這些以及其他特征能夠通過隨后的說明書和附圖得到最好地理解，下面是這些附圖的簡要說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為有機(jī)朗肯循環(huán)動力生成系統(tǒng)的示意圖。
[0011]圖2A為實(shí)例旋渦生成器的示意圖。
[0012]圖2B為實(shí)例旋渦生成器的示意性橫截面。
[0013]圖3A為另一實(shí)例旋渦生成器的示意圖。
[0014]圖3B為圖3A中的實(shí)例旋渦生成器的示意性橫截面。
[0015]圖4為實(shí)例可滲透膜分離器的示意圖。
[0016]圖5為另一有機(jī)朗肯循環(huán)動力生成系統(tǒng)的不意圖。
[0017]圖6為另一有機(jī)朗肯循環(huán)動力生成系統(tǒng)的不意圖。
[0018]圖7為另一有機(jī)朗肯循環(huán)動力生成系統(tǒng)的不意圖。
[0019]圖8為實(shí)例冷凝器的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]參考圖1，實(shí)例有機(jī)朗肯循環(huán)動力生成系統(tǒng)10包括蒸氣生成器18、渦輪機(jī)20、分離器24和泵30。多成分高滑移工作流體12在蒸氣生成器18中被加熱為干飽和蒸氣。蒸氣生成器18可以在低于或高于工作流體的臨界壓力的壓力處操作。該蒸氣在渦輪機(jī)20之內(nèi)膨脹，以便使得渦輪機(jī)20旋轉(zhuǎn)以提供動力生成。在該實(shí)例中，渦輪機(jī)20驅(qū)動發(fā)電機(jī)22產(chǎn)生電力。如意識到的，渦輪機(jī)20可以用于驅(qū)動其他動力生成裝置、例如蒸氣壓縮系統(tǒng)的熱系統(tǒng)或者例如泵、風(fēng)扇的輔助系統(tǒng)等。
[0021]有機(jī)朗肯循環(huán)動力生成系統(tǒng)10的實(shí)施有助于利用許多形式的熱能(包括來自地?zé)峋臒崮?以及由工業(yè)和商業(yè)過程及操作生成的廢熱。熱能或廢熱的其他源包括生物質(zhì)鍋爐、發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)、太陽熱、工業(yè)冷卻過程以及這些熱流的組合。有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)動力生成系統(tǒng)還可以被串聯(lián)以能夠形成更高效率或利用不同的熱流。因?yàn)镺RC系統(tǒng)的這種配置一般使用單一構(gòu)成的工作流體，其具有特別好地限定的“夾點(diǎn)(Pinch point)”或者在溫度廓線中工作流體和熱源的溫度之間的差異最小的點(diǎn)，所以這些資源的利用、熱的資源的kffe/gpm以及由此的轉(zhuǎn)換效率受到了限制。
[0022]膨脹以驅(qū)動渦輪機(jī)20的蒸氣離開渦輪機(jī)20并且進(jìn)入分離器24。在分離器24中，工作流體12的第一和第二成分14、16彼此分離。工作流體12的第一和第二成分14、16中的每一個隨后被排放到分離的第一和第二冷凝器26、28。第一和第二冷凝器26、28中的每一個將工作流體12的成分分離地冷凝為液體形式，該液體形式被排放到泵30。
[0023]實(shí)例系統(tǒng)10利用具有多成分14、16的工作流體12。不同成分14、16包括不同的熱屬性，并且因此在本領(lǐng)域中作為具有溫度滑移的工作流體而公知。溫度滑移是非共沸工作流體混合物在恒定壓力下在蒸發(fā)和冷凝期間的蒸氣相和液相之間的溫差。工作流體12的分離的第一和第二成分14、16的溫度滑移或熱屬性之間的差異的增大提高了有機(jī)朗肯循環(huán)動力生成系統(tǒng)10的轉(zhuǎn)換效率。
[0024]實(shí)例工作流體12優(yōu)選為包括由小箭頭表示的第一成分14和由大箭頭表示的第二成分16的高滑移工作流體12。滑移越高，第一和第二成分14、16之間的工作溫度差異就越大。該差異提高了系統(tǒng)10的轉(zhuǎn)換效率。然而，這樣的高滑移工作流體需要冷凝器的表面面積相當(dāng)大，以便提供將蒸氣冷凝為液體必須的期望熱傳遞。這些冷凝器的所需表面面積和尺寸能夠使這樣的高滑移系統(tǒng)不可行。
[0025]實(shí)例系統(tǒng)10包括將從渦輪機(jī)20排放的蒸氣分離為其個體成分的分離器24。在該實(shí)例中，分離器分離第一成分14和第二成分16，使得這些成分流動穿過對應(yīng)的第一和第二冷凝器26、28。因?yàn)榈谝缓偷诙淠?6、28中的每一個均設(shè)計(jì)為唯一地僅用于冷凝一種成分，所以冷凝器的配置可以被簡化。對于已分離成分，常規(guī)的公知換熱器設(shè)計(jì)可以被利用。一旦工作流體12的第一和第二成分14、16被分離并冷凝回到液體形式，它們就被再次組合，并且由泵30泵送回到蒸氣生成器18以便重新開始循環(huán)。
[0026]實(shí)例工作流體12包括兩種分離成分14、16。然而，要理解的是，工作流體12可以包括具有不同熱屬性的數(shù)種不同成分。在該實(shí)例中，在從渦輪機(jī)20被排放時，分離成分14、16中的每一種以基本蒸氣形式被引導(dǎo)穿過分離器24。已分離成分14、16被排放到分離的第一和第二冷凝器26、28，這些冷凝器中的每一個均單獨(dú)地配置為提供使蒸氣形式的該成分回到液相的期望冷凝。
[0027]次級冷卻流路徑25A、25B操作以在第一和第二冷凝器26、28中維持近似壓力，使得它們可以在對于每一個體成分14、16獨(dú)特的不同壓力和溫度處高效地操作。在該實(shí)例中，第一冷凝器28具有次級冷卻流路徑25A，該次級冷卻流路徑25A利用用于為冷凝器28維持期望溫度和壓力的液體。實(shí)例第二冷卻流路徑25A包括從源27抽取流體的泵29，該流體被泵送穿過冷凝器28?？刂崎y31調(diào)節(jié)流體流，以維持并控制冷凝器28之內(nèi)的條件。
[0028]冷凝器26具有次級冷卻流路徑25B，該次級冷卻流路徑25B利用空氣流21以控制冷凝器26之內(nèi)的包括壓力和溫度的條件。次級冷卻流路徑25B包括風(fēng)扇23以及控制風(fēng)扇23的操作的控制器19，以便提供將冷凝器14維持在冷凝第一成分14回到液體形式所需的條件處所需的期望空氣流21。次級冷卻流體(液體和/或空氣)的每一個的流量控制提供對不同冷凝器26、28的條件的單獨(dú)控制。應(yīng)當(dāng)理解的是，冷凝器26、28中的每一個能夠利用確定以控制分離冷凝器26、28之內(nèi)的條件的次級冷卻流。而且，冷凝器中的每一個還能夠利用被單獨(dú)控制用于每一冷凝器26、28的共用次級流。因而，取決于應(yīng)用的具體需要，用于每一個的次級流可以是液體、空氣或任何組合。
[0029]工作流體12的實(shí)例實(shí)施方式具有容易分離的兩種成分14、16。工作流體12還能夠包括能夠被分離的三種或更多種成分。這些流體能夠被分離，以便通過濃度優(yōu)化和操縱提高冷凝器性能或者提供用于容量控制的手段。
[0030]參考圖2A-B，實(shí)例分離器24為旋渦生成器32。旋渦生成器32圍繞軸線34旋轉(zhuǎn)以生成離心力。第一和第二成分14、16具有不同的分子量，并且由此受到由旋渦生成器32生成的旋轉(zhuǎn)和離心力的影響不同。由箭頭36表示的圍繞軸線34的旋轉(zhuǎn)生成的離心力從軸線34徑向向外驅(qū)動具有更高分子量的第二成分16。在該實(shí)例中，第二成分16具有大于第一成分14的分子量。因而，第二成分16被驅(qū)動到第一成分14的徑向外面，并隨后被排放出設(shè)置在軸線34的徑向外面的出口 38。分子量低于成分16的成分14基本保留在旋渦生成器32的徑向內(nèi)部空間之內(nèi)，并且被排放出基本沿著軸線34設(shè)置的出口 40。
[0031]一旦第一和第二成分14和16彼此分離同時仍然處于蒸氣形式，它們就被引導(dǎo)到對應(yīng)的第一和第二冷凝器26、28，如圖1所示。
[0032]實(shí)例旋渦生成器32配置為使得入口 35與軸線34成角度37，以便將在旋渦生成器32之內(nèi)引發(fā)期望蒸氣旋轉(zhuǎn)所需的能量降到最低。
[0033]參考圖3A-B，在另一實(shí)例旋渦生成器32’中，入口 39設(shè)置為與旋轉(zhuǎn)相切，以便使可用于渦流的動量增到最大。此外，工作流體12的壓力能能夠借助于噴嘴33轉(zhuǎn)換為動能，以產(chǎn)生工作流體12的噴流41。如果證明有必要，圖2A-B中的旋渦生成器32可以包括噴嘴33，以產(chǎn)生工作流體12的噴流。
[0034]參考圖4，分離模塊24還可以包括可滲透膜單元42。可滲透膜單元42包括選擇性可滲透膜44。包括第一和第二成分14、16的蒸氣形式的工作流體12的混合物進(jìn)入共用入口 45。選擇性可滲透膜44提供用于較小的第一成分14遷移穿過，同時防止較大的第二成分16通過。可滲透膜44的具體配置取決于用于分離的成分?？蓾B透膜44為包括開口的大致多孔結(jié)構(gòu)，這些開口的尺寸允許在設(shè)定的壓力差下的具體尺寸的僅一種成分或元素通過。橫跨可滲透膜的壓力差驅(qū)動第一成分14遷移，同時還驅(qū)動第二成分16穿過單元42。
[0035]在該實(shí)例中，可滲透膜44為管狀，并且提供用于僅使第一成分14遷移到環(huán)繞可滲透膜44的環(huán)形空間47內(nèi)。環(huán)繞可滲透膜44的環(huán)形空間47與第一出口 46連通。第一出口 46將第一成分14排放到對應(yīng)的冷凝器28，如圖1所示。具有更大結(jié)構(gòu)的第二成分16不能夠穿過實(shí)例可滲透膜44，并且因此穿過第二出口 48離開并到達(dá)第二冷凝器26。
[0036]實(shí)例可滲透膜單元42為包括由選擇性可滲透膜44限定的內(nèi)通道49的管狀單元。內(nèi)通道49由環(huán)形空間47環(huán)繞，該環(huán)形空間47接收已遷移的第一成分14，并且將其與第一出口 46連通。如意識到的，盡管實(shí)例可滲透膜單元42顯示為管狀配置，但是在本公開的設(shè)想之內(nèi)能夠利用可滲透膜的其他配置。
[0037]參考圖5，另一實(shí)例有機(jī)朗肯循環(huán)動力生成系統(tǒng)50被公開，并且包括渦輪機(jī)52，該渦輪機(jī)52包括旋渦部分54。如意識到的，渦輪機(jī)在工作部段中具有大渦流速度，但典型地設(shè)計(jì)為消除穿過出口開口的出口渦流，以便使等熵效率最大化。然而，在該實(shí)例中，實(shí)例渦輪機(jī)52有意設(shè)計(jì)為在從渦輪機(jī)52排放的蒸氣中產(chǎn)生足夠渦流。在旋渦部分54之內(nèi)引發(fā)的渦流提供對第一和第二成分14、16的分離。
[0038]已排放蒸氣的旋轉(zhuǎn)效果由箭頭62表示，并且有渦輪機(jī)52產(chǎn)生。由于渦輪機(jī)52引發(fā)的離心力，在蒸氣中弓丨發(fā)的渦流使得分子量更高的成分(例如該實(shí)例中的第二成分16 )被驅(qū)動到更輕的第一成分14的徑向外面。
[0039]第一開口 58與旋轉(zhuǎn)蒸氣的軸線60徑向隔開，并由此為更重的第二成分16提供出口。第二開口 56基本沿著旋轉(zhuǎn)軸線60設(shè)置，以便排放保留在旋渦部分54的中心區(qū)域之內(nèi)的第一成分14。
[0040]已分離的成分14、16隨后被輸送到分離的第一和第二冷凝器26、28。如上文早先討論的，第一和第二冷凝器26、28具體地配置成為對應(yīng)的第一和第二成分14、16中的每一個提供高效冷凝。如意識到的，因?yàn)榈谝缓偷诙淠?6、28中的每一個能夠具體地配置用于工作流體的單一成分，所以每一個冷凝器能夠更小更輕且包括小得多的內(nèi)部熱傳遞表面面積。
[0041]參考圖6，另一有機(jī)朗肯循環(huán)動力生成系統(tǒng)88被公開，并且包括接收從渦輪機(jī)組件92a、92b放出的工作流體12的分離部分的雙冷凝器26、28。在實(shí)例動力生成系統(tǒng)88中，分離器90設(shè)置在第一和第二渦輪機(jī)92a和92b之前。分離器90利用已生成旋渦將工作流體12的成分分離為其分離的部分和流。
[0042]渦輪機(jī)92a和92b中的每一個配置為最佳地利用工作流體12中的至少兩種成分之一操作。因而，在該實(shí)例中，分離器90產(chǎn)生旋渦，工作流體12流動到該旋渦內(nèi)。旋渦生成器分離工作流體12的更重和更輕的成分，使得它們能夠分離地被輸入到分離的渦輪機(jī)92a和92b內(nèi)。氣態(tài)工作流體12的膨脹驅(qū)動渦輪機(jī)92a和92b以為發(fā)電機(jī)22供應(yīng)動力。在該實(shí)例中，渦輪機(jī)92a和92b彼此平行設(shè)置，并且兩者都提供動力以驅(qū)動同一發(fā)電機(jī)22。然而，在本公開的設(shè)想之內(nèi)，渦輪機(jī)92a和92b可以設(shè)置在共用軸線上，和/或還可以為不同發(fā)電機(jī)22供應(yīng)動力。
[0043]附加地，徑向渦輪機(jī)典型地具有環(huán)渦形部段，以將蒸氣導(dǎo)引到渦輪機(jī)入口葉片或噴嘴內(nèi)。在噴嘴上游的該區(qū)域中的旋轉(zhuǎn)速度可以用于分離蒸氣成分，從而將流有效地分離到渦輪機(jī)92a、96b內(nèi)，并且隨后到冷凝器26、28內(nèi)。
[0044]參考圖7，另一有機(jī)朗肯循環(huán)動力生成系統(tǒng)64被公開，并且包括單個冷凝器68，該冷凝器68包括用于冷凝工作流體12的分離部分的多個部分。當(dāng)蒸氣可以直接接觸內(nèi)部熱傳遞表面時，該冷凝器操作最佳。當(dāng)液體在內(nèi)部表面上聚積時，熱傳遞的效率降低。因而，減少在冷凝器內(nèi)部表面上形成的液體的量使冷凝器效率提高。
[0045]在該實(shí)例中，工作流體12包括第一和第二成分14、16以及由流體箭頭15表示的第三成分。從渦輪機(jī)20排放的工作流體12處于蒸氣形式，并且被輸送到實(shí)例冷凝器68。實(shí)例冷凝器68包括與工作流體的成分的數(shù)量對應(yīng)的多個出口 70、72、74。這些出口中的每一個配置為輸送并排放工作流體12的各成分中的分離的一種。在該實(shí)例中，第一出口 70接收第一成分14。第二出口 72接收中間成分15，并且第三出口 74接收工作流體的最易揮發(fā)或最重的成分16。因?yàn)槔淠鞑慷芜B接到共用集管，所以期望以近似壓力操作每一部段。這能夠例如通過調(diào)節(jié)每一部段的冷凝溫度來完成，調(diào)節(jié)每一部段的冷凝溫度是通過調(diào)節(jié)次級冷凝器冷卻劑流以實(shí)現(xiàn)近似壓力。一旦工作流體12的成分以液體形式離開冷凝器68，它們就再次組合，用于由共用泵30泵送到蒸氣生成器18。
[0046]在另一實(shí)施方式中，工作流體12包括成分14和16。從渦輪機(jī)20排放的工作流體12處于蒸氣形式，并且被輸送到實(shí)例冷凝器68。在該實(shí)例中，冷凝器68包括對應(yīng)于工作流體的成分14和16的出口 70和74。這些出口中的每一個配置為輸送并排放工作流體12的各成分中的分離的一種。在該實(shí)例中，第一出口 70接收第一成分14。第二出口 74接收工作流體中的最易揮發(fā)或最重的成分16。
[0047]而且，液體還可以隨著其形成而被分離開，無論液體對應(yīng)于哪一種成分。該方法使得內(nèi)部熱傳遞表面上的液體層的厚度受到控制，以便提供期望水平的冷凝熱傳遞效能。實(shí)例冷凝器68可以包括離散放置的中間出口，用于隨著液體形成并在內(nèi)部壁上聚集而移除該液體，以便增強(qiáng)大量蒸氣和內(nèi)部壁之間的冷凝熱傳遞。此外，液體的分離防止與非共沸工作流體混合物相關(guān)聯(lián)的附加質(zhì)量和熱傳遞阻力。該附加阻力由降低的界面溫度引起，如果液體未被移除就會存在該降低的界面溫度。因而，盡管該實(shí)例被描述為具有取決于工作流體的不同成分的冷凝屬性而定位的出口，但是這些出口還可以基于液體的預(yù)定厚度放置，這將使在內(nèi)部壁上的液體聚集的影響降到最低，并且提高工作流體蒸氣和冷凝器68之間的熱傳遞。
[0048]參考圖8，實(shí)例冷凝器68被示意性地顯示，并且包括具有入口 76的入口集管78。實(shí)例高滑移工作流體12包括第一成分14、第二成分16和第三成分15。所有這些成分被組合，并且被輸送到實(shí)例冷凝器68的共用入口 76。
[0049]實(shí)例冷凝器68還包括第一中間集管80、第二中間集管82和出口集管84。第一集管80限定第一出口 70，第二集管82限定第二出口 72，并且第三集管84限定第三出口 74。
[0050]第一集管80和第一出口 70接收工作流體12的最不易揮發(fā)的成分。換句話說，實(shí)例工作流體的最不易揮發(fā)的成分14首先冷凝為液體形式，并且在第一出口 70處以液體形式從冷凝器68排放。中間易揮發(fā)成分15從第二出口 72排放。如意識到的，中間易揮發(fā)成分15將在最不易揮發(fā)成分之后冷凝，并且由此以液體形式被排放穿過第二出口 72。最易揮發(fā)成分16隨著其最后冷凝回到液體形式而行進(jìn)穿過最后出口 74。一旦所有成分14、16和18被冷凝為液體形式，它們就被輸送回到泵30，并且經(jīng)受加熱過程以產(chǎn)生驅(qū)動渦輪機(jī)20所需的蒸氣。
[0051]在另一實(shí)施方式中，工作流體12包括成分14和16。從渦輪機(jī)20排放的工作流體12處于蒸氣形式，并且被輸送到實(shí)例冷凝器68。在該實(shí)例中，冷凝器68包括分別對應(yīng)于中間集管80和出口集管84以及工作流體的成分14和16的出口 70和72。這些出口中的每一個配置為輸送并排放工作流體12的各成分中的分離的一種。在該實(shí)例中，第一出口 70通過集管80接收第一成分14。第二出口 74通過集管84接收工作流體中的最易揮發(fā)或最重的成分16。
[0052]因而，實(shí)例系統(tǒng)提供使用高滑移工作流體，以在利用個體冷凝器的同時獲得有益的效率，這些個體冷凝器被限定并配置為冷凝分離成分中的每一種。該系統(tǒng)免除了單一冷凝器的需要，以便包括允許冷凝高滑移工作流體中的所有成分的配置。這提高了實(shí)施這樣的高滑移動力生成系統(tǒng)的效率和實(shí)用性。
[0053]盡管已經(jīng)公開了實(shí)例實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會意識到，某些修改將會落在本公開的范圍之內(nèi)。出于該原因，所附權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)被研究以確定本發(fā)明的范圍和內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種動力生成系統(tǒng)，包括: 工作流體，所述工作流體包括具有不同熱屬性以在冷凝和蒸發(fā)期間提供溫度滑移的至少兩種成分； 蒸氣生成器，所述蒸氣生成器用于將所述工作流體轉(zhuǎn)化為蒸氣； 渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)通過已蒸發(fā)工作流體的膨脹驅(qū)動； 分離器，所述分離器用于分離所述工作流體的所述至少兩種成分； 冷凝器，所述冷凝器用于將所述至少兩種成分轉(zhuǎn)化回到液體形式；以及 泵，所述泵用于將液體形式的所述工作流體驅(qū)動回到所述蒸氣生成器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力生成系統(tǒng)，其中，所述冷凝器包括從所述分離器接收蒸氣形式的所述至少兩種成分中的一種的至少兩個分離冷凝器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力生成系統(tǒng)，其中，所述分離器包括選擇性可滲透膜，所述工作流體的所述至少兩種成分中的一種可以穿過所述選擇性可滲透膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力生成系統(tǒng)，其中，所述分離器生成離心力，所述離心力將所述工作流體的所述至少兩種成分中的一種驅(qū)動到所述成分中的另一種的徑向外面。
5.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的動力生成系統(tǒng)，其中，所述分離器包括所述渦輪機(jī)的一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的動力生成系統(tǒng)，其中，所述渦輪機(jī)在蒸氣形式的所述工作流體中生成渦流，與所述至少兩種成分中的另一種相比，所述渦流驅(qū)動所述至少兩種成分中的更重成分進(jìn)一步徑向向外。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的動力生成系統(tǒng)，包括用于所述至少兩種成分中的一種的第一出口，所述第一出口在用于所述至少兩種成分的第二出口的徑向外面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力生成系統(tǒng)，其中，所述分離器和所述冷凝器設(shè)置在共用外殼中，所述冷凝器包括與所述工作流體之內(nèi)的成分?jǐn)?shù)量對應(yīng)的多個出口，其中，所述工作流體之內(nèi)的所述成分中的每一種被排放穿過所述多個出口中的對應(yīng)的一個出口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力生成系統(tǒng)，其中，至每一冷凝器的次級冷卻流被調(diào)節(jié)，以控制冷凝溫度，并因此在所有平行冷凝器中實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的冷凝壓力。
10.一種動力生成系統(tǒng),包括: 工作流體，所述工作流體包括具有不同熱屬性以在冷凝和蒸發(fā)期間提供溫度滑移的至少兩種成分； 蒸氣生成器，所述蒸氣生成器用于將所述工作流體轉(zhuǎn)化為蒸氣； 渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)通過已蒸發(fā)工作流體的膨脹驅(qū)動； 冷凝器，所述冷凝器用于將所述至少兩種成分轉(zhuǎn)化回到液體形式，其中，所述冷凝器包括與所述工作流體之內(nèi)的成分?jǐn)?shù)量對應(yīng)的多個出口，使得所述工作流體的所述至少兩種成分中的每一種穿過所述多個出口中的一個對應(yīng)的不同出口離開所述冷凝器；以及 泵，所述泵用于將液體形式的所述工作流體驅(qū)動回到所述蒸氣生成器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的動力生成系統(tǒng)，其中，所述冷凝器包括與所述多個出口對應(yīng)的多個集管。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的動力生成系統(tǒng)，其中，所述工作流體的所述至少兩種成分中的最不易揮發(fā)的成分在所述工作流體的所述至少兩種成分中的更易揮發(fā)的成分之前從所述冷凝器被排放。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的動力生成系統(tǒng)，其中，至每一冷凝器隔間的次級冷卻流被調(diào)節(jié)，以控制冷凝溫度，并因此在所有平行冷凝器中實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的的冷凝壓力。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的動力生成系統(tǒng)，其中，對應(yīng)的至少一種成分中的每一種從所述多個出口中的對應(yīng)的一個出口以基本液體形式被排放到所述泵。
15.—種操作有機(jī)朗肯循環(huán)動力生成系統(tǒng)的方法,包括: 加熱具有至少兩種不同成分的工作流 體，每一種成分具有不同的熱屬性，以在冷凝以及在蒸氣生成器之內(nèi)蒸發(fā)以生成蒸氣期間提供溫度滑移； 使已生成的蒸氣膨脹以驅(qū)動渦輪機(jī)； 通過根據(jù)不同熱屬性的成分，分離從所述渦輪機(jī)排放的蒸氣的所述至少兩種不同成分； 將已分離的至少兩種不同成分中的每一種冷凝為液體形式；以及 將所述至少兩種成分的液體形式泵送回到所述蒸氣生成器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的操作有機(jī)朗肯循環(huán)動力生成系統(tǒng)的方法，包括:在蒸氣中生成離心力，以便基于分子量分離所述至少兩種成分。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，包括:利用所述渦輪機(jī)生成所述離心力。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，包括:通過選擇性可滲透膜分離所述至少兩種不同成分。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，包括:在冷凝器之內(nèi)分離所述至少兩種不同成分，所述冷凝器包括與所述工作流體的所述至少兩種成分對應(yīng)的多個出口，使得所述工作流體的所述至少兩種成分中的每一種穿過所述多個出口中的對應(yīng)的一個出口從所述冷凝器被排放。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，至每一冷凝器的次級冷卻流被調(diào)節(jié)，以控制冷凝溫度，并因此在所有平行冷凝器中實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的冷凝壓力。
【文檔編號】F01K25/06GK104081009SQ201380004804
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月6日
【發(fā)明者】A.M.馬蒙德, J.李, T.D.拉德克里夫 申請人:聯(lián)合工藝公司