[发明专利]有机兰金循环流体

说明书

本申请是申请日为2005年01月25日、国家申请号为200580003833.2(国际申请号为PCT/US2005/002086)、发明名称为“有机兰金循环流体”的分案申请。

技术领域

本发明总体上涉及有机兰金循环系统，尤其涉及所述系统中的改进工作流体的用途。

背景技术

公知的封闭式兰金循环包括用于蒸发动力流体的锅炉或蒸发器，从该锅炉供应蒸气以便驱动发电机或其它负载的涡轮机，用于使得来自该涡轮机的排出蒸气冷凝的冷凝器，以及用于使得冷凝的流体再循环到该锅炉的装置，例如泵。美国专利3,393,515说明和描述了这种系统。

这些兰金循环系统通常用于发电，发出的电力可供应给配电系统或电网，用于国内的民用和商用。在这些系统内所使用的动力流体通常是水，其中涡轮机由蒸气来驱动。供应给锅炉的热源可以是任何形式的化石燃料，例如油、煤、天然气或核能。在这些系统中涡轮机设计成在较高的压力和温度下工作，并且其制造和使用成本较高。

有机兰金循环(ORC)是用制冷剂(有机流体)代替水/蒸气作为工作流体的蒸气动力循环。功能上它类似于蒸气循环发电机：一种增加冷凝液体制冷剂压力的泵。通过从涡轮机或发动机废气中提取废热，将该液体在蒸发器/锅炉中蒸发。高压制冷剂蒸气在涡轮机中膨胀而产生电力。离开涡轮机的低压蒸气在流回泵进行重循环之前被冷却。

由于制冷剂具有某些特性，在发电ORC体系中使用具有确凿可靠性和性能记录的商购空调和制冷设备花费会非常高。

用于发电的兰金循环按照下面的四步顺序进行：

1.用泵升高绝热压力

2.在预热器，蒸发器和过热器中等压加热

3.在涡轮机中绝热膨胀

4.在冷凝器中等压热消耗

有机兰金循环中的主要热力学不可逆性是由于蒸发器中废热流和沸腾的制冷剂间温度的巨大温差造成的。废热流温度越高，此不可逆性就变得越大。在较高温度下能沸腾的有机流体具有降低废热流和有机兰金循环工作流体间温差的能力，从而可以获得更高的热力学ORC循环效率。流体可在高至临界温度的温度下沸腾，在该临界温度以上不沸腾。因此，具有较高临界温度的流体能获得更高的ORC循环效率。过去就已建议使用具有高临界温度的含氯流体作为ORC流体。例如R114，R113，R11，R141b和R123比R245fa的临界温度高，因而实质上获得的热效率就更高。然而，这些流体可燃和/或有毒，破坏臭氧层和/或具有显著的全球变暖影响。它们已经被禁用(CFC′s)或很快将会被禁用(HCFC′s)，因此将不能用于未来的ORC生产。

发明内容

因此本发明的目的是克服上述的现有技术问题。

本发明的另一目的是提供新的改进的有机兰金循环工作流体。

本发明的另一目的是提供能在较低压力和较低涡轮机机速下工作的有机兰金循环工作流体。

本发明的又一目的是提供具有高临界温度且环境友好的有机循环工作流体。

本发明的再一目的是提供在使用中经济实用且环境友好的兰金循环系统。

已经发现，最近作为灭火流体引入市场的一种有机流体具有作为有机兰金循环系统中的工作流体或制冷剂的独特用途。优选的流体实例是酮CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂，其临界温度高于最可接受的现有技术流体R245fa。此流体具有零臭氧层潜力和零全球变暖潜力，因此是环境友好的。