[发明专利]全氟庚烯在动力循环系统中的用途

说明书

本发明提供了一种通过利用包含全氟庚烯的工作流体将来自热源的热能转化成机械功或电力的方法。所述方法包括使用所述热源提供的热量加热工作流体；以及使经加热的工作流体膨胀以产生机械功。还提供了一种利用包含全氟庚烯的工作流体的有机朗肯动力循环系统。还提供了一种将被设计和被配置成使用包含HFC‑245fa的工作流体的有机朗肯动力循环系统的工作流体替换为包含全氟庚烯的工作流体的方法。

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求2016年2月25日提交的美国临时申请No.62/299,580 的权益，其公开内容全文以引用方式并入本文。

技术领域

本发明整体涉及动力循环系统；更具体地讲，涉及有机朗肯循环系统；并且再具体地讲，涉及在此类系统中使用有机工作流体。

背景技术

有机朗肯循环系统(ORC)因使用有机工作流体而得名，该有机工作流体使得这种系统能够从低温热源诸如地热、生物质燃烧器、工业废热等中捕集热量。捕集的热量可以由ORC系统转化为机械功和/或电力。根据液- 气相变化特性，诸如具有比水更低的沸点，来选择有机工作流体。

典型的ORC系统包括用于吸收热量以将液体有机工作流体蒸发成蒸气的蒸发器、用于蒸气膨胀的膨胀装置诸如涡轮机、将膨胀的蒸气冷凝回液体的冷凝器，以及使液体工作流体循环通过蒸发器以重复循环的压缩器或液体泵。当有机流体蒸气膨胀通过涡轮机时，它使涡轮机转动，涡轮机又使输出轴旋转。旋转的输出轴可通过机械连杆进一步连接以产生机械能或者转动发电机以产生电力。

有机工作流体在ORC系统中经历以下循环：通过压缩器的近绝热压力上升、通过蒸发器的近等压加热、在膨胀器中的近绝热膨胀，以及在冷凝器中的近等压热排放。通常选择1，1，1，3，3-五氟丙烷(也称为“R245fa”或者“HFC-245fa”)作为ORC系统中使用的工作流体，因为其适合用于低温热源的热力学性质、不易燃特性，以及没有臭氧破坏潜能(ODP)。然而，大多数可商购获得的动力循环设备的最大允许工作压力被限制在约3MPa，这将用 HFC-245fa作为工作流体运行的循环的蒸发温度限制在低于约145℃。

寻找能够在更大范围的条件下捕集热量、化学稳定并且仍环保的替代有机工作流体是一项持续的需求。

发明内容

本发明提供了在动力循环中将热量转换成机械功的方法。动力循环包括以下步骤：用热源将工作流体加热至足以加压工作流体的温度，并且使加压的工作流体做机械功。工作流体可包括选自2-全氟庚烯、3-全氟庚烯及其组合的全氟庚烯。该方法可利用亚临界动力循环、跨临界动力循环或者超临界动力循环。

本发明还提供了在朗肯循环中将热量转换成机械功的方法。朗肯循环包括以下步骤：用低温热源汽化液体工作流体、通过膨胀装置使所得蒸气膨胀以产生机械功、冷却所得膨胀蒸气以将蒸气冷凝成液体，以及将液体工作流体泵送至热源以重复该方法。工作流体可包括选自2-全氟庚烯、3- 全氟庚烯及其组合的全氟庚烯。

本发明还提供了具有主回路的有机朗肯循环系统，该主回路被配置成利用包含HFC-245fa的工作流体来将热量转化为机械功。主回路可装有含全氟庚烯的工作流体，该全氟庚烯选自2-全氟庚烯、3-全氟庚烯及其组合。有机朗肯循环系统还可包括次级热交换回路，该次级热交换回路被配置成将热量从远程热源传递到主回路。次级热交换回路也可装有含全氟庚烯的工作流体。

本发明还提供了一种用于替换装有HFC-245fa的有机朗肯循环系统的工作流体的方法。该方法包括以下步骤：将包含HFC-245fa的工作流体从 ORC系统中排出、任选地用包含全氟庚烯的工作流体冲洗ORC系统，以及将含全氟庚烯的工作流体装入ORC系统，该全氟庚烯选自2-全氟庚烯、3- 全氟庚烯及其组合。