[发明专利]热机

说明书

公开了一种热机（10），包括：热交换器（12），以将热量从热源（100）传递到工作流体；容积式膨胀机（16），被配置为从热交换器（12）接收入口工作流体并将膨胀的工作流体作为多相流体排出，使得膨胀的工作流体和入口工作流体之间具有总体积膨胀比，该总体积膨胀比是入口工作流体的入口干度的函数；可变膨胀阀（14），设置在热交换器（12）和膨胀机（16）之间，阀被配置为在工作流体中引入可变压降以改变入口干度；以及控制器（30），被配置为通过控制阀（14）来保持总体积膨胀比，以补偿到或来自工作流体的可变热传递。

技术领域

本发明涉及一种包括容积式膨胀机的热机。

背景技术

热机是一种众所周知的通过热量发电的热力系统，通常包括初级热交换器、膨胀机、冷凝器和压缩机(或泵)，它们在闭路中输送工作流体。

由于工作流体通过涡轮机会膨胀，热机通常使用膨胀涡轮机来产生动力。

容积式膨胀机已经提出可作为替代类型的膨胀机，相比于传统涡轮机，其可以具有更高的峰值操作效率。螺杆膨胀机是特殊类型的容积式膨胀机。包括容积式膨胀机的热机已经提出，其中膨胀机接收两相(即液体和气体)工作流体并排出膨胀的两相工作流体。在这种热机中，膨胀效率达到最佳，此时遍及膨胀机的总体积膨胀比与膨胀机的几何膨胀比基本匹配。

发明内容

如本领域所已知，几何膨胀比与容积式腔室的腔室的相对体积占比有关。在本领域中，该比可被称为内置体积比(或BIVR)，并且该术语在本公开中全篇使用。

根据第一方面，提供一种热机，包括：热交换器，以将热量从热源传递到工作流体；容积式膨胀机，被配置为从热交换器接收入口工作流体并将膨胀的工作流体作为多相流体排出，使得膨胀的工作流体和入口工作流体之间具有总体积膨胀比，该总体积膨胀比是入口工作流体的入口干度的函数；可变膨胀阀，设置在热交换器和膨胀机之间，阀被配置为在工作流体中引入可变压降以改变入口干度；以及控制器，被配置为通过控制阀来保持总体积膨胀比，以补偿到或来自工作流体的可变热传递。

总体积膨胀比可以是工作流体的热力学性质的函数，特别地其可以包括(但不限于)入口工作流体的入口干度。

总体积膨胀比可以是多个热力学性质的函数，例如入口工作流体的入口干度、入口工作流体的压力、膨胀机出口处的工作流体的压力和热机中工作流体的质量流量。

控制器可以被配置为将总体积膨胀比保持在与膨胀机的内置体积比相对应的最佳范围内。

控制器可以被配置为监测与总体积膨胀比有关的操作参数。控制器可以被配置为基于所监测的操作参数来控制阀。

操作参数可以选自由以下组成的组：

热源的热力学性质；

热源的流量；

冷却流的热力学性质，热量从热机中的工作流体向冷却流传递；

冷却流的流量；

在热机中的监测位置处的工作流体的热力学性质，例如工作流体的温度、压力或相组成；

工作流体的质量流量；

热机的泵的循环设定；

到两相膨胀机的工作流体的入口干度；

与膨胀机的转速有关的转速参数。

流体的热力学性质可以是流体的温度、压力或相组成。

控制器可以被配置为基于该或每个监测的操作参数，通过参考数据库或模型来确定阀的阀设定。