CN104040118A - 有机郎肯循环热力引擎 - Google Patents
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Abstract
一种ORC热力引擎，其包括：工作流体回路，其包括：汽化器，其用于加热和汽化工作流体；冷凝器，其用于冷却和凝结所述工作流体；以及容积式膨胀机-发电机(16)，其具有与所述汽化器流体连接的入口，以及与所述冷凝器流体连接的出口；所述ORC热力引擎还包括：控制系统(22)，其耦合至所述容积式膨胀机-发电机，并且包括开关(26)和驱动装置(24)，所述开关可以在第一状态和第二状态之间切换。
Description
本发明涉及ORC热力引擎，并且更具体地，涉及带有用于对该ORC热力引擎进行控制的控制系统的改进的ORC热力引擎。
背景技术
人们所知的比如热力和电力结合(CHP)装置的热力引擎是基于有机郎肯循环(ORC)模块的热力引擎。这种类型的引擎采用在单个部件中连接到发电机(比如永磁发电机)的容积式装置(比如涡旋式膨胀机)。这种CHP装置可以代替传统的燃气锅炉来提供集中供暖和热水所需的热量，同时产生作为其副产品的电力。
在图1A中大概示出了已知的简单ORC热力引擎10。该ORC具有工作流体回路12，工作流体回路12包括汽化器14、容积式膨胀机-发电机16、冷凝器热量交换器18、以及泵20，其中汽化器14作为热力源来加热绕着工作流体回路12循环的工作流体，冷凝器热量交换器18作为散热器来冷却工作流体。汽化器热量交换器14、膨胀机-发电机16、冷凝器18、以及泵20中的每一个在工作流体回路12中串行流体连接。膨胀机-发电机16具有与汽化器14流体连接的入口，以及与冷凝器18流体连接的出口。泵20被布置在冷凝器18与汽化器14之间的工作流体回路12中，但是在冷凝器18到膨胀机-发电机16的工作流体回路的相对侧。
在稳定状态工作时，工作流体在汽化器14中以高压(压力P1)和高温(T1)被汽化。汽化器14接收热量输入Q输入并做功W输入以将工作流体的温度提高到温度T1。汽化的气态流体随之通过膨胀机-发电机16膨胀从而产生电能We。气体以低压P2和低温T2从膨胀机-发电机16离开，并且随后在冷凝器18中经冷凝变回液态，潜在的冷凝热量被释放到冷却回路(未示出)。冷凝器18接收冷却剂以从工作流体中去除能量W输出和热量Q输出。低温T2’和低压P2的液态工作流体随后由泵20以高压P1泵送回汽化器，从而完成循环。
在启动图1A的ORC热力引擎10之后，向汽化器14和冷凝器18分贝提供加热Q输入和制冷Q输出，并且泵20运行以提供高压P1并使工作流体进入到汽化器14。初始时，膨胀机-发电机16并不转动，因此没有工作流体绕着工作流体回路12流动。由于密封和所承受的摩擦力再加上发电机部件的质量，所以在泵20开始运行时，膨胀机-发电机16并不开始转动。此外，当膨胀机试图膨胀气囊时，在膨胀机-发电机16两侧开始产生负压差，所述气囊在不工作时已经与低压工作流体平衡。
为了克服这种最初的“静态阻力”，需要很大的初始入口压力来启动转动。这种初始的高启动压力由泵20来提供。然而，因为膨胀机-发电机16在初始时并不转动，所以仅有非常少的工作流体流过泵20。这种情况对泵20的使用寿命和性能都是有害的，因为泵20可能过热并且可能减少其中的润滑作用。
在启动时可能出现的一种不希望的情况是，泵20在没有工作流体的时候就开始运行。这是可能发生的，其中非转动的膨胀机-发电机16充当了沿着工作流体回路12的阻挡物，而泵20的作用是将工作流体向着汽化器14进行转移。如果没有工作流体的充分循环，那么全部体积的工作流体都有可能被泵入到汽化器14中，从而引起泵20在没有工作流体的情况下运行，由此增加了泵的磨损并降低了其使用寿命。
为了成功的取代传统的燃气锅炉，从运营者的角度看，比如CHP装置的ORC热力引擎应该能够在一定的温度范围和热力需求范围中运行，并且应该能够以与传统的燃气锅炉系统相同的方式被打开或关闭。
本发明的目的是提供相对于现有技术的ORC热力引擎有所改进的ORC热力引擎，例如，这是通过使其具有改进的启动时间、改进的部件使用寿命和部件性能、或提高的运行效率实现的。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种有机郎肯循环(ORC)热力引擎，该热力引擎包括：
工作流体回路，其包括：
汽化器，其用于加热和汽化工作流体；
冷凝器，其用于冷却和凝结工作流体；以及
容积式膨胀机-发电机，其具有与汽化器流体连接的入口，以及与冷凝器流体连接的出口；所述ORC热力引擎还包括：
控制系统，其耦合至容积式膨胀机-发电机，并且包括开关和驱动装置，开关可以在第一状态和第二状态之间切换，
其中开关在所述第一状态被耦合到驱动装置，并且容积式膨胀机-发电机由驱动装置可驱动，并且开关在所述第二状态不被耦合到驱动装置，或驱动装置被关断，并且容积式膨胀机-发电机不由驱动装置可驱动。
优选地，工作流体回路还包括泵，其用于提高绕着工作流体回路循环的工作流体的压力。另外地或可选择地，控制系统优选地还包括感测装置，感测装置用于感测所述ORC热力引擎的运行条件。
控制系统优选地还包括处理装置，其用于响应于输入在所述第一状态和所述第二状态之间切换开关。在特别优选地实施方式中，所述处理装置被耦合到感测装置，并且所述处理装置被配置成在满足预定运行条件时在所述第一状态和所述第二状态之间切换开关。
优选地，感测装置包括第一感测装置和第二感测装置，
其中所述第一感测装置被配置成感测容积式膨胀机-发电机的转动速度，并且调节驱动装置的输出，以使在开关处于所述第一状态时，保持容积式膨胀机-发电机的实质上固定的转动速度，并且
其中所述第二感测装置被配置成感测驱动装置的运行参数。
优选地，当驱动装置的输出小于或等于预定阈值时所述预定运行条件得到满足。
在一个优选实施方式中，容积式膨胀机-发电机包括都在公共轴上的膨胀机和发电机，而且泵在所述公共轴上被耦合到膨胀机-发电机。在一个特别优选的实施方式中，泵被布置在所述膨胀机和所述发电机之间。
所述开关包括电机械开关，并且优选地包括电机械三极转换开关(3PCO)。在可选择的实施方式中，开关优选地包括一个或多个固态继电器或半导体开关。
膨胀机-发电机优选地包括涡旋式膨胀机，并且优选地包括永磁发电机。驱动装置优选地包括马达并且开关包括离合器，所述离合器用于将马达与膨胀机-发电机连接和断开，其中优选地，驱动装置包括转换器。所述转换器优选地被配置成从直流总线中汲取电力并且向容积式膨胀机-发电机供应3相电流以驱动容积式膨胀机-发电机。另外地或可选择地，所述转换器可以切换以用作整流器，以使当容积式膨胀机-发电机产生3相电流时，所述转换器用作整流器以对所述3相电流进行转换以产生用来供应给DC母线的直流(DC)电流。在这个优选实施方式中，所述转换器的切换在容积式膨胀机-发电机开始产生电流、反转电流方向时自动发生。
优选地，所述第一感测装置被配置成通过调节供应给所述转换器的电流来调节所述转换器的输出，并且其中由所述第二感测装置所感测的所述转换器的运行参数是供应给所述转换器的电流。
在一个实施方式中，所述预定的运行条件在正供应给所述转换器的所述电流小于或等于预定阈值(优选地大约0A)时优选地得到满足。
本发明的ORC热力引擎优选地还包括再生器热量交换器，其被布置成帮助离开容积式膨胀机-发电机的出口的工作流体和进入汽化器的工作流体之间的热量交换。
根据本发明的第二方面，提供了一种电气系统，其包括根据本发明的第一方面的ORC热力引擎，以及电气负载，其被布置成在开关处于所述第二状态时电气耦合到膨胀机-发电机，以使所述电气负载能够通过由膨胀机-发电机产生的电力供电。
根据本发明的第三方面，提供了用于控制ORC热力引擎的控制系统，其包括：
转换器；
开关，其可以在第一状态和第二状态之间进行切换；
感测装置，其被耦合到开关并且被配置成感测所述ORC热力引擎的运行条件；以及
处理装置，其被耦合到感测装置，所述处理装置被配置成在预定运行条件得到满足时在所述第一状态和所述第二状态之间切换开关；
其中在所述第一状态中，开关被电气耦合到所述转换器，并且在所述第二状态中，开关不被电气耦合到所述转换器，使得当控制系统被连接到包含容积式膨胀机-发电机的热力引擎时，所述容积式膨胀机-发电机在开关处于所述第一状态时由所述转换器可驱动，并且所述容积式膨胀机-发电机在开关处于所述第二状态时不由所述转换器可驱动。
根据本发明的第四方面，提供了用于控制ORC热力引擎的方法，所述方法包括下列步骤：
(i)提供根据本发明的第一方面的ORC热力引擎，并且使开关处于所述第一状态；
(ii)运行驱动装置以驱动所述容积式膨胀机-发电机，并且以此绕着工作流体回路循环工作流体；
(iii)将开关从所述第一状态切换到所述第二状态以使膨胀机-发电机由所述循环工作流体驱动而不是由驱动装置驱动，并且产生电力。
在优选实施方式中，所述ORC热力引擎的工作流体回路还包括泵，泵用来提高绕着工作流体回路循环的工作流体的压力，并且其中所述方法还包括下列步骤：
(iv)在步骤(iii)之前，运行泵以提高所述循环工作流体的压力。
另外优选地，所述ORC热力引擎的容积式膨胀机-发电机包括都在公共轴上的膨胀机和发电机，而且泵被在所述公共轴上耦合到膨胀机-发电机，并且其中步骤(iv)和步骤(ii)同时执行。所述ORC热力引擎的控制系统优选地还包括：
感测装置，其用于感测热力引擎的运行条件；以及
处理装置，其耦合到感测装置，
其中所述处理装置在预定的运行条件满足时自动地执行步骤(iii)。在一个优选实施方式中，泵被布置在所述膨胀机和所述发电机之间，尽管在其他的实施方式中不一定需要这样布置。
另外优选地，感测装置包括第一感测装置和第二感测装置，
其中所述第一感测装置感测容积式膨胀机-发电机的转动速度并对驱动装置的输出进行调节以使在开关处于第一状态时保持膨胀机-发电机的实质上固定的转动速度，以及
所述第二感测装置感测驱动装置的运行参数；并且
其中当驱动装置的输出小于或等于预定阈值时所述预定运行条件得到满足。
在可选择的实施方式中，感测装置优选地感测由泵产生的工作流体中的压力提升，并且在所感测的压力提升大于或等于预定阈值时，所述预定运行条件得到满足。
在任何实施方式中，所述方法优选地还包括在执行步骤(iii)之前通过开关将膨胀机-发电机连接到电气负载的步骤，其中在步骤(iii)之后，由膨胀机-发电机产生的电力通过开关被供应到电气负载。驱动装置优选地包括转换器。
附图说明
本发明的实施方式在此后将参照附图进行进一步描述，在下面的附图中：
图1A大致示出了已知的有机郎肯循环(ORC)热力引擎；并且
图1B大致示出了包括再生器热量交换器的类似的ORC热力引擎；以及
图2示出了根据本发明的实施方式的包含控制系统和连接负载的ORC热力引擎。
具体实施方式
图1A大致示出了已知的构成热力引擎的基本部件的有机郎肯循环(ORC)10。在图2中大致示出了根据本发明的实施方式的电力系统，所述电力系统包括具有ORC系统10(仅示出了一部分)和控制系统22以及连接的电气负载30的热力引擎100。本发明的ORC系统10实质上等同于图1A的ORC系统并且包含相同的部件，也就是包括汽化器14、容积式膨胀机-发电机16、冷凝器热量交换器18、以及泵20的工作流体回路12，其中汽化器14作为热力源来加热绕着工作流体回路12循环的工作流体，冷凝器热量交换器18作为散热器来冷却工作流体。
图1B示出了可以被用作本发明的部分的改良的ORC10’。改良的ORC10’包含再生器热量交换器32。再生器热量交换器32是系统中用来帮助提高系统性能的另外的热量交换器。在理想条件下，将不需要再生器热量交换器32，然而，在实际系统中通常不可能将工作流体的热动力学性质匹配到ORC10’中在特定时刻遇到的准确的压力和温度。例如，在实际系统中，离开容积式膨胀机-发电机16的工作流体，一旦膨胀，仍然处于过热状态。相反地，在理想系统中，工作流体仅仅会稍微过热，或者甚至是饱和蒸汽。再生器32带走了现实界系统中存在的一些多余热量，并在工作流体进入汽化器14之前将其(Qex)传递给循环的相对侧上的工作流体。通过提供这种校正措施，再生器32通过补偿所选择的工作流体和理想工作流体之间的轻微的不匹配，使得系统10’能够被调谐到最佳效率。因此，再生器32降低了系统10’的热量功率比，这是微结合的热量和功率产品的优点。
控制系统22包括转换器24、开关26、以及感测装置28。控制系统22被耦合到ORC10/10’的容积式膨胀机-发电机16。开关26在第一状态和第二状态之间可切换。在第一状态中，开关26电气耦合到转换器24，并且容积式膨胀机-发电机16在转换器被供应电力P输入时由转换器可驱动。在第二状态中，开关26不被电气耦合到转换器24，并且容积式膨胀机-发电机16不由转换器可驱动。然而，在第二状态中，开关26将电气负载30电气耦合到膨胀机-发电机16，从而使膨胀机-发电机16产生的电力可以给电气负载30供电。
尽管本发明被描述为具有作为控制系统的部分的转换器，其用于选择性地驱动膨胀机-发电机，但是可选择的实施方式可以采用比如马达的任何合适的驱动装置，以选择性地驱动膨胀机-发电机，其中由开关确定驱动装置是否能够驱动膨胀机-发电机。
人们还知道在一些系统中转换器可以被采用为整流器。一些转换器包含跨接开关晶体管的“续流”二极管，其通常是IGBT类型的半导体，从而允许所驱动的机器自由盘旋。当所驱动的机器正在产生电力时，人们所知的是续流二极管可以被用来对来自机器的AC电力进行整流并将其转换成DC电力。所描述的这些系统包括DC轨，其向与电网连接的转换器馈电，用于将CHP系统中产生的电力输出到家居供电干线中。可能通过这种方式来使用转换器驱动涡旋式膨胀机，并且在其一旦在发电且准备好被转换且馈送进单相供电干线时，就使用同一个转换器来将从膨胀机-发电机输出的三相交流电力整流为DC。
感测装置28能够感测热力引擎100的一个或多个运行条件。在一个实施方式中，控制系统22还包括处理装置(未示出)，其用于响应于输入在第一状态和第二状态之间切换开关26。例如，输入可以是用户输入或自动输入(比如来自感测装置28的输入)。在优选实施方式中，处理装置被布置成在预定运行条件(如被感测装置28感测到的)满足时切换开关26。在另一个优选实施方式中，感测装置28包括第一感测装置和第二感测装置，其中第一感测装置被配置成感测容积式膨胀机-发电机16的转动速度，并且调整供应给转换器24的电流，从而在开关26处于第一状态时保持固定的转动速度。第二感测装置被配置成感测正被供应给转换器的电流。当第二感测装置感测到正被供应给转换器24的电流将小于或等于预定阈值(例如，约0A)时，预定运行条件得到满足，并且处理器在第一状态和第二状态之间切换开关26。
在系统启动时，膨胀机-发电机16通过开关26被连接到转换器24。最初时，转换器24以相比于膨胀机-发电机16的运转速度(例如，3600rpm)的相对慢(例如，大约800rpm)却固定的转动速度驱动膨胀机-发电机16。当膨胀机-发电机16正在转动时，它不充当在工作流体回路12中的闭合阀，而且热动力工作流体能够绕着回路12循环。在启动时，这种驱动布置允许来自汽化器14的热量绕着ORC系统10/10’传递，从而使其比在如果膨胀机-发电机16不转动时的情形下、或如果ORC系统10/10’是通过冷凝器18由低温预加热回路加热时加热得更快。这种处理也迅速加热了ORC系统10/10’的在操作性运行状态中热的区域，而不是加热冷凝器18，该冷凝器18在其操作性运行状态中温度更低一些。因此，更快的获取了ORC系统10/10’的操作性运行状态条件。
一旦ORC系统10/10’已被充分加热，或者一旦获得了设定程度的局部冷却，那么就可以开启泵20来增大工作流体的压力且提供压力提升，从而提高在膨胀机-发电机16入口处的压力。当很少的流体流绕着工作流体回路12流动时，转动的膨胀机-发电机16充当容积式泵，其有效地将工作流体馈送给泵20。这样防止了泵20在没有工作流体时运行，因此最小化了泵的磨损且提高了泵的使用寿命。
当工作流体流开始驱动膨胀机-发电机16时，需要转换器24输送更低的扭矩来保持固定的转动速度。为了保持实质上固定的速度，第一感测装置感测膨胀机-发电机16的转动速度，并且在转动速度稍微高于或稍微低于期望的转动速度时调节供应到转换器24的电流。这种对供应到转换器24的电流的反馈调节允许膨胀机-发电机的转动速度将被实质上保持在期望的水平。
随着膨胀机-发电机16开始逐渐地被循环工作流体驱动，而不是由转换器24来驱动，来自转换器24的电流就开始下降。在膨胀机-发电机16实质上由工作流体(其由泵20驱动)驱动的时刻，供应给转换器24的电流将下降到零或一个低的水平。例如，在比如转换器电流等于或下降到低于预定阈值(比如0A)的预定运行条件，可以确定系统的“临界切换时刻”，在这一时刻开关26从第一状态切换到第二状态。当预定的运行条件满足时，开关26的切换可以由处理器装置致动。在可选择的实施方式中，不同于转换器电流的预定运行条件可以确定临界切换时刻。例如，在其他可能的参数中，关于转换器扭矩或转换器电压的预定运行条件可以被用于确定临界切换时刻。在其他的实施方式中，预定运行条件可能涉及所经过的自系统启动后的时间。
当开关26被从第一状态切换到第二状态，膨胀机-发电机16快速地与转换器24断开并连接到负载30。如果已经选择了合适的切换时刻(即，预定条件)，那么膨胀机-发电机16将会由于循环工作流体而继续转动，并且将产生通过开关26被输送至负载30的电力We。在这一时刻切换膨胀机-发电机16是非常重要的，一旦膨胀机-发电机16与转换器24断开并连接到负载30，通过膨胀机-发电机16的热动力流足以保持其转动。一旦已经发生切换，那么膨胀机-发电机16就可以被加速到其最佳的工作速度。
特别优选且可重复的临界切换方法是使用关于由泵20产生的压力差的预定运行条件。当泵20初次切换在低速上，其开始产生压力提升。随着泵速提升，压力提升也增加。存在最低的压力提升，其使得如果关断转换器或断开其与膨胀机-发电机16的连接，膨胀机-发电机16将会由于泵20所产生的压力提升而继续转动。这一最低压力表示最早的临界切换时刻。如果在工作流体压力在最低压力或高于最低压力时关断转换器24或将其与膨胀机-发电机16断开，那么膨胀机-发电机16将会由于工作流体的循环而继续转动。
开关26自身可以是电机械三极转换(3PCO)开关、固态继电器开关、半导体开关、或允许膨胀机-发电机16能被选择性地连接到转换器24和负载30的其他任何合适的开关或开关组合。
在本发明的可选择的实施方式中，膨胀机-发电机16的膨胀机和发电机彼此耦合在公共轴上，而且泵20被耦合到在同一个公共轴上的膨胀机-发电机16，并使得泵20被布置在膨胀机和发电机之间。膨胀机-发电机16和泵20优选地彼此热隔离(优选地通过磁耦合)。
在这个可选择的实施方式中，转换器24可以被用于在压差产生前驱动膨胀机-发电机16启动。由于膨胀机-发电机16与泵20的耦合，转动的膨胀机-发电机16也引起了泵的转动和运行，并且因此引起工作流体以正比于膨胀机-发电机16和泵20的转动速度的速率绕着工作流体回路循环。
当工作流体压力升高到最低水平时(在最低水平时不再需要由转换器24传送给膨胀机-发电机16的驱动力来保持膨胀机-发电机16的转动)，转换器24的电流需求降低到零，并且可以关断转换器24或将其与膨胀机-发电机断开，因为在汽化器14中产生的工作流体压力足以引起膨胀机-发电机16继续转动，并且反过来又驱动泵20。如同使用上面描述的第一实施方式，感测装置可以作为反馈系统的部分使用，以随着对使用转换器24来将膨胀机-发电机16的转动保持在实质上恒定的速度的需求减小来减小供应给转换器24的电流，并且可以使用处理装置来切换开关26，以使在满足预定条件时将膨胀机-发电机16与转换器24断开(或关断转换器24)并将其连接到电气负载30。处理装置可以根据考虑了由感测装置所测量的参数的控制算法运行。
在任何实施方式中，本发明都具有提供确保工作流体泵20不运行在对泵的使用寿命和性能有害的不利情况中的启动例程的优点。因此，在工作流体中需要更少的润滑剂，从而提高了系统效率，并且特别是提高了电力效率。根据本发明的热力引擎的启动时间与现有技术的布置相比有实质性的减少。例如，根据本发明制造的热力引擎自启动(冷启动)的3分钟之内就能够以接近其满功率能力的90％运转。当仅仅使用预加热过程时，典型的现有技术热力引擎将花费10分钟的时间达到同样的运转水平。在运转前对引擎进行预加热具有一旦开始运转，汽化的工作流体就能在之后与冷的引擎部件接触时不再冷凝，并且不能够渗透到ORC系统10/10’的低压侧的好处。这防止了在加热的气态工作流体被馈送到冷的未启动的引擎时可能发生的泵20在吸入侧的流体缺失。技术人员将了解的是，预加热可以通过借助多个合适的替换方法在引擎上的电加热很容易地实现。
本发明相比于使用预加热过程的热力引擎需要更少的机械部件，并且因此根据本发明的系统的总成本更少且可靠性更高。本发明取消了之前的对由工作流体泵20提供的启动压力的需要，因而减少了运转磨损，提高了运转性能，并且提高了泵20的使用寿命。此外，通过包含由预定运行条件确定的切换时刻，对获知膨胀机-发电机16将在何时开始产生电力有了更高的确定性。而且，本发明允许简化的启动规程，指出了不需要在系统最近没有运行的“冷启动”和系统重新启动的“热重启”之间进行区分。
在本申请的整个说明书和权利要求中，词语“包含”和“含有”及其变体是指“包含而不是限制于”，并且这些词语不是旨在(且没有)排除其他的部分、添加物、部件、整体、或步骤。在本申请的整个说明书和权利要求中，除非需要另外指出，否则单数形式包含了复数形式。特别是，除非内容的另外需要，否则其中的不定冠词的使用在本申请中被理解为同时考虑了复数形式和单数形式。
结合本发明的特定方面、实施方式、或例子描述的特征、整体、特性、混合物、化学根、或基团被理解成适用于本文讨论的与其兼容的任何其他的方面、实施方式、或例子。本申请(包括任何所附权利要求、摘要、以及附图)中所公开的所有特征，和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤，都可以以任何的组合进行组合，除了其中至少一些这样的特征和/或步骤是相互排斥的组合之外。本发明不受限于任何之前的实施方式的细节。本发明扩展到本申请(包括任何所附权利要求、摘要、以及附图)中所公开的特征的任何新颖特征、或任何新颖的特征组合，或如此公开的方法或过程的步骤的任何新颖步骤、或任何新颖的步骤组合。
读者需要注意与本申请一同提交或在本申请之前提交的关于本申请的所有文章和文档，以及那些已经对公众公开的关于本申请的检查，并且所有这些文章和文档的内容在此都以引用的方式被并入。
Claims (36)
1.一种有机郎肯循环ORC热力引擎，所述有机郎肯循环ORC热力引擎包括：
工作流体回路，所述工作流体回路包括：
汽化器，其用于加热和汽化工作流体；
冷凝器，其用于冷却和凝结所述工作流体；以及
容积式膨胀机-发电机，其具有与所述汽化器流体连接的入口，以及与所述冷凝器流体连接的出口；所述ORC热力引擎还包括：
控制系统，其耦合至所述容积式膨胀机-发电机，并且包括开关和驱动装置，所述开关能够在第一状态和第二状态之间切换，
其中，在所述第一状态中，所述开关被耦合到所述驱动装置且所述容积式膨胀机-发电机能够由所述驱动装置驱动，而在所述第二状态中，所述开关不被耦合到所述驱动装置或所述驱动装置被关断，且所述容积式膨胀机-发电机不能够由所述驱动装置驱动。
2.根据权利要求1所述的ORC热力引擎，其中所述工作流体回路还包括泵，该泵用于提高绕着所述工作流体回路循环的工作流体的压力。
3.根据权利要求1或2所述的ORC热力引擎，其中所述控制系统还包括感测装置，该感测装置用于感测所述ORC热力引擎的运行条件。
4.根据之前的任一项权利要求所述的ORC热力引擎，其中所述控制系统还包括处理装置，该处理装置用于响应于输入在所述第一状态和所述第二状态之间切换所述开关。
5.根据基于权利要求3时的权利要求4所述的ORC热力引擎，其中所述处理装置被耦合到所述感测装置，并且所述处理装置被配置成在预定运行条件满足时在所述第一状态和所述第二状态之间切换所述开关。
6.根据权利要求3至5中的任一项所述的ORC热力引擎，其中所述感测装置包括第一感测装置和第二感测装置，
其中所述第一感测装置被配置成感测所述容积式膨胀机-发电机的转动速度，并且调整所述驱动装置的输出，以使在所述开关处于所述第一状态时，保持所述容积式膨胀机-发电机的实质上固定的转动速度，并且
其中所述第二感测装置被配置成感测所述驱动装置的运行参数。
7.根据基于权利要求5时的权利要求6所述的ORC热力引擎，其中当所述驱动装置的输出小于或等于预定阈值时所述预定运行条件得到满足。
8.根据权利要求2或基于权利要求2时的权利要求3至7中的任何一项所述的ORC热力引擎，其中所述容积式膨胀机-发电机包括都在公共轴上的膨胀机和发电机，而且所述泵在所述公共轴上被耦合到所述膨胀机-发电机。
9.根据之前的任一项权利要求所述的ORC热力引擎，其中所述开关包括电机械开关。
10.根据权利要求9所述的ORC热力引擎，其中所述开关包括电机械三极转换开关3PCO。
11.根据权利要求1至8中的任一项所述的ORC热力引擎，其中所述开关包括一个或多个固态继电器。
12.根据权利要求1至8中的任一项所述的ORC热力引擎，其中所述开关包括半导体开关。
13.根据之前的任一项权利要求所述的ORC热力引擎，其中所述膨胀机-发电机包括涡旋式膨胀机。
14.根据之前的任一项权利要求所述的ORC热力引擎，其中所述膨胀机-发电机包括永磁发电机。
15.根据之前的任一项权利要求所述的ORC热力引擎，其中所述驱动装置包括马达并且所述开关包括离合器，所述离合器用于将马达与所述膨胀机-发电机连接和断开。
16.根据权利要求1至14中的任一项所述的ORC热力引擎，其中所述驱动装置包括转换器。
17.根据权利要求16所述的ORC热力引擎，其中所述转换器被配置成从直流总线中汲取电力并且向所述容积式膨胀机-发电机供应3相电流以驱动所述容积式膨胀机-发电机。
18.根据权利要求16或17所述的ORC热力引擎，其中所述转换器能切换为用作整流器，以使当所述容积式膨胀机-发电机正在产生3相电流时，所述转换器用作整流器以将产生的所述3相电流转换为直流DC电流，用来供应给DC母线。
19.根据基于权利要求6时的权利要求16至18中的任一项所述的ORC热力引擎，其中所述第一感测装置被配置成通过调节供应给所述转换器的电流来调节所述转换器的输出，并且其中由所述第二感测装置所感测的所述转换器的运行参数是供应给所述转换器的电流。
20.根据基于权利要求5时的权利要求19所述的ORC热力引擎，其中所述预定的运行条件在正供应给所述转换器的电流小于或等于预定阈值时得到满足。
21.根据权利要求20所述的ORC热力引擎，其中所述预定阈值是大约0A。
22.根据之前的任一项权利要求所述的ORC热力引擎，还包括再生器热量交换器，该再生器热量交换器被布置成帮助离开所述容积式膨胀机-发电机的出口的工作流体和进入所述汽化器的工作流体之间的热量交换。
23.一种电气系统，其包括电气负载和根据权利要求1至22中的任一项所述的ORC热力引擎，该电气负载被布置成在所述开关处于所述第二状态时电气耦合到所述膨胀机-发电机，以使所述电气负载能够通过由所述膨胀机-发电机产生的电力供电。
24.一种用于控制ORC热力引擎的控制系统，所述控制系统包括：
转换器；
开关，其能够在第一状态和第二状态之间切换；
感测装置，其被耦合到所述开关并且被配置成感测所述ORC热力引擎的运行条件；以及
处理装置，其被耦合到所述感测装置，所述处理装置被配置成在预定运行条件得到满足时在所述第一状态和所述第二状态之间切换所述开关；
其中在所述第一状态中，所述开关被电气耦合到所述转换器，在所述第二状态中，所述开关不被电气耦合到所述转换器，使得当所述控制系统被连接到包含容积式膨胀机-发电机的热力引擎时，所述容积式膨胀机-发电机在所述开关处于所述第一状态时能够由所述转换器驱动，并且所述容积式膨胀机-发电机在所述开关处于所述第二状态时不能够由所述转换器驱动。
25.一种控制ORC热力引擎的方法，所述方法包括下列步骤：
（i）提供根据权利要求1的ORC热力引擎，并且使所述开关处于所述第一状态；
（ii）运行所述驱动装置以驱动所述容积式膨胀机-发电机，并且由此绕着所述工作流体回路循环工作流体；
（iii）将所述开关从所述第一状态切换到所述第二状态，以使所述膨胀机-发电机由循环的工作流体驱动而不是由所述驱动装置驱动，并且产生电力。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述ORC热力引擎的工作流体回路还包括泵，该泵用来提高绕着所述工作流体回路循环的工作流体的压力，并且其中所述方法还包括下列步骤：
（iv）在步骤（iii）之前，运行所述泵以提高循环的工作流体的压力。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述ORC热力引擎的容积式膨胀机-发电机包括都在公共轴上的膨胀机和发电机，而且所述泵被在所述公共轴上耦合到所述膨胀机-发电机，并且其中步骤（iv）和步骤（ii）同时执行。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述ORC热力引擎的控制系统还包括：
感测装置，其用于感测所述热力引擎的运行条件；以及
处理装置，其耦合到所述感测装置，
其中所述处理装置在预定的运行条件满足时自动地执行步骤（iii）。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述感测装置包括第一感测装置和第二感测装置，
其中所述第一感测装置感测所述容积式膨胀机-发电机的转动速度并对所述驱动装置的输出进行调节，以使在所述开关处于所述第一状态时保持所述膨胀机-发电机的实质上固定的转动速度，以及
所述第二感测装置感测所述驱动装置的运行参数；并且
其中，当所述驱动装置的输出小于或等于预定阈值时，所述预定运行条件得到满足。
30.根据权利要求28所述的方法，其中，所述感测装置感测由所述泵产生的所述工作流体中的压力提升，并且在感测到的压力提升大于或等于预定阈值时，所述预定运行条件得到满足。
31.根据权利要求25至30中的任一项所述的方法，还包括在执行步骤（iii）之前通过所述开关将所述膨胀机-发电机连接到电气负载的步骤，其中在步骤（iii）之后，由所述膨胀机-发电机产生的电力通过所述开关被供应到所述电气负载。
32.根据权利要求25至31中的任一项所述的方法，其中所述驱动装置包括转换器。
33.一种实质上如本文之前参照附图描述的ORC热力引擎。
34.一种实质上如本文之前参照附图描述的电气系统。
35.一种实质上如本文之前参照附图描述的用于控制ORC热力引擎的控制系统。
36.一种实质上如本文之前参照附图描述的用于控制ORC热力引擎的方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160406 Termination date: 20180919 |