本申請是申請日為2005年01月25日、國家申請號為200580003833.2(國際申請號為PCT/US2005/002086)、發明名稱為“有機蘭金循環流體”的分案申請。

技術領域

本發明總體上涉及有機蘭金循環系統，尤其涉及所述系統中的改進工作流體的用途。

背景技術

公知的封閉式蘭金循環包括用于蒸發動力流體的鍋爐或蒸發器，從該鍋爐供應蒸氣以便驅動發電機或其它負載的渦輪機，用于使得來自該渦輪機的排出蒸氣冷凝的冷凝器，以及用于使得冷凝的流體再循環到該鍋爐的裝置，例如泵。美國專利3,393,515說明和描述了這種系統。

這些蘭金循環系統通常用于發電，發出的電力可供應給配電系統或電網，用于國內的民用和商用。在這些系統內所使用的動力流體通常是水，其中渦輪機由蒸氣來驅動。供應給鍋爐的熱源可以是任何形式的化石燃料，例如油、煤、天然氣或核能。在這些系統中渦輪機設計成在較高的壓力和溫度下工作，并且其制造和使用成本較高。

有機蘭金循環(ORC)是用制冷劑(有機流體)代替水/蒸氣作為工作流體的蒸氣動力循環。功能上它類似于蒸氣循環發電機：一種增加冷凝液體制冷劑壓力的泵。通過從渦輪機或發動機廢氣中提取廢熱，將該液體在蒸發器/鍋爐中蒸發。高壓制冷劑蒸氣在渦輪機中膨脹而產生電力。離開渦輪機的低壓蒸氣在流回泵進行重循環之前被冷卻。

由于制冷劑具有某些特性，在發電ORC體系中使用具有確鑿可靠性和性能記錄的商購空調和制冷設備花費會非常高。

用于發電的蘭金循環按照下面的四步順序進行：

1.用泵升高絕熱壓力

2.在預熱器，蒸發器和過熱器中等壓加熱

3.在渦輪機中絕熱膨脹

4.在冷凝器中等壓熱消耗

有機蘭金循環中的主要熱力學不可逆性是由于蒸發器中廢熱流和沸騰的制冷劑間溫度的巨大溫差造成的。廢熱流溫度越高，此不可逆性就變得越大。在較高溫度下能沸騰的有機流體具有降低廢熱流和有機蘭金循環工作流體間溫差的能力，從而可以獲得更高的熱力學ORC循環效率。流體可在高至臨界溫度的溫度下沸騰，在該臨界溫度以上不沸騰。因此，具有較高臨界溫度的流體能獲得更高的ORC循環效率。過去就已建議使用具有高臨界溫度的含氯流體作為ORC流體。例如R114，R113，R11，R141b和R123比R245fa的臨界溫度高，因而實質上獲得的熱效率就更高。然而，這些流體可燃和/或有毒，破壞臭氧層和/或具有顯著的全球變暖影響。它們已經被禁用(CFC′s)或很快將會被禁用(HCFC′s)，因此將不能用于未來的ORC生產。

發明內容

因此本發明的目的是克服上述的現有技術問題。

本發明的另一目的是提供新的改進的有機蘭金循環工作流體。

本發明的另一目的是提供能在較低壓力和較低渦輪機機速下工作的有機蘭金循環工作流體。

本發明的又一目的是提供具有高臨界溫度且環境友好的有機循環工作流體。

本發明的再一目的是提供在使用中經濟實用且環境友好的蘭金循環系統。

已經發現，最近作為滅火流體引入市場的一種有機流體具有作為有機蘭金循環系統中的工作流體或制冷劑的獨特用途。優選的流體實例是酮CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂，其臨界溫度高于最可接受的現有技術流體R245fa。此流體具有零臭氧層潛力和零全球變暖潛力，因此是環境友好的。