流體流22W及膨脹流26的第一部分14被引入第一換熱器 36中，在該處，熱傳遞至第一冷凝工作流體流24W產(chǎn)生第二汽化工作流體流巧W及熱耗 盡的工作流體流52和15,其在工作流體流組合器49處合并成合并的熱耗盡的工作流體流 57,有時(shí)在本文中稱為"第一熱耗盡的工作流體流57"。在所示實(shí)施例中，第一冷凝工作流 體流24和第二冷凝工作流體流28由如下的冷凝工作流體流64產(chǎn)生。冷凝的工作流體流 流64出現(xiàn)在第一工作流體流分流器48,第一工作流體流分流器48將流64轉(zhuǎn)換成冷凝工作 流體流28和中間冷凝工作流體流70,有時(shí)在本文中稱為第王冷凝工作流體流70,工作流體 流70隨后在第二工作流體流分流器48處分成第一冷凝工作流體流24和第四冷凝工作流 體流72。冷凝工作流體流72被引入第二加熱器33,在該處，其從熱耗盡的第二含有廢熱的 流18獲取熱且轉(zhuǎn)變成第王汽化工作流體流73。熱耗盡的流18通過其穿過加熱器33進(jìn)一 步冷卻，且流出加熱器作為另外的熱耗盡的流18a。第二汽化工作流體流巧和第王汽化工 作流體流73在工作流體流組合器49中組合W產(chǎn)生合并的汽化工作流體流74,工作流體流 74然后被引入第二膨脹器35。
[0032] 仍參看圖5,膨脹的第二汽化工作流體流26在工作流體分流器48處分成第一部分 14和第二部分12。膨脹的第二汽化工作流體流26的第二部分12被引入第二換熱器37,在 該處，其將熱傳遞至第二冷凝工作流體流28,其自身從工作流體流分流器48處的合并的冷 凝工作流體流64產(chǎn)生。在所示實(shí)施例中，第二合并的工作流體流28轉(zhuǎn)變成工作流體流29， 工作流體流29在再引入加熱器32中作為第一工作流體流20之前并不進(jìn)一步主動(dòng)轉(zhuǎn)變。如 本文使用的用語"主動(dòng)轉(zhuǎn)變"是指已經(jīng)經(jīng)歷一個(gè)步驟的含有廢熱的流或工作流體流，在該 步驟中，其分成兩個(gè)或多個(gè)流，與一個(gè)或多個(gè)流組合，受熱、汽化、膨脹、冷凝、加壓、冷卻或 經(jīng)歷兩個(gè)或多個(gè)前述轉(zhuǎn)變操作的一些組合。使熱傳遞至第二冷凝工作流體流28,工作流體 流12從第二換熱器37顯現(xiàn)作為第二熱耗盡的工作流體流56。
[0033] 參看圖6,該圖表示由如圖5中構(gòu)造的本發(fā)明提供的蘭金循環(huán)系統(tǒng)，但還包括第Ξ 換熱器38,其用于獲得存在于第一熱耗盡的工作流體流57中的余熱。在所示實(shí)施例中，熱 耗盡的流57出現(xiàn)在閥80,閥80可被促動(dòng)W允許全部的工作流體流57、工作流體流57的一 部分穿過第王換熱器38,或沒有工作流體流57穿過第王換熱器38。第二閥82可被促動(dòng)W 允許僅另外的熱耗盡的工作流體流57a穿過，允許流57和57a的組合穿過，或僅允許流57 穿過。為了方便起見，在閥82的下游但在工作流體流組合器49的上游的工作流體稱為流 57/57a〇
[0034] 各種系統(tǒng)構(gòu)件是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員公知的，例如；工作流體流分流器、工作流 體流組合器、工作流體累和工作流體冷凝器，且是市售的。
[0035] 除了提供蘭金循環(huán)系統(tǒng)之外，本發(fā)明提供了使用蘭金循環(huán)系統(tǒng)回收熱能的方法。 該方法的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例由圖1-圖6示出。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括（a)使 熱從第一含有廢熱的流16傳遞至第一工作流體流20W由此產(chǎn)生第一汽化工作流體流21 和第二含有廢熱的流17 ; (b)使第一汽化工作流體流21膨脹W由此產(chǎn)生機(jī)械能和膨脹的 第一汽化工作流體流22 ; (C)使熱從膨脹的第一汽化工作流體流22、第二含有廢熱的流17 和膨脹的第二汽化工作流體流26的第一部分14傳遞至第一冷凝的工作流體流24W由此 產(chǎn)生第二汽化的工作流體流巧、熱耗盡的第二含有廢熱的流18和第一熱耗盡的工作流體 流57 ; (d)使第二汽化工作流體流巧膨脹W由此產(chǎn)生機(jī)械能和膨脹的第二汽化工作流體流 26 及（e)使熱從膨脹的第二汽化工作流體流26的第二部分12傳遞至第二冷凝工作流 體流28,W產(chǎn)生具有大于第二冷凝工作流體流28的烙的工作流體流29W及第二熱耗盡的 工作流體流56。
[0036] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，由本發(fā)明提供的方法還包括步驟（f);使第一熱耗盡的 工作流體流57與第二熱耗盡的工作流體流56組合W由此產(chǎn)生合并的熱耗盡工作流體流 58。
[0037] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，由本發(fā)明提供的方法還包括步驟（g);使合并的熱耗盡 的工作流體流58冷凝W由此產(chǎn)生第一合并的冷凝工作流體流61。
[0038] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，由本發(fā)明提供的方法還包括步驟化）；加壓第一合并的 冷凝工作流體流61W由此產(chǎn)生第二合并的冷凝工作流體流64。
[0039] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，由本發(fā)明提供的方法還包括步驟（i);分開第二合并的 冷凝工作流體流64W由此產(chǎn)生至少兩個(gè)冷凝工作流體流。
[0040] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，由本發(fā)明提供的方法使用二氧化碳作為工作流體，且其 中二氧化碳在至少一個(gè)方法步驟的至少一部分期間處于超臨界狀態(tài)。
[0041] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，由本發(fā)明提供的方法和系統(tǒng)可用于獲得和使用來自含有 廢熱的流的熱，該流為由燃?xì)鉁u輪產(chǎn)生的排出氣流。
[0042] 實(shí)驗(yàn)部分 構(gòu)造和測(cè)試了實(shí)驗(yàn)規(guī)模的蘭金循環(huán)系統(tǒng)，W便演示超臨界二氧化碳蘭金循環(huán)系統(tǒng)的可 操作性并檢驗(yàn)由其制造者建議的蘭金循環(huán)系統(tǒng)的獨(dú)立構(gòu)件的性能特征，例如，印刷電路換 熱器的有效性。實(shí)驗(yàn)蘭金循環(huán)系統(tǒng)如圖4中那樣構(gòu)造，只是第一膨脹器34和第二膨脹器35 由膨脹閥替換，且流61分開并傳送至第一工作流體累和第二工作流體累W分別提供第一 冷凝工作流體流24和第二冷凝工作流體流28。另外，蘭金循環(huán)系統(tǒng)不使用第一含有廢熱的 流16,而改為依靠電加熱元件來加熱第一工作流體流20,且工作流體流26未在工作流體流 分流器48處分開，而是直接地聯(lián)接到第二換熱器37。工作流體為二氧化碳。使熱從第二含 有廢熱的流17或熱增強(qiáng)的第二含有廢熱的流19傳遞至第一換熱器36的遞增效應(yīng)可通過 將加熱元件添加至換熱器36來模擬。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供了用于下文論述的額外的模擬研究的 構(gòu)架。具體而言，實(shí)驗(yàn)上獲得的數(shù)據(jù)可用于確認(rèn)和/或推導(dǎo)本發(fā)明的實(shí)施例的預(yù)計(jì)性能。
[0043] 兩個(gè)軟件模型用于預(yù)測(cè)由本發(fā)明提供的蘭金循環(huán)系統(tǒng)的性能?？蓮腇-化art Software(麥迪遜，威斯康星州）獲得的該些軟件模型"EES"(工程方程解算機(jī)）中的第一 個(gè)是基于方程的計(jì)算系統(tǒng)，其允許在系統(tǒng)狀態(tài)點(diǎn)處證實(shí)的蘭金循環(huán)系統(tǒng)操作狀態(tài)的預(yù)計(jì)化 化W用于最佳的總體性能。如何最佳操作蘭金循環(huán)系統(tǒng)的進(jìn)一步了解使用Aspen HYSYS獲 得，其是可從AspenTe化獲得的全面過程建模系統(tǒng)。
[0044] 由本發(fā)明提供且如圖4中構(gòu)造的蘭金循環(huán)系統(tǒng)使用二氧化碳的化ann-Wagner狀 態(tài)方程的邸S軟件模型來估計(jì)（示例1)。示例1的蘭金循環(huán)系統(tǒng)與王個(gè)其它蘭金循環(huán)系 統(tǒng)相比較。第一個(gè)（比較示例1)為包括單個(gè)膨脹器和單個(gè)換熱器但規(guī)模合適的簡(jiǎn)單蘭金 循環(huán)系統(tǒng)，W便可作出與示例1和比較示例2-3的有意義的比較。第二比較（比較示例2) 是關(guān)于如圖7中構(gòu)造的蘭金循環(huán)系統(tǒng)。示例1的蘭金循環(huán)系統(tǒng)和比較示例2的蘭金循環(huán)系 統(tǒng)的第一主要差別在于，在比較示例2中，第二合并的工作流體流64出現(xiàn)在第二換熱器37， 且此后，流出第二換熱器37的工作流體流29由工作流體流分流器48轉(zhuǎn)變成第一工作流體 流20和第一冷凝工作流體流24。示例1的蘭金循環(huán)系統(tǒng)與比較示例2的蘭金循環(huán)系統(tǒng)之 間的第二主要差別在于，膨脹的第二汽化工作流體流26在比較示例2中并未分成第一部分 14和第二部分12,而是，膨脹的第二汽化工作流體流26出現(xiàn)在第二換熱器37而沒有介入 轉(zhuǎn)變。第Ξ比較（比較示例3)利用如圖4中構(gòu)造的蘭金循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行，只是并無第二含有 廢熱的流17引導(dǎo)至第二換熱器36,且此外，并無膨脹的第二汽化工作流體流26的第一部分 14引導(dǎo)至第一換熱器36,且第一熱耗盡的工作流體流57從第一換熱器36顯現(xiàn)作為單個(gè)未 分開的流，且全部的工作流體流26被引導(dǎo)至第二換熱器37。表1中呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)示出了由本 發(fā)明提供的蘭金循環(huán)系統(tǒng)相對(duì)于備選蘭金循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)造的化點(diǎn)。
[0CM5]示例1的蘭金循環(huán)系統(tǒng)和比較示例1-3在一組十六個(gè)不同穩(wěn)態(tài)條件下模擬，各個(gè) 穩(wěn)態(tài)特征為最低系統(tǒng)c〇2工作流體溫度，其從第一穩(wěn)態(tài)中的大約icrc變?yōu)榈谑€(wěn)態(tài)中的 大約50°C。蘭金循環(huán)系統(tǒng)的預(yù)計(jì)性能取決于環(huán)境溫度，且還在其流出系統(tǒng)時(shí)經(jīng)歷含有廢熱 的流的大約13(TC的最低可允許溫度。該溫度下限與從諸如燃?xì)鉁u輪該樣的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的 排出流的廢熱回收的典型設(shè)計(jì)方針一致，用于防止排出管道內(nèi)的腐蝕性酸性氣體的冷凝。 模型蘭金循環(huán)系統(tǒng)的功率輸出還可使用實(shí)驗(yàn)測(cè)量的狀態(tài)點(diǎn)（其使用實(shí)驗(yàn)規(guī)模的蘭金循環(huán) 系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)模擬工具的輸入）來估計(jì)。各個(gè)蘭金循環(huán)系統(tǒng)的功率輸出表明隨最低系統(tǒng) C〇2工作流體溫度升高的穩(wěn)定下降。
[0046] 數(shù)據(jù)在W下的表1