[发明专利]ORC智能工质混合器及其控制方法

权利要求书

1.一种ORC智能工质混合器，包括工质系统（13）、ORC发电系统（14）和信号处理系统（15），其特征在于：

所述ORC发电系统（14）包括发电机（1）、膨胀机（2）、换热器（3）、中低温热源进口（4-1）、中低温热源出口（4-2）、工质泵（5）和冷却器（6）；所述发电机（1）与膨胀机（2）的转轴连接，膨胀机（2）的进汽口与换热器（3）的出汽口连接, 膨胀机（2）的出汽口与冷却器（6）的进口连接，冷却器（6）的出口通过工质泵（5）与换热器（3）的进液口连接，换热器（3）的热源进口和出口分别与中低温热源进口（4-1）和中低温热源出口（4-2）连接，冷却器（6）的冷却水进口（6-1）与冷却器电动调节阀（6-8）连接，冷却水出口（6-2）与冷却器管道电动逆止门（6-9）连接，冷却器（6）的冷却工质进口（7-1）与冷却工质电动调节阀（7-8）连接，冷却工质出口（7-2）与冷却工质管道电动逆止门（7-9）连接，冷却器（6）的冷却工质入口和冷却工质出口分别与工质混合箱（8）的出口和进口连接；工质系统（13）由工质混合箱（8）和纯工质分储箱（9）组成，纯工质分储箱（9）通过管道、A纯工质电动截止阀（9-3）和B纯工质电动截止阀（9-4）与工质混合箱（8）连接；工质切换用的电动调节阀（5-1）连接在工质泵（5）入口和冷却工质出口（7-2）之间管道之间；

信号处理系统（15）包括智能工质混合控制器（12）、冷却控制器（11）、工质控制器（10）、做功工质入口温度信号传感器（3-1）、做功工质入口流量信号传感器（3-4）、做功工质入口压力信号传感器（3-5）、工质泵出口工质温度信号传感器（3-2）、工质泵出口工质流量信号传感器（3-7）、工质泵出口工质压力信号传感器（3-8）、做功工质出口温度信号传感器（3-3）、做功工质出口压力信号传感器（3-6）、中低温热源入口温度信号传感器（4-3）、中低温热源入口流量信号传感器（4-5）、中低温热源入口压力信号传感器（4-6）、中低温热源出口温度信号传感器（4-4）、中低温热源出口压力信号传感器（4-7）、冷却水入口温度信号传感器（6-3）、冷却水入口流量信号传感器（6-5）、冷却水入口压力信号传感器（6-6）、冷却水出口温度信号传感器（6-4）、冷却水出口压力信号传感器（6-7）、冷却工质入口温度信号传感器（7-3）、冷却工质入口流量信号传感器（7-5）、冷却工质入口压力信号传感器（7-6）、冷却工质出口温度信号传感器（7-4）、冷却工质出口压力信号传感器（7-7）、混合工质温度出口信号传感器（8-1）、工质混合箱液位信号器（8-2）、A纯工质信号传感器（9-1）和B纯工质信号传感器（9-2）；

做功工质入口温度信号传感器（3-1）、做功工质入口流量信号传感器（3-4）、做功工质入口压力信号传感器（3-5）设在膨胀机（2）进汽口的管道上，工质泵出口工质温度信号传感器（3-2）、工质泵出口工质流量信号传感器（3-7）、工质泵出口工质压力信号传感器（3-8）设在工质泵（5）出口的管道上，做功工质出口温度信号传感器（3-3）、做功工质出口压力信号传感器（3-6）设在膨胀机（2）出汽的管道上，工质混合箱液位信号器（8-2）设在工质混合箱（8）上，A纯工质信号传感器（9-1）设在纯工质分储箱（9）A纯工质的管道上，B纯工质信号传感器（9-2）设在纯工质分储箱（9）B纯工质的管道上；

做功工质入口温度信号传感器（3-1）、工质泵出口工质温度信号传感器（3-2）、做功工质出口温度信号传感器（3-3）、做功工质入口流量信号传感器（3-4）、做功工质入口压力信号传感器（3-5）、做功工质出口压力信号传感器（3-6）、工质泵出口工质流量信号传感器（3-7）、工质泵出口工质压力信号传感器（3-8）、混合工质温度出口信号传感器（8-1）、工质混合箱液位信号器（8-2）、A纯工质信号传感器（9-1）和B纯工质信号传感器（9-2）的信号输出端均与工质控制器（10）的信号输入端连接，A纯工质电动截止阀（9-3）、B纯工质电动截止阀（9-4）和电动调节阀（5-1）与工质控制器（10）的控制信号输出端连接，工质控制器（10）的信号输出端与智能工质混合控制器（12）的信号输入端连接；

中低温热源入口温度信号传感器（4-3）、中低温热源入口流量信号传感器（4-5）和中低温热源入口压力信号传感器（4-6）设在中低温热源进口（4-1）处的管道上，中低温热源出口温度信号传感器（4-4）和中低温热源出口压力信号传感器（4-7）设在中低温热源出口（4-2）处的管道上，冷却水入口温度信号传感器（6-3）、冷却水入口流量信号传感器（6-5）和冷却水入口压力信号传感器（6-6）设在冷却器（6）的冷却水进口处的管道上，冷却水出口温度信号传感器（6-4）和冷却水出口压力信号传感器（6-7）设在冷却器（6）的冷却水出口处的管道上，冷却工质入口温度信号传感器（7-3）、冷却工质入口流量信号传感器（7-5）和冷却工质入口压力信号传感器（7-6）设在冷却器（6）的冷却工质入口处的管道上，冷却工质出口温度信号传感器（7-4）和冷却工质出口压力信号传感器（7-7）设在冷却器（6）的冷却工质出口处的管道上；

中低温热源入口温度信号传感器（4-3）、中低温热源出口温度信号传感器（4-4）、中低温热源入口流量信号传感器（4-5）、中低温热源入口压力信号传感器（4-6）、中低温热源出口压力信号传感器（4-7）、冷却水入口温度信号传感器（6-3）、冷却水出口温度信号传感器（6-4）、冷却水入口流量信号传感器（6-5）、冷却水入口压力信号传感器（6-6）、冷却水出口压力信号传感器（6-7）、冷却工质入口温度信号传感器（7-3）、冷却工质出口温度信号传感器（7-4）冷却工质入口流量信号传感器（7-5）、冷却工质入口压力信号传感器（7-6）和冷却工质出口压力信号传感器（7-7）的信号输出端均与冷却控制器（11）的信号输入端连接，冷却控制器（11）的信号输出端与智能工质混合控制器（12）的冷却信号输入端连接；混合工质出口信号传感器（8-1）设在工质混合箱（8）出口的管道上，混合工质出口温度信号传感器（8-1）的信号输出端与工质控制器（10）和冷却控制器（11）的信号输入端连接，冷却器电动调节阀（6-8）、冷却器管道电动逆止门（6-9）、冷却工质电动调节阀（7-8）和冷却工质管道电动逆止门（7-9）的信号控制端与冷却控制器（11）的控制信号输出端连接；

所述智能工质混合控制器（12）、工质控制器（10）和冷却控制器（11）采用数据存储方式，控制过程的计算初值是经验数据，对整体ORC发电系统在新运行参数情况下实现智能控制。

2.一种权利要求1所述的ORC智能工质混合器的控制方法，其特征在于：包括下列步骤：

1）工质混合箱的液位控制：

在智能工质混合器开启后，智能工质混合控制器（12）通过工质混合箱液位信号器（8-2）监测工质混合箱内的液位并与设定的液位值进行比较，当测得液位低于设定液位值时，智能工质混合控制器（12）向工质控制器（10）发出打开控制信号，工质控制器（10）向工质系统（13）中A工质和B工质对应的A纯工质电动截止阀（9-3）、B纯工质电动截止阀（9-4）发出打开信号，开始向工质混合箱（8）内补充工质，当工质混合箱液位信号器（8-2）达到设定液位值时，智能工质混合控制器（12）通过工质控制器（10）向A工质和B工质对应的A纯工质电动截止阀（9-3）、B纯工质电动截止阀（9-4）发出关闭信号，停止向工质混合箱内补充工质；

2）混合工质的饱和蒸发温度控制：

在智能工质混合器开启后，智能工质混合控制器（12）开始监测做功工质入口温度信号传感器（3-1）的温度值并与设定的蒸发温度值进行比较，当测得做功工质入口温度信号传感器（3-1）的温度值高于设定的蒸发温度值时，智能工质混合控制器（12）通过工质控制器（10）向电动调节阀（5-1）发出打开控制信号，将工质混合箱（8）中的冷却工质经工质泵（5）输送给换热器（3），使做功工质入口温度降低，当做功工质入口温度值与设定的蒸发温度值相等时，智能工质混合控制器（12）通过工质控制器（10）向电动调节阀（5-1）发出关闭控制信号，工质混合箱（8）停止向换热器（3）输送冷却工质；

 3）ORC系统的发电功率控制：

在智能工质混合器开启后，智能工质混合控制器（12）开始监测做功工质入口温度信号传感器（3-1）温度值、做功工质入口流量信号传感器（3-4）的流量值、做功工质入口压力信号传感器（3-5）的压力值、做功工质出口温度信号传感器（3-3）的温度值、做功工质出口压力信号传感器（3-6）的压力值、工质泵出口工质流量信号传感器（3-7）的流量值和工质泵出口工质压力信号传感器（3-8）的压力值，并将上述数值通过逻辑运算进行发电功率模糊计算得到实时发电功率数值，将实时发电功率数值与设定的发电功率数值进行比较，当实时发电功率数值小于设定的发电功率数值时，智能工质混合控制器（12）通过冷却控制器（11）向冷却器电动调节阀（6-8）和冷却工质电动调节阀（7-8）发出开启信号，增加冷却水和冷却介质流量，降低做功工质出口的温度和做功工质出口的压力；当实时发电功率数值与设定的发电功率数值相等时，智能工质混合控制器（12）通过冷却控制器（11）向冷却器电动调节阀（6-8）和冷却工质电动调节阀（7-8）发出关闭信号，恢复冷却水和冷却介质正常工作，实现发电机（1）的功率控制。