加热系统和方法与流程

本公开涉及用于产生热的系统和方法的领域。特别地，本公开涉及使用单元(cell)来提供加热的流体的系统和方法。

背景技术：

1、通常，发电和/或加热可能涉及某种燃料的燃烧。例如，化石燃料可以用于加热水以产生蒸汽和/或热水的燃烧过程。可以产生蒸汽以用于驱动涡轮，而这又可以用于发电。可以产生热水以用于加热系统，其中，热水在整个建筑物中循环以向该建筑物提供加热。电也可以用于产生热水，诸如电锅炉中的热水。希望为这种发电和/或加热提供增加的效率。

技术实现思路

1、本公开的各方面在独立权利要求中陈述，可选特征在从属权利要求中陈述。本公开的各方面可以彼此结合地提供，并且一个方面的特征可以应用于其他方面。

2、在一方面，提供了一种加热系统，该加热系统包括：液体供应系统；单元(cell)，该单元被配置成：接纳来自液体供应系统的液体，对该液体提供加热，并输出加热的流体；功提取系统，该功提取系统被构造成从单元输出的加热的流体中提取可用功。单元包括：(i)容置部，该容置部被布置成限定用于接纳待加热的液体的内部部分，以及(ii)多个电极，该多个电极被配置成向内部部分中的流体施加电能。电极被配置成向内部部分中的所述流体施加电能，以产生一个或多个等离子体的气泡，用于将能量释放到内部部分中的所述流体和容置部，以提供对内部部分中的流体的加热。

3、实施例可以使得能够提供高能量加热的流体，可以从该高能量加热的流体中提取功。可以从该高能量加热的流体中提取功以提供加热和/或发电。实施例可以提供用于产生热量和/或电力的有效系统。单元可以包括等离子体单元(例如产生等离子体的燃料单元)。

4、系统还可以包括控制器，该控制器被配置成：(i)接收指示单元的至少一个运行参数的信号，以及(ii)基于所述运行参数控制加热系统的运行。控制器可以被配置成控制加热系统的运行，使得单元中的热量和/或等离子体产生高于阈值水平。控制加热系统的运行可以包括控制以下中的至少一项：(i)液体通过液体供应系统到单元的供应，以及(ii)由电极施加的电能。控制器可以被配置成控制运行以将单元的至少一个运行参数保持在选定的范围内(例如，为单元提供选定的性能水平)。

5、控制器可以被配置成基于所获得的对待由单元提供的加热的需求的指示来控制液体到单元的供应和/或由电极施加的电能。在所获得的需求的指示表示对待由单元提供的加热的增加的需求的情况下，控制器可以被配置成增加以下中的至少一项：(i)供应到单元的液体的温度，(ii)供应到单元的液体的压力，(iii)供应到单元的液体的量，以及(iv)由电极施加的电能的量。例如，控制这种运行可以促进单元输出的增加(例如，在单元内提供更多加热的流体和/或等离子体产生)。

6、指示至少一个运行参数的信号可以包括单元内等离子体产生的质量和/或数量的指示。控制器可以被配置成控制加热系统的运行，使得等离子体产生的质量和/或数量保持在选定的范围内。例如，控制器可以被配置成提供至少阈值量的等离子体产生。可以选择等离子体产生的该阈值量/选定的范围，使得发生足够的等离子体产生以为加热系统提供选定的加热特性(例如，使得所产生的加热的流体的量在选定的范围内)。

7、指示等离子体产生的质量和/或数量的信号可以包括以下中的至少一项的指示：(i)从单元输出的流体的压力和/或温度，(ii)单元内存在的电磁能的量和/或类型，(iii)与电极中的一个或多个电极的电力供应相关联的颤振，(iv)与电极中的一个或多个电极相关联的电流流动和/或电压，以及(v)单元内的流体流动动力学。例如，较高的压力和/或温度(例如，对于从单元输出的流体)可以指示增加的等离子体产生。同样，压力/温度的较高的增加率可以指示更大的等离子体产生。例如，单元内的电磁活动和/或与电力供应相关联的颤动中的任何一种的增加都可以提供等离子体产生增加的指示。例如，电流或电压的突然变化可以提供等离子体产生的任何变化的指示。当电流开始增加时，这可以提供即将发生电弧的指示。例如，控制器可以被配置成在电流变化超过阈值(或电流的变化率超过阈值)的情况(例如如果电流增加太多)下减少或停止向第一电极施加电压。例如，可以监测电压以识别电压的任何下降，例如响应于对电流流动提供减小的电阻的电弧。例如，单元内的流体流动的湍流增加的指示可以提供等离子体产生增加的指示。

8、控制器可以被配置成控制以下中的至少一项：(i)基于待由多个电极施加的电能来控制液体到单元的供应，以及(ii)基于液体到单元的供应来控制待由多个电极施加的电能。例如，当增加液体和/或电能的供应时，控制器可以根据另一供应的变化(分别)控制电能/液体的供应。一个供应的变化可以基于另一供应的变化来选择(例如，一个的增加/减少可以与另一供应的增加/减少成比例地选择)。指示至少一个运行参数的信号可以包括与单元、单元中的流体和从单元输出的流体中的至少一个相关联的温度的指示。控制器可以被配置成控制以下中的至少一项：(i)由电极施加的电能，(ii)液体到单元的供应，以及(iii)外部加热器，以在温度的指示低于阈值水平的情况下增加单元、单元中的流体和/或从单元输出的流体的温度。控制器可以被配置成在温度的指示低于阈值水平的情况下增加由电极施加的电能以提供增加的加热，和/或减小液体通过单元的流量。

9、单元的容置部的内部表面可以包括电磁能吸收材料，该电磁能吸收材料被布置成将入射光子转化成热量。容置部的至少一部分可以是传导性的。例如，容置部的内部表面可以被构造成响应于入射到所述表面上的光子而产生热量。容置部(例如容置部的内部表面)可以被构造成响应于由入射光子(例如，和/或诸如电子的其他粒子)产生热量而加热内部部分内的流体。容置部可以被构造成提供内部部分内的流体的传导加热。容置部可以由金属制成，例如容置部可以由钢制成。容置部可以由多种不同的材料形成。容置部可以设置一个或多个层或套筒。例如，单元可以包括位于容置部内的内部部分中的套筒。套筒可以被布置成安装在内部部分内(例如，套筒可以位于容置部的内部部分附近)。可以设置多个这样的套筒。每个套筒可以被布置成向容置部/单元的其他区域提供不同的吸收/传导特性。例如，容置部可以由第一材料(例如钢)制成，并且由第二材料(例如铝)制成的套筒可以插入容置部内。容置部和/或套筒可以包括涂层，以进一步促进吸收和/或传导。例如，可以涂覆金涂层。

10、液体供应系统可以被构造成在压力下将液体供应到单元。单元可以被布置成在压力下将流体保持在容置部中。例如，容置部可以包括一个或多个压缩设备，该一个或多个压缩设备被构造成在压力下保持容置部的内部部分，和/或容置部可以足够坚硬，以在从内部部分内施加的压力下抵抗膨胀。液体供应系统可以被构造成在将液体供应到单元之前加热液体。液体供应系统可以被构造成在单元的热量和/或等离子体产生低于阈值水平的情况下，在将液体供应到单元之前增加液体的加热。系统可以被布置成向单元提供可变的连续液体供应。

11、多个电极可以包括：(i)阳极，该阳极被布置成提供导电路径，该导电路径用于待向内部部分中的流体施加的电流，以及(ii)阴极，该阴极被布置成提供远离内部部分的导电路径，该导电路径用于从阳极通过内部部分中的流体接收的电流。多个电极还可以包括平衡电极，该平衡电极被布置成提供朝向或远离内部部分中的流体的额外导电路径。阳极和阴极(以及例如平衡电极)可以彼此同心地布置。阳极、阴极和平衡电极可以具有相同的热膨胀系数。平衡电极可以被布置成远离阳极和阴极之间的导电路径。例如，从阳极到阴极的导电路径可以是径向向外的。平衡电极可以沿着不同的方向(例如，沿着纵向轴线)偏离阳极/阴极。平衡电极可以比阴极更靠近阳极。例如，平衡电极可以大致垂直于(例如，垂直于)从阳极到阴极的电流路径延伸(例如，平衡电极可以平行于阳极)。

12、单元可以包括被布置在阳极和阴极之间的电阻元件，例如电阻元件可以包括石英或硼硅酸盐玻璃材料(例如，可以承受高温和/或高压的高电阻材料)。电阻元件可以具有足够的抗电阻性，使得电阻元件可以充当电绝缘体。电阻元件可以被布置在阳极和阴极之间的导电路径上，例如以在阳极和阴极之间提供增加的电阻。例如，电阻元件可以从阳极径向向外地定位，并且从阴极径向向内地定位(例如，在从阳极到阴极的导电路径径向向外地延伸的位置)。

13、系统可以被构造成向单元的一个或多个部件提供额外的加热(例如在启动模式期间)。单元可以包括加热元件以提供这种加热。例如，加热器可以位于单元附近，和/或加热元件可以集成在单元的一部分内。加热器可以包括在单元的端部盖体中(例如，筒式加热器可以设置在单元的端部盖体内)。在一些示例中，这种加热可以由电阻加热元件提供。电阻加热元件可以是单元的一部分(例如，可以向诸如阳极或电阻元件的部件施加电压以提供电阻加热，或者向单元的额外的电阻加热元件或区域施加电压)。可以提供这种加热以增加与以下中的至少一项相关联的温度：单元、单元内的流体和从单元输出到等离子体被激发的点的流体。例如，可以提供加热直到出现泡(例如气泡)。

14、液体供应系统可以被构造成将流体(例如水)供应到单元，该流体在单元内在预期的情况下至少部分地表现出非牛顿性质。例如，其中，液体被构造成抵抗单元内的等离子体的快速膨胀。系统还可以包括过滤装置，该过滤装置被构造成过滤从单元输出的流体。功提取系统可以包括以下中的至少一项：(i)调节器，该调节器用于热和/或加压流体的质量传递，(ii)热交换器，该热交换器用于将热量传递到工作流体，以及(iii)发电系统，诸如基于蒸汽的发电系统。由单元产生的加热的流体本身可以用于后续应用，或者可以替代地用于加热用于后续应用的一种或多种其他流体。例如，由单元产生的加热的流体可以用作工作流体，或者由单元产生的加热的流体可以用于加热单独的流体，该单独的流体然后可以用作工作流体。系统可以包括dc电压源，该dc电压源可操作以向电极中的每一个电极施加dc电压。

15、在一方面，提供了一种系统，该系统包括：单元，该单元被配置成加热提供给该单元的液体，该单元包括：入口和出口，该入口用于接纳待加热的液体，该出口用于输出加热的流体；电力管理系统，该电力管理系统被配置成控制向单元施加电能，以控制单元中的流体的加热；功提取系统，该功提取系统联接到出口并被构造成从单元输出的加热的流体中提取可用功；以及流体管理系统，该流体管理系统联接到单元的入口并被构造成：(i)将待加热的液体供应到单元，以及(ii)处理已经由单元输出并被功提取系统使用的加热的流体。

16、单元可以包括本文中所公开的单元。功提取系统可以包括本文中所公开的功提取系统。流体管理系统可以包括本文中所公开的液体供应系统，例如用于将待加热的液体供应到单元。

17、流体管理系统可以包括：(i)液体供应联接器，用于将系统联接到待加热的液体的供应，以及(ii)排水管联接器，用于排出已经由单元输出并被功提取系统使用的加热的流体。流体管理系统可以包括泵，该泵联接到液体供应联接器和单元的入口，其中，泵可操作以在压力下将液体供应到单元。功提取系统可以包括热力发动机。单元的出口可以联接到第一发动机入口，以使得从单元输出的加热的流体能够驱动发动机。热力发动机可以联接到发电机，该发电机被配置成响应于发动机的驱动而发电。单元的出口还可以联接到第一热交换器。第一发动机出口可以联接到第一热交换器，使得来自单元的已经穿过发动机的加热的流体被引导到用于加热的第一热交换器。第一热交换器可以联接到第二发动机入口，以使得来自热交换器的重新加热的流体能够进一步驱动发动机。发动机可以被布置成以不同的比率驱动通过第一发动机入口和第二发动机入口进入的流体。发动机和第一热交换器中的至少一个可以联接到第二热交换器，该第二热交换器被构造成用于进一步从单元输出的加热的流体中提取热量。

18、流体管理系统可以包括过滤器，该过滤器用于过滤从单元输出的加热的流体。功提取系统可以包括以下中的至少一项：热管理系统，该热管理系统被构造成接纳已经从单元输出的加热的流体，并将所述加热的流体作为热源使用或在热交换器中使用；以及发电系统，该发电系统被构造成接纳已经从单元输出的加热的流体，并使用所述加热的流体来发电。发电系统可以联接到电力管理系统以向该电力管理系统提供产生的电力。电力管理系统可以包括外部联接器，该外部联接器用于联接到外部电源。电力管理系统可以被配置成接收来自外部源的电力和/或向外部源提供由发电系统产生的电力。

19、在一方面，提供了一种提供加热的流体以从该加热的流体中提取可用功的方法，该方法包括：将待加热的液体供应到单元，其中，单元包括：(i)容置部，该容置部被布置成限定用于接纳待加热的液体的内部部分，以及(ii)多个电极，该多个电极被配置成向内部部分中的流体施加电能；控制多个电极的运行以向内部部分中的流体施加电能，以产生一个或多个等离子体的气泡；响应于容置部接收与内部部分中的等离子体的气泡相关联的入射光子(例如，还包括电子)，在容置部中靠近内部部分产生热量；使用容置部传导加热内部部分中的流体。

20、在一方面，提供了一种控制加热系统的运行的方法，加热系统包括单元，该单元包括：(i)容置部，该容置部被布置成限定用于接纳待加热的液体的内部部分，以及(ii)多个电极，该多个电极被配置成向内部部分中的流体施加电能，该方法包括：控制电极的运行以向内部部分中的流体施加电能，以产生一个或多个等离子体的气泡，用于将能量从等离子体中释放到内部部分中的流体和容置部，以提供对内部部分中的流体的加热，其中，控制电极的运行包括：接收指示与单元和/或与该单元相关联的流体相关联的至少一个运行参数的信号；当运行参数指示加热和/或等离子体产生低于阈值水平时，在“冷启动”模式下运行；以及当运行参数指示加热和/或等离子体产生高于阈值水平时，在“正常”模式下运行；其中，在冷启动模式下运行包括控制以下中的至少一项：(i)由电极施加的电能，(ii)液体到单元的供应，以及(iii)外部加热器的运行，以在运行参数指示加热和/或等离子体产生低于阈值水平的情况下增加单元和/或与该单元相关联的流体的温度。

21、本公开的各方面还可以提供一个或多个计算机程序产品，该一个或多个计算机程序产品包括计算机程序指令，该计算机程序指令被配置成控制处理器执行本文中所公开的方法中的任何方法。