專利名稱：不預(yù)熱油即啟動(dòng)制冷系統(tǒng)的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)，更特別地，本發(fā)明涉及一種不預(yù)熱潤滑劑即 啟動(dòng)這樣的系統(tǒng)的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
眾所周知，閉合蘭金循環(huán)包括用于蒸發(fā)運(yùn)動(dòng)流體的鍋爐或蒸發(fā)器、接收來自鍋爐 的蒸汽以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或其他負(fù)載的透平機(jī)、冷凝來自透平機(jī)的排氣蒸汽的冷凝器、以及如 泵之類將冷凝的流體循環(huán)至鍋爐的設(shè)備。美國專利US3393515示出了并描述了這樣的一個(gè) 系統(tǒng)。隨著能源危機(jī)的到來，人們需要保存并更有效地利用可用的能源，蘭金循環(huán)系統(tǒng) 已被用于捕獲所謂的“廢熱”或者自然產(chǎn)生的能源如沼氣燃燒或地?zé)釤嵩?。在轉(zhuǎn)讓給本發(fā) 明受讓人的美國專利US7174716中示出并描述了應(yīng)用于此的目的透平機(jī)。為了啟動(dòng)這樣的制冷系統(tǒng)，被用于潤滑透平機(jī)的軸承的油必定會(huì)被加熱至某個(gè)溫 度，使該溫度高于制冷劑會(huì)被冷凝且取代油的溫度。傳統(tǒng)方法中使用加熱器即可達(dá)到這個(gè) 目的，該加熱器可以在達(dá)到該溫度時(shí)有效地維持該溫度，但是為此需要花費(fèi)相對較長的時(shí) 間。因此需要能夠?qū)嵸|(zhì)降低啟動(dòng)這樣一種有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)所需的時(shí)間，并可取消對油加 熱器的需要。

發(fā)明內(nèi)容
簡要地說，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，熱制冷劑蒸汽從位于蒸發(fā)器的下游、透平機(jī)入 口閥的上游的某一點(diǎn)抽出且被傳送至排放器，該排放器從透平機(jī)吸氣外殼抽出油并且將制 冷劑蒸汽與油的混合物泵送至油槽，從而加熱油槽中的油。在如下所述的附圖中，描述了一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例；但是基于此所作出的不同變形以 及替代方式均落入本發(fā)明的精神和范圍。


圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)的示意圖。圖2為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的透平機(jī)與其發(fā)電機(jī)部分的示出油的流動(dòng)的示意圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明的示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出的是一種有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)，其通常用來利用廢熱或者自然產(chǎn)生的熱源 來發(fā)電。其包括呈串聯(lián)流動(dòng)關(guān)系的泵11、蒸發(fā)器12、透平機(jī)13以及冷凝器14。工作流體可 以是任何適宜的制冷劑，如R_245fa。用來加熱鍋爐或者蒸發(fā)器12的熱源可以是任何適宜的熱源，如燃?xì)馔钙桨l(fā)動(dòng)機(jī)的排氣，沼氣燃燒，或者如圖所示向蒸發(fā)器12供應(yīng)熱水的地?zé)釤嵩?。透平機(jī)13通過齒輪箱(未示出)機(jī)械連接至發(fā)電機(jī)16以進(jìn)行發(fā)電。在系統(tǒng)啟動(dòng) 期間，旁路孔18被提供用來旁通透平機(jī)13，使得制冷劑的溫度和壓力首先可以升高至所期 望的水平，以保證透平機(jī)13能夠正確地運(yùn)行。
冷凝器14可以為空氣冷卻也可以為通過如圖所示的散熱器19進(jìn)行水冷卻。圖3中示出了有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)的一部分，該部分包括蒸發(fā)器12和透平機(jī)13。透 平機(jī)13包括高壓渦殼21、吸氣外殼22以及葉輪23，透平機(jī)13也可以是轉(zhuǎn)讓給本申請受讓 人的美國專利US7174716中所示及所述的類型。透平機(jī)入口閥24將蒸發(fā)器12相互連接至 高壓渦殼21。在運(yùn)行中，制冷劑蒸汽從蒸發(fā)器12流經(jīng)透平機(jī)入口閥24至高壓渦殼21，并且接著 流過噴嘴26以傳遞原動(dòng)力至葉輪23從而驅(qū)動(dòng)齒輪箱28中的軸27。傳動(dòng)軸27然后由齒輪 29連接以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)31。齒輪箱28包括油槽32，和在被傳遞至油冷卻器(未示出)之前 將油泵送至齒輪29和軸承34的油泵33。在制冷劑流動(dòng)回路中，油在制冷劑中有被乳化的傾向因而產(chǎn)生兩種物質(zhì)的混合 物。因此在吸氣外殼22中，如所示出的，油傾向于從蒸汽分離，并聚集在吸氣外殼22的底 部中。因而需要將這些油返回油槽32。這可以通過設(shè)有第一流動(dòng)入口 37和第二流動(dòng)入口 38的排放器36來完成。如所示出的，第一流動(dòng)入口 37通過管線39流體連接至高壓渦殼 21，第二流動(dòng)入口 38通過管線41流體連接至吸氣外殼22的下部。在運(yùn)行期間，來自高壓渦殼21的高壓制冷劑蒸汽沿著管線39流至排放器36的第 一流動(dòng)入口 37，從而使得來自吸氣外殼22的第二油流通過管線41流進(jìn)第二流動(dòng)入口 38， 然后混合物沿著管線42流至油槽32。制冷劑蒸汽接著在齒輪箱28中上升，并由于壓力梯 度而移動(dòng)至吸氣外殼22，從而沿管線45從齒輪箱28流至吸氣外殼。蒸發(fā)器12中還存在制冷劑和油的混合物，油沿著管線49流至吸氣外殼22。傳統(tǒng)情況下，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，油槽32中的油是冷的，且因此并不處于適于在系統(tǒng)內(nèi) 進(jìn)行適當(dāng)循環(huán)的條件。因此，傳統(tǒng)地使用如所示在油槽32中放置的加熱器51來解決這個(gè) 問題。在一個(gè)方式中，加熱器51為電加熱器，能在相對短的時(shí)間段內(nèi)加熱油。但是，需要取 消實(shí)現(xiàn)上述功能所需的等待時(shí)間，如果可能則需要一起取消加熱器51?，F(xiàn)在參照圖3，可以看見高壓渦殼21不再應(yīng)用于第一流動(dòng)入口 37。而熱制冷劑蒸 汽則在位于蒸發(fā)器12下游但是透平機(jī)入口閥24上游的某一點(diǎn)從管線52取出。該熱制冷 劑蒸汽沿著管線53被傳送至第一流動(dòng)入口 37。如前所述，油從吸氣外殼22抽出，并沿管 線41流向第二流動(dòng)入口 38。但是，由于熱制冷劑氣體，沿管線42流向油槽32的油和制冷 劑的混合物的溫度會(huì)實(shí)質(zhì)上增加(即，在范圍內(nèi))。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，油槽32中的油 會(huì)更快地被加熱，因而允許系統(tǒng)相對于以前能更早被啟動(dòng)。因此現(xiàn)有技術(shù)中的油加熱器51 可被取消。現(xiàn)在考慮啟動(dòng)系統(tǒng)的方法，事件的順序如圖4所示。首先，如方塊54所示，泵11被 開啟以使制冷劑循環(huán)通過系統(tǒng)。接著如方塊55所示用地?zé)釤嵩?6加熱蒸發(fā)器12。如方塊 56所示油溫報(bào)警器可以不工作，這是由于，盡管此時(shí)油是冷的，但是如上所述本系統(tǒng)允許系 統(tǒng)在此特征下啟動(dòng)。如方塊57所示，由于系統(tǒng)必須在蒸汽被過熱以使透平機(jī)13正確運(yùn)行 之前運(yùn)行一段時(shí)間，旁路孔18被打開以允許制冷劑在系統(tǒng)中圍繞著透平機(jī)13進(jìn)行循環(huán)。
如方塊58所示，油泵33進(jìn)而被開啟，使油在系統(tǒng)中(即，在齒輪箱28和發(fā)電機(jī)31中)循環(huán)。按照方塊59所示，離開蒸發(fā)器12的高溫制冷劑流經(jīng)排放器36，加熱由吸氣外 殼22泵送而來的油，然后流向槽32以加熱其中的油。按方塊61所示，一旦油達(dá)到了適宜 于系統(tǒng)能適當(dāng)運(yùn)行的溫度，發(fā)電設(shè)備則被允許恢復(fù)到正常運(yùn)行，且切換到發(fā)電模式。雖然本發(fā)明參考圖示的優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行了具體示出和描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)知道對細(xì)節(jié)所作的各種變形均落入本發(fā)明的精神和權(quán)利要求所限定的范圍。
權(quán)利要求
一種啟動(dòng)有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)具有蒸發(fā)器和具有油槽的透平驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，該方法包括以下步驟提供具有第一和第二流動(dòng)入口的排放器；將所述第一流動(dòng)入口流體連接至所述蒸發(fā)器的出口；將所述第二流動(dòng)入口流體連接至所述透平機(jī)的下部；以及運(yùn)行所述排放器以將油和制冷劑蒸汽的混合物泵送至所述油槽，因而加熱所述油槽中的油。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟當(dāng)油達(dá)到預(yù)定的溫度水平時(shí)，將來自所述蒸 發(fā)器的制冷劑蒸汽流連接至所述透平機(jī)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，包括預(yù)備步驟將制冷劑泵送通過所述系統(tǒng)但是旁通所 述透平機(jī)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，包括預(yù)備步驟施加熱至所述蒸發(fā)器。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述系統(tǒng)包括位于所述透平機(jī)上游的入口閥，且所 述流體連接位于所述蒸發(fā)器和所述入口閥之間。
6.一種蘭金循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有呈串聯(lián)流動(dòng)關(guān)系的泵、蒸發(fā)器、透平機(jī)以及冷凝器， 透平機(jī)用于通過帶有油槽的齒輪箱驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，所述系統(tǒng)包括具有第一和第二流動(dòng)入口的排放器；在所述第二流動(dòng)入口和所述透平機(jī)的下部之間用以引導(dǎo)其中的油流動(dòng)的流體連接；在所述蒸發(fā)器的出口和所述第一流動(dòng)入口之間用以引導(dǎo)其中的熱制冷劑氣體流動(dòng)的 流體連接；以及在所述排放器的出口和所述油槽之間用以引導(dǎo)其中的油和熱制冷劑氣體的混合物流 動(dòng)的流體連接。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，包括位于所述透平機(jī)上游和所述蒸發(fā)器下游的透平機(jī)入 口閥，其中來自所述蒸發(fā)器的流體連接位于所述透平機(jī)入口閥的上游。
全文摘要
一種蘭金循環(huán)系統(tǒng)，其包括用于通過具有油槽的齒輪箱驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的透平機(jī)，該系統(tǒng)適于通過使來自蒸發(fā)器的熱制冷劑氣體的混合物與來自透平機(jī)的下部的油在排放器中混合并流至油槽以加熱油，從而使所述油被相對快速地加熱。
文檔編號F25B1/06GK101809379SQ200780100035
公開日2010年8月18日 申請日期2007年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月27日
發(fā)明者P·S·馬特森, S·P·布里恩 申請人:Utc電力公司