專利名稱：在管線中產(chǎn)生液流的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在管線中產(chǎn)生液流的方法和設(shè)備。具體地，本發(fā)明涉及一種在管 線中產(chǎn)生液流的方法和設(shè)備，該管線具有至少一個(gè)渦輪裝置以從液流提取能量。
背景技術(shù)：
利用蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生諸如電能的能量是公知的。然而，這些設(shè)備 的效率相對(duì)較低，大約30-40%。這意味著會(huì)產(chǎn)生相對(duì)較多的CO2以提供電能。此外，這個(gè) 設(shè)備需要很多所謂的動(dòng)力設(shè)備，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜且具有相對(duì)較高的維護(hù)費(fèi)用。由于上述缺陷，目前，已不傾向于使用可燃?xì)怏w例如甲烷的有限礦藏或有限產(chǎn)品。 這些有限的礦藏通常存在于具有腐化的生物塊團(tuán)的地方。這種生物塊團(tuán)的實(shí)例是在生產(chǎn)食 品的過程中產(chǎn)生的殘余物，例如肥料、屠宰廢棄物和蔬菜廢料。通常是將氣體作為化肥播撒在農(nóng)田中以直接排放到大氣中或在所謂的燃燒之后 排放到大氣中，而不是使用以這類氣體為代表的資源。在很長(zhǎng)一段時(shí)間，基于將熱水分配到周圍區(qū)域的所謂分區(qū)供熱廠已經(jīng)被認(rèn)為是一 種相對(duì)來說對(duì)環(huán)境無危害的方案。尤其在能量基于例如廢物或CO2中性能源如木屑的燃燒 的時(shí)候，這類供熱廠被認(rèn)為是對(duì)環(huán)境無危害的。然而，分區(qū)供熱廠具有若干缺陷。首先，這類供熱廠需要相對(duì)大的投資和運(yùn)行成 本。其次，對(duì)在這類供熱廠中產(chǎn)生的熱量的需求會(huì)有波動(dòng)。需求會(huì)在一天中和一個(gè)季節(jié)中 變化。最后同樣重要的是，熱水形式的能量的供給距離短，只能在連接到分區(qū)供熱廠的網(wǎng)路 系統(tǒng)中分配。僅在工業(yè)密度大的區(qū)域才可能售出任何過剩熱。公開文獻(xiàn)GB 162641公開了一種利用加壓蒸汽在管線中提供液流的設(shè)備。公開文獻(xiàn)US 2007/0151234 Al公開了一種產(chǎn)生能量的系統(tǒng)，其中加壓空氣用于為 水輪機(jī)提供液流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服或減少現(xiàn)有技術(shù)中的至少一個(gè)缺陷。該目的是通過下面的說明書和隨后的權(quán)利要求書中具體說明的特征實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的第一方面，提供了一種在管線中產(chǎn)生液流的方法，所述管線具有至少一 個(gè)渦輪設(shè)備以從液流中提取能量，其中該方法包括下述步驟-使第一壓力的蒸汽得以流動(dòng)通過可閉合的入口流入容器以置換一定體積的液體 通過容器的可閉合的出口流出并流入管線；-使液流得以驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)，并使渦輪機(jī)下游的液流得以處在較渦輪機(jī)上游的壓力 低的壓力通過低壓線路并經(jīng)由緩沖容器和液體供給線路返回容器的第二入口，所述入口是 可打開的；-關(guān)閉對(duì)容器的蒸汽供給；-使容器中的壓力得以置換液體流出容器并通過渦輪機(jī)；
-關(guān)閉通向管線的出口；-打開以形成流出容器的蒸汽的液體連通；及-打開以將液體從液體供給線路回填到容器中，液體供給線路與緩沖容器液體連ο以加壓蒸汽的形式供給系統(tǒng)的能量可以以已知的方式提供，例如通過蒸汽鍋爐提供。為了使通過至少一個(gè)渦輪機(jī)的液體的流動(dòng)盡可能的穩(wěn)定，如果兩個(gè)或多于兩個(gè)容 器并聯(lián)布置將是有利的，上述步驟在各個(gè)容器之間以相位滯后的方式進(jìn)行。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，至少一個(gè)額外的渦輪機(jī)置于為至少一個(gè)容器而排布的至 少一條額外的中壓管線的每一條中，容器中的壓力是各條管線中的液流的控制因子。由此，液體可被控制為相繼地流入一條或多條中壓液體線路中并通過額外的渦輪 機(jī)，額外的渦輪機(jī)被優(yōu)化為使液流具有受限制的壓力范圍。由于該設(shè)備對(duì)于從容器流出蒸汽的上述液體連通(所謂的壓力泄放)是開放的， 因此為了能夠維持設(shè)備中的蒸汽和液體平衡，如果通過熱交換器輸送從容器流出進(jìn)入到壓 力泄放線路的蒸汽并通過緩沖容器將蒸汽返回到液體系統(tǒng)中將是有利的。由此，維持了設(shè) 備中的液體平衡，該設(shè)備就液體而言對(duì)周圍環(huán)境是閉合的。在一種替代實(shí)施方式中，壓力泄放線路中的蒸汽通過泵裝置輸送到蒸汽發(fā)生裝置 中。在另一種替代實(shí)施方式中，壓力泄放線路中的蒸汽被輸送到熱交換器并從熱交換 器中泵入蒸汽發(fā)生裝置中。在上述的兩種替代實(shí)施方式中，在設(shè)備中具有改進(jìn)的蒸汽和液體的分離。在上述 的替代實(shí)施方式中，也在設(shè)備中維持了液體平衡。在一種實(shí)施方式中，壓力泄放線路具有蒸汽輪機(jī)以從在線路中流動(dòng)的蒸汽提取能 量。蒸汽輪機(jī)置于可能有的熱交換器的上游。結(jié)果證明，如果渦輪機(jī)是所謂的容積式渦輪裝置將具有極大的益處。在一種實(shí)施 方式中，將所謂的凸輪泵用作渦輪機(jī)，凸輪泵由管線中的液流驅(qū)動(dòng)。如果渦輪機(jī)用于以下述 方式控制渦輪機(jī)下游的壓力也將具有極大的益處壓力不降低到預(yù)定的最小壓力之下。本發(fā)明的第二方面，提供了一種在管線中產(chǎn)生液流以驅(qū)動(dòng)置于管線中的至少一個(gè) 渦輪機(jī)的設(shè)備，該設(shè)備包括至少一個(gè)用于保持蒸汽和液體的容器，已被導(dǎo)入容器中的蒸汽 用于驅(qū)動(dòng)容器中的液體通過可閉合的出口流出并流入包括渦輪機(jī)的管線，以第一壓力迫出 容器的液體通過緩沖容器流體連接到容器的可閉合液體入口部分，通過該可閉合液體入口 部分，液體以第二壓力被輸送，第二壓力低于所述第一壓力，但高于容器內(nèi)的殘壓。為了防止蒸汽冷凝，最好是將盡可能多的蒸汽與液體隔離，例如通過借助于浮式 活塞將容器分為蒸汽腔室和液體腔室，浮式活塞優(yōu)選地由絕熱材料制成。為了使通過渦輪機(jī)的液體的流動(dòng)盡可能地穩(wěn)定，下述事實(shí)是有利的兩個(gè)或多于 兩個(gè)容器并聯(lián)布置，且以相位滯后的方式控制蒸汽和液體的流入和流出，從而使得例如第 一容器排空時(shí)另一容器被填充。如果緩沖容器置于設(shè)備的渦輪機(jī)的下游側(cè)和容器之間的一部分是有利的。為了保 持設(shè)備內(nèi)的超壓，從而使液體可不利用泵裝置而進(jìn)入容器，如果緩沖容器是壓力容器將是有利的。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，用來自緩沖容器的液體供給蒸汽發(fā)生裝置，可選地或此 外，用來自壓力泄放線路或可能有的熱交換器的液體供給蒸汽發(fā)生裝置，其中，可能有的熱 交換器與蒸汽發(fā)生裝置流體連通。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解到，液體或蒸汽必須在輸送到蒸 汽發(fā)生裝置之前經(jīng)歷加壓過程，以保證供給。


下文描述了在附圖中示出的優(yōu)選實(shí)施方式的例子，在附圖中圖1是設(shè)備的原理圖，該設(shè)備中，蒸汽用于驅(qū)動(dòng)液體通過平行地設(shè)置在管線圈上 各自部分中的兩個(gè)渦輪機(jī)，該原理圖示出了處于給定相位的設(shè)備。
具體實(shí)施例方式在該圖中，附圖標(biāo)記1表示根據(jù)本發(fā)明所述的設(shè)備，該設(shè)備圖示成處于給定相位 或者在“瞬時(shí)圖”中。設(shè)備1由下述主要組件組成-已知種類的蒸汽鍋爐3，用于將蒸汽輸送到蒸汽供給線5；-四個(gè)蒸汽供給閥S1、S2、S3和S4,每一個(gè)用于控制蒸汽供給通過頂部進(jìn)入各自的 容器 V1、V2、V3 和 V4 ；-連接到每個(gè)容器V1、V2、V3和V4的底部的高壓液體線路7，液流從各個(gè)容器VI、 V2、V3和V4流出并流入高壓液體線路7，高壓液體線路7由各自的高壓閥HI、H2、H3和H4 控制；-連接到每個(gè)容器V1、V2、V3和V4的底部的中壓液體線路9，液流從各個(gè)容器VI、 V2、V3和V4流出并流入中壓液體線路9，中壓液體線路9由各自的中壓閥Ml、M2、M3和M4 控制；-第一渦輪機(jī)11，其與高壓液體線路7流體連通，第二渦輪機(jī)13，其與中壓液體線 路9流體連通；-第一低壓液體線路15和第二低壓液體線路17，分別連接到第一渦輪機(jī)和第二渦 輪機(jī)13的下游側(cè)；-緩沖容器19，其與第一低壓液體線路15和第二低壓液體線路17流體連通；-在緩沖容器19和每個(gè)容器V1、V2、V3和V4的底部之間延伸的液體供給線路21， 對(duì)容器VI、V2、V3和V4的液體供給由各自的液體供給閥Li、L2、L3和L4控制。-連接到每個(gè)容器V1、V2、V3和V4的頂部的壓力泄放線路23，從各個(gè)容器Vl、V2、 V3和V4泄放的壓力由各自的壓力泄放閥Bi、B2、B3和B4控制；以及-蒸汽鍋爐供給線路29，其通過泵31將液體從緩沖容器19輸送到蒸汽鍋爐3。圖1中，各條管線中的流動(dòng)方向由箭頭指示。如圖1所示，在給定相位，蒸汽供給閥S2是打開的，而蒸汽供給閥Si、S3和S4是 關(guān)閉的。因此，在給定相位，來自蒸汽鍋爐3的水蒸氣或水蒸汽僅流入容器V2。蒸汽鍋爐產(chǎn) 生第一壓力例如30巴的蒸汽。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員會(huì)了解到，可提供不同于指出的示例性壓 力的壓力值的蒸汽。
進(jìn)入容器V2的蒸汽置換了液體，液體例如水通過打開的高壓閥H2流出并流入高 壓液體線路7的。分別控制來自容器V1、V3和V4的液體流出的高壓閥H1、H3和H4在圖示 時(shí)刻處于閉合位置。被迫從容器V2流出并進(jìn)入到高壓液體線路7的液體流動(dòng)通過第一渦輪機(jī)11。第 一渦輪機(jī)11是由水流驅(qū)動(dòng)的容積泵裝置，舉例來說，這種泵裝置連接到用于產(chǎn)生電流的發(fā) 電機(jī)(未示出)上。容積泵裝置優(yōu)選地由所謂的凸輪泵構(gòu)成。由渦輪機(jī)11提取的能量導(dǎo)致整個(gè)渦輪機(jī)11的壓力下降。在渦輪機(jī)11的下游，壓 力降低到相當(dāng)?shù)?，例如但不限?_3巴的數(shù)量級(jí)。理想的是，在渦輪機(jī)11的下游保持超壓， 以使得液體能夠流動(dòng)通過低壓液體線路15、17并流入緩沖容器19，并且使得液體從那里通 過液體供給線路21進(jìn)入到各自的容器中而不需使用會(huì)消耗能量的泵裝置。在圖1中，容器Vl被示為由蒸汽填充了近似一半，在高壓閥Hl處于打開位置時(shí)， 蒸汽已經(jīng)迫使液體通過高壓液體線路7流出。然而，在圖示的相位，高壓閥Hl和蒸汽供給 閥Sl處于閉合位置，而中壓閥Ml處于打開位置。此時(shí)，容器Vl內(nèi)的壓力迫使液體通過打 開的中壓閥Ml流出到中壓液體線路9中，并進(jìn)一步流入蓄電池容器25以使壓力均勻化，液 體從此處流動(dòng)通過第二渦輪機(jī)13。在第二渦輪機(jī)13的下游，液體經(jīng)由第二低壓線路17流 入緩沖容器19。將理解到，與放置在中壓液體線路9中的蓄電池容器25基本對(duì)應(yīng)的容器(未示 出)可以放置在高壓液體線路7中。在圖1中，容器V3和V4處于被來自緩沖容器19的液體填充的過程中。在給定相 位，容器V3已被填充大約80%，而容器V4已被填充大約20%。為了使液體得以流入到容器V3和V4中，將理解到，液體供給閥L3和L4處于打開位置。為了防止容器V3、V4中的殘壓抵消發(fā)生在相當(dāng)?shù)偷膲毫?-3巴下的液體的填 充，壓力泄放閥B3和B4處于打開位置。在該圖中，壓力泄放線路23被示為連接到已知的熱交換器27上。熱交換器27的 主要目的在于將蒸汽凝結(jié)為液體，從而維持設(shè)備中的蒸汽和液體的平衡。作為正面效應(yīng)，熱 交換器27提供了將確定量的蒸汽吸出各自的容器V1-V4的功能。另一目的在于利用由從 容器V1-V4泄放的蒸汽攜帶的熱能的一部分。舉例來說，提取的熱能可用于可能連接到蒸 汽鍋爐3上的沼氣廠(未示出)。作為對(duì)熱交換器27的替代，通過壓力泄放線路23泄放的蒸汽可被直接送往緩沖 容器19。然而，這種方案可能意味著泄放的蒸汽需要較長(zhǎng)時(shí)間才能凝結(jié)，并且因此抵消容器 V1-V4的有效泄放。將用于在蒸汽鍋爐3內(nèi)產(chǎn)生蒸汽的液體通過泵31從緩沖容器19泵出并經(jīng)由蒸汽 鍋爐供給線路29泵入蒸汽鍋爐3。操作閥所需的能量被認(rèn)為相對(duì)較少，因此泵31是除蒸汽 鍋爐3之外的僅有的利用任何顯著的能量的裝置。盡管在所示實(shí)施方式中，設(shè)備1具有四個(gè)容器VI、V2、V3和V4，但會(huì)理解到，設(shè)備 也可能由一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或多于四個(gè)容器構(gòu)成。只要需要，蒸汽就可供給到串聯(lián)連接的設(shè)備，也就是說，兩個(gè)或多于兩個(gè)容器或容 器組串聯(lián)連接。
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在圖1中示出液體可被迫流入兩個(gè)不同的液體線路7、9，并且從這里流動(dòng)通過關(guān) 聯(lián)的渦輪機(jī)11、13。然而，將理解到，設(shè)備可具有另外的液體線路(未示出)，其中每條液體 線路都具有渦輪機(jī)(未示出)。將理解到，上文所述的閥由已知的控制裝置控制，這些控制裝置對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù) 人員來說是熟知的。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到，至少那些向液流打開和閉合的閥基本上以壓力 平衡的方式操作。這在使用操作閥所必需的能量方面是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。各個(gè)容器的排空和填充循環(huán)通常在一到兩分鐘內(nèi)發(fā)生，盡管這也可能發(fā)生在較長(zhǎng) 或較短的周期內(nèi)。由于這種通常的排空和填充循環(huán)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到，設(shè)備1中液 流的速度相當(dāng)?shù)?。在該設(shè)備的原型中，測(cè)量的速度為2. 5-3m/s，這使得設(shè)備的流動(dòng)損失相當(dāng) 小，并且對(duì)設(shè)備的侵蝕極小。根據(jù)本發(fā)明所述的設(shè)備1提供了一種閉合加壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)的效率非常高，而同 時(shí)供給蒸汽鍋爐3的能量可被轉(zhuǎn)化為能夠分配到現(xiàn)有的供電網(wǎng)絡(luò)的能量。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，蒸汽可通過不同的能源提供，例如但不限于化石燃 料、有機(jī)材料、廢物燃燒、太陽能和工業(yè)上的過剩熱，以及其中一項(xiàng)或多項(xiàng)的組合。由于提供了用于液體循環(huán)的閉合加壓系統(tǒng)，液體溫度可高于100°C，并且該系統(tǒng)可 以不散發(fā)或排出任何蒸汽或液體。為了降低對(duì)周圍環(huán)境的非受控?zé)釗p失以及由此造成的能 量損失，設(shè)備1的全部或部分可具有絕熱裝置。與已知的通過蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪裝置的設(shè)備相比，本發(fā)明的設(shè)備包括非常少的移動(dòng)部 件，因此就維修方面而言，展現(xiàn)出了優(yōu)勢(shì)。然而，相對(duì)已知設(shè)備的最重要的好處之一在于設(shè) 備的高效率，經(jīng)測(cè)量已經(jīng)證明，效率在60-70%之間。設(shè)備的簡(jiǎn)易性結(jié)合其高效率使得利用 迄今為止未被使用的能量載體取得了經(jīng)濟(jì)效益。因此，由上可知，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到，根據(jù)本發(fā)明所述的方法和設(shè)備代表了 可觀的環(huán)境增益。
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權(quán)利要求
1.一種在管線(7、9)中產(chǎn)生液流的方法，所述管線(7、9)具有至少一個(gè)渦輪裝置(11、 13)以從液流中提取能量，其特征在于，該方法包括下述步驟-使第一壓力的蒸汽得以流動(dòng)通過可閉合的入口流入容器(V1-V4)以置換一定體積的 液體通過容器(V1-V4)的可閉合的出口流出并流入管線(7、9)；-使液流得以驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)(11、13)，并使渦輪機(jī)(11、13)下游的液流得以在較渦輪機(jī)上 游的壓力低的壓力通過低壓線路(15、17)并經(jīng)由緩沖容器(19)和液體供給線路(21)返回 容器(V1-V4)的第二入口，所述入口是可打開的；-關(guān)閉對(duì)容器(V1-V4)的蒸汽供給；-使容器(V1-V4)中的壓力得以置換液體流出容器(V1-V4)；-關(guān)閉通向管線(7、9)的出口 ；-打開以形成流出容器(V1-V4)的蒸汽的液體連通；及-打開以將液體從液體供給線路(21)回填到容器(V1-V4)中，液體供給線路(21)與緩 沖容器(19)液體連通。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，兩個(gè)或多于兩個(gè)容器(V1-V4)并聯(lián)布置，并且上述 步驟在各個(gè)容器之間相位滯后地進(jìn)行。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，該方法包括將至少一個(gè)另外的渦輪機(jī)(13)置于至 少一條另外的中壓管線(9)的每一條中，至少一條另外的中壓管線(9)布置用于至少一個(gè) 容器(V1-V4)，所述容器(V1-V4)中的壓力是各條管線中的液流的控制因子。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，從容器(1)流出的蒸汽被導(dǎo)入壓力泄放管線(23)， 并通過熱交換器(27)輸送回所述設(shè)備(1)的緩沖容器(19)和蒸汽鍋爐(3)中的至少一個(gè) 中。
5.如權(quán)利要求1或4所述的方法，其中，從容器(1)流出的蒸汽被導(dǎo)入壓力泄放線路 (23)，并經(jīng)由可能有的熱交換器上游的蒸汽渦輪機(jī)輸送回所述設(shè)備(1)的緩沖容器(19)和 蒸汽鍋爐(3)中的至少一個(gè)中。
6.如任一在先權(quán)利要求所述的方法，其中容積式渦輪泵裝置用作渦輪機(jī)(11、13)。
7.如任一在先權(quán)利要求所述的方法，其中，渦輪機(jī)(11、13)下游的低壓線路(15、17)中 的壓力由渦輪機(jī)(11、13)控制。
8.一種在管線(7、9)中產(chǎn)生液流以驅(qū)動(dòng)置于管線(7、9)中的至少一個(gè)渦輪機(jī)(11、13) 的設(shè)備(1)，其特征在于，該設(shè)備(1)包括至少一個(gè)用于保持蒸汽和液體的容器(V1-V4)，已 被導(dǎo)入容器(V1-V4)中的蒸汽用于驅(qū)動(dòng)容器(V1-V4)中的液體通過可閉合的出口流出并 流入包括渦輪機(jī)(11、13)的管線(7)，以第一壓力迫出容器(V1-V4)的液體通過緩沖容器 (19)流體連接到容器(V1-V4)的可閉合液體入口部分，通過該可閉合液體入口部分，液體 以第二壓力被輸送，第二壓力低于所述第一壓力，但高于容器(V1-V4)內(nèi)的殘壓。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，容器(V1-V4)被浮式活塞(6)分為蒸汽腔室和液體 腔室。
10.如權(quán)利要求8或9所述的設(shè)備，其中，兩個(gè)或多于兩個(gè)容器(V1-V4)并聯(lián)布置，并且 以相位滯后的方式控制蒸汽和液體的流入和流出。
11.如權(quán)利要求8-10之一所述的設(shè)備，其中，至少一個(gè)另外的渦輪機(jī)(13)置于至少一 條另外的中壓管線(9)的每一條中，至少一條另外的中壓管線(9)布置用于至少一個(gè)容器(V1-V4)，容器(V1-V4)中的壓力是管線(7、9)中已輸入液體的那條管線的控制因子。
12.如權(quán)利要求8-11之一所述的設(shè)備，其中，緩沖容器(19)置于設(shè)備(1)的渦輪機(jī) (11、13)的下游側(cè)和容器(V1-V4)之間的一部分。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，用于產(chǎn)生蒸汽的液體已從緩沖容器(19)輸送。
14.如任一在先權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，渦輪機(jī)(11、13)下游的低壓線路(15、17) 中的壓力由渦輪機(jī)(11、13)控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在管線(7、9)中產(chǎn)生液流的方法，管線(7、9)具有至少一個(gè)渦輪裝置(11、13)以從液流中提取能量，其中蒸汽用于在管線(7、9)中產(chǎn)生液流，并且液流通過渦輪機(jī)(11、13)。本發(fā)明還公開了一種實(shí)現(xiàn)該方法的設(shè)備。
文檔編號(hào)F01K1/14GK101999032SQ200980112729
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2009年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月10日
發(fā)明者T·馬爾胡斯 申請(qǐng)人:綠色能源公司