专利名称：不预热油即启动制冷系统的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及有机兰金循环系统，更特别地，本发明涉及一种不预热润滑剂即 启动这样的系统的方法和设备。
背景技术：
众所周知，闭合兰金循环包括用于蒸发运动流体的锅炉或蒸发器、接收来自锅炉 的蒸汽以驱动发电机或其他负载的透平机、冷凝来自透平机的排气蒸汽的冷凝器、以及如 泵之类将冷凝的流体循环至锅炉的设备。美国专利US3393515示出了并描述了这样的一个 系统。随着能源危机的到来，人们需要保存并更有效地利用可用的能源，兰金循环系统 已被用于捕获所谓的“废热”或者自然产生的能源如沼气燃烧或地热热源。在转让给本发 明受让人的美国专利US7174716中示出并描述了应用于此的目的透平机。为了启动这样的制冷系统，被用于润滑透平机的轴承的油必定会被加热至某个温 度，使该温度高于制冷剂会被冷凝且取代油的温度。传统方法中使用加热器即可达到这个 目的，该加热器可以在达到该温度时有效地维持该温度，但是为此需要花费相对较长的时 间。因此需要能够实质降低启动这样一种有机兰金循环系统所需的时间，并可取消对油加 热器的需要。
发明内容
简要地说，根据本发明的一个方面，热制冷剂蒸汽从位于蒸发器的下游、透平机入 口阀的上游的某一点抽出且被传送至排放器，该排放器从透平机吸气外壳抽出油并且将制 冷剂蒸汽与油的混合物泵送至油槽，从而加热油槽中的油。在如下所述的附图中，描述了一个优选实施例；但是基于此所作出的不同变形以 及替代方式均落入本发明的精神和范围。
图1为根据现有技术的有机兰金循环系统的示意图。图2为根据现有技术的透平机与其发电机部分的示出油的流动的示意图。图3为根据本发明的示意图。图4是根据本发明的方法的流程图。
具体实施例方式图1示出的是一种有机兰金循环系统，其通常用来利用废热或者自然产生的热源 来发电。其包括呈串联流动关系的泵11、蒸发器12、透平机13以及冷凝器14。工作流体可 以是任何适宜的制冷剂，如R_245fa。用来加热锅炉或者蒸发器12的热源可以是任何适宜的热源，如燃气透平发动机的排气，沼气燃烧，或者如图所示向蒸发器12供应热水的地热热源。透平机13通过齿轮箱(未示出)机械连接至发电机16以进行发电。在系统启动 期间，旁路孔18被提供用来旁通透平机13，使得制冷剂的温度和压力首先可以升高至所期 望的水平，以保证透平机13能够正确地运行。
冷凝器14可以为空气冷却也可以为通过如图所示的散热器19进行水冷却。图3中示出了有机兰金循环系统的一部分，该部分包括蒸发器12和透平机13。透 平机13包括高压涡壳21、吸气外壳22以及叶轮23，透平机13也可以是转让给本申请受让 人的美国专利US7174716中所示及所述的类型。透平机入口阀24将蒸发器12相互连接至 高压涡壳21。在运行中，制冷剂蒸汽从蒸发器12流经透平机入口阀24至高压涡壳21，并且接着 流过喷嘴26以传递原动力至叶轮23从而驱动齿轮箱28中的轴27。传动轴27然后由齿轮 29连接以驱动发电机31。齿轮箱28包括油槽32，和在被传递至油冷却器(未示出)之前 将油泵送至齿轮29和轴承34的油泵33。在制冷剂流动回路中，油在制冷剂中有被乳化的倾向因而产生两种物质的混合 物。因此在吸气外壳22中，如所示出的，油倾向于从蒸汽分离，并聚集在吸气外壳22的底 部中。因而需要将这些油返回油槽32。这可以通过设有第一流动入口 37和第二流动入口 38的排放器36来完成。如所示出的，第一流动入口 37通过管线39流体连接至高压涡壳 21，第二流动入口 38通过管线41流体连接至吸气外壳22的下部。在运行期间，来自高压涡壳21的高压制冷剂蒸汽沿着管线39流至排放器36的第 一流动入口 37，从而使得来自吸气外壳22的第二油流通过管线41流进第二流动入口 38， 然后混合物沿着管线42流至油槽32。制冷剂蒸汽接着在齿轮箱28中上升，并由于压力梯 度而移动至吸气外壳22，从而沿管线45从齿轮箱28流至吸气外壳。蒸发器12中还存在制冷剂和油的混合物，油沿着管线49流至吸气外壳22。传统情况下，系统启动时，油槽32中的油是冷的，且因此并不处于适于在系统内 进行适当循环的条件。因此，传统地使用如所示在油槽32中放置的加热器51来解决这个 问题。在一个方式中，加热器51为电加热器，能在相对短的时间段内加热油。但是，需要取 消实现上述功能所需的等待时间，如果可能则需要一起取消加热器51。现在参照图3，可以看见高压涡壳21不再应用于第一流动入口 37。而热制冷剂蒸 汽则在位于蒸发器12下游但是透平机入口阀24上游的某一点从管线52取出。该热制冷 剂蒸汽沿着管线53被传送至第一流动入口 37。如前所述，油从吸气外壳22抽出，并沿管 线41流向第二流动入口 38。但是，由于热制冷剂气体，沿管线42流向油槽32的油和制冷 剂的混合物的温度会实质上增加(即，在范围内)。因此，与现有技术相比，油槽32中的油 会更快地被加热，因而允许系统相对于以前能更早被启动。因此现有技术中的油加热器51 可被取消。现在考虑启动系统的方法，事件的顺序如图4所示。首先，如方块54所示，泵11被 开启以使制冷剂循环通过系统。接着如方块55所示用地热热源16加热蒸发器12。如方块 56所示油温报警器可以不工作，这是由于，尽管此时油是冷的，但是如上所述本系统允许系 统在此特征下启动。如方块57所示，由于系统必须在蒸汽被过热以使透平机13正确运行 之前运行一段时间，旁路孔18被打开以允许制冷剂在系统中围绕着透平机13进行循环。
如方块58所示，油泵33进而被开启，使油在系统中(即，在齿轮箱28和发电机31中)循环。按照方块59所示，离开蒸发器12的高温制冷剂流经排放器36，加热由吸气外 壳22泵送而来的油，然后流向槽32以加热其中的油。按方块61所示，一旦油达到了适宜 于系统能适当运行的温度，发电设备则被允许恢复到正常运行，且切换到发电模式。虽然本发明参考图示的优选的实施例进行了具体示出和描述，但本领域技术人员 应当知道对细节所作的各种变形均落入本发明的精神和权利要求所限定的范围。
权利要求
一种启动有机兰金循环系统的方法，该系统具有蒸发器和具有油槽的透平驱动发电机，该方法包括以下步骤提供具有第一和第二流动入口的排放器；将所述第一流动入口流体连接至所述蒸发器的出口；将所述第二流动入口流体连接至所述透平机的下部；以及运行所述排放器以将油和制冷剂蒸汽的混合物泵送至所述油槽，因而加热所述油槽中的油。
2.如权利要求1所述的方法，还包括步骤当油达到预定的温度水平时，将来自所述蒸 发器的制冷剂蒸汽流连接至所述透平机。
3.如权利要求2所述的方法，包括预备步骤将制冷剂泵送通过所述系统但是旁通所 述透平机。
4.如权利要求3所述的方法，包括预备步骤施加热至所述蒸发器。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述系统包括位于所述透平机上游的入口阀，且所 述流体连接位于所述蒸发器和所述入口阀之间。
6.一种兰金循环系统，该系统具有呈串联流动关系的泵、蒸发器、透平机以及冷凝器， 透平机用于通过带有油槽的齿轮箱驱动发电机，所述系统包括具有第一和第二流动入口的排放器；在所述第二流动入口和所述透平机的下部之间用以引导其中的油流动的流体连接；在所述蒸发器的出口和所述第一流动入口之间用以引导其中的热制冷剂气体流动的 流体连接；以及在所述排放器的出口和所述油槽之间用以引导其中的油和热制冷剂气体的混合物流 动的流体连接。
7.如权利要求6所述的设备，包括位于所述透平机上游和所述蒸发器下游的透平机入 口阀，其中来自所述蒸发器的流体连接位于所述透平机入口阀的上游。
全文摘要
一种兰金循环系统，其包括用于通过具有油槽的齿轮箱驱动发电机的透平机，该系统适于通过使来自蒸发器的热制冷剂气体的混合物与来自透平机的下部的油在排放器中混合并流至油槽以加热油，从而使所述油被相对快速地加热。
文档编号F25B1/06GK101809379SQ200780100035
公开日2010年8月18日 申请日期2007年7月27日 优先权日2007年7月27日
发明者P·S·马特森, S·P·布里恩 申请人:Utc电力公司