專利名稱：郎肯循環(huán)發(fā)電裝置熱源控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及郎肯循環(huán)系統(tǒng)，具體地是涉及一種控制流向其蒸發(fā)器的熱氣流的 方法及設備。
背景技術：
有機郎肯循環(huán)發(fā)電裝置(Power Plant)可用于將熱氣流中存儲的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡?能。該發(fā)電裝置包括蒸發(fā)有機工作液體的鍋爐或蒸發(fā)器，響應于由蒸發(fā)器所產(chǎn)生的蒸發(fā)工 作液體、用于使蒸汽膨脹并做功的渦輪機，連接到渦輪機、將由其產(chǎn)生的功轉(zhuǎn)化為電能的發(fā) 電機，和冷凝從渦輪機排出的膨脹的蒸發(fā)工作液體蒸汽并產(chǎn)生冷凝物的冷凝器，該冷凝物 由泵或在重力作用下返回到鍋爐中。供應到蒸發(fā)器的熱氣流可來自于多種來源，如火焰，往復式發(fā)動機的廢氣，熱氧化 器的廢氣以及可來自于諸如化學過程或制造過程等多種工業(yè)過程。相應地，熱氣流的壓力 和流動特性也基本上隨來源的種類和地點而變化。因此，需要控制熱源的流速，并特別要保 證在發(fā)電裝置處于非工作模式時，沒有熱氣流經(jīng)過蒸發(fā)器。
發(fā)明內(nèi)容
簡單的說，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種氣流調(diào)節(jié)裝置，其以如下方式控制 在發(fā)電裝置工作時使氣體自由流動，而在發(fā)電裝置處于非工作模式時，阻止熱氣體流過。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，氣流調(diào)節(jié)裝置包括位于蒸發(fā)器下游側(cè)的鼓風機。通過本發(fā)明的另一方面，鼓風機由數(shù)字信號選擇性使能，其速度由模擬信號控制， 兩個信號都由控制器提供。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，氣流調(diào)節(jié)裝置包括放置在熱源和蒸發(fā)器之間的閥。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該閥由控制裝置的數(shù)字信號使能，其位置由控制裝置的 模擬信號調(diào)整。在下文描述的附圖中，描繪了優(yōu)選及替代實施例；但是，在不偏離本發(fā)明精神和范 圍的情況下，也可有其他多種修改和替代構造。
圖1是其中結(jié)合有本發(fā)明的郎肯循環(huán)發(fā)電裝置的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式的示意圖；圖4是另一種實施方式的示意圖。
具體實施例方式圖1示出了有機郎肯循環(huán)發(fā)電裝置，包括由線12所示的提供給鍋爐或蒸發(fā)器13 的熱氣流的熱源11，然后廢氣最終流向外界環(huán)境。蒸發(fā)器13提供了與工作液體的熱交換關系，在交換過程中，工作液體由液體變?yōu)闅怏w。工作液體流經(jīng)閉合回路系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括除蒸發(fā)器13外的渦輪機14、冷凝器16和 泵15。由此蒸汽從蒸發(fā)器13通向渦輪機14，向其提供動力，然后膨脹的蒸汽從渦輪機14 通向冷凝器16，在此冷凝為液體后流回到蒸發(fā)器13。渦輪機14用來為發(fā)電機17提供功率以用傳統(tǒng)方式發(fā)電。如前文所述，由于熱源11的多樣性，以及其相關的不同的壓力和流體特性，申請 人認識到以如下方式控制熱側(cè)蒸發(fā)器氣流的可取性蒸發(fā)器13以有效且高效的方式運行， 進一步地，在有機郎肯循環(huán)發(fā)電裝置的非工作狀態(tài)期間，不加熱蒸發(fā)器13。這是由圖1中虛 線所示的控制機構18實現(xiàn)的?？刂茩C構18由如下方式設計并使用，即能夠不重構或較少重構控制機構18而適 應多種不同的熱源11?，F(xiàn)在參照圖2，控制機構18示出為整合到郎肯循環(huán)發(fā)電裝置，該發(fā)電裝置具有由 熱源19加熱的蒸發(fā)器13，該熱源包括可使熱氣經(jīng)過其中流向外界環(huán)境的煙管或文丘里管。 由熱氣流浮力產(chǎn)生的煙管效應或由熱氣流通過狹窄流動通道所產(chǎn)生的吸力效應阻止了熱 氣流通到蒸發(fā)器。事實上，冷卻的外界環(huán)境空氣被抽吸經(jīng)過蒸發(fā)器并回到熱源。但是，在發(fā) 電裝置工作期間，操作鼓風機21經(jīng)過蒸發(fā)器13抽吸熱氣，在此它們將用于使液體變成蒸 汽，然后廢氣被排往外界環(huán)境。鼓風機21由變速驅(qū)動器22驅(qū)動，從而選擇性改變鼓風機21 的速度以控制渦輪機進口壓力和發(fā)電機功率，同時適應熱源19的壓力和流體特性?？刂蒲b置18設計成可以開啟或關閉變速驅(qū)動器22，并且還進一步地選擇性改變 其速度。這是通過控制裝置的兩路分開的信號實現(xiàn)的，一個是數(shù)字信號，另一個是模擬信 號。即，控制裝置18沿線路23發(fā)送數(shù)字信號以使能(enable)或禁能(disable)機構24， 進而開啟或關閉變速驅(qū)動器22?？刂蒲b置也可選擇性沿線路26發(fā)送模擬信號至速度控制 機構27以選擇性控制變速驅(qū)動器22的速度。運行中，當需要發(fā)電裝置不工作時，控制裝置18沿線路23發(fā)送數(shù)字信號使使能機 構24關閉變速驅(qū)動器22和風扇21，使得沒有熱氣流經(jīng)過蒸發(fā)器13被抽吸。在這些情況 下，如果熱源19處于活動狀態(tài)，所有熱氣通經(jīng)過煙管或文丘里管。當需要發(fā)電裝置工作時， 控制裝置18沿線路23發(fā)送數(shù)字信號至使能機構24以開啟變速驅(qū)動器22。同時，模擬信號 沿線路26發(fā)送至速度控制機構27以選擇性地改變變速驅(qū)動器22的速度從而控制流經(jīng)蒸 發(fā)器13的熱氣流的壓力和流體特性，從而適應熱源19的具體特性。通過調(diào)節(jié)熱源的流速 來產(chǎn)生由圖1所示的功率測量裝置20所確定的所需渦輪機功率輸出。有機郎肯循環(huán)中的 泵15調(diào)節(jié)有機液體的流速，以維持由圖1所示的傳感器25和35所確定的在渦輪機入口處 工作液體的過熱。在圖3的實施方式中，熱源28由增壓器29加壓，增壓器可能是鼓風機之類，或者 更多的情況下，增壓是熱源的本質(zhì)特征。例如，渦輪機廢氣或往復式發(fā)動機廢氣通常是被增 壓的。因此，在熱源28和蒸發(fā)器13之間給定直接打開線路，增壓器29將會使熱氣流流經(jīng)蒸 發(fā)器13然后通到外界環(huán)境。導流閥31被放置熱源28和蒸發(fā)器13之間的線路32上。導 流閥31是通常處于全旁路位置的可變位置裝置。相應地，除非由控制裝置18動作，導流閥 31會如圖所示地將全部熱氣流從熱源28導流至外界環(huán)境?？刂蒲b置18及其相關聯(lián)的部件與前所述相同，但用于操作導流閥31而不是變速鼓風機。就是說，使能機構24由沿線路23的數(shù)字信號開始使導流閥能夠從其全旁路位置 運動。類似地，控制裝置18沿線路26發(fā)送模擬信號至位置機構33以選擇性地改變導流閥 31的位置，從而選擇性地調(diào)節(jié)來自于熱源28的熱氣流的壓力及其流體特性。在這點上，應 該認識到圖3所示的位置機構33可與圖2實施方式中的速度控制機構27相同，因為它們 二者都是用來調(diào)節(jié)所控制裝置的機械位置(即，變速驅(qū)動器22或?qū)Я鏖y31)來改變流動從 而控制發(fā)電機功率輸出。在圖4的實施方式中，熱源34沒有增壓并且沒有煙管或文丘里管。相應地，與圖2 實施方式所示相同的方式，在蒸發(fā)器13的下游安置了帶有變速驅(qū)動器22的鼓風機21。更 進一步，變速驅(qū)動器由控制裝置18以與上面圖2所示相同的方式調(diào)節(jié)。位于熱源34和蒸發(fā)器13之間的線路37上的閥36是常閉關斷閥，除非由控制裝 置18使能運行，如圖所示，該閥阻止熱氣流通向蒸發(fā)器13，而使氣流從熱源34流經(jīng)線路37 和放氣管38進入外界環(huán)境。除使能變速驅(qū)動器22外，使能機構24被連接以使能閥36。因此，當常閉閥36被 使能時，它會被移動到全開啟的位置。與上文所述方式，從熱源流到蒸發(fā)器13的熱氣流的 壓力和流體特性由變速驅(qū)動器22的速度控制。應該了解，對上面所述三種不同的熱源19、28和34，控制裝置18及其相關聯(lián)的部 件基本上相同，并且包括的裝置生成了使能或禁能機構的數(shù)字信號，且生成了用于調(diào)節(jié)控 制熱側(cè)蒸發(fā)器氣流壓力和流體特性的機構位置的模擬信號。處于禁能狀態(tài)時的數(shù)字信號保 證了在發(fā)電裝置處于非工作狀態(tài)時沒有熱量提供到蒸發(fā)器。這樣，不重構或很少重構發(fā)電裝置控制器即可適應多種熱源壓力和流體特性。
盡管本發(fā)明對附圖所示的優(yōu)選和替代模式已做了詳細的展示和描述，本領域技術 人員應該理解在不脫離由權利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，具體細節(jié)可 能有多種變化。
權利要求
一種熱源控制機構，其用于具有呈串行流關系的蒸發(fā)器、渦輪機和冷凝器的有機郎肯循環(huán)發(fā)電裝置，所述熱源控制機構包括熱源，用于向流過蒸發(fā)器的流路提供熱氣流；至少一個調(diào)節(jié)裝置，其被布置在所述流路中，以便選擇性地改變流向蒸發(fā)器的熱氣流；以及選擇性地調(diào)整所述調(diào)節(jié)裝置的控制器。
2.根據(jù)權利要求1所述的熱源控制機構，其中所述控制器適于向所述調(diào)節(jié)裝置提供數(shù) 字信號，以選擇性地使能或禁能所述裝置。
3.根據(jù)權利要求1所述的熱源控制機構，其中所述控制器適于提供模擬信號，以便選 擇性地調(diào)整所述至少一個調(diào)節(jié)裝置的位置，從而達到改變通過蒸發(fā)器的熱氣流的目的。
4.根據(jù)權利要求1所述的熱源控制機構，其中所述熱源包括煙管或文丘里管，用于將 熱氣流從熱源引導到外界環(huán)境并引起環(huán)境空氣經(jīng)過蒸發(fā)器的反向流動。
5.根據(jù)權利要求1所述的熱源控制機構，其中所述至少一個調(diào)節(jié)裝置包括流體地連接 到所述蒸發(fā)器的下游側(cè)的鼓風機。
6.根據(jù)權利要求5所述的熱源，其中所述熱源包括處于所述蒸發(fā)器上游的煙管或文丘 里管。
7.根據(jù)權利要求1的熱源控制機構，其中所述至少一個調(diào)節(jié)裝置包括流體地連接到所 述蒸發(fā)器的上游側(cè)的閥。
8.根據(jù)權利要求7所述的熱源控制機構，其中所述閥是常開的，以使熱氣流完全繞過 所述蒸發(fā)器。
9.根據(jù)權利要求8所述的熱源控制機構，其中所述閥是導流閥，其位置由所述控制裝 置調(diào)節(jié)，以可控制的方式允許熱氣流經(jīng)過所述蒸發(fā)器。
10.根據(jù)權利要求7所述的熱源控制機構，其中所述熱源是被加壓的。
11.根據(jù)權利要求7所述的熱源控制機構，其中所述閥是常閉閥，其阻止熱氣流進入蒸 發(fā)器。
12.根據(jù)權利要求11所述的熱源控制機構，其中所述控制裝置調(diào)節(jié)所述至少一個調(diào)節(jié) 裝置的位置以允許熱氣流在可控制的基礎上流向蒸發(fā)器。
13.根據(jù)權利要求1所述的熱源控制機構，其中所述至少一個調(diào)節(jié)裝置包括位于所述 蒸發(fā)器下游的鼓風機和位于其上游的閥。
14.根據(jù)權利要求13所述的熱源控制機構，其中所述控制裝置提供數(shù)字信號以使能所 述鼓風機和所述閥。
15.根據(jù)權利要求13所述的熱源控制機構，其中所述控制裝置提供模擬信號以選擇性 地改變鼓風機的速度。
16.一種控制從熱源流向有機郎肯循環(huán)發(fā)電裝置的熱氣流的方法，其中所述有機郎肯 循環(huán)發(fā)電裝置具有呈串行流關系的蒸發(fā)器、渦輪機和冷凝器，所述方法包括以下步驟將熱氣流從具有特定壓力和流體特性的熱源傳送到通過蒸發(fā)器的流路；以及選擇性地改變通往蒸發(fā)器的熱氣流，以適應所述熱源的特定壓力和流體特性。
17.根據(jù)權利要求16所述的方法，包括以下步驟從控制器提供數(shù)字信號到流動改變 裝置，以選擇性地使能或禁能所述裝置。
18.根據(jù)權利要求16所述的方法，包括以下步驟從控制器提供模擬信號以選擇性調(diào) 節(jié)流動改變裝置的位置，從而達到改變流經(jīng)蒸發(fā)器的熱氣流的目的。
19.根據(jù)權利要求16所述的方法，包括以下步驟將熱氣流從熱源傳送到外界環(huán)境，而 不經(jīng)過蒸發(fā)器。
20.根據(jù)權利要求16所述的方法，其中，改變氣流的步驟是通過流體地連接到所述蒸 發(fā)器下游側(cè)的鼓風機來實現(xiàn)的。
21.根據(jù)權利要求16所述的方法，其中，改變氣流的步驟是通過流體地連接到所述蒸 發(fā)器上游側(cè)的閥來實現(xiàn)的。
22.根據(jù)權利要求21所述的方法，包括以下步驟將所述閥置于常開位置以使熱氣流 完全繞過所述蒸發(fā)器。
23.根據(jù)權利要求22所述的方法，包括以下步驟通過所述控制裝置的操作調(diào)節(jié)所述 閥位置，從而以可控制的方式允許熱氣流經(jīng)所述蒸發(fā)器。
24.根據(jù)權利要求21所述的方法，包括以下步驟對所述熱源進行增壓。
25.根據(jù)權利要求21所述的方法，包括以下步驟將所述閥置于常閉位置以阻止熱氣 體流進入蒸發(fā)器。
26.根據(jù)權利要求25所述的方法，包括以下步驟調(diào)節(jié)所述閥位置以在可控制的基礎 上允許熱氣流進入蒸發(fā)器。
27.根據(jù)權利要求16所述的方法，其中，改變氣流的步驟是通過位于所述蒸發(fā)器下游 側(cè)的鼓風機和位于其上游側(cè)的閥來實現(xiàn)的。
28.根據(jù)權利要求27所述的方法，包括以下步驟提供數(shù)字信號以使能所述鼓風機和 所述閥。
29.根據(jù)權利要求27所述的方法，包括以下步驟提供模擬信號以選擇性地改變鼓風 機速度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種有機郎肯循環(huán)發(fā)電裝置中的裝置，其用于調(diào)節(jié)從熱源流向蒸發(fā)器的熱氣流。調(diào)節(jié)裝置可以是位于蒸發(fā)器下游側(cè)的鼓風機或是位于上游側(cè)的閥。調(diào)節(jié)裝置通過產(chǎn)生一個使能或禁能調(diào)節(jié)裝置的數(shù)字信號和一個用于調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)裝置位置的模擬信號來控制。
文檔編號F02G5/02GK101815903SQ200780053156
公開日2010年8月25日 申請日期2007年5月29日 優(yōu)先權日2007年5月29日
發(fā)明者J·D·伊索姆, K·R·麥科德 申請人:Utc電力公司