專利名稱：用于地?zé)犭娬镜闹评鋭﹦恿﹂y門的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請的披露內(nèi)容主要涉及地?zé)犭娬?，并且更具體地是，本申請的披露內(nèi)容涉及一種用于操作渦輪機入口及其旁通閥門的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
為了有效地利用例如在地球上的不同位置自然發(fā)生的地?zé)崮埽捎昧碎]環(huán)蒸氣膨脹系統(tǒng)，其包括蒸發(fā)器/鍋爐、渦輪機、冷凝器和泵，且來自地?zé)嵩吹臒崃勘挥糜谡舭l(fā)器/鍋爐以在工作流體流向用來產(chǎn)生電能的渦輪機之前將其加熱。最普通地，制冷劑被用作工作流體，且所述系統(tǒng)被稱為有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)(Organic Rankine Cycle System)。在轉(zhuǎn)讓給本專利申請前任受讓人的美國專利7，174，716中示出和說明了一個這樣的系統(tǒng)。在蒸發(fā)器/鍋爐或者聯(lián)機或者脫機期間，這樣工作流體的溫度不足以驅(qū)動渦輪機，否則有必要繞過渦輪機且允許工作流體從蒸發(fā)器直接通往冷凝器以使工作流體的閉環(huán)循環(huán)連續(xù)。迄今為止，氣動動力閥門已經(jīng)被用于此用途，利用外界加壓氣體源(通常地或者瓶裝氮氣或者壓縮空氣)然后隨著氣體排向周圍環(huán)境來提供動力以操作所述閥門。往現(xiàn)場增加壓縮機或瓶裝氣體系統(tǒng)已經(jīng)引起主要與維修、可靠性和造價方面有關(guān)的問題。進一步， 具有這樣的補充壓力源，有可能有時操作閥門，當(dāng)條件不利于正常的渦輪機運行時，因此可能由于攜帶的液體而導(dǎo)致?lián)p壞渦輪機轉(zhuǎn)子。目前還沒有可用的電動執(zhí)行器能夠達(dá)到這樣的功能要求。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本申請披露內(nèi)容的一個方面，采取措施以利用系統(tǒng)內(nèi)的工作流體的能量從而為渦輪機入口 /旁通閥門提供動力。這是通過調(diào)節(jié)器依靠選擇性地把閥門連接到蒸發(fā)器/ 鍋爐以致提供加壓制冷劑而在受到調(diào)節(jié)的方式下操作閥門來完成的。根據(jù)本申請披露內(nèi)容的另一個方面，常開閥門被用作旁通閥門且常閉閥門被用作渦輪機入口閥門。因此，用以向渦輪機引導(dǎo)工作流體的閥門是不可操作的，除非在蒸發(fā)器內(nèi)有足夠大的壓力來操作所述閥門。按照本申請披露內(nèi)容的另一個方面，閥門執(zhí)行器的低壓側(cè)通向冷凝器以便使得制冷劑存留在閉環(huán)系統(tǒng)中而非進入大氣。雖然參照如附圖所示的優(yōu)選方式，已經(jīng)詳細(xì)地示出和描述了當(dāng)前公開，但是需要明白的是由本領(lǐng)域技術(shù)人員進行的細(xì)節(jié)上的在此可以實現(xiàn)的各種改變不會脫離如權(quán)利要求書所限定的本申請的披露內(nèi)容的精神和范圍。


圖1是其中包括當(dāng)前發(fā)明的地?zé)犭娬镜氖疽鈭D。圖2是地?zé)犭娬镜膱?zhí)行器部分的示意圖。圖3A和IBB是其中電磁閥門部分分別在無激勵和激勵位置的橫截面視圖。
具體實施例方式圖1所示是地?zé)犭娬?1，其包括渦輪機12、冷凝器13、泵14、和蒸發(fā)器/鍋爐16。 所述電站11設(shè)計成使用有機制冷劑，例如R245fa或類似物作為工作流體來運行，所述工作流體以制冷劑蒸氣形式從所述蒸發(fā)器16通向用來驅(qū)動發(fā)電機17產(chǎn)生電力的所述渦輪機而串行通過系統(tǒng)進行循環(huán)。然后所產(chǎn)生的低能蒸氣通向冷凝器13和然后所產(chǎn)生的冷凝物通過泵14被泵送到蒸發(fā)器16。用于蒸發(fā)器16的熱源18可以是任何合適的類型例如自然發(fā)生的地?zé)嵩础⒒蚶缛細(xì)廨啓C尾氣產(chǎn)生的熱源。類似地，冷源19，例如冷卻塔或激冷器被設(shè)置成向冷凝器13提供冷卻水的目的。渦輪機入口閥門21設(shè)在位于蒸發(fā)器16和渦輪機入口 22之間的主流路管線15上。 渦輪機入口閥門21是帶有執(zhí)行器23的常閉氣動閥門，其如圖2所示且會在下文中更充分進行描述。執(zhí)行器23僅僅通過壓力源來操作，且該壓力源是蒸發(fā)器16而非像現(xiàn)有技術(shù)中的獨立于系統(tǒng)之外。也就是說，加壓制冷劑蒸氣沿著管線M向壓力調(diào)節(jié)器沈流動，該壓力調(diào)節(jié)器沈適合于在預(yù)設(shè)的壓力下，例如80psi，提供制冷劑蒸氣。然后調(diào)節(jié)壓力后的制冷劑蒸氣流沿著管線27向其隨后被控制器C控制的電磁閥門S1流動。因此，當(dāng)電磁閥門S1打開時，制冷劑蒸氣流入執(zhí)行器23以打開常閉氣動閥門21。流體連通到主流路管線15上的是旁通管線觀，通向常開氣動閥門四且然后到管線31通向冷凝器13。所述氣動閥門四具有類似于上文描述的執(zhí)行器23的齒條齒輪副型執(zhí)行器32。執(zhí)行器32被來自調(diào)節(jié)器沈沿著管線33流向被控制器C控制的電磁閥門&的制冷劑加壓。因此，氣動閥門四是常開的，除非在電磁閥門&打開條件下當(dāng)執(zhí)行器32接收來自調(diào)節(jié)器26的加壓氣體時被執(zhí)行器32關(guān)閉。下面將要描述閥門21和四通過它們各自的執(zhí)行器來操作的方式。在啟動和關(guān)閉期間，當(dāng)蒸發(fā)器16內(nèi)的壓力不足以驅(qū)動渦輪機12時，在調(diào)節(jié)器沈處的壓力處于低壓，電磁閥門S1和&關(guān)閉，且執(zhí)行器23和32無操作。因此，常閉氣動閥門21是關(guān)閉的，且常開氣動閥門四是打開的以致來自蒸發(fā)器的任何蒸氣沿著管線觀通過常開氣動閥門29、通過管線31、流至冷凝器13。當(dāng)蒸發(fā)器16內(nèi)的壓力足以操作渦輪機時，在調(diào)節(jié)器沈處的壓力將足以操作執(zhí)行器23和32，且電磁閥門S1和&被控制器C打開。然后執(zhí)行器32將被導(dǎo)致進行操作以關(guān)閉氣動閥門29，且執(zhí)行器23將被導(dǎo)致進行操作以打開氣動閥門21以使來自蒸發(fā)器16的蒸氣因而流過氣動閥門21并流至渦輪機入口 22?，F(xiàn)在參照圖2和3，將更詳細(xì)地描述執(zhí)行器和電磁閥門的操作。在圖2中會看到， 執(zhí)行器23包括加壓區(qū)段34和排出區(qū)段36以及它們之間的滑動活塞密封37。復(fù)位彈簧38 使加壓區(qū)段34朝向滑動活塞37偏置。當(dāng)加壓區(qū)段34被來自電磁閥門S1的制冷劑蒸氣輸入加壓時，齒條齒輪副引起執(zhí)行器23內(nèi)的旋轉(zhuǎn)因此驅(qū)動(例如，打開)渦輪機入口閥門21。 在圖1和圖2中會看到，排出區(qū)段36通過管線39流體連通到冷凝器13以允許所述旋轉(zhuǎn)， 同時，制冷劑蒸氣通過通道排向冷凝器13而非排向周圍環(huán)境。執(zhí)行器32以完全相同的方式操作來關(guān)閉常開氣動閥門四。圖3A和:3B所示的是電磁閥門S1,其具有分別在無激勵(non-energized)和激勵 (energized)位置的滑塊41。也就是說，在圖3A中，滑塊41處于如圖示的左側(cè)位置以使執(zhí)行器44的加壓區(qū)段沿著管線42向冷凝器13排氣，同時壓力源被隔離。當(dāng)電磁閥門S1通過向如圖:3B所示的向右側(cè)移動滑塊41而被激勵時，壓力源流體連通到執(zhí)行器的壓力區(qū)段， 同時排氣口被隔離。電磁閥門&以大體上相同的方式而操作。 雖然參照如附圖所示的優(yōu)選實施方式，已經(jīng)詳細(xì)地示出和描述了當(dāng)前發(fā)明，但是需要明白的是由本領(lǐng)域技術(shù)人員進行的細(xì)節(jié)上的各種改變將會構(gòu)成而不偏離如所附權(quán)利要求書所限定的本申請的披露內(nèi)容的范圍。
權(quán)利要求
1.一種與渦輪機、冷凝器、泵和蒸發(fā)器具有串行流動關(guān)系類型的蒸氣膨脹系統(tǒng)，包括 氣動閥門，所述氣動閥門具有可移動到一定位置以便通過所述閥門把所述蒸發(fā)器流體連通到渦輪機入口的執(zhí)行器；導(dǎo)管，所述導(dǎo)管把所述蒸發(fā)器流體互連到所述執(zhí)行器以使來自于所述蒸發(fā)器的加壓制冷劑選擇性地引起所述執(zhí)行器運動從而打開所述氣動閥門。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸氣膨脹系統(tǒng)，其中所述氣動閥門是常閉閥門。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸氣膨脹系統(tǒng)，其中所述執(zhí)行器包括排出區(qū)段，并且所述排出區(qū)段流體連通到所述冷凝器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸氣膨脹系統(tǒng)，還在所述蒸發(fā)器和所述執(zhí)行器之間包括壓力調(diào)節(jié)器用以在預(yù)定的壓力水平上向所述執(zhí)行器提供加壓制冷劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸氣膨脹系統(tǒng)，還包括流體連通在所述蒸發(fā)器和所述執(zhí)行器之間的電磁閥門。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蒸氣膨脹系統(tǒng)，其中所述電磁閥門是具有流體連通到冷凝器的排氣口的三通閥門。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸氣膨脹系統(tǒng)，其中所述執(zhí)行器包括用于使滑動活塞偏置到適當(dāng)位置的彈簧。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸氣膨脹系統(tǒng)，其中所述執(zhí)行器是齒條齒輪副的類型。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸氣膨脹系統(tǒng)，還包括用于引導(dǎo)制冷劑蒸氣圍繞所述渦輪機流動并且流向所述冷凝器的旁通管線，所述旁通管線具有設(shè)置在其中的氣動閥門。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的蒸氣膨脹系統(tǒng)，其中所述氣動閥門是具有流體連通到所述蒸發(fā)器的執(zhí)行器的常開閥門。
11.一種控制與渦輪機、冷凝器、泵和蒸發(fā)器具有串行流動關(guān)系類型的蒸氣膨脹系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下步驟提供氣動閥門，所述氣動閥門具有可移動到一定位置以便通過所述閥門把所述蒸發(fā)器流體連通到渦輪機入口的執(zhí)行器；以及把所述蒸發(fā)器流體互連到所述執(zhí)行器以使來自所述蒸發(fā)器的加壓制冷劑選擇性地引起所述執(zhí)行器運動從而打開所述氣動閥門。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述氣動閥門是常閉閥門。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述執(zhí)行器包括排出區(qū)段，并且包括把所述排出區(qū)段流體連通到所述冷凝器的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括在所述蒸發(fā)器和所述執(zhí)行器之間提供壓力調(diào)節(jié)器以及在預(yù)定的壓力水平上向所述執(zhí)行器提供加壓制冷劑的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括在所述蒸發(fā)器和所述執(zhí)行器之間流體連通電磁閥門的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中電磁閥門是具有排氣口的三通閥門，并且包括把所述排氣口流體連通到所述冷凝器的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述執(zhí)行器包括用于使滑動活塞偏置到適當(dāng)位置的彈簧。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的蒸氣膨脹系統(tǒng)，其中所述執(zhí)行器是齒條齒輪副類型的。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括提供通過氣動閥門用于引導(dǎo)所述制冷劑圍繞所述渦輪機流動并且流向所述冷凝器的旁通管線的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述氣動閥門是常開閥門，并且包括把所述執(zhí)行器流體連通到所述蒸發(fā)器的步驟。
全文摘要
一種蒸氣膨脹系統(tǒng)包括在蒸發(fā)器和渦輪機入口之間的常閉氣動閥門，其中所述閥門選擇性地被來自蒸發(fā)器的制冷劑蒸氣流驅(qū)動以便僅在蒸發(fā)器中的壓力已經(jīng)積聚到足夠大以正確操縱渦輪機的時期內(nèi)使所述閥門能夠打開。旁通管線具有帶執(zhí)行器的常開氣動閥門，該執(zhí)行器類似地被來自蒸發(fā)器的加壓制冷劑蒸氣導(dǎo)致進行操作。兩個執(zhí)行器都向冷凝器排氣以使從執(zhí)行器排出的制冷劑蒸氣不會向周圍環(huán)境逃逸。
文檔編號F25B15/00GK102165191SQ200880131049
公開日2011年8月24日 申請日期2008年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月10日
發(fā)明者M·D·阿納, P·S·馬特森 申請人:聯(lián)合工藝公司