CN101175900A - 汽封泄漏密封系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽轮机密封系统。汽轮机密封系统捕获从热力循环系统的封闭回路中逃逸出的工作流体，冷凝捕获的工作流体，并使冷凝液返送至热力循环系统。汽轮机密封系统构造成使用氮气，或其它不凝性气体，或其它材料捕获逃逸的工作流体或与逃逸的工作流体相合并。汽轮机中逃逸出的工作流体和被用来捕获工作流体的氮气的合并混合物通过保持汽轮机密封件中汽封部分理想真空的排放压缩机被排出。合并混合物然后可以被送至冷凝器以冷凝工作流体蒸汽和排出不凝性气体，而形成工作流。一旦不凝性气体排出，工作流就被泵压至更高的压力，并准备被重新引入热力循环系统。

Description

汽封泄漏密封系统
相关申请的交叉引用
该申请请求申请日为2006年5月10日、名称为“汽封泄漏密封系统”、申请号为11/382,606的美国专利申请的优先权。该申请还请求申请日为2005年5月12日、名称为“汽封泄漏真空系统”、申请号为60/680,870的美国临时专利申请为优先权，其内容在此处通过引用被合并。
背景技术
1.技术领域
本发明涉及一种用在封闭回路热力系统中的密封系统。更特别的，本发明涉及一种用于捕获从膨胀汽轮机中泄漏或逃逸的工作流体并将逃逸的工作流体返送至混合工作流体热力循环，如卡林那循环的密封系统。
2.相关技术
热能被有效地转化成机械的然后是电的形式。将高温和低温热源的热能转化成电能的方法代表了能量生成的重要领域。有必要提高此类低温热能到电能的转化效率。
通过使用在以热力循环运转的封闭系统中被膨胀和再生的工作流体，来自热源的热能能够被变换成机械的然后是电的形式。工作流体可以包括沸点温度不同的组分，并且在系统内不同的区域中工作流体的组成可以被改良以提高能量转化运作的效率。
典型的多组分工作流体包括低沸点组分和高沸点组分。通过利用低沸点组分和高沸点组分的组合，外部热源蒸汽，如工业废热，可以更有效地被用在电能的生产中。低沸点组分的例子包括水。
一旦工作流体被加热，它就在汽轮机中膨胀以将潜在能量转化为电力生产中使用的机械能。一般的汽轮机中遇到的一个难题是工作流体会泄漏和逃逸到周围环境中。当工作流体的一个或多个组分为蒸汽形式或过热蒸汽形式时这个问题会加剧。工作流体的泄漏会减少循环中使用的工作流体的总体积。这会给工作流体用在封闭回路的场合带来另外的复杂性。另外，有时多组分工作流体的组分之一会以相对于其它组分而言不成比例的量泄漏。结果，多组分工作流体的种类平衡会被破坏。当氨被用作工作流体的组分之一时，由于氨自身的材料性质将氨释放到大气中是不希望发生的。因此，控制任一组分的释放都是迫切需要的。
汽轮机密封系统已经被制造以减轻流体泄漏问题。然而，这样的密封系统一般需要改良或整体改变以使汽轮机系统有效。因此，必须要基于使用的热源蒸汽的特殊要求制造出特殊的汽轮机。这会使得汽轮机的价格非常昂贵以致限制使用和/或影响汽轮机机器的理想运转。另外，一些系统要求真空或系统中的其它压力保持在一定的参数。上述所有的结果使需要的系统变得比所希望的更加昂贵。
发明内容
本发明涉及一种汽封泄漏或汽轮机密封系统。汽轮机密封系统被构造成捕获从具有多组分工作流体的热力系统中逃逸出的工作流体，例如卡林那循环系统，冷凝捕获的工作流体，并将冷凝液返送到多组分工作流体热力系统。汽轮机密封系统被构造成利用氮气或其它不凝性气体，或其它材料来捕获逃逸的工作流体或与逃逸的工组流体混合。逃逸出的工作流体和被用来捕获工作流体的氮气合并的混合物通过用于保持汽轮机汽封部分理想的真空状态的排放器或压缩机被排出。然后该合并混合物可以被送到冷凝器以冷凝工作流体蒸汽和排出不凝性气体。一旦不凝性气体被排出，工作流被泵压至更高的压力，并准备好被重新引入热力系统。
根据本发明的一个实施例，一旦合并混合物被冷凝并且最终的工作流被泵压至更高的压力，工作流就被预热和部分沸腾。之后工作流被分离器分离，其中工作流中的蒸汽(例如富流)被返送到热力系统并且工作流的液体部分(例如贫流)与合并混合物相合并。
根据本发明的另一个实施例，机械压缩机被用来将合并混合物压缩到其能在设定的冷却剂温度下被完全冷凝和蒸馏。使用压缩机促成了在可达到的冷却剂温度下合并混合物的冷凝。另外，这使得系统即使在周围环境格外炎热的条件下也能保持理想的密封真空。可选的，热交换器可被用来将合并混合物的参数调控到接近合并混合物的露点从而降低预冷凝压缩所需的机械能。
机械压缩机使得可以在大范围的周围环境温度条件下获得理想的系统运行。根据一个实施例，可以只在部分时间才需要机械压缩机而且还可以被省略。可选的，压缩机甚至可以在不需要冷凝时被用来为周围环境压力下的冷凝器加压以使不凝性气体在没有风机时也能被排出。
根据本发明的又一个实施例，其使用了两级、加热蒸馏系统。通过使用两级、加热蒸馏系统，已经经过冷凝器的且温度高于露点曲线的被压缩的蒸汽能够被蒸馏而产生用于稀释的足够的流动性。在图示的实施例中，一旦工作流被泵压至更高的压力，其就被预热和部分沸腾并且被送至第一分离器。在第一分离器中，具有高于露点的温度的工作流(例如富流)可以被送至蒸汽冷却器。在蒸汽冷却器中，富流的参数能够被改变以接近富流的露点，之后富流可以在第二露点分离器中被分离。在露点分离器中，富流能够被返送至具有与离开热力系统中汽轮机的膨胀工作流体基本相同的参数的多组分热力系统中。
在合并混合物被冷凝后，工作流经过泵的流动可以被调节以保持理想的系统运转。例如，工作流的流动可以被用来调节汽轮机密封件中的真空和经过汽轮机密封系统的流体的整体流动。另外，经过热交换器的热源流的流动可以被节流以进一步改变汽轮机密封系统的参数。
本发明的这些和其它目的以及特点通过以下的说明和所附的权利要求将变得更明显，或通过下文阐述的发明的实际操作可以被理解。
附图说明
为了进一步详细阐明本发明上述的和其它的优点及特点，将通过参考图示在附图中的详尽的实施例对发明做更详细的说明。应该意识到的是这些附图仅仅描绘了发明典型的实施例，因此并不认为是对其范围的限制。发明将通过附图的使用进一步详尽和仔细地被说明，其中：
图1图示了根据本发明的一个实施例的汽轮机密封系统，其被用在多组分工作流体热力系统中。
图2图示了根据本发明的一个实施例的具有机械压缩机的汽轮机密封系统。
图3图示了根据本发明的另一个实施例的汽轮机密封系统，其具有两级、加热系统，包括第一分离器和第二分离器。
具体实施方式
本发明涉及汽封泄漏或汽轮机密封系统。汽轮机密封系统被构造成：(i)捕获从多组分工作流体热力系统，例如卡林那循环中逃逸的工作流体；(ii)冷凝所捕获的工作流体；和(iii)将冷凝液返送至热力系统。汽轮机密封系统被构造成利用氮气或其它不凝性气体，或其它材料或它们的组合物来捕获逃逸的工作流体。从汽轮机逃逸的工作流体和被用来捕获工作流体的氮气的合并混合物通过用于保持汽轮机汽封中理想真空状态的排放器或压缩机被排出。合并混合物之后可以被送至冷凝器以冷凝合并混合物并排出不凝性气体。一旦不凝性气体被排出，工作流就被泵压到更高的压力，并准备好被重新引入热力系统。
根据本发明的一个实施例，一旦合并混合物被冷凝且工作流被泵压到更高的压力，工作流就被预热和部分沸腾。之后工作流被分离器分离，其中工作流的蒸汽(例如富流)被返送到热力系统并且工作流的液体部分(例如贫流)与合并混合物相合并。
根据本发明的另一个实施例，机械压缩机被用来促成在设定的冷却剂温度下的合并混合物的冷凝。另外，压缩机使得系统即使在周围环境格外炎热的条件下也能保持理想的密封真空。可选的，热交换器可以被用来将合并混合物的参数调控到接近合并混合物的露点从而降低预冷凝压缩所需的机械能。机械压缩机使得可以在大范围的周围环境温度条件下获得理想的系统运行。根据一个实施例，可以只在部分时间才需要机械压缩机而且还可以被省略。可选的，压缩机甚至可以在不需要冷凝时被用来为周围环境压力下的冷凝器加压以使不凝性气体在没有风机时也能被排出。
根据本发明的又一个实施例，其使用了两级、加热蒸馏系统。通过使用两级、加热蒸馏系统，已经经过冷凝器的且温度高于露点曲线的被压缩的蒸汽能够被蒸馏而产生用于稀释的足够的流动性。在图示的实施例中，一旦工作流被泵压至更高的压力，其就被预加热和部分沸腾并且被送至第一分离器。在第一分离器中，具有高于露点的温度的工作流(例如富流)可以被送至蒸汽冷却器、在蒸汽冷却器中，富流的参数能够被改变以接近富流的露点，然后富流可以在第二露点分离器中被分离。在露点分离器中，富流能够被返送至具有与离开热力系统中汽轮机的膨胀工作流体基本相同的参数的多组分热力系统中。
在合并混合物被冷凝后，工作流经过泵的流动可以被调节以保持理想的系统运转。例如，工作流的流动可以被用来调节汽轮机密封件中的真空和经过汽轮机密封系统的流体的整体流动。另外，经过热交换器的热源流的流动可以被节流以进一步改变汽轮机密封系统的参数。
图1图示了根据本发明的一个实施例的汽轮机密封系统。在本实施例中汽轮机密封系统被用在相关的热力循环系统中的膨胀汽轮机31-36中。本发明可以用在相关的使用多组分工作流体的封闭回路热力系统中，如卡林那循环系统。虽然可以理解的是发明可以合并到多种不同类型的热力循环系统中，但这里的介绍将特别涉及卡林那循环系统。膨胀系统31-36被用来膨胀热力系统中的高能工作流体。高能工作流体的膨胀使得工作流体的潜在能量被转化为电能。典型的卡林那循环技术在美国专利专利号为5,953,918；5,572,871；5,440,882和4,982,568系列中有说明。
汽轮机密封系统利用迷宫环或机械干燥气体密封件将膨胀汽轮机31-36的轴的两端都用氮气在点31和34密封了。迷宫环或机械干燥气体密封件的作用是减少从膨胀汽轮机中逃逸出的工作流体的量。通过用氮气将汽轮机两端都密封，任何将要逃逸到周围环境中的工作流体都将被捕获并与氮气合并。具有点33和34的参数的逃逸的工作流体因此被捕获并能被返送到热力循环系统。该氮气和工作流体的合并混合物将在下文中被称为合并混合物。在点33和34的合并混合物在点34下游不远处合并且具有点35的参数。
点35的合并混合物被排向冷凝器6。在进入冷凝器6之前不远处，合并混合物与来自点81的贫流相合并从而在点71形成合并混合物。合并混合物71进入具有点71的参数的冷凝器6。在冷凝器中，合并混合物被提供有冷凝的初始温度以使工作流体达到起泡点。
使用冷却剂58，59来冷凝合并混合物。冷却剂58，59进入热交换器6，其在点58具有低温参数而在点59具有高温参数。冷却剂从低温参数58到高温参数59的变换的发生是与热交换器6中合并混合物71，72热交换的结果。冷凝器6被用于冷凝合并混合物中的可凝性工作流体以使工作流体具有点72的参数。
冷凝器6方面，不凝性气体例如来自合并混合物71，72的氮气，其最初提供于汽轮机的两侧的点33和34，被排向排放箱5。排放箱5被用于防止不注意而将任何保留下的工作流体释放到周围环境中，同时可以将不凝性气体，如氮气排出。使用氮气捕获工组流体可以在有效的捕获逃逸工作流体的同时又提供了环保的、可以以安全和有效的方式被排放到环境中的不凝性气体。
在点72，已冷凝的工作流体包括具有点72的参数的工作流。工作流72被送至压缩机73。在压缩机72，73中，工作流73被压缩和送至热交换器7。在热交换器7中，工作流被贫流80，81预热。被预热的工作流之后被送至热交换器8。热交换器8使用来自外部热源流的温度源流体51。根据本发明的一个实施例，温度源流体包括来自卡林那循环的流体。根据另一个实施例，温度源流体是来自卡林那循环和汽轮机密封系统外部的流体源。温度源流体可以包括多种热源例如地热盐水，工业废热，或类似物。
在热交换器8中，已预热的工作流从温度参数74被加热到温度参数75。根据本发明的一个实施例，使用热交换器8使工作流部分沸腾。从点75开始，部分沸腾的工作流进入露点分离器76-80。露点分离器76-80将工作流分离成富流76和贫流80。富流76可以具有与工作流体或点36的将离开汽轮机的耗尽流基本相同的压力和组成。在这种方式中，富流76的引入基本可以不改变卡林那循环工作流组分的平衡。另外，卡林那循环中来自点36到点37的工作流体的压力和其它参数，例如组成可得以保持。
在点76离开露点分离器的工作流被称为富流，同时其具有与工作流体或点36的耗尽流基本相同的参数。然而，与点80处的工作流(例如富流)相比，点76处的工作流(例如贫流)比点80处的具有更多的低沸点组分。根据本发明的一个实施例，露点分离器76-80将工作流的蒸汽部分从工作流的液体部分分离出来。气化的工作流被分离到点76，在那里其具有与工作流体或点36的耗尽流基本相同的气化特性。液态部分或贫流80的温度参数与点36的工作流体不同。
贫流80被送至热交换器7，在那里其被用来预热压缩后的工作流73，74。压缩后的工作流73-74与贫流80-81之间的热交换降低了流向点81的贫流的温度。之后被冷却的贫流与合并混合物35相合并以提供具有点71的温度参数的合并混合物。向合并混合物35中引入贫流81能够将自合并混合物35的能量转移到贫流81的组分中。在这种方式中，点71的合并混合物的能量参数小于点35的合并混合物的，所以促进了冷凝器6中合并混合物71的冷凝。
汽轮机密封系统在被用于捕获从汽轮机31-36中逃逸的气化的工作流体同时还被用于将该工作流体返送至卡林那循环。工作流体被返送至具有与在卡林那循环中将要与其合并的工作流体基本相同的压力的卡林那循环中。使用汽封泄漏压缩机系统减少了逃逸到环境中的工作流体的低沸点组分。低沸点组分的捕获在组分的化学性质对环境有害时特别有用。另外，通过防止工作流体流失，效率和工作流体的保存以及，特别是，工作流体的低沸点组分，都得以保持。
根据本发明的一个实施例，压缩机72-73可以被控制从而调控经过压缩机72-73的冷凝的工作流的流量。在这种方式中，汽轮机密封系统中的理想的真空压力可以被保持。控制汽轮机密封系统中的压力使得使用者能够控制点75部分沸腾的工作流的参数使其跟随理想的露点曲线。
露点曲线以工作流的压力和组分和其它系统参数的函数为基础。当工作流的温度需要升高时，加热流体46-47可以被节流以升高热交换器8中提供的温度参数。在这种方式中，可以克服系统中参数的其它改变以保持点75部分沸腾的工作流的理想露点。
通过保持工作流的露点温度，工作流准备好用于将部分沸腾的工作流引入露点分离器76-80。也就是说，加热流体46-47的流动和工作流经过压缩机72-73的流动可以被用于在系统中保持理想的参数和获得合适的汽轮机密封系统的功能性。特别的，点76的工作流的参数可以被保持为接近于工作流体或点36的耗尽流的参数。另外，汽轮机密封系统内部的理想的真空度可以被保持从而使合并混合物经过冷凝器并使工作流进入压缩机72-73。
根据本发明的一个实施例，在汽轮机汽封部分中大约保持30-50mbar的期望的真空。这使得来自点33和34的合并混合物被排入冷凝器6。一旦合并混合物被冷凝，工作流就可以被压缩机72-73压缩，在热交换器7中被预热，在热交换器8中部分沸腾，被露点分离器76-80分离，以及在点36-37被返送到卡林那循环，从而提供具有点37的参数的工作流。
正如将被本领域技术人员所意识到的，多种类型和结构的压缩机可以被使用而不会脱离本发明的范围和精神。根据本发明的一个实施例，当密封系统被大约75华氏度的周围空气冷却时，图1中的汽轮机密封系统将被使用。根据本发明的另一个实施例，图1中的汽轮机密封系统被用于水冷装置，其中冷却水温度大约为85至87华氏度。根据本发明的另一个实施例，冷却剂58-59使用具有大约不超过65华氏度的温度参数的介质。也就是说，图1中的汽轮机密封系统可以被使用，系统的运行参数也足以维持理想的系统运行性能，而无需附加组件或系统。
根据本发明的另一个实施例，汽轮机密封系统可以被用在传统的汽轮机汽封中而不需要对已有的汽轮机汽封密封装置做任何高级的和复杂的改进。根据本发明的另一个实施例，汽轮机密封系统与专门为结合汽轮机密封系统使用而被改进的汽轮机汽封结合使用。
图2是根据本发明另一实施例的汽轮机密封系统的系统图。在图示的实施例中，汽轮机密封系统包括热交换器9和压缩机79-82。在图示的实施例中，点35的合并混合物被送至冷却器9。冷却器9包括将点35的合并混合物温度参数降低到点79的温度参数的热交换器。点79的温度参数低于点35的温度参数，这减少了压缩机79-82所需的机械能。在图示的实施例中，离开冷凝器6的冷却剂被用于冷却热交换器9中的合并混合物。然而，正如将被本领域的普通技术人员所意识到的，用在相关的热交换器9中的冷却剂可以被分离且不同于冷凝器6中的冷却剂。
从点79开始，合并混合物被机械压缩机79-82压缩。机械压缩机79-82压缩合并混合物。加强的压缩使得冷凝器6能够利用冷却剂58-59可获得的冷却剂温度冷凝从点71到点72的合并混合物。根据本发明的一个实施例，当与点79的合并混合物的压缩相比，机械压缩机79-82将合并混合物压缩成4比1的最强压缩。将合并混合物按4比1压缩进一步促成卡林那循环的膨胀汽轮机中的理想密封真空，即使是在周围温度格外炎热的条件下。另外，将点35到点39的合并混合物冷凝减少了使用机械压缩机79-82压缩所需的机械能。
正如将被本领域的技术人员所意识到的，当系统中的温度参数不需要另外冷却和/或压缩合并混合物时利用热交换器9冷却合并混合物和利用压缩机79-82压缩可以可选地被省略。例如，在某些系统中，正常的运行参数将不需要热交换器9和压缩机79-82提供的冷却或压缩。然而，系统的偶然调整，例如可获得的冷却剂温度，返回压力和主分离器76-80，合并混合物的温度参数，或其它系统变量可以从压缩机79-82和/或热交换器9提供的附加的运行性能中获益。例如，根据本发明的一个实施例，主分离器76-80中的返回压力可以升高到低沸点组分中液态组分变得过富的点从而在可获得的冷却剂温度下冷凝。结果，热交换器9提供的合并混合物的附加冷却和/或机械压缩机79-82施加或提供的压缩使得热交换器6可在冷却剂58-89可获得的冷却剂温度下冷凝合并混合物。
根据本发明的另一个实施例，即使当系统中的压力和/或合并混合物的温度参数在可接收的范围内，压缩机79-82被用在进行中的基础上。。当系统中的运行条件在正常范围内时，即使在不使用如图1所示的排放箱时使用压缩机79-82也能够直接排出不凝性气体，如氮气或其它用来在膨胀汽轮机中捕获工作流体的流体。通过使系统能够直接排放，附加的系统组件得以最少化和/或去除从而减少整体系统成本和复杂性。正如将被本领域的技术人员所意识到的，冷凝器6对点71-72的合并混合物的冷凝能力不仅基于冷却剂58-59的冷却剂温度参数，还基于点71的合并混合物的压缩。
一旦工作流被泵压至点73的更高的压力参数，工作流进入具有点83的参数的热交换器7。工作流被预热到点84的温度参数并被送到热交换器8。在热交换器8，工作流部分沸腾并被送至分离器76-80。在分离器76-80中，工作流(例如富流)的蒸汽组分在点76被分离并在点36-37被引入卡林那循环中，工作流80(例如贫流)的液态部分与压缩机79-82和冷凝器6之间的合并混合物再次合并。
通过提供具有与工作流体或点36的将离开膨胀汽轮机的耗尽流基本相同的压力和组分的工作流，卡林那循环中工作流体的整体组分和参数基本不变。这使得汽轮机密封系统在被使用时不再需要在卡林那循环中做另外的系统的改良或设计的变化，同时为汽轮机密封系统提供了好处。
正如将被本领域的技术人员所意识到的，多种类型和结构的系统和系统部件可以被使用而不会脱离本发明的范围和精神。例如，根据本发明的一个实施例，预冷凝器冷却剂热交换器被用在有机械压缩机的场合。在另一个实施例中，机械压缩机被用在有预冷凝器冷却剂热交换器的场合。在又一个实施例中，冷却剂压缩机和热交换器之一或两者都被使用。在另一个实施例中，冷却剂压缩机被放置在机械压缩机的下游。
图3是根据本发明另一实施例的汽轮机密封系统的系统图。在图示的实施例中，汽轮机密封系统包括第一分离器76-80和第二密封分离器79-82。使用第一分离器和第二分离器提供了两级加热系统。这扩大了合并混合物温度参数的运行范围而不需要使用如图2中的实施例中的机械压缩。
在图示的实施例中，压缩机72-73被用于将冷凝后的工作流泵压至比离开冷凝器6的冷凝的工作流更高的压力。在该实施例中，点85的工作流的温度参数超过了典型设置中理想的温度参数。结果，在热交换器7和热交换器8中工作流加热之后，点75的工作流具有比露点曲线高的温度参数。
随着工作流在分离器76-80中被分离，富流可以具有比工作流体或卡林那循环中点36的耗尽流更多的高沸点组分。这很大程度是由于点75的工作流一般超过露点的这一事实。结果，与如果工作流体在露点相比，大部分富流包含低沸点组分。由于点75的工作流超过了露点，几乎所有工作流(例如贫流)的液态组分将包括高沸点组分。结果，点80的分离器液体包括贫流，该贫流可以被用于当其与在点71的合并混合物35混合时稀释合并混合物。进一步的，在图示的实施例中，贫流被用在热交换器7中来提高从点85到点83的工作流的温度参数。
一旦液态工作流在分离器76-80中被分离，富流76则被送至热交换器9。热交换器9包括冷却器，其降低从点76到点77的富流的温度参数。在图示的实施例中，热交换器9中使用的冷却剂包括来自卡林那循环的工作流体。来自卡林那循环的工作流体冷却了汽轮机密封系统的富流，同时点76到点77的富流加热了卡林那循环内点60到点63的工作流体。在这种方式中，不单是来自卡林那循环的工作流体有助于冷却汽轮机密封系统中的富流，来自汽轮机密封系统的富流也有助于促进卡林那循环内工作流体的加热。
一旦富流的温度参数从点76被冷却到点77，其就被送至露点分离器79-78。可选的，系统可以被构造成使得点77的富流接近于露点。当富流达到露点，则富流内基本上更多蒸汽包含了低沸点组分。在这种方式中，富流78的组成和温度参数基本接近于工作流体或点36的将离开汽轮机的耗尽流的组成。
点36的富流78的引入最低限度地影响最终工作流体37的温度组成。也就是说，点37的工作流体的组分和温度参数非常接近于工作流体或点36的耗尽流的温度和组分。然而，由于点36-37附加了来自点78的富流，点36将提供增加的流束。
露点分离器79-78还将富流77分离进入贫流79。贫流79包括比富流78更多的高沸点组分。贫流79可以通过使用压缩机79-82被泵压而使贫流79的压力参数返回到点82的压力参数。另外，点82的贫流的压缩接近于点83的工作流的压缩参数。贫流82与工作流83在点84合并从而提供具有点74的参数的工作流。
如上所述，工作流被送至热交换器8以将温度参数升高到点75的压力参数。在图示的实施例中，外部热源流46-47被用在热交换器8中以加热工作流74-75。由于贫流82中的高比例的高沸点组分，点74的最终工作流也比点83的工作流具有更多的高沸点组分。结果，一旦工作流74被加热到点75的温度参数并在分离器80-76中被分离，更多的低沸点组分将被分离进入贫流80，为点81的稀释提供充足的贫流。
压缩机72-73提供的压缩导致相对点73而言冷凝气6中为负压，该负压将合并混合物引入冷凝器6中。结果，调整经过压缩机72-73的流动使得压缩机72-73可影响流经分离器76-80的工作流的温度。类似的，工作流75-74的温度通过对来自热源51的热源工作流46-47节流而升高了。
根据本发明的一个实施例，在被引入分离器80-76之前点75的工作流应该永远不低于露点。这保持了汽轮机密封系统中工作流的理想组分平衡，从而提供了点78的富流的理想组分和温度参数。在工作流的温度参数开始下降的情况下，经过压缩机72-73的流体的流速可以被降低和/或热源流的节流可以被实施以在汽轮机密封系统中提供更大量的热以加热工作流。例如，在不理想的周围环境温度条件下，虽然点35的流量小，热交换器74-75的尺寸和其中消耗的热量可以很大。
正如本领域技术人员将意识到的，多种类型和结构的汽轮机密封系统可以被使用而不脱离本发明的范围和精神。例如，根据一个实施例，图2中描绘的机械压缩机可以被用在图3中相关的两级、加热系统中。根据本发明的另一个实施例，图2中描绘的冷却器和/或压缩机可以与图3中的两级、加热系统结合使用。根据另一个实施例，系统中一个或多个参数的自动控制可以通过使用压缩机和/或泵被调控并且热源流进行流动以调控系统的运行参数。根据本发明的另一个实施例，一个或多个系统组件可以基于运行条件，例如系统内的合并混合物的温度参数而被旁通。进一步的，本发明可以被合并到大量不同类型的具有多组分工作流体的封闭回路热力循环系统中。
本发明可以表现为其它特殊形式而不脱离其精神或本质特点。所述的实施例在各个方面都应被看作都仅仅是示例性的而不是限制性的。因此，发明的范围，是由所附的权利要求而不是前述的说明来限定。所有在权利要求等同体含义和范畴内的改变都包含在它们的范围内。

Claims (26)

1.一种密封热力循环中的汽轮机以使逃逸到周围环境中的工作流体最少的方法，该方法包括：
在汽轮机中膨胀热力循环系统的多组分气态工作流，将其能量转化为可使用的形式和产生耗尽流；
提供与所述膨胀相关的密封以使密封件中的不凝性气体与从汽轮机中逃逸出的多组分工作流混合，不凝性气体和逃逸出的多组分工作流组成合并流；
至少部分地冷凝合并流以使多组分工作流从不凝性气体中分离出来；和
使多组分工作流返送到热力循环系统中。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，不凝性气体包括氮气。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，热力循环系统包括卡林那循环系统。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，密封件包括汽轮机密封系统。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括排出合并流从而在密封件的密封部分保持理想真空。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括在将多组分工作流冷凝后，将多组分工作流泵压到更高的压力。
7.如权利要求1所述的方法，进一步包括压缩合并流。
8.如权利要求1所述的方法，进一步包括在冷凝合并流后将不凝性气体排出。
9.一种密封热力循环中的汽轮机使逃逸到周围环境中的工作流体最少，以致使得从汽轮机中逃逸出的工作流体被捕获、冷凝、和返送至热力循环中的方法，该方法包括：
在汽轮机中膨胀热力循环系统的多组分气态工作流，将其能量转化为可使用的形式和产生耗尽流；
提供不凝性气体以与从汽轮机中逃逸出的多组分气态工作流体混合，不凝性气体和逃逸出的多组分气态工作流体组成合并流；
排出合并流；
冷凝至少部分排出的合并流以使多组分气态工作流体从不凝性气体中分离出来，分离出的多组分气态工作流体形成工作流；
压缩工作流；和
将至少部分工作流返送至热力循环。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，不凝性气体被提供在汽轮机密封系统中。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在相关的封闭回路热力循环系统中提供密封汽轮机的方法从而保持热力系统中物种的平衡。
12.如权利要求9所述的方法，进一步包括冷凝合并流为冷凝至少部分排出的合并流做准备。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括压缩冷凝后的合并流以促使至少部分排出的合并流的冷凝。
14.如权利要求9所述的方法，进一步包括将压缩过的工作流分离为贫流和富流。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括将贫流与排出的合并流相合并。
16.如权利要求14所述的方法，进一步包括将富流分离为第二富流和第二贫流，其中第二富流与耗尽流相合并且第二贫流与工作流相合并。
17.一种密封热力循环中的汽轮机使逃逸到周围环境中的工作流体最少，以致从汽轮机中逃逸出的工作流体被捕获、冷凝、和返送至热力循环中的方法，该方法包括：
膨胀多组分气态工作流体，将其能量转化为可使用的形式和产生耗尽流；
在汽轮机的密封件中使用不凝性气体以使不凝性气体与从汽轮机中逃逸出的多组分气态工作流体混合，不凝性气体和逃逸出的多组分气态工作流体组成合并流；
排出合并流以保持密封件中密封部分内的理想真空；
在冷凝器中冷凝至少部分排出的合并流以使多组分气态工作流体从不凝性气体中分离出来；
排出合并流的不凝性气体以形成工作流；
将工作流泵压至比冷凝器中的合并流的压力更高的压力；
在热交换器中加热工作流以使工作流的温度升高到露点；
分离工作流，形成将被加入合并流的贫流和具有接近于耗尽流的温度和压力的富流；和
使富流返送至热力循环。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，富流与热力循环的耗尽流相合并。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，工作流的分离发生在第一分离器中。
20.如权利要求19所述的方法，进一步包括在第二分离器中分离富流。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，引入第一分离器的工作流超过露点。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，引入第二分离器的富流接近于露点。
23.如权利要求20所述的方法，进一步包括在第二分离器中将富流分离为将被返送至热力循环的第二富流和与合并流合并的贫流。
24.如权利要求17所述的方法，进一步包括加热工作流。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，工作流被贫流加热。
26.如权利要求24所述的方法，其特征在于，工作流被外部热源加热。
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