CN105849371B - 用于可靠地启动orc系统的设备与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热动力循环装置，包括：工作介质；用于蒸发工作介质的蒸发器(2)；膨胀机(3)，其用于在使蒸发的工作介质膨胀时产生机械能；用于冷凝工作介质的冷凝器(4)；以及泵(1)，其用于将冷凝工作介质泵送到冷凝器。蒸发器的几何布置选择为使得，在启动泵以前，冷凝工作介质能够通过重力从冷凝器流动到蒸发器，工作介质可以经由蒸发器与冷凝器在闭合回路中循环，因此尤其可以在泵处提供液体工作介质的预定的净正吸入压头。本发明另外地涉及启动根据本发明的热动力循环装置的方法，此方法包括以下步骤：将热量施加到蒸发器并且蒸发蒸发器中的工作介质，因此致使工作介质流动到冷凝器；将所述冷凝器中的所述工作介质冷凝；当达到或超过在泵处的工作介质的预定净正吸入压头时启动所述泵。
Description
技术领域
本发明涉及热动力循环装置，尤其是有机朗肯循环装置，其包括：工作介质；用于蒸发所述工作介质的蒸发器；膨胀机，其用于在使所述蒸发工作介质膨胀时产生机械能；冷凝器，其用于冷凝与可能地使所述工作介质过冷，尤其是在所述膨胀机中膨胀的所述工作介质；以及泵，当所述热动力循环装置在操作中时其用于将冷凝的工作介质泵送到所述冷凝器。本发明此外涉及启动讨论中的类型的热动力循环装置的方法。
现有技术
ORC系统包括以下主要部件：供给泵，其以极大增加的压力将液体工作介质传送到蒸发器；蒸发器，工作介质在其中蒸发；膨胀机，高度加压的蒸汽在其中膨胀因此产生机械能，机械能通过发电机能够转换成电能；以及冷凝器，来自膨胀机的低压蒸汽在其中被液化。液体工作介质从冷凝器经由可能的存储箱(供给箱)与抽吸管线返回到系统的供给泵。
在启动过程期间，足够量的工作介质将优选地存在于泵的抽吸管线中或者还在供给箱中，使得在整个启动操作过程中泵可获得足够量的介质。
用于工作介质通过泵的无故障传送的第二条件是施加到泵的流体(工作介质)的充足的净正吸入压头。净正吸入压头(NPSH)是不仅受到大地净正吸入压头影响而且受到工作介质的热动力状态影响的参数，是一种可以如下面在下文说明的环境。如果在泵的入口处的流体的过冷(到沸点的距离)不是充分地高，便可能在泵入口处发生流体的短时间蒸发。此现象可能导致泵损坏以及泵传送的部分或完全失效。这称为气穴现象。在泵的入口处到流体的沸腾压力的距离称作为净正吸入压头。用于量化此净正吸入压头的参数是NPSH值(净正吸入压头)。在此方面，在要求的、泵特定的(NPSHr)净正吸入压头与施加的(NPSHa)净正吸入压头之间作出差值，施加的NPSHa值取决于几个装置与操作特定参数(温度、源于大地净正吸入压头的压力、饱和压力、惰性气体分压，此惰性气体分压是可以另外地存在于回路中的非冷凝气体的其它分压)。为了泵的可靠操作，施加的NPSHa值必须总是高于要求的NPSHr值。
尤其对于像ORC这样的循环系统来说，气穴现象是挑战。这里，液体冷凝时到沸点具有小的距离或者根本没有距离，并且因此，必须被泵送以小的施加NPSHa值。由于要求的NPSHr值由泵的结构设计预先确定了，因此其仅能够在小程度上受到影响，并且必须在泵送操作的任意时刻通过处理技术装置确保施加的NPSHa值未下降到要求值以下。
当ORC系统关停时，例如由于热源的故障/停用或者由于系统的紧急关停，这可能导致系统(例如，在膨胀机、水平管或流体袋中)中工作介质的不受控的分布；在此情形中，工作介质将不流动到供给箱。这可能具有的影响是供给泵可用的工作介质的量对于整个启动过程是不充足的。启动过程包括填充蒸发器，蒸发工作介质，并且在这样做的同时，积聚压力，启动膨胀机以及开始冷凝并且因此使工作介质流动返回到供给泵。
工作介质的不利的分配以及导致的困难或者甚至不可能启动是众所周知的问题，为此在现有技术中提出了多种解决方案。EP2613025A1(System and methods for coldstartup of Rankine cycle devices)提出通过突然打开阀以及通过因此“清除”系统的各部分积聚的液体工作介质来有序地分配工作介质。然而，为此目的，必须使用作为另外部件的一个或多个阀。在EP2345797A2(Fluid feedback pump to improve cold startperformance of organic Rankine cycle plants)中，通过另外的泵将工作介质泵送到系统中的正确位置处。同样在此情形中，需要以泵的形式出现的其它部件以便确保系统的可靠启动。
现有技术还教导蒸汽管线应该总是朝向冷凝器/供给箱倾斜。这意味着蒸发器必须位于最高点处，并且其在静止情形中，冷凝液经由冷凝器朝向供给箱流动。然而，在ORC系统为紧凑结构设计的情形中，尤其如果需要观察最大整体高度时，这难以实现或者根本不能实现。即使蒸发器位于最高点处，这将致使工作介质自动地收集在冷凝器/供给箱中，如上所述的施加的净正吸入压头NPSHa不充足的系统情形的问题，也不会得到解决。
然而，这两个上述现有技术公开还不能解决另一问题：当ORC系统启动时，可能出现此种情形，供给泵以及还有可能其供给管线可能具有高于从冷凝器中吸入的工作介质或者刚在冷凝器中冷凝的工作介质的温度。在回路中用作散热器的冷凝器可能在静止情形中，成为系统中的最冷点，例如，当外部冷凝器在冷的外部温度下安装在外部空气中时，以及当定位在机器壳体/建筑物中的泵的温度处于高于外部温度的温度时。由于在冷凝器中存在大的热传送区域或者由于介质在冷凝器中的停留时间，因此，即使泵与冷凝器的环境温度相同，泵自身的温度也可能暂时地高于冷凝器的温度。因此，从冷凝器到供给泵的温度会增加，并且这导致在泵入口处的施加的净正吸入压头(NPSHa)的减小。影响是泵形成气穴并且不传送工作介质。这阻止了系统的启动并且可能对泵造成损坏。即使在供给泵、供给管线与冷凝器之间的温度补偿以后，然后施加的净正吸入压头NPSHa，特别是在高度没有大的差值并且因此没有很多大地净正吸入压头的具有紧凑结构设计的系统中，可能小于要求的净正吸入压头NPSHr，并且这继而，将导致气穴现象。
ORC装置中的气穴现象的问题是已知的，并且根据DE102009053390B3的公开，可以例如通过额外地将惰性气体供给到供给箱/冷凝器来解决。
总结，以下可以指定为本发明的动机：为了可靠地启动ORC系统，在系统的供给泵处必须存在具有足够净正吸入压头的足够量的工作介质。在ORC系统中，可能在静止情形中或者由于系统的控制不佳的关停而发生液体工作介质的分布不均，借此，由于供给泵上游的介质的量不充足，因此阻止了系统的启动。此外，可能在工作介质回路中发生不利的温度分布，供给泵上游区域中的工作介质可以例如具有比系统中最冷点处更高的温度。由于在此情形中施加到泵的小的净正吸入压头，因此可能发生泵的气穴现象。这阻止了系统的可靠启动。在相对冷的大气条件下，还可能由冷系统条件阻止装置的启动。例如，工作介质或存在于回路中的诸如润滑剂的一些其它介质的粘度可能增加，借此可能减弱介质通过供给泵的传送。
发明内容
本发明的目的是至少部分地克服上述缺点。
通过以下所述的热动力循环装置实现了此目的。
根据本发明的热动力循环装置，尤其是ORC设备包括：工作介质；蒸发器，其用于蒸发以及选择性地、附加地过热所述工作介质；膨胀机，其用于在使蒸发工作介质膨胀时产生机械能；冷凝器，用于冷凝并且选择性地附加地使工作介质过冷，尤其是在膨胀机中膨胀的工作介质；以及泵，当热动力循环装置在操作中时其用于将冷凝工作介质泵送到冷凝器，其中蒸发器的所述几何布置选择为使得，在启动泵以前，冷凝工作介质通过重力从冷凝器流动到蒸发器并且工作介质可以经由蒸发器与冷凝器在闭合回路中循环，因此尤其可以在泵处提供液体工作介质的至少预定最小净正吸入压头。
在热动力循环装置的启动过程中，只要净正吸入压头对于泵的无故障启动来说是充足的就提供上面的优点。闭合回路(可以阻止循环在静止情形中不闭合的关停设备)设计为使得容纳在回路中的流体在无需另外地驱动的情况下由于重力流动到蒸发器。当系统从静止情形启动时，蒸发器使热量施加到那里，使得其贡献系统中的最热部分。容纳在其中的工作介质被蒸发并且可能地还过热，并且产生的蒸汽加热位于蒸发器上方的全部装置部件。如果液体介质收集在装置的其它部分中(例如，在膨胀机、水平管或流体袋中)，其将通过此加热蒸发并且将随后地冷凝在此装置的最冷点处。系统中最冷点通常是冷凝器。如果这在静止条件中不是此种情形，可以通过控制散热器(例如，开始在冷凝器处的冷却)调节作为最冷点的冷凝器。工作介质作为输入从冷凝器流动到供给泵。几何布置选择为(高度差)使得冷凝液可以通过重力(蒸汽与液体之间的密度差)流动到蒸发器。形成了自然循环，这致使流体工作介质的独立定位。这意味着液体工作介质收集在装置的低位部分中(例如泵的上游)，并且其在泵启动以前，在泵的上游存在足量的具有足够净正吸入压头的工作介质。
根据本发明的的设备的进一步发展，在几何布置中蒸发器可以定位在比冷凝器更低高度上。低于冷凝器的高度上的蒸发器以及可能此外放置在管子使得容纳在回路中的流体能够在没有另外驱动的情况下通过重力流动到蒸发器。
看到的另一个进一步发展在于冷凝器与蒸发器之间的闭合回路还包括未启动泵并且/或者蒸发器与冷凝器之间的闭合回路还包括膨胀机。通过此种方式，在回路中的工作介质可以在泵的结构设计允许流体在静止情形中流动的情形下，还在不启动后者的情况下流动通过泵。
根据另一个进一步发展，泵可以定位在比蒸发器更低的高度上。净正吸入压头可以因此更进一步地增加。
另一个进一步发展是看到其中热动力循环装置还可以包括用于绕过回路中的膨胀机的旁通阀。
根据另一个进一步发展，热动力循环装置还可以包括用于收集冷凝工作介质的供给箱，此供给箱在闭合回路中布置在冷凝器与蒸发器之间尤其在冷凝器与泵之间。
看到的另一个进一步发展在于，此外可以设有用于测量泵上游的工作介质的净正吸入压头的至少一个传感器，尤其是用于测量工作介质的压力的传感器和/或用于测量工作介质的温度的传感器。
根据另一个进一步发展，热动力循环装置可以附加地包括用于绕过回路中的泵的旁通阀。
根据另一个进一步发展，热动力循环装置可以附加地包括：同流换热器，其用于将热能从膨胀工作介质传送到当热动力循环装置在操作中时在泵与蒸发器之间泵送的工作介质，同流换热器布置在膨胀机与冷凝器之间；以及旁通阀，其用于桥接回路中的同流换热器，用于桥接同流换热器的旁通阀这里尤其还可以是用于绕过泵的旁通阀。
当使用同流换热器时并且当例如泵与蒸发器之间的管道安装为使得其穿过同流换热器以便在热动力循环装置的操作过程(正常操作)中预先加热，通过来自膨胀机的下游与冷凝器的上游的膨胀的蒸发工作介质的热量将工作介质泵送到其中，必须设置用于桥接同流换热器的旁通阀以便以在本发明中描述的方式启动循环装置，由于同流换热器布置在比蒸发器更高高度上，否则将不允许自然循环。
另外地通过以下所述的用于启动热动力循环装置的方法解决了上述任务。
在本发明中公开的并且用于启动根据本发明的热动力循环装置或者其进一步发展中的一个包括以下步骤；将热量施加到蒸发器并且蒸发蒸发器中的工作介质，选择性地、附加地过热蒸发器中的工作介质，因此致使工作介质流动到所述冷凝器；将冷凝器中的工作介质冷凝；当达到或超过在泵处的工作介质的预定净正吸入压头时启动所述泵。
根据本发明的方法具有已经结合根据本发明的设备描述的优点。
根据本发明的此方法可以以此种方式进一步发展：当达到或超过测量的净正吸入压头时或者当在将热量施加到蒸发器的开始以后经过预定时间期间时启动泵。
根据另一个进一步发展，此方法可以包括下面的额外步骤：将冷凝温度调节到第一温度值；当具有第一温度值的冷凝工作介质达到泵时将冷凝温度调节到第二温度值；其中所述第二温度值高于所述第一温度值。系统中最冷点通常是冷凝器。如果这在静止条件中不是此种情形，可以通过此种方式作为最冷点调节冷凝器，例如通过控制散热器(例如，开始在冷凝器处的冷却)。
根据另一个进一步发展，可以通过降低冷凝器风扇的旋转速度和/或通过降低冷却水质量流或空气质量流和/或通过增加通过所述冷凝器的冷却水质量流或空气质量流实现将所述冷凝温度调节到第二温度值。另选地或附加地，此外其它措施，诸如冷凝器的挡窗或挡板的闭合，可能导致冷凝温度的增加。
看到的另一个进一步发展在于可以提供以下另外步骤：在将热量施加到蒸发器以前或者在将热量施加到蒸发器的同时打开膨胀机旁通阀，或者在将热量施加到蒸发器以后的预定第一时间期间或者在膨胀机已经达到预定第一压力以后打开膨胀机旁通阀；以及在启动泵以后或者在启动泵的同时闭合膨胀机旁通阀，或者在启动泵以前的预定第二时间期间或者在膨胀机已经达到预定第二压力以后闭合膨胀机旁通阀。
根据另一个进一步发展，可以提供以下额外步骤：在将热量施加到蒸发器以前、期间或者随后的预定第三时间期间打开泵旁通阀和/或同流换热器旁通阀；以及在启动泵以后、期间或者以前的预定的第四时间期间闭合泵旁通阀和/或同流旁通阀。
上述其它发展可以单独地或者与彼此适当结合地使用。
下面将参照附图更加详细地说明本发明的其它特征与示例性实施方式与优点。应该理解的是此实施方式未穷尽本发明的范围。还应该理解的是下述特征的一些或全部也可以以其它方式相互结合。
附图说明
图1示出了热动力循环装置中，尤其是根据本发明的ORC系统中的高度布置。
图2示出了具有根据图1的热动力循环装置的可结合的有利进一步发展的实施方式。
图3示出了根据本发明的热动力循环装置的另一实施方式。
实施方式
图1示出了热动力循环装置，尤其是ORC系统，以及主要部件的高度顺序的布置。此系统包括：供给泵1，其将液体工作介质以大量增加的压力传送到蒸发器2，工作介质在蒸发器2蒸发；膨胀机3，高度加压的蒸汽在膨胀机3中膨胀因此产生机械能。此机械能可以例如通过发电机G转换成电能。液体工作介质从冷凝器4(来自膨胀机3的低压蒸汽在其中液化)经由可能的(可选的)存储箱(供给箱)和抽吸管线返回到系统的供给泵1。
在下面，将描述启动过程并且将说明如何通过所述的布置解决此问题。
液体工作介质的自动定位：装置将从静止情形开始。首先，将热量施加到蒸发器(如果不应以不受控方式将热量施加到蒸发器，即通过热传送介质的连续流动，就必须增加它)。在蒸发器中形成蒸汽；此蒸汽加热装置部件，使在装置的其它部分中以液体状态存在的工作介质蒸发(例如，在膨胀机中，水平管或流体袋)并且随其一起流动到冷凝器，在一定时间以后其在那里液化。因此，流体从蒸发器转移到冷凝器。这导致在冷凝器侧上的流体高度的升高，这继而导致从冷的冷凝器侧到热的蒸发器侧的压力梯度。通过所述的连接(在没有闭合的关停设备的情况下)形成流动，这致使介质从冷凝器经由泵流动到蒸发器。此路径在这里必须构造为使得将仅由于重力发生流动。在此方面，必须考虑安装部件的压力损失或者安装的阀的打开压力。
形成净正吸入压头并且启动系统：液体介质的有序分布(如上所述)以及在泵上游的工作介质的足够量的收集，然而，未确保此介质将以允许泵启动的足够的净正吸入压头(NPSHa)施加到泵。为了建立足够的净正吸入压头，可以采用下面的动作过程：通过冷却冷凝器(通过散热器，诸如环境空气或冷却水)，冷凝温度以及因此冷凝器中的压力首先降低。具有较低温度的冷凝液从冷凝器流动到供给箱(如果设置了的话)中并且随后地流动到通向泵的供给管线中。在一段时间以后，随着较低冷凝温度接着发生，流体通过自然循环达到泵。现在，增加冷凝器中的温度，例如通过控制散热器，借此冷凝器中的压力也将升高。这可以例如通过降低冷凝器风扇的旋转速度和/或通过降低冷却水质量流或空气质量流和/或通过增加通过冷凝器的冷却水质量流或空气质量流的温度来实现。由于较冷的流体施加到泵以及冷凝器中的增加的压力，因此施加到泵的净正吸入压头将增加。当已经超过净正吸入压头的极限值(NPSHa>NPSHr)时或者在一定、经验为基础的一段时间以后，可以启动泵以便开始ORC系统的正常启动过程。
与上面相反，现有技术教导(如前文说明的)应该总是将蒸汽管线安装成使得它们朝向冷凝器/供给箱倾斜。
根据图2的设备包括其它部件以便改进图1中示出的布置。下面将描述这些部件与它们的功能。
部件5代表膨胀机3上的旁通阀。旁通阀5经由膨胀机，例如在体积膨胀机的情形中，允许在蒸发器中产生的蒸汽有足够量流动到冷凝器4。旁通阀可以另外地用作紧急关停阀，其允许在危险情形中膨胀机的上游的高压蒸汽的快速膨胀。旁通阀可以例如构造为当无电流时打开的电磁阀。在通过所述部件的布置启动的情形中，阀保持打开因此允许工作介质的自然循环。如果经由未操作的(或者还有旋转的)膨胀机的工作介质的量不足以用于目标的流体的自然循环，则需要此阀用于所述的功能。
部件6代表供给箱。供给箱可能被要求用于在任何操作条件下提供施加到供给泵的足量的工作介质。其缓冲工作介质的总量并且因此防止由工作介质损失造成的装置的停机时间、工作介质的不均匀分布、不同的蒸汽密度以及因此，在操作与静止过程中的蒸汽质量或者系统的不准确填充。结合惰性气体的使用，此箱需要实现另外的功能。其增加了系统中的气体体积。贯穿全部操作情形，净正吸入压头可以因此保持相对恒定(在此方面还参照DE102009053390B3中的公开)。当利用惰性气体防止气穴现象时，通过在自然循环中的所述布置实现了其它优点。工作介质的连续循环，其仅通过蒸发器与冷凝器之间的温度差值与导致的压力差值引起并独立于供给泵的操作，确保了存在于回路中的惰性气体将自动地收集在冷凝器中以及在供给箱中。如在DE102009053390B3中描述的，存在于供给箱中的惰性气体，由于其依赖浓度的分压，增加了泵的净正吸入压头。由于在静止情形中，惰性气体由于扩散分布在整个装置中并且由于供给箱中的分压因此减小，不能总是确保在供给箱中没有惰性气体的集中的情况下通过例如上述自然循环使泵从静止情形的无气穴启动。这必须通过较大量的惰性气体和/或通过具有较大蒸汽量的较大供给箱补偿，以便此系统即使从静止情形也能够可靠地启动。可以通过所述的方法减少必需量的惰性气体，并且这将导致在膨胀机处的压力差的增加以及产生的性能的增加(系统效率的增强)。
部件7代表用于测量施加的净正吸入压头(NPSHa)的传感器。提供传感器(这里例如压力P与温度T)的可能性允许确定净正吸入压头(NPSHa)。在此系统的上述启动过程中这可以用作用于启动泵的启动标准。
部件8代表用于绕过供给泵的旁通阀。可以在上述情形中使用用于绕过供给泵的此阀8以便确保足够的液体工作介质从冷凝器流动到蒸发器。例如在其中由于其结构设计/构造(例如，容积式泵)，供给泵在其静止情形中不允许任何介质经过的情形中，这成为必要。另一个原因可能是大的高度差，此大的高度差在泵(例如，在竖直多级旋转泵中)中需要被克服并且其阻止了自然流动。旁通阀可以构造为使得其是可切换或可控制的。此外，其可以构造为具有可调节或固定的打开与闭合压力的弹簧加载阀。该阀将因此不打开直到泵的抽吸侧与压力侧之间达到特定施加的压力差并且当装置在操作中时仍然闭合，或者阀将打开到压力侧与抽吸侧之间的特定压力差并且当从压力侧与抽吸侧之间的此特定压力差发生向上操作时将自动地闭合。用于打开阀的压力差必须如此小使得自然循环是可能的。此外，在危险情形中此阀可以用作安全阀。由于在危险情形中阀的快速打开，此介质可以从蒸发器朝向冷凝器流动。这通过工作介质的进一步蒸发防止了蒸发器中的压力的过度增加。为了防止工作介质在一些操作点处从蒸发器流回到泵，例如为了保护泵免受热工作介质损害，可以在泵的下游附加地设置止回阀(在附图中未示出)。
图3示出了具有同流换热器9的热动力循环装置的实施方式。同流换热器9用于在热动力循环装置的操作过程中将来自膨胀的工作介质的热能传送到在泵1与蒸发器2之间泵送的工作介质，同流换热器9布置在膨胀机3与冷凝器4之间。此外，设置旁通阀8以桥接回路中的同流换热器9，用于桥接同流换热器9的旁通阀8在这里还是用于绕过泵1的旁通阀8。当泵1与蒸发器2之间的管道安装为使得其经过同流换热器9以便预先加热时，在热动力循环装置的正常操作过程中，其中泵送的工作介质具有来自膨胀机3与冷凝器4之间的膨胀的蒸发工作介质的热量，用于桥接同流换热器9的旁通阀8必须打开以便以根据本发明所述的方式启动循环装置，由于同流换热器9布置在比蒸发器2更高高度上，否则将不允许工作介质的自然循环。
总之，可以进行以下陈述：根据本发明的方法以及根据本发明的设备(高度布置)确保了能够可靠且快速地启动ORC。此方法在其简单版本中不需要任何传感器或致动器(例如，阀)以便可靠启动。由于系统中工作介质的自动分配，系统中工作介质的总量与具有不同布置模式的系统相比可能减少(例如，具有在较高高度上的蒸发器与低位的冷凝器或膨胀机)，因此，由于液体工作介质的无动力定位，在泵的抽吸管线中总是存在足够量的流体。由于热供给，通过自然循环的系统的自动加热确保了部件的预热。在冷的大气条件下，这可以加速系统的启动并且具有将延长部件的使用寿命的作用。装置的可靠、无气穴现象启动防止了可能对泵造成的可能的损坏以及由于(部分)气穴现象可能发生在泵处的可能的损坏。此方法能够确保在开始处理中用于供给泵的足够的净正吸入压头。因此，可以省去对于建立净正吸入压头可能另外必要的其它方法或者能够减小它们在装置的效率上的影响。由于其它方法(例如，冷凝液的过冷或增加的惰性气体)具有影响性能的效果，因此描述的方法导致ORC系统的总效率的增加。描述的方法允许节约工作介质的填充质量。经验显示可以另外地仅通过大量工作介质确保ORC系统的启动能力。以20-80€/kg的价格可获得的工作介质对ORC系统的成本效益上具有极大影响。此外，当容纳在系统中的量较小时，这将允许规定的维护间隔的延伸以及维护要求的减小(F气体法规)，并且这可能导致操作中成本的极大降低。然而，应该注意到输入到系统中的热量不能以自抑制方式停止的事实，诸如通过顶置蒸发器的方式。例如相对于维护工作来说这可能是不利的，但是如果必要的话然后应该防止通过其它、另外措施的热输入。
示出的实施方式仅是示例性实施方式并且通过权利要求限定了本发明的全部范围。
Claims (19)
1.一种热动力循环装置，其包括：
工作介质；
蒸发器，其用于蒸发以及附加地过热所述工作介质；
膨胀机，其用于在使蒸发的工作介质膨胀时产生机械能；
冷凝器，其用于冷凝与附加地使所述工作介质过冷；
泵，其用于在所述热动力循环装置处于操作中时将冷凝的工作介质泵送到所述冷凝器；以及
用于控制被施加到所述泵的液体工作流体的净正吸入压头的装置；
其中，所述蒸发器的几何布置选择为使得：在启动所述泵以前，冷凝的工作介质能够通过重力从所述冷凝器流动到所述蒸发器，并且所述工作介质能够经由所述蒸发器与所述冷凝器在闭合回路中循环，从而能够在所述泵处提供液体工作介质的至少预定最小净正吸入压头。
2.根据权利要求1所述的热动力循环装置，其中，在所述几何布置中所述蒸发器定位在比所述冷凝器更低的高度上。
3.根据权利要求1或2所述的热动力循环装置，其中，所述冷凝器与所述蒸发器之间的所述闭合回路还包括未启动的泵，以及并且/或者其中所述蒸发器与所述冷凝器之间的所述闭合回路还包括所述膨胀机。
4.根据权利要求1所述的热动力循环装置，其中，所述泵定位在比所述蒸发器更低的高度上。
5.根据权利要求1所述的热动力循环装置，还包括用于绕过所述回路中的所述膨胀机的旁通阀。
6.根据权利要求1所述的热动力循环装置，还包括用于收集冷凝的工作介质的供给箱，所述供给箱在所述闭合回路中布置在所述冷凝器与所述蒸发器之间。
7.根据权利要求1所述的热动力循环装置，还包括：用于测量所述泵上游的所述工作介质的净正吸入压头的至少一个传感器。
8.根据权利要求1所述的热动力循环装置，还包括用于绕过所述回路中的所述泵的旁通阀。
9.根据权利要求1所述的热动力循环装置，还包括：
同流换热器，其用于在所述热动力循环装置处于操作中时将热能从膨胀的工作介质传送到在所述泵与所述蒸发器之间泵送的所述工作介质，所述同流换热器布置在所述膨胀机与所述冷凝器之间；以及
用于在所述回路中桥接所述同流换热器的旁通阀。
10.根据权利要求1所述的热动力循环装置，其中，用于控制所述液体工作介质的净正吸入压头的装置包括用于至少暂时地增加所述冷凝器中的压力的装置。
11.根据权利要求10所述的热动力循环装置，其中，用于至少暂时地增加所述冷凝器中的压力的装置包括用于降低冷凝器风扇的旋转速度的装置和/或用于减少冷却水质量流或空气质量流的装置和/或用于增加流动通过所述冷凝器的冷却水质量流或空气质量流的温度的装置。
12.一种启动根据权利要求1至11中任一项所述的热动力循环装置的方法，所述方法包括以下步骤：
将热量施加到蒸发器并且蒸发所述蒸发器中的工作介质，附加地过热所述蒸发器中的工作介质，由此致使工作介质流动到所述冷凝器；
使所述冷凝器中的工作介质冷凝；
控制被施加到所述泵的液体工作介质的净正吸入压头；以及
当在泵处达到或超过工作介质的预定净正吸入压头时启动所述泵。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，当达到或超过测量的净正吸入压头时，或者在开始将热量施加到所述蒸发器以后经过预定时间期间时，启动所述泵。
14.根据权利要求12或13所述的方法，包括下面的附加步骤：
将冷凝温度调节到第一温度值；以及
当具有所述第一温度值的冷凝的工作介质达到所述泵时，将冷凝温度调节到第二温度值；
其中，所述第二温度值高于所述第一温度值。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，通过降低冷凝器风扇的旋转速度和/或通过减少冷却水质量流或空气质量流和/或通过增加流动通过所述冷凝器的冷却水质量流或空气质量流的温度实现将冷凝温度调节到第二温度值。
16.根据权利要求12所述的方法，包括以下附加步骤：
在将热量施加到所述蒸发器以前或者在将热量施加到所述蒸发器的同时打开膨胀机旁通阀，或者在将热量施加到所述蒸发器以后的预定第一时间期间或在膨胀机处已经达到预定第一压力以后打开所述膨胀机旁通阀；以及
在启动所述泵以后或者在启动所述泵的同时闭合所述膨胀机旁通阀，或者在启动所述泵以前的预定第二时间期间或在所述膨胀机处已经达到预定第二压力以后闭合所述膨胀机旁通阀。
17.根据权利要求12所述的方法，包括下面的附加步骤：
在将热量施加到所述蒸发器以前、期间或者随后的预定第三时间期间打开泵旁通阀和/或同流换热器旁通阀；以及
在启动所述泵以后、期间或者之前的预定第四时间期间闭合所述泵旁通阀和/或所述同流换热器旁通阀。
18.根据权利要求12所述的方法，其中，用于控制所述液体工作介质的净正吸入压头的步骤包括用于至少暂时地增加所述冷凝器中的压力的步骤。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，用于至少暂时地增加所述冷凝器中的压力的步骤包括降低冷凝器风扇的旋转速度和/或减少冷却水质量流或空气质量流和/或增加流动通过所述冷凝器的冷却水质量流或空气质量流的温度。
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| FR3055149B1 (fr) * | 2016-08-18 | 2020-06-26 | IFP Energies Nouvelles | Circuit ferme fonctionnant selon un cycle de rankine avec un dispositif pour l'arret d'urgence du circuit et procede utilisant un tel circuit |
| DE102016218936B4 (de) | 2016-09-29 | 2022-10-06 | Rolls-Royce Solutions GmbH | Verfahren zum Betreiben eines Systems zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, System zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses und Anordnung mit einem solchen System und einer Brennkraftmaschine |
| EP3375990B1 (de) * | 2017-03-17 | 2019-12-25 | Orcan Energy AG | Modellbasierte überwachung des betriebszustandes einer expansionsmaschine |
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| CN111636937B (zh) * | 2020-06-22 | 2024-07-16 | 中国长江动力集团有限公司 | 液位自动调节的orc发电装置及其调节方法 |
| CN111594280B (zh) * | 2020-06-23 | 2023-09-19 | 南京天加能源科技有限公司 | 一种双透平气悬浮orc发电系统及控制方法 |
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| US11187212B1 (en) | 2021-04-02 | 2021-11-30 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Methods for generating geothermal power in an organic Rankine cycle operation during hydrocarbon production based on working fluid temperature |
| US11486370B2 (en) | 2021-04-02 | 2022-11-01 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Modular mobile heat generation unit for generation of geothermal power in organic Rankine cycle operations |
| US11592009B2 (en) | 2021-04-02 | 2023-02-28 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig |
| US11421663B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-08-23 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power in an organic Rankine cycle operation |
| US11644015B2 (en) | 2021-04-02 | 2023-05-09 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig |
| US11480074B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-10-25 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods utilizing gas temperature as a power source |
| CN114439561A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-05-06 | 华电电力科学研究院有限公司 | 一种锅炉烟气余热回收发电系统及其方法 |
| CN114483237B (zh) * | 2022-01-20 | 2024-03-12 | 重庆江增船舶重工有限公司 | 有机工质分布式供能系统蒸发器液位平衡控制系统及方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101765703A (zh) * | 2007-05-25 | 2010-06-30 | 开利公司 | 具有重力驱动泵的兰金系统 |
| CN102536365A (zh) * | 2012-02-10 | 2012-07-04 | 中国科学技术大学 | 利用重力增压的有机工质热力发电循环系统 |
| CN103180554A (zh) * | 2010-08-13 | 2013-06-26 | 康明斯知识产权公司 | 使用换能装置旁通阀进行兰金循环冷凝器压力控制 |
| FR2985767A1 (fr) * | 2012-01-18 | 2013-07-19 | IFP Energies Nouvelles | Dispositif de controle d'un fluide de travail dans un circuit ferme fonctionnant selon un cycle de rankine et procede utilisant un tel dispositif |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2053376C1 (ru) * | 1993-04-09 | 1996-01-27 | Анатолий Ефремович Булкин | Электроэнергетическая установка |
| RU2186224C2 (ru) * | 1999-04-27 | 2002-07-27 | Самарский государственный технический университет | Способ пуска и газоснабжения энергетической газотурбинной установки и устройство для его осуществления |
| GB0511864D0 (en) * | 2005-06-10 | 2005-07-20 | Univ City | Expander lubrication in vapour power systems |
| AU2006256540B2 (en) * | 2005-06-10 | 2012-04-26 | City University | Expander lubrication in vapour power systems |
| DE102006043491B4 (de) * | 2006-09-12 | 2013-05-29 | Amovis Gmbh | Dampfkreisprozess mit verbesserter Energieausnutzung |
| JP2010065587A (ja) * | 2008-09-10 | 2010-03-25 | Sanden Corp | 廃熱利用装置 |
| DE102009053390B3 (de) * | 2009-11-14 | 2011-06-01 | Orcan Energy Gmbh | Thermodynamische Maschine sowie Verfahren zu deren Betrieb |
| US8739535B2 (en) | 2009-12-18 | 2014-06-03 | General Electric Company | Fluid feedback pump to improve cold start performance of organic rankine cycle plants |
| US9249691B2 (en) | 2012-01-06 | 2016-02-02 | General Electric Company | Systems and methods for cold startup of rankine cycle devices |
-
2013
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-
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101765703A (zh) * | 2007-05-25 | 2010-06-30 | 开利公司 | 具有重力驱动泵的兰金系统 |
| CN103180554A (zh) * | 2010-08-13 | 2013-06-26 | 康明斯知识产权公司 | 使用换能装置旁通阀进行兰金循环冷凝器压力控制 |
| FR2985767A1 (fr) * | 2012-01-18 | 2013-07-19 | IFP Energies Nouvelles | Dispositif de controle d'un fluide de travail dans un circuit ferme fonctionnant selon un cycle de rankine et procede utilisant un tel dispositif |
| CN102536365A (zh) * | 2012-02-10 | 2012-07-04 | 中国科学技术大学 | 利用重力增压的有机工质热力发电循环系统 |
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| Publication number | Publication date |
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