一种用于热机(1)的操作和安全控制的装置和方法，该热机(1)具有包括高压路径(44)和低压路径(60)的工作流体路径，其中所述热机(1)使用可冷凝的工作流体，所述可冷凝的工作流体在至少部分高压路径(44)中是液相，并且其中选择性地打开或闭合的流体排放路径(62)被连接至所述高压路径(44)的部分(74)，在所述高压路径(44)的部分(74)中所述工作流体主要为所述液相。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种。更具体地，本专利技术涉及一种用于热机的操作和安全控制的装置，所述热机具有包括高压路径和低压路径的工作流体路径，所述热机使用可冷凝的工作流体，所述可冷凝的工作流体在至少部分高压路径中是液相。本专利技术还涉及一种用于热机的操作和安全控制的方法。
技术介绍
下面，描述一种用于热机的操作和安全控制的装置。还描述一种用于热机的操作和安全控制的方法。热机存在于许多不同的设计中且基于不同的基本原理。更一般地，热机还被称为马达。它们的共同特征在于将热能转换为具有更宽适用范围的更高级的能量形式(例如，机械能或电能)。大多数热机是基于内燃的且处于高温中(例如>600°C)。最近，越来越多地使用低温中的热量来驱动热机。存在大量的恰巧在较低温度下可以利用的热能，并且该能量常常被浪费或者不得不从不同的系统(例如，工业过程或内燃机的冷却系统)中主动地去除。例如，利用这种能量来生产电力可能是非常有利的，因为如上所述该能量常常仅作为废热产品存在并且因此可以被看作免费的。还存在热能源的几个其他示例，其可以潜在地以相同的方式来利用，例如来自气体、油和生物质燃烧、热太阳能集热器、地热能源和垃圾焚烧的热能。即使在正常条件下，这些热源中的几个可以具有相对低的温度。在这方面，除其他方式之外，已经研发了基于斯特林循环和郎肯循环的几个技术，使得利用它们来产生通常为电力形式的高级能量。对于特别低的温度(例如< 350°C )，如今通常使用基于所谓的ORC的马达，术语ORC表示“有机郎肯循环”。郎肯循环是基于水为工作流体的蒸汽机过程的，而ORC是基于替代的工作流体的，其通常具有比水更低的沸点，结果是更有效地利用热能。通常，通过闭合回路来实施这些技术，其中工作流体停留在内部的和闭合的工作流体回路中，该回路大体上包括两个或多个热交换器、工作流体的流体栗、以及通常为涡轮或活塞发动机的膨胀器。也存在其他膨胀器，诸如各种螺杆、叶片、汪克尔发动机和螺旋装置。在这种闭合马达系统中，为了使水流动并且因而使能量流动，需要至少一个加热器部(通常为预热器、沸腾器和过热器)和冷却部(通常包含冷凝器)，但是还可以存在其他组件。例外地，一个加热器部可能是足够的，这是因为在水(工作流体)通过在工作气缸中膨胀来做功之后，然后水(工作流体)通常被排出并从而在空气中被间接冷却(乏汽)，在大多数蒸汽机车中现在是这样以前也是这样。在郎肯循环(也包括0RC)的闭合回路中，根据上述描述的工作流体回路，存在一系列的流体通道的形式的工作流体路径和主要组件。考虑到工作流体流动的正常方向，流体路径大体上包括高压路径(其包括从流体栗到包括膨胀器的所有组件)以及低压路径(其包括从膨胀器到包括流体栗的所有组件)。这意味着高压路径大体上从流体栗通过压力口的形式的出口、在栗的出口处的止回阀(如果有的话)、连接的管道、进一步通过通常由沸腾器和过热器组成的加热部、然后通过流入阀/注入阀进入膨胀器。以同样的方式，低压路径然后通常从膨胀器、通过排气阀和排气通道、连接的管道、然后通过至少包括冷凝器的冷却器、工作流体储液室、然后通过吸入口形式的入口返回至栗。将高压路径和低压路径分离的接口正是流体栗和膨胀器。就此而言，也可以存在连接至流体路径中的每个的更多或更少组件。特别地，对于郎肯马达，还有其中的ORC马达，如果通过马达的能量传输应该停止或者以各种方式遭遇更大的阻力，则通常可能涉及操作和安全风险。在基于郎肯马达的系统中，人们将总会直接或间接地发现热源和散热器以及功接收器，其很可能是轴或者经由轴连接的发电机。如果膨胀器或散热器例如应当在操作过程中失效，然后结果是质量和/或能量传输也可能停止，则将存在加热器部中存在的工作流体变得过热和/或在发动机中产生不可接受的高压的相对紧迫的风险。这是关系到所有的热源温度可以处于或者可以超过进而可以导致马达系统中故障条件的水平的热机系统的问题。在过高的温度下，一些工作流体可能容易地退化为使它们变得不稳定的状态，或者在最坏的情况下，例如通过产生有毒的或者腐蚀的退化产物而对人类的安全或系统的操作有害。以相同的方式，系统中的过压可能导致危险的情形，最坏的情况下导致爆炸。例如，随着时间的推移，已经知晓大量的蒸汽沸腾器中的严重爆炸。还在其他加热器和沸腾器类型中发现相应风险要素，例如在各种ORC系统中。为了增加安全性，在系统中放置一个或多个安全阀是标准设计惯例，其中安全阀被布置为在故障/紧急状态下减小工作流体的压力，并且可能的话降低其温度。加热的和蒸发的工作流体可以随后被直接排放至冷却器，可能的话流至工作流体储液室，而无需首先流经膨胀器，使得随着周围的冷却器来冷却而可以降低温度和压力。如果冷却器是失效的，则这样的措施长远来看将是不充分的。在这种情况下，工作流体随后必须能够被排放至替代的目的地，例如至空气或另一个开放储液室。对于除了水之外的流体，这也可能不是满意的解决方案，因为不管是出于人类安全、环境保护的原因还是其他原因，多个可选的流体表现出使其不适于排放至本地环境中的特性。
技术实现思路
本专利技术的目的是改进或减少现有技术的至少一个缺陷或者至少提供现有技术的有用替代选择。通过以下说明书和权利要求书来详细说明的特征来实现该目的。关于流体流，使得工作流体的被加热和蒸发的部分返回至冷却器或开放储液器的替代选择是确保工作流体可以在沸腾器部之前被排出和排放，使得工作流体可以随后从高压路径中的点排放，在该点处其还没有经历蒸发而因此大体上为液相。这具有巨大优势，其在工作流体还没有被添加太多能量的点处能够去除工作流体，这将是防止以热量形式的能量在工作流体路径中积累的有效方法。在高压路径中将留下的是小量的过热工作流体，其一部分也将被排放，但是该较小的量仅仅构成小能量存储，并且将已经解决了过压或高温问题。另外，在多种系统中，只要量足够小，则可以允许将小量的工作流体加热至加热器部中可实现的最大温度。过热的工作流体具有比液体形式的相同流体明显低的密度，并且因此剩余量可以构成关于系统中总量工作流体的最小质量分数。在正常的郎肯过程中，随着工作流体流经加热器部，其将被连续地加热。也即，已经在加热器中流得最远的工作流体的部分通常将接收到最多的热量且从而达到最高温度(即达到沸腾开始的点)，然后通常处于恒定温度。通过在高压路径中的足够早的一部分放置排放点，例如，刚好在加热器前方，或者可能地在换热器前方，如果这种排放点已经被放置在系统中，则在可能的排放需要时可以反转工作流体的流动。除了防止热量进一步转移至沸腾器中的工作流体之外，这还意味着高压路径中工作流体的最冷的部分将被首先排放。排放的工作流体因此将具有最小的能量，如果工作流体将被排放返回至工作流体储液室(可能经由换热器或冷却器(冷凝器))，则给出了最大的优势。这将有助于限制在完成排放之后在低压路径中达到的最终的压力以及温度。在其他连接中，类似上述的排放循环可以是用于以快速和有效方式来停止操作的非常有用的工具。在许多郎肯系统中，当将要停止操作时，高压路径必须排出工作流体，并且这要求在很多情形下需要继续蒸发流体，而同时停止工作流体栗，以便通过膨胀器来排放工作流当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种热机(1)，具有包括高压路径(44)和低压路径(60)的工作流体路径，所述热机(1)使用可冷凝的工作流体，所述可冷凝的工作流体在至少部分高压路径(44)中是液相，特征在于选择性地打开或闭合的流体排放路径(62)被连接至所述高压路径(44)的部分(74)，在正常操作期间，在所述部分(74)中的所述工作流体主要为所述液相。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：H·N·里斯拉，
申请(专利权)人：维金热引擎有限公司，
类型：发明
国别省市：挪威;NO
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