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1、10申请公布号CN101970808A43申请公布日20110209CN101970808ACN101970808A21申请号200780100056222申请日20070727F01K25/10200601F01D25/1820060171申请人UTC电力公司地址美国康涅狄格州72发明人FJ科格斯威尔UJ容松BP比德曼PS马特森MD阿纳74专利代理机构中国专利代理香港有限公司72001代理人温大鹏曹若54发明名称从有机兰金循环ORC系统的蒸发器回收油57摘要一种在有机兰金循环ORC系统中使用的回收油的方法和系统，其从ORC系统的蒸发器中回收油，并将油传送回油槽。ORC系统包括蒸发器、透平机、。
2、冷凝器和泵，且设置成使制冷剂循环通过ORC系统。油回收系统包括回收管线，其设置成除去来自蒸发器的油和制冷剂的混合物。油和制冷剂的混合物流过换热器以蒸发混合物中的液体制冷剂，并产生油和蒸汽制冷剂的混合物。传送管线传送油和蒸汽制冷剂的混合物至透平机，在透平机中油可从蒸汽制冷剂中被分离出，并被循环回到油槽。85PCT申请进入国家阶段日2010012786PCT申请的申请数据PCT/US2007/0169432007072787PCT申请的公布数据WO2009/017473EN2009020551INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书5页附图3页CN101970。
3、808A1/3页21一种在有机兰金循环ORC系统中回收油的系统，该有机兰金循环系统具有蒸发器、透平机以及冷凝器，该回收油的系统包括回收管线，设置成除去来自蒸发器的油和制冷剂的混合物；换热器，设置成增加混合物的温度以使混合物中的液体制冷剂被蒸发，从而产生油和蒸汽制冷剂的混合物；以及传送管线，设置成传送油和蒸汽制冷剂的混合物至所述透平机。2如权利要求1所述的系统，其中所述回收管线包括用于排出来自蒸发器的油和制冷剂的混合物的排放口。3如权利要求2所述的系统，其中所述排放口连接于所述蒸发器。4如权利要求1所述的系统，其中所述回收管线包括用于在液体混合物流过所述换热器之前限制混合物流动的孔。5如权利要求。
4、1所述的系统，其中所述回收管线包括撇油器，该撇油器设置成漂浮于所述蒸发器内部的液体制冷剂上，并且除去来自所述蒸发器的油和制冷剂的混合物。6如权利要求1所述的系统，其中来自所述蒸发器的制冷剂循环过所述换热器以增加液体混合物的温度。7如权利要求6所述的系统，其中制冷剂从所述蒸发器的顶部排出，并在循环通过所述换热器之后被循环回到所述蒸发器。8如权利要求6所述的系统，其中来自所述蒸发器的制冷剂为饱和蒸汽。9如权利要求1所述的系统，其中所述传送管线传送油和蒸汽制冷剂的混合物至所述透平机的排气外壳，且所述排气外壳分离油和蒸汽制冷剂。10如权利要求9所述的系统，其中来自混合物的蒸汽制冷剂被排放到所述冷凝器。。
5、11如权利要求1所述的系统，进一步包括分离器以将油和蒸汽制冷剂从混合物中分离出来。12如权利要求11所述的系统，其中所述分离器安装于所述传送管线中。13如权利要求1所述的系统，还包括第一排放器，用于从所述透平机抽取出液体，并传送该液体至油槽。14如权利要求13所述的系统，其中所述第一排放器从所述透平机的排气外壳抽取出液体，且系统还包括第二排放器，用于从透平机的高压涡壳抽取出液体，并传送该液体至所述油槽。15一种用于发电的有机兰金循环ORC系统，ORC系统包括冷凝器，设置成冷凝蒸汽制冷剂；泵，设置成增加被冷凝制冷剂的压力；蒸发器，设置成接收被冷凝的制冷剂并蒸发该制冷剂；透平机，设置成接收蒸汽制冷。
6、剂并发电；油槽，设置成存储用于运行所述透平机的油；换热器，位于蒸发器的下游，并且设置成接收来自所述蒸发器的油和制冷剂的混合物，且蒸发混合物中的液体制冷剂以使油能从制冷剂分离出来并能被油槽回收；分离器，位于所述换热器的下游，设置成分离来自所述换热器的油和蒸汽制冷剂；以及排放系统，用于传送来自所述分离器的油至所述油槽。权利要求书CN101970808A2/3页316如权利要求15所述的ORC系统，进一步包括排放口，其连接至所述蒸发器，设置成除去来自所述蒸发器的油和制冷剂的混合物。17如权利要求16所述的ORC系统，其中所述蒸发器包括多个水平定位的管，且制冷剂流过所述管，排放口位于所述蒸发器中的最上。
7、管的上方。18如权利要求15所述的ORC系统，进一步包括孔，其位于所述蒸发器与所述换热器之间，并且设置成限制油和制冷剂的混合物的流动。19如权利要求15所述的ORC系统，其中，来自所述蒸发器的饱和蒸汽制冷剂流过所述换热器以蒸发油和制冷剂的混合物中的制冷剂。20如权利要求15所述的ORC系统，其中所述分离器为所述透平机的排气外壳。21如权利要求15所述的ORC系统，其中所述分离器位于所述透平机的上游。22如权利要求15所述的ORC系统，其中所述排放系统包括第一排放器，设置成从所述分离器抽取出液体；以及排放管线，用于传送制冷剂至所述第一排放器以驱动所述第一排放器。23如权利要求22所述的ORC系统。
8、，其中所述排放系统还包括第二排放器，设置成接收来自所述排放管线的制冷剂并从所述透平机的高压涡壳抽取出液体。24如权利要求15所述的ORC系统，其中所述蒸发器为满液式蒸发器。25如权利要求15所述的ORC系统，其中所述分离器中的蒸汽制冷剂被排放到所述冷凝器。26如权利要求15所述的ORC系统，其中所述蒸发器使用地热源以蒸发制冷剂。27一种在有机兰金循环ORC系统中回收油的方法，该ORC系统包括蒸发器、透平机、油槽和冷凝器，该方法包括除去来自所述蒸发器的油和制冷剂的混合物；增加所述混合物的温度以使混合物中的液体制冷剂蒸发；分离油和蒸汽制冷剂；以及传送油至油槽。28如权利要求27所述的方法，还包括在。
9、分离油和蒸汽制冷剂之后，传送蒸汽制冷剂至所述冷凝器。29如权利要求27所述的方法，其中传送油至所述油槽的步骤包括传送油至所述透平机的排气外壳；使用排放系统从所述排气外壳除油。30如权利要求29所述的方法，其中所述排放系统设置成接收来自所述蒸发器的制冷剂，且从所述透平机的排气外壳和高压涡壳抽取出液体。31如权利要求27所述的方法，其中通过换热器增加液体混合物的温度。32如权利要求31所述的方法，其中来自所述蒸发器的饱和蒸汽制冷剂流过换热器以增加液体混合物的温度。33如权利要求27所述的方法，还包括在增加混合物的温度之前，用孔来限制油和制冷剂的混合物的流动。权利要求书CN101970808A3/3。
10、页434如权利要求27所述的方法，其中通过所述透平机的排气外壳来分离油和蒸汽制冷剂。35如权利要求27所述的方法，其中在所述透平机的上游分离油和蒸汽制冷剂。36如权利要求27所述的方法，其中用连接至所述蒸发器的排放口除去来自所述蒸发器的油和制冷剂的混合物。37如权利要求27所述的方法，其中用所述蒸发器内部的撇油器除去来自所述蒸发器的油和制冷剂的混合物。权利要求书CN101970808A1/5页5从有机兰金循环ORC系统的蒸发器回收油技术领域0001本发明涉及一种有机兰金循环ORC系统。更特别地，本发明涉及一种从ORC系统的蒸发器回收油的改进方法和系统。背景技术0002兰金循环系统一般用于发电，。
11、兰金循环系统包括用于蒸发运动流体的蒸发器或锅炉，用于接收来自蒸发器的蒸汽以驱动发电机的透平机，用于冷凝蒸汽的冷凝器，以及泵或其他将被冷凝流体再循环至蒸发器的装置。兰金循环系统中的运动流体一般为水，因而透平机被蒸汽驱动。有机兰金循环ORC系统的运行类似于传统的兰金循环，不过ORC系统使用有机流体代替水作为运动流体。0003油可以在ORC系统中、特别是透平机的内部进行润滑。例如，油为透平机的轴承提供润滑。在ORC系统运行过程中，油可能会从透平机移动到系统的其他区域。油可能会与制冷剂一起从透平机移动到冷凝器，并接着移动至蒸发器。有时，很难从蒸发器回收油，其会导致用于透平机运行所需的油量减少。0004。
12、因此需要一种从ORC系统的蒸发器回收油并将其传送回透平机的改进的方法和系统。发明内容0005一种用于有机兰金循环ORC系统的油回收系统，其从ORC系统的蒸发器回收油，并使油返回油槽，因此油可根据需要用于透平机中。油回收系统包括设置成除去来自蒸发器的油液体与制冷剂液体和蒸汽的混合物的回收管线。油和制冷剂的混合物接着流经换热器以蒸发混合物中的液体制冷剂，并产生油与蒸汽制冷剂的混合物。此时，油可从蒸汽制冷剂中分离，并被循环回到油槽。附图说明0006图1是有机兰金循环ORC系统的示意图，该系统包括蒸发器和透平机。0007图2是图1中的蒸发器和透平机、以及从蒸发器除油的油回收系统的示意图。0008图3是。
13、蒸发器、透平机与油回收系统、以及从透平机除油并将油传送回油槽的排放系统的另一个示意图。具体实施方式0009有机兰金循环ORC系统可用于发电。油在ORC系统内部用于为各种不同的部件、特别是ORC系统的透平机内部提供润滑。但是当ORC运行时，油可能会移动至ORC系统的其他部分。一般情况下，油与制冷剂从冷凝器移动至蒸发器。如果不从蒸发器回收油，则油槽中可能没有足够的油以启动透平机或继续运行透平机。此时，可能需要技术人员手动向油槽加油以使系统能够启动。当透平机处于运行模式时，则需要人工从ORC系统除去多余说明书CN101970808A2/5页6的油。本发明主要公开了一种从蒸发器回收油的方法和系统，因而。
14、油槽中有足量的油，特别是在启动期间。0010图1是ORC系统10的示意图，该系统包括冷凝器12，泵14，蒸发器16，透平机18，以及连接至透平机18的排放系统20。制冷剂22循环通过系统10，并且用以发电。来自冷凝器12的液体制冷剂22A通过泵14，因而使压力增加。高压液体制冷剂22A进入蒸发器16，该蒸发器利用热源24来蒸发制冷剂22。热源24可以包括但不限于任何种类的废热，包括燃料电池、微型透平，以及往复式发动机，以及其他种类的热源如太阳能、地热或者废气。离开蒸发器16的制冷剂22为蒸汽制冷剂22B，并接着通过透平入口阀26进入透平机18。蒸汽制冷剂22B用于驱动透平机18，透平机18由此。
15、为发电机28提供动力，继而发电机28产生电力。离开透平机18的蒸汽制冷剂22B返回冷凝器12，在此被冷凝回到液体制冷剂22A。散热器30用于提供冷却水至冷凝器12。0011排放系统20连接至透平机18，其被设置为除去透平机18中的易于聚集油的那些区域的油。如下参考图3所详述的，排放管线32接收从蒸发器16流出的蒸汽制冷剂22B的一部分，并且传送制冷剂22B至排放系统20。0012在系统10内部，油主要用于透平机18的内部。更具体地，油一般用于透平机18参见图3的齿轮和轴承。然而在系统10运行时，有些油可能会离开透平机18。在这种情况下，油通常被蒸汽制冷剂22B携带至冷凝器12。油接着与离开冷凝。
16、器12的被冷凝的制冷剂22A结合并与制冷剂22A一起流向蒸发器16。但是根据蒸发器16的设计，离开蒸发器16的蒸汽制冷剂22B可能不具有足够的速度以将油传送回透平机18。在某一时刻，透平机18的油槽的油位可能会变得太低。换热器34连接至蒸发器16，并设置成接收来自蒸发器16的油液体和制冷剂液体和蒸汽的混合物，并且蒸发液体制冷剂。油与被蒸发的制冷剂的混合物接着流向透平机18，此时油与制冷剂能容易地被分离。因而油可以被传送至透平机18的油槽。下面将参考图2和3进行更详细的描述。0013如图1所示，ORC系统10还具有旁路阀36以及旁路管线38，它们可在启动期间防止制冷剂22B流经透平机18。在系统。
17、10启动期间，透平机18暂时地以旁路模式运行，此时透平机不接收任何制冷剂，以使透平机18达到预定的运行条件即温度和压力条件。在这种情况下，制冷剂22B流经旁路管线38且被引导通过旁路孔39以使制冷剂22B的温度增加，并且在透平机18内部模拟运行条件。通过旁路孔39之后，制冷剂22B被引导至冷凝器12。在有些实施方式中，透平机入口阀26打开时，旁路阀36关闭，反之亦然。0014图2是图1中的ORC系统10的一部分的示意图，包括蒸发器16，透平机18，以及换热器34，其为油回收系统100的一部分。如上参考图1所述，蒸发器16接受液体制冷剂22A并利用热源24蒸发制冷剂22。在图2所示的示例性实施例。
18、中，蒸发器16为满液泛溢式蒸发器，其包括位于底部16A的预热器部分和位于顶部16B的饱和部分。蒸发器16的预热器部分以及饱和部分均包括多个在蒸发器16内部水平定位的管。制冷剂22流过这些管并被蒸发，因而基本上所有流向透平机18的制冷剂22B均为蒸汽制冷剂。维持蒸发器16内部的制冷剂的液位，以在运行期间保持这些管是湿的。0015油回收系统100包括换热器34、排放口102、限制口104、制冷剂输入管线106、制冷剂输出管线108以及传送管线110。排放口102和限制口104形成回收管线以除去来自蒸发器16的油和制冷剂的混合物，并将该混合物传送至换热器34。排放口102位于高于顶说明书CN1019。
19、70808A3/5页7部16B中的管的顶部之上的蒸发器16的一侧。在优选实施例中，口102位于高于管的顶部约1英寸的位置。在蒸发器16运行期间，蒸发器16中包围着管的液体制冷剂的液面一般保持在接近排放口102的位置处。蒸发器16中的制冷剂在蒸发器16的饱和部分中浸没过管进行“池沸腾”。这导致有气泡上升至表面，并产生制冷剂和油的泡沫。蒸发器16内部的油集中在该表面或该表面附近。0016通过排放口102从蒸发器16除去油/制冷剂的混合物。混合物中的油为液体，而制冷剂一般处于液相和汽相两者。然后油/制冷剂混合物流过限制口104，以限制进入换热器34的流体流。当油/制冷剂混合物流过限制口104时，其温。
20、度和压力减小。可替换的，限制口104可以由可调节阀来代替用以控制或限制流入换热器34的混合物的流动。0017换热器34接收油/制冷剂的混合物并利用也来自蒸发器16的饱和蒸汽制冷剂加热该混合物。在一示例性实施例中，换热器34是逆流平板式换热器。饱和蒸汽制冷剂从蒸发器16的最高部分排出，且通过制冷剂输入管线106被传送至换热器34。经过换热器34之后，制冷剂通过制冷剂输出管线108返回蒸发器16。蒸发器16内只有很小百分比的饱和蒸汽制冷剂被用于换热器34，且该部分制冷剂被循环回到蒸发器16。因此，利用被蒸发的制冷剂提供换热器34中的加热很少影响或不会影响到蒸发器16的运行和能效。0018由于热量是。
21、由饱和蒸汽制冷剂传递的，因而油/制冷剂的混合物现在是由富油液体以及蒸汽制冷剂组成。因而，现在油容易从制冷剂中分离出来。油/制冷剂混合物离开换热器34并且通过传送管线110传送至透平机18。0019如图2所示，排放口102固定至蒸发器16的一侧。口102的位置，如上所述，基于蒸发器16内部的液体制冷剂的运行期间的液面来确定。在一替代实施例中，代替排放口102，可以使用漂浮于蒸发器16内部的撇油器从液体制冷剂的表面除油以及制冷剂。因此，撇油器随着蒸发器16内部的制冷剂液位而移动。连接至撇油器的管可将油和制冷剂的混合物从撇油器传送至蒸发器16顶部或一侧的孔。接着油/制冷剂的混合物从蒸发器16传送至限。
22、制口104。0020图3是图2中所有装置如蒸发器16、透平机18以及油回收系统100的示意图，同时包括用于从透平机18除油并将其传送至油槽56的排放系统20。透平机18具有叶轮40，排气外壳42以及高压涡壳44。由于透平机18在运行时涡壳44处于高压，因此称之为“高压涡壳”。但是，当系统10以及透平机18在启动期间处于旁路模式时，涡壳44处于低压。在透平机18的运转模式中，蒸汽制冷剂22B来自蒸发器16流经入口阀26进入高压涡壳44，接着通过喷嘴46，从而传递原动力至叶轮40以驱动齿轮箱50内的轴48。齿轮52连接传动轴48至发电机28，发电机28利用轴的能量来发电。齿轮箱50还具有轴承54、。
23、油槽56以及油泵58。0021在透平机18的运行期间，油可能一般聚集在透平机18的排气外壳42和高压涡壳44中。排放系统20用于从透平机18的这些不需要油的区域除油，且在某些情况下，这些油会使装置发生故障。排放系统20用于除油并使油返回油槽56，使得油可被透平机18的其他区域如齿轮52和轴承54所用。排放管线32连接至排放系统20且位于透平机入口阀26的上游。管线32设定为接收离开蒸发器16且流向透平机18的蒸汽制冷剂22B的一部分且将其传送至排放系统20。0022传送管线110将油液体和制冷剂蒸汽的混合物从换热器34传送至透平说明书CN101970808A4/5页8机18的排气外壳42。排气。
24、外壳42用作分离器，从而液体油聚集在排气外壳42的底部且蒸汽制冷剂通过孔离开透平机18，然后流向冷凝器12。来自蒸发器16的油结合已经存在于排气外壳42内部的油76，其全部可以被排放系统20从排气外壳42除去。0023如图3所示的实施例中，排放系统20包括第一排放器62和第二排放器64，它们用作文丘里装置，且每个都具有第一流动入口和第二流动入口。每个排放器中，来自蒸发器16的高压制冷剂流过第一流动入口，产生足够的吸力以吸出透平机18中的液体。0024排放系统20还包括第一管线66和第二管线68，两者均连接至排放管线32。第一管线66被设置为传送制冷剂22至第一排放器62的第一流动入口70。第一。
25、排放器62的第二流动入口72连接至管线74，且通过第一排放器62传送来自于透平机18的排气外壳42的油76。油76因此包括通过管线110传送的来自蒸发器16的油。应当认识到，尽管从排气外壳42吸出的液体主要是油，但是液体也可能包含一定量的制冷剂。第二管线68被设置为传送制冷剂22至第二排放器64的第一流动入口78。管线80连接至第二排放器64的第二流动入口82，且传送从透平机18的高压涡壳44除去的液体。从高压涡壳44抽取出的液体主要是油；但是，该液体也可能包括某些在透平机18内部流动的制冷剂。流过排放器62和64之后，制冷剂和油共同通过管线84流向油槽56。作为蒸汽的制冷剂可通过管线86从油。
26、槽56回收而返回至排气外壳42。0025尽管如图3所示排放系统20包括有两个排放器，但应当认识到，排放系统20可在仅有第一排放器62的情况下运行。油可能会集聚在排气外壳42和高压涡壳44两者之中。第二排放器64可除去高压涡壳44中的油，当油从高压涡壳44内部的蒸汽制冷剂中分离出来时，油一般聚集在高压涡壳44中。由于环绕在叶轮40周围的可能会集聚油的区域均能被除油，因而使用双排放器系统有利于全面地回收油。0026在从蒸发器16回收油方面，仅要求第一排放器62有效地回收油至油槽56。第二排放器64用于从高压涡壳44回收油，且一般来说，其并不影响从蒸发器16回收油。然而如上所述，第二排放器64改进了。
27、对透平机18的叶轮40的周围聚集的油的全面回收。因此，在一优选实施例中，ORC系统10使用双排放器系统结合油回收系统100。0027如上所述，透平机18的排气外壳42用作分离器以分离来自换热器34的液体油和蒸汽制冷剂。在另一实施例中，可在透平机18的上游使用沿着传送管线110设置的分离器以分离油/制冷剂混合物。分离器的作用与排气外壳42类似。因此在透平机18的上游设置有分离器的一些实施例中，透平机的设计中可省略排气外壳42。在这种情况下，排放系统20的管线74可连接至分离器以除去来自分离器的油，并将油传送通过第一排放器62。此外，可在分离器外增设管线以将蒸汽制冷剂从分离器传送至冷凝器12。00。
28、28使用油回收系统100和排放系统20，ORC系统10甚至可在油槽56中基本无油时启动。油回收系统100能有效地从蒸发器16回收油，并将油传送至透平机18，同时系统10仍处于旁路模式，此时排放系统20用于将油传送返回油槽56。这可减少或消除由于无法供应油至透平机内部的齿轮及轴承而引起的启动故障。在一些情况下，如果油槽中油位很低，则在启动前人工向油槽加油。这增加了ORC系统的运行成本，且一旦透平机要处于运行模式时，则通常需要将增加的油从ORC系统中除去。ORC系统10通过提供这种从蒸发器16有效地回收油并将其传送至油槽56的方法，降低了人工加油至油槽56的需求。0029虽然本发明参考优选的实施例进行了描述，本领域技术人员应当知道对此形式和说明书CN101970808A5/5页9细节所作的变形均落入本发明的精神和范围。说明书CN101970808A1/3页10图1说明书附图CN101970808A2/3页11图2说明书附图CN101970808A3/3页12图3说明书附图。