用于控制流经膨胀器的流动的方法和装置

摘要

一种控制流经用于封闭的加热系统的膨胀装置(1)的工作介质的流动的方法，该封闭的加热系统除了膨胀装置(1)之外还包括冷凝器(13)、泵(16)和锅炉(10)，其中该膨胀装置包括螺旋式螺杆转子膨胀器，其具有与入口管路(11)连接的入口端口(2)以及出口端口(3)，其中该膨胀装置驱动一能量产生装置(G)，例如发电机，其特征在于：该螺旋式螺杆转子膨胀器(1)在入口端口(2)和出口端口(3)之间设置有中间压力端口(4)；经由在中间压力端口(4)和入口管路上的分支点(21)之间的分支管路(18)使得中间压力端口(4)与入口管路(11)连接；在分支管路(18)上包括阀(19)，并且将经该阀(19)流向中间压力端口(4)的工作介质的流动作为一状态参数的函数来控制。本发明还涉及一种设备，其特征在于：该螺旋式螺杆转子膨胀器(1)包括位于入口端口(2)和出口端口(3)之间的中间压力端口(4)；该设备包括使得中间压力端口(4)在分支点(21)处连接到入口管路(11)上的分支管路(18)；该设备还包括分支管路(18)中的阀(19)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制流经膨胀装置的工作介质的流动的方法，该膨胀装置构成了封闭的加热系统的一部分，其中除了膨胀装置之外，该系统还包括串联的冷凝器、泵和锅炉以及包括膨胀装置和控制通过所述膨胀装置的介质的流率的装置的设备。

背景技术

目前，这类加热系统通常用来从废热中产生电能。所希望的是，在锅炉中保持通常恒定的加热压力或加热温度。因为废热的获取经常变化，所以控制流过膨胀装置的介质流率来建立理想的锅炉条件是适宜的。

流经膨胀装置的介质流率可以通过控制转数来实现有效控制。然而，用于实现该控制的控制设备涉及高投资成本，在经济上是不适合的。

作为替代方案，可以通过借助于节流阀或扼流装置控制流入量来实现。然而，这种节流明显地降低了系统的效率。

发明内容

本发明的一目的是提供一种在没有旋转控制装置时也可以获得至少与使用该控制装置时获得的相同效率的方法。

本发明的另一目的是提供这样一种设备，其中膨胀装置由螺旋式螺杆转子膨胀器构造成，借助于螺旋式螺杆转子膨胀器可以在没有旋转控制的情况下，有效地控制流经膨胀装置的工作介质的流动。

第一目的可以借助一种控制流经膨胀装置的工作介质的流动的方法来实现，该膨胀装置构造成封闭的加热系统的一部分。该封闭的加热系统除了膨胀装置之外还包括冷凝器、泵和锅炉，其中该膨胀装置包括螺旋式螺杆转子膨胀器，其具有分别连接到锅炉和冷凝器的入口端口以及出口端口。本发明的特征在于：该螺旋式螺杆转子膨胀器在入口端口和出口端口之间设置有中间压力端口；经由在中间压力端口和入口管路上的分支点之间的分支管路使得中间压力端口与入口管路连接；在分支管路上包括阀，并且将经该阀流向中间压力端口的工作介质的流动作为一状态参数的函数来控制。

该状态参数可以是工作介质在加热系统中的给定位置的压力或温度。优选的是，该状态参数是在锅炉下游和通向中间压力端口的分支管路上游处测量的。

该状态参数也可以是膨胀器输出的能量或输入到加热系统中的能量。

第二目的可以借助一种用于控制流经用于加热系统的膨胀装置的工作介质的流动的设备来实现，该加热系统除了膨胀装置之外还包括冷凝器、泵和锅炉，其中该膨胀装置包括螺旋式螺杆转子膨胀器，其具有与入口管路连接的入口端口以及出口端口，本发明的设备的特征在于：该螺旋式螺杆转子膨胀器包括位于入口端口和出口端口之间的中间压力端口；该设备包括使得中间压力端口在分支点处连接到入口管路上的分支管路；分支管路中包括阀，该阀可以是节流阀或扼流装置。

附图说明

现在参考本发明的优选实施例和附图来更详细地描述本发明。

附图示出：

图1是包括本发明的膨胀装置的封闭加热系统的图示；

图2是螺旋式膨胀器的侧视图；

图3是图2所示膨胀器的横截面图；

图4是图3所示膨胀器的纵向截面图。

具体实施方式

图1所示的加热系统包括一锅炉10，锅炉10用来对加热介质进行加热并且借助管路11连接到膨胀器1的入口端口2，其中膨胀器是依据本发明的螺旋式转子膨胀器。膨胀器1具有借助管路14与冷凝器13连接的出口端口3。冷凝器13借助管路15与锅炉10连接，该管路15包括一用于使该系统中的加热介质循环的泵16。

螺旋式螺杆转子膨胀器的轴连接到由加热介质膨胀所产生的力来驱动的发电机17上。

本发明的加热系统还包括在分支点21处的分支管路18。该分支点设置在锅炉10和膨胀器入口端口2之间的管路11上的一位置处。分支管路18通向膨胀器1的中间压力端口4。下面会参考附图2更详细地描述膨胀器1。管路18包括形式为阀19的节流元件，其作为一个系统状态参数的函数来控制。该状态参数可以借助设置在系统中的一装置来获得，该装置例如为压力传感器20。根据图示的实施例，压力传感器20设置在锅炉10和分支点21之间。

图2是螺旋式螺杆转子膨胀器的侧视图。膨胀器外壳包括两个端壁5、6和在这两个壁之间延伸的筒壁7，这些壁一起限定出容纳两个相互配合的转子的工作室。转子分别设置在位于各自端壁5、6之外的轴承壳体内的26和28处。膨胀器1包括入口端口2、中间压力端口4和出口端口3。

正如从在图3中看到的一样，外壳的工作室具有两个相交的圆筒的形状，且容纳有一阳转子24和一阴转子36。阳转子具有四个螺旋形延伸的突齿38和中间凹槽32，阴转子36具有六个突齿30和中间凹槽34。借助突齿38、30和凹槽34、32的配合从而使得转子相互咬合，以便工作室在转子和外壳壁5、6和7之间形成。当转子转动时，工作室沿膨胀器轴向移动，其容积随之改变。每个工作室最初在膨胀器的一端具有零容积，并且连续地增加至最大值。不同压力的工作介质在膨胀循环的相应位置处经端口供入和排出，借助这些端口利用这些容积变化来使工作介质膨胀。

图4示出了如何沿轴向定位端口。侧视图中示出了阳转子24。相应的突齿的顶点与筒壁7限定出密封线S，并且在两个密封线之间形成一个室C。室C与由阴转子突齿形成的类似的室连接，其中这些室共同地形成V形的工作室。借助对附图中示出的工作室的这一部分的理解，足以获得对其工作过程的理解。在运转中，每个工作室C在整个工作循环中要经历五个阶段，这些阶段分别是第一填充阶段、第一膨胀阶段、第二填充阶段、第二膨胀阶段和排空阶段。

工作介质在比大气压更大的压力p下从管路11传送到膨胀器左上端(如附图所示)，并经过入口端口2到达容积为从零增大到一较小的容积v1的工作室，此时工作室的在后的密封线中断了与入口端口2的连通。这就形成了第一填充阶段。

当工作室进一步在图中的向右移动时，它的容积会再一次增加，随之导致工作室内压力的降低。这个膨胀阶段持续，直到在先的密封线到达中间压力端口4。此时，工作室的容积增大到v2，此容积足够高以至于在工作室内形成低于p的压力。

当在先的密封线到达中间压力端口4时，工作室开始与压力高于工作室压力的管路19连通。当工作室连接到中间压力端口7时，它的压力会升高到p，也就是说由于介质从管路18中的流入，因此其压力与在管路18中存在的压力相同。当该工作室移动到(该附图中的)右边以便在后的密封线使得与中间压力端口4的连通被中断时，第二填充阶段也就结束了。

该膨胀持续到在先密封线到达出口端口3。出口端口3如此定位，即，以使工作室连接到这个端口时，在该工作室内的压力会下降到大气压的水平。

工作介质随后流向冷凝器13，并且从冷凝器13经过管路15和泵16流向锅炉10。

参考附图1，管路11中(由压力传感器20指示)处于“正常”压力P或者低于P的压力下，阀19被关闭，使得只允许工作介质通向入口端口2。当管路11中的压力升高到P以上，阀19的设定被改变，以使支流流过管路18中的阀19，并继续流向中间压力端口4并且流入膨胀器1的与该端口连接的工作室。

压力传感器20可以设置在加热系统中的其它位置，例如膨胀器1的下游或者冷凝器13的下游。

在该系统中的不同位置可以测量温度，以作为测量压力的替代方案。压力传感器20可以由温度计替代，温度计可以用来测量锅炉10下游或膨胀器1下游或冷凝器13下游的温度。

由膨胀器1输出的能量或从锅炉10传送给加热系统的能量是本说明书中提到的可以被测量的其它状态参数的示例。