用于發(fā)電站的預(yù)熱系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及按照權(quán)利要求1的前序部分的預(yù)熱系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及在其它獨立權(quán)利要求的前序部分中定義的方法和發(fā)電站單元。
【背景技術(shù)】
[0002]在用于供電目的尤其是用作峰值負(fù)荷資源或應(yīng)急發(fā)電站的電站中，年度使用量可能非常低。這意味著，發(fā)電站保持備用狀態(tài)并且做好準(zhǔn)備以在特定的十分短的時間段內(nèi)(例如，10分鐘內(nèi))啟動。因為發(fā)動機需要在啟動之前被預(yù)熱至特定的發(fā)動機依賴溫度(例如，50°C至55°C )，所以在這些峰值負(fù)荷和應(yīng)急發(fā)電站中，發(fā)動機在這個預(yù)熱備用狀態(tài)下保持恒定。
[0003]進(jìn)行預(yù)熱的主要目的是，確保功能上彼此一起操作并且暴露于熱負(fù)荷的發(fā)動機中的這些部件處于足夠接近發(fā)動機在操作時的正常穩(wěn)定狀態(tài)溫度的溫度。因此，因開始燃燒沒有使發(fā)動機部件的溫度改變太多。過高的溫度變化可例如造成發(fā)動機部件(例如，軸承內(nèi)，活塞和氣缸之間等)之間的這些操作時必須的間隙閉合。為了使預(yù)熱溫度在發(fā)動機的正確位置起效，將冷卻系統(tǒng)用于此目的。當(dāng)冷卻系統(tǒng)被設(shè)計成從這些相同位置去除過量熱時，反過來也非?？捎玫氖穷A(yù)熱發(fā)動機的關(guān)鍵組件。因此，冷卻流體被加熱至預(yù)熱溫度并且類似地或近似類似地進(jìn)行循環(huán)，就像當(dāng)發(fā)動機正在運轉(zhuǎn)時那樣循環(huán)。冷卻流體的電加熱是執(zhí)行這個預(yù)熱的最常見方式。然而，長遠(yuǎn)來說，在發(fā)動機中保持預(yù)熱溫度消耗了大量能量，尤其是，如果外部或環(huán)境溫度和預(yù)熱溫度之間的溫度差大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供用于保持發(fā)動機預(yù)熱的有效方式。
[0005]本發(fā)明的預(yù)熱系統(tǒng)是一種用于發(fā)電站的預(yù)熱系統(tǒng)，所述發(fā)電站包括內(nèi)燃發(fā)動機和冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)用于從處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)時的所述內(nèi)燃發(fā)動機去除過量的熱，所述冷卻系統(tǒng)包括:布置在所述內(nèi)燃發(fā)動機內(nèi)的冷卻流體循環(huán)、用于所述內(nèi)燃發(fā)動機的熱交換的散熱器、將所述冷卻流體從所述內(nèi)燃發(fā)動機導(dǎo)向所述散熱器的出口流體通道、將所述冷卻流體從所述散熱器返回到所述內(nèi)燃發(fā)動機的入口流體通道和用于使所述冷卻流體循環(huán)的流體泵，
[0006]所述冷卻系統(tǒng)設(shè)置有當(dāng)所述內(nèi)燃發(fā)動機處于備用狀態(tài)時加熱所述冷卻流體的所述預(yù)熱系統(tǒng)，
[0007]所述預(yù)熱系統(tǒng)設(shè)置有熱泵系統(tǒng)，所述熱泵系統(tǒng)被布置用于利用待經(jīng)由/穿過所述散熱器傳遞的空氣的熱能，所述熱泵系統(tǒng)被布置成將較低溫度空氣的熱能轉(zhuǎn)換成較高溫度冷卻流體的熱能，
[0008]所述熱泵系統(tǒng)還包括熱泵單元、低溫主回路和高溫次回路，其中，熱傳遞介質(zhì)被布置成在所述低溫主回路和所述高溫次回路之間被壓縮和膨脹，
[0009]所述預(yù)熱系統(tǒng)設(shè)置有所述熱泵系統(tǒng)的熱交換器，該熱交換器被構(gòu)造成將熱傳遞到所述內(nèi)燃發(fā)動機。
[0010]本發(fā)明的電站單元是這樣一種發(fā)電站單元，所述發(fā)電站單元包括內(nèi)燃發(fā)動機和冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)用于從處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)時的所述內(nèi)燃發(fā)動機去除過量的熱，所述冷卻系統(tǒng)包括:布置在所述內(nèi)燃發(fā)動機內(nèi)的冷卻流體循環(huán)、用于所述內(nèi)燃發(fā)動機的熱交換的散熱器、將所述冷卻流體從所述內(nèi)燃發(fā)動機導(dǎo)向所述散熱器的出口流體通道、將所述冷卻流體從所述散熱器返回到所述內(nèi)燃發(fā)動機的入口流體通道和用于使所述冷卻流體循環(huán)的流體泵，所述冷卻系統(tǒng)設(shè)置有當(dāng)所述內(nèi)燃發(fā)動機處于備用狀態(tài)時加熱所述冷卻流體的預(yù)熱系統(tǒng)，
[0011]所述預(yù)熱系統(tǒng)設(shè)置有熱泵系統(tǒng)，所述熱泵系統(tǒng)被布置用于利用待經(jīng)由/穿過所述散熱器傳遞的空氣的熱能，所述熱泵系統(tǒng)被布置成將較低溫度空氣的熱能轉(zhuǎn)換成較高溫度冷卻流體的熱能，
[0012]所述熱泵系統(tǒng)還包括熱泵單元、低溫主回路和高溫次回路，其中，熱傳遞介質(zhì)被布置成在所述低溫主回路和所述高溫次回路之間被壓縮和膨脹，
[0013]所述預(yù)熱系統(tǒng)設(shè)置有所述熱泵系統(tǒng)的熱交換器，該熱交換器被構(gòu)造成將熱傳遞到所述內(nèi)燃發(fā)動機。
[0014]本發(fā)明的方法是這樣一種用于發(fā)電站單元預(yù)熱的方法:
[0015]-在冷卻系統(tǒng)內(nèi)布置冷卻流體循環(huán)，所述冷卻系統(tǒng)包括內(nèi)燃發(fā)動機、用于所述內(nèi)燃發(fā)動機的熱交換的散熱器、將所述冷卻流體從所述內(nèi)燃發(fā)動機導(dǎo)向所述散熱器的出口流體通道、將所述冷卻流體從所述散熱器返回到所述內(nèi)燃發(fā)動機的入口流體通道，其中，操作流體泵以使所述冷卻流體循環(huán)，
[0016]-由當(dāng)所述內(nèi)燃發(fā)動機處于備用狀態(tài)時加熱所述冷卻流體的預(yù)熱系統(tǒng)向所述冷卻系統(tǒng)提供熱，
[0017]所述預(yù)熱系統(tǒng)設(shè)置有熱泵系統(tǒng)的熱交換器，所述熱泵系統(tǒng)利用待經(jīng)由/穿過所述散熱器傳遞的空氣的熱能，所述熱泵系統(tǒng)被布置成將較低溫度空氣的熱能轉(zhuǎn)換成較高溫度冷卻流體的熱能，
[0018]所述熱泵系統(tǒng)還包括熱泵單元、低溫主回路和高溫次回路，其中，熱傳遞介質(zhì)被布置成在所述低溫主回路和所述高溫次回路之間被壓縮和膨脹。
[0019]為了顯著降低發(fā)動機預(yù)熱能耗，可以非常成本有效的方式使用一種利用待經(jīng)由/穿過散熱器傳遞的空氣的熱能的熱泵系統(tǒng)，其中，所述熱泵系統(tǒng)被布置成將較低溫度空氣的熱能轉(zhuǎn)換成較高溫度冷卻流體的熱能。這種解決方案尤其對于只在一年內(nèi)的短時間間隔內(nèi)運行的備用、峰值和應(yīng)急電站具有吸引力。術(shù)語“經(jīng)由/穿過”在這里用于描述實際散熱器構(gòu)造中的可能差異，空氣可流過散熱器或者它可流經(jīng)散熱器。
[0020]另一個優(yōu)點是在維持發(fā)動機經(jīng)預(yù)熱的備用狀態(tài)期間提高能耗方面的效率的系統(tǒng)。在某些狀況下，熱泵系統(tǒng)能夠提供是它消耗電能量的大約四倍的熱能。在非常冷的環(huán)境空氣的情形下，這個有效因子降低至或接近1:1。然而，在發(fā)電站設(shè)計階段，如果這個系統(tǒng)對于該特定位置的給定天氣而言是經(jīng)濟(jì)上可行的，則可十分容易地進(jìn)行計算。又一個優(yōu)點是，可以提供能夠以有效方式在各種天氣下保持預(yù)熱備用狀態(tài)的系統(tǒng)。
[0021]在本說明書中，使用以下的定義。
[0022]術(shù)語“熱交換器”是例如在兩個介質(zhì)(從冷卻流體的一個回路到冷卻流體的另一個回路)之間進(jìn)行熱交換的設(shè)備。在本說明書中，術(shù)語“熱交換器”包括兩個閉合回路:主回路，其具有在熱交換器中發(fā)熱的功能；以及次回路，其具有在熱交換器中接收熱的功能。在本說明書中，術(shù)語“散熱器”意指特定類型的熱交換裝置，其包括發(fā)動機的冷卻流體的一個閉合回路并且另一個熱傳遞介質(zhì)是環(huán)境空氣(開放回路)。散熱器具有冷卻運轉(zhuǎn)時的發(fā)動機的主要功能。一個或一組發(fā)動機可存在一個或多個散熱器，并且一個散熱器可包括一個或多個散熱器單元。
[0023]根據(jù)實施方式，存在一種預(yù)熱系統(tǒng)，其中，熱泵系統(tǒng)的主回路布置成與待流過散熱器的所述冷卻流體熱連接。存在布置這個熱連接的許多方式并且下面的實施方式更詳細(xì)地公開了這些中的一些。一種可能性是，借助于熱泵系統(tǒng)的所述主回路和所述冷卻流體之間的熱交換器來布置熱連接。在這個實施方式中，還通過所述熱交換器進(jìn)行散熱器中的冷卻流體循環(huán)，因為熱泵系統(tǒng)的主回路和制冷劑被布置成在所述熱交換器的次回路中循環(huán)。因此，熱泵系統(tǒng)的主回路是所述熱交換器的次回路。
[0024]另一個實施方式是預(yù)熱系統(tǒng)，其中，所述熱泵系統(tǒng)的主回路被布置成包括與冷卻流體回路分開并且與所述散熱器一起定位的散熱器型熱交換器。
[0025]在這個實施方式中，散熱器的外殼或框架被構(gòu)造成還包括另一種散熱器型的交換裝置，該交換裝置包括熱泵系統(tǒng)的主回路。這個實施方式使得有可能具有用于發(fā)熱的大表面區(qū)域。
[0026]根據(jù)實施方式，預(yù)熱系統(tǒng)被構(gòu)造成包括中間流體通道，所述中間流體通道在所述內(nèi)燃發(fā)動機處于備用狀態(tài)時將所述冷卻系統(tǒng)構(gòu)造成至少兩個回路:
[0027]-散熱器回路，其中，所述冷卻流體的一部分被構(gòu)造成在所述熱泵系統(tǒng)的所述低溫主回路的熱交換器和所述散熱器之間循環(huán)；以及
[0028]-預(yù)熱回路，其中，所述冷卻流體的一部分被構(gòu)造成在所述預(yù)熱回路中的熱交換器和所述內(nèi)燃發(fā)動機之間循環(huán)。通過這個布置，可在具有截然不同的溫度的不同部分中將冷卻流體分開。這使得能夠高效進(jìn)行預(yù)熱能量產(chǎn)生并且可保持不同回路部分中的溫度變化低。
[0029]另外，根據(jù)預(yù)熱系統(tǒng)的實施方式，預(yù)熱回路中的熱交換器被布置成，使得所述熱交換器的次回路是所述預(yù)熱回路并且所述熱交換器的主回路是傳遞回路，所述傳遞回路被布置成所述熱泵系統(tǒng)的所述高溫次回路中的熱交換器的次回路。因此，這些回路布置在多個連續(xù)回路中，然后，各回路中的溫度可逐漸變化。這個實施方式還使得能夠使用一個或多個發(fā)電站單元的一個熱泵系統(tǒng)，其中，一個發(fā)電站單元包括至少一個發(fā)動機，而且還可包括多個發(fā)動機。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，構(gòu)造了一種發(fā)電站單元，所述發(fā)電站單元包括內(nèi)燃發(fā)動機和冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)用于從處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)時的所述內(nèi)燃發(fā)動機去除過量的熱，所述冷