用于通過(guò)有機(jī)朗肯循環(huán)產(chǎn)生能量的設(shè)備和方法
【專(zhuān)利摘要】一種用于通過(guò)有機(jī)朗肯循環(huán)產(chǎn)生能量的設(shè)備包括：熱交換器（3），用于在高溫源與有機(jī)工作流體之間進(jìn)行熱交換以加熱和蒸發(fā)所述工作流體；徑向流出型膨脹式渦輪機(jī)（4），被供給從熱交換器（3）流出的經(jīng)汽化的工作流體以根據(jù)朗肯循環(huán)將存在于工作流體中的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；冷凝器（6），在該冷凝器中，從渦輪機(jī)（4）流出的工作流體在被冷凝并且輸送至泵（2）并接著供給至熱交換器（3）。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于通過(guò)有機(jī)朗肯循環(huán)產(chǎn)生能量的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于通過(guò)有機(jī)朗肯循環(huán)產(chǎn)生能量的設(shè)備和方法。
[0002]已知基于熱力學(xué)朗肯循環(huán)(0RC-有機(jī)朗肯循環(huán))的設(shè)備，該設(shè)備以簡(jiǎn)單且可靠的方式將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能和/或電能。在這些設(shè)備中，優(yōu)選地使用有機(jī)類(lèi)型(具有高分子量或中等分子量)的工作流體來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水/蒸汽系統(tǒng)，因?yàn)橛袡C(jī)流體不僅能夠以相對(duì)低的溫度(通常在100° C與300°C之間)轉(zhuǎn)換熱源，而且能夠以較高的溫度、以更有效的方式轉(zhuǎn)換熱源。因此，最近發(fā)現(xiàn)ORC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在不同領(lǐng)域中越來(lái)越廣泛地應(yīng)用，諸如在地?zé)犷I(lǐng)域中、在工業(yè)能量回收中、在用于從生物質(zhì)和聚光太陽(yáng)能發(fā)電(CSP)產(chǎn)生能量的設(shè)備中、在再汽化器(regasifier)中等。
【背景技術(shù)】
[0003]用于通過(guò)有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)轉(zhuǎn)換熱能的已知類(lèi)型的設(shè)備通常包括:至少一個(gè)熱交換器，在高溫源與工作流體之間進(jìn)行熱交換以加熱、蒸發(fā)(并且可能過(guò)度加熱)工作流體；至少一個(gè)渦輪機(jī)，被供給從熱交換器流出的經(jīng)汽化的工作流體以根據(jù)朗肯循環(huán)將存在于工作流體中的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能；至少一個(gè)發(fā)電機(jī)，可操作地連接至渦輪機(jī)，其中由渦輪機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能被轉(zhuǎn)換成電能；至少一個(gè)冷凝器，其中，從渦輪機(jī)出來(lái)的工作流體被冷凝并輸送到至少一個(gè)泵；工作流體被從泵供給至熱交換器。
[0004]例如在公開(kāi)文獻(xiàn)US4458493和W02010/106570中描述了用于高分子量氣體和蒸汽膨脹的已知類(lèi)型的渦輪機(jī)。在第US4458493號(hào)專(zhuān)利中公開(kāi)的渦輪機(jī)為多級(jí)型，其中，第一軸向級(jí)接著的是徑向的向心級(jí)。相反，在文獻(xiàn)W02010/106570中公開(kāi)的渦輪機(jī)為軸向型，并且該渦輪機(jī)包括具有用于將工作流體從入口運(yùn)送至出口的外圍螺旋管(volute)的箱體、第一定子和可能的其他定子、繞軸線旋轉(zhuǎn)并且承載第一轉(zhuǎn)子以及可能的其他轉(zhuǎn)子的渦輪機(jī)軸。管狀元件以懸臂式從箱體延伸并且與渦輪機(jī)軸同軸。支承單元位于管狀元件與渦輪機(jī)軸之間并且除了該軸以外能夠從管狀元件全部抽出。
[0005]更普遍地，當(dāng)前用于熱力學(xué)ORC循環(huán)的已知膨脹箱體的類(lèi)型為軸向的一級(jí)型和多級(jí)型以及為徑向的一級(jí)型和多級(jí)向心型或流入型。
[0006]文獻(xiàn)W02011/007366示出了在ORC熱力學(xué)循環(huán)的領(lǐng)域中使用的用于產(chǎn)生能量的渦輪機(jī)，其包括在彼此后面軸向地布置的三個(gè)徑向級(jí)。
[0007]文獻(xiàn)EP2080876示出了渦輪機(jī)組(turbomachine)，特別是多級(jí)式渦輪壓縮機(jī)，其包括兩個(gè)渦輪機(jī)(其中一個(gè)為徑向內(nèi)流式渦輪機(jī))和兩個(gè)壓縮機(jī)。
[0008]文獻(xiàn)US1，488，582示出了設(shè)置有一個(gè)高壓部和一個(gè)低壓部的渦輪機(jī)，在該渦輪機(jī)中，流體流逐漸從軸向方向偏離至徑向方向。
[0009]文獻(xiàn)US2010/0122534示出了用于能量回收的封閉式或環(huán)狀回路系統(tǒng)，其包括徑向內(nèi)流式渦輪機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]在該范圍內(nèi)，本 申請(qǐng)人:感到有必要:
[0011]-關(guān)于目前在ORC設(shè)備中使用的渦輪機(jī)，增大在所述渦輪機(jī)內(nèi)部發(fā)生的能量轉(zhuǎn)換的效率；
[0012]-關(guān)于目前在ORC設(shè)備中使用的渦輪機(jī)，降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和提高渦輪機(jī)的可靠性。
[0013]更具體地，本 申請(qǐng)人:感到有必要減小由于工作流體的泄漏和通風(fēng)引起的損耗以及熱耗，以改善在渦輪機(jī)中以及更一般地在ORC設(shè)備中的能量轉(zhuǎn)換處理和渦輪機(jī)的總效率。
[0014]本 申請(qǐng)人:發(fā)現(xiàn)上述目標(biāo)可以在用于通過(guò)有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)產(chǎn)生能量的設(shè)備和方法的領(lǐng)域中使用徑向離心式或流出式膨脹渦輪機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0015]更具體地，本發(fā)明涉及一種用于通過(guò)有機(jī)朗肯循環(huán)產(chǎn)生能量的設(shè)備，該設(shè)備包括:具有高分子量的有機(jī)工作流體；至少一個(gè)熱交換器，用于在高溫源與工作流體之間進(jìn)行熱交換，以加熱和蒸發(fā)所述工作流體；至少一個(gè)膨脹式渦輪機(jī)，被供給從熱交換器流出的經(jīng)汽化的工作流體，以根據(jù)朗肯循環(huán)將存在于工作流體中的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能；至少一個(gè)冷凝器，在該至少一個(gè)冷凝器中，從所述至少一個(gè)渦輪機(jī)流出的工作流體被冷凝并且輸送到至少一個(gè)泵；然后工作流體被供給至所述至少一個(gè)熱交換器；所述設(shè)備的特征在于膨脹式渦輪機(jī)為徑向流出類(lèi)型。
[0016]具有高分子量的有機(jī)工作流體可以選自包括碳?xì)浠衔铩⑼?、硅氧烷或含氟材?包括全氟材料)的組，并且通常具有包括在150g/mol與500g/mol之間的分子量。優(yōu)選地，該有機(jī)工作流體為全氟-2-甲基戊烷(具有沒(méi)有毒性且不易燃的附加優(yōu)點(diǎn))、全氟1，3 二甲基環(huán)己烷、六甲基二硅氧烷或八甲基三硅氧烷。
[0017]在另一方面，本發(fā)明涉及一種用于通過(guò)有機(jī)朗肯循環(huán)產(chǎn)生能量的方法，該方法包括:i )通過(guò)至少一個(gè)熱交換器供給有機(jī)工作流體以在高溫源與所述工作流體之間進(jìn)行熱交換，以加熱和蒸發(fā)所述工作流體；ii)將從熱交換器流出的汽化的有機(jī)工作流體供給至至少一個(gè)膨脹式渦輪機(jī)，以根據(jù)朗肯循環(huán)將存在于工作流體中的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能；iii)將從所述至少一個(gè)膨脹式渦輪機(jī)流出的有機(jī)工作流體供給至至少一個(gè)冷凝器，在該至少一個(gè)冷凝器處，工作流體被冷凝；iv)將從冷凝器流出的有機(jī)工作流體輸送至所述至少一個(gè)熱交換器；所述方法的特征在于，在步驟ii)中，工作流體從膨脹式渦輪機(jī)的入口至出口所遵循的路線至少部分為徑向流出路線。
[0018]本 申請(qǐng)人:已經(jīng)確定徑向流出式渦輪機(jī)為最適合于所涉及的應(yīng)用(B卩，最適合于高分子量的工作流體在ORC循環(huán)中的膨脹)的機(jī)器，這是因?yàn)?
[0019]-ORC循環(huán)中的膨脹的特征在于低熱焓變化，并且作為本發(fā)明的目標(biāo)的徑向流出式渦輪機(jī)適合于具有低熱焓變化的應(yīng)用，因?yàn)樵搹较蛄鞒鍪綔u輪機(jī)相對(duì)于軸向和/或徑向流入式機(jī)器執(zhí)行更少的工作，而圓周速度和反應(yīng)程度相同；
[0020]-ORC循環(huán)中的膨脹的特征在于由于表征上述循環(huán)、適中溫度或無(wú)論如何不與例如燃?xì)廨啓C(jī)中的溫度一樣高的溫度的低熱焓變化所引起的轉(zhuǎn)子的低旋轉(zhuǎn)速度和低圓周速度，并且徑向流出式渦輪機(jī)非常適用于具有低機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力的情況。
[0021]-因?yàn)橐话愕乩士涎h(huán)以及特別是ORC循環(huán)的特征在于高體積膨脹率，由于輪徑在流動(dòng)方向增長(zhǎng)的事實(shí)，因而徑向流出式渦輪機(jī)優(yōu)化了機(jī)器葉片的高度，尤其是第一級(jí)的高度；因此，全部且不堵塞的進(jìn)入通常幾乎是可能的。
[0022]-由于徑向流出式渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)形狀使得能夠在單個(gè)盤(pán)(disc)上獲得若干膨脹級(jí)，因此能夠減少由于次級(jí)流和泄漏引起的損耗并且同時(shí)能夠達(dá)到降低得更多的成本。
[0023]-此外，為徑向流出式配置的膨脹式渦輪機(jī)使得在最后膨脹級(jí)上扭轉(zhuǎn)葉片是多余的，因此簡(jiǎn)化了機(jī)器結(jié)構(gòu)。
[0024]根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，膨脹式渦輪機(jī)包括:固定箱體，具有軸向入口和徑向外圍出口 ；僅一個(gè)轉(zhuǎn)子盤(pán)，安裝在該箱體中并且繞旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”旋轉(zhuǎn)；至少一個(gè)第一系列的轉(zhuǎn)子葉片，安裝在轉(zhuǎn)子盤(pán)的正面上且圍繞旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”布置；以及至少一個(gè)第一系列的定子葉片，安裝在箱體上，面向轉(zhuǎn)子盤(pán)并且圍繞旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”布置。
[0025]優(yōu)選地，膨脹式渦輪機(jī)包括:至少一個(gè)第二系列的轉(zhuǎn)子葉片，相對(duì)于第一系列的轉(zhuǎn)子葉片布置在徑向外部位置處；以及至少一個(gè)第二系列的定子葉片，相對(duì)于第一系列的定子葉片布置在徑向外部位置處。
[0026]不同于軸向式機(jī)器，作為本發(fā)明的目標(biāo)的徑向流出式渦輪機(jī)僅需要一個(gè)也用于多級(jí)機(jī)器的盤(pán)，因此，由于通風(fēng)而提供了較少的損耗并且成本大大降低。由于上述緊密性，能夠保持大幅減小的間隙(play)，這導(dǎo)致了泄漏減少，并且因此損耗由于溢出而變得更小。熱損耗也是更小。
[0027]此外，徑向離心式渦輪機(jī)的葉片不必扭轉(zhuǎn)，并且這總體上涉及對(duì)于所述葉片和渦輪機(jī)的較低生產(chǎn)成本。
[0028]根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，徑向流出式膨脹式渦輪機(jī)包括擋板(baffle)，該擋板在軸向入口處固定地安裝在箱體上并且適于使軸向流朝向第一系列定子葉片徑向偏離。
[0029]優(yōu)選地，擋板具有面向流入物的凸表面。
[0030]優(yōu)選地，擋板在其徑向外圍部處承載第一系列的定子葉片。
[0031 ] 除了在第一定子入口處限制流體動(dòng)力損耗之外，擋板還旨在防止具有較高壓力的流體碰撞活動(dòng)部件。該手段還減少了由于轉(zhuǎn)子盤(pán)上的摩擦引起的損耗并且當(dāng)不同于設(shè)計(jì)狀況的狀況發(fā)生時(shí)允許更大的靈活性。
[0032]優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子盤(pán)的正面和箱體的承載定子葉片的面在移動(dòng)離開(kāi)旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”時(shí)彼此脫離。
[0033]優(yōu)選地，膨脹式渦輪機(jī)包括相對(duì)于定子或轉(zhuǎn)子葉片放置在徑向外部位置處的擴(kuò)散器。
[0034]為流出式配置的徑向渦輪機(jī)有利于實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散器在排放時(shí)使得能夠恢復(fù)動(dòng)能，并且因此機(jī)器的總效率更大。
[0035]在替選實(shí)施例中，膨脹式渦輪機(jī)包括優(yōu)選地布置在轉(zhuǎn)子盤(pán)的徑向外周上的至少一個(gè)徑向流出級(jí)和至少一個(gè)軸向級(jí)。
[0036]從對(duì)根據(jù)本發(fā)明的用于通過(guò)有機(jī)朗肯循環(huán)產(chǎn)生能量的設(shè)備和方法的優(yōu)選的但非排他性的實(shí)施例的詳細(xì)描述中，其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更明顯。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0037]在下文中，將參照作為非限制性示例給出的附圖陳述這些配置的詳細(xì)描述，其中:
[0038]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的用于通過(guò)有機(jī)朗肯循環(huán)產(chǎn)生能量的設(shè)備的基本配置；[0039]圖2為屬于圖1中的設(shè)備的渦輪機(jī)的截面?zhèn)纫晥D；
[0040]圖3為圖2中的渦輪機(jī)的局部截面正視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]參照附圖，根據(jù)本發(fā)明的用于通過(guò)有機(jī)朗肯循環(huán)產(chǎn)生能量的設(shè)備一般由附圖標(biāo)記I標(biāo)識(shí)。
[0042]設(shè)備I包括環(huán)狀回路，具有高分子量或中等分子量的有機(jī)工作流體在該環(huán)狀回路中流動(dòng)。該流體可以選自包括碳?xì)浠衔铩⑼?、碳氟化合物和硅氧烷的組。優(yōu)選地，該流體是具有包括在150g/mol與500g/mol之間的分子量的全氟流體。
[0043]圖1示出了具有基本配置的朗肯循環(huán)的回路，并且考慮了:泵2、熱交換器或者熱能交換器3、連接至發(fā)電機(jī)5的膨脹式渦輪機(jī)4、冷凝器6。
[0044]泵2允許有機(jī)工作流體從冷凝器6進(jìn)入熱交換器3。在熱交換器3中，流體被加熱、蒸發(fā)并接著以氣相供給至渦輪機(jī)4，在渦輪機(jī)4中，實(shí)現(xiàn)了存在于工作流體中的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能、然后通過(guò)發(fā)電機(jī)5轉(zhuǎn)換為電能。在渦輪機(jī)4的下游，工作流體在冷凝器6中冷凝并再一次通過(guò)泵2輸送至熱交換器。
[0045]由于泵2、熱交換器3、發(fā)電機(jī)5和冷凝器6是已知類(lèi)型，因此在本文中將不會(huì)對(duì)泵
2、熱交換器3、發(fā)電機(jī)5和冷凝器6進(jìn)一步描述。
[0046]有利地，膨脹式渦輪機(jī)4為單級(jí)或多級(jí)徑向流出類(lèi)型，即，其包括一個(gè)或多個(gè)徑向流出膨脹級(jí)、或者至少一個(gè)徑向流出級(jí)和至少一個(gè)軸向級(jí)。換句話說(shuō)，工作流體流在渦輪機(jī)4的徑向上更靠?jī)?nèi)的區(qū)域中沿著軸向方向進(jìn)入渦輪機(jī)4，并且在膨脹的狀態(tài)下在渦輪機(jī)4本身的徑向上更靠外的區(qū)域中沿著徑向或軸向方向流出。在進(jìn)入與退出之間的過(guò)程中，該流在膨脹時(shí)移動(dòng)離開(kāi)渦輪機(jī)4的旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”。
[0047]圖2和圖3中示出了徑向流出式渦輪機(jī)的優(yōu)選但非限制性的實(shí)施例。該渦輪機(jī)4包括固定箱體7，該固定箱體7由通過(guò)螺栓10 (圖3)結(jié)合在一起的圓形箱體前半部8和箱體后半部9構(gòu)成。套筒11以懸臂形式從箱體后半部9露出。
[0048]轉(zhuǎn)子12容納于由箱體前半部8和箱體后半部9定界的內(nèi)部容積中，該轉(zhuǎn)子12受軸13剛性約束，軸13又借助于軸承14可旋轉(zhuǎn)地支承在套筒11中，以使得轉(zhuǎn)子12繞旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”自由旋轉(zhuǎn)。
[0049]軸向入口 15在旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”處形成在箱體前半部8中，并且在箱體7的外圍徑向部分處，形成有在擴(kuò)散器16外部的徑向外圍出口。
[0050]轉(zhuǎn)子12包括緊固至軸13的單個(gè)轉(zhuǎn)子盤(pán)17，單個(gè)轉(zhuǎn)子盤(pán)17垂直于旋轉(zhuǎn)軸線“X_X”并且具有朝向箱體前半部8轉(zhuǎn)動(dòng)的正面18和朝向箱體后半部9轉(zhuǎn)動(dòng)的背面19。在轉(zhuǎn)子盤(pán)17的正面18與箱體前半部8之間定界了有機(jī)工作流體的通道容積20。補(bǔ)償室21限于轉(zhuǎn)子盤(pán)17的背面19與箱體后半部9之間。
[0051]轉(zhuǎn)子盤(pán)17的正面18承載三個(gè)系列的轉(zhuǎn)子葉片22a、22b、22c。每個(gè)系列包括繞旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”布置的多個(gè)平面的轉(zhuǎn)子葉片。第二系列的轉(zhuǎn)子葉片22b相對(duì)于第一系列轉(zhuǎn)子葉片22a布置在徑向外部位置處，并且第三系列的轉(zhuǎn)子葉片22c相對(duì)于第二系列的轉(zhuǎn)子葉片22b布置在徑向外部位置處。三個(gè)系列的定子葉片24a、24b、24c安裝在箱體前半部8的朝向轉(zhuǎn)子17轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)面23上。每個(gè)系列均包括繞旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”布置的多個(gè)平面的定子葉片。第一系列的定子葉片24a相對(duì)于第一系列的轉(zhuǎn)子葉片22a布置在徑向內(nèi)部位置處。第二系列的定子葉片24b相對(duì)于第一系列的轉(zhuǎn)子葉片22a布置在徑向外部位置處且相對(duì)于第二系列的轉(zhuǎn)子葉片22b布置在徑向內(nèi)部位置處。第三系列的定子葉片24c相對(duì)于第二系列的轉(zhuǎn)子葉片22b布置在徑向外部位置處且相對(duì)于第三系列的轉(zhuǎn)子葉片22c布置在徑向內(nèi)部位置處。因此，渦輪機(jī)4具有三級(jí)。
[0052]在渦輪機(jī)I內(nèi)部，具有凸圓形狀的擋板25使進(jìn)入軸向入口 15的工作流體流偏離，擋板25在轉(zhuǎn)子盤(pán)17前面固定地安裝在箱體7上并且與旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”同軸地布置，擋板25的凸面面向軸向入口 15和流入的流。擋板25從旋轉(zhuǎn)軸線“X-X”開(kāi)始軸向地延伸直到第一系列的定子葉片24a為止。第一系列的定子葉片24a集成到擋板25的外圍部分中并且具有安裝在箱體前半部8的內(nèi)面23上的端部。更詳細(xì)地，擋板25通過(guò)與凸?fàn)?凹狀中央部分25a和徑向最外部分25b徑向?qū)ΨQ(chēng)的凸?fàn)畋“逑薅?，凸?fàn)?凹狀中央部分25a的凸面面向箱體前半部8和軸向入口 15，徑向最外部分25b是環(huán)形的且是凹狀/凸?fàn)畹牟⑶移浒济婷嫦蛳潴w前半部8。箱體前半部8和擋板25的徑向最外部分25b限定將工作流體引導(dǎo)至渦輪機(jī)4的第一級(jí)(第一系列的轉(zhuǎn)子葉片22a和第一系列的定子葉片24a)的喇叭形管道(diverging duct)。
[0053]轉(zhuǎn)子盤(pán)8的正面18和箱體前半部8的承載定子葉片24a、24b、24c的面23從所述第一級(jí)開(kāi)始在移動(dòng)離開(kāi)旋轉(zhuǎn)軸線(X-X)過(guò)程中彼此脫離，并且徑向上最外面的葉片具有比徑向上最里面的葉片的葉片高度大的葉片高度。
[0054]渦輪機(jī)4還包括用于恢復(fù)動(dòng)能的擴(kuò)散器26，擴(kuò)散器26相對(duì)于第三級(jí)(第三系列的轉(zhuǎn)子葉片22c和第三系列的定子葉片24c)放置在徑向外部位置處，并且由轉(zhuǎn)子盤(pán)8的正面18和箱體前半部8的相對(duì)面23限定。與出口凸緣28連通的螺旋管27在擴(kuò)散器26的出口處放置在箱體7的徑向外周上。
[0055]根據(jù)未示出的替選實(shí)施例，代替第三徑向級(jí)，流入物穿過(guò)安裝在轉(zhuǎn)子外周上的軸向級(jí)。
[0056]所示出的渦輪機(jī)4還包括補(bǔ)償裝置，該補(bǔ)償裝置針對(duì)由工作流體在轉(zhuǎn)子7上施加且通過(guò)軸13在止推軸承14上施加的軸向推力。該裝置還包括:測(cè)壓元件(loading cell)29，軸向地介于在套筒11與止推軸承14之間；彈簧30，適于保持止推軸承14壓在測(cè)壓元件29上；PLC (可編程邏輯控制器)(未示出)，可操作地連接至測(cè)壓元件29 ;以及調(diào)節(jié)閥31，位于與補(bǔ)償室21以及另一室33連通的管道32中，該室33形成在箱體前半部8中并且達(dá)到與工作流體從第一級(jí)通過(guò)通道孔34在出口處的壓力一樣的壓力。該裝置實(shí)現(xiàn)了根據(jù)所檢測(cè)的軸向推力對(duì)允許工作流體從另一室33進(jìn)入補(bǔ)償室21的反饋調(diào)節(jié)，從而在受控條件下保持軸承上的軸向負(fù)荷。
[0057]工作流體在與平滑且為圓形的箱體前半部8同軸的位置處從軸向入口 15進(jìn)入。如圖2所示，在渦輪機(jī)4內(nèi)部，流體流偏離了擋板25并且導(dǎo)向至與擋板25且與箱體前半部8成為一體的第一系列的定子葉片24a。
【權(quán)利要求】
1.一種用于通過(guò)有機(jī)朗肯循環(huán)ORC產(chǎn)生能量的ORC設(shè)備，所述設(shè)備包括: -至少一個(gè)熱交換器(3)，用于在高溫源與有機(jī)工作流體之間進(jìn)行熱交換，以加熱和蒸發(fā)所述工作流體； -至少一個(gè)膨脹式渦輪機(jī)，被供給從所述熱交換器(3)出來(lái)的經(jīng)汽化的工作流體，以根據(jù)朗肯循環(huán)將存在于所述工作流體中的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能； -至少一個(gè)冷凝器(6)，在所述至少一個(gè)冷凝器中，從至少一個(gè)所述渦輪機(jī)(4)流出的工作流體被冷凝并且輸送到至少一個(gè)泵(2);所述流體接著被供給至所述至少一個(gè)熱交換器(3); 所述設(shè)備的特征在于，所述膨脹式渦輪機(jī)(4)為徑向流出類(lèi)型，其中，在所述膨脹式渦輪機(jī)(4)的入口(15)與出口(16)之間的路線中，所述工作流體在膨脹時(shí)移動(dòng)離開(kāi)所述膨脹式渦輪機(jī)(4)的旋轉(zhuǎn)軸線(X-X)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述膨脹式渦輪機(jī)(4)包括單個(gè)轉(zhuǎn)子盤(pán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中，所述膨脹式渦輪機(jī)(4)是多級(jí)式渦輪機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述膨脹式渦輪機(jī)(4)包括:固定箱體(7)，具有軸向入口( 15 )和徑向外圍出口( 16 );僅一個(gè)轉(zhuǎn)子盤(pán)(17)，安裝在所述箱體(7 )中并且繞旋轉(zhuǎn)軸線(X-X)旋轉(zhuǎn)；至少一個(gè)第一系列的轉(zhuǎn)子葉片(22a)，安裝在所述轉(zhuǎn)子盤(pán)(17)的正面(18)上且圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線(X-X)布置；以及至少一個(gè)第一系列的定子葉片(24a)，安裝在所述箱體(7)上，面向所述轉(zhuǎn)子盤(pán)(17)并且圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線(X-X)布置。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，所述膨脹式渦輪機(jī)(4)包括:至少一個(gè)第二系列的轉(zhuǎn)子葉片(2 2b，22c)，相對(duì)于所述第一系列的轉(zhuǎn)子葉片(22a)布置在徑向外部位置處；以及至少一個(gè)第二系列的定子葉片(24b，24c)，相對(duì)于所述第一系列的定子葉片(24a)布置在徑向外部位置處。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的設(shè)備，其中，所述膨脹式渦輪機(jī)(4)包括擋板(25)，所述擋板(25)在所述軸向入口(15)處固定地安裝在所述箱體(7)上并且適于使軸向流體流朝向所述第一系列的定子葉片(24a)徑向偏離。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，所述擋板(25)具有凸表面(25a)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的設(shè)備，其中，所述擋板(25)在其徑向外圍部分處承載所述第一系列的定子葉片(24a)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至8中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述轉(zhuǎn)子盤(pán)(17)的正面(18)和所述箱體(7)的承載所述定子葉片(24a，24b，24c)的面(23)在移動(dòng)離開(kāi)所述旋轉(zhuǎn)軸線(X-X)時(shí)彼此脫離。
10.根據(jù)權(quán)利要求4至9中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述膨脹式渦輪機(jī)(4)包括擴(kuò)散器(27)，所述擴(kuò)散器相對(duì)于所述定子葉片(24a，24b，24c)和所述轉(zhuǎn)子葉片(22a，22b，22c)放置在徑向外部位置處。
11.一種用于通過(guò)有機(jī)朗肯循環(huán)ORC產(chǎn)生能量的ORC方法,所述方法包括: i)通過(guò)至少一個(gè)熱交換器(3)供給有機(jī)工作流體以在高溫源與所述工作流體之間進(jìn)行熱交換，從而加熱和蒸發(fā)所述工作流體； ii)將從所述熱交換器(3)流出的經(jīng)汽化的有機(jī)工作流體供給至至少一個(gè)膨脹式渦輪機(jī)(4)，以根據(jù)朗肯循環(huán)將存在于所述工作流體中的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；iii)將從所述至少一個(gè)膨脹式渦輪機(jī)(4)流出的有機(jī)工作流體供給至至少一個(gè)冷凝器(6)，在所述冷凝器(6)中，所述工作流體被冷凝； iv)將從所述冷凝器(6)流出的有機(jī)工作流體輸送至所述至少一個(gè)熱交換器(3)； 該方法的特征在于，在步驟ii)中，所述膨脹式渦輪機(jī)(4)是徑向流出式渦輪機(jī)，并且所述工作流體從所述膨脹式渦輪機(jī)的入口(15)至出口(16)所遵循的路線是徑向流出式路線。
12.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述有機(jī)工作流體選自包括碳?xì)溲趸铩⑼?、硅氧烷、氟化材料的組，并且優(yōu)選地是全氟-2-甲基戊烷、全氟1，3- 二甲基環(huán)己烷、六甲基二硅氧烷或八甲基三硅氧烷。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或者12所述的方法，其中，所述有機(jī)工作流體經(jīng)過(guò)所述膨脹式渦輪機(jī)(4)的單個(gè)轉(zhuǎn)子盤(pán)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11、12或13所述的方法，其中，所述膨脹式渦輪機(jī)(4)是多級(jí)渦輪機(jī)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，所述有機(jī)工作流體具有包括在150g/mol與500g/mol之間的分子量。
【文檔編號(hào)】F01K7/02GK103547771SQ201280019541
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2012年2月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月21日
【發(fā)明者】克勞迪奧·斯帕達(dá)奇尼, 達(dá)里奧·里齊, 亞歷山德羅·巴爾巴托, 洛倫佐·琴泰梅里 申請(qǐng)人:?？巳煞莨?br>