[發(fā)明專(zhuān)利]用于高溫有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)的密封式馬達(dá)冷卻

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210561305.0
• 申請(qǐng)日: 2012-12-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103174473A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: F.J.科斯維爾;B.P.比德曼
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 聯(lián)合工藝公司
• 主分類(lèi)號(hào): F01D25/12
• 分類(lèi)號(hào): F01D25/12
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李建新;譚祐祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及有機(jī)蘭金循環(huán)(ORC)系統(tǒng)，并且更具體地，涉及用于有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)的二級(jí)冷卻系統(tǒng)。

背景技術(shù)

有機(jī)蘭金循環(huán)是以有機(jī)流體制冷劑代替水/水蒸氣作為工作流體的蒸氣動(dòng)力循環(huán)。該工作流體在“蒸發(fā)器/鍋爐”中由廢熱源或低品質(zhì)熱源來(lái)加熱。流體以液體作為開(kāi)始而以蒸氣作為結(jié)束。高壓制冷劑蒸氣在渦輪機(jī)中膨脹以產(chǎn)生電力。從渦輪機(jī)排出的低壓蒸氣冷凝，然后被送回到泵以重新啟動(dòng)該循環(huán)。

用于發(fā)電的簡(jiǎn)單蘭金循環(huán)遵循如下工藝順序：1)絕熱壓力(adiabatic?pressure)通過(guò)泵上升；2)在預(yù)熱器、蒸發(fā)器和過(guò)熱器中的等壓加熱(isobaric?heat?addition)；3)在渦輪機(jī)中絕熱膨脹(adiabatic?expansion)；以及4)在冷凝器中的等壓放熱(isobaric?heat?rejection)，但其它循環(huán)改動(dòng)也是可能的，諸如添加蒸氣到液體回流換熱器(recuperator)等。

有機(jī)蘭金循環(huán)發(fā)電機(jī)可以是密封的或非密封的。非密封式發(fā)電機(jī)不共享工作流體環(huán)境，并且通常通過(guò)空氣或水來(lái)冷卻。密封式發(fā)電機(jī)共享并且通過(guò)來(lái)自于主循環(huán)的制冷劑來(lái)冷卻。

圖1示意性地圖示了具有標(biāo)準(zhǔn)密封式發(fā)電機(jī)冷卻的常規(guī)有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)。液體制冷劑的少量二級(jí)流從泵出口排出并且被輸送至發(fā)電機(jī)外殼。在此情況下，流體首先被輸送通過(guò)定子冷卻夾套，而且在從定子損耗吸熱的同時(shí)部分地沸騰。然后剩余的兩相制冷劑被噴灑到從轉(zhuǎn)子損耗和風(fēng)阻損失吸熱的轉(zhuǎn)子室(rotor?volume)中。然后在渦輪機(jī)排氣裝置的下游排放經(jīng)氣化的制冷劑。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本公開(kāi)的示例性方面的有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)包括由工作流體驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)和由渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)包括在亞大氣壓力下的轉(zhuǎn)子室，工作流體被噴灑到所述轉(zhuǎn)子室中。

根據(jù)本公開(kāi)的示例性方面的有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)包括與亞大氣壓力下的轉(zhuǎn)子室連通的二級(jí)冷卻流回路，所述二級(jí)冷卻流回路將工作流體噴灑到所述轉(zhuǎn)子室中。

根據(jù)本公開(kāi)的示例性方面的操作有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)的方法包括將工作流體噴灑到亞大氣壓力下的轉(zhuǎn)子室中。

附圖說(shuō)明

從公開(kāi)的非限制性實(shí)施方式的以下詳細(xì)說(shuō)明中，各種特征對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而易見(jiàn)。本詳細(xì)說(shuō)明的附圖可簡(jiǎn)要描述如下：

圖1為相關(guān)技術(shù)的有機(jī)蘭金循環(huán)的示意圖，其中低側(cè)飽和溫度為足夠冷以便提供發(fā)電機(jī)冷卻；以及

圖2為根據(jù)一個(gè)公開(kāi)的非限制性實(shí)施方式的有機(jī)蘭金循環(huán)的示意圖，其中低側(cè)飽和溫度對(duì)于直接發(fā)電機(jī)冷卻和二級(jí)冷卻流回路過(guò)于溫暖；

圖3為具有二級(jí)冷卻流回路的有機(jī)蘭金循環(huán)的渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)的詳細(xì)視圖。

圖4為具有雙迷宮式密封件的軸密封件的詳細(xì)截面視圖。

具體實(shí)施方式

圖2示意性地圖示了有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)20。有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)20總體上包括電力產(chǎn)生渦輪機(jī)22，電力產(chǎn)生渦輪機(jī)22由諸如硅氧烷MM、Novec649或其它高沸點(diǎn)的制冷劑等工作流體來(lái)驅(qū)動(dòng)。渦輪機(jī)22驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)24。制冷劑泵26增加來(lái)自冷凝器28的工作流體的壓力。諸如鍋爐等蒸發(fā)器30接收來(lái)自熱源回路(在該示例中為熱油)36的相當(dāng)多的熱輸入、使工作流體氣化，然后蒸氣被傳送通過(guò)至渦輪機(jī)22。在離開(kāi)渦輪機(jī)22后，相對(duì)較低壓力的蒸氣傳送至冷凝器28，其在冷凝器28處通過(guò)與冷卻流體系統(tǒng)38的熱交換關(guān)系而被冷凝。然后通過(guò)泵26使經(jīng)冷凝的工作流體環(huán)行至蒸發(fā)器30以完成循環(huán)。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，可以替代地使用另外的循環(huán)和其它流體。

參看圖3，發(fā)電機(jī)24總體上包括殼體40、定子42、轉(zhuǎn)子44以及轉(zhuǎn)子密封件46。轉(zhuǎn)子密封件46使發(fā)電機(jī)24與渦輪機(jī)22分離，渦輪機(jī)22總體上包括徑向向心渦輪機(jī)（radial?inflow?turbine）48、渦殼50和噴嘴、護(hù)罩以及擴(kuò)散器。即是說(shuō)，轉(zhuǎn)子密封件46使渦輪機(jī)室(turbine?volume)T從轉(zhuǎn)子室G分離。徑向向心渦輪機(jī)48響應(yīng)于通過(guò)渦殼50輸送的工作流體在渦輪機(jī)室T內(nèi)圍繞軸線A旋轉(zhuǎn)，以便通過(guò)轉(zhuǎn)子44驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)22。徑向向心渦輪機(jī)48使轉(zhuǎn)子44圍繞旋轉(zhuǎn)軸線A在定子42內(nèi)旋轉(zhuǎn)。圖3中所示的實(shí)例為具有磁性軸承但無(wú)齒輪的無(wú)油高速直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，但其它實(shí)施方式將具有相同的密封和冷卻要求。