BE1027172A1 - Systeem voor vermogensopwekking en werkwijze voor het opwekken van vermogen door gebruik van dergelijk systeem voor vermogensopwekking - Google Patents

Abstract

Een systeem voor vermogensopwekking omvattende: - een vloeistofpompsectie (4) omvattende roterende vloeistofpomp (7) met een impeller waarin een werkfluïdum onder druk wordt gezet en die wordt aangedreven met een aandrijfas (8); - een verdampersectie omvattende een verdamper (9) waarin het onder druk gezette werkfluïdum ten minste deels wordt verdampt door de toevoer van warmte; - een expansiesectie (3) omvattende een roterende expansiemachine (11) met een inlaatpoort (16) en een roterend expansie-element waarin het verdampte werkfluïdum wordt geëxpandeerd; en - een generatorsectie (5) omvattende een roterende vermogensgenerator (13) met een rotor, waarbij de expansiesectie (3), de vloeistofpompsectie (4) en de generatorsectie (5) roteerbaar verbonden zijn zodat relatieve rotatiesnelheidsverhoudingen tussen het roterende expansie-element, de impeller en de rotor mechanisch gehandhaafd blijven, met het kenmerk dat de aandrijfas (8) die de impeller aandrijft is geconfigureerd om te worden voorzien van een smoortoestel waardoor een gecontroleerd deel (15) van het werkfluïdum dat de vloeistofpomp (7) binnengaat van de vloeistofpompsectie (4) naar de expansiesectie (3) en/ of de generatorsectie (5) gaat.

Description

Systeem voor vermogensopwekking en werkwijze voor het | Opwekken van vermogen door gebruik van dergelijk systeen | voor vermogensopwekking. | De onderhavige uitvinding betreft een systeem voor | vermogensopwekking omvattende een expansiesectie om sen | werkfiuidum te expanderen, een vloeistofpompsectie om dit # werxfluidum onder druk te zetten en een generatorsectie, 9 10 waarbij de expansiesectie, de vlceistofpompsectie en de 9 generatorsectie rvoteerbaar verbonden zijn op zodanige 9 manier dat de relatieve rotatiesnelheidsverhoudingen tussen 9 de expansiesectie, de vioeistcipompsectie er de # generatorsectie mechanisch gehandhaafd blijven.

In het bijzonder omvat het systeem voor vermogensopwekking verder een semi-hermetisch gesloten behuizing met daarin alie roterende onderdelen van de expansiesectie, vloeistofpompsectie en de generatorsectie, maar het systeem voor vermogensopwekking is niet hiertoe beperkt. Het LS bekend dat vermogen wordt opgewekt in expansiemachines door de energie die gepaard gaat met de druk van een werkiluïdum om te zetten in mechanische kinetische energie van een expansiemachine die een turbine ot iets dergelijks is met een rotor, een zuiger, of iets dergelijks. Deze kinetische energie kan verder worden omgeset in elektrische energie in een roterende vermogensgenerator met een rotor die roterend verbonden is met de expansiemachine door middel van een as, koppeling, overbrenging, riem, of iets dergelijks. De expansiemachine

; 2 kan worden aangedreven met een werkfluidum dat gecirculeerd wordt in een gesloten kringloop die bekend staat onder de naam Rankine-cyclus of Rankine-kringloop., Deze gesloten | kringloop is voorzien van een vioeistofpomp om het 9 5 werkfiuidum achtereenvolgens te circuleren door 9 — een verdampersectie omvattende één of meer verdampers | waarin het werkfluïidum afkomstig van de vioeistofpomp ten 9 minste deels omgezet wordt in gas of damp onder hoge druk; | - de expansiesectie: 9 10 - een condensorsectie omvattende één of meer condensors die 9 zijn verbonden met een koelcircuit met koelmiddel, | bijvoorbeeid water of lucht, voor volledige condensatie van het werkfluicdum in vloeistof die weer wordt rondgepompt door de vioeistcipomp voor een volgende cyclus, Om de Rankine-cyclus te sluiten, is een uitlaat van de vloeistofpompsectie in vioeibare verbinding met een inlaat van de verdampersectie, is een uitlaat van de verdanmpersectie in vineibare verbinding met een inlaat van de ezpansiesectie, is een uitlaat van de expansiesectie in vloeibare verbinding met de inlaat van de condensorsectie en is een uitisat van de condensor in viceibare verbinding met een inlaat van de vloeistofponpsectie.

Het werkxfluidum kan worden geselecteerd als organisch werkfluidum, waarbij de Rankine-cyclus bekend staat onder de naam organische Kankine-cyclus of OPC. Een nadeel van organische werkfluida is dat ze doorgaans expiosieï, giftig Of duur zijn. Zodoende zijn mechanische asafdichtingen vereist op plekken waar roterende onderdelen van een roterende expansiemachine en/of roterende

| vermogensgenerarcr de behuizing penetreren die het werkfluïdum bevat rond de rotor van de expansiemachine | respectievelijk de generator en ze in contact staan met de | ongevingslucht.

Dergelijke mechanische asafdichtingen zijn 9 5 duur en vereisen doorgaans uitgebreid onderhoud, 9 Een gebruikelijke manier om het gebruik van mechanische 9 asaîdichtingen te voorkomen tussen het werkfluidum en de | omgevingslucht, is het ontwerpen van compacte ’sem- 9 10 hermetische” oË “geintegreerde” combinaties van de expansiemachine en de vermogensgenerator.

Met ”semi- hermetische” of “geintegreerde” compinaties van een expansiemachine en een vermogensgensrator wordt een combinatie van een expansiemachine en een vermogensgenerator bedceld in een behuizing waarin alle roterende onderdelen van de expansiemachine en generator volledig door de behuizing worden omsluiten en ze zodcende geïsoleerd zijn van contact met de omgevingslucht, Voorbeelden van semi-hermetische of geïntegreerde combinaties van een expansiemachine en een generator worden onder andere beschreven in US 4,185,465 on DE 10 2012 016 488, EP 0004609 troont een semi-hermetische combinatie van een schrosefexpansiemachine, een schroefcompressor en een siektrische motor in een koelmiddel ais werkfluidum.

JP H 05195808 en CN 2056290297 Loner geïntegreerde combinaties van een expansiemachine, een generator en een viceistofnomp.

Len nadeel var geintegreerde comoinaties van een expansiemachine, een generator en een vloeistofpomp is het voorkomen van ongewenste interne lekkage van het werkfluïdum in de behuizing tussen de expansiesectie met de

: expansiemachine, de generatorsectie met de generator en de | vioeistofgompsectie met de viceistofpomg, vanwege het voorkomen van significant verschillende drukniveaus van het werkfluidum in deze secties van de behuizing.

Dergelijke 9 3 interne lekkages veriagen niet alleen de efficiëntie van de ; vermogensopwekking, maar ook de betrouwbaarheid van het 3 systeem voor vermogensopwekking vanwege hevige plotse 9 verdamping wanneer het werkfluidum in een gemengd viosibare- | gasvormige of gemengd vloeibare-dampvormice toestand is, 9 10 Daarnaast treedt cavitatie cop in de viceistofpomp wanneer | damp van het werkfluidum onder hoge druk lekt van de 9 expansiesectie of de generatorsectie naar de vioeistofpomp. 9 verder kunnen grote hoeveelheden viceistof lekken vanuit de : vioeistofpomp via de aandrijfas van de vloeistofpomp naar de condensor zonder de verdamper te passeren, wat resulteert in een lagere verrogensopwekkingsefficiëntie, waarbij “vermogensopwekkinosefficiëntie” wordt gedefinieerd als de verhouding van de in de expansiesectie opgewekte mechanische energie ten opzichte van de som van de warmte die in de verdamper wordt overgebracht op het werkfluïdum en het werk dat aan de visoeistofpom wordt geleverd.

Het alternatief is dat goede afdichtingen van de aandrijfas van de vloeistoiponp om lekkage van de vioeistofponp via de aandrijfas te voorkomen, onderhevig zijn aan slijtage en ongewenst onderhoud vereisen, Bovendien, als de generator een generator met permanente magneet is, kunnen de magneten van deze generator met permanente magneet last hebben van onvoldoende koeling vanwege het compacte formaat van de geïntegreerde combinatie

5, van de expansiemachine, de generator en de vloeistofpomp, resulterend in permanente schade aan de prestaties. 9 EF à 386 727 beschrijft een systeem voor vermogenscpwekking | 5 dal ontworpen is als een Rankinercyclus omvattende een turbo- 9 expansiemachine inclusief een geïntegreerde combinatie van | sen expansiesectie, een vloeistofpompsectie en een motor- | generatorsectie, waarbij de motor-generatorsectie wordt 9 gekoeld door een deel van het werkfluïidum dat door de | 10 vloeistcipcmpsectie onder druk wordt gezet, Het nadeel van 9 dit systeemontwerp is dat de generator intern wordt 9 bicotgesteld san de hoge druk van het werkfluidum bij de vitlaat van de vlosistofponmpsectie, wat permanente schade kan toebrengen aan de rotor en andere interne onderdelen van de generator.

WO 8Z/02741 beschrijft een turbinegencratorsysteem met Rankine-cyclus met een geïntegreerde combinatie van een exvansiesectie, aen vloeistofpompsectie en sen generstorsectie op één enkele verticale as in een hermetisch afgedichte behuizing, waarbij een deel van het werkfluidum afkomstig var de condensor door een boosterpomp stroomopwaarts van de vloeistofpompsectie wordt gerompt naar de lagers van de as voor smering en kceling.

Het koelen van de generator wordt bereikt door lekkage van het werkfluidum van het bovenste lagersamenstel en een viceistofpomp in de vloeistofpompsectie., Het nadeel van dit systeem is de noodzaak van een boosterpomp, in aanvulling op de vioeistofromp, om het deel van het werkfluïdum onder druk te zetten dat wordt gebruikt voor het smeren en kvelen van de iagers, om verdamping te voorkomen van genoemd deel van het

€ werkfluïdum en de productie van damp in de lagerholies vanwege het toevoegen van kleine hoeveelheden warmte wat het correct 9 functioneren van het Éluidum als een hydrodynamisch | smeermiddel in de lagers zou belemmeren.

Daamaast worden de | 5 rotor en andere interne onderdelen van de vermogensçenerator { wederom Liootgesteid aan de hoge druk van het werkfluïdum in | de ruimtes tussen de lagers en bij de uitlaat van de 9 vloeistofpompsectie, 9 10 Het doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van 9 cen oplossing voor één of meer van de bovengenoemde en/of 9 overige nadelen, Voor dat doel heeft de uitvinding betrekking op een systeem voor vermogensopwekking omvattende: - een viceistofpompsectie omvattende sen roterende viceistofpomp met een impeller waarin een werkfluidum onder druk wordt gezet en die wordt aangedreven met een aandrijfas; - een verdampersectie omvattende een verdamper waarin het in de roterende viceistofpomp onder druk gezette werkfluidum ten minste deels wordt verdampt door de toevoer van warmte van een warmtebron; - ser expansiesectie onvattende een roterende expansiemachine met een inlaatpoort en een roterend expansie- element waarin het in de verdampersectie ten minste deels verdampte werkfiuidum wordt geéëxpandeerd; en - ser deneratorsectie onvattende een roterende vermogensgenerator met een rotor, waarbij de expansiesectie, de vlineistofpompsectie en de generatorsectie roteerbaar verbonden zijn op zodanige wijze dat de reiatieve rotatiesnelheidsverhoudingen tussen het roterende ezpansierelement van de roterende expansiemachine, de impeller van de roterende vlioeistofpomp en de rotor van 9 de roerende vermcgensgenerator mechanisch cehandhaafd | blijven, | 5 met het kenmerk dat de aandrijfas die de impeller van de 9 roterende vioeistofpomp aandrijft is geconfigureerd om te | worden voorzien van sen smoortoestez: waardoor een 9 gecontroleerd deel van het werkfluidum dat de roterende | vloeistofpomnp binnengaat van de vioeistofpompsectie naar de 9 10 expansiesectie en/of de generatorsectie caat.

9 Len voordeel van het systeem voor vermogensonwekkino volgens de uitvinding als het gecontroleerde deel van het werkfluidum van de vloeistofpompsectie naar de generatorsectie loopt, is de mogelijkheid om de roterende vloeistofpomp van de viceistofpompsectie rechtstreeks te verbinden met de rotor van de roterende vermogensgenerator, terwijl cavitatie van de roterende vioeistofpomp vanwege de Lekkage van werkfluidumdamp in de roterende vloeistoipomp voorkomen wordt, en verlies van de vermogensopwekkingsefficiëntie voorkomen wordt vanwege grote hoeveelheden werkfluïdum die rechtstreeks van de roterende vloeistofpomp maar de roterende = vermogensgenerator stromer zonder door de verdamper te gaan, Het kleine gecontroleerde deel van het door het smoortcestel doorgelaten werkfluidum dat van de vioeistofpomgsectie naar de generatorsectis gaat, is precies genoeg om de roterende vermogensgenerator gekoeld te houden op een geschikt niveau, hoofdzakelijk door plaatselijke verdamping. De roterende vermogensgenerator wordt hierbij blootgesteld san een druk van het werkfluïdum die lager is dan de druk van het werkfluïidum bij een uitlaat van de

: 3 | viosistofpompsectie, wat schade voorkomt aan de rotor of andere interne onderdelen van de roterende | vermogensgenerator als gevolg van een te hoge druk van het # werkfiuidum.

F Een voordeel van het systeem voor vermogensopwekking volgens 9 de uitvinding als het gecontroleerde deel van het werk£fluidum 9 van de vlosistofpompsectie naar de expansiesectie loopt, is 9 de mogelijkheid om de roterende vloeistofïpomn van de

12 vlioeistoïpompsectie rechtstreeks te verbinden met de rotor van de roterende = expansiemachine, terwijl = cavitatie voorkomen wordt van de roterende vloeistofponp vanwege de lekkage van werkfluidumdamp in de roterende vloeistofpomp en verlies van de vermogensopwekxingsefficiëntie voorkomen wordt vanwege groe noeveelheden werkfiluidum die rechtstreeks van de roterende vlceistofpomp naar de roterende expansiemachine stromen zonder door de verdamper te gaan.

Het kleine gecontroiserde deel van het door het smoortcestel doorgelaten werkfluiïidum dat Var de vloeistoïipompsectie naar de expansiesectie gaat, is precies genoeg com de lagers en overige roterende onderdelen van de roterende ezpansiemachine gekoeld te houden op een geschikt niveau, hoofdzakelijk door plaatseli*ke verdanping.,

Een bijkomend voordeel is dat, indien de roterende vermogensceneraror een generator met permanente magneet is en indien het gecontroleerde deel van het door het smoortcoestel doorgelaten werkfluidum van de viceistofpompsectie naar de generatorsectie loopt, dit

38 gecontroleerde deel van het werkfluidum gebruikt kan worden om de magneten van de roterende vermogenscenserator te koelen. | in een te prefereren uitvoeringsvorm van de uitvinding, is | 5 het sysleem voor vermogensopwekking opgezet als Rankine- | cyclus, bij voorkeur een ORC-cyclus met sen organisch 9 werkfiuidum. 9 In een andere Le prefereren uitvoeringsvorm van de { uitvinding, staat de iniaatpoort van de roterende 9 10 expansiemachine van de expansiesectie in een hogere positie # dan een uitlaatpcort van gencemde roterende expansiemachine.

Bovendien staat de roterende viceistofpomp in een lagere positie dan de inlaatpoort van de roterende expansiemachine.

Dit brengt het voordeel met zich mee dat geëxgandeerd werkiluidum in een gemengde viceibare-dampvormige fase de roterende ezpansiemachine kan verlaten zonder pompverliezen veroorzaakt door een interne opwaartse beweging van werkiluidum in gemengde fase.

De uitvinding kan worden gebruikt voor een geïntegreerde combinatie van één enkele expansiesectie, één onkele vioeistofponpsectie en een generatorsectie.

De uitvinding kan echter ook worden gebruikt voor een geïntegreerde combinatie van twee cf meer expansiesecties, twee of meer viceistoïpompsecties en een generatorsectie. Elk van de expansie- of vloeistofpompsecties kan verscheidene roterende expansiemachines respectievelijk roterende vloeistofpompen cmvatten,

Ce uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor 9 net opwekken van vermogen middels een systeem voor | vermogensopwekking, het systeem voor vermogensopwekking | cmvattende: 9 5 - sen vloeistofpompsectie omvattende sen inlaat en een { roterende = vineistofpomp met een impeller waarin een 9 werkfluidum onder druk wordt gezet en die wordt aangedreven : met sen aandrijfas: 9 - cen verdampersectie omvattende een verdanper waarin het F 10 in de roterende vioeistofpomp onder druk gezette werkf{luidum 9 ten minste deels wordt verdampt door de toevoer van warmte van 9 zen warmtebron; # - een expansgiesectie omvattende een roterende expansiemachine en een roterend expansierelement waarin het in de verdanpersectie Len minste deeis verdampte werkfluidum wordt geërpandeerd; en - een Generatorsectie omvattende gen roterende vermogensgenerator met een rotor, waarbij de expansiesecLie, de vliceistofpompsectie en de generatorsectie roteerbaar verbonden zijn op zodanige wijze dat relstieve rotatiesnelheidsverhoudingen Lussen het roterende expansie-element van de roterende expansiemachine, de impeller van de roterende vineistofromp en de rotor van de roterende vermogensgenerator mechanisch gehandhaafd blijven, met het kenmerk dat een gecontroleerd deel van het werkfluidum dat de roterende vlosistofpomp binnengaat wordt doorgelaten van de viceistofrompsectie naar de expansiesectie en/of de generatorseotie door middel van een smoortcestel, waarvan de aandrijfas waarmee de impeller van de roterende vloeistofpomp wordt aangedreven voorzien is,

waarbij de rcterende expansiemachine en/of roterende 9 vermogensgenerator worden gekoeld door het gecontroleerde | deel van het werkfiuïdum dat van de viceistofpompsectie naar | de expansiesectie respectievelijk de generatorsectie gaat. 9 in een te prefereren uitvoeringsvorm van de uitvinding is een 9 massadeblet van het gecontroleerde deel van het werkfluidum | dat door het smoortoestel wordt doorgelaten van de 9 vioeistofpompsectie naar de expansiesectie en/oË de 9 10 generatorsectie lager dan 25%, bij voorkeur lager dan 10%, | nog iiever lager dan 5%, en het liefst lager dan 3% van een totale massadebiet van het werkfluidum dat wordt toegevoerd oo de inlaat van de vloeistofpompsectie. Op deze manier is het gecontroleerde deel van het werkiluidum precies genoeg om de rctor en andere onderdelen van de roterende vermogensgenerator, respectievelijk de iagers en overige roterende onderdelen van de roterende expansiemachine gekoeld te houden op een geschikt niveau, hoofdzakelijk door plaatselijke verdamping.

Met de intentie om de kenmerken van de uitvinding beter te zonen, worden enkeie te prefereren uitvoeringsvormen van een systeem voor vermogensopwekking volgens de uitvinding waarbij de aandrijfas van de roterende vloeistofpomp is voorzien van een smoortcestel als voorbeeld beschreven, zonder enige beperking, verwijzend maar de begeleidende tekenincen, waarbij: figuren 1A en 1B een schematische weergave zijn van een Fankinercyclus waaronder een systeem voor vermogensopwekking voigens de uitvinding;

: Ziguur 2 tot en met 5 elk een andere variant van het systeem voor vermogensorwekking toneng figuur & in meer detail een afdichting toon: van een aandrijfas van een roterende vloeistofpomp van het systeem ì VOOr vermogensopwekkinig. : In dit geval is het systeem voor vermogensopwekking 1 in figuur ; 1A een Rankine-cyclus omvattende een ceïntegreerde combinatie # 10 2 van een expansiesectie 3, een viceistofnompsectie 4 en een 9 Generatorsectie 5 Bij voorkeur mijn alle roterende onderdelen van de expansiesectie 3 en de generatorsectie 5 en bij voorkeur ook de vineistofgompsectie 4 omsloten door een semi- hermetisch gesloten behuizing 6. Ben roterende viseistcipomg 7 in de vloeistofpompsectie 4 stuwt het werkfluidum door de kringicop door middel van een roterende impeller die wordt aangedreven door een aandrijfas 3 van de roterende vineistofpomp 7, De roterende viceistofpomp 7 kan een roterende verdringerpone zijn, bij voorkeur sen tandwieipomp.

De stroom van het werk£fluïdum door de krinaloop is als volgt, De roterende vloeistofpomp 7 stuwt: het werkfluidum in vloeibare vorm door een verdanpersectie, omvattende een verdamper 3 die zen eerste deel vormet Van een warmtewisseiaar 10. Een verwarmingsmiddel dat warmte van een warmtebron verschaft, stroomt door een tweede deel van de warmtewisselaar 10, bij voorkeur in tegenstroom ten | opzichte van het werkfluidum dat door de verdamper © | stroomt. { 5 De warmtebron kan restwarmte zijn van een procesinstallatie { zoais sen compressorinstallatie, zodanig dat het systeem voor 9 vermogensopwekking 1 een installatie voor omzetting van | restwarmte in vermogen, waarbij gerecupereerde restwarmte 9 vordt omgezet in mechanische of elektrische energie, 9 10 Het werkfluidum verdampt ten minste deels in de verdamer 9 als gevolg van de warmtecverdracht van het verwarmingsniddel naar het werkfluidum en het verlaat de verdamger 9 in een gasvormige of dampvormige toestand of als een mengsel van viceistof en gas of damp.

Het werkfluidom wordt doorgaans gekenmerkt door een gunstigere verdampingseigenschap, namelijk de kooktemperatuur bij de druk van het werkfluidum in de verdamper % met betrekking tot de temperatuur van een verwarmingsmiddel dat het werkfluïdum warmte verschaft in de verdamper 5. Hoe lager de kooktemperatuur van het werkfluïidum in de verdamper 3, hoe beter en efficiënter warmte wordt overgebracht: op het werkfluidum door een verwarmingsmiddel op Lage temperatuur.

Doorgaans wordt een werkfluidum geselecteerd waarvan de temperatuur van het kritisch punt dicht bij een maximumtemperatuur ligt van het verwarmingsmiddel in de warmiewisselaar 15.

Verder kan het werkfiuidum een smeermiddel omvatten cf dienen | als een smeermiddel voor onderdelen van het systeem voor vermogensopwekking 1. 9 5 Een voorbeeld van een geschikt organisch werkfiuidum is 1, 1, 9 1, 3, 3-pentalluoropropaan. Echter, de uitvinding is niet 9 beperkt tot dit specifieke werkfluidum. F Het tenminste deels verdampte werkfluidum dat de verdamper 9 3 verlaat, wordt geëzpandeerd in een roterende excansiemachine 11 in de expansiesectie 3. De roterende 9 expansiemachine 11 is zodanig geconfigureerd dat thermische energie van het werkfluidum kan worden omgezet in mechanische energie, bijvoorbeeld omdat deze geconstrueerd is in de vorm van een roterend expansie-element dat wordt aangedreven door een uitgaande aandrijfas 12 die wordt gekoppeld aan een rotor van eer roterende vermogensgenerator 13 in de generatorsectie 5 om een verbruiker van elektrische energie te voorzien.

220 De roterende expansiemachine 11 in de expansiesectie 3 kan zen verdringende roterende ezpansiemachine zijn, cij voorkeur een roterende expansiemachine met dubbele schroef. De roterende vermogensgenerator 13 in de generatorsectie 5 kan een synchrone generator zijn, bij voorkeur een generator met dpormanente magneet.

Het geëxpandeerde werkfluidun dat de expansiesectie 3 verlaat, stroomt door een condensorsectie omvallende een condensor 1d waar het in contact komt met en wordt gekoeld door een koelmiddel, wat ervoor zorgt dat het werkfluïdum volledig

[ condenseert om te kunnen worden rondgepompt als vloeistof door 9 de roterende vloeistoipom 7 voor een volgende cyclus in de | Rankine-kringioop.

{ S Een gecontroleerd deel 15 van het werkfluïdum dat de roterende 9 vloelstofpomp 7 binnengaat wordt gelekt var de 9 vioeistoipompsectie 4 naar de generatorsectie 5 via een | smoortoestel dat voorzien is op de aandrijfas 8 die de impeller 9 van de roterende vloelstofpomp 7 aandrijft. Dit gecontroleerde 9 10 deel van het werkfluidum 15 loopt over en door de roterende 9 vermogensgenerator 13. Cp deze manier worden de rotor en andere onderdelen van de roterende vermogensgenerator 13 afdoende gekoeld.

15 Zoals aangegeven in fÍiguur 15, kan de positie van de expansiesectie 3 en de generatorsectie 5 onderling worden verwisseld in de behuizing 6, zodanig dat het gecontroleerde deel 15 van het werkfiluidum naar de expansiesectie 3 lekt via het smoortoestel dat voorzien is op de aandrijfas & van de roterende vlioeistofpomp 7. Het gecontroleerde deel 15 van het werkfluidum wordt vervoigens gebruikt voor het koelen van Lagers en andere onderdelen van de roterende expansiemachine il, Het is niet uitgesloten dat het gecontroleerde deel 15 van het werkfiuidum in figuren 1A en/of 1B zowel door de expanziesectie 3 stroomt als door de generatorsectie 5 en wordt gebruikt om zowel de onderdelen van de roterende expansiemachine 11 als de onderdelen van de generator 13 te 32 koelen,

; De expansiesentie 3, de vloeistofpomssectie 4 en de generatorsectie 5 zijn roteerbaar verbonden op zodanige | wijze dat relatieve rotatiesnelheidsverhoudingen tussen het | roterende expansie-element van de roterende expansiemachine | 5 il, de impelier van de roterende vlosistofpomp 7 en de rotor 9 van de roterende vernogensgenerator 13 mechanisch | gehandhaafd blijven. 9 Dit kan worden bereikt door het roterend expansie-element van F de roterende ezpansiemachine 11, de impeiler van de roterende 9 18 vloeistofrome 7, de rotor van de roterende vermogensgenerator 9 13, de aandrijfas 8 van de roterende vlceistofponp 7 en de | aandrijfas 12 van de roterende vermogensgenerator 13 Le | verbinden door middel van tandwielkasten, Echter, het roterend expansies-element van de roterende expansiemachine 11 en/of de imelier van de roterende vlceistofpomp 7 kunnen rechtstreeks op de aandrijfas 8 worden gemcnteerd.

Op vergelijkbare wijze kunnen het roterend expansie-element van de roterende expansiemachine 11 en/of de rotor van de roterende vermogensgenerator 13 rechtstreeks cp de aandrijfas 12 worden gemonteerd.

In een variant van de uitvinding wordt het roterend expansie-element li gemonteerd op de aandrijfas 8 die de impeller van de roterende vloeistofpomp 7 aandrijft.

Verder zb kan het roterend expansie-slement van de roterende expansiemachine il worden cemonteerd op de aandrijfas 12 die de rotor aandrijft van de roterende vermocensgenerator 13, De aandrijfas 8 die de impeller van de roterende vloeistofpomp 7 aandrijft, kan verschillen van de aandrijfas 12 die de rotor van de roterende vernogensgenerator 13 aandrijft, bijvoorbeeld wanneer de impeller van de roterende { viceistofponp 7 wordt aangedreven door sen aandrijfas 8 die 9 is verbonden met een mannelijk rotorelament van de roterende | SS exçansiemachine il en de rotor van de roterende 9 vermogensgenerator 13 wordt aangedreven door een zandrijfae 9 12 die is verbonden met een vrouwelijk rotorseiement van de [ roterende expansiemachine 11 of vice versa, Als aiternatief 9 kan de rotor van de roterende vermogensgenerator 13 worden | 10 aancedreven door dezelfde aandrijfas als de impeller van de | roterende vloeistofpomp 7, zodanig dat aandrijfassen 8 en 12 9 éen en dezelfde aandrijfas worden.

Er zijn verschillende configuraties mogelijk voor de positionering en oriëntatie van de expansiesectie 3, de viceistofpompsectie 4 en de cgeneratcrsectie 5 binnen de semi- hermetisch gesioten behuizing 6, zoals aangegeven in figuren Z tot en met 5.

Figuur 2 is een schematische weergave van een combinatie van een expansiesectie 3, een generatorsectie 5 en een vloeistofpompsectie 4, waarbij deze secties verticaal zijn gemonteerd en roteerbaar zijn verbonden op zodanige wijze dat de relatieve vrotatiesnelheidsverhoudingen tussen het roterende expansiereiement van de roterende expansiemachine il, de inpelier van de roterende viceistofpomp 7 en de rotor vai de roterende vermogensgenerator 13 mechanisch gehandhaafd blijven, Het gecontroleerde deal 15 van het werkfluidum stroomt van de viceilstof[poumpsectie € naar de generatorsectie 5 voor het koelen van de rotor en de overige interne onderdelen van de roterende vermogensgenerator 13.

; De roterende expansiemachine 11 van de expansiesectie 3 is voorzien van een iniaatpeort 16 die een hogere nositie heeft | dan de uitlaatpoort 17 van deze roterende expansiemachine { Li.

De roterende vioeistofpomp 7 van de vloeistofpompsectie | > 4 staat in een lagere positie dan de inlaatpoort 16 van de 9 roterende expansiemachine 11 ter voorkoming van cavitatie # van de roterende vioeistofpomp 7 en de resulterende 9 pompverliezen vanwege een interne opwaartse beweging van 9 werkiluidum in gemengde fase en terugstroming van gasvormig $ 10 of dampvormic werkfluïidum van de roterende expansiemachine 9 11 naar de roterende vloeistoïpomp 7. Figuur 3 toont een variant van de combinatie in figuur 2, waarbij de posities van de expansiesectie 3 en de generatorsectie 5 onderling zijn verwisseld, zodanig dat het gecontroleerde deei 15 van het werkfluïdum dat is dcorgelaten door het smoortcestel dat voorzien is op de aandrijfas & van de roterende vlioeistofpoms 7 van de vloeistofpompsectie 4 stroomt naar de expansiesectie 3 voor het koeien van de lagers en overige roterende onderdelen van de roterende expansiemachine 11. Figuur 4 toont een variant van de combinatie in figuur 2, waarbij de expansiesectie 3, de generatorsectie 5 en de viceistofpompsectie 4 horizontaal zijn gemonteerd.

Figuur 59 toont een variant van de combinatie van een expansieseactie 3, een generatorsectie S en eer vineistofpompsectie 4 in figuur 4, waarbij de posities van de exçansiesectie 3 en de generatorsectie S zijn verwisseld.

1% { In figuur 6 wordt aangetoond dat het gecontroleerde deel 15 | van het werkiluidum gesmoord wordt en lekt via de aandrijfas 8 van de roterende vineistofromp 7 van de | vloeistofpompsectie 4 op sen drukniveau pl naar één van de | > expansiesectis 3 en de generatorsectie 5 op een drukniveau 9 p£ dat lager is dan pl.

In dit geval is het smoortoestel | zen opening tussen de aandrijfss 8 waarop de impeller van 9 de roterende vloeistofpomp 7 is gemonteerd en een afdichting 9 18 van deze aandrijfas 8 tussen de vlosistofpompsectie 4 en : 10 één van de expansiesectie 3 en de generatorsectie 5. Het gecontroleerde deel 15 van het werkfiuïdum dat wordt doorgelaten van de viceistofpompsectie & naar de expansiesectie 3 of de generatorsectie 5 door het smoortoestel, waarvan de aandrijfas 8 die de impeller van de roterende vlceistofromp 7 aandrijft voorzien is, kan worden gebruikt voor het koelen van de rcterende expansiemachine 11 of de roterende vermogensgenerator 13 in een werkwijze voor het opwekken van vermogen met het systeem voor vermogensopwekking 1 volgens de uitvinding.

Bij deze werkwijze wordt de inlaatpoort 16 van de roterende expansiemachine il in de expansiesectie 3 voorzien van ten minste deels verdanpt werkfluïidum afkomstig van de verdamper 2 in de verdanpersectie.

De rotor van de roterende vermogensgenerator 13 wordt gekoeld door en bicotgesteld aan werkfluidum met sen drukniveau dat hoger is dan sen druknivesu van het werkfiuïdum bij een inlaat van de viceistofgpompsectie 4 en lager dan een 32 drukniveau van het werkfiuïdum bij een uitlaat van de vloeistoïpompsectie 4, Terwiji de temperatuur van het wverkfluidum dat de roterende vermogensgenerator 13 koelt: 9 Loensemt tijdens het koelen, kan dit werkfluidum verdampen 9 zodanig dat de rotor van de roterende vermogensgenerator 12 9 wordt bicotgesteid aan een mengsel van vlceibaar en gasvormig | 5 of danpvormis werkfluïidum. 9 De massastroon van het gecontroleerde deel 15 van het | werkiluidum is siechts een klein deel met betrekking tot de 9 totale massastroom van het werkfluïidum dat wordt toegevoerd 9 lu op de inlaat van de vloeistofpompsectie 4, bij voorkeur lager dan 25%, liever lager dan 10%, nog liever lager dan 5%, en het liefst lacer dan 3%. De onderhavige uitvinding is geenszins beperkt tot de uitvoeringsvormen die als voorbeeld beschreven en weergegeven zijn in de tekeningen, maar een systeem voor vermogensopwekking en een werkwijze om vermogen op te wekken met dergelijk systeem voor vermogensopwekking volgens de uitvinding kan worden gerealiseerd in allerlei vormen of afmetingen zonder buiten de beschermingsomnvang van de uitvinding te treden en is Dij uitbreiding ook van toepassing op een Systeem voor vermogensopwekking met meer dan één expansiesectie of wlveistofpompsectie of systeem voor vermogensopwekking omvattende een expansiesectie met meer dan één roterende expansiemachine of een vlceistofpompsectie met meer dan één roterende viceistofpomp.

Claims (3)

1. | Conclusies, : Le Een systeem voor vermogensopwekking omvattende: 9 5 een vlosistofpompsectie (4) omvattende een roterende 9 viceistoïpomp (7) met een impeller waarin een werkfliuïdum 9 onder druk wordt gezet en die wordt aangedreven met een 9 aandrijfas (8); # - een verdampersectie omvattende een verdamper (9) waarin het in de roterende vloeistofpomp (7) onder druk gezette werkiluidum ten minste deels wordt verdampt door de tcevoer van warmte van sen warmtebron; - een expansiesectie {3} omvattende een roterende expansiemachine {11) met een inlaatpoort {16} en een roterend expansierelement waarin het in de verdampersectie ten minste deels verdampte werkfluidum wordt geëxpandeerd; en “een generatorsectie (53 onmvattende een = roterende vermaogensgenerator {13} met een rotor, waarbij de expansiesectie (3), de vliosistofpompsectie (à) en de generatorsectie (5) roteerbaar verbonden zijn op zodanige wijze dat relatieve rotatiesnelheidsverhoudingen tussen het roterende expansie-element van de roterende expansiemachine {11}, de impeller van de roterende viceistofponmp {73 en de rotor van de roterende vernogensgenerator (13) mechanisch gehandhaafd clijven, daardoor gekenmerkt dat de aandrijfas {8} die de impeiler van de roterende viceistofpomp (7) aandrijft is geconfigureerd om te worden voorzien van een smoortoestel waardoor een gecontroleerd deel (15) van het werkfluidum dat de roterende vloeistofpomg

   (7) binnengaat van de vloeistofpompsectie {4} naar de ; expansiesectie (3) en/of de generatorsectie (5) gaat,
2. 2. Het systeem voor vermogensopwekking volgens conclusie : 5 1, daardoor gekernmerkt dat het systeem voor ; vermogensopwexking (13 een Rankine-cyclus is, waarin het : werkfluicdum wordt gecirculeerd. :
3. 3. Het systeem voor vermogensopwekking volgens conclusie 1 9 16 of 2, daardoor gekenmerkt dat de inlaatnoort {16} van de roterende expansiemachine (11) in een hogere positie staat dan een uitlaarpoort {17} van genoemde roterende expansiemachine. dr Het systeem voor vermogensopwekking volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de roterende viceistofnomp {7} in een lagere positie staat dan de iniaatpoort {16} van de roterende expansiemachine {11}.

   B.- Het systeem voor vermogensopwekking volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de roterende vermogensgenerator (13) in de generatorsectie {5} sen synchrone generator is, bij voorkeur een generator met permanente magneet.

   6.- Het systeem voor vermogensopwekking volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat net werkfiuidum een organisch werkiluidum is, To Het systeem voor vermogensopwekking volgens één van de voorgaande conciusies, daardoor gekenmerkt dat het

   : 23 9 werkiluidum een smeermiddel comvat of werkt als een | smeermiddel, | B. Het systeem voor vermogensopwekking volgens één van de # 3 voorgaande conciusies, daardoor gekenmerkt dat het roterend 9 expansie-element wordt gemonteerd op de aandrijfas {8} die de | impeller van de roterende vloeistofpomg {7} aandrijft, 9 Ge Het systeem voor vernogensopwekking volgens één van de F 10 voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het roterende 9 expansie-element wordt gemonteerd op een aandrijfas (12) die 9 de roterende expansiemachine (13) aandrijft, 9 10,- Het systeem voor vermogensopwekking volgens conclusies 8 en 3, daardoor gekenmerkt dat de aandrijfas (8) die de impeller van de rcterende viceistofpomp {7} aandrijft, verschillend is van de aandrijfas {12} die de rotor van de roterende vermogensgenerator (13) aandrijft.

   ll. Het systeem voor vermogensopwekking volgens Gen van de voorgaande conclusies 1 tot en met 8, daardoor gekenmerkt dat de rotor van de roterende vermogensgenerator (133 wordt aangedreven door de aandrijfas (8) die de impelier van de roterende viceistofnpomp {7} aandrijft,

   12.- Het systeem voor vermogensopwekking volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het systeem voor vermogensopwekking {1} verder een semi-hermetisch gesloten behuizing (6} omvat die alle roterende delen omsluit van de roterende expansiemachine {11} en de rcterende verymogensgenerator (15).

   { 24 | 13,- Het systeem voor vermogensopwekking volgens conclusie # 12, daardoor gekenmerkt dat de semi-hermetisch gesloten | behuizing {6} alle roterende delen omsluit van de roterende : vloeistofpomp {7}, 8 5 | 14.- Het systeem voor vermogensopwekking volgens conclusie 9 13, daardoor gekenmerkt dat de positis van de expansiesectie F (3) in de semi-hermetisch gesloten behuizing (6) tussen de 9 vloeistofpompsectie (4) en de generatorsectie (5) is.

   15.- Het systeem voor vermogensopwekking volgens conclusie 13, daardoor gekenmerkt dat de positie van de generatorsectie (5} in de semi-hermetisch gesloten behuizing (6) tussen de vloeistofpompsectie (4) en de expansiesectie {3} is,

   16.7 Het systeem voor vermogensopwekking volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de roterende expansiemachine {T1} ser verdringende expansiemachine is, bij voorkeur een roterende expansiemachine met dubbele schroeï.

   17.- Het systeem voor vermogensopwekking volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de roterende vloeistofpomnp (7) een roterende verdringerpomp is, bij voorkeur een tandwielpomp.

   18.- Het systeem voor vermogensopwekking volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de roterende expansiemachine (1233 en/of de roterende vermogensgenerator (13) in een verticale positie zijn gemonteerd.

   19,- Het systeem voor vermogensopwekking volgens één van de | voorgaande conclusies i tot en met 17, daardoor gekenmerkt : dat de roterende expansiemachine {11} en/of de roterende : vermogensgenerator (13) in een Horizontale positie zijn 9 5 gemonteerd, 9 20.- Het systeem voor vermogensopwekking volgens één van de : voorgaande conclusies, daardcor gekenmerkt dat het smoortoestel een opening is tussen de aandrijfas (8) waarop de impeller van de roterende vloeistofgomp {7) is gemonteerd en een aïdichting (18) van deze aandrijfas (8) tussen de vloelstoipompsectie {4} en éên van de expansiesectie (3) en de generatorsectie (5),

   21.- Een werkwijze voor het opwekken van vermogen middels een systeem voor vermogensopwekking {1}, het systeem voor vermogensopwekking {1} omvattende: - een vioeistofpompsectie (4) cmvattende een inlaat en een roterende vioeistoïpomp (7) met een Imneller waarin een werkfluidum onder druk wordt gezet en die wordt aangedreven met een aandrijfas (8); - cen verdampersectie omvattende een verdamper (9) waarin het in de roterende vloeistofpomp {7} onder druk gezette werk£fluïdum ten minste deels wordt verdampt door de Loevoer van warmte van een warmtebron; - een expansiesectie (3) omvattende een roterende expansiemachine {11} en een roterend expansie-element waarin het in de verdampersectie Len minste deels verdampte werkiluidum wordt geëxpandeerd; en 39 - een generatorsectie (5) omvattende een roterende vermogensgenerator (13) met een rotor,

   waarbij de ezpansiesectie (3), de viceistofpompsectie | {4} en de generatorsectie (5) rotserbaar verbonden zijn co 9 zodanige wijze dat relatieve rotatiesnelheidsverhoudingen : tussen het roterende expansie-element van de roterende expansiemachine {11}, de impelier van de roterende 9 viosistofpomp {73 an de rotor van de roterende | vermogensgenerator (13) mechanisch gehandhaafd blijven, 9 daardoor gekenmerkt dat # een gecontroleerd deel (15) van het werkfluidum dat id de roterende vloeistofnomp {7} binnengaat wordt doorgelaten van de vloeistofpompsectie {4} naar de exvansiesectie (3) en/of de generatorsectie (5) door middel van een smoortoestel, waarvan de aandrijfas (8) die de impeller van de roterende vineistofpomp (7) aandrijft is voorzien, waarbij de roterende expansiemachine {11} en/of roterende vermogensgenerator (13} worden gekceld door het gecontroleerde deel (15) van het werkfluïTdum dat van de vioeistofpompsectie {4} naar de expansiesectie {3} respectievelijk de generatorsectie (5) dcorgelaten wordt.

   22.- Een werkwijze om vermogen op te wekken volgens conclusie 21, daardoor gekenmerkt dat het ten minste deels verdampte werkfluidum dat wordt toegevoerd op een iniaatpoort {16} van de roterende expansiemachine in een gasvormige of dampvormige staat is.

   23.- Een werkwijze om vermogen op te wekken volgens conclusie 21, daardoor gekenmerkt dat het werkfluidum dat wordt toegevoerd op een inlaatpoort (16) van de roterende expansiemachine (11) een mengsel is van vloeibaar en gasvormig of dampvormig werkfluidum.

   24,- Een werkwijze om vermogen op te wekken volgens één van de voorgaande conclusies 21 tot en met 23, daardoor gekenmerkt 9 dat de rotor van de roterende vermogensgenerator (13} wordt | blootgesteld aan een druk uitgeoefend door het werkfluidum die 3 5 hoger is dan een druk van het werkfluïidum op de inlaat van de | viceistoipompsectie (4) en lager dan een druk van het 9 werkiluidum op een uitlaat van de vloeistofpompsectie (4). 9 23." Een werkwijze om vermogen op te wekken volgens één 9 10 van de voorgaande conclusies 21 tot en met 24, daardoor | gekenmerkt dat de rotor van de roterende vermogensgenerator # {13} wordt bisotgesteld aan een mengsel van vloeibaar en gasvormig of danpvormig werkfluïdum.

   26.- Ben werkwijze om vermogen op te wekken volgens één van de voorgaande conclusies 21 tot 25, daardoor gekenmerkt dat een massastroom van het gecontroleerde deel {15} van het werkfluidum dat door een smcortoestel wordt doorgelaten van de viceistofrompsectie (2) naar de expansiesectie (31 en/of de generatorsectie {5} lager is dan 25%, bij voorkeur lager dan 10%, nog liever lager dan 5%, en het liefst lager dan 3% van een totale massastroom van het werkiluidum dat wordt toegevoerd op de inlaat van de vloeistofpompsectie (4).