BE1027172B1 - Power generation system and method of generating power using such power generation system - Google Patents
Power generation system and method of generating power using such power generation system Download PDFInfo
- Publication number
- BE1027172B1 BE1027172B1 BE20195300A BE201905300A BE1027172B1 BE 1027172 B1 BE1027172 B1 BE 1027172B1 BE 20195300 A BE20195300 A BE 20195300A BE 201905300 A BE201905300 A BE 201905300A BE 1027172 B1 BE1027172 B1 BE 1027172B1
- Authority
- BE
- Belgium
- Prior art keywords
- section
- rotary
- working fluid
- generator
- power generation
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
- F01K13/006—Auxiliaries or details not otherwise provided for
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
- F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
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.A power generation system comprising: - a fluid pump section (4) including a rotating fluid pump (7) having an impeller in which a working fluid is pressurized and driven by a drive shaft (8); - an evaporator section comprising an evaporator (9) in which the pressurized working fluid is at least partially evaporated by the application of heat; - an expansion section (3) comprising a rotary expansion machine (11) with an inlet port (16) and a rotary expansion element in which the evaporated working fluid is expanded; and - a generator section (5) comprising a rotating power generator (13) with a rotor, the expansion section (3), the liquid pump section (4) and the generator section (5) being rotatably connected so that relative rotational speed ratios between the rotating expansion element, the impeller and rotor are mechanically maintained, characterized in that the drive shaft (8) driving the impeller is configured to be provided with a throttle device through which a controlled portion (15) of the working fluid entering the liquid pump (7) from the liquid pumping section (4) goes to the expansion section (3) and / or the generator section (5).
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.Power generation system and method for the | Generating power by using such a system | for power generation. | The present invention relates to a system for | power generation comprising an expansion section to sen | the working fluid, a liquid pump section to pressurize this working fluid and a generator section, 9 where the expansion section, the liquid pump section and the generator 9 section are rotatably connected in such a way that the relative rotational speed ratios between the expansion section, the fluid pump section and the 9 # generator section are mechanically maintained.
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 expansiemachineIn particular, the power generation system further comprises a semi-hermetically sealed housing containing all rotating parts of the expansion section, fluid pump section and the generator section, but the power generation system is not limited thereto. It is known in the LS that power is generated in expansion machines by converting the energy associated with the pressure of a working fluid into mechanical kinetic energy of an expansion machine that is a turbine or the like with a rotor, a piston, or the like. This kinetic energy can be further converted into electrical energy in a rotating power generator having a rotor rotatably connected to the expansion machine by means of a shaft, coupling, transmission, belt, or the like. The expansion machine
; 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.; 2 can be powered with a working fluid that is circulated in a closed loop known as the Rankine cycle or Rankine cycle., This closed | circuit is provided with a liquid pump to successively circulate the working fluid through an evaporator section comprising one or more evaporators | wherein the working fluid from the liquid pump is at least partly converted into gas or vapor under high pressure; | - the expansion section: - a condenser section comprising one or more condensers 9 connected to a refrigerant circuit with refrigerant, | e.g. water or air, for complete condensation of the working fluid into fluid which is recirculated by the fluid pump for a subsequent cycle. To close the Rankine cycle, an outlet of the fluid pump section is in fluid communication with an inlet of the evaporator section, an outlet of the evaporator press section in viable connection with an inlet of the expansion section, is an outlet of the expansion section in liquid communication with the inlet of the condenser section, and is an outlet of the condenser in reversible connection with an inlet of the liquid plug section.
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 roterendeThe working fluid can be selected as an organic working fluid, the Rankine cycle being known by the name of Organic Kankin cycle or OPC. A disadvantage of organic working fluids is that they are usually explosive, toxic or expensive. As a result, mechanical shaft seals are required where rotating parts of a rotary expansion machine and / or rotating
| 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.| power generator penetrate the housing containing the working fluid around the rotor of the expansion machine | respectively the generator and they are in contact with the | escape air.
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.Such mechanical seals are expensive and generally require extensive maintenance. A common way to avoid the use of mechanical seals between the working fluid and the | ambient air, is to design compact "sem- 9 10 hermetic" oË "integrated" combinations of the expansion engine and the power generator.
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.With "semi-hermetic" or "integrated" combinations of an expansion engine and a power generator, a combination of an expansion engine and a power generator is covered in a housing in which all rotating parts of the expansion engine and generator are completely enclosed by the housing and thus insulated. of contact with the ambient air, Examples of semi-hermetic or integrated combinations of an expansion machine and a generator are described inter alia in US 4,185,465 on DE 10 2012 016 488, EP 0004609 shows a semi-hermetic combination of a scrubber expansion machine, a screw compressor and a electric motor in a coolant as a working fluid.
JP H 05195808 en CN 2056290297 Loner geïntegreerde combinaties van een expansiemachine, een generator en een viceistofnomp.JP H 05195808 and CN 2056290297 Loner integrated combinations of an expansion engine, a generator and a vice nomp.
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 deOne drawback of integrated combinations of an expansion machine, a generator and a liquid pump is the prevention of unwanted internal leakage of the working fluid into the housing between the expansion section and the
: 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.: expansion engine, the generator section with the generator and the | fluid gum section with the vice fluid pump, due to the occurrence of significantly different pressure levels of the working fluid in these sections of the housing.
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.Such internal leaks not only reduce the efficiency of the; power generation, but also the reliability of the 3 power generation system due to violent sudden 9 evaporation when the working fluid is in a mixed viosible | gaseous or mixed liquid-vapor form. In addition, cavitation cop occurs in the vice pump when | vapor of the high pressure working fluid leaks from the expansion section or generator section to the liquid pump. 9 Furthermore, large amounts of vice may leak from the liquid pump through the liquid pump drive shaft to the condenser without passing the evaporator, resulting in a lower energy generation efficiency, where “power generation efficiency” is defined as the ratio of mechanical energy generated in the expansion section in relation to the sum of the heat transferred in the evaporator to the working fluid and the work supplied to the viscous fluid pump.
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 combinatieAlternatively, proper seals of the fluid tip drive shaft to prevent leakage of the fluid tip through the drive shaft are subject to wear and require unwanted maintenance. In addition, if the generator is a permanent magnet generator, the magnets of this generator can be permanent magnet suffer from insufficient cooling due to the compact size of the integrated combination
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.5, from the expansion machine, generator and liquid pump, resulting in permanent performance damage. 9 EF à 386 727 describes a power generation system Which is designed as a Rankiner cycle comprising a turbo expansion engine including an integrated combination of | expansion section, a liquid pump section and a motor | generator section, wherein the engine generator section is cooled by a portion of the working fluid passing through the | The drawback of this system design is that the generator is internally exposed to the high pressure of the working fluid at the flap of the liquid pump section, which can cause permanent damage to the rotor and other internal parts of the 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.WO 8Z / 02741 describes a Rankine cycle turbine regenerator system with an integrated combination of an expansion section, a liquid pump section and generator torch section on a single vertical axis in a hermetically sealed housing, with part of the working fluid coming from the condenser by a booster pump upstream of the fluid pump section is rumbled to the shaft bearings for lubrication and 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 hetThe cooling of the generator is achieved by leakage of the working fluid from the upper bearing assembly and a vice pump into the fluid pump section., The disadvantage of this system is the need for a booster pump, in addition to the fluid hull, to pressurize the part of the working fluid. which is used for lubricating and chilling the iagers, to prevent evaporation of said part of the
€ 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.€ working fluid and the production of vapor in the bearing hollows due to the addition of small amounts of heat causing the correct functioning of the Éluidum as a hydrodynamic | lubricant in the bearings.
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.In addition, the | 5 rotor and other internal parts of the power generator {again affected by the high pressure of the working fluid in | the spaces between the bearings and at the outlet of the liquid pumping section. The object of the present invention is to provide a solution to one or more of the above and / or 9 other disadvantages. To that end, the invention relates to on a power generation system comprising: - a vice pump section comprising a rotary vice pump having an impeller in which a working fluid is pressurized and driven by a drive shaft; - an evaporator section comprising an evaporator in which the working fluid pressurized in the rotary vice pump is at least partly evaporated by the supply of heat from a heat source; the expansion section comprising a rotary expansion machine with an inlet port and a rotary expansion element in which the working fluid at least partially vaporized in the evaporator section is expanded; and - server section comprising a rotary power generator having a rotor, wherein the expansion section, the liquid pump section and the generator section are rotatably connected in such a way that the relative rotational speed ratios between the rotary power generator element of the rotary expansion machine, the impeller of the rotary liquid pump and the rotor of the 9 the movable power generator is mechanically maintained | stay, | 5 characterized in that the drive shaft driving the impeller of the rotary liquid pump is configured to be | be fitted with sen smoortoestez: so that a controlled part of the working fluid that the rotating | liquid pump enters from the liquid pump section to the expansion section and / or the generator section.
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 de9 An advantage of the power generation system according to the invention, when the controlled part of the working fluid runs from the liquid pump section to the generator section, is the possibility to connect the rotary liquid pump of the vice pump section directly to the rotor of the rotary power generator, while allowing cavitation of the the rotary liquid pump because of the Leakage of working fluid vapor in the rotary liquid pump is prevented, and loss of the power generation efficiency is prevented because of large amounts of working fluid coming directly from the rotary liquid pump but the rotating power generator flow without passing through the evaporator, The small controlled part of the working fluid passed through the throttling unit and passing from the liquid pump section to the generator section is just enough to keep the rotary power generator cooled to a suitable level, mainly by local evaporation. The rotating power generator is exposed to a pressure of the working fluid that is lower than the pressure of the working fluid at an outlet of the working fluid.
: 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.: 3 | liquid pump section, which prevents damage to the rotor or other internal parts of the rotating | power generator due to too high a pressure of the working fluid.
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 deAn advantage of the power generation system according to the invention as the controlled portion of the working fluid 9 runs from the liquid pump section to the expansion section, is the ability to remove the rotating liquid pump from the
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.12 fluid pump section connects directly to the rotor of the rotary expansion machine, while = preventing cavitation of the rotary fluid pump due to the leakage of working fluid vapor into the rotary fluid pump, and loss of the power generation efficiency is prevented due to growing amounts of working fluid directly from the rotary fluid pump to the rotary expansion machine without going through the evaporator.
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.,The small controlled portion of the working fluid passed through the throttle unit that passes from the fluid pump section to the expansion section is just enough to keep the bearings and other rotating parts of the rotary tensioning machine cooled to a suitable level, mainly through local evaporation.,
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, ditAn additional advantage is that if the rotating power generator is a permanent magnet generator and if the controlled portion of the working fluid passed through the throttle coefficient runs from the vice pump section to the generator section, this
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.The controlled portion of the working fluid can be used to cool the magnets of the rotating power censerator. | in a preferred embodiment of the invention, | 5 the power generation system set up as Rankine- | cycle, preferably an ORC cycle with an organic working fluid. In another preferred embodiment of the invention, the inlet port of the rotary expansion machine of the expansion section is in a higher position # than an outlet port of the said rotary expansion machine.
Bovendien staat de roterende viceistofpomp in een lagere positie dan de inlaatpoort van de roterende expansiemachine.In addition, the rotary vice pump is in a lower position than the inlet port of the rotary expansion machine.
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.This has the advantage that expanded working fluid in a mixed vice-vapor phase can exit the rotary tensioning machine without pumping losses caused by an internal upward movement of mixed phase working fluid.
De uitvinding kan worden gebruikt voor een geïntegreerde combinatie van één enkele expansiesectie, één onkele vioeistofponpsectie en een generatorsectie.The invention can be used for an integrated combination of a single expansion section, one single fluid punch section, and a generator section.
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,However, the invention can also be used for an integrated combination of two or more expansion sections, two or more vice-pump sections and a generator section. Each of the expansion or liquid pump sections can include several rotary expansion machines or rotary liquid pumps, respectively.
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,The invention also relates to a method for generating power by means of a system for | power generation, the power generation system | including: 9 5 - a liquid pump section comprising an inlet and a rotating hydrogen pump with an impeller in which a 9 working fluid is pressurized and driven: with a drive shaft: 9 - an evaporator section comprising an evaporator in which the F 10 in the rotary pressurized working fluid pump 9 is at least partially vaporized by the application of heat from a heat source; # - an expansion section comprising a rotary expansion machine and a rotary expansion element in which the least amount of working fluid evaporated in the evaporation section is expanded; and - a generator section comprising a rotary power generator having a rotor, wherein the expansion section, the liquid pump section and the generator section are rotatably connected in such a way that relative rotational speed ratios are looped between the rotary expansion element of the rotary expansion machine, the impeller of the rotary vine hull and the rotor. of the rotary power generator are maintained mechanically, characterized in that a controlled portion of the working fluid entering the rotary liquid pump is passed from the vice hull section to the expansion section and / or the generator gear by means of a throttle set, the drive shaft of which controls the impeller of the rotary liquid pump is provided,
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.wherein the reactive expansion engine and / or rotary power generator are cooled by the controlled | part of the working fluid from the vice pump section to | the expansion section and the generator section respectively. 9 in a preferred embodiment of the invention is a mass bleed of the controlled portion of the working fluid | allowed by the throttle device from the 9 liquid pump section to the expansion section and / or the 9 10 generator section less than 25%, preferably less than 10%; still far less than 5%, and most preferably less than 3% of a total mass flow rate of the working fluid supplied to the inlet of the fluid pump section. In this way, the controlled part of the working fluid is just enough to keep the reactor and other parts of the rotary power generator, respectively the bearings and other rotating parts of the rotary expansion machine cooled to a suitable level, mainly by local evaporation.
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;With the intention to better understand the features of the invention, some preferred embodiments of a power generation system according to the invention in which the rotary liquid pump drive shaft is exemplified are described, without limitation, referring to the accompanying drawings, in which: Figures 1A and 1B are a schematic representation of a Fankiner cycle including a power generation system according to the invention;
: 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.: Figures 2 to 5 each show a different variant of the power sensor generation system; figure & show in more detail a seal: of a drive shaft of a rotary liquid pump of the system ì FOR power generation. : In this case, the power generation system is 1 in figure; 1A a Rankine cycle comprising an integrated combination # 10 2 of an expansion section 3, a vice cluster section 4 and a 9. Generator section 5 Preferably mine all rotating parts of the expansion section 3 and the generator section 5 and preferably also the vine substance gum section 4 enclosed by a semi - hermetically sealed housing 6. A rotating visistcipomg 7 in the liquid pump section 4 propels the working fluid through the kringicop by means of a rotary impeller driven by a drive shaft 3 of the rotary vinegar pump 7, The rotary vice pump 7 may be a rotary displacement pin, preferred gear pump.
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.The flow of the working fluid through the crimp loop is as follows. The rotating fluid pump 7 propels the working fluid in liquid form through a evaporator section comprising an evaporator 3 forming the first part of a heat exchanger 10. A heating means that takes heat from a heat source. flows through a second part of the heat exchanger 10, preferably countercurrently relative to the working fluid flowing through the evaporator © | flows. {5 The heat source can be residual heat from a process installation {such as a compressor installation, such that the power generation system 1 is an installation for conversion of | residual heat into capacity, whereby recovered residual heat 9 is converted into mechanical or electrical energy, 9 10 The working fluid evaporates at least partly in the evaporator 9 due to the heat transfer from the heating medium to the working fluid and it leaves the evaporator 9 in a gaseous or vapor form state or as a mixture of viscous substance and gas or vapor.
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.The working fluid is generally characterized by a more favorable evaporation property, namely the boiling temperature at the pressure of the working fluid in the evaporator% with respect to the temperature of a heating means that provides heat to the working fluid in the evaporator 5. The lower the boiling temperature of the working fluid in the evaporator. evaporator 3, the better and more efficiently heat is transferred: to the working fluid by a heating means at Low temperature.
Doorgaans wordt een werkfluidum geselecteerd waarvan de temperatuur van het kritisch punt dicht bij een maximumtemperatuur ligt van het verwarmingsmiddel in de warmiewisselaar 15.Typically, a working fluid is selected whose critical point temperature is close to a maximum temperature of the heating means in the heat exchanger 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.Furthermore, the working fluid may comprise a lubricant or serve as a lubricant for components of the power generation system 1. An example of a suitable organic working fluid is 1, 1, 9, 1, 3, 3-pentalluoropropane. However, the invention is not limited to this particular working fluid. F The at least partially evaporated working fluid exiting the evaporator 9 3 is expanded in a rotary expansion machine 11 in the expansion section 3. The rotary 9 expansion machine 11 is configured so that thermal energy of the working fluid can be converted into mechanical energy, for example because it is constructed is in the form of a rotary expansion element driven by an output drive shaft 12 coupled to a rotor of a rotary power generator 13 in the generator section 5 to supply a consumer with electrical energy.
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.220 The rotary expansion machine 11 in the expansion section 3 may be a displacement rotary expansion machine, preferably a twin screw rotary expansion machine. The rotating power generator 13 in the generator section 5 may be a synchronous generator, preferably a permanent magnet generator.
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 volledigThe expanded working fluid leaving the expansion section 3 flows through a condenser section falling over a condenser 1d where it contacts and is cooled by a refrigerant, causing the working fluid to be completely
[ condenseert om te kunnen worden rondgepompt als vloeistof door 9 de roterende vloeistoipom 7 voor een volgende cyclus in de | Rankine-kringioop.[condenses to be pumped around as liquid by 9 the rotating liquid nozzle 7 for another cycle in the | Rankine Circle.
{ 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.{S A controlled portion 15 of the working fluid entering the rotary fluid pump 7 is leaked from the 9 fluid pump section 4 to the generator section 5 via a | throttle device provided on the drive shaft 8 which drives the impeller 9 of the rotary liquid pump 7. This controlled portion of the working fluid 15 overflows and through the rotating power generator 13. In this manner, the rotor and other parts of the rotating power generator 13 are cooled sufficiently.
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,As shown in figure 15, the position of the expansion section 3 and the generator section 5 can be interchanged in the housing 6, such that the controlled part 15 of the working fluid leaks to the expansion section 3 through the throttling device provided on the drive shaft &. of the rotary fluid pump 7. The controlled part 15 of the working fluid is furthermore used for cooling Bearings and other parts of the rotary expansion machine. It is not excluded that the controlled part 15 of the working fluid in Figs. 1A and / or 1B can be both flows through the expansion section 3 as through the generator section 5 and is used to cool both the parts of the rotary expansion machine 11 and the parts of the generator 13,
; 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.; The expansion zone 3, the fluid pump section 4 and the generator section 5 are rotatably connected in such a way that | way that relative rotational speed ratios between the | rotary expansion element of the rotary expansion machine | 5 il, the impelier of the rotary liquid pump 7 and the rotor 9 of the rotary power generator 13 mechanical | be maintained. 9 This can be accomplished by the rotary expansion element of F the rotary tensioning machine 11, the impeiler of the rotary fluid flow 7, the rotor of the rotary power generator 9 13, the drive shaft 8 of the rotary fluid punch 7 and the | drive shaft 12 of the rotary power generator 13 Le | connection by means of gearboxes. However, the rotary expansion element of the rotary expansion machine 11 and / or the imelier of the rotary liquid pump 7 can be mounted directly on the drive shaft 8.
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.Similarly, the rotary expansion element of the rotary expansion machine 11 and / or the rotor of the rotary power generator 13 can be mounted directly on the drive shaft 12.
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.In a variant of the invention, the rotating expansion element li is mounted on the drive shaft 8 which drives the impeller of the rotating liquid pump 7.
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.Furthermore, the rotary expansion element of the rotary expansion machine 1 can be mounted on the drive shaft 12 which drives the rotor of the rotary power generator 13. The drive shaft 8 which drives the impeller of the rotary liquid pump 7 may be different from the drive shaft 12 which drives the the rotor of the rotating power generator 13, for example when the impeller of the rotating power generator 7 is driven by a drive shaft 8 which is connected to a male rotor element of the rotating power generator. The SS expansion machine 11 and the rotor of the rotary power 9 generator 13 is driven by a sand drive 9 12 which is connected to a female rotor element of the rotary expansion machine 11 or vice versa. As alternative 9, the rotor of the rotary power generator 13 can be used. 10 driven by the same drive shaft as the impeller of the | rotating liquid pump 7, such that drive shafts 8 and 12 9 become one and the same drive shaft.
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.Various configurations are possible for the positioning and orientation of the expansion section 3, the vice pump section 4 and the generator section 5 within the semi-hermetically sealed housing 6, as indicated in Figures Z to 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.Figure 2 is a schematic representation of a combination of an expansion section 3, a generator section 5 and a liquid pump section 4, these sections being vertically mounted and rotatably connected in such a way that the relative rotational speed ratios between the rotary expansion element of the rotary expansion machine il, the rotor of the rotary vice pump 7 and the rotor of the rotary power generator 13 are mechanically maintained. The controlled deal 15 of the working fluid flows from the vice-fluid [pump section to the generator section 5 for cooling the rotor and the other internal parts of the rotary power generator 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.; The rotary expansion machine 11 of the expansion section 3 is provided with an inlet port 16 which has a higher position | then the outlet port 17 of this rotary expansion machine {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.The rotary liquid pump 7 of the liquid pump section | > 4 is in a lower position than the inlet port 16 of the 9 rotary expansion machine 11 to prevent cavitation # of the rotary liquid pump 7 and the resulting 9 pump losses due to an internal upward movement of 9 mixed phase working fluid and backflow of gaseous $ 10 or vapor-forming working fluid from the rotary expansion machine 9 11 to the rotary liquid pump 7. Figure 3 shows a variant of the combination in Figure 2, in which the positions of the expansion section 3 and the generator section 5 are interchanged, such that the controlled part of the working fluid that is, the throttle set provided on the drive shaft & of the rotating fluid pumps 7 of the fluid pump section 4 flows to the expansion section 3 for cooling the bearings and other rotating parts of the rotary expansion machine 11. Figure 4 shows a variant of the combination in Figure 2, where the expansion section 3, the generator section 5 and the vi liquid pump section 4 are mounted horizontally.
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.Fig. 59 shows a variant of the combination of an expansion action 3, a generator section S and a nitrogen pump section 4 in Fig. 4, in which the positions of the expansion section 3 and the generator section S are reversed.
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.1% {Figure 6 shows that the controlled portion 15 | of the working fluid is throttled and leaks via the drive shaft 8 of the rotating vineyard fuselage 7 of the | liquid pump section 4 at a pressure level pl to one of the | > expansion section 3 and the generator section 5 at a pressure level 9 p £ which is lower than 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.In this case, the choke device is | a gap between the drive shaft 8 on which the impeller of the rotary liquid pump 7 is mounted and a seal 9 18 of this drive shaft 8 between the liquid pump section 4 and one of the expansion section 3 and the generator section 5. The controlled part 15 of the working fluid which is passed from the vice pump section & to the expansion section 3 or the generator section 5 by the throttle device, of which the drive shaft 8 driving the impeller of the rotary liquid fuselage 7 is provided, can be used for cooling the retroactive expansion machine 11 or the rotary power generator 13 in a method of generating power with the power generation system 1 according to the invention.
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.In this method, the inlet port 16 of the rotary expansion machine 11 in the expansion section 3 is supplied with at least partially evaporated working fluid from the evaporator 2 in the evaporator section.
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.The rotor of the rotary power generator 13 is cooled by and subjected to working fluid with a pressure level higher than a pressure level of the working fluid at an inlet of the vice pump section 4 and less than a 32 pressure level of the working fluid at an outlet of the fluid pump section 4, While the temperature of the working fluid cooling the rotating power generator 13: 9 Loensemt during cooling, this working fluid may evaporate 9 such that the rotor of the rotating power generator 12 9 is bicotified to a mixture of liquid and gaseous | 5 or danpform is working fluid. 9 The mass throne of the controlled part 15 of the | working fluid is only a small fraction of the 9 total mass flow of the working fluid being supplied 9 lu at the inlet of the liquid pump section 4, preferably less than 25%, more preferably less than 10%, even more preferably less than 5%, and preferably lacer than 3%. The present invention is by no means limited to the embodiments exemplified and illustrated in the drawings, but a power generation system and method of generating power with such a power generation system according to the invention can be realized in a variety of shapes or sizes without Beyond the scope of the invention, the expansion also applies to a power generation system with more than one expansion section or fluid pump section or power generation system comprising an expansion section with more than one rotary expansion machine or a liquid pump section with more than one rotary vice pump.
Claims (3)
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FIEP20705261.4T FI3947922T3 (en) | 2019-04-05 | 2020-02-11 | Power generation system and method to generate power by operation of such power generation system |
| ES20705261T ES2941798T3 (en) | 2019-04-05 | 2020-02-11 | Power generation system and method for generating power by operating said power generation system |
| JP2021559325A JP7266707B2 (en) | 2019-04-05 | 2020-02-11 | Power generation system and method of generating power by operation of such power generation system |
| EP20705261.4A EP3947922B1 (en) | 2019-04-05 | 2020-02-11 | Power generation system and method to generate power by operation of such power generation system |
| US17/600,424 US11585245B2 (en) | 2019-04-05 | 2020-02-11 | Power generation system and method to generate power by operation of such power generation system |
| DK20705261.4T DK3947922T3 (en) | 2019-04-05 | 2020-02-11 | ENERGY PRODUCTION SYSTEM AND METHOD OF PRODUCING ENERGY BY OPERATING AN ENERGY PRODUCTION SYSTEM |
| CN202080026020.XA CN113661307B (en) | 2019-04-05 | 2020-02-11 | Power generation system and method of generating power by operating such power generation system |
| PCT/IB2020/051081 WO2020201843A1 (en) | 2019-04-05 | 2020-02-11 | Power generation system and method to generate power by operation of such power generation system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201962829738P | 2019-04-05 | 2019-04-05 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BE1027172A1 BE1027172A1 (en) | 2020-10-27 |
| BE1027172B1 true BE1027172B1 (en) | 2020-11-05 |
Family
ID=66630064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BE20195300A BE1027172B1 (en) | 2019-04-05 | 2019-05-07 | Power generation system and method of generating power using such power generation system |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113661307B (en) |
| BE (1) | BE1027172B1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140102098A1 (en) * | 2012-10-12 | 2014-04-17 | Echogen Power Systems, Llc | Bypass and throttle valves for a supercritical working fluid circuit |
| FR3004487A1 (en) * | 2013-04-16 | 2014-10-17 | IFP Energies Nouvelles | METHOD FOR CONTROLLING THE OPERATION OF A CLOSED CIRCUIT OPERATING ACCORDING TO A RANKINE CYCLE AND CIRCUIT USING SUCH A METHOD. |
| WO2016205188A1 (en) * | 2015-06-15 | 2016-12-22 | Eaton Corporation | Integrated expander-pump assembly |
| WO2016207289A2 (en) * | 2015-06-25 | 2016-12-29 | Nuovo Pignone Tecnologie Srl | Waste heat recovery simple cycle system and method |
| WO2017027480A1 (en) * | 2015-08-13 | 2017-02-16 | Echogen Power Systems, L.L.C. | Heat engine system including an integrated cooling circuit |
| US20170241297A1 (en) * | 2016-02-23 | 2017-08-24 | Double Arrow Engineering | Waste thermal energy recovery device |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4185465A (en) | 1976-01-29 | 1980-01-29 | Dunham-Bush, Inc. | Multi-step regenerated organic fluid helical screw expander hermetic induction generator system |
| IL56763A (en) | 1978-04-10 | 1981-12-31 | Hughes Aircraft Co | Cryogenic refrigeration system comprising screw compressorexpander |
| US4362020A (en) * | 1981-02-11 | 1982-12-07 | Mechanical Technology Incorporated | Hermetic turbine generator |
| FI66234C (en) * | 1981-10-13 | 1984-09-10 | Jaakko Larjola | ENERGIOMVANDLARE |
| JPH05195808A (en) | 1992-01-21 | 1993-08-03 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | Screw engine |
| WO2002090747A2 (en) * | 2001-05-07 | 2002-11-14 | Battelle Memorial Institute | Heat energy utilization system |
| CA2394819A1 (en) * | 2002-08-09 | 2004-02-09 | Douglas Wilbert Paul Smith | Combined pump generator and turbine |
| JP3676333B2 (en) * | 2002-09-18 | 2005-07-27 | 三菱重工業株式会社 | Bottoming cycle power generation system |
| US20080122226A1 (en) * | 2006-11-29 | 2008-05-29 | Ebara International Corporation | Compact assemblies for high efficiency performance of cryogenic liquefied gas expanders and pumps |
| JP2008248830A (en) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Kyushu Denshi Giken Kk | Compound turbine system and hot water power generation device using same |
| IT1399882B1 (en) | 2010-05-14 | 2013-05-09 | Nuova Pignone S R L | TURBOESPANSORE FOR POWER GENERATION SYSTEMS |
| US20130134720A1 (en) * | 2010-08-09 | 2013-05-30 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki | Waste heat utilization apparatus |
| JP5751885B2 (en) * | 2011-03-29 | 2015-07-22 | 株式会社神戸製鋼所 | Power generation system and power generation apparatus |
| JP2013169029A (en) * | 2012-02-14 | 2013-08-29 | Kobe Steel Ltd | Power generator |
| DE102012016488A1 (en) | 2012-08-17 | 2014-02-20 | Jörg Müller | Expansion machine for use as steam screw, scroll expander, turbine or piston machine for gas and vapor of organic Rankine cycle process, is connected to magnetic field-generating rotor, where power is generated by magnetic field |
| CN205956014U (en) * | 2016-07-15 | 2017-02-15 | 西门子公司 | Integral type power generation system |
| CN206290297U (en) | 2016-11-18 | 2017-06-30 | 袁建华 | A kind of Organic Rankine Cycle TRT |
| CN106996315A (en) * | 2017-05-17 | 2017-08-01 | 苏州欧拉透平机械有限公司 | ORC expands machine driving generator and liquid pump energy-conservation unit |
-
2019
- 2019-05-07 BE BE20195300A patent/BE1027172B1/en active IP Right Grant
-
2020
- 2020-02-11 CN CN202080026020.XA patent/CN113661307B/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140102098A1 (en) * | 2012-10-12 | 2014-04-17 | Echogen Power Systems, Llc | Bypass and throttle valves for a supercritical working fluid circuit |
| FR3004487A1 (en) * | 2013-04-16 | 2014-10-17 | IFP Energies Nouvelles | METHOD FOR CONTROLLING THE OPERATION OF A CLOSED CIRCUIT OPERATING ACCORDING TO A RANKINE CYCLE AND CIRCUIT USING SUCH A METHOD. |
| WO2016205188A1 (en) * | 2015-06-15 | 2016-12-22 | Eaton Corporation | Integrated expander-pump assembly |
| WO2016207289A2 (en) * | 2015-06-25 | 2016-12-29 | Nuovo Pignone Tecnologie Srl | Waste heat recovery simple cycle system and method |
| WO2017027480A1 (en) * | 2015-08-13 | 2017-02-16 | Echogen Power Systems, L.L.C. | Heat engine system including an integrated cooling circuit |
| US20170241297A1 (en) * | 2016-02-23 | 2017-08-24 | Double Arrow Engineering | Waste thermal energy recovery device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113661307B (en) | 2023-06-02 |
| CN113661307A (en) | 2021-11-16 |
| BE1027172A1 (en) | 2020-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7266707B2 (en) | Power generation system and method of generating power by operation of such power generation system | |
| US4738111A (en) | Power unit for converting heat to power | |
| JP6259473B2 (en) | Lubrication and cooling system | |
| US7637108B1 (en) | Power compounder | |
| US4617808A (en) | Oil separation system using superheat | |
| US20230417151A1 (en) | Intercooled Cascade Cycle Waste Heat Recovery System | |
| CN106089435A (en) | A kind of compressor system with supercritical carbon dioxide as working medium | |
| AU2008233326B2 (en) | Screw-rotor machine, energy-conversion system and method for energy conversion | |
| US9376938B2 (en) | Waste heat power generator | |
| EP2877712B1 (en) | Hermetically sealed turbo expander system for use in organic rankine cycles and organic rankine cycle plant | |
| CN110578560A (en) | ORC circulation system based on static pressure air bearing | |
| CN211116145U (en) | ORC circulation system based on static pressure air bearing | |
| EP0010210B1 (en) | Power generation-refrigeration system and method of operating the same | |
| JP4311982B2 (en) | Power generation apparatus and power generation method | |
| CN107780988A (en) | For running the apparatus and method of volume expanding machine | |
| BE1027172B1 (en) | Power generation system and method of generating power using such power generation system | |
| CN111594280A (en) | Double-turbine gas suspension ORC power generation system and control method | |
| JP2007218507A (en) | Heat pump device and control method thereof | |
| CN212454556U (en) | Double-turbine gas suspension ORC power generation system | |
| CN212837970U (en) | Two-stage turbine gas suspension ORC power generation system | |
| KR101563629B1 (en) | Generating system for organic rankine cycle | |
| JP4265714B2 (en) | Waste heat absorption refrigerator | |
| JPH02252901A (en) | Lubricating device for screw expander | |
| WO2023148602A1 (en) | Turbo machine with integrated speed reducer / multiplier |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Effective date: 20201105 |