CN104884748A - 涡轮装置及包括其的废热回收发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡轮装置及包括其的废热回收发电系统。根据这种本发明，可以得到如下改善效果：用非接触式电磁轴承代替机械(接触)式轴承结构而延长涡轮寿命，同时提高发电效率，并且还容易利用废热，另一方面，通过轮盘单元的结构改善和机械式轴承单元的适当配置来稳定地保持装置的运转。

Description

涡轮装置及包括其的废热回收发电系统
技术领域
本发明涉及一种涡轮装置，更详细地，涉及一种用非接触式电磁轴承代替机械(接触)式轴承结构而延长涡轮寿命，同时提高发电效率，并且也容易利用废热，另一方面，通过轮盘单元的结构改善和机械式轴承单元的适当配置来稳定地保持装置运转的涡轮装置，及本发明涉及包括其的废热回收发电系统。
背景技术
通常，发电站根据所利用的能源种类和其发电方式划分为水力发电站、火力发电站、原子能发电站或者复合型发电站等。
另一方面，近年来集中对工业体系中所产生的废热进行回收并将其应用于发电(能源)系统，从而实现再利用废热而不浪费的技术进行研究。
即，对从各种炉或者烧结工艺等中排出的带热量的高温废气的炼钢厂、或从熟石灰加工过程中所产生的高温废气回收废热，并将其应用于发电系统的技术进行研究。
例如在炼钢厂，焦炭制造工艺或高炉等中产生相当大量的废热，此时废热温度约为150℃-300℃程度，这一温度还不足以实现商业化。
另一方面，目前正对利用海水的温度差、或工业现场的废热的发电系统进行研究，但是，当将水等液体用作发电用工作流体时，其温度差需达到250℃以上，因此难以实现商业化。
另外，需要上述工作流体的温度差的理由如下：在发电涡轮设备中，不仅使用旋转的机械接触式滚珠轴承或滑动轴承作为大部分的动力传递器具，而且通过在轴向上摩擦较大的螺杆来传递动力，因此，由这些引起的摩擦会使发电效率降低，从而难以通过低温的废热来发电，最终难以将废热利用用在商业化中。
因此，目前炼钢厂或水泥厂所产生的高温废气大部分被浪费掉而不能作为废热进行再利用。
例如，在韩国公开专利第2012-0058582号中提出了关于将从发动机废弃的能量作为电力来再生/回收的实用的废热发电的技术，在该公报中公开了用于支撑涡轮主轴(47)的轴承为推力轴承(thrustbearing)。
另外，韩国公开专利第2006-0010427号中公开了一种气体涡轮装置，尤其公开了使用推力轴承和滑动轴承的技术。
而且，日本公开专利第2011-083150号中公开了一种加速型发电机，并公开了在两端使用机械接触式轴承(滚珠轴承)的技术。
因此，在通常的发电设备的涡轮装置中，将机械接触式轴承用于转子(旋转轴)，从而包含上文中描述的上述实质性问题。
尤其，这种机械接触式轴承使用常规的油(润滑油)，因此也会产生油泄漏的问题。除此之外，现有的系统使用蒸汽或高温气体，因此发生伴随涡轮的水锤现象的问题。
发明内容
技术问题
因此，在本技术领域中一直需要这样一种涡轮装置，所述涡轮装置用非接触式电磁轴承代替机械(接触)式轴承而延长涡轮寿命，同时提高发电效率，并且也容易利用废热，另外，通过轮盘单元的结构改善和机械式轴承单元的适当配置以稳定地保持装置运转，以及需要一种包括其的废热回收发电系统。
技术方案
为实现上述需求，本发明的技术上的一个方面提供一种涡轮装置，其包括：
旋转轴，其与从工作流体接收旋转力的叶轮连接；
发电单元，其连接于所述旋转轴并用于发电；
径向电磁轴承单元，其分别在所述发电单元的前侧和后侧中的至少一处、以与所述旋转轴形成间隔而非接触地支撑旋转轴的方式设置；以及
轴向电磁轴承单元，其设置在所述旋转轴的至少一处以控制旋转轴的轴向位移。
另外，本发明的技术上的另一方面，提供一种废热回收发电系统，其包括：
所述涡轮装置；
工作流体供应部，其利用废热向所述涡轮装置供应工作流体，；
及工作流体处理部，其用于对从所述涡轮装置提取的工作流体进行处理。
发明的效果
根据本发明，在现有涡轮装置中，用非接触式电磁轴承代替机械接触式动力传递器具(轴承、螺杆等)来消除摩擦，由此可以用低压低温的工作流体(制冷剂)代替液体(水)，从而延长涡轮的寿命，同时可以使利用其的发电效率最大化。
尤其，本发明的涡轮装置由于采用通过双向结构与轴向电磁轴承单元连接的轮盘单元，因此可以精密地控制旋转轴的径向和轴向的位移。
而且，本发明的涡轮装置设置有在电磁轴承停止工作时进行工作的机械式轴承单元，并通过调整电磁轴承单元和机械式轴承单元的间隔来稳定地保持涡轮装置的运转。
据此，在设置有本发明涡轮装置的发电系统的情况下，即使使用低温工作流体也可以充分进行发电，因此，容易使利用从工业现场产生的现有废热的技术实现商业化，从而使废热回收率(使用率)最大化。
附图说明
图1是示出本发明的发电系统的整体结构图。
图2a及图2b是示出本发明的涡轮装置的第一、二实施例的整体结构图。
图3及图4是示出本发明的涡轮装置所具备的发电单元的永磁体的排列的主视图及立体图。
图5a及图5b是示出由图3、4的发电单元永磁体的排列引起的磁力的图表。
图6a及图6b是用于说明在本发明涡轮装置中基于电磁体和永磁体的电磁轴承单元的磁悬浮的原理的模式图。
具体实施方式
以下，(参照附图)说明本发明的优选实施方案。但是，本发明的实施方案可以以各种其他方案变形，本发明的范围并不限定于以下所进行说明的实施方案。另外，本发明的实施方案是为了向本领域具有普通知识的技术人员更加完整地说明本发明而提供的(为更明确进行说明，可以放大附图中的元件的形状及大小等)。
图1、图2至图6示出包括本发明的涡轮装置的废热回收发电系统(200)及涡轮装置(1)的详细结构。
首先，基于图2至图6说明本发明的涡轮装置(1)，其次对包括本发明的涡轮装置的废热回收发电系统(200)进行说明。
另外，图2a及图2b分别示出将电磁体(62)用作旋转轴的径向电磁轴承单元(60)的装置和将永磁体(64)用作旋转轴的径向电磁轴承单元(60)的装置，除此之外的大部分结构元件相同(将在下文中进行详细说明)。
因此，以图2a为基础进行说明，与其不同的结构元件以图2b进行说明。
如图2a所示，本发明的涡轮装置(1)主要包括：旋转轴(20)，其与从工作流体接收旋转力的叶轮(10)连接；发电单元(40)，其连接于所述旋转轴(20)并用于产生电；及多个电磁轴承单元，其非接触地支撑所述旋转轴，并且在旋转轴的互不相同的第一方向和第二方向上排列。
此时，在本实施例中，实际上可以将所述旋转轴的互不相同的第一方向和第二方向理解为旋转轴的径向和旋转轴的轴向。
另外，本发明可以使用旋转轴(20)或者组装在其外表面的辊结构体(22)。对于这种辊结构体(22)而言，在相关部件的组装或设备维护保养时仅更换辊结构体即可，当使用与电磁轴承元件相关的磁性体时，优选辊结构体以磁性体形成，而并不是将旋转轴整体以磁性体形成。
此时，辊结构体在主视图时可为环状结构。
而且，在以下本实施例的说明中，将第一方向限定为径向而进行说明，旋转轴的径向电磁轴承单元(60)(将在下文中详细描述)作为“径向电磁轴承单元(60)”进行说明，将旋转轴的轴向电磁轴承单元(80)(将在下文中详细描述)作为“轴向电磁轴承单元(80)”进行说明。
因此，现有的大部分涡轮装置在用于支撑旋转轴的部位使用机械接触式轴承部件，与此相反，如图2a所示，本发明的涡轮装置(1)通过使用径向及轴向电磁轴承单元(60)、(80)，将非接触式轴承元件用作用于支撑旋转轴的轴承元件。
特别地，本发明的涡轮装置(1)的实质性特征在于，实际上排列有两个径向电磁轴承单元(60)和至少一个轴向电磁轴承单元(80)。
另外，图2a及图2b示出了将轴向电磁轴承单元(80)配置在径向电磁轴承单元(60)和叶轮(10)之间的情况，但是其设置数量或设置位置并不限定于图2所示的情况，也可以将轴向电磁轴承单元(80)配置在径向电磁轴承单元(60)之间。
然而，当径向及轴向电磁轴承单元(60)、(80)优选分别以两个和一个排列的情况下，可以优选采用图2的排列。
最终，在本发明的涡轮装置(1)的情况下，当接收由工作流体发生碰撞所产生的旋转力的叶轮(10)进行高速旋转时，旋转轴(20)进行高速旋转，并且当该旋转轴(20)进行高速旋转时，发电单元(40)产生电，并且通过本发明的径向轴承单元(60)(将在下文中详细描述)来以无摩擦的方式稳定地支撑旋转轴的旋转，所述轴向电磁轴承单元(80)可通过电磁力控制轴向位移的变化。
由此，本发明的涡轮装置代替了现有的机械接触式装置如滚珠轴承或推力轴承，因此，降低了由现有轴承元件的摩擦所引起的发电在商业化方面的受限程度，从而即使使用低压低温的工作流体也可以进行稳定的发电。
此时，优选地，本发明的涡轮装置(1)中使用的工作流体可以是150℃-300℃范围内的低温工作流体，例如，对于本发明的涡轮装置(1)中使用的工作流体，可以使用在低温下也具有大膨胀力的H2、R134a、R245a、n-戊烷或一般的生物气等来代替现有的水(液体)。
由此，本发明的涡轮装置(1)使用低温工作流体，因此，考虑到工业废热的60％以上在上述温度范围内，本发明装置可以直接利用现有技术中难以利用的由加热炉、烧结炉、高炉等产生的废气，而无需另行对其进行升温等，最终容易进行基于废热回收的能源应用。
另外，可以将这种低温(低压)工作流体应用于本发明是因为使用本发明的径向及轴向电磁轴承单元(60)、(80)来代替现有的摩擦严重的机械接触式轴承元件，因此不产生摩擦，从而即使不产生250℃的温度差也可以应用。
其结果是，本发明可以直接将现有工业中广泛产生的废气用作能源，因此废热回收率非常高。
接着，如图2a及图3、4所示，在本发明的涡轮装置(1)中，所述发电单元(40)包括：设置在所述旋转轴(20)的永磁体(42)，即转子；设置在永磁体(42)外侧的壳体单元(30)的线圈(44)，即定子。
因此，如果工作流体与叶轮(10)发生碰撞并对叶轮(10)施加旋转力，从而使旋转轴(20)高速旋转，则永磁体(42)进行旋转并将磁力施加于线圈，从而如众所周知那样会产生电。
此时，本发明的涡轮装置(1)中，这种发电单元(40)的永磁体(42)可以以特定结构设置，基本上，在本发明的发电单元(40)中，所述永磁体(42)可以在旋转轴(20)的圆周方向上排列有多个。
即，如图2a及图3所示，本发明的发电单元(40)的永磁体(42)可以以极性互相不同的磁体在旋转轴的圆周方向和径向中的至少一个方向上堆叠的结构排列。
优选地，永磁体(42)可以具有极性(S极、N极)互相不同的磁体(42a)、(42b)在旋转轴(20)的圆周方向和径向上堆叠并交替排列的结构。
此时，对于所述永磁体而言，适当的单元磁体可以在旋转的长度方向连续设置是理所当然的。
因此，如图3所示，对于本发明发电单元(40)的永磁体(42)而言，在旋转轴(20)的圆周方向上具有适当长度的单元S极磁体(42a)和N极磁体(42b)交替堆叠的方向，以水平(轴半径方向)及垂直(轴圆周方向)形成，因此，与简单地排列磁体的情况相比，产生进一步增加的磁力，从而提高线圈(44)上的电产生能力。
或者，如图4所示，具有相同极性的永磁体(42a)、(42b)可以在旋转轴(20)的圆周方向上交替排列，在该情况下，磁体可以被设置为单元磁体安装在鼓元件(46)的安装部(在附图中示意性示出)。
由此，如图4所示，由于具有单元磁体连续设置的结构，因此，与使用现有的细长延伸的单个磁体的情况相比，能够产生更加充分的磁力，由此更能提高基于线圈的电产生能力。
更优选地，如图3及图4所示，本发明的发电单元(40)的永磁体具有其截面积在旋转轴的径向方向上越靠向外侧越大的四边形结构。
即，如果单元磁体具有上表面长度D2比下表面长度D1更大的四边形结构，则磁力产生面积在径向上扩大，因此可以产生更充分的磁力。
例如，这种图3及图4的永磁体的四边形结构是用于在旋转轴旋转时抑制涡流的损失而提高电发电能力的。
另外，最优选地，将永磁体以如图4所示的排列安装在旋转轴(20)，对此，在图5a及图5b中示出基于永磁体的排列的磁力产生程度的图表。
即，与图5a所示的极性互相不同的永磁体(42a)、(42b)互相交替且无堆叠而排列的情况相比，如图5b所示，使极性互相不同的永磁体(42a)、(42b)在竖直及水平方向上咬合配置以使其堆叠的方向互不相同，则能够使磁力产生能力以非常大的幅度增加，因此，在本发明的发电单元(40)中，即使作为转子的旋转轴侧的永磁体(42)与作为定子的线圈(44)隔开现有技术的10mm间隔的约2.5倍的间隔而配置(在图2a示意性示出)，也能充分产生电。
因此，图2a及图4的永磁体的排列是最优选的，但是如上所述，图3的永磁体的排列也能提供充分的发电能力。
具体而言，在本发明的涡轮装置(1)的情况下，如果工作流体(制冷剂)发生膨胀并与叶轮(10)碰撞而对叶轮(10)施加旋转力，由此使叶轮旋转，则作为定子的永磁体(42)也一体旋转，从而由定子所产生的时变磁场在被固定的作为定子的线圈生成钢板感应电流而产生电。
特别地，在现有技术中，当涡轮装置的旋转轴旋转时，在轴向上螺杆强制性地被旋转的同时发生线接触，在径向上发生基于滚珠轴承、推力轴承或者滚柱轴承元件的点接触，因此在现有技术中，在发电初期需要相当大的启动转矩，尤其在轴承元件中发生油(润滑油)的泄露或水锤现象而降低维护效率，并且发电效率也存在限制，从而可进行对工业废热中达到60％的中低温废热的回收。这可以使适用流体的幅度变宽从而还可以提高发电效率。
接着，图2a、图2b及图6示出在本发明涡轮装置(1)中，实质上利用(电)磁力以非接触且无摩擦的方式支撑旋转轴(20)的高速旋转的本发明的电磁轴承单元。
即，如图2a及图2b所示，本发明的涡轮装置(1)的所述电磁轴承单元包括：径向电磁轴承单元(60)，其设置在发电单元(40)的前侧和后侧中的至少一处，并与所述旋转轴之间形成间隔(G1)而以非接触且无摩擦的方式支撑旋转轴(20)；及轴向电磁轴承单元(80)，其设置在所述旋转轴的至少一处以控制旋转轴的轴向位移。
特别地，本发明的所述轴向电磁轴承单元(80)在所述旋转轴(20)的轮盘单元(90)之间，以通过电磁阻力在轴承单元与轮盘单元之间形成间隔(G2)的同时控制(防止)旋转轴的轴向位移的方式设置(在图6中详细说明)。
另一方面，更优选地，在本发明的涡轮装置(1)还包括在所述旋转轴(20)上搭载的径向电磁轴承单元(60)和上文中描述的发电单元(40)的永磁体(42)的作为一体中空结构体的辊结构体(22)。
因此，如图2a及图2b所示，本发明的装置中，与叶轮(10)连接组装的连接轴(24)组装有旋转轴(20)，所述旋转轴(20)的外侧组装有中空管形状的辊结构体(22)，这种辊组装体(24)由(强)磁性体形成以产生电磁阻力。
当然，在不使用这种辊结构体(22)的情况下仅仅使用旋转轴也可，因此，旋转轴(20)或者辊结构体(22)优选由(强)磁性体形成。
接着，在本发明的涡轮装置(1)中，以非接触且无摩擦的状态支撑旋转轴(20)，由此可以代替现有的机械接触式轴承元件而使用低温工作流体的本发明的径向电磁轴承单元(60)的具体说明如下。
例如，如图2a所示，本发明的径向电磁轴承单元(60)包括电磁体(62)，其用于产生电磁阻力，使得在电磁轴承单元(60)与分别由(强)磁性体形成的旋转轴(20)或设置于旋转轴的辊结构体(22)之间形成间隔“G1”。
这种电磁体(62)可以通过在下文中详细描述的壳体单元(30)来排列固定在旋转轴的外侧。
因此，如图2a所示，通过未图示的脉冲宽度调制器来向所述电磁体(62)施加单相或者三相交流电流时，在电磁体产生时变磁场，由此在电磁体与旋转轴(20)或设置于旋转轴的辊结构体(22)之间产生电磁阻力，最终在旋转轴或者辊结构体与电磁体之间形成规定的间隔“G1”，从而可以实现基于磁悬浮以非接触且无摩擦的状态支撑旋转轴。
另一方面，所述电磁体可以由适当的单元电磁体堆叠而成。
此时，设置在所述壳体单元(30)侧的电磁体(62)以如下方式形成：从旋转轴正面看时，环状电磁体或者短路的环状结构的电磁体(环状结构)在旋转轴的圆周方向上堆叠(在图2a中示意性示出)。
另外，如图2b所示，在本发明的涡轮装置(1)中，也可以利用永磁体来构筑所述径向电磁轴承单元(60)。
例如，所述具有不同形状的径向电磁轴承单元(60)包括：永磁体(64)，其设置于旋转轴(20)或者设置于在旋转轴设置的辊结构体(22)；相邻永磁体(64)，其设置在壳体单元(30)侧并由相邻的S极永磁体(64a)和N极永磁体(64b)交替排列而成。
因此，当旋转轴(20)旋转时，在旋转轴侧的永磁体(64)和壳体单元(30)侧的相邻永磁体(64)之间形成由磁悬浮引起的间隔(G3)，由此可以以非接触且无摩擦的状态支撑旋转轴(20)。
另一方面，图6a及图6b中示出了通过本发明的径向电磁轴承单元(60)的磁悬浮方式可以支撑旋转轴的原理。
即，在图6a中，当向与组装在旋转轴(20)的外周面的(强)磁性体的辊结构体(22)(在上文中描述)隔开间隔而配置的电磁轴承单元的S极电磁体(62a)和N极电磁体(62b)施加单相或者三相交流电流时，通过磁场随时间变化的时变磁场来生成感应电流，并且在电磁体和辊结构体之间形成阻力(Drag Force)和悬浮力(LeviationForce)，此时，在达到临界旋转速度之前，主要形成的是阻力、即磁悬浮力，而不是悬浮力。
另外，如图6b所示，在旋转轴或者辊结构体(22)排列永磁体(64)，并在其相反侧的壳体单元(30)侧交替排列S极电磁体(64a)和N极电磁体(64b)的情况下，在旋转轴旋转时，通过磁场随时间变化的时变磁场来生成感应电流，并且在这些永磁体之间形成阻力和悬浮力，由此可形成实现非接触且无摩擦的状态的磁悬浮力。
接着，如图2a及图2b所示，本发明的轴向电磁轴承单元(80)与径向电磁轴承单元(60)一样也包括电磁体(82)(在附图中示意性示出)，并且在这种电磁体的轴向轴承单元(80)的内侧形成有轮盘单元(90)，所述轮盘单元(90)在旋转轴(20)或者连接轴(24)通过焊接等在旋转轴的径向上水平设置，即，形成有设置在连接轴(24)的第一轮盘(92)和与所述第一轮盘垂直相交而设置的轴向第二轮盘(94)。
此时，所述第一、二轮盘可以由磁性体形成。
因此，如图2a及图2b示，当单相或者三相交流电流从脉冲宽度调制器向构成所述轴向电磁轴承(80)的电磁体(82)施加时，如上文中对径向电磁轴承单元(60)充分说明那样，由于在所述第一、二轮盘(92)、(94)之间形成磁悬浮力，因此在这些轮盘之间形成间隔“G2”，由此轮盘虽在电磁体内部旋转但以非接触的方式保持间隔，最终由于轴向电磁轴承单元的位移被限制，从而控制产生很小的旋转轴的轴向位移。
接着，如上文中对本发明的涡轮装置(1)描述的那样，图2示出了：与旋转轴(20)(或者设置于旋转轴的辊结构体(22))及与叶轮(10)连接的连接轴(24)相连接，并包围径向电磁轴承单元(60)和轴向电磁轴承单元(80)的同时将其支撑的装置的壳体单元(30)。
即，如图2所示，本发明的壳体单元(30)通过在中央侧第一、二壳体(33)、(34)的两侧依次以螺纹连接的方式组装后方侧第三壳体(32)和前方侧第四壳体(35)及其外侧的后方侧第一帽构件(31)和前方侧第二帽构件(34)而成，其中，中央侧的径向电磁轴承单元(60)的电磁体(62)或永磁体(64)搭载并固定在所述中央侧第一、二壳体(33)、(34)，并且在所述中央侧第一、二壳体(33)、(34)之间配置有作为定子的线圈(44)。
另外，轴向轴承单元(80)的电磁体在轮盘单元的外侧通过螺栓组装于前方侧第四壳体(35)和第二帽构件(34)之间的空间。
另外，所述壳体的内侧组装有用于固定电磁体或永磁体的固定环(38)，从而防止电磁体或永磁体的脱离。
接着，本发明的涡轮装置(1)还可以包括用于感应所述旋转轴(20)的旋转的感应传感器单元(130)，例如可以包括：第一传感器(132)(或传感器感应体)，其设置在旋转轴或者设置在组装于旋转轴的辊结构体(22)；及传感器感应体(134)或者第二传感器，其在第一传感器(132)的外侧组装于第三壳体(32)和第四壳体(35)的内侧面。
因此，旋转轴或者辊结构体(22)与旋转轴一体地旋转时，传感器也一体地旋转，由此，可以通过传感器单元(130)来实时地感应旋转轴是否旋转或者旋转轴的旋转速度。
接着，图2a及图2b所示，还包括机械接触式轴承(110)，其设置在所述旋转轴(20)和装置壳体(110)之间，并在电磁轴承的停止工作时用于支撑旋转轴。
即，在本发明的电磁轴承单元(60)、(80)中，当电磁体由于电流供应异常而不能进行磁悬浮时，由所述机械接触式轴承(110)代替旋转轴的旋转进行支撑。
然而，在可以进行正常的发电，即可以施加正常的交流电流的情况下，需通过径向电磁轴承单元(60)来支撑旋转轴的旋转，因此，优选地，所述径向电磁轴承单元(60)与旋转轴或者设置在旋转轴的辊结构体之间的间隔“G1”、或者径向电磁轴承单元的永磁体(64)之间的间隔“G3”，大于所述机械式轴承(110)、旋转轴(组装构件)和连接轴24之间的间隔。
例如，所述电磁轴承单元侧间隔“G1”、“G3”为80-200μm，所述机械接触式轴承(110)侧间隔形成为40-70μm，仅在电磁轴承停止运转时实现机械接触式轴承(110)对旋转轴的支撑。
此时，虽在图2a及图2b中没有用额外的附图标记示出，所述机械接触式轴承(110)可以设置在设置于旋转轴(20)的辊结构体(22)的端部的固定环(未图示)和壳体单元(30)的第一帽构件(31)之间。
例如，如图2b所示，基于永磁体的径向电磁轴承单元(60)的永磁体(64)间的间隔“G3”优选为5-200μm，所述轴向电磁轴承(80)的电磁体(82)和轮盘单元(90)的第一、二轮盘(92)、(94)的间隔“G2”优选为100-500μm左右。
接着，图1示出了包括上文中说明的本发明的涡轮装置(1)的废热回收发电系统(200)。
首先，从本发明的涡轮装置(1)的发电单元(40)所生产的电力，经过电力传送部(110)(例如，传送线路和高压变电所、压变电所及架杆变压器)降低电压后，向需要电力的家庭(120)或工业设施等输送。
另外，如图1所示，本发明的涡轮装置(1)设置在与外部隔离而密闭的箱体(2)内部，在所述箱体(2)连接有：工作流体的供应线；用于提取在发电之后待提取的被加热而膨胀的工作流体的提取线。
因此，本发明的废热回收发电系统(200)包括：所述涡轮装置(1)；工作流体供应部(230)，其利用废热向所述涡轮装置供应工作流体；及工作流体处理部(210)，其对从所述涡轮装置提取的工作流体进行处理。
此时，具体而言，本发明的工作流体供应部(230)可以是，与废热供应源(240)(即产生高温废气(废热)的炼钢厂的烧结炉、高炉等)连接的加热器；所述工作流体处理部(210)可以是，使从本发明的涡轮装置(1)提取的被加热而膨胀的低压低温的工作流体凝结，从而生成凝结的工作流体(制冷剂)的凝结器。
因此，如上所述，本发明的废热回收发电系统(200)可以是将(低压)低温工作流体作为媒介回收大致低温的温度范围(60℃-300℃)的热源而产生电的系统。
另外，凝结器(210)将从本发明的涡轮装置(1)提取的低温工作流体相变为液体，经过被凝结器(210)被凝结的工作流体即制冷剂通过泵体(250)来供应至加热器(230)，此时，在所述泵体上流侧和下流侧可分别配置有凝结槽(250)和预热器(260)，并且在加热器和涡轮装置之间可配置过热器(270)。
产业上的可利用性
据此，上文中描述的本发明的涡轮装置及包括其的发电系统，用非接触式电磁轴承代替机械(接触)式轴承结构而延长涡轮寿命，同时提高发电效率，并且还容易利用废热利用，另一方面，通过轮盘单元的结构改善和机械式轴承单元的适当配置来稳定地保持装置的运转。
在上文中对本发明的实施例进行了详细说明，但是本发明的权利范围并不限于此，本领域技术人员在不脱离权利要求书所记载的本发明的技术构思的范围内，可以进行各种修改及变形是显而易见的。

Claims (12)

1.一种涡轮装置，其包括：
旋转轴，其与从工作流体接收旋转力的叶轮连接；
发电单元，其连接于所述旋转轴并用于产生电；
径向电磁轴承单元，其分别在所述发电单元的前侧和后侧的至少一处以与所述旋转轴之间形成间隔而非接触地支撑所述旋转轴的方式设置；以及
轴向电磁轴承单元，其设置在所述旋转轴的至少一处以控制旋转轴的轴向位移。
2.根据权利要求1所述的涡轮装置，其特征在于：
所述轴向电磁轴承单元在设置于所述旋转轴的轮盘单元之间形成间隔以控制轴向位移。
3.根据权利要求2所述的涡轮装置，其特征在于：
所述轮盘单元包括：
旋转轴的径向方向上的第一轮盘，其设置在旋转轴或者设置在与叶轮连接并组装于旋转体的连接轴；和
旋转轴的轴向方向上的第二轮盘，其设置在所述第一轮盘。
4.根据权利要求1所述的涡轮装置，其特征在于：
所述发电单元包括：转子，其包括设置在所述旋转轴的永磁体；和定子，其包括排列在所述转子的外侧的线圈，
在所述发电单元的永磁体中，具有互不相同的极性的磁体在所述旋转轴的圆周方向和径向方向上堆叠并沿着旋转轴交替排列，或者具有互不相同的极性的磁体在所述旋转轴的圆周方向上互相隔开间隔而配置。
5.根据权利要求4所述的涡轮装置，其特征在于：
作为所述发电单元的转子的永磁体具有其截面积在旋转轴的径向方向上越向外侧越大的四边形结构。
6.根据权利要求1所述的涡轮装置，其特征在于：
所述径向电磁轴承单元包括由磁性体而形成的电磁体，所述电磁体可产生磁悬浮，使得在所述径向电磁轴承单元与旋转轴或者设置于旋转轴的辊结构体之间形成间隔，
所述轴向电磁轴承单元包括由磁性体而成的电磁体，所述电磁体可产生磁悬浮，使得在设置于旋转轴的轮盘单元之间形成间隔。
7.根据权利要求1所述的涡轮装置，其特征在于：
所述径向电磁轴承单元包括：永磁体，其设置在旋转轴或者设置在设置于旋转轴的辊结构体；相邻永磁体，其用于在与永磁体之间形成间隔。
8.根据权利要求1所述的涡轮装置，其特征在于：
还包括装置壳体单元，其与所述旋转轴或者设置于旋转轴的辊结构体连接，并且包围且支撑电磁轴承单元。
9.根据权利要求8所述的涡轮装置，其特征在于：
还包括机械接触式轴承，其设置在所述旋转轴和装置壳体单元之间，并在电磁轴承单元停止工作时用于支撑旋转轴。
10.根据权利要求9所述的涡轮装置，其特征在于：
所述径向电磁轴承单元与旋转轴或者设置于旋转轴的辊结构体之间的间隔、或者设置于径向电磁轴承单元的永磁体之间的间隔，大于所述机械接触式轴承的间隔，
所述机械接触式轴承在电磁轴承单元停止工作时进行工作。
11.根据权利要求1所述的涡轮装置，其特征在于：
还包括传感器单元，其用于感应所述旋转轴的旋转。
12.一种废热回收发电系统，其包括：
权利要求1至11中任一项所述的涡轮装置；
工作流体供应部，其利用废热向所述涡轮装置供应工作流体；以及
工作流体处理部，其对从所述涡轮装置提取的工作流体进行处理。
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