CN114867931B - 冷能发电用涡轮和具备冷能发电用涡轮的冷能发电系统 - Google Patents

Abstract

提供一种冷能发电用涡轮，设置于热介质循环线路，该热介质循环线路构成为供用于加热液化气体的热介质循环，该冷能发电用涡轮具备：转子轴；内侧壳体；外侧壳体；包含发电机转子和发电机定子的发电机；第一级动叶片；第一级静叶片；第二级静叶片；第二级动叶片；以及热介质流路，该热介质流路被划定于内侧壳体的外周面与外侧壳体的内周面之间，并且从第一级静叶片的上游到第二级动叶片的下游为止沿着转子轴的轴向延伸。

Description

冷能发电用涡轮和具备冷能发电用涡轮的冷能发电系统

技术领域

本发明涉及一种冷能发电用涡轮和具备冷能发电用涡轮的冷能发电系统，该冷能发电用涡轮设置于热介质循环线路，该热介质循环线路构成为供用于加热液化气体的热介质循环。

背景技术

液化气体(例如，液化天然气)以输送、贮存为目的而被液化，在向都市燃气、火力发电等供给目的供给时，通过海水等热介质升温而进行气化。在使液化气体气化时，存在不将低温能量排放至海水，而是作为电力回收的冷能发电。

作为使用了液化天然气的冷能发电循环，已知有ORC(Organic Rankine Cycle：有机朗肯循环)。ORC是在冷凝器(复水器)中用液化天然气对在闭环内循环的沸点比水低的低温工作流体进行冷却并使其冷凝之后，通过泵进行升压，并在蒸发器中将海水等作为热源进行加热而使其蒸发，将该蒸气导入冷能发电用涡轮而得到动力的循环过程。

用于ORC等的回收低温能量而发电的冷能发电用涡轮一般是仅在发电机的轴的一端配置涡轮的结构。但是，在该结构的情况下，需要在另一方的轴端设置配重。

在专利文献1中，记载了一种为了冷能发电装置的小型化而在同一壳体内将两个径向涡轮与发电机配置于同轴上的冷能发电用涡轮。在该冷能发电用涡轮中，在轴的中央部配有发电机，并且在轴的两端配置有径向涡轮。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平8-218816号公报

发明所要解决的技术问题

由于发电机以高速旋转，因此需要冷却，但作为其冷却方式一般是水冷方式。在专利文献1所公开的技术中，为了冷却发电机，需要确保冷却源(冷却水)，需要设置冷却所需的设备、冷却流路等冷却机构。因此，可能导致冷能发电装置大型化。

发明内容

鉴于上述的情况，本发明的至少一个实施方式的目的在于，提供一种冷能发电用涡轮，不需要冷却机构，或使冷却机构小规模化，由此能够抑制装置的大型化。

用于解决技术问题的技术手段

为了达成上述目的，一个方式的冷能发电用涡轮设置于热介质循环线路，该热介质循环线路构成为供用于加热液化气体的热介质循环，具备：

转子轴；

内侧壳体，该内侧壳体将所述转子轴收容为能够旋转；

外侧壳体，该外侧壳体配置于所述内侧壳体的外周侧；

发电机，该发电机包含在所述转子轴的外周面形成的发电机转子和被所述内侧壳体的内周面支承的发电机定子；

第一级动叶片，该第一级动叶片与所述发电机转子相比设置于所述转子轴的一方侧；

第一级静叶片，该第一级静叶片在相比所述第一级动叶片位于所述一方侧的位置被所述外侧壳体的内周面或所述内侧壳体的外周面支承；

第二级静叶片，该第二级静叶片在相比所述发电机转子位于所述转子轴的另一方侧的位置被所述外侧壳体的所述内周面或所述内侧壳体的所述外周面支承；

第二级动叶片，该第二级动叶片与所述第二级静叶片相比设置于所述另一方侧；以及

热介质流路，该热介质流路被划定于所述内侧壳体的外周面与所述外侧壳体的所述内周面之间，并且从所述第一级静叶片的上游到所述第二级动叶片的下游为止沿着所述转子轴的轴向延伸。

发明的效果

根据本发明的冷能发电用涡轮，能够提供一种冷能发电用涡轮，不需要冷却机构、或使冷却机构小规模化，由此抑制装置的大型化。

附图说明

图1是概略性地表示具备本发明的一实施方式的冷能发电用涡轮的冷能发电系统的整体结构的概略结构图。

图2是本发明的一实施方式的冷能发电用涡轮的概略剖视图。

图3是图2所示的冷能发电用涡轮的A-A剖视图。

图4是本发明的一实施方式的冷能发电用涡轮的概略剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的几个实施方式进行说明。但是，作为实施方式记载或附图所示的构成零件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并不意在限定本发明的范围而仅仅是说明例。

例如，“向某方向”、“沿着某方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或“同轴”等表示相对或绝对的配置的表述不仅表示严格地按这样配置，还表示带有公差或带有能够得到相同功能的程度的角度、距离而相对位移的状态。

例如，“相同”、“相等”及“等同”等表示物事相等的状态的表述，不仅表示严格相同的状态，还表示存在公差或存在能够得到相同功能的程度的差的状态。

例如，表示四边形状、圆筒形状等形状的表述不仅表示几何学上的严谨的四边形状、圆筒形状等形状，还表示在能够得到相同效果的范围内，包含了凹凸部、倒角部等的形状。

另一方面，“具备”、“包含”、或“具有”一个构成要素的表述，并非是排除其他构成要素的存在的排他性的表现。

此外，存在对相同的结构标注相同的符号并省略说明的情况。

(冷能发电系统)

图1是概略性地表示具备本发明的一实施方式的冷能发电用涡轮的冷能发电系统的整体结构的概略结构图。

本实施方式的一实施方式的冷能发电系统100是经由用于加热液化气体的热介质将液化气体所具有的低温能量作为电力回收用的冷能发电系统100。

冷能发电系统100没有特别地限定，但例如设置于以下说明的水上漂浮结构体10A或陆用的液化气体基地10B。

水上漂浮结构体10A是能够在水上漂浮的结构体。水上漂浮结构体10A包含：具有构成为驱动螺旋桨等推进器的推进装置，并通过驱动推进装置而能够行驶的船舶；不具有推进装置的浮体。在水上漂浮结构体10A中，储存液状的液化气体，并通过海水等加热并气化液状的液化气体，并使其流入未图示的发动机而得到推进力。在使液化气体气化时，并非通过冷能发电系统100将低温能量排放至海水，而是通过后述的冷能发电用涡轮1来回收为电力。

在陆用的LNG(液化气体)基地10B中，接收并贮存LNG输送船所输送的液化气。然后，在向都市燃气、火力发电站等液化气体的供给目标进行供给时，通过海水等加热液化气体而使该液化气体变回气体。在使液化气体气化时，并非通过冷能发电系统100将低温能量排放至海水，而是通过后述的冷能发电用涡轮1来回收为电力。

这里，在以下的实施例中，以本发明的冷能发电系统100设置在上述的水上漂浮结构体10A中的将液化气体作为燃料的船舶10的情况为例进行说明。

如图1所示，冷能发电系统100具备：冷能发电用涡轮1、液化气体供给线路2、冷凝器3、加热流体供给线路4、冷能用泵5、蒸发器7以及热介质循环线路9。冷能发电用涡轮1、冷凝器3、冷能用泵5以及蒸发器7通过热介质循环线路9而分别连接。另外，液化气体供给线路2与冷凝器3连接。另外，加热流体供给线路4与蒸发器7连接。热介质循环线路9、液化气体供给线路2以及加热流体供给线路4分别包含例如管路等供流体流通的流路。并且构成为，热介质一边状态变化为液体、气体，一边在热介质循环线路9内循环，由此冷能发电系统100被驱动。

热介质循环线路9构成为供凝固点比水低的热介质循环。以下，以液化天然气(LNG)作为液化气体的具体例，并以丙烷作为在热介质循环线路9流动的热介质的具体例进行说明，但本发明也能够应用于液化天然气以外的液化气体(液化氢等)，另外，在将丙烷以外的热介质，例如R1234yf、R1234ze等作为在热介质循环线路9流动的热介质的情况下也能够应用。

冷凝器3构成为，通过热介质与液化气体进行热交换而使工作流体冷凝。在冷凝器3的内部设置有加热侧管路31和被加热侧管路32，该加热侧管路31与热介质循环线路9连接，并供在热介质循环线路9循环的热介质流入，该被加热侧管路32与液化气体供给线路2连接，并供在液化气体供给线路2流动的液化气体流入。并且，构成为，在加热侧管路31流动的热介质与在被加热侧管路32流动的液化气体进行热交换。在冷凝器3中，热介质通过热交换被冷却而冷凝，液化气体被加热。

相比冷凝器3位于上游侧的液化气体供给线路2与液化气体用泵22连接，在液化气体用泵22的更上游侧与液化气体储存装置21连接。

通过液化气体用泵22的驱动，从而储存于液化气体储存装置21的液体状的液化气体被送至液化气体供给线路2，并在液化气体供给线路2从上游侧朝向下游侧流动而向冷凝器3供给。然后，通过冷凝器3的内部的热交换而被气化了的液化气体在流过被加热侧管路32之后，再次流经液化气体供给线路2而作为燃料被供给至在冷凝器3的下游侧设置的船舶10的发动机(未图示)。

冷能用泵5构成为，使从冷凝器3供给的热介质升压。通过与热介质循环线路9连接的冷能用泵5进行驱动，从而热介质在热介质循环线路9循环。热介质从冷凝器3向冷能用泵5，从冷能用泵5向蒸发器7，从蒸发器7向冷能发电用涡轮1，从冷能发电用涡轮1向冷凝器3流动。

冷能用泵5能够使热介质升压即可，其形式没有特别的限定。例如，涡轮形泵(离心泵、斜流泵、轴流泵等)、容积形泵(往复形泵、旋转形泵)、特殊形泵(水中电机泵)等，能够按照实施方式适当选择形式。

蒸发器7构成为，通过冷能用泵5而被升压后的热介质与从冷能发电系统100的外部导入的加热流体进行热交换而使热介质蒸发。在蒸发器7的内部设置有热介质被加热侧管路71和热介质加热侧管路72，该热介质被加热侧管路71供通过冷能用泵5而被升压后的热介质流入，并与热介质循环线路9连接，该热介质加热侧管路72与加热流体供给线路4连接，并供从冷能发电系统100的外部导入的加热流体流入。并且，构成为，在热介质被加热侧管路71流动的热介质与在加热侧管路72流动的加热流体进行热交换。在蒸发器7中，热介质通过热交换被加热而蒸发，加热流体被冷却。

相比蒸发器7位于上游侧的加热流体供给线路4与加热流体用泵42连接。加热流体供给线路4中的加热流体用泵42的更上游侧与加热流体的供给源连接，以从冷能发电系统100的外部导入加热流体。

通过加热流体用泵42的驱动，从而加热流体被从加热流体的供给源向加热流体供给线路4输送，并在加热流体供给线路4从上游侧朝向下游测流动而向蒸发器7供给。然后，通过蒸发器7的内部的热交换而被冷却后的加热流体在流经热介质加热侧管路72之后，再次流经加热流体供给线路4而向冷能发电系统100的外部排出。

上述的“加热流体”只要是在蒸发器7中作为传热介质对在热介质循环线路9循环的热介质进行加热的流体即可，可以是蒸气、温水、海水、发动机冷却水、常温的水。

在冷能发电系统100被搭载于船舶10的情况下，加热流体能够优选利用在船舶10中容易得到的水(例如，海水等船外水、对船舶10的发动机进行冷却得到的发动机冷却水等)。

冷能发电用涡轮1构成为，通过在蒸发器7中生成的气体状的热介质而被驱动。

另外，冷能发电用涡轮1具有发电机8。并且，构成为，后述的冷能发电用涡轮1的转子轴11通过在蒸发器7中生成的气体状的热介质而旋转，由此驱动发电机8。驱动了冷能发电用涡轮1的气体状的热介质朝向设置于冷能发电用涡轮1的下游侧的上述的冷凝器3而在热介质循环线路9流动。

(冷能发电用涡轮)

图2是本发明的一实施方式的冷能发电用涡轮的概略剖视图，是将冷能发电用涡轮横向放置的情况下的图。图3是图2所示的冷能发电用涡轮的A-A剖视图。图4是本发明的一实施方式的冷能发电用涡轮的概略剖视图，是将冷能发电用涡轮纵向放置的情况下的图。

以下，可能将冷能发电用涡轮1中的热介质的流动方向上的上游侧简单称作上游侧，可能将冷能发电用涡轮1中的热介质的流动方向上的下游侧简单称作下游侧。

另外，可能将冷能发电用涡轮1的径向简单表示为径向，并将冷能发电用涡轮1的周向简单表示为周向。

另外，可能将沿着冷能发电用涡轮1的轴线CA的方向简单表示为轴向。

如图2、图4所示，几个实施方式的冷能发电用涡轮1具备：转子轴11、壳体6、发电机8、第一级轴流涡轮23、第二级轴流涡轮24以及热介质流路63。第一级轴流涡轮23由第一级动叶片23B和第一级静叶片23A构成。第二级轴流涡轮24由第二级动叶片24B和第二级静叶片24A构成。

在图示的实施方式中，转子轴11包含：沿着冷能发电用涡轮1的轴线CA具有长度方向的轴部111；从轴部111的一方侧(上游侧)处的外表面112A向径向上的外侧圆板状地突出的一方侧圆盘部113A；以及从轴部111的另一方侧(下游侧)处的外表面112B向径向上的外侧圆板状地突出的另一方侧圆盘部113B。

另外，冷能发电用涡轮1的轴线CA与转子轴11的轴线和壳体6的轴线一致。

另外，在图2所示的实施方式中，转子轴11的轴线CA与水平方向一致，轴部111的一方侧的端部和轴部111的另一方侧的端部在铅垂方向上配置在相同的高度水平。

在轴部111的轴向上的一方侧的端部形成有与后述的内侧壳体部件61A相比向轴向的外侧突出的一方侧突出部114A。另外，在轴部111的轴向上的另一方侧的端部形成有与内侧壳体部件61A相比向轴向的外侧突出的另一方侧突出部114B。一方侧突出部114A和另一方侧突出部114B与轴部111的其他部分相比形成为小径。上述的一方侧圆盘部113A安装于一方侧突出部114A的外表面112A。同样地，上述的另一方侧圆盘部113B安装于另一方侧突出部114B的外表面112B。另外，在一方侧突出部114A中的相比一方侧圆盘部113A位于一方侧的位置螺合有一方侧螺母115A，由此，一方侧圆盘部113A被固定于轴部111。同样地，在另一方侧突出部114B中的相比另一方侧圆盘部113B位于另一方侧的位置螺合有另一方侧螺母115B，由此，另一方侧圆盘部113B被固定于轴部111。

壳体6由将转子轴11收容为能够旋转的内侧壳体61和配置于内侧壳体61的外周侧的外侧壳体62构成。

在图示的实施方式中，内侧壳体61包含：内侧壳体部件61A；相对于内侧壳体部件61A配置在轴向上的一方侧(上游侧)的一方侧罩部件61B；以及相对于内侧壳体部件61A配置在轴向上的另一方侧(下游侧)的另一方侧罩部件61C。

内侧壳体部件61A沿着冷能发电用涡轮1的轴向而具有长度方向，并配置于冷能发电用涡轮1的轴向上的第一级动叶片23B与第二级动叶片24B之间。在内侧壳体部件61A的内部形成有空间610，并收容有轴部111、后述的发电机8(在图示例中，发电机转子81和发电机定子82)。

一方侧罩部件61B以在相比第一级动叶片23B位于轴向上的一方侧的位置覆盖包含一方侧突出部114A和螺合于该一方侧突出部114A的一方侧螺母115A的轴部111的一方侧的端部的方式配置在内侧壳体部件61A的一方侧。

另一方侧罩部件61C以在相比第二级动叶片24B位于轴向上的另一方侧的位置覆盖包含另一方侧突出部114B和螺合于该另一方侧突出部114B的另一方侧螺母115B的轴部111的另一方侧的端部的方式配置在内侧壳体部件61A的另一方侧。

发电机8构成为，包含发电机转子81和发电机定子82，该发电机转子81包含在转子轴11的外周面形成的永磁体，该发电机定子82被内侧壳体61的内周面611支承。

在图示的实施方式中，发电机转子81一体地形成于转子轴11的外周面，两者成为一体结构。但是，也可以是发电机转子81和转子轴11分体地形成，并且构成为发电机转子81被转子轴的外周面支承。发电机定子82被内侧壳体部件61A的内周面611支承，并且与发电机转子81相比配置在径向上的外侧。另外，发电机转子81和发电机定子82在转子轴11的轴向上配置在与后述的一方侧径向轴承103A相比位于另一方侧且与另一方侧径向轴承103B相比位于一方侧的位置。即，发电机转子81和发电机定子82在转子轴11的轴向上位于一方侧径向轴承103A与另一方侧径向轴承103B之间。

第一级动叶片23B与发电机转子81相比设置在转子轴11的一方侧。另外，第一级静叶片23A在相比第一级动叶片23B位于转子轴11的一方侧的位置被外侧壳体62的内周面621或内侧壳体61的外周面612支承。

在图示的实施方式中，第一级动叶片23B在周向上隔开间隔地安装于上述的一方侧圆盘部113A的外周面。另外，第一级静叶片23A被外侧壳体62的内周面621支承，并在周向上隔开间隔地设置在内周面621。另外，在其他实施方式中，也可以是，第一级静叶片23A被内侧壳体61的外周面612(一方侧罩部件61B的外周面612B)支承，并在周向上隔开间隔地设置在外周面612(外周面612B)，也可以是，第一级静叶片23A被外侧壳体62的内周面621与内侧壳体61的外周面612(一方侧罩部件61B的外周面612B)这两方支承。

第二级静叶片24A在相比发电机转子81位于转子轴11的另一方侧的位置被外侧壳体62的内周面621或内侧壳体61的外周面612支承。另外，第二级动叶片24B与第二级静叶片24A相比设置于转子轴11的另一方侧。

在图示的实施方式中，第二级动叶片24B在周向上隔开间隔地安装于上述的另一方侧圆盘部113B的外周面。另外，第二级静叶片24A被外侧壳体62的内周面621支承，并在周向上隔开间隔地设置于内周面621。另外，在其他实施方式中，也可以是，第二级静叶片24A被内侧壳体61的外周面612(内侧壳体部件61A的外周面612A)支承，并在周向上隔开间隔地设置于外周面612(外周面612A)，也可以是，第二级静叶片24A被外侧壳体62的内周面621和内侧壳体61的外周面612(内侧壳体部件61A的外周面612A)这两方支承。

热介质流路63构成为，被划定于内侧壳体61的外周面612与外侧壳体62的内周面621之间，并从第一级静叶片23A的上游到第二级动叶片24B的下游为止沿着转子轴11的轴向延伸。

在图示的实施方式中，热介质流路63沿着冷能发电用涡轮1的轴向而具有长度方向，并且具有包围内侧壳体部件61A的周围的环状截面。并且，构成为，在外侧壳体62与内侧壳体61之间将热介质从一方侧导向另一方侧。

另外，在热介质流路63的一方侧形成有用于从一方侧沿着轴向将热介质导入热介质流路63的一方侧导入路64A。一方侧导入路64A在相比一方侧罩部件61B位于轴向的一方侧的位置由与外侧壳体62的一方侧连接的入口壳体65A的内表面630A划定。

另外，在热介质流路63的另一方侧形成有用于从热介质流路63沿着轴向向另一方侧排出热介质的另一方侧排出路64B。另一方侧排出路64B在相比另一方侧罩部件61C位于轴向的另一方侧的位置由与外侧壳体62的另一方侧连接的出口壳体65B的内表面630B划定。

并且，从一方侧导入路64A被导入热介质流路63的热介质在通过第一级静叶片23A之后，作用于第一级动叶片23B而对轴部111施加旋转力，由此驱动第一级轴流涡轮23。通过第一级动叶片23B后的热介质在流经热介质流路63的期间与在发电机8(发电机转子81、发电机定子82)中产生的热进行热交换，发电机8收容于在内侧壳体部件61A的内部形成的空间610。即，在热介质流路63流动的热介质吸收在发电机8中产生的热。由此，发电机8被冷却，在热介质流路63流动的热介质被加热。

被加热后的热介质在通过第二级静叶片24A之后，作用于第二级动叶片24B而对轴部111施加旋转力，由此驱动第二级轴流涡轮24。即，通过在热介质流路63中与发电机8的热交换而被加热后的热介质流入第二级轴流涡轮24，该被加热后的热介质驱动第二级轴流涡轮24。在第二级轴流涡轮24流动的热介质从热介质流路63向另一方侧排出路64B排出，并向冷能发电用涡轮1的外部流出。

根据本发明的冷能发电用涡轮1，是在发电机转子81的一方侧设置有由第一级动叶片23B和第一级静叶片23A构成的第一级轴流涡轮23，并在另一方侧设置有由第二级动叶片24B和第二级静叶片24A构成的第二级轴流涡轮24的结构。即，在隔着发电机转子81的两端设置有轴流涡轮。轴流涡轮不需要像径向涡轮那样的大的涡旋(壳体)，能够使冷能发电用涡轮的整体小型化。

另外，热介质在被划定于内侧壳体61的外周面612与外侧壳体62的内周面621之间的热介质流路63内以第一级静叶片23A、第一级动叶片23B、第二级静叶片24A、第二级动叶片24B的顺序流动。即，通过第一级轴流涡轮23后的热介质一边在热介质流路63流动一边吸收在发电机转子81和发电机定子82中产生的发电机8的热，然后流入第二级轴流涡轮24。

通过该结构，能够使用热介质来冷却发电机8，因此，不需要另外设置冷却所需的设备、冷却流路等冷却机构，或能够小规模化，从而能够抑制装置的大型化。

另外，由于热介质回收发电机8的废热，从而第二级轴流涡轮24的入口处的热介质的温度上升，因此能够提高第二级轴流涡轮24的效率。

即，能够同时实现发电机8的冷却和废热回收。

另外，由于在转子轴11的两端设置有轴流涡轮，因此也实现了重量的平衡，从而不需要配重。

在图示的实施方式中，如图2、图4所示，在形成于内侧壳体部件61A的内部的空间610收容有将轴部111支承为能够旋转的一方侧径向轴承103A和另一方侧径向轴承103B。一方侧径向轴承103A相比发电机转子81配置于一方侧，另一方侧径向轴承103B相比发电机转子81配置于另一方侧。

一方侧径向轴承103A和另一方侧径向轴承103B配置为，在各自的内周与转子轴11的轴部111的外周面接触，并将轴部111支承为能够旋转。另外，一方侧径向轴承103A和另一方侧径向轴承103B在各自的外周被内侧壳体部件61A的内周面611支承。

此外，在以下的说明中，可能将包含这些一方侧径向轴承103A和另一方侧径向轴承103B的装置简单称作径向轴承装置103。

在图示的实施方式中，如图2、图4所示，在形成于内侧壳体部件61A的内部的空间610收容有：推力环101；在相比推力环101位于轴向的一方侧的位置与推力环101面对配置的一方侧推力轴承102A；以及在相比推力环101位于轴向的另一方侧的位置与推力环101面对配置的另一方侧推力轴承102B。

此外，在以下的说明中，可能将包含这些一方侧推力轴承102A和另一方侧推力轴承102B的装置简单称作推力轴承装置102。

在一实施方式中，一方侧径向轴承103A、另一方侧径向轴承103B、一方侧推力轴承102A以及另一方侧推力轴承102B可以由磁轴承构成。

根据上述结构，不需要使用润滑油，也不需要形成用于供给润滑油的装置，因此能够抑制装置的大型化。另外，由于不使用润滑油，因此也能够防止油分(润滑油)混入热介质。

在图示的实施方式中，在相比一方侧径向轴承103A位于另一方侧且相比发电机转子81位于一方侧的位置配置有推力环101和推力轴承装置102。即，发电机转子81和发电机定子82沿着转子轴11的轴向配置在推力轴承装置102与另一方侧径向轴承103B之间。

另外，在图示的实施方式中，构成为，第一级静叶片23A的叶片高度小于第二级静叶片24A的叶片高度，第一级动叶片23B的叶片高度小于第二级动叶片24B的叶片高度。因此，收容第一级轴流涡轮23和第二级轴流涡轮24的外侧壳体62的内周面621形成为，与配置有第一级轴流涡轮23的位置相比，在配置有第二级轴流涡轮24的位置使热介质流路63向径向扩展。

在几个实施方式中，如图2、图4所示，上述的冷能发电用的涡轮1在相比第一级动叶片23B位于另一方侧(下游侧)且相比发电机转子81位于一方侧(上游侧)的位置还具备将转子轴11与内侧壳体61之间密封的一方侧密封部26A。

在图示的实施方式中，一方侧密封部26A在形成于内侧壳体部件61A的内部的空间610中将内侧壳体部件61A的内周面611与转子轴11的轴部111的外周面之间的间隙密封。一方侧密封部26A在冷能发电用涡轮1的轴向上与一方侧径向轴承103A相比配置于一方侧。

另外，在一方侧密封部26A与一方侧径向轴承103A之间配置有滚珠轴承27A。同样地，在另一方侧密封部26B与另一方侧径向轴承103B之间配置有滚珠轴承27B。在冷能发电用涡轮1停止或因故障而跳闸时，这些滚珠轴承27A、滚珠轴承27B支承转子轴11，从而防止由磁轴承构成的径向轴承103与转子轴11的接触。

另外，一方侧密封部26A可以包含机械密封，也可以包含对轴部111或内侧壳体部件61A进行凹凸加工而设置的迷宫式密封。

根据这样的结构，能够抑制通过第一级动叶片23B后的热介质泄漏到内侧壳体61内部，因此与不设置密封部件26的情况相比，能够抑制在热介质流路63流动的热介质的减少。由此，与不设置密封部件的情况相比，能够更多地回收在发电机转子81和发电机定子82中产生的发电机的热，因此第二级轴流涡轮24的入口温度上升，从而能够提高第二级轴流涡轮24的效率。

另外，在第一级轴流涡轮23侧的高压区域与第二级轴流涡轮24侧的低压区域之间，能够对泄漏至内侧壳体61的内部的热介质进行密封，因此，与不设置密封部件的情况相比，能够将内侧壳体61的内部的压力维持为较低。由此，能够降低作用于转子轴11的推力、在内侧壳体61的内部产生的风损(损失)。

此外，设置一方侧密封部26A而抑制泄漏，提高第二级轴流涡轮24的效率，是与热介质对发电机8的冷却能力相权衡的关系。即，在不设置一方侧密封部26A的情况下，热介质漏入内侧壳体61的内部，因此能够直接对温度因从发电机8产生的热(由发电机转子81和发电机定子82产生的热)而变高的内侧壳体61的内部进行冷却。因此，对发电机8进行冷却的能力高于设置一方侧密封部26A的情况。

根据本申请的发明人等的研究发现，在输出为100kw以下的小型的冷能发电用涡轮1中，即使不直接对内侧壳体61的内部进行冷却，通过在热介质流路63流动的热介质也能够充分地冷却发电机8。因此，在小型的冷能发电用涡轮1的情况下，可以设置一方侧密封部26A而抑制泄漏，提高第二级轴流涡轮24的效率。

在几个实施方式中，如图2、图4所示，上述的冷能发电用涡轮1在相比第二级动叶片24B位于一方侧且相比发电机转子81位于另一方侧的位置还具备将转子轴11与内侧壳体61之间密封的另一方侧密封部26B。

在图示的实施方式中，另一方侧密封部26B在形成于内侧壳体部件61A的内部的空间610中将内侧壳体部件61A的内周面611与转子轴11的轴部111的外周面之间的间隙密封。另一方侧密封部26B在冷能发电用涡轮1的轴向上与另一方侧径向轴承103B相比配置于另一方侧。

另外，另一方侧密封部26B可以包含机械密封，也可以包含对轴部111或内侧壳体部件61A进行凹凸加工而设置的迷宫式密封。

根据该结构，能够减少从热介质流路63流入到内侧壳体61(内侧壳体部件61A)的内部的热介质从第二级静叶片24A与第二级动叶片24B之间向热介质流路63流出，能够抑制在通过第二级轴流涡轮24的热介质中产生涡流。由此，能够提高第二级轴流涡轮24的性能。

在几个实施方式中，如图2～图4所示，上述的冷能发电用的涡轮1还具备将内侧壳体61的内部与热介质流路63中的相比第二级动叶片24B位于下游侧的位置连通的旁通线路40。

在图示的实施方式中，在旁通线路40的一方侧的端部，在转子轴11的轴向上的相比第二级动叶片24B位于一方侧的位置以向形成于内侧壳体部件61A的内部的空间610开口的方式形成有入口侧开口部40A。

另外，在图2所示的实施方式中，旁通线路40贯通冷能发电用涡轮1的铅垂方向的下侧处的内侧壳体部件61A的底面侧的轴向延伸部61A1。入口侧开口部40A相比轴部111的下表面位于下方，且位于轴向延伸部61A1的内表面附近。轴向延伸部61A1是设置为沿着内侧壳体部件61A的轴向延伸，并且与轴线CA的距离在径向上恒定的侧面部，是漏入内侧壳体61的内部的热介质容易积留的铅垂方向下侧的底面侧的面。通过在该轴向延伸部61A1的附近设置入口侧开口部40A，能够使热介质容易流入入口侧开口部40A。

在图示的实施方式中，位于旁通线路40的端部的入口侧开口部40A与旁通线路40的径向延伸导入部40B连接，漏入到内侧壳体部件61A的内部的热介质通过入口侧开口部40A而在旁通线路40的径向延伸导入部40B流动。径向延伸导入部40B设置为，沿着径向贯通内侧壳体部件61A、热介质流路63、外侧壳体62，并延伸至外侧壳体62的外部。

径向延伸导入部40B与轴向延伸部40C连接，流过径向延伸导入部40B的热介质流入轴向延伸部40C。

轴向延伸部40C在外侧壳体62的外部沿着转子轴11的轴向设置。

轴向延伸部40C与径向延伸排出部40D连接，流过轴向延伸部40C的热介质流入径向延伸排出部40D。

径向延伸排出部40D设置为沿着径向贯通外侧壳体62、热介质流路63。另外，在旁通线路40的另一方侧的端部，在转子轴11的轴向上的相比第二级动叶片24B位于另一方侧的位置以向热介质流路63开口的方式形成有出口侧开口部40E。径向延伸排出部40D与出口侧开口部40E连接，流过径向延伸排出部40D的热介质通过出口侧开口部40E向旁通线路40的外部排出。

根据这样的结构，通过使在内侧壳体61的内部流动的热介质向热介质流路63中的相比第二级动叶片24B位于另一方侧(下游侧)的位置流动，能够抑制热介质积留于内侧壳体61的内部。

另外，能够减少在内侧壳体61的内部流动的热介质从第二级静叶片24A与第二级动叶片24B之间向热介质流路63流出，从而抑制在通过第二级轴流涡轮24的热介质中产生涡流。由此，能够提高第二级轴流涡轮24的性能。

在图示的实施方式中，在冷能发电用涡轮1设置上述的另一方侧密封部26B和旁通线路40这两者。

在不设置旁通线路40而设置了另一方侧密封部26B的冷能发电用涡轮1中，虽然能够减少流入到内侧壳体61的内部的空间610的热介质从第二级静叶片24A与第二级动叶片24B之间向热介质流路63流出，但由于设置了另一方侧密封部26B，漏入内侧壳体部件61A的内部的热介质没有排出目的地而继续积留于内侧壳体部件61A的内部。但是，通过和另一方侧密封部26B一起设置旁通线路40，能够将漏入内侧壳体部件61A的内部的热介质向内侧壳体部件61A的外部排出，因此能够抑制热介质积留于内侧壳体部件61A的内部。

在几个实施方式中，如图2～图4所示，上述的冷能发电用的涡轮1还具备沿着转子轴11的径向在热介质流路63内延伸的至少一个支承部30。支承部30的一端与外侧壳体62的内周面621连接，另一端与内侧壳体61的外周面612连接。

通过上述的支承部30，内侧壳体61被外侧壳体62支承。在图示的实施方式中，内侧壳体61的内侧壳体部件61A被支承部30支承。

另外，支承部30设置于热介质流路63，并且与内侧壳体61的外周面612(内侧壳体部件61A的外周面612A)连接，由此，还具有作为用于促进发电机8的冷却的冷却用翅片的功能。

支承部30沿着冷能发电用涡轮1的轴向配置至少一个即可，在内侧壳体61的外周面612的周向上也至少配置一个即可。在图3所示的实施方式中，在周向上等间隔地配置有八个支承部30。另外，在图2和图4所示的实施方式中，在热介质流路63内，在转子轴11的轴向上配置有一个支承部30。

另外，在图2和图4所示的实施方式中，支承部30的上游端在转子轴11的轴向上与发电机定子82相比位于一方侧(上游侧)。另外，支承部30的下游端在转子轴11的轴向上与发电机定子82相比位于另一方侧(下游侧)。

根据这样的结构，能够通过支承部30有效地冷却发电机定子82。

并且，旁通线路40的一部分形成于支承部30的内部。在图示的实施方式中，在支承部30的内部形成有沿着径向贯通支承部30的贯通部40B1。在一实施方式中，旁通线路40的一部分由该贯通部40B1构成。另外，在其他实施方式中，旁通线路40的一部分由插入该贯通部40B1的配管构成。

根据这样的结构，在支承内侧壳体61的支承部30的内部设置有旁通线路40。因此，与不将旁通线路40设置于支承部30的内部而在支承部30的外部以在热介质流路63内延伸的方式设置旁通线路40的情况相比，能够抑制新的流路损失的产生。

在几个实施方式中，如图4所示，上述的冷能发电用的涡轮1设置为，转子轴11的一方侧的端部在铅垂方向上高于转子轴11的另一方侧的端部。

在图4所示的实施方式中，转子轴11的轴线CA与铅垂方向一致，轴部111的一方侧的端部配置在轴部111的另一方侧的端部的铅垂方向的上部。

根据这样的结构，在铅垂方向上，第一级轴流涡轮23侧较高，第二级轴流涡轮侧24变低，因此，热介质流路63内的热介质通过第二级轴流涡轮24而向冷能发电用涡轮1的外部排出。特别是，在局部负载时，由于在热介质流路63流动的热介质的流量减少，因此第二级静叶片24A的入口(第一级动叶片23B的出口)处的压力降低，饱和温度也随之降低，因此，可能产生液滴(排水)，但是根据上述结构，能够抑制局部负载时在热介质流路63产生积液。

另外，在图4所示的实施方式中，旁通线路40从冷能发电用涡轮1的铅垂方向的下侧处的内侧壳体部件61A的底面侧的径向延伸部61A2贯通内侧壳体部件61A。径向延伸部61A2是设置为沿着内侧壳体部件61A的径向延伸，并与轴线CA成直角的侧面部，是漏入内侧壳体61的内部的热介质容易积留的铅垂方向下侧的底面侧的面。通过在该径向延伸部61A2设置入口侧开口部40A，从而热介质容易流入入口侧开口部40A。

本发明不限于上述的实施方式，还包含对上述的实施方式施加了变形的方式、将这些方式适当组合后的方式。

上述的几个实施方式所记载的内容能够像例如以下那样进行把握。

1)一个方式的冷能发电用涡轮(1)设置于热介质循环线路(9)，该热介质循环线路(9)构成为供用于加热液化气体的热介质循环，该冷能发电用涡轮(1)具备：

转子轴(11)；

内侧壳体(61)，该内侧壳体(61)将转子轴(11)收容为能够旋转；

外侧壳体(62)，该外侧壳体(62)配置于内侧壳体(61)的外周侧；

发电机(8)，该发电机(8)包含在转子轴(11)的外周面形成的发电机转子(81)和被内侧壳体(61)的内周面(611)支承的发电机定子(82)；

第一级动叶片(23B)，该第一级动叶片(23B)与发电机转子(81)相比设置于转子轴(11)的一方侧；

第一级静叶片(23A)，该第一级静叶片(23A)在相比第一级动叶片(23B)位于一方侧的位置被外侧壳体(62)的内周面(621)或内侧壳体(61)的外周面(612)支承；

第二级静叶片(24A)，该第二级静叶片(24A)在相比发电机转子(81)位于转子轴(11)的另一方侧的位置被外侧壳体(62)的内周面(621)或内侧壳体(61)的外周面(612)支承；

第二级动叶片(24B)，该第二级动叶片(24B)与第二级静叶片(24A)相比设置于另一方侧；以及

热介质流路(63)，该热介质流路(63)被划定于内侧壳体(61)的外周面(612)与外侧壳体(62)的内周面(621)之间，并且从第一级静叶片(23A)的上游到第二级动叶片(24B)的下游为止沿着转子轴(11)的轴向延伸。

根据本发明的冷能发电用涡轮，是在发电机转子的一方侧设置由第一级动叶片和第一级静叶片构成的第一级轴流涡轮，并在另一方侧设置由第二级动叶片和第二级静叶片构成的第二级轴流涡轮的结构。即，隔着发电机转子而在两端设置有轴流涡轮。轴流涡轮不需要像径向涡轮那样的大的涡旋(壳体)，能够使冷能发电用涡轮的整体小型化。

另外，热介质在被划定于内侧壳体的外周面与外侧壳体的内周面之间的热介质流路内以第一级动叶片、第一级静叶片、第二级动叶片、第二级静叶片的顺序流动。即，通过第一级轴流涡轮后的热介质一边在热介质流路流动一边吸收在发电机转子和发电机定子中产生的发电机的热，并流入第二级轴流涡轮。

通过该结构，能够使用热介质来对发电机进行冷却，能够不需要追加设置冷却所需的设备、冷却流路等冷却机构，或能够小规模化，从而能够抑制装置的大型化。

另外，通过热介质回收发电机的废热，从而第二级轴流涡轮的入口处的热介质的温度上升，因此能够提高第二级轴流涡轮的效率。

即，能够同时实现发电机的冷却和废热回收。

另外，由于在转子轴的两端设置轴流涡轮，因此也实现了重量的平衡，从而不需要配重。

2)其他方式的冷能发电用涡轮(1)是1)所记载的冷能发电用涡轮(1)，在相比第一级动叶片(23B)位于另一方侧且相比发电机转子(81)位于一方侧的位置还具备一方侧密封部(26A)，该一方侧密封部(26A)将转子轴(11)与内侧壳体(61)之间密封。

根据这样的结构，能够抑制通过第一级动叶片后的热介质向内侧壳体内部泄漏，因此与没有设置密封部件的情况相比，能够抑制在热介质流路流动的热介质的减少。由此，与没有设置密封部件的情况相比，能够更多地回收在发电机转子和发电机定子中产生的发电机的热，因此，第二级轴流涡轮的入口温度上升，能够提高第二级轴流涡轮的效率。

另外，能够在第一级轴流涡轮侧的高压区域与第二级轴流涡轮侧的低压区域之间，对向内侧壳体的内部泄漏的热介质进行密封，因此与没有设置密封部件的情况相比，能够将内侧壳体的内部的压力维持为较低。由此，能够降低作用于转子轴的推力、在内侧壳体的内部产生的风损(损失)。

3)另一方式的冷能发电用涡轮1是1)或2)所记载的冷能发电用涡轮(1)，在相比第二级动叶片(24B)位于一方侧且相比发电机转子(81)位于另一方侧的位置还具备另一方侧密封部(26B)，该另一方侧密封部(26B)将转子轴(11)与内侧壳体(61)之间密封。

根据这样的结构，能够减少从热介质流路流入到内侧壳体的内部的热介质从第二级静叶片与第二级动叶片之间向热介质流路流出，从而能够抑制在通过第二级轴流涡轮的热介质中产生涡流。由此，能够提高第二级轴流涡轮的性能。

4)另一方式的冷能发电用涡轮是1)～3)中任一项所记载的冷能发电用涡轮(1)，还具备旁通线路(40)，该旁通线路(40)将内侧壳体(61)的内部与热介质流路(63)中的相比第二级动叶片(26B)位于靠下游侧的位置连通。

根据这样的结构，通过使在内侧壳体的内部流动的热介质向热介质流路中的与第二级动叶片相比的下游侧流动，从而能够抑制热介质积留于内侧壳体的内部。

另外，能够减少在内侧壳体的内部流动的热介质从第二级静叶片与第二级动叶片之间向热介质流路流出，从而能够抑制在通过第二级轴流涡轮的热介质中产生涡流。由此，能够提高第二级轴流涡轮的性能。

5)另一冷能发电用涡轮(1)是4)所记载的冷能发电用涡轮(1)，还具备至少一个支承部(30)，该至少一个支承部(30)沿着转子轴(11)的径向在热介质流路(63)内延伸，并且一端与外侧壳体(62)的内周面(621)连接，另一端与内侧壳体(61)的外周面(612)连接，旁通线路(40)的一部分形成于支承部(30)的内部。

根据这样的结构，在支承内侧壳体的支承部的内部设置有旁通线路。因此，与不将旁通线路设置于支承部的内部而在支承部的外部以在热介质流路内延伸的方式设置旁通线路的情况相比，能够抑制新的流路损失的产生。

6)其他方式的冷能发电用涡轮1是1)～5)中任一项所记载的冷能发电用涡轮(1)，冷能发电用涡轮(1)设置为，转子轴(11)的一方侧的端部在铅垂方向上高于转子轴(11)的另一方侧的端部。

根据这样的结构，在铅垂方向上，第一级轴流涡轮侧较高，且第二级轴流涡轮侧变低，因此，热介质流路内的热介质通过第二级轴流涡轮而向冷能发电用涡轮的外部排出。由此，能够抑制运转停止时在热介质流路产生积液。

符号说明

1 冷能发电用涡轮

2 液化气体供给线路

3 冷凝器

31 加热侧管路

32 被加热侧管路

4 加热流体供给线路

5 冷能用泵

6 壳体

7 蒸发器

71 热介质被加热侧管路

72 热介质加热侧管路

8 发电机

9 热介质循环线路

10A 水上漂浮结构体

10 船舶

10B 液化气体基地

11 转子轴

21 液化气体储存装置

22 液化气体用泵

23 第一级轴流涡轮

23A 第一级静叶片

23B 第一级动叶片

24 第二级轴流涡轮

24A 第二级静叶片

24B 第二级动叶片

26 密封部件

26A 一方侧密封部

26B 另一方侧密封部

27A 一方侧滚珠轴承

27B 另一方侧滚珠轴承

30 支承部

40 旁通线路

40A 入口侧开口部

40B 径向延伸导入部

40B1贯通部

40C 轴向延伸部

40D 径向延伸排出部

40E 出口侧开口部

42 加热流体用泵

61 内侧壳体

61A 内侧壳体部件

61A1轴向延伸部

61A2径向延伸部

61B 一方侧罩部件

61C 另一方侧罩部件

610 空间

611 内周面

612 外周面

612B 外周面

62 外侧壳体

621 内周面

63 热介质流路

64A 一方侧导入路

64B 另一方侧排出路

65A 入口壳体

630A 内表面

65B 出口壳体

630B 内表面

81 发电机转子

82 发电机定子

100 冷能发电系统

101 推力环

102 推力轴承装置

102A 一方侧推力轴承

102B 另一方侧推力轴承

103 径向轴承装置

103A 另一方侧径向轴承

103B 另一方侧径向轴承

111 轴部

112A、112B外表面

113A 一方侧圆盘部

113B 另一方侧圆盘部

114A 一方侧突出部

114B 另一方侧突出部

115A 一方侧螺母

115B 另一方侧螺母

CA 轴线

Claims (7)

1.一种冷能发电用涡轮，设置于热介质循环线路，该热介质循环线路构成为供用于加热液化气体的热介质循环，其特征在于，具备：

转子轴；

内侧壳体，该内侧壳体将所述转子轴收容为能够旋转；

外侧壳体，该外侧壳体配置于所述内侧壳体的外周侧；

发电机，该发电机包含在所述转子轴的外周面形成的发电机转子和被所述内侧壳体的内周面支承的发电机定子；

第一级动叶片，该第一级动叶片与所述发电机转子相比设置于所述转子轴的一方侧；

第一级静叶片，该第一级静叶片在相比所述第一级动叶片位于所述一方侧的位置被所述外侧壳体的内周面或所述内侧壳体的外周面支承；

第二级静叶片，该第二级静叶片在相比所述发电机转子位于所述转子轴的另一方侧的位置被所述外侧壳体的所述内周面或所述内侧壳体的所述外周面支承；

第二级动叶片，该第二级动叶片与所述第二级静叶片相比设置于所述另一方侧；以及

热介质流路，该热介质流路被划定于所述内侧壳体的外周面与所述外侧壳体的所述内周面之间，并且从所述第一级静叶片的上游到所述第二级动叶片的下游为止沿着所述转子轴的轴向延伸，

在所述热介质流路流动的所述热介质在通过所述第二级静叶片之后，作用于所述第二级动叶片而对所述转子轴的轴部施加旋转力。

2.根据权利要求1所述的冷能发电用涡轮，其特征在于，

在相比所述第一级动叶片位于所述另一方侧且相比所述发电机转子位于所述一方侧的位置还具备一方侧密封部，该一方侧密封部将所述转子轴与所述内侧壳体之间密封。

3.根据权利要求1所述的冷能发电用涡轮，其特征在于，

在相比所述第二级动叶片位于所述一方侧且相比所述发电机转子位于所述另一方侧的位置还具备另一方侧密封部，该另一方侧密封部将所述转子轴与所述内侧壳体之间密封。

4.根据权利要求1所述的冷能发电用涡轮，其特征在于，

还具备旁通线路，该旁通线路将所述内侧壳体的内部与所述热介质流路中的相比所述第二级动叶片位于下游侧的位置连通。

5.根据权利要求4所述的冷能发电用涡轮，其特征在于，

还具备至少一个支承部，该至少一个支承部沿着所述转子轴的径向在所述热介质流路内延伸，并且一端与所述外侧壳体的所述内周面连接，另一端与内侧壳体的外周面连接，所述旁通线路的一部分形成于支承部的内部。

6.根据权利要求1所述的冷能发电用涡轮，其特征在于，

所述冷能发电用涡轮设置为，所述转子轴的所述一方侧的端部在铅垂方向上高于所述转子轴的所述另一方侧的端部。

7.一种冷能发电系统，其特征在于，

具备权利要求1～6中任一项所述的冷能发电用涡轮。