JP6275259B2 - 蒸気タービン駆動式の遠心ヒートポンプ - Google Patents
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Description
[0001]本出願は、2013年12月12日に出願された「STEAM TURBINE DRIVEN CENTRIFUGAL HEAT PUMP」という表題の米国仮出願第61/915,227号の継続出願であり、その開示は、その全体が、本明細書で参照により組み込まれている。
[0069]オイルサンプの中の圧力低減は、異なる方式で実現され得る。図11は、簡略図を再び使用して、本発明の実施形態の簡単化されたバージョンを示している。図8に示されているようなシステムの詳細のすべてが、図11の簡単化されたバージョンに示されているわけではないが、圧力減少部509がサンプとリフリジレーションシステム21の低い圧力点との間に含まれているということを除いて、図8に示されているシステムの詳細のすべては、図11の簡単化されたシステムの中にもある可能性があるということが理解されることとなる。図11では、圧力減少部は、小さい追加的な「補助」圧縮機509であり、小さい追加的な「補助」圧縮機509は、サンプ11と圧縮機入口部との間に位置決めされており、サンプの中の冷媒ガスの圧力を低減させながら、サンプ11から冷媒ガスを引き出す。補助圧縮機509は、その吸い込み側が、オイルサンプ11のガス体積に接続されており、その排出側が、たとえば、メイン圧縮機23の圧縮機入口部に接続されている。この実装形態では、補助圧縮機509の容量は、それが、オイルサンプ11の中の圧力を、上記に説明されているような事前選択された値に維持するように制御される(たとえば、上記の例では、20℃における冷媒流体の飽和圧力に対応する)。上記に議論されているように、および、当業者によって認識されるように、補助圧縮機509の排出は、また、図7に示されているような蒸発器18などのような、リフリジレーションシステム21の中の任意のより低い圧力点に接続され得る。
[0085]本開示の別の態様は、概して、蒸気タービンシャフト、または、圧縮機シャフトのうちの1つもしくは両方の回転運動を感知するための方法および装置に関する。本開示は、より具体的には、シャフト材料から変化している磁気特性を有する、シャフトの中に一体化されたインサートに応答して、渦電流センサを用いて、蒸気タービンシャフトの回転運動を感知することに関する。他の開示は、出願人の米国非仮特許出願第11/876,205に含有されており、それは、その全体が参照により組み込まれている。
[00104]この計算された最小プレローテーションベーン位置(MV)は、完全に開かれた位置のパーセンテージであり、図26の中のステップ502へ戻される。
[00107]ブロック490において、タービン14および圧縮機12、12aに関する最小定格速度(SSP2)が、設定または確立される。好ましくは、SSP2は、システム10の中へ組み込まれている特定のタービン14および圧縮機12、12aによって事前決定され、制御盤90の中へプログラムされる。ブロック500において、最小タービン速度(MS)は、SSP2およびCMSの大きい方となるように決定される。この決定された最小タービン速度(MS)は、図26の中のステップ502へ戻される。
[00127]本発明は、好適な実施形態を参照して説明されてきたが、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な変形を行うことが可能であり、均等物がそのエレメントに代用され得るということが当業者によって理解されることとなる。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるように、多くの修正を行うことが可能である。したがって、本発明は、この発明を実施するために考えられる最良の形態として開示されている特定の実施形態に限定されるべきではなく、しかし、本発明は、添付の特許請求の範囲内に入るすべての実施形態を含むこととなるということが意図されている。
以上説明したように、本発明は以下の形態を有する。
[形態1]
蒸気ループの中で接続されている蒸気供給部、蒸気タービン、および蒸気凝縮器を含む蒸気システムと、
冷媒ループの中で接続されている第1の圧縮機および第2の圧縮機、冷媒凝縮器、ならびに蒸発器を含む冷媒システムとを含む、ヒートポンプシステムであって、
前記蒸気タービンは、回転駆動シャフトを含み、前記回転駆動シャフトは、軸線方向に配設されており、前記蒸気タービンの第1の端部および第2の端部から延在しており、
前記ヒートポンプシステムは、潤滑流体を収集して再分配するためのサンプシステムを含み、
前記第1の圧縮機は、第1のカップリングデバイスによって前記駆動シャフトの前記第1の端部に連結されており、前記第2の圧縮機は、第2のカップリングデバイスによって前記駆動シャフトの前記第2の端部に連結されており、
前記第1および第2の圧縮機は、前記冷媒ループの中で並列に接続されており、冷却負荷を等しく共有するように制御される、ヒートポンプシステム。
[形態2]
形態1に記載のシステムであって、前記第1の圧縮機および前記第2の圧縮機は、サージ条件を検出するために、および、サージ条件を検出することに応答して、前記蒸気タービンの速度を調節するために、制御盤をそれぞれ含む、システム。
[形態3]
形態2に記載のシステムであって、前記第2の圧縮機が、前記第1の圧縮機の前記制御盤によって決定される設定点で動作するように制御される、システム。
[形態4]
形態3に記載のシステムであって、さらに、前記設定点が、容量制御アルゴリズム、サージ制御アルゴリズム、または安定性制御アルゴリズムのうちの1つによって決定される、システム。
[形態5]
形態1に記載のシステムであって、前記第1の圧縮機が、前記第2の圧縮機の鏡像であり、前記蒸気タービン駆動シャフトの反対端部において対称性を提供しており、前記第1の圧縮機は、反対側方向を向いていながら、前記第2の圧縮機と同じ方向に回転する、システム。
[形態6]
形態1に記載のシステムであって、前記第1の圧縮機および前記第2の圧縮機が、同一であり、同じ方向を向いて前記蒸気タービン駆動シャフトに連結されている、システム。
[形態7]
形態1に記載のシステムであって、前記第1および第2の圧縮機のそれぞれが、前記第1および第2の圧縮機の中の前記冷媒と混合する前記潤滑流体を含み、前記システムが、
前記圧縮機から、前記潤滑流体、前記冷媒、およびそれらの組み合わせを受け入れるように構成されている前記サンプシステムと、
前記サンプシステムから、潤滑を必要とする前記圧縮機の部分へ、前記潤滑流体を分配するための潤滑回路と、
前記潤滑流体と混合される冷媒の量を低減させるための、前記サンプシステムと前記システムの低圧領域との間の冷媒圧力減少部であって、前記圧力減少部は、前記サンプシステムの中の冷媒の温度をさらに低下させながら、前記サンプシステムの中の冷媒ガス圧力を、前記システムの前記低圧領域の中の冷媒ガス圧力のものよりも下方に低下させ、前記潤滑流体を冷却しながら、前記サンプシステムから前記システムの前記低圧領域へ冷媒ガスを除去する、冷媒圧力減少部とをさらに含む、システム。
[形態8]
形態7に記載のシステムであって、前記冷媒圧力減少部が、補助圧縮機である、システム。
[形態9]
形態8に記載のシステムであって、前記補助圧縮機が、前記サンプシステムのガス体積および前記システムの前記低圧領域に流体連通しており、前記補助圧縮機が、前記サンプシステムから冷媒ガスを引き出し、前記圧縮された冷媒ガスを前記システムの前記低圧領域へ排出し、前記補助圧縮機が、前記サンプシステム圧力および温度を維持し、それが、前記システム蒸発温度および圧力に対応するようになっている、システム。
[形態10]
形態7に記載のシステムであって、前記冷媒圧力を低減させるデバイスが、エジェクターポンプである、システム。
[形態11]
形態1に記載のシステムであって、前記チラーがコーストダウンモードの状態であるということ、または、前記蒸気タービンがクールダウン後スローロールモードの状態であるということ、または、前記サンプシステムの中の飽和温度が閾値温度を超過しているということを決定することに応答して、前記システムが、外部冷却供給源から前記補助凝縮器へ冷却流体を提供する、システム。
[形態12]
形態1に記載のシステムであって、前記システムが、中央制御システムをさらに含み、前記中央制御システムは、前記蒸気システムおよび前記冷媒システムの両方の動作を制御するように構成されており、前記中央制御システムが、容量制御システムを含み、前記容量制御システムは、離れていくチルド液体温度およびシステム圧力差に応答して、前記蒸気タービンの速度を調節し、前記冷媒システムの前記容量を制御するように構成されている、システム。
[形態13]
形態1に記載のシステムであって、前記冷媒システムが、
前記圧縮機への冷媒のフローを調整するためのプレローテーションベーンと、
離れていくチルド液体温度およびシステム圧力差に応答して、前記プレローテーションベーンの位置を調節し、前記冷媒システムの前記容量を制御するように構成されている容量制御システムとをさらに含む、システム。
[形態14]
形態1に記載のヒートポンプシステムであって、
前記冷媒システムが、ホットガスバイパスバルブをさらに含み、前記冷媒システムの高圧側と前記冷媒システムの低圧側との間の冷媒のフローを調整し、
前記容量制御システムが、離れていくチルド液体温度およびシステム圧力差に応答して、前記ホットガスバイパスバルブの位置を調節し、前記冷媒システムの前記容量を制御するように構成されている、ヒートポンプシステム。
[形態15]
形態18に記載のヒートポンプシステムであって、前記容量制御システムが、前記プレローテーションベーン、前記ホットガスバイパスバルブ、および、前記圧縮機の前記速度を制御し、前記圧縮機がサージ条件で動作することを防止するように構成されている、ヒートポンプシステム。
[形態16]
形態1に記載のシステムであって、前記第1および第2のカップリングデバイスのそれぞれが、クラッチである、システム。
[形態17]
形態1に記載のシステムであって、前記第1および第2のカップリングデバイスが、電磁カップリング、空気圧式のカップリング、またはエアクラッチのうちの1つである、システム。
[形態18]
形態1に記載のシステムであって、前記第1および第2の圧縮機のそれぞれが、可変幾何学形状ディフューザをさらに含み、前記可変幾何学形状ディフューザは、前記第1および第2の圧縮機の中のサージおよびストールを制御するように構成されている、システム。
[形態19]
形態1に記載のシステムであって、前記第1および第2の圧縮機のそれぞれが、渦電流近接プローブをさらに含み、前記渦電流近接プローブは、回転表面の磁気特性の相違を感知し、第1のまたは第2の圧縮機シャフトの運動を検出および測定するように構成されている、システム。
[形態20]
形態19に記載のシステムであって、前記第1および第2の圧縮機のそれぞれが、実質的に滑らかな回転デバイスおよびカウンタボア表面をさらに含み、前記カウンタボア表面は、内部にねじ山の付いた複数の孔部をさらに含み、前記内部にねじ山の付いた複数の孔部は、前記シャフトから前記回転デバイスを引き抜くためのボルトを受け入れるように配置されている、システム。
Claims (20)
- 蒸気ループの中で接続されている蒸気供給部、蒸気タービン、および蒸気凝縮器を含む蒸気システムと、
冷媒ループの中で接続されている第1の圧縮機および第2の圧縮機、冷媒凝縮器、ならびに蒸発器を含む冷媒システムと
を含む、ヒートポンプシステムであって、
前記蒸気タービンは、回転駆動シャフトを含み、前記回転駆動シャフトは、軸線方向に配設されており、前記蒸気タービンの第1の端部および第2の端部から延在しており、
前記ヒートポンプシステムは、潤滑流体を収集して再分配するためのサンプシステムを含み、
前記第1の圧縮機は、第1のカップリングデバイスによって前記駆動シャフトの前記第1の端部に連結されており、前記第2の圧縮機は、第2のカップリングデバイスによって前記駆動シャフトの前記第2の端部に連結されており、
前記第1および第2の圧縮機は、前記冷媒ループの中で並列に接続されており、冷却負荷を等しく共有するように制御される、ヒートポンプシステム。 - 請求項1に記載のシステムであって、前記第1の圧縮機および前記第2の圧縮機は、サージ条件を検出するために、および、サージ条件を検出することに応答して、前記蒸気タービンの速度を調節するために、制御盤をそれぞれ含む、システム。
- 請求項2に記載のシステムであって、前記第2の圧縮機が、前記第1の圧縮機の前記制御盤によって決定される設定点で動作するように制御される、システム。
- 請求項3に記載のシステムであって、さらに、前記設定点が、容量制御アルゴリズム、サージ制御アルゴリズム、または安定性制御アルゴリズムのうちの1つによって決定される、システム。
- 請求項1に記載のシステムであって、前記第1の圧縮機が、前記第2の圧縮機の鏡像であり、前記蒸気タービン駆動シャフトの反対端部において対称性を提供しており、前記第1の圧縮機は、反対側方向を向いていながら、前記第2の圧縮機と同じ方向に回転する、システム。
- 請求項1に記載のシステムであって、前記第1の圧縮機および前記第2の圧縮機が、同一であり、同じ方向を向いて前記蒸気タービン駆動シャフトに連結されている、システム。
- 請求項1に記載のシステムであって、前記第1および第2の圧縮機のそれぞれが、前記第1および第2の圧縮機の中の前記冷媒と混合する前記潤滑流体を含み、前記システムが、
前記圧縮機から、前記潤滑流体、前記冷媒、およびそれらの組み合わせを受け入れるように構成されている前記サンプシステムと、
前記サンプシステムから、潤滑を必要とする前記圧縮機の部分へ、前記潤滑流体を分配するための潤滑回路と、
前記潤滑流体と混合される冷媒の量を低減させるための、前記サンプシステムと前記システムの低圧領域との間の冷媒圧力減少部であって、前記圧力減少部は、前記サンプシステムの中の冷媒の温度をさらに低下させながら、前記サンプシステムの中の冷媒ガス圧力を、前記システムの前記低圧領域の中の冷媒ガス圧力のものよりも下方に低下させ、前記潤滑流体を冷却しながら、前記サンプシステムから前記システムの前記低圧領域へ冷媒ガスを除去する、冷媒圧力減少部と
をさらに含む、システム。 - 請求項7に記載のシステムであって、前記冷媒圧力減少部が、補助圧縮機である、システム。
- 請求項8に記載のシステムであって、前記補助圧縮機が、前記サンプシステムのガス体積および前記システムの前記低圧領域に流体連通しており、前記補助圧縮機が、前記サンプシステムから冷媒ガスを引き出し、前記圧縮された冷媒ガスを前記システムの前記低圧領域へ排出し、前記補助圧縮機が、前記サンプシステム圧力および温度を維持し、それが、前記システム蒸発温度および圧力に対応するようになっている、システム。
- 請求項7に記載のシステムであって、前記冷媒圧力を低減させるデバイスが、エジェクターポンプである、システム。
- 請求項1に記載のシステムであって、前記チラーがコーストダウンモードの状態であるということ、または、前記蒸気タービンがクールダウン後スローロールモードの状態であるということ、または、前記サンプシステムの中の飽和温度が閾値温度を超過しているということを決定することに応答して、前記システムが、外部冷却供給源から前記補助凝縮器へ冷却流体を提供する、システム。
- 請求項1に記載のシステムであって、前記システムが、中央制御システムをさらに含み、前記中央制御システムは、前記蒸気システムおよび前記冷媒システムの両方の動作を制御するように構成されており、前記中央制御システムが、容量制御システムを含み、前記容量制御システムは、離れていくチルド液体温度およびシステム圧力差に応答して、前記蒸気タービンの速度を調節し、前記冷媒システムの前記容量を制御するように構成されている、システム。
- 請求項1に記載のシステムであって、前記冷媒システムが、
前記圧縮機への冷媒のフローを調整するためのプレローテーションベーンと、
離れていくチルド液体温度およびシステム圧力差に応答して、前記プレローテーションベーンの位置を調節し、前記冷媒システムの前記容量を制御するように構成されている容量制御システムと
をさらに含む、システム。 - 請求項13に記載のヒートポンプシステムであって、
前記冷媒システムが、ホットガスバイパスバルブをさらに含み、前記冷媒システムの高圧側と前記冷媒システムの低圧側との間の冷媒のフローを調整し、
前記容量制御システムが、離れていくチルド液体温度およびシステム圧力差に応答して、前記ホットガスバイパスバルブの位置を調節し、前記冷媒システムの前記容量を制御するように構成されている、ヒートポンプシステム。 - 請求項14に記載のヒートポンプシステムであって、前記容量制御システムが、前記プレローテーションベーン、前記ホットガスバイパスバルブ、および、前記圧縮機の前記速度を制御し、前記圧縮機がサージ条件で動作することを防止するように構成されている、ヒートポンプシステム。
- 請求項1に記載のシステムであって、前記第1および第2のカップリングデバイスのそれぞれが、クラッチである、システム。
- 請求項1に記載のシステムであって、前記第1および第2のカップリングデバイスが、電磁カップリング、空気圧式のカップリング、またはエアクラッチのうちの1つである、システム。
- 請求項1に記載のシステムであって、前記第1および第2の圧縮機のそれぞれが、可変幾何学形状ディフューザをさらに含み、前記可変幾何学形状ディフューザは、前記第1および第2の圧縮機の中のサージおよびストールを制御するように構成されている、システム。
- 請求項1に記載のシステムであって、前記第1および第2の圧縮機のそれぞれが、渦電流近接プローブをさらに含み、前記渦電流近接プローブは、回転表面の磁気特性の相違を感知し、第1のまたは第2の圧縮機シャフトの運動を検出および測定するように構成されている、システム。
- 請求項19に記載のシステムであって、前記第1および第2の圧縮機のそれぞれが、実質的に滑らかな回転デバイスおよびカウンタボア表面をさらに含み、前記カウンタボア表面は、内部にねじ山の付いた複数の孔部をさらに含み、前記内部にねじ山の付いた複数の孔部は、前記シャフトから前記回転デバイスを引き抜くためのボルトを受け入れるように配置されている、システム。
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