JP7266707B2 - 発電システム及びこのような発電システムの動作によって発電する方法 - Google Patents
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Description
-液体ポンプから流入する作動流体が高圧ガス又は蒸気に少なくとも部分的に変換される1又は2以上の蒸発器を含む蒸発器セクションと、
-膨張器セクションと、
-冷却剤、例えば水又は空気の冷却回路に接続されて、作動流体から液体への完全な凝縮を可能にして、この液体がその後のサイクルのために液体ポンプによって周囲に圧送される1又は2以上の凝縮器を含む凝縮器セクションと、
を通って連続して作動流体を循環させる液体ポンプを備えている。
-作動流体が加圧されて駆動シャフトによって駆動されるインペラを備えた回転液体ポンプを含む液体ポンプセクションと、
-回転液体ポンプで加圧された作動流体が熱源からの熱の添加によって少なくとも部分的に蒸発される蒸発器を含む蒸発器セクションと、
-蒸発器セクションにおいて少なくとも部分的に蒸発された作動流体が膨張される入口ポートを備えた回転膨張器及び回転膨張器要素を含む膨張器セクションと、
-ロータを備えた回転発電機を含む発電機セクションと、
を備え、
膨張器セクション、液体ポンプセクション及び発電機セクションは、回転膨張器の回転膨張器要素、回転液体ポンプのインペラ及び回転発電機のロータとの間の相対回転速度比が機械的に維持されるように回転可能に接続され、
回転液体ポンプのインペラを駆動する駆動シャフトは、回転液体ポンプに入る作動流体の制御された部分が液体ポンプセクションから膨張器セクション及び/又は発電機セクションに移行することを可能にするスロットルデバイスを備えるように構成されている、ことを特徴とする。
発電システムは、
-入口と、作動流体が加圧されて駆動シャフトによって駆動されるインペラを備えた回転液体ポンプとを含む液体ポンプセクションと、
-回転液体ポンプで加圧された作動流体が熱源からの熱の添加によって少なくとも部分的に蒸発される蒸発器を含む蒸発器セクションと、
-蒸発器セクションにおいて少なくとも部分的に蒸発された作動流体が膨張される、回転膨張器要素を備えた回転膨張器を含む膨張器セクションと、
-ロータを備えた回転発電機を含む発電機セクションと、
を備え、
膨張器セクション、液体ポンプセクション及び発電機セクションは、回転膨張器の回転膨張器要素、回転液体ポンプのインペラ及び回転発電機のロータとの間の相対回転速度比が機械的に維持されるように回転可能に接続され、
回転液体ポンプに入る作動流体の制御された部分は、回転液体ポンプのインペラが駆動される駆動シャフトが備えられたスロットルデバイスにより液体ポンプセクションから膨張器セクション及び/又は発電機セクションに移行することが可能となり、回転膨張器及び/又は回転発電機は、液体ポンプセクションから膨張器セクション又は発電機セクションに移行する作動流体の制御された部分によって冷却される、特徴を有する。
2 一体化複合装置
3 膨張器セクション
4 液体ポンプセクション
5 発電機セクション
6 ハウジング
7 回転液体ポンプ7
8、12 駆動シャフト
9 蒸発器
10 熱交換器
11 回転膨張器
13 発電機
14 凝縮器
15 作動流体の制御された部分
Claims (26)
- 発電システムであって、
インペラを備えた回転液体ポンプ(7)を含む液体ポンプセクション(4)であって、作動流体が加圧されて駆動シャフト(8)によって駆動される、液体ポンプセクション(4)と、
蒸発器(9)を含む蒸発器セクションであって、前記回転液体ポンプ(7)で加圧された作動流体が熱源からの熱の添加によって少なくとも部分的に蒸発される、蒸発器セクションと、
入口ポート(16)を備えた回転膨張器(11)及び回転膨張器要素を含む膨張器セクション(3)であって、前記蒸発器セクションにおいて少なくとも部分的に蒸発された作動流体が膨張される、膨張器セクション(3)と、
ロータを備えた回転発電機(13)を含む発電機セクション(5)と、
を備え、
前記膨張器セクション(3)、前記液体ポンプセクション(4)及び前記発電機セクション(5)は、前記回転膨張器(11)の前記回転膨張器要素、前記回転液体ポンプ(7)の前記インペラ及び前記回転発電機(13)の前記ロータとの間の相対回転速度比が機械的に維持されるように回転可能に接続される、
発電システムにおいて、
前記回転液体ポンプ(7)の前記インペラを駆動する前記駆動シャフト(8)は、前記回転液体ポンプ(7)に入る前記作動流体の制御された部分(15)が、前記液体ポンプセクション(4)から前記膨張器セクション(3)及び/又は前記発電機セクション(5)に移行することを可能にするスロットルデバイスを備えるように構成される、ことを特徴とする発電システム。 - 前記発電システム(1)はランキンサイクルであり、前記作動流体が循環する、ことを特徴とする請求項1に記載の発電システム。
- 前記回転膨張器(11)の前記入口ポート(16)は、前記回転膨張器の出口ポート(17)よりも高い位置にある、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の発電システム。
- 前記回転液体ポンプ(7)は、前記回転膨張器(11)の前記入口ポート(16)よりも低い位置にある、ことを特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載の発電システム。
- 前記発電機セクション(5)の前記回転発電機(13)は、同期発電機である、ことを特徴とする請求項1~4の何れか1項に記載の発電システム。
- 前記作動流体は有機作動流体である、ことを特徴とする請求項1~5の何れか1項に記載の発電システム。
- 前記作動流体は、潤滑剤を含み、又は潤滑剤として作用する、ことを特徴とする請求項1~6の何れか1項に記載の発電システム。
- 前記回転膨張器要素は、前記回転液体ポンプ(7)の前記インペラを駆動する前記駆動シャフト(8)に装着される、ことを特徴とする請求項1~7の何れか1項に記載の発電システム。
- 前記回転膨張器要素は、前記回転発電機(13)の前記ロータを駆動する駆動シャフト(12)に装着される、ことを特徴とする請求項1~8の何れか1項に記載の発電システム。
- 前記回転液体ポンプ(7)の前記インペラを駆動する前記駆動シャフト(8)は、前記回転発電機(13)の前記ロータを駆動する前記駆動シャフト(12)とは異なる、ことを特徴とする請求項8及び9に記載の発電システム。
- 前記回転発電機(13)の前記ロータは、前記回転液体ポンプ(7)の前記インペラを駆動する前記駆動シャフト(8)によって駆動される、ことを特徴とする請求項1-8の何れか1項に記載の発電システム。
- 前記発電システム(1)は、前記回転膨張器(11)及び前記回転発電機(13)の全ての回転部品を封入する半密閉ハウジング(6)を更に備える、ことを特徴とする請求項1~11の何れか1項に記載の発電システム。
- 前記半密閉ハウジング(6)は、前記回転液体ポンプ(7)の全ての回転部品を封入する、ことを特徴とする請求項12に記載の発電システム。
- 前記半密閉ハウジング(6)における前記膨張器セクション(3)の位置は、前記液体ポンプセクション(4)と前記発電機セクション(5)との間にある、ことを特徴とする請求項13に記載の発電システム。
- 前記半密閉ハウジング(6)における前記発電機セクション(5)の位置は、前記液体ポンプセクション(4)と前記膨張器セクション(3)との間にある、ことを特徴とする請求項13に記載の発電システム。
- 前記回転膨張器(11)は、容積移送回転膨張器である、ことを特徴とする請求項1~15の何れか1項に記載の発電システム。
- 前記回転液体ポンプ(7)は、容積移送回転ポンプである、ことを特徴とする請求項1~16の何れか1項に記載の発電システム。
- 前記回転膨張器(11)及び/又は前記回転発電機(13)は、垂直方向位置に装着される、ことを特徴とする請求項1~17の何れか1項に記載の発電システム。
- 前記回転膨張器(11)及び/又は前記回転発電機(13)は、水平方向位置に装着される、ことを特徴とする請求項1~17の何れか1項に記載の発電システム。
- 前記スロットルデバイスは、前記回転液体ポンプ(7)の前記インペラが装着された前記駆動シャフト(8)と、前記液体ポンプセクション(4)と前記膨張器セクション(3)及び発電機セクション(5)のうちの一方との間の前記駆動シャフト(8)のシーリング(18)との間の開口部である、ことを特徴とする請求項1~19の何れか1項に記載の発電システム。
- 発電システム(1)の動作によって発電する方法であって、
前記発電システム(1)が、
入口と、インペラを備えた回転液体ポンプ(7)と、を含む液体ポンプセクション(4)であって、作動流体が加圧されて駆動シャフト(8)によって駆動される液体ポンプセクション(4)と、
蒸発器(9)を含む蒸発器セクションであって、前記回転液体ポンプ(7)で加圧された作動流体が熱源からの熱の添加によって少なくとも部分的に蒸発される蒸発器セクションと、
回転膨張器要素を備えた回転膨張器(11)を含む膨張器セクション(3)であって、前記蒸発器セクションにおいて少なくとも部分的に蒸発された作動流体が膨張される膨張器セクション(3)と、
ロータを備えた回転発電機(13)を含む発電機セクション(5)と、
を備え、
前記膨張器セクション(3)、前記液体ポンプセクション(4)及び前記発電機セクション(5)は、前記回転膨張器(11)の前記回転膨張器要素、前記回転液体ポンプ(7)の前記インペラ及び前記回転発電機(13)の前記ロータとの間の相対回転速度比が機械的に維持されるように回転可能に接続され、
前記回転液体ポンプ(7)に入る前記作動流体の制御された部分(15)は、前記回転液体ポンプ(7)の前記インペラが駆動される前記駆動シャフト(8)が備えられたスロットルデバイスにより前記液体ポンプセクション(4)から前記膨張器セクション(3)及び/又は前記発電機セクション(5)に移行することが可能となり、
前記回転膨張器(11)及び/又は前記回転発電機(13)は、前記液体ポンプセクション(4)から前記膨張器セクション又は前記発電機セクション(5)に移行する前記作動流体の前記制御された部分(15)によって冷却される、
ことを特徴とする、発電方法。 - 前記回転膨張器の入口ポート(16)に送給される少なくとも部分的に蒸発された作動流体は、気体又は蒸気状態にある、ことを特徴とする請求項21に記載の発電方法。
- 前記回転膨張器(11)の入口ポート(16)に送給される前記作動流体は、液体及び気体又は蒸気作動流体の混合物である、ことを特徴とする請求項21に記載の発電方法。
- 前記回転発電機(13)の前記ロータは、前記液体ポンプセクション(4)の前記入口における作動流体圧力よりも高く且つ前記液体ポンプセクション(4)の出口における作動流体圧力よりも低い前記作動流体によってもたらされる圧力に曝される、ことを特徴とする請求項21~23の何れか1項に記載の発電方法。
- 前記回転発電機(13)の前記ロータは、液体及び気体又は蒸気作動流体の混合物に曝される、ことを特徴とする請求項21~24の何れか1項に記載の発電方法。
- スロットルデバイスによって前記液体ポンプセクション(4)から前記膨張器セクション(3)及び/又は前記発電機セクション(5)に移行することができる作動流体の前記制御された部分(15)の質量流量は、前記液体ポンプセクション(4)の前記入口に送給された前記作動流体の総質量流量の25%よりも低い、ことを特徴とする請求項21~25の何れか1項に記載の発電方法。
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