專利名稱：帶有葉片式噴嘴的渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)，尤其涉及用于該有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)且實(shí)用的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
已知的封閉式蘭金循環(huán)包括用于動(dòng)力流體的蒸發(fā)的沸騰器或蒸發(fā)器；具有從該沸騰器供應(yīng)的蒸氣以便驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或其它負(fù)載的渦輪機(jī)；用于使得來(lái)自該渦輪機(jī)的排出蒸氣冷凝的冷凝器；以及用于使得冷凝的流體再循環(huán)到該沸騰器的裝置，例如泵。美國(guó)專利3393515披露了這種系統(tǒng)。
這種蘭金循環(huán)系統(tǒng)通常用于發(fā)電，發(fā)出的電力可供應(yīng)給配電系統(tǒng)或電網(wǎng)，以便國(guó)內(nèi)的民用和商用。在這種系統(tǒng)內(nèi)所使用的動(dòng)力流體通常是水，其中渦輪機(jī)由蒸氣來(lái)驅(qū)動(dòng)。供應(yīng)給沸騰器的熱源可以是任何形式的化石燃料，例如油、天然氣、或核能。在這種系統(tǒng)中渦輪機(jī)設(shè)計(jì)成便于在較高的壓力和溫度下工作，并且其制造和使用成本較高。
當(dāng)出現(xiàn)能源危機(jī)時(shí)，以及需要節(jié)約能源和需要高效地使用可利用的能源時(shí)，可使用蘭金循環(huán)系統(tǒng)來(lái)收集“廢熱”，否則這些廢熱將排放到大氣中，由于發(fā)電需要更多的燃料，因此這將間接地破壞環(huán)境。
在垃圾填埋應(yīng)用中可獲得一種常規(guī)的熱源，其中發(fā)散出導(dǎo)致全球溫室效應(yīng)的甲烷氣體。為了防止甲烷氣體進(jìn)入環(huán)境中且加劇全球溫室效應(yīng)，已經(jīng)提出了借助所謂的“驟燃”使得該氣體燃燒。盡管甲烷燃燒的產(chǎn)物(CO2和H2O)不破壞環(huán)境，但是浪費(fèi)了可以利用的大量能源。
另一種有效地使用甲烷氣體的方式是在柴油機(jī)或較小的燃?xì)鉁u輪機(jī)或微型渦輪機(jī)中燃燒甲烷氣體，以便驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，隨后電力直接供應(yīng)給使用電力的設(shè)備或返回到電網(wǎng)。在使用柴油機(jī)或微型渦輪機(jī)時(shí)，必需首先通過(guò)過(guò)濾器等來(lái)凈化甲烷氣體；并且如果使用柴油機(jī)，這還必需涉及大量的維護(hù)工作。另外，在這些方式的任一種中，都存在著由廢氣將大量的能量排放到大氣中的情況。
現(xiàn)今將廢熱排放到環(huán)境中的其它可能的廢熱源是地?zé)岷蛠?lái)自其它類型的發(fā)動(dòng)機(jī)例如燃?xì)鉁u輪機(jī)的熱量，其將大量的熱量釋放到廢氣中，以及往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，其將熱量釋放到廢氣以及例如水和潤(rùn)滑劑的冷卻液體中。
因此本發(fā)明的目的在于提供一種可有效地使用廢熱的新的改進(jìn)的封閉式蘭金循環(huán)發(fā)電裝置。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種在制造和使用上經(jīng)濟(jì)且有效的蘭金循環(huán)渦輪機(jī)。
本發(fā)明的又一目的在于更有效地使用二次廢熱源。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種在較低的溫度和壓力下工作的蘭金循環(huán)系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種在使用中經(jīng)濟(jì)且實(shí)用的蘭金循環(huán)系統(tǒng)。
通過(guò)參照附圖并且結(jié)合以下的描述，可更好地理解本發(fā)明的這些目的和其它的特征和優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
簡(jiǎn)言之，依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，設(shè)計(jì)成用于空調(diào)用途的壓縮制冷劑的離心式壓縮機(jī)以逆流關(guān)系來(lái)使用，由此在封閉式有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)中用作渦輪機(jī)。以這種方式，可使用相對(duì)便宜的現(xiàn)有的硬件系統(tǒng)，以便有效地滿足用于有效使用廢熱的有機(jī)蘭金循環(huán)渦輪機(jī)的要求。
依據(jù)本發(fā)明的另一方面，具有帶葉片的散流器的離心式壓縮機(jī)可有效地用作以逆流方式使用的帶有直流噴嘴的發(fā)電渦輪機(jī)。
依據(jù)本發(fā)明的再一方面，具有管式散流器的離心式壓縮機(jī)可用作以逆流關(guān)系工作的渦輪機(jī)，其中獨(dú)立的管開(kāi)口用作噴嘴。
依據(jù)本發(fā)明的又一方面，壓縮機(jī)/渦輪機(jī)使用作為動(dòng)力流體的有機(jī)制冷劑，該制冷劑選擇成使得其工作壓力在該壓縮機(jī)/渦輪機(jī)用作壓縮機(jī)時(shí)的工作壓力范圍內(nèi)。
參照以下的附圖來(lái)描述優(yōu)選實(shí)施例；然而，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可作出其它的變型和替代的結(jié)構(gòu)。


圖1是依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的蒸氣壓縮循環(huán)的示意圖；
圖2是依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的蘭金循環(huán)系統(tǒng)的示意圖；圖3是依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的離心式壓縮機(jī)的截面圖；圖4是依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的壓縮機(jī)/渦輪機(jī)的截面圖；圖5是依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的的散流器結(jié)構(gòu)的立體圖；圖6是依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的噴嘴結(jié)構(gòu)的立體圖；圖7A和7B是分別對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明的渦輪機(jī)噴嘴結(jié)構(gòu)的R2/R1(外徑/內(nèi)徑)半徑比率的示意圖；圖8是在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的壓縮機(jī)/渦輪機(jī)中使用的亮光動(dòng)力流體的溫度和壓力之間的關(guān)系的圖表；和圖9是依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的蘭金循環(huán)及其各個(gè)部件的立體圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)參照?qǐng)D1，其中示出了典型的蒸氣壓縮循環(huán)，其在流程上串聯(lián)地包括壓縮機(jī)11、冷凝器12、節(jié)流閥13、和蒸發(fā)器/冷卻器14。在該循環(huán)中，例如R-11、R-12、或R134a制冷劑受迫以逆時(shí)針?lè)较蛉缂^所示地流經(jīng)該系統(tǒng)。
由馬達(dá)16驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)11接收來(lái)自蒸發(fā)器/冷卻器14的制冷劑蒸氣并且將其壓縮到高溫和高壓，其中較熱的蒸氣隨后流向冷凝器12，在冷凝器中借助與冷卻介質(zhì)例如空氣或水的熱交換關(guān)系，蒸氣被冷卻并冷凝成液態(tài)。液體制冷劑隨后從冷凝器流向節(jié)流閥，其中制冷劑膨脹成低溫的兩相的液體/蒸氣狀態(tài)，同時(shí)制冷劑流向蒸發(fā)器/冷卻器14。蒸發(fā)器中的液體向流經(jīng)蒸發(fā)器/冷卻器的空氣或水提供冷卻效果。低壓的蒸氣隨后流向壓縮機(jī)11，在壓縮機(jī)中重新開(kāi)始循環(huán)。
依據(jù)空調(diào)系統(tǒng)的尺寸，壓縮機(jī)可以是用于小型系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)式、螺桿式、或往復(fù)式的壓縮機(jī)，或者是用于大型系統(tǒng)的螺桿式壓縮機(jī)或離心式壓縮機(jī)。典型的離心式壓縮機(jī)包括用于使得制冷劑蒸氣加速到高速的葉輪；用于使得制冷劑減速到低速同時(shí)將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓能的散流器；以及形式為蝸殼或收集器的排出增壓室，以便收集排出的蒸氣從而隨后流向冷凝器。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)16通常是電動(dòng)馬達(dá)，其氣密地密封在壓縮機(jī)11的另一端，并且借助傳動(dòng)裝置26在操作上使得高速軸旋轉(zhuǎn)。
如圖2所示的典型的蘭金循環(huán)系統(tǒng)還包括蒸發(fā)器/冷卻器17和冷凝器18，它們以與上述的蒸氣壓縮的相同方式分別地吸收和釋放熱量。然而，如以下所述，流體在該系統(tǒng)中流動(dòng)的方向與蒸氣壓縮循環(huán)相比是顛倒的，并且壓縮機(jī)11由渦輪機(jī)19來(lái)代替，渦輪機(jī)不由馬達(dá)16來(lái)驅(qū)動(dòng)，而是由該系統(tǒng)中的動(dòng)力流體來(lái)驅(qū)動(dòng)的并且其還驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)21以便產(chǎn)生電力。
在操作中，通常作為具有大量熱量輸入的蒸發(fā)器使得動(dòng)力流體蒸發(fā)，該動(dòng)力流體通常是水，但是也可以是制冷劑，其中蒸氣隨后流向有動(dòng)力供應(yīng)的渦輪機(jī)。當(dāng)離開(kāi)渦輪機(jī)，低壓蒸氣流向冷凝器18，其中蒸氣借助與冷卻介質(zhì)的熱交換關(guān)系從而被冷凝。冷凝后的液體隨后借助如圖所示的泵22循環(huán)到蒸發(fā)器/沸騰器以便完成該循環(huán)。
現(xiàn)參照?qǐng)D3，所示的典型的離心式壓縮機(jī)包括電動(dòng)馬達(dá)24，其在操作上與傳動(dòng)裝置26連接以便驅(qū)動(dòng)葉輪27。油泵28用于使得油循環(huán)經(jīng)過(guò)傳動(dòng)裝置26。當(dāng)葉輪27高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，迫使制冷劑經(jīng)入口引導(dǎo)葉片31流入入口29，以便經(jīng)葉輪27、散流器32、進(jìn)入收集器33，在其中收集排出的蒸氣以便如上所述地流向冷凝器。
在圖4中，如圖3所示的相同設(shè)備作為徑向流入式渦輪機(jī)而不是作為離心式壓縮機(jī)來(lái)工作。因而，動(dòng)力流體被引入到入口增壓室34，其以前被設(shè)計(jì)成作為收集器33。動(dòng)力流體隨后徑向向內(nèi)地流經(jīng)噴嘴36，該噴嘴的結(jié)構(gòu)與在離心式壓縮機(jī)中用作散流器的結(jié)構(gòu)相同。動(dòng)力流體隨后撞擊葉輪27，由此使得其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。葉輪隨后借助傳動(dòng)裝置26以便驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)24，該發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與在離心式壓縮機(jī)中用做馬達(dá)的結(jié)構(gòu)相同。在流經(jīng)葉輪27之后，低壓氣體流經(jīng)入口引導(dǎo)葉片31以便流向出口開(kāi)口37。在這種工作模式中，入口引導(dǎo)葉片31優(yōu)選為可移動(dòng)到完全打開(kāi)位置或者移動(dòng)整個(gè)地從該設(shè)備上移去。
在如上所述的離心式壓縮機(jī)應(yīng)用中，散流器32可以各種類型中的任何一種，其中包括葉片式散流器或無(wú)葉片的散流器。一種已知類型的葉片式散流器是在美國(guó)專利5145317中披露的已知的管式散流器，該專利轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。這種散流器在圖5中由附圖標(biāo)記38表示，其周向地圍繞葉輪27。在此，后傾式葉輪27沿如圖所示的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，高壓制冷劑徑向向外地沿箭頭流經(jīng)散流器38。該散流器38具有多個(gè)周向間隔開(kāi)的漸縮部分或楔形部分39，漸縮通道41形成在其間。經(jīng)壓縮的制冷劑隨后徑向向外地流經(jīng)如圖所示的漸縮通道41。
在離心式壓縮機(jī)作為如圖6所示的渦輪機(jī)工作的應(yīng)用中，葉輪27沿如圖所示的逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，其中葉輪27由動(dòng)力流體來(lái)驅(qū)動(dòng)，該動(dòng)力流體如圖所示地沿箭頭徑向向內(nèi)流經(jīng)漸縮通道41。
因此，與在離心式壓縮機(jī)中用做散流器38相同的結(jié)構(gòu)可在渦輪機(jī)應(yīng)用中用做噴嘴或噴嘴的收集部分。另外，這種噴嘴結(jié)構(gòu)提供了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的噴嘴結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。為了描述高于現(xiàn)有技術(shù)的噴嘴結(jié)構(gòu)的區(qū)別和優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)參照?qǐng)D7A和7B。
參照?qǐng)D7A，所示的現(xiàn)有技術(shù)的噴嘴結(jié)構(gòu)參照居中設(shè)置的葉輪42來(lái)描述，該葉輪接收來(lái)自多個(gè)周向設(shè)置的噴嘴元件43的動(dòng)力流體。該噴嘴43的徑向范圍如圖所示地由內(nèi)徑R1和外徑R2來(lái)限定?？梢钥闯?，單獨(dú)的噴嘴元件43較短，從外徑R2到內(nèi)徑R1立刻縮小截面面積。另外，噴嘴元件在其受壓側(cè)44和負(fù)壓側(cè)46上是明顯彎曲的，由此導(dǎo)致如圖所示沿箭頭流經(jīng)噴嘴元件的氣體明顯轉(zhuǎn)彎變向。
以上的噴嘴的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，設(shè)備整體尺寸較小。由于這個(gè)原因，絕大多數(shù)的(幾乎所有的)用于渦輪機(jī)應(yīng)用的噴嘴結(jié)構(gòu)屬于這種結(jié)構(gòu)。然而在這種結(jié)構(gòu)中具有一些缺點(diǎn)。例如，噴嘴轉(zhuǎn)向損失以及射出流的不均勻性導(dǎo)致噴嘴效率下降。這些損失被認(rèn)為是較小的，并且通常認(rèn)為為了獲得較小尺寸的設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，這些損失是值得的。當(dāng)然應(yīng)當(dāng)理解，這種類型的噴嘴不能相對(duì)于流動(dòng)方向逆向地用作散流器，這是由于高的轉(zhuǎn)向率和快速減速，因此流動(dòng)將出現(xiàn)分離。
參照?qǐng)D7B，在所示的本發(fā)明的噴嘴結(jié)構(gòu)中，葉輪42由多個(gè)噴嘴元件47周向地圍繞。可以看出，噴嘴元件大體上是長(zhǎng)的、窄的、和直的。受壓側(cè)48和負(fù)壓側(cè)49是線形的，由此提供了相對(duì)較長(zhǎng)且較緩的漸擴(kuò)通道51。在漸擴(kuò)通道51的邊界內(nèi)，受壓側(cè)48和負(fù)壓側(cè)49所夾的角度是圓錐角α，其優(yōu)選為小于9度，并且可以看出，在圖中由虛線表示的這些圓錐的中心線是直的。由于噴嘴元件47是較長(zhǎng)的，R2/R1的比率大于1.25并且優(yōu)選的范圍為1.4。
由于R2/R1的比率較大，因此設(shè)備的總體尺寸相對(duì)于圖7A所示的常規(guī)噴嘴結(jié)構(gòu)具有適度的增加(即范圍為15％)。另外，由于通道51較長(zhǎng)，因此摩擦損失大于圖7A所示的常規(guī)噴嘴的摩擦損失。然而，這種噴嘴結(jié)構(gòu)具有性能上的優(yōu)點(diǎn)。例如，由于不存在轉(zhuǎn)向損失或者不存在射出流的不均勻性，因此噴嘴效率相對(duì)于常規(guī)噴嘴結(jié)構(gòu)而言明顯增大，即使在考慮上述的摩擦損失的情況下也是如此。該效率的提高的范圍為2％。另外，由于這種結(jié)構(gòu)基于散流器結(jié)構(gòu)，因此其可以如上所述地用于渦輪機(jī)和壓縮機(jī)這兩種應(yīng)用，以下將更詳細(xì)地進(jìn)行描述。
如果用于有機(jī)蘭金循環(huán)渦輪機(jī)應(yīng)用和用于離心式壓縮機(jī)應(yīng)用的設(shè)備是相同的，則本申請(qǐng)的申請(qǐng)人認(rèn)識(shí)到必須使用不同的制冷劑。也就是說(shuō)，如果已知的離心式壓縮機(jī)的制冷劑R-134a用于有機(jī)蘭金循環(huán)渦輪機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合，則壓力將過(guò)大。即，在使用R-134a作為制冷劑的離心式壓縮機(jī)中，壓力范圍在50-180psi之間，并且如果相同的制冷劑用于本發(fā)明所述的渦輪機(jī)應(yīng)用，則壓力將升高到大約500psi，這大于壓縮機(jī)的最大設(shè)計(jì)壓力。因此，對(duì)于申請(qǐng)人而言必須獲得另一種可用于渦輪機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合的制冷劑。因此，申請(qǐng)人找到了制冷劑R-245fa，當(dāng)該制冷劑應(yīng)用于渦輪機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合時(shí)，其在40-180psi的壓力范圍內(nèi)工作，如圖8所示的圖表。該壓力范圍對(duì)于設(shè)計(jì)成用于離心式壓縮機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合的硬件而言是可接受的。另外，對(duì)于使用R-245fa的這種渦輪機(jī)系統(tǒng)的溫度范圍在100-200°F的范圍內(nèi)，這對(duì)于設(shè)計(jì)成用于離心式壓縮機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合的硬件而言是可接受的，在離心式壓縮機(jī)中工作溫度在40-110°F的范圍內(nèi)。因此在圖8中可以看出，設(shè)計(jì)用于R-134a的空調(diào)系統(tǒng)在使用R-245fa的情況下可以用于有機(jī)蘭金循環(huán)的發(fā)電應(yīng)用場(chǎng)合。另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于現(xiàn)有的壓縮機(jī)具有額外的安全裕度，相同的設(shè)備可安全地且有效地在較高溫度和壓力范圍中使用(例如如圖8中的虛線所示的270°和300psi)。
在已經(jīng)描述了本發(fā)明的渦輪機(jī)部分的情況下，以下將考慮將與渦輪機(jī)一起使用的相關(guān)系統(tǒng)部件。參照?qǐng)D9，如上所述的渦輪機(jī)在圖中由附圖標(biāo)記52來(lái)表示，其作為ORC(有機(jī)蘭金循環(huán))渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)，作為Carrier 19XR2離心式壓縮機(jī)而言可在市場(chǎng)上獲得，其可如上所述地逆向工作。該系統(tǒng)的沸騰器或蒸發(fā)器部分在圖中由附圖標(biāo)記53來(lái)表示，其用于將較高壓力的高溫R-245fa制冷劑蒸氣供應(yīng)給渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)52。依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)于這種沸騰器/蒸發(fā)器的需要可由在市場(chǎng)上獲得的Carrier Limited Korea的蒸氣發(fā)生器來(lái)實(shí)現(xiàn)，其商品名稱為16JB。
用于沸騰器/蒸發(fā)器53的能源在圖中由附圖標(biāo)記54來(lái)表示，并且可以是通常排放到大氣中的任何形式的廢熱。例如，對(duì)于小型燃?xì)鉁u輪機(jī)例如Capstone C60通常稱為微型渦輪機(jī)而言，熱量可以從微型渦輪機(jī)的廢氣中獲得。其還可以是例如Pratt&Whitney FT8固定燃?xì)鉁u輪機(jī)的大型燃?xì)鉁u輪機(jī)。另一種實(shí)用的廢熱是來(lái)自內(nèi)燃機(jī)例如大型往復(fù)式柴油機(jī)，其用于驅(qū)動(dòng)大型發(fā)電機(jī)并且在工作中通過(guò)排出廢氣以及通過(guò)液體冷卻劑在散熱器和/或潤(rùn)滑系統(tǒng)中的循環(huán)從而產(chǎn)生大量的熱量。另外，能量可以從用于渦輪增壓器中間冷卻器的熱交換器中獲得，其中流入的經(jīng)壓縮的燃燒空氣被冷卻以便實(shí)現(xiàn)更高的效率和更高的性能。
最后，用于沸騰器的熱能可以從地?zé)峄蚶盥耋E燃廢氣中獲得。在這些情況下，燃燒氣體可直接應(yīng)用于沸騰器以便產(chǎn)生制冷劑蒸氣，或通過(guò)首先利用這些源氣體驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，再使得發(fā)動(dòng)機(jī)放出可如上所述地被利用的熱量從而間接地應(yīng)用。
在制冷劑蒸氣經(jīng)過(guò)渦輪機(jī)52之后，其經(jīng)過(guò)冷凝器56以便使得蒸氣冷凝回到液體，該液體隨后由泵57泵送到沸騰器/蒸發(fā)器53。冷凝器56可以是已知類型中的任何一種。發(fā)現(xiàn)適用于該應(yīng)用場(chǎng)合的一種類型是在市場(chǎng)上從Carrier Corporation可獲得的型號(hào)為09DK094的空氣冷卻的冷凝器。適當(dāng)?shù)谋?7是在市場(chǎng)上獲得的Sundyne P2CZS。
盡管詳細(xì)地描述了本發(fā)明的最佳實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可對(duì)實(shí)施本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和實(shí)施方式進(jìn)行各種改變和變型。
權(quán)利要求
1.一種操作有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)以串聯(lián)流程的關(guān)系包括泵、蒸發(fā)器、渦輪機(jī)、和冷凝器，該方法包括以下步驟將相對(duì)高溫高壓的有機(jī)制冷劑蒸氣引入到該渦輪機(jī)中的多個(gè)噴嘴，以便使其流經(jīng)該噴嘴并作用于葉輪，以便將驅(qū)動(dòng)力傳遞給該葉輪；該制冷劑是R-245fa。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述噴嘴是帶葉片的散流器。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述噴嘴的截面形狀為截頭圓錐形。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該制冷劑在溫度為210-270°F的范圍內(nèi)引入。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該制冷劑在壓力為180-330psia的范圍內(nèi)引入。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括由來(lái)自內(nèi)燃機(jī)的熱量加熱該蒸氣的預(yù)先步驟。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，加熱該蒸氣的該步驟是從該內(nèi)燃機(jī)的廢氣中獲取熱量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，加熱該蒸氣的該步驟是從在該內(nèi)燃機(jī)中循環(huán)的冷卻劑中獲取熱量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括使得在該渦輪機(jī)的出口處存在的任何蒸氣冷凝的額外步驟。
10.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，該冷凝器是水冷的。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述噴嘴由內(nèi)徑R1和外徑R2徑向地限定，并且R2/R1＞1.25
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括該蒸發(fā)器接收來(lái)自燃?xì)鉁u輪機(jī)的熱量的步驟。
13.一種有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)，其以串聯(lián)流程的關(guān)系包括泵、蒸發(fā)器、渦輪機(jī)、和冷凝器，該渦輪機(jī)包括弧形地設(shè)置的蝸殼，以便接收來(lái)自該蒸發(fā)器的有機(jī)制冷劑蒸氣介質(zhì)并且徑向向內(nèi)地引導(dǎo)該蒸氣流；周向間隔開(kāi)并且圍繞該蝸殼的內(nèi)周設(shè)置的多個(gè)噴嘴，以便接收來(lái)自其的蒸氣流并且徑向向內(nèi)地引導(dǎo)該蒸氣流，；徑向設(shè)置在該噴嘴內(nèi)的葉輪，以便使得從該噴嘴徑向流入的蒸氣撞擊在該葉輪上的多個(gè)周向間隔開(kāi)的葉片，從而使得該葉輪旋轉(zhuǎn)；以及用于將該蒸氣流從該渦輪機(jī)引導(dǎo)到該冷凝器的排出流裝置；其中，該有機(jī)制冷劑蒸氣介質(zhì)是R-245fa。
14.如權(quán)利要求13所述的有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)噴嘴是帶葉片的形式。
15.如權(quán)利要求14所述的有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，每一所述噴嘴包括截頭圓錐形通道。
16.如權(quán)利要求13所述的有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)入該蝸殼的該蒸氣的壓力在180-330psia的范圍內(nèi)。
17.如權(quán)利要求13所述的有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)入該蝸殼的該蒸氣的飽和溫度在210-270°F的范圍內(nèi)。
18.如權(quán)利要求13所述的有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，該蒸發(fā)器接收來(lái)自內(nèi)燃機(jī)的熱量。
19.如權(quán)利要求18所述的有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，從該內(nèi)燃機(jī)獲取的熱量是從內(nèi)燃機(jī)的排氣中獲取的。
20.如權(quán)利要求18所述的有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，從該內(nèi)燃機(jī)獲取的熱量是從在該內(nèi)燃機(jī)內(nèi)循環(huán)的液體冷卻劑中獲取的。
21.如權(quán)利要求13所述的有機(jī)蘭金循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，該冷凝器是水冷式的。
全文摘要
一種設(shè)計(jì)成離心式壓縮機(jī)的設(shè)備，其逆向地工作以便作為有機(jī)蘭金循環(huán)的渦輪機(jī)。為了接納較高的壓力，當(dāng)作為渦輪機(jī)時(shí)，適當(dāng)?shù)剡x擇制冷劑，以便壓力和溫度保持在設(shè)定的限度內(nèi)。這種現(xiàn)有的相對(duì)便宜的設(shè)備改裝成以適于其它的不經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用場(chǎng)合，這樣可方便且經(jīng)濟(jì)地使用可能作為廢熱排放到大氣中的能源。
文檔編號(hào)F01D15/10GK1711410SQ200380103183
公開(kāi)日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2003年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月13日
發(fā)明者J·J·布拉斯茲, B·P·比伊德曼 申請(qǐng)人:Utc 電力有限責(zé)任公司