[发明专利]用于高温有机兰金循环系统的密封式马达冷却

说明书

技术领域

本发明总体上涉及有机兰金循环(ORC)系统，并且更具体地，涉及用于有机兰金循环系统的二级冷却系统。

背景技术

有机兰金循环是以有机流体制冷剂代替水/水蒸气作为工作流体的蒸气动力循环。该工作流体在“蒸发器/锅炉”中由废热源或低品质热源来加热。流体以液体作为开始而以蒸气作为结束。高压制冷剂蒸气在涡轮机中膨胀以产生电力。从涡轮机排出的低压蒸气冷凝，然后被送回到泵以重新启动该循环。

用于发电的简单兰金循环遵循如下工艺顺序：1)绝热压力(adiabatic pressure)通过泵上升；2)在预热器、蒸发器和过热器中的等压加热(isobaric heat addition)；3)在涡轮机中绝热膨胀(adiabatic expansion)；以及4)在冷凝器中的等压放热(isobaric heat rejection)，但其它循环改动也是可能的，诸如添加蒸气到液体回流换热器(recuperator)等。

有机兰金循环发电机可以是密封的或非密封的。非密封式发电机不共享工作流体环境，并且通常通过空气或水来冷却。密封式发电机共享并且通过来自于主循环的制冷剂来冷却。

图1示意性地图示了具有标准密封式发电机冷却的常规有机兰金循环系统。液体制冷剂的少量二级流从泵出口排出并且被输送至发电机外壳。在此情况下，流体首先被输送通过定子冷却夹套，而且在从定子损耗吸热的同时部分地沸腾。然后剩余的两相制冷剂被喷洒到从转子损耗和风阻损失吸热的转子室(rotor volume)中。然后在涡轮机排气装置的下游排放经气化的制冷剂。

发明内容

根据本公开的示例性方面的有机兰金循环系统包括由工作流体驱动的涡轮机和由涡轮机驱动的发电机。发电机包括在亚大气压力下的转子室，工作流体被喷洒到所述转子室中。

根据本公开的示例性方面的有机兰金循环系统包括与亚大气压力下的转子室连通的二级冷却流回路，所述二级冷却流回路将工作流体喷洒到所述转子室中。

根据本公开的示例性方面的操作有机兰金循环系统的方法包括将工作流体喷洒到亚大气压力下的转子室中。

附图说明

从公开的非限制性实施方式的以下详细说明中，各种特征对于本领域技术人员将变得显而易见。本详细说明的附图可简要描述如下：

图1为相关技术的有机兰金循环的示意图，其中低侧饱和温度为足够冷以便提供发电机冷却；以及

图2为根据一个公开的非限制性实施方式的有机兰金循环的示意图，其中低侧饱和温度对于直接发电机冷却和二级冷却流回路过于温暖；

图3为具有二级冷却流回路的有机兰金循环的涡轮机发电机的详细视图。

图4为具有双迷宫式密封件的轴密封件的详细截面视图。

具体实施方式

图2示意性地图示了有机兰金循环系统20。有机兰金循环系统20总体上包括电力产生涡轮机22，电力产生涡轮机22由诸如硅氧烷MM、Novec649或其它高沸点的制冷剂等工作流体来驱动。涡轮机22驱动产生电力的发电机24。制冷剂泵26增加来自冷凝器28的工作流体的压力。诸如锅炉等蒸发器30接收来自热源回路(在该示例中为热油)36的相当多的热输入、使工作流体气化，然后蒸气被传送通过至涡轮机22。在离开涡轮机22后，相对较低压力的蒸气传送至冷凝器28，其在冷凝器28处通过与冷却流体系统38的热交换关系而被冷凝。然后通过泵26使经冷凝的工作流体环行至蒸发器30以完成循环。然而，应当认识到的是，可以替代地使用另外的循环和其它流体。

参看图3，发电机24总体上包括壳体40、定子42、转子44以及转子密封件46。转子密封件46使发电机24与涡轮机22分离，涡轮机22总体上包括径向向心涡轮机（radial inflow turbine）48、涡壳50和喷嘴、护罩以及扩散器。即是说，转子密封件46使涡轮机室(turbine volume)T从转子室G分离。径向向心涡轮机48响应于通过涡壳50输送的工作流体在涡轮机室T内围绕轴线A旋转，以便通过转子44驱动发电机22。径向向心涡轮机48使转子44围绕旋转轴线A在定子42内旋转。图3中所示的实例为具有磁性轴承但无齿轮的无油高速直接驱动系统，但其它实施方式将具有相同的密封和冷却要求。