(57)【要約】少なくとも１つのステータ段（Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎ）と少なくとも１つのロータ段（Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｎ）とを有し、作動流体の主流の第１の膨張が実質的な径方向に生じる第１のセクション（Ａ）と、少なくとも１つのステータ段と少なくとも１つのロータ段とを有し、作動流体の主流の第２の膨張が実質的な軸方向に生じる第２のセクション（Ｂ）と、第１のセクションと第２のセクションとの間で、初期の径方向から実質的な軸方向へ作動流体の主流を変更させる角度ブレードの列を含む少なくとも１つの角度ステータ段（Ｓ４）と、を備える、有機ランキンサイクルの水蒸気の熱力学サイクルの膨張段階のための混合流タービン（１）が提供される。タービン（１）は、角度ステータ段（Ｓ４）の近くに配置される作動流体の第２流体の注入手段（６０）および／または抽出手段（７０）を備える。【選択図】    図７
2019518900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水蒸気の熱力学サイクル、または、有機ランキンサイクルの膨張段階のための混合流タービン（１）であって、
実質的な径方向において作動流体の主流の第１の膨張が生じる第１のセクション（Ａ）であって、少なくとも１つのステータ段（Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎ）と少なくとも１つのロータ段（Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｎ）とを含む、前記第１のセクションと、
実質的な軸方向において前記作動流体の前記主流の第２の膨張が生じる第２のセクション（Ｂ）であって、少なくとも１つのステータ段と少なくとも１つのロータ段とを含む、前記第２のセクション（Ｂ）と、
前記第１のセクションと前記第２のセクションとの間で、初期の径方向から実質的な軸方向へ前記作動流体の前記主流を変更させる角度ブレードの列を含む少なくとも１つの角度ステータ段（Ｓ４）と、を備え、
前記タービン（１）は、前記角度ステータ段（Ｓ４）内に収容された前記作動流体の第２流体の注入手段（６０）および／または抽出手段（７０）によって特徴付けられる、混合流タービン。
【請求項２】
注入された前記作動流体の前記第２流体の質量流量、前記注入の位置の上流における前記作動流体の前記主流の質量流量との間の比が、０．５から３の間の範囲である、請求項１に記載のタービン（１）。
【請求項３】
抽出された前記作動流体の前記第２流体の質量流量と、前記抽出の位置の上流における前記作動流体の前記主流の質量流量との間の比が、０．２から０．９の間の範囲である、請求項１に記載のタービン（１）。
【請求項４】
前記作動流体の前記第２流体の前記注入手段（６０）は、
前記注入が前記角度ステータ段（Ｓ４）の一部（１５）で行われるように構成され、
理想的には一対の表面（１５’、１５”）によって、前記一部は画定され、
第１の表面（１５’）は、前記作動流体の５％から２５％の膨張レベルに対応し、
第２の表面（１５”）は、前記角度ステータ段における全膨張の１０％から５０％の間の前記作動流体の膨張レベルに対応していることを特徴とする、請求項１または２に記載のタービン（１）。
【請求項５】
前記作動流体の前記第２流体の前記注入手段（６０）および前記抽出手段（７０）は、
前記角度ステータ段（Ｓ４）の２つの連続するブレードによって構成される流路の軸の子午面上の突出部Ｙに対して、出口解放部１４’がほぼ直交する補助ダクト１４を、備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のタービン（１）。
【請求項６】
前記作動流体の前記第２流体の前記注入手段（６０）および前記抽出手段（７０）は、
前記角度ステータ段（Ｓ４）の実質的に中間の位置に配置されたチャンバまたはダクト（１１）を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のタービン（１）。
【請求項７】
前記ステータ段（Ｓ４）の前記角度ブレード（Ｓ４’）の一部は、前記第２流体をよく誘導するように、追加の入口ダクト（１２）の内側に延在していることを特徴とする請求項６に記載のタービン（１）。
【請求項８】
前記角度ステータ段（Ｓ４）は、各ブレードダクト（Ｓ４１、Ｓ４２）が放射状に広がるとともに、隣接するブレードダクトから離れるように成形されるため、
前記２つのブレードダクト（Ｓ４１）と（Ｓ４２）の中間の適切なステータダクト（Ｓ４ｃ）によって加速され誘導される前記第２流体の流入を可能にすることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のタービン（１）。
【請求項９】
前記ロータ段（Ｒ３）から出る前記主流は、前記タービン（１）の前記第２のセクション（Ｂ）に接続された前記ブレード付きダクト（Ｓ４１，Ｓ４２）、または前記タービン（１）の外側に前記流体を運搬する前記ステータダクト（Ｓ４ｄ）へ交互に供給される、請求項１から４のいずれか一項に記載のタービン（１）。
【請求項１０】
有機作動流体を使用する有機ランキンサイクルシステム（１００、１００’）であって、
液相の前記有機作動流体の少なくとも１つの供給ポンプ（２０）と、
熱源と前記有機作動流体との間で熱交換を行い、気相を排出する、少なくとも１つの熱交換装置（３０，３０’）と、
前記有機作動流体の蒸気を膨張させる少なくとも１つの膨張タービンと、
少なくとも一つの凝縮器（４０、４０’）と、を備え、
前記膨張タービンは、請求項１から９のいずれか一項に記載の前記作動流体の前記第２流体の前記注入手段（６０）および／または前記抽出手段（７０）を備えた混合流タービン（１）であることを特徴とする、有機ランキンサイクルシステム（１００、１００’）。
【請求項１１】
前記作動流体の前記第２流体の前記注入手段（６０）は、前記タービンに供給する前記蒸気の圧力よりも低い圧力で前記蒸気を注入するように構成される、請求項１０に記載の有機ランキンサイクルシステム（１００）。
【請求項１２】
前記タービンに供給する前記蒸気の圧力よりも低い圧力で水蒸気を生成するように構成された、追加の熱交換器（３０’）を備える、請求項１１に記載の有機ランキンサイクルシステム（１００）。
【請求項１３】
前記蒸気生成のために使用される前記熱交換器（３０，３０’）の上流の液相で前記作動流体を予熱するために、少なくとも１つの再生器（５０）または２つの再生器（５０，５０’）を備える、請求項１２に記載の有機ランキンサイクルシステム（１００）。
【請求項１４】
前記作動流体の前記第２流体の前記抽出手段（７０）は、エネルギー併給を得るように構成される、請求項１０に記載の有機ランキンサイクルシステム（１００）。
【請求項１５】
直列の２つの再生器（５０，５０’）によって特徴付けられる、請求項１４に記載の有機ランキンサイクルシステム（１００’）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱力学蒸気サイクルの膨張層、例えば有機ランキンサイクル（以下、ＯＲＣサイクルと表記）のための混合流タービンに関する。タービンは、有機作動流体の注入および／または抽出手段を備え、その性能が最適化される。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、熱力学サイクルは、最終的にシステムが初期状態に戻る（等温、定積、等圧、断熱のような）熱力学的変換の有限の連続として定義される。特に、理想的なランキンサイクルは、液体から気体へ、および気体から液体への２つの相の変化を有する２つの断熱変換と２つの等圧変換によって形成される熱力学サイクルである。この目的は、熱を仕事へ変換することである。このようなサイクルは、通常、主に、電力生成のための発電プラントに適合されるとともに、エンジン流体として、液体および水蒸気形態の水が用いられ、対応する膨張は、いわゆる蒸気タービンにおいて発生する。
【０００３】
より具体的には、もっとも異なる用途として、特に低−中エンタルピー熱源の開発のために、高分子量の有機流体を用いた有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）が設計され使用される。他の蒸気サイクルとして、ＯＲＣサイクルプラントは、有機作動流体の供給のための１または複数のポンプと、同じ作動流体の余熱、蒸気化および可能な過熱、または超臨界状態における加熱段階を実行するための１または複数の熱変換器と、発電機または作業機械へ機械的に接続された流体駆動蒸気タービンと、有機流体を液相へ戻すための凝縮器と、およびタービンの下流でかつ凝縮器の上流で熱を回収するための再生器と、を含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
伝統的な蒸気サイクルと同様に、ＯＲＣの効率は、タービンが抽出できる機械仕事の量に大きく依存するため、タービンの円滑な動作に対して特別な注意が払われる。
【０００５】
自身の温度を変化させることによって熱を与える液状の地熱流体のような、様々な温度を有する熱源が存在する場合、熱力学サイクルの２つの圧力レベルを使用することでＯＲＣプラントの効率をあげることができる。事実、少なくとも２つの圧力レベルの存在は、余熱、蒸発、あるいは加熱段階の間、熱源と有機流体との熱プロファイルの間の良い結合をもたらす。
【０００６】
マルチレベルプラントは、多くのタービンのように異なる圧力において生成された有機蒸気を膨張させることによって、または同じタービンの既定の中間段の上流に蒸気注入手段を提供することによって、のいずれかで得ることができる。第２の解決策は、適応できる場合、経済的により便利である。
【０００７】
例えば、単一のタービンと異なる２つの圧力レベルで生成された蒸気とを検討する。
【０００８】
高圧力を有する蒸気（主流と呼ぶ）はタービンの第１の段の上流に入り、全ての段に沿って膨張し、一方で、通常は、部分的に膨張した蒸気に近い圧力である、低圧力を有する蒸気は中間段の１つにおいてタービンに入り、自身を主流に混合することによって、主流に沿って自身も膨張を続ける。
【０００９】
タービンの中間段における蒸気の抽出は、電力生成が熱利用とともに行われる併給プラントにおいて便利である（工業プロセス、熱供給ネットワーク）。通常、熱利用者は、有機流体の凝縮熱を利用する。利用者が室温よりも高い温度を必要とするなら、それに応じて凝縮熱は上昇し、サイクルの効率に悪影響を及ぼす（電力生成のためだけの同様の発電解決策と比較すると、凝縮温度が周囲温度より少し上である点で有利である）。
【００１０】
利用者の必要とする熱電力が、キャパシタで利用可能なものの一部であり、より高温である場合、必要とされる温度レベルにおいて熱利用者に熱を供給するために、タービンにおいて既に部分的に膨張した蒸気の一部のみを使用することは有利でありうる。そのような場合、有機蒸気流全体がタービンへ入り、少なくとも一つの段において膨張し、次に、ある量の蒸気がタービンから抽出され、熱利用者に熱を与えるために使用され、残りの蒸気は、次のタービンの段で膨張を続ける。
【００１１】
軸流タービンにおいて、蒸気の注入または抽出は、所与のステータの上流に位置する流路を通じて簡単に行うことができる。
【００１２】
採用された解決策に応じ、そのような抽出または注入はタービンの軸方向の長さを増大させる結果となり、特に、タービンがその軸受に対して取り付けられたカンチレバーを有する場合、機械の回転動力に悪影響を及ぼす可能性がある。
【００１３】
遠心ラジアルタービンにおいて、１つの段と別の段との間に入口／出口ダクトを設けることによって蒸気の注入または抽出を達成することができる。そのような場合、ロータディスクのサイズの増大に対応して段の間の径方向の距離が増大する。このような技術は、例えば、前世紀の２０世紀にさかのぼる米国特許第１３７８５０６号明細書に示されるように、長い間知られている。国際公開第２０１３／１５００１８号は、ロータの径方向の長さに影響を及ぼさない代替的な解決策を提案している（ステータの下流の注入器は、上流のロータと注入器とからそれぞれ来る径方向に平行な２つの流体によって動かされる）。
【００１４】
本願の発明者は、少なくとも一つの遠心径方向の段に少なくとも一つの軸方向の段が続くことを特徴とする、径方向―軸方向タービンのための可能な蒸気注入または抽出を実現することに特に興味を見出した。
【００１５】
本願の発明者による先願において、国際公開第２０１３／１０８０９９号および国際公開第２０１５／１８９７１８号には、径方向―遠心方向から軸方向へ流体をそらす角度ステータブレードの列の存在を特徴とする、径方向―軸方向タービンが記載されている。同じ角度ブレードは、第１の軸方向の段におけるステータとして作用する。これらの特許出願の２つ目では、混合流タービンのための蒸気アブダクションチャンバも開示されている。
【００１６】
蒸気アブダクションチャンバの場合、高圧の蒸気は少なくとも一つの遠心径方向の段によって処理される。より低い圧力の蒸気は、角度ブレードの上流に導入される。
【００１７】
抽出の場合において、同様の解決策を採用することができる。
【００１８】
しかしながら、図１を参照すると、流体注入および／または抽出ダクトの存在は、第１ロータディスクの径方向の長さを、特に、最後の遠心径方向の段の出力と、第１の軸方向の段のロータブレードのベースとの間の径方向の距離を増大させる。
【００１９】
したがって、混合流タービンのために、上述の欠点のない作動流体の注入および／または抽出のための手段を定義する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の目的は、作動流体の第２流体の注入が角度ステータ段において行われるように、径方向の段におけるステータとロータとの間の径方向の距離、または最後の径方向ロータと軸方向の段のロータブレードのベースとの間の径方向の距離、または軸方向の段におけるステータとロータとの間の距離の増加を必要としない、角度ステータ段の内に配置された、中間圧力において蒸気注入または抽出のための手段によって特徴付けられる、混合流タービンを提供するものである。
【００２１】
本発明による注入／抽出のための手段は、物の独立請求項内に開示される特徴を有する膨張タービンにおいて一体化される。
【００２２】
特に、タービンは、互いに交互に配置されたステータブレードとロータブレードとの列と、相対回転軸上で回転可能なロータブレードの支持シャフトと、を具備する。タービンの第１のセクションにおいて、静的ブレードの列とロータブレードの列とは、概ね径方向に交互に配置され、タービンの第２のセクションにおいて、ステータとロータブレードとの列は、概ね軸方向に交互に配置される。タービンの第１および第２のセクションの間には、作動流体を実質的な径方向の膨張方向から絶対動作軸方向の膨張方向へ、かつ、角度ブレードがそれぞれステータまたはロータブレードのいずれかであることに依存して、絶対運動または相対運動に関して接線方向へ、そらすように構成された、角度ブレードとして定義される少なくとも一つのステータ列またはロータブレードが存在する。
【００２３】
作動流体のための注入／抽出手段は、角度ブレードのステータ段内に位置することで特徴付けられる。事実、そのような曲線形の段は、タービンのサイズの増大、および特に、ロータディスクの径方向のサイズの増大またはタービン自身の軸方向の長さの増大の必要なく、作動流体のためのチャンバおよび／または補助的な注入または抽出ダクトを挿入するために利用可能な空間を自然に設ける。
【００２４】
作動流体の注入または抽出であっても、タービンの性能への影響は最小限であるかいずれの場合でも軽微にするため、主流（タービンにおいて全膨張を行う流体）と第２流体（注入または抽出された流体）との両方の速度ベクトルは、強度、方向および配向に関してほぼ一致する必要がある。しかしながら、そのようなどう見ても理想的な状態からのいかなる逸脱は、作動流体のエンタルピー漏れのために、主流の障害につながる。角度ブレードを有するステータは、そのような段の「湾曲」した幾何学形状のために、流体の注入または抽出において、他のいずれのステータまたはロータグループよりも良好に動作する。流体の注入または抽出位置をこのゾーンへの挿入することは、２つの流体間の配合または混合をより確実に行うことを可能にし、したがって、絶対値および／または方向に関して異なる速度を有するとともに結果として乱流漏れをもたらす、必然的な流体のスクランブルを低減するとともに、タービンの性能に少ない影響で、全体的なサイクル効率において既に概説された利点を保証する。
【００２５】
さらに、作動流体の第２流体を角度ステータ段へ注入することは、注入された流体に同じ段内の主たる流体の以降の膨張からの利益をもたらし、主流のラインとより容易に同調することができる。注入が、代わりに、ブレードのないダクト内（例えば、ロータ列と次のステータ列との間の空間）で発生する場合、２つの流れの混合は、制御されず規則的でない方法で行われる。
【００２６】
本発明を実施するためのさらに好ましい方法および／または特に有利な方法は、添付の従属請求項に開示される特徴に従って説明される。
【００２７】
本発明を、添付の図面を参照して説明する。図は、実施形態を限定するものではない例を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、従来技術による作動流体を供給する室を備えた混合流タービンの部分断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態による作動流体の注入システムを備えた図１の混合流タービンの部分断面図である。
【図３】図３は、作動流体の抽出に使用される場合の、図２に対応する実施形態を示す。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態における、作動流体の注入システムを備えた図１の混合流タービンの部分断面図である。
【図５】図５は、作動流体の抽出に使用される場合の、図４に対応する実施形態を示す。
【図６ａ】図６ａは、本発明の第３の実施形態による注入システム（図６ａ）を備えた図１の混合流タービンの部分断面図である。
【図６ｂ】図６ｂは、本発明の第３の実施形態による作動流体抽出システム（図６ｂ）を備えた図１の混合流タービンの部分断面図である。
【図７】図７は、本発明の第４の実施形態による作動流体の注入システムを備えた図１の混合流タービンの部分断面図である。
【図８】図８は、本発明の第５の実施形態による作動流体の注入システムを備えた、図１の混合流タービンの角度ブレードを備えたステータの部分斜視図である。
【図９】図９は、作動流体の抽出に使用される、図８と同様の実施形態を示す。
【図１０】図１０は、前述の図の混合流タービンの部分断面図であり、従来技術による作動流体の主供給ダクトを示す。
【図１１】図１１は、本発明のさらなる実施形態による作動流体の注入／排出ダクトを追加した図１０と同様のタービンを示す。
【図１２】図１２は、注入のための、本発明による混合流タービンを含む有機ランキンサイクルプラントを概略的に示す。
【図１３】図１３は、抽出のための、本発明による混合流タービンを含む有機ランキンサイクルプラントを概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明は、詳細な説明の最後にもっともよく示されているように、有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）または水蒸気サイクルに従って動作するプラントに関する。以下では、ＯＲＣプラントが説明されるが、従来の水蒸気サイクルの場合においても同様の議論と結論を導き出すことができる。しかしながら、ＯＲＣの場合、段の数は一般に非常に少なく、ＯＲＣは、採用される流体の種類の機能において特徴付けられ、水蒸気に対して全体的に低いエンタルピー低減を有することは強調されるべきである。したがって、一般的に、ＯＲＣは、連続した列の間の空間に流体を混合することによる損失において大きな影響を受ける。
【００３０】
本発明の範囲内では、タービンの分野において一般的に認められるように、タービンのシャフトの回転軸が位置する一般的な平面における軸対称の座標系を子午面と呼ぶ。機械の軸に直交するとともに、みなし子午面に位置する方向を径方向と定義する。子午面の点の接線方向において、子午面に直交し、その点を通り径方向に直交する方向が特定される。機械のＸ軸に平行な方向を軸方向と定義する。
【００３１】
図１は、混合流タービン１の軸対称断面にある部分図である。以下に説明するように、この図では、周知の技術に従って、タービン１には、作動流体のアブダクションのためのシステムが設けられている。しかしながら、同じタービンを本発明の実施形態を説明するために範囲を非限定的な例として用いる。
【００３２】
タービンは、軸方向Ｘに延びるシャフト２と、外側ケーシング３またはボリュートと、「Ｓｌ−Ｒｌ、Ｓ２−Ｒ２、Ｓｎ−Ｒｎ等」というスキームに従って互いに交互に配置されるステータブレードＳ１〜Ｓｎの列およびロータブレードＲ１〜Ｒｎの列とを備え、「ｎ」は一般的な段を表す（図１では、段の総数は５である）。
【００３３】
特に、タービン１は、作動流体の蒸気の膨張方向に従って、第１のセクションＡと、さらなるセクションＢとに概念的に分割される。高圧であると定義される第１のセクションＡにおいて、作動流体の第１の膨張はＸ軸の径方向または直交方向と予想され、低圧であると定義される第２のセクションＢにおいて、作動流体の第２の膨張は実質的な軸方向またはＸ軸に平行であるかのいずれかであると予想される。タービンの２つのセクションＡおよびＢの間には、作動流体の流れを初期の径方向の膨張から軸方向および接線方向（図１を見ると、図に直交する方向）にそらす機能として働く角度ステータブレードの列を具備する少なくとも１つの角度ステータ段Ｓ４が設けられる。
【００３４】
特に、図１に示すタービン１は、角度ステータ段Ｓ４の角度ブレードの上流に配置された径方向に配列された３つの段Ｓ１−Ｒｌ、Ｓ２−Ｒ２、Ｓ３−Ｒ３と、角度ステータ段Ｓ４の角度ブレードの下流に配置された軸方向に配列される２つの段Ｓ４−Ｒ４、Ｓ５−Ｒ５とを含む。概して、角度ブレードの上流および下流の段の数は異なっていてもよい。
【００３５】
角度ステータ段Ｓ４の角度ステータブレードは、水平ボリュート３に束縛され、図に示すように（子午線の断面を参照）曲線経路に沿って伸びる。子午線の断面（図１）を参照すると、角度ステータ段Ｓ４のブレードの入口縁Ｓ４は、好ましくは軸方向に延びるとともに、出口縁Ｓ４ｏは径方向に延びる。したがって、作動流体の平均径方向成分（ブレードの上流の値を参照）を低減するか打ち消すために、および、軸方向および接線方向成分を生成するために、角度ステータ段Ｓ４の各ブレードは、流体力学的流路を有する湾曲経路に沿って延びる。
【００３６】
好ましくは、角度ステータ段Ｓ４のステータブレードは、回転軸Ｘ上の観測者から観て、ベースと、ブレードが周方向または接線方向に湾曲している周辺部分と、の間の第１の概ね径方向のセクションを備えて延び、続いて、反ったブレード間の流路を有し、接線方向および軸方向に段階的に配置される。
【００３７】
図１において、径方向の段は、ロータディスク４とケース（あるいは、任意の場合のステータ部分）が互いに離れるように示されているため、ブレードの高さは段ごとに増加する。実際は、遠心ラジアルタービンにおいて、膨張に伴う容積流量の増大は、半径とともに増大する通路面積の増大によって少なくとも部分的に保証されているため、ブレードの高さを一定のままにするか減少することもできる。
【００３８】
同じ図１において、ここまでに既に説明した効果を有する、作動流体のアブダクションのためにチャンバ５が示される。
【００３９】
図２を参照すると、同じ混合流タービン１に、本発明の一実施形態による作動流体の注入手段が設けられている。図は、最後の径方向の段Ｓ３−Ｒ３と、角度ブレードを備える角度ステータ段Ｓ４と、軸方向の段Ｒ４の第１のロータと、を示す。
【００４０】
図２の構成において、第２の圧力レベルで発生した蒸気は、注入手段のダクト６によってタービンに注入されるとともに、さらなるステータ段Ｓ４ｂにおいて加速される。ステータ段Ｓ４ｂは、角度ブレードを有する角度ステータ段Ｓ４へ径方向に続く。したがって、ロータディスク４の径方向の寸法は、ブレードＲ４の高さの増大を除いて、注入ダクトの存在によって影響されず、結果として中間での蒸気注入に起因する流量増加を厳密に処理することが必要である。同時に、径方向部分に関しても、軸方向部に関しても、ステータ段と対応するロータ段との間の距離は増大しない。
【００４１】
加えて、図１の周知の構成における注入された蒸気は、Ｓ４内の主流と混合するため、大きな混合損失を引き起こし、図２の構成においては、ステータ段Ｓ４ｂから主流の方向に既に誘導されている。いずれの場合においても、２つのステータ段Ｓ４およびＳ４ｂからの出口条件（例えば、圧力および／または速度）がわずかに異なる場合、２つの流れの間に混合渦が形成され、ロータＲ４の運動場が乱される。注入手段の設計は、そのような差異を排除するか、そうでなければ最小限に抑えるように行われなければならないことは明らかである。
【００４２】
図３は、作動流体の抽出に使用される場合の、図２と同様の実施形態を示す。蒸気は、角度ステータ段Ｓ４の下流から引き出されるため、ロータディスク４の径方向の寸法、またはその突出した軸方向の長さを増大させる必要なく、出口ダクト７は、角度ステータ段Ｓ４の出口エッジＳ４の下流に配置される。失われるはずの運動エネルギーの少なくとも一部を回収するために、抽出ダクト７は、散布器を形成することによって作られてもよい。
【００４３】
図４を参照すると、作動流体の注入手段の別の実施形態が記載されている。図は、前の図と同じタービンの詳細を示し、すなわち最後の径方向の段Ｓ３−Ｒ３と、角度ブレードを備えた角度ステータＳ４と、軸方向ブレードＲ４の第１のロータとを示す。
【００４４】
この構成によれば、アブダクションチャンバ８からの蒸気は、主流の蒸気と概ね同じ傾きで、入口９を介して角度ステータＳ４の入口に直接注入される。
【００４５】
作動流体の抽出のための同様の構成が図５に示されている。この構成によれば、抽出はステータ段Ｓ４の上流で行われるため、抽出ダクト１０はロータＲ３の排気の前に配置される。
【００４６】
図６ａおよび図６ｂを参照すると、本発明の第３の実施形態が示されている。この構成においても、図は、最後の径方向の段Ｓ３−Ｒ３と、角度ブレードを有する角度ステータ段Ｓ４と、第１の軸方向ロータＲ４と、を示す。この場合において、作動流体の注入または抽出は、角度ステータ段Ｓ４の中間位置のチャンバまたはダクト１１によって行われるため、好ましくは子午面における流れの切替が既に約半分行われており、径方向または軸方向の段のいずれも妨げない。供給チャンバの位置決めをより容易かつ明確にする。このようにして、注入および抽出の両方の場合において、ステータ流路の実質的なさらなる膨張と加速は依然として存在し、流体のリセットおよび渦流れの減少を可能にする。
【００４７】
本発明の第４の構成を図７に示す。
【００４８】
この図は依然として図１の混合流タービンの同じ部分図を示している。この構成は、第２流体をより良好に導くために、角度ステータ段Ｓ４の角度ブレードＳ４’が追加の入口ダクト１２内に延在するという唯一の違いを除いて、以前の構成とおおよそ同様である。
【００４９】
さらなる蒸気注入方法を図８に示す。この図は、角度ブレードを有する角度ステータ段Ｓ４の部分斜視図を示す。この第５の実施形態によれば、遠心径方向の段から出る主流は、以前の場合と同様に、角度ステータ段Ｓ４のブレードによって軸方向に運ばれる。しかし、角度ステータ段Ｓ４は、各ブレードのダクトＳ４１，Ｓ４２が隣り合うダクトから離れることによって第２流体の入口のための空間を設ける形状を有する。第２流体は、適切なステータダクトＳ４ｃによって加速されるとともに駆動される。このようにして、第１の軸方向ロータは、主流と第２流体とによって交互に動かされる入口セクタを有する。
【００５０】
図９は、作動流体の抽出の場合に同じ原理の適用された、図８と同様の実施形態を示す。ロータ段Ｒ３から出る蒸気は後続の軸方向の段に接続されたブレードダクトＳ４１、Ｓ４２、…、へと、または、蒸気をタービンの外側に運ぶステータダクト（Ｓ４ｄ）へと、交互に供給される。
【００５１】
図８および９において、流路Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４ｃ、およびＳ４ｄは、径方向から軸方向への流路における、実質的に子午線の延長として表示されている。実際には、第１の軸方向ロータの入口において必要な接線要素を作り出すために接線方向に曲げられる。
【００５２】
図１０は、作動流体の主供給ダクトの位置に注目した、混合流タービン１を示す。図６ａ、６ｂ、７、８、９に記載された注入／抽出手段の実施形態が、主供給ダクト１３の幾何学形状に対して最小限の影響、またはほぼ影響を与えないことを想像することは容易であり、タービンの構造、特に固定された筐体を変更する必要が無い。別の例が図１１に示されるが、そこに記載される本発明の実施形態は、常に、角度ステータ段Ｓ４への（あるいは角度ステータ段Ｓ４からの）作動流体の注入／抽出ダクト１４を含む。また、この図は、このような作動流体の注入または抽出手段が、タービン１の主供給ダクト１３に非常に小さな影響を持つことの説明のために示される。
【００５３】
最後に、異なる作動流体の注入または抽出手段の全ての構成は、角度ブレードのステータ段内に配置されることによって特徴付けられる。
【００５４】
この段の湾曲した形状は、注入チャンバまたは抽出チャンバ、補助ダクト、追加のステータ、すなわち注入または抽出のために考慮される全ての手段の挿入のための空間を必然的に有する。このように、そのような手段はタービンのサイズの増大を必要とせず、特に、ロータディスクの径方向における寸法の増大またはタービンカンチレバーの長さの増大を必要としない。
【００５５】
実際には、記載された解決策を使用して、作動流体が大流量であっても注入または抽出することが可能である。例えば、注入位置の上流の質量流量に対する注入された質量流量の比は、０．５〜３であってもよい。抽出の場合には、抽出された質量流量と抽出位置の上流の質量流量との比は、０．２〜０．９であってもよい。
【００５６】
これらの全ては、作動流体のアブダクションシステムを大きく変更することなく行われる。これは、特に、図１０（注入／抽出のないタービン）と図１１（注入／抽出ダクトは蒸気の主導入ダクトの最小限の変更で作られている）と比較することによって確認できる。逆に、追加の注入／抽出ダクトをタービンの径方向の段に挿入するためには、その幾何学形状を変えること、またはそれを動かすこと、例えば、第１のステータの上流のデッドボリュームを増大させること、または作動流体が少し直線的な経路に従うようにすることを、蒸気の主アブダクションダクトに行う必要がある。これは、少なくとも計算、設計、検定に関して、容易に想像可能な複雑化を伴ったタービンケースの設計変更を伴う。逆に、軸方向の段の近くで注入／抽出を実現するために主アブダクションダクトを変更しなければ、その結果、構造的な耐性および回転動力の適合性の影響（ｒｏｔｏ−ｄｙｎａｍｉｃ  ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ  ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）を伴うタービンシャフトの軸方向のカンチレバーの増加が不可欠である。
【００５７】
さらに、角度ステータにおいて注入を行う場合、この角度ステータは、他のステータの長いブレードの間の経路によって特徴付けられるため、これにより、作動流体の良好な混合が可能となる。さらに、注入は仮想的な面１５’と１５”との間に概念的に構成される角度ステータ段Ｓ４の部分１５で行うことができる。すなわち、注入は、角度ステータの全膨張量（ステータまでの入口の圧力と出口の圧力との間の比とする）の約５〜２５％に対応するものが第１の面（１５’）の横断時に始まり、１０％と５０％との間の拡張レベルに対応するものが第２の表面（１５”）の横断時に終わる。したがって、作動流体の膨張およびそれによる加速は、主に注入の下流で生じるため、混合損失がより低くなる。
【００５８】
最後に、角度スタータ段Ｓ４の２つの連続した角度ブレードによって形成される流路軸の子午面の突出部Ｙに対してほぼ直交する、注入／抽出ダクトの最終解放部分１４’を作ることによって、特に注入または抽出のいずれかに決めることなく、注入および抽出の両方に対して同じ幾何学形状を使用することが可能である。例えば、熱力学サイクルは、通常、主ダクト１３における蒸気のアブダクションと、補助ダクト１４の手段による蒸気の注入と、の２つのレベルで行われる。季節に依る地域の所要熱量が存在する場合、蒸気の抽出は同じ補助ダクトを使用して行われる。別のケースは、季節性に伴い変化する産業プロセスであってもよく、したがって、ある年のある期間では、タービンからの高温での蒸気の抽出を必要とせずに凝縮熱のみを用いて併給が行われ、ある年の別の期間では、高い温度を維持する必要があるため、タービンから蒸気を抽出することが必要になる。
【００５９】
作動流体の注入／抽出のための手段を備える混合流タービンは、図１２および１３に示されるように、有機ランキンサイクル電力プラント１００、１００’において有利に使用できる。周知のように、そのようなプラントは、典型的には、有機作動流体を液相で供給するための少なくとも一つの供給ポンプ２０と、少なくとも一つの熱交換器３０と、を含む。図１２を参照すると、予熱器、蒸発器、および可能ならば加熱器を順番に備える熱交換器において、有機流体は蒸気段階に変換されるとともに最終的に過熱状態になるまで加熱される。熱交換器の出口において、蒸気は膨張タービン（本発明による混合流タービン１）を通過するため、有機ランキンサイクルの有用な仕事が生じる。そのような仕事は、電気機械と堅固に接続されたタービンシャフト上で集められた有用な機械作業である。作動流体は、再度ポンプ２０から熱交換器３０へ供給されるように、最終的に、凝縮器４０を通過して、液相へ戻される。有利には、サイクル効率を高めるために、タービン１と凝縮器４０との間に、気相の有機流体間で熱交換を行う熱交換器である熱回収ユニット５０が挿入され、気相の有機流体は、タービン１から凝縮器へ向かい、液相の有機流体がポンプ２０から熱交換器３０へ圧送される。有利な効果として、図１２に示されるように、再生器５０、５０’は２つであってもよく、交換器３０の上流および交換器３０’の上流の両方で液体を予熱するために使用される。
【００６０】
特に図１２を参照すると、有機ランキンサイクルプラント１００の混合流タービンは、作動流体の第２流体の注入手段６０を有する。作動流体の注入手段６０は、既に説明した実施形態において、タービンに供給する蒸気の圧力よりも低い圧力で蒸気を注入することができる。この場合、低い圧力の蒸気の生成は、追加の熱交換器３０’を通じて行われることができる。
【００６１】
図１３を参照すると、有機ランキンサイクルプラント１００’の混合流タービンプラントは、作動流体の第２流体の抽出手段７０を有する。このプラントは、すなわち、（凝縮器４０において）一旦凝縮された蒸気Ｖ１の主流が、第１の利用者ＵＴ１に熱を利用可能にすることに加えて、（凝縮器４０’において）一旦凝縮された第２の蒸気の流れＶ２が、第２の利用者ＵＴ２に高い温度の熱を利用可能にするように分配を行う。したがって、有機ランキンサイクルプラントで、既に説明した実施形態において、作動流体の抽出手段７０を使用する利点は、エネルギーの併給、すなわち機械エネルギー（通常、電気エネルギーに変換される）と高温の熱の同時生成を可能にすることにある。生成された熱は、例えば、建物の熱供給または地域熱供給および／または工業プロセスの製造に使用される。図１３では、蒸気Ｖ１およびＶ２を乾燥させることによってポンプから出る流体を予熱する、２つの再生器５０および５０’が、直列に示されている。
【００６２】
上述したように、本発明の実施形態に加えて、多数のさらなる変形が存在することが理解されるべきである。前述の実施態様は単なる例示であり、本発明またはその用途またはその可能な構成のいずれかを限定するものではないことも理解されたい。それどころか、上記の説明は、技術家がその例示的な構成の少なくとも１つに従って本発明を実施することを可能にするが、この理由から、文字通りに解釈された添付の特許請求の範囲に定義された本発明の主題および／または、その法的な等価物から逸脱することなく、記載された構成要素の多くの変形が考えられることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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