(57)【要約】【課題】発電システム内でターボエキスパンダを使用することを含むシステムを提供する。【解決手段】本システムは、ターボエキスパンダを含み、ターボエキスパンダは、シャフトによって機械的に連結されたエキスパンダセクション、ポンプセクション及び電動発電機セクションを含む。エキスパンダセクションは、熱交換器の出口側に流体連結され、また流体の蒸気ストリームを受け、シャフトを回転させかつ該流体の膨張蒸気ストリームを発生させるように構成される。ポンプセクションは、凝縮器の出口側に流体連結され、また流体の液体ストリームを受け、該流体の液体ストリームを加圧しかつ発電システム内で該流体を循環させるように構成される。電動発電機セクションは、電流を発生させかつ出力するように構成される。【選択図】      図７
2011241830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電用のシステムであって、
シャフトによって機械的に連結されたエキスパンダセクション、ポンプセクション及び電動発電機セクションを含むように構成されたターボエキスパンダ、を含み、
前記エキスパンダセクションが、熱交換器の出口側に流体連結され、また流体の蒸気ストリームを受け、前記シャフトを回転させかつ該流体の膨張蒸気ストリームを発生させるように構成され、
前記ポンプセクションが、凝縮器の出口側に流体連結され、また前記流体の液体ストリームを受け、該流体の液体ストリームを加圧しかつ該発電システム内で該流体を循環させるように構成され、
前記電動発電機セクションが、電流を発生させかつ出力するように構成される、
システム。
【請求項２】
前記凝縮器が、前記エキスパンダセクションの出口側に流体連結され、また前記流体の膨張蒸気ストリームを受けかつ該流体の膨張蒸気ストリームを該流体の液体ストリームに凝縮させ、
前記熱交換器が、前記ポンプセクションの出口側に流体連結され、また前記流体の液体ストリームを受けかつ該流体の蒸気ストリームを発生させるように構成される、
請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記ターボエキスパンダが、互いにこの順序で連結された第１のエキスパンダセクション、電動発電機セクション、第２のエキスパンダセクション及びポンプセクションのみを含む、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記ポンプセクションが、１つの流体入口及び１つの流体出口のみを備えた１つ又はそれ以上の段を含み、
前記エキスパンダセクションが、１つの流体入口及び１つの流体出口のみを備えた１つ段を含み、
前記電動発電機セクションが、１つの流体入口及び１つの流体出口のみを有する、
請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記ターボエキスパンダが、前記エキスパンダセクション、電動発電機セクション及びポンプセクションの全回転部品が完全に該ターボエキスパンダのケーシング内に位置するように一体形にシールされる、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記エキスパンダセクション内のエキスパンダシャフトが、前記電動発電機セクション及びポンプセクションと関連するシャフトと同じ速度で回転する、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記ターボエキスパンダが、圧縮機セクションを含まない、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記ターボエキスパンダが、エキスパンダセクション、電動発電機セクション及びポンプセクションのみを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
発電で使用するようになったターボエキスパンダであって、
１つの流体入口及び１つの流体出口のみを備えた第１のエキスパンダセクション、１つの流体入口及び１つの流体出口のみを備えたポンプセクション並びに１つの流体入口及び１つの流体出口のみを備えた電動発電機セクションを内蔵した一体型ケーシングと、
前記エキスパンダセクション、ポンプセクション及び電動発電機セクションを機械的に連結したシャフトと、を含み、
前記第１のエキスパンダセクションが、前記シャフトを回転させ、流体の蒸気ストリームを受けかつ該流体の膨張蒸気ストリームを発生させるように構成され、
前記ポンプセクションが、前記流体の液体ストリームを受けかつ該流体の液体ストリームを加圧するように構成され、
前記電動発電機セクションが、前記エキスパンダセクションによって作動された時に電流を発生させかつ出力するように構成される、
ターボエキスパンダ。
【請求項１０】
発電用のシステムであって、
シャフトによって機械的に連結された、１つの流体入口及び１つの流体出口のみを備えたエキスパンダセクションと１つの流体入口及び１つの流体出口のみを備えたポンプセクションと１つの流体入口及び１つの流体出口のみを備えた電動発電機セクションとのみを含みかつ圧縮機セクションを含まないターボエキスパンダ、を含み、
前記エキスパンダセクションが、熱交換器の出口側に流体連結され、また流体の蒸気ストリームを受け、前記シャフトを回転させかつ該流体の膨張蒸気ストリームを発生させるように構成され、また１つ又はそれ以上の膨張段を含み、
前記ポンプセクションが、凝縮器の出口側に流体連結され、また前記流体の液体ストリームを受け、該流体の液体ストリームを加圧しかつ該発電システム内で該流体を循環させるように構成され、また１つ又はそれ以上のポンプ段を含み、
前記電動発電機セクションが、電流を発生させかつ出力するように構成され、
前記凝縮器が、前記エキスパンダセクションの出口側に流体連結され、また前記流体の膨張蒸気ストリームを受けかつ該流体の膨張蒸気ストリームを該流体の液体ストリームに凝縮させ、
前記熱交換器が、前記ポンプセクションの出口側に流体連結され、また前記流体の液体ストリームを受けかつ該流体の蒸気ストリームを発生させるように構成される、
システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示した主題の実施形態は、総括的には発電システムに関し、より具体的には、そのターボエキスパンダに関する。
【背景技術】
【０００２】
ランキンサイクルは、密閉サイクル内で作動流体を使用して、高温気体ストリームを発生させることによって熱源又は高温リザーバから熱を収集し、タービンを通してこの高温気体ストリームを膨張させて発電する。膨張ストリームは、凝縮器内で熱を低温リザーバに伝達することよって凝縮されかつ加熱圧力まで再びポンプ加圧されて、サイクルを完了する。ガスタービン又は往復動エンジンのような発電システム（一次システム）は、高温排出ガスを生成し、この高温排出ガスは、後続の発電プロセス内で（二次システムによって）使用されるか或いは廃熱として周囲環境に失われるかのいずれかになる。例えば、大型エンジンの排出ガスは、付加的電力の発生のために使用される廃熱回収システム内に回収し、従って全体システム効率を向上させることができる。図１に、ランキンサイクルとして作動する一般的廃熱発電システムを示している。発電システム１００は、ボイラ又は蒸発器としても公知である熱交換器２、エキスパンダ４、凝縮器６及びポンプ８を含む。作動中に、熱交換器２で開始して、例えば高温煙道ガス（排出ガス）のような外部熱源１０により、熱交換器２が加熱される。この加熱により、受入れ加圧液体媒体１２が加圧蒸気１４になり、この加圧蒸気１４は、エキスパンダ４に流れる。エキスパンダ４は、加圧蒸気ストリーム１４を受けかつ加圧蒸気が膨張するにつれて電力１６を発生する。エキスパンダ４によって放出された膨張低圧蒸気ストリーム１８は、凝縮器６に流入し、凝縮器６は、膨張低圧蒸気ストリーム１８を低圧液体ストリーム２０に凝縮する。低圧液体ストリーム２０は次に、ポンプ８に流入し、ポンプ８は、高圧液体ストリーム１２を発生させると共に閉ループシステムを流れ状態に保つ。高圧液体ストリーム１２は次に、熱交換器２に流入して、このプロセスを継続する。
【０００３】
ランキンサイクルで使用することができる１つの作動流体は、有機作動流体である。そのような有機作動流体は、有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）流体と呼ばれる。ＯＲＣシステムは、高温煙道ガスストリームから廃熱を捕捉する、エンジン並びに小規模及び中規模ガスタービン用のレトロフィットとして開発されてきた。この廃熱は、二次発電システムで使用して、高温煙道ガスを発生させるだけのエンジンによって送給される電力に加えて最大で付加的な２０％までの電力を発電することができる。
【０００４】
そのようなＯＲＣ流体が高温ガスタービン排出ガス（約５００℃）と直接接触した状態になる可能性があるという安全上の懸念故に、ＯＲＣ流体（例えば、シクロペタン）とガスタービン排出ガスとの間の直接接触を回避する処置を取る必要がある。ＯＲＣ作動流体を内蔵した蒸発器内の熱交換表面の表面温度を制限するために現在使用している方法は、熱交換システム内に中間熱オイルループを導入すること、つまりＯＲＣ流体がガスタービンの排出筒を通って循環するのを回避することである。
【０００５】
中間熱オイルループは、高温煙道ガスと蒸発可能ＯＲＣ流体との間で使用することができる。このケースでは、中間熱オイルループは、中間熱交換器として使用され、つまり熱は、高温煙道ガスからそれ自体の閉ループシステム内にあるオイルに伝達され、次に図２の二重流体熱交換回路２００内に示した別個の熱交換器を使用してオイルからＯＲＣ流体に伝達される。最初、オイルは、オイル貯蔵ユニット２０６からポンプ２０８によって熱交換器２１０を通してポンプ圧送される。熱は、例えばタービン２０２の排出ガスとして導入され、熱交換器２１０を通してかつ排出筒２０４から外方へ排出される。今や加熱状態になったオイルは、熱オイルループ２２８内をベーパライザ２１２に向けて流れ続け、ベーパライザ２１２は、第２の内蔵型流体回路２２６内に位置するＯＲＣ流体を蒸発させ、またオイルは、予熱要素２１４を通って流れ続け、予熱要素２１４は、該オイルを冷却しかつＯＲＣ流体を予熱し、その後、オイルは、オイル貯蔵コンテナ２０６に戻る。
【０００６】
ポンプ２１６で開始するＯＲＣ流体回路２２６の作動中に、低圧ＯＲＣ液体ストリームは、ポンプ２１６に流入し、ポンプ２１６は、高圧ＯＲＣ液体ストリームを発生させると共に閉ループシステムを流れ状態に保つ。高圧ＯＲＣ液体ストリームは次に、復熱装置２１８及び予熱器２１４を通してポンプ圧送された後に熱交換器／蒸発器２１２において蒸発する。これにより、受入れ加圧ＯＲＣ液体媒体１２は加圧ＯＲＣ蒸気になり、加圧ＯＲＣ蒸気は、発電機２２２（又は同様のもの）に機械的に結合されたエキスパンダ２２０に流れる。エキスパンダ２２０は、加圧ＯＲＣ蒸気を受けて電力の発生を助けるようにしかつ膨張低圧ＯＲＣ蒸気ストリームを発生させ、この膨張低圧ＯＲＣ蒸気ストリームは、復熱装置２１８を通って戻りかつ凝縮器２２４上に流れ続け、凝縮器２２４は、膨張低圧ＯＲＣ蒸気ストリームを低圧ＯＲＣ液体ストリームに凝縮させる。
【０００７】
従って、中間熱オイルループは、ＯＲＣ流体を高温煙道ガスへの直接的露出から分離するのを可能にする。加えて、中間熱オイルループ内で使用するオイルは可燃性であるが、このオイルは一般的に、ＯＲＣ作動流体よりも燃えにくい。しかしながら、この熱オイルシステムは、付加的な物理的スペースを必要とするが、最大でもＯＲＣシステムのコストの四分の一程度とすることができる。
【０００８】
図１及び図２で分かるように、ランキンサイクルには、多くの構成要素が設けられる。図２に示すように、発電機２２２は、エキスパンダセクション２２０に機械的に連結して、使用電力を発生させることができる。図３には、エキスパンダセクションを発電機に連結する１つの方法を示している。最初に、エキスパンダ２２０は、流体膨張の間に回転するシャフト３０２を含む。このシャフト３０２は、ギヤボックス３０４に連結され、ギヤボックス３０４は、機械的エネルギーを発電機２２２の所望の回転速度に変換する。この回転速度及び関連するエネルギーは、シャフト３０６によってギヤボックス３０４から発電機２２２に伝達される。エキスパンダ２２０内には、乾式ガスシール３０８を設けて、ＯＲＣ流体（又は、ランキンサイクルで使用するその他の媒体）が該エキスパンダ２２０内へのシャフト３０２の入口位置を通して外気内に逸出しないようにする。乾式ガスシールは、合せ又は回転リング及び一次又は固定リングを含む非接触乾式作動機械面シールと説明することができる。作動中に、回転リング内のグルーブは、固定リングが２つのリングを分離させかつ該２つのリング間にギャップを形成させるようにする流体力学的な力を発生させる。これらのシールは、それらが潤滑油を必要としないので「乾式」と呼ぶことができ、とりわけ潤滑油を必要としないことにより、それらの保守整備の必要性が大幅に低下する。多くの機械的プロセスにおけるのと同様に、システムを簡略化しかつ／又は構成要素の数を減少させることにより、コストを低減させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際特許出願公開第９２／０５３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、発電システムの据付け面積及びコストを低減するためのシステム並びに方法が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
例示的な実施形態によると、発電用のシステムを提供する。本システムは、シャフトによって機械的に連結されたエキスパンダセクション、ポンプセクション及び電動発電機セクションを含むように構成されたターボエキスパンダを含み、エキスパンダセクションは、熱交換器の出口側に流体連結され、また流体の蒸気ストリームを受け、シャフトを回転させかつ該流体の膨張蒸気ストリームを発生させるように構成され、ポンプセクションは、凝縮器の出口側に流体連結され、また流体の液体ストリームを受け、該流体の液体ストリームを加圧しかつ該発電システム内で該流体を循環させるように構成され、電動発電機セクションは、電流を発生させかつ出力するように構成される。
【００１２】
別の例示的な実施形態によると、ターボエキスパンダを提供する。本ターボエキスパンダは、シャフトによって機械的に連結されたエキスパンダセクション、ポンプセクション及び電動発電機セクションのみ並びに２つのみの流体入口及び２つのみの流体出口を含みかつ圧縮機セクションを含まないターボエキスパンダを含み、エキスパンダセクションは、熱交換器の出口側に流体連結され、また流体の蒸気ストリームを受け、シャフトを回転させかつ該流体の膨張蒸気ストリームを発生させるように構成され、また１つ又はそれ以上の膨張段を含み、ポンプセクションは、凝縮器の出口側に流体連結され、また流体の液体ストリームを受け、該流体の液体ストリームを加圧しかつ発電システム内で該流体を循環させるように構成され、また１つ又はそれ以上のポンプ段を含み、電動発電機セクションは、電流を発生させかつ出力するように構成され、凝縮器は、エキスパンダセクションの出口側に流体連結され、また流体の膨張蒸気ストリームを受けかつ該流体の膨張蒸気ストリームを該流体の液体ストリームに凝縮させ、熱交換器は、ポンプセクションの出口側に流体連結され、また流体の液体ストリームを受けかつ該流体の蒸気ストリームを発生させるように構成される。
【００１３】
別の例示的な実施形態によると、発電用のシステムを提供する。本システムは、シャフトによって機械的に連結されたエキスパンダセクション、ポンプセクション及び電動発電機セクションのみを備えたターボエキスパンダを含み、ターボエキスパンダは、２つのみの流体入口及び２つのみの流体出口を有しかつ圧縮機セクションを含まず、エキスパンダセクションは、熱交換器の出口側に流体連結され、また流体の蒸気ストリームを受け、シャフトを回転させかつ該流体の膨張蒸気ストリームを発生させるように構成され、また１つ又はそれ以上の膨張段を含み、ポンプセクションは、凝縮器の出口側に流体連結され、また流体の液体ストリームを受け、該流体の液体ストリームを加圧しかつ発電システム内で該流体を循環させるように構成され、また１つ又はそれ以上のポンプ段を含み、電動発電機セクションは、電流を発生させかつ出力するように構成され、凝縮器は、エキスパンダセクションの出口側に流体連結され、また流体の膨張蒸気ストリームを受けかつ該流体の膨張蒸気ストリームを該流体の液体ストリームに凝縮させ、熱交換器は、ポンプセクションの出口側に流体連結され、また流体の液体ストリームを受けかつ該流体の蒸気ストリームを発生させるように構成される。
【００１４】
添付図面は、例示的な実施形態を示している。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ランキンサイクルを示す図。
【図２】ランキンサイクル及び中間熱オイルシステムを示す図。
【図３】発電機に機械的に連結されたエキスパンダを示す図。
【図４】例示的な実施形態による、ターボエキスパンダを備えたランキンサイクルを示す図。
【図５】例示的な実施形態による、２つの膨張セクションを有するターボエキスパンダを備えたランキンサイクルを示す図。
【図６】例示的な実施形態による、ターボエキスパンダ及び中間熱オイルループを備えたランキンサイクルを示す図。
【図７】例示的な実施形態によるターボエキスパンダを示す図。
【図８】例示的な実施形態による、プロセスガスが順次に２つの膨張セクションに流入するようになったターボエキスパンダを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
例示的な実施形態の以下の詳細な説明は、添付図面を参照している。異なる図面における同じ参照符号は、同じ又は同様な要素を特定している。加えて、図面は、必ずしも正しい縮尺では描いていない。また、以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。それよりむしろ、本発明の技術的範囲は、提出した特許請求の範囲によって定まる。
【００１７】
本明細書全体にわたる「１つの実施形態」又は「実施形態」という表現は、実施形態に関連して説明した特定の特徴形状、構造又は特性が、開示した主題の少なくとも１つの実施形態内に含まれることを意味している。従って、明細書全体にわたる様々な箇所における「１つの実施形態では」又は「実施形態では」という語句の表現は、必ずしも同一の実施形態について説明しているとは限らない。さらに、それらの特定の特徴形状、構造又は特性は、１つ又はそれ以上の実施形態においてあらゆる好適な方法で組合せることができる。
【００１８】
背景技術の項において説明しまた図１に示したように、ランキンサイクルは、発電システム内で使用して、廃熱エネルギーの一部分を捕捉することができる。二次システムを使用して、エネルギーを廃棄した一次システムからの廃棄エネルギーの一部分を捕捉することができる。例示的な実施形態によると、発電で使用する構成要素を組合せて、図４に示すように依然として効率的に発電しながらコスト及び据付け面積を減少させかつ環境内への汚染物質の放出を防止することができる。
【００１９】
例示的な実施形態によると、図４に示す発電システム４００は、熱交換器４１０、ターボエキスパンダ４０２（エキスパンダセクション４０４、電動発電機セクション４０６及びポンプセクション４０８を有する）、凝縮器２２４並びに復熱装置２１８を含む。この閉ループシステムを説明すると、熱交換器４１０で開始して、タービン２０２からの排出ガスは、熱交換器４１０を通って流れかつ該熱交換器４１０を加熱した後に、排出筒２０４から流出する。この加熱により、加圧液体媒体が加圧蒸気になり、この加圧蒸気は、ターボエキスパンダ４０２のエキスパンダセクション４０４に流れる。エキスパンダセクション４０４は、加圧蒸気ストリームを受け、この加圧蒸気ストリームは、加圧蒸気が膨張するにつれてシャフト（図７に示す）に取付けられたインペラを回転させ、それにより、ターボエキスパンダ４０２の電動発電機セクション４０６が電流を発生することが可能になる。１つの用途では、エキスパンダセクション４０４のシャフトはまた、電動発電機４０６のシャフトである。加えて、シャフトは、ターボエキスパンダ４０２のポンプセクション４０８と共有されて、液体媒体を加圧するために該ポンプセクション４０８が使用するエネルギーを供給するようになる。別の例示的な実施形態では、各セクションは、それ自体のシャフトを有するが、全てのそれらのシャフトは、互いに連結されかつ共に回転する。
【００２０】
エキスパンダセクション４０４によって放出された膨張低圧蒸気ストリームは、復熱装置２１８を通って流れて熱交換されかつ次に凝縮器２２４に流入し、凝縮器２２４は、膨張低圧蒸気ストリームを低圧液体ストリームに凝縮する。低圧液体ストリームは次に、ターボエキスパンダ４０２のポンプセクション４０８に流入し、ポンプセクション４０８は、高圧液体ストリームを発生させると共に閉ループシステムを流れ状態に保つ。高圧液体ストリームは次に、熱交換器４１０にポンプ圧送されて、このプロセスを継続する。高圧液体ストリームの一部分は、線４１２で示すように分割しかつ電動発電機セクション４０６を冷却するために使用することができる。高圧液体ストリームは、復熱装置２１８を通って流れかつエキスパンダセクション４０４からのストリームを冷却する。また図４に示すのは、サイクルの様々な段における相対圧力であり、Ｐ０＞Ｐ１＞Ｐ２の状態になっている。
【００２１】
別の例示的な実施形態によると、ターボエキスパンダ５０４は、図５に示すように２つの膨張（エキスパンジョン）段４０４及び５０２を含むことができる。例示的な発電システム５００は、図４に示す発電システム４００と同様に作動する。図５において右から左に進むと、ターボエキスパンダ５０４は、第１のエキスパンジョン（膨張）セクション４０４、電動発電機セクション４０６、第２の膨張セクション５０２及びポンプセクション４０８を有する。プロセスガスは、ターボエキスパンダ５０４に流入するのに先立って分割されて、両方のエキスパンダセクションが該プロセスガスを受けて膨張させるようになる。高圧液体ストリームの一部分は、線４１２で示すように分割されかつ電動発電機セクション４０６を冷却するために使用される。また図４に示すのは、サイクルの様々な段における相対圧力であり、Ｐ０＞Ｐ１＞Ｐ２の状態になっている。
【００２２】
例示的な実施形態によると、ランキンサイクルで使用することができる１つの作動流体は、有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）流体のような有機作動流体である。ＯＲＣ流体の実施例には、それに限定されないが、ペンタン、プロパン、シクロヘキサン、シクロペンタン、ブタン、Ｒ−２４５ｆａのようなフッ化炭化水素、アセトンのようなケトン、或いはトルエン又はチオフェンのような芳香族化合物が含まれる。しかしながら、背景技術の項で述べたように、高温に直接曝された場合には、ＯＲＣ流体の劣化のリスクがある。従って、例示的な実施形態によると、図６に示すような例示的なターボエキスパンダ４０２を使用した発電システムでは、中間熱オイルループを使用することができる。この例示的な発電システムは、背景技術の項において説明しかつ図２に示したような中間熱オイルループと組合せて図４及び図５に関して上記したように作用するものであり、簡潔にするために本明細書ではより詳細には説明しないことにする。
【００２３】
図６に示す例示的な実施形態によると、ターボエキスパンダ４０２は、エキスパンダセクション４０４、電動発電機セクション４０６及びポンプセクション４０８を含む。ターボエキスパンダ４０２は、何らの回転部品も該ターボエキスパンダ４０２のシールしたケーシングを横切らないようにシールした一体型ユニットである。このことにより、エキスパンダセクションと発電機との間のターボエキスパンダ４０２内における乾式ガスシールを排除することが可能になる。図７に示すように、ターボエキスパンダ４０２の３つのセクションは、３つの別体であるが機械的に連結したシャフトとすることができるシャフト６１６によって機械的に連結される。例えば、エキスパンダセクション４０４は、電動発電機セクション４０６内のシャフト６１２に機械的に取付けられたシャフト６１０を有することができ、シャフト６１２は、ポンプセクション４０８内のシャフト６１４に機械的に連結された状態になっている。１つの用途では、シャフト６１０、６１２及び６１４は、単一シャフトとして一体形に製作される。ポンプセクション４０８及びエキスパンダセクション４０４の両方は、複数段、例えば２つ又はそれ以上の段を有することができる。ターボエキスパンダ４０２は一体型ユニットであるので、エキスパンダセクション４０４と電動発電機セクション４０６と間に存在するギヤボックス（及び該ギヤボックスの関連する潤滑システム）の必要性がない。これらの例示的な実施形態は、図５に示すターボエキスパンダ５０４から、例示的な実施形態を組合せることによってつまりターボエキスパンダ５０４内で単一シャフト又は４つの機械的連結シャフトを使用することによって得ることができる。
【００２４】
例示的な実施形態によると、ターボエキスパンダ４０２は、２つのみの流体入口６０２、６０６及び２つのみの流体出口６０４、６０８を有することができる。ターボエキスパンダ４０２内にこれら４つの流体入口／出口を有することによって、環境へのプロセスガスの喪失が従来型のシステムよりも大幅に減少され、例えばターボエキスパンダ４０２は、有害なガス漏洩を生じ易い従来型の環境シールを備えないことになる。加えて、本明細書に説明するような例示的なターボエキスパンダ４０２を有することによって、運送重量及びプラント据付け面積が両方とも、従来型の発電システムと比較して減少する。
【００２５】
別の例示的な実施形態によると、ターボエキスパンダ５０４は、図８に示すようにプロセスガスを順次に受ける膨張段を有することができる。図８は、配管８０２からプロセスガスを受ける第１の膨張セクション４０４を示している。膨張の後に、プロセスガスは、第１の膨張セクション４０４から流出しかつ配管８０４で示すように第２の膨張セクション５０２に至る。この膨張の後に、プロセスガスは、配管８０６で示すように第２の膨張段５０２から流出する。このシステム内の圧力は、Ｐ０＞Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３の関係にあることを特徴としている。
【００２６】
例示的な実施形態によると、電動発電機セクション４０６は、高速発電機、例えば３ＭＷ及び／又は６ＭＷとすることができる。この電動発電機４０６は、エキスパンダセクション４０４によって発生されたのと同じ回転速度で作動し、それによりギヤボックスを含まないことを可能にすることができる。電動発電機４０６の出力は、直流又は交流とすることができる。例示的な実施形態によると、電動発電機４０６では、磁気軸受を使用することができる。別の例示的な実施形態によると、電動発電機４０６内で、磁気軸受に代えてオイル潤滑を使用することができる。
【００２７】
上記の例示的な実施形態は、全てに点において本発明の限定ではなくて例示であることを意図している。従って、本発明は、本明細書に含まれる説明から当業者が派生させることができる詳細な実施の多くの変形形態を可能にする。全てのそのような変形及び修正形態は、特許請求の範囲によって定まる本発明の技術的範囲及び技術思想の範囲内にあると考えられる。本出願の説明で使用する要素、作用又は指示はいずれも、そうではないことを明確に記載していない限り、極めて重要なもの或いは必須なものと解釈してはならない。また、本明細書で使用する場合に、数詞を付していない表現は、１つ又はそれ以上の項目を含むことを意図している。
【００２８】
本明細書は最良の形態を含む実施例を使用して、本発明を開示し、また当業者が、あらゆる装置又はシステムを製作しかつ使用しまたあらゆる組込み方法を実行することを含む本発明の実施を行なうことを可能にもする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲により定めており、また当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を含むか又はそれらが特許請求の範囲の文言と均等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することになることを意図している。
【符号の説明】
【００２９】
２  熱交換器
４  エキスパンダ
６  凝縮器
８  ポンプ
１０  外部熱源
１２  加圧液体媒体
１４  加圧蒸気ストリーム
１６  電力
１８  膨張低圧蒸気ストリーム
２０  低圧液体ストリーム
１００  発電システム
２００  二重流体熱交換回路
２０２  タービン
２０４  排出筒
２０６  オイル貯蔵ユニット
２０８  ポンプ
２１０  熱交換器
２１２  ベーパライザ
２１４  予熱要素
２１６  ポンプ
２１８  復熱装置
２２０  エキスパンダセクション
２２２  発電機
２２４  凝縮器
２２６  第２の内蔵型流体回路、ＯＲＣ流体回路
２２８  熱オイルループ
３０２  シャフト
３０４  ギヤボックス
３０６  シャフト
３０８  乾式ガスシール
４００  発電システム
４０２  ターボエキスパンダ
４０４  エキスパンダセクション、第１の膨張セクション、第１の膨張段
４０６  動発電機セクション
４０８  ポンプセクション
４１０  熱交換器
４１２  線
５００  発電システム
５０２  第２のエキスパンダセクション、第２の膨張セクション、第２の膨張段
５０４  ターボエキスパンダ
６０２、６０６  流体入口
６０４、６０８  流体出口
６１０、６１２、６１４  シャフト
６１６  シャフト
８０２、８０４、８０６  配管
【図１】
2011241830.tif 000003
【図２】
2011241830.tif 000004
【図３】
2011241830.tif 000005
【図４】
2011241830.tif 000006
【図５】
2011241830.tif 000007
【図６】
2011241830.tif 000008
【図７】
2011241830.tif 000009
【図８】
2011241830.tif 000010