(57)【要約】【解決手段】ランキン・サイクルにおいて有機作動流体を膨張させる方法は、作動流体をタービンに供給するステップを有している。タービンは、回転軸中心で回転するシャフトに拘束されたロータブレードの多くの列とそれに交互に配置されたステータブレードの多くの列を有することで、対応するタービンステージを構成している。有利な点として、本方法は、さらに、下記のステップを有している。ａ）作動流体の第１膨張を１又はそれ以上のタービンの半径方向のステージで生じさせるステップ。ｂ）半径方向のステージから出てくる作動流体を、回転軸に対して軸のかつ接線の方向に向きを変えるステップ。ｃ）第２流体膨張を、タービンの１又はそれを超えた軸方向ステージにおいて生じさせること。ステップｂ）は、タービンにおける流体の膨張を完了するために提供される平均のエンタルピー変化の少なくとも５０％に等しい作動流体のエンタルピー変化に対応している。さらに、ランキン・サイクルにおいて有機作動流体を膨張させるためのタービンは、前記方法を実行できる。
2015505005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランキン・サイクルにおいて有機作動流体を膨張させる方法であって、
多くのステージを有するタービン（１）に前記有機作動流体を提供するステップを備え、各ステージは、回転軸（Ｘ）中心に回転するシャフト（２）に拘束されたロータブレードの列（Ｒ１、Ｒｎ）とそれに交互に配置されたステータブレードの列（Ｓ１、Ｓｎ）によって形成され、
ａ）１又は複数の半径方向ステージを通して前記作動流体に第１膨張を生じさせるステップと、
ｂ）ブレード列（ＡＲ）つまり角のブレード内の作動流体の向きを、実質的に半径膨張方向から前記角のブレード（ＡＲ）と一体の観察者に対して実質的に軸方向かつ接線方向に変えるステップと、
ｃ）１又は複数の軸方向を通る第２流体膨張を生じさせステップと、を備え、
前記ステップｂ）は、タービン（１）における流体膨張を完了させるために提供された平均のエンタルピー変化の少なくとも５０％に等しい作動流体のエンタルピー変化に対応する、
方法。
【請求項２】
前記ステップａ）は、前記作動流体を、半径方向交互に配置されたステータブレードの少なくとも１列（Ｓ１、Ｓｎ）及び対応するロータブレード列（Ｒ１、Ｒｎ）の間に導くことで実行され、
前記ステップｃ）は、前記作動流体を、軸方向に交互に配置されたステータブレードの少なくとも１列（Ｓ１、Ｓｎ）及び対応するロータブレード列（Ｒ１、Ｒｎ）の間に導くことで実行され、
前記ステップｂ）は、作動流体を、ステータ又はロータの角のブレード（ＡＲ）の一列に通すように導くことで実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記角のブレード（ＡＲ）はロータブレードであり、前記ステップｂ）とステップｃ）との間には、
ｄ）前記角のブレードの列（ＡＲ）の下流での流体膨張方向の向きを反転するステップをさらに備えている、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップｂ）において前記作動流体の膨張によって引き起こされるエンタルピー変換の少なくとも１０％は、前記角のブレードの列（ＡＲ）から排出される前記作動流体の力学的エネルギーに変換される、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
ランキン・サイクルにおいて有機作動流体の膨張のためのタービン（１）であって、
ステータブレードの複数列（Ｓ１、Ｓｎ）と、前者に交互に配置されたロータブレード（Ｒ１、Ｒｎ）の複数列と、回転軸（Ｘ）中心に回転するロータブレード（Ｒ１、Ｒｎ）を支持するためのシャフトとを備え、
前記タービンの第１セクション（Ａ）では、前記ステータブレードの列（Ｓ１、Ｓｎ）及び前記ロータブレードの列（Ｒ１、Ｒｎ）は、実質的に半径方向に交互に配置され、
前記タービンの第２セクション（Ｂ）では、前記ステータブレードの列（Ｓ１、Ｓｎ）及び前記ロータブレードの列（Ｒ１、Ｒｎ）は、実質的軸方向に交互に配置され、
前記タービンの前記第１セクション及び前記第２セクションの間には、ステータ又はロータブレードの少なくとも１列（ＡＲ）つまり角のブレードが、前記作動流体が実質的に半径膨張方向から実質的に軸及び／又は接線膨張方向に向きを変えるように配置され、
前記角のブレード（ＡＲ）を通して膨張した作動流体のエンタルピー変化は、タービン（１）における流体の膨張を完了するために提供された平均のエンタルピー変化の少なくとも５０％に等しい、
タービン（１）。
【請求項６】
前記角のブレード（ＡＲ）の前縁（ＡＲｉ）は実質的に軸方向に延びており、後縁（ＡＲｏ）は実質的に半径方向に延びている、請求項５に記載のタービン（１）。
【請求項７】
前記角のブレード（ＡＲ）は、実質的に曲がった半径及び軸方向に延びている、請求項５又は６に記載のタービン。
【請求項８】
前記角のブレード（ＡＲ）は、少なくとも部分的に接線方向に延びて、前記角のブレードと一体の観察者（ＡＲ）によって観察される相対運動において、少なくとも流体速度ベクトルの接線方向成分を増加する、請求項５〜７のいずれかに記載のタービン。
【請求項９】
前記作動流体の軸方向吸気マニフォールド（６）をさらに備え、前記マニフォールドは前記シャフト（２）と整列するように配置され、前記シャフト（２）は、前記吸気マニフォールド（６）に対して反対側から複数のベアリングによって片持ちに支持されており、前記角のブレード（ＡＲ）ステータ又はロータブレードである、請求項５〜８のいずれかに記載のタービン。
【請求項１０】
ボリュート（３）をさらに備え、前記角のブレード（ＡＲ）はロータブレードであり、それら及びすぐ下流側のステータブレードの列（Ｓ４）の間では、前記ボリュート（３）は、流体膨張の軸方向成分の向きが反転される約１８０度のカーブを形成する、請求項５〜８のいずれかに記載のタービン。
【請求項１１】
前記角のブレード（ＡＲ）及び前記カーブ（４）の間の通路断面は、少なくとも部分的に増加することで、各膨張方向が反転される前に、作動流体の速度を低下させる、請求項１０に記載のタービン。
【請求項１２】
前記カーブ（４）の下流において、前記ボリュート（３）には前記作動流体の少なくとも１つの流入／抽出ポート（５）が設けられている、請求項１０又は１１に記載のタービン。
【請求項１３】
作動流体の吸気マニフォールド（７）をさらに備え、前記マニフォールドは、各支持ベアリング間の実質的な中間位置において、前記シャフト（２）に対して半径方向に配置されている、請求項１０〜１２のいずれかに記載のタービン。
【請求項１４】
前記ロータブレードの少なくとも１列（Ｒ１、Ｒｎ）は前記複数の支持ディスク（８）の上で組み立てられ、前記支持ディスク（８）は前記シャフト（２）の対応するフランジ（９）に対してハース歯（１０）によって連結されている、請求項１〜１３のいずれかに記載のタービン。
【請求項１５】
第１支持ディスク（８）の上流側及び下流側において、前記回転軸（Ｘ）に対して、少なくとも１つのチャンバ（Ｃ１〜Ｃ４）は、タービン（１）の対応内部体積によって設けられかつ画定されており、
前記第１支持ディスク（８）の同じ側に配置されたチャンバ（Ｃ１、Ｃ４）は、互いから実質的に隔離されており、
前記第１支持ディスク（８）には、第１支持ディスク（８）自体によって分離された２つのチャンバ（Ｃ３〜Ｃ４）の内側の圧力を等しくするために又は前記第１支持ディスクの下流側のチャンバ（Ｃ１）の圧力を前記タービン（１）の前記第１セクション（Ａ）内の圧力と等しくするために、少なくとも１つのスルーホールが形成されている、請求項１４に記載のタービン。
【請求項１６】
２個の支持ディスク（８）をさらに備え、第２支持ディスクは、前記第１支持ディスクの下流側に配置され、前記第２ディスク自体のすぐ上流のチャンバ（Ｃ４）内の圧力を前記タービン（１）の排気圧力と等しくするような少なくとも１つのスルーホールが形成されている、請求項１５に記載のタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランキン・サイクルにおいて有機流体を膨張させる方法及びそのような方法を実行可能なタービンに関する。本発明は、イタリア特許出願ＢＳ２０１２Ａ０００００８（２０１１年１２月２０日出願）に優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
頭文字ＯＲＣによって、「有機ランキン・サイクル」ランキン型の熱力学サイクルは通常特定される。それは、高分子量を有する有機作動流体を用いる火力から始まる発電用の対応発電所において使用される。
例えば、ＯＲＣ工場は、個体バイオマスから始まる電力及び熱力の結合生産に用いられる。別の例として、産業プロセスの廃熱、又は原動力又若しくは地熱熱源からの熱回収が用いられる。
【０００３】
例えば、バイオマスが供給されるＯＲＣ工場は、通常下記の構成を備えている。
燃料バイオマスが供給された燃焼チャンバ
燃焼煙／ガスの熱の部分を、熱伝導流体（例えば、中間回路によって運ばれてきたジアテルミー油）に付与するための熱交換器
中間熱伝導流体の熱の一部を作動流体に付与して蒸発させるための熱交換器
蒸気状態の作動流体が供給されるタービン
発電用のタービンによって駆動される発電機。
【０００４】
燃焼チャンバにおいて、熱伝導流体（例えば、ジアテルミー油）は、約３００℃に通常等しい温度まで熱される。熱伝導流体は閉鎖ループを循環し、つまり、熱伝導流体は、有機作動流体が蒸発することになる前述の熱交換器内を通過する。作動流体の蒸気はタービン内で膨張し、それにより機械的な力を発生し、次にタービン自体のシャフトに連結された発電機によって電力に変換される。タービン内の各膨張が終了するときに、作動流体の蒸気は適切な凝縮器内で凝縮され、熱を冷却流体に付与する。冷却媒体は、通常は水であり、約８０℃〜９０℃の熱キャリアとして例えば地域暖房のために工場の下流で用いられる。作動流体は、熱伝導流体が通り過ぎる熱交換器に供給され、それにより閉鎖ループ内のサイクルが完結する。
【０００５】
生産された電力は、工場の補助装置を駆動するのに用いることができ及び／又はそれは電力分配ネットワークに導入されることができる。
高膨張比及びタービン内の作動流体の高エンタルピー変化によって特徴付けられるＯＲＣ工場では、後者には３以上のステージが設けられる。ステージという用語は、ステータブレードの列の組立体及びロータブレードの対応する列を意味する。
【０００６】
タービンステージの数がある制限を超えて増加すれば、直列に接続された２個のタービンを使用することは、単一の発電機を駆動するのに便利であろう。したがって、単一のタービンにおけるステージの数を増やす代わりに、例えば６又はそれ以上のステージまで、２個のタービン（両方が３個のステージを有している）が採用される。
【０００７】
例えば、出願人によって５ＭＷの生産ために設計された工場は、６個のステージを有する単一軸タービンを用いる代わりに、３．０００ｒｐｍで回転することを意図している、２個の軸タービンが用いられる。１個が高圧でありかつ他方が低圧であり、それぞれが単一の発電機のシャフトに対して、シャフトの両側において接続されている。
複数のタービンを有する解決手段は、前述のもののように、技術的かつ経済的な種類の１を超えた欠点を有している。工場には多くの径違い継ぎ手が設けられなければならない。これは、タービンを、発電機、高圧吸気弁に加えて蒸気を複数の低圧タービンに流入させるための複数のバルブ、タービン同士を流体的に連結するための絶縁されたダクト、二重ベアリングなど、に連結するためのものである。これにより、製造コストが増加し、さらには工場をスタートし、停止しさらには稼働させることの技術的困難性が増加する。
【０００８】
米国特許出願２００８／０２５２０７７は、ＯＲＣ工場に適用されるタービン（段落１１）を説明している。タービン求心半径方向タイプであり、単一のステージを有している。したがって、作動流体の膨張がタービン自体の軸を通って実質的に発生する。つまり、排出は軸方向成分において実質的に発生する。
前述のものから異なる複数の分野では、半径方向のステージと軸方向ステージが交互に並んだガスタービンが提案されている。
例えば、米国特許３，４６２，９５３は、航空用途に用いられるガスタービンを説明している。それは、ランキン・サイクルに基づいて動作するのではない。このガスタービンは、タービン内に入っていく第１半径方向ステージとタービンから出ていく軸方向ステージとの間に挟まれたロータブレードの列を有している。これらのロータブレードは、ガスを半径膨張方向から軸方向膨張方向に転換するように配置されている。
ＵＳ４，４３５，１２１、ＷＯ２００６／０４８４０１、ＤＥ５５４１６３及びＵＳ２０１１／０８５８８７に最新の技術が説明されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、公知の解決手段の欠点を解決することができる、ランキン・サイクルにおいて有機流体を膨張させるタービン及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、第１の態様において、請求項１に係る方法に関連する。
特に、本発明は、ランキン・サイクルにおいて有機流体を膨張させる方法である。この方法は、複数のステージを有する非求心タービンに対して作動流体を供給するステップを有する。各ステージは、回転軸中心に回転するシャフトに拘束されたロータブレードの列とそれに交互に配置されたステータブレードの列によって定義される。有利な点として、この方法は、さらに、次のステップを有する。
ａ）１又は複数の半径方向ステージを通して作動流体の第１膨張を生じさせるステップ
ｂ）ブレード列つまり角（かど）のブレード内の作動流体の向きを、実質的に半径方向の初期膨張方向から実質的に軸方向かつ接線方向の（前記角のブレードと一体の観察者に対して）膨張方向へと転換するステップ
ｃ）１又は複数の軸方向を通る第２流体膨張を生じさせるステップ
【００１１】
ステップｂ）は、タービン全体における第１膨張を完了するために設定された平均のエンタルピー変化の少なくとも５０％に等しい作動流体のエンタルピー変化に対応する。
【００１２】
平均のエンタルピー変化という用語を用いるにあたって、ステージ全体のトータルエンタルピーの変化と膨張が実行されるステージの数との比は、意図的なものである。ステージ全体のトータルエンタルピーの変化は、ステージ全体の下流側の作動流体のトータルエンタルピーと、ステージ全体の流体上流側のトータルのエンタルピーとの違いに対応している。
本発明の範囲では、通常タービン分野において頻繁に、軸対称の座標系が参照され、そこではタービンシャフトの回転軸が配置される一般復曲面は子午面と呼ばれる。機械軸に直交しておりかつ先に検討された子午面に横たわる方向は、半径方向と名付けられる。接線方向という用語については、子午面の一点において子午面に直角でかつ前記点を通過する半径方向に直角な方向が特定される。機械軸に平行な方向は軸方向成分と定義される。
【００１３】
より詳細には、軸方向ステージは、質量流れ方向の上流側及び下流側のそれぞれに、ステータブレードの列及び対応するロータブレード列を有している。この場合、流れは、主に流れ内の軸方向速度成分のおかげで生じる。
軸方向ステージは、質量流れ方向の上流側及び下流側のそれぞれにステータブレードの列及び対応するロータブレード列を有している。この場合、流れは、主に流れ内の半径速度成分のおかげで生じる。
【００１４】
半径方向のステージでの第１膨張及び軸方向ステージでの第２膨張を実現することによって、同じ条件に対する効率という点で優れた結果が得られる。この場合は必ずしも２個のタービンを設ける必要がなく、それとは反対に単一の半径−軸タービンを用いることになる。
特に、この方法によって、高圧軸タービン及び低圧軸タービンを使用することを避けられる。第１高圧膨張は、タービンの対応する半径方向のステージにおいて、遠心力流れと共に半径方向に生じる。第２低圧膨張は、同じタービンの対応する軸方向ステージにおいて、生じる。
【００１５】
明らかに、この方法は、最初の半径方向膨張方向から最後の軸膨張方向までの２つの膨張の間で向きを変えられる流体を提供する。
角のブレードは、ステータブレードであり、又は、他の例として、ロータブレードである。
【００１６】
ステップａ）〜ｃ）は、単一の半径−軸タービンにおいて実行される。好ましくは、ステップａ）は、作動流体を、径方向に交互に配置されたステータブレードの少なくとも１列及び対応する半ロータブレードの１つの列を通して運ぶことで実行される。ステップｃ）は、作動流体を、軸方向に交互に配置されたステータブレードの少なくとも１列及び対応するロータブレードの１つの列を通して運ぶことで実行される。ステップｂ）は、流体を、対応するロータ又はステータのブレード列の後に又は前にあるステータ又はロータブレードの列、つまり角のブレードを通して、実行される。
【００１７】
前述の方法を実行することによって、作動流体の蒸気単一のタービンにおいて膨張する。したがって、２個のタービンをカスケードに設置すること又多くのステージ（例えば３を超えて）を有する軸のタービンを採用することが避けられることは、明らかな技術的かつ経済的な利点である。
米国特許ＵＳ３，４６２，９５３で述べられた解決策に対して、本発明では、角のブレードは、タービンの全膨張の平均エンタルピー変化の５０％より大きく又は等しい作動流体のエンタルピー変化を実現するように配置されている。言い換えると、米国特許３，４６２，９５３で述べられた角のブレードは、作動流体のエネルギーの転換において周辺的な役割しか果たしていない。それとは反対に、本発明では、角のブレードは、タービンシャフト力への入力として流体エネルギーの重要かつ正確に数値化された部分を転換するように配置されている。これは、角のブレードが作動流体に付与する接線方向転換に対応している。
【００１８】
方法の実施形態では、タービンの角のブレードはステータブレードである。膨張蒸気の流れは、軸方向成分及び接線方向において向きを変えられ、つまり角のブレードの列においてかつ、後者と一体の観察者のために、作動流体の流れの速度ベクトルの半径方向成分は最小限になり、同じ速度ベクトルの軸方向成分及び接線方向成分は最大限になる。
代わりの方法実施形態では、角のブレードはロータブレードであり、ステップｂ）及びステップｃ）の間には、追加のステップｄ）がある。追加のステップｄ）は、角のブレードの列の下流側での蒸気膨張の方向を反転することを実行する。言い換えると、角のロータブレードの列を通過する流体は、実質的に軸方向に向きを変えられるが、ただしタービンの軸方向ステージの交差方向に対する対向流が発生する。より詳細には、ロータの角のブレードの列は、作動流体の流れに対して、各速度ベクトルの半径方向成分を最低限にする又は無くすこと、及び、相対運動（つまり、角のブレードと一体の観察者に対する運動）における同じ速度ベクトルの軸方向成分及び接線方向成分を増加する効果を発生する。絶対運動（静止した観察者に対する運動）では、角のブレードの列から排出される作動流体の速度ベクトルは実質的に軸方向である。つまり、絶対運動における速度ベクトルの接線方向成分は、おおむねゼロである。なぜなら、それは、同じ角のブレードの接線方向速度（従来はクランキング速度と云われている）によってバランスされているからである。
【００１９】
したがって、角のロータブレードの下流側の流体はさらに１８０度向きを変えられ、タービンの軸方向ステージ及び出口に向かって正しく向けられる。反転は、好ましくは、タービンに、角のブレードの出口セクションをすぐ下流側の列のステータブレードの入口セクションに接続する実質的にトロイド状のダクトを設けることで得られる。軸方向セクションでは、ダクトはＵ形状のカーブにしたがって延びている。
第２の態様では、本発明は、ランキン・サイクルにおける有機作動流体の膨張に用いられる請求項６に係るタービンに関連する。
【００２０】
特に、タービンは、ステータブレードの列及びそれに交互に配置されたロータブレードの列と、ロータブレードを支持するための部材であり回転軸中心に回転するシャフトとを有している。タービンの第１セクションでは、ステータブレードの列及びロータブレードの列は、実質的に半径方向に交互に並んでいる。タービンの第２セクションでは、ステータブレードの列及びロータブレードの列は、実質的に軸方向に交互に並んでいる。タービンの第１セクション及び第２セクションの間には、ステータ又はロータブレードの少なくとも１列、つまり上記の角のブレードがある。これらは、作動流体を、絶対運動における実質的に半径方向の膨張方向から、角のブレードがステータ又はロータブレードのいずれかであるかによって、絶対運動における実質的に軸方向でありかつ絶対運動又は相対運動において接線方向に向きを変えるように配置されている。言い換えると、角のブレードは、静止した観察者に対して、列内に入る作動流体の速度ベクトルの半径方向成分を最小限に又は取り除くように配置されている。さらに、角のブレードは、静止した観察者に対して、列から出ていく流体の速度ベクトルの軸方向成分を増加するように配置されている。さらに、角のブレードは、角のブレードと一体の観察者に対して、列から出て行く流体の速度ベクトルの接線方向成分も増加するように配置されている。
【００２１】
角のブレードを通って膨張する作動流体のエンタルピー変化は、タービン全体における第１膨張を完了するために提供された平均のエンタルピー変化少なくとも５０％に等しい。
好ましくは、角のブレードの前縁は、実質的に軸方向に延びている。その方向は、タービンシャフトの軸に実質的に平行である。各後縁は実質的に半径方向に延びている。その方向はタービンシャフトの軸に実質的に直交している。
【００２２】
好ましくは、角のブレードは、実質的に曲がった半径及び軸方向に延びている。言い換えると、各角のブレードの表面は、作動流体の蒸気流れが膨張方向を半径方向から軸方向に変更することを強制する。
好ましい実施形態では、角のブレードは、作動流体の速度ベクトルの接線方向成分を増加するために、接線方向に少なくとも一部に延びている。このようにして、流れガイド面に隣接する制限層の厚み低減のおかげで、流れの向きを変えている間、流体を加速して効率が良い利点を得ることが可能なる。
【００２３】
実施形態では、タービンは、作動流体の軸方向吸気マニフォールドを有している。マニフォールドは、同じタービンのシャフトに整列して配置されている。この場合、角のブレードはステータブレードである。
角のブレードの列が引き起こす作動流体流れの向きの変更は、エンタルピー減少に対応している。角のブレードの列において生じるエンタルピー変化は、列自体の上流の圧力値に対する、各隣接する角のブレード間の流体圧の低減によって主に引き起こされる。それに対応して、最小限の流体力学的損失を伴いながら、力学的エネルーにおけるほとんどの圧力エネルギーの総変換が生じる。
【００２４】
量に関する用語の説明として、角のブレードの列は平均のエンタルピー変化（タービンにおいて得られた総エンタルピー変化とそれの各ステージの総エンタルピー変化との比によって定義される）の少なくとも半分を実現している。角のブレードの列では、列自体に利用可能なエンタルピー変化の少なくとも１０％は、相対運動における作動流体の力学的エネルギーに変換される。
好ましくは、この実施形態では、シャフトは、吸い込みマニフォールドに対して反対側で、シャフト周りに配置された複数のベアリングによって片持ちに支持される。
【００２５】
代替の実施形態では、タービンは流れ反転ボリュートを有している。角のブレードはロータブレードであり、ボリュートはそれらとすぐ下流側のステータブレードの列の間に約１８０度のカーブを形成し、つまりそれは前述の実質的にトロイド状のダクトを形成している。このようにして、作動流体の蒸気膨張の軸方向の反転が得られる。
この後述の実施形態では、好ましくは、角のブレード及び前記カーブの間を延びる通路断面又はダクトは、各膨張方向が反転される前に作動流体の速度低下を得るために、少なくとも部分的に増加する。前記カーブの下流に又は沿ってボリュートには作動流体の少なくとも１つの流入／抽出ポートを設けることができる。作動流体の吸気マニフォールドは、各支持ベアリングの隣に、シャフトに対して半径方向配置可能である。
【００２６】
一般的に、ロータブレードの少なくとも１列は、好ましくは、シャフトの対応するフランジにハース歯によって連結された支持ディスクの上で組み立てられる。この種の結合は、シャフトに対する支持ディスクの自動心だし効果を実現している。
支持ディスクを保持するシャフトが軸スラストの望ましくない効果に曝されることを避けるために、タービンには複数のチャンバが設けられる。チャンバは、タービンの対応する内側容積によって画定され、それによってディスク自体の２つの面に作用する圧力のバランスが決定される。
【００２７】
特に、チャンバは、支持ディスクの上流側及び下流側に設けられている。特に、第１支持ディスクに関して云えば、そのようなディスクに対して同じ側に設けられたチャンバは、例えばラビリンス手段によって、他のものから隔離されたものである。第１支持ディスクから軸方向に離れた複数のチャンバは、ディスク自体に形成された１又はそれ以上のスルーホールを通って連通する。さらに、第１支持ディスクの下流側に設けられた少なくとも１つのチャンバは、第１ディスク上両側に設けられたタービンの高−圧ステージに連通する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
本発明のさらに詳細な説明は、添付図面を参照しなされる下記の説明のコースから明らかであろう。
【図１】本発明に係るタービンの第１の実施形態の部分断面図。
【図２】本発明に係るタービンの第２実施形態図。
【図３】本発明に係るタービンの第３実施形態の部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、本発明に係る有機作動流体の膨張のためのタービン１の軸方向に対称の断面における部分図である。
好ましくは、作動流体は、炭化水素クラスに属し、より好ましくは環状炭化水素に属する。例えば、作動流体はシクロペンタンである。
【００３０】
タービンは、軸方向成分Ｘに延びるシャフト２と、アウターケース３又はボリュート、及び交互に並んだステータブレードの多くの列Ｓ１〜Ｓｎ及びロータブレードＲ１〜Ｒｎ（これらは、スキームＳ１−Ｒ１、Ｓ２−Ｒ２、Ｓｎ−Ｒｎ、などによって構成されている）。
特に、タービン１は、概念的に、作動流体蒸気の膨張方向に対して、第１セクションＡ及び続いてのセクションＢに分割されている。第１セクションＡつまり高−圧力セクションでは、作動流体の第１膨張は実質的に半径方向、つまりＸ軸に直交する方向に生じており、第２セクションＢつまり低−圧力セクションでは、作動流体の第２膨張はＸ軸に平行な実質的に軸方向に生じている。
【００３１】
タービンの２つのＡセクション及びＢセクションの間には、角のステータブレードの少なくとも１列ＡＲが設けられている。これらは、作動流体を膨張の最初の半径方向から軸方向に又は接線方向（図１を観察しているときに紙面に対して直角な方向）向きを変える機能を有している。
特に、図１に示されたタービン１は、角のブレードＡＲの列の上流で半径方向に配置された３個のステージＳ１−Ｒ１、Ｓ２−Ｒ２、Ｓ３−Ｒ３、及び角のブレードＡＲの列より下流側で軸方向に配置された１又はそれ以上のステージＲ４−Ｓ４、Ｒ５−Ｓ５（図示せず）を有している。一般的に、角のブレードＡＲの上流及び下流側のステージの数は互いに異ならせることができる。
【００３２】
角のステータブレードＡＲは、ボリュート３に拘束されており、さらに、図に示すように、（軸方向セクション断面において見られる）曲がった通路に沿って延びている。複数のブレードＡＲの前縁ＡＲｉは好ましくは軸方向成分に沿って延びており、後縁ＡＲｏは好ましくは半径方向に延びている。したがって、各ブレードＡＲは、そのような流体力学的ダクトのコースを有する曲がった通路に沿って延びており、それにより作動流体流れの平均半径方向成分（ブレードの上流側の値に対する）を低減又は除去し、軸方向及び接線方向成分を発生する。
好ましくは、ステータブレードＡＲは、回転軸Ｘに配置された観察者に観察されたときに、第１の実質的に半径方向の長さでもってベース及び周縁部分の間に延びている。その次に、ブレードは円周方向に又は接線方向にカーブしており、その次に徐々に軸方向及び接線方向に向きを変える内側ブレードダクトがある。
【００３３】
いくつかのロータブレードＲｎ及び好ましくはそれら全ては、複数の支持ディスク８によって支持されている。支持ディスク８は、タービン１のシャフト２に対して参照符号１０（部分断面における）のハース歯によって拘束されている。特に、支持ディスク８は、シャフトのフランジ９に連結されている、図に示すように。ハース歯によって、ディスク８は半径方向に「浮遊」することで、Ｘ軸に対する自動心だしが実現される。
スチール製のステイロッド（図示せず）複数の支持ディスク８をシャフト２の対応する結合フランジに対して軸方向に押す。
【００３４】
シャフト２は、各端部における複数のベアリング（流体的シールに沿って示されている）によって支持されており、又は好ましくは、シャフト２は、複数の支持ディスク８と同じ側に配置された複数のベアリングによって、片持ち支持されている。
ボリュート３には、膨張対象の作動流体蒸気の１又はそれ以上の流入マニフォールド７が設けられている。
相対的な膨張によって形成された蒸気の通路は、複数の矢印によって示されている。
図２は、タービン１の代替実施形態を示している。そこでは、角のブレードＡＲは、ディスク８によって支持されたロータブレードである。図に示されたものと同じ参照符号同一の又は均等の要素に対応している。
【００３５】
先の解決策とは異なっているが、作動流体の蒸気流れは、軸方向成分の角のブレードＡＲの列から向きを変えられるが、タービン１の軸方向に延びることに対する反対の流れ（タービン１における流体取り込みの部分に向けて向きを変えられる流れ）が実現される。この理由によって、ボリュート３は、Ｕ字状のカーブであり、供給流れ方向を反転させるトロイダルダクト４を画定しており、それにより、流れが低−圧力ステージＢに向けられる。
好ましくは、ロータの角のブレードの列ＡＲの下流において、ダクト４の断面は増加しており、それにより、それの供給方向の反転の前に流れの速度低下が生じる。ブレード列ＡＲ及び低−圧力セクションＢの間には、１又はそれ以上の流入又は抽出ポート５を設けることができる。
【００３６】
さらに、第２実施形態では、角のブレードＡＲは、好ましくは、角のブレードＡＲ自体の下流の値に対する蒸気流れの速度ベクトルの接線方向成分を増加させる。
図３は、タービン１の第３実施形態を示している。角のブレードＡＲは、複数のステータブレードであり、ボリュート３によって支持されている。第１実施形態と異なる点として、シャフト２は、ボリュート３の同じ側に（特に、ボリュート３の排出ボリュートの同じ側）設けられた対応するベアリングによって片持ち支持されている。
【００３７】
この実施形態では、膨張する蒸気の流入は、図に示すように、シャフト２に対して整列されたかつ同軸に組み立てられた軸方向マニフォールド６によって、前側方向に直接に実現される。さらに、シャフト２が片持ちで組み立てられた第１実施形態では、軸方向マニフォールド６を採用することできる。
さらに、第２及び第３実施形態では、ステータ及びロータのステージの数は、図示されたものと異ならせることができる。
図１〜図３を参照して、タービン１はチャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を有しており、各チャンバ相対圧弁によって特徴付けられるタービン内の容積の限界を定める。チャンバＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４は、タービン１の異なる断面Ａ−Ｂ間の圧力の違いのせいで支持ディスク８に作用する軸方向スラストの補償を得ることができるように配置されている。
【００３８】
特に、図１を参照すれば、ラビリンスＬは、チャンバＣ３を高−圧力セクションＡから実質的に遮断するように維持している。高−圧セクションを通過する作動流体の圧が第１支持ディスク８をチャンバＣ１側に（図１において右側）押すことを避けるために、第１ディスク８に交差する列Ｓ１、Ｒ１の間に開く又はセクションＡ自体の他の位置における１又はそれ以上のスルーホールによって、後者は高−圧力セクションＡに連通している。
同様に、チャンバＣ２及びＣ４は互いに連通しており、さらに、第２支持ディスク８を通って延びるダクトを介してタービンの排出セクションに連通している。チャンバＣ１及びＣ２の間には、遮断ラビリンスが設けられている。
【００３９】
上述のような配置によって、チャンバＣ１の圧力は、高−圧セクションＡの選択された点における流体圧に等しいかそれに近い。チャンバＣ２、Ｃ３及びＣ４の圧力は、タービン１の排気圧力に等しくされている。
図１〜図３のいずれか１つに示されたタービン１によって、上述したように、本発明に係る方法が実行される。
【００４０】
有利な点として、タービン１によって、有機流体を用いたランキン・サイクルにおける高エンタルピー変化及び高膨張を得ることができる。
【図１】
2015505005.tif 000003
【図２】
2015505005.tif 000004
【図３】
2015505005.tif 000005
【国際調査報告】
2015505005.tif 000006
2015505005.tif 000007
2015505005.tif 000008