[发明专利]涡轮装置及包括其的废热回收发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡轮装置，更详细地，涉及一种用非接触式电磁轴承代替机械(接触)式轴承结构而延长涡轮寿命，同时提高发电效率，并且也容易利用废热，另一方面，通过轮盘单元的结构改善和机械式轴承单元的适当配置来稳定地保持装置运转的涡轮装置，及本发明涉及包括其的废热回收发电系统。

背景技术

通常，发电站根据所利用的能源种类和其发电方式划分为水力发电站、火力发电站、原子能发电站或者复合型发电站等。

另一方面，近年来集中对工业体系中所产生的废热进行回收并将其应用于发电(能源)系统，从而实现再利用废热而不浪费的技术进行研究。

即，对从各种炉或者烧结工艺等中排出的带热量的高温废气的炼钢厂、或从熟石灰加工过程中所产生的高温废气回收废热，并将其应用于发电系统的技术进行研究。

例如在炼钢厂，焦炭制造工艺或高炉等中产生相当大量的废热，此时废热温度约为150℃-300℃程度，这一温度还不足以实现商业化。

另一方面，目前正对利用海水的温度差、或工业现场的废热的发电系统进行研究，但是，当将水等液体用作发电用工作流体时，其温度差需达到250℃以上，因此难以实现商业化。

另外，需要上述工作流体的温度差的理由如下：在发电涡轮设备中，不仅使用旋转的机械接触式滚珠轴承或滑动轴承作为大部分的动力传递器具，而且通过在轴向上摩擦较大的螺杆来传递动力，因此，由这些引起的摩擦会使发电效率降低，从而难以通过低温的废热来发电，最终难以将废热利用用在商业化中。

因此，目前炼钢厂或水泥厂所产生的高温废气大部分被浪费掉而不能作为废热进行再利用。

例如，在韩国公开专利第2012-0058582号中提出了关于将从发动机废弃的能量作为电力来再生/回收的实用的废热发电的技术，在该公报中公开了用于支撑涡轮主轴(47)的轴承为推力轴承(thrust bearing)。

另外，韩国公开专利第2006-0010427号中公开了一种气体涡轮装置，尤其公开了使用推力轴承和滑动轴承的技术。

而且，日本公开专利第2011-083150号中公开了一种加速型发电机，并公开了在两端使用机械接触式轴承(滚珠轴承)的技术。

因此，在通常的发电设备的涡轮装置中，将机械接触式轴承用于转子(旋转轴)，从而包含上文中描述的上述实质性问题。

尤其，这种机械接触式轴承使用常规的油(润滑油)，因此也会产生油泄漏的问题。除此之外，现有的系统使用蒸汽或高温气体，因此发生伴随涡轮的水锤现象的问题。

发明内容

技术问题

因此，在本技术领域中一直需要这样一种涡轮装置，所述涡轮装置用非接触式电磁轴承代替机械(接触)式轴承而延长涡轮寿命，同时提高发电效率，并且也容易利用废热，另外，通过轮盘单元的结构改善和机械式轴承单元的适当配置以稳定地保持装置运转，以及需要一种包括其的废热回收发电系统。

技术方案

为实现上述需求，本发明的技术上的一个方面提供一种涡轮装置，其包括：

旋转轴，其与从工作流体接收旋转力的叶轮连接；

发电单元，其连接于所述旋转轴并用于发电；

径向电磁轴承单元，其分别在所述发电单元的前侧和后侧中的至少一处、以与所述旋转轴形成间隔而非接触地支撑旋转轴的方式设置；以及

轴向电磁轴承单元，其设置在所述旋转轴的至少一处以控制旋转轴的轴向位移。

另外，本发明的技术上的另一方面，提供一种废热回收发电系统，其包括：

所述涡轮装置；

工作流体供应部，其利用废热向所述涡轮装置供应工作流体，；

及工作流体处理部，其用于对从所述涡轮装置提取的工作流体进行处理。

发明的效果

根据本发明，在现有涡轮装置中，用非接触式电磁轴承代替机械接触式动力传递器具(轴承、螺杆等)来消除摩擦，由此可以用低压低温的工作流体(制冷剂)代替液体(水)，从而延长涡轮的寿命，同时可以使利用其的发电效率最大化。

尤其，本发明的涡轮装置由于采用通过双向结构与轴向电磁轴承单元连接的轮盘单元，因此可以精密地控制旋转轴的径向和轴向的位移。

而且，本发明的涡轮装置设置有在电磁轴承停止工作时进行工作的机械式轴承单元，并通过调整电磁轴承单元和机械式轴承单元的间隔来稳定地保持涡轮装置的运转。