專利名稱：微型渦輪機(jī)系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微型渦輪機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
已知各種用于發(fā)電的系統(tǒng)。例如，發(fā)電站利用設(shè)計(jì)為產(chǎn)生大功率(> 1MW)的相反 大的、復(fù)雜的、昂貴的蒸汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)。已知這種蒸汽輪機(jī)有許多變型，并且，鑒于尺寸和 成本價(jià)格，不適于小規(guī)模使用。已知的相當(dāng)大的發(fā)電站渦輪機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不適于出于局部使用的目的而小型化。 渦輪機(jī)系統(tǒng)典型地設(shè)置有多個(gè)槽(例如，沿著旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)零件和在軸承處)。如果完全處 于期望的可用機(jī)器公差內(nèi)，這種槽可能難于小型化，從而，剩余系統(tǒng)零件的減少將導(dǎo)致不可 接受的泄漏損失。英國(guó)專利申請(qǐng)GB 2417294提出了一種完全新穎的出于家庭或小規(guī)模商業(yè)使用的 目的而設(shè)計(jì)的蒸汽輪機(jī)。此已知系統(tǒng)設(shè)置有在供應(yīng)至渦輪管道的蒸汽的影響下旋轉(zhuǎn)的鍋 爐。GB’294聲明，該渦輪機(jī)僅在較高轉(zhuǎn)速下是有效的。旋轉(zhuǎn)可通過(guò)減速齒輪傳遞至各種應(yīng) 用場(chǎng)合。該蒸汽輪機(jī)可驅(qū)動(dòng)230V的發(fā)電機(jī)。另外，從實(shí)際中，已知相反昂貴的WhisperGen 系統(tǒng)，其包括基于四缸斯特林發(fā)動(dòng) 機(jī)(參見(jiàn)WO 2006135260)的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)(熱和電)。從實(shí)際中已知的另一系統(tǒng)(Otag的
Lion )設(shè)置有自由活塞。CH 154279描述了一種設(shè)置有在相反方向上旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)輪子的系統(tǒng)，這些輪子可 與相應(yīng)的發(fā)電機(jī)接合。GB 105031描述了一種類似的系統(tǒng)，其中，輪子與循環(huán)泵和氣泵接合。 這些系統(tǒng)是相反大的且不太有效的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設(shè)想了一種改進(jìn)的微型渦輪機(jī)系統(tǒng)。本發(fā)明具體設(shè)想了一種能夠相反有效 地發(fā)電的相反小的渦輪機(jī)系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明，為此目的的系統(tǒng)的特征在于，其設(shè)置有-第一和第二葉輪；-用于將壓力介質(zhì)噴到第一葉輪上的至少一個(gè)噴嘴，以驅(qū)動(dòng)此輪，其中，第一葉輪 構(gòu)造為將從噴嘴接收的壓力介質(zhì)傳遞到第二葉輪上，以驅(qū)動(dòng)第二葉輪，該布置使得第一和 第二葉輪可在壓力介質(zhì)的影響下在相反的方向上旋轉(zhuǎn)；以及-第一和第二發(fā)電機(jī)，它們分別與第一和第二葉輪接合。根據(jù)本發(fā)明的微型渦輪機(jī)系統(tǒng)可設(shè)計(jì)為具有相反小的尺寸，從而，本系統(tǒng)尤其適 于局部使用(例如，在家庭中，用于小規(guī)模商業(yè)使用，在運(yùn)輸設(shè)施中，船舶、車輛、飛機(jī)等)。 此外，本系統(tǒng)可由相反少的零件構(gòu)造，包括耐用的且相反廉價(jià)的結(jié)構(gòu)，并以相反高的產(chǎn)量供 電(優(yōu)選地大于60% )。本微型渦輪機(jī)系統(tǒng)的可能使用包括，例如，微型WKK(總能量)設(shè)備、中心加熱系統(tǒng)、或用于船舶的半混合驅(qū)動(dòng)裝置。微型渦輪機(jī)系統(tǒng)可用作組合循環(huán)STEG(蒸汽廠和煤氣 廠)單元中的第二階段，其中，第一階段包括，例如，燃?xì)廨啓C(jī)或燃料電池。優(yōu)選地，所述介質(zhì)是蒸汽，然而，也可使用其它高壓介質(zhì)(例如，高壓氣體或高壓 氣體混合物)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本系統(tǒng)設(shè)置有設(shè)計(jì)為用于葉輪的同步旋轉(zhuǎn)的同步裝 置。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)速通過(guò)(利用)發(fā)電機(jī)而同步。在簡(jiǎn)單的實(shí)例中，出于旋轉(zhuǎn)同步的目的，發(fā) 電機(jī)的電輸出可間接地或直接地彼此電接合(通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娺B接)。替代地，在使用過(guò)程 中，葉輪和發(fā)電機(jī)可相對(duì)于彼此異步地運(yùn)行。
根據(jù)另一實(shí)例，每個(gè)發(fā)電機(jī)均設(shè)置有與驅(qū)動(dòng)軸非旋轉(zhuǎn)地接合的相應(yīng)轉(zhuǎn)子，該驅(qū)動(dòng) 軸與相應(yīng)葉輪非旋轉(zhuǎn)接合。這樣，每個(gè)葉輪可與相關(guān)發(fā)電機(jī)直接非旋轉(zhuǎn)地接合，從而，避免 使用效率低的減速齒輪。根據(jù)尤其有利的實(shí)例，本系統(tǒng)設(shè)置有與周圍環(huán)境氣密性地密封的第一腔室，所述 葉輪設(shè)置在其中。在使用過(guò)程中，例如，此腔室中的壓力可以是低于大氣壓的(例如，大約 0.1巴或更小的壓力)。優(yōu)選地，本系統(tǒng)設(shè)置有與周圍環(huán)境氣密性地密封的第二腔室，至少 所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子設(shè)置在其中。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)置有(至少，構(gòu)造為具有)用于將在使用過(guò)程中 第一腔室中存在的壓力(優(yōu)選地相反低)傳遞至每個(gè)第二腔室的裝置時(shí)，實(shí)現(xiàn)尤其耐用的、 有效的和緊湊的系統(tǒng)。在這些第二腔室中，例如，也在使用過(guò)程中，可存在低于大氣壓的壓 力(例如，大約0. 1巴或更小的壓力)。根據(jù)另一實(shí)例，第一葉輪設(shè)置有第一壓力介質(zhì)接收管道，這些壓力介質(zhì)接收管道 構(gòu)造為將在使用過(guò)程中從噴嘴接收的壓力介質(zhì)在第一驅(qū)動(dòng)方向上和第二驅(qū)動(dòng)方向上噴到 第二葉輪上，其中，第一和第二驅(qū)動(dòng)方向都具有軸向速度分量，其中，第二驅(qū)動(dòng)方向的切向 速度分量與第一驅(qū)動(dòng)方向的切向速度分量相反。本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種用于發(fā)電的方法，優(yōu)選地利用根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，本方 法包括-產(chǎn)生壓力介質(zhì)；_利用壓力介質(zhì)使第一葉輪在第一旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)；_利用來(lái)自第一葉輪的(由第一葉輪分配的)壓力介質(zhì)使第二葉輪在與第一旋轉(zhuǎn) 方向相反的第二旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)；-在第一和第二旋轉(zhuǎn)葉輪的影響下，分別驅(qū)動(dòng)第一和第二發(fā)電機(jī)。這樣，可獲得上述優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)選地，將葉輪和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子設(shè)置在與周圍環(huán)境氣密 性地密封的一個(gè)或多個(gè)空間中，將這些空間保持在相對(duì)于環(huán)境壓力處于減小的壓力下(例 如，大約0. 1巴或更小)。優(yōu)選地，在相反方向上旋轉(zhuǎn)的葉輪具有相同的轉(zhuǎn)速。替代地，使葉輪同步，從而第 二輪具有比第一輪低的轉(zhuǎn)速。


本發(fā)明的其它有利實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中描述?，F(xiàn)在，將在示意性實(shí)施方式 和附圖的基礎(chǔ)上闡述本發(fā)明。圖中圖1示出了本發(fā)明的局部分解的示意性實(shí)施方式的縱向橫截面；
圖2示出了圖1的示意性實(shí)施方式的細(xì)節(jié)的頂視圖；圖3示出了示意性實(shí)施方式的圖示；圖4示出了系統(tǒng)的一部分的另一實(shí)例。
具體實(shí)施例方式在本申請(qǐng)中，相同或相應(yīng)的特征用相同或相應(yīng)的參考標(biāo)號(hào)表示。在圖1和圖2中， 三個(gè)正交方向分別用箭頭X、Y、和Z表示。圖1至圖3示意性地示出了微型渦輪機(jī)系統(tǒng)1 (也叫做渦輪發(fā)電機(jī))的示意性實(shí) 施方式。該系統(tǒng)設(shè)置有第一和第二可旋轉(zhuǎn)葉輪2、3以及用于將達(dá)到(bring to)超過(guò)大氣 壓的壓力介質(zhì)(例如，水蒸氣、蒸汽或其它介質(zhì))噴到第一葉輪2上以驅(qū)動(dòng)此葉輪2的至少 一個(gè)噴嘴4(尤其是噴射器)。具體地，葉輪2、3相對(duì)于彼此軸向地成一條直線。第一葉輪 2構(gòu)造為將從噴嘴4接收的壓力介質(zhì)傳遞至第二葉輪3，以驅(qū)動(dòng)第二葉輪3。該布置使得第 一和第二葉輪2、3在壓力介質(zhì)的影響下可在相反方向上旋轉(zhuǎn)。第一葉輪2的第一旋轉(zhuǎn)方向 用圖2中的箭頭Ql表示，而相反的旋轉(zhuǎn)方向用箭頭Q2表示。系統(tǒng)1進(jìn)一步分別設(shè)置有第 一和第二發(fā)電機(jī)12、13，第一和第二發(fā)電機(jī)分別與第一和第二葉輪2、3接合。發(fā)電機(jī)12、13可以不同的方式設(shè)計(jì)，這對(duì)于技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的。在示 意性實(shí)施方式中，每個(gè)這種發(fā)電機(jī)12、13均設(shè)置有可相對(duì)于彼此移動(dòng)的固定磁體M和線圈 S，用于在線圈S中產(chǎn)生電流(通過(guò)感應(yīng))。具體地，發(fā)電機(jī)12、13設(shè)置有包括永磁體M的轉(zhuǎn) 子R ；例如，轉(zhuǎn)子R與相應(yīng)的可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸22、23非旋轉(zhuǎn)地連接。驅(qū)動(dòng)軸22、23相對(duì)于彼此 軸向地成一條直線(至少，沿著相同的中心軸線延伸)。具體地，第一發(fā)電機(jī)12的轉(zhuǎn)子R與第一驅(qū)動(dòng)軸22非旋轉(zhuǎn)地接合，該第一驅(qū)動(dòng)軸22 與第一葉輪2非旋轉(zhuǎn)地接合。第二發(fā)電機(jī)13的轉(zhuǎn)子R與第二驅(qū)動(dòng)軸23非旋轉(zhuǎn)地接合，該 第二驅(qū)動(dòng)軸23與第二葉輪3非旋轉(zhuǎn)地接合。這樣，葉輪2、3與相應(yīng)發(fā)電機(jī)12、13直接非旋 轉(zhuǎn)地連接(通過(guò)軸22、23)，從而，在使用過(guò)程中，發(fā)電機(jī)12、13的轉(zhuǎn)子R以與相關(guān)輪2、3相 同的速度旋轉(zhuǎn)。例如，線圈S形成發(fā)電機(jī)12、13的定子部件的一部分。線圈S與電輸出32、33(參 見(jiàn)圖3)接合，以放出由相應(yīng)發(fā)電機(jī)12、13產(chǎn)生的電流(在此情況中，是交流電)。例如，根 據(jù)發(fā)電機(jī)的構(gòu)造，每個(gè)電輸出32、33均可包括多相輸出(例如，三相輸出)。根據(jù)非限制性 實(shí)例，例如，每個(gè)發(fā)電機(jī)12、13可設(shè)置有八極轉(zhuǎn)子。例如，每個(gè)發(fā)電機(jī)12、13均可設(shè)計(jì)為用 于在30000rpm下提供大約2000Hz的交流電。具體地，第一和第二發(fā)電機(jī)12、13設(shè)計(jì)為用 于，當(dāng)發(fā)電機(jī)12、13的轉(zhuǎn)子R以相同的速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生相同的電流。替代地，當(dāng)發(fā)電機(jī)12、 13的轉(zhuǎn)子R以相同的速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)電機(jī)可相互地產(chǎn)生不同的電流(參見(jiàn)下文)。另外，如果發(fā)電機(jī)12、13設(shè)計(jì)為用于產(chǎn)生不同的功率，那么這是有利的優(yōu)選地， 第一發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)為用于在特定速度下提供(deliver)比第二發(fā)電機(jī)13在相同速度下提供 的功率高的功率。由發(fā)電機(jī)12、13產(chǎn)生的功率之比優(yōu)選地大約等于由葉輪2、3在使用過(guò)程 中分別產(chǎn)生的功率(例如，在使用過(guò)程中，上游第一葉輪2將典型地向相應(yīng)驅(qū)動(dòng)軸22提供 比下游第二葉輪3向相應(yīng)軸23提供的功率高的功率，具體是出于驅(qū)動(dòng)第一葉輪2的目的而 損耗壓力介質(zhì)的動(dòng)能的結(jié)果)。優(yōu)選地，葉輪2、3和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部件設(shè)置在與周圍環(huán)境氣密性地密封的一個(gè)或多個(gè)空間中。在使用過(guò)程中，這些一個(gè)或多個(gè)空間可保持在相對(duì)于環(huán)境壓力(存在于系統(tǒng) 1外)處于減小的壓力下。例如，此減小的壓力可以小于1大氣壓，并且優(yōu)選地包括0.1巴 或更低的壓力。示意性實(shí)施方式設(shè)置有與周圍環(huán)境氣密性地密封的第一腔室K1，可旋轉(zhuǎn)葉輪2、3 設(shè)置在其中。腔室Kl優(yōu)選地是圓柱形的(例如，具有圓柱形壁)。在圖1中，此腔室Kl表 示為處于分開(kāi)(打開(kāi))位置中，其中，圍繞腔室的殼體部件6、7已在軸向方向X上略微移開(kāi)。 對(duì)于處于關(guān)閉位置中的第一腔室K1，殼體部件6、7的面向彼此的(優(yōu)選地是環(huán)形的)凸緣 6a、7a基本上氣密性地彼此接合(并且，例如，可拆卸地彼此連接，例如，通過(guò)未示出的螺栓 裝置等)。凸緣6a、7a從腔室Kl的相應(yīng)縱向壁6b、7b在軸向方向上延伸。每個(gè)腔室縱向 壁6b、7b均設(shè)置有用于使驅(qū)動(dòng)軸22、23和/或中心葉輪部件穿過(guò)其中的軸隧6c、7c (參見(jiàn) 圖1)。優(yōu)選地，該系統(tǒng)設(shè)置有也與周圍環(huán)境氣密性地密封的第二腔室K2、K3，優(yōu)選地是圓 柱形腔室，至少發(fā)電機(jī)12、13的轉(zhuǎn)子部件設(shè)置在其中。而且，在示意性實(shí)施方式中，設(shè)置有 線圈S的定子部件也設(shè)置在此腔室中。每個(gè)第二腔室Κ2、Κ3可以是可移動(dòng)的設(shè)計(jì)，具有可 拆卸地互相接合的殼體部件，以接近存在于此腔室中的發(fā)電機(jī)部件。如圖1所示，例如，第 二腔室Κ2設(shè)置有第一側(cè)壁8a、9a，這些側(cè)壁設(shè)置在遠(yuǎn)離第一腔室的縱向壁6b、7b的側(cè)面上 (例如，通過(guò)可拆卸的螺絲裝置)。每個(gè)側(cè)壁8a、9a均設(shè)置有用于驅(qū)動(dòng)軸22、23穿過(guò)其中的 通道。在示意性實(shí)施方式中，每個(gè)側(cè)壁8a、9a均設(shè)置有用于支承安裝穿過(guò)此側(cè)壁的驅(qū)動(dòng)軸 22,23的軸承52、53。相反，具體是關(guān)閉時(shí)，第二腔室K2、K3的側(cè)壁8b、9b還分別設(shè)置有軸 承54和55，以保持驅(qū)動(dòng)軸22、23的端部。如從上文得出的，三個(gè)腔室ΚΙ、K2、K3優(yōu)選地共 同形成以氣密性的方式包圍發(fā)電機(jī)部件M、S，驅(qū)動(dòng)軸22、23和渦輪機(jī)葉輪2、3的殼體。優(yōu)選地，系統(tǒng)設(shè)置有用于將在使用過(guò)程中第一腔室Kl中存在的壓力傳遞至每個(gè) 第二腔室K2、K3的裝置(至少用于使腔室ΚΙ、K2、K3之間的壓力相等)。這種壓力均衡裝 置可以不同方式設(shè)計(jì)，并且，其包括，例如，一個(gè)或多個(gè)貫穿側(cè)壁6、7、8a、9a的設(shè)計(jì)為用于 允許氣體從每個(gè)第二腔室流至第一腔室的通道或管道。優(yōu)選地，壓力均衡裝置設(shè)計(jì)為防止 或基本上阻止壓力介質(zhì)(例如蒸汽)從第一腔室Kl至每個(gè)第二腔室K2、K3的連通。對(duì)于技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將顯而易見(jiàn)的是，壓力均衡裝置可以不同方式設(shè)計(jì)。根據(jù)有利 的實(shí)例，上述軸承52、53是壓力均衡裝置。例如，軸承52、53中的每個(gè)均可設(shè)計(jì)為用于允許 一些氣體從每個(gè)第二腔室Κ2、Κ3流至第一腔室Κ1。軸承52、53可設(shè)計(jì)為用于通過(guò)將氣體 經(jīng)由軸承52、53從那些腔室Κ2、Κ3排至第一腔室Kl而使第二腔室Κ2、Κ3獲得并保持在處 于特定的(所提到的)減小的壓力下。另外(如所提到的)，軸承52、53則優(yōu)選地設(shè)計(jì)為防 止所述壓力介質(zhì)(通過(guò)軸承52、53)的連通。在另一實(shí)例中，軸承52、53與葉輪之間可布置有密封環(huán)(未示出)，該密封環(huán)設(shè)計(jì) 為用于僅允許氣體從各個(gè)第二腔室Κ2、Κ3流至第一腔室Kl。這里，各個(gè)驅(qū)動(dòng)軸22、23可通 過(guò)此密封環(huán)伸出。軸承52、53、54每個(gè)可以不同方式設(shè)計(jì)，并且，例如，包括滾珠軸承或不同類型的軸承。在示意性實(shí)施方式中，第一(中心)腔室Kl和第二腔室Κ2、Κ3可拆卸地彼此連 接。例如，腔室ΚΙ、Κ2、Κ3之間設(shè)置有絕緣和/或阻尼裝置16，例如，塑料板、特氟綸、合成板和/或其它材料。例如，絕緣和/或阻尼裝置16可用于阻止一側(cè)上的第一腔室的壁與另一側(cè)上的第二腔室K2、K3的壁之間的熱傳遞。如果在使用過(guò)程中第一腔室的溫度高于發(fā)電 機(jī)腔室Κ2、Κ3的溫度，那么此絕緣是尤其有利的。三個(gè)腔室Κ1、Κ2、Κ3的腔室壁優(yōu)選地由鋁制成，但是也可包括其它材料(例如鋼)。 此外，第二腔室Κ2、Κ3與第一腔室Kl可制成一體，或者以另一方式彼此不可拆卸。例如，第 二腔室Κ2、Κ3的側(cè)壁8a、9a與中心腔室Kl的縱向壁6b、7b可制成一體。在示意性實(shí)施方式中，(蒸汽輪機(jī))腔室Kl的第一縱向壁6b設(shè)置有位于固定位置 (例如，位于腔室Kl的上側(cè)或其附近)的一個(gè)或多個(gè)噴嘴4。優(yōu)選地，每個(gè)噴嘴是拉瓦爾型 的(本身已知)(參見(jiàn)圖3)。每個(gè)噴嘴4均設(shè)計(jì)為用于將壓力介質(zhì)以超音速在特定方向Rl 上噴入第一腔室Kl中(參見(jiàn)圖2)，以驅(qū)動(dòng)第一葉輪2。拉瓦爾噴嘴4具體設(shè)置有減小的部 分4a，部件4b從此在下游方向上稍微分叉。每個(gè)噴嘴優(yōu)選地朝著第一葉輪2的圓周部件引 導(dǎo)，該圓周部件包括葉片管道62 (參見(jiàn)下文)。根據(jù)另一實(shí)例，每個(gè)噴嘴4均由絕熱材料制成，例如耐熱塑料，例如聚四氟乙烯 PTFE(也叫做特氟綸)。這樣，可很好地防止經(jīng)由噴嘴4到殼體的熱傳遞，從而，可減少熱 損失。此外，塑料噴嘴4可用特別精確的方式以相對(duì)低的成本生產(chǎn)。此外，塑料(優(yōu)選地是 PTFE)噴嘴4的內(nèi)側(cè)可設(shè)計(jì)為相對(duì)光滑的，以防止噴嘴4與壓力介質(zhì)之間的摩擦損失。第一腔室Kl的第二縱向壁7b設(shè)置有冷凝器出口 5，用于將壓力介質(zhì)從腔室Kl排 出并將其供應(yīng)至低壓冷凝器81。例如，冷凝器出口 5位于與所提到的一個(gè)或多個(gè)噴嘴4基 本相對(duì)的位置。如圖3示意性地示出的，在裝配之后，壓力介質(zhì)排放管線89可與出口 5連 接，以將此出口與冷凝器81的入口流體連通。冷凝器81可以不同的方式設(shè)計(jì)，并且，優(yōu)選地包括設(shè)計(jì)為出于冷凝此介質(zhì)的目的 而從壓力介質(zhì)提取熱量的熱交換器。例如，冷凝器81可設(shè)計(jì)為用于將來(lái)自壓力介質(zhì)的熱量 傳遞至周圍空氣和/或熱接收介質(zhì)。例如，這種余熱可用在空間加熱系統(tǒng)中(例如，中心加 熱系統(tǒng))和/或用于其它使用。設(shè)置有冷凝泵8 Ip的冷凝物排放管線87可用于將冷凝的壓力介質(zhì)從冷凝器81排 至加熱裝置82 (例如，鍋爐等)。加熱裝置82設(shè)計(jì)為用于通過(guò)加熱壓力介質(zhì)使冷凝的壓力 介質(zhì)達(dá)到超過(guò)大氣壓的壓力。當(dāng)用蒸汽作為壓力介質(zhì)時(shí)，加熱裝置82可從由冷凝器81冷 凝的蒸汽(即，水)產(chǎn)生蒸汽。例如，加熱裝置82可使壓力介質(zhì)達(dá)到大于2巴的壓力，優(yōu)選地，達(dá)到大約5巴或更 大的壓力。例如，由于加熱裝置，壓力介質(zhì)在超過(guò)大氣壓的壓力下的溫度高于100°c，優(yōu)選地 高于150°c，更優(yōu)選地大約200°C或更高。由加熱器82分配的待供應(yīng)至噴嘴的壓力介質(zhì)可 包括，例如，溫度在200°C至250°C范圍內(nèi)的過(guò)熱蒸汽。系統(tǒng)1的噴嘴或多個(gè)噴嘴4可通過(guò)適當(dāng)?shù)墓?yīng)管線88連接至加熱裝置82的出口， 以接收受到壓力的壓力介質(zhì)。優(yōu)選地，壓力介質(zhì)供應(yīng)管線88設(shè)置有調(diào)節(jié)裝置，例如，用于調(diào) 節(jié)、調(diào)整和/或密封超過(guò)大氣壓的壓力介質(zhì)的連通的調(diào)節(jié)閥85。例如，調(diào)節(jié)裝置85可由系 統(tǒng)1的可選控制裝置84控制。圖2在頂視圖中示出了系統(tǒng)1的細(xì)節(jié)。在圖2中，壓力介質(zhì)的流動(dòng)用箭頭Rl、R2、m 表示。優(yōu)選地，第一葉輪2設(shè)置有(弓形的)第一壓力介質(zhì)接收管道62 (參見(jiàn)圖2)，這些壓 力介質(zhì)接收管道構(gòu)造為用于在使用過(guò)程中將從噴嘴4接收的壓力介質(zhì)在第一驅(qū)動(dòng)方向Rl上和第二驅(qū)動(dòng)方向R2上噴到第二葉輪3上。如圖2所示，第一和第二驅(qū)動(dòng)方向都具有軸向 速度分量(平行于葉輪2的旋轉(zhuǎn)軸線，在箭頭X指示的方向上)。第二驅(qū)動(dòng)方向的切向速度 分量(相對(duì)于葉輪2的圓周方向是相切的)與第一驅(qū)動(dòng)方向的切向速度分量相反。在圖2 中，切向分量平行于用Y表示的方向。例如，第一驅(qū)動(dòng)方向Rl可包括與軸向方向X成大約 60°至80°范圍的角度，例如大約70°，或另一角度。具體地，葉輪2、3每個(gè)均沿著圓周設(shè)置，相應(yīng)葉片(至少葉片形成壁或隔板)62a、 63a在切向方向上圍繞管道62、63(參見(jiàn)圖2)。
優(yōu)選地，沿著壓力介質(zhì)通流方向看，葉片管道62、63每個(gè)均在側(cè)向管道方向上具 有不變的管道寬度Wl、W2 (這些寬度用圖2中的箭頭Wl、W2表示)。為此，分別圍繞管道2 或3的葉片部件62a和63a的相對(duì)側(cè)分別是部分同心的。在示意性實(shí)施方式中，第二葉輪 3的每個(gè)管道63的管道寬度W2稍大于第一葉輪2的管道62的管道寬度Wl (例如，至少大 10%，具體地大大約50%至200% )。葉片62a、63a形成為使得(在本系統(tǒng)1中)，在徑向方向上看，穿過(guò)其間的管道62、 63是U形的。例如，第一葉輪2的管道62的曲率稍大于第二葉輪3的管道63的曲率(在 徑向葉輪方向上看，參見(jiàn)圖2)。如圖2中進(jìn)一步示出的，以超音速?gòu)拿總€(gè)噴嘴4噴出的壓力 介質(zhì)可遵循基本上為S形的路線，經(jīng)由兩個(gè)葉輪2、3的管道。葉輪2、3可由不同材料制成?？雌饋?lái)使用塑料葉輪2、3是特別有利的。圖4示出了葉輪2、3的另一實(shí)例。優(yōu)選地，每個(gè)葉輪2、3均基本上由塑料制成。例 如，每個(gè)轉(zhuǎn)子2、3可包括塑料主部件102a、102b，該主部件102a、102b設(shè)置有葉片和管道。 每個(gè)輪2、3的主部件102a、102b可由不同材料制成，例如，由耐熱塑料制成，例如聚芳醚酮 (PAEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酯(PET-P)、聚磺苯乙烯(PPS)、聚醚酰亞胺(PEI)、或其它塑 料。例如，塑料可包括纖維增強(qiáng)塑料，例如，具有玻璃纖維增強(qiáng)或碳纖維增強(qiáng)。這樣，輪2、3 可設(shè)計(jì)為輕質(zhì)的。例如，輪2、3的主部件102a、103a可由(略有)彈性的塑料制成，例如，上面提到 的塑料。通過(guò)使用略有彈性的塑料，可很好地補(bǔ)償轉(zhuǎn)子2、3的可能微小的動(dòng)態(tài)不平衡。根據(jù)有利的實(shí)施方式，例如，葉輪2、3可(基本上)制成一體，例如通過(guò)模塑工藝， 優(yōu)選地通過(guò)銑削工藝。這樣，葉輪可以相反低的生產(chǎn)成本制造，并仍具有非常高的精度。如果塑料葉輪2、3設(shè)置有(環(huán)形的)增強(qiáng)皮帶(覆蓋皮帶)102b、103b，那么這是 進(jìn)一步有利的，優(yōu)選地，增強(qiáng)皮帶設(shè)計(jì)為防止輪2、3(在離心力的作用下)的徑向延伸。如 圖4所示，此皮帶102b、103b優(yōu)選地設(shè)置在塑料主部件102a、103a的外圓周上(即，皮帶包 圍相應(yīng)的主部件)。增強(qiáng)皮帶102b、103b可由復(fù)合材料制成。例如，增強(qiáng)皮帶由強(qiáng)力纖維材 料制成，例如玻璃纖維材料，例如，優(yōu)選地對(duì)該玻璃纖維材料注入熱固合成樹(shù)脂(例如，耐 熱塑料)。增強(qiáng)皮帶102b、103b可產(chǎn)生如此高的抗拉強(qiáng)度/重量比，以致皮帶可從結(jié)構(gòu)上有 助于抵抗整個(gè)葉輪2、3的離心力。通過(guò)使用基本上為塑料的葉輪2、3(優(yōu)選地設(shè)置有上述增強(qiáng)皮帶)，可獲得非常有 利的抗拉強(qiáng)度/重量比，從而，相對(duì)高的負(fù)載和高速是可能的(例如，比用金屬轉(zhuǎn)子高)。塑料轉(zhuǎn)子2、3可設(shè)計(jì)為相對(duì)堅(jiān)固和耐用的。此外，兩個(gè)塑料轉(zhuǎn)子2、3的葉片可非 ?？拷匦D(zhuǎn)，從而可將損失降到最小。
需要指出，輪2、3也可由金屬或合金制成。然而，顯而易見(jiàn)的是，通常，在制造之 后，金屬輪具有球形橫截面以能夠足夠堅(jiān)固。結(jié)果，兩個(gè)轉(zhuǎn)子的葉片之間的距離對(duì)于期望的 高效操作來(lái)說(shuō)變得過(guò)大。優(yōu)選地，本系統(tǒng)設(shè)置有設(shè)計(jì)為用于使葉輪2、3同步旋轉(zhuǎn)的同步裝置。系統(tǒng)1可與 這種同步裝置接合。根據(jù)簡(jiǎn)單的實(shí)例，出于使發(fā)電機(jī)12、13和與其接合的葉輪2、3的轉(zhuǎn)速同步的目的， 電流發(fā)生器12、13的電輸出32、33通過(guò)電連接彼此接合。這在圖3中示出。在所示電路中， 電輸出32每個(gè)均設(shè)置有整流器38，整流器38的輸出彼此電接合。這樣，同步可通過(guò)相對(duì)簡(jiǎn) 單和耐用的裝置自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，并且，微型渦輪機(jī)系統(tǒng)可產(chǎn)生特別高的效率。在另一實(shí)例中，例 如，輸出可包括三相電流輸出。在此情況中，優(yōu)選地，一個(gè)發(fā)電機(jī)12的第一、第二和第三相 分別與另一發(fā)電機(jī)13的第一、第三和第二相電連接(出于顛倒旋轉(zhuǎn)方向的目的)。例如，本系統(tǒng)可設(shè)計(jì)為提供小于大約50kW的額定功率，具體地小于大約20kW的額 定功率。例如，由系統(tǒng)ι在使用過(guò)程中提供的功率可在IkW至15kW的范圍內(nèi)。
如圖3所示，控制裝置84可用來(lái)控制系統(tǒng)，例如，使得葉輪2、3以期望的預(yù)定額定 速度旋轉(zhuǎn)。出于操作系統(tǒng)和/或向用戶提供關(guān)于系統(tǒng)的操作條件的信息的目的，例如，系統(tǒng) (例如，控制裝置84)可進(jìn)一步設(shè)置有用戶操作裝置和/或用戶交流裝置(未示出)，例如 用戶界面等。優(yōu)選地，操縱裝置84設(shè)計(jì)為用于確定所述葉輪和/或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)參數(shù)(例 如轉(zhuǎn)速或與其相關(guān)的參數(shù)，例如交流電頻率)。為此，例如，控制裝置可設(shè)置有和/或連接至 適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，該傳感器可設(shè)置在殼體ΚΙ、K2、K3內(nèi)或外。例如，這種傳感器可包括光的、 電的、磁的和/或其它傳感器，這些傳感器設(shè)計(jì)為用于測(cè)量所述葉輪和/或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋 轉(zhuǎn)。在本實(shí)例中，操縱裝置84簡(jiǎn)單地設(shè)計(jì)為用于基于一個(gè)發(fā)電機(jī)的輸出電流(具體地基于 一個(gè)發(fā)電機(jī)的頻率)來(lái)確定旋轉(zhuǎn)參數(shù)，為此，裝置84與電輸出32、33之一接合?？刂蒲b置 84可測(cè)量經(jīng)由輸出32輸出的交流電的頻率，并將此與例如期望的待輸出交流電相比較。替 代地，控制裝置84可基于經(jīng)由輸出32輸出的交流電來(lái)確定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，并將由此確 定的轉(zhuǎn)速與期望的(例如額定的)轉(zhuǎn)速相比較。為此，例如，關(guān)于待輸出的交流電和/或期 望轉(zhuǎn)速的信息可存儲(chǔ)在控制裝置84的存儲(chǔ)器中，這對(duì)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的?？刂?裝置84可以各種方式設(shè)計(jì)，并且，例如，包括處理器、控制器、計(jì)算機(jī)、微電子裝置等，并且， 可設(shè)置在系統(tǒng)1的殼體上或設(shè)置在距離本系統(tǒng)一定距離處。優(yōu)選地，控制裝置84設(shè)計(jì)為出 于調(diào)節(jié)壓力介質(zhì)供應(yīng)的目的而調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)裝置85。進(jìn)一步優(yōu)選地，控制裝置84設(shè)計(jì)為控制加 熱裝置82 (或其調(diào)節(jié)裝置83)。根據(jù)非限制性實(shí)例，例如，每個(gè)葉輪2、3的直徑(在此實(shí)例中，在平面YZ中測(cè)得) 可小于大約lm，具體地小于大約0. 5m，更具體地小于大約0. 2m。根據(jù)特別有利的實(shí)施方式， 葉輪直徑是大約15cm或更小，例如大約13cm。進(jìn)一步，例如，本系統(tǒng)的最大長(zhǎng)度(在軸向方向X上測(cè)得)可小于lm，并且優(yōu)選地 小于0. 5m。在本實(shí)例中，例如，此長(zhǎng)度是第二腔室K2、K3的側(cè)壁8b、9b的背向彼此的側(cè)表 面之間測(cè)得的距離。例如，系統(tǒng)1的高度可大約等于系統(tǒng)的寬度(具體地當(dāng)系統(tǒng)1設(shè)計(jì)為相對(duì)于縱向 軸線基本上對(duì)稱地旋轉(zhuǎn)時(shí)，與本實(shí)例中的情況一樣)，然而，這并不是必須的。在示意性實(shí)施方式中，此高度由第一腔室Kl的外徑確定。此外徑略大于葉片2、3的外徑(例如，大大約 2cm-10cm，除其它因素之夕卜，取決于凸緣6a、6b的厚度以及葉片與凸緣6a、6b之間的期望距 離)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，例如，本系統(tǒng)的最大高度和寬度(分別在方向Z和Y上測(cè)得)每 個(gè)均小于lm，并且優(yōu)選地每個(gè)均小于0. 5m,更優(yōu)選地小于0. 3m。當(dāng)系統(tǒng)的最大高度和寬度 每個(gè)均是大約20cm或更小時(shí)，實(shí)現(xiàn)特別有利的實(shí)施方式。在實(shí)例中，第二腔室K2，K3的直徑(在YZ平面中測(cè)得)彼此相等。此外，在實(shí)例 中，這些直徑小于中間第一腔室Kl的直徑。這是有利的但不是必須的，并且，取決于例如發(fā) 電機(jī)構(gòu)造。根據(jù)另一實(shí)例，在使用過(guò)程中，葉輪2、3的轉(zhuǎn)速可高于4000rpm(轉(zhuǎn)每分)，具體地 高于lOOOOrpm，更具體地高于20000rpm，這取決于例如葉輪的構(gòu)造。可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和/或通過(guò) 計(jì)算來(lái)證實(shí)，對(duì)于哪種葉輪構(gòu)造哪個(gè)轉(zhuǎn)速會(huì)產(chǎn)生期望的高效。例如，對(duì)于葉片直徑是13cm， 上述轉(zhuǎn)速可以是28000rpm，。圖中所示的系統(tǒng)可執(zhí)行用于發(fā)電的方法。本方法包括，例如，通過(guò)加熱裝置82產(chǎn) 生超過(guò)大氣壓的蒸汽(或另一壓力介質(zhì))。出于產(chǎn)生蒸汽的目的，加熱裝置82可燃燒經(jīng)由 燃料供應(yīng)82供應(yīng)的燃料(例如，天然氣或其它燃料)，以通過(guò)釋放的熱從水產(chǎn)生蒸汽?？稍O(shè) 置調(diào)節(jié)閥83等來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)加熱裝置82的燃料供應(yīng)。產(chǎn)生的蒸汽(或其它壓力介質(zhì))用來(lái)獲得并保持第一葉輪2在第一旋轉(zhuǎn)方向上旋 轉(zhuǎn)。為此，經(jīng)由供應(yīng)管線88將超過(guò)大氣壓的蒸汽供應(yīng)至一個(gè)或多個(gè)(優(yōu)選地至少兩個(gè))拉 瓦爾噴嘴4，噴嘴4將蒸汽以超音速在第一轉(zhuǎn)子2的管道62的方向上噴出，以驅(qū)動(dòng)此葉輪2。 如從圖2得出的，旋轉(zhuǎn)的第一葉輪2可顛倒蒸汽的運(yùn)動(dòng)的切向方向，并將其噴入第二轉(zhuǎn)子3 的管道63中，以驅(qū)動(dòng)此第二葉輪3。這樣，利用來(lái)自第一葉輪2的壓力介質(zhì)而使第二葉輪3 獲得并保持在與第一旋轉(zhuǎn)方向相反的第二旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)。可將來(lái)自第二葉輪3的管道63的蒸汽經(jīng)由冷凝器出口 5從系統(tǒng)1排出。優(yōu)選地， 在此出口中，存在由冷凝器81產(chǎn)生的/在冷凝器81中產(chǎn)生的減小的壓力(冷凝器壓力)。 可將經(jīng)由出口 5排出的由系統(tǒng)1使用的蒸汽經(jīng)由管線89供應(yīng)至冷凝器81并由冷凝器冷凝 (在葉輪下游)。可將冷凝的壓力介質(zhì)(在此實(shí)例中是水)通過(guò)泵81p和管線87反饋至壓 力介質(zhì)發(fā)生器82，以再次從此產(chǎn)生超過(guò)大氣壓的壓力介質(zhì)(蒸汽)。此外，在直接與其接合的旋轉(zhuǎn)葉輪2、3的影響下，分別驅(qū)動(dòng)第一和第二發(fā)電機(jī)。優(yōu)選地，在相反方向上旋轉(zhuǎn)的葉輪2、3具有相同的轉(zhuǎn)速，這可通過(guò)所述同步裝置 32、33、38實(shí)現(xiàn)(至少因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的輸出彼此電接合，并由此經(jīng)由電相互作用而迫使相改 變)。于是，利用發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子R的旋轉(zhuǎn)同步而使兩個(gè)葉輪2、3的轉(zhuǎn)速同步。因此，可將產(chǎn)生的蒸汽供應(yīng)至，例如，一個(gè)或多個(gè)電流(終端)使用者。另外，例 如，可將產(chǎn)生的交流電(AC)通過(guò)變流器40轉(zhuǎn)化成直流電(DC)。當(dāng)設(shè)置一個(gè)或多個(gè)蓄電站 39時(shí)，這是更有利的，例如，蓄電站設(shè)置有用于儲(chǔ)存由系統(tǒng)產(chǎn)生的電的一個(gè)或多個(gè)蓄電池、 電池等。優(yōu)選地，在使用過(guò)程中，第一發(fā)電機(jī)產(chǎn)生大于50% (具體地大于大約70%)的由系統(tǒng)1產(chǎn)生的總功率，而第二發(fā)電機(jī)產(chǎn)生剩余部分的總功率(分別小于50%，小于大約 30% )。優(yōu)選地，將系統(tǒng)1控制成使得系統(tǒng)提供期望的額定功率。為此，使輪2、3和轉(zhuǎn)子R獲得并保持在期望的預(yù)定轉(zhuǎn)速。為此，例如，控制裝置84可確定葉輪和/或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的上述旋轉(zhuǎn)參數(shù)(例如轉(zhuǎn)速或相關(guān)參數(shù)，例如交流電頻率)，具體地通過(guò)適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳌；?確定的旋轉(zhuǎn)參數(shù)，控制裝置84可實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力介質(zhì)產(chǎn)生和壓力介質(zhì)供應(yīng)的適當(dāng)?shù)?期望的控 制(經(jīng)由調(diào)節(jié)裝置86、85)。另外，如果裝置84檢測(cè)到不期望的和/或不安全的渦輪機(jī)操作 條件(例如，渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)額定轉(zhuǎn)速)，那么控制裝置84可使對(duì)渦輪機(jī)的壓力介質(zhì)供應(yīng)減 少，或者甚至完全阻止供應(yīng)。此外，在系統(tǒng)具有至少兩個(gè)噴嘴4的情況中，例如，可由啟動(dòng)的/停止的一個(gè)或多個(gè)噴嘴4來(lái)控制由系統(tǒng)1產(chǎn)生的功率。例如，每個(gè)噴嘴于是可設(shè)置有相應(yīng)的調(diào)節(jié)裝置85，從 而，經(jīng)由噴嘴4向輪2的壓力介質(zhì)供應(yīng)可由每個(gè)噴嘴4獨(dú)立地調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)可包括設(shè)置有固定設(shè)置的噴嘴4并具有兩個(gè)速度等級(jí)的脈沖(作用)蒸汽 輪機(jī)。系統(tǒng)1不需要固定的導(dǎo)向葉片。此外，可避免齒輪傳動(dòng)的使用。通過(guò)本系統(tǒng)的構(gòu)造， 可特別有效地產(chǎn)生能量。本系統(tǒng)是緊湊的，且能夠以特別安全和可靠的方式在局部提供相 對(duì)低的功率。此外，該系統(tǒng)特別耐用，并且具體相對(duì)便宜的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)振動(dòng)小，安靜，并適于或設(shè)計(jì)為利用各種類型的燃料或熱源(尤其是出于 產(chǎn)生壓力介質(zhì)的目的)，例如余熱。對(duì)于技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，不言而喻的是，本發(fā)明不限于示意性實(shí)施方式。在如以下權(quán)利 要求闡述的本發(fā)明的框架內(nèi)的各種修改是可能的。例如，可以各種方式設(shè)計(jì)所述葉輪。有利實(shí)例進(jìn)一步包括輪2、3的同步(從而，在使用過(guò)程中，輪2、3的轉(zhuǎn)速之比是不 變的)。例如，在使用過(guò)程中，輪以相同速度旋轉(zhuǎn)?？雌饋?lái)，在將系統(tǒng)1設(shè)計(jì)為提供相對(duì)低的功率(例如，低于3kW)的情況中，以相等 速度同步不需要產(chǎn)生最大效率。在此情況中，看起來(lái)，使第二輪3的速度(轉(zhuǎn)速)小于第一 輪2的速度(轉(zhuǎn)速)會(huì)是更有利的，優(yōu)選地具有固定的速度比Q。這里，例如，可使用以相同速度提供彼此不同的電壓的發(fā)電機(jī)12、13。例如，可將第 二發(fā)電機(jī)13設(shè)計(jì)為用于以特定的發(fā)電機(jī)速度產(chǎn)生第二電壓，該第二電壓是高于由第一發(fā) 電機(jī)12以相同速度產(chǎn)生的第一電壓的因子Q。例如，如果第二葉輪3以比第一輪2慢的因 子2旋轉(zhuǎn)，那么這可通過(guò)這樣設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)13來(lái)實(shí)現(xiàn)，即，使得該發(fā)電機(jī)提供相對(duì)于由第一發(fā) 電機(jī)12以相等速度提供的電壓的雙倍電壓(Q = 2)。于是，由兩個(gè)發(fā)電機(jī)12、13提供的第 一和第二電壓可接合(在整流之后)，以實(shí)現(xiàn)期望的葉輪2、3的同步。
權(quán)利要求
一種微型渦輪機(jī)系統(tǒng)，設(shè)置有-第一葉輪(2)和第二葉輪(3)；-用于將壓力介質(zhì)噴到所述第一葉輪上的至少一個(gè)噴嘴(4)，以驅(qū)動(dòng)此輪，其中，所述第一葉輪(2)構(gòu)造為將從所述噴嘴接收的壓力介質(zhì)傳遞到所述第二葉輪(3)上，以驅(qū)動(dòng)所述第二葉輪(3)，該布置使得所述第一和第二葉輪(2、3)能在所述壓力介質(zhì)的影響下沿相反的方向旋轉(zhuǎn)；以及-第一和第二發(fā)電機(jī)(12、13)，分別與所述第一和第二葉輪接合，其特征在于，所述系統(tǒng)設(shè)置有與周圍環(huán)境氣密性地密封的第一腔室(K1)，所述葉輪(2、3)設(shè)置在所述第一腔室中，所述系統(tǒng)設(shè)置有與周圍環(huán)境氣密性地密封的第二腔室(K2、K3)，所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部件設(shè)置在所述第二腔室中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，設(shè)置有設(shè)計(jì)為用于使所述葉輪(2、3)的旋轉(zhuǎn)同步的同 步裝置(32，44、38)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)發(fā)電機(jī)(12、13)均設(shè)置有與驅(qū)動(dòng)軸(21、 22)非旋轉(zhuǎn)地接合的相應(yīng)轉(zhuǎn)子(R)，所述驅(qū)動(dòng)軸與相應(yīng)葉輪(2、3)非旋轉(zhuǎn)地接合。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述壓力介質(zhì)是蒸汽。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，在使用過(guò)程中，每個(gè)所述腔室(K1、 K2、K3)中的壓力是低于大氣壓的。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，設(shè)置有與周圍環(huán)境氣密性地密封的一個(gè)或 多個(gè)空間，所述葉輪(2、3)和轉(zhuǎn)子部件設(shè)置在所述空間中，所述系統(tǒng)設(shè)計(jì)為用于將所述一 個(gè)或多個(gè)空間保持在相對(duì)于環(huán)境壓力處于減小的壓力下。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，設(shè)置有用于從所述第一腔室(Kl)排出壓 力介質(zhì)的出口(5)，其中，所述系統(tǒng)設(shè)置有設(shè)計(jì)為用于在使用過(guò)程中將所述出口保持在低于 大氣壓的壓力下的裝置(81)，例如，保持在大約0. 1巴或更小的壓力下。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，設(shè)置有用于在使用過(guò)程中將所述第一腔室 中存在的壓力傳遞至每個(gè)所述第二腔室的裝置(52、53)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)(1)設(shè)計(jì)為用于提供小于 大約50kW的額定功率，具體地提供小于大約20kW的功率。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)所述葉輪(2、3)的直徑小于大 約lm，具體地小于大約0. 5m,更具體地小于0. 2m。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，在操作過(guò)程中，所述葉輪(2、3)的 轉(zhuǎn)速高于4000rpm(轉(zhuǎn)每分)，具體地高于10，OOOrpm,更具體地高于20，OOOrpm。
12.一種用于發(fā)電的方法，優(yōu)選地利用根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述方 法包括-產(chǎn)生壓力介質(zhì)；-利用所述壓力介質(zhì)使第一葉輪(2)在第一旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)；-利用來(lái)自所述第一葉輪的壓力介質(zhì)使第二葉輪(3)在與所述第一旋轉(zhuǎn)方向相反的第 二旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)；-在所述第一和第二旋轉(zhuǎn)葉輪的影響下，分別驅(qū)動(dòng)第一發(fā)電機(jī)(12)和第二發(fā)電機(jī) (13)，其特征在于，將所述葉輪和所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子設(shè)置在與周圍環(huán)境氣密性地密封的一個(gè)或多個(gè)空間中，將所述空間保持在相對(duì)于環(huán)境壓力處于減小的壓力下。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，使在相反方向上旋轉(zhuǎn)的所述葉輪具有相同的 轉(zhuǎn)速。
14.根據(jù)權(quán)利要求12至13中任一項(xiàng)所述的方法，其中，使所述壓力介質(zhì)以超音速離開(kāi) 一個(gè)或多個(gè)噴嘴，以驅(qū)動(dòng)所述第一葉輪，其中，旋轉(zhuǎn)的所述第一葉輪使所述壓力介質(zhì)的運(yùn)動(dòng) 的切向方向顛倒，以驅(qū)動(dòng)所述第二葉輪。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的方法，其中，使用至少兩個(gè)噴嘴，并且其中， 通過(guò)啟動(dòng)/停止一個(gè)或多個(gè)噴嘴來(lái)控制由所述系統(tǒng)提供的功率。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)的使用，例如，還包括根據(jù)權(quán)利要求12 至15中任一項(xiàng)所述的方法的使用，其中，利用所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)同步來(lái)使所述葉輪 (2,3)的轉(zhuǎn)速同步。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微型渦輪機(jī)系統(tǒng)，設(shè)置有第一和第二葉輪；用于將壓力介質(zhì)噴到第一葉輪上的至少一個(gè)噴嘴，以驅(qū)動(dòng)此輪，其中，第一葉輪構(gòu)造為將從噴嘴接收的壓力介質(zhì)傳遞到第二葉輪上，以驅(qū)動(dòng)第二葉輪，該布置使得第一和第二葉輪可在壓力介質(zhì)的影響下在相反的方向上旋轉(zhuǎn)；以及第一和第二發(fā)電機(jī)，分別與第一和第二葉輪接合。系統(tǒng)設(shè)置有與周圍環(huán)境氣密性地密封的第一腔室，所述葉輪設(shè)置在其中。系統(tǒng)設(shè)置有與周圍環(huán)境氣密性地密封的第二腔室，所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部件設(shè)置在其中。另外，本發(fā)明涉及一種用于發(fā)電的方法。
文檔編號(hào)F01D1/26GK101815846SQ200880110089
公開(kāi)日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2008年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月2日
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