分配器105通过几个流入管104供应水。
[0185] 图15显示了旋转组件尤其是其元件104、105、60和70的示意图。
[0186] 对于装置的效率来说，非常重要的是使每个两相膨胀装置106的流入通道104和分 配器105中的压力降最小化。对于该要求的适当形状和截面因此也将为这些元件所选择。
[0187] 同样地，两相膨胀装置106必须具有最小压力降。用于两相膨胀的喷嘴60的形状， 它们的直径，它们的间距以及它们的材料也将该适来满足该要求。
[0188] 在两相膨胀装置106出口处多个微射流的形成使其能够产生薄雾，其中，连续相为 蒸汽108,而分散相为飞沫。
[0189] 多个飞沫具有非常有利于热交换的与蒸汽的接触面积。
[0190] 因旋转组件的旋转产生的正交速度111与流体在薄雾发生器106的出口处的喷射 速度109之间的角度A显示在图15中。实际上有必要避免让液体飞沫在其从两相膨胀装置 106中喷射出之后撞击以下处于旋转方向上的两相膨胀装置106的容器105。
[0191] 可能的解决方案是利用非零角度A，以使液体飞沫以朝向边缘的分量喷出，其足以 避免它们撞击以下两相膨胀装置106的容器105。该角度必须是最小的，以便将功率的综合 损失最小化。从5°到15°的角度可能适于某些配置。
[0192] 在边缘之外的任何其他方向上的喷射可能也是适合的，只要能够避免与旋转组件 发生任何碰撞。
[0193] 为了更好地理解装配有根据本发明的两相膨胀装置106的转换装置所提供的所有 优势，介绍这种装置的一个编号的例证性实施例的详细情况是很有用的。
[0194] 应该注意的是，上述数字纯粹作为指南而给出而且主要取决于所选的假设。
[0195] 考虑根据本发明的两相膨胀装置106,其使用在OTEC条件下，其在转换装置入口处 的热水温度为25°C并且冷水温度为8°C。
[0196] 热水和冷水流速为6.5m3/s。
[0197] 转换装置具有20m的旋转组件的半径，转速为2rad/s(每秒的弧度）。
[0198] 因旋转产生的圆周速度为40m/s。
[0199] 假定几何构型已优化，在两相膨胀装置106的容器105内的热水因旋转产生的压力 为8.4巴，导致两相膨胀装置106的出口处的喷射速度109为54m/s。
[0200] 对于对应于直径为0.1mm的两相膨胀喷嘴60的0.2_的微滴直径以及80m/s的飞沫 与蒸汽之间的平均滑动速度，作用在每个微滴上的摩擦力与粘性力都大于每个微滴重量的 10倍，飞沫加速度为近230m/s 2。
[0201] 返回的机械功率为3500kW。
[0202] 首先，能够看出的是，代表射出质量的98%的飞沫的出口速度接近圆周速度，使转 换装置能够具有出色的效率。
[0203] -带有蒸汽轮机或两相涡轮机而无显著液相或蒸汽耦合的传统转换装置将使蒸 汽速度达到近400m/s。
[0204] 为了获得等价的圆周速度，然后有必要具备非常高的旋转速度，因此产生对于旋 转元件来说是不可接受的离心力。
[0205]所示的转换装置，装配有根据本发明的两相膨胀装置106,由于液相和气相极好的 机械耦合，因此能够在保持高效率的同时限制旋转速度以及离心力。
[0206]尺寸、旋转速度、质量以及离心力仍然在中等功率风力涡轮机中所遇到的数值范 围内。
[0207] 然而，在所考虑的示例中，两相膨胀装置106的出口速度仍然很高(大约为60m/s) 以使两相膨胀装置106能够具有合理的尺寸。
[0208] 转换装置使其能够选择旋转速度和旋转组件的半径，以及所产生的飞沫的尺寸， 两相膨胀装置106的尺寸，以及特别是两相膨胀喷嘴60的尺寸以及通用分散导管70的长度， 以便可能在以下限制之间找到最佳折中：
[0209] -两相膨胀装置106的高出口速度，允许有限的截面，
[0210] -高效率的优良蒸汽/水耦合以及
[0211] -可接受的离心力，
[0212] 仅提到一些标准。
[0213] 提出的转换装置中飞沫穿行的长度是非常有限的，限制了飞沫之间以及与壁碰撞 的次数，这是能量损失的重要根源，与提出需要穿行近IOOm的液相的垂直提升的转换装置 成对比。
[0214] 这避免了闭循环解决方案昂贵、巨大的间接热量交换器，而且只需要到处有售的 材料，这些材料便宜而且对于生产几乎没有限制。
[0215]现将说明根据本发明的两相膨胀装置使用的示例，其使用在利用脉冲式涡轮机的 装置中，例如，佩尔顿型涡轮机。
[0216] 下面将介绍根据本发明的两相膨胀装置在佩尔顿涡轮机中的使用;在另一类型脉 冲式涡轮机中的使用从后者可以很容易推导出来。
[0217] 佩尔顿涡轮机利用一个或多个注射器产生的液体射流的动能以生成机械能。注射 器的功能是将水的压力能转变成动能。
[0218] 根据本发明的两相膨胀装置将热流体的热能转变成加速的飞沫和蒸汽形式的动 能。两相膨胀装置代替注射器的使用使其能够推进飞沫和蒸汽以高速流向佩尔顿涡轮机的 铲斗上。为了保持高效率，铲斗的形状和尺寸以及佩尔顿涡轮机的特征尺寸能够恰当地调 适。两相膨胀的几个装置可以用于相同的佩尔顿涡轮机叶轮。
[0219] 根据本发明所提出的两相膨胀装置能够将略有小温差的两种流体中含有的热能 非常有效地转变成机械能，而且利用简单便宜的装置。
[0220] 特别适于海洋热能转换，用于地热能和工业余热的回收。
【主权项】
1. 两相膨胀装置（106)，能够将两相流产生的动量最大化，所述两相流源于来自所谓的 热源中流体的有效饱和流量的膨胀，所述两相膨胀装置(106)的特征在于，其至少包含： ?分配器（105)，使源于热源的流体能够分配到多个两相膨胀喷嘴(60); ?多个邻近的两相膨胀喷嘴(60)带有实质上平行的轴，每个两相膨胀喷嘴(60)顺序地 包括至少一个会聚部分(65)、一个颈部(66)以及一个管(67)和，且所述两相膨胀喷嘴(60) 被设置成每个都接受一部分来自热源的流量； ?工具，能够将所述多个两相膨胀喷嘴(60)保持在原位而并且包括两相膨胀喷嘴(60) 之间的非渗透性分离工具。2. 根据权利要求1所述的装置（106)，其特征在于，至少一个两相膨胀喷嘴(60)的颈部 (66) 的截面被设计成能产生液体射流。3. 根据权利要求2所述的装置（106)，其特征在于，用于生成液体射流的至少一个两相 膨胀喷嘴(60)的颈部(66)的截面是圆形或正方形。4. 根据前述权利要求中任一项所述的装置(106)，其特征在于，至少一个两相膨胀喷嘴 (60)的颈部(66)的截面被设计成能生成液层。5. 根据权利要求4所述的装置（106)，其特征在于，用于生成液层的至少一个两相膨胀 喷嘴(60)的颈部(66)的截面是细长狭槽(80)的形式。6. 根据前述权利要求中任一项所述的装置(106)，其特征在于，至少一个两相膨胀喷嘴 (60)包括位于所述颈部(66)下游的混合器元件（14)。7. 根据前述权利要求中任一项所述的装置(106)，其特征在于，所述饱和流速的所有膨 胀在每个两相膨胀喷嘴(60)中进行。8. 根据权利要求1到6中任一项所述的装置（106)，其特征在于，只有一部分饱和流速的 膨胀在每个两相膨胀喷嘴(60)中进行，其余膨胀都在构成延伸两相膨胀喷嘴(60)组件的通 用分流部分的导管(70)中进行。9. 根据前述权利要求中任一项所述的装置（106)，其特征在于，管出口（67)处的两相膨 胀喷嘴(60)之间的空间通过适当的喷嘴出口几何结构而最小化，以便第一两相膨胀喷嘴 (60)的管(67)的出口与同所述第一两相膨胀喷嘴(60)相邻的第二两相膨胀喷嘴(60)的管 (67) 的出口相接触。10. 根据权利要求7所述的装置（106)，其特征在于，从温度比所述热源低的所谓的冷源 处获得的用于冷凝所产生蒸汽的液体(65)，以喷雾的形式从位于两相膨胀喷嘴(60)的管 (67)出口处的两相膨胀喷嘴(60)之间的可用空间中喷出，以在两相流方向上的很大/有力 的速度分量离开所述两相膨胀喷嘴(60)。11. 根据权利要求8所述的装置（106)，其特征在于，该装置包括位于两相膨胀喷嘴(60) 的管(67)出口处的可变截面的延伸元件(73)，提供了从两相膨胀喷嘴(60)的管(67)出口到 构成延伸两相膨胀喷嘴(60)的通用分流部分的导管(70)的出口之间两相流截面变化的连 续性。12. 根据权利要求11所述的装置（106)，其特征在于，从温度比所述热源低的所谓的冷 源获得的用于冷凝所产生蒸汽的流体(65)，以喷雾的形式从延伸元件(73)处喷出，以在两 相流方向上的很大/有力的速度分量离开所述延伸两相膨胀喷嘴(60)的管(67)的导管。13. 根据前述权利要求中任一项所述的装置（106)，其特征在于，使多个两相膨胀喷嘴 (60)能够保持在原位的工具包括板，所述两相膨胀喷嘴(60)加工在所述板上或铸造在所述 板上。14. 根据权利要求1到12中任一项所述的装置(106)，其特征在于，使多个两相膨胀喷嘴 (60)能够保持在原位的工具包括用于将所述两相膨胀喷嘴(60)焊接或粘合在一起的工具。15. "英雄"型涡轮机，其特征在于，在其至少一个臂（1)末端，其包括至少一个根据前述 权利要求中任一项所述的两相膨胀装置。16. 脉冲式涡轮机，其特征在于，其包含至少一个根据权利要求1到14中任一项所述的 两相膨胀装置，用作为注射器。17. 利用薄雾抬升技术将热能转换为机械能的装置，其特征在于，包含至少一个根据权 利要求1到14中任一项所述的两相膨胀装置，用于生成和加速热液体飞沫，所述利用薄雾抬 升技术的转换装置包括用于和热源流体连接的工具以及用于和冷源流体连接的工具。18. 根据权利要求17所述的转换装置，其特征在于，热源是处于海平面之下第一深度处 的热水，并且冷源是处于比所述海平面之下的第一深度更深的第二深度处的冷水。
【专利摘要】本发明涉及一种能够将两相流产生的移动量最大化的两相膨胀装置(106)。两相膨胀装置(106)的特点在于它至少包含：分配器(105)，用于将流体分配到多个两相膨胀喷嘴(60)中；带有实质上为平行轴的多个邻近的两相膨胀喷嘴(60)，每个两相膨胀喷嘴(60)顺序地包括至少一个扩散器(65)、一个颈部(66)和一个管(67)，两相膨胀喷嘴(60)设置成每个都从热源中接收一部分流体；以及用于支撑多个两相膨胀喷嘴(60)的工具，包括用于密封地分离两相膨胀喷嘴(60)的工具。
【IPC分类】F03G7/05
【公开号】CN105473851
【申请号】CN201480033288
【发明人】克劳德·法维
【申请人】斯托韦特公司
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2014年7月9日
【公告号】EP3019746A1, US20160108899, WO2015004389A1