IT202000028685A1

IT202000028685A1 - Compressore per ciclo a co2 con almeno due stadi di compressione in cascata al fine di assicurare condizioni supercritiche

Info

Publication number: IT202000028685A1
Application number: IT102020000028685A
Authority: IT
Inventors: Ernani Fulvio Bellobuono; Lorenzo Toni; Angelo Grimaldi; Emanuele Rizzo; Roberto Valente
Original assignee: Nuovo Pignone Tecnologie Srl
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2022-05-27
Also published as: WO2022111852A1; AU2021390006A1; JP2023552316A; KR20230106700A; EP4251886A1; CA3199354A1; US20240011493A1; CN116457580A

Description

TITOLO

Compressore per ciclo a CO2 con almeno due stadi di compressione in cascata al fine di assicurare condizioni supercritiche

DESCRIZIONE

CAMPO TECNICO

[0001] L'oggetto divulgato nel presente documento riguarda un compressore di un flusso di CO2, un sistema di generazione di energia basato su un ciclo a CO2 e un metodo per comprimere un flusso di CO2.

STATO DELL?ARTE

[0002] L'Unione europea, in breve UE, ha stabilito un obiettivo a lungo termine di ridurre le emissioni di gas serra dell?80?95 % entro il 2050 rispetto ai livelli del 1990. La strategia energetica UE 2050 ha pertanto implicazioni serie per il nostro sistema energetico e include nuove sfide e opportunit?. Si tratta di una tendenza generale in tutto il mondo.

[0003] Le energie rinnovabili (come il vento e l'energia solare) si stanno spostando al centro del mix energetico in Europa e sollevano la questione della stabilit? di rete nell'eventualit? di elevate fluttuazioni di emissione di potenza. In questo contesto, migliorare la flessibilit? e le prestazioni delle centrali elettriche convenzionali viene visto come una buona opportunit? per salvaguardare la rete energetica, riducendo al contempo il loro impatto ambientale.

[0004] Il consorzio sCO2-flex, costituito da 10 operatori chiave esperti provenienti da 5 diversi Stati membri dell'UE, cerca di aumentare la flessibilit? operativa (cambiamenti di carico rapidi, avvii e arresti rapidi) e l'efficienza delle centrali elettriche a carbone e a lignite esistenti e future, riducendo in tal modo i loro impatti ambientali, in linea con gli obiettivi dell'UE.

[0005] Il diossido di carbonio supercritico (sCO2) ? uno stato fluido di diossido di carbonio dove esso corrisponde o ? al di sopra della sua temperatura critica e della sua pressione critica. Il fluido presenta propriet? interessanti che promettono miglioramenti sostanziali nell'efficienza di un sistema di centrale elettrica convenzionale.

[0006] La tecnologia basata sul sCO2 ha il potenziale di soddisfare gli obiettivi dell'UE per centrali elettriche convenzionali altamente flessibili ed efficienti, riducendo al contempo emissioni di gas serra, smaltimento dei residui e anche la riduzione della percentuale di consumo di acqua.

[0007] Un ciclo a sCO2 ? un ciclo chiuso in cui il fluido viene compresso da uno o pi? compressori, il calore viene introdotto nel ciclo da un primo scambiatore di calore, il fluido ? espanso mediante uno o pi? espansori e viene rilasciato calore nell'ambiente attraverso un secondo scambiatore di calore. Vantaggiosamente, dopo l'espansione e prima del rilascio di calore nell'ambiente, il fluido passa attraverso un terzo scambiatore di calore, ossia uno scambiatore di calore di recupero, per migliorare l'efficienza del ciclo.

SOMMARIO

[0008] Solitamente il primo compressore di ciclo a sCO2 lavora con un flusso di CO2 vicino al punto critico. Quindi, il ciclo a sCO2 presenta un lavoro del compressore di CO2 ridotto, che trae vantaggi dal comportamento di gas reale del fluido di lavoro vicino al punto critico. Questa caratteristica migliora l'efficienza termica complessiva del ciclo s sCO2. Tuttavia, vi ? un'ampia variazione delle propriet? della CO2 molto vicine al punto critico, avendo implicazioni tecnologiche sulla progettazione della turbomacchina e degli scambiatori di calore.

[0009] In particolare, il flusso di CO2 raggiunge la girante del primo compressore in uno stato multifase a causa dell?accelerazione locale a monte e attraverso il bordo d?attacco della girante del compressore, a causa della dimensione dei canali di pale della girante. Nella regione multifase, vale a dire sotto la cupola di saturazione, la velocit? del suono diminuisce notevolmente provocando la creazione di una regione sonica con conseguente limitazione dell'intervallo operativo del compressore.

[0010] Quando un fluido che scorre a una data pressione e temperatura passa attraverso una restrizione, la velocit? del fluido aumenta. Allo stesso tempo, l'effetto Venturi fa s? che la pressione statica, e quindi la densit?, diminuiscano in corrispondenza della restrizione. Ci? pu? determinare la creazione di una regione sonica, che limita l'intervallo operativo del compressore.

[0011] Questo problema aumenta in presenza di numerose pale del compressore, vale a dire in presenza di numerose restrizioni in corrispondenza dell'ingresso del compressore a causa dei canali di pale.

[0012] A causa dell'effetto Venturi, un numero elevato di pale in corrispondenza dell'ingresso dello stadio aumenta l'accelerazione locale del flusso che, combinata con ampi scostamenti dal comportamento ideale del gas che si avvicina al punto critico, potrebbe favorire fenomeni di cambiamento di fase della CO2, riducendo l'efficienza del compressore e l'efficienza del ciclo.

[0013] Secondo un aspetto, l'oggetto divulgato nel presente documento riguarda un compressore predisposto per trattare un flusso di CO2, comprendente un primo stadio di compressore e un secondo stadio di compressore, a valle del primo stadio di compressore; il primo stadio di compressore comprende una prima fila di pale rotanti con un primo numero di pale e il secondo stadio di compressore comprende una seconda fila di pale rotanti con un secondo numero di pale; il primo numero di pale ? inferiore al secondo numero di pale; il flusso di CO2 ? in condizione supercritica in corrispondenza dell'uscita del primo stadio di compressore.

[0014] In particolare, il bordo d?uscita delle pale del primo stadio scarica un flusso di CO2 a uno spazio anulare e il bordo d?attacco delle pale del secondo stadio riceve un flusso di CO2 dallo spazio anulare, la pressione della CO2 in corrispondenza del bordo di uscita del primo stadio di compressore essendo uguale o superiore alla pressione di saturazione pi? un margine di pressione predeterminato, detto margine di pressione essendo correlato a una caduta di pressione all'interno del secondo stadio di compressore.

[0015] Secondo un altro aspetto, l'oggetto divulgato nel presente documento riguarda un sistema di generazione di energia basato su un ciclo supercritico a CO2 e comprendente un compressore con almeno due stadi di compressione in cascata per assicurare condizioni supercritiche.

[0016] Secondo ancora un altro aspetto, l'oggetto divulgato nel presente documento riguarda un metodo per comprimere un flusso di CO2; una prima fase di compressione ? usata per comprimere detto flusso di CO2 in una condizione supercritica attraverso un primo stadio di compressore (200) cos? da generare un flusso di CO2 supercritico, e una seconda fase di compressione ? usata per comprimere detto flusso di CO2 supercritico attraverso un secondo stadio di compressore (300); la prima fase di compressione ? tale per cui, al termine della compressione, la CO2 ? vicina al punto critico.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

[0017] Le forme di realizzazione divulgate saranno apprezzate in modo pi? completo e i loro rispettivi vantaggi saranno ottenuti prontamente grazie a una migliore comprensione delle stesse facendo riferimento alla seguente descrizione dettagliata considerata congiuntamente ai disegni allegati, in cui:

la Fig. 1 mostra una vista schematica di un sistema a CO2,

la Fig. 2A mostra una vista prospettica del compressore di Fig. 1,

la Fig. 2B mostra una vista laterale del compressore di Fig. 1,

la Fig. 3 mostra una vista ingrandita di una porzione di Fig. 2A,

la Fig. 4 mostra una vista schematica in sezione trasversale di un sistema di compressione per un ciclo a flusso di CO2, e

la Fig. 5 mostra un esempio di compressione di CO2 su un diagramma T-s.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI FORME DI REALIZZAZIONE

[0018] L'oggetto divulgato nel presente documento riguarda un compressore e un sistema di CO2 che funzionano con un flusso di CO2, un metodo per comprimere flusso di CO2 e un gruppo compressore per un ciclo a flusso di CO2.

[0019] L'efficienza di un ciclo di turbina a gas dipende principalmente dal suo rapporto di pressione (ossia dal rapporto tra la pressione del flusso di gas in corrispondenza dell'ingresso del compressore e in corrispondenza dell'uscita del compressore). La pressione massima ? limitata a causa del costo relativo ai sistemi di tubazione e misurazione; di conseguenza, la pressione minima del ciclo a sCO2 influenza in modo significativo l'efficienza del ciclo.

[0020] Allo stesso tempo, l'efficienza del ciclo ? influenzata anche dalla condizione del flusso di gas, in particolare in corrispondenza dell'ingresso del compressore. Infatti, fissata la pressione massima del ciclo a causa dei costi, lavorare vicino al punto critico ? vantaggioso dal momento che consente al lavoro di compressione di diminuire, avendo come risultato il miglioramento dell'efficienza del ciclo.

[0021] Tuttavia, in una condizione di CO2 vicina al punto critico, possono verificarsi onde d'urto, limitando la regione operativa del compressore e riducendo l'efficienza.

[0022] Al fine di ovviare a ci?, il sistema di compressione divulgato nel presente documento mira ad aumentare l'efficienza del ciclo aumentando la pressione del fluido abbastanza da consentire alla girante del compressore di lavorare lontano dal punto critico mantenendo al contempo un rapporto di pressione elevato.

[0023] Ci? viene realizzato avendo uno stadio di girante d?ingresso che comprime il fluido con un rapporto di pressione ridotto e che ? progettato con un numero ridotto di pale per limitare il problema delle onde d'urto che causano il crollo delle prestazioni. Vantaggiosamente, avere uno stadio di girante d?ingresso che ha un numero ridotto di pale impedisce all'ingresso del compressore di diventare la gola sonica del componente.

[0024] Si far? ora riferimento in dettaglio a forme di realizzazione della divulgazione, di cui un esempio ? illustrato nei disegni.

[0025] L?esempio ? fornito a titolo esplicativo della divulgazione, non limitativo della divulgazione. Infatti, risulter? evidente ai tecnici del ramo che ? possibile apportare varie modifiche e varianti alla presente divulgazione senza discostarsi dalla portata o dallo spirito della divulgazione.

[0026] Secondo un aspetto e in riferimento alla Fig. 1, l'oggetto divulgato nel presente documento fornisce un sistema di generazione di energia basato su un ciclo supercritico a CO2, ossia un impianto di turbina a gas che lavora con CO2 come fluido di lavoro principalmente in condizioni supercritiche. Tipicamente, in questo tipo di ciclo il fluido di lavoro a pressione di ciclo minima ? in condizioni supercritiche, ma sono consentiti anche fluidi di lavoro in condizioni subcritiche multifase con pressione di ciclo minima tra l?80 e il 100% della pressione critica.

[0027] Il sistema di CO2 della Fig. 1 comprende due scambiatori di calore 2000A, 2000B, un espansore 3000 e un compressore 1000; vantaggiosamente, il compressore e la turbina sono azionati sullo stesso albero 1010. L'albero 1010 determina un asse A corrispondente alla direzione di sviluppo principale dell'albero 1010. Nell?accezione in cui vengono usati nel presente documento, i termini "assiale" e "radiale" si riferiscono rispettivamente a una direzione parallela e perpendicolare all'asse A.

[0028] Facendo riferimento alla Fig. 1, il flusso di CO2 scorre in una direzione oraria: viene compresso da un compressore 1000, viene riscaldato in un primo scambiatore di calore 2000A, viene espanso da un espansore 3000, viene raffreddato in un secondo scambiatore di calore 2000B e, infine, ricomincia il ciclo. In altre parole, il sistema di CO2 ? una turbina a gas a ciclo chiuso.

[0029] Secondo una forma di realizzazione preferita, il sistema di CO2 comprende un terzo scambiatore di calore 2000C, denominato anche "recuperatore"; il terzo scambiatore di calore 2000C ? adatto ad aumentare l'efficienza termica del ciclo, ricevendo il flusso di CO2 all'uscita del compressore 1000 come fluido freddo e il flusso di CO2 all'uscita dell'espansore 3000 come fluido caldo. Il recuperatore 2000C permette di recuperare calore disperso dal flusso di scarico di CO2 dell'espansore e usarlo per preriscaldare il flusso di CO2 compresso dal compressore 1000 prima di riscaldare ulteriormente il flusso di CO2 compresso nello scambiatore di calore 2000A, riducendo il calore esterno richiesto.

[0030] Nell'esempio della Fig. 1, l'espansore 3000, in particolare l'albero 1010 che aziona l'espansore 3000, ? accoppiato a un generatore elettrico 4000, in particolare a un alternatore; in alternativa, l'espansore 3000 pu? essere collegato a un carico esterno non mostrato in figura.

[0031] Si noti che, a seconda della configurazione del ciclo, il numero di macchine e scambiatori di calore pu? variare, cos? come il numero di alberi che azionano le macchine.

[0032] Secondo un aspetto e in riferimento alle figure 2 e 3, l'oggetto divulgato nel presente documento fornisce un compressore 1000 da usare, per esempio, in un sistema di CO2 supercritico per generare energia elettrica o per alimentare un carico esterno.

[0033] Il compressore 1000 comprende un primo stadio di compressore 200 e almeno un secondo stadio di compressore 300 a valle del primo stadio di compressore 200. Si noti che "stadio" ? riferito, nel presente documento, a una fila singola di pale, che possono essere statoriche o rotanti. Per esempio, se vi ? una prima fila di pale rotanti e una seconda fila di pale statoriche, la prima fila di pale rotanti ? un primo stadio e la seconda fila di pale statoriche ? un secondo stadio.

[0034] Il primo stadio di compressore 200 comprende una prima fila di pale rotanti 250; il secondo stadio di compressore 300 comprende una seconda fila di pale rotanti 350. Preferibilmente, la prima fila di pale 250 ha pale di tipo a girante d?ingresso e la seconda fila di pale 350 ha pale di tipo a girante d?uscita. In una forma di realizzazione preferita mostrata nelle Fig. 2 e 3, il primo numero di pale ? inferiore al secondo numero di pale.

[0035] Preferibilmente, il primo numero di pale ? pari a met? o a un terzo del secondo numero di pale. Per esempio, se la seconda fila di pale 350 ha un numero di pale uguale a 18, il numero di pale della prima fila di pale 250 pu? essere 9 o 6.

[0036] Il compressore 100 lavora tipicamente con un flusso di CO2 e il primo stadio di compressore 200 fornisce, in corrispondenza dell'uscita, un flusso di CO2 in condizioni supercritiche, in cui con "fluido in condizioni supercritiche" viene definito un fluido avente una pressione al di sopra del suo punto critico, cio? avente una pressione pi? elevata della sua pressione critica.

[0037] In altre parole, in corrispondenza dell'uscita del primo stadio di compressore 200, il flusso di CO2 ha pressione pi? elevata di circa 7,37 MPa.

[0038] Specificamente e in riferimento alla Fig. 3, il primo stadio di compressore 200 ? predisposto per fornire un aumento di pressione tra un bordo d?attacco 210 e un bordo d?uscita 220 della prima fila di pale 250; tale aumento di pressione essendo sufficiente per il flusso di CO2 in corrispondenza del bordo d?uscita 220 per raggiungere condizioni supercritiche.

[0039] Preferibilmente, il flusso di CO2 ha una pressione pi? elevata in corrispondenza del bordo d?uscita 220 rispetto alla pressione in corrispondenza del bordo d?attacco 210. Il rapporto tra la pressione di uscita e la pressione di ingresso di un flusso che passa attraverso uno stadio di compressore ? noto come "rapporto di pressione" o "rapporto di compressione".

[0040] Preferibilmente, il bordo d?attacco 210 della prima fila di pale 250 ? in corrispondenza di una sezione di ingresso del compressore 1000, detta sezione di ingresso ricevendo un flusso di CO2 di aspirazione. Il flusso di CO2 viene poi scaricato in corrispondenza del bordo d?uscita 220 della prima fila di pale 250.

[0041] Preferibilmente, la prima fila di pale 250 ha principalmente uno sviluppo assiale rispetto a una direzione determinata dall'asse A. Nello specifico, lo sviluppo assiale della prima fila di pale 250 ? tale per cui il flusso di CO2 scorre principalmente in direzione assiale.

[0042] Con riferimento alle Figg.2 e 3, il compressore 1000 comprende un secondo stadio di compressore 300 a valle del primo stadio di compressore 200. Specificamente, il secondo stadio di compressore 300 ? predisposto per fornire un aumento di pressione tra un bordo d?attacco 310 e un bordo d?uscita 320 della seconda fila di pale 350, tale aumento di pressione essendo molto pi? elevato dell'aumento di pressione fornito tra il bordo d?attacco 210 e il bordo d?uscita 220 del primo stadio di compressore 200.

[0043] In altre parole, il rapporto di pressione del primo stadio di compressore 200 ? molto pi? ridotto del rapporto di pressione del secondo stadio di compressore 300, ossia il secondo stadio di compressore 300 fornisce il rapporto di pressione principale del rapporto di pressione complessivo del ciclo a CO2. Preferibilmente, il rapporto di pressione del primo stadio di compressore 200 ? inferiore al 70% del rapporto di pressione del secondo stadio di compressore 300 ed eventualmente ? pi? del 3% del rapporto di pressione del secondo stadio di compressore 300; per esempio, il primo rapporto di pressione pu? essere pari ad approssimativamente 1,1 e il secondo rapporto di pressione pu? essere pari ad approssimativamente 1,7.

[0044] In una forma di realizzazione preferita e in riferimento alle Figg. 2, 3 e 4, il secondo stadio di compressore 300 ? uno stadio di compressore centrifugo, avente sviluppo sia assiale sia radiale rispetto a una direzione determinata dall'asse A. In particolare, il percorso di flusso tra il bordo d?attacco 310 e il bordo d?uscita 320 definisce una superficie sostanzialmente ritorta rispetto a una direzione determinata dall'asse A. Specificamente, il bordo d?attacco 310 e il bordo d?uscita 320 sono situati a una differente distanza radiale dall?asse A.

[0045] Preferibilmente, il primo stadio di compressore 200, in particolare la prima fila di pale 250, ? disposto per fornire il flusso di CO2 direttamente al secondo stadio di compressore 300, in particolare alla seconda fila di pale 350. Specificamente, il flusso di CO2 scorre dalla prima fila di pale 250 alla seconda fila di pale 350 senza alcuna variazione di pressione e/o direzione, per esempio dovuta a pale statoriche tra il bordo d?uscita 220 e il bordo d?attacco 310.

[0046] Preferibilmente, la seconda fila di pale 350 ? assialmente distanziata da detta prima fila di pale 250. Nello specifico, uno spazio assiale ? situato tra il bordo d?uscita 220 della prima fila di pale 250 e il bordo d?attacco 310 della seconda fila di pale 350.

In particolare, lo spazio assiale tra il bordo d?uscita 220 e il bordo d?attacco 310 pu? avere una lunghezza tra una e due volte l'altezza del bordo d?uscita 220 della prima fila di pale 250.

Preferibilmente, lo spazio assiale ? uno spazio anulare che si sviluppa attorno all'asse A.

[0047] Con riferimento alle Figg. 2 e 3, il bordo d?uscita 220 della prima fila di pale 250 e il bordo d?attacco 310 della seconda fila di pale 350 possono non essere allineati lungo una direzione assiale e/o avere un numero di pale diverso. In particolare, il bordo d?attacco 310 della seconda fila di pale 350 pu? avere posizioni circonferenziali diverse rispetto al bordo d?uscita 220 della prima fila di pale 250 (questa disposizione ? nota come "effetto di clocking").

[0048] In una forma di realizzazione preferita, il compressore 1000 comprende un rotore, la prima fila di pale 250 e la seconda fila di pale 350 essendo parte del rotore.

[0049] Con riferimento alla Fig. 4, il rotore ? azionato preferibilmente dall'albero 1010, in modo che la prima fila di pale 250 e la seconda fila di pale 350 ruotino alla stessa velocit? angolare.

[0050] In una forma di realizzazione alternativa, il compressore 1000 comprende un primo rotore e un secondo rotore, la prima fila di pale 250 essendo parte del primo rotore e la seconda fila di pale 350 essendo parte del secondo rotore.

[0051] Vantaggiosamente, il primo rotore viene azionato da un primo albero e il secondo rotore viene azionato da un secondo albero, il primo albero e il secondo albero ruotando a velocit? angolare differente.

[0052] Con riferimento alla Fig. 4, il compressore 1000 comprende inoltre pale d?ingresso direttrici 100 a monte della prima fila di pale 250. Vantaggiosamente, le pale d?ingresso direttrici 100 comprendono una fila di pale statoriche; la fila di pale statoriche pu? essere fissa o pu? variare l'angolo di attacco delle pale, regolando il flusso CO2 aspirato dal compressore 1000.

[0053] Secondo un altro aspetto, l'oggetto divulgato nel presente documento riguarda un metodo per comprimere flusso di CO2 usando un compressore per esempio simile o identico al compressore 1000 descritto sopra; tale metodo pu? essere implementato in un sistema di generazione di energia basato su un ciclo supercritico a CO2 simile o identico al sistema di generazione di energia descritto sopra.

[0054] Il metodo comprende una fase iniziale di compressione di CO2 in condizioni supercritiche attraverso un primo stadio di compressore 200 e una fase successiva di compressione del flusso supercritico di CO2 attraverso almeno un secondo stadio di compressore 300.

[0055] La fase iniziale di compressione del flusso di CO2 in condizioni supercritiche ? tale per cui, al termine della compressione, il punto di stato termodinamico della CO2, su un diagramma T-s o equivalente, ? situato all'esterno della cupola di saturazione, approssimativamente vicino al punto critico della CO2 (Pc, Tc).

[0056] Con riferimento alla Fig. 5, viene mostrato un diagramma di temperaturaentropia della CO2 in cui viene evidenziato il punto critico della CO2 (Pc, Tc) sotto forma di un punto nero in corrispondenza della sommit? della cupola di saturazione. Secondo il metodo divulgato nel presente documento, dopo la fase iniziale di compressione del flusso di CO2, il punto di stato termodinamico della CO2, cio? il punto che rappresenta lo stato termodinamico della CO2 definito da almeno due variabili di stato (per esempio temperatura e pressione), ? situato all'esterno della cupola di saturazione, in particolare nei pressi all'area evidenziata 800 al di sopra del punto critico di CO2 (Pc, Tc).

[0057] In una forma di realizzazione preferita, la pressione in corrispondenza dell'uscita del primo stadio di compressore 200 ? uguale o superiore alla pressione di saturazione pi? un margine di pressione predeterminato, detto margine di pressione essendo correlato a una caduta di pressione all'interno del secondo stadio di compressore 300.

[0058] Va notato che la fase iniziale di compressione del flusso di CO2 in condizioni supercritiche pu? essere seguita da una o pi? fasi seguenti di compressione di flusso di CO2 supercritico; preferibilmente, la fase iniziale di compressione del flusso di CO2 ha un rapporto di pressione molto pi? ridotto di ciascuna fase seguente.

[0059] Secondo un altro aspetto, l'oggetto divulgato nel presente documento riguarda un compressore predisposto per trattare un flusso di CO2 comprendente:

- un primo stadio di compressore rotante comprendente una prima fila di pale di girante d?ingresso, dette pale di girante d?ingresso estendendosi principalmente in modo assiale, avendo un bordo d?attacco (210) e un bordo d?uscita (220);

- un secondo stadio di compressore rotante comprendente una seconda fila di pale di girante d?uscita estendentesi principalmente in modo assiale o principalmente in modo radiale o sia in modo assiale sia in modo radiale, avendo un bordo d?attacco (310) e un bordo d?uscita (320);

- uno spazio anulare tra il primo stadio di compressore rotante e il secondo stadio di compressore rotante.

[0060] In una forma di realizzazione preferita, il bordo d?uscita della girante d?ingresso (220) scarica un flusso di CO2 allo spazio anulare e il bordo d?attacco della girante d?uscita (310) riceve un flusso di CO2 dallo spazio anulare. Preferibilmente, la pressione del flusso di CO2 in corrispondenza del bordo d?uscita della girante d?ingresso (220) ? pi? elevato della pressione del flusso di CO2 in corrispondenza del bordo d?attacco della girante d?ingresso (210). In particolare, la pressione del flusso di CO2 in corrispondenza del bordo d?uscita (220) ? uguale o pi? elevata della pressione di saturazione pi? un margine di pressione predeterminato, detto margine di pressione essendo correlato a una caduta di pressione all'interno del secondo stadio di compressore rotante.

[0061] Il margine di pressione summenzionato mira a evitare che le condizioni di saturazione vengano raggiunte dal flusso di CO2 all'interno del secondo stadio di compressore. Teoricamente, non vi ? una caduta di pressione all'interno di uno stadio di compressore. Tuttavia, nella pratica, pu? esserci un certo calo di pressione poco dopo il bordo d?attacco (310) della seconda fila di pale della girante d?uscita; le regioni principalmente a rischio da questo punto di vista sono sul lato di aspirazione delle pale della girante d?uscita, vicino al bordo d?attacco (310).

[0062] Il valore di pressione minimo all'interno della seconda fila di pale della girante d?uscita dipende fortemente dalle scelte di progettazione e, tipicamente, ? tra il 90% e il 50% della pressione di ingresso totale in corrispondenza del secondo stadio di compressore rotante, ossia in corrispondenza del bordo d?attacco (310).

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Un compressore (1000) predisposto per trattare un flusso di CO2, comprendente:

- un primo stadio di compressore (200) comprendente una prima fila di pale rotanti (250) con un primo numero di pale;

- un secondo stadio di compressore (300) comprendente una seconda fila di pale rotanti (350) con un secondo numero di pale, il secondo stadio di compressore (300) essendo collegato fluidicamente a valle di detto primo stadio di compressore (200);

in cui detto primo numero di pale ? inferiore a detto secondo numero di pale, e in cui detto primo stadio (200) ? predisposto per fornire in uscita un flusso di CO2 in condizione supercritica.

2. Il compressore (1000) della rivendicazione 1, in cui il rapporto di pressione di detto primo stadio di compressore (200) ? minore del rapporto di pressione di detto secondo stadio di compressore (300).

3. Il compressore (1000) della rivendicazione 1, in cui il rapporto di pressione di detto primo stadio di compressore (200) ? superiore a 1,0 e inferiore a 1,2.

4. Il compressore (1000) di qualsiasi rivendicazione precedente, in cui detta prima fila di pale (250) ? predisposta per fornire un flusso di CO2 direttamente a detta seconda fila di pale (350).

5. Il compressore (1000) di qualsiasi rivendicazione precedente, in cui detta seconda fila di pale (350) ? distanziata assialmente da detta prima fila di pale (250).

6. Il compressore (1000) di qualsiasi rivendicazione precedente, in cui uno spazio anulare ? situato tra detta prima fila di pale (250) e detta seconda fila di pale (350).

7. Il compressore (1000) di qualsiasi rivendicazione precedente, comprendente inoltre pale d?ingresso direttrici (100) a monte di detta prima fila di pale (250).

8. Il compressore (1000) di qualsiasi rivendicazione precedente, in cui detta prima fila di pale (250) ha principalmente sviluppo assiale.

9. Il compressore (1000) di qualsiasi rivendicazione precedente da 1 a 8, comprendente un primo rotore e un secondo rotore, in cui detta prima fila di pale (250) ? parte di detto primo rotore e detta seconda fila di pale (350) ? parte di detto secondo rotore.

10. Il compressore (1000) di qualsiasi rivendicazione precedente da 1 a 8, comprendente un rotore, in cui detta prima fila di pale (250) e detta seconda fila di pale (350) sono parti di detto rotore.

11. Metodo per comprimere un flusso di CO2 usando un compressore, comprendente:

- una prima fase di compressione per comprimere detto flusso di CO2 in una condizione supercritica attraverso un primo stadio di compressore (200), cos? da generare un flusso di CO2 supercritico;

- una seconda fase di compressione per comprimere detto flusso di CO2 supercritico attraverso un secondo stadio di compressore (300);

in cui detta prima fase di compressione ? tale per cui, al termine della compressione, la CO2 ? vicina al punto critico (Pc, Tc).

12. Il metodo della rivendicazione 11, in cui detta prima fase di compressione ? tale per cui, al termine della compressione, il punto di stato termodinamico della CO2, su un diagramma T-s, ? situato all'esterno della cupola di saturazione, approssimativamente vicino al punto critico della CO2 (Pc, Tc).

13. Il metodo della rivendicazione 12, in cui al termine di detta prima fase di compressione, la pressione ? uguale o superiore alla pressione di saturazione pi? un margine di pressione predeterminato, detto margine di pressione essendo correlato a una caduta di pressione all'interno del secondo stadio di compressore rotante (300).

14. Il metodo della rivendicazione 11 o 12 o 13, in cui detta prima fase di compressione ? seguita da una o pi? fasi di compressione di comprimere il flusso di CO2.

15. Il metodo della rivendicazione 11 o 12 o 13 o 14, in cui detta prima fase di compressione ha un rapporto di pressione inferiore a detta seconda fase di compressione.

16. Un sistema di generazione di energia basato su un ciclo supercritico a CO2 comprendente due scambiatori di calore, un espansore e almeno un compressore, detto almeno un compressore essendo un compressore secondo qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 10.

17. Un compressore predisposto per trattare un flusso di CO2, detto compressore comprendendo:

- un primo stadio di compressore rotante comprendente una prima fila di pale di girante d?ingresso, dette pale di girante d?ingresso estendendosi principalmente in modo assiale, avendo un bordo d?attacco e un bordo d?uscita;

- un secondo stadio di compressore rotante comprendente una seconda fila di pale di girante d?uscita, dette pale di girante d?uscita estendendosi principalmente in modo assiale o principalmente in modo radiale o sia in modo assiale sia in modo radiale, avendo un bordo d?attacco e un bordo d?uscita;

- uno spazio anulare tra detto primo stadio di compressore rotante e detto secondo stadio di compressore rotante;

in cui detto bordo d?uscita di girante d?ingresso scarica un flusso di CO2 in detto spazio anulare e detto bordo d?attacco di girante d?uscita riceve un flusso di CO2 da detto spazio anulare,

in cui la pressione di CO2 in corrispondenza del bordo d?uscita di girante d?ingresso ? uguale o superiore alla pressione di saturazione pi? un margine di pressione predeterminato, detto margine di pressione essendo correlato a una caduta di pressione all'interno del secondo stadio di compressore rotante.