BRPI1001366A2

BRPI1001366A2 - sistema de ciclo rankine orgÂnico e mÉtodo para limitar a temperatura de um fluido de trabalho

Info

Publication number: BRPI1001366A2
Application number: BRPI1001366-0A
Authority: BR
Inventors: Matthew Alexander Lehar; Giacomo Seghi; Sebastian Walter Freund
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2009-05-06
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2011-07-26
Also published as: US8240149B2; EP2423472B1; EP2423472A3; CA2701592A1; CN101881193A; CA2701592C; MX2010004844A; EP2423472A2; US20100281865A1; ES2901678T3

Abstract

<B>SISTEMA DE CICLO RANKINE ORGÂNICO E MÉTODO PARA LIMITAR A TEMPERATURA DE UM FLUIDO DE TRABALHO.<D>Descreve-se um sistema ORO (10) configurado para limitar a temperatura de um fluido de trabalho (14) abaixo de uma temperatura limite. O sistema (10) inclui uma fonte de calor (16) configurada para conduzir um fluido de aquecimento residual (18). O sistema ORO (10) também inclui um trocador de calor (20) acoplado na fonte de calor (16). O trocador de calor (20) inclui um evaporador (22) configurado para receber o fluido de aquecimento residual (18) da fonte de calor (16) e vaporizar o fluido de trabalho (14), em que o evaporador (22) é adicionalmente configurado para permitir a troca de calor entre o fluido de aquecimento residual (18) e o fluido de trabalho vaporizado em uma temperatura elevada e adicionalmente produzir um fluxo de saída de evaporador incluindo um fluido de aquecimento residual de baixa temperatura (31). O trocador de calor (20) também inclui um super aquecedor (24) configurado para receber o fluido de aquecimento residual de baixa temperatura (31) a partir do evaporador (22), em que o super aquecedor (24) é adicionalmente configurado para permitir a troca de calor entre o fluido de aquecimento residual de baixa temperatura (31) e um fluxo de trabalho de temperatura relativamente mais alta contido no super aquecedor (24) e adicionalmente produzir um fluxo de saida de super aquecedor compreendendo um fluido de aquecimento residual de temperatura elevada. O trocador de calor (20) adicionalmente inclui um pré aquecedor (28) configurado para receber o fluido de aquecimento residual de temperatura elevada do super aquecedor (24) e permitir a troca de calor com um fluido de trabalho de temperatura relativamente mais baixa em um estado líquido contido no pré aquecedor (28).

Description

"SISTEMA DE CICLO RANKINE ORGÂNICO E MÉTODO PARA LIMITAR ATEMPERATURA DE UM FLUIDO DE TRABALHO"

Referência Cruzada A Pedidos Correlatos

Esse pedido é relacionado ao seguinte pedido de patente norte-americano copendente número de série (documento do procurador n° 233702-2), intitulado "Um sistema e método para ciclo Rankine orgânico aperfeiçoado"cedido ao mesmo cessionário desse pedido e aqui depositado, a totalidade doqual é aqui incorporada como referência.

Antecedentes

A invenção refere-se geralmente a sistemas de ciclo (ORC)Rankine orgânico e, mais especificamente, a um sistema e método econômicopara o mesmo.

Com o advento da crise de energia, e com a necessidade deconservar e, mais efetivamente, usar nossas energias disponíveis, os sistemasde ciclo Rankine têm sido usados para capturar o assim chamado "calorresidual", que, de outro modo, seria perdido para a atmosfera e, como tal, seriaindiretamente prejudicial para o ambiente por requerer mais combustível paraprodução de energia do que necessário.

Fontes comuns de calor residual que estão atualmente sendodescartadas para o ambiente são fontes de calor geotérmicos de outros tiposde motores, tal como motores de turbina a gás, que exalam calor significativoem suas fases de exaustão, e motores alternativos, que exalam calor tanto emseus gases de exaustão quanto nos líquidos de resfriamento, tal como água elubrificantes.

Em geral, sistemas ORC têm sido empregados como melhoriaspara turbinas de gás de pequena e média escala, para capturar a partir decorrentes de gás de aquecimento residual, saídas de energia desejáveis. Umfluido de trabalho usado em tais ciclos é tipicamente um hidrocarbonetoaproximadamente na pressão atmosférica. Contudo, o fluido de trabalho podedegradar além de uma temperatura crítica, tal como, mas não limitada a, 500graus C. Em um sistema de turbina a gás, a temperatura de exaustão écomparável como tais altas temperaturas e, conseqüentemente, é umaprobabilidade razoável de degradação do fluido de trabalho devido a direcionara exposição para o gás de aquecimento residual da exaustão.

De modo a evitar a questão acima mencionada, um sistema defluido térmico intermediário é geralmente usado para transportar calor a partirda exaustão para um boiler de ciclo Rankine orgânico. Em um exemplo, o fluidoé óleo. Contudo, o sistema de fluido térmico intermediário representa até cercade um quarto do custo do ORC completo. Adicionalmente, o sistema de fluidotérmico intermediário e o trocador de calor requerem uma diferença detemperatura mais alta resultando em um aumento no tamanho e umadiminuição da eficiência total.

Portanto, um sistema ORC aperfeiçoado é desejável para sedirecionar para uma ou mais questões acima mencionadas.

Breve Descrição

De acordo com uma modalidade da invenção, descreve-se umsistema ORC configurado para limitar a temperatura de um fluido de trabalhobaixo de uma temperatura limite. O sistema ORC inclui uma fonte de calorconfigurada para transportar um fluido de aquecimento residual. O sistemaORC inclui um trocador de calor acoplado na fonte de calor. O trocador de calorinclui um evaporador configurado para receber o fluido de aquecimento residuala partir da fonte de calor e vaporizar o fluido de trabalho, em que o evaporadoré adicionalmente configurado para permitir a troca de calor entre o fluido deaquecimento, para reduzir o fluido de trabalho vaporizado e para produzir umfluxo de saída de evaporador compreendendo um fluido de aquecimentoresidual de temperatura mais baixa. O trocador de calor também inclui umsuper aquecedor configurado para receber o fluido de aquecimento residual detemperatura mais baixa a partir do evaporador e é adicionalmente configuradopara permitir a troca de calor entre o fluido de aquecimento residual detemperatura mais baixa e um fluido de trabalho de temperatura relativamentemais alta contido no super aquecedor e adicionalmente produzir um fluxo desaída de super aquecedor compreendendo um fluido de aquecimento residualde temperatura elevada, o trocador de calor incluindo um pré aquecedorconfigurado para receber o fluido de aquecimento de temperatura elevada apartir do super aquecedor e permitir a troca de calor com um fluido de trabalhode temperatura relativamente mais baixa em um estado líquido contido no préaquecedor.

De acordo com uma outra modalidade da invenção, é descrito ummétodo para limitar a temperatura de um fluido de trabalho abaixo de umatemperatura limite em um ORC. O método inclui introduzir o fluido deaquecimento residual em um trocador de calor, em que o trocador de calorinclui um evaporador, um super aquecedor e um pré aquecedor. O métodotambém inclui transportar o fluido de aquecimento residual dentro doevaporador para promover a troca de calor entre o fluido de aquecimentoresidual e o fluido de trabalho em uma temperatura elevada vaporizada dentrodo evaporador para produzir um fluxo de saída de evaporador incluindo umfluido de aquecimento residual de temperatura mais baixa. O método tambéminclui transportar o fluido de aquecimento residual de temperatura mais baixa apartir do evaporador para um super aquecedor para promover a troca de calorentre o fluido de aquecimento residual de temperatura mais baixa e um fluidode trabalho de temperatura relativamente mais alta contido no super aquecedore adicionalmente produzir um fluxo de saída do super aquecedor incluindo umfluido de aquecimento residual de temperatura elevada. O métodoadicionalmente inclui transportar o fluido de aquecimento residual detemperatura elevada a partir do super aquecedor para um pré aquecedor parapromover a troca de calor com um fluido de trabalho de temperaturarelativamente mais baixa em um estado líquido contido no pré aquecedor.

Desenhos

Essas e outras características, aspectos e vantagens da presenteinvenção irão ser melhor compreendidas quando a descrição detalhada aseguinte for lida com referência aos desenhos anexos, nos quais caracteressemelhantes representam partes semelhantes através de todos os desenhos,em que:

A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um sistema ORCconfigurado para limitar a temperatura de um fluido de trabalho abaixo de umatemperatura limite de acordo com uma modalidade da invenção;

A Figura 2 é uma ilustração gráfica de temperaturas de fluido detrabalho dentro de um trocador de calor empregando o sistema ORC na Figura1.

A Figura 3 é uma ilustração esquemática de um outro sistemaORC exemplificativo configurado para limitar a temperatura de um fluido detrabalho abaixo de uma temperatura limite de acordo com uma modalidade dainvenção;

A Figura 4 é uma representação gráfica de temperatura de fluidode trabalho dentro de um trocador de calor empregando o sistema ORC naFigura 3.

A Figura 5 é um fluxograma representando etapas em um métodopara limitar a temperatura de um fluido de trabalho abaixo de uma temperaturalimite em um ORC de acordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 6 é um fluxograma representando etapas em ummétodo para prover um sistema ORC de acordo com uma modalidade dainvenção.Descrição Detalhada

Como será discutido em detalhes abaixo, modalidades dainvenção incluem um sistema e método (ORC) de ciclo Rankine orgânico paralimitar a temperatura de um fluido de trabalho dentro do sistema, abaixo deuma temperatura limite. Em uma modalidade, o sistema e métodoproporcionam um fluido de aquecimento residual que flui em várias seções deum trocador de calor para capacitar uma troca de calor otimizada entre o fluidode aquecimento residual e o fluido de trabalho, desse modo impedindo o superaquecimento do fluido de trabalho. Em outra modalidade, o trocador de calorinclui características aperfeiçoadas internas e externas para prover a troca decalor otimizada entre o fluido de aquecimento residual e o fluido de trabalho.Deve ser observado que ambas as modalidades podem também serempregadas em conjunto uma com a outra. Como aqui utilizado, o termo"temperatura limite" se refere a temperaturas em uma faixa entre cerca de 250a cerca de 350 graus C.

Voltando para os desenhos, a Figura 1 é uma ilustraçãoesquemática de um sistema (ORC) de ciclo Rankine orgânico 10 configuradopara limitar a temperatura de um fluido orgânico 14 abaixo de uma temperaturalimite. O sistema 10 inclui uma fonte de calor 15 que transporta um fluido deaquecimento residual 18 em uma temperatura, por exemplo, entre cerca de 400a cerca de 600 graus C. O trocador de calor 20 é acoplado à fonte de calor 16e é configurado para facilitar a troca de calor entre o fluido de trabalho 14 e ofluido de aquecimento residual 18 em uma maneira que não sobre aquece ofluido de trabalho 14, como irá ser discutido em maiores detalhes abaixo. Otrocador de calor 20 inclui um evaporador 22, que recebe um fluxo de ar deentrada do fluido de trabalho 14 e vaporiza o fluido de trabalho 14. Oevaporador 22 recebe o fluido de aquecimento residual 18 a partir da fonte decalor 16 e promove a troca de calor entre o fluido de aquecimento residual 18 eo fluido de trabalho vaporizado 15 que está em uma temperatura relativamentemais baixa, por exemplo, entre cerca de 150 graus C a cerca de 300 graus C eproduz um fluido de saída de evaporador incluindo um fluido de aquecimentoresidual de temperatura mais baixo 23 e um fluido de trabalho de temperaturaelevada 25. Em uma modalidade, a temperatura do fluido de trabalho detemperatura elevada 25 saindo do evaporador 22 é de cerca de 230 graus C.em uma outra modalidade exemplificativa, o fluido de aquecimento residual 18e o fluido de trabalho 25 estão em uma configuração de fluxo paralela noevaporador 22. O termo "configuração de fluxo paralela" se refere ao calorsendo transferido a partir de uma entrada da fonte de calor 16 para um entradado evaporador 22 e, do mesmo modo, a partir de uma saída da fonte de calor16 para a saída do evaporador 22.

O fluxo de saída de evaporador do evaporador 22 é transportadopara um super aquecedor 24. O super aquecedor 24 adicionalmente aquece ofluido de trabalho de temperatura elevada 25 para produzir um fluido detrabalho 29 em uma temperatura relativamente mais alta dentro do trocador decalor 20 comparado com as temperaturas do fluido de trabalho no evaporador22 e um pré aquecedor 28. O super aquecedor 24 promove a troca de calorentre o fluido de trabalho de temperatura relativamente mais alta 29 e o fluidode trabalho de temperatura mais baixa 23 para produzir um fluxo e saída desuper aquecedor incluindo um fluido de aquecimento residual de temperaturaelevada 27. Deve ser observado que o fluido de aquecimento residual 18diretamente a partir da fonte de calor 16 está em uma temperatura maiselevada comparando com o fluido de aquecimento residual de temperaturamais baixa 23 entrando o super aquecedor 24. Aqui, ao permitir que o fluido deaquecimento residual 18 entre o evaporador 22 antes da entrada do superaquecedor 24, o contato de um fluido de trabalho de temperatura relativamentemais alta 29 contido no super aquecedor 24 com o fluido de aquecimentoresidual 18 a partir da fonte de calor 16, que está também em uma temperaturarelativamente mais alta, é impedido. Assim, uma degradação potencial do filmedo fluido de trabalho devido ao contato com o fluido residual de temperaturarelativamente mais alto 18 a partir da fonte de calor 16 é eliminado.

O fluido de aquecimento residual de temperatura elevada 27 sai apartir do super aquecedor 24 e é transportado para o pré aquecedor 28. Emuma modalidade, a temperatura do fluido de aquecimento residual detemperatura elevada 27 saindo do super aquecedor está entre cerca de 375 acerca de 425 graus C. O pré aquecedor 28 contém um fluido de trabalho detemperatura relativamente mais baixa 29 em um estado líquido e promove atroca de calor entre o fluido de trabalho de temperatura relativamente maisbaixa 29 e o fluido residual de temperatura elevada 27 resultando em um fluidoresidual de temperatura relativamente mais baixa 31 saindo do trocador decalor 20. Em uma modalidade, o fluido de trabalho de temperaturarelativamente mais baixa 29 e o fluido residual de temperatura elevada 27estão em uma configuração contrária ao fluxo no pré aquecedor 28. Em umamodalidade atualmente contemplada, o fluido de trabalho 14 é umhidrocarboneto. Exemplos não Iimitativos de hidrocarbonetos incluem pelomenos um selecionado a partir de um grupo de ciclo pentano, n-pentano,propano, butano, n-hexano e ciclo hexano. Em uma outra modalidade, a fontede calor inclui um exaustor de uma turbina de gás. Em ainda uma outramodalidade, o fluido de aquecimento residual está em um estado gasoso.

A Figura 2 é uma ilustração gráfica 50 das temperaturas 52 de umfluido de aquecimento residual, das temperaturas de filme 54 de um fluido detrabalho e das temperaturas globais 56 do fluido de trabalho nas seções do préaquecedor, do evaporador e do super aquecedor de um trocador de calorempregando as disposições de fluxo na Figura 1. A ilustração gráfica 50 é umresultado de simulação. O eixo geométrico X 51 representa o comprimento dofluxo como uma fração do comprimento total do trocador de calor, enquanto oeixo geométrico Y 53 representa temperaturas em graus C. Como ilustrado, astemperaturas 52 do fluido de aquecimento residual aumentam a partir de 100graus C no comprimento de fluxo mínimo na seção de pré aquecedor 58 acerca de 510 graus C em um comprimento de fluxo de 1 unidade na seção dosuper aquecedor 62. De forma similar, as temperaturas de filme 54 do fluido detrabalho em contato com o fluido de aquecimento residual aumentam a partirde cerca de 80 graus C no pré aquecedor 58 para variar entre cerca de 244graus C a cerca de 273 graus C no evaporador 60 e, adicionalmente paraalcançar uma temperatura de cerca de 240 graus C no super aquecedor 62,que está bem abaixo de uma temperatura limite no fluido de trabalho. Astemperaturas globais 56 do fluido de trabalho também aumentam a partir decerca de 72 graus C no pré aquecedor para variar entre cerca de 233 graus C e231 graus C no evaporador e, adicionalmente, alcançar uma temperatura decerca de 240 graus C no super aquecedor. Uma folga menor entre atemperatura global e a temperatura de filme do fluido de trabalho,especialmente na seção do super aquecedor, é claramente indicativa de umaestabilidade maior da temperatura de filme no super aquecedor e limitando atemperatura para um limite seguro.

A Figura 3 é uma ilustração esquemática de uma outramodalidade exemplificativa de um sistema ORC 70 para limitar a temperaturade um fluido de trabalho 71 abaixo de uma temperatura limite. Uma fonte decalor 74 introduz o fluido de aquecimento residual 76 em um trocador de calor78. O trocador de calor 78 inclui múltiplas características aperfeiçoadasexternas 82 e/ou internas 84. Na modalidade ilustrada, as característicasincluem palhetas. As características aperfeiçoadas externas são configuradaspara reduzir um primeiro coeficiente de transferência de calor entre o fluido detrabalho 71 e o fluido de aquecimento residual 76, externas ao trocador decalor 78. Um exemplo não Iimitativo das características de aperfeiçoamentoexternas inclui palhetas. De forma similar, as características aperfeiçoadasinternas são configuradas para aumentar um segundo coeficiente detransferência de calor entre o fluido de trabalho 71 e o fluido de aquecimentoresidual 76, interno ao trocador de calor 78. Exemplos não Iimitativos dascaracterísticas de aperfeiçoamento internas incluem palhetas internas,turbuladores ou superfícies de aquecimento. Em uma modalidade, o trocadorde calor 78 inclui um pré aquecedor, um evaporador e um super aquecedor.

Como ilustrado aqui, o fluido de trabalho 71 entra em um préaquecedor 92 em um estado líquido. O pré aquecedor 92 inclui palhetas 93externas e espaçadas de modo uniforme em comprimentos iguais com relaçãouma a outra. Adicionalmente, o fluido de trabalho 71 entra em um evaporador94. Uma parte 96 do evaporador 94 inclui palhetas 98 externas emcomprimentos mais curtos do que àqueles do pré aquecedor 92 euniformemente espaçadas. Uma parte 102 do evaporador inclui palhetasexternas 104 e palhetas internas 106. As palhetas externas 102 têmcomprimentos mais curtos do que àqueles das palhetas 98 e são tipicamenteespaçadas de modo uniforme. As palhetas internas 106 são dispostas paraaumentar um primeiro coeficiente de transferência de calor entre o fluido detrabalho 71 e o fluido de aquecimento residual 76, enquanto reduzindo umatemperatura de parede do evaporador experimentada por um filme do fluido detrabalho 71. Em uma modalidade particular, o primeiro coeficiente detransferência de calor varia entre cerca de 3000 a cerca de 5000 VWm2-K nolado fluido, e tem um valor de aproximadamente 100 VWm2-K no lado do fluidode aquecimento residual, na modalidade na qual àquele fluido é um gás. A áreadas palhetas e reduzida nas seções do trocador de calor 78, onde o fluido detrabalho 71 é vulnerável a super aquecimentos. De forma similar, de modo acompensar, a área das palhetas é aumentada nas seções onde o fluido detrabalho 71 não é vulnerável ao super aquecimento e para reduzir um segundocoeficiente de transferência de calor externo ao trocador de calor 78. Em umamodalidade exemplificativa, o segundo coeficiente de transferência de calorvaria entre cerca de 20000 a cerca de 40000 VWm2-K no lado fluido, e tem umvalor de aproximadamente 100 WZm2-K no lado do fluido de trabalho, namodalidade na qual aquele fluido é um gás. Adicionalmente, poucas ounenhumas palhetas externas são dispostas em um super aquecedor 108,apesar de palhetas internas 110 poderem ser dispostas. Em uma modalidadeexemplificativa, um terceiro coeficiente de transferência de calor, no lado dofluido de trabalho do super aquecedor, tem um valor de aproximadamente15000 W/m2-K.

A Figura 4 é uma ilustração gráfica esquemática 120 detemperaturas exempIificativas de um fluido de trabalho em um pré aquecedor,evaporador e um super aquecedor de um trocador de calor 78 (Figura 3). Oeixo geométrico X 122 representa várias seções do trocador de calor,especificamente, o pré aquecedor 124 (também chamado de "eco" na Figura4), o evaporador 126 (também chamado de "boiler" na Figura 4), e o superaquecedor 128. O eixo geométrico Y 130 representa a temperatura em grausC. A curva 134 representa a temperatura de um fluido de aquecimento residuala partir de um exaustor. A temperatura em uma saída de exaustor,representada pelo número de referência 136, aumenta escalonadamenteatravés do pré aquecedor, do evaporador e do super aquecedor na localizaçãoda saída de exaustão, representada pelo número de referência 138. De formasimilar, a curva 140 representa a temperatura do fluido de trabalho aumentandoda partida de uma entrada do fluido de trabalho, representada pelo número dereferência 142, em um pré aquecedor 124, para alcançar um estado estável144 no evaporador 126 e, adicionalmente, aumentando de forma gradual, comoilustrado por 136, no super aquecedor 128. Deve ser observado que atemperatura do fluído de trabalho é mantida abaixo de uma temperatura limite,indicada pela linha horizontal 150 no evaporador e no super aquecedor.

A figura 5 é um fluxograma representando as etapas em ummétodo exemplificativo 170 para limitar a temperatura de um fluido de trabalhoabaixo de uma temperatura limite em um sistema ORC. O método 170 incluiintroduzir o fluido de aquecimento residual em um trocador de calor na etapa172, em que o trocador de calor inclui um evaporador, um super aquecedor eum pré aquecedor. O fluido de aquecimento residual é transportado noevaporador na etapa 174 para promover a troca de calor entre o fluido deaquecimento residual e o fluido de trabalho em uma temperatura elevadavaporizada dentro do evaporador para produzir um fluxo de saída deevaporador incluindo um fluido de aquecimento residual de temperatura maisbaixa. Em uma modalidade particular, o fluido de aquecimento residual étransportado em uma configuração de fluxo paralela com o fluido de trabalhono evaporador. O fluido de aquecimento residual de temperatura mais baixa éentão transportado a partir do evaporador para um super aquecedor na etapa176 para promover a troca de calor entre o fluido de aquecimento residual detemperatura mais baixa e um fluido de aquecimento residual de temperaturarelativamente mais alta contida no super aquecedor e, adicionalmente, produzirum fluxo de saída de super aquecedor incluindo um fluido de aquecimentoresidual de temperatura elevada. Em uma modalidade, o fluido de aquecimentoresidual de temperatura mais baixa é transportado em uma temperatura entrecerca de 425 a cerca de 475 graus C. O fluido de aquecimento residual detemperatura elevada é adicionalmente transportado a partir do superaquecedor em um pré aquecedor na etapa 178 para promover a troca de calorcom um fluido de trabalho de temperatura relativamente mais baixo em umestado líquido contido no pré aquecedor. Em uma outra modalidade, o fluido deaquecimento residual de temperatura mais baixa e o fluido de aquecimentoresidual de temperatura elevada são transportados para o super aquecedor e opré aquecedor respectivamente em uma configuração de contra fluxo com ofluido de trabalho.

A Figura 6 é um fluxograma representando as etapas em ummétodo 190 para prover um sistema de ciclo Rankine orgânico para limitar atemperatura de um fluido de trabalho abaixo de uma temperatura limite. Ométodo 190 inclui prover uma fonte de calor configurada para transportar ofluido de aquecimento residual na etapa 192. Um trocador de calor acoplado nafonte de calor é provido na etapa 194. O trocador de calor inclui múltiplas depelo menos uma das características de aperfeiçoamento internas ou externas,em que as características de aperfeiçoamento externas são configuradas parareduzirem um primeiro coeficiente de transferência de calor entre o fluido detrabalho e o fluido de aquecimento residual a partir de uma fonte de calor,externa ao trocador de calor. Adicionalmente, as características deaperfeiçoamento internas são configuradas para aumentarem um segundocoeficiente de transferência de calor entre o fluido de trabalho e o fluido deaquecimento residual a partir de uma fonte de calor, interna ao trocador decalor. Em uma modalidade, prover um trocador de calor inclui prover pelomenos um de um pré aquecedor, um evaporador ou um super aquecedor. Emuma outra modalidade, as características de aperfeiçoamento externas incluempalhetas. Em ainda outra modalidade, as características de aperfeiçoamentointernas incluem palhetas, turbuladores e superfícies de aquecimento.

As várias modalidades de um sistema e método de ciclo Rankineorgânico para limitar a temperatura do fluido de trabalho proporcionam um meioaltamente eficiente para impedir o super aquecimento e a decomposição dofluido de trabalho. O método e sistema também eliminam o uso de um ciclo defluido intermediário comumente usado, assim reduzindo a complexidade e oscustos de capital. As técnicas também permitem a impressão reduzida de umaplanta, permitindo o uso em uma grande variedade de aplicações tal como,mas não limitadas a, plataformas de petróleo fora da costa, onde o espaço éum prêmio.

Claro, deve ser entendido que não necessariamente todos de taisobjetivos ou vantagens descritos acima podem ser obtidos de acordo comqualquer modalidade particular, assim, por exemplo, aqueles versados natécnica irão reconhecer que os sistemas e técnicas descritos aqui podem sercorporificados ou executados em uma maneira que obtêm ou aperfeiçoam umavantagem ou grupo de vantagens como ensinado aqui, sem necessariamentealcançar outros objetivos ou vantagens como podem ser ensinados ousugeridos aqui.

Adicionalmente, uma pessoa versada na técnica irá reconhecer acapacidade de intercâmbio das várias características das diferentesmodalidades. Por exemplo, o uso de uma configuração de fluxo paralelo entreo fluido de trabalho e o fluido de aquecimento residual descrito com relação auma modalidade pode ser adaptado para uso com um trocador de calorincluindo características de aperfeiçoamento externas e características deaperfeiçoamento internas descritas com relação uma a outra. De forma similar,as várias características descritas, bem como outros equivalentes conhecidospara cada uma das características, podem ser misturadas e conjugadas poruma pessoa versada na técnica para construir sistema e técnicas adicionais deacordo com os princípios dessa descrição.

Apesar de somente certas características da invenção terem sidoilustradas e descritas aqui, muitas modificações e mudanças irão ocorrer poraqueles versados na técnica. Deve, portanto, ser entendido que asreivindicações anexas são pretendidas para cobrirem todas de taismodificações e mudanças quando estando dentro do verdadeiro espírito dainvenção.

Claims

1. SISTEMA DE CICLO RANKINE ORGÂNICO (10),configurado para limitar a temperatura de um fluido de trabalho (14) abaixo deuma temperatura limite, o sistema de ciclo Rankine orgânico (10)compreendendo:uma fonte de calor (16) configurada para conduzir um fluido deaquecimento residual (18);um trocador de calor (20) aco piado na fonte de calor (16), otrocador de calor (20) compreendendo:um evaporador (22) configurado para receber o fluido deaquecimento residual (18) a partir da fonte de calor (16) e vaporizar o fluido detrabalho (14), o evaporador (22) sendo adicionalmente configurado parapromover a troca de calor entre o fluido de aquecimento residual (18) e o fluxode trabalho vaporizado (25) em uma temperatura elevada e adicionalmenteproduzir um fluxo de saída de evaporador compreendendo um fluido deaquecimento residual de temperatura mais baixa;um super aquecedor (24) configurado para receber o fluido deaquecimento residual de temperatura mais baixa (23) a partir do evaporador(22), o super aquecedor (24) sendo adicionalmente configurado para permitir atroca de calor entre o fluido de aquecimento residual de temperatura maisabaixa (23) e um fluxo de trabalho de temperatura relativamente mais alta (25)contido no super aquecedor (24) e adicionalmente produzir um fluxo de saídade super aquecedor compreendendo um fluido de aquecimento residual detemperatura elevada (27); eum pré aquecedor (28) configurado para receber o fluido deaquecimento residual de temperatura elevada (27) a partir do super aquecedor(24) e permitir a troca de calor com um fluido de aquecimento residual detemperatura relativamente mais baixa em um estado líquido contido no préaquecedor (28).

2. SISTEMA (10), de acordo com a reivindicação 1, em que atemperatura do fluido de aquecimento residual (18) introduzido no evaporador(22) compreende uma faixa entre cerca de 450 a cerca de 600 graus C.

3. SISTEMA (10), de acordo com a reivindicação 1, em que atemperatura do fluido de aquecimento residual de temperatura mais baixa (23)saindo do evaporador (22) compreende uma faixa entre cerca de 425 a cercade 475 graus C.

4. SISTEMA (10), de acordo com a reivindicação 1, em que atemperatura do fluido de trabalho (14) saindo do evaporador (22) compreendecerca de 230 graus C.

5. SISTEMA (10), de acordo com a reivindicação 1, em que atemperatura do fluido de aquecimento residual de temperatura elevada (23)saindo do super aquecedor (24) compreende uma faixa entre cerca de 375 acerca de 425 graus C.

6. SISTEMA (10), de acordo com a reivindicação 1, em que opré aquecedor (28) é configurado para aquecer o fluido de trabalho em umestado líquido.

7. MÉTODO (170) PARA LIMITAR A TEMPERATURA DEUMFLUIDO DE TRABALHO, abaixo de uma temperatura limite em um ciclorankine orgânico, compreendendo:introduzir (172) fluido de aquecimento residual em um trocador decalor, o trocador de calor compreendendo um evaporador; um super aquecedore um pré aquecedor; transportar (174) o fluido de aquecimento residual no evaporadorpara promover a troca de calor entre o fluido de aquecimento residual e o fluidode trabalho em uma temperatura elevada vaporizada dentro do evaporadorpara produzir um fluxo de saída de evaporador compreendendo um fluido deaquecimento residual de temperatura mais baixa;conduzir (176) o fluido de aquecimento residual de temperaturamais baixa do evaporador para um super aquecedor para promover a troca decalor entre o fluido de aquecimento residual de temperatura mais baixa e umfluido de trabalho de temperatura relativamente mais alta contido no superaquecedor e adicionalmente produzir um fluxo de saída de super aquecedorcompreendendo um fluido de aquecimento residual de temperatura elevada; econduzir (178) o fluido de aquecimento residual de temperaturaelevada do super aquecedor para um pré aquecedor para promover a troca decalor com um fluido de trabalho de temperatura relativamente mais baixa emum estado líquido contido no pré aquecedor.

8. MÉTODO (170), de acordo com a reivindicação 7, em queo dito transportador (174) do fluido de aquecimento residual no evaporadorcompreende conduzir o fluido de aquecimento residual em um fluxo paralelocom o fluido de trabalho no evaporador.

9. MÉTODO (170), de acordo com a reivindicação 7, em queo dito transportador (176) compreende conduzir o fluido de aquecimentoresidual de temperatura mais baixa a partir do evaporador no super aquecedorem uma temperatura entre cerca de 425 a cerca de 475 graus C.

10. MÉTODO (170), de acordo com a reivindicação 7, em queo dito transportador (178) compreende conduzir o fluido de aquecimentoresidual elevado do super aquecedor no pré aquecedor em uma temperaturaentre cerca de 375 e cerca de 425 graus C.