JP2008506893A - 熱から有用なエネルギーへの効率的な変換 - Google Patents
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Abstract
Description
約170〜200°F)の同様の温度では比較的低温または微温であると考えられる。詳細には、従来の流体流の最も低温の点は、通常、ブラインの低温部分(即ち、低温テール)によって効率的に加熱するには温か過ぎる。したがって、約76.7〜93.3℃(約170〜200°F)のブラインを廃棄することによって、従来の熱システムは、より効率的となる傾向がある。
るものと考えられる。対照的に、DCSS 103は、一般に膨張後の消費流を冷却された流体流に冷却するもの、またパワーサブシステム101中の多成分流として後に使用するのに適切に流体流を加熱するものと考えられる。また、図1には、流体が凝縮されシステムの熱交換器により加熱されるときの、伝熱システム100の全体を通じる多成分流(流体流および熱源流の両方について)の方向も示す。
約170〜200°F)の温度範囲と関連付けられる。別の実施形態では、ポイント54の熱源流のパラメータは約54.4〜121.1℃(約130〜250°F)の温度範囲と関連付けられる。ポイント54では、熱源流は従来の「低温テール」のパラメータの状態にあるので、普通は廃棄される。しかしながら、以下の説明からより完全に理解されるように、熱源流がポイント54から熱交換器405を通じてポイント55まで至るように、システム100がこの低温テールを効率的に使用することが可能である。熱交換器405は低温テールから熱を伝達するので、熱交換器405を「残留熱交換器」と呼ぶ。
復再加熱のためにポイント60へ送られる。しかしながら、このシステム100では、ポイント38の消費流は、さらにDCSS 103を用いて冷却される。
ト9の液体成分が熱交換器403により多成分流をポイント21からポイント29まで加熱するのに充分に高温ではない場合、ポイント15からのより高温の蒸気成分流の多くの部分をポイント9の液体成分流に加えて、ポイント10のパラメータを有するより高温の流れを生成することが可能である。あるいは、ポイント9の液体成分が熱交換器403に必要なほどに充分に熱い場合、ポイント15にて蒸気との混合を行う必要はない。したがって、そのような混合は随意であり、関連する運転条件に依存する。
混合を可能とすることによって、システム100が作動流において低温テール(即ち、ポイント54〜55)を効率的に使用することが可能となる。さらに、本発明の実施形態では、タービン501および502などにおける追加のパワーのために低熱源流が有効に使用される。
Claims (30)
- 廃熱をエネルギーに変換するための伝熱システムであって、
熱源流に伝達可能に結合されたパワーサブシステムと、
パワーサブシステムに伝達可能に結合された蒸留凝縮サブシステムと、
パワーサブシステムおよび蒸留凝縮サブシステムに伝達可能に結合され、パワーサブシステムからの低温テールを使用して蒸留凝縮サブシステムからの作動流を加熱する残留熱交換器と、からなる伝熱システム。 - 作動流は水およびアンモニアのうちの1つ以上を含む混合物など、各々が異なる沸点を有する複数の成分の混合物からなる請求項1に記載の伝熱システム。
- 熱源流は地熱孔から発生するブラインのうちの1つ以上を含む流体物質である請求項1に記載の伝熱システム。
- 蒸留凝縮サブシステムは中間流の蒸気成分を液体成分からほぼ分離するように構成された分離装置を含む請求項1に記載の伝熱システム。
- 蒸留凝縮サブシステムは中間流に適切な温度を得るために蒸気成分を液体成分と随意に再結合するように構成されている請求項4に記載の伝熱システム。
- 蒸留凝縮サブシステムは、低温テールに用いるのに適切な温度まで中間流が作動流を加熱するように、中間流の分離装置の通過後に中間流から作動流に熱を伝達する熱交換器を含む請求項5に記載の伝熱システム。
- パワーサブシステムは作動流により発電を行うように構成された複数のタービンを含む請求項1に記載の伝熱システム。
- パワーサブシステムは、熱源流のうちの少なくとも一部が複数の対応する熱交換器の各々を通過して作動流を加熱するように、複数のタービンの各々に隣接して位置する複数の対応する熱交換器を含む請求項7に記載の伝熱システム。
- 廃熱を有用なエネルギーに変換する方法であって、
電力サブシステムにて1つ以上の熱交換器へ熱源流を受け取る工程と、熱源流は低温テールまで冷却されることと、
蒸留凝縮サブシステムにてパワーサブ層からの消費流を冷却する工程と、消費流は中間流まで冷却されることと、
熱源流の低温テールによって作動流を加熱することが可能であるように、中間流のうちの少なくとも一部によって多成分流を加熱する工程と、からなる方法。 - 複数の対応するタービンに隣接する複数の熱交換器を通じて作動流を案内するときに熱源流を用いて作動流を加熱するように、熱源流を受け取るときに熱源流を分割する工程を含む請求項9に記載の方法。
- 熱交換器にて消費流によって中間流を加熱する工程と、中間流は蒸気成分と液体成分とからなることと、を含む請求項9に記載の方法。
- 中間流のうちの少なくとも一部はほぼ液体成分からなるように、加熱した中間流をほぼ蒸気成分とほぼ液体成分とに分割する工程を含む請求項11に記載の方法。
- 低温テールによってさらに加熱されるのに適切な温度まで作動流が加熱されるように、ほぼ蒸気成分によって中間流のうちの少なくとも一部の温度を随意に変更する工程を含む請求項12に記載の方法。
- 熱力学サイクルを実施する方法であって、
多成分のガス状の作動流を膨張させ、そのエネルギーを使用可能な形態に変換して、消費流を生成する作動流膨張工程と、
蒸留凝縮サブシステムにおいて消費流を凝縮させて、凝縮流を生成する消費流凝縮工程と、
凝縮流を加圧して、多成分流を生成する凝縮流加圧工程と、
蒸留凝縮サブシステムからの流体によって多成分流を加熱する多成分流加熱工程と、
多成分流加熱工程に続き、熱源流の低温テールによって作動流を加熱する作動流加熱工程と、からなる方法。 - 作動流加熱工程に続き、作動流を第1の流れと第2の流れとに分割する工程を含む請求項15に記載のパワーサブシステム。
- 第1の流れは熱源流によって加熱される請求項15に記載のパワーサブシステム。
- 第2の流れは消費流によって加熱される請求項15に記載のパワーサブシステム。
- 熱源流の低温テールが効率的に利用されるように熱源流からの熱を伝達するように構成された蒸留凝縮サブシステムであって、
消費流が冷却され、中間流が加熱されてほぼ蒸気成分と、ほぼ液体成分とになるように、消費流から中間流へ熱を伝達するように構成された1つ以上の熱交換器と、
パワーサブシステムを蒸留凝縮サブシステムへ動作可能に結合することによって、中間流から作動流へ熱を伝達する中間熱交換器と、
熱源流の低温テールを利用して多成分流を加熱する熱交換器と、
熱源流は蒸留凝縮サブシステムが存在しない場合より低い温度でシステムから出て行くことと、からなる蒸留凝縮サブシステム。 - 中間流がほぼ液体成分からなるように、ほぼ液体成分からほぼ蒸気成分を分離するように構成された分離装置を含む請求項18に記載の蒸留凝縮サブシステム。
- 作動流が適切な温度にされるように、分離装置は蒸気成分によって中間流を随意に加熱するように構成されている請求項18に記載の蒸留凝縮サブシステム。
- 熱源流の低温テールを利用して多成分流を加熱する熱交換器は残留熱交換器を含む請求項18に記載の蒸留凝縮サブシステム。
- 約摂氏121.1度(華氏250度)から約摂氏426.7度(華氏800度)の入口温度を有し、低沸点成分および高沸点成分を有する多成分作動流の蒸留および凝縮を含むパワーサブシステム(DCSS)を有する熱力学サイクルを通過する熱源流による残留熱を利用することによって、熱力学サイクルの有用な出力を増大させる方法であって、(i)高沸点成分と比較して低沸点成分の少ない希薄流を、高沸点成分と比較して低沸点成分の多い濃縮流と混合する工程と、(ii)極希薄流をパワーサブ層の消費作動流と混合する工程と、該工程はパワーサブ層をDCSSと結合することによって、該熱力学サイクルからDCSSが除去される場合の対応する出口温度と比較して該熱力学サイクルから出て行くときに熱源流がより低い出口温度を有することを含むことと、からなる方法。
- 熱源流との最初の熱交換関係を通じた後、作動流はその沸点または沸点近傍の温度を有する請求項22に記載の方法。
- 作動流を2つの別個の部分に分割する前に作動流はその沸点または沸点近傍の前記温度を有し、一方の部分は他方の部分が熱源流との2度目の熱交換関係を通じた後、2つの部分が再結合される前に、消費作動流との熱交換関係を通じる請求項23に記載の方法。
- 前記熱力学サイクルは、
作動流が熱源流との最初の熱交換関係を通じた後、作動流を2つの別個の部分に分割する工程を含み、一方の部分は他方の部分が熱源流との2度目の熱交換関係を通じた後、2つの部分が再結合される前に、消費作動流との熱交換関係を通じる請求項23に記載の方法。 - 予熱する工程は作動流を極希薄流との熱交換関係を通じさせることによって行われる請求項22に記載の方法。
- 極希薄流を消費流と混合する工程は作動流を極希薄作動流によって予熱する工程の後に行われる請求項26に記載の方法。
- 予熱する工程の前に作動流はDCSSの高圧凝縮器を通過する請求項7に記載の方法。
- 消費作動流は極希薄流との混合の前にDCSSにおいて中間希薄流との熱交換関係を通じる請求項22に記載の方法。
- 極希薄流との混合による中間希薄流の形成の後、消費作動流はDCSSの低圧凝縮器を通過する請求項22に記載の方法。
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