JP2012031863A - Fire extinguishing system for an organic rankine cycle hydrocarbon evaporator - Google Patents

Fire extinguishing system for an organic rankine cycle hydrocarbon evaporator Download PDF

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Matthew Alexander Lehar
マシュー・アレキサンダー・リハー
Thomas Johannes Frey
トマス・ヨハネス・フレイ
Gabor Ast
ゲーボー・アスト
Pierre Sebastien Huck
ピエール・セバスティエン・ハック
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic Rankine cycle energy recovery system including features which provide for fire suppression and/or ignition suppression in the event of an unintentional release of a flammable component of the system, for example a flammable working fluid such as cyclopentane, into a part of the of the system in which the prevailing temperature is higher than the autoignition temperature of the flammable component.SOLUTION: The organic Rankine cycle energy recovery system 10 includes an inert gas source 34 disposed upstream of a hydrocarbon evaporator and configured to purge the contents of the hydrocarbon evaporator with an inert gas on detection of a leak thereby.

Description

本発明は一般に、有機ランキンサイクルエネルギー回収システムに関し、より具体的には、蒸発装置および該蒸発装置を使用してエネルギーを回収する方法に関する。   The present invention relates generally to organic Rankine cycle energy recovery systems, and more specifically to an evaporator and a method of recovering energy using the evaporator.

多くの人間活動によって発生するいわゆる「廃熱」は、価値がありながらしばしば十分には利用されていない資源である。廃熱源には、煙道ガスを含むさまざまなタイプの熱燃焼排ガスが含まれる。タービンなどの工業用ターボ機械はしばしば、熱排ガス流の形態の回収可能な大量の廃熱を生み出す。   The so-called “waste heat” generated by many human activities is a resource that is valuable but often not fully utilized. Waste heat sources include various types of thermal combustion exhaust gas, including flue gas. Industrial turbomachines such as turbines often produce a large amount of recoverable waste heat in the form of a hot exhaust stream.

有機ランキンサイクルエネルギー回収システムは、例えばタービンの熱ガス流から廃熱を獲得し、回収された熱を望ましいパワー出力に変換するために、レトロフィット(retrofit)として配備されている。有機ランキンサイクルでは、閉ループ内で、一般に作動流体と呼ばれる有機流体に熱が伝達される。この廃熱と熱接触することによって作動流体は加熱され、蒸発し、次いでタービンなどの仕事抽出装置内で膨張し、この膨張中に、膨張している作動流体ガスからタービンの可動構成要素へ、膨張の運動エネルギーが伝達される。それによって機械エネルギーが生み出され、この機械エネルギーを例えば電気エネルギーへ変換することができる。次いで、そのエネルギー含量の一部をタービンへ伝達した作動流体ガスは凝縮されて液体状態となり、閉ループの加熱段へ戻されて再使用される。   Organic Rankine cycle energy recovery systems are deployed as retrofits, for example, to obtain waste heat from a turbine hot gas stream and convert the recovered heat to the desired power output. In the organic Rankine cycle, heat is transferred to an organic fluid, commonly called a working fluid, in a closed loop. Due to the thermal contact with this waste heat, the working fluid is heated and evaporated, and then expands in a work extraction device such as a turbine, during this expansion, from the expanding working fluid gas to the moving components of the turbine. Expansion kinetic energy is transmitted. This creates mechanical energy that can be converted into, for example, electrical energy. The working fluid gas, which has transferred a portion of its energy content to the turbine, is then condensed into a liquid state and returned to the closed loop heating stage for reuse.

このような有機ランキンサイクルエネルギー回収システムで使用される作動流体は一般に、シクロペンタンなどの低沸点炭化水素である。そのため、この作動流体は高温での分解を受けやすい。さまざまな用途において、有機ランキンサイクルエネルギー回収システムは、摂氏500度程度の初期温度を有する熱源ガスと作動流体とを、作動流体を含む熱交換管の壁などの熱伝達障壁を挟んで熱接触させることに依存する。   The working fluid used in such an organic Rankine cycle energy recovery system is generally a low boiling point hydrocarbon such as cyclopentane. Therefore, this working fluid is susceptible to decomposition at high temperatures. In various applications, the organic Rankine cycle energy recovery system makes a heat contact between a heat source gas having an initial temperature of about 500 degrees Celsius and a working fluid across a heat transfer barrier such as a wall of a heat exchange pipe containing the working fluid. Depends on that.

したがって、有機ランキンサイクルエネルギー回収システムを使用して、例えばガスタービンが発生させた熱排ガス流から廃熱を回収することには、排ガス流の温度が作動流体の自然発火温度よりも高いというジレンマがある。このような条件下では、有機ランキンサイクルエネルギー回収システムの構成要素の故障に起因する作動流体と排ガス流の直接接触が、火災および/または爆発の危険性を高めることがある。   Therefore, using an organic Rankine cycle energy recovery system to recover waste heat from, for example, a thermal exhaust gas stream generated by a gas turbine has the dilemma that the temperature of the exhaust gas stream is higher than the spontaneous ignition temperature of the working fluid. is there. Under such conditions, direct contact between the working fluid and the exhaust stream resulting from failure of the components of the organic Rankine cycle energy recovery system may increase the risk of fire and / or explosion.

米国特許第7503176号公報US Pat. No. 7,503,176

したがって、このようなシステム故障を予期し、危険性を低減させる適当な手段を提供する改良された有機ランキンサイクルシステムを提供することが求められている。   Accordingly, there is a need to provide an improved organic Rankine cycle system that anticipates such system failures and provides suitable means to reduce the risk.

一態様では、本発明は、(a)ハウジングと、熱源ガス入口と、熱源ガス出口と、作動流体入口と、作動流体出口と、作動流体入口および作動流体出口と流体連通した状態でハウジング内に配置された熱交換管とを備える蒸発装置と、(b)作動流体または作動流体の燃焼副生物を感知する能力を有する検出器と、(c)仕事抽出装置、(d)凝縮器と、(e)ポンプと、(f)蒸発器の上流に配置された不活性ガス源と、(g)検出器の出力を受け取るように構成されたコントローラと、(h)熱源ガスバイパスとを備え、コントローラが、不活性ガス源を作動させるように構成され、コントローラが、熱源ガスを熱源ガスバイパスへ迂回させるように構成され、コントローラが、蒸発器への作動流体の導入を妨げるように構成された有機ランキンサイクルエネルギー回収システムを提供する。   In one aspect, the present invention provides: (a) a housing, a heat source gas inlet, a heat source gas outlet, a working fluid inlet, a working fluid outlet, and a working fluid inlet and a working fluid outlet in fluid communication with the housing. An evaporator comprising a heat exchanger tube disposed; (b) a detector having the ability to sense a working fluid or combustion by-products of the working fluid; (c) a work extraction device; (d) a condenser; a controller comprising: e) a pump; (f) an inert gas source disposed upstream of the evaporator; (g) a controller configured to receive the output of the detector; and (h) a heat source gas bypass. Is configured to operate the inert gas source, the controller is configured to divert the heat source gas to the heat source gas bypass, and the controller is configured to prevent introduction of the working fluid into the evaporator. To provide a down Kin cycle energy recovery system.

他の態様では、本発明は、有機ランキンサイクルシステムからエネルギーを回収する方法であって、(i)作動流体を含む熱交換管を備える蒸発装置に熱源ガス導入するステップと、(ii)熱源ガスから作動流体へ熱を伝達して、加熱された作動流体を生成するステップと、(iii)加熱された作動流体から、蒸発装置の外側に位置する仕事抽出装置へ、エネルギーを伝達するステップと、(iv)作動流体を蒸発装置へ戻すステップとを含み、作動流体または作動流体の燃焼副生物を検出し、この検出に応答して信号を生成するように構成された有機ランキンサイクルエネルギー回収システム内で実施されるものであり、有機ランキンサイクルエネルギー回収システムが、検出器からの信号をコントローラで受け取るように構成され、コントローラが、この信号に応答して、蒸発器の上流の不活性ガス源を作動させるように構成され、コントローラが、この信号に応答して、熱源ガスを熱源ガスバイパスへ迂回させるように構成され、コントローラが、この信号に応答して、蒸発装置への作動流体の導入を妨げるように構成された方法を提供する。   In another aspect, the present invention is a method for recovering energy from an organic Rankine cycle system, comprising: (i) introducing a heat source gas into an evaporator comprising a heat exchange tube containing a working fluid; and (ii) a heat source gas. Transferring heat from the working fluid to produce a heated working fluid; (iii) transferring energy from the heated working fluid to a work extraction device located outside the evaporator; (Iv) returning the working fluid to the evaporator, and in the organic Rankine cycle energy recovery system configured to detect the working fluid or combustion by-products of the working fluid and generate a signal in response to the detection The organic Rankine cycle energy recovery system is configured to receive a signal from the detector at the controller; The controller is configured to activate an inert gas source upstream of the evaporator in response to this signal, and the controller is configured to divert the heat source gas to the heat source gas bypass in response to this signal. The controller is responsive to this signal to provide a method configured to prevent introduction of the working fluid into the evaporator.

他の態様では、本発明は、有機ランキンサイクルエネルギー回収システム内で使用される蒸発装置であって、ハウジングと、熱源ガス入口と、熱源ガス出口と、作動流体入口と、作動流体出口と、作動流体入口および作動流体出口と流体連通した状態でハウジング内に配置された熱交換管と、作動流体または作動流体の燃焼副生物を感知する能力を有する検出器とを備え、作動流体入口が、作動流体源と不活性ガス源の間で切替え可能であるように構成された弁に結合された蒸発装置を提供する。   In another aspect, the present invention is an evaporation apparatus for use in an organic Rankine cycle energy recovery system comprising a housing, a heat source gas inlet, a heat source gas outlet, a working fluid inlet, a working fluid outlet, A heat exchange tube disposed in the housing in fluid communication with the fluid inlet and the working fluid outlet, and a detector having the ability to sense the working fluid or combustion by-products of the working fluid; An evaporation device coupled to a valve configured to be switchable between a fluid source and an inert gas source is provided.

本発明のこれらの特徴、態様および利点、ならびにその他の特徴、態様および利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読んだときにより完全に理解される。添付図面全体を通じて、同様の符号は同様の部分を表す。   These features, aspects and advantages of the present invention, as well as other features, aspects and advantages will be more fully understood when the following detailed description is read with reference to the accompanying drawings. Like numerals refer to like parts throughout the drawings.

本発明の一実施形態に基づく有機ランキンサイクルエネルギー回収システムの概略図である。1 is a schematic diagram of an organic Rankine cycle energy recovery system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に基づく有機ランキンサイクルエネルギー回収システムの概略図である。1 is a schematic diagram of an organic Rankine cycle energy recovery system according to an embodiment of the present invention. 作動流体の漏出の検出に応答した有機ランキンサイクルエネルギー回収システムの本発明の一実施形態に基づく動作を示す流れ図である。6 is a flow diagram illustrating the operation of an organic Rankine cycle energy recovery system in response to detection of a working fluid leak according to an embodiment of the present invention.

以下の明細書および後に記載する特許請求の範囲では、いくつかの用語に言及し、それらの用語は以下の意味を有すると定義される。   In the following specification and in the claims that follow, reference is made to a number of terms that are defined to have the following meanings.

別段文脈により明らかでない限り、単数形「a」、「an」および「the」は、複数の指示物を含む。   Unless otherwise apparent by context, the singular forms “a”, “an”, and “the” include plural referents.

「適宜の」または「適宜」は、続いて記述される事象または状況が起こっても、または起こらなくてもよいこと、およびその記述が、その事象が起こる場合とその事象が起こらない場合とを含むことを意味する。   “As appropriate” or “as appropriate” means that the event or situation described below may or may not occur, and that the description may or may not occur. It means to include.

「頂部」、「底部」、「外側」、「内側」などの用語は便宜上の用語であり、これらの用語を限定語と解釈すべきではないことも理解される。さらに、本発明のある特定の特徴が、あるグループのいくつかの要素およびそれらの要素の組合せのうちの少なくとも1つを備え、またはあるグループのいくつかの要素およびそれらの要素の組合せのうちの少なくとも1つからなると言われているときには、その特徴は、そのグループのそれらの要素のうちの任意の要素を、個別に、またはそのグループの残りの要素のうちの任意の要素と組み合わせて備え、あるいは、そのグループのそれらの要素のうちの任意の要素から、個別に、またはそのグループの残りの要素のうちの任意の要素と組み合わせてなることができることが理解される。   It is also understood that terms such as “top”, “bottom”, “outside”, “inside” are terms for convenience and should not be construed as limiting terms. Further, certain features of the invention comprise at least one of a group of several elements and combinations of those elements, or of a group of several elements and combinations of those elements When said to consist of at least one, the feature comprises any of those elements of the group, individually or in combination with any of the remaining elements of the group, Alternatively, it is understood that any of those elements of the group can be made individually or in combination with any of the remaining elements of the group.

本明細書および特許請求の範囲の全体を通じて、その表現が関係する基本的機能の変化を生じさせることなしに支障なく変更することができる定量的表現を修飾するために、近似を表す言葉が使用されることがある。したがって、「約」などの1つまたは複数の用語によって修飾された値は、その指定された値に限定されない。ある場合には、近似を表す言葉が、その値を測定する機器の精度に対応することがある。同様に、ある用語と組み合わせて用語「無〜(free)」が使用されることがあり、この用語が、実質のない数、または痕跡量を含むこともあるが、それでも、修飾された用語は存在しないとみなされる。   Throughout this specification and the claims, approximate terms are used to modify a quantitative expression that can be changed without hindrance without causing a change in the underlying function to which the expression relates. May be. Thus, a value modified by one or more terms such as “about” is not limited to the specified value. In some cases, an approximation word may correspond to the accuracy of the instrument that measures the value. Similarly, the term “free” may be used in combination with a term, which may contain an insubstantial number or trace amount, but the modified term is still It is considered not to exist.

前述のとおり、一実施形態では、本発明は、(a)ハウジングと、熱源ガス入口と、熱源ガス出口と、作動流体入口と、作動流体出口と、作動流体入口および作動流体出口と流体連通した状態でハウジング内に配置された熱交換管とを備える蒸発装置と、(b)作動流体または作動流体の燃焼副生物を感知する能力を有する検出器と、(c)仕事抽出装置、(d)凝縮器と、(e)ポンプと、(f)蒸発器の上流に配置された不活性ガス源と、(g)検出器の出力を受け取るように構成されたコントローラと、(h)熱源ガスバイパスとを備え、コントローラが、不活性ガス源を作動させるように構成され、コントローラが、熱源ガスを熱源ガスバイパスへ迂回させるように構成され、コントローラが、蒸発器への作動流体の導入を妨げるように構成された有機ランキンサイクルエネルギー回収システムを提供する。   As described above, in one embodiment, the present invention is in fluid communication with (a) a housing, a heat source gas inlet, a heat source gas outlet, a working fluid inlet, a working fluid outlet, a working fluid inlet and a working fluid outlet. An evaporator comprising a heat exchange tube disposed in the housing in a state; (b) a detector having the ability to sense a working fluid or combustion by-products of the working fluid; (c) a work extraction device; (d) A condenser; (e) a pump; (f) an inert gas source located upstream of the evaporator; (g) a controller configured to receive the output of the detector; and (h) a heat source gas bypass. And the controller is configured to operate the inert gas source, the controller is configured to divert the heat source gas to the heat source gas bypass, and the controller prevents the introduction of the working fluid to the evaporator. An organic Rankine cycle energy recovery system configured.

図1は、本発明の一実施形態に基づく有機ランキンサイクルエネルギー回収システム10の概略図である。このシステムは、熱源ガス17(図2参照)を供給する熱源(図示せず)に結合された蒸発装置12を含む。本発明のさまざまな実施形態では、この熱源を、熱源ガス入口を通して蒸発装置へ導入することができるガス流を生成する目的に使用することができる任意の熱源とすることができる。例えば、ガスタービンを熱源とすることができ、ガスタービンからの排ガスを熱源ガスとして使用することができる。熱源にはこの他、住居、商業および工業環境で使用される排ガス生成機器、例えば衣類乾燥機、空気調和ユニット、冷凍ユニット、燃料燃焼中に生成されるガス流、例えば煙道ガスが含まれる。   FIG. 1 is a schematic diagram of an organic Rankine cycle energy recovery system 10 according to one embodiment of the present invention. The system includes an evaporator 12 coupled to a heat source (not shown) that supplies a heat source gas 17 (see FIG. 2). In various embodiments of the present invention, this heat source can be any heat source that can be used to generate a gas stream that can be introduced into the evaporator through a heat source gas inlet. For example, a gas turbine can be used as a heat source, and exhaust gas from the gas turbine can be used as a heat source gas. Other heat sources include exhaust gas generating equipment used in residential, commercial and industrial environments, such as clothes dryers, air conditioning units, refrigeration units, gas streams generated during fuel combustion, such as flue gas.

再び図1を参照すると、蒸発装置12は、ハウジング14、熱源ガス入口16、熱源ガス出口18、作動流体入口22および作動流体出口24を含む。ハウジングは、前記熱源ガス入口から前記熱源ガス出口までの熱源ガス流路を画定する。一実施形態では、この熱源ガス流路が、本質的に、ハウジングの壁と熱交換管20によって占有されていない蒸発装置の内部の空間とによって画定された蒸発装置の内部全体である。熱交換管20は、作動流体入口および作動流体出口と流体連通した状態でハウジング内に配置されている。一実施形態では、熱交換管20が熱源ガス流路内に配置される。他の実施形態では、熱交換管20が熱源ガス流路内に配置されない。   Referring again to FIG. 1, the evaporator 12 includes a housing 14, a heat source gas inlet 16, a heat source gas outlet 18, a working fluid inlet 22 and a working fluid outlet 24. The housing defines a heat source gas flow path from the heat source gas inlet to the heat source gas outlet. In one embodiment, this heat source gas flow path is essentially the entire interior of the evaporator defined by the walls of the housing and the interior space of the evaporator not occupied by the heat exchange tubes 20. The heat exchange tube 20 is disposed in the housing in fluid communication with the working fluid inlet and the working fluid outlet. In one embodiment, the heat exchange tube 20 is disposed in the heat source gas flow path. In other embodiments, the heat exchange tube 20 is not disposed in the heat source gas flow path.

図1および図2に示す実施形態では、熱交換管20が、単一の作動流体入口22と単一の作動流体出口24の間に配置された単一の管として示されている。しかしながら、本明細書で使用するとき、表現「作動流体入口および作動流体出口と流体連通した状態でハウジング内に配置された熱交換管」は、1つまたは複数の作動流体入口および1つまたは複数の作動流体出口と流体連通した状態で蒸発装置のハウジング内に配置された複数の熱交換管を含むことがある。   In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the heat exchange tube 20 is shown as a single tube disposed between a single working fluid inlet 22 and a single working fluid outlet 24. However, as used herein, the expression “a heat exchange tube disposed in the housing in fluid communication with the working fluid inlet and the working fluid outlet” refers to one or more working fluid inlets and one or more working fluid inlets. And may include a plurality of heat exchange tubes disposed in the evaporator housing in fluid communication with the working fluid outlet.

熱交換管20は、有機ランキンサイクル作動流体40(図2参照)を収容するように構成される。前述のとおり、図1に示した実施形態では、蒸発装置12が、熱源ガス17(図2参照)を供給するように構成された熱源(図示せず)に結合されており、作動流体40を過熱しない形での作動流体40と熱源ガスの間の熱交換を促進するため、熱源ガス17は、熱源ガス入口16から蒸発装置12に入り、熱源ガス流路70(図2参照)に沿って熱交換管20と接触する。一実施形態では、作動流体40が、熱交換管20の内部によって画定された作動流体流路(図示せず)に沿って移動する。一実施形態では、熱源ガスの温度が摂氏約375度から摂氏約450度である。   The heat exchange tube 20 is configured to contain an organic Rankine cycle working fluid 40 (see FIG. 2). As described above, in the embodiment shown in FIG. 1, the evaporator 12 is coupled to a heat source (not shown) configured to supply the heat source gas 17 (see FIG. 2), and the working fluid 40 is supplied to the working fluid 40. In order to facilitate heat exchange between the working fluid 40 and the heat source gas without overheating, the heat source gas 17 enters the evaporator 12 through the heat source gas inlet 16 and follows the heat source gas flow path 70 (see FIG. 2). Contact the heat exchange tube 20. In one embodiment, the working fluid 40 moves along a working fluid flow path (not shown) defined by the interior of the heat exchange tube 20. In one embodiment, the temperature of the heat source gas is from about 375 degrees Celsius to about 450 degrees Celsius.

前述のとおり、一実施形態では作動流体40が炭化水素である。炭化水素の非限定的な例には、シクロペンタン、n−ペンタン、イソペンタン、プロパン、ブタン、n−ヘキサンおよびシクロヘキサンが含まれる。他の実施形態では、作動流体40を、2種類以上の炭化水素の混合物とすることができる。一実施形態では、作動流体40が、例えばシクロヘキサン−プロパン、シクロヘキサン−ブタン、シクロペンタン−イソペンタン、シクロペンタン−ブタン、シクロペンタン−シクロヘキサン混合物などの2元流体である。他の実施形態では、作動流体40が、シクロペンタン、シクロヘキサンおよびそれらの混合物からなるグループから選択された炭化水素である。他の実施形態では、作動流体40が、シクロペンタンおよびシクロヘキサンからなるグループから選択された炭化水素である。   As described above, in one embodiment, the working fluid 40 is a hydrocarbon. Non-limiting examples of hydrocarbons include cyclopentane, n-pentane, isopentane, propane, butane, n-hexane and cyclohexane. In other embodiments, the working fluid 40 can be a mixture of two or more hydrocarbons. In one embodiment, the working fluid 40 is a binary fluid such as, for example, cyclohexane-propane, cyclohexane-butane, cyclopentane-isopentane, cyclopentane-butane, a cyclopentane-cyclohexane mixture. In other embodiments, the working fluid 40 is a hydrocarbon selected from the group consisting of cyclopentane, cyclohexane, and mixtures thereof. In other embodiments, the working fluid 40 is a hydrocarbon selected from the group consisting of cyclopentane and cyclohexane.

本発明が提供する有機ランキンサイクルエネルギー回収システムは検出器26を備え、この検出器は、システム内の1つまたは複数の位置に存在する作動流体あるいは作動流体の1種または数種の燃焼副生物を、たとえごく少量であっても検出する能力を有する。この開示の目的上、作動流体の燃焼によって発せられた光は燃焼副生物とみなされ、本発明のさまざまな実施形態では、この検出器が、蒸発装置内のこのような光を検出するように構成される。したがって、一実施形態では、この検出器が蒸発装置12内に配置される。代替実施形態では、この検出器が、有機ランキンサイクルエネルギー回収システムの蒸発装置12の下流のある部分、例えば蒸発装置から熱源ガスを除去するように構成された、熱源ガス出口の下流の配管の中に配置される。当業者は、さまざまなセンサおよび有機ランキンサイクルシステム設計に基づいて、検出器26を配置することができる他の適当な位置を思いつくことができる。   The organic Rankine cycle energy recovery system provided by the present invention comprises a detector 26, which is a working fluid or one or several combustion by-products of the working fluid present at one or more locations in the system. Has the ability to detect even small amounts. For the purposes of this disclosure, the light emitted by the combustion of the working fluid is considered a combustion byproduct, and in various embodiments of the invention, the detector detects such light in the evaporator. Composed. Thus, in one embodiment, this detector is placed in the evaporator 12. In an alternative embodiment, the detector is in a portion of the organic Rankine cycle energy recovery system downstream of the evaporator 12, such as in a pipe downstream of the heat source gas outlet configured to remove the heat source gas from the evaporator. Placed in. One skilled in the art can devise other suitable locations where the detector 26 can be placed based on various sensors and organic Rankine cycle system designs.

一実施形態では、検出器26が、光検出器、金属酸化物センサ、固体センサ、赤外分光検出器、紫外−可視分光検出器、熱電対などの温度センサ、光高温計、光ファイバセンサ、ガス温度を測定する抵抗性熱デバイス(resistive thermal device)および火炎検出器からなるグループから選択される。一実施形態では、検出器26が、作動流体の燃焼中に発せられた光を感知する能力を有する光検出器である。代替実施形態では、この検出器が赤外分光検出器を備える。   In one embodiment, the detector 26 is a photodetector, a metal oxide sensor, a solid state sensor, an infrared spectroscopic detector, an ultraviolet-visible spectroscopic detector, a thermocouple or other temperature sensor, an optical pyrometer, an optical fiber sensor, Selected from the group consisting of a resistive thermal device for measuring gas temperature and a flame detector. In one embodiment, the detector 26 is a photodetector having the ability to sense light emitted during combustion of the working fluid. In an alternative embodiment, the detector comprises an infrared spectroscopic detector.

本発明の有機ランキンサイクルエネルギー回収システムは、蒸発器の上流に不活性ガス源34を含む。不活性ガス源に関して使用されるとき、表現「蒸発器の上流」は、不活性ガスが蒸発装置に入ることが許されているときに、不活性ガスが、作動流体入口、例えば作動流体入口22を通って蒸発装置に入るように、不活性ガス源が構成されていることを意味する。一般に、不活性ガス源34および図2において要素72として示されている作動流体戻り管路はともに、コントローラ36にリンクされた多方弁(multi−way valve)46に結合される。コントローラは、不活性ガス源34から熱交換管20の内部への流体の流入に関して多方弁が開いているときには、熱交換管20の内部への作動流体40(図2)の流入に関して多方弁46が閉じているように、多方弁46の状態を制御する。一実施形態では、多方弁46が2方弁である。このように、本発明が提供する有機ランキンサイクルエネルギー回収システムは、蒸発装置への作動流体の流入と不活性ガス源からの流体の流入とが相互排除であるように構成される。この相互排除原則、およびコントローラが多方弁46の状態を制御することにより、さまざまな実施形態において、コントローラは、蒸発器への作動流体の導入を妨げるように構成されていると言われる。   The organic Rankine cycle energy recovery system of the present invention includes an inert gas source 34 upstream of the evaporator. When used in reference to an inert gas source, the expression “upstream of the evaporator” means that when the inert gas is allowed to enter the evaporator device, the inert gas is introduced into the working fluid inlet, eg, the working fluid inlet 22. Means that the inert gas source is configured to pass through the evaporator. In general, both the inert gas source 34 and the working fluid return line shown as element 72 in FIG. 2 are coupled to a multi-way valve 46 linked to the controller 36. When the multi-way valve is open with respect to the inflow of fluid from the inert gas source 34 to the inside of the heat exchange tube 20, the multi-way valve 46 with respect to the inflow of the working fluid 40 (FIG. 2) into the inside of the heat exchange tube 20. The state of the multi-way valve 46 is controlled so that is closed. In one embodiment, the multi-way valve 46 is a two-way valve. Thus, the organic Rankine cycle energy recovery system provided by the present invention is configured such that the inflow of the working fluid to the evaporator and the inflow of the fluid from the inert gas source are mutually exclusive. With this mutual exclusion principle and the controller controlling the state of the multi-way valve 46, in various embodiments, the controller is said to be configured to prevent introduction of working fluid into the evaporator.

不活性ガス源は、任意の火炎抑制および/または発火抑制流体を含むことができ、この不活性ガス源が、用語「不活性ガス」の厳密な定義に含まれる必要はない。不活性ガス源の役割は、作動流体の漏出に至る故障がシステム内で起こった場合に蒸発装置内の作動流体を追い出すことである。例えば、蒸発装置内の熱交換管20にピンホールが存在することによって作動流体の漏出が引き起こされた場合には、蒸発装置内または蒸発装置の下流に位置する検出器が、作動流体または作動流体の燃焼副生物を検出し、信号を生成し、その信号をコントローラが受け取る。コントローラは、とりわけ、多方弁46に対して、蒸発装置への作動流体の流入に関しては閉じ、不活性ガス源からの火炎抑制および/または発火抑制流体の流入に関しては開くように指示する。このように、一実施形態では、コントローラが、不活性ガス源を「作動させる」ように構成されていると言われ、これは単純に、コントローラが、不活性ガス源から蒸発装置への流体の流入を開始させることができることを意味する。   The inert gas source can include any flame suppression and / or ignition suppression fluid, and the inert gas source need not be included in the strict definition of the term “inert gas”. The role of the inert gas source is to expel the working fluid in the evaporator when a failure leading to leakage of the working fluid occurs in the system. For example, when leakage of the working fluid is caused by the presence of a pinhole in the heat exchange pipe 20 in the evaporator, a detector located in the evaporator or downstream of the evaporator is used as the working fluid or the working fluid. And detecting a combustion by-product, generating a signal that is received by the controller. In particular, the controller instructs the multi-way valve 46 to close with respect to the flow of working fluid into the evaporator and open with respect to the flow of flame suppression and / or ignition suppression fluid from the inert gas source. Thus, in one embodiment, it is said that the controller is configured to “activate” the inert gas source, which simply means that the controller does not supply fluid from the inert gas source to the evaporator. It means that the inflow can be started.

一実施形態では、不活性ガス源34が、窒素、アルゴン、二酸化炭素およびこれらの組合せからなるグループから選択された不活性ガスを含む。代替実施形態では、不活性ガス源が、ハロカーボン、例えばヘプタフルオロプロパン(FM−200(登録商標)参照)を含む火炎抑制および/または発火抑制流体を含む。一実施形態では、不活性ガス源が本質的に窒素からなる。   In one embodiment, the inert gas source 34 includes an inert gas selected from the group consisting of nitrogen, argon, carbon dioxide, and combinations thereof. In an alternative embodiment, the inert gas source comprises a flame suppression and / or ignition suppression fluid comprising a halocarbon such as heptafluoropropane (see FM-200®). In one embodiment, the inert gas source consists essentially of nitrogen.

前述のとおり、有機ランキンサイクルエネルギー回収システムは、検出器26から出力信号を受け取るように構成されたコントローラ36を含み、この出力信号は、作動流体が漏出したことを示す検出器による作動流体または作動流体の燃焼副生物を感知した結果として生成される。このコントローラは、検出器から出力信号を受け取った場合にさまざまなシステム構成要素、例えば熱源ガスを蒸発装置12または熱源ガスバイパス38へ導くように制御される熱源ガス入口弁44、および本明細書では作動流体入口弁46とも呼ぶ多方弁46を制御するように動作することができる。一実施形態では、有機ランキンサイクルエネルギー回収システム10の動作中に、検出器26が、熱交換管20の外側の蒸発装置12内に、作動流体40および作動流体40の燃焼副生物のうちの少なくとも一方が存在することを感知したときに、コントローラ36へ信号が送られる。このコントローラは、無線通信リンクまたは有線通信リンクによって、あるいは無線通信リンクと有線通信リンクの組合せによって、検出器および他のさまざまなシステム構成要素と通信することができる。一実施形態では、この通信リンクが電気信号を伝送するように構成される。代替実施形態では、この通信リンクが光信号を伝送するように構成される。他の実施形態では、この通信リンクが、電気信号と光信号のうちのいずれか一方を伝達することができる。一実施形態では、この通信リンクが音響信号を伝送するように構成される。一実施形態では、コントローラ36が、通信リンク50を介して検出器26に結合され、通信リンク48を介して熱源ガス入口弁44に結合され、通信リンク52を介して作動流体入口弁46に結合される。   As described above, the organic Rankine cycle energy recovery system includes a controller 36 configured to receive an output signal from the detector 26, which output signal is a working fluid or actuation by the detector that indicates that the working fluid has leaked. Produced as a result of sensing fluid combustion by-products. The controller includes various system components such as a heat source gas inlet valve 44 that is controlled to direct the heat source gas to the evaporator 12 or the heat source gas bypass 38 upon receiving an output signal from the detector, and herein. The multi-way valve 46, also referred to as a working fluid inlet valve 46, can be operated to control. In one embodiment, during operation of the organic Rankine cycle energy recovery system 10, the detector 26 is located in the evaporator 12 outside the heat exchange tube 20, at least of the working fluid 40 and the combustion by-products of the working fluid 40. A signal is sent to the controller 36 when one senses the presence. The controller can communicate with the detector and various other system components via a wireless or wired communication link, or a combination of wireless and wired communication links. In one embodiment, the communication link is configured to transmit an electrical signal. In an alternative embodiment, the communication link is configured to transmit an optical signal. In other embodiments, the communication link can carry either an electrical signal or an optical signal. In one embodiment, the communication link is configured to transmit an acoustic signal. In one embodiment, controller 36 is coupled to detector 26 via communication link 50, coupled to heat source gas inlet valve 44 via communication link 48, and coupled to working fluid inlet valve 46 via communication link 52. Is done.

前述のとおり、コントローラ36は、弁46を切り替え、不活性ガス源34からの作動流体入口22を通した不活性流体(火炎抑制および/または発火抑制流体)の流入を開始させ、それにより蒸発装置の内側の熱交換管20内に存在する一切の作動流体を追い出すことにより、不活性ガス源34を作動させるように構成される。追い出された作動流体は、必要になるまで作動流体を安全に収容することができる蒸発装置の外側に位置する有機ランキンサイクルエネルギー回収システムのある部分、例えば作動流体保持タンク(図示せず)へ移すことができる。さらに、不活性ガス源34の作動は、作動流体入口を通して蒸発装置に作動流体がさらに導入されるのを妨げるように実施される。   As described above, the controller 36 switches the valve 46 and initiates the flow of inert fluid (flame suppression and / or ignition suppression fluid) from the inert gas source 34 through the working fluid inlet 22, thereby causing the evaporator device The inert gas source 34 is configured to be activated by expelling any working fluid present in the heat exchange pipe 20 inside. The expelled working fluid is transferred to some part of the organic Rankine cycle energy recovery system located outside the evaporator, which can safely contain the working fluid until needed, such as a working fluid holding tank (not shown) be able to. Further, the operation of the inert gas source 34 is performed to prevent further working fluid from being introduced into the evaporator through the working fluid inlet.

前述のとおり、コントローラ36は、熱源ガスを熱源ガスバイパス38へ迂回させるように構成される。このことにより、蒸発装置内において作動流体の漏出が起こった場合に、蒸発装置を迅速に冷却することができる。   As described above, the controller 36 is configured to divert the heat source gas to the heat source gas bypass 38. As a result, when the working fluid leaks in the evaporator, the evaporator can be quickly cooled.

有機ランキンサイクルエネルギー回収システムの動作中に、熱源ガスの熱は、熱交換管20内に含まれる作動流体40へ伝達されて、加熱された作動流体(時に「作動流体蒸気」とも呼ぶ)を生成する。蒸発装置に入る熱源ガスの温度は、熱源の種類および熱源と蒸発装置の間の距離によって異なることがある。一実施形態では、蒸発装置に入る熱源ガスの温度が摂氏約350度から摂氏約600度である。一実施形態では、作動流体出口を通って蒸発装置から出現する加熱された作動流体の温度が、摂氏約150度から摂氏約300度である。一実施形態では、加熱された作動流体の圧力が約20から約30バールである。   During operation of the organic Rankine cycle energy recovery system, the heat of the heat source gas is transferred to the working fluid 40 contained within the heat exchange tube 20 to produce a heated working fluid (sometimes also referred to as “working fluid vapor”). To do. The temperature of the heat source gas entering the evaporator may vary depending on the type of heat source and the distance between the heat source and the evaporator. In one embodiment, the temperature of the heat source gas entering the evaporator is from about 350 degrees Celsius to about 600 degrees Celsius. In one embodiment, the temperature of the heated working fluid emerging from the evaporator through the working fluid outlet is from about 150 degrees Celsius to about 300 degrees Celsius. In one embodiment, the pressure of the heated working fluid is about 20 to about 30 bar.

加熱された作動流体蒸気は、膨張器28を通過して仕事抽出装置(図示せず)を駆動することができる。例示的な実施形態では、この膨張器が、ラジアル型膨張器、アキシャル型膨張器、インパルス型膨張器または高温スクリュー型膨張器である。膨張器28を通過した後、そのエネルギーの一部を膨張器へ伝達した相対的に低い圧力および低い温度を有する作動流体蒸気は凝縮器30に通され、そこで凝縮されて液体状態の作動流体40となり、次いでポンプ32によってポンピングされ、作動流体入口22から蒸発装置12へ戻される。他の実施形態では、膨張器28を通過した後に、相対的に低い圧力および低い温度を有する作動流体蒸気が、凝縮器に入る前に、熱交換ユニットとして機能することができるレキュペレータ(recuperator)(図示せず)に通される。一例では、凝縮された作動流体を、圧力約20バール、温度摂氏約50度で蒸発装置12へ供給することができる。蒸発装置、仕事抽出装置、凝縮器およびポンプは、閉ループ内に閉じ込められた作動流体と一緒に動作するように構成される。   The heated working fluid vapor can pass through the expander 28 to drive a work extraction device (not shown). In exemplary embodiments, the expander is a radial expander, an axial expander, an impulse expander, or a high temperature screw expander. After passing through the expander 28, the working fluid vapor having a relatively low pressure and low temperature that transferred some of its energy to the expander is passed to the condenser 30 where it is condensed and in a liquid state working fluid 40. And then pumped by pump 32 and returned from working fluid inlet 22 to evaporator 12. In other embodiments, after passing through the expander 28, a working fluid vapor having a relatively low pressure and low temperature can function as a heat exchange unit before entering the condenser (recuperator). (Not shown). In one example, the condensed working fluid can be supplied to the evaporator 12 at a pressure of about 20 bar and a temperature of about 50 degrees Celsius. The evaporator, work extractor, condenser and pump are configured to operate with a working fluid confined in a closed loop.

図2を参照すると、この図は、蒸発装置12および他のシステム構成要素を備える本発明の例示的な一実施形態に基づく有機ランキンサイクルエネルギー回収システム10の一部分を示す。蒸発装置12は、ハウジング14、熱源ガス入口16および熱源ガス出口18を含む。示された実施形態では、蒸発装置の内側の熱源ガス流路70内に熱交換管20が配置されている。図2に示すように、熱源ガス流路70は、本質的に、ハウジングの壁78と熱交換管20によって占有されていない蒸発装置12の内部の空間とによって画定された蒸発装置12の内部全体である。図2に示した実施形態では、熱交換管20が、熱交換管20のハウジング壁78に埋め込まれた部分80によって、蒸発装置ハウジング14内に固定されている。熱源ガス出口18の下流には、作動流体または作動流体の燃焼生成物を感知する能力を有する検出器26が位置する。熱源ガス入口16には、熱源ガス入口弁44を介して熱源ガスバイパス38が結合されている。弁44を切り替えて、熱源ガス流を蒸発装置または熱源ガスバイパスへ導くことができる。作動流体入口22は作動流体入口弁46に結合されており、作動流体入口弁46は不活性ガス源34にも結合されている。図2に示した実施形態では、熱源ガス入口弁44、作動流体入口弁46および検出器26がそれぞれ、対応する通信リンク48、52および50を介してコントローラ36に結合されている。   Referring to FIG. 2, this figure shows a portion of an organic Rankine cycle energy recovery system 10 according to an exemplary embodiment of the present invention comprising an evaporator 12 and other system components. The evaporator 12 includes a housing 14, a heat source gas inlet 16 and a heat source gas outlet 18. In the illustrated embodiment, the heat exchange tube 20 is disposed in the heat source gas flow path 70 inside the evaporator. As shown in FIG. 2, the heat source gas flow path 70 is essentially the entire interior of the evaporator 12 defined by the wall 78 of the housing and the interior space of the evaporator 12 not occupied by the heat exchange tubes 20. It is. In the embodiment shown in FIG. 2, the heat exchange tube 20 is secured within the evaporator housing 14 by a portion 80 embedded in the housing wall 78 of the heat exchange tube 20. Located downstream of the heat source gas outlet 18 is a detector 26 having the ability to sense the working fluid or combustion products of the working fluid. A heat source gas bypass 38 is coupled to the heat source gas inlet 16 via a heat source gas inlet valve 44. The valve 44 can be switched to direct the heat source gas flow to the evaporator or heat source gas bypass. The working fluid inlet 22 is coupled to a working fluid inlet valve 46, which is also coupled to an inert gas source 34. In the embodiment shown in FIG. 2, the heat source gas inlet valve 44, working fluid inlet valve 46 and detector 26 are coupled to the controller 36 via corresponding communication links 48, 52 and 50, respectively.

前述のとおり、一態様では、本発明は、有機ランキンサイクルシステムからエネルギーを回収する方法を提供する。一実施形態では、この方法は、(i)作動流体を含む熱交換管を備える蒸発装置に熱源ガス導入するステップと、(ii)熱源ガスから作動流体へ熱を伝達して、加熱された作動流体を生成するステップと、(iii)加熱された作動流体から、蒸発装置の外側に位置する仕事抽出装置へ、エネルギーを伝達するステップと、(iv)作動流体を蒸発装置へ戻すステップとを含む。この方法は、作動流体または作動流体の燃焼副生物を検出するように構成された有機ランキンサイクルエネルギー回収システム内で実施される。さらに、この有機ランキンサイクルエネルギー回収システムは、作動流体または作動流体の燃焼副生物の検出に応答して信号を生成するように構成される。有機ランキンサイクルエネルギー回収システムは、検出器からの信号をコントローラで受け取るように構成され、コントローラは、この信号に応答して、蒸発器の上流の不活性ガス源を作動させるように構成される。さらに、コントローラは、この信号に応答して、熱源ガスを熱源ガスバイパスへ迂回させ、蒸発装置からそらすように構成され、さらに、この信号に応答して、蒸発装置への追加の作動流体の導入を妨げるように構成される。   As described above, in one aspect, the present invention provides a method for recovering energy from an organic Rankine cycle system. In one embodiment, the method comprises (i) introducing a heat source gas into an evaporator comprising a heat exchange tube containing a working fluid; and (ii) transferring heat from the heat source gas to the working fluid to produce a heated operation. Generating a fluid; (iii) transferring energy from a heated working fluid to a work extraction device located outside the evaporator; and (iv) returning the working fluid to the evaporator. . The method is implemented in an organic Rankine cycle energy recovery system configured to detect a working fluid or combustion by-products of the working fluid. Further, the organic Rankine cycle energy recovery system is configured to generate a signal in response to detection of the working fluid or combustion by-products of the working fluid. The organic Rankine cycle energy recovery system is configured to receive a signal from the detector at the controller, and the controller is configured to activate an inert gas source upstream of the evaporator in response to the signal. In addition, the controller is configured to divert the heat source gas to the heat source gas bypass and divert it from the evaporator in response to this signal, and in addition to the introduction of additional working fluid to the evaporator in response to this signal. Configured to prevent.

図3を参照すると、この図は、有機ランキンサイクルエネルギー回収システムを動作させる本発明の一実施形態に基づく方法を示す流れ図100を示している。第1の方法ステップ108で、検出器26は、作動流体40と作動流体40の燃焼副生物のうちの少なくとも一方の存在を検出し、その検出に応答して信号を生成し、その信号をコントローラ36へ送信する。第2の方法ステップ110で、コントローラは、ステップ112〜122を含む有機ランキンサイクルエネルギー回収システムの緊急停止プロトコルを開始する。第1の一連の方法ステップ112〜118で、コントローラは、蒸発装置への作動流体の輸送を停止するようにポンプに対して指示し(112)、膨張器バイパス54(図1参照)を徐々に開くように指示し(114)、熱源ガスを熱源ガスバイパスへ迂回させ、蒸発装置からそらすように指示し(116)、凝縮器に結合されたファン(図1には示されていない)をフルパワーにセットして、凝縮器の除熱能力を最大にするように指示する(118)。方法ステップ112〜118は状況に応じてどの順番で実施してもよい。方法ステップ112〜118に続き、コントローラは、方法ステップ120で、不活性ガス源を作動させて、蒸発装置内の1つまたは複数の熱交換管からの作動流体のパージを開始する。パージされた作動流体は適当な安全な場所に貯蔵することができる。方法ステップ122で、不活性ガス源からの火炎抑制および/または発火抑制流体の流入を終わらせることができる。代替実施形態では、システムのさまざまな構成要素内の不活性雰囲気を維持するために、不活性ガス源からの火炎抑制および/または発火抑制流体の流入が継続される。例えば、蒸発装置内の1つまたは複数の熱交換管に重大な故障が生じた場合に、不活性ガス源からの火炎抑制および/または発火抑制流体の流入を継続することによって、蒸発装置内の熱源ガス流路および蒸発装置の下流の熱源ガス流路内の不活性雰囲気を維持することができる。   Referring to FIG. 3, this figure shows a flow diagram 100 illustrating a method according to an embodiment of the present invention for operating an organic Rankine cycle energy recovery system. In a first method step 108, the detector 26 detects the presence of at least one of the working fluid 40 and the combustion by-product of the working fluid 40, generates a signal in response to the detection, and sends the signal to the controller. 36. In a second method step 110, the controller initiates an organic Rankine cycle energy recovery system emergency shutdown protocol that includes steps 112-122. In a first series of method steps 112-118, the controller instructs the pump to stop transporting the working fluid to the evaporator (112) and gradually turns on the expander bypass 54 (see FIG. 1). Instructs to open (114), diverts heat source gas to heat source gas bypass, directs away from evaporator (116), full fan (not shown in FIG. 1) coupled to condenser Set to power and instruct to maximize the heat removal capability of the condenser (118). Method steps 112-118 may be performed in any order depending on the situation. Following method steps 112-118, the controller activates the inert gas source at method step 120 to initiate a purge of working fluid from one or more heat exchange tubes in the evaporator. The purged working fluid can be stored in a suitable safe place. At method step 122, the flow of flame suppression and / or ignition suppression fluid from an inert gas source may be terminated. In an alternative embodiment, inflow of flame suppression and / or ignition suppression fluid from an inert gas source is continued to maintain an inert atmosphere within the various components of the system. For example, in the event of a major failure in one or more heat exchange tubes in the evaporator, by continuing the flow of flame suppression and / or ignition suppression fluid from an inert gas source, An inert atmosphere in the heat source gas flow path and the heat source gas flow path downstream of the evaporator can be maintained.

本書は、いくつかの例を使用し、その最良の形態を含む本発明を開示し、また任意の装置またはシステムを製作し、使用すること、および組み込まれた任意の方法を実行することを含めて、当業者が本発明を実施することを可能にする。本発明の特許性のある範囲は、下記の特許請求の範囲によって定義され、当業者が思いつくその他の例を含むことがある。このようなその他の例は、それらが特許請求の範囲の文字表現と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文字表現とわずかしか異ならない等価の構造要素を含む場合に、特許請求の範囲に含まれることが意図されている。   This document uses several examples to disclose the invention, including its best mode, and to make and use any device or system and perform any method incorporated Thus enabling one skilled in the art to practice the invention. The patentable scope of the invention is defined by the claims that follow, and may include other examples that occur to those skilled in the art. Such other examples are when they have structural elements that do not differ from the character representation of the claims, or when they contain equivalent structural elements that differ only slightly from the character representation of the claims, It is intended to be included within the scope of the claims.

10 有機ランキンサイクルエネルギー回収システム
12 蒸発装置
14 ハウジング
16 熱源ガス入口
18 熱源ガス出口
20 熱交換管
22 作動流体入口
24 作動流体出口
26 検出器
28 膨張器
30 凝縮器
32 ポンプ
34 不活性ガス源
36 コントローラ
38 熱源ガスバイパス
40 作動流体
42 仕事抽出装置
44 熱源ガス入口弁
46 作動流体入口弁
48 コントローラ−熱源ガス入口弁間の通信リンク
50 コントローラ−検出器間の通信リンク
52 コントローラ−作動流体入口弁間の通信リンク
54 膨張器バイパス
58 熱源ガス
70 熱源ガス流路
72 作動流体戻り管路
78 ハウジングの壁
80 熱交換管の埋め込まれた部分
100 流れ図
108 方法ステップ
110 方法ステップ
112 方法ステップ
114 方法ステップ
116 方法ステップ
118 方法ステップ
120 方法ステップ
122 方法ステップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Organic Rankine cycle energy recovery system 12 Evaporator 14 Housing 16 Heat source gas inlet 18 Heat source gas outlet 20 Heat exchange pipe 22 Working fluid inlet 24 Working fluid outlet 26 Detector 28 Expander 30 Condenser 32 Pump 34 Inert gas source 36 Controller 38 Heat source gas bypass 40 Working fluid 42 Work extraction device 44 Heat source gas inlet valve 46 Working fluid inlet valve 48 Communication link between controller and heat source gas inlet valve 50 Communication link between controller and detector 52 Between controller and working fluid inlet valve Communication link 54 Inflator bypass 58 Heat source gas 70 Heat source gas flow path 72 Working fluid return line 78 Housing wall 80 Embedded portion of heat exchange pipe 100 Flow diagram 108 Method step 110 Method step 112 Method step 114 method Step 116 method step 118 method step 120 method step 122 method step

Claims (10)

(a)ハウジング(14)と、熱源ガス入口(16)と、熱源ガス出口(18)と、作動流体入口(22)と、作動流体出口(24)と、前記作動流体入口(22)および前記作動流体出口(24)と流体連通した状態で前記ハウジング(14)内に配置された熱交換管(20)とを備える蒸発装置(12)と、
(b)前記作動流体(40)または前記作動流体(40)の燃焼副生物を感知する能力を有する検出器(26)と、
(c)仕事抽出装置(42)と、
(d)凝縮器(30)と、
(e)ポンプ(32)と、
(f)前記蒸発器(12)の上流に配置された不活性ガス源(34)と、
(g)前記検出器(26)の出力を受け取るように構成されたコントローラ(36)と、
(h)熱源ガスバイパス(38)と
を備え、
前記コントローラ(36)が、前記不活性ガス源(34)を作動させるように構成され、
前記コントローラ(36)が、熱源ガスを前記熱源ガスバイパス(38)へ迂回させるように構成され、
前記コントローラ(36)が、前記蒸発器(12)への作動流体(40)の導入を妨げるように構成された
有機ランキンサイクルエネルギー回収システム。
(A) a housing (14), a heat source gas inlet (16), a heat source gas outlet (18), a working fluid inlet (22), a working fluid outlet (24), the working fluid inlet (22) and the An evaporator (12) comprising a heat exchange tube (20) disposed in the housing (14) in fluid communication with a working fluid outlet (24);
(B) a detector (26) having the ability to sense the working fluid (40) or combustion by-products of the working fluid (40);
(C) a work extraction device (42);
(D) a condenser (30);
(E) a pump (32);
(F) an inert gas source (34) disposed upstream of the evaporator (12);
(G) a controller (36) configured to receive the output of the detector (26);
(H) a heat source gas bypass (38), and
The controller (36) is configured to operate the inert gas source (34);
The controller (36) is configured to divert heat source gas to the heat source gas bypass (38);
An organic Rankine cycle energy recovery system, wherein the controller (36) is configured to prevent introduction of a working fluid (40) into the evaporator (12).
前記検出器(26)が、ガスセンサ、光検出器、固体センサ、赤外分光検出器、紫外検出器、温度センサおよび火炎センサからなるグループから選択された、請求項1記載のエネルギー回収システム。 The energy recovery system of claim 1, wherein the detector (26) is selected from the group consisting of a gas sensor, a photodetector, a solid state sensor, an infrared spectroscopic detector, an ultraviolet detector, a temperature sensor, and a flame sensor. 前記検出器(26)が、前記蒸発器の前記ハウジング(14)内に配置された、請求項1記載のエネルギー回収システム。 The energy recovery system of any preceding claim, wherein the detector (26) is disposed within the housing (14) of the evaporator. 前記検出器(26)が、前記蒸発器の前記ハウジング(14)の外側に配置された、請求項1記載のエネルギー回収システム。 The energy recovery system of claim 1, wherein the detector (26) is disposed outside the housing (14) of the evaporator. 前記不活性ガス源(34)が、窒素、アルゴン、二酸化炭素およびこれらのガスのうちの2種類以上のガスの組合せからなるグループから選択された不活性ガスを含む、請求項1記載のエネルギー回収システム。 The energy recovery according to claim 1, wherein the inert gas source (34) comprises an inert gas selected from the group consisting of nitrogen, argon, carbon dioxide and combinations of two or more of these gases. system. 有機ランキンサイクルシステムからエネルギーを回収する方法であって、
(i)作動流体(40)を含む熱交換管(20)を備える蒸発装置(12)に熱源ガス(58)を導入するステップと、
(ii)前記熱源ガス(58)から作動流体(40)へ熱を伝達して、加熱された作動流体を生成するステップと、
(iii)前記加熱された作動流体から、前記蒸発装置(12)の外側に位置する仕事抽出装置(42)へ、エネルギーを伝達するステップと、
(iv)前記作動流体(40)を前記蒸発装置(12)へ戻すステップと
を含み、
前記作動流体(40)または前記作動流体(40)の燃焼副生物を検出し、この検出に応答して信号を生成するように構成された有機ランキンサイクルエネルギー回収システム内で実施されるものであり、
前記有機ランキンサイクルエネルギー回収システムが、検出器からの前記信号をコントローラで受け取るように構成され、
前記コントローラが、前記信号に応答して、前記蒸発器の上流の不活性ガス源を作動させるように構成され、
前記コントローラが、前記信号に応答して、前記熱源ガスを熱源ガスバイパスへ迂回させるように構成され、
前記コントローラ(36)が、前記信号に応答して、前記蒸発装置(12)への作動流体(40)の導入を妨げるように構成された
方法。
A method of recovering energy from an organic Rankine cycle system,
(I) introducing a heat source gas (58) into an evaporator (12) comprising a heat exchange tube (20) containing a working fluid (40);
(Ii) transferring heat from the heat source gas (58) to the working fluid (40) to produce a heated working fluid;
(Iii) transferring energy from the heated working fluid to a work extraction device (42) located outside the evaporation device (12);
(Iv) returning the working fluid (40) to the evaporator (12);
Implemented in an organic Rankine cycle energy recovery system configured to detect the working fluid (40) or a combustion byproduct of the working fluid (40) and generate a signal in response to the detection. ,
The organic Rankine cycle energy recovery system is configured to receive the signal from a detector at a controller;
The controller is configured to activate an inert gas source upstream of the evaporator in response to the signal;
The controller is configured to divert the heat source gas to a heat source gas bypass in response to the signal;
The method wherein the controller (36) is configured to prevent introduction of a working fluid (40) into the evaporator (12) in response to the signal.
前記有機ランキンサイクルエネルギー回収システムが、
(a)ハウジング(14)と、熱源ガス入口(16)と、熱源ガス出口(18)と、作動流体入口(22)と、作動流体出口(24)と、前記作動流体入口(22)および前記作動流体出口(24)と流体連通した状態で前記ハウジング(14)内に配置された熱交換管(20)とを備える蒸発装置(12)と、
(b)前記作動流体または前記作動流体の燃焼副生物を感知する能力を有する検出器(26)と、
(c)仕事抽出装置(42)と、
(d)凝縮器(30)と、
(e)ポンプ(32)と、
(f)前記蒸発装置(12)の上流に配置された不活性ガス源(34)と、
(g)前記検出器(26)の出力を受け取るように構成されたコントローラ(36)と、
(h)熱源ガスバイパス(38)と
を備え、
前記コントローラ(36)が、前記不活性ガス源(34)を作動させるように構成され、
前記コントローラ(36)が、熱源ガスを前記熱源ガスバイパス(38)へ迂回させるように構成され、
前記コントローラ(36)が、前記蒸発装置(12)への作動流体(40)の導入を妨げるように構成された
請求項6記載の方法。
The organic Rankine cycle energy recovery system is
(A) a housing (14), a heat source gas inlet (16), a heat source gas outlet (18), a working fluid inlet (22), a working fluid outlet (24), the working fluid inlet (22) and the An evaporator (12) comprising a heat exchange tube (20) disposed in the housing (14) in fluid communication with a working fluid outlet (24);
(B) a detector (26) having the ability to sense the working fluid or combustion by-products of the working fluid;
(C) a work extraction device (42);
(D) a condenser (30);
(E) a pump (32);
(F) an inert gas source (34) disposed upstream of the evaporator (12);
(G) a controller (36) configured to receive the output of the detector (26);
(H) a heat source gas bypass (38), and
The controller (36) is configured to operate the inert gas source (34);
The controller (36) is configured to divert heat source gas to the heat source gas bypass (38);
The method of claim 6, wherein the controller (36) is configured to prevent introduction of a working fluid (40) into the evaporator (12).
前記作動流体(40)が、メチルシクロペンタン、メチルシクロブタン、シクロペンタン、イソペンタンおよびシクロヘキサンからなるグループから選択された、請求項6記載の方法。 The method of claim 6, wherein the working fluid (40) is selected from the group consisting of methylcyclopentane, methylcyclobutane, cyclopentane, isopentane and cyclohexane. 前記熱源ガス(58)が煙道ガスである、請求項6記載の方法。 The method of claim 6, wherein the heat source gas (58) is flue gas. 有機ランキンサイクルエネルギー回収システム内で使用される蒸発装置であって、
ハウジング(14)と、熱源ガス入口(16)と、熱源ガス出口(18)と、作動流体入口(22)と、作動流体出口(24)と、前記作動流体入口(22)および前記作動流体出口(24)と流体連通した状態で前記ハウジング(14)内に配置された熱交換管(20)と、前記作動流体(40)または前記作動流体(40)の燃焼副生物を感知する能力を有する検出器(26)とを備え、前記作動流体入口(22)が、作動流体源(72)と不活性ガス源(34)の間で切替え可能であるように構成された弁(46)に結合された
蒸発装置。
An evaporator used in an organic Rankine cycle energy recovery system,
A housing (14), a heat source gas inlet (16), a heat source gas outlet (18), a working fluid inlet (22), a working fluid outlet (24), the working fluid inlet (22) and the working fluid outlet A heat exchange tube (20) disposed in the housing (14) in fluid communication with (24) and capable of sensing the working fluid (40) or combustion by-products of the working fluid (40); A working fluid inlet (22) coupled to a valve (46) configured to be switchable between a working fluid source (72) and an inert gas source (34). Evaporation equipment.
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