JP2018523045A - 廃熱回収の単純なサイクルシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
高圧側および低圧側を有する作動流体回路を介してポンプまたは圧縮機により作動流体流を循環させるステップであって、高圧側は熱源と熱交換関係にあり、低圧側は冷却器と熱交換関係にある、ステップと、
熱源から作動流体に熱エネルギーを伝達するステップと、
第1の膨張器を介して作動流体流を高圧から中間圧力まで膨張させ、第1の圧力降下を機械的動力に変換し、第2の膨張器を介して作動流体流を中間圧力から低圧まで膨張させ、第2の圧力降下を機械的動力に変換するステップであって、第1の膨張器および第2の膨張器は、互いに直列に配置され、作動流体回路に高圧側と低圧側との間で流体結合されている、ステップと、
冷却器を介して作動流体流からの残留低温熱を除去するステップと、
第1の膨張器および第2の膨張器のうちの一方によって生成される機械的動力で被駆動デバイスを駆動し、第1の膨張器および第2の膨張器のうちの他方によって生成される機械的動力でポンプまたは圧縮機を駆動するステップと
を含む。
2 低温熱力学システム、動力システム、作動流体回路
2A 高圧側
2B 低圧側
3 ガスタービンエンジン
3A 出力駆動軸
4 圧縮機セクション
5 発電機
6 燃焼器セクション
7 廃熱回収熱交換器、加熱器
8 タービンセクション
9 第1の膨張器
9A 出力軸,出力駆動軸
11 第2の膨張器
11A 出力軸,出力駆動軸
13 ライン
15 バルブ
17 ライン
19 背圧調整バルブ
21 バイパスライン
23 バイパスバルブ
24 ライン
25 復熱器
29 冷却器,凝縮器
30 ライン
31 冷却媒体
33 ポンプ,圧縮機,昇圧デバイス
34 ライン
35 負荷
36 ライン
37 発電機
39 可変周波数ドライバ
41 ギヤボックス
G 配電網
Claims (15)
- 高圧側(2A)と低圧側(2B)とを有し、作動流体を流すように構成された作動流体回路(2)と、
前記作動流体を高温流体と熱交換関係で循環させて前記作動流体を気化させるように構成された加熱器(7)と、
前記作動流体回路(2)に流体結合され、前記高圧側(2A)と前記低圧側(2B)との間に配置され、通過する前記作動流体を膨張させて機械的動力を生成するように構成された、直列に配置された第1の膨張器(9)および第2の膨張器(11)と、
前記第1の膨張器(9)および前記第2の膨張器(11)のうちの一方に駆動結合され、前記膨張器(9,11)によって生成される機械的動力によって、デバイスを駆動するように構成された駆動軸(3A、9A、11A)と、
前記低圧側(2B)と前記高圧側(2A)との間で前記作動流体回路(2)に流体結合され、前記作動流体回路(2)内の前記作動流体の圧力を上昇させるように構成され、前記第1の膨張器(9)および前記第2の膨張器(11)のうちの他方に駆動結合され、それによって動力が供給されるポンプまたは圧縮機(33)と、
前記作動流体回路(2)の前記低圧側(2B)の前記作動流体から熱を除去するように配置され構成された冷却器(29)と
を備える、動力システム。 - 前記駆動軸(3A、9A、11A)に駆動結合された前記デバイスが発電機(5、37)であり、前記駆動軸(3A、9A、11A)が接続された前記膨張器(9,11)によって生成される機械的動力を電力に変換するように構成されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の膨張器(9)と前記第2の膨張器(11)との間に、前記作動流体回路(2)内に調整バルブ(19)が配置されている、請求項1または2に記載のシステム。
- 前記調整バルブ(19)が、前記第1の膨張器(9)の背圧を制御するように構成されている、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記第1の膨張器(9)および前記第2の膨張器(11)が、前記第1の膨張器(9)を通って流れる作動流体の質量流量もまた前記第2の膨張器(11)を通って流れるように構成され配置されている、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記第1の膨張器(9)および前記第2の膨張器(11)のうちの少なくとも一方に、前記作動流体システム内を循環する前記作動流体の少なくとも一部を前記膨張器(9,11)でバイパスするように構成され制御されるバイパスバルブ(23)が設けられている、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記バイパスバルブ(23)が、前記駆動軸(3A、9A、11A)に駆動連結された前記第1の膨張器(9)および前記第2の膨張器(11)のうちの一方と並列に配置されている、請求項6に記載のシステム。
- 前記第1の膨張器(9)が、前記熱交換器(7)と前記第2の膨張器(11)との間に配置され、前記第2の膨張器(11)が、前記第1の膨張器(9)と前記冷却器(29)との間に配置され、前記駆動軸(3A、9A、11A)は前記第2の膨張器(11)に駆動結合されている、請求項1乃至7のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記第1の膨張器(9)が、前記熱交換器(7)と前記第2の膨張器(11)との間に配置され、前記第2の膨張器(11)が、前記第1の膨張器(9)と前記冷却器(29)との間に配置され、前記駆動軸(3A、9A、11A)は前記第1の膨張器(9)に駆動結合されている、請求項1乃至8のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記作動流体が二酸化炭素を含み、前記作動流体回路(2)の少なくとも一部が超臨界状態の二酸化炭素を含む、請求項1乃至9のいずれか1項に記載のシステム。
- 熱源によって供給される熱から有用な動力を生成するための方法であって、前記方法は、
高圧側(2A)および低圧側(2B)を有する作動流体回路(2)を介してポンプまたは圧縮機(33)により作動流体流を循環させるステップであって、前記高圧側(2A)は前記熱源と熱交換関係にあり、前記低圧側(2B)は冷却器(29)と熱交換関係にある、ステップと、
前記熱源から前記作動流体に熱エネルギーを伝達するステップと、
第1の膨張器(9)を介して前記作動流体流を高圧から中間圧力まで膨張させ、第1の圧力降下を機械的動力に変換し、第2の膨張器(11)を介して前記作動流体流を前記中間圧力から低圧まで膨張させ、第2の圧力降下を機械的動力に変換するステップであって、前記第1の膨張器(9)および前記第2の膨張器(11)は、互いに直列に配置され、前記作動流体回路(2)に前記高圧側(2A)と前記低圧側(2B)との間で流体結合されている、ステップと、
前記冷却器(29)を介して前記作動流体流からの残留低温熱を除去するステップと、
前記第1の膨張器および前記第2の膨張器(11)のうちの一方によって生成される機械的動力で被駆動デバイスを駆動し、前記第1の膨張器(9)および前記第2の膨張器(11)のうちの他方によって生成される機械的動力で前記ポンプまたは圧縮機(33)を駆動するステップと
を含む、方法。 - 前記中間圧力を調整して、前記第1の膨張器(9)を横切る前記圧力降下および前記第2の膨張器(11)を横切る前記圧力降下を調節するステップをさらに含む、請求項11に記載の方法。
- 前記駆動デバイスが、前記第1の膨張器(9)に駆動接続され、前記ポンプまたは圧縮機(33)が、前記第2の膨張器(11)に駆動接続されている、請求項11または12に記載の方法。
- 前記駆動デバイスが、前記第2の膨張器(11)に接続され、前記ポンプまたは圧縮機(33)が、前記第1の膨張器(9)に駆動接続されている、請求項11または12に記載の方法。
- 前記駆動デバイスが発電機(5、37)であり、前記方法が、前記発電機(5、37)に駆動接続された前記膨張器(9,11)により生成される機械的動力を、前記発電機(5、37)によって電力に変換するステップをさらに含む、請求項11乃至14のいずれか1項に記載の方法。
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