JP6416889B2 - 廃熱回収のシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
実験室規模のランキンサイクルシステムは、超臨界の二酸化炭素ランキンサイクルシステムの実施可能性の双方を実証して製造業者の提案するランキンサイクルシステムの個々の構成要素の性能特性、たとえば、印刷回路熱交換器の実効性を検証するために、構築されて検査された。実験用のランキンサイクルシステムは、第1の膨張機34および第2の膨張機35が膨張弁で置き換えられ、ストリーム61が分割されて第1の作動流体ポンプおよび第2の作動流体ポンプに送られ、これにより第1の凝縮した作動流体ストリーム24と第2の凝縮した作動流体ストリーム28のそれぞれが提供される、ということを除いて図4のように構成された。実験室のシステムは、第3の凝縮した作動流体ストリーム27または第2の加熱器33を備えていなかった。なお、ランキンサイクルシステムは、第1の廃熱含有ストリーム16を採用せずに、その代わりに、第1の作動流体ストリーム20を加熱するために電気加熱要素に依存した。作動流体は、二酸化炭素であった。第2の廃熱含有ストリーム17または熱的に強化された第2の廃熱含有ストリーム19のいずれかから第1の熱交換器36に熱を移送することの追加の効果は、熱交換器36に加熱要素を加えることによって概算することができる。実験用のシステムは、後述する追加のシミュレーション研究のための枠組を提供した。特に、実験で得られたデータは、本発明の実施形態の予測性能を確認および/または洗練するために使用することが可能である。
16 第1の廃熱含有ストリーム
17 (第2の)廃熱含有ストリーム
18 (熱が減損した第2の)廃熱含有ストリーム
19 熱的に強化された第2の廃熱含有ストリーム
20 第1の作動流体ストリーム
21 第1の蒸発した作動流体ストリーム
22 膨張した第1の蒸発した作動流体ストリーム
24 第1の凝縮した作動流体ストリーム
25 第2の蒸発した作動流体ストリーム
26 膨張した第2の蒸発した作動流体ストリーム
27 第3の凝縮した作動流体ストリーム
28 第2の凝縮した作動流体ストリーム
29 作動流体の第1のストリーム
31 作動流体の第2のストリーム
32 第1の加熱器
33 第2の加熱器
34 第1の膨張機
35 第2の膨張機
36 第1の熱交換器
37 第2の熱交換器
38 第3の熱交換器
42 発電機
44 ダクト型加熱器
48 作動流体ストリーム分配器
49 第1/第2の作動流体ストリーム混合器
56 第2の熱が減損した作動流体ストリーム
57 第1の熱が減損した作動流体ストリーム
58 統合した熱が減損した作動流体ストリーム
60 (作動流体)凝縮器
61 第1の統合した凝縮した作動流体ストリーム
62 作動流体ポンプ
64 第2の統合した凝縮した作動流体ストリーム
Claims (25)
- (a)第1の廃熱含有ストリーム(16)から第1の作動流体ストリーム(20)に熱を移送して、第1の蒸発した作動流体ストリーム(21)と第2の廃熱含有ストリーム(17)とを作り出すように構成される第1の加熱器(32)、
(b)前記第1の蒸発した作動流体ストリーム(21)を受容して、それから機械エネルギーと膨張した第1の蒸発した作動流体ストリーム(22)とを作り出すように構成される第1の膨張機(34)、
(c)前記膨張した第1の蒸発した作動流体ストリーム(22)から第1の凝縮した作動流体ストリーム(24)に熱を移送して、それから第2の蒸発した作動流体ストリーム(25)を作り出すように構成される第1の熱交換器(36)、
(d)前記第2の蒸発した作動流体ストリーム(25)を受容して、それから機械エネルギーと膨張した第2の蒸発した作動流体ストリーム(26)とを作り出すように構成される第2の膨張機(35)、
(e)前記膨張した第2の蒸発した作動流体ストリーム(26)から第2の凝縮した作動流体ストリーム(28)に熱を移送して、それから前記第2の凝縮した作動流体ストリーム(28)よりも大きなエンタルピーを有する作動流体の第1のストリーム(29)を作り出すように構成される第2の熱交換器(37)、
(f)廃熱含有ストリーム(17)から第3の凝縮した作動流体ストリーム(27)に熱を移送して、前記第3の凝縮した作動流体ストリーム(27)よりも大きなエンタルピーを有する作動流体の第2のストリーム(31)を作り出すように構成される第2の加熱器(33)、および、
(g)前記第2の凝縮した作動流体ストリーム(28)よりも大きなエンタルピーを有する前記作動流体の前記第1のストリーム(29)を前記第3の凝縮した作動流体ストリーム(27)よりも大きなエンタルピーを有する前記作動流体の前記第2のストリーム(31)と混合して、前記第1の作動流体ストリーム(20)を作り出すように構成される作動流体ストリーム混合器(49)、
を含む、ランキンサイクルシステム。 - 前記第2の加熱器(33)は、前記第2の廃熱含有ストリーム(17)から前記第3の凝縮した作動流体ストリーム(27)に熱を移送するように構成される、請求項1に記載のランキンサイクルシステム。
- 前記第2の加熱器(33)は、熱が減損した第2の廃熱含有ストリーム(18)から前記第3の凝縮した作動流体ストリーム(27)に熱を移送するように構成される、請求項1に記載のランキンサイクルシステム。
- 前記第2の加熱器(33)は、熱的に強化された第2の廃熱含有ストリーム(19)から前記第3の凝縮した作動流体ストリーム(27)に熱を移送するように構成される、請求項1に記載のランキンサイクルシステム。
- 発電機(42)をさらに含む、請求項1から4のいずれかに記載のランキンサイクルシステム。
- 前記第1の膨張機(34)および前記第2の膨張機(35)に機械式に連結された発電機(42)をさらに含む、請求項1から4のいずれかに記載のランキンサイクルシステム。
- 単一の作動流体を適応させるためにシステムが設定される、請求項1から6のいずれかに記載のランキンサイクルシステム。
- 前記作動流体は、二酸化炭素である、請求項7に記載のランキンサイクルシステム。
- 前記システムは、超臨界の二酸化炭素を適合させるように構成される、請求項1から8のいずれかに記載のランキンサイクルシステム。
- 前記第2の廃熱含有ストリーム(17)を加熱するように構成される少なくとも1つのダクト型加熱器(44)をさらに含む、請求項1から9のいずれかに記載のランキンサイクルシステム。
- 前記システムは、共通の凝縮した作動流体ストリーム(64)から、前記第1の凝縮した作動流体ストリーム(24)と、前記第2の凝縮した作動流体ストリーム(28)と、前記第3の凝縮した作動流体ストリーム(27)とを作り出すように構成される、請求項1から10のいずれかに記載のランキンサイクルシステム。
- 第1の熱交換器(36)および第2の熱交換器(37)からの熱が減損したストリーム(56、57)を混合したストリーム(58)を凝縮して前記共通の凝縮した作動流体ストリーム(64)を作り出すように構成された作動流体凝縮器(60)をさらに含む、請求項11に記載のランキンサイクルシステム。
- 前記システムは、単一の作動流体凝縮器(60)を含む、請求項12に記載のランキンサイクルシステム。
- 前記第1の熱交換器(36)からの熱が減損したストリーム(57)から、前記第1のストリーム(29)に熱を移送するように構成される第3の熱交換器(38)をさらに含む、請求項1から13のいずれかに記載のランキンサイクルシステム。
- (a)第1の廃熱含有ストリーム(16)から第1の作動流体ストリーム(20)に熱を移送して、第1の蒸発した作動流体ストリーム(21)と第2の廃熱含有ストリーム(17)とを作り出すように構成される第1の加熱器(32)、
(b)前記第1の蒸発した作動流体ストリーム(21)を受容して、それから機械エネルギーと膨張した第1の蒸発した作動流体ストリーム(22)とを作り出すように構成される第1の膨張機(34)、
(c)前記膨張した第1の蒸発した作動流体ストリーム(22)から第1の凝縮した作動流体ストリーム(24)に熱を移送して、それから第2の蒸発した作動流体ストリーム(25)と第1の熱が減損した作動流体ストリーム(57)とを作り出すように構成される第1の熱交換器(36)、
(d)前記第2の蒸発した作動流体ストリーム(25)を受容して、それから機械エネルギーと膨張した第2の蒸発した作動流体ストリーム(26)とを作り出すように構成される第2の膨張機(35)、
(e)前記膨張した第2の蒸発した作動流体ストリーム(26)から第2の凝縮した作動流体ストリーム(28)に熱を移送して、それから前記第2の凝縮した作動流体ストリーム(28)よりも大きなエンタルピーを有する作動流体の第1のストリーム(29)と第2の熱が減損した作動流体ストリーム(56)を作り出すように構成される第2の熱交換器(37)、
(f)前記第1の熱が減損した作動流体ストリーム(57)を前記第2の熱が減損した作動流体ストリーム(56)と混合して、それから統合した熱が減損した作動流体ストリーム(58)を作り出すように構成される第1の作動流体ストリーム混合器(49)、
(g)前記統合した熱が減損した作動流体ストリーム(58)を受容して、それから第1の統合した凝縮した作動流体ストリーム(61)を作り出すように構成される凝縮器(60)、
(h)前記第1の統合した凝縮した作動流体ストリーム(61)を加圧して、それによって第2の統合した凝縮した作動流体ストリーム(64)を作り出すように構成される作動流体ポンプ(62)、
(i)前記第2の統合した凝縮した作動流体ストリーム(64)を少なくとも3つの凝縮した作動流体ストリーム(24、27、28)に分配するように構成される少なくとも1つの作動流体ストリーム分配器(48)、
(j)廃熱含有ストリーム(17)から第3の凝縮した作動流体ストリーム(27)に熱を移送して、それから前記第3の凝縮した作動流体ストリーム(27)よりも大きなエンタルピーを有する作動流体の第2のストリーム(31)を作り出すように構成される第2の加熱器(33)、および、
(k)前記第2の凝縮した作動流体ストリーム(28)よりも大きなエンタルピーを有する前記作動流体の前記第1のストリーム(29)を前記第3の凝縮した作動流体ストリーム(27)よりも大きなエンタルピーを有する前記作動流体の前記第2のストリーム(31)と混合して、それから前記第1の作動流体ストリーム(20)を作り出すように構成される第2の作動流体ストリーム混合器(49)、
を含む、ランキンサイクルシステム。 - 前記作動流体ストリーム分配器(48)は、前記第1の凝縮した作動流体ストリーム(24)、前記第2の凝縮した作動流体ストリーム(28)、および、前記第3の凝縮した作動流体ストリーム(27)を提供する、請求項15に記載のランキンサイクルシステム。
- 前記第1の膨張機(34)および前記第2の膨張機(35)のうちの少なくとも一方に機械式に連結された発電機(42)をさらに含む、請求項15または16に記載のランキンサイクルシステム。
- 前記第2の廃熱含有ストリーム(17)を加熱するように構成されるダクト型加熱器(44)をさらに含む、請求項15から17のいずれかに記載のランキンサイクルシステム。
- 前記第1の熱が減損した作動流体ストリーム(57)から、前記第1のストリーム(29)に熱を移送するように構成される第3の熱交換器(38)をさらに含む、請求項15から17のいずれかに記載のランキンサイクルシステム。
- (a)第1の廃熱含有ストリーム(16)から第1の作動流体ストリーム(20)に熱を移送して、それにより第1の蒸発した作動流体ストリーム(21)と第2の廃熱含有ストリーム(17)とを作り出すステップ、
(b)前記第1の蒸発した作動流体ストリーム(21)を膨張させて、それにより機械エネルギーと膨張した第1の蒸発した作動流体ストリーム(22)とを作り出すステップ、
(c)前記膨張した第1の蒸発した作動流体ストリーム(22)から第1の凝縮した作動流体ストリーム(24)に熱を移送して、それにより第2の蒸発した作動流体ストリーム(25)と第1の熱が減損した作動流体ストリーム(57)とを作り出すステップ、
(d)前記第2の蒸発した作動流体ストリーム(25)を膨張させて、それにより機械エネルギーと膨張した第2の蒸発した作動流体ストリーム(26)とを作り出すステップ、
(e)前記膨張した第2の蒸発した作動流体ストリーム(26)から第2の凝縮した作動流体ストリーム(28)に熱を移送して、それにより前記第2の凝縮した作動流体ストリーム(28)よりも大きなエンタルピーを有する作動流体の第1のストリーム(29)と第2の熱が減損した作動流体ストリーム(56)とを作り出すステップ、
(f)廃熱含有ストリーム(16/17/18/19)から第3の凝縮した作動流体ストリーム(27)に熱を移送して、それにより前記第3の凝縮した作動流体ストリーム(27)よりも大きなエンタルピーを有する作動流体の第2のストリーム(31)を作り出すステップ、および、
(g)前記第2の凝縮した作動流体ストリーム(28)よりも大きなエンタルピーを有する前記作動流体の前記第1のストリーム(29)を前記第3の凝縮した作動流体ストリーム(27)よりも大きなエンタルピーを有する前記作動流体の前記第2のストリーム(31)と混合して、それにより前記第1の作動流体ストリーム(20)を作り出すステップ、
を含む、ランキンサイクルシステムを使用する熱エネルギーを回収する方法。 - 前記第1の熱が減損した作動流体ストリーム(57)を前記第2の熱が減損した作動流体ストリーム(56)と混合して、これにより統合した熱が減損した作動流体ストリーム(58)を作り出すステップ(h)をさらに含む、請求項20に記載の方法。
- 前記統合した熱が減損した作動流体ストリーム(58)を凝縮して、これにより第1の統合した凝縮した作動流体ストリーム(61)を作り出すステップ(i)をさらに含む請求項21に記載の方法。
- 前記第1の統合した凝縮した作動流体ストリーム(61)を加圧して、これにより第2の統合した凝縮した作動流体ストリーム(64)を作り出すステップ(j)をさらに含む、請求項22に記載の方法。
- 前記第2の統合した凝縮した作動流体ストリーム(64)を分割して、これにより少なくとも3つの凝縮した作動流体ストリーム(24、27、28)を作り出すステップ(k)をさらに含む、請求項23に記載の方法。
- 前記作動流体は、少なくとも1つの方法ステップのうちの少なくとも一部の間、超臨界状態の二酸化炭素である、請求項20から24のいずれかに記載の方法。
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