RU2020144004A

RU2020144004A - Система и способ рекуперации отходящего тепла

Info

Publication number: RU2020144004A
Application number: RU2020144004A
Authority: RU
Inventors: Эрнесто НАСИНИ; Марко САНТИНИ; Фраческо БЕЛЛАНТОНЕ; Франческо КЬЕЗИ
Original assignee: НУОВО ПИНЬОНЕ ТЕКНОЛОДЖИ - С.р.л.
Priority date: 2018-06-11
Filing date: 2019-06-10
Publication date: 2022-07-12

Claims

1. Система рекуперации отходящего тепла, содержащая:

систему цикла Брайтона, содержащую:

нагреватель (16), выполненный с возможностью осуществления циркуляции пара диоксида углерода в теплообменном взаимодействии с горячей текучей средой для нагрева пара диоксида углерода;

детандер (18), соединенный с нагревателем (16) и выполненный с возможностью расширения пара диоксида углерода;

холодильник (20);

компрессор (22), выполненный с возможностью сжатия пара диоксида углерода, подаваемого через холодильник (20); и

теплообменник (17), выполненный с возможностью осуществления циркуляции пара диоксида углерода из детандера (18) в холодильник (20) в теплообменном взаимодействии с паром диоксида углерода из компрессора (22) в нагреватель (16),

в которой детандер (18) и компрессор (22) представляют собой механически соединенные волюметрические устройства.

2. Система по п. 1, в которой волюметрические устройства выбраны из группы, состоящей из: поршневых устройств, радиальных детандеров/компрессоров, осевых детандеров/компрессоров, винтовых детандеров/компрессоров, импульсных детандеров/компрессоров или их комбинации.

3. Система по одному или более из предшествующих пунктов, в которой компрессор представляет собой многоступенчатый компрессор, содержащий множество последовательно расположенных ступеней (221, 222) компрессора, причем соответствующие межступенчатые теплообменники (15, 20) расположены между парами последовательно расположенных ступеней компрессора, при этом межступенчатые теплообменники (15, 20) выполнены с возможностью отвода тепла от сжатого пара диоксида углерода, циркулирующего от последовательных ступеней компрессора.

4. Система по предшествующему пункту, в которой межступенчатые теплообменники (15, 20) охлаждают жидкостью.

5. Система по предшествующему пункту, содержащая сепараторные барабаны (23, 24), расположенные ниже по потоку после межступенчатых теплообменников (15, 20) и выполненные с возможностью отделения и сбора конденсированной охлаждающей жидкости; насос (25), выполненный с возможностью сжатия охлаждающей жидкости из сепараторных барабанов (23, 24) и впрыска сжатой жидкости в ступени (221, 222) компрессора.

6. Система по одному или более из пп. 4, 5, в которой жидкость представляет собой воду или смесь на водной основе.

7. Система по одному или более из предшествующих пунктов, в которой компрессор и детандер выполнены с возможностью работы между изобарами 40 бар± 10% и 260 бар ± 15% в диапазоне температур от 50°C± 15% до 410°C±15% цикла Брайтона.

8. Система по одному или более из предшествующих пунктов, в которой компрессор и детандер выполнены с возможностью работы в диапазоне значений энтропии от 1,5 кДж/(кг⋅K)±15% до 2,5 кДж/(кг⋅K)±15%.

9. Система по одному или более из предшествующих пунктов, в которой нагреватель выполнен с возможностью соединения с источниками отходящего тепла, включая, например, двигатели внутреннего сгорания, газовые турбины, геотермальные, гелиотермальные, промышленные и бытовые источники тепла или т.п.

10. Система по одному или более из предшествующих пунктов, в которой нагреватель представляет собой горелку, в которую подают топливо для реализации двигателя на диоксиде углерода.

11. Система по одному или более из предшествующих пунктов, в которой детандер механически соединен с работающим устройством, с муфтами или без муфт, для отбора вырабатываемой мощности.

12. Система поршневого компрессора, содержащая:

раму;

коленчатый вал, установленный в указанной раме с возможностью вращения и состоящий из множества шатунных шеек;

по меньшей мере одно цилиндропоршневое устройство сжатия, состоящее из цилиндра сжатия и поршня сжатия, совершающего в нем возвратно-поступательные движения и соединенного с возможностью передачи приводного усилия с соответствующей одной из указанных шатунных шеек;

двигатель с циклом Брайтона на CO₂, содержащий:

нагреватель, выполненный с возможностью осуществления циркуляции пара диоксида углерода в теплообменном взаимодействии с горячей текучей средой для нагрева пара диоксида углерода;

детандер, соединенный с нагревателем и выполненный с возможностью расширения пара диоксида углерода;

холодильник;

компрессор, выполненный с возможностью сжатия пара диоксида углерода, подаваемого через холодильник; и

теплообменник, выполненный с возможностью осуществления циркуляции пара диоксида углерода из детандера в холодильник в теплообменном взаимодействии с паром диоксида углерода из компрессора в нагреватель,

причем детандер и компрессор представляют собой механически соединенные волюметрические устройства, соединенные с возможностью передачи приводного усилия с по меньшей мере одной из указанных шатунных шеек, таким образом, что мощность, вырабатываемая указанным двигателем Брайтона, приводит в движение указанное по меньшей мере одно цилиндропоршневое устройство сжатия.

13. Способ, включающий:

циркуляцию пара диоксида углерода в теплообменном взаимодействии с горячей текучей средой для нагрева пара диоксида углерода посредством нагревателя системы цикла Брайтона;

расширение пара диоксида углерода посредством детандера, соединенного с нагревателем системы цикла Брайтона;

охлаждение пара диоксида углерода из детандера посредством холодильника системы цикла Брайтона;

сжатие пара диоксида углерода, подаваемого через холодильник, посредством компрессора системы цикла Брайтона;

циркуляцию пара диоксида углерода из компрессора в нагреватель в теплообменном взаимодействии с паром диоксида углерода из детандера для предварительного нагрева пара диоксида углерода.

14. Способ по п. 13, в котором этап сжатия включает сжатие пара диоксида углерода от 40 бар ± 15% до 260 бар± 15% в диапазоне температур от 50°С±15% до 110°С±15%.

15. Способ по одному или более из пп. 13, 14, в котором расширение включает расширение пара диоксида углерода от 260 бар± 10% до 40 бар±15% в диапазоне температур от 400°С±15% до 230°С ± 15%.

16. Способ по одному или более из пп. 13-15, в котором предварительный нагрев включает нагревание пара диоксида углерода от 110°С±15% до 160°С±15%.

17. Способ по одному или более из пп. 13-16, в котором этап сжатия включает сжатие пара диоксида углерода, циркулирующего в последовательных ступенях компрессора, после промежуточного охлаждения между ступенями для уменьшения мощности сжатия.

18. Способ по одному или более из пп. 13-17, в котором циркуляция пара диоксида углерода в теплообменном взаимодействии с горячей текучей средой включает нагревание пара диоксида углерода с помощью горелки.