RS59342B1 - Orc za transformisanje otpadne toplote iz izvora toplote u mehaničku energiju i kompresorska instalacija za korišćenje takvog orc - Google Patents

Orc za transformisanje otpadne toplote iz izvora toplote u mehaničku energiju i kompresorska instalacija za korišćenje takvog orc

Info

Publication number
RS59342B1
RS59342B1 RSP20191075A RS59342B1 RS 59342 B1 RS59342 B1 RS 59342B1 RS P20191075 A RSP20191075 A RS P20191075A RS 59342 B1 RS59342 B1 RS 59342B1
Authority
RS
Serbia
Prior art keywords
expander
orc
working fluid
evaporator
changing
Prior art date
Application number
Other languages
English (en)
Inventor
Henrik Öhman
Original Assignee
Atlas Copco Airpower Nv
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Atlas Copco Airpower Nv filed Critical Atlas Copco Airpower Nv
Publication of RS59342B1 publication Critical patent/RS59342B1/sr

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F22B1/1838—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines the hot gas being under a high pressure, e.g. in chemical installations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K21/00—Steam engine plants not otherwise provided for
    • F01K21/005—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of liquid and steam or evaporation of a liquid by expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/04—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for the fluid being in different phases, e.g. foamed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/06—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using mixtures of different fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/04—Lubrication
    • F01C21/045—Control systems for the circulation of the lubricant
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

Opis
[0001] Predmetni pronalazak se odnosi na ORC za transformisanje otpadne toplote izvora toplote u mehaničku energiju i na kompresorsku instalaciju za korišćenje takvog ORC za transformisanje otpadne toplote kompresovanja u mehaničku energiju.
[0002] Energetski ciklusi za WTP (pretvaranje otpadne toplote u energiju) su dobro opisani, kao što su ORC, Kalina, trilateralni fleš ciklus, itd.
[0003] Takvi energetski ciklusi su dizajnirani da dobijaju otpadnu toplotu proizvedenu, na primer, od strane kompresora i da transformišu navedenu energiju u korisnu mehaničku energiju koja se može koristiti, na primer, za napajanje generatora za stvaranje električne energije.
[0004] Naročito je poznato da ORC (Organski Rankinov ciklus) dobija otpadnu energiju izvora toplote sa relativno visokom temperaturom kao što je toplota kompresovanog gasa proizvedena kompresorskom instalacijom.
[0005] Takvi poznati ORC se sastoje iz kola sa zatvorenom petljom koje sadrži dvofazni radni fluid, kolo dalje sadrži tečnu pumpu za cirkulisanje fluida u kolu uzastopno kroz evaporator koji je u termičkoj vezi sa izvorom toplote kako bi se vršilo evaporiranje radnog fluida; kroz ekspander kao što je turbina za transformisanje toplotne energije koja se prenosi na gasoviti radni fluid proizveden u evaporatoru u korisnu mehaničku energiju; i na kraju kroz kondenzator koji je u termičkoj vezi sa sredstvom za hlađenje kao što je voda ili vazduh iz okruženja kako bi se gasoviti radni fluid transformisao u tečnost koja se može vratiti u evaporator za sledeći radni ciklus radnog fluida.
[0006] U kompresorskoj instalaciji, ORC se koristi za hlađenje vrelih gasova proizvedenih kompresijom dovođenjem ovih vrelih gasova u kontakt sa evaporatorom ORC i u isto vreme za upotrebu ORC za transformisanje toplote dobijene u evaporatoru u korisnu energiju u ekspanderu.
[0007] Otpadna toplota u kompresorskim instalacijama je dostupna pri relativno visokim temperaturama, obično pri 150°C ili više. U isto vreme, hlađenje mora redukovati vrele kompresovane gasove do veoma niskih nivoa, obično manje od 10°C iznad temperature radnog fluida na ulazu u evaporator.
[0008] Poznati energetski ciklus za WTP, dizajniran da radi između temperaturnih nivoa radnog fluida kao što je voda za hlađenje i kompresovanog gasa, suočavaju se sa dilemom pri performansi u tome što zahtevaju odabir između dve alternative.
[0009] Energetski ciklus ili koristi svu dostupnu otpadnu toplotu koja je prisutna u kompresovanom gasu, ali gubi na veoma niskoj efikasnosti ciklusa ili koristi samo deo toplote i samo delimično hladi kompresovani gas ali pri relativno visokoj efikasnosti. U poslednjem slučaju, odvojeno sredstvo za hlađenje vazduha je potrebno posle evaporatora energetskog ciklusa kako bi se ostvarilo potrebno hlađenje kompresovanog gasa.
[0010] Poznati energetski ciklusi su prihvaćeni kao pogodni za izvore toplote kao što je kompresovani gas, koji imaju poteškoću u tome što se temperatura kompresovanog gasa menja, što znači da se u vremenu menja dostupna otpadna toplota.
[0011] Prvi pristup je hlađenje kompresovanog gasa sredstvom za hlađenje, koji je često voda, zatim hlađenje sredstva za hlađenje energetskim ciklusom, koje se zauzvrat hladi vodom za hlađenje vazduha iz okruženja. Ovo rešenje uvodi veoma velike termodinamičke gubitke, zbog toplotne razmene između velikih temperaturnih razlika i dovodi do veoma loše efikasnosti sistema.
[0012] Drugi pristup je rad sa evaporacijom pri različitim temperaturama, kao što su Kalina ciklusi i superkritični ORC. Takođe, ORC koji radi sa zeotropskim fluidnim smešama kao radnim fluidom je poznat pristup za redukovanje termodinamičkih gubitaka zbog evaporacije pri različitim temperaturama. Ovaj pristup dovodi do tehnički kompleksnih i samim tim skupih sistema.
[0013] Cilj je predmetnog pronalaska da se da rešenje za jedan ili više iznad spomenutih i drugih nedostataka.
[0014] Prema tome, pronalazak cilja na ORC za transformisanje otpadne toplote iz izvora toplote koji sadrži kompresovani gas u mehaničku energiju, ORC se sastoji iz zatvorenog kola koje sadrži dvofazni radni fluid, kolo sadrži tečnu pumpu za cirkulisanje radnog fluida u kolu uzastopno kroz evaporator koji je u termičkoj vezi sa izvorom toplote; kroz ekspander kao što je turbina za transformisanje toplotne energije radnog fluida u mehaničku energiju; i kroz kondenzator koji je u termičkoj vezi sa sredstvom za hlađenje, gde ORC sadrži sredstva za određivanje mehaničke energije stvorene od strane ekspandera i kontrolni uređaj prilagođen da reguliše frakciju pare radnog fluida koja ulazi u ekspander, gde je kontrolni uređaj prilagođen da reguliše iznad spomenutu frakciju pare na osnovu određene mehaničke energije tako da mehanička energija stvorena od strane ekspandera bude maksimalna i gde je ekspander bilo koji tip koji je pogodan da primi smešu tečnog i gasovitog radnog fluida.
[0015] Regulisanjem dela pare se podešava odnos tečnog i gasovitog ili isparenog radnog fluida koji ulazi u ekspander.
[0016] Mehanička energija stvorena od strane ekspandera se može smatrati kao izlazna energije iz ORC.
[0017] Prednost takvog ORC prema pronalasku je u tome što koristi različite delove pare na ulazu u ekspander kako bi se adaptiralo promenama temperature kompresovanog gasa, tako da se može dobiti veća efikasnost u poređenju sa konvencionalnim ORC i trilateralnim fleš ciklusima.
[0018] Druga prednost je u tome što je ORC prema pronalasku manje kompleksan i jeftiniji od sistema za evaporacijom pri različitim temperaturama kao što su Kalina ciklusi, superkritični ORC i ORC sa zeotropskim fluidnim mešavinama.
[0019] Značajno je napomenuti da će se u evaporatoru, koji je u termičkoj vezi sa kompresovanim gasom, radni fluid zagrejati do svoje temperature ključanja i posle toga će radni fluid bar delimično evaporisati.
[0020] Drugim rečima: odnos toplote korišćene za prethodno zagrevanje i toplote koja se koristi za evaporaciju se povećava samo za frakciju radnog fluida koja evaporira.
[0021] Smeša tečnog radnog fluida i evaporiranog ili isparenog ili gasovitog radnog fluida će ući u ekspander.
[0022] Na primer, smanjivanjem kapaciteta pumpe, količina tečnog radnog fluida koja evaporira u evaporatoru se može povećati, tj. veća količina toplote se koristi za evaporaciju.
[0023] Ovo će smanjiti srednju razliku temperatura u evaporatoru između radnog fluida koji apsorbuje toplotu i kompresovanog gasa koji emituje toplotu, ali će u isto vreme fizička temperatura evaporacije fluida biti konstantna.
[0024] Ovo će prevazići dilemu pri performansi povezanu za temperaturnu razliku između radnog fluida i kompresovanog gasa sa kojom se poznati energetski ciklusi za WTP suočavaju, kao što je objašnjeno iznad.
[0025] U skladu sa poželjnim otelotvorenjem, kontrolni uređaj će regulisati frakciju pare radnog fluida koja ulazi u ekspander, menjanjem protoka radnog fluida kroz pumpu i/ili menjanjem protoka radnog fluida kroz ekspander.
[0026] Menjanje protoka radnog fluida kroz pumpu ili ekspander označava menjanje kapaciteta pumpe ili ekspandera.
[0027] Kontrolni uređaj će regulisati kapacitet pumpe i/ili ekspandera a kao posledica toga i frakciju pare radnog fluida koja ulazi u ekspander u funkciji mehaničke energije stvorene od strane ekspandera. Naročito, kontrolni uređaj će regulisati kapacitet pumpe i/ili ekspandera, tako da ova mehanička energija bude maksimalna.
[0028] Međutim, jasno je da se mogu osmisliti mnogi drugi vidovi regulacije za menjanje frakcije pare radnog fluida koja ulazi u ekspander. Bilo koji vid regulacije koji može menjati frakciju pare radnog fluida koja ulazi u ekspander se može koristiti za pronalazak u procesu čekanja.
[0029] Poželjno, kontrolni uređaj će neprekidno regulisati frakciju pare radnog fluida koja ulazi u ekspander.
[0030] Takav vid regulacije će omogući da se frakcija pare radnog fluida koja ulazi u ekspander menja.
[0031] Ovo znači da će kontrolni uređaj odgovarati na izmenjene radne uslove tako da se optimalna efikasnost, tj. maksimalna izlazna energija WTP, može postići pri svim radnim uslovima.
[0032] Predmetni pronalazak se takođe odnosi na kompresorsku instalaciju koja sadrži kompresorski element za kompresovanje gasa i sredstvo za hlađenje za hlađenje kompresovanog gasa, gde kompresorska instalacija takođe sadrži ORC kolo prema pronalasku i gde je iznad spomenuto sredstvo za hlađenje ugrađeno u izmenjivaču toplote koji takođe integriše evaporator ORC za prenos toplote između sredstva za hlađenje i evaporatora.
[0033] Sa namerom za boljim prikazivanjem karakteristika pronalaska, u daljem tekstu, kao primer bez ograničavajućeg karaktera, opisana su neka poželjna otelotvorenja ORC prema pronalasku za transformisanje otpadne toplote iz izvora toplote u mehaničku energiju i kompresorska instalacija koja koristi takav ORC, sa referencom na priložene slike, gde: slika 1 šematski predstavlja kompresorsku instalaciju sa jednom fazom koja koristi ORC sistem prema pronalasku;
slika 2 šematski predstavlja kompresorsku instalaciju sa više faza prema pronalasku; slike od 3 do 4 predstavljaju različita otelotvorenja kompresorske instalacije sa više faza prema slici 2.
[0034] Kompresorska instalacija 1 predstavljena na slici 1 obuhvata kompresorski element 2 sa ulazom 3 i izlazom 4 koji se napaja motorom 5 za kompresovanje gasovitog protoka Q i sredstvo za hlađenje 6 za hlađenje kompresovanog gasa pre nego što dospe u mrežu 7 potrošača kompresovanog gasa.
[0035] Iznad spomenuti gas na primer može biti vazduh ili azot. Međutim, pronalazak nije ograničen na njih.
[0036] Kompresorska instalacija 1 dalje obuhvata ORC 8 prema pronalasku gde je iznad spomenuto sredstvo za hlađenje 6 integrisano u izmenjivaču toplote 9 koji takođe integriše evaporator 10 ORC 8 za dobijanje otpadne energije kompresovanog gasa koji se koristi kao izvor toplote 11 i transformisanje navedene toplote u korisnu mehaničku energiju putem ekspandera 12 ORC 8, koji je, na primer, turbina koja pokreće električni generator 13 kao što je prikazano u primeru sa slike 1.
[0037] ORC 8 obuhvata zatvoreno kolo 14 koje sadrži dvofazni organski radni fluid sa temperaturom ključanja ispod temperature izvora toplote 11, tj. kompresovanog gasa, radni fluid neprekidno cirkuliše u kolu 14 pomoću tečne pumpe 15 u smeru kao što je ukazano strelicama F.
[0038] Izaziva se neprekidno tečenje radnog fluida kroz evaporator 10 koji je u termičkoj vezi sa izvorom toplote 11; zatim kroz ekspander 12 i na kraju kroz kondenzator 16 pre nego što se opet pokrene pumpom 15 za sledeći ciklus u kolu 14.
[0039] Kondenzator 16 je, u ovom primeru, u termičkoj vezi sa sredstvom za hlađenje 17 kola za hlađenje 18 koje je, u primeru sa slike 1, predstavljeno kao izvor hladne vode W koja se dovodi iz rezervoara 19 kako bi cirkulisala kroz kondenzator 16 pomoću pumpe 20.
[0040] Prema pronalasku, ORC 8 je opremljen sa sredstvima 21 za određivanje mehaničke energije stvorene u ekspanderu 12.
[0041] Ova sredstva 21 mogu biti, na primer, merač snage ili senzor sa snagu.
[0042] ORC 8 je dalje opremljen sa kontrolnim uređajem 22 koji reguliše frakciju pare radnog fluida koja ulazi u ekspander 12.
[0043] Normalni rad ORC 8 prema pronalasku je da kontrolni uređaj 22 reguliše iznad spomenutu frakciju pare na osnovu određene mehaničke energije putem sredstava 21 tako da mehanička energija bude maksimalna.
[0044] U primeru sa slike 1 i prema poželjnim karakteristikama pronalaska, kontrolni uređaj 22 će regulisati frakciju pare radnog fluida koja ulazi u ekspander 12, menjanjem protoka radnog fluida kroz pumpu 15 i menjanjem protoka radnog fluida kroz ekspander 12.
[0045] Naravno, moguće je da kontrolni uređaj 22 reguliše samo ekspander 12 ili pumpu 15.
[0046] U ovom slučaju, međutim, kontrolni uređaj 22 će regulisati samo frakciju pare radnog fluida koja ulazi u ekspander 12 naizmeničnim menjanjem između dva kontrolna algoritma.
[0047] Prvi kontrolni algoritam se sastoji od menjanja protoka radnog fluida kroz pumpu 15 sve dok mehanička energija stvorena od strane ekspandera 12 ne bude na lokalnom maksimumu.
[0048] Drugi kontrolni algoritam se sastoji od menjanja protoka radnog fluida kroz pumpu 12 sve dok mehanička energija stvorena od strane ekspandera 12 ne bude na sledećem optimizovanom maksimumu.
[0049] Kontrolni uređaj 22 će menjati protok radnog fluida kroz ekspander 12 ili pumpu 15, tj. menjaće kapacitet ekspandera 12 ili pumpe 15, a u isto vreme određivaće mehaničku energiju stvorenu od strane ekspandera 12, tj. određivaće izlaznu snagu iz ORC, i izabraće kapacitet ekspandera 12 ili pumpe 15 za koji će određena izlazna snaga ORC biti na maksimumu.
[0050] Nakon prvog kontrolnog algoritma, izlazna snaga iz ORC će biti optimizovana samo u funkciji kapaciteta pumpe 15. Ovo znači da će izlazna snaga iz ORC biti na lokalnom maksimumu.
[0051] Primenjivanjem drugog kontrolnog algoritma, izlazna snaga ORC će biti optimizovana u funkciji kapaciteta ekspandera 12, tako da se optimizovani maksimum može dostići.
[0052] Ponovnim menjanjem na prvi kontrolni algoritam, izlazna snaga iz ORC će opet biti optimizovana u funkciji pumpe 15, tako da se izmene u radnim uslovima mogu uzeti u obzir.
[0053] Takve izmene u uslovima rada su: izmene temperature kompresovanog vazduha koji je potrebno ohladiti, izmene protoka kompresovanog vazduha, izmene temperatura okoline, izmene protoka vode za hlađenje, izmene temperature vode za hlađenje ili izmene efikasnosti izmenjivača toplote.
[0054] Primenjivanjem takve regulacije, kontrolni uređaj 22 će regulisati frakciju pare radnog fluida koja neprekidno ulazi u ekspander 12, tako da se može lako prilagoditi izmenama radnih uslova.
[0055] Na ovaj način, maksimalna izlazna snaga iz ORC se može garantovati pod svim radnim uslovima.
[0056] U cilju menjanja protoka radnog fluida kroz ekspander 12, moguće je primeniti nekoliko opcija.
[0057] Kapacitet ekspandera 12 se može menjati menjanjem brzine ekspandera 12, kao u datom primeru ili putem zaobilaženja ekspandera 12, pomoću tablastih zatvarača i/ili pločastih zatvarača, menjanjem zahvaćene zapremine od strane ekspandera 12 ili menjanjem injektiranja ulja ekspandera 12.
[0058] Takođe je moguće nekoliko opcija menjanja protoka radnog fluida kroz pumpu 15.
[0059] Kapacitet pumpe 15 se može menjati menjanjem brzine pumpe 15, kao u datom primeru ili zaobilaženjem pumpe, menjanjem zahvaćene zapremine od strane pumpe 15 ili menjanjem učestalosti gašenja i paljenja pumpe 15.
[0060] Prema poželjnom otelotvorenju pronalaska, frakcija pare radnog fluida koja ulazi u ekspander 12 je između 10% i 99% masenog dela. Naravno, takođe je moguće da frakcija pare radnog fluida koja uđe u ekspander 12 bude zadržana između različitih granica, na primer, između 20% i 95% masenog dela ili između 40% i 90% masenog dela.
[0061] Ekspander 12 može biti bili koji tip ekspandera 12 koji je u stanju da stvori mehaničku energiju ekspanzijom dvofaznog fluida, tj. smeše tečnog i gasovitog radnog fluida. Poželjno, zapreminski ekspander 12 kao što je pužni ekspander 12 ili mehanički cilindar ili slično može prihvatiti smešu tečnog i gasovitog radnog fluida.
[0062] Kompresorski element 2 takođe može biti bilo kojeg tipa, naročito kompresorski element 2 za gas bez ulja.
[0063] Takođe je jasno da se hlađenje kondenzatora 16 može izvršiti na druge načine od onog u primeru sa slike 1, na primer, duvanjem vazduha iz okruženja preko kondenzatora 16 putem ventilatora ili slično.
[0064] Poželjno, koristi se radi fluid koji ima temperaturu ključanja manju od 90°C ili čak manju od 60°C, u zavisnosti od temperature dostupnog izvora toplote 11, tj. temperature kompresovanog gasa koji je potrebno hladiti.
[0065] Primer pogodnog organskog radnog fluida je 1,1,1,3,3-pentafluoropropan. Radni fluid može biti pomešan sa pogodnim sredstvom za podmazivanje za podmazivanje bar dela pokretnih delova ORC 8. Alternativno, sam radni fluid bi mogao delovati kao sredstvo za podmazivanje, što znači da se može izabrati radni fluid koji ima svojstva podmazivanja.
[0066] Na slici 2 je predstavljena višefazna kompresorska instalacija 2 prema pronalasku koja, u ovom slučaju, ima dva kompresorska elementa, kompresorski element prve faze 2’ i kompresorski element druge faze 2”, respektivno, gde se elementi 2’ i 2” pokreću putem zupčaničkog mehanizma 23 sa jednim motorom 5 i povezani su redno kako bi se gas kompresovao u dve postepene faze sa pritiskom.
[0067] Kompresorski elementi 2’, 2” takođe mogu biti bilo kojeg tipa, naročito kompresorski elementi za gas bez ulja.
1
[0068] Instalacija 1 sadrži unutrašnje sredstvo za hlađenje 6’ za hlađenje gasa kompresovanog u prvoj fazi kompresorskog elementa 2’ pre nego što se dovede do sledećeg elementa 2” i izlazno sredstvo za hlađenje 6” za hlađenje gasa kompresovanog u poslednjoj fazi kompresorskog elementa 2” pre nego što se isporuči u mrežu 7.
[0069] Svako od iznad spomenutih sredstava za hlađenje 6’ i 6” je integrisano u izmenjivaču toplote 9’ i 9”, koji takođe integriše deo evaporatora 10 ORC 8.
[0070] U prikazanom primeru, ORC sadrži dva evaporatora 10’ i 10” koji su u kolu 14 redno povezani, iako nije isključeno da se može imati samo jedan evaporator 10 čiji bi deo 10’ bio u termičkoj vezi sa unutrašnjim sredstvom za hlađenje 6’ dok bi drugi deo 10” bio u termičkoj vezi sa izlaznim sredstvom za hlađenje 6”.
[0071] Takođe, u ovom slučaju kontrolni uređaj 22 će biti regulisan prema istoj metodi kao i na slici 1.
[0072] U tom slučaju, iste prednosti se primenjuju kao i kod jednofaznog kompresorskog elementa sa slike 1.
[0073] Slika 3 daje drugi primer višefazne kompresorske instalacije 1 prema pronalasku, koja se razlikuje od otelotvorenja sa slike 4 u tome što su evaporatori 10’ i 10” paralelno povezani umesto redno ali i dalje ima iste prednosti.
[0074] Slika 4 prikazuje alternativnu instalaciju 1 sa slike 3 koja dodatno sadrži trostruki zatvarač 24 kako bi se podelio protok radnog fluida koji dolazi iz pumpe 15 na dva odvojena protoka koji su pogodni za evaporatore 10’ i 10”.
[0075] Umesto upotrebe trostrukog zatvarača 24 jedna ili više prigušnica ili kombinacija prigušnice i zatvarača bi se moglo koristiti u granama paralelnog kola koje povezuje evaporatore 10’ i 10”.
[0076] Predmetni pronalazak nije ni na koji način ograničen na formu otelotvorenja opisanih putem primera i predstavljenih slikama, međutim, takav ORC za transformisanje otpadne toplote iz izvora toplote u mehaničku energiju i kompresorska instalacija koja koristi takav ORC prema pronalasku se mogu izvesti u različitim oblicima bez odstupanja od okvira pronalaska.

Claims (16)

Patentni zahtevi
1. ORC (organski Rankinov ciklus) za transformisanje otpadne toplote iz izvora toplote (11) koji sadrži kompresovani gas u mehaničku energiju, ORC (8) se sastoji iz zatvorenog kola (14) koje sadrži dvofazni radni fluid, kolo (14) sadrži tečnu pumpu (15) za neprekidno cirkulisanje radnog fluida u kolu (14) kroz evaporator (10) koji je u termičkoj vezi sa izvorom toplote (11); kroz ekspander (12) kao što je turbina za transformisanje toplotne energije radnog fluida u mehaničku energiju; i kroz kondenzator (16) koji je u termičkoj vezi sa elementom za hlađenje (17), naznačen time da je ORC (8) opremljen sredstvima (21) za određivanje mehaničke energije stvorene od strane ekspandera (12) i kontrolnim uređajem (22) koji je prilagođen da reguliše frakciju pare radnog fluida koja ulazi u ekspander (12), gde je kontrolni uređaj (22) prilagođen da reguliše iznad spomenutu frakciju pare na osnovu određene mehaničke energije tako da mehanička energija stvorena od strane ekspandera (12) bude maksimalna i gde je ekspander (12) bilo koji tip koji je pogodan da primi smešu tečnog i gasovitog radnog fluida.
2. ORC prema patentnom zahtevu 1, naznačen time da će kontrolni uređaj regulisati frakciju pare radnog fluida koja ulazi u ekspander (12), menjanjem protoka radnog fluida kroz pumpu (15) i/ili menjanjem protoka radnog fluida kroz ekspander (12).
3. ORC prema patentnom zahtevu 1 ili 2, naznačen time da će kontrolni uređaj neprekidno regulisati frakciju pare radnog fluida koja ulazi u ekspander (12).
4. ORC prema patentnom zahtevu 2 ili 3, naznačen time da će kontrolni uređaj (22) regulisati frakciju pare radnog fluida koja ulazi u ekspander (12), naizmeničnim menjanjem između dva kontrolna algoritma, gde se prvi kontrolni algoritam sastoji od menjanja protoka radnog fluida kroz pumpu (15) sve dok mehanička energija stvorena od strane ekspandera (12) ne bude na lokalnom maksimumu i gde se drugi kontrolni algoritam sastoji od menjanja protoka radnog fluida kroz pumpu (12) sve dok mehanička energija stvorena od strane ekspandera (12) ne bude na sledećem optimizovanom maksimumu.
5. ORC prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva od 2 do 4, naznačen time da se menjanje protoka radnog fluida kroz ekspander (12) vrši putem zaobilaženja ekspandera (12), menjanjem brzine ekspandera (12), pomoću tablastih zatvarača i/ili pločastih zatvarača, menjanjem zahvaćene zapremine od strane ekspandera (12) ili menjanjem injektiranja ulja ekspandera (12).
6. ORC prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva od 2 do 5, naznačen time da se menjanje protoka radnog fluida kroz ekspander (15) vrši zaobilaženjem pumpe (15), menjanjem brzine pumpe (15), menjanjem zahvaćene zapremine od strane ekspandera (15) ili menjanjem učestalosti gašenja i paljenja pumpe (15).
7. ORC prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, naznačen time da je frakcija pare radnog fluida koja ulazi u ekspander (12) između 10% i 99% po masi.
8. ORC prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, naznačen time da je ekspander (12) zapreminski ekspander (12) ili je ekspander (12) pužni ekspander (12).
9. ORC prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, naznačen time da se koristi radni fluid koji sadrži sredstvo za podmazivanje ili koji deluje kao sredstvo za podmazivanje.
10. ORC prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, naznačen time da se koristi radni fluid koji ima temperaturu ključanja manju od 90°C, poželjno manju od 60°C.
11. Kompresorska instalacija koja sadrži kompresorski element (2) za kompresovanje gasa i sredstvo za hlađenje (6) za hlađenje kompresovanog gasa, naznačena time da kompresorska instalacija (1) sadrži ORC (8) prema bilo kom od prethodnih patentnih zahteva, gde je iznad navedeno sredstvo za hlađenje (6) integrisano u izmenjivaču toplote (9) koji takođe integriše evaporator (10) ORC (8) za prenos toplote između sredstva za hlađenje (6) i evaporatora (10).
12. Kompresorska instalacija prema patentnom zahtevu 11, naznačena time da je višefazna kompresorska instalacija (1) sa bar dva kompresorska elementa (2’, 2”) redno povezana za kompresovanje gasa i bar dva sredstva za hlađenje (6’,6”) koja deluju kao unutrašnja sredstva za hlađenje (6’) između dva kompresorska elementa (2’,2”) ili izlazno sredstvo za hlađenje za hlađenje kompresovanog gasa u poslednjoj fazi kompresorskog elementa
gde kompresorska instalacija (1) sadrži ORC (8) sa bar jednim evaporatorom (10) gde je svako iznad spomenuto sredstvo za hlađenje (6,6’) integrisano u izmenjivaču toplote (9’,9”) koji takođe integriše deo evaporatora (10) ORC (8) .
13. Kompresorska instalacija prema patentnom zahtevu 12, gde se evaporator (10) ORC (8) sastoji od više evaporatora ili delova evaporatora (10’,10”), gde je svaki evaporator ili deo evaporatora integrisan zajedno sa unutrašnjim sredstvom za hlađenje
ili izlaznim sredstvom za hlađenje (2”) u izmenjivaču toplote (9’,9”), gde su evaporatori ili delovi evaporatora (10’,10”) ORC (8) redno ili paralelno fluidno povezani u ORC kolu (14).
14. Kompresorska instalacija prema patentnom zahtevu 13, naznačena time da su evaporatori ili delovi evaporatora (10’,10”) povezani paralelno i da postoje sredstva za deljenje protoka radnog fluida koji izlazi iz pumpe (15) na dva odvojena protoka kroz evaporatore ili delove evaporatora (10’,10”).
15. Kompresorska instalacija prema patentnom zahtevu 14, naznačena time da su sredstva za deljenje protoka radnog fluida na evaporatore ili delove evaporatora (10’,10”) formirana sa trostrukim zatvaračem (24) ili prigušnicom i/ili zatvaračem.
16. Kompresorska instalacija prema bilo kom od patentnih zahteva od 11 do 15, naznačena time da su kompresorski element (2) ili kompresorski elementi (2’,2”) kompresorski elementi za gas bez ulja.
1
RSP20191075 2015-09-08 2016-08-18 Orc za transformisanje otpadne toplote iz izvora toplote u mehaničku energiju i kompresorska instalacija za korišćenje takvog orc RS59342B1 (sr)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562215247P 2015-09-08 2015-09-08
BE2016/5643A BE1023904B1 (nl) 2015-09-08 2016-08-17 ORC voor het omvormen van afvalwarmte van een warmtebron in mechanische energie en compressorinstallatie die gebruik maakt van een dergelijke ORC.
PCT/BE2016/000038 WO2017041146A1 (en) 2015-09-08 2016-08-18 Orc for transforming waste heat from a heat source into mechanical energy and compressor installation making use of such an orc
EP16790511.6A EP3347574B1 (en) 2015-09-08 2016-08-18 Orc for transforming waste heat from a heat source into mechanical energy and compressor installation making use of such an orc

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RS59342B1 true RS59342B1 (sr) 2019-10-31

Family

ID=56852022

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RSP20191075 RS59342B1 (sr) 2015-09-08 2016-08-18 Orc za transformisanje otpadne toplote iz izvora toplote u mehaničku energiju i kompresorska instalacija za korišćenje takvog orc

Country Status (12)

Country Link
US (1) US10788203B2 (sr)
EP (1) EP3347574B1 (sr)
JP (1) JP6679728B2 (sr)
CN (1) CN108474271B (sr)
BE (1) BE1023904B1 (sr)
BR (1) BR112018004559B1 (sr)
CA (1) CA2997573C (sr)
HU (1) HUE046685T2 (sr)
PL (1) PL3347574T3 (sr)
RS (1) RS59342B1 (sr)
RU (1) RU2698566C1 (sr)
WO (1) WO2017041146A1 (sr)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110088426B (zh) * 2016-12-20 2022-12-02 C I 企业私人有限公司 涡轮机
EP3375990B1 (de) * 2017-03-17 2019-12-25 Orcan Energy AG Modellbasierte überwachung des betriebszustandes einer expansionsmaschine
CN107701252B (zh) * 2017-11-10 2023-07-18 山西大学 Orc智能工质混合器及其控制方法
BE1026654B1 (nl) * 2018-09-25 2020-04-27 Atlas Copco Airpower Nv Oliegeïnjecteerde meertraps compressorinrichting en werkwijze voor het aansturen van een compressorinrichting
DE102018222245A1 (de) * 2018-12-19 2020-06-25 Robert Bosch Gmbh Thermodynamischer Kreisprozess zur Erzeugung von Druckluft
DE102019102819A1 (de) * 2019-02-05 2020-08-06 Bitzer Kühlmaschinenbau Gmbh Expansionsanlage und Anlage zur Gewinnung elektrischer Energie aus Wärme
BE1027173B1 (nl) * 2019-04-05 2020-11-03 Atlas Copco Airpower Nv Werkwijze voor het regelen van een systeem voor vermogensopwekking, dergelijk systeem voor vermogensopwekking en compressorinstallatie omvattend dergelijk systeem voor vermogensopwekking

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2401380A1 (fr) * 1977-08-23 1979-03-23 Sulzer Ag Generateur de vapeur a circulation forcee
JPS6477762A (en) * 1988-09-02 1989-03-23 Maekawa Seisakusho Kk Geothermal hydroelectric power generation
DE69414415T2 (de) * 1994-02-03 1999-06-10 Svenska Rotor Maskiner Ab, Stockholm Kälteanlage und verfahren zur kälteleistungsregelung einer solchen anlage
SE516284C2 (sv) * 2000-03-30 2001-12-10 Svenska Rotor Maskiner Ab Sätt att upprätthålla låg bakteriehalt i ett cirkulationssystem, i vilket en kompressor ingår och en anordningför genomförande av sättet.
GB0511864D0 (en) * 2005-06-10 2005-07-20 Univ City Expander lubrication in vapour power systems
US7870733B2 (en) * 2005-12-21 2011-01-18 Denso Corporation Fluid machine for rankine cycle
US7841306B2 (en) * 2007-04-16 2010-11-30 Calnetix Power Solutions, Inc. Recovering heat energy
DE102007041457B4 (de) * 2007-08-31 2009-09-10 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung der Wärmeenergie einer Niedertemperatur-Wärmequelle in mechanische Energie
US8186161B2 (en) * 2007-12-14 2012-05-29 General Electric Company System and method for controlling an expansion system
US20100034684A1 (en) * 2008-08-07 2010-02-11 General Electric Company Method for lubricating screw expanders and system for controlling lubrication
US8276383B2 (en) * 2008-11-25 2012-10-02 Acme Energy, Inc. Power generator using an organic rankine cycle drive with refrigerant mixtures and low waste heat exhaust as a heat source
US20100154419A1 (en) * 2008-12-19 2010-06-24 E. I. Du Pont De Nemours And Company Absorption power cycle system
US9115604B2 (en) * 2009-11-19 2015-08-25 Ormat Technologies Inc. Power system
DE102010033124A1 (de) * 2010-08-03 2012-02-09 Daimler Ag Brennkraftmaschine mit einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
JP5885439B2 (ja) * 2011-09-16 2016-03-15 アネスト岩田株式会社 空気圧縮機の廃熱利用装置
US20130160449A1 (en) * 2011-12-22 2013-06-27 Frederick J. Cogswell Cascaded organic rankine cycle system
JP6002417B2 (ja) * 2012-01-20 2016-10-05 日立造船株式会社 廃熱回収装置
RU123841U1 (ru) * 2012-08-06 2013-01-10 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) Энергетическая установка
JP5721676B2 (ja) * 2012-09-14 2015-05-20 株式会社神戸製鋼所 補助動力発生装置及びこの装置の運転方法
US20140075941A1 (en) 2012-09-14 2014-03-20 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Power generating apparatus and operation method thereof
KR101553196B1 (ko) * 2014-03-24 2015-09-14 김유비 유기 랭킨 바이너리 사이클 발전시스템
KR200491391Y1 (ko) * 2015-09-08 2020-04-01 아틀라스 캅코 에어파워, 남로체 벤누트삽 열원으로부터의 폐열을 기계적 에너지로 변환하기 위한 ｏｒｃ 및 이러한 ｏｒｃ를 사용하는 냉각 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
US20180245788A1 (en) 2018-08-30
EP3347574B1 (en) 2019-07-10
JP2018529889A (ja) 2018-10-11
BR112018004559A2 (pt) 2018-10-09
PL3347574T3 (pl) 2019-10-31
HUE046685T2 (hu) 2020-03-30
CA2997573A1 (en) 2017-03-16
BE1023904A1 (nl) 2017-09-07
BR112018004559B1 (pt) 2023-01-17
CA2997573C (en) 2020-11-03
CN108474271B (zh) 2020-10-20
JP6679728B2 (ja) 2020-04-15
RU2698566C1 (ru) 2019-08-28
EP3347574A1 (en) 2018-07-18
US10788203B2 (en) 2020-09-29
CN108474271A (zh) 2018-08-31
WO2017041146A1 (en) 2017-03-16
BE1023904B1 (nl) 2017-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11466907B2 (en) Ultra efficient turbo-compression cooling systems
RS59342B1 (sr) Orc za transformisanje otpadne toplote iz izvora toplote u mehaničku energiju i kompresorska instalacija za korišćenje takvog orc
US10612423B2 (en) ORC for transporting waste heat from a heat source into mechanical energy and cooling system making use of such an ORC
US20130087301A1 (en) Thermoelectric energy storage system and method for storing thermoelectric energy
US8739541B2 (en) System and method for cooling an expander
Mohammadi et al. Energy and exergy comparison of a cascade air conditioning system using different cooling strategies
CN104185717B (zh) 用于从双热源回收废热的系统和方法
RS58887B1 (sr) Toplotni motori, sistemi za obezbeđivanje rashladnog sredstva pod pritiskom i vezani postupci
JP4471992B2 (ja) 多元ヒートポンプ式蒸気・温水発生装置
EP3431722A1 (en) Cogeneration device
JP2008298406A (ja) 多元ヒートポンプ式蒸気・温水発生装置
JP2016151191A (ja) 発電システム
JP6433749B2 (ja) 熱エネルギー回収装置
US9540961B2 (en) Heat sources for thermal cycles
CN108138695A (zh) 支承以朗肯循环运转的闭合电路元件转轴的轴承的润滑设备及其使用方法
JP2017053254A (ja) ランキンサイクル装置における潤滑方法
Marcinichen et al. Two-phase flow control of on-chip two-phase cooling systems of servers
RU2701973C1 (ru) Органический цикл рэнкина для преобразования сбросного тепла источника тепла в механическую энергию и система охлаждения, использующая такой цикл
WO2025262681A1 (en) Energy conversion system
NO20161104A1 (en) System adapted for heating a mixed hydrocarbon stream and a method for heating a mixed hydrocarbon stream
RU2575674C2 (ru) Тепловые двигатели с параллельным циклом
WO2007148076A1 (en) Renewable gravity power via refrigerated liquid refrigerant turbine-generators