(57)【要約】並列な予熱器及び蒸発器（１０１Ａ、１０１Ｂ）を備えた有機ランキンサイクルエネルギー変換器（１１０）では、内燃エンジンの異なる廃熱流れは、共通の有機ランキンサイクルエネルギー変換器において並列な蒸発器を用いて利用される。並列な蒸発器を備えた有機ランキンエネルギー変換器は、各蒸発器のための同一作動流体を有し、作動流体は、プレフィードシステム又はフィードシステム後に分離され、前記流れは、蒸発器後に、又は凝縮器（１０６）入口において混合される。蒸発器の作動流体側は、熱源側のみが分離されるように結合することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の熱源から有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）を通じてエネルギーを回収するためのシステムであって、
有機作動流体が循環する回路を有し、前記回路は、少なくとも１つのタービンと、少なくとも１つの凝縮器と、少なくとも１つのポンプと、並列に配置された少なくとも２つの蒸発器であって、各蒸発器が前記熱源の１つと熱伝達接触する少なくとも２つの蒸発器とを含む、
有機ランキンサイクルエネルギー回収システム。
【請求項２】
前記回路はさらに、並列に且つ個別の蒸発器の上流に配置される少なくとも２つの予熱器を有し、各前記予熱器は、前記熱源の１つと熱伝達接触する、
請求項１に記載の有機ランキンサイクルエネルギー回収システム。
【請求項３】
各予熱器は、個別の蒸発器と一体化される、
請求項２に記載の有機ランキンサイクルエネルギー回収システム。
【請求項４】
各予熱器は、前記少なくとも１つのポンプから始まる前記回路の液体供給ラインに接続される入口を有し、各蒸発器は、前記少なくとも１つのタービンに通じる蒸気ラインに接続される出口を有する、
請求項２又は請求項３に記載の有機ランキンサイクルエネルギー回収システム。
【請求項５】
前記蒸発器の少なくとも１つの出口と前記タービンとの間に配置された過熱器をさらに有する、
請求項４に記載の有機ランキンサイクルエネルギー回収システム。
【請求項６】
前記過熱器は、個別の蒸発器と一体化される、
請求項５に記載の有機ランキンサイクルエネルギー回収システム。
【請求項７】
前記並列な蒸発器は、前記回路に接続される構造に一体化され、前記複数の熱源と熱伝達接触する、
請求項１から請求項６の何れか１項に記載の有機ランキンサイクルエネルギー回収システム。
【請求項８】
前記並列な予熱器は、前記回路に接続される構造に一体化され、前記複数の熱源と熱伝達接触する、
請求項１から請求項７の何れか１項に記載の有機ランキンサイクルエネルギー回収システム。
【請求項９】
前記少なくとも１つのポンプは、前記回路に直列に配置されたプレフィードポンプとフィードポンプとを有する、
請求項１から請求項８の何れか１項に記載の有機ランキンサイクルエネルギー回収システム。
【請求項１０】
復熱装置が、前記回路において前記少なくとも１つのタービンと前記少なくとも１つの凝縮器との間に配置され、前記少なくとも１つのポンプと前記蒸発器との間の前記回路の一部が、前記復熱装置に配置される、
請求項１から請求項９の何れか１項に記載の有機ランキンサイクルエネルギー回収システム。
【請求項１１】
前記熱源の少なくとも２つは、実質的に異なる温度を有し、前記回路は、少なくとも２つの分岐を有し、各分岐は、熱源の温度に適合した少なくとも１つの蒸発器と前記タービンとを含む、
請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の有機ランキンサイクルエネルギー回収システム。
【請求項１２】
前記熱源の１つは、エンジン排気に接続され、対応する分岐にある前記タービンは、高圧タービンであり、他の前記熱源の少なくとも１つは、エンジン冷却回路又は給気中間冷却器に接続され、対応する分岐にある前記タービンは、低圧タービンである、
請求項１１に記載の有機ランキンサイクルエネルギー回収システム。
【請求項１３】
前記分岐の少なくとも１つは、異なる熱源と熱伝達接触する少なくとも２つの並列な蒸発器を含む、
請求項１１又は請求項１２に記載の有機ランキンサイクルエネルギー回収システム。
【請求項１４】
少なくとも２つの並列な蒸発器のセットであって、
請求項１から請求項１３の何れか１項に記載の有機ランキンサイクルエネルギー回収システムにおいて使用するための複数の熱源のうちの異なる熱源と熱伝達接触するように配置される、
蒸発器セット。
【請求項１５】
並列に且つ個別の蒸発器の上流に配置される少なくとも２つの予熱器をさらに有し、各前記予熱器は、前記熱源の１つと熱伝達接触させるように配置される、
請求項１４に記載の蒸発器セット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の熱源から有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）を通じてエネルギーを回収するためのシステムに関する。本発明はまた、そのようなシステムで使用するための蒸発器セットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン又はガスエンジン動力装置のような内燃エンジン動力装置では、蒸気ランキンサイクル又は有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）を用いてエンジンの廃熱流れを利用することによって電力生産を増加することができる。ＯＲＣプロセスは、水／蒸気サイクルに代えて有機作動流体を使用するランキンプロセスである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
十分に計画された熱回収システムでは、電力生産の増加を１５％にまで高くすることができるが、そのようなシステムの実用的な実施は、排気ガスからの廃熱のような高温の廃熱流れの利用並びに給気及びエンジン冷却水からの廃熱のような低温の廃熱流れの利用を伴うので困難である。蒸気ランキンサイクルは高温の廃熱流れから大規模な熱回収において通常使用されるのに対し、有機ランキンサイクルに基づくエネルギー変換器は、小規模において低温の廃熱を利用する有効な手段を提供する。異なる温度レベルの廃熱流れを利用することは多くの場合、種々の作動流体を用いた複雑な廃熱回収システムをもたらす。
【０００４】
本発明の目的は、前記問題の改善を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に従って、この目的は、複数の熱源から有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）を通じてエネルギーを回収するためのシステムであって、有機作動流体が循環する回路を有し、該回路は、少なくとも１つのタービンと、少なくとも１つの凝縮器と、少なくとも１つのポンプと、並列に配置された少なくとも２つの蒸発器であって、各蒸発器が前記熱源の１つと熱伝達接触する（heat transferring contact）少なくとも２つの蒸発器とを有する、システムにより実現される。
【０００６】
本発明に係るＯＲＣエネルギー回収システムの好ましい実施形態では、前記回路はさらに、並列に且つ個別の蒸発器の上流に配置される少なくとも２つの予熱器を有し、各予熱器は、前記熱源の１つと熱伝達接触する。
【０００７】
別個の部品及び接続の数を最小限にするために、また構造的及び機能的の両方において効率的であるシステムを提供するために、各予熱器は好ましくは、個別の蒸発器と一体化される。
【０００８】
本発明の効果を説明するために、クレームされる並列な蒸発器を有するＯＲＣエネルギー回収システムはこれから、各ＯＲＣシステムにおいて各熱源が単一蒸発器を使用する分離した従来のＯＲＣ熱回収システムと比較される。複数のＯＲＣプロセスを用いて内燃エンジンの異なる廃熱流れを利用することを考える場合、廃熱回収システムは、複雑で、実際には高価になる。並列な予熱器及び蒸発器を備えた１つのＯＲＣプロセスを用いて廃熱流れが利用される場合、廃熱回収システムは、非常に簡単にすることができ、必要とするシステム構成要素が少なくなる。例えば、複数の凝縮器及びプレフィード（pre-feed）システムに代えて、１つの凝縮器及び１つのプレフィードシステムを使用することができる。これは、単一蒸発器を備えた従来のＯＲＣシステムに比べて、本発明に係るシステムを使用する往復運動エンジンの異なる廃熱流れからの回収エネルギーをより安価にすると推定される。
【０００９】
小規模のＯＲＣエネルギー変換器では、二次損失は、大型のＯＲＣエネルギー変換器ユニットに比べてより大きい。並列な予熱器及び蒸発器を備えたＯＲＣシステムを使用することは、各廃熱流れを利用するために別個のタービン及び他の構成要素が必要なく、複数の廃熱流れを利用するために単一タービンを含むただ１つのプロセスを使用することができるので、これらの損失を低減する。
【００１０】
異なる廃熱流れを利用する共通のＯＲＣシステムにおいて並列な予熱器及び蒸発器を使用することによって、ＯＲＣエネルギー変換器を、単一の比較的小さなサイズのケーシングに配置することができ、それによってまた、複数の分離したＯＲＣエネルギー変換器に比べて小さい空間においてＯＲＣエネルギー変換器を使用することができる。
【００１１】
本発明に係るＯＲＣエネルギー回収システムのさらに好ましい実施形態では、並列な蒸発器及び／又は並列な予熱器は、前記回路に結合された構造に一体化され、前記複数の熱源と熱伝達接触することができる。蒸発器及び／又は予熱器の作動流体側をまた、これらの構成要素の熱源側のみが分離されるように結合することによって、更なる節約が得られる。
【００１２】
本発明に係るＯＲＣエネルギー回収システムのさらに好ましい実施形態は、従属請求項に規定される。
【００１３】
本発明は、以下の明細書及び添付図面において説明し、対応する要素は、「１００」ずつ増やした参照符号によって識別される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来の高速ＯＲＣエネルギー変換器の動作原理を示す図である。
【図２】１つのＯＲＣエネルギー変換器に供給するために異なる熱源を結合するための並列な蒸発器を有する、本発明に係るＯＲＣエネルギー回収システムの第１実施形態を示す図である。
【図３】実質的に異なる温度を有する熱源と共に使用するための本発明に係るＯＲＣエネルギー回収システムの第２実施形態を示す図である。
【図４】作動流体側が結合され、熱源側が分離される並列な蒸発器の変形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に示すように、高速ＯＲＣエネルギー変換器１０の主要構成要素は、結合した予熱器及び蒸発器１、タービン２、凝縮器６及びフィードポンプ５であり、それらは全て、有機作動流体の循環用回路Ｃによって接続されている。復熱装置４及びプレフィードポンプ７もまたＯＲＣエネルギー変換器において使用され得る。液体の有機作動流体は、フィードポンプ５によって高圧に加圧され、次に結合した予熱器及び蒸発器１に入る。作動流体は、予熱器部分ＰＨにおいて予熱され、次に蒸発器部分ＥＶにおいて作動流体が熱伝達接触される熱源ＨＳによって蒸発される。次いで、蒸発された作動流体は、タービン２に入って膨張し、タービン２を回転させる。タービン２の回転は、発電機３によって電気出力に変換される。タービン２を出る作動流体は、通常高温の乾燥蒸気であり、作動流体熱は、液体の作動流体が結合した予熱器及び蒸発器１に入る前に液体の作動流体の初期予熱のために復熱装置４において利用することができる。低温の蒸気は次に、凝縮器６において凝縮され、１つ又は２つのステップにおいて再び加圧される。２つのステップの場合、本実施形態に示すように、これは、プレフィードポンプ７とフィードポンプ５とによって実現され、それらは、タービン２によって駆動され得る。プレフィードポンプは、十分な初期圧力をフィードポンプに付与すること、及び／又はベアリングの潤滑のための圧力を付与することが必要であるかもしれない。
【００１６】
並列な蒸発器を備えた本発明に係るＯＲＣエネルギー回収システム１１０の原理は、図２に示されている。基本要素は、別個の廃熱流れＨＳ１、ＨＳ２（例えば、共に内燃エンジンからの一次熱回収後の排気ガス熱及び給気中間冷却熱）を利用する共通のＯＲＣエネルギー変換器の並列な蒸発器ＥＶ−Ａ、ＥＶ−Ｂである。図示される実施形態では、各蒸発器ＥＶ−Ａ、ＥＶ−Ｂは、個別の予熱器ＰＨ−Ａ、ＰＨ−Ｂに結合されて、一体化した予熱器／蒸発器１０１Ａ、１０１Ｂとされる。ＯＲＣエネルギー変換器１１０は、各予熱器／蒸発器１０１Ａ、１０１Ｂのための共通の作動流体を使用し、作動流体の流れのための回路Ｃは、共通のプレフィード又はフィードサイクル後に並列な予熱器／蒸発器の上流の位置１０８において分岐Ｂ１、Ｂ２に分離される。共通の凝縮器１０６はまた、作動流体の流れ全体のために使用される。作動流体の圧力レベル及び温度レベルがすべての予熱器／蒸発器１０１Ａ、１０１Ｂにおいて同一である場合、共通のフィードポンプ１０５及び共通のタービン１０２が前記サイクルにおいて使用することができる。その場合、分岐Ｂ１とＢ２とは、タービン１０２の上流の位置１０９において一緒になる。最後に、本実施形態はさらに、タービン１０２と凝縮器１０６との間に復熱装置１０４を含む。
【００１７】
図示される実施形態では、過熱器ＳＨは、第１の予熱器／蒸発器１０１Ａとタービン１０２との間に配置される。この過熱器ＳＨは、排気ガス熱を使用し、予熱器／蒸発器１０１Ａと一体化することができる。それは、前記２つの並列な予熱器／蒸発器１０１Ａ、１０１Ｂからタービン１０２に入る作動流体蒸気の混合物がタービン１０２において凝縮することを防止する十分な熱量を有するほどまでに、第１の予熱器／蒸発器１０１Ａの蒸発器部分ＥＶ−Ａから出る作動流体蒸気を過熱する役割を果たす。
【００１８】
図示される実施形態では、蒸発器ＥＶ−Ａ、ＥＶ−Ｂは完全に分離されているが、場合によっては、並列な蒸発器の作動流体側を結合することができる。そのような実施形態では、図４に示されているが、蒸発器ＥＶ−Ａ、ＥＶ−Ｂの熱源側のみ分離される必要がある。同じ考えは、並列な予熱器ＰＨ−Ａ、ＰＨ−Ｂも同様に適用することができる。これは、廃熱流れがチャンバ１１１Ａ、１１１Ｂを通じて案内される場合、且つ予熱器／蒸発器１０１Ａ、１０１Ｂがこれらのチャンバ１１１Ａ、１１１Ｂを通じて流れる有機作動流体ＷＦのための共通の導管又はチューブ１１２を含む場合、実現することができる。このような実施形態は、構造的見地からより簡単にすることができる。
【００１９】
本発明に係るＯＲＣエネルギー回収システム２１０の代替的実施形態は、図３に示されている。このシステム２１０は特に、種々の熱源ＨＳ１、ＨＳ２、ＨＳ３が実質的に異なる温度を有する場合に使用するときに好適である。この場合、熱源ＨＳ１は、比較的高温を有する内燃エンジンからの排気ガス熱とすることができ、熱源ＨＳ２及びＨＳ３はそれぞれ、非常に低温を有する中間冷却器からの熱及びエンジン冷却回路からの熱とすることができる。この実施形態の回路Ｃは、高温／高圧の分岐ＢＨと低温／低圧の分岐ＢＬを有する。凝縮器２０６及びプレフィードポンプ２０７のみが、両方の分岐ＢＨ、ＢＬに共通である。高温／高圧の分岐ＢＨは、専用の高圧サイクルフィードポンプ２０５Ｈ、予熱器と結合される高温の蒸発器２０１Ｈ、及び高圧サイクルタービン２０２Ｈを含む。同様に、低温／低圧の分岐ＢＬは、低圧サイクルフィードポンプ２０５Ｌ及び低温サイクルタービン２０２Ｌを含む。フィードポンプ２０５Ｌとタービン２０２Ｌとの間において、低温／低圧の分岐ＢＬは、２つの分岐ＢＬ１、ＢＬ２に２０８で分離され、分岐ＢＬ１、ＢＬ２は、２つの並列な低温蒸発器２０１Ｌ１、２０１Ｌ２に通じ、各蒸発器はまた、予熱器と結合される。これらの分岐ＢＬ１、ＢＬ２は、低圧タービン２０２Ｌへの共通の蒸気流れを導くために２０９で一緒になる。
【００２０】
本発明は、２つの実施形態を参照することによって説明されているが、これらに限定されるものではないことは明らかである。本発明の概念の多くの変形及び適用を予測することができる。本発明の範囲は、添付されるクレームによってのみ規定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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