(57)【要約】  駆動ユニットであって、駆動ユニットは駆動シャフトを有する、駆動ユニットと、圧縮器であって、圧縮器は駆動シャフトに動作可能に結合され、駆動ユニットの動作が圧縮器を駆動する、圧縮器と、廃熱回収サイクルであって、廃熱回収サイクルは駆動ユニットおよび圧縮器に結合される、廃熱回収サイクルとを含む廃熱回収システムであって、駆動ユニットの廃熱は廃熱回収サイクルに動力供給し、したがって廃熱回収サイクルは、機械動力を圧縮器に伝達する、廃熱回収システムが提供される。更には、関連する方法も提供される。【選択図】図１
2020513499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動ユニットであって、前記駆動ユニットは駆動シャフトを有する、駆動ユニットと、
圧縮器であって、前記圧縮器は前記駆動シャフトに動作可能に結合され、前記駆動ユニットの動作が前記圧縮器を駆動する、圧縮器と、
廃熱回収サイクルであって、前記廃熱回収サイクルは前記駆動ユニットおよび前記圧縮器に結合される、廃熱回収サイクルと、
を備える廃熱回収システムであって、
熱源の廃熱は前記廃熱回収サイクルに動力供給し、したがって前記廃熱回収サイクルは、機械動力を前記圧縮器に伝達する、廃熱回収システム。
【請求項２】
前記廃熱回収サイクルは膨張機構を含む、請求項１に記載の廃熱回収システム。
【請求項３】
前記膨張機構は、前記圧縮器の回転シャフトに動作可能に結合される、請求項２に記載の廃熱回収システム。
【請求項４】
前記膨張機構は、前記圧縮器の他のステージに機械的に接続されていない圧縮器ステージを駆動するシャフトに動作可能に結合される、請求項２に記載の廃熱回収システム。
【請求項５】
前記膨張機構は、前記駆動ユニットの前記駆動シャフトの反対側の端部に動作可能に結合される、請求項２に記載の廃熱回収システム。
【請求項６】
前記駆動ユニットはガス・タービンである、請求項１に記載の廃熱回収システム。
【請求項７】
前記圧縮器は、複数の圧縮ステージを有するギア一体型圧縮器である、請求項１に記載の廃熱回収システム。
【請求項８】
前記圧縮器は、複数の圧縮ステージを有するバレル型圧縮器である、請求項１に記載の廃熱回収システム。
【請求項９】
圧縮システムの駆動／圧縮システムへの動力供給に際して支援するために廃熱回収を使用する方法であって、
廃熱回収サイクルを駆動ユニットおよび圧縮器に結合するステップと、
前記廃熱回収サイクルから前記圧縮器へと機械動力を送達するステップと
を備える、方法。
【請求項１０】
前記廃熱回収サイクルは膨張機構を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記膨張機構は、前記圧縮器の回転シャフトに動作可能に結合される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記膨張機構は、前記圧縮器の他のステージに機械的に接続されていない圧縮器ステージのシャフトに動作可能に結合される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記膨張機構は、前記駆動ユニットの前記駆動シャフトの反対側の端部に動作可能に結合される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記駆動ユニットはガス・タービンである、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記圧縮器は、複数の圧縮ステージを有するギア一体型圧縮器である、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記圧縮器は、複数の圧縮ステージを有するバレル型圧縮器である、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
システムの駆動／システムへの動力供給に際して支援するために廃熱回収を使用する方法であって、
廃熱回収サイクルを使用して熱源からの廃熱を捕捉するステップと、
前記廃熱回収サイクルから前記システムのコンポーネントへと機械動力を送達するステップと、
を備える、方法。
【請求項１８】
前記システムの前記コンポーネントは、圧縮器と補助システムのコンポーネントとのうちの少なくとも一方を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記コンポーネントは、機械的シャフトであり、前記機械的シャフトは、別のコンポーネントへとトルクを伝達するために前記機械動力を使用する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記機械的シャフトは、ギア一体型圧縮器の圧縮ステージに装着される、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年１２月８日に出願された「Ｗａｓｔｅ  Ｈｅａｔ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題された米国仮特許出願第６２／４３１，４９１号の優先権および利益を主張する非仮特許出願である。
【０００２】
以下は、廃熱回収のためのシステム、より具体的には、駆動ユニットからの廃熱を、圧縮器および／または他の補助システムへの動力供給に際して支援するために使用するためのシステムおよび方法の実施形態に関する。
【背景技術】
【０００３】
ガス・タービンは、電力が容易には利用できない領域における圧縮器ドライバとしての一般的な選択肢である。ガス・タービンによって駆動される圧縮器は、ピストン型圧縮器、バレル型圧縮器、ギア一体型遠心圧縮器などのタイプを含み、しばしばパイプラインにおけるガスの運搬を促進するために使用される。この設置スキームにおいて、ガス・タービンは、パイプラインからのガスのうちのいくらかを、パイプライン・ガスに再加圧することで運搬プロセスのせいで生じる損失を克服するために圧縮器に動力供給するガス・タービンのための燃料として使用する。
【０００４】
ガス・タービンの製造者は、できる限りのエネルギーを燃焼プロセスから捕捉するように最善を尽くしているが、全てのガス・タービンは本来的に廃熱を生む。いくつかの場合において、この廃熱を電気に変換するために、蒸気生成による熱回収（ＨＲＳＧ：Ｈｅａｔ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｓｔｅａｍ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）システムが用いられる（これは、電力産業において熱電併給の形態としても知られている）。他の場合において、廃熱は、ＨＶＡＣ加熱などのために直接的に使用される。しかしながら、圧縮器を駆動するために使用されるガス・タービンの多くは、しばしば電気またはＨＶＡＣのどちらのためにも役に立たない遠隔の場所に位置し、従って、廃熱は浪費され、これは恒久的な損失を意味する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そのため、ガス・タービンからの廃熱を捕捉し、圧縮器の駆動に際して支援するために廃熱を使用できるシステムおよび方法のための需要が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の態様は、概して、タービン熱源からの廃熱を捕捉し、圧縮器または他の補助システムの駆動に際して支援するためにこの廃熱を使用するための廃熱回収システムおよび方法に関する。
【０００７】
第２の態様は、概して、駆動ユニットであって、駆動ユニットは駆動シャフトを有する、駆動ユニットと、圧縮器であって、圧縮器は駆動シャフトに動作可能に結合され、駆動ユニットの動作が圧縮器を駆動する、圧縮器と、廃熱回収サイクルであって、廃熱回収サイクルは駆動ユニットおよび圧縮器に結合される、廃熱回収サイクルとを備える廃熱回収システムであって、駆動ユニットの廃熱は廃熱回収サイクルに動力供給し、したがって廃熱回収サイクルは、機械動力を圧縮器に伝達する、廃熱回収システムに関する。
【０００８】
第３の態様は、概して、圧縮システムの駆動／圧縮システムへの動力供給に際して支援するために廃熱回収を使用する方法であって、廃熱回収サイクルを駆動ユニットおよび圧縮器に結合するステップと、廃熱回収サイクルから圧縮器へと機械動力を送達するステップとを備える、方法に関する。
【０００９】
構造および動作の前述のおよび他の特徴は、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて検討することから、より容易に了解され、より完全に理解されよう。
【００１０】
実施形態のうちのいくつかが、以下の図面を参照して詳細に説明される。図面において、類似の記号は類似の部材を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】廃熱回収システムの第１の実施形態の概略的な図を示す。
【図２】廃熱回収システムの第２の実施形態の概略的な図を示す。
【図３】廃熱回収システムの第３の実施形態の概略的な図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
開示される装置および方法の以下に説明される実施形態の詳細な説明は、図面を参照して、本明細書において、限定としてではなく例示として提示される。ある実施形態が図示され、詳細に説明されるが、様々な変更および修正が、添付の特許請求の範囲から逸脱することなくなされ得ることを理解されたい。本開示の範囲は、構成コンポーネントの数、それらの材料、それらの形状、それらの相対的な配置などに限定されることは決してなく、単に本開示の実施形態の例として開示されるものである。
【００１３】
詳細な説明に対する前置きとして、本明細書および添付の特許請求の範囲において使用されるとき、単数形の「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈がそうでないことを明白に示さない限り、複数の参照先を含むことに留意されたい。
【００１４】
図面を参照すると、図１は、廃熱回収システム１００の実施形態を示す。廃熱回収システム１００の実施形態は、圧縮器３０またはオイル・ポンプ、冷却ファン、冷却水ポンプ、封止システム圧縮などのトレインに関連する他の補助システムを駆動するために使用されるガス・タービンなどの駆動ユニット１０からの排ガス１１などの廃熱（これに限定されるものではない）を使用して、機械動力を生む閉ループ・システムにおける作動流体を加熱し得る。本発明の実施形態は、駆動ユニット１０の廃熱源に関して説明され得るが、廃熱１１は、駆動ユニット１０に追加され得る、サイクルの一部である１つ以上の他の熱源からも利用され得る。廃熱１１は、最終的には、圧縮器３０の圧縮プロセスへの直接的な動力供給のために、または、それへの動力供給、その駆動および／もしくは動作に際して支援するために使用され得る。圧縮器３０または他のコンポーネントまたは補助システムへの動力供給に際して支援するために廃熱１１を利用することは、典型的な廃熱回収シナリオにおける多くの制限要因を取り除き得る。更には、廃熱回収システム１００の実施形態は、駆動トレイン・シャフト動力において支援するために動力を直接的に使用し得、それによって、１つまたは複数の既存の配置に対して多くの利点を生む。これらの利点には、生成器ならびに全ての関連するスイッチギアおよび配線の削減による複雑さの減少、ならびに、機械動力の電気への変換に関連する損失、伝達損失、および電気を機械動力に戻すように変換するときの更なる損失のない動力の直接的な使用によるより大きな効率性などがある。
【００１５】
廃熱回収システム１００の例示的実施形態において、有機ランキン・サイクル（ＯＲＣ：Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｒａｎｋｉｎｅ  Ｃｙｃｌｅ）が、駆動ユニット１０または他の熱源からの廃熱１１を、ピニオン・シャフト４７を介して圧縮器３０に伝達される機械動力に変換するために使用され得る。廃熱回収システム１００の実現によって圧縮器３０に伝達される機械動力は、圧縮器３０の駆動／圧縮器３０への動力供給のために駆動ユニット１０から直接的に必要とされる動力を減少させ得、それによって、全体的なシステム効率を向上させる。例えば、廃熱回収システム１００の実施形態は、必要とする燃料／ガスがより少なく、従って生み出す排出物がより少ない駆動ユニット１０をもたらし得、これらはどちらも非常に望ましい成果である。いくつかの実施形態において、廃熱回収システム１００を用いることは、（廃熱が圧縮器によって使用される動力に変換されない場合に必要とされるサイズと比べて）より小さな駆動ユニット／ガス・タービンの使用を可能にし得る。
【００１６】
例示的な実施形態は有機ランキン・サイクル（ＯＲＣ）を使用し得るが、水（蒸気）などの他の作動流体または異なる熱力学的サイクルでさえも使用され得る。更に、廃熱１１に由来する動力が圧縮器３０への動力供給を支援するために使用され得るいくつもの異なるやり方がある。例えば、動力は、圧縮器３０の駆動ギアに接続するピニオンなどのピニオンに供給され得、このピニオンは、インペラを有しても有さなくてもよく、または、動力は、１つ以上の圧縮器ステージに直接的に供給されてもよい。廃熱回収システム１００の例示的な実施形態は、図１から図３を参照して、以下に図示および説明される。
【００１７】
引き続き図１を参照すると、廃熱回収システム１００の実施形態は、駆動ユニット１０と、廃熱回収サイクル５０と、圧縮器３０とを含み得る。廃熱回収システム１００の実施形態は、駆動ユニット１０であって、駆動ユニット１０は駆動シャフト１２を有する、駆動ユニット１０と、圧縮器３０であって、圧縮器３０は駆動シャフト１２に動作可能に結合され、駆動ユニット１０の動作が圧縮器３０を駆動する、圧縮器３０と、廃熱回収サイクル５０であって、廃熱回収サイクル５０は駆動ユニット１０および圧縮器３０に結合される、廃熱回収サイクルとを含み得、駆動ユニット１０の廃熱１１は廃熱回収サイクル５０に動力供給し、したがって廃熱回収サイクル５０は、機械動力を圧縮器３０に伝達する。例示的な実施形態において、廃熱回収システム１００は、タービン、エンジン、ピストン、ドライバ、駆動ユニットからの廃熱または排熱（例えば、排ガス）を、シャフト動力に変換、利用、活用、使用、利用などし得る。例えば、温かいおよび／または高温の排ガスなどの廃熱は、回収、捕捉などされ得、圧縮器ユニットに対してシャフト動力を追加するために使用され得る。
【００１８】
廃熱回収システム１００の実施形態は、駆動ユニット１０を含み得る。例示的な実施形態において、駆動ユニット１０は、ガス・タービン、ガス・エンジン、ピストン、ドライバなどであってよく、または仕事を行い、熱を放出するように構成された任意のデバイスであってよい。駆動ユニット１０の実施形態は、駆動シャフト１２を含み得る。駆動シャフト１２は、駆動ユニット１０によって駆動され得る。ガス・タービンなどの駆動ユニット１０または駆動源の実施形態は、機械の駆動シャフト１２または他のシャフトまたは電機子を駆動、回転し得、または他のやり方でこれにトルクを伝達し得る。駆動シャフト１２が駆動ユニット１０から作用を受けるとき、駆動ユニット１０は、１つ以上の圧縮器ステージを作動／動作させるために圧縮器３０とインタフェースし得る。圧縮器３０がギア一体型圧縮器である実施形態において、駆動ユニット１０は、圧縮器３０の駆動ギア３５と協調し得、これは、第１のピニオン４１、第２のピニオン４２、および第３のピニオン４３などの複数のピニオンと噛み合い、または他のやり方でこれらと機械的に係合する。故に、複数のピニオン４１、４２、４３は、駆動ユニット１０によって回転される駆動シャフト１２および駆動ギア３５の回転に応じて回転される。
【００１９】
駆動シャフト１２を回転させる駆動ユニット１０の動作の結果、廃熱１１などの高温の排ガスが、駆動ユニット１０によって放出される。駆動ユニット１０の廃熱１１は、廃熱回収サイクル５０によって受け取られ得る。例えば、廃熱１１は、廃熱回収サイクル５０によって受け取られ得、収集され得、受け入れられ得、取得され得、回収され得、または他のやり方によって廃熱回収サイクル５０に導入され得る。換言すれば、廃熱回収サイクル５０は、ガス・タービンなどの駆動ユニット１０からの高温の廃熱排出１１によって動力供給され得る。廃熱回収サイクル５０の実施形態は、駆動ユニット１０に動作可能に接続され得る。例示的な実施形態において、廃熱回収サイクル５０は、駆動ユニット１０と流体連通し得る。別の実施形態において、廃熱回収サイクル５０は、１つ以上のパイプ、ライン、パイプライン、ダクト、チューブ、または流体を第１のコンポーネントから第２のコンポーネントへと受け渡す他の手段によって、駆動ユニット１０に接続され得る。廃熱１１は、駆動ユニット１０から１つまたは複数のパイプを通って廃熱回収サイクル５０へと移動し得る。廃熱回収サイクル５０の実施形態は、有機ランキン・サイクルまたは熱を仕事に変換し得る他の熱力学サイクルであってよい。有機ランキン・サイクルは、作動流体を含み得、作動流体は様々な、有機ランキン・サイクルに関連して知られた作動流体であってよい。他の熱力学的サイクルにおいて、作動流体は水（蒸気）であり得る。サイクル５０は、閉ループ・サイクルであってよく、駆動ユニット１０の廃熱１１は閉ループに外部から供給される。更なる実施形態において、廃熱１１は、熱媒オイル・ル−プを用いるなど追加的な伝送媒体を介して、廃熱回収ループ５０（例えば、蒸発器５１）に間接的に伝送され得る。
【００２０】
廃熱回収サイクル５０の実施形態は、蒸発器５１と、膨張機構５５と、凝縮器５４と、ポンプ５２とを含み得る。サイクル５０のコンポーネントは、閉ループ内で互いに対して動作可能に接続され得る。蒸発器５１の実施形態は、閉ループ・サイクル５０内を流れる高圧液体などの作動流体を蒸発させるように構成された熱交換器であってよい。例えば、駆動ユニット１０からの高温の排ガスは、蒸発器５１内を流れてサイクル５０の作動流体を蒸発させ得る。蒸発器５１内を流れる廃熱１１の作用で、サイクル５０の作動流体は、蒸発してガス形態／気相となり得、ガスは膨張機構５５に送られ得、こうして、膨張機構５５と圧縮器３０との間の結合を介して圧縮器３０に伝達され得る動力を生成し、この結合は、シャフト、回転シャフト、ピニオン・シャフトなどでよく、図１においてはピニオン・シャフト４７として示されている。膨張機構５５の実施形態は、蒸発した作動流体を膨張機構５５へと伝送または他の方法で送るために、１つ以上のライン、パイプなどを介して、蒸発器５１に動作可能に結合される。
【００２１】
膨張機構５５の実施形態は、機械動力を生むために蒸発器５１からの高圧ガスからのエネルギーを除去または他のやり方で活用するように構成された膨張デバイス、膨張器、ターボ膨張器などであってよい。具体的には、膨張機構５５の実施形態は、膨張タービン、スクリュー、歯、スクロールなどであってよい。更には、膨張機構５５の実施形態は、圧縮器３０に動作可能に接続され得る。例示的な実施形態において、膨張機構５５は、ピニオン・シャフト４７を介して圧縮器３０に機械的に結合され得る。例えば、膨張機構５５は、ピニオン・シャフト４７の一端部に機械的に結合され得る。ピニオン・シャフト４７の反対側の端部は、圧縮器３０に動作可能に機械的に結合され得る。一実施形態において、ピニオン・シャフト４７の反対側の端部は、圧縮器３０の第２の圧縮器ステージ３２に関連付けられた第２のピニオン４２に動作可能に接続され得る。他の実施形態において、膨張機構５５は、膨張機構５５にとって理想的な速度に最も近い速度で動作するピニオンに接続され得、または他のやり方で取り付けられ得、このようなピニオンには、圧縮器ステージが取り付けられていない。故に、膨張機構５５の実施形態は、蒸発器５１からガスを受け取ることによって、ピニオン・シャフト４７を旋回、回転させ得、または他のやり方でピニオン・シャフト４７に作用し得、圧縮器３０の動作／圧縮器３０への動力供給を支援し、このことは駆動ユニット１０によって供給される駆動／動力に追加され得る。
【００２２】
圧縮器３０の実施形態は、ギア一体型圧縮器、ピストン型圧縮器、バレル型圧縮器、可搬圧縮器などであってよい。圧縮器３０は、様々なガス圧縮用途のために使用され得る。圧縮器３０の実施形態は、１つ以上の遠心圧縮器ステージ３１、３２、３３を有する遠心圧縮器であってよい。いくつかの実施形態において、一体型の圧縮器ステージ３１、３２、３３が、単一のギアボックスまたは筐体内に設置され得る。システム要件が圧縮器３０の構成および／または圧縮ステージの数を決定し得る。例えば、圧縮器３０の実施形態は、複数ステージの圧縮器であってよく、システム要件が、遠心圧縮ステージの数を指定する。更には、圧縮器３０は、ギア・システムを含み得る。ギア・システムの実施形態は、単一の筐体に一体化され得、またはその中に設置され得る。筐体は、圧縮器３０のギア・システムのコンポーネントの収納、受け入れ、支持、収容などを行うギアボックスであってよい。圧縮器３０のギア・システムの実施形態は、駆動ユニット１０によって駆動される駆動シャフト１２と、駆動ギア３５と、第１のピニオン・シャフト４４と、第１のピニオン４１と、第２のピニオン・シャフト４６と、第２のピニオン４２と、第３のピニオン・シャフト４５と、第３のピニオン４３とを含み得る。ギアを有する圧縮器の一実施形態において、３つのピニオンは駆動ギア（または、ブル・ギア）と噛み合い、１つのピニオンが駆動ギアの各側部にあり、１つのピニオンが駆動ギアの上部にある。更に、遊びギアが駆動ギアと圧縮器との間に配置され得る。
【００２３】
圧縮器３０のギア・システムの実施形態は、駆動シャフト１２と駆動ギア３５とを含み得る。駆動ギア３５は、駆動シャフト１２に動作可能に取り付けられ得る。例えば、駆動ギア３５は、駆動シャフト１２に固定され得、駆動シャフト１２の回転は駆動ギア３５の回転に変換される。他の実施形態において、駆動ギア３５は、駆動シャフト１２と構造的に一体であり得る。駆動シャフト１２は、駆動ギア３５の中央軸に沿って駆動ギア３５の前面から突出し得、駆動ギア３５の中央軸に沿って駆動ギア３５の背面からも突出し得る。駆動ギア３５の実施形態は、駆動ギア３５の外側の周面に沿って歯を含み得る。駆動ギア３５のギア歯は、様々な間隔、厚さ、ピッチ、サイズなどを有し得る。同じように、駆動ギア３５のサイズは、ギア・システムの種々の所望の速度、比率、トルク伝達などを達成するために様々であり得る。駆動ギア３５の実施形態は、圧縮器３０の筐体内に配置され得る。駆動ギア３５の作動は、ピニオン４１、４２、４３の回転をもたらし得、これは、ピニオン・シャフト４４、４５、４６に動作可能に装着され得るインペラの回転をもたらし得る。
【００２４】
更に、圧縮器ステージ３１、３２、３３は、ピニオン・シャフト４４、４５、４６の各端部に動作可能に接続され得る。圧縮器ステージ３１、３２、３３の実施形態は、ピニオン・シャフト４４、４５、４６の端部に直接的に取り付けられる遠心圧縮器のインペラであってよく、ガスが引き込まれて圧縮器３０によって圧縮される。例示的な実施形態において、第１のピニオン・シャフト４４の端部に配置される遠心圧縮器は、圧縮の第１のステージ３１であり得、第２のピニオン・シャフト４６の端部に配置される遠心圧縮器は、圧縮の第２のステージ３２であり得、第３のピニオン・シャフト４５の端部に配置される遠心圧縮器は、圧縮の第３のステージ３３であり得る。しかしながら、更なる実施形態において、追加的な圧縮ステージが、ピニオン・シャフト４４、４５、４６の他の端部に配置されてよい。
【００２５】
なおも図１を参照すると、膨張機構５５の実施形態は、圧縮器３０の駆動／動力供給を支援するために、ピニオン・シャフト４７などの圧縮器３０のコンポーネントと協調し得る。膨張機構５５の動作は、排ガスをもたらし得、この排ガスは廃熱回収サイクル５０の凝縮器５４に送られ得る。例えば、膨張機構５５を出たガスは、膨張機構５５から凝縮器５４まで１つ以上のラインまたはパイプを通って移動し得、そこで凝縮器５４によってガスが凝縮される。凝縮器５４の実施形態は、排ガスを液体形態に凝縮させるように構成され得る。ガスは、周囲空気の結果として、または冷却水もしくは当技術分野において知られた他の手段によって液体形態に凝縮され得る。例示的な実施形態において、凝縮器５４は、ガスを液体に凝縮させ得、凝縮された液体は廃熱回収サイクル５０の作動流体として使用され得、および／または廃熱回収サイクル５０の作動流体と混合され得る。凝縮器５４の結果としての液体の圧力は、１つまたは複数のポンプ５２によって増加される。ポンプ５２の実施形態は、サイクル５０内の凝縮器５４と蒸発器５１との間で凝縮された液体の圧力を増加させるとともに、液体を蒸発器５１に戻るように流動させるように構成され得る。
【００２６】
図１によって示される１つの例示的な実施形態において、廃熱回収システム１００の実施形態は、第１の圧縮器ステージ３１、第２の圧縮器ステージ３２および第３の圧縮器ステージ３３を含むギア一体型遠心圧縮器３０を含む。圧縮器ステージ３１、３２、３３の各々は、中央駆動ギア３５と噛み合うそれぞれのピニオン４１、４２、４３に取り付けられ得る。膨張機構５５の実施形態は、ピニオン・シャフト４７など、第２のピニオン４２と関連付けられたピニオン・シャフトの端部に取り付けられ得る。図１は第２のピニオン４２に関連付けられたシャフトに取り付けられた膨張機構５５を示しているが、膨張機構５５は、自由端部（例えば、圧縮器ステージを有さない）を有し得るピニオン４１、４２、４３（またはそのピニオン・シャフト）のうちの任意のものに取り付けられてよく、圧縮器ステージに関連付けられていないピニオンに取り付けられてもよい。更なる実施形態において、いくつかの熱回収シチュエーションは、使用可能な廃熱およびシステム条件と使用されるサイクルを最もよく適合させるために膨張の複数のステージを必要とすることがあり、これらのステージは、１つ以上のピニオンに取り付けられ得る。同じように、圧縮器ステージ３１、３２、３３が各ピニオン・シャフト４４、４５、４６の一端部にのみ取り付けられるとき、圧縮器ステージが各端部に取り付けられ得、および／または膨張器ステージが各端部に取り付けられ得、および／または膨張器ステージが、他端部に圧縮器ステージを有さずに、一端部に取り付けられ得る。ピニオンの数は、ただ１つだけから、ギアに取り付け可能な限りの多数まで、用途によって様々であり得る。
【００２７】
圧縮器３０は、遊びギア３６などの遊びギアも含み得る。このような遊びギアは、図１に図示されるように２つのピニオンの間に、または駆動ギアと１つまたは複数のピニオンとの間に配置され得る。すなわち、遊びギアは複数のピニオンを駆動し得る。任意の場所に配置される任意の数の遊びギアを追加することは、本発明の範囲内にある。駆動ギアは、全てのピニオンを直接的に駆動し得、または、１つ以上の遊びギアを駆動し得、またはこれらの任意の組み合わせを駆動し得る。
【００２８】
引き続き図面を参照すると、図２は、廃熱回収システム２００の実施形態を示す。廃熱回収システム２００の実施形態は、上述の廃熱回収システム１００と同一のまたは実質的に同一の構造および／または機能を共有し得る。例えば、廃熱回収システム２００の実施形態は、駆動ユニットと、圧縮器と、廃熱回収サイクルとを含み得る。廃熱回収サイクル２５０の実施形態は、図１に関連して説明された廃熱回収サイクル５０と同一のまたは実質的に同一のやり方で動作し得る。しかしながら、廃熱回収システム２００の実施形態は、ギア一体型圧縮器３０の筐体の外部に位置する圧縮器３０のシャフト２４７に取り付けられた膨張機構２５５を含み得る。
【００２９】
図２は、４つの圧縮器ステージ３１、３２、３３、２３４を有するギア一体型遠心圧縮器２３０を有する廃熱回収システム２００の実施形態を示し、第１の圧縮ステージ３１、第２の圧縮ステージ３２、および第３の圧縮ステージ３３は、ギア３５などの中央駆動ギアと噛み合うピニオンに取り付けられ得る。第４の圧縮器ステージ２３４の実施形態は、シャフト２４７に取り付けられ得、シャフト２４７はその端部に取り付けられた膨張機構２５５を含み得る。シャフト２４７は、圧縮器２３０のギアボックスから離間され得、圧伸器と称され得る配置にある。圧伸器の使用は、非常に標準的な設計実践において、廃熱回収システム２００が便利に利用されることを可能にし得る。圧伸器が廃熱回収のために使用される類似の実施形態において、膨張機構２５５は、タービンにとって理想的な速度に最も近い速度で動作する圧縮器ステージに接続され得る。こうして、任意の圧縮器ステージが、廃熱回収タービンによって駆動され得る。タービンに最後の圧縮ステージを駆動させる必要はない。更なる実施形態において、いくつかの熱回収シチュエーションは、使用可能な廃熱およびシステム条件と使用されるサイクルを最もよく適合させるために膨張の複数のステージを必要とすることがあり、従って、複数の圧伸器が使用され得、または、これらのステージは、圧縮器２３０の１つ以上のピニオンに取り付けられ得る。同じように、圧縮器ステージ３１、３２、３３、２３４が各ピニオン・シャフト４４、４５、４６、２４７の一端部にのみ取り付けられるとき、圧縮器ステージが各端部に取り付けられ得、および／または膨張器ステージが各端部に取り付けられ得、および／または膨張器ステージが、他端部に圧縮器ステージを有さずに、一端部に取り付けられ得る。加えて、シャフト２４７は、膨張機構２５５および圧縮器２３４とともに、駆動ギア３５または遊びギア３６のどちらとも接続されることなく、圧縮器２３０のギアボックスに取り付けられ得る。
【００３０】
故に、廃熱回収システム２００の実施形態は、圧縮器２３０への動力供給に際して支援するために、駆動ユニット１０からの廃熱１１を利用し得る。廃熱１１は、廃熱回収サイクル２５０において蒸発器５１によって受け取られ得る。蒸発器５１は、廃熱１１を利用してサイクル２５０の作動流体を蒸発させ得、次いで、これは膨張機構２５５に送達され得る。膨張機構２５５の実施形態は、シャフト２４７の端部に動作可能に位置づけられ得、シャフト２４７は、複数の圧縮ステージを含み得る圧縮器２３０のギアボックスの外部に位置し得る。膨張機構２５５の動作は、圧縮プロセスの一部であるが駆動ユニット１０から独立している圧縮ステージに作用し得る。
【００３１】
再び図面を参照すると、図３は、廃熱回収システム３００の実施形態を示す。廃熱回収システム３００の実施形態は、上述の廃熱回収システム１００、２００と同一のまたは実質的に同一の構造および／または機能を共有し得る。例えば、廃熱回収システム２００の実施形態は、駆動ユニットと、圧縮器と、廃熱回収サイクルとを含み得る。廃熱回収サイクル３５０の実施形態は、図１および図２に関連して説明された廃熱回収サイクル５０、２５０と同一のまたは実質的に同一のやり方で動作し得る。しかしながら、廃熱回収システム３００の実施形態は、駆動ユニット１０に動作可能に結合されたバレル型圧縮器３３０を含み得、膨張機構３５５が駆動ユニット１０に接続されたシャフトの一端部に取り付けられている。
【００３２】
図３は、複数の圧縮器ステージ３３１、３３２、３３３を有するバレル・タイプの遠心圧縮器３３０を有する廃熱回収システム３００の実施形態を示す。膨張機構３５５は、圧縮器シャフト３２２の一端部に取り付けられ得る。例えば、圧縮器シャフト３２２の一端部は、駆動シャフト３１２に動作可能に結合され得、駆動シャフト３１２は、駆動ユニット１０に動作可能に結合され得、圧縮器シャフト３２２の反対側の端部は、膨張機構３５５に動作可能に結合され得る。代替的な実施形態において、膨張機構３５５は、駆動ユニット１０に直接的に結合され得る。更に別の実施形態において、追加的な膨張器ステージが、バレル型圧縮器３３０に一体化され得る。更には、圧縮器３３０の実施形態は、シャフトに駆動される任意のタイプのポジティブまたはダイナミック圧縮器であってよく、これらに限定されるものではないが、往復圧縮器、回転スクリュー圧縮器、回転羽圧縮器、ローリング・ピストン圧縮器、スクロール圧縮器、遠心圧縮器、混合流圧縮器、軸圧縮器などを含む。いくつかの熱回収シチュエーションは、使用可能な廃熱およびシステム条件と使用されるサイクルを最もよく適合させるために膨張の複数のステージを必要とすることがある。
【００３３】
故に、廃熱回収システム３００の実施形態は、圧縮器３３０への動力供給に際して支援するために、駆動ユニット１０からの廃熱１１を利用し得る。廃熱１１は、廃熱回収サイクル３５０において蒸発器５１によって受け取られ得る。蒸発器５１は、廃熱１１を利用してサイクル３５０の作動流体を蒸発させ得、次いで、これは膨張機構３５５に送達され得る。膨張機構３５５の実施形態は、圧縮器３３０の圧縮器シャフト３２２の端部に動作可能に位置づけられ得る。膨張機構３５５の動作は、駆動シャフト３１２に作用し得、このことは、圧縮器３３０への動力供給のために駆動シャフト３１２を回転させる際に駆動ユニット１０を支援し得る。
【００３４】
廃熱回収システム１００、２００、３００の各々は、有機ランキン・サイクルなどの廃熱回収サイクル５０、２５０、３５０における動力源として、ガス・タービンなどの駆動ユニット１０からの廃熱を、活用または他のやり方で使用し得る。廃熱回収サイクル５０、２５０、３５０の実施形態は、膨張機構５５、２５５、３５５を含み得、膨張機構５５、２５５、３５５から生成された機械動力などの動力は、圧縮器ステージ２３４または圧縮器３０、２３０、３３０の駆動またはこれらへの他のやり方での動力供給に際して支援するために、圧縮器ステージ２３４または圧縮器３０、２３０、３３０へと伝達または伝送され得る。こうして、圧縮器３０、２３０、３３０は、１つまたは複数の場所において、および／または２つの駆動源によって駆動され得、このことは、単一の駆動ユニット１０によって必要とされる仕事または負荷を減少させ得る。膨張機構５５、２５５、３５５からの動力の伝達／伝送は直接的であってよく、または様々なタイプのガス圧縮用途および複数のタイプの圧縮器に適応するために１つ以上のギアを含んでもよい。
【００３５】
図１から図３を参照すると、圧縮システムの駆動／圧縮システムへの動力供給に際して支援するために廃熱回収を使用する方法は、廃熱回収サイクル５０、２５０、３５０を駆動ユニット１０および圧縮器３０、２３０、３３０に内蔵または結合するステップと、廃熱回収サイクル５０、２５０、３５０から圧縮器へと機械動力を送達するステップと、を含み得る。
【００３６】
本開示が、上に概説された特定の実施形態と併せて説明されたが、多くの代替、修正、および変形が当業者には明らかであることは明白である。故に、上に述べられた本開示の好ましい実施形態は、例示的であることを意図し、限定を意図するものではない。様々な変更が、以下の特許請求の範囲による要求に応じて、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなくなされ得る。特許請求の範囲は、本発明がカバーする範囲を提供するものであり、本明細書において提供された特定の例に限定されるべきではない。
【図１】
2020513499.tif 000003
【図２】
2020513499.tif 000004
【図３】
2020513499.tif 000005
【国際調査報告】
2020513499.tif 000006