Каскадный цикл и способ регенерации отходящего тепла

1. Система преобразования энергии, содержащая:
первый контур (11) рабочей текучей среды, имеющий сторону высокого давления и сторону низкого давления и выполненный с возможностью пропускания первой рабочей текучей среды,
нагреватель (7), выполненный с возможностью циркуляции первой рабочей текучей среды с участием в теплообмене с источником (3) тепла для испарения первой рабочей текучей среды,
первый детандер (15), расположенный между стороной высокого давления и стороной низкого давления первого контура (11) рабочей текучей среды и выполненный с возможностью расширения первой рабочей текучей среды и производства механической энергии,
первый насос или компрессор (17), расположенный между стороной низкого давления и стороной высокого давления первого контура (11) рабочей текучей среды,
второй контур (13) рабочей текучей среды, имеющий сторону высокого давления и сторону низкого давления и выполненный с возможностью пропускания второй рабочей текучей среды,
теплопередающее устройство (19), выполненное с возможностью передачи тепла от стороны низкого давления первого контура (11) рабочей текучей среды к стороне высокого давления второго контура (13) рабочей текучей среды и испарения второй рабочей текучей среды,
детандерный узел (24, 25), расположенный между стороной высокого давления и стороной низкого давления второго контура (13) рабочей текучей среды и выполненный с возможностью расширения второй рабочей текучей среды и производства механической энергии,
второй насос или компрессор (27), расположенный между стороной низкого давления и стороной высокого давления второго контура (13) рабочей текучей среды,
второй рекуператор тепла (23), в котором теплоотдающая сторона участвует в теплообмене с теплопринимающей стороной, причем теплоотдающая сторона проточно соединена со вторым контуром (13) рабочей текучей среды, а теплопринимающая сторона проточно соединена с первым контуром (11) рабочей текучей среды, в результате чего тепло передается от второй рабочей текучей среды, циркулирующей по теплоотдающей стороне второго рекуператора тепла, к первой рабочей текучей среде, циркулирующей по теплопринимающей стороне второго рекуператора тепла,
при этом первый насос или компрессор (17) соединен с возможностью передачи приводного усилия с детандерным узлом (24, 25) и приводится в действие механической энергией, генерируемой с его помощью.
2. Система по п. 1, в которой первый детандер (15) соединен с возможностью передачи приводного усилия с вращающейся нагрузкой (31).
3. Система по п. 1 или 2, в которой вращающаяся нагрузка (31) содержит электрогенератор, выполненный с возможностью преобразования механической энергии, генерируемой первым детандером (15), в электрическую энергию.
4. Система по одному или нескольким из предшествующих пунктов, в которой второй насос или компрессор (27) соединен с возможностью передачи приводного усилия с электродвигателем (37).
5. Система по одному из пп. 1-3, в которой второй насос или компрессор (27) соединен с возможностью передачи приводного усилия с детандерным узлом (24), причем как первый насос или компрессор (17), так и второй насос или компрессор (27) приводятся в действие механической энергией, генерируемой детандерным узлом (24).
6. Система по одному или нескольким из предшествующих пунктов, в которой детандерный узел содержит второй детандер (25), соединенный с возможностью передачи приводного усилия с трансмиссионным валом, причем первый насос или компрессор (17) и второй насос или компрессор (27) соединены с возможностью передачи приводного усилия с трансмиссионным валом.
7. Система по одному или нескольким из предшествующих пунктов, в которой детандерный узел (24) содержит верхний детандер (25.1) и нижний детандер (25.2), расположенные последовательно между стороной высокого давления и стороной низкого давления второго контура (13) рабочей текучей среды, в результате чего вторая рабочая текучая среда последовательно расширяется в верхнем детандере (25.1) и в нижнем детандере (25.2), причем один из указанных первого насоса или компрессора (17) и второго насоса или компрессора (27) соединен с возможностью передачи приводного усилия с верхним детандером (25.1), а другой из указанных первого насоса или компрессора (17) и второго насоса или компрессора (27) соединен с возможностью передачи приводного усилия с нижним детандером (25.2).
8. Система по одному или нескольким из предшествующих пунктов, в которой теплопередающее устройство (19) содержит первый рекуператор (19) тепла, в котором теплоотдающая сторона участвует в теплообмене с теплопринимающей стороной, причем теплоотдающая сторона проточно соединена с первым контуром (11) рабочей текучей среды, а теплопринимающая сторона проточно соединена со вторым контуром (13) рабочей текучей среды, в результате чего тепло передается от первой рабочей текучей среды, циркулирующей по теплоотдающей стороне первого рекуператора тепла, ко второй рабочей текучей среде, циркулирующей по теплопринимающей стороне первого рекуператора (19) тепла.
9. Система по п. 8, в которой теплоотдающая сторона первого рекуператора (19) тепла проточно соединена с первым контуром (11) рабочей текучей среды между первым детандером (15) и первым насосом или компрессором (17), а теплопринимающая сторона первого рекуператора (19) тепла проточно соединена со вторым контуром (13) рабочей текучей среды между вторым насосом или компрессором (27) и детандерным узлом (24, 25).
10. Система по п. 8 или 9, в которой первый контур (11) рабочей текучей среды также содержит первый охладитель (21), проточно соединенный с указанным первым контуром (11) между теплоотдающей стороной первого рекуператора (19) тепла и первым насосом или компрессором (17).
11. Система по одному или нескольким из предшествующих пунктов, в которой высокотемпературная сторона второго рекуператора (23) тепла проточно соединена со вторым контуром (13) рабочей текучей среды между детандерным узлом (24, 25) и вторым насосом или компрессором (27), а низкотемпературная сторона второго рекуператора (23) тепла проточно соединена с первым контуром (11) рабочей текучей среды между первым насосом или компрессором (17) и нагревателем (7).
12. Система по одному или нескольким из предшествующих пунктов, в которой второй контур (13) рабочей текучей среды также содержит второй охладитель (29), проточно соединенный с указанным вторым контуром (13) между вторым рекуператором (23) тепла и вторым насосом или компрессором (27).
13. Система по одному или нескольким из предшествующих пунктов, дополнительно содержащая соединительную линию (51) между первым контуром (11) рабочей текучей среды и вторым контуром (13) рабочей текучей среды, выполненную с возможностью переноса рабочей текучей среды из первого контура (11) во второй контур (13) или наоборот, и клапан (53), расположенный на соединительной линии (51).
14. Способ производства полезной энергии из тепла, обеспечиваемого источником тепла, включающий следующие этапы:
обеспечение циркуляции первого потока рабочей текучей среды с помощью первого насоса или компрессора (17) в первом контуре (11) рабочей текучей среды, имеющем сторону высокого давления и сторону низкого давления, при этом сторона высокого давления участвует в теплообмене с источником тепла, а сторона низкого давления участвует в теплообмене со вторым контуром (13) рабочей текучей среды;
передачу тепловой энергии от источника тепла первой рабочей текучей среде;
расширение первой рабочей текучей среды с помощью первого детандера (15), расположенного между стороной высокого давления и стороной низкого давления первого контура (11) рабочей текучей среды, и производство, тем самым, механической энергии;
передачу низкотемпературного тепла от первого контура (11) рабочей текучей среды ко второму контуру (13) рабочей текучей среды, при этом второй контур (13) рабочей текучей среды содержит сторону высокого давления и сторону низкого давления, детандерный узел (25, 24), расположенный между стороной высокого давления и стороной низкого давления, и второй насос или компрессор (27), расположенный между стороной низкого давления и стороной высокого давления;
расширение второй рабочей текучей среды, циркулирующей во втором контуре (13) рабочей текучей среды, в детандерном узле (25, 24) и производство в нем механической энергии;
передачу тепла от второго контура (13) рабочей текучей среды первому контуру (11) рабочей текучей среды с помощью рекуператора (23) тепла;
приведение в действие первого насоса или компрессора (17) с помощью механической энергии, генерируемой детандерным узлом (25, 24).
15. Способ по п. 14, в котором обеспечивают вращение нагрузки (31) с помощью механической энергии, генерируемой первым детандером (15).
16. Способ по п. 14 или 15, в котором нагрузка (31) содержит электрогенератор; при этом в способе преобразуют механическую энергию, генерируемую первым детандером (15), в электрическую энергию с помощью указанного электрогенератора.
17. Способ по одному из пп. 14-16, в котором обеспечивают вращение второго насоса или компрессора (27) с помощью механической энергии, генерируемой детандерным узлом (25, 24).
18. Способ по п. 17, в котором детандерный узел (24) содержит второй детандер (25.1) и третий детандер (25.2), последовательно расположенные между стороной высокого давления и стороной низкого давления второго контура (13) рабочей текучей среды, при этом в способе дополнительно последовательно расширяют вторую рабочую текучую среду во втором детандере (25.1) и третьем детандере (25.2); обеспечивают вращение указанного первого насоса или компрессора (17) с помощью механической энергии, генерируемой одним из указанных второго детандера (25.1) и третьего детандера (25.2); и обеспечивают вращение второго насоса или компрессора (27) с помощью механической энергии, генерируемой другим из указанных второго детандера (25.1) и третьего детандера (25.2).