Система и способ регенерации энергии отходящего тепла - RU2017111353A

1. Система (1) для регенерации и/или утилизации энергии отходящего тепла от источника (S) отходящего тепла, содержащая:

первый тепловой двигатель (Н1), имеющий первый рабочий флюид (F1), особенно диоксид углерода, и определяющий первый контур (А) для циркуляции первого рабочего флюида (F1), причем первый тепловой двигатель (H1) сконфигурирован и расположен для передачи тепла от источника (S) отходящего тепла к первому рабочему флюиду (F1), и

второй тепловой двигатель (Н2), особенно тепловой двигатель органического цикла Ренкина (ORC), имеющий второй рабочий флюид (F2) и определяющий второй контур (В) для циркуляции второго рабочего флюида (F2),

при этом второй тепловой двигатель (Н2) сконфигурирован и расположен для передачи тепла от первого рабочего флюида (F1) к второму рабочему флюиду (F2), особенно для охлаждения первого рабочего флюида (F1) после его расширения в турбине (T1) первого теплового двигателя (H1).

2. Система (1) по п. 1, в которой первый тепловой двигатель (Н1) содержит первый теплообменник (E1) в первом контуре (A) для передачи тепла от источника (S) отходящего тепла к первому рабочему флюиду (F1) и второй теплообменник (Е2) в первом контуре (A) для охлаждения первого рабочего флюида (F1) после его расширения в турбине (Tl) первого теплового двигателя (H1), причем второй теплообменник (Е2) также находится во втором контуре (B) для передачи тепла от первого рабочего флюида (F1) к второму рабочему флюиду (F2) второго теплового двигателя (Н2).

3. Система (1) по п. 2, в которой второй тепловой двигатель (Н2) включает в себя вторую турбину (T2) для расширения второго рабочего флюида (F2) в положении во втором контуре (В) ниже по потоку от второго теплообменника (Е2).

4. Система (1) по п. 3, в которой второй тепловой двигатель (Н2) включает в себя обходной контур (BP) для обхода второй турбины (T2), причем обходной контур включает в себя клапан (V) для регулирования его работы.

5. Система (1) по любому из пп. 1-4, в которой второй тепловой двигатель (Н2) включает в себя третий теплообменник (E3) для охлаждения второго рабочего флюида (F2) после его расширения во второй турбине (Т2).

6. Система (1) по п. 5, в которой второй тепловой двигатель (Н2) включает в себя четвертый теплообменник (E4), который образует рекуператор во втором контуре (B) для рекуперации тепла от второго рабочего флюида (F2) после его расширения во второй турбине (Т2).

7. Система (1) по любому из пп. 1-6, в которой первый тепловой двигатель (H1) имеет пятый теплообменник (E5) для дополнительного охлаждения первого рабочего флюида (F1) после его расширения в первой турбине (Т1), причем пятый теплообменник (Е5) расположен в первом контуре (А) после или ниже по потоку от второго теплообменника (Е2).

8. Система утилизации энергии отходящего тепла (1), содержащая:

тепловой двигатель (Н1) на сверхкритическом диоксиде углерода (S-CО₂), имеющий диоксид углерода (CО₂) в качестве рабочего флюида (F1) и определяющий первый контур (А) для циркуляции диоксида углерода (CO₂), причем первый тепловой двигатель (H1) включает в себя первый теплообменник (E1) для передачи тепловой энергии от источника (S) отходящего тепла к диоксиду углерода (CO₂) и второй теплообменник (E2) для охлаждения диоксида углерода (CO₂) после его расширения в первой турбине (T1); и

тепловой двигатель (Н2) органического цикла Ренкина (ORC), имеющий второй рабочий флюид (F2) и определяющий второй контур (В) для циркуляции второго рабочего флюида, причем второй теплообменник (Е2) теплового двигателя (H1) на диоксиде углерода находится во втором контуре (B) для передачи тепла от рабочего флюида (F1) диоксида углерода (CO₂) к второму рабочему флюиду (F2).

9. Способ регенерации отходящего тепла от источника (S) отходящего тепла, содержащий:

обеспечение первого теплового двигателя (H1), имеющего первый рабочий флюид (F1), особенно диоксид углерода (CO₂),

обеспечение второго теплового двигателя (H2), особенно теплового двигателя органического цикла Ренкина (ORC), имеющего второй рабочий флюид (F2);

передачу тепла от источника (S) отходящего тепла к первому рабочему флюиду (F1) в первом тепловом двигателе (Н1), и

передачу тепла от первого рабочего флюида (F1) в первом тепловом двигателе (H1) ко второму рабочему флюиду (F2) во втором тепловом двигателе (H2), особенно для охлаждения первого рабочего флюида (F1) после его расширения в турбине (Т1) первого теплового двигателя (H1).

10. Способ по п. 9, в котором этап передачи тепла от первого рабочего флюида (F1) в первом тепловом двигателе (H1) ко второму рабочему флюиду (F2) во втором тепловом двигателе (Н2) содержит как охлаждение первого рабочего флюида (F1) после его расширения в турбине (Т1) первого теплового двигателя (H1), так и нагревание второго рабочего флюида (F2) во втором тепловом двигателе (Н2).

11. Способ по п. 9 или 10, в котором второй тепловой двигатель (Н2) включает в себя вторую турбину (T2) для расширения второго рабочего флюида (F2) в положении ниже по потоку от второго теплообменника (Е2).

12. Способ по любому из пп. 9-11, дополнительно содержащий охлаждение второго рабочего флюида (F2) во втором тепловом двигателе (Н2) после его расширения во второй турбине (Т2).

13. Способ по любому из пп. 9-12, дополнительно содержащий, опционально, обход второй турбины (Т2) второго теплового двигателя (H2) через обходной контур.

14. Способ по любому из пп. 9-13, дополнительно содержащий рекуперацию тепла от второго рабочего флюида (F2) после его расширения во второй турбине (Т2), особенно путем передачи тепла ко второму рабочему флюиду (F2) в положении рядом и/или выше по потоку от второго теплообменника (Е2).

15. Способ по любому из пп. 9-14, содержащий дополнительное охлаждение первого рабочего флюида (F1) после этапа передачи тепла от первого рабочего флюида (F1) ко второму рабочему флюиду (F2).