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公開番号2024103511
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-01
出願番号2024077760,2022580388
出願日2024-05-13,2021-05-14
発明の名称熱交換器システム
出願人ルーマステクノロジーエルエルシー
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類F28D 21/00 20060101AFI20240725BHJP(熱交換一般)
要約【課題】熱交換器システムを提供すること。
【解決手段】一側面では、開示される実施形態は、システムに関する。システムは、タービンと、再生式熱交換器システムとを含んでもよい。再生式熱交換器システムは、排ガスをタービンから受容するように構成される。再生式熱交換器システムは、排ガスを冷却するための予冷区分と、冷却された排ガスを受容するための主加熱区分と、冷却された排ガスを受容するための副加熱区分とを含んでもよい。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
本明細書に記載の発明。

発明の詳細な説明【背景技術】
【０００１】
熱電力サイクルは、典型的には、エアブリージングガスタービン直接発火式ブレイトンサイクル、または作業流体として蒸気を用いる間接的に加熱された閉鎖ランキンサイクルのいずれかを使用する。高効率が、ブレイトンサイクルとボトミングランキンサイクルを組み合わせ、組み合わせられたサイクルを形成することによって、取得される。組み合わせられたサイクル発電は、高効率を達成し得るが、組み合わせられたサイクル発電は、ＣＯ
２
捕捉のために好適ではなく、配設は、要求される大量の機器および配管作業に起因して、高資本コストを有し得る。ある場合には、超臨界ＣＯ
２
（ｓｃＣＯ
２
）ブレイトン熱電力サイクルが、熱電力サイクルに優先して使用され得る。有利なこととして、超臨界ＣＯ
２
（ｓｃＣＯ
２
）ブレイトン熱電力サイクルは、低減された温室効果ガス（ＧＨＧ）放出量、改良された炭素捕捉量、より高い効率、低減された占有面積、およびより低い水消費量を有し得る。しかしながら、超臨界ＣＯ
２
（ｓｃＣＯ
２
）ブレイトン熱電力サイクルの利益が実現され得る前に、克服しなければならない、いくつかの技術的課題が存在する。特に、これらの超臨界ＣＯ
２
（ｓｃＣＯ
２
）ブレイトン熱電力サイクルのための再生式熱交換器の設計および動作は、継続中の研究および開発領域である。
続きを表示（約 2,900 文字）【０００２】
半閉鎖直接発火式酸素燃料ブレイトンサイクルは、Ａｌｌａｍ電力サイクルまたはＡｌｌａｍサイクルと呼ばれ得る。Ａｌｌａｍサイクルは、発生される二酸化炭素および水を捕捉しながら、化石燃料を機械的電力に変換するためのプロセスである。従来、Ａｌｌａｍサイクルは、使用または貯蔵のためＣＯ
２
捕捉量の著しい付加利益を伴って、既存の組み合わせられたサイクルベースの技術に匹敵する高効率を達成するために、エコノマイザ熱交換器と、付加的低位外部熱源とを要求する。Ａｌｌａｍサイクルの効率は、タービンが、典型的には、６００℃を上回るより高い温度および１２０～４００バールの高圧で動作される場合、増加される。これらの条件は、熱交換システムのための高圧高温および高有効性の同時要件につながる。典型的には、複数の個々の熱交換ユニットが、要求され、要求される再生式熱交換を外部低位熱源からの熱回収と同時に達成するために、ネットワーク内に配列されなければならない。従来の熱交換器システムおよび方法の実施例は、米国特許第８，２７２，４２９号、米国特許第８，５９６，０７５号、米国特許第８，９５９，８８７号、米国特許第１０，０１８，１１５号、米国特許第１０，４２２，２５２号、および米国特許公開第２０１９／００６３３１９号（その全ては、参照することによって本明細書に組み込まれる）に見出され得る。
【０００３】
従来、熱交換器システムは、高、中、および低温区分に分裂され得る。高温区分内の排ガスを最低温度（例えば、低位熱源温度と一致する温度）まで冷却することが望ましいが、これは、そのようなシステムのレイアウト、コスト、および信頼性を駆動する、機械的要件に矛盾する。典型的には、高温区分の設計温度および圧力は、最高温度度および圧力によって設定され、これは、ひいては、機械的要件を駆動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
米国特許第８，２７２，４２９号明細書
米国特許第８，５９６，０７５号明細書
米国特許第８，９５９，８８７号明細書
米国特許第１０，０１８，１１５号明細書
米国特許第１０，４２２，２５２号明細書
米国特許出願公開第２０１９／００６３３１９号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本説明は、下記の詳細な説明にさらに説明される、一連の概念を導入するために提供される。本説明は、請求される主題の重要または不可欠な特徴を識別することを意図するものではなく、請求される主題の範囲を限定する補助として使用されるように意図されるものでもない。
【０００６】
一側面では、本明細書に開示される実施形態は、システムに関する。本システムは、タービンと、再生式熱交換器システムとを含んでもよい。再生式熱交換器システムは、排ガスをタービンから受容するように構成される。再生式熱交換器システムは、排ガスを冷却するための予冷区分と、冷却された排ガスを受容するための主加熱区分と、冷却された排ガスを受容するための副加熱区分とを含んでもよい。
【０００７】
別の側面では、本明細書に開示される実施形態は、方法に関する。本方法は、タービンを介して、排ガスを生産するステップと、排ガスを再生式熱交換器システムの予冷区分の中に給送し、排ガスを冷却するステップと、冷却された排ガスを、再生式熱交換器システムの主加熱区分の中に給送する主流動経路と、再生式熱交換器システムの副加熱区分の中に給送する副流動経路とに分裂させるステップと、副流動経路内において、冷却された排ガスを、副加熱区分の第１の副熱交換器および副加熱区分の第２の副熱交換器を通して流動させるステップと、主流動経路内において、冷却された排ガスを、主加熱区分の第１の主熱交換器、主加熱区分の第２の主熱交換器、および主加熱区分の第３の主熱交換器を通して流動させるステップと、タービンに結合される燃焼器に、主流動経路および副流動経路からの流体流を提供するステップとを含んでもよい。
【０００８】
さらに別の側面では、本明細書に開示される実施形態は、予冷熱交換器に関する。予冷熱交換器は、圧力境界を形成する、第１の環状シェルを含んでもよい。第１の環状シェルは、排ガスをタービンから受容するように構成される、排ガス入口と、排ガスを排気するように構成される、１つまたはそれを上回る排気出口とを有してもよい。予冷熱交換器はまた、第１の環状シェル内に提供される、第２の環状シェルを含んでもよい。予冷熱交換器はさらに、第２の環状シェル内に提供される、管束を含んでもよい。加えて、環状分散デバイスが、第２の環状シェル内に提供されてもよく、環状分散デバイスは、管束に流入する排ガス流量を制御するように構成される。
【０００９】
一側面では、本明細書に開示される実施形態は、再生式熱交換器システムに関する。再生式熱交換器システムは、第１の剛性フレームワークを伴う、予冷区分と、第３の剛性フレームワーク内の副区分と、第２の剛性フレームワーク内の第１の主区分とを含んでもよい。予冷区分は、１つまたはそれを上回る熱交換器を含み、排ガスを受容および冷却してもよい。副区分は、第１の副熱交換器と、第２の副熱交換器とを含んでもよい。第１の主区分は、第１の主熱交換器と、第２の主熱交換器と、第３の主熱交換器とを含んでもよい。
【００１０】
別の側面では、本明細書に開示される実施形態は、方法に関する。本方法は、第１の剛性フレームワークを伴う、予冷区分を用いて、排ガスを冷却するステップと、第１の剛性フレームワークの外側に位置付けられる、マニホールドを用いて、排ガスを分裂させ、第２の剛性フレームワーク内の第１の主区分と、第３の剛性フレームワーク内の第２の主区分と、第３の剛性フレームワーク内の副区分との中に流動させるステップと、排ガスを、副区分内において、１つまたはそれを上回る湾曲流動ループを介して、副区分の第１の副熱交換器を通して、副区分の第２の副熱交換器に流動させるステップと、排ガスを、第１の主区分内において、１つまたはそれを上回る湾曲流動ループを介して、第１の主区分の第１の主熱交換器を通して、第１の主区分の第２の主熱交換器に、次いで、第１の主区分の第３の主熱交換器に流動させるステップと、排ガスを、第２の主区分内において、１つまたはそれを上回る湾曲流動ループを介して、第２の主区分の第１の主熱交換器を通して、第２の主区分の第２の主熱交換器に、次いで、第２の主区分の第３の主熱交換器に流動させるステップと、排ガスを、二次湾曲流動ループを介して、第２の副熱交換器、第１の主区分の第３の主熱交換器、第２の主区分の第３の主熱交換器から、排ガスマニホールドに流動させるステップとを含んでもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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