特許 6989973 熱交換器内の液滴の存在を除去するためのシステムおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-07

(45)【発行日】2022-01-12

(54)【発明の名称】熱交換器内の液滴の存在を除去するためのシステムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   F28F 17/00 20060101AFI20220104BHJP

   F28F 27/00 20060101ALI20220104BHJP

【ＦＩ】

F28F17/00 501D

F28F27/00 511Z

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2019568389

(86)(22)【出願日】2018-06-13

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-08-06

(86)【国際出願番号】 SE2018050612

(87)【国際公開番号】W WO2018231132

(87)【国際公開日】2018-12-20

【審査請求日】2021-06-11

(31)【優先権主張番号】1750765-8

(32)【優先日】2017-06-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】SE

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】518253185

【氏名又は名称】クリメオン エービー

(74)【代理人】

【識別番号】110000659

【氏名又は名称】特許業務法人広江アソシエイツ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】アールボム，エスコ

【審査官】古川 峻弘

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１４／１６７９１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１５－５２０３５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５０２２３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｆ １７／００，２７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱交換器（１）において第２の媒体によって加熱されるように配設された第１の媒体内の液滴の存在を除去するためのシステムであって、前記熱交換器（１）は、（ｉ）前記第１の媒体のための入口ポート（２）および出口ポート（３）と、（ｉｉ）前記第２の媒体のための入口ポート（６）および出口ポート（７）とを有し、前記第２の媒体は前記第１の媒体に熱を伝達し、
前記システムは、
ａ）前記熱交換器（１）を出ていく前記第１の媒体の温度を測定するように構成されている第１の温度センサアレイ（１０）であって、前記第１の温度センサアレイ（１０）は少なくとも１つの温度センサを含む、第１の温度センサアレイ（１０）と、
ｂ）少なくとも、前記熱交換器および前記第１の温度センサアレイ（１０）への前記第１の媒体のフローを調整するためのデバイス（４０、４１）に接続されたコントローラ（５０）と
を含むシステムであって、
前記システムは、前記コントローラ（５０）に接続され、前記熱交換器（１）に入る前記第２の媒体の温度を測定するように構成された、第２の温度センサアレイ（１５）をさらに含み、前記第２の温度センサアレイ（１５）は少なくとも１つの温度センサを含み、
前記コントローラ（５０）は、前記熱交換器（１）への前記第１の媒体のフローを調整するための前記デバイス（４０、４１）を、前記第１の温度センサアレイ（１０）および前記第２の温度センサアレイ（１５）から受信したデータに基づいて制御するように構成され、
前記コントローラ（５０）は、前記第２の温度センサアレイ（１５）と前記第１の温度センサアレイ（１０）との間の測定された温度差が設定温度（Ｔ_ｓｅｔ）より高い場合には、前記第１の媒体のフローを調整するための前記デバイス（４０、４１）を、前記熱交換器（１）への前記第１の媒体の前記フローを削減するように制御するように構成され、
前記設定温度よりも高い温度差は、第１の媒体の前記出口ポートを通過する液滴の存在を示し、
前記コントローラ（５０）は、前記第２の温度センサアレイ（１５）と前記第１の温度センサアレイ（１０）との間の測定された温度差が前記設定温度（Ｔ_ｓｅｔ）以下となるまで、前記第１の媒体のフローを調整するための前記デバイス（４０、４１）を、前記熱交換器への前記第１の媒体の前記フローを削減するように制御するように構成される、
ことを特徴とする、システム。

【請求項2】

前記第１の温度センサアレイ（１０）は、第１の温度センサＡ（１０Ａ）および第１の温度センサＢ（１０Ｂ）である少なくとも２つの温度センサを含み、前記コントローラ（５０）は、前記第２の温度センサアレイ（１５）と、前記第１の温度センサＡ（１０Ａ）および前記第１の温度センサＢ（１０Ｂ）のいずれかとの間の測定された温度差が前記設定温度（Ｔ_ｓｅｔ）よりも高い場合には、前記第１の媒体のフローを調整するための前記デバイス（４０、４１）を、前記熱交換器（１）への前記第１の媒体の前記フローを削減するように制御するように構成され、前記コントローラ（５０）は、前記第２の温度センサアレイ（１５）と、前記第１の温度センサＡ（１０Ａ）および前記第１の温度センサＢ（１０Ｂ）のいずれかとの間の測定された温度差が、前記設定温度（Ｔ_ｓｅｔ）以下となるまで、前記第１の媒体のフローを調整するための前記デバイス（４０、４１）を、前記熱交換器への前記第１の媒体の前記フローを削減するように制御するように構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記第１の温度センサアレイ（１０）は、前記第１の媒体の熱交換器出口ポート（３）において、（ｉ）前記第１の媒体の前記熱交換器出口ポート（３）の前、（ｉｉ）前記第１の媒体の前記熱交換器出口ポート（３）、および／または（ｉｉｉ）前記第１の媒体の前記熱交換器出口ポート（３）の後の位置に配設される、請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記第１の温度センサＡ（１０Ａ）および前記第１の温度センサＢ（１０Ｂ）は、（ｉ）前記第１の媒体の熱交換器出口ポート（３）からほぼ等しい距離に、または（ｉｉ）前記第１の媒体の熱交換器出口ポート（３）から等しくない距離に配置される、請求項２または３に記載のシステム。

【請求項5】

前記第１の温度センサＡ（１０Ａ）および前記第１の温度センサＢ（１０Ｂ）は、（ｉ）前記第１の媒体の熱交換器出口ポート（３）の前に、（ｉｉ）前記第１の媒体の熱交換器出口ポート（３）に、および／または（ｉｉｉ）前記第１の媒体の熱交換器出口ポート（３）の後に、周方向位置０～３６０°に配置される、請求項２から４のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項6】

前記設定温度（Ｔ_ｓｅｔ）は前記システムのプロセス条件に依存し、前記プロセス条件は以下のこと、すなわち、第１の媒体として使用される媒体の種類、第２の媒体として使用される媒体の種類、前記システム内の圧力およびフロー、周囲温度、選択された過熱温度（ΔＴ_{ｏｖｅｒｈｅａｔ}）、前記熱交換器の入口ポート６と出口ポート７との間の前記第２の媒体の温度差、のうちの少なくとも１つである、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項7】

前記設定温度は、１０℃である、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項8】

前記コントローラは、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラ、またはプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）内のＰＩＤコントローラである、請求項１から７のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項9】

前記第１および第２の温度センサアレイ（１０、１５）の前記温度センサのうちの前記少なくとも１つは抵抗温度検出器である、請求項１から８のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項10】

前記第１および第２の温度センサアレイ（１０、１５）の前記温度センサのうちの前記少なくとも１つは、少なくとも１つの温度測定ワイヤ（１０Ａ）である、請求項１から９のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項11】

熱交換器（１）において第２の媒体によって加熱されるように配設された第１の媒体内の液滴の存在を除去するための方法であって、前記方法は、
ａ．第２の媒体および第１の媒体を、前記第２の媒体から前記第１に媒体に熱を伝達するために熱交換器（１）を通して誘導するステップであって、前記熱交換器（１）は、
ｉ．前記第１の媒体のための入口ポート（２）および出口ポート（３）であって、前記第１の媒体は、それに対して熱が伝達される媒体である、入口ポート（２）および出口ポート（３）と、
ｉｉ．前記第１の媒体に熱を伝達する第２の媒体のための入口ポート（６）および出口ポート（７）と
を含む、ステップと、
ｂ．前記熱交換器（１）への前記第１の媒体のフローを、前記フローを調整するためのデバイス（４０、４１）を使用して調整するステップと、
ｃ．前記熱交換器（１）を出ていく前記第１の媒体の温度を、第１の温度センサアレイ（１０）を使用して測定するステップであって、前記第１の温度センサアレイ（１０）は、少なくとも１つの温度センサを含む、ステップと
を含み、
ｄ．前記熱交換器（１）に入る前記第２の媒体の温度を、第２の温度センサアレイ（１５）を使用して測定するステップであって、前記第２の温度センサアレイ（１５）は、少なくとも１つの温度センサを含む、ステップと、
ｅ．前記熱交換器（１）への前記第１の媒体のフローを調整するための前記デバイス（４０、４１）を、前記第１の温度センサアレイ（１０）および第２の温度センサアレイ（１５）から受信したデータに基づいて、少なくとも、（ｉ）前記熱交換器（１）への前記第１の媒体の前記フローを調整するための前記デバイス（４０、４１）、（ｉｉ）第１の温度センサアレイ（１０）、および（ｉｉｉ）第２の温度センサアレイ（１５）、に接続されたコントローラ（５０）を使用して制御するステップと、
ｆ．前記第１の温度センサアレイ（１０）および第２の温度センサアレイ（１５）から受信したデータを比較するステップと、
ｇ．前記第２の温度センサアレイ（１５）と前記第１の温度センサアレイ（１０）との間の測定された温度差が設定温度（Ｔ_ｓｅｔ）よりも高い場合には、前記熱交換器への前記第１の媒体の前記フローを削減するステップであって、前記設定温度よりも高い温度差は、前記第１の媒体の前記熱交換器の前記出口ポート（３）を通過する液滴の存在を示し、前記コントローラ（５０）は、前記第２の温度センサアレイ（１５）と前記第１の温度センサアレイ（１０）との間の測定された温度差が、前記設定温度（Ｔ_ｓｅｔ）以下となるまで、前記フローを調整するための前記デバイス（４０、４１）を、前記熱交換器（１）への前記第１の媒体の前記フローを削減するように制御するように構成される、ステップと
を特徴とする、方法。

【請求項12】

前記第１の温度センサアレイ（１０）は、第１の温度センサＡ（１０Ａ）および第１の温度センサＢ（１０Ｂ）である２つの温度センサを含み、前記コントローラ（５０）は、前記第２の温度センサアレイ（１５）と、前記第１の温度センサＡ（１０Ａ）および前記第１の温度センサＢ（１０Ｂ）のいずれかとの間の測定された温度差が前記設定温度（Ｔ_ｓｅｔ）よりも高い場合には、前記フローを調整するための前記デバイス（４０、４１）を、前記熱交換器（１）への前記第１の媒体の前記フローを削減するように制御するように構成され、前記コントローラ（５０）は、前記第２の温度センサアレイ（１５）と、前記第１の温度センサＡ（１０Ａ）および前記第１の温度センサＢ（１０Ｂ）のいずれかとの間の測定された温度差が、前記設定温度（Ｔ_ｓｅｔ）以下となるまで、前記フローを調整するための前記デバイス（４０、４１）を、前記熱交換器（１）への前記第１の媒体の前記フローを削減するように制御するように構成される、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記設定温度（Ｔ_ｓｅｔ）の値を設定するステップであって、前記設定温度（Ｔ_ｓｅｔ）の値は、システムのプロセス条件に依存して設定され、前記プロセス条件は以下のこと、すなわち、第１の媒体として使用される媒体の種類、第２の媒体として使用される媒体の種類、前記システム内の圧力およびフロー、周囲温度、選択された過熱温度ΔＴ_{ｏｖｅｒｈｅａｔ}、前記熱交換器の入口ポート６と出口ポート７との間の前記第２の媒体の温度差、のうちの少なくとも１つである、ステップを含む、請求項１１または１２に記載の方法。

【請求項14】

前記設定温度の値は、１０℃に設定される、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

発電プラントにおける請求項１から１０のいずれか一項に記載の前記システムまたは請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法の使用であって、前記発電プラントは、ランキンサイクル、カリーナサイクル、炭素担体サイクルおよびカルノーサイクルからなる群から選択された熱力学的サイクルを採用し、前記発電プラントは、循環する第１の媒体と、前記第１の媒体が第２の媒体によって加熱されるように配設される熱交換器（１）であって、前記熱交換器は気体を生成する前記第１の媒体を沸騰または蒸発させるように構成される、熱交換器と、前記気体を膨張させつつ電力を生成するように構成された発電デバイス（２５）に連結されたタービン（２０）と、前記発電デバイスを通過してしまった前記気体を凝縮するように構成された凝縮器装置（３０）と、前記熱交換器（１）への前記凝縮された第１の媒体のフローを調整するためのデバイス（４０、４１）とを含む、使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱交換器内の液滴の存在を除去するためのシステムおよび方法に関し、すなわち、本発明は、液滴センサを含むシステムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0002】

タービンは、ランキンサイクル、カリーナサイクル、炭素担体サイクル、カルノーサイクルなどの熱力学的パワーサイクルによって運転される発電プラントなどの発電プラントで使用される必須要素である。発電プラントでは、液体は乾燥気体に変換されるまで加熱され、次いで、乾燥した気体は仕事をするためにタービンに入る。液体は通常、熱交換器内で加熱され、生成された乾燥気体は、加熱されるために媒体の出口ポートから出ていく。

【0003】

発電プラントでしばしば発生する問題は、気体が完全に乾燥していないこと、すなわち、気体中に液滴が存在することである。熱交換器から出ていく高速で動く液滴の勢いは、タービン翼を損傷し、タービンの寿命を縮める。通常、タービンは発電プラントの最も高価な部品であり、したがって、損傷したタービン翼を有するタービンを修理または交換するコストを削減する必要がある。同様の問題は、熱交換器に連結されたコンプレッサでも発生し、すなわち、水滴がコンプレッサを損傷する。したがって、コンプレッサの修理または交換するコストを削減する必要もある。

【0004】

特許文献１は、被蒸発流体内の液体内容物の存在を検出するためのセンサ装置を含むプレート式熱交換器に関する。センサ装置は、温度（Ｔｍ）センサと圧力（Ｐｍ）センサとを含んでおり、したがって圧力の測定に依存する。さらに、センサ装置は、熱交換器が蒸発器として使用されるシステムに配置される。したがって、センサ装置は、ボイラとして使用される熱交換器での使用に適合されていないように見える。さらに、特許文献１のシステムはコンプレッサを含んでおり、すなわち、蒸発した液体はコンプレッサへ導かれる。したがって、あたかもセンサ装置は、発電用のタービンを含むシステムで使用されるように適合されていないように見える。さらに、特許文献１に記載されているシステムでは、第２の媒体（すなわち、蒸発させられるべき第１の媒体に熱を伝達する媒体）の温度は測定されず、第１の媒体の出口ポートでの液滴の検出精度および／または正確さの低下につながる。

【0005】

さらに、いくつかの従来技術のシステムでは、タービンへ導かれる気体から液滴を分離するためのデバイスが存在する。こうした液滴分離器は、第１の媒体（すなわち作動媒体）の出口とタービンとの間に配置される。ただし、液滴分離器はシステム内でスペースをとり、さらには、システムをより高価にする追加コストになる。そのため、スペース高率およびコスト高率の両方がよいシステムの必要性がある。

【0006】

したがって、上記に鑑み、圧力の測定に依存しない、熱交換器内の液滴の存在を除去するためのシステムおよび方法の必要性がある。さらに、タービンと一緒に使用されるように適合された、熱交換器内の液滴の存在を除去するためのシステムおよび方法の必要性がある。さらに、ボイラである熱交換器と一緒に使用されるように適合された、熱交換器内の液滴の存在を除去するためのシステムおよび方法の必要性がある。加えて、第１の媒体の出口ポートにおける液滴のより精度のよいおよび／または正確な検出の必要性がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の第１の目的は、熱交換器内の液滴の存在を除去するためのシステムおよび方法を提供することである。

【0008】

本発明のさらなる目的は、圧力の測定に依存しない、熱交換器内の液滴の存在を除去するためのシステムおよび方法を提供することである。

【0009】

本発明のさらなる目的は、タービンと一緒に使用されるように適合された、熱交換器内の液滴の存在を除去するためのシステムおよび方法を提供することである。

【0010】

本発明のさらなる目的は、ボイラとして構成された、熱交換器内の液滴の存在を除去するためのシステムおよび方法を提供することである。

【0011】

本発明のさらなる目的は、蒸発器として構成された、熱交換器内の液滴の存在を除去するためのシステムおよび方法を提供することである。

【0012】

本発明のさらなる目的は、液滴の検出において精度のよいおよび／または正確な、熱交換器内の液滴の存在を除去するためのシステムおよび方法を提供することである。

【0013】

本発明のさらなる目的は、タービンの修理および交換のコストを削減することである。

【0014】

本発明のさらなる目的は、コンプレッサの修理および交換のコストを削減することである。

【0015】

本発明のさらなる目的は、費用効果の高い、熱交換器内の液滴の存在を除去するためのシステムおよび方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明の目的は、本発明の第１および第２の態様によって達成される。さらに重要なことには、従来技術に関連する複雑な一連の問題および欠点が、本発明の第１および第２の態様によって解決される。

【0017】

本発明の第１の態様では、熱交換器において第２の媒体によって加熱されるように配設された第１の媒体内の液滴の存在を除去するためのシステムであって、熱交換器は、（ｉ）第１の媒体のための入口ポートおよび出口ポートと、（ｉｉ）第２の媒体のための入口ポートおよび出口ポートとを有し、第２の媒体は第１の媒体に熱を伝達し、
システムは、
ａ）熱交換器を出ていく第１の媒体の温度を測定するように構成されている第１の温度センサアレイであって、第１の温度センサアレイは少なくとも１つの温度センサを含む、第１の温度センサアレイと、
ｂ）少なくとも、熱交換器および第１の温度センサアレイへの第１の媒体のフローを調整するためのデバイス、に接続されたコントローラと
を含むシステムであって、
システムは、コントローラに接続され、熱交換器に入る第２の媒体の温度を測定するように構成された、第２の温度センサアレイをさらに含み、第２の温度センサアレイは少なくとも１つの温度センサを含み、
コントローラは、熱交換器への第１の媒体のフローを調整するためのデバイスを、第１の温度センサアレイおよび第２温度センサアレイから受信したデータに基づいて制御するように構成され、
コントローラは、第２の温度センサアレイと第１の温度センサアレイとの間の測定された温度差が設定温度より高い場合には、第１の媒体のフローを調整するためのデバイスを、熱交換器への第１の媒体のフローを削減するように制御するように構成され、
設定温度よりも高い温度差は、第１の媒体の出口ポートを通過する液滴の存在を示し、
コントローラは、第２の温度センサアレイと第１の温度センサアレイとの間の測定された温度差が設定温度以下となるまで、第１の媒体のフローを調整するためのデバイスを、熱交換器への第１の媒体のフローを削減するように制御するように構成される、
ことを特徴とする、システムが提供される。

【0018】

一実施形態では、第１の温度センサアレイは、第１の温度センサＡおよび第１の温度センサＢである２つの温度センサを含み、コントローラは、第２の温度センサアレイと、第１の温度センサＡおよび第１の温度センサＢのいずれかとの間の測定された温度差が設定温度よりも高い場合には、第１の媒体のフローを調整するためのデバイスを、熱交換器への第１の媒体のフローを削減するように制御するように構成され、コントローラは、第２の温度センサアレイと、第１の温度センサＡおよび第１の温度センサＢのいずれかとの間の測定された温度差が、設定温度以下となるまで、第１の媒体のフローを調整するためのデバイスを、熱交換器への第１の媒体のフローを削減するように制御するように構成される。

【0019】

一実施形態では、第２の温度センサアレイは、第２の温度センサＣおよび第２の温度センサＤである２つの温度センサを含む。

【0020】

一実施形態では、第１の媒体は、熱交換器において第２の媒体によって、沸騰または蒸発させられ、選択された過熱温度まで過熱される、ように配設される。一実施形態では、したがって、熱交換器は、例えば、プレート式熱交換器、プレート＆シェル熱交換器、プレートフィン熱交換器、およびシェルアンドチューブ熱交換器からなる群から選択される、ボイラまたは蒸発器として構成される。

【0021】

一実施形態では、第１の温度センサアレイは、第１の媒体の熱交換器出口ポート（３）内の、（ｉ）第１の媒体の熱交換器出口ポートの前、（ｉｉ）第１の媒体の熱交換器出口ポート、および／または（ｉｉｉ）第１の媒体の熱交換器出口ポートの後、の位置で、好ましくは第１の媒体を熱交換器から遠くへ誘導するチューブ（すなわちパイプ）内に、配設される。

【0022】

一実施形態では、第１の温度センサＡおよび第１の温度センサＢは、（ｉ）第１の媒体の熱交換器出口ポートからほぼ等しい距離に、または（ｉｉ）第１の媒体の熱交換器出口ポートから等しくない距離に、配置される。

【0023】

一実施形態では、第１の温度センサＡおよび第１の温度センサＢは、（ｉ）第１の媒体の熱交換器出口ポートの前に、（ｉｉ）第１の媒体の熱交換器出口ポートに、および／または（ｉｉｉ）第１の媒体の熱交換器出口ポートの後に、周方向位置０～３６０°に配置され、好ましくは、第１の温度センサＡおよび第１の温度センサＢは、（ｉ）トップ位置に、および／または（ｉｉ）ボトム位置に、および／または（ｉｉｉ）周方向位置内で＋／－４５°の角度に、および／または（ｉｖ）出口ポート内のどこにでも、配置される。

【0024】

一実施形態では、設定温度はシステムのプロセス条件に依存し、好ましくは、プロセス条件は以下のこと、すなわち、第１の媒体として使用される媒体の種類、第２の媒体として使用される媒体の種類、システム内の圧力およびフロー、周囲温度、選択された過熱温度、熱交換器の入口ポートと出口ポートとの間の第２の媒体の温度差、のうちの少なくとも１つである。

【0025】

一実施形態では、設定温度は、好ましくは１０℃、より好ましくは５℃、さらにより好ましくは３℃、最も好ましくは２℃である。

【0026】

一実施形態では、コントローラは、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラ、またはプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）内のＰＩＤコントローラである。

【0027】

一実施形態では、第１および第２の温度センサアレイの温度センサのうちの少なくとも１つは、抵抗温度検出器である。

【0028】

一実施形態では、第１および第２の温度センサアレイの温度センサのうちの少なくとも１つは、白金抵抗温度計である。

【0029】

一実施形態では、第１および第２の温度センサアレイの温度センサのうちの少なくとも１つは、０℃における公称抵抗１０から１０００オームを有する白金抵抗温度計、好ましくは０℃における公称抵抗１００オームを有する白金抵抗温度計である。

【0030】

一実施形態では、第１および第２の温度センサアレイの温度センサのうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの温度測定ワイヤである。

【0031】

一実施形態では、第１および第２の温度センサアレイの温度センサのうちの少なくとも１つは、互いに交差していてもしていなくてもよい２つの温度測定ワイヤを含む。

【0032】

一実施形態では、第１および第２の温度センサアレイの温度センサのうちの少なくとも１つは、互いに対して平行に、垂直に、または任意の角度のいずれかで構成された２つの温度測定ワイヤを含む。

【0033】

一実施形態では、第１および第２の温度センサアレイの温度センサの少なくとも１つは、４つの温度測定ワイヤであって、ワイヤのうちの２つは互いに対して平行に構成され、一方他の２つのワイヤは互い平行に構成されると同時に、他の２つのワイヤに対して垂直に構成される、４つの温度測定ワイヤを含む。

【0034】

本発明の第２の態様では、熱交換器において第２の媒体によって加熱されるように配設された第１の媒体内の液滴の存在を除去するための方法であって、方法は、
ａ．第２の媒体および第１の媒体を、第２の媒体から第１に媒体に熱を伝達するために熱交換器を通して誘導するステップであって、熱交換器は、
ｉ．第１の媒体のための入口ポートおよび出口ポートであって、第１の媒体は、それに対して熱が伝達される媒体である、入口ポートおよび出口ポートと、
ｉｉ．第１の媒体に熱を伝達する第２の媒体のための入口ポートおよび出口ポートと
を含む、ステップと、
ｂ．熱交換器への第１の媒体のフローを、フローを調整するためのデバイスを使用して調整するステップと、
ｃ．熱交換器を出ていく第１の媒体の温度を、第１の温度センサアレイを使用して測定するステップであって、第１の温度センサアレイは、少なくとも１つの温度センサを含む、ステップと
を含む、方法が提供される、
方法は、
ｄ．熱交換器に入る第２の媒体の温度を、第２の温度センサアレイを使用して測定するステップであって、第２の温度センサアレイは、少なくとも１つの温度センサを含む、ステップと、
ｅ．熱交換器への第１の媒体のフローを調整するためのデバイスを、第１の温度センサアレイおよび第２の温度センサアレイから受信したデータに基づいて、少なくとも、（ｉ）熱交換器への第１の媒体のフローを調整するためのデバイス、（ｉｉ）第１の温度センサアレイ、および（ｉｉｉ）第２の温度センサアレイ、に接続されたコントローラを使用して制御するステップと、
ｆ．第１の温度センサアレイおよび第２の温度センサアレイから受信したデータを比較するステップと、
ｇ．第２の温度センサアレイと第１の温度センサアレイとの間の測定された温度差が設定温度よりも高い場合には、熱交換器への第１の媒体のフローを削減するステップであって、設定温度よりも高い温度差は、第１の媒体の熱交換器出口ポートを通過する液滴の存在を示し、コントローラは、第２の温度センサアレイと第１の温度センサアレイとの間の測定された温度差が、設定温度以下となるまで、フローを調整するためのデバイスを、熱交換器への第１の媒体のフローを削減するように制御するように構成される、ステップとを特徴とする。

【0035】

一実施形態では、第１の温度センサアレイは、第１の温度センサＡおよび第１の温度センサＢである２つの温度センサを含み、コントローラは、第２の温度センサアレイと、第１の温度センサＡおよび第１の温度センサＢのいずれかとの間の測定された温度差が設定温度よりも高い場合には、フローを調整するためのデバイスを、熱交換器への第１の媒体を削減するように制御するように構成され、コントローラは、第２の温度センサアレイと、第１の温度センサＡおよび第１の温度センサＢのいずれかとの間の測定された温度差が、設定温度以下となるまで、フローを調整するためのデバイスを、熱交換器への第１の媒体のフローを削減するように制御するように構成される。

【0036】

一実施形態では、方法は、第２の温度センサＣおよび第２の温度センサＤである２つの温度センサを含む第２の温度センサアレイによって第２の温度を測定するステップを含む。

【0037】

一実施形態では、熱交換器を通して第１および第２の媒体を、熱交換器において第２の媒体から第１の媒体に熱を伝達するために誘導するステップは、第１の媒体を沸騰または蒸発させ、第２の媒体からの熱伝達によって第１の媒体を理論上の沸騰温度よりも高い温度まで過熱する、ように構成される。

【0038】

一実施形態では、方法は、第１の温度センサアレイを、（ｉ）第１の媒体の熱交換器出口ポートの前、（ｉｉ）第１の媒体の熱交換器出口ポート、および／または（ｉｉｉ）第１の媒体の熱交換器出口ポートの後で好ましくは第１の媒体を熱交換器から遠くへ誘導するチューブ内、の位置に、配設するステップを含む。

【0039】

一実施形態では、第１の温度センサＡおよび第１の温度センサＢを、（ｉ）第１の媒体の出口ポートからほぼ等しい距離、または（ｉｉ）第１の媒体の出口ポートから等しくない距離の位置に、配設するステップを含む。

【0040】

一実施形態では、方法は、第１の温度センサＡおよび第１の温度センサＢを、（ｉ）第１の媒体の出口ポートの前に、（ｉｉ）第１の媒体の出口ポートに、および／または（ｉｉｉ）第１の媒体の出口ポートの後に、周方向位置０～３６０°に配設するステップを含み、好ましくは、第１の温度センサＡおよび第１の温度センサＢは、（ｉ）トップ位置に、および／または（ｉｉ）ボトム位置に、および／または（ｉｉｉ）周方向位置内で＋／－４５°の角度に、および／または（ｉｖ）周方向位置内で任意の角度に、配置される。

【0041】

一実施形態では、第２の温度センサアレイは、（ｉ）第２の媒体の入口ポートの前、（ｉｉ）第２の媒体の入口ポート、および／または（ｉｉｉ）第２の媒体の入口ポートの後、の位置に配設される。

【0042】

一実施形態では、第２の温度センサアレイ、またはそのセンサは、（ｉ）第２の媒体の入口ポートからほぼ等しい距離に、および／または（ｉｉ）第２の媒体の入口ポートから等しくない距離に、配置される。

【0043】

一実施形態では、第２の温度センサアレイは、（ｉ）第２の媒体の入口ポートの前に、（ｉｉ）第２の媒体の入口ポートに、および／または（ｉｉｉ）第２の媒体の入口ポートの後に、周方向位置０～３６０°に配置され、好ましくは、第２の温度は、（ｉ）トップ位置、および／または（ｉｉ）ボトム位置に配置される。

【0044】

一実施形態では、方法は、設定温度の値を設定するステップであって、設定温度の値は、システムのプロセス条件に依存して設定され、好ましくは、プロセス条件は以下のこと、すなわち、第１の媒体として使用される媒体の種類、第２の媒体として使用される媒体の種類、システム内の圧力およびフロー、周囲温度、選択された過熱温度ΔＴ_{ｏｖｅｒｈｅａｔ}、熱交換器の入口ポート６と出口ポート７との間の第２の媒体の温度差、のうちの少なくとも１つである、ステップを含む。

【0045】

一実施形態では、設定温度は、好ましくは１０℃、より好ましくは５℃、さらにより好ましくは３℃、最も好ましくは２℃である。

【0046】

一実施形態では、コントローラは、センサ内の抵抗に関するデータを受信するように配設され、すなわち、第１および第２の温度センサアレイは、抵抗温度検出器または温度測定ワイヤ、例えば白金抵抗温度計である。

【0047】

一実施形態では、第１および第２の温度センサアレイの温度センサのうちの少なくとも１つは、０℃における公称抵抗５０から１０００オームを有する白金抵抗温度計、好ましくは０℃における公称抵抗１００オームを有する白金抵抗温度計である。

【0048】

本発明の別の態様は、発電プラントにおける、上述のことに係るシステムまたは方法の使用であって、好ましくは発電プラントは、ランキンサイクル、カリーナサイクル、炭素担体サイクルおよびカルノーサイクルからなる群から選択された熱力学的サイクルを採用し、より好ましくは発電プラントは、熱発電機であって、発電プラントは、循環する第１の媒体と、第１の媒体が第２の媒体によって加熱されるように配設された熱交換器であって、熱交換器は、気体を生成する第１の媒体を沸騰または蒸発させるように構成される、熱交換器と、気体を膨張させつつ電力を生成するように構成された発電デバイスに連結されたタービンと、発電デバイスを通過してしまった気体を凝縮するように構成された凝縮器装置と、熱交換器への凝縮された第１の媒体のフローを調整するためのデバイスとを含む。

【図面の簡単な説明】

【0049】

【図1】本発明に係る、熱交換器内の液滴の存在を除去するためのシステムおよび方法と関連付けられるべき熱交換器を説明する。

【図2a】図１に係る熱交換器の側面図を示す。

【図2b】図１に係る熱交換器の側面図を示す。図２ａでは、第１の媒体のための入口ポート２および出口ポート３は省略されている。

【図3a】図１に係る熱交換器の第１の媒体の出口ポートの断面図であり、第１の温度センサアレイの異なる可能な位置を示す。

【図3b】図１に係る熱交換器の第１の媒体の出口ポートの断面図であり、第１の温度センサアレイの異なる可能な位置を示す。

【図3c】図１に係る熱交換器の第１の媒体の出口ポートの断面図であり、第１の温度センサアレイの異なる可能な位置を示す。

【図3d】図１に係る熱交換器の第１の媒体の出口ポートの断面図であり、第１の温度センサアレイの異なる可能な位置を示す。

【図3e】図１に係る熱交換器の第１の媒体の出口ポートの断面図であり、第１の温度センサアレイの異なる可能な位置を示す。

【図4a】熱交換器の第１の媒体の出口ポートの断面図であり、温度測定ワイヤの異なる可能な位置を示す。

【図4b】熱交換器の第１の媒体の出口ポートの断面図であり、温度測定ワイヤの異なる可能な位置を示す。

【図4c】出口ポートを、ポートの開口部を介して覗き込んだ、第１の媒体の出口ポートの図であり、温度測定ワイヤの、異なる可能な構成を示す。

【図4d】出口ポートを、ポートの開口部を介して覗き込んだ、第１の媒体の出口ポートの図であり、温度測定ワイヤの、異なる可能な構成を示す。

【図4e】出口ポートを、ポートの開口部を介して覗き込んだ、第１の媒体の出口ポートの図であり、温度測定ワイヤの、異なる可能な構成を示す。

【図4f】出口ポートを、ポートの開口部を介して覗き込んだ、第１の媒体の出口ポートの図であり、温度測定ワイヤの、異なる可能な構成を示す。

【図5】本発明が利用され得る廃熱発電機を示す。

【発明を実施するための形態】

【0050】

本発明は、熱交換器の第１の媒体内の液滴の存在を除去するためのシステムおよび方法に関し、すなわち、本発明は、液滴センサに関する。熱交換器は、ボイラまたは蒸発器として構成され得、好ましくは、プレート式熱交換器、プレート＆シェル熱交換器、プレートフィン熱交換器、シェルアンドチューブ熱交換器、またはそれらの変形から選択される。

【0051】

図１および図２に示すように、本発明のシステムおよび方法が使用される熱交換器１は、第１の媒体のための入口ポート２および出口ポート３、ならびに第２の媒体のための入口ポート６および出口ポート７を有する。図１の矢印４および５は、熱交換器に入って出ていく第１の媒体の方向を示し、矢印８および９は、熱交換器に入って出ていく第２の媒体の方向を示している。本発明では、第１の媒体は、加熱されるべき媒体と称され、第２の媒体は、第１の媒体に熱を伝達する媒体と称される。第１の媒体は、作動媒体とも称され得る。

【0052】

第１の媒体および第２の媒体は、水、アルコール（メタノール、エタノール、イソプロパノールおよび／またはブタノールなど）、ケトン（アセトンおよび／またはメチルエチルケトンなど）、アミン、パラフィン（ペンタンおよびヘキサンなど）および／またはアンモニア、を含む媒体または溶液の種類から選択される。ただし、第１の媒体と第２の媒体とは同じ溶媒ではないことが好ましい。さらに、第１の媒体の沸点は、第２の媒体の沸点よりも低いことが好ましい。

【0053】

システムおよび方法は、第１の媒体の入口ポート２を通る熱交換器１への第１の媒体のフローを調整するように構成された少なくとも１つのデバイス４０、４１をさらに含む。デバイスは、バルブ４１、ポンプ４０および／またはインジェクタ、またはデバイスの組合せであり得る。そのため、コントローラ５０が、フローを調整するためのデバイス４０、４１に信号を与えたとき、デバイスは（ｉ）第１の媒体の入口ポート領域２を減少させるかまたは広げる、（ｉｉ）ポンプまたはインジェクタの回転速度を減少させるかまたは増加させる、または（ｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）の両方、のいずれかである。

【0054】

システムおよび方法は、第１の温度センサアレイ１０および第２の温度センサアレイ１５をさらに含む。第１の温度センサ１０アレイは、第１の媒体の出口ポート３を通って熱交換器１を出ていく第１の媒体の温度を測定し、第２温度センサは、第２の媒体の入口ポート６を通って熱交換器１に入る第２の媒体の温度を測定する。第１および第２の温度センサアレイ１０、１５はそれぞれ、１または複数の温度センサ１０Ａ、１０Ｂ、および１５Ａ、１５Ｂを含み得、それぞれ図３ａ～図３ｅおよび図２ａ～図２ｅを参照されたい。第１および第２の温度センサアレイ１０、１５の温度センサ１０Ａ、１０Ｂ、および１５Ａ、１５Ｂは、例えば、白金抵抗温度計などの抵抗温度検出器、例えば０℃における公称抵抗１０から１０００オームを有する白金抵抗温度計であり得る。

【0055】

ただし、他の種類の温度センサの使用も適用可能である。したがって、本発明の代替的な例では、第１および第２の温度センサアレイの温度センサは、図４ｃ～図４ｄに示されるような１または複数の温度測定ワイヤであり得る。こうした一実施形態では、図４ｃに示すように単一の温度測定ワイヤ１０Ａが存在する。また、互いに交差していてもしていなくてもよい、互いに距離をおいて配設された２つの温度測定ワイヤ１０Ａおよび１０Ｂが存在してもよい。２つの温度測定ワイヤを含む２つのこうした実施形態では、２つの温度測定ワイヤ１０Ａおよび１０Ｂが存在し、それらは、（ｉ）互いに対して平行に構成される（図４ｄ）か、または（ｉｉ）互いに対して垂直に構成される（図４ｅ）か、のいずれかである。互いに垂直な２つのワイヤを含む実施形態では、ワイヤは、第１の媒体の出口ポート３においての任意の周方向位置０～３６０°に構成され得る。このことは、垂直のワイヤが第１の媒体の出口ポート３において２つの異なる周方向位置に構成されている図４ｅに示されており、１つの構成では、ワイヤが破線で示され、他の構成では、ワイヤが非破線で示されている。図４ｆに示すさらなる実施形態では、少なくとも４つのワイヤ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃおよび１０Ｄが存在し得、ワイヤのうちの２つ、１０Ａおよび１０Ｂは、互いに対して平行に構成され、他の２つのワイヤ１０Ｃおよび１０Ｄは、互いに平行に構成されると同時に他の２つのワイヤ１０Ａおよび１０Ｂに対して垂直または他の任意の角度で構成される。

【0056】

システムおよび方法は、熱交換器１への第１の媒体のフローを調整するためのデバイス４０、４１、第１の温度センサアレイ１０および第２の温度センサアレイ１５、に接続されたコントローラ５０、例えばＰＩＤコントローラをさらに含む。コントローラ５０は、熱交換器への第１の媒体のフローを調整するためのデバイス４０、４１を、第１の温度センサアレイ１０および第２の温度センサアレイ１５から受信したデータに基づいて制御する。

【0057】

コントローラ５０は、第２の温度センサアレイ１５によって測定された温度Ｔ２と第１の温度センサアレイ１０によって測定された温度Ｔ１との間の測定された温度差ΔＴが設定温度Ｔ_ｓｅｔよりも高い場合には、熱交換器１への第１の媒体のフローを削減するために、第１の媒体のフローを調整するためのデバイス４０、４１に信号を与える。
ΔＴ＝Ｔ２－Ｔ１ ΔＴ＞Ｔｓｅｔ

【0058】

設定温度Ｔ_ｓｅｔよりも高い温度差は、第１の媒体内の液滴の存在を示す。

【0059】

コントローラ５０は、第２の温度センサアレイ１５によって測定された温度Ｔ２と第１の温度センサアレイ１０によって測定された温度Ｔ１との間の測定された温度差が設定温度Ｔ_ｓｅｔ以下になるまで、第１の媒体の入口ポート２を通る熱交換器１への第１の媒体のフローを削減するために、デバイス４０、４１に信号を与える。設定温度Ｔ_ｓｅｔは、第１の媒体および第２の媒体として使用される媒体または溶媒の種類、および入口ポート６と出口ポート７との間の第２の媒体の温度差に依存する。設定温度Ｔ_ｓｅｔは、１０℃、好ましくは５℃、より好ましくは３℃、最も好ましくは２℃であり得る。

【0060】

本発明は過熱気体によって機能し、気体温度は、熱交換器の気体の出口（すなわち第１の媒体の出口ポート３）の実際の圧力Ｐにおける第１の媒体（すなわち作動媒体）についての理論上の沸点よりも高い所定の摂氏度数ΔＴ_{ｏｖｅｒｈｅａｔ}となるように制御される。好ましくは、理論上の沸点の決定については、よく知られているアントワンの式が使用される。過熱温度として定義される摂氏度数ΔＴ_{ｏｖｅｒｈｅａｔ}は、どのような種類の大規模なシステムまたはプロセスにおいて液滴を除去するためのシステムが使用されるように適合されるかに応じて設定される。

【0061】

第１媒体の過熱は、熱交換器１を通して第２の媒体および第１の媒体を誘導することによって、第２の媒体から第１の媒体に熱を伝達することによって可能である。好ましくは、第２の媒体のすべての熱エンタルピが第１の媒体に伝達され、すなわち、蒸発させられた、気体の第１の媒体の温度Ｔ１は、入ってくる、熱を伝達する第２の媒体の温度Ｔ２に近い。そのため、プロセスを最適化し、液滴を含まない理想的な蒸発における、入ってくる、熱を伝達する第２の媒体の温度Ｔ２と、過熱および蒸発させられた、気体の第１の媒体の温度Ｔ１との間の温度差に基づいて、熱交換器１を通る第１の媒体のフローを制御する必要があり、この差が上記の設定温度Ｔ_ｓｅｔである。設定温度Ｔ_ｓｅｔの値は、システムのプロセス条件に依存して設定される。好ましくは、プロセス条件は、以下のもの、すなわち、第１の媒体として使用される媒体の種類、第２の媒体として使用される媒体の種類、システム内の圧力およびフロー、周囲温度、選択された過熱温度ΔＴ_{ｏｖｅｒｈｅａｔ}、熱交換器の入口ポート６と出口ポート７との間の第２の媒体の温度差、のうちの少なくとも１つである。

【0062】

気体が過熱されたとき、熱交換器の第１の媒体内の液体および液滴は、第１の媒体内の気体よりも低い温度を有している。そのため、液滴が第１の温度センサアレイ１０に接触したとき、液滴は第１の温度センサアレイ１０を即座に冷却することになる。そのため、第２の温度センサアレイによって測定された温度Ｔ２と第１の温度センサアレイによって測定された温度Ｔ１との間の測定された温度差が設定温度Ｔ_ｓｅｔよりも高い場合には、作動媒体内に液滴が存在しており、コントローラ５０は、熱交換器への第１の媒体のフロー（すなわち作動媒体のフロー）を、第１の媒体のフローを調整するためのデバイス４０、４１を制御することによって調整するように設定される。

【0063】

したがって、本発明のシステムおよび方法は、単純なＰＩＤレギュレータ、もしくはＰＬＣ内のＰＩＤレギュレータ、または他の制御システム、などのコントローラによって、熱交換器のポート（すなわち、第１の媒体の出口ポート）から液滴を取り出すことなく、できるだけ多くの第１の媒体を沸騰させるように、熱交換器を最適化することができる。これは、熱交換器に接続された分離器なしでボイラとして熱交換器（プレート式熱交換器など）の使用を最適化する最も安価な方法である。

【0064】

図３ａ～図３ｅは、図１に係る熱交換器の第１の媒体の出口ポート３の断面図であり、第１の温度センサアレイの異なる可能な位置を示しているが、他の位置ももちろん可能である。第１のセンサアレイ１０または第１の温度センサ１０Ａ、１０Ｂの異なる位置は、測定の精度をさらに高め得る。温度センサ１０Ａ、１０Ｂは、例えば、第１の媒体の好ましくは円形の熱交換器出口ポート３内の周方向位置０～３６０°に配設され得る。第１のセンサアレイ１０の温度測定ユニット、または第１の温度センサ１０Ａ、１０Ｂは、好ましくは、出口ポート３の壁から距離を置いて配設される。周囲の温度が、測定された温度に影響を与えないことになるため、その結果、センサはより正確な温度を測定することになる。図３ａ～図３ｅでは、出口ポート３が円錐形状を有することが示されているが、出口ポート３は、円柱形状などの別の形状を有してもよい。図３ａでは、第１の温度センサアレイ１０は、１つの温度センサ１０Ａのみを含み、トップ位置、すなわち０°に配置される。トップ位置は、重力場ベクトルと反対の方向に最も離れた位置としても参照され得る。

【0065】

図３ｂでは、第１の温度センサアレイは、第１の温度センサＡ １０Ａおよび第１の温度センサＢ １０Ｂである２つの温度センサを含み、これらのセンサは、周方向位置０と１８０°にトップとボトム位置で互いの反対に配置される。もちろん、第１の温度センサＡ １０Ａおよび第１の温度センサＢ １０Ｂを、周方向位置内で＋／－４５°の角度で、および／または周方向位置内で任意の角度で配置することも可能である。角度は、第１の媒体の出口ポート３を通るフローに依存して選択され、そのため、潜在的乱流によってそこに液滴が集められる。

【0066】

図３ｃは、第１の温度センサＡ １０Ａおよび第１の温度センサＢ １０Ｂである２つの温度センサを含む第１の温度センサアレイを有する出口３を示しており、これらのセンサはボトム位置に配置される。

【0067】

図３ｄは、第１の温度センサＡ １０Ａおよび第１の温度センサＢ １０Ｂである２つの温度センサを含む第１の温度センサアレイを有する出口３も示しており、ただし、センサはトップ位置に配置される。

【0068】

図３ｅでは、第１の温度センサアレイは１つの温度センサ１０のみを含み、ボトム位置、すなわち１８０°に配置される。トップ位置は、重力場に最も近い位置としても参照され得る。

【0069】

図５は、本発明が利用され得る廃熱発電機を示している。廃熱発電機は、循環する第１の媒体と、第１の媒体が第２の媒体によって加熱されるように配設される熱交換器（１）であって熱交換器は、気体を生成する第１の媒体を沸騰または蒸発させるように構成される、熱交換器と、気体を膨張させつつ電力を生成するように構成された発電デバイス（２５）に連結されたタービン（２０）と、発電デバイスを通過してしまった気体を凝縮するように構成された凝縮器装置（３０）と、熱交換器（１）への凝縮された第１の媒体のフローを調整するためのデバイス（４０、４１）とを含む。凝縮器装置は、第１の媒体を冷却および凝縮する熱交換器３０ａのみ、または第１の媒体を冷却するように配設された熱交換器と第１の媒体を凝縮する別個の凝縮タンク３０ｂを含み得る。第１の温度センサアレイ１０と共に第２の温度センサアレイ１５も示されている。

【0070】

本発明に係るシステムおよび方法は、任意の熱交換器で使用され得る。本発明の好ましい実施形態では、システムおよび方法は、発電プラントで使用される熱交換器と共に使用される。さらに好ましい実施形態では、システムおよび方法は、ランキンサイクル、カリーナサイクル、炭素担体サイクル、および／またはカルノーサイクルなどの熱力学的サイクルを採用する発電プラントで使用される熱交換器と共に使用される。本発明が使用され得る発電プラントの例は、国際公開第２０１２１２８７１５号、国際公開第２０１４０４２５８０号、国際公開第２０１５０３４４１８号、国際公開第２０１５１１２０７５号、国際公開第２０１５１５２７９６号、国際公開第２０１６０７６７７９号および国際出願ＰＣＴ／ＳＥ２０１６／０５０９９６号明細書に記載されている（しかし、これらに限定されない）。さらに好ましい実施形態では、システムおよび方法は、タービンおよび／またはコンプレッサに連結された熱交換器と共に使用される。タービンを含むシステムの例は、国際公開第２０１５１１２０７５号に記載されている（しかし、これらに限定されない）。コンプレッサを含むシステムの例は、国際公開番号第２０１５０３４４１８号に記載されている（しかし、これらに限定されない）。

【0071】

（実施例１）
図５に記載される本発明の実施形態は、ボイラとして構成されたプレート式熱交換器１（すなわち、プレート型熱交換器）において第１の媒体の出口ポート内（または代替的に、出口ポートの前または後ろ）の液滴の存在を除去するためのシステムおよび方法に関する。プレート式熱交換器１は、タービンまたはコンプレッサ２０のいずれかに接続され得る。

【0072】

プレート式熱交換器１は、第１の媒体および第２の媒体の両方のために、入口ポート２、６および出口ポート３、７を有する。第１の媒体はアセトンを含み、水を含む第２の媒体によって加熱される。第１の媒体、すなわちアセトンの、プレート式熱交換器へのフローを調整するデバイス４０、４１はポンプである。ただし、代替的な実施形態では、デバイスは、（ｉ）ポンプとバルブとの組合せ、または（ｉｉ）ポンプとインジェクタとの組合せであり得る。さらなる代替案は、デバイスがポンプとバルブとインジェクタとの組合せであり得ることである。

【0073】

システムおよび方法は、熱交換器を出ていくアセトンの温度を測定する第１の温度センサアレイ１０をさらに含む。第２の温度センサアレイ１５は、熱交換器に入る水の温度を測定する。第１の温度センサアレイは、第１の温度センサ１０Ａおよび第１の温度センサ１０Ｂを含み、各センサは、白金抵抗温度計などの抵抗温度検出器である。０℃における公称抵抗１０から１０００オームを有する白金抵抗温度計が温度センサとして使用され得る。実施例１の好ましい実施形態では、温度センサは、０℃における公称抵抗１００オームを有する白金抵抗温度計である。実施例１のいくつかの実施形態では、第１の温度センサアレイは単一の温度センサのみを含み得る。

【0074】

システムおよび方法は、ポンプ、第２の温度センサアレイ、第１の温度センサＡおよび第１の温度センサＢ、に接続されたＰＩＤコントローラをさらに含む。ＰＩＤコントローラは、熱交換器へのアセトンのフローを調整するためのポンプ（または、そのようなデバイスが熱交換器に存在する場合には代替的に、ポンプ、バルブおよび／またはインジェクタ）を、第２の温度センサアレイ、第１の温度センサＡおよび第１の温度センサＢから受信したデータに基づいて制御する。システムおよび方法が、デバイスとしてポンプ、バルブおよび／またはインジェクタを含む、実施例１の実施形態では、ＰＩＤコントローラは、ポンプ、バルブおよび／またはインジェクタのそれぞれに接続される。さらに重要なことには、ＰＩＤコントローラは、ポンプ、バルブおよび／またはインジェクタのそれぞれを制御する。実施例１のいくつかの実施形態では、ＰＩＤコントローラはＰＬＣの一部である。

【0075】

第１の温度センサアレイ１０は、第１の媒体の出口ポート３の位置（または代替的に、出口ポートの前または後）に配設される。第１の温度センサ１０Ａおよび第１の温度センサ１０Ｂは、（ｉ）第１の媒体の出口ポートからほぼ等しい距離に、または（ｉｉ）第１の媒体の出口ポートから等しくない距離に、配置され得る。さらに、第１の温度センサＡおよび第１の温度センサＢは、第１の媒体の出口ポートに（または代替的に、出口ポートの前または後に）周方向位置０～３６０°に配置され得る。好ましい実施形態では、第１の温度センサ１０Ａおよび第１の温度センサ１０Ｂのうちの一つはトップ位置に配置され、もう一つはボトム位置に配置される。第２の温度センサアレイ１５は、第２の媒体の入口ポート６に（または代替的に、入口ポートの前または後に）配設され、第２の媒体の入口ポート６に周方向位置０～３６０°に配置される。好ましくは、第２の温度センサアレイ１５は、（ｉ）トップ位置に、および／または（ｉｉ）ボトム位置に、配置される。

【0076】

第１の媒体の出口ポート３における第１の温度センサアレイ１０の位置のいくつかが図３に示されている。図３ａでは、第１の温度センサアレイ１０は、１つの温度センサのみを含んでおり、トップ位置、すなわち０°に配置される。トップ位置は、重力場から最も離れた位置としても参照され得る。図３ｂでは、第１の温度センサアレイは、第１の温度センサＡ １０Ａおよび第１の温度センサＢ １０Ｂである２つの温度センサを含み、これらのセンサは、トップとボトム位置で互いの反対に配置される。図３ｃは、第１の温度センサＡ １０Ａおよび第１の温度センサＢ １０Ｂである２つの温度センサを含む第１の温度センサアレイを有する出口を示しており、これらのセンサはボトム位置に配置される。図３ｄは、第１の温度センサＡ １０Ａおよび第１の温度センサＢ １０Ｂである２つの温度センサを含む第１の温度センサアレイを有する出口も示しており、ただし、センサはトップ位置に配置される。図３ｅでは、第１の温度センサアレイは１つの温度センサ１０のみを含み、ボトム位置、すなわち１８０°に配置される。ボトム位置は、重力場に最も近い位置としても参照され得る。第２の温度アレイは、第２の媒体の入口に同様の方法で配置され得る。トップおよびボトム位置は、温度アレイおよびそのセンサが配置され得る多くの位置のうちの２つにすぎず、すなわち、温度アレイおよびセンサは、入口および出口ポートに周方向位置０～３６０°に配置され得ることに留意するべきである。

【0077】

ＰＩＤコントローラ５０は、第２の温度センサアレイ１５と、第１の温度センサ１０Ａおよび第１の温度センサ１０Ｂのいずれかとの間の測定された温度差が設定温度２℃よりも高い場合には、プレート式熱交換器への第１の媒体のフローを削減する。プレート式熱交換器１へのアセトンのフローは、第２の温度センサアレイと、第１の温度センサ１０Ａおよび第１の温度センサ１０Ｂのいずれかとの間の測定された温度差が設定温度２℃以下になるまで削減される。

【0078】

実施例１のさらなる実施形態では、アセトンおよび水は、第１の媒体および第２の媒体としてそれぞれ、水、アルコール（メタノール、エタノール、ブタノールおよび／またはイソプロパノールなど）、ケトン（アセトンおよび／またはメチルエチルケトンなど）、アミン、パラフィン（ペンタンおよびヘキサンなど）および／またはアンモニア、などの他の溶媒で置き換えられる。第１の媒体および／または第２の媒体が１または複数の溶媒と置き換えられるとき、新しい設定温度が決定され得る。ただし、ほとんどの場合、設定温度は同じままである。新しい設定温度は、１～１０℃の間隔内であり得る。

【0079】

好ましい実施形態では、実施例１のシステムおよび方法は、ポリマーガスケットによって分離され、スチールフレームに固定された、多くの波状ステンレス鋼板からなるガスケットプレート式熱交換器で使用される。ガスケット内の入口ポータルおよびスロットは、高温流体および低温流体を、プレート間の交互のスペースに導く。波形にすることで、熱伝達を改善するための乱流を誘発し、各プレートは、波形の、異なるパターンまたは角度、を有する、隣接するプレートとの複数の接触によって支持される。プレート間のスペースは、波形の深さに等しい。両側の液体溶液、すなわち第１および第２の媒体としての液体溶液によって、プレート型熱交換器の全体的な熱伝係数は、シェルアンドチューブ交換器の通常値の数倍になる。さらに、プレート型熱交換器は、簡単に洗浄および消毒できる。

【0080】

（実施例２）
実施例２の実施形態は、システムおよび方法が、プレート式熱交換器をシェルアンドチューブ熱交換器技術と組み合わせるプレート＆シェル熱交換器である熱交換器において適用される点において、実施例１の実施形態と異なる。

【0081】

（実施例３）
実施例３の実施形態は、システムおよび方法が、プレートフィン熱交換器である熱交換器、すなわち、第１の媒体と第２の媒体との間で熱を伝達するプレートおよびフィン付きチャンバを含む熱交換器、において適用される点において、実施例１の実施形態と異なる。プレートフィン熱交換器は、一連のフィン付きチャンバを生成する、平らな金属板によって分離された波状シートの層でできている。分離された高温流体と低温流体（すなわち、第２および第１の媒体）の流れが、熱交換器の交互に並ぶ層を通って流れ、サイドバーによって端で封止されている。熱は、１つの流れからフィンインタフェースを通って分離器プレートに伝達され、次の一式のフィンを通って隣接する流体／媒体に伝達される。フィンは、熱交換器の構造的完全性も高め、熱伝達のための拡張された表面積を提供しながら、高圧に耐えることができるようにすることにも役立つ。

【0082】

（実施例４）
実施例４の実施形態は、システムおよび方法が、シェルアンドチューブ熱交換器である熱交換器において適用されるという点で、実施例１の実施形態とは異なる。シェルアンドチューブ熱交換器は、内部にチューブの束（すなわち、パイプ）を有するシェル（すなわち、大きな圧力容器）を含む。２つの流体間（すなわち、第１の媒体と第２の媒体との間）で熱を伝達するために、１つの流体（たとえば、第１の媒体）がチューブを通って流れ、別の流体（たとえば、第２の媒体）がチューブを覆って（シェルを通って）流れる。一式のチューブはチューブバンドルと呼ばれ、いくつかの種類、すなわち、平たい、または長手方向にフィン付きの、チューブで構成され得る。好ましいシェルアンドチューブ熱交換器は、単流１－１熱交換器、マルチパス熱交換器（１－２熱交換器など）、１－２熱交換器、２－４熱交換器、クロスフロー熱交換器、またはその変形から選択され得る。

【0083】

（実施例５）
実施例５の実施形態は、図５に示すものなどの廃熱発電機において適用される実施例１～４に記載されたシステムおよび方法に関する。

【0084】

廃熱発電機は、閉ループの熱力学的システム、好ましくはＯＲＣシステムであり、高温の、熱を伝達する第２の媒体を、第１の熱交換器を通して誘導することによって作動媒体を沸騰させおよび過熱することによって第１の熱交換器１内で生成される気体を、膨張させつつ電力を生成するように構成されている発電デバイス２５、と連結されたタービン２０を通って循環する作動媒体、すなわち、第１の媒体を含む。タービン２０および発電デバイス２５を通過してしまった気体は、凝縮器装置３０内で、気体を冷却媒体で冷却することによって凝縮される。凝縮器装置３０は、作動媒体の流れを冷却するように配設された第２の熱交換器３０ａと、作動媒体を凝縮する別個の凝縮タンク３０ｂとを含む。第２の熱交換器３０ａは、冷却媒体のための入口３６および出口３７、ならびに作動媒体のための入口３３および出口３２、すなわち凝縮器に入る気体のための入口３２および凝縮物のための出口３３を有する。

【0085】

ポンプ４０は、凝縮器で凝縮された作動媒体を第１の熱交換器１に運ぶ。作動媒体（すなわち第１の媒体）は、第１の媒体の入口ポート２を経由して第１の熱交換器１に入り、気体の形態で第１の媒体の出口ポート３を通って出ていく。第２の媒体は、第２の媒体の入口ポート６を経由して第１の熱交換器に入り、次いで第２の媒体の出口ポート７を経由して出ていく。

【0086】

第１の温度センサアレイ１０は、第１の媒体の出口ポート３の位置に、または代替的に出口ポートの前または後に配設される。第２の温度センサアレイ１５は、第２の媒体の入口ポート６に、または代替的に入口ポートの前または後に配設される。第１および第２の温度センサアレイはそれぞれ、１または複数の温度センサを含み得る。

【0087】

作動媒体気体が過熱される摂氏度数は、過熱温度ΔＴ_{ｏｖｅｒｈｅａｔ}として定義され、これは、例えば、タービンの種類およびタービンの特性に依存して設定され得る。

【0088】

（実施例６）
実施例６の実施形態は、第２の温度センサアレイと第１の温度センサアレイとの間の温度差の測定がないという点で、実施例１～５の実施形態とは異なる。

【0089】

代わりに、実施例６の実施形態では、第１の温度センサアレイの温度センサが期待されるよりも低い温度を示している場合には、コントローラが熱交換器への第１媒体のフロー（すなわち作動媒体のフロー）を調整する。したがって、実施例６の実施形態は、熱交換器のポート（すなわち、第１の媒体の出口ポート）から液滴を取り出すことなく、できるだけ多くの第１の媒体を沸騰させるように、熱交換器を最適化する。

【0090】

さらに、実施例６のさらなる実施形態では、熱交換器での沸騰を最適化するために、熱交換器への入ってくる液体媒体（すなわち第２の媒体）は、気体の出口（すなわち、第１の媒体の出口ポート）圧力における作動媒体（すなわち第１の媒体）について計算された沸点を使用して、さらに制御され得る。この沸点温度は、熱交換器から出ていく加熱する液体（すなわち、第２の媒体）の温度と比較される。コントローラでこの差分値を使用して、熱交換器における沸騰をさらに最適化することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0091】

【文献】欧州特許第２６７４６９７号明細書

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図3d】

【図3e】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図4d】

【図4e】

【図4f】

【図5】