Abrégé

Systems and methods for controlling a heat engine system are provided. One method includes initiating flow of a working fluid through a working fluid circuit having a high pressure side and a low pressure side by controlling a pump to pressurize and circulate the working fluid through the working fluid circuit and determining a configuration of the working fluid circuit by determining which of a plurality of waste heat exchangers and which of a plurality of recuperators to position in the high pressure side of the working fluid circuit. The method also includes determining, based on the determined configuration of the working fluid circuit, for each of a plurality of valves, whether to position each respective valve in an opened position, a closed position, or a partially opened position and actuating each of the plurality of valves to the determined opened position, closed position, or partially opened position.

Classes IPC  ?

• F01K 7/40 - Emploi de plusieurs réchauffeurs d’eau d’alimentation en série
• F01K 25/08 - Ensembles fonctionnels ou machines motrices caractérisés par l'emploi de fluides énergétiques particuliers non prévus ailleursEnsembles fonctionnant selon un cycle fermé, non prévus ailleurs utilisant des vapeurs particulières
• F22D 1/32 - Appareils de chauffage d'eau d'alimentation, p. ex. préchauffeurs disposés pour un chauffage par la vapeur, p. ex. prélevée dans la turbine
• F01K 9/02 - Aménagements ou modifications des pompes à condensats ou à air
• F01K 23/12 - Ensembles fonctionnels caractérisés par plus d'une machine motrice fournissant de l'énergie à l'extérieur de l'ensemble, ces machines motrices étant entraînées par des fluides différents les machines motrices étant couplées mécaniquement
• F01K 25/10 - Ensembles fonctionnels ou machines motrices caractérisés par l'emploi de fluides énergétiques particuliers non prévus ailleursEnsembles fonctionnant selon un cycle fermé, non prévus ailleurs utilisant des vapeurs particulières ces vapeurs étant froides, p. ex. ammoniac, gaz carbonique, éther

Abrégé

2). The system further contains a power turbine configured to convert thermal energy to mechanical energy, a motor-generator configured to convert the mechanical energy into electricity, and a pump configured to circulate the working fluid within the working fluid circuit. The system further contains a heat exchanger configured to transfer thermal energy from a heat source stream to the working fluid, a recuperator configured to transfer thermal energy from the low pressure side to the high pressure side of the working fluid circuit, and a condenser (e.g., air- or fluid-cooled) configured to remove thermal energy from the working fluid within the low pressure side of the working fluid circuit.

Classes IPC  ?

• F01K 25/10 - Ensembles fonctionnels ou machines motrices caractérisés par l'emploi de fluides énergétiques particuliers non prévus ailleursEnsembles fonctionnant selon un cycle fermé, non prévus ailleurs utilisant des vapeurs particulières ces vapeurs étant froides, p. ex. ammoniac, gaz carbonique, éther
• F02C 1/10 - Cycles fermés
• F01K 9/02 - Aménagements ou modifications des pompes à condensats ou à air
• H02K 7/18 - Association structurelle de génératrices électriques à des moteurs mécaniques d'entraînement, p. ex. à des turbines
• F01D 1/00 - "Machines" ou machines motrices à déplacement non positif, p. ex. turbines à vapeur
• F01K 9/00 - Ensembles fonctionnels de machines à vapeur caractérisés par des condenseurs disposés ou modifiés de façon à s'adapter aux machines motrices
• F01K 11/00 - Ensembles fonctionnels de machines à vapeur caractérisés par des machines motrices faisant corps avec les chaudières ou les condenseurs
• F01K 7/38 - Ensembles fonctionnels de machines à vapeur caractérisés par l'emploi de types particuliers de machines motricesEnsembles fonctionnels ou machines motrices caractérisés par un circuit de vapeur, un cycle de fonctionnement ou des phases particuliersDispositifs de commande spécialement adaptés à ces systèmes, cycles ou phasesUtilisation de la vapeur soutirée ou de la vapeur d'évacuation pour le réchauffage de l'eau d'alimentation les machines motrices étant du type à soutirage ou sans condensationUtilisation de la vapeur pour le réchauffage de l'eau d'alimentation les machines motrices étant du type turbine
• F01K 23/16 - Ensembles fonctionnels caractérisés par plus d'une machine motrice fournissant de l'énergie à l'extérieur de l'ensemble, ces machines motrices étant entraînées par des fluides différents les machines motrices étant couplées mécaniquement toutes les machines motrices étant des turbines
• F01D 15/10 - Adaptations pour la commande des générateurs électriques ou combinaisons avec ceux-ci
• F02C 1/04 - Ensembles fonctionnels de turbines à gaz caractérisés par l'utilisation de gaz chauds ou de gaz sous pression non chauffés, comme fluide de travail le fluide de travail étant chauffé indirectement

Abrégé

Heat engine systems having selectively configurable working fluid circuits are provided. One heat engine system includes a pump that circulates a working fluid through a working fluid circuit and an expander that receives the working fluid from a high pressure side of the working fluid circuit and converts a pressure drop in the working fluid to mechanical energy. A plurality of waste heat exchangers are each selectively positioned in or isolated from the high pressure side. A plurality of recuperators are each selectively positioned in or isolated from the high pressure side and the low pressure side. A plurality of valves are actuated to enable selective control over which of the plurality of waste heat exchangers is positioned in the high pressure side, which of the plurality of recuperators is positioned in the high pressure side, and which of the plurality of recuperators is positioned in the low pressure side.

Classes IPC  ?

• F01K 25/08 - Ensembles fonctionnels ou machines motrices caractérisés par l'emploi de fluides énergétiques particuliers non prévus ailleursEnsembles fonctionnant selon un cycle fermé, non prévus ailleurs utilisant des vapeurs particulières
• F01K 7/40 - Emploi de plusieurs réchauffeurs d’eau d’alimentation en série
• F22D 1/32 - Appareils de chauffage d'eau d'alimentation, p. ex. préchauffeurs disposés pour un chauffage par la vapeur, p. ex. prélevée dans la turbine
• F01K 9/02 - Aménagements ou modifications des pompes à condensats ou à air
• F01K 23/12 - Ensembles fonctionnels caractérisés par plus d'une machine motrice fournissant de l'énergie à l'extérieur de l'ensemble, ces machines motrices étant entraînées par des fluides différents les machines motrices étant couplées mécaniquement
• F01K 25/10 - Ensembles fonctionnels ou machines motrices caractérisés par l'emploi de fluides énergétiques particuliers non prévus ailleursEnsembles fonctionnant selon un cycle fermé, non prévus ailleurs utilisant des vapeurs particulières ces vapeurs étant froides, p. ex. ammoniac, gaz carbonique, éther

Abrégé

2) within the low pressure side of a working fluid circuit in a liquid-type state, such as a supercritical state, during a startup procedure. Additionally, a bypass system is provided for routing the working fluid around one or more heat exchangers during startup to avoid overheating of system components.

Classes IPC  ?

• F01K 13/02 - Commande, p. ex. arrêt ou démarrage

Abrégé

2) within a working fluid circuit for absorbing the thermal energy that is transformed to mechanical energy by a turbine and electrical energy by a generator. The heat engine system further contains a control system operatively connected to the working fluid circuit and enabled to monitor and control parameters of the heat engine system by manipulating a power turbine throttle valve to adjust the flow of the working fluid. A control algorithm containing multiple system controllers may be utilized by the control system to adjust the power turbine throttle valve while maximizing efficiency of the heat engine system.

Classes IPC  ?

• F01K 7/16 - Ensembles fonctionnels de machines à vapeur caractérisés par l'emploi de types particuliers de machines motricesEnsembles fonctionnels ou machines motrices caractérisés par un circuit de vapeur, un cycle de fonctionnement ou des phases particuliersDispositifs de commande spécialement adaptés à ces systèmes, cycles ou phasesUtilisation de la vapeur soutirée ou de la vapeur d'évacuation pour le réchauffage de l'eau d'alimentation les machines motrices étant uniquement du type turbine
• F01K 7/32 - Ensembles fonctionnels de machines à vapeur caractérisés par l'emploi de types particuliers de machines motricesEnsembles fonctionnels ou machines motrices caractérisés par un circuit de vapeur, un cycle de fonctionnement ou des phases particuliersDispositifs de commande spécialement adaptés à ces systèmes, cycles ou phasesUtilisation de la vapeur soutirée ou de la vapeur d'évacuation pour le réchauffage de l'eau d'alimentation les machines motrices utilisant la vapeur à la pression critique ou hypercritique
• F01D 21/14 - Arrêt des "machines" ou machines motrices, p. ex. dispositifs d'urgenceDispositifs de régulation, de commande ou de sécurité non prévus ailleurs sensibles à d'autres conditions spécifiques
• F01D 19/02 - Démarrage des "machines" ou machines motricesDispositifs de régulation, de commande ou de sécurité en rapport avec les organes de démarrage dépendant de la température des éléments constitutifs, p. ex. du carter de la turbine
• F01D 19/00 - Démarrage des "machines" ou machines motricesDispositifs de régulation, de commande ou de sécurité en rapport avec les organes de démarrage
• F01D 21/00 - Arrêt des "machines" ou machines motrices, p. ex. dispositifs d'urgenceDispositifs de régulation, de commande ou de sécurité non prévus ailleurs
• F01D 13/02 - Couplage à fluide énergétique commun entre "machines" ou machines motrices
• F01D 17/04 - Aménagement des éléments sensibles sensibles à la charge
• F01D 17/00 - Régulation ou commande par variation de flux
• F01K 13/02 - Commande, p. ex. arrêt ou démarrage
• F01K 25/10 - Ensembles fonctionnels ou machines motrices caractérisés par l'emploi de fluides énergétiques particuliers non prévus ailleursEnsembles fonctionnant selon un cycle fermé, non prévus ailleurs utilisant des vapeurs particulières ces vapeurs étant froides, p. ex. ammoniac, gaz carbonique, éther

Abrégé

2) within a working fluid circuit, two heat exchangers configured to be thermally coupled to a heat source (e.g., waste heat), two expanders, two recuperators, two pumps, a condenser, and a plurality of valves configured to switch the system between single/dual-cycle modes. In another aspect, a method for recovering energy may include monitoring a temperature of the heat source, operating the heat engine system in the dual-cycle mode when the temperature is equal to or greater than a threshold value, and subsequently, operating the heat engine system in the single-cycle mode when the temperature is less than the threshold value.

Classes IPC  ?

• F01K 7/32 - Ensembles fonctionnels de machines à vapeur caractérisés par l'emploi de types particuliers de machines motricesEnsembles fonctionnels ou machines motrices caractérisés par un circuit de vapeur, un cycle de fonctionnement ou des phases particuliersDispositifs de commande spécialement adaptés à ces systèmes, cycles ou phasesUtilisation de la vapeur soutirée ou de la vapeur d'évacuation pour le réchauffage de l'eau d'alimentation les machines motrices utilisant la vapeur à la pression critique ou hypercritique
• F01K 25/10 - Ensembles fonctionnels ou machines motrices caractérisés par l'emploi de fluides énergétiques particuliers non prévus ailleursEnsembles fonctionnant selon un cycle fermé, non prévus ailleurs utilisant des vapeurs particulières ces vapeurs étant froides, p. ex. ammoniac, gaz carbonique, éther

Abrégé

Aspects of the disclosure generally provide a heat engine system and a method for regulating a pressure and an amount of a working fluid in a working fluid circuit during a thermodynamic cycle. A mass management system may be employed to regulate the working fluid circulating throughout the working fluid circuit. The mass management systems may have a mass control tank fluidly coupled to the working fluid circuit at one or more strategically-located tie-in points. A heat exchanger coil may be used in conjunction with the mass control tank to regulate the temperature of the fluid within the mass control tank, and thereby determine whether working fluid is either extracted from or injected into the working fluid circuit. Regulating the pressure and amount of working fluid in the working fluid circuit selectively increases or decreases the suction pressure of the pump to increase system efficiency.

Classes IPC  ?

• F01K 3/18 - Ensembles fonctionnels caractérisés par l'emploi d'accumulateurs de vapeur ou de chaleur ou bien de réchauffeurs intermédiaires de vapeur comportant des réchauffeurs
• F01K 25/10 - Ensembles fonctionnels ou machines motrices caractérisés par l'emploi de fluides énergétiques particuliers non prévus ailleursEnsembles fonctionnant selon un cycle fermé, non prévus ailleurs utilisant des vapeurs particulières ces vapeurs étant froides, p. ex. ammoniac, gaz carbonique, éther
• F01K 7/08 - Dispositifs de commande spécialement adaptés à ces machines motrices

Abrégé

Aspects of the disclosure generally provide a heat engine system with a working fluid circuit and a method for starting a turbopump disposed in the working fluid circuit. The turbopump has a main pump and may be started and ramped-up using a starter pump arranged in parallel with the main pump of the turbopump. Once the turbopump reaches a self-sustaining speed of operation, a series of valves may be manipulated to deactivate the starter pump and direct additional working fluid to a power turbine for generating electrical power.

Classes IPC  ?

• F01K 13/02 - Commande, p. ex. arrêt ou démarrage
• F01K 13/00 - Dispositions générales ou processus généraux de fonctionnement des installations complètes d'ensembles fonctionnels de machines à vapeur
• F01K 7/32 - Ensembles fonctionnels de machines à vapeur caractérisés par l'emploi de types particuliers de machines motricesEnsembles fonctionnels ou machines motrices caractérisés par un circuit de vapeur, un cycle de fonctionnement ou des phases particuliersDispositifs de commande spécialement adaptés à ces systèmes, cycles ou phasesUtilisation de la vapeur soutirée ou de la vapeur d'évacuation pour le réchauffage de l'eau d'alimentation les machines motrices utilisant la vapeur à la pression critique ou hypercritique
• F01K 25/10 - Ensembles fonctionnels ou machines motrices caractérisés par l'emploi de fluides énergétiques particuliers non prévus ailleursEnsembles fonctionnant selon un cycle fermé, non prévus ailleurs utilisant des vapeurs particulières ces vapeurs étant froides, p. ex. ammoniac, gaz carbonique, éther
• F01K 23/04 - Ensembles fonctionnels caractérisés par plus d'une machine motrice fournissant de l'énergie à l'extérieur de l'ensemble, ces machines motrices étant entraînées par des fluides différents les cycles de ces machines motrices étant couplés thermiquement la chaleur de condensation provenant de l'un des cycles chauffant le fluide dans un autre cycle
• F22B 35/08 - Systèmes de commande pour chaudières à vapeur pour chaudières à vapeur du type à circulation forcée du type à circulation fermée

Abrégé

Aspects of the invention provided herein include heat engine systems, methods for generating electricity, and methods for starting a turbo pump. In some configurations, the heat engine system contains a start pump and a turbo pump disposed in series along a working fluid circuit and configured to circulate a working fluid within the working fluid circuit. The start pump may have a pump portion coupled to a motor-driven portion and the turbo pump may have a pump portion coupled to a drive turbine. In one configuration, the pump portion of the start pump is fluidly coupled to the working fluid circuit downstream of and in series with the pump portion of the turbo pump. In another configuration, the pump portion of the start pump is fluidly coupled to the working fluid circuit upstream of and in series with the pump portion of the turbo pump.

Classes IPC  ?

• F01K 13/02 - Commande, p. ex. arrêt ou démarrage
• F01K 25/08 - Ensembles fonctionnels ou machines motrices caractérisés par l'emploi de fluides énergétiques particuliers non prévus ailleursEnsembles fonctionnant selon un cycle fermé, non prévus ailleurs utilisant des vapeurs particulières
• F04D 29/58 - RefroidissementChauffageRéduction du transfert de chaleur
• F01K 25/10 - Ensembles fonctionnels ou machines motrices caractérisés par l'emploi de fluides énergétiques particuliers non prévus ailleursEnsembles fonctionnant selon un cycle fermé, non prévus ailleurs utilisant des vapeurs particulières ces vapeurs étant froides, p. ex. ammoniac, gaz carbonique, éther