(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝縮および蒸発の際に温度グライドを提供するように異なる熱特性を有する少なくとも２つの成分を含む作動流体と、
作動流体を蒸気へと変換する蒸気発生器と、
蒸発した作動流体の膨張によって駆動されるタービンと、
作動流体の少なくとも２つの成分を分離する分離器と、
少なくとも２つの成分を液体形態へと変換し戻す少なくとも２つの別々の凝縮器と、
液体形態の作動流体を蒸気発生器へと押し戻すポンプと、
を備え、少なくとも２つの別々の凝縮器のうちの各凝縮器が、液体形態の少なくとも２つの成分のうちの対応する１つをポンプへと伝達することを特徴とする動力生成システム。
【請求項２】
凝縮器は、分離器から蒸気形態で少なくとも２つの成分のうちの１つを受け取る少なくとも２つの別々の凝縮器を含むことを特徴とする請求項１記載の動力生成システム。
【請求項３】
分離器は、作動流体の少なくとも２つの成分のうちの１つが透過可能な選択的透過膜を備えることを特徴とする請求項１記載の動力生成システム。
【請求項４】
分離器は、作動流体の少なくとも２つの成分のうちの１つを成分のうちの別の１つの径方向外側へと押しやる遠心力を生成することを特徴とする請求項１記載の動力生成システム。
【請求項５】
分離器は、タービンの一部を含むことを特徴とする請求項１記載の動力生成システム。
【請求項６】
タービンは、少なくとも２つの成分のうちのより重たい成分を少なくとも２つの成分のうちの別の１つより径方向外側へと押しやる渦巻きを蒸気形態の作動流体内に生成することを特徴とする請求項５記載の動力生成システム。
【請求項７】
少なくとも２つの成分のうちの１つのための第１の出口を少なくとも２つの成分のための第２の出口の径方向外側に備えることを特徴とする請求項４記載の動力生成システム。
【請求項８】
分離器および凝縮器は、共通のハウジング内に設けられ、凝縮器は、作動流体内の成分の数に相当する複数の出口を備え、作動流体内の各成分は、複数の出口のうちの対応する１つから排出されることを特徴とする請求項１記載の動力生成システム。
【請求項９】
各凝縮器への二次的冷却流が、凝縮温度を制御し、それによって、全ての並列する凝縮器内で均一な凝縮圧力を達成するように調節されることを特徴とする請求項１記載の動力生成システム。
【請求項１０】
凝縮および蒸発の際に温度グライドを提供するように異なる熱特性を有する少なくとも２つの成分を含む作動流体と、
作動流体を蒸気へと変換する蒸気発生器と、
蒸発した作動流体の膨張によって駆動されるタービンと、
少なくとも２つの要素を液体形態へと変換し戻す凝縮器であって、作動流体内の成分の数に相当する複数のコンパートメントおよび出口を備え、それによって、作動流体の少なくとも２つの成分のうちの各成分が、複数の出口のうちの異なる対応する１つを通して凝縮器から排出される、凝縮器と、
少なくとも２つの成分を含む液体形態の作動流体を蒸気発生器へと押し戻すポンプと、
を備えることを特徴とする動力生成システム。
【請求項１１】
凝縮器は、複数の出口に対応する複数のヘッダを備えることを特徴とする請求項１０記載の動力生成システム。
【請求項１２】
作動流体の少なくとも２つの成分のうちの最も揮発性でない成分は、作動流体の少なくとも２つの成分のうちのより揮発性の成分より前に凝縮器から排出されることを特徴とする請求項１０記載の動力生成システム。
【請求項１３】
各凝縮器コンパートメントへの二次的冷却流が、凝縮温度を制御し、それによって、全ての並列する凝縮器内で均一な凝縮圧力を達成するように調節されることを特徴とする請求項１０記載の動力生成システム。
【請求項１４】
対応する少なくとも１つの成分のうちの各成分は、実質的に液体形態で複数の出口のうちの対応する１つからポンプへと排出されることを特徴とする請求項１０記載の動力生成システム。
【請求項１５】
凝縮および蒸発の際に温度グライドを提供するように各成分が異なる熱特性を有する少なくとも２つの異なる成分を有する作動流体を蒸気発生器内で加熱して蒸気を生成し、
生成された蒸気を膨張させてタービンを駆動し、
異なる熱特性に従って成分によってタービンから排出された蒸気の少なくとも２つの異なる成分を分離し、
分離された少なくとも２つの異なる成分のうちの各成分を、少なくとも２つの異なる成分のうちの各成分に対応する別々の凝縮器内で液体形態へと凝縮させ、
別々の凝縮器のうちの各凝縮器から排出された液体形態の少なくとも２つの異なる成分を作動流体へと組み合わせ、
少なくとも２つの成分の液体形態を蒸気発生器へとポンプ送りし戻す、
ことを含むことを特徴とする、有機ランキンサイクル動力生成システムを作動させる方法。
【請求項１６】
分子量に基づいて少なくとも２つの成分を分離するように蒸気内に遠心力を生成することを含むことを特徴とする請求項１５記載の有機ランキンサイクル動力生成システムを作動させる方法。
【請求項１７】
タービンで遠心力を生成することを含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
選択的透過膜を通して少なくとも２つの異なる成分を分離することを含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
凝縮器内で少なくとも２つの異なる成分を分離することを含み、凝縮器は、作動流体の少なくとも２つの成分に相当する複数の出口を備え、それによって、作動流体の少なくとも２つの成分のうちの各成分は、複数の出口のうちの対応する１つを通して凝縮器から排出されることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
各凝縮器への二次的冷却流が、凝縮温度を制御し、それによって、全ての並列する凝縮器内で均一な凝縮圧力を達成するように調節されることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に高グライド作動流体を利用する有機ランキンサイクル動力生成システムに関する。より詳細には本開示は、凝縮器の効率を向上させ、システムの熱効率を向上させるとともに、分離されていない流れで必要とされる凝縮器の費用に比較して凝縮器の費用を低減するように、作動流体の成分を分離するシステムに関する。
【０００２】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１２年１月６日に出願された米国出願第１３／３４５，０９６号に対する優先権を主張する。
【０００３】
（連邦政府出資の研究または開発についての陳述）
本開示の本主題は、エネルギー省により与えられた契約第ＤＥ−ＥＥ０００２７７０号にもとづく政府支援によりなされた。従って政府は、本開示の主題事項に一定の権利を有し得る。
【背景技術】
【０００４】
従来の有機ランキンサイクルを利用して動力を生成するシステムは一般に、加熱されて乾き飽和蒸気となる作動流体を備える。蒸気は、タービン内で膨張して、それによって、タービンを駆動して動力を生成する。タービン内での膨張で、圧力は低下し、蒸気の一部が凝縮し得る。次いで蒸気は、凝縮器を通過して作動流体は冷却されて液体形態に戻る。次いで作動流体は、ポンプによって押しやられてシステムを通過する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
有機ランキンサイクルで利用される作動流体は、与えられた圧力で異なる凝縮および蒸発温度を有するいくつかの成分の組み合わせとすることができる。成分の作動温度の差は「グライド（ｇｌｉｄｅ）」として知られている。グライドが高ければ高いほど、複数成分混合物の泡立ち点および露点の間の温度差が大きくなる。高グライド作動流体は、システムが高グライド作動流体に関連する影響を最小限に抑えるように適切に設計されるならば、システムの効率を向上させる。高グライド作動流体の成分間の作動温度の差は、凝縮器の効率、大きさ、費用、および作動に直接影響を与える。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
開示の有機ランキンサイクル動力生成システムは、システムの凝縮器に対する高グライド作動流体の影響を最小限に抑えるように、蒸気形態の作動流体を分離する分離器を備える。
【０００７】
実施例の動力生成システムは、蒸気発生器と、タービンと、分離器と、ポンプと、を備える。作動流体は、蒸気発生器内で乾き飽和蒸気へと加熱される。この蒸気は、タービン内で膨張して、タービンの回転を生じさせ、動力生成を可能とする。膨張してタービンを駆動する蒸気は、タービンから排出されて、分離器に流入する。分離器では、作動流体の成分は、互いに分離されて、別々の凝縮器に送られる。凝縮器は、作動流体の１つの成分を凝縮させるように構成される。各成分は、いったん液体形態に凝縮し戻ると、再び組み合わされて、ポンプへと排出され、ポンプは次いで、作動流体を蒸気発生器へと押し戻す。
【０００８】
別の開示のシステムは、別々の成分のそれぞれのための複数の出口を有する凝縮器を備える。作動流体は、蒸気形態で凝縮器に流入し、そこで各成分は、液体形態で分離される。組み合わされた液体は次いで、システムを通る再循環のためにポンプへと送られる。
【０００９】
本願で開示されたこれらと他の特徴は、以下の明細書および図面から最もよく理解されることができ、そのうちの以下のものは、簡単な説明である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】有機ランキンサイクル動力生成システムの概略図。
【図２Ａ】実施例のうず発生器の概略図。
【図２Ｂ】実施例のうず発生器の概略断面図。
【図３Ａ】別の実施例のうず発生器の概略図。
【図３Ｂ】図３Ａの実施例のうず発生器の概略断面図。
【図４】実施例の透過膜分離器の概略図。
【図５】別の有機ランキンサイクル動力生成システムの概略図。
【図６】別の有機ランキンサイクル動力生成システムの概略図。
【図７】別の有機ランキンサイクル動力生成システムの概略図。
【図８】実施例の凝縮器の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１を参照すると、実施例の有機ランキンサイクル動力生成システム１０は、蒸気発生器１８と、タービン２０と、分離器２４と、ポンプ３０と、を備える。複数成分の高グライド作動流体１２は、蒸気発生器１８内で乾き飽和蒸気へと加熱される。蒸気発生器１８は、作動流体の臨界圧力より下の圧力でも、上の圧力でも作動可能である。この蒸気は、タービン２０内で膨張して、タービン２０の回転を生じさせ、動力生成を行う。この実施例では、タービン２０は、発電機２２を駆動して電力を生成する。理解されるように、タービン２０は、他の動力生成装置、蒸気圧縮システムなどの熱システム、またはポンプ、ファン、その他などの補助システムを駆動するのに使用可能である。
【００１２】
有機ランキンサイクル動力生成システム１０の実施は、地熱井戸からや、工業および商業的なプロセスおよび操業によって生成される廃熱からの形態を含む多くの形態の熱エネルギーを利用するのに有用である。熱エネルギーまたは廃熱の他の供給源は、バイオマスボイラー、エンジン冷却システム、太陽熱、工業冷却プロセス、およびこのような熱流の組み合わせを含む。有機ランキンサイクル（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｒａｎｋｉｎｅ  Ｃｙｃｌｅ）（ＯＲＣ）動力生成システムは、より高い効率を可能とするように、またはさまざまな熱流を利用するように、多段に接続されることも可能である。ＯＲＣシステムのそのような構成は一般に、特によく定義された「ピンチ点（ｐｉｎｃｈ  ｐｏｉｎｔ）」、すなわち、作動流体の温度と熱源との差が最小となる温度プロフィール内の点で、単一の組成の作動流体を使用するので、これら供給源の利用率、高温供給源のｋＷｅ／ｇｐｍ、よって変換効率は、制限される。
【００１３】
膨張してタービン２０を駆動する蒸気は、タービン２０から排出されて、分離器２４に流入する。分離器２４では、作動流体１２の第１、第２の成分１４、１６は、互いに分離される。作動流体１２の第１、第２の成分１４、１６のそれぞれは次いで、別々の第１、第２の凝縮器２６、２８内へと排出される。第１、第２の凝縮器２６、２８のそれぞれは、作動流体１２の成分を別々に液体形態へと凝縮させ、この液体形態は、ポンプ３０へと排出される。
【００１４】
実施例のシステム１０は、複数の成分１４、１６を有する作動流体１２を利用する。異なる成分１４、１６は、異なる熱特性を有しており、従って、当業技術内では温度グライドを有する作動流体として知られる。温度グライドは、一定圧力における蒸発および凝縮の際の非共沸作動流体混合物の気相および液相の間の温度差である。温度グライド、すなわち作動流体１２の別々の第１、第２の成分１４、１６の熱特性の間の差が増大すると、有機ランキンサイクル動力生成システム１０の変換効率が増大する。
【００１５】
実施例の作動流体１２は好ましくは、軽い矢印によって示された第１の成分１４と、重い矢印によって示された第２の成分１６と、を含む高グライド作動流体１２である。グライドが高ければ高いほど、第１、第２の成分１４、１６の間の作動温度の差が大きくなる。この差は、システム１０の変換効率を増大させる。しかしながら、このような高グライド作動流体は、蒸気を液体へと凝縮させるのに必要な所望の熱伝達を与えるためにかなり大きな表面積を有する凝縮器を必要とする。このような凝縮器の必要とされる表面積および大きさによって、そのような高グライドシステムは、非現実的なものとなり得る。
【００１６】
実施例のシステム１０は、タービン２０から排出された蒸気をその個々の成分へと分離する分離器２４を備える。この実施例では、分離器は、第１の成分１４および第２の成分１６が対応する第１、第２の凝縮器２６、２８を通って流れるように、第１の成分１４および第２の成分１６を分離する。第１、第２の凝縮器２６、２８のそれぞれは、もっぱら１つの成分を凝縮させるだけとなるように設計されているので、この凝縮器の構成は簡単なものとなり得る。分離された成分では、従来のよく知られた熱交換器の設計を使用することができる。いったん作動流体１２の第１、第２の成分１４、１６が分離されて、液体形態に凝縮し戻ると、それらは再び組み合わされて、ポンプ３０によって蒸気発生器１８へとポンプ送りし戻されて、改めてサイクルを開始する。
【００１７】
実施例の作動流体１２は、２つの別々の成分１４、１６を含む。しかしながら、作動流体１２が、異なる熱特性を有するいくつかの異なる成分を含み得ることは理解されたい。この実施例では、第１、第２の成分１４、１６のそれぞれは、タービン２０から排出された後に実質的に蒸気形態で分離器２４を通して導かれる。分離された成分１４、１６は、別々の第１、第２の凝縮器２６、２８へと排出され、第１、第２の凝縮器２６、２８はそれぞれ個々に、蒸気形態の成分の液相へと戻る所望の凝縮を与えるように構成される。
【００１８】
二次的な冷却流経路２５Ａ、２５Ｂが、第１、第２の凝縮器２６、２８内で同様の圧力を維持するように作動し、それによって、第１、第２の凝縮器２６、２８は、個々の各成分１４、１６に特有な異なる圧力および温度で効率的に作動できる。この実施例では、第１の凝縮器２８には、凝縮器２８の所望の温度および圧力を維持するために液体を利用する二次的な冷却流経路２５Ａが設けられる。実施例の二次的な冷却流経路２５Ａは、凝縮器２８を通してポンプ送りされる液体を供給源２７から引き出すポンプ２９を備える。制御弁３１が、凝縮器２８内の条件を維持および制御するように液体流を調節する。
【００１９】
凝縮器２６には、凝縮器２６内の圧力および温度を含む条件を制御するために空気流２１を利用する二次的な冷却流経路２５Ｂが設けられる。二次的な冷却流経路２５Ｂは、ファン２３と、制御装置１９と、を備えており、制御装置１９は、第１の成分１４を液体形態へと凝縮し戻すのに必要な条件に凝縮器１４を維持するのに必要な所望の空気流２１を提供するようにファン２３の作動を制御する。二次的な冷却流体（液体および／または空気）のそれぞれの流量の制御により、異なる凝縮器２６、２８の条件の個々の制御が可能となる。凝縮器２６、２８のそれぞれが、別々の凝縮器２６、２８内の条件を制御するように決定された二次的な冷却流を利用できることは理解されたい。さらに、凝縮器のそれぞれは、各凝縮器２６、２８ごとに個々に制御される共通の二次的な流れを利用することもできるであろう。従って、それぞれごとの二次的な流れは、用途に特有の要求に依存して、液体、空気、または任意の組み合わせとすることができる。
【００２０】
作動流体１２の例示的な実施例は、分離が容易な２つの成分１４、１６を有する。作動流体１２は、分離可能な３つまたはそれを上回る成分を含むこともできる。これらの流体は、凝縮器の性能を向上させるために、または濃度最適化および操作を通した能力制御手段を提供するために、分離可能である。
【００２１】
図２Ａ、図２Ｂを参照すると、実施例の分離器２４は、うず発生器３２である。うず発生器３２は、軸３４周りに回転して遠心力を生成する。第１、第２の成分１４、１６は、異なる分子量を有しており、従って、うず発生器３２によって生成された回転および遠心力によって別々に影響を受ける。軸３４周りの矢印３６によって示される回転は、軸３４から径方向外側へとより重い分子量を有する第２の成分を押しやる遠心力を生成する。この実施例では、第２の成分１６は、第１の成分１４より大きな分子量を有する。従って、第２の成分１６は、第１の成分１４の径方向外側へと押しやられ、次いで、軸３４の径方向外側に配置されている出口３８から排出される。成分１６より小さな分子量の成分１４は、うず発生器３２の径方向内側の空間内に実質的に留まり、軸３４に沿って実質的に配置された出口４０から排出される。
【００２２】
第１、第２の成分１４、１６が依然として蒸気形態にありながらいったん互いに分離されると、図１に示すように、対応する第１、第２の凝縮器２６、２８へと導かれる。
【００２３】
実施例のうず発生器３２は、その内部で蒸気の所望の回転を誘起するのに必要なエネルギーを最小限に抑えるために入口３５が軸３４から所定の角度３７になるように構成される。
【００２４】
図３Ａ、図３Ｂを参照すると、別の実施例のうず発生器３２’において、入口３９は、渦巻きに利用可能な運動量を最大にするために回転に対して接線方向に配置される。さらに、作動流体１２の圧力エネルギーは、作動流体１２の噴流４１を生成するようにノズル３３を用いて運動エネルギーに変換されることができる。図２Ａ、図２Ｂのうず発生器３２は、もし保証されるならば、作動流体１２の噴流を生成するようにノズル３３を備えることができる。
【００２５】
図４を参照すると、分離モジュール２４は、透過膜ユニット４２を備えることもできる。透過膜ユニット４２は、選択的透過膜４４を備える。第１、第２の成分１４、１６を含む蒸気形態の作動流体１２の混合物は、共通の入口４５に流入する。選択的透過膜４４は、より小さな第１の成分１４を透過移動させながら、より大きな第２の成分１６の通過は妨げる。透過膜４４の特定の構成は、分離する成分に依存する。透過膜４４は、設定された圧力差でもっぱら特定の大きさの成分または要素の通過を可能とするような大きさとされた開孔を備える概略多孔質の構造である。透過膜に亘る圧力差は、第１の成分１４の透過移動を引き起こしながら、第２の成分１６をユニット４２を通るように押しやる。
【００２６】
この実施例では、透過膜４４は、管状であり、透過膜４４を取り囲む環状空間４７内への第１の成分１４の透過移動を可能とする。透過膜４４を取り囲む環状空間４７は、第１の出口４６と連通する。第１の出口４６は、図１に示すように、第１の成分１４を対応する凝縮器２８へと排出する。より大きな構造を有する第２の成分１６は、実施例の透過膜４４を通過できず、従って、第２の出口４８を通って第２の凝縮器２６へと排出される。
【００２７】
実施例の透過膜ユニット４２は、選択的透過膜４４によって画定される内側通路４９を備える管状ユニットである。内側通路４９は、透過移動した第１の成分１４を受け入れるとともに第１の出口４６と連通する環状空間４７によって取り囲まれる。理解されるように、実施例の透過膜ユニット４２は、管状構成として示されているとはいえ、透過膜の他の構成が本開示の予想の中で利用可能である。
【００２８】
図５を参照すると、別の実施例の有機ランキンサイクル動力生成システム５０が開示されており、うず部分５４を備えるタービン５２を備える。理解されるように、タービンは、作動セクションにおいて大きな渦巻き速度を有するが、等エントロピー効率を最大にするために出口開口部を通る出口渦巻きを除去するように通常は設計される。しかしながら、この実施例では、実施例のタービン５２は、タービン５２から排出される蒸気内に十分な渦巻きを生成するように意図的に設計される。うず部分５４内で誘起された渦巻きは、第１、第２の成分１４、１６の分離を行う。
【００２９】
排出される蒸気の回転効果は、矢印６２によって示されており、タービン５２によって生成される。蒸気内の誘起渦巻きによって、この実施例では第２の成分１６などのより高い分子量の成分は、タービン５２によって誘起された遠心力に起因してより軽い第１の成分１４の径方向外側へと押しやられる。
【００３０】
第１の開口部５８が、回転蒸気の軸６０から径方向に離間しており、従って、より重い第２の成分１６用の出口を提供する。第２の開口部５６が、うず部分５４の中心領域に留まる第１の成分１４を排出するように実質的に回転の軸６０に沿って配置される。
【００３１】
分離された成分１４、１６は次いで、別々の第１、第２の凝縮器２６、２８へと伝達される。上で先に説明したように、第１、第２の凝縮器２６、２８は、対応する第１、第２の成分１４、１６のそれぞれについて効率的な凝縮を行うように具体的に構成される。理解されるように、第１、第２の凝縮器２６、２８のそれぞれは、作動流体の１つの成分について具体的に構成され得るので、それぞれは、より小さく、より軽くすることができるとともに、かなり小さな内部熱伝達表面積を有することができる。
【００３２】
図６を参照すると、別の有機ランキンサイクル動力生成システム８８が開示されており、タービンアッセンブリ９２ａ、９２ｂから排出される作動流体１２の別々の部分を受け取る二重凝縮器２６、２８を備える。実施例の動力生成システム８８では、分離器９０が、第１、第２のタービン９２ａ、９２ｂの前に配置される。分離器９０は、生成されたうずを利用して、作動流体１２の成分をそれらの別々の部分および流れへと分離する。
【００３３】
タービン９２ａ、９２ｂのそれぞれは、作動流体１２の少なくとも２つの成分のうちの１つで最適に作動するように構成される。従って、この実施例では、分離器９０は、作動流体１２が流れ込むうずを生成する。うず発生器は、作動流体１２のより重い成分およびより軽い成分が別々のタービン９２ａ、９２ｂ内へと別々に流入可能となるように、作動流体１２のより重い成分およびより軽い成分を分離する。気体状の作動流体１２の膨張がタービン９２ａ、９２ｂを駆動して発電機２２に動力を供給する。この実施例では、タービン９２ａ、９２ｂは、互いに並列に配置されており、両方が動力を供給して同じ発電機２２を駆動する。しかしながら、タービン９２ａ、９２ｂが、共通の軸上に配置され得ること、および／または、異なる発電機２２に動力を供給し得ることも、本開示の予想の中にある。
【００３４】
さらに、径方向タービンは通常、蒸気をタービン入口ベーンまたはノズル内へと案内するように環状渦巻きセクションを有する。ノズルの上流のこの領域における回転速度は、蒸気成分を分離するように適用されることができ、効果的に流れをタービン９２ａ、９６ｂ内へと、次いで凝縮器２６、２８内へと分離することができる。
【００３５】
図７を参照すると、別の有機ランキンサイクル動力生成システム６４が開示されており、作動流体１２の別々の部分を凝縮させるための複数の部分を備える１つの凝縮器６８を備える。凝縮器は、蒸気が内部熱伝達面に直接接触できるときに、最もよく作動する。液体が内面に蓄積するにつれ、熱伝達効率は低下する。従って、凝縮器の内面に形成される液体の量を低減することで、凝縮器の効率は向上する。
【００３６】
この実施例では、作動流体１２は、流体矢印１５によって示された第３の成分と共に第１、第２の成分１４、１６を含む。タービン２０から排出される作動流体１２は、蒸気形態であり、実施例の凝縮器６８へと伝達される。実施例の凝縮器６８は、作動流体の成分の数に相当する所定の数の出口７０、７２、７４を備える。各出口は、作動流体１２の成分のうちの別々の１つを伝達および排出するように構成される。この実施例では、第１の出口７０は、第１の成分１４を受け取る。第２の出口７２は、中間の成分１５を受け取り、第３の出口７４は、作動流体の最も揮発性の、または最も重い成分１６を受け取る。凝縮器セクションは、共通のヘッダに接続されているので、各セクションを同様の圧力で作動させるのが望ましい。これは、例えば、同様の圧力を達成するように二次的凝縮器冷却材流の調節を通して各セクションの凝縮温度を調節することで達成可能である。作動流体１２の成分は、いったん液体形態で凝縮器６８から排出されると、共通のポンプ３０によって蒸気発生器１８へとポンプ送りされるように再び組み合わされる。
【００３７】
別の実施例では、作動流体１２は、成分１４、１６から構成される。タービン２０から排出される作動流体１２は、蒸気形態であり、実施例の凝縮器６８へと伝達される。この実施例では、凝縮器６８は、作動流体の成分１４、１６に対応する出口７０、７４を備える。各出口は、作動流体１２の成分のうちの別々の１つを伝達および排出するように構成される。この実施例では、第１の出口７０は、第１の成分１４を受け取る。第２の出口７４は、作動流体の最も揮発性の、または最も重い成分１６を受け取る。
【００３８】
さらに、液体は、どの成分に対応するかに拘わらず、形成されるにつれ、分離されることもできる。この方法によって、内部の熱伝達面上の液体層の厚みは、所望のレベルの凝縮熱伝達効率が得られるように制御される。実施例の凝縮器６８は、バルク蒸気と内壁との間の凝縮熱伝達を向上させるために液体が内壁上に形成され、蓄積するにつれ、液体を除去するための慎重に配置された中間出口を備えることができる。さらに、液体の分離によって、非共沸作動流体混合物に関連する付加的な物質および熱の伝達抵抗が抑えられる。この付加的な抵抗は、液体が除去されていなかったら存在していたであろう界面温度の減少から生じる。従って、作動流体の異なる成分の凝縮特性に応じて配置された出口を有する実施例が記載されているとはいえ、出口は、内壁上への液体の蓄積の影響を最小限に抑えるとともに作動流体蒸気と凝縮器６８との間の熱伝達を向上させる液体の予め決められた厚みに基づいて、配置されることもできる。
【００３９】
図８を参照すると、実施例の凝縮器６８が概略的に示されており、入口７６を有する入口ヘッダ７８を備える。実施例の高グライド作動流体１２は、第１の成分１４、第２の成分１６、および第３の成分１５を備える。これらの成分の全ては組み合わされて、実施例の凝縮器６８の共通の入口７６へと伝達される。
【００４０】
実施例の凝縮器６８は、第１の中間ヘッダ８０、第２の中間ヘッダ８２、および出口ヘッダ８４を備える。第１のヘッダ８０は、第１の出口７０を画定し、第２のヘッダ８２は、第２の出口７２を画定し、第３のヘッダ８４は、第３の出口７４を画定する。
【００４１】
第１のヘッダ８０および第１の出口７０は、作動流体１２の最も揮発性でない成分を受け取る。すなわち、実施例の作動流体の最も揮発性でない成分１４は、最初に液体形態へと凝縮し、第１の出口７０において液体形態で凝縮器６８から排出される。中間の揮発性成分１５は、第２の出口７２から排出される。理解されるように、中間の揮発性成分１５は、最も揮発性でない成分の後に凝縮することになり、それによって、液体形態へと第２の出口７２から排出される。最も揮発性の成分１６は、最後に液体形態へと凝縮し戻るので、最後の出口７４から排出される。全ての成分１４、１６、１８は、いったん液体形態へと凝縮すると、ポンプ３０へと伝達し戻され、タービン２０を駆動するのに必要な蒸気を生成するための熱処理を受ける。
【００４２】
別の実施例では、作動流体１２は、成分１４、１６から構成される。タービン２０から排出される作動流体１２は、蒸気形態であり、実施例の凝縮器６８へと伝達される。この実施例では、凝縮器６８は、中間ヘッダ８０、出口ヘッダ８４、および作動流体の成分１４、１６にそれぞれ対応する出口７０、７２を備える。各出口は、作動流体１２の成分のうちの別々の１つを伝達および排出するように構成される。この実施例では、第１の出口７０は、ヘッダ８０を通して第１の成分１４を受け取る。第２の出口７４は、ヘッダ８４を通して作動流体の最も揮発性の、または最も重い成分１６を受け取る。
【００４３】
従って、実施例のシステムは、別々の成分のそれぞれを凝縮させるように画成および構成された個々の凝縮器を利用しながら、高グライド作動流体を用いて有益な効率を確保することを可能とする。このシステムは、高グライド作動流体内の全ての成分の凝縮を可能とする構成を１つの凝縮器が備えることの必要性を解消する。これによって、そのような高グライド動力生成システムの実施の効率および実現性を向上させる。
【００４４】
例示的な実施例を開示したとはいえ、当業者ならば、特定の修正が本開示の範囲に含まれることを理解するであろう。それゆえ、本発明の範囲および内容を決定するためには、以下の特許請求の範囲を検討する必要がある。
【図１】
0005914696.tif 000002
【図２Ａ】
0005914696.tif 000003
【図２Ｂ】
0005914696.tif 000004
【図３Ａ】
0005914696.tif 000005
【図３Ｂ】
0005914696.tif 000006
【図４】
0005914696.tif 000007
【図５】
0005914696.tif 000008
【図６】
0005914696.tif 000009
【図７】
0005914696.tif 000010
【図８】
0005914696.tif 000011