(57)【要約】  有機ランキンサイクル発電所用空冷式復水器システムは、離間した幾何学的配置で一体結合される複数のトラス部材で形成され、複数の横並びの復水器バンドルを水平に支持するようになった支持構造体を含む。複数のファンは、トラス部材で同様に支持されて復水器の上方に配置され、復水器を横切って空気を吸引するようになっている。各ファンは、少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つの復水器バンドルの全域に広がる。各ファンと対応する復水器バンドルとの間の間隔を最小にするために空気プレナムを設けて、システムの空気入口及び空気出口を分断しながら、各ファンを少なくとも２つの復水器バンドルに流体結合して、空気の再循環を最小にするようになっている。
2013539513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機作動流体の圧力を上昇させるように作動可能なポンプと、
前記ポンプに結合され、前記有機作動流体へ熱を供給するように作動可能な第１の熱交換器システムと、
何らかの廃熱、何らかの再生可能資源、又は燃料の直接的な燃焼から抽出できる、前記第１の熱交換器システムへの熱源と、
前記第１の熱交換器へ結合され、前記有機作動流体を膨張させるように作動可能であり、発電機に結合されて電力を発生させる膨張器と、
前記膨張器に結合され、前記有機作動流体から熱を放出させ、前記熱交換器を通過する空気へ前記熱を伝達するように作動可能な第２の空冷式熱交換器システムと、
を備える有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）発電所であって、
前記第２の熱交換器システムは、
細長い熱交換バンドルの各々が長さ方向軸線に沿って配置されて長さＬ及び幅Ｗを特徴とする少なくとも３つの細長い熱交換器バンドルと、
各々の長さ方向軸線が実質的に互いに平行かつ実質的に水平となるように前記熱交換器バンドルが取り付けられる支持構造体と、
前記熱交換器バンドルの上方に取り付けられ、直径Ｄを特徴とする実質的に水平な誘発通風ファンと、
を備え、前記直径Ｄが前記熱交換器バンドル幅Ｗよりも大きいシステム。
【請求項２】
前記有機作動流体は、炭化水素、ハロカーボン、シロキサン、これらの１つ又はそれ以上から成る又はそれを混合した混合物、アンモニア水混合物、アンモニア、及び二酸化炭素から成るグループから選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記コイル管は、外部に取り付けられたフィンをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
空気入口及び空気出口をさらに備え、前記空気入口は前記熱交換器バンドルの下方に配置され、前記空気出口は前記誘発通風ファンの上方に配置され、前記空気入口と前記空気出口との間の距離は、少なくとも２０フィートである、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
空気入口及び空気出口をさらに備え、前記空気入口は前記熱交換器バンドルの下方に配置され、前記空気出口は前記誘発通風ファンの上方に配置され、前記空気入口と前記空気出口との間の距離は、少なくとも１０フィートである、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記空気入口と前記空気出口との間の距離は、少なくとも１５フィートである、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記ファンの前記直径Ｄは、前記幅Ｗの少なくとも２倍よりも大きい、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記ファンの前記直径Ｄは、前記幅Ｗの１５０％よりも大きい、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記ファンは、前記バンドルの少なくとも３つにわたって広がる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ファンは、前記熱交換器の前記頂部から少なくとも５フィート離れている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ファンは、直接駆動ファンである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
ファンモータをさらに備え、前記ファンは、ブレードが取り付けられたハブと、前記ハブが取り付けられたスピンドルとをさらに備え、前記ファンモータは、前記スピンドルに直接連結される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
ファンモータ及び変速機をさらに含み、前記ファンは、ブレードが取り付けられたハブと、前記ハブが取り付けられたスピンドルとをさらに備え、前記変速機は、前記モータと前記スピンドルとの間に取り付けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ファンは、変速機を介して前記ファンモータの前記出力軸に連結される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ファンと前記実質的に水平なバンドルとの間に形成されたプレナムをさらに備え、前記プレナムは、前記離間したファンと前記バンドルとの間に延び、外部空気の前記プレナムへの進入に対する障壁である、閉じた空気通路を形成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記プレナムは、高さＨで特徴付けられる、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記プレナムの高さＨは、少なくとも４フィートである、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記プレナムの高さＨは、少なくとも８フィートであり、２０フィートより大きくない、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記障壁は、織物材料又は可撓性ポリマー部材から成る外皮である、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】
前記障壁は、可撓性材料又は可撓性薄板金属から成る外皮である、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２１】
前記プレナムは、前記バンドルに隣接し第１の境界長さをもつ下側部分と、前記ファンに隣接し前記第１の境界長さよりも大きくない第２の境界長さをもつ上側部分とを特徴とする、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２２】
前記プレナムは、前記バンドルの上方に配置される実質的に水平な空気入口と、前記ファンに隣接する実質的に水平な空気出口とを有することを特徴とする、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２３】
前記空気出口は、前記空気入口よりも少なくとも１０％小さい、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記支持構造体は、複数のトラス部材を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項２５】
前記トラス部材は、複数のビーム部材によって離間した幾何学的配置で一体的に結合され、任意の２つのトラス部材の間に熱交換器バンドル支持部を形成するようになっており、前記複数のトラス部材の各々は、支持面に係合する一対の脚を含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記トラス部材の第１のセットは、前記熱交換器バンドルを支持するように配置され、前記トラス部材の第２のセットは、前記ファンを支持するように配置される、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記支持構造体は、より少数の中間構造要素セットで支持される外部構造要素の第１のセットを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項２８】
前記構造要素の第１のセットは、少なくとも複数のビーム、柱、建築材、又はアーチの１つである、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記支持構造体は、実質的に同一の複数のビーム部材を備え、前記ビーム部材の第１のセットは前記熱交換器バンドルを支持するように配置され、前記ビーム部材の第２のセットは前記ファンを支持するように配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３０】
前記ファンモータは、２５０ＲＰＭ未満で作動して２５ＨＰより大きい出力を有し、前記ファン直径Ｄは１５フィートより大きく、前記バンドル長さＬは４０フィートより大きく、前記バンドル幅は８フィートより大きい、請求項１に記載のシステム。
【請求項３１】
前記ファンモータは、２００ＲＰＭ未満で作動して２５ＨＰより大きい出力を有し、前記ファン直径Ｄは２０フィートより大きい、請求項１に記載のシステム。
【請求項３２】
前記バンドル長さＬは４０フィートより大きく、前記バンドル幅は８フィートより大きい、請求項１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記バンドル長さＬは、少なくとも６０フィートである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３４】
前記バンドル幅は、少なくとも１０フィートである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３５】
前記熱交換器バンドルの各々は、実質的に前記バンドルの長さに沿って長手方向に延びる外面フィン付きの複数の熱交換コイル管を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３６】
前記熱交換器バンドルの各々は、前記コイル管と流体連通する第１及び第２の流体出入り口を有する第１のヘッダを備える、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記熱交換器バンドルの各々は、第１のヘッダ及び第２のヘッダを備え、前記ヘッダの各々は、前記コイル管と流体連通する第１及び第２の流体出入り口を有する、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３８】
蒸気トッピングシステムを備える地熱発電所であって、前記蒸気トッピングシステムは、
蒸気タービンと、
有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）ボトミングシステムと、
を備え、前記有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）ボトミングシステムは、
有機作動流体の圧力を上昇させるように作動可能なポンプと、
前記ポンプに結合され、前記作動流体に熱を供給するように作動可能な、第１の熱交換器システムと、
分離された蒸気、蒸気タービンから排気された蒸気、又は分離された地熱塩水とすることができる前記地熱源と、
前記第１の熱交換器に結合され、前記作動流体を膨張させるように作動可能であり、発電機に結合されて電力を発生する膨張器と、
空冷式復水器システムと、
を備え、前記空冷式復水器システムは、
前記膨張器に結合され、前記作動流体から熱を放出させるように作動可能であり、前記熱を前記熱交換システムを通じて空気へ伝達することにより放出する第２の熱交換器システムを備え、前記第２の熱交換器システムは、
各々が長さ方向軸線に沿って配置されて長さＬ及び幅Ｗを特徴とする少なくとも３つの細長い熱交換器バンドルと、
各々の長さ方向軸線が実質的に互いに平行かつ実質的に水平となるように前記熱交換器バンドルが取り付けられる支持構造体と、
ファンブレード及びモータを備え、前記熱交換器バンドルの上方に取り付けられ、実質的に水平な誘発通風ファンと、
を備え、前記直径Ｄが前記熱交換器バンドル幅Ｗよりも大きい地熱発電所。
【請求項３９】
地熱流体を、実質的に蒸気の第１の流れと、実質的に液体の第２の流れとに分離するように作動可能な少なくとも１つの分離器をさらに備える、請求項３８に記載の地熱発電所。
【請求項４０】
ＯＲＣ発電所を組み立てて作動させる方法であって、
ポンプ、第１の熱交換器システム、膨張器、第２の熱交換器システム、及び作動流体を準備する段階と、
少なくとも２つの細長い横並びの熱交換バンドルを、実質的に水平な場所に支持する段階と、
ファンを、２つ又はそれ以上の前記熱交換器バンドルの上方に離間した幾何学的配置で支持する段階と、
前記作動流体の圧力を前記ポンプで上昇させる段階と、
前記作動流体を前記第１の熱交換器システムで加熱する段階と、
前記作動流体を前記膨張器全域で膨張させる段階と、
前記膨張した作動流体を前記熱交換器バンドルへ指向する段階と、
前記ファンを用いて、前記空気は前記熱交換器バンドルの下方から引き込まれる空気を、少なくとも２つ前記熱交換器バンドルを横切って引き込み、前記バンドル内の前記作動流体を冷却する段階と、
前記作動流体を冷却するために使用する前記空気を、前記ファンと前記熱交換器バンドルとの間に形成された実質的に閉じたプレナムを通過させる段階と、
前記作動流体を冷却するために使用した空気を、前記空気取入口の上方の位置で排気する段階と、を含む方法。
【請求項４１】
前記ファンは、前記空気を前記少なくとも３つの横並びの水平な熱交換器バンドルを横切って引き込むために使用される、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記駆動段階は、前記モータ軸を前記ファン軸へ直接結合することにより行われる、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）システムを備える地熱発電所であって、前記有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）システムは、
有機作動流体の圧力を上昇させるように作動可能なポンプと、
前記ポンプに結合され、前記作動流体に熱を供給するように作動可能な、第１の熱交換器システムと、
地面から前記地熱発電所へ直接圧送される加圧地熱塩水により供給される前記地熱源と、
前記第１の熱交換器に結合され、前記作動流体を膨張させるように作動可能であり、発電機に結合されて電力を発生する膨張器と、
空冷式復水器システムと、
を備え、前記空冷式復水器システムは、
前記膨張器に結合され、前記作動流体から熱を放出させるように作動可能であり、前記熱を前記熱交換システムを通じて空気へ伝達することにより放出する第２の熱交換器システムを備え、前記第２の熱交換器システムは、
各々が長さ方向軸線に沿って配置されて長さＬ及び幅Ｗを特徴とする少なくとも３つの細長い熱交換器バンドルと、
各々の長さ方向軸線が実質的に互いに平行かつ実質的に水平となるように前記熱交換器バンドルが取り付けられる支持構造体と、
ファンブレード及びモータを備え、前記熱交換器バンドルの上方に取り付けられ、実質的に水平な誘発通風ファンと、
を備え、前記直径Ｄが前記熱交換器バンドル幅Ｗよりも大きい地熱発電所。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１０年７月３０日出願の米国特許仮出願第６１／３６９，４８９号の優先権を主張する、２０１１年７月２９日出願の米国特許出願第１３／１９４，３６４号の優先権を主張するが、その開示内容全体は参照によって本明細書に組み込まれている。
本発明は、全体として、産業用の平らなコイル管の空冷式熱交換器システムに関し、特に、有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）発電所用空冷式復水器システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所は、従来から、ランキン蒸気サイクルを利用して電力を発生する。実際の用途では、システム性能を改善するために種々の変更がなされるが、図１ａに説明する基礎ランキンサイクル１００は閉鎖型熱力学サイクルであり、その作動流体は、少なくとも４つの段階を経るようになっており、それらは、吸熱１０４による蒸発器１０２での蒸発、動力を発生するために発電機１０８を駆動するタービン等の膨張器１０６における膨張、作動流体から熱を放出して蒸気から水へ凝縮させる復水器熱交換器１００における熱交換、及び液体の圧力を凝縮圧力（低圧）から蒸発圧力（高圧）に上昇させるポンプ１１２である。ランキン蒸気サイクルの作動流体は水である。ＯＲＣシステムは、ランキン蒸気サイクルと同じ原理を利用する。これら２つのシステムの間の相違点は、一般的に低温の熱源で使用するＯＲＣシステムは、水とは対照的に、有機作動流体を使用することである。作動流体は、熱源特性、作動流体の熱力学特性、及び作動条件に応じて選択するようになっている。
【０００３】
熱１０４は多数の熱源で発生する。従来の発電所において、熱１０４は、石炭又は他の燃料を燃焼させて供給することができる。もしくは、熱は核反応から発生することもできる。近年では、熱は、地熱貯留層から取り出した蒸気又は塩水等の過熱流体から供給することができる。
【０００４】
空冷式復水器等の従来の空冷式熱交換器は、長年、蒸気発電所で使用するために製造されてきた。そのような空冷式熱交換器は、通常、Ａフレーム組立形式を採用し、直列配置のファンが、Ａ配置（図１ｆに示すような）で取り付けられた復水器コイル管の２つのバンドルを通して空気を上昇させる。ＯＲＣ工場で使用する空冷式復水器に関し、従来は、図１ｂ、１ｃ、１ｄ、及び１ｅに示すような、各復水器コイル管バンドルに専用の多数の密結合のファンを備えた平らな復水器コイル管バンドルを利用する。これらのＯＲＣ空冷式復水器は、単一ユニットから構成される工場組立モジュールを使用し、モジュールは、単一の熱交換器コイル管バンドル１２と、プレナム１６でコイル管バンドルに流体結合した１つ又はそれ以上のファン１４を支持するフレーム１０を含む。図示するように、ファンデッキは、通常、復水器コイル管バンドルの下方に支持され、強制通風空気流で空気を押してバンドルを通過させる。また、ファンは、熱交換コイル管バンドルの上方にあることもでき、誘引通風配置で空気を誘発してバンドルを通過させることもできる。強制又は誘引通風の何れの配置でも、フレームは通常構造用鋼であり、金属製でフィン付きのコイル管を含む復水器コイル管及びプレナムは、通常、重いゲージ鋼で組み立てるので、これらの単一ユニットから構成されるモジュールは非常に重くなる。デザイン及び製作材料は、これらの工場組立ファン／コイル管モジュールに加わる輸送振動に耐えるように選択される。さらに、特に図１ｂに示すように、１つ又はそれ以上のファンの直径は、復水器コイル管バンドルの幅を越えないように制限され、その結果、１つ又は複数のファン及び復水器コイル管バンドルは１つの組立ユニットとして輸送することができる。さらに、輸送時の組立体の高さ及び重量を最小化するために１つ又は複数のファンを復水器コイル管バンドルに近接して配置し、ファンのスタックは、通常角張って短いので空気力学的効率をあまりもたらさない。さらに、コイル管表面積の平方フット当たりの空気量（コイル管前面風速）は、通常、冷却に必要なコイル管表面積、従って必要なファンの個数を最小化するために比較的高いので、多数のファンが必要となる。これらの高い速度は、コストを低減して、排気される温風の「噴出」を改善して再循環される空気量を減少し、また、この高い速度により、ファンの電気コストが高くなる。通常、これら複数の本質的に独立したモジュールは、空気を十分に循環させるために、重いＩ形ビーム鋼構造で一体に結合して地面より上に支持する。通常、図１ｄに示すように、専用の各ファンは復水器コイル管バンドルに密結合するので特に多数のファンが必要となる。より具体的には、従来の３０個の横並びのコイル管バンドルを示す図１ｄにおいて、各バンドルは、その幅方向に１つのファンを有するのみで、その長さ方向に３つのファンを有する。この特定の実施例は、各バンドルにつき３つのファンを持ち、バンドルの幅が約１４フィートで、長さが６０フィートとすることができる。この実施例は、約６０フィート×４２０フィートの寸法の土地全体に関して合計３０バンドルを示す。いずれにしても、そのようなファンは通常ベルト１８で駆動し���当業者であれば理解できるように、これは、異なる作動条件下で正しく張力を加えた状態を保つようにかなりの保守を必要とし、一定の期間で交換する必要がある。誘発通風配置において、モータ２０は、通常、ベルト１８とファン１４との間の２つの中間軸受でコイル管の下方に取り付ける。これらの軸受は、推奨される潤滑スケジュールを満たすための別の保守コストの要因となる。さらに、１つ又は複数のファンと復水器コイル管とを短いプレナムを介して近接配置するので、２０ｍｐｈ（マイル毎時）の横風での従来の冷却器アレイのモデル化された排気プレナムの前面図である図１ｅに示すように、システムからの高温の排気空気がすぐに引き戻されて再循環する場合には効率が悪くなる。このシステムは、通常近接配置デザインで使用される比較的高い前面速度（前述）を考慮した場合でも、バンドルの熱交換容量を低下させる。
【０００５】
近年、これら従来の空冷式復水器は、ＯＲＣ発電所でも使用されている。しかしながら、当業者であれば理解できるように、ＯＲＣ発電所は、従来の蒸気発電所に比べて、熱管理要件がより高いので、より大きな空冷式熱交換システムを必要とする。このように、これらの産業システムに関する熱管理要件は高くなってきており、従来の不具合は、より重大になりしかも拡大する。一つの例として、過熱特性の地熱流体を地熱貯留層から取り出した場合、地熱発電所での熱管理要件はより高くなる。そのような工場において、作動流体は、地熱貯留層から抽出した地熱蒸気及び／又は塩水とすることができる。地熱発電所用空冷式復水器システムは、工場での冷却要件を満たすために、１０，０００から５０，０００／平方フィートを上回る復水器バンドルを必要とする場合もある。従来の大きくて保守集約的システムを利用する巨大なシステムの輸送、建設、及び保守は、最適の解決手段ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、産業用途において大量の熱を取り出すための改善された空冷式熱交換器システムを提供することが望ましく、このシステムは、空気再循環の可能性を低減して、同時に、資本コスト及びシステムに必要なファン動力を低減する。また、このシステムのコイル管を通過する空気の前面速度を小さくして、システムの全体効率を改善することが望まし
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これらの及び他の目的は、産業廃熱管理に関する空冷式復水器システムを提供する本発明のシステムにより達成され、空冷式復水器システムは、ファンと少なくとも２つの横並びの復水器バンドルを地面の上方で水平に支持する支持構造体を含む。システムの各ファンは、少なくとも２つの復水器バンドルの上方に取り付けられ、２つの復水器バンドルを横切って吸引空気流を引き起こすように配置される。好ましくは、プレナム構造体は、各ファンとその対応する少なくとも２つの復水器コイル管との間に配置される。プレナム構造体は軽量の外皮で形成され、復水器バンドルのコイル管以外を通る空気の進入を防止する。プレナムの高さは、復水器バンドルの空気入口とファンの空気出口との間の間隔を維持して、ファンの外部空気流を復水器バンドルから分断するように選択され、結果的に再循環が最小になる。好ましくは、支持構造体は、実質的にビーム、コラム、及び対角要素を形成するトラス部材から構成され、各復水器バンドルを横並びの関係で水平に支持し、同様に、ファンユニット及びプレナムを支持する。前述した支持構造体、並びにプレナムは軽量なので、工業団地の現場でシステム上に組み立てることができる。プレナム及びファンのデザインにより、ファンと復水器バンドルのコイル管との間の空間的間隔を、従来例に比べてはるかに大きくすることができる。さらに、この間隔により、より大きなファン直径のより少数のファン（従来例と比べて）を、内部空気流を介して、多数の熱交換コイル管バンドルと流体結合することが可能となる。
【０００８】
１つの実施形態において、蒸気空冷式復水器システムは、有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）発電所と組み合わせて使用する。全体のＯＲＣシステムは、液体有機作動流体の圧力を上昇させるように作動可能なポンプ、ポンプに流体的に結合され有機作動流体に熱を供給するように作動可能な蒸発器、蒸発器に結合され有機作動流体を膨張させるとともに有用な電気出力又は機械仕事を生じるように作動可能なタービン及び発電機等の膨張器システム、及び蒸発器に結合され有機作動流体から熱を放出させるように作動可能な熱交換器を含み、熱交換器は、ファンと少なくとも２つの横並びの復水器バンドルとを地面の上方で水平に支持する支持構造体を有する空冷式復水器システムを含む。システムの各ファンは、少なくとも２つの復水器バンドルの上方に取り付けられ、吸引空気を２つの復水器バンドルを横切って引き起こすように配置される。プレナム構造体は、各ファンとその対応する少なくとも２つの復水器バンドルとの間に配置され、ファンと復水器バンドルとの間の所定の間隔を維持するようになっている。
【０００９】
別の実施形態において、上記ＯＲＣシステム用空冷式復水器システムは、地熱発電所と組み合わせて使用する。全体の地熱発電所は、地熱塩水を利用して地熱塩水から熱を直接放出するようになっている。ＯＲＣシステムは、ファンと少なくとも２つの横並びの復水器バンドルを地面の上方で水平に支持する支持構造体を有する空冷式復水器システムを含む。システムの各ファンは、少なくとも２つの復水器バンドルの上方に取り付けられ、吸引空気を２つの復水器バンドルを横切って引き起こすように配置される。プレナム構造体は、各ファンとその対応する少なくとも２つの復水器バンドルとの間に配置され、ファンと復水器バンドルとの間の所定の間隔を維持するようになっている。
【００１０】
別の実施形態において、前述のＯＲＣシステム用空冷式復水器システムは、地熱発電所と組み合わせて使用する。全体の地熱発電所は、地熱蒸気を塩水等の地熱液体から分離する分離器、地熱蒸気が横切るように指向される蒸気タービン、及びＯＲＣシステムを、又は蒸気タービン排気口及び／又は地熱塩水に結合され地熱蒸気及び／又は地熱塩水から熱を放出させるシステムを含む。ＯＲＣシステムは、ファンと少なくとも２つの横並びの復水器バンドルを地面の上方で水平に支持する支持構造体を有する空冷式復水器システムを含む。システムの各ファンは、少なくとも２つの復水器バンドルの上方に取り付けられ、吸引空気を２つの復水器バンドルを横切って引き起こすように配置される。プレナム構造体は、各ファンとその対応する少なくとも２つの復水器バンドルとの間に配置され、ファンと復水器バンドルとの間の所定の間隔を維持するようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１ａ】ランキンサイクル発電システムの実施形態を示す概略図である。
【図１ｂ】従来例の空冷式復水器システムの復水器バンドル及びファン配置の頂面図である。
【図１ｃ】図１ｂの従来例の空冷式復水器システムの側面図である。
【図１ｄ】従来例の３０個の横並びのコイル管バンドルを示し、各バンドルは、その幅方向に唯１つのファンを有し、その長さ方向に３つのファンを有する。
【図１ｅ】２０ｍｐｈの横風で作動する、従来例の空冷式システムに関する循環パターンを示す。
【図１ｆ】従来例の蒸気発電所用空冷式復水器を示す。
【図２ａ】本発明の空冷式復水器システムのための支持構造体の実施形態を示す斜視図である。
【図２ｂ】図２ａの支持構造体の実施形態を示す前面図である。
【図２ｃ】図２ａの支持構造体の実施形態を示す側面図である。
【図２ｄ】図２ａの支持構造体の実施形態を示す頂面図である。
【図３ａ】図２ａ、２ｂ、２ｃ、及び２ｄの支持構造体とともに使用するファン及びファンシュラウドの実施形態を示す側面図である。
【図３ｂ】図３ａのファン及びファンシュラウドの実施形態を示す頂面図である。
【図３ｃ】図３ａのファン及びファンシュラウドの実施形態を示す切断側面図である。
【図４ａ】図２ａ、２ｂ、２ｃ、及び２ｄの支持部材並びに図３ａ、３ｂ及び３ｃのファンとともに使用する復水器バンドルの実施形態を示す斜視図である。
【図４ｂ】図４ａの復水器バンドルの実施形態を示す側面図である。
【図４ｃ】図４ａの復水器バンドルの実施形態を示す前面図である。
【図５ａ】空冷式復水器システムを作動させる方法の実施形態を示すフローチャートである。
【図５ｂ】図２ａ、２ｂ、及び２ｃの支持構造体によって支持される図４ａ、４ｂ、及び４ｃの復水器バンドルの実施形態を示す斜視図である。
【図５ｃ】図２ａ、２ｂ、及び２ｃの支持構造体によって支持される図４ａ、４ｂ、及び４ｃの復水器バンドルの実施形態を示す前面図である。
【図５ｄ】図２ａ、２ｂ、及び２ｃの支持構造体によって支持される図４ａ、４ｂ、及び４ｃの復水器バンドルの実施形態を示す側面図である。
【図５ｅ】図２ａ、２ｂ、及び２ｃの支持構造体によって支持され、支持構造体に外皮が結合される（但し、外皮の端部は明確化のために除外した）図４ａ、４ｂ、及び４ｃの復水器バンドルの実施形態を示す斜視図である。
【図５ｆ】図２ａ、２ｂ、及び２ｃの支持構造体によって支持され、支持構造体に外皮が結合される図４ａ、４ｂ、及び４ｃの復水器バンドルの実施形態を示す斜視図である。
【図５ｇ】外皮が結合される図２ａ、２ｂ、及び２ｃの支持構造体によって支持される図３ａ、３ｂ、及び３ｃの複数のファン、並びに図４ａ、４ｂ、及び４ｃの複数の復水器バンドルの実施形態を示す斜視図である。
【図５ｈ】外皮が結合される図２ａ、２ｂ、及び２ｃの支持構造体によって支持される図３ａ、３ｂ、及び３ｃの複数のファン、並びに図４ａ、４ｂ、及び４ｃの複数の復水器バンドルの実施形態を示す切断した側面図である。
【図５ｉ】外皮が結合される図２ａ、２ｂ、及び２ｃの支持構造体によって支持される図３ａ、３ｂ、及び３ｃの複数のファン、並びに図４ａ、４ｂ、及び４ｃの複数の復水器バンドルの実施形態を示す前面図である。
【図５ｊ】外皮が結合される図２ａ、２ｂ、及び２ｃの支持構造体によって支持される図３ａ、３ｂ、及び３ｃの複数のファン、並びに図４ａ、４ｂ、及び４ｃの複数の復水器バンドルの実施形態を示す切断した頂面図である。
【図５ｋ】外皮が結合されるとともにファンの１つに支持フレームが結合される図２ａ、２ｂ、及び２ｃの支持構造体によって支持される図３ａ、３ｂ、及び３ｃの複数のファン、並びに図４ａ、４ｂ、及び４ｃの複数の復水器バンドルの実施形態を示す切断した頂面図である。
【図５ｌ】図２ａ、２ｂ、及び２ｃの支持構造体によって支持される図４ａ、４ｂ、及び４ｃの複数の復水器バンドルの実施形態を示す側面図であり、３つの復水器バンドルが１つのファンに流体的に結合されている。
【図６ａ】本発明の空冷式復水器システムの斜視図である。
【図６ｂ】本発明の空冷式システムに関するモデル化した空気再循環パターンの端面図である。
【図６ｃ】本発明の空冷式システムに関するモデル化した空気再循環パターンの斜視図である。
【図７ａ】本発明の空冷式復水器システムと統合するＯＲＣ発電所を示す。
【図７ｂ】本発明の空冷式復水器システムと統合する地熱ＯＲＣ発電所を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の１つの態様は、空冷式復水器システムのファン及び復水器バンドルを支持するために使用する軽量構造体である。本明細書で使用する場合、バンドルは、冷却される作動流体を運ぶために配置した１つ又はそれ以上のコイル管の集合又はパネルを呼ぶために使用する。最初に、図２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄに支持構造体２００が示されている。支持構造体２００は、複数のトラス部材２０２を含む。本明細書で使用する場合、トラスは、端部が継手又は結節で連結された真っ直ぐな及び／又は曲がった部材で構成される１つ又はそれ以上の三角形のユニットを備える構造である。本発明では、平面トラス及び三次元又は立体骨組みトラスを含む任意形式のトラスを想定することができるが、例示的な実施形態において、各トラス部材２０２は平面トラスである。図２ｂに示す支持構造体２００は、側部又は脚部トラス２０４、上側部トラス２０６、及び下側部又は中間部トラス２０８を有する。図２ａ及び２ｂで最もよく分かるように、支持構造体２００の複数の脚部トラス２０４、上側部トラス２０６、及び下側部トラス２０８は、複数のビーム２１０で結合される。
【００１３】
詳細には、側部（又は脚部）トラス２０４は、各々、末端部２０４ａと、末端部２０４ａから延びる直線部分２０４ｂとを有する。必須ではないが、側部トラス２０４はまた、末端部２０４ａから延びる弓形部分２０４ｃを含む。当業者であれば、弓形部分２０４ｃは単なる好ましい実施態様であり、側部トラス２０４は単に直線部分２０４ｂを備え得ることを理解できるはずである。何れにしても、脚部トラス２０４のそれぞれの上側端は、弓形部分２０４ｃの端部の間に延びる上側部トラス２０６で結合される。図２ｂに示すように、中間部トラス２０８は、好ましくは各末端部２０４ａ間で弓形部分２０４ｃの各端部の間の脚部トラス２０４の部分から、各脚部トラス２０４の間に延びるように配置するが、何れにしても、上側部トラス２０６は、（後述する空気プレナムを形成するように）中間部トラス２０８から選択した距離だけ離間している。複数の中間部トラス２０８は、複数のビーム２１０で一体に結合され、相互に離間した幾何学的配置で保持され、任意の２つの中間部トラス２０８の間に復水器バンドル支持構造体２１２が形成される。同様に、複数の上側部トラス２０６と、上側部トラス２０６間に延びる複数のビーム２１０とは、ファン支持構造体２１４を形成する。特定の構造を有するトラス部材２０２を記載及び図示するが、当業者であれば、トラス部材２０２は、本発明の開示内容の範囲から逸脱することなく、異なる構造（例えば、平面トラスではなく立体トラス）を有することができ、異なる方法で結合できることを理解できるはずである。
【００１４】
同様に、軽量の支持構造体２００の特定の形状を開示したが、当業者であれば、構成要素の特定の方向は限定されないことを理解できるはずである。例えば、支持構造体２００は、弓形部分２０４ｃを有する必要はない。むしろ、産業用空冷式復水器に使用する、実質的に同じ軽量の複数のトラス構造、並びに復水器バンドル及びファンの特定の配置を利用する支持システムの構造は、本発明の１つの新規な態様を示す。本明細書に記載した支持構造体は、空冷式復水器システムの比較的簡単で費用効果があり、現地組み立てを可能にするので、資本支出を最小にすることができる。このことは、発電所の要求を満たすために多数の復水器バンドルを必要とする場合がある、地熱発電所のサイズ要件を考慮すると、特に重要である。
【００１５】
図３ａ、３ｂ、及び３ｃには、ファン３００が示されている。ファン３００は、ファンハウジング（ファンシュラウド又はファンリングとも呼ぶ）３０２を含み、ファンハウジングは、上縁３０２ａ、上縁３０２ａに対してハウジング３０２の反対側に配置される底縁３０２ｂ、及び上縁３０２ａと底縁３０２ｂとの間に延びる側壁３０２ｃを有する。ファン３００の直径はＤであり、これは、好ましくはファンハウジング３０２の直径である。実施形態において、直径Ｄは少なくとも１２フィートである。別の実施形態では、直径Ｄは少なくとも２０フィートである。ファン部材空洞３０４は側壁３０２ｃで規定され、上縁３０２ａ、底縁３０２ｂ、及び側壁３０２ｃの間に配置される。例示的な実施形態において、側壁３０２ｃは、ファンハウジング３０２を通過する空気力学的な空気流れをもたらす形状とし、当業者であれば、本開示の範囲内で、種々の異なる外形及び全体的ハウジング形状を使用できることを理解できるはずである。ファン部材３０８は、少なくとも部分的にファン部材空洞３０４内に配置される。ファン部材３０８の直径は、ファンハウジング３０２（従って、ファン３００）の直径と概ね同じである。ファン部材３０８は、ハブ３０７に取り付けられた１つ又はそれ以上の翼板３０５を含み、ハブはモータ３０６で駆動されるスピンドル３０９に連結する。好ましくは、ファンは直接駆動ファンであり、モータ３０６はスピンドル３０９へ直接連結しているので、ベルト駆動ファンに比べて、保守の必要性が低くなる。別の実施形態において、変速機（図示せず）をモータとスピンドルとの間に配置することができ、スピンドル３０９は変速機を介してモータ３０６の出力軸に連結される。１つの実施形態において、モータ３０６は、ファン部材３０８の速度を変更可能な可変周波数駆動モータである。ファン３００の上縁３０２ａは、ファン（及び全体的な空冷式システム）の空気出口に対応し、ファン３００の底縁３０２ｂは、ファンの空気出口に対応する。好ましくは、上縁３０２ａと底縁３０２ｂとの間の距離は、少なくとも３フィートである。ファンが大きくなれば、コイル管全体にわたって中心に置かれるシュラウドの丈が高くなる。この幾何学形状は、シュラウドの上縁から空冷式復水器システムへの吸気口の最接近点への垂直方向及び水平方向の離隔距離が増大するという２つの利点がもたらされる。さらに、ファンハウジング３０２等の速度回復シリンダは所要のファン馬力を低減すると考えられる。
【００１６】
１つの実施形態において、各ファンは２５０ＲＰＭ未満で作動し、２５馬力より大きな出力及び１５フィートより大きな直径を有するが、この作動パラメータは、１つ以上の復水器バンドルにわたって延びるファンに対する空気移動の好ましい容積に基づいて決定される。別の好ましい実施形態において、各ファンは、約１１０ＲＰＭで回転し、約９０馬力の消費電力、及び約３０フィートの直径Ｄを有する。
【００１７】
図４ａ、４ｂ、及び４ｃには、復水器パネル又は復水器コイル管バンドル又はパネルとも呼ぶ場合もある復水器バンドル４００が示されている。復水器バンドル４００は、ヘッダ４０２から延びる１つ又はそれ以上のコイル又は管４０１を含む。復水器バンドル４００は、頂面４０２ａ、底面４０２ｂ、近位端部４０２ｃ、遠位端部４０２ｄ、並びに一対の側部４０２ｅ及び４０２ｆ、即ち表面４０２ａ、４０２ｂ、端部４０２ｃ、４０２ｄ、及び側部４０２ｅ、４０２ｆを有し、これらがコイル管４０１の広がり又は境界を規定する。１つの実施形態において、復水器バンドル４００は、側面４０２ｅ及び４０２ｆ間の最短距離である幅Ｗ、及び端部４０２ｃ及び４０２ｄ間の最短距離である長さＬで特徴付けされる。１つの好ましい実施形態において、幅Ｗは少なくとも約８フィートである。１つの好ましい実施形態において、幅Ｗは少なくとも約１０フィートである。１つの好ましい実施形態において、長さＬは少なくとも約４０フィートである。１つの好ましい実施形態において、長さＬは少なくとも約６０フィートである。別の好ましい実施形態において、バンドル長さＬは４０フィートより大きく、バンドル幅Ｗは８フィートより大きい。当業者であれば、本発明が意図する産業廃熱除去のためには上記寸法の復水器バンドルが必要であることを理解できるはずである。これに関連して、この大きさの復水器バンドルを簡単かつ容易に支持する必要があり、それが、本発明の１つの態様として本明細書にトラスシステムを記載した理由である。
【００１８】
ヘッダ４０２は、管又はコイル４０１と流体連通する複数の入口及び出口４０４を含む。実施形態において、従来から公知の復水器バンドルの複数の他の特徴を含むこと、又は別の方法で復水器バンドル４００の一部を形成することができるが、説明を明確化するために省略される。１つの実施形態において、例えば、バンドル４００は、好ましくは復水器バンドル４００の長さに沿って実質的に長手方向に延びる多数のコイル又は管４０１を備える。別の実施形態において、コイル管４０１は外面にフィンを備えることができる。さらに別の実施形態において、流体流れ穴をもつ第２のヘッダをバンドル４００の遠位端部４０２ｄに設けてコイル管に取り付けて、その間を流体連通させることができる。復水器バンドル４００の底面４０２ｂは、バンドル（及び全体的な空冷式システム）の空気入口に対応し、復水器バンドル４００の頂面４０２ａは、バンドルからの空気出口に対応する。
【００１９】
当業者であれば、本発明は、バンドルの方向以外はコイル又は管の特定のバンドル配置に限定されないこと、及び前記説明は本発明を詳細に説明するための単なる例示的目的であることを理解できるはずである。
【００２０】
前述のように、好ましい実施形態において、ファン３００は、少なくとも２つの横並びの実質的に水平な復水器バンドル４００を横切って空気を引き込むように配置されるので、ファン３００の直径Ｄはバンドル４００の幅Ｗよりも大きく、ファン３００は少なくとも２つのバンドル４００の一部を横切って延びるようになっている。好ましくは、ファン３００の直径Ｄは、少なくともバンドル４００の幅Ｗの２倍と同等である。換言すれば、ファン３００の直径Ｄは、バンドル４００の幅Ｗの２倍に等しいか又はこれより大きい。別の好ましい実施形態において、直径Ｄは幅Ｗの３倍に等しいか又はこれより大きく、ファン３００は、３つの横並びの復水器バンドル４００を横切って延び、これらの復水器バンドルを横切って空気を引き込むように作動する。別の実施形態において、ファンの直径Ｄはバンドル４００の幅Ｗの１５０％よりも大きい。全体的システムに関して、システムは、数十又は数百のファン及びそれよりも多い数の復水器バンドルで構成することができ、１つの好ましい態様において、システムの各ファンに対して少なくとも２つの復水器バンドルの比率であることが望ましく、対各ファンに対して３つの復水器バンドルの比率であることが好ましい。
【００２１】
ファン３００とそのそれぞれのバンドル４００との間の間隔に関し、１つのファンが少なくとも２つの復水器バンドル４００を横切って確実に空気を引き込み可能なように、ファン３００は、復水器バンドル４００の頂面４０２ａから少なくとも５フィート離れている。
【００２２】
さらに、システム内への加熱排気の再循環を最小とするために、ファン３００の上縁３０２ａ又はその上方におけるシステムの空気出口は、復水器バンドル４００の底面４０２ａ又はその下方におけるシステムの空気入口から、少なくとも１０フィート離れている。別の実施形態において間隔は少なくとも１５フィートであり、別の実施形態において間隔は少なくとも２０フィートである。好ましくは、空気入口及び空気出口は、再循環の可能性をさらに低くするために、各々実質的に水平である。
【００２３】
本発明の空冷式復水器システム及び各々の構成要素が全体的に記載されているが、以下にいくつかの構成要素及びその機能的な関係を詳細に説明する。支持面と係合可能な支持構造体２００を備えていつ。１つの実施形態において、図２ａ、２ｂ、２ｃ、及び２ｄを参照して前述した支持構造体２００は、図２ａに示すように（地面又は土台又は足場等の）支持面５０４ａと係合する脚部トラス２０４を有する。支持構造体２００は、従来公知の固定方法を用いて支持面５０４ａに固定することができる。トラス部材２０２は、好ましくはプレハブ式で互いに実質的に同じである。同様に、ビーム２１０は好ましくはプレハズ式で互いに実質的に同じである。プレハブは、トラス部材２０２及びビーム２１０上の結合を可能にし、連結が迅速かつ容易になる。また、プレハブにより、トラス部材２０２及びビーム２１０は、相互に結合する前に輸送することができ、積み重ねること輸送容積を最小化できるので、輸送費用が低下する。トラス部材２０２及びビーム２１０は、一体に結合する前に産業用地へ輸送することができる。１つの実施形態において、産業用地は、例えば発電所等の発電システムを含む場所である。１つの実施形態において、発電システム又は発電所は、図１を参照して前述したランキンサイクル又は基礎ランキンサイクルに類似する有機ランキンサイクル１００（例えば、発電所は有機ランキンサイクル地熱発電所とすることができる）を使用することができる。何れにしても、トラス部材２０２及びビーム２１０は、好ましくは発電所において「現場」で一体に結合して前述した支持構造体２００の特徴要素を形成する。
【００２４】
トラス部材２０１の支持構造体２００の構成に関する追加的な利点は、システムへの空気流との相互作用を最小化することである。トラス部材の「開いた」特性を考えると、空気は部材を通過して空気取入口へ容易に流れることができる。
【００２５】
複数の復水器バンドル（コイル管バンドル又はコイル管パネルとも呼ぶ）は、支持構造体２００で支持される。より具体的には、図４ａ、４ｂ、及び４ｃを参照して前述した復水器バンドル４００は、支持構造体２００によって規定される復水器支持構造体２１２上に配置され、図５ｂ及び５ｃに示すように、復水器バンドル４００は、底面４０２ｂが下方を向き、支持面５０４ａと実質的に平行で支持面から離間する幾何学的配置であり、結果的に本発明の空冷式復水器システムの空気取入口を形成する。図５ｄに示す複数の復水器バンドル４００は、任意の２つのトラス部材２０２間に配置された各々の復水器支持構造体２１２上に各々の復水器バンドル４００を配置することにより、同じ方法で支持構造体２００によってこの方向に横並びで支持できる。次に、復水器バンドル４００は、以下で詳述するように作動流体が復水器４００を介して冷却されるように、相互に及び／又は蒸発器、膨張器、及びポンプ（例えば、図１を参照して前述した蒸発器１０２、膨張器１０４、及びポンプ１１２）へ流体結合する（例えば、入口及び出口４０４を介して）。復水器バンドル４００と発電システムの構成要素との間の流体結合は、説明の明確化のため図示しない。１つの実施形態において、復水器バンドル４００は、従来公知の固定手段で支持構造体２００へ固定することができる。
【００２６】
１つの好ましい実施形態において、ファン３００と復水器バンドル４００との間に空気プレナム５０２を形成することができる。好ましくは、プレナム５０２は、各ファン３００とその対応する少なくとも２つの復水器バンドル４００との間に配置され、復水器バンドルの空気入口以外から空気がシステムへ進入するのを防止する障壁を形成する。図５ｅに示すように、空気プレナム５０２は、隣接する脚部トラス２０４ｃ間の側部上及び支持構造体の端部上の両方で、ファン３００と復水器バンドル４００との間に延びるトラス部材２０２の一部に外皮を固定することで構成することができる。より具体的には、図５ｅに示すように、外皮５０８ａは支持構造体２００へ結合されるが、外皮５０８ａは、第１の部分５０８ｂが上部支持フレーム２１４に隣接して配置され、２つの第２の部分５０８ｃが脚部トラス２０４の弓形部分２０４ｃに隣接して配置された状態で支持構造体２００の対向する端部間に延びるようになっている。１つの実施形態において、外皮５０８ａは、従来公知の固定方法を用いて支持構造体２００へ固定することができる。１つの実施形態において、外皮５０８ａの第１の部分５０８ｂは、外皮５０８ａの第１の部分５０８ｂ上で離間した複数のファン開口部５０８ｄを有する。１つの実施形態において、外皮５０８ａは織物材料である。別の実施形態において、外皮５０８ａは可撓性ポリマー部材である。別の実施形態において、外皮５０８ａは強化ポリマー被膜である。別の実施形態において、外皮５０８ａは軽量の金属薄板又は他の軽量の可撓性材料である。図５ｅは支持構造体２００に支持される唯一の復水器４００を示すが、図５ｄを参照して図示して記載したように、支持構造体２００は複数の復水器４００を支持することができる。１つの実施形態において、図５ｅに示すように、外皮５０８ａは、支持構造体の反対方向の端部に結合され、第１の部分５０８ｂ及び第２の部分５０８ｃの端部間に延びる２つの第３の部分５０８ｅを含むことができる。１つの実施形態において、外皮５０８ａはまた、支持構造体２００の内部に配置されて隣接するファン間に障壁を形成することができる。換言すれば、隣接するファン間の空気流が混入しないように部分５０８ｅと同様の部分を構造２００の内部に配置して、システムを通過する空気流路の乱流を減少させることができる。何れにしても、支持構造体２００と同様に、外皮５０８ａは軽量であり、本発明の空冷式復水器システムの組立時に現場で容易に取り付けることができる。これに関連して、プレナム５０２の外皮５０８ａの取り付けは、ファン３００の上部支持構造体２００への取り付けの前又は後とすることができる。
【００２７】
システム内への温風の再循環を最小とするために、１つの好ましい実施形態において、プレナム５０２は、復水器バンドル４００に隣接する第１の端部と、ファン３００に隣接する第２の端部とを有する。プレナム５０２の第１の端部は第１の境界長さであることを特徴とし、プレナム５０２の第２の端部は第２の境界長さであることを特徴とする。図５ｉに示すように、第２の境界長さは第１の境界長さよりも短く、プレナム５０２は、狭くなり又は寸法が小さくなる。１つの実施形態において、第１の境界長さは、ファンにより支配される横並びのバンドルの境界長さであり、第２の境界長さはファンハウジンの境界長さであり、当業者であれば、これは、ファン３００の空気入口がバンドル４００の空気出口よりも小さいことに対応することを理解できるはずである。好ましい実施態様において、プレナムの空気出口は、プレナムの空気入口よりも少なくとも１０％小さい。
【００２８】
図３ａ、３ｂ、及び３ｃを参照して記載した複数のファン３００は、支持構造体２００上に位置され、より具体的には、図５ｇ、５ｈ、及び５ｉに示すように、ファン３００の底縁３０２ｂがファン開口５０８ｄに隣接して配置されるようにファン支持フレーム２１４で支持される。１つの実施形態において、ファン３００は、従来公知の固定方法を用いて支持構造体２００に固定することができる。１つの実施形態において、図５ｉに示すように、各ファンは、復水器バンドル４００の頂面４０２ａの距離Ｘだけ上方に配置される。１つの実施形態において、距離Ｘは少なくとも５フィートである。別の実施形態において、距離Ｘは少なくとも１０フィートであり、好ましくは、１０から２０フィート又はそれ以上である。別の実施形態において、距離Ｘは少なくとも８フィートであり、２０フィートより大きくない。距離Ｘは、ファン３００が、関連する少なくとも２つの復水器バンドル４００を横切って空気を誘発し得るように選択される。さらに、距離Ｘは、プレナム５０２の高さに対応する。図５ｇに示すように、支持構造体２００、復水器４００、及びファン３００を一体的に結合すると、空冷式復水器システム５１０ａがもたらされる。図５ｈ及び５ｊは空冷式復水器システム５１０ａを示し、外皮５０８ａの一部が除去されており、ファン直径Ｄは、各ファン３００が少なくとも２つ又はそれ以上の復水器バンドル４００の一部の上方に配置される直径であることを示している。換言すれば、ファンの直径Ｄは、複数の復水器バンドルにわたって延びるように選定される。図示した実施形態において、各ファン３００は、３つの復水器バンドル４００のそれぞれの幅Ｗの少なくとも半分以上離れた上方に配置される。図５ｋに示した実施形態において、ファン支持フレーム５１０ｂは、ファン３００及び／又は支持構造体２００に結合及び／又は固定され、ファン３００の追加的な支持部を形成する。説明の明確化のために、ファン支持フレーム５１０ｂは１つのファン３００に関してのみ示されているが、両方のファン３００に使用することができる。
【００２９】
本発明の空冷式復水器システムは、ＯＲＣ発電所での大きな熱管理要件に特に適し、空気流が発電所の有機作動流体を冷却できることが分かった。図１を参照して前述したように、空冷式復水器システム５１０ａに接続された発電システムの作動流体は、空冷式復水器システム５１０ａへ導入する前に、加圧、加熱、及び膨張することができる。空冷式復水器システム５１０ａへ導入した場合、加熱作動流体は、復水器バンドル４００に入る。図５ｌに示すように、ファン３００内のモータ３０６は、支持構造体２００の外部から空気を矢印Ａで示すようにシステムに引き込むファン部材３０８を駆動する。前述したように、システムを支持する脚部トラスのオープンセル特性が、システム内への空気流を促進する。本システムにおいて、システムを通過する空気流路が実質的に直線であれば、乱流を最小にすることで、実際に迅速かつ効率の良い冷却が助長される。具体的には、空気流Ｂが復水器４００を通って引き込まれて復水器４００の作動流体を冷却し、ファン３００に向かって指向された空気流Ｃとなり、次にファン３００を通過して進み、システムから出る空気流Ｄとなる。外皮５０８ａは、前述した空気流の方向付けを助けるプレナムを形成する。ファンハウジング３０２の形状は、空気流の最大量が確実に各復水器バンドルを通過する方向となるように選択することができる。さらに、ファン３００と入口空気流Ｂとの間の間隔は、高温の出口空気流がシステム内へ再循環する場合に起こるシステムの効率低下の防止を助ける。本質的に、比較的高いプレナムの高さＸにより、ファンからの排気空気流を復水器バンドル４００を横切る冷却用空気流から分離することができ、従来技術における再循環の問題を最小限にする。１つの実施形態において、モータ３０６は、従来のベルト駆動を必要としない直接駆動モータであり、ベルトの保守及び交換の必要がない。
【００３０】
図７ａは、ＯＲＣ発電所と統合した本発明の空冷式復水器システムを示す。図示するように、ＯＲＣ発電所７００は、有機作動流体７１３の圧力を上昇させるように作動可能なポンプ７０２を備える。第１の熱交換器システム７０４は、ポンプ７０２に結合され、熱を有機作動流体へ供給するように作動可能である。好ましくは、有機作動流体は、炭化水素（例えば、ペンタン及びその異性体、ブタン及びその異性体）、ハロカーボン（例えば、Ｒ−１３４ａ、Ｒ−２４５ｆａ、Ｒ−１２３４ｙｆ）、シロキサン、上記のうちの１つ又はそれ以上を備え又は導入した混合物、アンモニア水混合物、アンモニア、及び二酸化炭素から成るグループから選択される。何れにしても、発電所７００は熱源７０６を利用するが、熱源は、任意の廃熱、任意の再生可能資源、又は燃料の直接的な燃焼から取り出して、第１の熱交換器システム７０４へ供給することができる。膨張器７０８は、第１の熱交換器システム７０４に結合され、有機作動流体を膨張させるように作動可能である。当業者であれば、膨張器７０８を発電機７１０に結合して電力を発生できることを理解できるはずである。第２の空冷式熱交換器システム５１０ａは、膨張器７０８に結合され、有機作動流体から熱を放出させて、この熱を熱交換器５１０ａの回りを流れる空気へ伝達するように作動可能である。１つの実施形態において、ＯＲＣ発電所は、蒸気タービン７１２を有する蒸気トッピングシステムと組み合わせることができるボトミンングシステムを形成することができる。
【００３１】
図７ｂは、地熱ＯＲＣ発電所と統合した本発明の空冷式復水器システムを示す。図示するように、ＯＲＣ発電所７００は、有機作動流体７０３の圧力を上昇させるように作動可能なポンプ７０２を備える。第１の熱交換器システム７０４は、ポンプ７０２に結合され、高圧の有機作動流体７０３へ熱を供給するように作動可能であり、高圧の有機作動流体蒸気７０５が生成される。発電所７００は、この場合は蒸気及び／又は塩水等の加熱地熱流体７０１である熱源７０６を利用し、熱源は、第１の熱交換器システム７０４に熱を供給する地熱貯留層から送り出される。膨張器７０８は、第１の熱交換器システム７０４へ結合され、高圧の有機作動流体蒸気７０５を膨張させるように作動可能であり、膨張器７０８から流出する低圧の有機作動流体蒸気７０７がもたらされる。当業者であれば、膨張器７０８は、次に電力を生成するために発電機７１０へ結合されることを理解できるはずである。第２の空冷式熱交換器システム５１０ａは、膨張器７０８へ結合され、低圧の有機作動流体蒸気７０７から熱を放出させて、この熱を熱交換器５１０ａの回りを流れる空気流７０９へ伝達するように作動可能である。熱を使い果たした地熱流体７１１は、注入井を介して地熱貯留槽へ送り戻される。
【００３２】
図５ａを参照すると、空冷式復水器システムを提供する方法５００を示す。方法５００は、ブロック５０２及び５０４で始まり、軽量の支持構造体を提供し、支持面と係合される。１つの実施形態において、支持構造体は、図２ａ、２ｂ、２ｃ、及び２ｄを参照して前述した支持構造体２００と同じである。次に、方法５００はブロック５０６へ進み、複数の復水器バンドルを支持構造体で支持する。復水器バンドルは、復水器バンドル４００に関して前述したように配置及び配列する。次に、復水器バンドル４００は、前述したように、相互に、及び蒸発器、膨張器、及びポンプと流体結合され（例えば、入口及び出口４０４を介して）、作動流体を復水器４００によって冷却することができる。次に、方法５００はブロック５０８へ進み、複数の支持構造体のトラス部材の間に外皮を施す。外皮は、前述した外皮５０８ａと同じである。次に、方法５００はブロック５１０へ進み、ファン３００を支持構造体で支持する。ファンは、少なくとも２つの復水器バンドルの上方に延びるように支持して、少なくとも２つの復水器バンドルに流体結合する。ファン３００は、前述したファン３００とすることができる。次に、方法５００はブロック５１２へ進み、空気流を復水器へ供給して発電システム作動流体を冷却する。図１を参照して前述したように、システム５１０ａ等の空冷式復水器システムに結合した発電システムの作動流体は、空冷式復水器システムへ導入する前に、加圧、加熱、及び膨張される。空冷式復水器システム５１０ａに導入する場合、加熱作動流体は復水器バンドル４００へ流入し、そこで、誘発通風ファン３００によりバンドルを横切る空気流が作動流体を冷却する。空気は、システムへ入った後、システムの実質的に直線状の通路を通って進む。
【００３３】
前述のシステムは、好ましくはＯＲＣ発電所とともに使用するが、多量の空冷式熱交換が必要とされる他の形式の発電所にも同様に適している。これは、特に地熱発電所に当てはまる。
【００３４】
前述したように、本発明の空冷式熱交換器システムは、熱交換器システムを設置することになる組立て場所へ少なくとも３つの熱交換器バンドルを供給することによって、産業施設において現場で容易に組み立てることができる。何れの熱交換器バンドルもファンを取り付けた状態では供給しないので、個々の構成要素の輸送及び配達が非常に簡単になる。むしろ、ファンは別個の取り外した構成要素として供給する。供給されると、支持構造体を形成するためにトラスを配置及び固定する。次に、熱交換器バンドル、つまり復水器バンドルは、地面の上方でトラス構造上に実質的に水平に横並びの関係で配置する。ファンは熱交換器バンドルの上方に取り付け、各ファンが少なくとも２つ、好ましくは３つのバンドルの一部の上方にわたって広がるようにする。最後に、空気流を強化して再循環の影響を最小にするために、実質的に閉ざされた細長い空気プレナムをファンとバンドルとの間に形成し、その上方にファンが広がる。
【００３５】
このように、空冷式復水器システムは、プレハブ式の軽量構造の支持要素を選択肢として含むとして記載したが、全ての場合に、従来システムと比べて、復水器バンドルからより離間する少数の大形のファンを使用する。一例として、従来技術のＯＲＣ工場用空冷式復水器は、復水器バンドルの入口からファンプレナムの出口までの高さが、空気流の方向で約４から９フィートであった（約２から３フィートのコイル管、１から２フィートのプレナム、及び１から４フィートのファンリングから構成される）。本発明のデザインは、復水器バンドルの入口からファンプレナムの出口まで間隔を、多くの場合、従来のデザインの２倍以上に大幅に増大させる。例えば、本発明の１つの実施形態において、復水器バンドル入口からファン出口までの間隔は、約２６フィートである（約２から３フィートのコイル管、１０フィートのプレナム、及び１４フィートのファンリングから構成される）。プレハブ式のトラス部材、ビーム部材、及び外皮等の軽量要素は、空冷式復水器の輸送及び組立のコストを低減する。１つ以上の復水器バンドルに流体結合した少数で大形のファンを使用すると、ファンの直接駆動と相まってファンに関連する保守コストを低減する。大形のファン及びプレナム、並びに復水器バンドルに対するそれらの方向により、復水器バンドルを横切る空気流が改善される。ファンと復水器バンドルとの大きな離間距離により、排気される温風のシステム内への再循環を防止できる。随意的なプレハブ式トラス部材により、システムを現場で迅速かつ容易に組み立てることができる。
【００３６】
本発明の別の利点は、従来のプレハブ式ユニットと比べると、現場での足場及び土木工事が少なくなる点にある。通常のプロジェクトに関して、本発明のシステムによれば、足場は、通常の従来技術の空冷式復水器と比べて２５％未満になる。
【００３７】
本発明のモデル化によれば、風速及び風向に関係なく、空気再循環量は大幅に減少するので、ＯＲＣ工場の能力を良好に保守できることが確認された。前述したように、図１ｄは、従来技術の空冷式復水器システムを示す。図１ｅは、図１に示した従来例の冷却器アレイからのモデル化した排気プレナムの前面図を示し、横風が２０ｍｐｈで吹き込んでいる。この従来のアレイでは、各バンドルが３個のファンを有し合計で９０個のファンとなる、３０個のバンドルの従来の配置アレイを用いてモデル化した。冷却を必要とする高温流体は、熱交換器のコイル管の側面を流れる。同時に、周囲空気は下方からコイル管バンクに入り、コイル管バンクの外側を通り過ぎ、その後、ユニットの頂部に設けられた３個のファンを通って冷却器から出る。表１は、従来のアレイのモデル化の結果を示す。
【００３８】
表１：従来の冷却器アレイの結果のまとめ
2013539513.tif 000003
【００３９】
従来の冷却器アレイによると、３つの全ての風向きで再循環のレベルが変動する。風がアレイの長さ方向軸線と一直線になる場合、かなりの再循環が発生した。風速が上昇すると、再循環量は大きくなった。これは、風速が上昇したとき、地面の近くに残っている風の上昇流の結果であると思われる。風がアレイの長さ方向軸線に対して４５°及び９０°である場合、再循環量は、風速６ｍｐｈの方が風速２０ｍｐｈの場合よりも大きかった。これは、上昇流をアレイから吹き飛ばす高い風速の結果と思われ、また、高い風速は、冷却器の周囲空気を冷却器アレイの取入口の下方へ送り込み、排気の再循環量を減少させる。
【００４０】
図６ａは、前述した本発明の空冷式復水器システムを示し、特に、図１ｄの従来技術の空冷式復水器と比較した幾何学的配置を示す。図６ｂ及び６ｃに、本発明の空冷式復水器システムのモデル化した空気流を示し、従来の実施例と同じ３０個のバンドルのアレイを示す。本発明のこの実施例は、３つのバンドル毎に１個のファンを使用し、合計でちょうど１０個のファンを与える。表２に、本発明の冷却器アレイのモデル化の結果をまとめた。
【００４１】
表２：ＴＡＳ冷却器アレイの結果のまとめ
2013539513.tif 000004
【００４２】
本発明の冷却器アレイによれば、風がアレイの長さ方向軸線と一直線になった場合、風速が２０ｍｐｈでは少し再循環があったが、風速が６ｍｐｈでは再循環はなかった。風がアレイの長さ方向軸線に対して４５°及び９０°の場合、何れの風速でも再循環はなかった。
【００４３】
このように、本発明の１つの実施形態において、産業冷却用熱交換システムは、長さ方向軸線に沿って配置され長さＬ及び幅Ｗを特徴とする少なくとも３つの細長い熱交換コイル管バンドルと、長さ方向軸線が互いに実質的に平行及び実質的に水平となるように各熱交換器バンドルが取り付けられる支持構造体と、実質的に水平で直径Ｄを特徴としてファンブレード及びモータを備えて熱交換器バンドルの上方に取り付けられる誘発通風ファンとを備え、ファンの直径Ｄは、熱交換器幅Ｗよりも大きい。
【００４４】
本発明の別の実施形態において、産業冷却用熱交換システムは、長さ方向軸線に沿って配置され長さＬ及び幅Ｗを特徴とする少なくとも３つの平らなバンドルの細長い熱交換管と、長さ方向軸線が互いに実質的に平行及び実質的に水平となるように各熱交換器バンドルが取り付けられる支持構造体と、実質的に水平で直径Ｄを特徴として熱交換器バンドルの上方に取り付けられて管上に空気を引き込むように構成される誘発通風ファンとを備え、ファンの直径Ｄは、熱交換器幅Ｗよりも大きい。
【００４５】
本発明の別の実施形態において、産業冷却用熱交換システムは、長さ方向軸線に沿って配置され長さＬ及び幅Ｗを特徴とする少なくとも３つの平らなバンドルの細長い熱交換管と、長さ方向軸線が互いに実質的に平行及び実質的に水平となるように各熱交換器バンドルが取り付けられる支持構造体と、各々が実質的に水平で直径Ｄを特徴として各々が熱交換器バンドルの上方に取り付けられて管上に空気を引き込むように構成される少なくとも３つの誘発通風ファンとを備え、各々のファンの直径Ｄは、熱交換器幅Ｗよりも大きい。
【００４６】
本発明の別の実施形態において、熱を１つの流体から別の流体へ伝達する熱交換器は、互いに横並びの関係で水平に配置された複数の熱交換器バンドルと、バンドルの上方で離間した関係で配置される複数の誘発通風ファンとを備え、１つのファンあたり１つよりも多い熱交換器バンドルが存在する。
【００４７】
熱交換器システム内のプロセス流体を冷却する方法であって、少なくとも１つの誘発通風ファンを駆動する段階と、少なくとも３つの横並びの実質的に水平に配置される熱交換器バンドルの中を通って加熱プロセス流体を供給する段階と、少なくとも３つの横並びの実質的に水平に配置される熱交換器バンドルを横切って風を吹き込むための誘発通風ファンを使用する段階とを含み、バンドル内のプロセス流体を冷却する。
【００４８】
本発明の空冷式復水器システムに適する他の産業プロセスは、プロセス流体が冷凍圧縮機から排出物である冷凍サイクル、プロセス流体が製錬所で製造した液体又は気体である精錬所、液化又は気化プロセスの一部としての液化天然ガス処理プラントを含む。さらに、システムに使用するとして説明される熱交換器は、特に、気体圧縮機からの排気物、水が主成分の液体、蒸気タービンからの排気物の蒸気、又は有機ランキンサイクル発電所で使用するタービンからの排気物を冷却するために使用することが想定されている。
【００４９】
例示的な実施形態を図示及び記載したが、前述の開示内容の広範囲の修正、変更、及び置換が意図されており、幾つかの実施例において、実施形態の幾つかの特徴は、対応する他の特徴を使用することなく用いることができる。従って、添付の請求の範囲は、本明細書の実施形態の範囲と合致する方法で広く解釈することが適切である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
2013539513.tif 000006
【図１ｃ】
2013539513.tif 000007
【図１ｄ】
2013539513.tif 000008
【図１ｅ】
2013539513.tif 000009
【図１ｆ】
2013539513.tif 000010
【図２ａ】
2013539513.tif 000011
【図２ｂ】
2013539513.tif 000012
【図２ｃ】
2013539513.tif 000013
【図２ｄ】
2013539513.tif 000014
【図３ａ】
2013539513.tif 000015
【図３ｂ】
2013539513.tif 000016
【図３ｃ】
2013539513.tif 000017
【図４ａ】
2013539513.tif 000018
【図４ｂ】
2013539513.tif 000019
【図４ｃ】
2013539513.tif 000020
【図５ａ】
2013539513.tif 000021
【図５ｂ】
2013539513.tif 000022
【図５ｃ】
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【図５ｄ】
2013539513.tif 000024
【図５ｅ】
2013539513.tif 000025
【図５ｆ】
2013539513.tif 000026
【図５ｇ】
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【図５ｈ】
2013539513.tif 000028
【図５ｉ】
2013539513.tif 000029
【図５ｊ】
2013539513.tif 000030
【図５ｋ】
2013539513.tif 000031
【図５ｌ】
2013539513.tif 000032
【図６ａ】
2013539513.tif 000033
【図６ｂ】
2013539513.tif 000034
【図６ｃ】
2013539513.tif 000035
【図７ａ】
2013539513.tif 000036
【図７ｂ】
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【国際調査報告】
2013539513.tif 000038