(57)【要約】  有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）を用いてエネルギーを生成するためのシステムであって、ＯＲＣのためにＯＲＣ流体を用いるように構成された単一閉ループと、太陽熱エネルギーを用いてＯＲＣ液体を気化ＯＲＣに変換するように構成された太陽熱電力源と、を備えているシステムである。【選択図】図３
2014513232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）を用いてエネルギーを生成するためのシステムであって、
前記ＯＲＣのためにＯＲＣ流体を用いるように構成された単一閉ループと、
太陽熱エネルギーを用いてＯＲＣ液体を気化ＯＲＣに変換するように構成された太陽熱電力源と、
を備えているシステム。
【請求項２】
前記単一閉ループが、
前記太陽熱電力源に流動可能に接続された膨張器であって、前記気化ＯＲＣを受け取り、この膨張器のロータ部が回転するように前記気化ＯＲＣを膨張させる膨張器と、
前記膨張器の出力に流動可能に接続されており、前記気化ＯＲＣから熱を除去するように構成されたレキュペレータと、
前記レキュペレータに流動可能に接続されており、前記気化ＯＲＣを前記ＯＲＣ液体に逆変換するように構成された冷却装置と、
前記冷却装置と前記レキュペレータとの間に流動可能に接続されており、前記ＯＲＣ液体を前記レキュペレータに移動させるように構成されたポンプと、を備えており、
前記ポンプからの前記移動されたＯＲＣ液体が、前記レキュペレータにおいて、前記膨張器から来る前記気化ＯＲＣから熱を受け取る、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記膨張器に結合されており、前記膨張器の前記ロータ部が前記気化ＯＲＣの膨張により回転されるときに電気エネルギーを生じるように構成された発電機を更に備えている、請求項１または２記載のシステム。
【請求項４】
前記膨張器に接続されており、前記膨張器に駆動されるように構成されたコンプレッサまたは別のターボマシンを更に備えている、請求項１乃至３のいずれか１項記載のシステム。
【請求項５】
前記冷却装置と前記ポンプとの間に流動可能に設けられた貯蔵タンクを更に備えている、請求項１乃至４のいずれか１項記載のシステム。
【請求項６】
前記膨張器がただ１つの段を有し、前記膨張器が軸式の膨張器である、請求項１乃至５のいずれか１項記載のシステム。
【請求項７】
このシステムの要素を流動可能に接続するパイピングと、
前記膨張器の入来パイプと前記膨張器の送出パイプとを流動可能に接続する通過ラインによるバランシングと、
を更に備えている、請求項１乃至６のいずれか１項記載のシステム。
【請求項８】
前記太陽熱電力源が太陽熱電力を集中させるように構成されている、請求項１乃至７のいずれか１項記載のシステム。
【請求項９】
前記太陽熱電力源の上流または下流に接続されており、前記ＯＲＣ流体を更に加熱する追加的な電力源を更に備えている、請求項１乃至８のいずれか１項記載のシステム。
【請求項１０】
有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）を用いた発電のための方法であって、
閉システムにおいて、ＯＲＣ液体を、太陽熱電力源を用いた加熱を通じて、気化ＯＲＣに変換するステップと、
膨張器において前記気化ＯＲＣを膨張させてエネルギーを生じさせるステップと、
前記気化ＯＲＣを冷却して前記ＯＲＣ液体に再度変化させ、前記ＯＲＣ液体を前記太陽熱電力源に戻すステップと、
を含む、方法。
【請求項１１】
有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）を用いてエネルギーを生成するためのシステムであって、
媒体としてオイルベースの流体を用いるように構成された第１の閉システムと、
媒体としてＯＲＣ流体を用いるように構成された第２の閉システムと、を備えており、前記第１の閉システムが、前記第２の閉システムと熱を交換するように構成されており、
前記第１の閉システムが、前記第２の閉システムで太陽熱エネルギーを用いてＯＲＣ液体を気化ＯＲＣに変換するように構成された太陽熱電力源を含む、システム。
【請求項１２】
前記第２の閉システムが、
前記気化ＯＲＣを受け取る膨張器であって、膨張器のロータ部が回転するように前記気化ＯＲＣを膨張させるように流動可能に構成された膨張器と、
前記膨張器の出力に流動可能に接続されており、前記気化ＯＲＣから熱を除去するように構成されたレキュペレータと、
前記レキュペレータに流動可能に接続されており、前記気化ＯＲＣを前記ＯＲＣ液体に逆変換するように構成された冷却装置と、
前記冷却装置と前記レキュペレータとの間に流動可能に接続されており、前記ＯＲＣ液体を前記レキュペレータに移動させるように構成されたポンプと、
前記ＯＲＣ液体に熱を追加し前記ＯＲＣ液体を気化ＯＲＣに変換するように構成された１つまたは複数の熱交換装置と、を備えており、
前記ポンプからの前記移動されたＯＲＣ液体が、前記レキュペレータにおいて、前記膨張器から来る前記気化ＯＲＣから熱を受け取り、
前記１つまたは複数の熱交換装置が、前記レキュペレータと前記膨張器との間に流動可能に接続されている、請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記１つまたは複数の熱交換装置が、前記第１の閉システムの前記オイルベースの流体から熱を除去するように構成されている、請求項１１または１２記載のシステム。
【請求項１４】
前記１つまたは複数の熱交換装置が、
前記膨張器に流動可能に接続されており、前記第２の閉システムにおいて前記ＯＲＣ液体を気化するように構成されている気化器と、
前記レキュペレータと前記気化器との間に流動可能に接続されており、前記第１の閉システムの前記オイルベースの流体から熱を除去することによって前記ＯＲＣ液体を加熱するように構成されている少なくとも１つのプレヒータと、
を備えている、請求項１１乃至１３のいずれか１項記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１の閉システムが、
前記１つまたは複数の熱交換装置に流動可能に接続された貯蔵容器と、
前記太陽熱電力源に流動可能に接続されており、前記オイルベースの流体を前記第１の閉システムを通過して移動させるように構成されたポンプと、
を備えている、請求項１１乃至１４のいずれか１項記載のシステム。
【請求項１６】
前記膨張器に結合されており、前記膨張器の前記ロータ部が前記気化ＯＲＣの膨張により回転されるときに電気エネルギーを生じるように構成された発電機を更に備えている、請求項１１乃至１５のいずれか１項記載のシステム。
【請求項１７】
前記膨張器に接続されており、前記膨張器によって生じる回転エネルギーを用いるように構成されたコンプレッサまたは別のターボマシンを更に備えている、請求項１１乃至１６のいずれか１項記載のシステム。
【請求項１８】
前記第２の閉システムにおいて接続されており前記ＯＲＣ流体を更に加熱する追加的な電力源を更に備えている、請求項１１乃至１７のいずれか１項記載のシステム。
【請求項１９】
有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）を用いた発電のための方法であって、
第１の閉システムにおいて、オイルベースの流体を、太陽熱電力源を用いて加熱するステップと、
第２の閉システムにおいて気化ＯＲＣ流体を膨張させてエネルギーを生じさせるステップと、を含み、
前記第１の閉システムの前記オイルベースの流体が、前記第２の閉システムのＯＲＣ液体と熱を交換するように構成されている、方法。
【請求項２０】
前記第１の閉システムと前記第２の閉システムとの間に接続された少なくとも１つの熱交換装置を用いて前記ＯＲＣ液体を気化するステップを更に含む、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般には発電システムに関し、更に詳しくは、太陽熱電力源を有する有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ランキンサイクルは、閉じたサイクルで作業有機流体を用い、熱源またはホットリザーバから熱を収集し、タービンまたは膨張器を通過する高温のガス流を膨張させることによって電力を生成する。膨張したストリームは、熱を低温リザーバに移送することにより、コンデンサにおいて圧縮され、再び加熱圧力まで加圧されてサイクルを終了する。太陽熱電力源は、この熱源またはホットリザーバとして用いられることが知られている。例えば、集光型太陽熱発電（ＣＳＰ）システムでは、レンズまたはミラーとトラッキングシステムとを用いて、大きな面積の日光を小さなビームに合焦する。そして、集中された熱を、従来型の発電プラントのための熱源として用いる。多種多様な集光技術が存在している。最も発達したものとして、放物面トラフ、集光型線形フレネル反射器、スターリングディッシュ、およびタワー式太陽熱発電がある。太陽を追跡し光を合焦するために、様々な技術が用いられる。これらのシステムのすべてにおいて、作業流体が、集中された太陽光によって加熱され、発電またはエネルギー蓄積のために用いられる。
【０００３】
既知のＯＲＣについて、図１との関係で論じる。図１には、ボイラとしても知られている熱交換器２と、タービン４と、コンデンサ６と、ポンプ８とを含む発電システム１０が示されている。この閉ループシステムを通ってみると、熱交換器２で開始して、例えば高温の排ガスである外部熱源３が、熱交換器２を加熱する。これにより、受け取られた加圧液体媒体１２が加圧蒸気１４になり、加圧蒸気１４がタービン４に流れる。タービン４は、加圧蒸気ストリーム１４を受け取り、加圧蒸気が膨張したとき電力１６を生成することができる。タービン４によって解放された膨張されたより低圧の蒸気ストリーム１８はコンデンサ６に入り、コンデンサ６は、膨張したより低圧の蒸気流１８を、より低圧の液体ストリーム２０に圧縮する。このより低圧の液体ストリーム２０は次にポンプ８に入り、ポンプ８は、より高圧の液体ストリーム１２の生成と、閉ループシステムの流れの継続との両方を行う。より高圧の液体ストリーム１２は、次に、このプロセスを継続するために、熱交換器２の中に流れ込む。
【０００４】
ランキンサイクルにおいて用いることができる既知の作業流体は、有機作業流体である。そのような有機作業流体は、ＯＲＣ流体と称される。ＯＲＣシステムは、高温排ガス流から廃熱を捕捉するために、小型および中型のガスタービンだけでなく、エンジンの改造装置として用いられてきている。この廃熱は、高温排ガスだけを生じるエンジンによって得られる電力に対し追加的な２０％の電力を生成する二次発電システムにおいて用いることができる。
【０００５】
図２は、太陽熱電力源を用いる既知のＯＲＣシステムを例示している。システム３０は、太陽熱収集器３２と、熱交換コンデンサ３４を備えた蒸気エンジンと、作業流体のための貯蔵タンク３６と、作業流体を太陽熱収集器３２に運ぶためのポンプ３８と、を含む。太陽熱収集器３２には、ポンプ３８によって貯蔵タンク３６から上側のタンク４２に移動されるＯＲＣ作業流体のためのインレットに、レベリングバルブ４０が備えられている。気化されたＯＲＣ作業流体は、太陽熱収集器３２から、発電機４６に接続されうる蒸気タービン４４に提供される。
【０００６】
しかし、既存の太陽熱発電システムは効率的でない。したがって、発電システムにおけるＯＲＣシステムの効率を改善するためのシステムおよび方法が望まれている。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の例示的な実施形態によると、有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）を用いてエネルギーを生成するためのシステムが存在する。このシステムは、ＯＲＣのためにＯＲＣ流体を用いるように構成された単一閉ループと、太陽熱エネルギーを用いてＯＲＣ液体を気化ＯＲＣに変換するように構成された太陽熱電力源と、を備えている。
【０００８】
本発明の別の例示的な実施形態によると、有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）を用いた発電のための方法であって、閉システムにおいて、ＯＲＣ液体を、太陽熱電力源を用いた加熱を通じて、気化ＯＲＣに変換するステップと、膨張器において気化ＯＲＣを膨張させてエネルギーを生じさせるステップと、気化ＯＲＣを冷却してＯＲＣ液体に再度変化させ、ＯＲＣ液体を太陽熱電力源に戻すステップと、を含む方法が存在する。
【０００９】
本発明の別の例示的な実施形態によると、有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）を用いてエネルギーを生成するためのシステムが存在する。このシステムは、媒体としてオイルベースの流体を用いるように構成された第１の閉システムと、媒体としてＯＲＣ流体を用いるように構成された第２の閉システムと、を備えており、第１の閉システムが、第２の閉システムと熱を交換するように構成され、第１の閉システムが、第２の閉システムで太陽熱エネルギーを用いてＯＲＣ液体を気化ＯＲＣに変換するように構成された太陽熱電力源を含む。
【００１０】
本発明の別の例示的な実施形態によると、有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）を用いた発電のための方法が存在する。この方法は、第１の閉システムにおいて、オイルベースの流体を、太陽熱電力源を用いて加熱するステップと、第２の閉システムにおいて気化ＯＲＣ流体を膨張させてエネルギーを生じさせるステップと、を含み、第１の閉システムのオイルベースの流体が、第２の閉システムのＯＲＣ液体と熱を交換するように構成されている。
【００１１】
添付の図面は、本発明の例示的な実施形態を例示している。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＯＲＣサイクルの概略図である。
【図２】太陽熱電力源と共に用いられるＯＲＣサイクル構成の概略図である。
【図３】本発明のある例示的な実施形態による太陽熱電力源と共に用いられるＯＲＣサイクル構成の概略図である。
【図４】本発明のある例示的な実施形態による太陽熱電力源および二次熱源と共に用いられるＯＲＣサイクル構成の概略図である。
【図５】本発明のある例示的な実施形態による太陽熱電力源と共に２つの閉ループシステムにおいて用いられるＯＲＣサイクル構成の概略図である。
【図６】本発明のある例示的な実施形態による太陽熱電力源および二次熱源と共に２つの閉ループシステムにおいて用いられるＯＲＣサイクル構成の概略図である。
【図７】本発明のある例示的な実施形態による太陽熱電力源を備えたＯＲＣサイクル構成を用いるための方法の流れ図である。
【図８】本発明のある例示的な実施形態による太陽熱電力源と共に２つの閉ループシステムにおいて用いられるＯＲＣサイクル構成の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
例示的な実施形態に関する以下の詳細な説明では、添付の図面を参照する。異なる図面であっても同じ参照番号であれば、同一のまたは類似の要素を識別している。更に、図面は、必ずしも原寸に比例して示されていない。また、以下の詳細な説明は、本発明を限定することはない。そうではなく、本発明の範囲は、後述する特許請求の範囲によって定義される。簡略にするため、以下の説明では、膨張器を用いてエネルギーを生じさせる太陽熱電力源と共に用いられる有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）を参照する。しかし、太陽熱電力源は別のものであってもかまわないし、膨張器を、エネルギーを生成する他のターボマシンに代えてもかまわない。本明細書を通じて「ある実施形態」または「一実施形態」を参照する場合には、１つの実施形態との関係で説明される特定の特徴、構造、または特性が、開示されている主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通じて様々な箇所に現れる「ある実施形態では」または「一実施形態では」という表現は、必ずしも同一の実施形態を参照しているのではない。更に、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態において、任意の適切な態様で組み合わされる場合がある。
【００１４】
図３に例示されている本発明の例示的な実施形態によると、ＯＲＣを用いた発電のためのシステム５０は、システムを通過して流れるＯＲＣ流体を気化するように構成された太陽熱電力源５２と、気化された媒体を膨張させることによってエネルギー／電力を生成するように構成されたターボマシン５４とを含む。ＯＲＣ流体は、ＯＲＣに適した任意の有機流体でありうる。コンデンサ５６が、気化媒体がその液相に戻されることを保証し、ポンプ５８が液体媒体の圧力を上昇させ、媒体がシステムを通過して流れるように維持する。
【００１５】
媒体は、ＯＲＣシステムにおいて伝統的に用いられる有機流体でありうる。しかし、効率を向上させるために、ある応用例では、シクロペンタンベースの流体が媒体として用いられる。シクロペンタンは、化学式がＣ5Ｈ10である燃焼性が高い脂環式炭化水素である。シクロペンタンは、５つの炭素原子の環で構成されていて、それぞれの炭素原子には、２つの水素原子が平面の上下に結合されている。また、シクロペンタンは、石油のような臭いを有する無色の液体である。その融点は摂氏−９４度であり、沸点は摂氏４９度である。他の媒体を用いることも可能である。本発明の例示的な実施形態によると、ＯＲＣ媒体は、２メチルペンタン、ｎペンタン、およびイソペンタンのうちの１つまたは複数と混合されたシクロペンタンを含む。例えば、１つの可能性のある組み合わせは、約９５％のシクロペンタン、約３．５％の２メチルペンタン、約０．７５％のｎペンタン、および約０．７５％のイソペンタンである。
【００１６】
太陽熱電力源５２は、既知の太陽熱源のうちの任意のものでありうる。しかし、次に論じる本発明の実施形態は、集光太陽熱発電（ＣＳＰ）システムのために最適化されたものである。ＣＳＰシステムは、光起電性のシステムとは異なる。光起電性システムは、太陽熱エネルギーを、直接的に電気に変換する。ＣＳＰシステムでは、媒体が太陽熱エネルギーに基づいて気化されることが必要であり、次に、そのエネルギーが、例えば膨張器やタービンなど適切なターボマシンを用いて抽出される。したがって、図３に示されている実施形態において用いられている媒体は、システムの様々な構成要素を通過するにつれて、様々な熱力学的な過程を受ける。
【００１７】
ターボマシン５４は、気化媒体からエネルギーを抽出し、このエネルギーを、例えばポンプやコンプレッサなどのターボマシンを駆動する例えば力学的エネルギーに変換するように構成されている任意のマシンでありうる。ターボマシンは、また、電力を生じさせるために、または、この技術分野で知られている他の目的のために用いられうる。この点で、膨張器は、横軸を中心として回転するように膨張器の翼形またはインペラを決定する気化媒体を受け取るように構成されている。気体（気化媒体）の熱力学的エネルギーが、膨張過程の間に抽出されて、膨張器の（翼形またはインペラを保持している）シャフトを回転させ、力学的エネルギーが生成される。この力学的エネルギーが、電気を生じさせる例えばコンプレッサや発電機などの発電装置６０を作動させるのに用いられうるのである。
【００１８】
膨張器は、単一段または複数段の膨張器でありうる。単一段の膨張器は、ただ１つのインペラだけを有しており、気化されたガスが、単一のインペラを通過した後で膨張器の排気に提供される。複数段の膨張器は複数のインペラを有しており、ある１つのインペラからの膨張された媒体が、その媒体から更にエネルギーを抽出するために次のインペラに提供される。膨張器は、遠心マシンまたは軸マシンでありうる。遠心膨張器は、気化媒体を第１の方向（例えばＹ軸方向）に沿って受け取り、第１の方向と実質的に垂直な第２の方向（例えばＸ方向）に膨張された媒体を放出する。言い換えると、遠心力を用いて、膨張器のシャフトを回転させている。軸式の膨張器では、媒体が膨張器に入る方向と膨張器から出る方向とが、航空機のジェットエンジンと同じように、同一である。
【００１９】
コンデンサ５６は、空気でまたは水で冷却が可能であり、その目的は、ターボマシン５４からの膨張した媒体を、液体になるように更に冷却することである。ポンプ５８は、この技術分野で知られており、媒体の圧力を所望の値まで上昇させるのに適切なものでよい。膨張器５４から排出された媒体からの熱は、レキュペレータ６４において除去され、太陽熱電力源５２に提供されつつある液体媒体に提供される。レキュペレータ６４は、同一の大気を共有する２つのパイプを有する容器のようなシンプルなものでかまわない。例えば、（ポンプからの）液体媒体は、第１のパイプを通過して流れ、他方で、（膨張器からの）気化媒体は第２のパイプを通過して流れる。第１および第２のパイプの周囲には同一の大気が存在するため、第２のパイプからの熱が第１のパイプに移動し、よって、液体媒体を加熱することになる。これ以外のより高度なレキュペレータを用いることも可能である。
【００２０】
次に、システム５０を通過する媒体の流れについて、より詳細に論じることにする。媒体の流れが点Ａから生じるものと仮定する。この点では、液体媒体は、ポンプ５８のために高圧（例えば、４０バール）であり、低温（例えば、摂氏５５度）である。液体媒体が太陽熱電力源５２を通過した後では、その温度は上昇する（例えば、摂氏２５０度）。本発明のこのおよび他の例示的な実施形態で用いられる数値は説明目的のものであり、実施形態を限定する意図はない。当業者であれば、これらの数値は、システムの特性が変化するにつれてシステムごとに変化することを認識するはずである。
【００２１】
太陽熱電力源５２を通過する間に、媒体は、液体媒体から気化媒体という相転移を受ける。太陽熱電力源５２を通過する間に、太陽熱エネルギーが、太陽光から媒体に移転される。気化された媒体は点Ｂに到着し、膨張器５４のインレット５４ａに入り、膨張器のシャフトを回転させ、太陽熱エネルギーを力学的エネルギーに変換する。膨張した媒体は、依然として気体であり液体ではないが（例えば、点Ｃにおける温度は約摂氏１４０度であり、圧力は約１．３バールである）、アウトレット５４ｂにおいて膨張器から解放される。
【００２２】
点Ｃでは、気化媒体の中に依然としてエネルギー（熱）が残っているから、この媒体は、更にそこから熱を除去するために、レキュペレータ６４に送られる。点Ｄでレキュペレータ６４において気化媒体から除去された熱は、液体媒体が太陽熱電力源に提供される前に、点Ｅ（レキュペレータの内部）において液体媒体に提供される。点Ｆにおける冷却された気化媒体は、コンデンサ５６の中で更に冷却され、液相に戻る。次に、液体媒体がポンプ５８に提供され、サイクルが反復される。媒体をあるコンポーネントから他のコンポーネントに移動させるパイピング６６は、媒体がシステム５０から外部へ逃げないように、密封されていることに注意すべきである。換言すると、図３に示されているシステムは、閉ループシステムである。
【００２３】
上述したシステムは、発電機６０が用いられるときには、太陽熱エネルギーから電気エネルギーへの変換効率を向上させる。また、本システムは、その媒体のために水を必要とすることなく、媒体は、太陽熱電力源によって直接的に気化されうる。シクロペンタンベースの流体が用いられる場合には、シクロペンタンの沸点は約摂氏４９度であるから、この媒体は太陽熱電力源において直接的に気化されることに注意すべきである。
【００２４】
図４に例示されている本発明の別の実施形態によると、例えば太陽熱電力源５２の下流であって膨張器５４の上流に、二次熱源７０を追加することがある。別の応用例では、二次熱源７０は、位置Ａに配置されうる。この二次電力源は、太陽熱、地熱、化石燃料、核燃料、またはそれ以外の既知の電力源でありうる。例えば、ターボマシンまたは発電プラントの排気は、二次電力源になりうる。
【００２５】
別の応用例では、シクロペンタンベースの媒体を貯蔵するために、貯蔵タンク７２を設置することがありうる。本発明のある実施形態では、貯蔵タンク７２は、コンデンサ５６の下流に配置される。様々な弁７４および７６をパイピングシステムに沿って配置し、システムを流れる媒体の量を制御することができる。更に別の実施形態では、システムを流れる媒体の流れを制御するために、バランシングライン７８および弁８０を設置することがありうる。
【００２６】
図５には本発明の別の実施形態が例示されており、この実施形態では、システム１００は、第１の閉ループシステム１０２と、第２の閉ループシステム１０４とを含みうる。第２の閉ループシステム１０４は、ターボマシン１０６と、コンデンサ１０８と、ポンプ１１０と、レキュペレータ１１２とを含みうる。なお、レキュペレータ１１２は、図３および４で示されているものと類似していて、また、図３および４に示されている実施形態のシステムと同様に接続されている。しかし、図３に示されている太陽熱電力源の代わりに、第２の閉ループシステムは、１つまたは複数の気化器１１４と、１つまたは複数の熱交換装置１１６とを含みうる。図５には２つの熱交換装置１１６および１１８が示されているが、システムが機能するには、１つの装置で十分である。ある応用例においては、熱交換装置は必要でない。
【００２７】
第１の閉ループシステム１０２は、図３の太陽熱電力源５２と類似の太陽熱電力源１２０と、図３のポンプ５８と類似のポンプ１２２とを含みうる。第１の閉ループシステム１０２は流れる媒体としてオイルベースの物質を用いるが、他方で、第２の閉ループシステム１０４は流れる媒体としてシクロペンタンベースの流体を用いるＯＲＣシステムでありうる。第２の閉ループシステム１０４の有機媒体は、本発明のこの実施形態では太陽熱電力源１２０を通過して循環することはなく、むしろ、太陽熱電力源からの熱を移送するために、第１の閉ループシステム１０２のオイルベースの物質と熱的に接触する状態に配置される。
【００２８】
この点で、太陽熱電力源１２０からのオイルベースの物質は、気化器１１４において、第２の閉ループシステムの媒体を気化し、気化された媒体を、ターボマシン１０６に提供する。更に、１つまたは複数の熱交換装置１１６および１１８において第２の閉ループサイクルの媒体を予め加熱するために、オイルベースの物質を更に用いることが可能である。しかし、例示的な実施形態によっては、熱交換装置１１６および１１８を削除することが可能である。次には、冷却されたオイルベースの物質が、膨張容器１２４に到着し、そこからポンプ１２２に流れ、再び太陽熱電力源１２０に提供される。オイルベースの物質は、第２の閉ループシステムの媒体または周囲と混合することがない。膨張容器１２４は、この膨張容器１２４の頂部（内部）を窒素封入するように構成された窒素源１２６と、流動可能に連絡しうる。窒素は、膨張容器の内部に入るのであるが、オイルベースの物質の上方を流れるため、第１の閉ループシステム１０２を通過して流れることはない。
【００２９】
図６に示されている本発明の実施形態によると、図４に示されているような様々な要素を、システム１００に追加することができる。例えば、第２の閉ループシステムの媒体を更に加熱するために、二次熱源１３０を、第２の閉ループシステム内で、気化器１１４の上流または下流に追加することができる。弁１３２を、媒体の流れを制御するために追加することが可能であり、また、対応する弁１３６を備えたバランシングライン１３４を、第２の閉ループシステムに設置することが可能である。発電機１４０またはそれ以外のターボマシンを、第２の閉ループシステム１０４における膨張器１０６に接続することかありうる。
【００３０】
ここで、このようなシステムを動作させるための方法について論じる。図７に例示されている本発明のある実施形態によると、ＯＲＣを用いてエネルギーを生成するための方法が存在する。この方法は、液体のシクロペンタンベースの流体を、閉システムにおいて、太陽熱電力源を用いた加熱を通じて、気化したシクロペンタンベースの流体に変換するステップ７００と、膨張器において、気化したシクロペンタンベースの流体を膨張させ、エネルギーを生じさせるステップ７０２と、気化したシクロペンタンベースの流体を液体のシクロペンタンベースの流体に戻るように冷却して、液体のシクロペンタンベースの流体を太陽熱電力源に戻すステップ７０４と、を含む。
【００３１】
図８に例示されている本発明の別の実施形態によると、ＯＲＣを用いてエネルギーを生成するための方法が存在する。この方法は、第１の閉システムにおいて、太陽熱電力源を用いて、オイルベースの流体を加熱するステップ８００と、第２の閉システムにおいて、気化したシクロペンタンベースの流体を膨張させてエネルギーを生じさせるステップ８０２とを含み、なお、第１の閉システムのオイルベースの流体は、第２の閉システムにおいて液体のシクロペンタンベースの流体と熱を交換するように構成される。
【００３２】
開示されている例示的な実施形態は、太陽熱エネルギーを、力学的エネルギーまたは電気エネルギーに変換するためのシステムおよび方法を提供する。ここでの説明は、本発明を限定する意図でなされていないことを理解されたい。逆に、例示的な実施形態は、代替、修正、および均等物に及ぶことが意図されており、これらは、添付の特許請求の範囲によって画定される本発明の精神および範囲に属する。更に、例示的な実施形態についての詳細な説明においては、特許請求の範囲に記載された発明を全体的に理解するために、多くの特定の詳細が与えられている。しかし、当業者であれば、様々な実施形態をそのような特定の詳細なしで実現できることを理解するはずである。
【００３３】
本発明の実施形態の特徴や要素について、特定の組み合わせで説明されているが、それぞれの特徴または要素は、その実施形態の他の特徴や要素を伴わずに単独で用いることが可能であるし、または、本明細書において開示されている他の特徴および要素との様々な組み合わせで、または、本明細書において開示されている他の特徴および要素を伴わずに、用いることが可能である。
【００３４】
上述した例示的な実施形態は、限定ではなく、本発明に関するすべての点での説明を意図するものである。よって、本発明は、当業者によれば、本明細書に含まれている説明から導くことが可能な詳細な実装例において、多くの変更を行うことが可能である。そのようなすべての変更および修正は、後述する特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲および精神に属すると考えられる。明示的な記載がない場合には、本出願の明細書で用いられているどの要素、動作、または命令も、本発明にとって決定的または必須のものであると解釈されるべきではない。また、本明細書において用いられている冠詞「ａ」は、１つまたは複数の部材を含むものとして意図されている。
【００３５】
本明細書では、開示されている主題の例を用いて、当業者が本発明を実施できるようにしており、この実施には、任意の装置またはシステムを作成および使用することと、任意の組み込まれた方法を実行することとが含まれる。本主題の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の例を含みうる。そのような他の例も、特許請求の範囲に属することが意図されている。
【符号の説明】
【００３６】
２  熱交換器
３  外部熱源
４  タービン
６  コンデンサ
８  ポンプ
１０  発電システム
１２  加圧液体媒体
１４  加圧蒸気
１６  電力
１８  より低圧の蒸気ストリーム
２０  より低圧の液体ストリーム
３０  既知のＯＲＣシステム
３２  太陽熱収集器
３４  熱交換コンデンサ
３６  貯蔵タンク
３８  ポンプ
４０  レベリングバルブ
４２  上側のタンク
４４  蒸気タービン
４６  発電機
５０  ＯＲＣを用いた発電のためのシステム
５２  太陽熱電力源
５４  ターボマシン、膨張器
５４ａ  膨張器のインレット
５４ｂ  膨張器のアウトレット
５６  コンデンサ
５８  ポンプ
６０  発電機
６４  レキュペレータ
６６  パイピング
７０  二次熱源
７２  貯蔵タンク
７４  弁
７６  弁
７８  バランシングライン
８０  弁
１００  システム
１０２  第１の閉ループシステム
１０４  第２の閉ループシステム
１０６  ターボマシン
１０８  コンデンサ
１１０  ポンプ
１１２  レキュペレータ
１１４  気化器
１１６  熱交換装置
１１８  熱交換装置
１２０  太陽熱電力源
１２２  ポンプ
１２４  膨張容器
１２６  窒素源
１３０  熱源
１３２  弁
１３４  バランシングライン
１４０  発電機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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