(57)【要約】  １次熱伝達ループと、いくつかの発電サイクル・ループと、高温熱伝達ループからいくつかの発電サイクル・ループに熱を伝達する中間熱伝達ループとを含む複数の循環ループを使用して、高価値熱源から電力及び任意選択で熱を生成するための方法及びシステム。中間熱伝達ループを配置して、シェル・アンド・チューブ熱交換器、特にチューブ側とシェル側の圧力差が非常に大きい熱交換器を実用的な範囲で排除し、シェル・アンド・チューブ熱交換器、プレート型熱交換器、二重管熱交換器、及び非常に高い差圧で１次熱伝達ループからいくつかの発電サイクル・ループに直接熱を伝達する同様の熱交換器を排除し、コンバインド・サイクル発電プラントの一部としてガス・タービン煙道ガスから蒸気又は他の発電サイクル流体に熱を伝達するために一般的に使用される排熱回収ボイラで使用されるのと同様の設計の熱伝達コイルを最大限に活用する。
2021510802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を生成するための方法であって、
ａ）直列に配置され、収容ハウジング内に収められた４つ以上の独立型熱伝達装置を提供するステップと、
ｂ）前記ハウジングを通して前記４つ以上の独立型熱伝達装置を中心として中間熱伝達流体を循環させるステップと、
ｃ）外部熱源を使用して１次熱伝達流体を加熱して、加熱後の１次熱伝達流体を提供するステップと、
ｄ）前記加熱後の１次熱伝達流体の第１の部分を前記ハウジング内の前記４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第１の独立型熱伝達装置に循環させ、前記加熱後の１次熱伝達流体の第２の部分を前記ハウジング内の前記４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第２の独立型熱伝達装置に循環させるステップであって、前記中間熱伝達流体が、前記第１及び第２の独立型熱伝達装置の両方からの前記加熱後の１次熱伝達流体によって間接的に加熱される、ステップと、
ｅ）発電サイクル流体の少なくとも一部を前記ハウジング内の前記４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第３の独立型熱伝達装置に循環させ、前記発電サイクル流体の前記少なくとも一部を前記ハウジング内の前記４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第４の独立型熱伝達装置に循環させて、加熱後の発電サイクル流体を提供するステップであって、前記発電サイクル流体が、前記中間熱伝達流体によって前記第３及び第４の独立型熱伝達装置内で間接的に加熱される、ステップと、
ｆ）前記ハウジングを出る前記加熱後の発電サイクル流体を使用して電力を生成するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記中間熱伝達流体が前記１次熱伝達流体の前記第１の部分によって加熱された後、前記ハウジング内の前記中間熱伝達流体から熱を伝達することによって、前記４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの前記第３の独立型熱伝達装置内で前記発電サイクル流体が加熱される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記加熱後の発電サイクル流体を、前記ハウジングを出た後に第１のタービン段に導入し、次いで前記発電サイクル流体の前記少なくとも一部を、前記発電サイクル流体が入ったときよりも低い圧力で前記第１のタービン段から抽出するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの前記第３の独立型熱伝達装置内で前記中間熱伝達流体が前記発電サイクル流体を加熱した後、前記１次熱伝達流体の前記第２の部分から熱を伝達することによって前記中間熱伝達流体を加熱するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの前記第４の独立型熱伝達装置内で前記中間熱伝達流体が前記発電サイクル流体を加熱した後、前記１次熱伝達流体の前記第２の部分から熱を伝達することによって前記中間熱伝達流体を加熱するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記中間熱伝達流体が前記１次熱伝達流体の前記第２の部分によって加熱された後、前記中間熱伝達流体から熱を伝達することによって前記発電サイクル流体の前記少なくとも一部を加熱するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記加熱後の圧力発電サイクル流体の少なくとも一部を、その一部が前記中間熱伝達流体によって加熱された後、第２のタービン段に導入し、次いで前記加熱後の発電サイクル流体の前記少なくとも一部を、前記加熱後の発電サイクル流体が入ったときより低い圧力で前記第２のタービン段から抽出するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも１つのタービン段から前記発電サイクル流体の少なくとも一部を抽出し、前記抽出された発電サイクル流体を使用して前記中間熱伝達流体を加熱するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記発電サイクル流体の第３の部分を第５の独立型熱交換装置に導入して、残留熱を外部システムに排出するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のタービン段又は前記第２のタービン段から前記発電サイクル流体の少なくとも２つの部分を抽出し、それらを中間熱伝達流体予熱器に導き、それによって前記中間熱伝達流体を加熱し、前記発電サイクル流体の前記少なくとも２つの部分を冷却するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記中間熱伝達流体が、ブロワ、コンプレッサ、ポンプ、及びファンのうちの任意の１つ又は複数を使用して循環される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
（ｉ）前記中間熱伝達ループ内のダンパの位置を調整することによって、（ｉｉ）前記ブロワ、コンプレッサ、ポンプ、若しくはファンの運転速度を調整することによって、或いは（ｉｉｉ）前記ブロワ、コンプレッサ、ポンプ、若しくはファンの少なくとも１つの入口ガイド・ベーン、ステータ・ベーン、若しくは回転ベーンの位置、開放性、若しくは角度を調整することによって、前記ハウジングを通る前記中間熱伝達流体の流量を調整するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
電力を生成するための方法であって、
ａ）直列に配置され、収容ハウジング内に収められた４つ以上の独立型熱伝達装置を提供するステップと、
ｂ）前記ハウジングを通して前記４つ以上の独立型熱伝達装置を中心として中間熱伝達流体を循環させるステップと、
ｃ）外部熱源を使用して１次熱伝達流体を加熱して、加熱後の１次熱伝達流体を提供するステップと、
ｄ）前記加熱後の１次熱伝達流体の第１の部分を前記ハウジング内の前記４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第１の独立型熱伝達装置に循環させ、前記加熱後の１次熱伝達流体の第２の部分を前記ハウジング内の前記４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第２の独立型熱伝達装置に循環させるステップであって、前記中間熱伝達流体が、前記第１及び第２の独立型熱伝達装置の両方からの前記加熱後の１次熱伝達流体によって間接的に加熱される、ステップと、
ｅ）発電サイクル流体の少なくとも一部を前記ハウジング内の前記４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第３の独立型熱伝達装置に循環させ、前記発電サイクル流体の前記少なくとも一部を前記ハウジング内の前記４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第４の独立型熱伝達装置に循環させて、加熱後の発電サイクル流体を提供するステップであって、前記発電サイクル流体が、前記中間熱伝達流体によって前記第３及び第４の独立型熱伝達装置内で間接的に加熱される、ステップと、
ｆ）前記ハウジングを出る前記加熱後の発電サイクル流体を使用して電力を生成するステップと、
ｇ）前記ハウジングの２つ以上の位置の前記中間熱伝達流体及び前記発電サイクル流体の温度を決定し、前記２つ以上の位置で決定された前記中間熱伝達又は前記発電サイクル流体の温度差に少なくとも部分的に基づいて、前記中間熱伝達流体の流量を調整するステップと
を含む、方法。
【請求項１４】
前記中間熱伝達の温度差又は前記発電サイクル流体の温度差が所定の設定値にほぼ等しくなるまで、前記中間熱伝達流体若しくは前記発電サイクル流体又はその両方の流量が調整される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記所定の設定値が約−５０℃から約＋５０℃までである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記所定の設定値が約０である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記１次熱伝達流体、前記中間熱伝達流体、及び前記発電サイクル流体のうちの少なくとも１つの流量に少なくとも部分的に基づいて、前記所定の設定値を調整するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
電力を生成するための方法であって、
ａ）高価値熱源内で１次熱伝達流体を循環させるステップと、
ｂ）中間熱伝達ループ内で中間熱伝達流体を循環させるステップと、
ｃ）電力を生成するための１つ又は複数のタービンを備える発電サイクル・ループ内で発電サイクル流体を循環させるステップと、
ｄ）前記１次熱伝達流体の第１の部分から熱を伝達することによって、前記中間熱伝達流体を加熱するステップと、
ｅ）前記中間熱伝達流体が前記１次熱伝達流体の前記第１の部分によって加熱された後、前記中間熱伝達流体から熱を伝達することによって、前記発電サイクル流体の少なくとも一部を加熱するステップと、
ｆ）前記第１の部分が前記中間熱伝達流体によって加熱された後、前記発電サイクル流体の前記加熱後の部分を第１のタービン段に導入し、前記発電サイクル流体が入ったときよりも低い圧力で前記第１のタービン段から前記発電サイクル流体を抽出して、前記第１のタービン段内で仕事又は電力を生成するステップと、
ｇ）前記中間熱伝達流体が前記発電サイクル流体の前記第１の部分を加熱した後、前記１次熱伝達流体の第２の部分から熱を伝達することによって、前記中間熱伝達流体を加熱するステップと、
ｈ）前記中間熱伝達流体が前記１次熱伝達流体の前記第２の部分によって加熱された後、前記中間熱伝達流体から熱を伝達することによって、前記発電サイクル流体の少なくとも一部を加熱するステップと、
ｉ）前記中間熱伝達流体が前記１次熱伝達流体の前記第２の部分によって加熱された後に前記中間熱伝達流体によって加熱された前記発電サイクル流体の少なくとも一部を、第２のタービン段に導入し、前記発電サイクル流体が入ったときよりも低い圧力で前記発電サイクル流体の前記部分を抽出して、前記第２のタービン段内で仕事又は電力を生成するステップと、
ｊ）前記タービン段のうちの少なくとも１つから前記発電サイクル流体の少なくとも一部を抽出し、前記抽出された発電サイクル流体を使用して前記中間熱伝達流体の少なくとも一部を加熱するステップと、
ｋ）前記抽出された発電サイクル流体を熱交換装置に導入して、残留熱を外部システムに排出するステップと、
ｌ）前記発電サイクル流体を再加圧して前記ハウジングに再循環させるステップと
を含む、方法。
【請求項１９】
前記中間熱伝達ループが、直列に配置され、収容ハウジング内に収められた４つ以上の独立型熱伝達装置を備える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記発電サイクル流体の前記第１の部分が、前記発電サイクル流体の前記第２の部分よりも高い圧力を有する、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１８年３月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／６５０，１５０号、及び２０１８年９月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／７２９，１０５号の優先権を主張するものである。それらの全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示の実施例は、一般に、高価値熱（ｈｉｇｈ  ｖａｌｕｅ  ｈｅａｔ）を有用な仕事及び電力に変換するためのシステム及び方法に関する。より詳細には、本開示の実施例は、熱エネルギーを伝達及び変換するためのシステム及び方法に関し、高価値熱は、複数の熱伝達流体、ループ、及び熱交換装置又はシステムを使用して発電サイクル（ｐｏｗｅｒ  ｃｙｃｌｅ）に伝達される。
【背景技術】
【０００３】
電力の生成は、一般に、熱発電サイクルを伴わない、水力タービン、風力タービン、太陽光発電、並びにランキン・サイクル、ブレイトン・サイクル、エアブレイトン・サイクル、カリーナ・サイクル、及び他の多くのものなどの熱力学的サイクルに基づく熱発電サイクルを伴う他の方法を含む様々な方法で実現され得る。
【０００４】
熱発電プラントは、典型的には、燃料を燃焼させて、従来の熱発電サイクルを使用して有用な電力（及び、場合によっては有用な低価値熱）を生成するために必要な高価値熱を生成する。一部の熱発電プラントは、ガス、燃料油、又は石炭燃焼蒸気（たとえば、ランキン・サイクル又はカリーナ・サイクル）などの外燃機関を使用し、ボイラ管、過熱器管、節炭器管又は他の装置などの何らかのタイプの熱伝達装置を介して、燃焼熱を発電サイクル流体（たとえば、水／蒸気）に伝達する。このような外燃発電プラントにおいて、燃焼熱は、中間流体又は熱伝達装置を用いることなく、燃焼プロセスによって形成された高温の煙道ガスから発電サイクルに直接伝達される。
【０００５】
他の熱発電プラントは、内燃機関を使用して発電サイクルを生成している。このクラスのエンジンの例には、ガス・タービン、ディーゼル・エンジン、オットー・サイクル・エンジンが含まれる。これらのタイプの内燃機関は、熱源から発電サイクルの原動力流体への熱伝達を必要としない。この場合も、このクラスの熱発電プラントには、中間流体又は熱伝達装置は必要ない。実際には、このようなエンジンでは、燃焼プロセスによって形成される高温の煙道ガスも発電サイクル流体である。
【０００６】
熱発電プラントの別のグループは、外燃機関又は非燃焼の高価値熱源を使用し得るが、熱を発電サイクル流体に直接伝達することはない。このような非燃焼熱源の例には、太陽熱（太陽光発電と混同してはならない）源、原子力源、及び地熱源が含まれ得る。このような熱源を使用する発電プラントは、熱源から発電サイクル流体（たとえば、水／蒸気）に直接熱を伝達するように設計され得るが、実際には、集光型太陽集熱器（ｓｏｌａｒ  ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）、原子炉、又は地熱源から熱エネルギーを吸収するため、溶融塩、液体金属、油、又は不活性ガスなどの別の熱伝達流体が使用される。
【０００７】
Ｔｈｏｍｓｏｎ（米国特許第４３６２１４９号）は、熱伝達流体が熱エネルギー源を通して循環される熱貯蔵システム及び方法について説明している。熱エネルギー源は、太陽である。液体アルカリ金属が、熱伝達流体である。システムは、循環する気流によって加熱及び冷却された岩の塊との間で熱を伝達する。高価値熱は、蒸気発生器を介して熱伝達流体から発電サイクル流体（たとえば、水／蒸気）に伝達されて有用な仕事及び電力を生成する。
【０００８】
Ｖａｎ  Ｈｏｏｋ（米国特許第４６６８４９４号）は、化学合成工程に高価値太陽エネルギーを使用して、アンモニア、水蒸気改質炭化水素を製造し、炭化水素をガス化する方法について説明している。Ｖａｎ  Ｈｏｏｋは、溶融無機塩などの熱伝達流体を使用して、様々な太陽熱受熱器から化学合成反応器及び関連機器に、また熱伝達流体からこの機器に熱を輸送する。溶融塩及び反応器機器の運転条件により、高温ニッケル基合金が必要である。
【０００９】
Ｋａｒｄａ（米国特許第４７６８３４５号）は、熱エネルギー貯蔵を組み込み、２つの流体を使用する太陽熱発電プラントについて説明している。第１の流体は、太陽熱集熱器内に静的に存在し、太陽熱集熱器及び蓄熱媒体として機能する相変化流体である。第２の流体は、太陽熱集熱器を循環し、太陽熱集熱器から熱を吸収し、次いでエネルギー利用セクションを通過して、吸収した熱から有用な仕事及び電力を生成する発電サイクル流体である。
【００１０】
Ｌｉｔｗｉｎ（米国特許第６９５７５３６Ｂ２号、米国特許第８３６５５２９Ｂ２号）は、高価値熱が、太陽集熱器から吸収され、オープン・エア・ブレイトン・サイクルを介して仕事及び電力に変換される太陽熱発電プラントについて説明している。熱交換器内の液体金属又は溶融塩として記載されている熱伝達流体を使用して、周囲空気が圧縮及び加熱される。熱伝達流体は、経路、パイプ、導管、貯蔵タンクを通って様々に流れて太陽集熱器から熱を吸収する。
【００１１】
Ａｇａ（米国特許出願公開第２０１４／００７５９３９Ａ１号）は、高価値熱が太陽集熱器から吸収され、蒸気ランキン・サイクルを介して仕事及び電力に変換される太陽熱発電プラントについて説明している。ランキン・サイクルの蒸気は、太陽エネルギー集熱器によって直接加熱されるか、又は太陽エネルギー集熱器によって個別に加熱される蓄熱流体によって加熱される。
【００１２】
Ｗｏｏｌｌｅｙ（米国特許第９３６８２４４Ｂ２号）は、高価値熱が原子炉から吸収され、ブレイトン・サイクルを介して有用な仕事及び電力に変換される溶融塩原子力発電プラントについて説明している。この構成において、ブレイトン・サイクルは、クローズド・ヘリウム・サイクル又はオープン・エアブレイトン・サイクル、又はさらにはクローズド・ランキン・サイクルである。溶融塩からの熱は、中間熱伝達流体に伝達され、次いで発電サイクルに伝達されて、発電サイクルを原子炉からの潜在的な汚染から隔離する。
【００１３】
Ｓｈｉｍ（米国特許第８３６５５２９Ｂ２号）は、主要な熱伝達流体として溶融塩を使用して地熱熱を収集し、熱交換器を使用してランキン・サイクル又はブレイトン・サイクル発電プラントの作動流体に直接熱を伝達する地熱発電プラントを開示している。
【００１４】
これらの例において、熱エネルギーは、太陽集熱器、原子炉、若しくは地熱源から、又は熱伝達流体若しくは蓄熱流体から伝達される。これらの例のそれぞれにおいて、熱伝達装置内に何らかの漏洩がある場合、発電サイクル流体（たとえば、空気、蒸気、炭化水素）による様々な熱伝達流体の汚染、又は熱伝達流体による様々な発電サイクル流体の汚染の可能性がある。さらに、熱伝達流体と発電サイクル流体との間に大きな圧力差が存在する場合、熱交換装置の様々な構成要素に、より高い応力レベルが課せられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第４３６２１４９号
【特許文献２】米国特許第４６６８４９４号
【特許文献３】米国特許第４７６８３４５号
【特許文献４】米国特許第６９５７５３６Ｂ２号
【特許文献５】米国特許第８３６５５２９Ｂ２号
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１４／００７５９３９Ａ１号
【特許文献７】米国特許第９３６８２４４Ｂ２号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１６】
中間熱伝達ループ（ＩＨＴＬ：ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  ｈｅａｔ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｌｏｏｐ）を使用して電力を生成するための方法及びシステムが提供される。一実施例において、方法は、直列に配置され、収容ハウジング（ｃｏｎｔａｉｎｅｄ  ｈｏｕｓｉｎｇ）内に収められた４つ以上の独立型熱伝達装置を提供するステップと、ハウジングを通して４つ以上の独立型熱伝達装置を中心として中間熱伝達流体（ＩＨＴＦ：ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  ｈｅａｔ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｆｌｕｉｄ）を循環させるステップと、外部熱源を使用して１次熱伝達流体（ＰＨＴＦ：ｐｒｉｍａｒｙ  ｈｅａｔ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｆｌｕｉｄ）を加熱して、加熱後の１次熱伝達流体を提供するステップと、加熱後の１次熱伝達流体の第１の部分をハウジング内の４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第１の独立型熱伝達装置に循環させ、加熱後の１次熱伝達流体の第２の部分をハウジング内の４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第２独立型熱伝達装置に循環させるステップであって、中間熱伝達流体が、第１及び第２の独立型熱伝達装置の両方からの加熱後の１次熱伝達流体によって間接的に加熱される、ステップと、発電サイクル流体（ＰＣＦ：ｐｏｗｅｒ  ｃｙｃｌｅ  ｆｌｕｉｄ）の少なくとも一部をハウジング内の４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第３の独立型熱伝達装置に循環させ、発電サイクル流体の少なくとも一部をハウジング内の４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第４の独立型熱伝達装置に循環させて、加熱後の発電サイクル流体を提供するステップであって、発電サイクル流体が、中間熱伝達流体によって第３及び第４の独立型熱伝達装置内で間接的に加熱される、ステップと、ハウジングを出る加熱後の発電サイクル流体を使用して電力を生成するステップとを含む。
【００１７】
本発明の上記の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約した本発明のより具体的な説明は、実施例を参照することによって得ることができ、そのいくつかは、添付の図面に示されている。しかしながら、本発明が他の同等に有効な実施例を認めることができるように、添付の図面が、本発明の典型的な実施例のみを示しており、したがって、その範囲を限定するものと見なされるべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本明細書で提供される１つ又は複数の実施例による、電力を生成するための例示的なシステム１００の概略図である。システム１００は、ブロワ又は同様の装置を使用することによってＩＨＴＦが実質的に再循環されるシステムを示している。
【図２】本明細書で提供される１つ又は複数の実施例による、電力を生成するための別の例示的なシステム２００の概略図である。システム２００は、ＩＨＴＦが自然対流によって再循環される点を除いて、システム１００と同様である。
【図３】本明細書で提供される１つ又は複数の実施例による、任意選択の貯蔵場所、少なくとも１つの循環ポンプ、及び高価値熱源を有する１次熱伝達ループの概略図である。
【図４】本明細書で提供される１つ又は複数の実施例による、ＩＨＴＦの循環流量を管理するための例示的な制御方式を示す図である。
【図５】本明細書で提供される１つ又は複数の実施例による、ＰＨＴＦの各部分の流量を管理するための例示的な制御方式を示す図である。
【図６Ａ】熱伝達装置の温度平衡に対するＩＨＴＦ循環速度の調整によって引き起こされる効果を実証する図である。
【図６Ｂ】熱伝達装置の低温端での温度ピンチに対するＩＨＴＦ循環速度の調整によって引き起こされる効果を実証する図である。
【図６Ｃ】熱伝達装置の高温端での温度ピンチに対するＩＨＴＦ循環速度の調整によって引き起こされる効果を実証する図である。
【図７】本明細書で提供される１つ又は複数の実施例による、別の例示的なシステム７００の概略図である。システム７００は、ＩＨＴＦが実質的に再循環されない点を除いて、システム１００及びシステム２００と同様である。
【図８】本明細書で提供される１つ又は複数の実施例による、別の例示的なシステム８００の概略図である。システム８００は、いくつかのタービン（たとえば、ＨＰタービン、ＭＰタービン、及び／又はＬＰタービン）のうちの少なくとも１つから抽出されたＰＣＦの少なくとも一部を使用してＰＣＦを予熱するためのシステムを含む。
【図９】本明細書で提供される１つ又は複数の実施例による、別の例示的なシステム９００の概略図である。システム９００は、いくつかのタービン（たとえば、ＨＰタービン、ＭＰタービン、及び／又はＬＰタービン）のうちの少なくとも１つから抽出されたＰＣＦの少なくとも一部を使用してＩＨＴＦを予熱するためのシステムを含む。
【図１０】一連のタービン抽出ストリームによってＰＣＦを漸進的に加熱する熱交換器のカスケードであるか、又はそのカスケードを含むＰＣＦ予熱器８１０の概略図である。
【図１１】原理的には予熱器８１０に類似しているが、ＰＣＦを加熱するのではなく、ＩＨＴＦ予熱器９１０が漸進的に加熱されるＩＨＴＦ予熱器９１０の概略図である。
【図１２】本明細書で提供される１つ又は複数の実施例による、システム１００、２００、７００、８００、９００、１４００、１８００、１９００、及び／又は２０００特定の運転手順を示すフローチャートである。
【図１３】本明細書で提供される１つ又は複数の実施例による、予熱器８１０又は予熱器９１０の温度対熱流量の一例を示す図である。
【図１４】本明細書で提供される１つ又は複数の実施例による、別の例示的なシステム１４００の概略図である。システム１４００は、高圧タービンの後にＰＣＦの１段再熱（ｓｉｎｇｌｅ  ｒｅｈｅａｔ）のみを示している点を除いて、システム９００と同様である。
【図１５】２段再熱（ｄｏｕｂｌｅ  ｒｅｈｅａｔ）ランキン・サイクルの適用例についてのシェル・アンド・チューブ熱交換器群などのＰＨＴＦからＰＣＦへの直接の熱交換器を採用する比較上のシステム１５００の概略図である。
【図１６】１段再熱ランキン・サイクルの適用例についてのシェル・アンド・チューブ熱交換器群などのＰＨＴＦからＰＣＦへの直接の熱交換器を採用する別の比較上のシステム１６００の概略図である。
【図１７】本明細書で提供される１つ又は複数の実施例による、ＩＨＴＦ予熱器９１０の概略図である。
【図１８】本明細書で提供される１つ又は複数の実施例による、別の例示的なシステム１８００の概略図である。システム１８００は、たとえば熱交換装置１６９を使用したＰＣＦのサブクール状態からの加熱と、たとえば熱交換装置１６２、１６５、及び１６８を使用したＰＣＦの蒸発と、たとえば熱交換装置１６４を使用したＰＣＦの過熱とを別個に含み得るシステム１４００の変形例である。
【図１９】本明細書で提供される１つ又は複数の実施例による、別の例示的なシステム１９００の概略図である。システム１９００は、システム１８００の変形例であり、ＰＣＦ蒸発は、１つ少ない熱交換装置、たとえば１６２及び１６７によって実行され得る。
【図２０】本明細書で提供される１つ又は複数の実施例による、別の例示的なシステム２０００の概略図である。システム２０００は、システム９００の変形例であり、より少ないＰＨＴＦ熱交換装置を組み込み、流量制御装置を使用してＰＣＦの流量を分割し、ＩＨＴＦ及びＰＨＴＦから利用可能な熱をより有効に活用する。
【図２１】図２０に示すシステム２０００を参照して説明される特定の実施例についてのコイル１６１〜１６９の様々な温度プロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下の開示は、本発明の異なる特徴、構造、又は機能を実施するためのいくつかの例示的な実施例について説明していることを理解されたい。本開示を単純化するために、構成要素、配置、及び構成の例示的な実施例を以下に記載しているが、これらの例示的な実施例は、単に例として提供されており、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。さらに、本開示は、様々な例示的な実施例において、また本明細書で提供される図全体にわたって、参照番号及び／又は参照符号を繰り返す場合がある。この繰り返しは、単純化及び明確化を目的としており、図で説明されている様々な例示的な実施例及び／又は構成の間の関係をそれ自体で規定するものではない。さらに、以下の説明における第２の特徴の上、又は上方の第１の特徴の形成は、第１の特徴及び第２の特徴が直接接触して形成される実施例を含む場合があり、また第１の特徴及び第２の特徴が直接接触することができないように、第１の特徴及び第２の特徴を介在させて追加の特徴が形成され得る実施例を含む場合もある。以下に提示される例示的な実施例は、任意の組合せの方法で組み合わせることもでき、すなわち、１つの例示的な実施例からの任意の要素を、本開示の範囲から逸脱することなく、任意の他の例示的な実施例で使用することができる。図は必ずしも縮尺どおりではなく、図の特定の特徴及び特定の表示は、明確及び／又は簡潔にするために、縮尺又は概略図において誇張して示される場合がある。
【００２０】
さらに、特定の構成要素を指すために、以下の説明及び特許請求の範囲全体を通して特定の用語が使用されている。当業者が理解するように、様々なエンティティが、異なる名称で同じ構成要素を指す場合があり、したがって、本明細書に記載の要素の命名規則は、本明細書で特に定義されない限り、本発明の範囲を限定することを意図していない。さらに、本明細書で使用される命名規則は、機能ではなく名称が異なる構成要素間を区別することを意図していない。さらに、以下の説明及び特許請求の範囲において、「含む」及び「備える」という用語は、オープン・エンド様式で使用されており、したがって「〜を含むが、これらに限定されない」を意味するものと解釈すべきである。
【００２１】
本開示におけるすべての数値は、特に明記しない限り、正確値又は近似値（「約」）であり得る。したがって、本開示の様々な実施例は、意図された範囲から逸脱することなく、本明細書に開示された数、値、及び範囲から逸脱することができる。
【００２２】
「又は」という用語は、排他的と包括的の両方の場合を包含することを意図しており、すなわち、「Ａ又はＢ」は、本明細書で特に明示的に指定されない限り、「Ａ及びＢのうちの少なくとも一方」と同義であることが意図している。
【００２３】
不定冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、文脈上特に明記されていない限り、単数形（すなわち、「１つ」）と複数形の指示対象（すなわち、１つ又は複数）の両方を指す。
【００２４】
「上の（ｕｐ）」及び「下の（ｄｏｗｎ）」、「上向きの（ｕｐｗａｒｄ）」及び「下向きの（ｄｏｗｎｗａｒｄ）」、「上部の（ｕｐｐｅｒ）」及び「下部の（ｌｏｗｅｒ）」、「上方へ（ｕｐｗａｒｄｌｙ）」及び「下方へ（ｄｏｗｎｗａｒｄｌｙ）」、「より上に（ａｂｏｖｅ）」及び「より下に（ｂｅｌｏｗ）」、並びに本明細書で使用されるような他の同様の用語は、互いの相対位置を指しており、同じものを使用する装置及び方法が、様々な角度又は方向で等しく有効である場合があるので、特定の空間方向を示すことを意図していない。
【００２５】
次に、詳細な説明を提供する。添付の特許請求の範囲のそれぞれは、侵害理由として、特許請求の範囲で指定された様々な要素又は制限の均等物を含むものと認識される別個の発明を定義している。文脈に応じて、「発明」についてのすべての言及は、場合によっては、ある特定の実施例のみを指すことがある。他の場合において、「発明」についての言及は、必ずしもすべてではないが、特許請求の範囲のうちの１つ又は複数に記載された主題を指すことが認識されるであろう。次に、本発明のそれぞれについて、特定の実施例、変形例、及び実例を含めて以下でより詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例、変形例、又は実例に限定されず、これらは、本開示の情報が公開情報及び技術と組み合わされる場合に、当業者が本発明を作成及び使用できるようにするために含まれている。
【００２６】
図１は、本明細書で提供される１つ又は複数の実施例による、電力を生成するための例示的なシステム１００の概略図を示す。システム１００は、サブ・システム１として示される高価値熱源と、サブ・システム１から発電プラントにＰＨＴＦを循環させるシステムと、ＰＨＴＦからストリーム１０１、１０２、１０３、１０４、及び１０５を介して循環ＩＨＴＦに熱を伝達し、ストリーム１０７、１０８、１０９、１１０、及び１１２を介してＰＨＴＦをサブ・システム１に戻すための１つ又は複数の熱交換装置（１６１、１６３、１６５、及び１６７の４つが示されている）と、発電サイクル内のいくつかのポイント及びタービン発電機システムの３つの段階（たとえば、ＨＰタービン、ＭＰタービン、及びＬＰタービン）において循環ＩＨＴＦから循環ＰＣＦに熱を伝達して、高価値熱から有用な仕事及び電力を生成するための１つ又は複数の熱交換装置（１６０、１６２、１６４、１６６、１６８、及び１６９の６つが示されている）とを含み得る。システム１００は、中間熱伝達ループが実質的に再循環される、閉中間熱伝達ループを示す。システム１００は、ＩＨＴＦの循環を引き起こすため、且つ／又は制御するためのポンプ、ファン、若しくはブロワ、又は他の圧縮装置（７）をさらに含み得、またバルブ又はダンパ（６）、分離器（４）、及びポンプ（５）も含み得る。
【００２７】
タービン発電機システムはまた、いくつかのタービンの有用な電力を、有用な電力を消費する近くの又は遠方の電力網に分配され得る電気エネルギーに変換するための発電機と、ＰＣＦを冷却し、場合によってはＰＣＦを凝縮するための凝縮器システムと、ＰＣＦを加圧し、いくつかの熱交換装置及びいくつかのタービンに再循環させるためのポンプとを含み得る。ＰＣＦシステムは、工業プロセスのプロセス加熱を必要とする外部システムへの熱伝達を通じてＰＣＦを冷却及び／又は凝縮することもできる。プロセス加熱のためのこのような外部熱の使用は、一般にコジェネレーションとして知られている。加えて、このようなコジェネレーションの適用例は、塩水源から淡水を生成するための熱淡水化を含み得る。適切な塩水源には、海水、塩水帯水層、石油及びガス生産施設からの生産水が含まれ得るが、これらに限定されない。
【００２８】
図２は、高価値熱源（サブ・システム１）と、ＰＨＴＦからＩＨＴＦに熱を伝達するための様々な熱交換装置（たとえば、１６１、１６３、１６５、及び１６７）と、発電サイクル内のいくつかのポイント及びタービン発電機システムの３つの段階（たとえば、ＨＰタービン、ＭＰタービン、及びＬＰタービン）においてＩＨＴＦからＰＣＦに熱を伝達して、高価値熱から有用な仕事及び電力を生成するための様々な熱交換装置（たとえば、１６０、１６２、１６４、１６６、１６８、及び１６９）とを備える発電プラントを表すシステム２００の概略図である。システム２００は、中間熱伝達ループが実質的に再循環される閉中間熱伝達ループを示す。システム２００の機器は、中間熱伝達ループ内に垂直方向のホット・レッグ及びコールド・レッグ又はホット・セクション及びコールド・セクションを形成するように配置され、その結果、ループの前記ホット・レッグと前記コールド・レッグとの間の浮力差によってＩＨＴＦの循環が実質的に引き起こされる。
【００２９】
図３は、１次熱伝達システム（サブ・システム１）と共に使用される例示的な１次熱伝達ループ（ＰＨＴＬ：Ｐｒｉｍａｒｙ  Ｈｅａｔ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｌｏｏｐ）を示す。サブ・システム１は、少なくとも１つの循環ポンプ３０２と、高価値熱源３０３とを含み得る。図１、図２、及び図３を参照すると、１次熱伝達ループ（ＰＨＴＬ）は、プロセスのすべての運転条件で液相のままである溶融塩、油、又は他の媒体などの再循環ＰＨＴＦを含み得る。ＰＨＴＬはまた、１つ又は複数のタンク（３０１）と、１つ又は複数の循環ポンプ（３０２）と、１）高価値熱源（ＨＶＨＳ：Ｈｉｇｈ−Ｖａｌｕｅ  Ｈｅａｔ  Ｓｏｕｒｃｅ）（３０３）から熱を吸収することによってＰＨＴＦの温度を上げ、２）少なくとも２つの熱交換装置（たとえば、コイル１６０〜１６９のうちの少なくとも２つ）を介して中間熱伝達ループ（ＩＨＴＬ）に熱を放出することによってＰＨＴＦの温度を下げるための、少なくとも３つの熱交換装置とを含み得る。ＨＶＨＳには、１つ又は複数の太陽熱集熱器又は太陽熱受熱器、集光型の太陽熱集熱器又は太陽熱受熱器、原子炉、地熱集熱器、水素、炭化水素、若しくはバイオマス燃料の燃焼に関連する熱源、又は当業者に知られている他の熱源が含まれ得る。
【００３０】
ＰＨＴＦの温度が５０℃、１００℃、１５０℃、２００℃、３００℃、４００℃、５００℃以上に上昇してＨＶＨＳを１０００℃以上の高温に保つことから明らかなように、ＰＨＴＦは、２００℃程度の低温でＰＨＴＬを通って高価値熱源に循環され、熱源からエネルギーを得ることができる。
【００３１】
ＰＨＴＬは、最小圧力約１０ｋＰａ（０．１バールａ）及び最大圧力約２ＭＰａ（２０バールａ）で運転することができ、はるかに高い圧力が可能であるが、一般に、熱伝達流体を液相に維持するためには必要ではない。ＰＨＴＬの最大圧力は、ＰＨＴＦの運転圧と蒸気圧との間の許容マージンが維持されるように、ＨＶＨＳ（３０３）と貯蔵タンク（３０１）又は熱伝達装置（たとえば、コイル１６０〜１７１）との間の高低差によって実質的に決定され得る。ＰＨＴＬ圧力は、約０・１〜約１ＭＰａ（約１〜約１０バールａ）であり得る。
【００３２】
ＰＨＴＬは、バルブ３０５、３０６、及び３０７、並びに補足加熱器（３０４）などの追加の機器、サブ・システム、及び装置も含み得る。これらの追加の機器、サブ・システム、及び装置は、プラントがアイドル状態又は低容量になる可能性がある期間にＰＨＴＦを予熱するために使用され得る。これらはまた、ＰＨＴＬ、又はシステム１００、２００、７００、８００、９００、１４００、１５００、１６００、１８００、１９００、及び／若しくは２０００の他の部分の開始を支援するため、又はプラントの負荷若しくはＰＨＴＦの温度を大幅に変更するために使用され得る。
【００３３】
サブ・システム１は、１つ又は複数のポンプ（３０２）を含み得る。図３は、経路、パイプ、導管、及び／又はバルブ（３０５、３０６、３０７）のシステムを介して貯蔵タンク（３０１）からＨＶＨＳ（３０３）まで循環して、ＰＨＴＦの第１の部分を、経路３２２を介して３０３に導き、ＰＨＴＦの第２の部分を、バルブ３０５の制御下で経路３３０を介して３０３をバイパスするように導くために使用され得る、単一のポンプ（３０２）を示す。バルブ３０５は、経路３２４を介して導かれるＰＨＴＦの温度を制御するように調整され得る。経路３２４内のＰＨＴＦの温度が所望の温度よりも低い場合、バルブ３０５は、経路３２２及び３２３を介してより多くのＰＨＴＦを３０３に導き、経路３３０を介してより少ないＰＨＴＦを導くように調節され得る。それに対し、経路３２４内のＰＨＴＦの温度が所望の温度を超える場合、バルブ３０５は、代わりに、経路３２２及び３２３を介してより少ないＰＨＴＦを３０３に導き、経路３３０を介してより多くのＰＨＴＦを導くように調節され得る。ＰＨＴＦは、経路３２４から、システム１００、２００、７００、８００、９００、１４００、１５００、１６００、１８００、１９００及び／若しくは２０００によって例示される発電プラントへの経路１０１に導かれ得るか、又はバルブ３０７及び経路３２６を介してタンク３０１に再循環させるための経路３２５を介するように導かれ得る。経路１０１を介して導かれたＰＨＴＦは、経路１１２を介してバルブ３０７に戻され、タンク３０１に戻され得る。
【００３４】
ＰＨＴＦは、経路３２７及びバルブ３０６、並びに補助加熱器３０４への経路３２６、次いで経路３２９に導かれて、タンク３０１に戻り、タンク３０１内に貯蔵されたＰＨＴＦを加熱することができる。これは、プラントの開始若しくは停止手順中、及び／又は様々な経路、タンク、若しくは機器内の最低許容温度を維持するために、３０３による低熱生産時にＰＨＴＦを加熱する必要があることを意味する。
【００３５】
図３は、サブ・システム１の配置の一例である。追加の貯蔵タンク、追加のポンプ、並びに代替の制御システム及び方法を提供するために、他の多くの配置が提供され得る。たとえば、図３は、ＰＨＴＦを３０１から３０３と発電プラントとの両方に循環させるための単一のポンプ・サービスを示しているが、ＰＨＴＦを３０１から３０３に循環させ、３０１に戻すための独立したポンプ・サービス、及びＰＨＴＦを３０１から経路１０１を介して発電プラントに循環させ、経路１１２を介してＰＨＴＦを３０１に戻す別のポンプ・サービスを用いた代替の配置が使用され得る。独立した高温ＰＨＴＦタンク及び低温ＰＨＴＦタンクを用いて、低温タンクからのＰＨＴＦを、発電プラントに導かれた第１の部分、高温タンクに戻される第２の部分、及び高温タンクから発電プラントに循環され、次いで低温タンクに戻される第３の部分によって、３０３に循環させるようにする、他の配置が使用され得る。
【００３６】
図１及び図２を参照すると、ＩＨＴＬは、大気、加湿空気、水蒸気、ヘリウム、アルゴン、二酸化炭素、キセノン、ネオン、水素、及びクリプトンを含む空気の他の成分、他の液体及び気体、又はいくつかの気体若しくは液体の混合物などの再循環ＩＨＴＦを含み得る。ＩＨＴＬはまた、任意の１つ又は複数の循環ファン（７）、ポンプ（５）及び／又はコンプレッサ（７）、並びにＰＨＴＦからＩＨＴＦに熱を伝達し、次いでいくつかの発電サイクル・ループ（ＰＣＬ：Ｐｏｗｅｒ  Ｃｙｃｌｅ  Ｌｏｏｐ）内で循環され得るＰＣＦに熱を伝達するための任意の１つ又は複数の熱伝達装置（たとえば、コイル１６０〜１６９）も含み得る。ＩＨＴＬは、最小圧力約１０ｋＰａ（０．１バールａ）及び最大圧力約１ＭＰａ（１０バールａ）で運転することができるが、はるかに高い圧力が可能である。運転圧は、局所的な大気圧に近いが、いくらか高くなる可能性がある。運転圧は、ＩＨＴＬを囲む構造（たとえばサブ・システム１９９）の圧力定格及び／又は真空定格を最小限にするように選択され得る。ＩＨＴＬの圧力を上げると、様々な熱伝達装置（たとえば、コイル１６０〜１６９）の性能（すなわち、熱伝達率又はサイズの縮小）を向上させることができるが、少なくともＩＨＴＬエンクロージャのコスト及び複雑性が増す可能性もある。実用的な設計では、ＩＨＴＬエンクロージャ（サブ・システム１９９）及び熱伝達装置（たとえば、コイル１６０〜１６９）の可能なサイズ縮小を、そのエンクロージャの圧力定格及び構造の複雑性と対比して考慮することができる。
【００３７】
さらに、ＩＨＴＬエンクロージャのコスト及び複雑性をなお一層軽減するために、ＩＨＴＬエンクロージャは、圧力リリーフ用及び／又は真空リリーフ用のドア又はパネルを含み得る。たとえば、通常、ガス・タービンの空気入口プレナム及び排気プレナムに、おもり安全弁、パネル、及びドアを設置して、これらのプレナムのエンクロージャの過大圧力及び／又は過小圧力を防止することができる。同様の方法で、ＩＨＴＬ内に同様の装置を設置して、ＩＨＴＬエンクロージャの過小圧力及び／又は過大圧力を防止することができる。たとえば、過小圧力は、エンクロージャ内のＩＨＴＦの平均温度の冷却によって引き起こされる可能性がある。過大圧力は、エンクロージャ内のＩＨＴＦの平均温度の逆の上昇、又は、さらにはいくつかの熱伝達装置のうちの１つの故障（たとえば、コイル１６０〜１６９のうちの１つ又は複数のチューブの漏洩又は破裂）によって生じ得るＰＣＦ若しくはＰＨＴＦのＩＨＴＬエンクロージャへの漏洩によっても引き起こされる可能性がある。
【００３８】
このような過小圧力又は過大圧力装置の計画外の作動を回避するために、制御システムを設けて、ＩＨＴＬ内のＩＨＴＦの質量又はモルを定期的に調整することができる。たとえば、制御システムを使用して、ＩＴＨＬの圧力を、ＩＨＴＬ圧力の前述の範囲内の圧力設定値の１％、２％、３％、５％、１０％、又は２０％以内に維持するように、ＩＨＴＦを追加又は除去することができる。具体的には、サブ・システム１９９（ＩＨＴＬ）内の圧力が所望の圧力を下回っている場合、バルブ及び／又はポンプ若しくはコンプレッサ（図示せず）を介して、外部ソース、リザーバから、又はさらには大気から、追加のＩＨＴＦがＩＨＴＬに追加され得る。或いは、ＩＨＴＬ内の圧力が所望の圧力を超えている場合、同様のバルブ及び／又はポンプ若しくはコンプレッサ（図示せず）を介して、ＩＨＴＦの一部が除去され、外部ソース、リザーバに戻されるか、又はさらには大気に排出され得る。
【００３９】
さらに、ＩＨＴＬの運転圧は、ＩＨＴＬとＰＨＴＬとの間の圧力差を低減するように選択され得る。ＰＨＴＬは、ＰＨＴＬ、ＩＨＴＬ、及びＰＣＬの最高運転温度を必要とすると想定され得る。その結果、ＰＨＴＬは、クリープ変形及び／又は腐食などの冶金学的状態にさらされる可能性のある構成要素の構築に、特別な高温合金を必要とする場合がある。ＰＨＴＬとＩＨＴＬの圧力間の圧力差を最小限に抑えることは、ＰＨＴＬ構成要素の応力を低減し、一般的なパイピング用、特に熱伝達装置のチュービング、プレート、又は同様の構成要素用に、より安価な金属合金、及び／又はパイプのより小さいスケジュール（すなわち、パイプ若しくはチューブの直径に関連したより薄い肉厚、又は厚みを小さくしたプレート）の使用を可能にすることになる。パイプのスケジュールを下げると、パイピング若しくはチュービング又はプレートの熱伝導抵抗が減少することによって、熱伝達装置内の熱伝達係数が向上するという利点がある。特に、一般に、より高コストのニッケル、コバルト、モリブデン、及びクロムベースの合金が必要になる可能性があるので、パイプのスケジュールを下げると、ＰＨＴＬの様々な構成要素を構築するための材料費も削減される。ＩＨＴＦの圧力は、局所的な周囲圧力よりもいくらか高く、ＰＨＴＦからＩＨＴＦに熱を伝達する様々な熱交換装置におけるＰＨＴＬの最小圧力よりも低くなる可能性がある。ＰＨＴＦに対するＩＨＴＦの圧力が低いため、ＰＨＴＦの漏洩が確実にＰＨＴＬからＩＨＴＬに発生することになる。
【００４０】
ＰＨＴＬは、発電プラントと直接連通しているＰＨＴＬの最も高い部分からこれらの様々な熱交換装置の位置までの高さの変化と一致する最小圧力を有し得る。一例として、比重２．０の溶融塩をＰＨＴＦとして使用し、ＰＨＴＬの最高点がこれらの熱交換装置よりも１００ｍ高くなり得る場合、最大圧力差は約２ＭＰａ（２０バール）と予想することができる。高低差が小さい用途、又はＨＶＨＳ（３０３）と発電プラントの間の経路内に貯蔵タンクが配置されている用途の場合、最大圧力差は１ＭＰａ（１０バール）、又は０．５ＭＰａ（５バール）、又は０．２ＭＰａ（２バール）であり得る。これは、ＰＨＴＦが超臨界又は超超臨界ランキン・サイクル発電プラントにおいて蒸気などのＰＣＦに直接熱を伝達する必要がある場合の数十ＭＰａ（数百バール）以上の圧力差とは対照的である。さらに、このような発電プラントでは、シェル・アンド・チューブ熱交換器が必要になる可能性が最も高く、発電所規模の発電プラントでは並列の複数の熱交換器が必要になる可能性が非常に高い。これらの複数の並列シェル・アンド・チューブ熱交換器は、停止から開始、部分負荷、全負荷運転までのプラント運転モード中の潜在的な熱成長及び配管の動きを克服するために、複雑な配管構成を必要とする場合がある。
【００４１】
ＩＨＴＬは、熱成長がないことに加えてＩＨＴＦを再循環させるための追加のダクティングを可能にするようにサポートされた様々な熱伝達装置用の熱伝達コイル（たとえば、コイル１６０〜１６９）を備えたガス・タービン・コンバインド・サイクル排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Ｈｅａｔ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｔｅａｍ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）のガス・タービン排気／煙道ガスの流路のような、ＩＨＴＦの構造及び流路を組み込むことができる。ＩＨＴＬは、局所的な周囲圧力に近いが一般的にはわずかに高い圧力で運転し得るため、ＩＨＴＬのＨＲＳＧのような流路の構造は、ＰＨＴＦ及びＰＣＦに必要となり得るより大きな熱伝達コイルに必要なより大きな断面積（流路面積）に対応するようにスケーリングされ得るので、ＨＲＳＧ構造と同様の構成により、商用のシェル及びチューブの制限なしに、小規模から発電所規模の発電プラント用の熱伝達コイルの容易なスケーリングが可能になる。
【００４２】
水平配置（図１）の場合、循環を維持するために循環ファン又はブロワ又はコンプレッサ（７）を設けることができ、再循環速度を調節するためにダンパ又は同様のシステム（６）を設けることができる。代替として、再循環速度を調節するために、ブロワ（７）の運転特性（ガイド・ベーン及び／又は回転ブレード／ベーンの位置又は運転速度）を調整することができる。循環ファン又はブロワ（７）を伴い、ダンパ（６）を伴うか又は伴わないこの構成では、ＩＨＴＦの再循環速度が所望の流量よりも小さい場合、ブロワ（７）の運転速度が上昇され得るか、ブロワの入口ガイド・ベーンがより開いた位置若しくは角度に移動され得るか、回転ブレード若しくはステータ・ベーンがより開いた位置若しくは角度に移動され得るか、又はダンパ（６）がより開いた位置若しくは角度に移動され得る。或いは、ＩＨＴＦの再循環速度が所望の流量よりも大きい場合、ブロワ（７）の運転速度が低下され得るか、ブロワの入口ガイド・ベーンがより開いていない位置若しくは角度に移動され得るか、回転ブレード若しくはステータ・ベーンがより開いていない位置若しくは角度に移動され得るか、又はダンパ（６）がより開いていない位置若しくは角度に移動され得る。
【００４３】
垂直配置（図２）の場合、ＩＨＴＬ内の高温と低温のＩＨＴＦの異なる浮力からの自然循環を促進するために、様々な熱伝達装置（コイル１６０〜１６９）は、ホット・レッグ及びコールド・レッグ又はホット・セクション及びコールド・セクションを作成するように配置され得る。図１のように任意選択でブロワ（７）を使用することができ、且つ／又はダンパ・システム（６）を使用して再循環速度を調節することができる。
【００４４】
この自然循環は、ＩＨＴＬのホット・レッグとコールド・レッグの密度の違いから生じる。このような循環を駆動する差圧は、異なる密度の流体のカラムに適用される場合、アルキメデスの原理を使用して推定することができる。循環を駆動する差圧は、ホット・レッグ及びコールド・レッグの平均高さにホット・レッグ及びコールド・レッグの密度差を乗じ、局所的な重力定数（たとえば、９．８ｍ／ｓ／ｓ）を乗じたものにほぼ等しくなり得る。たとえば、気温差４００℃、ホット・レッグ及びコールド・レッグの高さ１００ｍのほぼ大気圧の乾燥空気は、約０．５ｋＰａ又は約５０ｍｍＷＧの差圧を生成し得る。いくつかの実施例では、自然循環と強制循環の組合せを用いて、ブロワ（７）から必要な差圧を低減することができ、したがって、この再循環ブロワ（７）を駆動するために必要とされる電力を低減することができる。
【００４５】
発電サイクル・ループ（ＰＣＬ）は、水（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、空気の他の成分、様々な炭化水素流体、又はＰＣＬ内で発生する圧力及び温度の範囲で相変化若しくは実質的な密度変化を受ける可能性のある他の流体が含まれ得る再循環ＰＣＦを含み得る。これは特に、ＰＣＬ全体で臨界圧力及び／又は臨界温度を超える条件に留まる可能性があり、したがって厳密には相変化を受けない、ＣＯ２又は同様の流体を含むＰＣＦを含むと理解されるべきである。ＰＣＬは、ＩＨＴＦからＰＣＦに、またいくつかの実施例では、ＰＣＦの少なくとも一部からＩＨＴＦの少なくとも一部に熱を伝達するため、且つ、最終的には、電力に変換されない熱を、凝縮器であり得る１つ又はいくつかの冷却器（１２）へ、又は工業プロセス加熱、熱淡水化、若しくは同様の用途を含むがこれらに限定されない他の外部の加熱用途のために外部の熱消費者へ排出するための、１つ又は複数の熱伝達装置（たとえば、コイル１６０〜１６９の少なくとも１つ）をさらに含み得る。熱伝達装置は、サイクルのあるポイントにおけるＰＣＦからサイクルの別のポイントに熱を伝達することもできる。
【００４６】
発電サイクルは、一般にランキン・サイクル発電プラント、超臨界ランキン・サイクル発電プラント、超超臨界ランキン・サイクル発電プラント、又は他の種類を含むことが知られている構成要素及びサブ・システムを含み得、これらの種類のうち主な違いは、蒸気ランキン・サイクル・プラントの場合は最大圧力１０ＭＰａ〜４０ＭＰａ（１００バール〜４００バール）、最高温度３５０℃〜７５０℃で、発電サイクル内の圧力が最も大きく温度が最も高いことである。将来のランキン・サイクル発電プラントは、これらの条件を６０ＭＰａ（６００バール）及び９５０℃以上に拡張する可能性がある。他のＰＣＦは、流体の熱安定性、熱伝達、発電サイクル構成要素の冶金学、及び同様の効果に基づいて、他の最大圧力及び最高温度に制限され得る。
【００４７】
さらに、発電サイクルは、ブレイトン・サイクル、カリーナ・サイクル、及び当業者に知られている他の発電サイクルを含む、上記のランキン・サイクルのうちの１つ以外の圧縮式サイクルとすることもできる。ブレイトン・サイクルの場合、ＰＣＦは、ＰＣＬの圧力及び温度の範囲内で相変化を必要とせずに選択されることになる。ブレイトン・サイクルの運転温度は、当業者に一般に知られている材料及びシステムに基づいて、１６５０℃まで高くなる可能性がある。しかしながら、冶金及び非金属、セラミック、金属とセラミックのハイブリッド材料の将来の進歩により、ブレイトン・サイクルにさらに高い温度（おそらく、２０００℃程度の高さ）がもたらされる可能性がある。
【００４８】
ＩＨＴＦからＰＣＦに、又はＰＣＦからＩＨＴＦに熱を伝達する装置内のＰＣＦの運転圧は、ＩＨＴＦの運転圧よりも高くなる可能性がある。ＰＨＴＦからＩＨＴＦに熱を伝達する装置内のＰＨＴＦの運転圧も、ＩＨＴＦよりも高くなる可能性がある。したがって、ＰＣＬ又はＰＨＴＬのいずれかで漏洩が発生した場合、ＰＣＦ及び／又はＰＨＴＦはＩＨＴＬに漏洩することになる。ＰＨＴＦ又はＰＣＦのいずれかによるＩＨＴＬの汚染が発生した場合に監視及び／又は警告するために、検出器を設けることができる。このような検出器には、当業者によって知られているものが含まれ、湿度センサ、導電率センサ、ダスト・センサ、質量分析計、及びガス・クロマトグラフが含まれ得るが、これらに限定されない。したがって、他の液体又はＩＨＴＦによるＰＣＦ又はＰＨＴＦの汚染のリスクは、実際にはあり得ないわけではないにせよ、非常に低くなる可能性がある。
【００４９】
発電サイクルについて要約すると、ＰＣＦは、サイクルのほぼ最も低い圧力及び温度で冷却器又は凝縮器（１２）を出ることができる。ＰＣＦは、液相（たとえば、水）又は濃密相流体（たとえば、超臨界ＣＯ２）の場合があり、１つ又は複数のポンプ又はコンプレッサ（１１）を用いて、高圧までポンプで送られるか又は圧縮され得る。この高圧は、ＰＣＦの臨界圧力を上回るか又は下回る場合がある。次いで、ＰＣＦは、最初に、ＩＨＴＦから熱を伝達するための熱伝達装置（たとえば、コイル１６０〜１６９のうちの少なくとも１つ）の組合せ、発電サイクルの別の部分からのＰＣＦ、発電サイクルの別の部分からのＰＣＦとの直接接触、及び／又はこれらの組合せによって加熱され得る。このような最初の加熱に続いて、ＰＣＦは、たとえば図１及び図２のコイル１６０、１６２、及び１６４のうちの少なくとも１つを使用してＩＨＴＦと熱交換し、それによりＩＨＴＦの温度を下げることによって、さらに加熱されて、液体を気化させるか、又は温度を所望の温度Ｘ℃、たとえば３５０℃、４００℃、４５０℃、５００℃、５５０℃、６００℃、６５０℃、又は７５０℃以上もの温度まで大幅に上げることができる。その後、ＩＨＴＦは、たとえば図１及び図２のコイル１６１、１６３、及び１６５のうちの少なくとも１つを用いてＰＨＴＦの一部と熱交換することによって、所望の温度Ｙ℃、たとえば約５５０℃、６００℃、６５０℃、７００℃、又は８００℃以上もの温度まで再熱され得る。
【００５０】
ＰＣＦを所望の温度に加熱した後、ＰＣＦは、タービン（たとえば、ＨＰタービン）を介して圧力を中間圧力レベルまで低下されて、これにより、電力が生成され、有用な方法で発電機又は同様の電力変換装置に供給される。現時点で中間圧力レベルのＰＣＦは、たとえば図１及び図２のコイル１６６を介してＩＨＴＦと熱交換し、ＩＨＴＦの温度を再び下げることによって、同様の高さの温度又は異なる温度に再熱され得る。ＩＨＴＦは、たとえば図１及び図２のコイル１６７を介して、ＰＨＴＦと熱交換することによって再び再熱され得る。
【００５１】
ＰＣＦの再熱後、ＰＣＦは、別のタービン（たとえば、ＭＰタービン）を介して圧力をさらに低い圧力レベルに再び低下させることができ、これにより、再び電力が生成され、有用な方法で供給される。
【００５２】
ＰＨＴＦの一部と熱交換することによってＩＨＴＦを所望の温度Ｙ℃まで加熱し、次に、ＰＣＦを所望の温度、たとえばＸ℃まで加熱し、タービン装置（たとえば、ＨＰタービン、ＭＰタービン、及び／又はＬＰタービン）を介してＰＣＦの圧力を低下させて、有用な方法で電力を生成及び供給するというこのシーケンスは、所望の低圧に達するまで数回繰り返すことができ、ＰＣＦは、外部システム、たとえば周囲空気、冷却塔（１３）又は同様のシステムに残留熱を排出することによって熱伝達装置（たとえば、１２）内で冷却される。この時点で、ＰＣＦは再びポンプ又はコンプレッサ（１１）に流れ、再び再循環される。
【００５３】
ＩＨＴＦは再循環され、ＰＨＴＦから熱を吸収することによって順番に加熱され、次いで発電サイクル・プロセス内の複数のポイントでＰＣＦに熱を放出することによって冷却され得る。ＩＨＴＦの温度は、約Ａ℃とすることができ、ＩＨＴＦが少なくとも１つの再循環ファン、ブロワ、又はコンプレッサ（７）に入る前は、Ａ℃は、約２０℃、４０℃、６０℃、８０℃、１００℃、又は２００℃もの温度である。さらに高い温度も許容されるが、このような再循環ファン、ブロワ、又はコンプレッサを介してＩＨＴＦの圧力を上げるために必要な電力は、このファン、ブロワ、又はコンプレッサに入るＩＨＴＦの絶対温度に比例することが当業者には認識されており、したがって別の潜在的な利点がこのより多い電力要件よりも重要でない限り、より低い温度を使用することができる。
【００５４】
いくつかの実施例では、ＩＨＴＦは、温度Ａまで冷却した後、（たとえば、ＩＨＴＦが水蒸気又は加湿ガスである場合に）相変化又は部分的な相変化を受ける場合がある。任意選択で、分離器（４）及び復水ポンプ（５）を使用して、ＩＨＴＦの凝縮部分を（７）と並列してポンプで送り、サブ・システム１９９に入る前に蒸気部分と液体部分を混合するか、代替として、蒸気部分がサブ・システム１９９内の第１の熱交換装置に入った後に液体部分を注入又は噴射して、液体部分が完全に気化されることを保証することができ、第１の熱交換装置内の液体部分の気化によって熱伝達速度を高めることもできる。
【００５５】
次いで、（たとえば、図１及び図２のコイル１６０を用いて）ＰＣＦと熱交換することによって、ＩＨＴＦを中間温度ＥＴＣまで加熱することができ、Ｂ℃は、約８０℃〜約４００℃又は約５００℃とすることができる。次いで、（たとえば、図１及び図２のコイル１６１を用いて）ＰＨＴＦの一部と熱交換することによって、ＩＨＴＦを温度Ｃ℃までさらに加熱することができ、Ｃ℃は、約４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、又は最大約８００℃以上である。
【００５６】
たとえばＩＨＴＦをＰＨＴＦの一部と共に加熱することによってＩＨＴＦと熱交換し、次いで、（たとえば、コイル１６０〜１６９のうちの少なくとも２つを使用して）その熱を、ＰＣＦが温度Ｘ℃に達するまでＩＨＴＦからＰＣＦに伝達することによって、ＰＣＦがさらに加熱され得る。このシーケンスのステップ数は、ＰＣＦの流量、ＩＨＴＦの流量、ＰＨＴＦの供給温度、ＰＨＴＦの最低運転温度、中間体とＰＨＴＦの間の熱交換器アプローチ温度を含む様々な温度、又は前述の２つ以上の任意の組合せを考慮することによって決定され得る。各ステップでの熱伝達表面積（有効面積）は、様々な流体の利用可能な温度差及び組み合わせた熱伝達係数に基づいて選択され得る。
【００５７】
特定の実施例では、温度ＥＴＣは、ＰＨＴＦの最低許容運転温度と同じ、同様、又はそれよりも高くなるように選択され得る。この最低温度は、溶融塩の融点、熱伝達油の流動点によって、又はＰＨＴＦの流動性に関連する何らかの他の方法で決定され得る。場合によっては、第１のＰＨＴＦの溶融温度よりも低いＩＨＴＦの最低運転温度を有し得るそれらの熱伝達装置に対して、第１のＰＨＴＦよりも低い溶融温度を有する第２のＰＨＴＦを使用することが有利である可能性がある。この場合、第２のＰＨＴＦは、第４のループで循環して加熱され、高価値熱源によって直接、又は少なくとも１つの熱交換装置を介して第１のＰＨＴＦによって加熱され得る。
【００５８】
ここで図４を参照すると、様々な熱伝達装置の熱伝達効率を制御するために、ＩＨＴＦの流量は、制御面、調整可能な速度のファン、ブロワ、若しくはコンプレッサ、又は他の手段を使用して調整され得る（図４、並びにアイテム６及び／又は７を参照）。この流量を所望の設定値に到達するよう調整するために、ＩＨＴＬ内の様々な測定値、たとえば温度又は温度差が使用され得る。ＩＨＴＦ入口温度からＰＣＦ加熱器のＰＣＦ出口温度を引いた「高温側」の差が、ＩＨＴＦ出口温度から、固定又は可変の温度マージン設定値を増減した同じ加熱器のＰＣＦ入口温度を引いた「低温側」の差が等しくなり得るように、ＩＨＴＦの流量が調整され得る。低温側アプローチ温度は、ターゲット熱交換装置の高温側アプローチ温度に固定又は可変のマージン又は設定値を増減した温度に等しいか、又は同様であり得る。可変である場合、この温度マージン設定値は、ＩＨＴＦ流量、ＰＣＦ流量、ＰＨＴＦ流量、生成された正味電力、及び／又は生成された総電力に少なくとも部分的に基づいて、決定又は推定され得る。
【００５９】
高温側と低温側の温度差を測定又は決定するには多くの可能な方法があり、すべてが、ＩＨＴＦ流量を調整するためのベースとして使用するために同等の効果を有し得ることが明らかとなるはずである。たとえば、ＩＨＴＦの温度は、熱伝達装置への入口及び出口ＩＨＴＦストリームに近接する第１及び第２の位置で測定又は決定することができ、同様に、ＰＣＦの温度は、熱伝達装置へのＰＣＦ出口及び入口に近接する第１及び第２の位置で測定及び決定することができ、次いで、第１のＩＨＴＦとＰＣＦ位置との温度差から高温側の差を算出することができ、第２のＩＨＴＦとＰＣＦ位置との温度差から低温側の差を算出することができる。この高温側の差と低温側の差との差が０の場合、これらは平衡状態である。第１のＩＨＴＦ位置と第２のＰＣＦ位置の温度の合計から、第２のＩＨＴＦ位置と第１のＰＣＦ位置の温度の合計を引いた温度を算出することによって、同等の結果を得ることができる。この結果が０の場合、高温側と低温側のピンチは平衡状態である。別の方法では、個別の温度を測定する必要はないが、これらの温度差を直接測定する必要がある。たとえば、熱電対が、所望の測定位置と基準位置の温度差を測定する。この基準位置が別のストリーム位置として選択されている場合、温度差を直接測定することができる。同様に、サーミスタを同様の方法で使用して、温度差を直接測定することができる。加えて、１つ又は複数のホイートストン・ブリッジ、又は当業者に知られている同様の装置を使用することによって、２対の温度位置間の差を直接測定又は決定することができる。本開示の目的のために、高温側の差が低温側の差に類似している程度を確認又は定量化するためのこれらの手段又は方法のそれぞれは、ＩＨＴＦ流量の調整について同等である。
【００６０】
この方法を使用して平衡化し、それにより１つ又はいくつかの熱伝達装置の高温側又は低温側のピンチを回避することができる。加熱器のうちの１つ又は複数をこれらの温度差のベースとして選択することができ、高低の結果、様々な平均化、又は最適化方法に基づいて選択された加熱器が、個別に使用されて、ＩＨＴＦ流量の調整に入力を提供することができる。
【００６１】
図５は、１つ又は複数の実施例による、ＰＨＴＦの各部分の流量を管理するための例示的な制御方式を示す。各ＩＨＴＦ加熱器へのＰＨＴＦの各部分の流量は、これらの加熱器のそれぞれを出るＰＨＴＦの温度がＰＨＴＦの最低運転温度よりも高くなることを確実にするように選択及び／又は制御され得る。この制限制御は、各ＩＨＴＦ加熱器へのＰＨＴＦの一部分の動的流量制御に追加され得る。これらの各加熱器は一般に、加熱器の高温側のピンチ・ポイントに達するため、特定の加熱器へのＰＨＴＦ流量を効果的に使用して、加熱器からのＩＨＴＦの出口温度を制御することができる。
【００６２】
図６Ａは、ＩＨＴＦ流量が（両端矢印で示す）高温側と低温側のピンチを平衡化するように調整された場合のサンプル加熱器の温度プロファイルを示す。実線がＩＨＴＦの温度変化対熱流量を示し、破線がＰＣＦの温度プロファイルを示す場合、図６Ａを基準とすると、図６Ｂは、図６Ａ又は図６Ｃよりも低温側の温度差が小さく、図６Ａ又は図６Ｃよりも高温側の温度差が大きくなっている。これに基づいて、図６Ｂは図６Ａよりも低いＩＨＴＦの流量を示し、図６Ｃは図６Ａよりも高いＩＨＴＦの流量を示していると結論付けることができる。図６Ａがその所望の運転条件を示す場合、制御システムは、図６ＢのＩＨＴＦの流量を増加させ、図６ＣのＩＨＴＦの流量を低減することを選択することができる。しかしながら、６Ａで示す運転条件は、一般に最適条件とすることはできず、ＩＨＴＦ流量を増加させることで、全体的な熱伝達効率が向上し、一般に発電サイクルの全体的な効率が向上することが期待される。一方、発電プラントが低負荷で運転している期間中は、ＩＨＴＦ流量を低減し、高温側及び／又は低温側のピンチを熱流路の一部で０に近づけさせることで有効な熱伝達面積及び熱伝達係数を低減することによって、いくつかの熱交換装置（たとえば、図１及び図２のコイル１６０〜１６９）の有効性を下げることが効果的となり得る。
【００６３】
図７は、システム７００を示し、ＩＨＴＬが閉鎖及び再循環されるのではなく、主として一度通過する開ループの実施例である。ＩＨＴＦとして、周囲空気を使用することができる。システム１００及びシステム２００について説明されている他のＩＨＴＦの選択を使用することができる。一般に、開ループ・システムの場合の経済的な選択は周囲空気である。システム７００を使用すると、ＩＨＴＦは、周囲条件又は周囲条件に近い条件で、ストリーム７０１としてシステムに入ることができる。システム１００及び２００と同様に、ＩＨＴＦの流量は、ダンパ・システム（６）によって、又はファン若しくはブロワ若しくはコンプレッサ（７）、若しくは調整可能な特性を有する同様の装置によって調節され得る。最終的な熱伝達装置（たとえば、図７のコイル１６９）を使用してＩＨＴＦを冷却した後、ＩＨＴＦが大気（１３２）に排出され得ることを除いて、システム７００の他の特徴は、システム１００又はシステム２００と同様であり得る。ストリーム１３２の圧力及び温度は、「スタック損失」（すなわち、大気に排出されるＩＨＴＦの未使用エネルギー）を最小限に抑えるために、周囲条件に近い条件とすることができる。
【００６４】
冷却器又は凝縮器（１２）及び周囲熱除去システム（１３）は、エアフィン凝縮器又は同様の熱交換装置（７０２）を使用するシステム７００のＰＣＦの直接冷却によって置き換えることができる。ＰＣＦストリーム１６４を７０２に循環させて、ＰＣＦを冷却又は凝縮してストリーム１５０を形成することができる。システム１００及び２００と同様に、ポンプ又はコンプレッサ（１１）を使用して、ＰＣＦの圧力を上げてＰＣＦを再循環させることができる。装置７０２で示されているが、システム７００は、システム１００及び２００と同様の冷却器又は凝縮器（１２）を使用するように同様に配置することができる。同様に、システム１００、２００、及び他のシステムは、熱交換装置７０２と同様に配置することができる。
【００６５】
システム７００は、垂直に配置することもできる。ＩＨＴＬ内の高温と低温のＩＨＴＦの異なる浮力からの自然循環を促進するために、様々な熱伝達装置（たとえば、図７のコイル１６０〜１７１）は、ＩＨＴＬのホット・レッグ及びコールド・レッグ又はホット・セクション及びコールド・セクションを作成するように配置され得る。周囲入口（７０１）の位置は、ほこり及び他の大気汚染物質の侵入を回避するのに十分な高さに配置され得る。様々な熱伝達装置の汚れを最小限に抑えるために、７０１に入口調整装置（たとえば、微粒子フィルタ、水分分離器）を設けることができる。排気（１３２）は大気と同様の浮力を有し得るので、ストリーム１３２の排気出口は、１３２を加速するための装置（たとえば、ベンチュリ又は同様のもの）を組み込んで、大気拡散を高めることもできる。システム２００と同様に、システム７００の垂直の実施例もまた、ファン若しくはブロワ若しくはコンプレッサ（７）、及び／又はダンパ・システム（６）を組み込んで、ＩＨＴＦ流量制御、開始、及び設計外の運転を増強及び／又は促進することができる。
【００６６】
図８は、システム１００、２００、及び／又は７００の拡張であるシステム８００を示しており、タービン、ＨＰタービン、ＭＰタービン、及び／又はＬＰタービンのうちの少なくとも１つから抽出されたＰＣＦの少なくとも一部を使用してＰＣＦを予熱するための手段を含む。ランキン・サイクル・タービンからのＰＣＦの一部が抽出され、ＰＣＦを予熱するために使用され得る。一般に、この方策は、１次熱源を介してＰＣＦを加熱する前に、抽出したＰＣＦの気化熱を使用してＰＣＦを予熱することによって、全体的なサイクル効率を向上させる。図８に示すように、ＰＣＦストリーム１６４が凝縮器１２内で冷却及び／又は凝縮されて、ストリーム１５０を形成することができる。ストリーム１５０は、ポンプ又はコンプレッサ１１を介して圧力を上げる前、後、又はその間にＰＣＦストリーム８２０と混合され得る。ストリーム８２０は、サブ・システム８１０の後に抽出されたＰＣＦストリームの組合せによって形成されたストリームである。次いで、ファン／ブロワ／コンプレッサ７を介してＩＨＴＦの圧力を上昇させる前に（たとえば、ＩＨＴＦストリーム１３２から１２０）、圧力上昇後のストリーム１５０とストリーム８２０の組合せを使用して、たとえばコイル１６９を用いてＩＨＴＦから熱を伝達することができる。ストリーム１２０は、図８のＰＣＦストリーム１５２及びコイル１６０を介して再熱され得る。次いで、ＰＣＦストリーム８５０が、熱交換器サブ・システム８１０を使用して加熱され得る。図１０は、サブ・システム８１０を形成することができるカスケード熱交換器のサンプル構成を示す。
【００６７】
図９は、システム１００、２００、及び／又は７００の拡張であり、またシステム８００の代替であるシステム９００を示しており、システム９００のタービン、ＨＰタービン、ＭＰタービン、及び／又はＬＰタービンうちの少なくとも１つから抽出されたＰＣＦの少なくとも一部を使用してＩＨＴＦを予熱するための手段を含む。システム８００及び９００は、タービンから抽出されたＰＣＦの一部を使用して、通常であれは１次熱源、すなわちＰＨＴＦ／ＰＨＴＬからの加熱が必要になる別のストリームを予熱するという共通の目的を共有している。システム９００の場合、サブ・システム９１０を使用して、タービンから抽出されたＰＣＦの一部を使用してＩＨＴＦを予熱することができる。
【００６８】
システム１００、２００、７００、及び８００とは対照的に、システム９００は、コイル１６９からのＰＣＦを使用してＩＨＴＦを予熱するコイル１６０を、サブ・システム９１０に置き換える。サブ・システム９１０は、ＰＣＦ抽出（たとえば、８０１〜８０７）を使用してＩＨＴＦを予熱する。結果として、ＰＣＦストリーム１５２は、熱をＩＨＴＦストリーム１２０に伝達することによって冷却されないので、システム８００と同様にサブ・システム８１０による再熱を必要としない。また、システム８００と同様に、システム９００は、タービン抽出からの熱を使用して、凝縮器１２（又は７０２）内の環境に排出される熱を低減し、それによりサイクル効率を向上させる。
【００６９】
表１は、硝酸ナトリウムと硝酸カリウムの混合物であり得るか又はその混合物を含み得る溶融塩をＰＨＴＦとして、乾燥空気をＩＨＴＦとして、水／蒸気をＰＣＦとして使用するシステム９００の例示的な実施例を示す。この例では、高圧タービン入口条件が約３０ＭＰａ（３００バール）及び５５０℃であり、約５５０℃までの２段再熱である、２段再熱ランキン・サイクルが使用され得る。表１は、全体的なサイクル性能情報、それに続いて図９のいくつかのストリームの一覧をそれらの特性及び流量と共に提供する。
【００７０】
図１０は、図８に示すように、様々なタービンからのＰＣＦ抽出を使用して、ボイラ給水又はＢＦＷ（ｂｏｉｌｅｒ  ｆｅｅｄ  ｗａｔｅｒ）としても知られる１５２及び／又は８５０などのＰＣＦストリームを加熱するサブ・システム８１０の例示的な配置を示す。この配置では、一連の熱交換器（８２０ａ〜ｇ）が、ＰＣＦ抽出８０１〜８０７からＰＣＦ流体に熱を伝達する。ストリーム８０１〜８０７は、タービン、ＨＰタービン、ＭＰタービン、及び／又はＬＰタービンから異なる圧力レベルで抽出され、ストリーム８０１は、圧力及び温度が最も高いストリームであり、他の各ストリームは、前のストリームよりも圧力が低く、温度も低い可能性があるストリームである。この例では、ストリーム８０７の圧力が最も低い。図１０に示すように、ストリーム８０１が、（予熱されたＰＣＦの流れとの関連で）最後の熱交換器を通過し、次いでその圧力が、バルブ、制御バルブ、又はオリフィスなどの流量制御装置を通して降下し、ストリーム８０１は、次に抽出されたストリーム８０２と混合され得る。この混合されたストリームは、次の熱交換器を通過し、さらに圧力が降下して、次に抽出されたストリーム８０３と混合され得る。次に、すべてのストリームが、最終的にストリーム８０７の最小圧力まで降下され、第１の熱交換器８２０ｇを通過する。組み合わされたストリーム８２０は、（たとえば、ＰＣＦが水又は蒸気である場合は、水に）完全に凝縮され、次いで、ポンプ１１又は同様のポンプを介して、ストリーム１５１の圧力にポンプで送られ得る。
【００７１】
図１１は、図９に示すように、様々なタービンからのＰＣＦ抽出を使用して、１２０などのＩＨＴＦストリームを加熱するシステム９１０を示す。図示のように、ＩＨＴＦ予熱器９１０は、原理的には予熱器８１０に類似しているが、ＰＣＦを加熱するのではなく、ＩＨＴＦ予熱器９１０が漸進的に加熱される。たとえば、ＩＨＴＦ予熱器９１０は、熱交換装置（たとえば、コイル９２０．１〜９２０．７）及びＰＣＦ抽出（８０１〜８０７）の同様のカスケードを使用して、ストリーム１２０から１２１までＩＨＴＦを予熱することができる。
【００７２】
図１２は、提案する発電プラントの実施例のための一連の運転手順を示すチャートである。図１２は、ＰＨＴＦ及びＰＨＴＬを含む１次熱伝達システムを開始するための１つ又は複数の手順又はステップを示す。図１２は、発電システム１００、２００、７００、９００、１４００、１８００、１９００及び／又は２０００を始動するための運転手順をさらに含む。図１２は、制御された減速又は停止で発電システムを中止するための運転手順をさらに含む。
【００７３】
図１３は、本明細書で提供される１つ又は複数の実施例による、予熱器８１０又は予熱器９１０の温度対熱流量の一例を示すチャートである。チャートは、抽出されたストリーム及びＩＨＴＦから熱が伝達されるときの、抽出されたストリームの温度とＩＴＨＦの温度との関係を示す。抽出された５つのＰＣＦストリームが示されている。抽出数は、たとえば１から１０まで、又はそれ以上などの範囲とすることができる。
【００７４】
図１４は、１つ又は複数の実施例による、別の例示的なシステム１４００の概略図を示す。システム１４００は、高圧タービンの後にＰＣＦの１段再熱のみを備えた、システム９００の変形例を示す。この配置は、ＰＣＦがいくつかのタービンの少なくとも１つに導かれる前に、最初にＰＣＦをサブクール状態からその気化温度又はそれに近い温度に加熱し、次いで、主にＰＣＦを蒸発させる熱交換装置に、最終的にＰＣＦを過熱する熱交換器に向かうという、個別の熱交換装置を組み込むシステムではなく、ＰＣＦの貫流加熱を組み込むことができる亜臨界ランキン・サイクルなど、ＰＣＦの圧力又は温度が低い適用によく適している場合がある。表２は、硝酸ナトリウム及び硝酸カリウムを含む溶融塩をＰＨＴＦとして、乾燥空気をＩＨＴＦとして、水／蒸気をＰＣＦとして使用するシステム１４００の例示的な実施例を示す。このサンプルの実施例では、高圧タービン入口条件が約１４．４ＭＰａ（１４４バール）及び５２０℃であり、再熱が約５２０℃までの、１段再熱亜臨界ランキン・サイクルが使用され得る。表２は、全体的なサイクル性能情報を提供し、図１４のいくつかのストリームをそれぞれそれらの特性及び流量と共に一覧表示している。
【００７５】
システム１４００とシステム９００を比較すると、ＰＨＴＦからＩＨＴＦに、次いでＰＣＦに熱を伝達することで、１段再熱でそれほど複雑でないＰＣＦタービン・システムに対応できることがわかる。さらに、再熱のないＰＣＦタービン・システムにも対応でき、同様に２回より多い再熱のあるＰＣＦタービン・システムにも対応できると予測される。ＩＨＴＦからＰＣＦへの熱伝達コイルの数を増減することによって、またＰＨＴＦからＩＨＴＦへの熱伝達コイルの数を適切に変更することによって、多かれ少なかれ再熱に対応することができる。
【００７６】
図１５は、一連の熱伝達装置を利用してＰＨＴＦからＩＨＴＦに、次いでＰＣＦに熱を伝達するシステム１５００を示し、シェル・アンド・チューブ熱交換器又は同様の装置の使用によるＰＨＴＦからＰＣＦへの直接の熱伝達を用いている。システム１５００は、ＰＨＴＦからＰＣＦへの直接の熱伝達を示し、一般に、２段再熱を伴うこの超臨界ランキン・サイクル・システム用のシェル・アンド・チューブ熱交換器を使用している。このような直接の熱伝達を使用する実施例では、溶融塩をＰＨＴＦとして使用し、水又は蒸気をＰＣＦとして使用することができる。いくつかのシェル・アンド・チューブ熱交換器は、Ｅ−１０１、Ｅ−１０２、及びＥ−１０３の熱交換装置として機能するように群で配置することもできる。これらの熱交換器群は、直径１〜２ｍの熱交換器シェルのサイズに対する両方の実用限界により、１、２、４、８個、又はそれ以上の個別の熱交換器を含み得る。各熱交換器に水／蒸気及び溶融塩を供給するために、ヘッダ及びラテラルを備えた複雑な配管システムが必要になる場合がある。さらに、ＰＨＴＦは、このような熱交換器のチューブ側又はシェル側で使用され得る。チューブ側の場合、ＰＨＴＦの局所的な凍結が、チューブの一部又は多くを塞ぐ可能性があり、蒸気システムの最大数十ＭＰａ（数百バール）の設計圧力を満たすには、シェルの圧力定格が必要になる。代替として、熱交換器はＰＨＴＦをシェル側で使用して設計できるため、圧力定格に関する典型的なＡＳＭＥ２／３規則に従うことができる場合、熱交換器シェルの設計圧力を蒸気設計圧力のおそらく２／３に低減することができる。ＡＳＭＥ２／３規則に従わない場合、これらの熱交換器の圧力定格、シェル側の厚さ、及びコストを低減するために、交換器のシェル側（溶融塩側）に圧力逃がし弁を設置する必要がある可能性が非常に高い。圧力逃がし弁は、断続的な漏洩や流出の影響を受ける可能性があるので、これらの圧力逃がし弁の許容可能な信頼性及び性能を確保するには、ヒート・トレース及び断熱が必要となり、さらにヒート・トレースもセーフ・ティクリティカル・システムとなる。
【００７７】
熱交換器内のＰＨＴＦ塩の位置にどの設計オプションが使用されているかに関係なく、少なくともプラントの開始及び停止に関連する設計外の条件は非常に困難となる可能性がある。たとえば、熱交換器内でのＰＨＴＦの凍結を防止するには、停止期間中に各交換器からＰＨＴＦを排出してポンプで送り出し凍結を回避するための複雑なシステムが必要になる場合がある。代替の方法は、ＰＣＦタービンをバイパスし、高温のＰＣＦを複数の熱交換器に循環させてＰＨＴＦの最低流量温度を確実に維持するための複雑な配管システムを含み得る。このようなシステムは、停止状態から、ＰＨＴＬ及びＰＣＬの開始、全負荷への負荷のランプアップ、通常運転、ターンダウン運転、そして最終的にスピニング・リザーブ運転又は停止へ戻る移行を非常に複雑にする。
【００７８】
対照的に、システム９００（及び本開示の他の実施例）のいくつかのシステム（たとえば、ＰＨＴＬ、ＰＣＬ、及びＩＨＴＬ）は、ＩＨＴＦが他のシステム間の仲介役として機能するため、より独立した方法で運転され得る。プラントの停止中、プラントをアイドル状態にするために必要なシステムが最小限で済む可能性がある。このようなアイドル状態では、配管システムによる補助加熱器（たとえば、図３、アイテム３０４）を介したＰＨＴＦの小型循環、並びにブロワ（アイテム７）又は自然対流を経由するＩＨＴＦの小型循環により、ＰＨＴＬ全体の温度を、選択したＰＨＴＦの最低流量温度より上に維持することができる。このアイドル状態では、ＰＣＬが、循環される場合と循環されない場合があるが、ＰＨＴＦの流動性を確保するためには必要とされない。
【００７９】
代替の方法として、補助加熱器を使用して、停止又はアイドル状態中にＩＨＴＬ内の循環流を加熱し、ＩＨＴＦ及びＰＨＴＦを最低温度より上に維持して、ＰＨＴＦの流動性を確保することができる。或いは、ＰＨＴＦが実際に様々な熱交換装置（たとえば、図１及び図２のコイル１６０〜１６９）内の最低流量温度を下回った場合、ＩＨＴＦを加熱する補助加熱器を備えたＩＨＴＬの循環を使用して、ＰＨＴＦの流動性を回復させることができる。
【００８０】
プラントの開始又は停止中、いくつかのシステムは、比較的独立した方法で運転され得る。たとえば、蒸気ランキン・サイクル・プラントでは、タービン・バイパス・システムを使用して、生成された生蒸気（ＰＣＦ）の少なくとも一部又はすべてを、タービンではなく凝縮器に送ることを可能にすることができる。これにより、ＰＣＦタービンは、様々な加熱器とは独立して開始又は停止することが可能になる。さらに、ＩＨＴＬの追加により、システムは、ＰＨＴＬから大幅に独立して運転することが可能になる。ＩＨＴＬは、ＰＨＴＬの有無にかかわらずフル稼働で運転され得るが、補助加熱器と一緒に使用されて、開始時に他のシステムを徐々に加温するか、又は停止中に他のシステムを徐々に冷却することを可能にすることができる。ＩＨＴＬを介してＰＨＴＬシステムの一部を循環及び加温することにより、ＰＨＴＬは、１次熱源の可用性が変化するときに、流動性を確保し、プラント全体の開始及び停止を簡素化できるような状態に維持され得る。
【００８１】
図１６は、１段再熱ランキン・サイクルの適用例についてのシェル・アンド・チューブ熱交換器群などのＰＨＴＦからＰＣＦへの直接の熱交換器を採用する別の例示的なシステム１６００の概略図を示す。システム１４００と同様に、システム１６００は、サブクール状態のＰＣＦを加熱し、次いでＰＣＦを気化させ、次いでＰＣＦを過熱するための別個の熱交換装置ではなく、貫流加熱システムを使用するものとして示されている。システム１６００は、例示の貫流システムと、ＰＣＦの加熱用、蒸発用、及び過熱用の別個の熱交換装置を含むように例示を適合させたものとの両方を含むものとして見ることができる。システム１５００と同様に、システム１６００は、シェル・アンド・チューブ熱交換器を介したＰＨＴＬからＰＣＬへの直接の熱伝達を使用する。この場合は、１段再熱ランキン・サイクルの適用例が示されている。
【００８２】
図１７は、外部加熱器（たとえば、燃焼加熱器、補助ボイラ、電気加熱器など）を使用してＩＨＴＦを加熱するための開始用又は停止用加熱器として採用され得るＩＨＴＦ予熱器９１０の概略図を示す。この開始用又は停止用加熱システムを採用して、様々なＰＨＴＦ及びＰＣＦ熱交換装置及び配管網内の最低温度を維持し、プラント又はプラントの一部が小さい負荷又は熱負荷で開始中、停止中、停止状態、又は運転中の間にこれらのシステムの流動性を確保することができる。図１７は、図１１、及びＩＨＴＦ予熱器であるサブ・システム９１０に関連するものとして見ることができる。サブ・システム９１０については、発電プラントの通常運転中にＩＨＴＦを効率的に加熱するために、ＰＣＦタービンのうちの少なくとも１つのからのＰＣＦ抽出物と共に使用され得る装置又はシステムとして前に説明した。加えて、同じ装置若しくはシステム又はその変形を使用して、開始、停止、アイドル、スピニング・リザーブ、又はＰＨＴＬが最低温度を維持するための適切な加熱を提供しない、若しくはＰＣＬ、ＩＨＴＬ、及び／若しくはＰＨＴＬを含む様々なシステム並びに装置にとって望ましい温度勾配を提供しない同様の運転条件を含み得る設計外の運転中に、ＩＨＴＬを加温又は加熱することもできる。
【００８３】
サブ・システム９１０は、補助ボイラ、燃焼加熱器、電気加熱器、又はＰＨＴＬから独立しているか、又は少なくとも部分的に独立している別の熱源が含まれ得る補助加熱器と共に使用されて、循環ＩＨＴＦに熱を供給して、加温するか、又は様々なシステムの温度の加温速度又は冷却速度を制御することができる。図１７に示すように、単一のＰＣＦストリーム１７２０は、補助加熱器１７０１で加熱され、次いで、熱交換装置９２０．１〜９２０．７のうちの少なくとも１つを介してカスケードしてＩＨＴＦストリーム１２０を加温又は加熱し、ＩＨＴＦストリーム１２０が、加熱済みのＩＨＴＦストリーム１２１になる。ここで凝縮されたＰＣＦストリーム８２０は、加熱器１７０１に戻るための補助ポンプ１７０２であり得るボイラ給水（たとえば、ＰＣＦ）ポンプに導かれ得る。ＩＨＴＦの循環速度、ストリーム１７２１の循環速度及び／又は温度、並びに加熱器１７０１の熱出力を制御することによって、ＩＨＴＬ並びに関連するＰＨＴＬ及びＰＣＬシステムは、いくつかのプラント運転モードの必要に応じて加熱又は冷却され得る。
【００８４】
図１８は、システム１８００の概略図であり、システム１８００は、亜臨界ランキン発電サイクル・システム用に特別に構成されたシステム１４００の修正例又は変形例である。亜臨界システムに使用される場合、システム１４００はＰＣＦの貫流設計として説明され得る。すなわち、システム１４００は、１）気化温度で又は気化温度に近い温度でＰＣＦを予熱し、２）ＰＣＦを気化し、３）ＰＣＦを過熱するための明確に区別された熱交換装置を含まない。システム１８００は、これらの別個の熱交換装置を提供するためのシステム１４００の修正例である。コイル１６９は、ポンプ１１からＰＣＦストリーム１５１を受け取り、１５１を加熱して、ＩＨＴＦストリーム１２９と熱交換することによってストリーム１５２を生成することができる。ストリーム１５２は、その位置でのＰＣＦの気化温度に近いと予想される。次いで、ストリーム１５２は、少なくとも１つであるがおそらくはいくつかのストリームに分割され得、たとえば、ストリーム１８５３、１８５４、及び１８５５が図１８に示されている。これらのいくつかのストリームは、少なくとも１つであるがおそらくはいくつかの蒸発器ドラムに導かれ、たとえば、１８８０、１８８１、及び１８８２が図１８に示されている。いくつかの蒸発器ドラムのそれぞれは、サブ・システム１８９９に伸びる蒸発管又は蒸発器コイルに接続されて、少なくとも１つのＩＨＴＦストリーム（たとえば、１２２、１２５、及び１２８を図１８に示す）と熱交換し、ＰＣＦを気化させることができる。当業者は、蒸発管又は蒸発器コイルを通る流れが、蒸発するＰＣＦの熱サイフォン効果によって引き起こされ得ることを理解している。次いで、気化したＰＣＦは、少なくとも１つの蒸気ストリーム内に収集され（たとえば、１８５６、１８５７、及び１８５８を図１８に示す）、飽和蒸気ＰＣＦとしてストリーム又は経路１５５に導かれ得る。次いで、過熱ストリーム１５６がＨＰタービンに導かれる前に、少なくとも１つのＩＨＴＦストリーム（たとえば、ストリーム１２４を図１８に示す）と熱交換することによってさらに加熱するために、ストリーム１５５は、少なくとも１つの過熱装置（たとえば、コイル１６４を図１８に示す）に導かれ得る。
【００８５】
引き続き図１８、具体的にはＰＣＦストリーム１８５３、１８５４、及び／又は１８５５を参照すると、ＰＣＦが蒸発器ドラム及び蒸発器コイル内で気化され得るので、新たな液体ＰＣＦが追加され得るように、これらストリームのそれぞれの蒸発器ドラム、１８８０、１８８１、及び／又は１８８２へのそのストリームの流量は、一般に、その各蒸発器ドラム内で概念的に一定のレベルの液体ＰＣＦを維持するレベル制御バルブ又はレベル制御システムによって制御され得ることを、当業者は理解している。
【００８６】
図１９は、１つ又は複数の実施例による、別の例示的なシステム１９００の概略図を示す。システム１９００は、システム１８００の変形例であり、ＰＣＦ蒸発は、１つ少ない熱交換装置、たとえば１６２及び１６７によって実行され得る。図１９に示すように、ＰＣＦの大部分は、ＰＣＦをＩＨＴＦストリーム１２２で加熱することによって、蒸発器１９８１内で気化され得る。ＰＣＦの残りの部分は、ＰＣＦをＩＨＴＦストリーム１２７で加熱することによって、蒸発器１９８０内で気化され得る。図１９に示すように、ストリーム１２２は、コイル１６２に入る直前に、コイル１６１内のＰＨＴＦストリーム１０２によって加熱された。これに対して、ストリーム１２７は、コイル１６６内でＰＣＦストリーム１５８を再熱した後、ストリーム１２６から生成された。したがって、ストリーム１２７は、ストリーム１２２よりも熱くない可能性があり、コイル１６２内のストリーム１２２とは対照的にコイル１６７内のＰＣＦをそれほど蒸発させることができない可能性がある。しかしながら、コイル１６７内でＰＣＦの一部を気化させた後にストリーム１２７から生成されるストリーム１２８を使用することによって、コイル１６８からの（ストリーム１５２の）ＰＣＦ出口温度がＰＣＦの気化温度又はＰＣＦの気化温度に近い温度に維持され得ることは、予想外で驚くべきことである。
【００８７】
引き続き図１９に関連して、表３は、硝酸ナトリウムと硝酸カリウムの混合物を含む溶融塩をＰＨＴＦとして、乾燥空気をＩＨＴＦとして、水／蒸気をＰＣＦとして使用するシステム１９００の例示的な実施例を示す。このサンプルの実施例では、高圧タービン入口条件が約１４．４ＭＰａ（１４４バール）及び５２０℃であり、１つが同じく５２０℃に再熱する、１段再熱亜臨界ランキン・サイクルが使用され得る。表３は、全体的なサイクル性能情報を提供し、図１９のいくつかのストリームのそれぞれをそれらの特性及び流量と共に一覧表示している
【００８８】
図２０は、１つ又は複数の実施例による、別の例示的なシステム２０００の概略図を示す。システム２０００は、システム９００の変形例であり、より少ないＰＨＴＦ熱交換装置を組み込み、流量制御装置を使用してＰＣＦの流量を分割し、ＩＨＴＦ及びＰＨＴＦから利用可能な熱をより有効に活用する。システム２０００は、超臨界ランキン・サイクルの適用、又はＰＣＦの貫流加熱を伴う亜臨界の適用によく適している。サブ・システム２０９９内のいくつかの場所での、及び／又はいくつかの熱交換装置（たとえば、図２０に示すコイル１６１〜１６９）内の熱伝達を管理又は制御するために、コイル１６９内で予熱されたＰＣＦストリーム１５２は、少なくとも２つのストリームに分割され得、たとえば、２０５２及び２０５３が図２０に示されている。これらの少なくとも２つのストリームの流量は、１つ又は複数の制御バルブの動作によって調整され得る。図２０は、ストリーム１５２をストリーム２０５２及び２０５３に分割するための単一の三方弁２０６０を示しているが、これらのストリームの流量を調整するための他の多くの代替が当業者に知られている。これらのいくつかのストリームはそれぞれ、少なくとも１つの熱伝達装置に導かれ得る。図２０は、ＰＣＦストリーム２０５２がコイル１６６に導かれ、ＩＨＴＦストリーム１２６によって加熱され得、一方、ＰＣＦストリーム２０５３がコイル１６３に導かれ、ＩＨＴＦストリーム１２３によって加熱され得ることを示す。ＩＨＴＦストリーム１２３と１２６は共に、いくつかのコイルのうちの１つでＰＨＴＦストリームによって最後に加熱されてから他のＰＣＦストリーム（すなわち、それぞれストリーム１５６及び１６５）を加熱するためにすでに使用されているストリーム（すなわち、それぞれストリーム１２２及び１２５）によって生成される。したがって、ストリーム１２２及び１２５は、ストリーム１２２及び１２５に残っている残留熱の量に基づいて、ストリーム１５２がストリーム２０５２及び２０５３に分割されるときにストリーム１５２の大部分又は小部分を加熱する能力を有することができる。これらの２つのストリーム間の分割を調整するために、いくつかの制御方法が使用され得る。ストリーム２０５２対ストリーム２０５３に導かれた流れは、ストリーム２０５４及び２０５５の温度がほぼ等しくなるように調整され得る。この方法では、ストリーム２０５４の温度がストリーム２０５５よりも高い場合、ストリーム１５２のより多くの部分がストリーム２０５２に導かれるべきである。逆に、ストリーム２０５４の温度がストリーム２０５５よりも低い場合、ストリーム１５２のより少ない部分がストリーム２０５２に導かれるべきである。
【００８９】
代替の制御方法として、ストリーム２０５２対ストリーム２０５３に導かれた流れは、ＩＨＴＦストリーム１２４及び１２７の温度がほぼ等しくなるように調整され得る。この方法では、ストリーム１２７の温度がストリーム１２４よりも高い場合、ストリーム１５２のより多くの部分がストリーム２０５２に導かれ得る。逆に、ストリーム１２７の温度がストリーム１２４よりも低い場合、ストリーム１５２のより少ない部分がストリーム２０５２に導かれ得る。これらの２つの制御方法の説明は、ストリームの温度の同等性が、方法の妥当な目標であることを前提としている。しかしながら、場合によっては、それぞれのストリームの温度が−２０℃、−１０℃、−５℃、＋５℃、＋１０℃、又は＋２０℃異なるという温度差が、目標として使用され得る。他の場合には、エンタルピー又はエントロピーなど、それぞれのストリームの何らかの他の特性が、制御方法の目標として使用され得る。
【００９０】
引き続き図２０に関連して、表４は、硝酸ナトリウムと硝酸カリウムの混合物を含む溶融塩をＰＨＴＦとして、乾燥空気をＩＨＴＦとして、水／蒸気をＰＣＦとして使用するシステム２０００の例示的な実施例を示す。このサンプルの実施例では、高圧タービン入口条件が約３０ＭＰａ（３００バール）及び５５０℃であり、２つが同じく５５０℃まで再熱する、２段再熱超臨界ランキン・サイクルが使用され得る。表４は、全体的なサイクル性能情報を提供し、また図２０のいくつかのストリームのそれぞれをそれらの特性及び流量と共に一覧表示している。
【００９１】
前述のように、図２０は、超臨界ランキン・サイクルによく適し得る１つの配置を示す。表４は、正味電力出力１５０ＭＷ用に設計された例示的な配置のシミュレーションの詳細を提供する。この図示のサイクル・シミュレーションは、図２０にコイル１６１〜１６９として示されている各熱交換装置について想定される設計ベースを含む。これらのコイルは、１５０ＭＷの「全負荷」運転用にサイズ設定及びシミュレーションされており、ＰＨＴＦ供給温度が約６００℃、ＰＨＴＦ戻り温度が約５００℃、いくつかのコイル１６１〜１６９のそれぞれの表面積をサイズ設定及び決定するために使用され得る最低アプローチ温度が、ＰＨＴＦとＩＨＴＦの間で約３０℃、ＩＨＴＦとＰＣＦの間で約２０℃であると仮定している。これらの運転条件は、この実施例の例示であり、より大きい又はより小さい正味出力を有する同様のプラントの他の運転条件ももちろん可能であり、本開示によって十分に想定される。たとえば、ＰＨＴＦからＩＨＴＦへのコイルは、ＰＨＴＦの循環速度を犠牲にしてこれらのコイルの表面積を減らすように、ＰＨＴＦの供給と戻りの間のｄＴを低くして経済的に設計されている。全負荷時の表面積を増やしてＰＨＴＦ戻り温度を下げる、したがって全負荷時の循環速度を上げる他の設計オプションも可能である。
【００９２】
図２１は、この例示的な配置のいくつかのコイル１６１〜１６９のそれぞれに関する温度プロファイル・チャートを含み、「全負荷」と表示されている。図２１は、例示的なコイル１６１、１６４、及び１６７の熱伝達率に対する、ＰＨＴＦ温度とＩＨＴＦ温度の関係を示し、例示的なコイル１６２、１６３、１６５、１６６、１６８、及び１６９の熱伝達率に対する、ＩＨＴＦ温度とＰＣＦ温度の関係を示す。
【００９３】
例示的な発電プラントの設計外の運転をシミュレートするために、コイル１６１〜１６９によって表されるいくつかの熱伝達装置の有効な熱伝達領域が、表４によって与えられるような特定の運転条件に対して選択され、次いで凍結され得、それにより、発電プラントの性能及び特性を決定するために他の運転条件でシミュレーションが繰り返され得る。たとえば、発電プラントの５０パーセント（５０％）のターンダウン状態は、表４に示すように、いくつかの熱伝達装置の前記凍結有効領域を維持すること、一定のＰＣＦ運転圧及び温度条件を維持すること、一定のＰＨＴＦ供給圧力を及び温度を維持すること、並びにブロワ７において一定のＩＨＴＦ出口圧力を維持することによって、シミュレートされ得る。次いで、ＰＨＴＦ、ＩＨＴＦ、及びＰＣＦストリームのいくつかの流量が、（表４の１５０ＭＷに対して）７５ＭＷの正味電力を生成するように調整され、その他の条件が、発電プラントについての計算及びシミュレーションによって決定される。
【００９４】
ターンダウン条件では、ＰＨＴＦからＩＨＴＦへのコイルの低温側において、ＰＨＴＦの戻り温度がこれらのコイルに入るＩＨＴＦ温度に近づき限界で等しくなるような温度ピンチが発生すると予想するのが妥当である。具体的には、有効表面積及びＰＨＴＦ供給温度は一定に保たれるが、ＩＨＴＦ温度は、名目的に一定のままであるか、又はおそらく低下する可能性があると予想され得る。したがって、ターンダウン状態でより少ない熱を伝達するには、より小さい平均温度差が必要であり、コイルに入るＩＨＴＦとコイルから出るＰＨＴＦの間の温度差が減少することは明らかであるはずである。これは、図２１において、半負荷の場合と全負荷の場合のいずれかのコイル１６１、１６４、及び１６７の温度プロファイルのいずれかを比較することによって示されている。
【００９５】
ＰＨＴＦの局所的な「凍結」を回避するために、ＩＨＴＦ温度は、ＰＨＴＦの最低許容運転温度より上に維持され得る。ＩＨＴＦからの１次熱損失がＰＣＦへの熱伝達であるので、設計外の運転中、ＩＨＴＦの温度は、サブ・システム２０９９内で測定され得、ＩＨＴＦが、ＰＨＴＦの最低運転温度によって少なくとも部分的に決定される限界設定値に近づく場合、ＩＨＴＦ循環速度に対するＰＣＦ循環速度が低減され得る。図２０を参照すると、ＰＨＴＦからＩＨＴＦへの熱伝達コイル１６１、１６４、及び１６７の低温側に入るＩＨＴＦストリームであるストリーム１２１、１２４、及び１２７の温度が測定され得、これらの温度測定値のうちの少なくとも１つに依存するパラメータが限界設定値を下回る場合、ＩＨＴＦの流量の流量に対するＰＣＦの相対流量が低減され得るか、又は、ＩＨＴＦ温度が上げられ得る。この低減は、ＰＣＦ流量を低減すること、ＩＨＴＦ流量を増加させること、何らかの他の手段によってＩＨＴＦを増加させること、又はこれらの組合せによって達成され得る。逆に、前記パラメータが前記限界設定値を超えている場合、この限界制御方式の動作は不要であり、相対的なＰＣＦ対ＩＨＴＦ流量を制御するために、他の制御方式が採用され得る。このような限界制御方式の場合、及びこの例の場合、パラメータは、ストリーム１２１、１２４、及び１２７の最低温度、これらの温度の平均、又はこれらの温度のうちの１つによって少なくとも部分的に決定される何らかの他のパラメータに等しくなり得る。また、このような限界制御方式の場合、限界設定値は、ＰＨＴＦの最低許容運転温度、ＰＨＴＦの最低運転温度に５℃、１０℃、２０℃、５０℃、若しくは１００℃以上のマージンを加えた温度、又は少なくともＰＨＴＦの特性（たとえば、凍結温度又は溶融温度、粘度、流動点など）に依存する限界設定値と等しくなり得る。
【００９６】
５０％の正味電力で設計外の運転を生成するには、最初の推定では、ＰＣＦ、ＩＨＴＦ、及びＰＨＴＦの様々な流量も単純に５０％低減され得ることが予想され得る。しかしながら、予想外の驚くべき結果は、ＰＣＦストリームを除いてこの５０％の推定値が信頼できないこと、多くの運転条件の組合せが決定され得ること、及び決定論的制御方法を採用して、いくつかのＩＨＴＦ流量及びＰＨＴＦ流量を調整し、発電プラントの設計上及び設計外の運転のための運転条件の最適又はほぼ最適な組合せを提供し得ることである。図２１は、各コイルの前記「全負荷」温度プロファイルに加えて、５０％の電力の運転に関する各コイルの３つの追加の温度プロファイルも含む。これらの３つの追加の温度プロファイルには、コイル１６２に示される温度ピンチが低温側ピンチであるか、高温側ピンチであるか、又は高温側と低温側の間でほぼ平衡状態であるかを表すために、「平衡」、「低温」、「高温」のいずれかのラベルが付けられている。すなわち、コイル１６２の低温側ピンチの場合、ＩＨＴＦストリーム１２３の温度は、ＰＣＦストリーム１５５の温度よりわずかに高いだけである。コイル１６２の高温側ピンチの場合、ＩＨＴＦストリーム１２２の温度は、ＰＣＦストリーム１５６の温度よりわずかに高いだけである。平衡状態の場合、高温側と低温側の温度差は類似している。
【００９７】
表５は、「平衡」条件で５０％の電力で運転しているときの、図２０及び表４の例示的な実施例の詳細な結果を示す。ＰＣＦストリーム１５１、ＰＨＴＦストリーム１０１、及びＩＨＴＦストリーム１２０を参照すると、表５のＰＣＦ流量は、表４のＰＣＦ流量の５０％であり、表５のＰＨＴＦ流量は、表４のＰＨＴＦ流量の４５．１％であり、表５のＩＨＴＦ流量は、表４のＩＨＴＦ流量５１．１％である。
【００９８】
表６は、「低温側ピンチ」条件で５０％の電力で運転しているときの、図２０及び表４の例示的な実施例の詳細な結果を示す。表６のＰＣＦ流量は、表４のＰＣＦ流量の４９．８％であり、表６のＰＨＴＦ流量は、表４のＰＨＴＦ流量の５５．０％であり、表６のＩＨＴＦ流量は、表４のＩＨＴＦ流量の４６．６％である。
【００９９】
表７は、「高温側ピンチ」条件で５０％の電力で運転しているときの、図２０及び表４の例示的な実施例の詳細な結果を示す。表７のＰＣＦ流量は、表４のＰＣＦ流量の４９．１％であり、表７のＰＨＴＦ流量は、表４のＰＨＴＦ流量の５２．５％であり、表７のＩＨＴＦ流量は、表４のＩＨＴＦ流量の６３．８％である。
【０１００】
これらの結果は、すべてのＰＣＦ運転条件が一定に保たれているときのＰＣＦ流量は、発電プラントが停止したときの正味発電量にほぼ比例して変化し、所望のＰＣＦ運転条件が維持され得る限り、ＰＨＴＦ又はＩＨＴＦの流量変動にほとんど依存しないことを示す。「高温側ピンチ」条件の結果は、ストリーム１２０の結果の温度が上昇し、サブ・システム９１０への許容ＰＣＦ抽出が低下し、５０％の負荷でＰＣＦ循環速度が低下したため、これとはわずかに異なる。これらの結果はまた、「低温側ピンチ」での最も低いＩＨＴＦ流量から「平衡ピンチ」を経て最終的に「高温側ピンチ」条件に移行するようにＩＨＴＦ流量を調整することによって、ＰＨＴＦ流量が１００％負荷時に５５％から、４５．１％に、５２．５％に変化し得ることを示す。
【０１０１】
表６を参照すると、本表に詳述されている「低温側ピンチ」条件は、この５０％ターンダウン条件での例示的な発電サイクルに必要なすべての運転条件を満たし得るほぼ最も低いＩＨＴＦ流量を表す。コイル１６２の「低温側ピンチ」は、ＩＨＴＦストリーム１２２の温度が利用可能な最も高いＰＨＴＦ温度にほぼ等しくなる点まで、コイル１６１の付随する「高温側ピンチ」をもたらす。したがって、この条件で発電プラントの期待される正味電力を生成するために必要な熱は、ＩＨＴＦのより少ない流量では提供することができない。「平衡ピンチ」条件に対するＩＨＴＦ流量が低いため、この「低温側ピンチ」条件ではサイクル効率がわずかに高くなる（４４．９７％対４４．９１％）。しかしながら、これが他の発電サイクル性能要件を維持する実現可能なＩＨＴＦ流量の限界を表すと仮定した場合、このサンプルの適用例の他の運転条件を考慮すると、これはサイクル効率のみに基づいた最適条件に近い可能性があるが、プラントの運転性、検出、及び運転の柔軟性を含み得る他の要因を考慮すると、最適条件を表さない可能性がある。
【０１０２】
表７の「高温側ピンチ」条件は、この５０％のターンダウン条件での例示的な発電サイクルに必要なすべての運転条件を満たし得る、高いが最も高くはないＩＨＴＦ流量を表す。「低温側ピンチ」条件とは対照的に、「高温側ピンチ」条件のＩＨＴＦの流量が多いと、「低温側ピンチ」又は「平衡ピンチ」条件よりも高い平均温度でＩＨＴＦが維持される。その結果、「高温側ピンチ」条件は、発電サイクルの必要な運転条件を満たすことができなくなる限界高流量に到達しない。むしろ、ＩＨＴＦ循環速度が増加すると、ブロワ（７）がより多くのエネルギーを必要とするためサイクル効率が低下する。また、これらのより高いＩＨＴＦ流量では、残留熱が、ＩＨＴＦストリーム１２９からＰＣＦストリーム１５２に適切に伝達され得ない。これは、「平衡ピンチ」又は「低温側ピンチ」のターンダウン条件と比較した場合、この例示的な構成におけるコイル１６９熱交換装置のより大きな低温側アプローチ、及びＩＨＴＦストリーム１３２のより高い温度をもたらす。ＩＨＴＦ流量が高く、ＩＨＴＦストリーム１３３及び１３４の温度が高いと、ブロワ７の所要電力が高くなり、推定サイクル効率を、表７の全負荷時の４４．９０％から、「平衡ピンチ」で半負荷時の４４．９１％に「高温側ピンチ」で４４．０％に低下させる。
【０１０３】
ダンパ（６）及びブロワ（７）は、ＩＨＴＦの流量に影響を与えるように、前述のように調整され得る。表４〜表７で与えられた結果の比較によって示されるように、本明細書に開示される技術に基づいて、発電プラントから所望の電力及び／又は熱を生成するために、ＰＨＴＦからＰＣＦに必要な熱を伝達する働きをし得る幅広いＩＨＴＦ流量が可能である。これらの研究及び比較の驚くべき予想外の結果は、熱交換装置のうちの少なくとも１つの高温側ピンチ及び低温側ピンチがほぼ等しいか又はプラス若しくはマイナスのマージンにほぼ等しいＩＨＴＦ流量を達成するようにダンパ（６）、ブロワ（７）、又はこれらの組合せを調整することによって、ほぼ最適条件のＩＨＴＦ流量が決定され得ることである。
【０１０４】
例として図２０のコイル１６２を使用すると、「低温側ピンチ」温度は、ＩＨＴＦストリーム１２３の温度からＰＣＦストリーム１５５の温度を引いた温度に等しく、「高温側ピンチ」温度は、ＩＨＴＦストリーム１２２からＰＣＦストリーム１５６の温度を引いた温度に等しい。この例では、低温側ピンチ温度が高温側ピンチ温度よりも低い場合、ダンパ調整及び／又はブロワ調整を調整することによって、ＩＨＴＦの流量が増加され得る。逆に、低温側ピンチ温度が高温側ピンチ温度よりも高い場合、ダンパ調整及び／又はブロワ調整を調整することによって、ＩＨＴＦの流量が低減され得る。ＩＨＴＦ流量調整は、低温側と高温側のピンチ温度が０に平衡化されるまで継続され得る。
【０１０５】
上記の代替として、高温側と低温側のピンチ温度を０に平衡化させる必要がないか、又はおそらく所望されることもなく、むしろ低温側ピンチ温度と高温側ピンチ温度の差を制御して−５０℃、−２０℃、−１０℃、−５℃、−２℃、−１℃、０℃、１℃、２℃、５℃、１０℃、２０℃、若しくは５０℃、又は利点をもたらすと判明した何らかの他の値を維持できるような、バイアス又は温度差の設定値が使用され得る。このバイアス温度は、固定値とするか、又はＩＨＴＦ流量、ＰＨＴＦ流量、ＰＣＦ流量、正味若しくは総発電量、ＰＨＴＦ供給温度、ＩＨＴＦ温度、ＰＣＦ温度などの発電プラントの何らかの運転パラメータに基づいて算出又は決定される値とすることができる。
【０１０６】
この例示的な構成では、選択された熱交換装置は、ＨＰタービンに入る前にＰＣＦを過熱する熱交換装置であるコイル１６２だった。他の熱交換装置が、この制御方法に使用され得る。さらに、いくつかの熱交換装置の運転条件は、平均的又は他の組合せによって組み合わされ得る。低温側ピンチ温度及び高温側ピンチ温度は、熱交換装置の上流又は下流のストリーム条件に基づいて算出されたものとして説明されている。本開示では、熱交換装置の直接的な上流又は下流ではない他の温度測定場所が使用され得ることが想定されている。これらの他の温度測定場所が、低温側ピンチ温度及び高温側ピンチ温度を決定するために本明細書に記載の温度によって少なくとも影響を受ける限り、これらの他の温度測定場所もまた、記載された制御方法の目的のために低温側ピンチ温度及び高温側ピンチ温度を決定すると見なされる。
【０１０７】
前の段落で説明した低温側ピンチ温度と高温側ピンチ温度との差は、第１の温度差と第２の温度差との差に数値的に等しい。第１の温度差は、コイルでのＩＨＴＦの入口温度から出口温度を引いた温度（たとえば、ストリーム１２２の温度からストリーム１２３の温度を引いた温度）に等しく、第２の温度差は、コイルでのＰＣＦの出口温度から入口温度を引いた差（たとえば、ストリーム１５６の温度からストリーム１５５の温度を引いた温度）に等しい。実際には、コイルの入口及び出口の温度、及び２つの異なる場所でのＩＨＴＦの温度を正確に測定又は決定する必要はなく、２つの異なる場所でのＰＣＦ温度を等しく使用して、前記第１及び第２の温度差を決定又は算出することができる。
【０１０８】
次に図１１を参照すると、ＩＨＴＦストリーム１２１の温度は、ＰＨＴＦと熱交換する最も低い温度のストリームであり得ると予想される。したがって、サブ・システム９１０の設計及び運転は、ＰＨＴＦの局所的な流動性の問題の可能性又は確率を回避するために、ストリーム１２１の温度がＰＨＴＦの最低許容運転温度より上に維持されるようなものとすることができる。したがって、すべての通常の及び予想されるターンダウン条件の間にストリーム１２１がこのような最低温度設定値より上に維持され得ることを保証するために、十分なＰＣＦ抽出物（たとえば、８０１〜８０７）及び十分なコイル（たとえば、９２０．１〜９２０．７）が提供され得る。さらに、設計外の運転条件の間、ＰＣＦ抽出率は、ＩＨＴＦストリーム１２１の前記最低温度を維持するように限界制御方法を使用して調整され得る。このような限界制御方法は、図１１のストリーム１２１の温度が最低許容値を下回った場合に、最も効率的なＰＣＦ抽出率を目的とし得る他の制御方法の所望の出力を超えてＰＣＦ抽出率を上げることができる。
【０１０９】
上記に加えて、次に図１７を参照すると、サブ・システム９１０は、補助加熱器（１７０１）及び循環ポンプ（１７０２）も含み得る。設計外又は異常な運転中、ＰＣＦ抽出が利用できないか、ＩＨＴＦストリーム１２１を最低許容値より上に維持するのに十分な流量で利用できない場合、補助加熱器及び循環ポンプを使用して、ストリーム１７２１の流量、圧力、及び／又は温度を調整し、それにより、ストリーム１２１の温度を、選択されたマージンによって最低許容値以上の設定値に制御することができる。具体的には、ストリーム１２１の温度が設定値を下回った場合、１７０１によってより多くの熱が提供され得る。ストリーム１２１の温度が設定値を上回っている場合、１７０１によってより少ない熱が提供され得る。図１７のサブ・システム９１０のこの拡張及び説明されている制御方法は、プラントの暖機、開始、停止、スピニング・リザーブ、又はプラントに導入されたＰＨＴＦと共にＩＨＴＦが循環され得る他の運転条件の間に必要になる可能性がある。
【０１１０】
次に図５及び図２０を参照し、例としてＰＨＴＦストリーム１０２、ＩＨＴＦストリーム１２２、及びＰＣＦストリーム１５６を使用すると、ストリーム１０２の流量を調整することによってストリーム１５６の温度を制御することが可能であり得る。このような調整は、図５のバルブ８ａ〜８ｂのうちの少なくとも１つを調節することによって、又は図５に示されていない当業者に知られている他の手段によって行われ得る。これらの手段には、可変速ポンプ、可変形状ポンプ、マルチポート・バルブ、調整可能な流量絞り、及び同様の装置が含まれ得るが、これらに限定されない。
【０１１１】
全負荷の例について表４に示した結果を考慮すると、ストリーム１０２の質量流量は約３６８７Ｔ／ｈであり得、ストリーム１０２の温度は６００℃、ストリーム１０７の温度は５００℃、ストリーム１２２の温度は５７０℃、ストリーム１５６の温度は５５０℃である。ストリーム１０２の流量のみが５％増加し、熱交換器の有効面積が固定されている場合、ストリーム１０２は６００℃のままであり、ストリーム１０７は５０４．４℃に上昇し、ストリーム１２２は５７０．９℃に上昇し、ストリーム１５６は５５１．０℃に上昇する。逆に、ストリーム１０２の流量のみが５％減少した場合、ストリーム１０２は６００℃のままであり、ストリーム１０７は４９５．４℃に低下し、ストリーム１２２は５６９．０℃に低下し、ストリーム１５６は５４８．９℃に低下する。したがって、ＨＰタービンへのＰＣＦストリームの温度は、ＰＨＴＦからＩＨＴＦへの熱伝達装置（たとえば、この例ではコイル１６１）へのＰＨＴＦの質量流量を調整することによって直接制御され得る。他のパラメータを一定に保ったまま、このようなコイル（たとえば、コイル１６１）の１つへのＰＨＴＦの一部の流量を増加させると、関連するＩＨＴＦストリーム（たとえば、この例ではストリーム１２２）の温度が上昇する傾向があり、その結果、関連するＰＣＦストリーム（たとえば、この例ではストリーム１５６）の温度も上昇させることになる。逆に、同じコイルへのＰＨＴＦの一部の流量を減少させると、関連するＩＨＴＦ及びＰＣＦストリームの温度が低下する傾向がある。
【０１１２】
同様の方法で、他のＰＣＦストリームの温度が、他のＰＨＴＦストリーム（たとえば、図２０のストリーム１０３及び／又は１０４）の流量を調整することによって同様に制御され得る。このような制御方式の最も単純な形式は、制御対象の関連するＰＣＦストリームの温度を測定し、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ：比例・積分・微分）コントローラを使用してＰＨＴＦ流量を調整し、所望の設定値条件を達成することができる。代替の方法は、関連するＩＨＴＦストリームの温度を測定して所望の温度設定値に制御し、次いでＰＣＦストリームが所望の温度に達するまでＩＨＴＦ設定値を調整することができる。このような制御方式は、１つのＰＨＴＦストリームの流量を調整して１つのＩＨＴＦストリーム又は１つのＰＣＦストリームの温度設定値条件を達成し、別のＰＨＴＦストリームの流量を調整して別のＩＨＴＦストリーム又は別のＰＣＦストリームの温度設定値を達成することができ、追加されたＰＨＴＦ、ＩＨＴＦ、及び／又はＰＣＦストリームに対して同様の方法で拡張される。
【０１１３】
個々のＰＨＴＦ流量の調整は、前記の関連するＰＣＦ又はＩＨＴＦストリーム温度以外のストリームの温度に影響を及ぼし得ることが想定される。すなわち、単一のＰＨＴＦ流量を調整すると、２つ以上のＰＣＦ又はＩＨＴＦストリーム温度に影響を与え得る。したがって、多変数制御システムがより適切に使用され得る。このような多変数制御システムは、各ＰＨＴＦ流量調整と、結果として生じるＩＨＴＦ及び／又はＰＣＦストリーム温度との間の相互作用を補償するように調整され得るので、いくつかの温度設定値のそれぞれが最小限の相互作用で並行して又は同時に達成され得る。
【０１１４】
発電プラント内のタービンの制御及び保護システムは、発電業界でよく知られており、本開示の対象ではない。図２０を参照すると、一般に、このような制御システムは、所望の発電ニーズを満たし、発電機と地域の電力網周波数との同期を維持するように、バルブ１０ａ、１０ｂ、及び１０ｃとして示すようなバルブを調整してタービンの各段へのＰＣＦ流量を調整する。これは負荷追従と呼ばれることがあり、一般に閉ループ制御システムとして実装される。
【０１１５】
加えて、保護システムを使用して、閉ループ制御システムから開ループ制御システムに移行して１０ａ、１０ｂ、及び１０ｃのうちの少なくとも１つを規定量だけ調整することによって、突然の負荷制限によるタービン発電機システムの速度超過を防止することができる。さらに、タービン制御システムは、同じく開ループ制御システムに移行して同様のバルブ調整を行うことによって電力網の不安定性及び／又は障害に対応することも必要とされ得る。このような不安定性には、不足周波数イベント、超過周波数イベント、線間障害、地絡障害、及び三相障害のうちの少なくとも１つが含まれ得る。
【０１１６】
このようなタービン制御システム及び保護システム、並びにこれらのシステムの、いくつかのＰＣＦストリームの流量及び運転条件に及ぼす影響は、通常且つ予想内であり、発電プラントの残りの部分は合理的な方法で対応するように設計され得る。したがって、前述のＩＨＴＦ流量及びＰＨＴＦ流量に対するフィードバック制御に加えて、フィードフォワード又は開ループ制御システムも、制御システム全体に組み込まれ得る。このようなフィードフォワード又は開ループ制御システムは、ＰＣＬ及びＰＣＦの条件がフィードバック・システムだけで対応できるよりも速く変化する場合に、前述のフィードバック・システムと組み合わせてＩＨＴＦ及びＰＨＴＦの流量を調整するために使用され得る。たとえば、タービン発電機システムが、外部網の条件又は外部網から切断された電気ブレーカに対応するために負荷の大部分を突然低下させた場合、この突然の外乱に対応してタービン電力及びＰＣＦ流量が突然低下する可能性がある。ＩＨＴＦ及びＰＨＴＦ流量制御用のフィードフォワード又は開ループ制御システムは、ＰＣＦ流量及びタービン段電力のうちの少なくとも一方に比例して、これらのＩＨＴＦ及びＰＨＴＦ流量のそれぞれの流量を増加させることができる。このフィードフォワード又は開ループ制御の効果は短時間に制限される可能性があり、外乱が収まった後、通常のフィードバック制御重視に戻され得る。
【０１１７】
本開示は、以下の番号が付けられた実施例のうちの任意の１つ又は複数をさらに含む。
【０１１８】
１．電力を生成するためのシステムであって、ａ）流量、温度、及び圧力を有する１次熱伝達流体、高価値熱源、並びに高価値熱源から１次熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも１つの熱伝達装置を備える、１次熱伝達ループと、ｂ）流量を有する中間熱伝達流体、１次熱伝達流体の少なくとも第１の部分から中間熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも１つの１次熱伝達装置、及び１次熱伝達流体の少なくとも第２の部分から熱を伝達するための少なくとも１つの熱１次伝達装置を備える、中間熱伝達ループと、ｃ）流量を有する発電サイクル流体、循環ファン、ブロワ、コンプレッサ、及び／又はポンプのうちの少なくとも１つ、発電サイクル流体の熱又はエンタルピーを有用な仕事又は電力に変換するための少なくとも１つのタービン段、中間熱伝達流体から熱を伝達して発電サイクル流体の温度又はエンタルピーを上昇させるための少なくとも２つの発電サイクル熱伝達装置、並びに残留熱を発電サイクル流体から外部システムに排出するための少なくとも１つの３次熱伝達装置を備える、発電サイクル・ループと、ｄ）最初に、１次熱伝達流体から発電サイクル流体に少なくとも一部の熱を伝達することによって中間熱伝達流体の温度が上昇し、次いで、少なくとも一部の熱を発電サイクル流体に伝達することによって中間熱伝達流体の温度が低下し、次いで、１次熱伝達流体の第２の部分から少なくとも一部の熱を伝達することによって中間熱伝達流体の温度が再び上昇し、次いで、少なくとも一部の熱を発電サイクル流体に伝達することによって中間熱伝達流体の温度が再び低下するような、前記少なくとも２つの１次熱伝達装置と、１次熱伝達流体から発電サイクル流体に熱を伝達するための少なくとも２つの発電サイクル熱伝達装置とのシーケンスと、ｅ）１次熱伝達流体の少なくとも第１の部分及び第２の部分を高価値熱源に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、ｆ）発電サイクル流体の少なくとも一部を、有用な仕事又は電力を生成するためのタービン段に導き、その発電サイクル流体を３次熱交換装置に導くように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、ｇ）発電サイクル流体を３次熱交換装置から前記少なくとも２つの発電サイクル熱伝達装置に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムとを備える、システム。
【０１１９】
２．１次熱伝達流体が、溶融塩、熱伝達油、水素、不活性ガス、液体金属、又は炭化水素流体を含む、実施例１に記載のシステム。
【０１２０】
３．中間熱伝達流体が、水、蒸気、空気、空気の任意の成分、又は炭化水素流体を含む、実施例１又は２に記載のシステム。
【０１２１】
４．発電サイクル流体が、水、蒸気、空気、加湿空気、窒素、アルゴンと、ヘリウムと、二酸化炭素とを含むがこれらに限定されない空気の任意の成分、及び／又は炭化水素流体を含む、実施例１から３までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１２２】
５．中間熱伝達流体が再循環される、実施例１から４までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１２３】
６．中間熱伝達ループが、中間熱伝達流体を再循環させるためのブロワ、コンプレッサ、又はファンを備える、実施例１から５までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１２４】
７．ブロワ、コンプレッサ、又はファンが、調整可能な運転速度を備える、実施例１から６までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１２５】
８．ブロワ、コンプレッサ、又はファンが、調整可能な入口ガイド・ベーン、調整可能なステータ・ベーン、又は調整可能な回転ブレードを備える、実施例１から７までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１２６】
９．中間熱伝達ループが、中間熱伝達流体の流量の調整を可能にするように構成されたダンパを備える、実施例１から８までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１２７】
１０．中間熱伝達ループが、中間熱伝達流体の少なくともいくらかの自然循環を引き起こすように構成された高温及び低温の垂直レッグ又はセクションを備えて配置されている、実施例１から９までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１２８】
１１．中間熱伝達流体の流量が、ａ）運転速度を変更すること、ｂ）入口ガイド・ベーンの位置を変更すること、ｃ）ステータ・ベーンの位置を変更すること、ｄ）ブロワ、コンプレッサ、又はファンの回転ブレードの位置を変更すること、及びｅ）ダンパの位置を変更することのうちの少なくとも１つによって調整される、実施例１から１０までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１２９】
１２．１次熱伝達装置のうちの少なくとも１つ又は発電サイクル熱伝達装置のうちの少なくとも１つが、熱伝達装置の低温側のストリームの温度差、及び熱伝達装置の高温側のストリームの温度差を測定又は決定するための手段を備える、実施例１から１１までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１３０】
１３．低温側ストリームの温度差が高温側ストリームの温度差プラス・マイナス温度マージン設定値にほぼ等しくなるまで、中間熱伝達流体の流量が調整される、実施例１から１２までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１３１】
１４．温度マージン設定値がほぼ０に等しい、実施例１から１３までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１３２】
１５．温度マージン設定値が−５０℃から＋５０℃までの間で選択された固定値である、実施例１から１４までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１３３】
１６．温度マージン設定値が、１次熱伝達流体流量、中間熱伝達流体流量、発電サイクル流体流量、生成された正味電力、及び／又は生成された総電力のうちの少なくとも１つに少なくとも部分的に基づいて調整され得る、実施例１から１５までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１３４】
１７．外部システムが、大気、冷却塔、並びに／又は地域熱供給システム及びプロセス・プラントを含むがこれらに限定されない外部の熱消費者を含む、実施例１から１６までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１３５】
１８．中間熱伝達流体の流量が、発電サイクル流体流量、及びタービン段の電力の有用な仕事のうちの少なくとも一方の急速な変化に対応してさらに調整され、このようなさらなる調整が、一時的であり、一定期間後に実施例１３に記載のシステムによって決定された調整に戻る、実施例１から１７までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１３６】
１９．発電サイクル・ループが、少なくとも１つの発電サイクル流体ストリームの温度を測定又は決定するための手段を備え、１次熱伝達ループが、少なくとも１つの１次熱伝達流体ストリームの流量を調整するための手段を備える、実施例１から１８までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１３７】
２０．少なくとも１つの発電サイクル流体ストリームの温度が少なくとも１つの発電サイクル流体設定値温度にほぼ等しくなるまで、少なくとも１つの１次熱伝達流体の流量が調整される、実施例１から１９までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１３８】
２１．中間熱伝達ループが、少なくとも１つの中間熱伝達流体ストリームの温度を測定又は決定するための手段を備える、実施例１から２０までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１３９】
２２．少なくとも１つの中間熱伝達流体ストリームの温度が少なくとも１つの中間熱伝達流体設定値にほぼ等しくなるまで、少なくとも１つの１次熱伝達流体ストリームの流量が調整される、実施例１から２１までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１４０】
２３．少なくとも１つの発電サイクル流体ストリームの温度が少なくとも１つの発電サイクル流体設定値温度にほぼ等しくなるまで、少なくとも１つの中間熱伝達流体設定値が調整される、実施例１から２２までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１４１】
２４．電力を生成するためのシステムが、いくつかの中間熱伝達流体ストリームの温度、及び／又はいくつかの発電サイクル流体ストリームの温度がそれぞれこれらの各ストリームに対して所望される設定値温度にほぼ等しくなるまで１次熱伝達流体ストリームのいくつかの部分の流量を調整するための多変数制御システムを備える、実施例１から２３までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１４２】
２５．中間熱伝達ループが、少なくとも１つの位置の中間熱伝達ループの圧力を測定又は決定するための手段を備える、実施例１から２４までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１４３】
２６．中間熱伝達ループが、中間熱伝達流体を外部のソース若しくはリザーバから追加するか、又は外部のソース若しくはリザーバへ除去するための手段を備える、実施例１から２５までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１４４】
２７．中間熱伝達ループの前記圧力が中間熱伝達ループ圧力設定値にほぼ等しくなるまで、中間熱伝達流体が中間熱伝達ループに追加されるか、又は中間熱伝達ループから除去される、実施例１から２６までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１４５】
２８．中間熱伝達ループが、中間熱伝達流体を循環させるためのブロワ、コンプレッサ、又はファンを備え、中間熱伝達流体が実質的に周囲空気であり、中間熱伝達流体が実質的に再循環されない、実施例１から２７までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１４６】
２９．中間熱伝達流体が実質的に周囲空気であり、中間熱伝達流体が実質的に再循環されない、実施例１から２８までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１４７】
３０．少なくとも１つのタービン段が、発電サイクル流体の少なくとも第１の部分をある流量、圧力、及び温度で除去し、発電サイクル流体の少なくとも第２の部分をある流量、別の圧力、及び別の温度で除去するための発電サイクル流体抽出ポートを備える、実施例１から２９までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１４８】
３１．発電サイクル流体の少なくとも第１の部分及び第２の部分が中間熱伝達流体予熱器に導入されて、中間熱伝達流体を加熱し、したがって発電サイクル流体の少なくとも第１の部分及び第２の部分を冷却する、実施例１から３０までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１４９】
３２．発電サイクル流体の少なくとも第１の部分及び第２の部分が、冷却後に発電サイクル・ループに戻される、実施例１から３１までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１５０】
３３．１次熱伝達ループが貯蔵タンクを備える、実施例１から３２までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１５１】
３４．溶融塩速度及びＢＦＷ／蒸気流量を調整するだけの場合と比較して、より低く、より安定したターンダウン運転を可能にするために、溶融塩が制御される前に、中間熱伝達流体循環速度が、より低い速度で、及び／又は発電サイクル・エリアから熱を捕捉して中間熱伝達ループに追加の熱を提供する独立した熱伝達ループで制御される、実施例１から３３までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１５２】
３５．ａ）全流量、温度、及び圧力を有する１次熱伝達流体、高価値熱源、高価値熱源から１次熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも１つの熱伝達装置、前記全流量をそれぞれが別個の流量を有する少なくとも２つの部分に分割するための手段、並びに前記少なくとも２つの部分の第１の部分及び第２の部分の流量を調整するための手段を備える、１次熱伝達ループと、ｂ）流量を有する中間熱伝達流体、１次熱伝達流体の少なくとも第１の部分から中間熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも１つの１次熱伝達装置、１次熱伝達流体の少なくとも第２の部分から熱を伝達するための少なくとも１つの熱１次伝達装置、中間熱伝達流体の流量を調整するための手段、及び少なくとも２つの位置で中間熱伝達流体の温度を測定又は決定するための手段を備える、中間熱伝達ループと、ｃ）流量を有する発電サイクル流体、循環ファン、ブロワ、コンプレッサ、及び／又はポンプのうちの少なくとも１つ、発電サイクル流体の熱又はエンタルピーを有用な仕事又は電力に変換するための少なくとも１つのタービン段、中間熱伝達流体から熱を伝達して発電サイクル流体の温度又はエンタルピーを上昇させるための少なくとも２つの発電サイクル熱伝達装置、残留熱を発電サイクル流体から外部システムに排出するための少なくとも１つの３次熱伝達装置、並びに少なくとも２つの位置で発電サイクル流体の温度を測定又は決定するための手段を備える、発電サイクル・ループと、ｄ）最初に、１次熱伝達流体の第１の部分から中間熱伝達流体に少なくとも一部の熱を伝達することによって中間熱伝達流体の温度が上昇し、次いで、少なくとも一部の熱を発電サイクル流体に伝達することによって中間熱伝達流体の温度が低下し、次いで、１次熱伝達流体の第２の部分から少なくとも一部の熱を伝達することによって中間熱伝達流体の温度が再び上昇し、次いで、少なくとも一部の熱を発電サイクル流体に伝達することによって中間熱伝達流体の温度が再び低下するような、前記少なくとも２つの１次熱伝達装置と、１次熱伝達流体から発電サイクル流体に熱を伝達するための少なくとも２つの発電サイクル熱伝達装置とのシーケンスと、ｅ）１次熱伝達流体の少なくとも第１の部分及び第２の部分を高価値熱源に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、ｆ）発電サイクル流体の少なくとも一部を、有用な仕事又は電力を生成するためのタービン段に導き、その発電サイクル流体を３次熱交換装置に導くように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、ｇ）発電サイクル流体を３次熱交換装置から前記少なくとも２つの発電サイクル熱伝達装置に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、ｈ）所望の温度設定値条件  ある発電サイクル流体位置を達成するように、１次熱伝達流体の第１の部分の流量を調整するための手段と、ｉ）別の発電サイクル流体位置で所望の温度設定値条件を達成するように、１次熱伝達流体の第２の部分の流量を調整するための手段とを備える、制御システム。
【０１５３】
３６．１次熱伝達流体の第１の部分及び第２の部分の流量と、発電サイクル流体温度との間の相互作用を補償する多変数コントローラに、１次熱伝達流体の第１の部分及び第２の部分の流量を調整する手段が組み込まれる、実施例３５に記載のシステム。
【０１５４】
３７．１次熱伝達流体全流量が３つ以上の部分に分割され、３つ以上の発電サイクル流体位置に対する所望の温度設定値を達成するように各部分の流量を個別に調整するための手段が提供される、実施例３５又は３６に記載のシステム。
【０１５５】
３８．１次熱伝達流体の３つ以上の部分の流量と、発電サイクル流体温度との間の相互作用を補償する多変数コントローラに、１次熱伝達流体全流量の３つ以上の部分の流量を調整するための手段が組み込まれる、実施例３５から３７までのいずれか一項に記載のシステム。
【０１５６】
３９．ａ）全流量、温度、及び圧力を有する１次熱伝達流体、高価値熱源、高価値熱源から１次熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも１つの熱伝達装置、前記全流量をそれぞれが別個の流量を有する少なくとも２つの部分に分割するための手段、並びに前記少なくとも２つの部分の第１の部分及び第２の部分の流量を調整するための手段を備える、１次熱伝達ループと、ｂ）流量を有する中間熱伝達流体、１次熱伝達流体の少なくとも第１の部分から中間熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも１つの１次熱伝達装置、１次熱伝達流体の少なくとも第２の部分から熱を伝達するための少なくとも１つの熱１次伝達装置、中間熱伝達流体の流量を調整するための手段、並びに少なくとも第１の位置及び第２の位置の中間熱伝達流体の温度を測定又は決定するための手段を備える、中間熱伝達ループと、ｃ）流量を有する発電サイクル流体、循環ファン、ブロワ、コンプレッサ、及び／又はポンプのうちの少なくとも１つ、発電サイクル流体の熱又はエンタルピーを有用な仕事又は電力に変換するための少なくとも１つのタービン段、中間熱伝達流体から熱を伝達して発電サイクル流体の温度又はエンタルピーを上昇させるための少なくとも２つの発電サイクル熱伝達装置、残留熱を発電サイクル流体から外部システムに排出するための少なくとも１つの３次熱伝達装置、並びに少なくとも第１の位置及び第２の位置の発電サイクル流体の温度を測定又は決定するための手段を備える、発電サイクル・ループと、ｄ）最初に、１次熱伝達流体の第１の部分から中間熱伝達流体に少なくとも一部の熱を伝達することによって中間熱伝達流体の温度が上昇し、次いで、少なくとも一部の熱を発電サイクル流体に伝達することによって中間熱伝達流体の温度が低下し、次いで、１次熱伝達流体の第２の部分から少なくとも一部の熱を伝達することによって中間熱伝達流体の温度が再び上昇し、次いで、少なくとも一部の熱を発電サイクル流体に伝達することによって中間熱伝達流体の温度が再び低下するような、前記少なくとも２つの１次熱伝達装置と、１次熱伝達流体から発電サイクル流体に熱を伝達するための少なくとも２つの発電サイクル熱伝達装置とのシーケンスと、ｅ）１次熱伝達流体の少なくとも第１の部分及び第２の部分を高価値熱源に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、ｆ）発電サイクル流体の少なくとも一部を、有用な仕事又は電力を生成するためのタービン段に導き、その発電サイクル流体を３次熱交換装置に導くように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、ｇ）発電サイクル流体を３次熱交換装置から前記少なくとも２つの発電サイクル熱伝達装置に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、ｈ）第１の位置の中間熱伝達流体と第２の位置の中間熱伝達流体と間の第１の温度差、及び第１の位置の発電サイクル流体と第２の位置の発電サイクル流体との間の第２の温度差を決定するための手段又は計算システムと、ｉ）前記第１の温度差と第２の温度差との間の所望の温度差設定値を達成するように、中間熱伝達流体の流量を調整するための手段とを備える、制御システム。
【０１５７】
４０．中間熱伝達流体流量、１次熱伝達流体流量、発電サイクル流体流量、１次熱伝達流体温度、中間熱伝達流体温度、発電サイクル流体温度、正味電力生産量、及び／又は総電力生産量のうちの少なくとも１つを含む発電プラントの運転パラメータに少なくとも基づいて、温度差設定値が調整される、実施例３９に記載の制御システム。
【０１５８】
４１．ａ）流量、温度、及び圧力を有する１次熱伝達流体、高価値熱源、並びに高価値熱源から１次熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも１つの熱伝達装置を備える、１次熱伝達ループと、ｂ）流量を有する中間熱伝達流体、１次熱伝達流体の少なくとも第１の部分から中間熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも１つの１次熱伝達装置、及び１次熱伝達流体の少なくとも第２の部分から熱を伝達するための少なくとも１つの熱１次伝達装置を備える、中間熱伝達ループと、ｃ）流量を有する発電サイクル流体、循環ファン、ブロワ、コンプレッサ、及び／又はポンプのうちの少なくとも１つ、発電サイクル流体の熱又はエンタルピーを有用な仕事又は電力に変換するための少なくとも１つのタービン段、中間熱伝達流体から熱を伝達して発電サイクル流体の温度又はエンタルピーを上昇させるための少なくとも２つの発電サイクル熱伝達装置、並びに残留熱を発電サイクル流体から外部システムに排出するための少なくとも１つの３次熱伝達装置を備える、発電サイクル・ループと、ｄ）最初に、１次熱伝達流体の第１の部分から中間熱伝達流体に少なくとも一部の熱を伝達することによって中間熱伝達流体の温度が上昇し、次いで、少なくとも一部の熱を発電サイクル流体に伝達することによって中間熱伝達流体の温度が低下し、次いで、１次熱伝達流体の第２の部分から少なくとも一部の熱を伝達することによって中間熱伝達流体の温度が再び上昇し、次いで、少なくとも一部の熱を発電サイクル流体に伝達することによって中間熱伝達流体の温度が再び低下するような、前記少なくとも２つの１次熱伝達装置と、１次熱伝達流体から発電サイクル流体に熱を伝達するための少なくとも２つの発電サイクル熱伝達装置とのシーケンスと、ｅ）１次熱伝達流体の少なくとも第１の部分及び第２の部分を高価値熱源に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、ｆ）発電サイクル流体の少なくとも一部を、有用な仕事又は電力を生成するためのタービン段に導き、その発電サイクル流体を３次熱交換装置に導くように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、ｇ）発電サイクル流体を３次熱交換装置から前記少なくとも２つの発電サイクル熱伝達装置に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、ｈ）発電サイクル流体の少なくとも第１の部分をある流量、圧力、及び温度で抽出し、発電サイクル流体の少なくとも第２の部分をある流量、別の圧力、及び別の温度で抽出するための発電サイクル流体抽出ポートを備えるタービン段と、ｉ）抽出された発電サイクル流体の第１の部分及び第２の部分を使用して中間熱伝達流体を加熱し、したがって発電サイクル流体の少なくとも第１の部分及び第２の部分を冷却する中間熱伝達流体予熱器と、ｊ）中間熱伝達流体の温度を最低温度設定値以上に維持するように、抽出された発電サイクル流体の第１の部分及び第２の部分のうちの少なくとも一方の流量を調整するための手段とを備える、制御システム。
【０１５９】
４２．ａ）流量、温度、及び圧力を有する１次熱伝達流体、高価値熱源、並びに高価値熱源から１次熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも１つの熱伝達装置を備える、１次熱伝達ループと、ｂ）流量を有する中間熱伝達流体、１次熱伝達流体の少なくとも第１の部分から中間熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも１つの１次熱伝達装置、及び１次熱伝達流体の少なくとも第２の部分から熱を伝達するための少なくとも１つの熱１次伝達装置を備える、中間熱伝達ループと、ｃ）流量を有する発電サイクル流体、循環ファン、ブロワ、コンプレッサ、及び／又はポンプのうちの少なくとも１つ、発電サイクル流体の熱又はエンタルピーを有用な仕事又は電力に変換するための少なくとも１つのタービン段、中間熱伝達流体から熱を伝達して発電サイクル流体の温度又はエンタルピーを上昇させるための少なくとも２つの発電サイクル熱伝達装置、並びに残留熱を発電サイクル流体から外部システムに排出するための少なくとも１つの３次熱伝達装置を備える、発電サイクル・ループと、ｄ）最初に、１次熱伝達流体の第１の部分から中間熱伝達流体に少なくとも一部の熱を伝達することによって中間熱伝達流体の温度が上昇し、次いで、少なくとも一部の熱を発電サイクル流体に伝達することによって中間熱伝達流体の温度が低下し、次いで、１次熱伝達流体の第２の部分から少なくとも一部の熱を伝達することによって中間熱伝達流体の温度が再び上昇し、次いで、少なくとも一部の熱を発電サイクル流体に伝達することによって中間熱伝達流体の温度が再び低下するような、前記少なくとも２つの１次熱伝達装置と、１次熱伝達流体から発電サイクル流体に熱を伝達するための少なくとも２つの発電サイクル熱伝達装置とのシーケンスと、ｅ）１次熱伝達流体の少なくとも第１の部分及び第２の部分を高価値熱源に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、ｆ）発電サイクル流体の少なくとも一部を、有用な仕事又は電力を生成するためのタービン段に導き、その発電サイクル流体を３次熱交換装置に導くように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、ｇ）発電サイクル流体を３次熱交換装置から前記少なくとも２つの発電サイクル熱伝達装置に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、ｈ）電力を消費する電力網に電力が伝送されるように、タービン段に機械的に接続されて電力を生成する発電機と、ｉ）電力網の不安定性、ブレーカ開放イベント、及びタービン段の速度超過イベントのうちの少なくとも１つを検出し、これにより、タービン段及び発電機に、生成された負荷、したがって発電サイクル流体の流量を急速に変化させることによって対応させるための手段と、ｊ）中間熱伝達流体流量及び１次熱伝達流体流量のうちの少なくとも一方を、発電サイクル流体流量、及びタービン段又は発電機の電力のうちの少なくとも一方にほぼ比例して急速に変化させることによって、タービン段及び発電機の負荷、並びに発電サイクル流体の流量に対する急速な変化に対応するための手段とを備える、制御システム。
【０１６０】
４３．ａ）流量、温度、及び圧力を有する１次熱伝達流体、高価値熱源、並びに高価値熱源から１次熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも１つの熱伝達装置を備える、１次熱伝達ループと、ｂ）流量を有する中間熱伝達流体、１次熱伝達流体の少なくとも第１の部分から中間熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも１つの１次熱伝達装置、及び１次熱伝達流体の少なくとも第２の部分から熱を伝達するための少なくとも１つの熱１次伝達装置を備える、中間熱伝達ループと、ｃ）１次熱伝達流体の少なくとも第１の部分及び第２の部分を高価値熱源に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、ｄ）流量を有する発電サイクル流体、並びに循環ファン、ブロワ、コンプレッサ、及び／又はポンプのうちの少なくとも１つを備える発電サイクル・ループと、ｅ）流量及び温度を有する発電サイクル流体の少なくとも第１の部分を加熱するための加熱装置と、ｆ）発電サイクル流体の少なくとも第１の部分を使用して、中間熱伝達流体を加熱し、発電サイクル流体の少なくとも第１の部分を冷却する中間熱伝達流体予熱器と、ｇ）発電サイクル流体の少なくとも第１の部分を加熱装置に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、ｈ）中間熱伝達流体の温度を最低温度設定値以上に維持するように、発電サイクル流体の少なくとも第１の部分の流量、圧力、及び温度のうちの少なくとも１つを調整するための手段と、を備える、制御システム。
【０１６１】
４４．電力を生成するための方法であって、ａ）１次熱伝達流体を高価値熱源に循環させることによって、流量を有する１次熱伝達流体を加熱するステップと、ｂ）１次熱伝達流体を、少なくとも、第１の流量を有する第１の部分と第２の流量を有する第２の部分とに分割するステップと、ｃ）流量を有する中間熱伝達流体を中間熱伝達ループ内で循環させるステップと、ｄ）流量及び高圧を有する発電サイクル流体を発電サイクル・ループ内で循環させるステップと、ｅ）１次熱伝達流体の第１の部分から熱を伝達することによって、中間熱伝達流体を加熱するステップと、ｆ）中間熱伝達流体が１次熱伝達流体の第１の部分によって加熱された後、中間熱伝達流体から熱を伝達することによって高圧発電サイクル流体の少なくとも一部を加熱するステップと、ｇ）高圧発電サイクル流体の少なくとも一部を、その部分が中間熱伝達流体によって加熱された後に第１のタービン段に導入し、有用な仕事又は力が生成されるようにタービン段から発電サイクル流体の一部をより低い圧力で抽出するステップと、ｈ）中間熱伝達流体が発電サイクル流体の高圧部分を加熱した後、１次熱伝達流体の第２の部分から熱を伝達することによって中間熱伝達流体を加熱するステップと、ｉ）中間熱伝達流体が１次熱伝達流体の第２の部分によって加熱された後、中間熱伝達流体から熱を伝達することによって低圧発電サイクル流体の少なくとも一部を加熱するステップと、ｊ）低圧発電サイクル流体の少なくとも一部を、その部分が中間熱伝達流体によって加熱された後に第２のタービン段に導入し、有用な仕事又は電力が生成されるように発電サイクル流体の一部を極低圧（ｖｅｒｙ−ｌｏｗ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ）で抽出するステップと、ｋ）極低圧発電サイクル流体を熱交換装置に導入して、外部システムへ残留熱を排出するステップと、ｌ）ポンプ、コンプレッサ、又はブロワを含み得る装置を使用することによって、発電サイクル流体を再加圧及び再循環させるステップとを含む、方法。
【０１６２】
４５．中間熱伝達流体が再加圧された後、発電サイクル流体に熱を伝達することによって中間熱伝達流体を冷却し、それによって発電サイクル流体を予熱するステップをさらに含む、実施例４４に記載の方法。
【０１６３】
４６．中間熱伝達流体を再循環させるステップをさらに含む、実施例４４又は４５に記載の方法。
【０１６４】
４７．１次熱伝達流体を再循環させるステップをさらに含む、実施例４４から４６までのいずれか一項に記載の方法。
【０１６５】
４８．第１のタービン段及び／又は第２のタービン段から発電サイクル流体の少なくとも２つの部分を抽出し、それらを中間熱伝達流体予熱器に導き、それによって中間熱伝達流体を加熱し、発電サイクル流体の前記少なくとも２つの部分を冷却するステップをさらに含む、実施例４４から４７までのいずれか一項に記載の方法。
【０１６６】
４９．発電サイクル流体の前記少なくとも２つの部分を再加圧及び再循環させるステップをさらに含む、実施例４４から４８までのいずれか一項に記載の方法。
【０１６７】
５０．中間熱伝達流体が、ブロワ、コンプレッサ、又はファンによって再循環される、実施例４４から４９までのいずれか一項に記載の方法。
【０１６８】
５１．中間熱伝達ループ内のダンパの位置を調整することによって、ブロワ、コンプレッサ、若しくはファンの運転速度を調整することによって、及び／又はブロワ、コンプレッサ、若しくはファンの入口ガイド・ベーン、ステータ・ベーン、若しくは回転ベーンのうちの少なくとも１つの位置、開放性、若しくは角度を調整することによって、中間熱伝達流体の流量を調整するステップをさらに含む、実施例４４から５０までのいずれか一項に記載の方法。
【０１６９】
５２．中間熱伝達流体が、中間熱伝達ループの異なるレッグ又はセクション内の中間熱伝達流体の浮力の差によって少なくとも部分的に再循環される、実施例４４から５１までのいずれか一項に記載の方法。
【０１７０】
５３．中間熱伝達流体が、ブロワ、コンプレッサ、又はファンによって少なくとも部分的に再循環される、実施例４４から５２までのいずれか一項に記載の方法。
【０１７１】
５４．中間熱伝達ループ内のダンパの位置を調整することによって、ブロワ、コンプレッサ、若しくはファンの運転速度を調整することによって、及び／又はブロワ、コンプレッサ、若しくはファンの入口ガイド・ベーン、ステータ・ベーン、若しくは回転ベーンのうちの少なくとも１つの位置、開放性、若しくは角度を調整することによって、中間熱伝達流体の流量を調整するステップをさらに含む、実施例４４から５３までのいずれか一項に記載の方法。
【０１７２】
５５．１次熱伝達流体が、溶融塩、熱伝達油、水素、不活性ガス、液体金属、又は炭化水素流体を含む、実施例４４から５４までのいずれか一項に記載の方法。
【０１７３】
５６．中間熱伝達流体が、水、蒸気、空気、空気の任意の成分、又は炭化水素流体を含む、実施例４４から５５までのいずれか一項に記載の方法。
【０１７４】
５７．発電サイクル流体が、水、蒸気、空気、空気の任意の成分、超臨界二酸化炭素、又は炭化水素流体を含む、実施例４４から５６までのいずれか一項に記載の方法。
【０１７５】
５８．２つの位置で中間熱伝達流体の温度を測定又は決定し、２つの位置で発電サイクル流体の温度を測定又は決定するステップをさらに含む、実施例４４から５７までのいずれか一項に記載の方法。
【０１７６】
５９．中間熱伝達流体及び発電サイクル流体の温度に少なくとも部分的に基づいて、中間熱伝達流体の流量を調整するステップをさらに含む、実施例４４から５８までのいずれか一項に記載の方法。
【０１７７】
６０．２つの中間熱伝達流体位置間の温度降下と２つの発電サイクル流体位置間の温度上昇との間の差を計算し、上記差が設定値にほぼ等しくなるまで中間熱伝達流体の流量を調整するステップをさらに含む、実施例４４から５９までのいずれか一項に記載の方法。
【０１７８】
６１．設定値がほぼ０に等しい、実施例４４から６０までのいずれか一項に記載の方法。
【０１７９】
６２．設定値が、−５０℃から５０℃までの間で選択される固定値である、実施例４４から６１までのいずれか一項に記載の方法。
【０１８０】
６３．１次熱伝達流体、中間熱伝達流体、及び発電サイクル流体のうちの少なくとも１つの流量に少なくとも部分的に基づいて設定値を調整するステップをさらに含む、実施例４４から６２までのいずれか一項に記載の方法。
【０１８１】
６４．外部システムが、大気、冷却塔、プロセス・プラント、及び／又は地域熱供給システムのうちの少なくとも１つを含む、実施例４４から６３までのいずれか一項に記載の方法。
【０１８２】
６５．発電サイクル流体流量の流量、及びタービン段の有用な仕事又は発電量のうちの少なくとも一方の急速な変化に対応して、中間熱伝達流体の流量を調整するステップをさらに含み、このようなさらなる調整が、一時的であり、一定期間後に実施例６０によって決定される調整に戻る、実施例４４から６４までのいずれか一項に記載の方法。
【０１８３】
６６．少なくとも１つの発電サイクル流体ストリームの温度を測定又は決定するステップをさらに含み、１次熱伝達流体の少なくとも１つの部分の流量を調整するステップをさらに含む、実施例４４から６５までのいずれか一項に記載の方法。
【０１８４】
６７．少なくとも１つの発電サイクル流体ストリームの温度が、少なくとも１つの発電サイクル流体設定値温度にほぼ等しくなるまで、１次熱伝達流体の少なくとも１つの部分の流量を調整するステップをさらに含む、実施例４４から６６までのいずれか一項に記載の方法。
【０１８５】
６８．少なくとも２つの発電サイクル流体ストリームの温度を測定又は決定するステップをさらに含み、１次熱伝達流体の少なくとも２つの部分の流量を調整するステップをさらに含む、実施例４４から６７までのいずれか一項に記載の方法。
【０１８６】
６９．多変数制御システムを使用して１次熱伝達流体の一部の流量を調整して、すべての発電サイクル流体ストリームの温度が各発電サイクル流体ストリームの設定値温度に等しくなるまで流量を同時に調整するステップをさらに含む、実施例４４から６８までのいずれか一項に記載の方法。
【０１８７】
７０．少なくとも１つの位置の中間熱伝達ループの圧力を測定又は決定するステップをさらに含む、実施例４４から６９までのいずれか一項に記載の方法。
【０１８８】
７１．中間熱伝達流体を外部のソース若しくはリザーバから追加するか、又は外部のソース若しくはリザーバへ除去するための手段が提供される、実施例４４から７０までのいずれか一項に記載の方法。
【０１８９】
７２．前記圧力が中間熱伝達ループ圧力設定値にほぼ等しくなるまで、中間熱伝達流体が中間熱伝達ループに追加されるか、又は中間熱伝達ループから除去されるステップをさらに含む、実施例４４から７１までのいずれか一項に記載の方法。
【０１９０】
７３．中間熱伝達ループが、中間熱伝達流体に循環させるためのブロワ、コンプレッサ、又はファンを備え、中間熱伝達流体が実質的に周囲空気であり、中間熱伝達流体が実質的に再循環されない、実施例４４から７２までのいずれか一項に記載の方法。
【０１９１】
７４．中間熱伝達流体が実質的に周囲空気であり、中間熱伝達流体が実質的に再循環されない、実施例４４から７３までのいずれか一項に記載の方法。
【０１９２】
７５．１次熱伝達ループが貯蔵タンクを含む、実施例４４から７４までのいずれか一項に記載の方法。
【０１９３】
７６．発電システムを制御するための方法であって、ａ）１次熱伝達流体を高価値熱源に循環させることによって、流量を有する１次熱伝達流体を加熱するステップと、ｂ）１次熱伝達流体を、少なくとも、第１の流量を有する第１の部分と第２の流量を有する第２の部分とに分割するステップと、ｃ）流量を有する中間熱伝達流体を中間熱伝達ループ内で循環させるステップと、ｄ）流量及び高圧を有する発電サイクル流体を発電サイクル・ループ内で循環させるステップと、ｅ）１次熱伝達流体の第１の部分から熱を伝達することによって、中間熱伝達流体を加熱するステップと、ｆ）中間熱伝達流体が１次熱伝達流体の第１の部分によって加熱された後、中間熱伝達流体から熱を伝達することによって、高圧発電サイクル流体の少なくとも一部を第１の温度設定値まで加熱するステップと、ｇ）高圧発電サイクル流体の少なくとも一部を、その部分が中間熱伝達流体によって加熱された後に第１のタービン段に導入し、有用な仕事又は力が生成されるようにタービン段から発電サイクル流体の一部をより低い圧力で抽出するステップと、ｈ）中間熱伝達流体が発電サイクル流体の高圧部分を加熱した後、１次熱伝達流体の第２の部分から熱を伝達することによって中間熱伝達流体を加熱するステップと、ｉ）中間熱伝達流体が１次熱伝達流体の第２の部分によって加熱された後、中間熱伝達流体から熱を伝達することによって、低圧発電サイクル流体の少なくとも一部を第２の温度設定値まで加熱するステップと、ｊ）低圧発電サイクル流体の少なくとも一部を、その部分が中間熱伝達流体によって加熱された後に第２のタービン段に導入し、有用な仕事又は電力が生成されるように発電サイクル流体の一部を極低圧で抽出するステップと、ｋ）極低圧発電サイクル流体を熱交換装置に導入して、外部システムへ残留熱を排出するステップと、ｌ）ポンプ、コンプレッサ、又はブロワを含み得る装置を使用することによって、発電サイクル流体を再加圧及び再循環させるステップと、ｍ）ある発電サイクル流体位置で第１の温度設定値条件を達成するように、１次熱伝達流体の第１の部分の流量を調整するステップと、ｎ）別の発電サイクル流体位置で第２の温度設定値条件を達成するように、１次熱伝達流体の第２の部分の流量を調整するステップとを含む、方法。
【０１９４】
７７．１次熱伝達流体の第１の部分及び第２の部分の流量と、発電サイクル流体温度との間の相互作用を補償する多変数コントローラを使用して、１次熱伝達流体の第１の部分及び第２の部分の流量を調整するステップをさらに含む、実施例７６に記載の方法。
【０１９５】
７８．１次熱伝達流体流量が３つ以上の部分に分割され、３つ以上の発電サイクル流体位置に対する所望の温度設定値を達成するように各部分の流量を個別に調整するステップをさらに含む、実施例７６又は７７に記載の方法。
【０１９６】
７９．１次熱伝達流体の３つ以上の部分の流量と、発電サイクル流体温度との間の相互作用を補償する多変数コントローラを使用して、１次熱伝達流体全流量の３つ以上の部分の流量を調整するステップをさらに含む、実施例７６から７８までのいずれか一項に記載の方法。
【０１９７】
８０．発電システムを制御するための方法であって、ａ）１次熱伝達流体を高価値熱源に循環させることによって、流量を有する１次熱伝達流体を加熱するステップと、ｂ）
１次熱伝達流体を、少なくとも、第１の流量を有する第１の部分と第２の流量を有する第２の部分とに分割するステップと、ｃ）流量を有する中間熱伝達流体を中間熱伝達ループ内で循環させるステップと、ｄ）流量及び高圧を有する発電サイクル流体を発電サイクル・ループ内で循環させるステップと、ｅ）１次熱伝達流体の第１の部分から熱を伝達することによって、中間熱伝達流体を加熱するステップと、ｆ）中間熱伝達流体が１次熱伝達流体の第１の部分によって加熱された後、中間熱伝達流体から熱を伝達することによって、高圧発電サイクル流体の少なくとも一部を第１の温度設定値まで加熱するステップと、ｇ）高圧発電サイクル流体の少なくとも一部を、その部分が中間熱伝達流体によって加熱された後に第１のタービン段に導入し、有用な仕事又は力が生成されるようにタービン段から発電サイクル流体の一部をより低い圧力で抽出するステップと、ｈ）中間熱伝達流体が発電サイクル流体の高圧部分を加熱した後、１次熱伝達流体の第２の部分から熱を伝達することによって中間熱伝達流体を加熱するステップと、ｉ）中間熱伝達流体が１次熱伝達流体の第２の部分によって加熱された後、中間熱伝達流体から熱を伝達することによって、低圧発電サイクル流体の少なくとも一部を第２の温度設定値まで加熱するステップと、ｊ）低圧発電サイクル流体の少なくとも一部を、その部分が中間熱伝達流体によって加熱された後に第２のタービン段に導入し、有用な仕事又は電力が生成されるように発電サイクル流体の一部を極低圧で抽出するステップと、ｋ）極低圧発電サイクル流体を熱交換装置に導入して、外部システムへ残留熱を排出するステップと、ｌ）ポンプ、コンプレッサ、又はブロワを含み得る装置を使用することによって、発電サイクル流体を再加圧及び再循環させるステップと、ｍ）第１の位置の中間熱伝達流体と第２の位置の中間熱伝達流体と間の第１の温度差、及び第１の位置の発電サイクル流体と第２の位置の発電サイクル流体との間の第２の温度差を計算又は決定するステップと、ｎ）前記第１の温度差と第２の温度差との間の所望の温度差設定値を達成するように、中間熱伝達流体の流量を調整するステップとを含む、方法。
【０１９８】
８１．中間熱伝達流体流量、１次熱伝達流体流量、発電サイクル流体流量、１次熱伝達流体温度、中間熱伝達流体温度、発電サイクル流体温度、正味電力生産量、及び総電力生産量のうちの少なくとも１つを含む発電プラントの運転パラメータに少なくとも基づいて、温度差設定値を調整するステップをさらに含む、実施例８０に記載の方法。
【０１９９】
８２．発電システムを制御するための方法であって、ａ）１次熱伝達流体を高価値熱源に循環させることによって、流量を有する１次熱伝達流体を加熱するステップと、ｂ）１次熱伝達流体を、少なくとも、第１の流量を有する第１の部分と第２の流量を有する第２の部分とに分割するステップと、ｃ）流量を有する中間熱伝達流体を中間熱伝達ループ内で循環させるステップと、ｄ）流量及び高圧を有する発電サイクル流体を発電サイクル・ループ内で循環させるステップと、ｅ）１次熱伝達流体の第１の部分から熱を伝達することによって、中間熱伝達流体を加熱するステップと、ｆ）中間熱伝達流体が１次熱伝達流体の第１の部分によって加熱された後、中間熱伝達流体から熱を伝達することによって、高圧発電サイクル流体の少なくとも一部を第１の温度設定値まで加熱するステップと、ｇ）高圧発電サイクル流体の少なくとも一部を、その部分が中間熱伝達流体によって加熱された後に第１のタービン段に導入し、有用な仕事又は力が生成されるようにタービン段から発電サイクル流体の一部をより低い圧力で抽出するステップと、ｈ）中間熱伝達流体が発電サイクル流体の高圧部分を加熱した後、１次熱伝達流体の第２の部分から熱を伝達することによって中間熱伝達流体を加熱するステップと、ｉ）中間熱伝達流体が１次熱伝達流体の第２の部分によって加熱された後、中間熱伝達流体から熱を伝達することによって、低圧発電サイクル流体の少なくとも一部を第２の温度設定値まで加熱するステップと、ｊ）低圧発電サイクル流体の少なくとも一部を、その部分が中間熱伝達流体によって加熱された後に第２のタービン段に導入し、有用な仕事又は電力が生成されるように発電サイクル流体の一部を極低圧で抽出するステップと、ｋ）極低圧発電サイクル流体を熱交換装置に導入して、外部システムへ残留熱を排出するステップと、ｌ）ポンプ、コンプレッサ、又はブロワを含み得る装置を使用することによって、発電サイクル流体を再加圧及び再循環させるステップと、ｍ）タービン段から発電サイクル流体の少なくとも第１の部分及び第２の部分を抽出するステップと、ｎ）抽出された発電サイクル流体の第１の部分及び第２の部分を使用して中間熱伝達流体を加熱し、したがって発電サイクル流体の少なくとも第１の部分及び第２の部分を冷却する予熱器によって、中間熱伝達流体を加熱するステップと、ｏ）中間熱伝達流体の温度を最低温度設定値以上に維持するように、抽出された発電サイクル流体の第１の部分及び第２の部分のうちの少なくとも一方の流量を調整するステップとを含む、方法。
【０２００】
８３．発電システムを制御するための方法であって、ａ）１次熱伝達流体を高価値熱源に循環させることによって、流量を有する１次熱伝達流体を加熱するステップと、ｂ）１次熱伝達流体を、少なくとも、第１の流量を有する第１の部分と第２の流量を有する第２の部分とに分割するステップと、ｃ）流量を有する中間熱伝達流体を中間熱伝達ループ内で循環させるステップと、ｄ）流量及び高圧を有する発電サイクル流体を発電サイクル・ループ内で循環させるステップと、ｅ）１次熱伝達流体の第１の部分から熱を伝達することによって、中間熱伝達流体を加熱するステップと、ｆ）中間熱伝達流体が１次熱伝達流体の第１の部分によって加熱された後、中間熱伝達流体から熱を伝達することによって、高圧発電サイクル流体の少なくとも一部を第１の温度設定値まで加熱するステップと、ｇ）高圧発電サイクル流体の少なくとも一部を、その部分が中間熱伝達流体によって加熱された後に第１のタービン段に導入し、有用な仕事又は力が生成されるようにタービン段から発電サイクル流体の一部をより低い圧力で抽出するステップと、ｈ）中間熱伝達流体が発電サイクル流体の高圧部分を加熱した後、１次熱伝達流体の第２の部分から熱を伝達することによって中間熱伝達流体を加熱するステップと、ｉ）中間熱伝達流体が１次熱伝達流体の第２の部分によって加熱された後、中間熱伝達流体から熱を伝達することによって、低圧発電サイクル流体の少なくとも一部を第２の温度設定値まで加熱するステップと、ｊ）低圧発電サイクル流体の少なくとも一部を、その部分が中間熱伝達流体によって加熱された後に第２のタービン段に導入し、有用な仕事又は電力が生成されるように発電サイクル流体の一部を極低圧で抽出するステップと、ｋ）極低圧発電サイクル流体を熱交換装置に導入して、外部システムへ残留熱を排出するステップと、ｌ）ポンプ、コンプレッサ、又はブロワを含み得る装置を使用することによって、発電サイクル流体を再加圧及び再循環させるステップと、ｍ）タービン段の有用な仕事又は電力を電気エネルギーに変換し、さらにその電気エネルギーを、電力を消費する電力網に伝送するステップと、ｎ）電力網の不安定性、ブレーカ開放イベント、及びタービン段の速度超過イベントのうちの少なくとも１つを検出し、さらにタービン段及び発電機に、生成された負荷、したがって発電サイクル流体の流量を急速に変化させることによって対応させるステップと、ｏ）中間熱伝達流体流量及び１次熱伝達流体流量のうちの少なくとも一方を、発電サイクル流体流量、及びタービン段又は発電機の電力のうちの少なくとも一方にほぼ比例して急速に変化させることによって、タービン段及び発電機の生成された負荷、並びに発電サイクル流体の流量に対する急速な変化に対応するステップとを含む、方法。
【０２０１】
８４．発電システムを制御するための方法であって、ａ）１次熱伝達流体を高価値熱源に循環させることによって、流量を有する１次熱伝達流体を加熱するステップと、ｂ）１次熱伝達流体を、少なくとも、第１の流量を有する第１の部分と第２の流量を有する第２の部分とに分割するステップと、ｃ）流量を有する中間熱伝達流体を中間熱伝達ループ内で循環させるステップと、ｄ）流量を有する発電サイクル流体を発電サイクル・ループ内で循環させるステップと、ｅ）流量、圧力、及び温度を有する発電サイクル流体の少なくとも第１の部分を加熱するステップと、ｆ）発電サイクル流体の少なくとも第１の部分を使用する予熱器によって中間熱伝達流体を加熱し、さらに発電サイクル流体の少なくとも第１の部分を冷却するステップと、ｇ）発電サイクル流体の少なくとも第１の部分を加熱装置に再循環させるステップと、ｈ）発電サイクル流体の少なくとも第１の部分の流量、圧力、及び／又は温度のうちの少なくとも１つを調整し、さらに中間熱伝達流体の温度を最低温度設定値以上に維持するステップとを含む、方法。
【０２０２】
８５．電力を生成するためのシステムであって、流量、温度、及び圧力を有する１次熱伝達流体、高価値熱源、並びに高価値熱源から１次熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも１つの熱伝達装置を備える、１次熱伝達ループと、流量を有する中間熱伝達流体、１次熱伝達流体の少なくとも第１の部分から中間熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも第１の１次熱伝達装置、及び１次熱伝達流体の少なくとも第２の部分から中間熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも第２の熱１次伝達装置を備える、中間熱伝達ループと、流量を有する発電サイクル流体、少なくとも１つの圧縮装置、発電サイクル流体の熱又はエンタルピーを有用な仕事又は電力に変換するための少なくとも１つのタービン段、中間熱伝達流体から熱を伝達して発電サイクル流体の温度又はエンタルピーを上昇させるための少なくとも２つの発電サイクル熱伝達装置、並びに残留熱を発電サイクル流体から外部システムに排出するための少なくとも１つの３次熱伝達装置を備える、発電サイクル・ループと、最初に、１次熱伝達流体の第１の部分から中間熱伝達流体に少なくとも一部の熱を伝達することによって中間熱伝達流体の温度が上昇し、次いで、少なくとも一部の熱を発電サイクル流体に伝達することによって中間熱伝達流体の温度が低下し、次いで、１次熱伝達流体の第２の部分から少なくとも一部の熱を伝達することによって中間熱伝達流体の温度が再び上昇し、次いで、少なくとも一部の熱を発電サイクル流体に伝達することによって中間熱伝達流体の温度が再び低下するような、前記少なくとも第１及び第２の１次熱伝達装置と、１次熱伝達流体から発電サイクル流体に熱を伝達するための少なくとも２つの発電サイクル熱伝達装置とのシーケンスと、１次熱伝達流体の少なくとも第１の部分及び第２の部分を高価値熱源に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、発電サイクル流体の少なくとも一部を、有用な仕事又は電力を生成するためのタービン段に導き、その発電サイクル流体を３次熱交換装置に導くように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、タービン段に導かれた発電サイクル流体の少なくとも一部を抽出し、発電サイクル流体のその抽出された部分を使用して中間熱伝達流体の温度を上昇させるように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、３次熱交換装置からの発電サイクル流体、及び発電サイクル流体の抽出された部分を、少なくとも１つの圧縮装置に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムとを備える、システム。
【０２０３】
８６．１次熱伝達流体が、溶融塩、熱伝達油、水素、不活性ガス、液体金属、又は炭化水素流体を含む、実施例８５に記載のシステム。
【０２０４】
８７．中間熱伝達流体が、水、蒸気、空気、空気の任意の成分、又は炭化水素流体を含む、実施例８５又は８６に記載のシステム。
【０２０５】
８８．発電サイクル流体が、水、蒸気、空気、加湿空気、窒素と、アルゴンと、ヘリウムと、二酸化炭素とを含むがこれらに限定されない空気の任意の成分、及び／又は炭化水素流体を含む、実施例８５から８７までのいずれか一項に記載のシステム。
【０２０６】
８９．中間熱伝達流体が再循環される、実施例８５から８８までのいずれか一項に記載のシステム。
【０２０７】
９０．中間熱伝達ループが、中間熱伝達流体を再循環させるためのブロワ、コンプレッサ、又はファンを備える、実施例８５から８９までのいずれか一項に記載のシステム。
【０２０８】
９１．ブロワ、コンプレッサ、又はファンが、調整可能な運転速度を備える、実施例８５から９０までのいずれか一項に記載のシステム。
【０２０９】
９２．ブロワ、コンプレッサ、又はファンが、調整可能な入口ガイド・ベーン、調整可能なステータ・ベーン、又は調整可能な回転ブレードを備える、実施例８５から９１までのいずれか一項に記載のシステム。
【０２１０】
９３．中間熱伝達ループが、中間熱伝達流体の流量の調整を可能にするように構成されたダンパを備える、実施例８５から９２までのいずれか一項に記載のシステム。
【０２１１】
９４．中間熱伝達ループが、中間熱伝達流体の少なくともいくらかの自然循環を引き起こすように構成された高温及び低温の垂直レッグ又はセクションを備えて配置されている、実施例８５から９３までのいずれか一項に記載のシステム。
【０２１２】
９５．中間熱伝達流体の流量が、運転速度を変更すること、入口ガイド・ベーンの位置を変更すること、ステータ・ベーンの位置を変更すること、ブロワ、コンプレッサ、又はファンの回転ブレードの位置を変更すること、及びダンパの位置を変更することのうちの少なくとも１つによって調整される、実施例８５から９４までのいずれか一項に記載のシステム。
【０２１３】
【表１−１】
2021510802.tif 000003
【表１−２】
2021510802.tif 000004
【０２１４】
【表２−１】
2021510802.tif 000005
【表２−２】
2021510802.tif 000006
【０２１５】
【表３−１】
2021510802.tif 000007
【表３−２】
2021510802.tif 000008
【０２１６】
【表４−１】
2021510802.tif 000009
【表４−２】
2021510802.tif 000010
【０２１７】
【表５−１】
2021510802.tif 000011
【表５−２】
2021510802.tif 000012
【０２１８】
【表６−１】
2021510802.tif 000013
【表６−２】
2021510802.tif 000014
【０２１９】
【表７−１】
2021510802.tif 000015
【表７−２】
2021510802.tif 000016
【０２２０】
特定の実施例及び特徴が、１組の数値上限及び１組の数値下限を使用して説明されてきた。特に指定されない限り、任意の下限から任意の上限までの範囲が企図されることを理解されたい。特定の下限、上限、及び範囲が、以下の１つ又は複数の特許請求の範囲に記載されている。すべての数値は、「約」又は「おおよそ」の指定値であり、当業者によって予想される実験誤差及び実験変動を考慮に入れている。
【０２２１】
様々な用語が上記で定義されている。特許請求の範囲において使用される用語が上記で定義されていない限り、少なくとも１つの刊行物又は発行された特許に反映されているように、当業者がその用語に与えている最も広い定義が与えられるべきである。さらに、本出願で引用されるすべての特許、試験手順、及びその他の文書は、このような開示が本出願と矛盾しない範囲で、且つ組み込みが許可されているすべての管轄範囲に対して、参照により完全に組み込まれる。
【０２２２】
上記は本発明の実施例を対象とするが、本発明の他のさらなる実施例が、その基本的な範囲から逸脱することなく考案され得、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
2021510802.tif 000017
【図２】
2021510802.tif 000018
【図３】
2021510802.tif 000019
【図４】
2021510802.tif 000020
【図５】
2021510802.tif 000021
【図６Ａ】
2021510802.tif 000022
【図６Ｂ】
2021510802.tif 000023
【図６Ｃ】
2021510802.tif 000024
【図７】
2021510802.tif 000025
【図８】
2021510802.tif 000026
【図９】
2021510802.tif 000027
【図１０】
2021510802.tif 000028
【図１１】
2021510802.tif 000029
【図１２−１】
2021510802.tif 000030
【図１２−２】
2021510802.tif 000031
【図１２−３】
2021510802.tif 000032
【図１３】
2021510802.tif 000033
【図１４】
2021510802.tif 000034
【図１５】
2021510802.tif 000035
【図１６】
2021510802.tif 000036
【図１７】
2021510802.tif 000037
【図１８】
2021510802.tif 000038
【図１９】
2021510802.tif 000039
【図２０】
2021510802.tif 000040
【図２１−１】
2021510802.tif 000041
【図２１−２】
2021510802.tif 000042
【手続補正書】
【提出日】令和2年11月18日(2020.11.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を生成するための方法であって、
ａ）直列に配置され、収容ハウジング内に収められた４つ以上の独立型熱伝達装置を提供するステップと、
ｂ）前記ハウジングを通して前記４つ以上の独立型熱伝達装置を中心として中間熱伝達流体を循環させるステップと、
ｃ）外部熱源を使用して１次熱伝達流体を加熱して、加熱後の１次熱伝達流体を提供するステップと、
ｄ）前記加熱後の１次熱伝達流体の第１の部分を前記ハウジング内の前記４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第１の独立型熱伝達装置に循環させ、前記加熱後の１次熱伝達流体の第２の部分を前記ハウジング内の前記４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第２の独立型熱伝達装置に循環させるステップであって、前記中間熱伝達流体が、前記第１及び第２の独立型熱伝達装置の両方からの前記加熱後の１次熱伝達流体によって間接的に加熱される、ステップと、
ｅ）発電サイクル流体の少なくとも一部を前記ハウジング内の前記４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第３の独立型熱伝達装置に循環させ、前記発電サイクル流体の前記少なくとも一部を前記ハウジング内の前記４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第４の独立型熱伝達装置に循環させて、加熱後の発電サイクル流体を提供するステップであって、前記発電サイクル流体が、前記中間熱伝達流体によって前記第３及び第４の独立型熱伝達装置内で間接的に加熱される、ステップと、
ｆ）前記ハウジングを出る前記加熱後の発電サイクル流体を使用して電力を生成するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記中間熱伝達流体が前記１次熱伝達流体の前記第１の部分によって加熱された後、前記ハウジング内の前記中間熱伝達流体から熱を伝達することによって、前記４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの前記第３の独立型熱伝達装置内で前記発電サイクル流体が加熱される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記加熱後の発電サイクル流体を、前記ハウジングを出た後に第１のタービン段に第１の圧力で導入し、次いで前記発電サイクル流体の前記少なくとも一部を、より低い第２の圧力で前記第１のタービン段から抽出するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの前記第３の独立型熱伝達装置内で前記中間熱伝達流体が前記発電サイクル流体を加熱した後、前記１次熱伝達流体の前記第２の部分から熱を伝達することによって前記中間熱伝達流体を加熱するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの前記第４の独立型熱伝達装置内で前記中間熱伝達流体が前記発電サイクル流体を加熱した後、前記１次熱伝達流体の前記第２の部分から熱を伝達することによって前記中間熱伝達流体を加熱するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記中間熱伝達流体が前記１次熱伝達流体の前記第２の部分によって加熱された後、前記中間熱伝達流体から熱を伝達することによって前記発電サイクル流体の前記少なくとも一部を加熱するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記加熱後の圧力発電サイクル流体の少なくとも一部を、その一部が前記中間熱伝達流体によって加熱された後、第２のタービン段に第１の圧力で導入し、次いで前記加熱後の発電サイクル流体の前記少なくとも一部を、より低い第２の圧力で前記第２のタービン段から抽出するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも１つのタービン段から前記発電サイクル流体の少なくとも一部を抽出し、前記抽出された発電サイクル流体を使用して前記中間熱伝達流体を加熱するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記発電サイクル流体の第３の部分を第５の独立型熱交換装置に導入して、残留熱を外部システムに排出するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のタービン段又は前記第２のタービン段から前記発電サイクル流体の少なくとも２つの部分を抽出し、それらを中間熱伝達流体予熱器に導き、それによって前記中間熱伝達流体を加熱し、前記発電サイクル流体の前記少なくとも２つの部分を冷却するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記中間熱伝達流体が、ブロワ、コンプレッサ、ポンプ、及びファンのうちの任意の１つ又は複数を使用して循環される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
（ｉ）前記中間熱伝達ループ内のダンパの位置を調整することによって、（ｉｉ）前記ブロワ、コンプレッサ、ポンプ、若しくはファンの運転速度を調整することによって、或いは（ｉｉｉ）前記ブロワ、コンプレッサ、ポンプ、若しくはファンの少なくとも１つの入口ガイド・ベーン、ステータ・ベーン、若しくは回転ベーンの位置、開放性、若しくは角度を調整することによって、前記ハウジングを通る前記中間熱伝達流体の流量を調整するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
電力を生成するための方法であって、
ａ）直列に配置され、収容ハウジング内に収められた４つ以上の独立型熱伝達装置を提供するステップと、
ｂ）前記ハウジングを通して前記４つ以上の独立型熱伝達装置を中心として中間熱伝達流体を循環させるステップと、
ｃ）外部熱源を使用して１次熱伝達流体を加熱して、加熱後の１次熱伝達流体を提供するステップと、
ｄ）前記加熱後の１次熱伝達流体の第１の部分を前記ハウジング内の前記４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第１の独立型熱伝達装置に循環させ、前記加熱後の１次熱伝達流体の第２の部分を前記ハウジング内の前記４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第２の独立型熱伝達装置に循環させるステップであって、前記中間熱伝達流体が、前記第１及び第２の独立型熱伝達装置の両方からの前記加熱後の１次熱伝達流体によって間接的に加熱される、ステップと、
ｅ）発電サイクル流体の少なくとも一部を前記ハウジング内の前記４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第３の独立型熱伝達装置に循環させ、前記発電サイクル流体の前記少なくとも一部を前記ハウジング内の前記４つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第４の独立型熱伝達装置に循環させて、加熱後の発電サイクル流体を提供するステップであって、前記発電サイクル流体が、前記中間熱伝達流体によって前記第３及び第４の独立型熱伝達装置内で間接的に加熱される、ステップと、
ｆ）前記ハウジングを出る前記加熱後の発電サイクル流体を使用して電力を生成するステップと、
ｇ）前記ハウジングの２つ以上の位置の前記中間熱伝達流体及び前記発電サイクル流体の温度を決定し、前記２つ以上の位置で決定された前記中間熱伝達又は前記発電サイクル流体の温度差に少なくとも部分的に基づいて、前記中間熱伝達流体の流量を調整するステップと
を含む、方法。
【請求項１４】
前記中間熱伝達の温度差又は前記発電サイクル流体の温度差が所定の設定値にほぼ等しくなるまで、前記中間熱伝達流体若しくは前記発電サイクル流体又はその両方の流量が調整される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記所定の設定値が約−５０℃から約＋５０℃までである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記所定の設定値が約０である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記１次熱伝達流体、前記中間熱伝達流体、及び前記発電サイクル流体のうちの少なくとも１つの流量に少なくとも部分的に基づいて、前記所定の設定値を調整するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【国際調査報告】
2021510802.tif 000043
2021510802.tif 000044
2021510802.tif 000045