(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体が閉回路内で循環させられる、熱エネルギーを機械エネルギーに変換する方法であって、前記閉回路がランキンサイクルによる回路を有し、前記ランキンサイクル回路が、該ランキンサイクル回路で蒸発した前記作動流体を加熱するヒートポンプ（２）を備える、熱エネルギーを機械エネルギーに変換する方法において、前記ランキンサイクル回路の前記作動流体が、前記ヒートポンプの前記回路内で循環させられ、前記蒸発した作動流体が、前記ランキンサイクル回路によって機械エネルギーへの変換に用いられる第１の部分と、前記ヒートポンプで用いられる第２の部分との２つの部分に分離されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ランキンサイクル回路での機械エネルギーへの変換工程の後で、前記第１の部分が前記第２の部分の少なくとも一部と混合される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
以下の工程、すなわち、
ａ）第１の熱源（ＳＣ）との熱交換によって前記作動流体を蒸発させる工程と、
ｂ）前記蒸発した作動流体を２つの部分に分離する工程と、
ｃ）予め圧縮された第２の部分との熱交換によって第１の部分を加熱する工程と、
ｄ）前記第１の部分に含まれる熱エネルギーの一部を機械エネルギーに変換する工程と、
ｅ）前記第１の部分と予め膨張した前記第２の部分との少なくとも一部を混合することで、前記作動流体の少なくとも一部を再形成する工程と、
ｆ）第２の熱源（ＳＦ）との熱交換によって前記再形成された作動流体の少なくとも一部を凝縮させる工程と、
ｇ）前記凝縮した作動流体を圧縮する工程と、
が実行される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記作動流体の一部を再形成する工程の上流で、前記第２の部分が液相と気相とに分離され、前記作動流体を部分的に再形成する工程で前記第２の部分の前記気相が前記第１の部分と混合され、前記第２の部分の前記液相が前記凝縮した作動流体と混合される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記部分的に再形成された作動流体が液相と気相とに分離され、前記作動流体の前記気相が前記凝縮工程で凝縮され、前記作動流体の前記液相が前記凝縮した作動流体と混合される、請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
前記熱源（ＳＦ，ＳＣ）が、異なる深さから採取した海水からなる、請求項３から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記作動流体がアンモニアを有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
作動流体が循環する閉回路を有する、熱エネルギーを機械エネルギーに変換するシステムであって、前記閉回路がランキンサイクル回路を有し、前記ランキンサイクル回路が、該ランキンサイクル回路内の蒸発した前記作動流体を加熱するヒートポンプを備える、熱エネルギーを機械エネルギーに変換するシステムにおいて、前記ランキンサイクル回路の前記作動流体が、前記ヒートポンプ（２）の前記回路内を循環し、前記閉回路が、前記作動流体を２つの部分に分離する第１の分離器（１１）であって、前記ランキンサイクル回路によって機械エネルギーへの変換に用いられる第１の部分と、前記ヒートポンプ（２）の前記回路で用いられる第２の部分との２つの部分に分離する第１の分離器（１１）を有することを特徴とするシステム。
【請求項９】
前記閉回路が、前記ランキンサイクル回路における機械エネルギーに変換する手段（３）の下流に、前記第１の部分を前記第２の部分の少なくとも一部に混合する第１の混合器（１２）を有する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記閉回路が、
第１の熱源（ＳＣ）によって前記作動流体を蒸発させる第１の熱交換器（１）と、
前記蒸発した作動流体を２つの部分に分離する分離器（１１）と、
圧縮器（７）で圧縮された第２の部分によって第１の部分を加熱する第２の熱交換器（８）と、
前記第１の部分に含まれる熱エネルギーの一部を機械エネルギーに変換するタービン（３）と、
前記第１の部分と膨張手段（９，１６）によって膨張した前記第２の部分との少なくとも一部を混合し、前記作動流体の少なくとも一部を再形成する第１の混合器（１２）と、
第２の熱源（ＳＦ）によって前記作動流体の少なくとも一部を凝縮させる第３の熱交換器（５）と、
前記凝縮した作動流体を圧縮するポンプ（６）と、
をこの順で有する、請求項８または９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記膨張手段が、弁（９）または二相ポンプ（１６）を有する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記閉回路が、前記第１の混合器（１２）の上流に、前記第２の部分の液相と気相とを分離する第２の分離器（１３）を有するとともに、前記第３の熱交換器（５）の下流に、前記液相を前記第３の熱交換器（５）の出口での前記作動流体に混合する第２の混合器（１４）を有し、前記第１の混合器（１２）が、前記第２の部分の前記気相を前記第１の部分に混合する、請求項１０または１１のいずれかに記載のシステム。
【請求項１３】
前記閉回路が、前記第１の混合器（１２）の下流に、前記第１の混合器（１２）の出口での前記作動流体の液相と気相とを分離する第３の分離器（１５）を有するとともに、前記第３の熱交換器（５）の下流に、前記液相を前記第３の熱交換器（５）の出口での前記作動流体に混合する第２の混合器（１４）とを有し、前記第３の熱交換器（５）が、前記作動流体の前記気相を冷却する、請求項１０から１２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記熱源（ＳＦ，ＳＣ）が、異なる深さから採取した海水からなる、請求項１０から１３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１５】
前記作動流体がアンモニアを有する、請求項８から１４のいずれか１項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱エネルギーを機械エネルギーに変換する分野に関し、特に海洋熱エネギー変換（ＯＴＥＣ）の分野に関する。
【０００２】
本発明の具体的な用途は、熱帯および亜熱帯地域に存在する、海洋表層水と、特に１０００ｍオーダーの深さの海洋深層水との間の温度差を利用して得られるエネルギーの使用に関する海洋熱エネルギーの分野にある。表層水は、熱力学サイクルエンジンの温熱源のために使用され、深層水は、熱力学サイクルエンジンの冷熱源のために使用される。温熱源と冷熱源との間の温度差は比較的少なく、期待されるエネルギー収量も低い。
【背景技術】
【０００３】
一般に、従来のＯＴＥＣプラントは、ランキンサイクルで動作する。特許文献１には、ＯＴＥＣの場合でのランキンサイクルの使用が記載されている。図１は、ランキンサイクルで動作するＯＴＥＣプラントであって、温熱源ＳＣ（海洋表層水）としての交換器１と補助熱源２とを有するＯＴＥＣプラントのブロック図を示している。補助熱源によって、熱力学サイクルを改善することができる。システムは、深海から採取した冷たい海水による冷熱源ＳＦとしての交換器５を有している。作動流体（本例ではアンモニア）の回路は、ポンプ６と、熱エネルギーに変換するための発電機４を駆動するタービン３とを有している。
【０００４】
特許文献１には、作動流体を過熱する補助熱源としてのヒートポンプを備えた、このサイクルの変形例も開示されている。ヒートポンプを追加することで、特に、システムによって生成される正味出力を増加させることができる。熱は、自然な状態では、それぞれ等しい温度になるまで、より温かい媒体からより冷たい媒体へと拡散するが、ヒートポンプ（ＰＡＣ）は、より冷たい媒体からより温かい媒体へ、あるいは、同じ温度の媒体（したがって冷却される）から同じ温度の媒体（したがって加熱される）へと熱を伝達することができる熱力学装置である。このために、ランキンサイクルの場合、いくつかの装置、すなわち、熱源と作動流体との交換器と、圧縮器と、ヒートポンプの作動流体とランキンサイクルの作動流体との間の交換器と、弁とが、ヒートポンプに追加されている。図２は、ヒートポンプを備えた、ランキンサイクルで動作するＯＴＥＣプラントの一例を示している。ランキンサイクル回路は、前述のものと同一であり、交換器１と、タービン３と、交換器５と、ポンプ６と、ヒートポンプからなる補助熱源２とを有している。ヒートポンプは、温かい温熱源と熱交換を行う交換器１０と、圧縮器７と、ランキンサイクルの作動流体と熱交換を行う交換器８と、弁９とを有している。熱交換器１０は、腐食を受け、生物付着（生物種からなる水域環境に浸漬された固形物への外被、またはバクテリア、原生生物、植物、および動物などの水生生物種によって発生した外被）のために詰まってしまうことがある。そのため、この装置には相当な手間が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２９８１１２９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ヒートポンプを備えたランキンサイクルであって、ヒートポンプが組み込まれたランキンサイクルを用いた、熱エネルギーを機械エネルギーに変換する方法およびシステムに関する。したがって、ランキンサイクルの回路とヒートポンプの回路に対して単一の作動流体が使用され、ヒートポンプの回路は、温熱源と熱交換を行う交換器を必要としない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、作動流体が閉回路内で循環させられる、熱エネルギーを機械エネルギーに変換する方法であって、閉回路がランキンサイクルによる回路を有し、ランキンサイクル回路が、ランキンサイクル回路で蒸発した作動流体を加熱するヒートポンプを備える、熱エネルギーを機械エネルギーに変換する方法に関する。この方法では、ランキンサイクル回路の作動流体が、ヒートポンプの回路内で循環させられる。
【０００８】
本発明によれば、蒸発した作動流体が、ランキンサイクル回路によって機械エネルギーへの変換に用いられる第１の部分と、ヒートポンプで用いられる第２の部分との２つの部分に分離される。
【０００９】
ランキンサイクル回路での機械エネルギーへの変換工程の後で、第１の部分が第２の部分の少なくとも一部と混合されることが有利である。
【００１０】
以下の工程、すなわち、
ａ）第１の熱源との熱交換によって作動流体を蒸発させる工程と、
ｂ）蒸発した作動流体を２つの部分に分離する工程と、
ｃ）予め圧縮された第２の部分との熱交換によって第１の部分を加熱する工程と、
ｄ）第１の部分に含まれる熱エネルギーの一部を機械エネルギーに変換する工程と、
ｅ）第１の部分と予め膨張した第２の部分との少なくとも一部を混合することで、作動流体の少なくとも一部を再形成する工程と、
ｆ）第２の熱源との熱交換によって再形成された作動流体の少なくとも一部を凝縮させる工程と、
ｇ）凝縮した作動流体を圧縮する工程と、
が実行されることが好ましい。
【００１１】
本発明の一態様によれば、作動流体の一部を再形成する工程の上流で、第２の部分が液相と気相とに分離され、作動流体を部分的に再形成する工程で第２の部分の気相が第１の部分と混合され、第２の部分の液相が凝縮した作動流体と混合される。
【００１２】
一変形例では、部分的に再形成された作動流体が液相と気相とに分離され、作動流体の気相が凝縮工程で凝縮され、作動流体の液相が凝縮した作動流体と混合される。
【００１３】
本発明によれば、熱源が、異なる深さから採取した海水からなる。
【００１４】
作動流体がアンモニアを有することが有利である。
【００１５】
さらに、本発明は、作動流体が循環する閉回路を有する、熱エネルギーを機械エネルギーに変換するシステムであって、閉回路がランキンサイクル回路を有し、ランキンサイクル回路が、該ランキンサイクル回路内の蒸発した作動流体を加熱するヒートポンプを備える、熱エネルギーを機械エネルギーに変換するシステムに関する。このシステムでは、ランキンサイクル回路の作動流体が、ヒートポンプの回路内を循環する。
【００１６】
本発明によれば、閉回路が、作動流体を２つの部分に分離する第１の分離器であって、ランキンサイクル回路によって機械エネルギーへの変換に用いられる第１の部分と、ヒートポンプの回路で用いられる第２の部分との２つの部分に分離する第１の分離器を有している。
【００１７】
閉回路が、ランキンサイクル回路における機械エネルギーに変換する手段の下流に、第１の部分を第２の部分の少なくとも一部に混合する第１の混合器を有していることが有利である。
【００１８】
閉回路が、
第１の熱源によって作動流体を蒸発させる第１の熱交換器と、
蒸発した作動流体を２つの部分に分離する分離器と、
圧縮器で圧縮された第２の部分によって第１の部分を加熱する第２の熱交換器と、
第１の部分に含まれる熱エネルギーの一部を機械エネルギーに変換するタービンと、
第１の部分と膨張手段によって膨張した第２の部分との少なくとも一部を混合し、作動流体の少なくとも一部を再形成する第１の混合器と、
第２の熱源によって作動流体の少なくとも一部を凝縮させる第３の熱交換器と、
凝縮した作動流体を圧縮するポンプと、
をこの順で有していることが好ましい。
【００１９】
膨張手段が、弁または二相ポンプを有していることが有利である。
【００２０】
本発明の一態様によれば、閉回路が、第１の混合器の上流に、第２の部分の液相と気相とを分離する第２の分離器を有するとともに、第３の熱交換器の下流に、液相を第３の交換器の出口での作動流体に混合する第２の混合器を有し、第１の混合器が、第２の部分の気相を第１の部分に混合する。
【００２１】
本発明の一変形態様によれば、閉回路が、第１の混合器の下流に、第１の混合器の出口での作動流体の液相と気相とを分離する第３の分離器を有するとともに、第３の交換器の下流に、液相を第３の交換器の出口での作動流体に混合する第２の混合器とを有し、第３の交換器が、作動流体の水相を冷却する。
【００２２】
本発明によれば、作動流体がアンモニアを有している。
【００２３】
さらに、熱源が、異なる深さから採取した海水からなっていてよい。
【００２４】
本発明による方法の他の特徴および利点は、添付の図面を参照しながら示す、非限定的な例として与えられる実施の形態についての以下の説明から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】既述の従来技術に係る、ランキンサイクルで動作するＯＴＥＣプラントのブロック図である。
【図２】既述の従来技術に係る、ヒートポンプを備えたランキンサイクルで動作するＯＴＥＣプラントの図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る、ヒートポンプを備えたランキンサイクルで動作する熱エネルギー変換システムを示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る、ヒートポンプを備えたランキンサイクルで動作する熱エネルギー変換システムを示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る、ヒートポンプを備えたランキンサイクルで動作する熱エネルギー変換システムを示す図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る、ヒートポンプを備えたランキンサイクルで動作する熱エネルギー変換システムを示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の変形例に係る、ヒートポンプを備えたランキンサイクルで動作する熱エネルギー変換システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明は、熱源からの熱エネルギーを機械エネルギーに変換する方法およびシステムに関する。熱源は、例えば、異なる深さで採取した海水であってよく、すなわち、温熱源（例えば２８℃）を海面で採取することができ、それに対して、冷熱源（例えば４℃）を１０００ｍ付近またはそれ以上の深さで採取することができる。
【００２７】
この方法およびシステムは、作動流体を用いて熱力学サイクルを実行することに基づいている。例えば、作動流体は、アンモニア（ＮＨ３）であってよく、実際、アンモニアは、特に海水からなる温熱源との熱交換によって蒸発することが可能であるが、これは、妥当な圧力範囲内では、海洋表層水の温度がアンモニアを蒸発させるのに十分に高いためである。同様に、冷熱源の温度により、アンモニアを凝縮させることができる。あるいは、作動流体は、両熱源の温度に応じた温度／圧力基準を満たす任意の有機液体からなっていてよい。
【００２８】
本発明によれば、熱力学サイクルは、ヒートポンプを備えたランキンサイクルに対応する。
【００２９】
ランキンサイクル（図１）は、作動流体に対して、以下の工程、すなわち、
（例えば、温熱源との熱交換による）蒸発と、
（例えば、熱エネルギーを機械エネルギーに変換するタービンによる）膨張と、
（例えば、冷熱源とのフリゴリー交換による）凝縮と、
（例えば、ポンプによる）圧縮と、
が連続的に行われるサイクルである。
【００３０】
熱は、自然な状態では、それぞれ等しい温度になるまで、より温かい媒体からより冷たい媒体へと拡散するが、ヒートポンプ（ＰＡＣ）は、より冷たい媒体からより温かい媒体へ、あるいは、同じ温度の媒体（したがって冷却される）から同じ温度の媒体（したがって加熱される）へと熱を伝達することができる熱力学装置である。このために、ヒートポンプは、いくつかの装置（図２）、すなわち、熱源と作動流体との間の熱交換用の交換器と、圧縮器と、ヒートポンプの作動流体と加熱される流体との間の交換器と、ＰＡＣの作動流体を膨張させる弁とを有している。ヒートポンプをランキンサイクルに追加することで、蒸発した作動流体をタービンに入れる前に過熱することができる。したがって、この方法（ランキンサイクル＋ＰＡＣ）により生成される正味出力は、ランキンサイクル単独で生成される出力と比べて増加する。正味出力は、タービンによって生成される出力から、ポンプまたは圧縮器で消費される出力を除いたものと考えられる。
【００３１】
本発明によれば、ヒートポンプは、ランキンサイクルに組み込まれている。すなわち、同じ作動流体が、ランキンサイクルに対応する回路部品内とヒートポンプに対応する回路部品内とを循環させられ、したがって、作動流体は共用され、本発明の熱力学サイクルに特有のものである。このため、ヒートポンプに対応する回路部分には、（腐食と生物付着を受ける）温熱源との熱交換器を使用する必要がない。作動流体は、ランキンサイクルの熱力学工程を実質的に対象とした第１の部分と、ヒートポンプの熱力学工程を実質的に対象とした第２の部分の２つの部分に分離されることが有利である。作動流体の一部は、本発明の熱力学回路の一部にだけ使用される、作動流体の一部と考えられる。その後、作動流体は、混合および凝縮工程を実行することと、任意には、流体の液相と気相の分離工程を実行することとによって再形成される。
【００３２】
本発明の第１の実施形態によれば、流体は、ランキンサイクル内の作動流体の蒸発工程の後で２つの部分に分離され、ガス状の作動流体の流れの一部が、蒸発器の出口から抽出される。
【００３３】
図３は、このような本発明の第１の実施形態を示している。図１および図２の従来技術の実施形態と同一または類似の要素には、同じ参照番号が付されている。
【００３４】
作動流体は、蒸発器とも呼ばれる第１の熱交換器１において、温熱源ＳＣ、特に海洋表層水との熱交換によって蒸発する。蒸発した作動流体は、第１の分離器つまりスプリッタ１１において２つの部分に分離される。
【００３５】
作動流体の（ガス状の）第１の部分は、過熱器とも呼ばれる第２の熱交換器８において、第２の部分によって過熱される。そして、作動流体の第１の部分の熱エネルギーは、タービン３によって機械エネルギーに変換される。
【００３６】
作動流体の（ガス状の）第２の部分は、圧縮器７で圧縮された後、第１の部分を加熱するために第２の熱交換器８によって使用される。第２の部分は、第２の交換器８の出口において、例えば弁９によって膨張する。弁９の出口での圧力は、タービン３の出口での圧力に調整され、それにより、２つの流れ（部分）を同じ圧力にすることができる。
【００３７】
その後、タービン３から出た作動流体の第１の部分と、作動流体の第２の部分とは、混合器１２において混合され、作動流体を再形成することができる。
【００３８】
そして、再形成された作動流体は、凝縮器とも呼ばれる第３の熱交換器５において、特に深海から採取した海水である冷熱源ＳＦとの熱交換によって凝縮される。その後、凝縮された作動流体は、第１の熱交換器１において再び蒸発する前に、例えばポンプ６において圧縮される。
【００３９】
本発明の第２の実施形態は、作動流体の第２の部分の気相だけがタービンの出口で作動流体の第１の部分と混合されるという点で、第１の実施形態と異なっている。実際、弁の出口での第２の部分は、液体と気体との混合物からなり、したがって、液相を凝縮器において冷却する必要はなく、そのため、混合器の上流で第２の部分から液相と気相とが分離される。こうして回収された液体は、凝縮器の出口において液体状の作動流体と混合される。
【００４０】
図４は、このような本発明の第２の実施形態を示している。第１の実施形態と類似の要素については説明しない。
【００４１】
弁９の出口での作動流体の第２の部分は、例えばフラッシュドラムである第２の分離器１３において液相と気相に分離される。分離器１３の出口での第２の部分の気相は、混合器１２において、タービン３の出口での第１の部分と混合される。こうして再形成された作動流体は、第３の熱交換器５において凝縮される。分離器１３の出口での第２の部分の液相は、第２の混合器１４において、第３の熱交換器５の出口での凝縮された作動流体と混合される。したがって、第２の混合器１４の出口では、作動流体全体は液状で流れている。
【００４２】
本発明の第３の実施形態は、再形成された作動流体の気相だけが凝縮されるという点で、第１の実施形態と異なっている。実際、タービンの出口での液体の割合が相当なものになる場合がある。液相を凝縮させる必要がなく、そのため、２つの流れを混合した後にフラッシュドラムを配置することは賢明なことかもしれない。
【００４３】
図５は、このような本発明の第３の実施形態を示している。最初の２つの実施形態と類似の要素については説明しない。
【００４４】
第１の混合器１２の出口での再形成された流体は、第３の分離器１５、特にフラッシュドラムによって液相と気相に分離される。第３の分離器１５の出口での作動流体の気相は、第３の熱交換器５において凝縮される。第３の分離器１５の出口での作動流体の液相は、第２の混合器１４において、第３の熱交換器５の出口での凝縮された作動流体と混合される。したがって、第２の混合器１４の出口では、作動流体全体は液状で流れている。
【００４５】
本発明の第４の実施形態は、第２および第３の実施形態の組み合わせであり、作動流体の第２の部分の気相だけが、タービンの出口で作動流体の第１の部分と混合され、再形成された作動流体の気相だけが凝縮される。
【００４６】
図６は、このような本発明の第４の実施形態を示している。最初の３つの実施形態と類似の要素については説明しない。
【００４７】
弁９の出口での作動流体の第２の部分は、例えばフラッシュドラムである第２の分離器１３において液相と気相に分離される。分離器１３の出口での第２の部分の気相は、混合器１２において、タービン３の出口での第１の部分と混合される。
【００４８】
第１の混合器１２の出口での部分的に再形成された流体は、第３の分離器１５、例えばフラッシュドラムによって液相と気相に分離される。第３の分離器１５の出口での作動流体の気相は、第３の熱交換器５において凝縮される。
【００４９】
分離器１３の出口での第２の部分の液相は、第２の混合器１４において、第１の混合器１２において部分的に再形成された作動流体の液相と混合されるとともに、第３の熱交換器５の出口での凝縮された作動流体と混合される。したがって、第２の混合器１４の出口では、作動流体全体は液状で流れている。
【００５０】
上述した全ての実施形態と両立可能な本発明の変形実施形態によれば、ヒートポンプに関する回路における第２の部分の膨張は、二相ポンプによって実施することができる。二相ポンプにより、本発明の熱力学サイクルによって生成される正味出力を増加させることができる。図７は、このような第１の実施形態の変形例を示している。４つの実施形態と類似の要素については説明しない。
【００５１】
この回路では、ヒートポンプの弁９が二相ポンプ１６に置き換えられている。
【００５２】
本発明の方法およびシステムは、温熱源が海面から採取した海水であり、冷熱源が（例えば１０００ｍの）深海から採取した海水であるＯＴＥＣプラントとしての使用に特に適している。
【００５３】
（適用例）
本発明の方法およびシステムの効果を明らかにするために、本発明の様々な実施形態および従来技術の２つの実施形態に対してそれぞれシミュレーションを実施した。
【００５４】
様々な方法を検討および比較するために、作動流体をアンモニア（ＮＨ３）とし、以下のパラメータを設定した。
●温水（温熱源ＳＣ）
○温度：２８℃
●冷水（冷熱源ＳＦ）
○温度：４℃
●ＰＡＣを備えていないランキンサイクル（図１の従来技術）
○タービン３内でのＮＨ３の流量：１００ｋｇ／ｓ
●ヒートポンプ２
○ＮＨ３の流量：４ｋｇ／ｓ
【００５５】
このような条件下では、アンモニアは、タービンの出口では乾燥していることに留意されたい。本発明のＰＡＣが組み込まれたサイクルについて、分離器１１は、タービン内でのアンモニアの流量が、ＰＡＣの有無にかかわらずランキンサイクルの場合と同じ、すなわち１００ｋｇ／ｓになるように調整される。
【００５６】
全てのサイクルについて、温水または冷水の流量は、ピンチが２℃をわずかに上回るように調整される。過熱器８については、圧縮器の出口での圧力が同じ２℃ピンチになるように調整される。
【００５７】
シミュレーションされた様々な方法は以下のとおりである。
○サイクル１として表示された、図１に示すランキンサイクル単独（従来技術）
○サイクル２として表示された、ランキンサイクルとヒートポンプとを備えた図２の熱力学サイクル（従来技術）
○それぞれサイクル３、サイクル４、およびサイクル５として表示された、図３から図５に示す本発明の第１、第２、および第３の実施形態
【００５８】
表１には、様々な方法における消費出力および生成出力と、これらのランキンサイクルに対する比較とがまとめられている。
【００５９】
【表１】
0006444424.tif 000002
【００６０】
ヒートポンプを追加することで、ランキンサイクルよりも約５００ｋＷ多く生成することが可能になり、すなわち、約１５％の出力利得が可能になることが分かる。
【００６１】
本発明のヒートポンプＰＡＣ（サイクル３、サイクル４、およびサイクル５）をランキンサイクルに組み込むことで、冷水ポンプの出力が増大するため、サイクル２（従来技術）で得られる利得をわずかに減少させる。しかしながら、本発明の第２の実施形態は、サイクル２のヒートポンプＰＡＣを備えたランキンサイクルと実質的に同じ生成出力の獲得を可能にする。
【００６２】
一方で、本発明のヒートポンプＰＡＣのサイクルへの組み込みは、冷熱源との交換器（凝縮器）のサイズにはほとんど影響せず、蒸発器と過熱器に全く影響を与えることはない。
【００６３】
弁９を二相ポンプに置き換えて、もう一つのシミュレーションを実施した。表２は、このようなシミュレーションの結果を示している。
【００６４】
【表２】
0006444424.tif 000003
【００６５】
二相タービンによって、この例では、軸上での生成出力が６．８５ｋＷとなる。
【００６６】
表３により、生成出力の利得を評価することができる。
【００６７】
【表３】
0006444424.tif 000004
【００６８】
この利得は低いが、有意なものである。さらに、二相タービンの追加によって、交換器のサイズを決定するパラメータが特に変更されることはない。この結論は、二相タービンが、この例で動作している条件下では、出口での作動流体の熱力学条件にほとんど影響しないという事実から導き出されるものである。
【００６９】
ヒートポンプによってランキンサイクルを過熱させる本発明の方法のいくつかの変形例を検討した。このような変形例によって、海水とヒートポンプの作動流体との交換器を省略することができる。実際、この交換器は、ランキンサイクルの主要な交換器と比べて、サイズが小さいが、腐食と生物付着の問題を引き起こしてしまう。
【００７０】
このような様々な方法のシミュレーションは、本発明による組み込みによって、ヒートポンプをランキンサイクルに単純に追加するのと実質的に同じようにランキンサイクルが改善されることを示している。
【００７１】
さらに、このような方法に二相タービンを追加することで、主要な交換器の構成を特に変更する必要なく、いくつかの点で効率を改善することができる。
【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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