(57)【要約】本発明は、水を熱流体として使用するクローズドまたはセミクローズドの再生構成要素ブレイトンサイクルを実行する手段と、再生構成要素ブレイトンサイクルと相互接続された、構成要素基本ランキンサイクルである少なくとも１つのランキンサイクルを実行する手段と、再生構成要素ブレイトンサイクルを再生する閉回路を構成するヒートポンプ（ＵＡＸ）と、を少なくとも含む、コンバインドパワーサイクルを使用して機械的エネルギーを生成するための装置、および、前記装置を使用してエネルギーを生成するための方法に関する。
2022500593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を熱流体として使用するクローズドまたはセミクローズドの再生構成要素ブレイトンサイクルを実行する手段と、
再生構成要素ブレイトンサイクルと相互接続された、構成要素基本ランキンサイクルである少なくとも１つのランキンサイクルを実行する手段と、
再生構成要素ブレイトンサイクルを再生する閉回路を構成するヒートポンプ（ＵＡＸ）と、
を少なくとも含む、コンバインドパワーサイクルを使用して機械的エネルギーを生成するための装置。
【請求項２】
熱交換器と、
酸素燃焼バーナーと、から選択される必須熱源（１０１）を備え、
前記必須熱源（１０１）において、構成要素ブレイトンサイクルと構成要素基本ランキンサイクルの２つのサイクルからの流れが合流する請求項１に記載のエネルギーを生成するための装置。
【請求項３】
再生ブレイトンサイクルがセミクローズドであり、酸素燃焼およびＣＯ2の本質的回収の機能を有する、請求項１に記載のエネルギーを生成するための装置。
【請求項４】
１つの簡単な段階で凝縮し、ヒートポンプＵＡＸのコールドリザーバー（２０１）にエネルギーを伝達する、再生凝縮器、
パワーシャフト（１３０）から仕事を受け取り、複数の段階でガスを凝縮し、連続する圧縮段階で放出された熱のみをＵＡＸのコールドリザーバー（２０１）に伝達する、ＣＯ2液化プラント、
から選択される要素（１０７）と、
ヒートポンプＵＡＸのホットリザーバー（２１０）からパワーサイクルに熱が戻されるためのリボイラー（１１３）と、
再生凝縮器（１０７）の底部で得られた凝縮液を圧送し、リボイラー（１１３）に向かって流す、再生凝縮液ポンプ（１１１）と、
水蒸気が生成されるための熱回収導管（ＣＲＣ）（１０３）と、
水蒸気を必須熱源（１０１）に送る高圧タービンＴＡＰ（１２２）と、蒸気を熱回収導管（１０３）に送る高温タービンＴＡＴ（１０２）との、少なくとも２つのタービンと、
サイクルの有用な機械的エネルギーが得られる、少なくとも一つの共通のパワーシャフト（１３０）と、
ＣＲＣ（１０３）の底部でのまたはその後の蒸気の凝縮によりヒートシンク（１２８）の機能を実行するシステムと、
凝縮液戻りポンプ（１０９）と、
構成要素基本ランキンサイクル用の給水ポンプ（１１９）と、
エコノマイザーコイル（１２０）、
熱回収導管（１０３）内にある、水蒸気（１２１）用の蒸発器及び過熱器、
からなる、構成要素基本ランキンサイクル用の蒸気発生器と、
蒸気とガスが再生凝縮器（１０７）に入る前に、凝縮液戻り予熱器（１１０）に熱を放出する、凝縮熱交換器要素（１０６）と、
リボイラー（１１３）の出口に設けられて、熱を下記から選択される要素（１１２）に放出する、凝縮熱交換器要素（１１４）と、
リボイラー（１１３）自体への取水用の予熱器（１１２）、および
リボイラー（１１３）自体への取水を予熱することに加えて、ポンプ（１１９）への給水を加熱し、
圧縮機（１１５）に、および／または
過熱器（１３６）でその温度が上昇された後にタービン（１３７）に
導かれる蒸気を生成する、熱回収交換器（１１２）、
再生凝縮液ポンプ（１１１）の圧送ラインと給水ポンプ（１１９）の吸引端との間に位置する、構成要素ブレイトンサイクルと構成要素基本ランキンサイクルを結合するバイパスラインと、
をさらに含む、前記請求項のいずれか１つに記載の機械的エネルギーを生成するための装置。
【請求項５】
炭素含有燃料が使用される場合、パワーサイクルがセミクローズドであり、酸素燃焼を採用し、
要素（１０７）に位置し、燃焼で生成されたＣＯ2のための出口と、
ボイラーの底部からの凝縮液戻りラインにおける燃焼によって生成された液体水のための出口と、
を含む、前記請求項１から４のいずれか１つに記載のエネルギーを生成するための装置。
【請求項６】
燃料として水素のみを使用する場合に、パワーサイクルがクローズドまたはセミクローズドであり、酸素燃焼を採用し、ヒートシンクが、パワーサイクルの残りの流体と同じ流体を有する二次ランキンサイクルで構成され、凝縮液戻りポンプ（１０９）の圧送ラインおよび熱回収導管ＣＲＣ（１０３）につながるラインを通じて装置と相互接続される、前記請求項１から４のいずれか１つに記載のエネルギーを生成するための装置。
【請求項７】
最終過熱器（１２１）とタービン（１２２）との間に位置し、追加の熱を供給するための要素（１３２）を含む、前記請求項のいずれか１つに記載のエネルギーを生成するための装置。
【請求項８】
必須熱源（１０１）の蒸気入口の前に、交換器要素（１１４）の蒸気出口に位置し、直列に接続された１つの蒸気圧縮機（１１５）または複数の蒸気圧縮機（１１７）をさらに含む、前記請求項のいずれか１つに記載のエネルギーを生成するための装置。
【請求項９】
直列に接続された圧縮機（１１５）および（１１７）の間の蒸気冷却用交換器（１１６／１１８）をさらに含む、前記請求項のいずれか１つに記載のエネルギーを生成するための装置。
【請求項１０】
凝縮交換器要素（１１４）の底部からの凝縮液ラインにおいて、凝縮液の一部がリボイラー自体にも送られるリボイラー（１１３）への戻りラインをさらに含む、前記請求項のいずれか１つに記載のエネルギーを生成するための装置。
【請求項１１】
すべての産業用途での外部使用を目的とした有用な熱エネルギーを抽出するために、熱回収導管（１０３）内に設けられたコージェネレーション用の熱交換器要素（１３３）をさらに含む、前記請求項のいずれか１つに記載のエネルギーを生成するための装置。
【請求項１２】
タービンＴＡＰ（１２２）から抽出された蒸気を受け取る蒸気再熱器（１３４）、および
ＣＲＣ（１０３）の最後のセクションのいくつかの個所でその出口蒸気が注入される、補助タービンＴＰＩ（１３５）、
によって形成される「補助熱リリーフシステム」をさらに含む、前記請求項のいずれか１つに記載のエネルギーを生成するための装置
【請求項１３】
熱回収導管ＣＲＣ（１０３）から出口蒸気を取り出して圧縮して、独立した二次ランキンサイクルの蒸発器（１２５）のコンポーネントセクションを少なくとも１つ収容している凝縮交換器（１０５）に送る、ファン（１０４）
をさらに含む、前記請求項のいずれか１つに記載のエネルギーを生成するための装置。
【請求項１４】
シェルサイド（１０８）で導管（１０５）からの凝縮液が冷却され、独立した二次ランキンサイクルのエコノマイザー（１２４）が内部に収容されている、熱交換器（１０８／１２４）
をさらに含む、前記請求項のいずれか１つに記載のエネルギーを生成するための装置。
【請求項１５】
ヒートポンプＵＡＸ（２００）が、
要素（１０７）とのみ熱を交換し、コールドリザーバーとして機能する、ガス状アンモニアの主発生器（２０１）、
アンモニア吸着器（２１０）から液相を受け取り、アンモニア蒸気をいくつかの圧縮機（２０３）に送り、残りのアンモニア溶液を主発生器（２０１）に送る、二次発生器（２０２）、
直列に接続され、その間で冷却が行われ、主発生器（２０１）および二次発生器（２０２）からアンモニアを受け取る、少なくとも２つのアンモニア圧縮機（２０３）、
超臨界アンモニア蒸発器（２０９）で圧縮および冷却されたアンモニアを受け取り、熱を二次発生器（２０２）に伝達する、圧縮アンモニア凝縮器（２０７）、
超臨界アンモニア蒸発器（２０９）、
アンモニア凝縮液を、アンモニア蒸気を超臨界圧で生成するアンモニア蒸発器（２０９）に送る、圧縮アンモニア凝縮器（２０７）からのアンモニア凝縮液用のポンプ（２０８）、
超臨界アンモニア蒸発器（２０９）から蒸気を受け取り、水相に溶解するアンモニア吸着器（２１０）、および
希アンモニア溶液を主発生器（２０１）から吸着器（２１０）に移送する移送ポンプ（２１５）、
を含む、前記請求項のいずれか１つに記載のエネルギーを生成するための装置。
【請求項１６】
ヒートポンプがさらに、
主発生器（２０１）からの希アンモニア溶液と、吸着器（２１０）からの濃アンモニア溶液との間の熱交換器（２１３／２１４）、
吸着器（２１０）からの濃アンモニア溶液に含まれる熱を利用して、超臨界アンモニアを生成する、アンモニア蒸発器（２０９）内に収容されたコイル（２１１）、
超臨界アンモニア蒸発器（２０９）に熱を供給する、圧縮機（２０３）からの圧縮アンモニア用の冷却コイル（２０６）、
を含む、前記請求項のいずれか１つに記載のエネルギーを生成するための装置。
【請求項１７】
前記請求項１から１６のいずれかに記載の装置を使用して実行されるコンバインドサイクルに基づいてエネルギーを生成するための方法。
【請求項１８】
熱流体として水を使用し、高温タービンＴＡＴ（１０２）で機械的エネルギーを生成し、ヒートポンプ（ＵＡＸ）の作用によって再生される、クローズドの、または酸素燃焼に基づく構成要素ブレイトンサイクルを実行すること、
両方とも共通の熱流体として水を使用するため、ブレイトンサイクルと物質とエネルギーを交換し、タービンＴＡＰ（１２２）で機械的エネルギーを生成する、ブレイトンサイクルと相互接続された構成要素ランキンサイクルを実行すること、
構成要素ブレイトンサイクルとエネルギーを交換して再生し、特定の圧縮機（２０３）の中の機械的エネルギーを吸収する、ヒートポンプＵＡＸ（２００）を使用すること、
を含む前記請求項に記載の方法。
【請求項１９】
要素（１０７）を循環する水蒸気が、ＵＡＸ（２００）のコールドリザーバーに伝達された熱で完全に凝縮し、サイクルが水素以外の燃料を使用する場合、ガス状の残留物として非凝縮性ＣＯ2のみを残す、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
要素（１０７）内で、
周囲圧力で水蒸気を凝縮し、得られた熱をヒートポンプＵＡＸ（２００）のコールドリザーバー（２０１）に放出する、または
水蒸気およびＣＯ2を凝縮し、得られた熱をヒートポンプＵＡＸ（２００）のコールドリザーバー（２０１）に放出すること、および
ヒートポンプＵＡＸ（２００）のホットリザーバー（２１０）によって提供される熱を使用して、リボイラー（１１３）内で水蒸気を要素（１０７）で凝縮した圧力よりも高い圧力で再生すること、
を含む請求項１７から１９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２１】
構成要素ブレイトンサイクルの再生が、ヒートポンプＵＡＸ（２００）の作用によって行われ、蒸気凝縮熱をコールドリザーバーの温度で再循環してから、ホットリザーバーを使用してサイクルに戻し、前に凝縮されたときよりも高い圧力と温度で水蒸気を再生する、請求項１７から２０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２２】
セミクローズドサイクルの場合は加圧バーナーであり、またはクローズドサイクルの場合は熱交換器である、必須熱源（１０１）から外部エネルギーを供給すること、
を含む請求項１７から２１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２３】
実際の損失に関係なく、熱を外部に伝達する単一ヒートシンクを使用することを含む、請求項１７から２２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２４】
独立した二次ランキンサイクルの凝縮器（１２８）がヒートシンクの機能を実行する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
タービンＴＡＴ（１０２）の出口からの残りの熱を使用して、構成要素基本ランキンサイクルの過熱蒸気を生成する、熱回収導管（１０３）を使用することを含む、請求項１７から２４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２６】
酸素燃焼コンバインドサイクルを実行することを含み、一般式ＣxＨyＯz（ｘ、ｙおよびｚは、酸素で燃焼できる実際の化合物に対応する値を取る）の純粋または混合形態の液体または気体燃料を使用する、
請求項１７から２５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２７】
タービンＴＡＰ（１２２）からの出口蒸気の抽出が実行されて、ＣＲＣ（１０３）に入る熱の量を低減するために、再熱器（１３４）およびタービンＴＰＩ（１３５）で構成された「補助熱リリーフシステム」によって、熱源（１０１）、または熱源（１０１）および（１３２）に向かって入る蒸気の量を低減することを含む、請求項１７から２６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２８】
要素（１１２）によって、リボイラー（１１３）に入る水を、要素（１１４）で起こる蒸気の凝縮からの熱で予熱することを含む、請求項１７から２７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２９】
カスケード接続され、中間で冷却が行われ、蒸気を必須熱源（１０１）に送るのに十分な圧力を供給することのできる追加の機械式圧縮機（１１５）および（１１７）を使用して、要素（１１２）によって供給される蒸気の圧力と、リボイラー（１１３）からの、凝縮交換器要素（１１４）から流れる蒸気の圧力とを上げることを含む、請求項１７から２８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３０】
コンバインドパワーサイクルがクローズドサイクルとして実行され、または水素のみを燃料とする場合、熱回収導管ＣＲＣ（１０３）から、凝縮液が給水として構成要素基本ランキンサイクルに戻される凝縮器（１２８）によって提供された真空条件下で動作する二次ランキンサイクルのタービンＴＢＰ（１２７）に蒸気を直接送ること、
を含む請求項１７から１９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３１】
導管（１０３）からの出口ガスを吸引し、ファン（１０４）を使用して圧縮し、凝縮熱交換器要素（１０５）に送ることで、二次ランキンサイクルの蒸発器（１２５）で蒸気を発生することを含む、請求項１７から３０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３２】
ヒートポンプＵＡＸ（２００）が、ＮＨ3を熱流体、水を溶剤として、圧縮と吸収の操作を組み合わせて機能する冷凍機であり、
ヒートポンプＵＡＸ（２００）の主発生器（２０１）が、コールドリザーバーとして機能し、要素（１０７）から熱を排他的に吸収し、
ヒートポンプＵＡＸ（２００）の唯一のコールドリザーバーが、８０°Ｃ〜１２０°の温度で動作し、
ヒートポンプＵＡＸ（２００）のアンモニア吸着器（２１０）が、ホットリザーバーとして機能し、熱をリボイラー（１１３）に排他的に伝送し、
ヒートポンプＵＡＸ（２００）で、その間に冷却を伴う連続した段階でＮＨ3蒸気の圧縮が行われ、
ヒートポンプＵＡＸ（２００）の圧縮アンモニア凝縮器（２０７）が、二次発生器（２０２）によって放出されたすべての熱を放出し、
ヒートポンプＵＡＸ（２００）の超臨界アンモニア蒸発器（２０９）が、熱を使用して超臨界状態でＮＨ3を生成し、
熱が、圧縮段階間の圧縮アンモニア冷却要素（２０４）および（２０６）によって提供され、
潜熱の一部がアンモニア吸着器（２１０）から熱く流れる濃縮溶液によって保持される、
請求項１７から３１のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の応用分野は、使用及び他のタイプのエネルギーへの変換のための機械的エネルギーの生成に特化する産業部門である。
【背景技術】
【０００２】
現時点では、いわゆる「コンバインドサイクル」は、存在するエネルギーを生成するための最も効率的で環境に優しい技術の１つである。コンバインドサイクルは、性能を向上させるために２つの結合された熱力学的サイクルを関連付けることによってエネルギーを生成するための処理方法である。
【０００３】
機械的エネルギーを生成するコンバインドサイクル、および、他のタイプのエネルギーへの可能な変換に関する現在の最先端技術については、効率を改善し、温室効果ガスの大気への排出を削減する必要がある。
【０００４】
コンバインドサイクルを実行するための１つの装置は、高温の排気ガスが熱回収ボイラーを通過するオープンブレイトンサイクルを操作するガスタービンで構成される。そこで蒸気が生成され、独立したランキンサイクルに続いて追加の機械的仕事を生成するタービンに加えられる。
【０００５】
最も一般的なコンバインドサイクル発電所は、圧縮機で加圧された後、燃料が燃焼される燃焼室に送られる外気を取り込むガスタービンで動作する。これからの排気ガスは、過剰な空気とともに高温でバーナーを出て、ガスタービンで膨張するオープンブレイトンサイクルの熱流体を構成し、機械的仕事を生成する。最後に、タービンガスはボイラーを出て、煙突を通って大気に放出される。
【０００６】
圧縮機が外気を取り入れ、燃焼ガスがサイクルに戻らずに大気中に放出されることは、大気との物質の交換があるため、これらがオープンブレイトンサイクルであることを意味する。
【０００７】
したがって、簡単なものであるにもかかわらず、これらのオープンサイクルには、燃焼生成物が最終的に大気中に廃棄されるため、汚染ガスの放出があり得るという欠点がある。これらの汚染ガスは基本的にＣＯ2とＮＯxである（常に燃料の組成に硫黄が含まれないことを条件とする）。燃焼時に排出されるＣＯ2の割合は、燃焼する燃料の種類に直接依存する。現在、天然ガスはガスタービンの業界で最も一般的に使用されている燃料である。その理由の一つとしては、この燃料に含まれるメタンが炭化水素であり、仕事単位あたりのＣＯ2の生成が最も少ないことが挙げられる。
【０００８】
さらに、ＮＯxの生成は、基本的に燃焼温度とともに増加する。熱力学の法則によれば、燃焼温度を上げると性能が向上するため、これは、明らかに効率と環境への影響との間のトレードオフとの利益相反を生じさせるが、一方で、これはＮＯxの排出量の増加にもつながる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
最先端技術の問題を克服するための究極の目的は、基本的に機械的エネルギーを生成し、温室効果ガスを大気中に放出せず、他の従来のコンバインドサイクルで現在得られているものよりも優れた性能を提供するサイクルを考案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、水を熱流体として使用するコンバインドサイクルプロセスを実行し、機械的エネルギーを生成し、かつ、クローズドサイクルを操作し、または内部酸素燃焼に基づくプロセスを実行するために特別に考案された装置を指す。本発明では、この熱エネルギーを交換するヒートポンプを使用して再生ブレイトンサイクルの変形形態と統合された方法で動作する（ブレイトンサイクルとヒートポンプの間では、材料の交換はない）、少なくとも１つのランキンサイクルがある。また、本発明は、引用された２つの構成要素サイクルを組み合わせることにより、温室効果ガスを大気中に放出することなく、機械的エネルギーが生成される方法を採用する。
【００１１】
大気への汚染ガスの排出を回避するための１つの代替案としては、クローズドサイクルとして動作するコンバインドサイクルを使用することがある。言い換えれば、これらのサイクルでは、熱流体は再循環され、補充される必要はなく、大気と接触することもない。それにもかかわらず、サイクルの熱源が内燃機関からのエネルギーである場合は、常に、特定の化学反応物（燃料および助燃剤）を継続的に添加する必要があり、化学燃焼反応によって生成される生成物をサイクルから排除する必要がある。これは、特に熱流体として作用する気相内での燃焼生成物の連続分離に関して、経済上、技術上および環境上の重要な課題を提起する。別の欠点としては、空気が助燃剤として使用されないため、クローズドサイクルは燃焼プロセスを実行するために純粋な酸素を必要とし、したがって、これを提供するある種の補助プロセスに依存することが挙げられる。
【００１２】
ブレイトンサイクルの効率を上げる効果的な方法の一つとして、「再生」によるものがある。これにより、サイクルの加熱は、部分的にサイクル自体の内部の熱源を使用して実行される。
【００１３】
「再生」の結果、サイクルに供給しなければならない外部熱の量が減少し、サイクルが環境に放出する廃熱の量が減少するため、サイクルの性能を向上させることができた。
【００１４】
「再生ブレイトンサイクル」という用語は、タービンの後の高温ガスによって放出された熱の一部を回収し、熱交換器を使用して、バーナーに入る前に圧縮ガスに伝達するブレイトンサイクルを指す。しかし、サイクルの一部から熱を回収してプロセスに再導入することができる他の方法を使用してブレイトンサイクルを「再生」することも可能であるため、この再生方法のみが唯一の方法というわけではない。
【００１５】
本発明の革新的な態様の１つとしては、１つまたは複数のランキンサイクルに接続された「ヒートポンプ」を使用して再生ブレイトンサイクルを実行するために必要な手段を含み、異常な特性を有するコンバインドサイクル装置を生み出すことがある。
【００１６】
熱力学では、「ヒートポンプ」とは、外部から供給されるエネルギー量（通常は圧縮による機械的仕事として）のおかげで、ある物体から熱エネルギーを受け取り、それをより高温の別の物体に伝達する任意の冷凍機と定義される。あらゆる目的のために、冷凍機をヒートポンプと同じものであると考えることができ、２つの用語は区別なく、または意図された用途を考慮して使用されている。
【００１７】
産業レベルでは、採用する技術の種類によって、圧縮式冷凍機と吸着式冷凍機の２種類の冷凍機またはヒートポンプが存在する。これらの２つのタイプの機械（圧縮式または吸着式）には、膨張装置によって分離された凝縮器（ホットリザーバー）と蒸発器（コールドリザーバー）の両方を備えるという共通点がある。ただし、コールドリザーバーとホットリザーバーを異なる圧力で動作させるために使用されるエネルギーの方法とタイプは異なる。
【００１８】
圧縮式冷凍機は、外部からの機械的仕事を消費するガス圧縮機を使用するが、吸着式冷凍機が動作するために必要なのは、基本的に外部熱源からの熱供給である。これらの機械は、液体中のガスの吸着／脱着の物理化学的原理に基づいている。
【００１９】
機械的手段を必要としない「吸着器／発生器」システムが、吸着器と蒸発器を発生器と凝縮器のそれよりも低い圧力で動作させることにより、必要な差圧を生成することを管理するため、従来の「吸着式」の機械は、圧縮機を不要にすることができる。
【００２０】
吸着式冷凍機は、動作するために圧縮の仕事を必要とする代わりに、「脱着」（溶存ガスの蒸発）の動作を実行するために追加の熱量を必要とする。最終的に、この追加の熱量は、「吸着」の逆のプロセスが発生したときに排除される。この追加の熱損失は、比較的言えば、吸着式冷凍機が圧縮式冷凍機に比べて、動作するためにより多くのエネルギーを失い、必要とする理由であり、その結果、それのエネルギー効率は常に比較的低いことが判明する。それにもかかわらず、吸着式冷凍機には、溶液ポンプを除いて、操作するために実質的に機械的仕事を必要としないという利点がある。
【００２１】
システムのコンバインドサイクルでの再生を支援するための「ヒートポンプ」の適用性は、一方では、一連の避けられない熱力学的制約によって、他方では、それに要求される操作の特定の要件によって厳しく制限される。言い換えれば、ブレイトンサイクルは任意のヒートポンプだけでは再生できない。
【００２２】
ここで提案されているように、特定のヒートポンプは、ブレイトンサイクルの「再生」に役立つためには、次の要件を満たしている必要がある。
−ヒートポンプの「コールドリザーバー」は、大気圧での水蒸気の凝縮温度に近い温度で動作する必要がある。
−コールドリザーバーとホットリザーバーの温度差は、以前に凝縮された圧力よりも大幅に高い圧力で蒸気を再生するために、かなり大きくなければならない（摂氏数十度）。
−機械的圧縮エネルギーも、再生中のブレイトンサイクルから取得したりそれに戻したりする必要がある。
−コンバインドサイクルの一部を再生するこの方法に価値があるためには、冷却サイクルの性能は十分に高くなければならない。
【００２３】
本発明の目的であるコンバインドサイクルに従って作動する装置は、一方では、従来のコンバインドサイクルよりも高い効率を提供し、他方では、コンバインドサイクルに熱を供給するいずれかの熱源が、バーナーで構成されている場合に、ＣＯ2（二酸化炭素）の本質的回収を提供する。本発明の装置およびそれを用いて実施される方法は、二酸化炭素分離回収システムを暗黙的に提供する。
【００２４】
コンバインドサイクルは、燃焼からの二酸化炭素ガスが（液体または気体の形態であるかにかかわらず）サイクルの単一点によって得られ、濃縮され、および閉じ込められるときに、必要な有用エネルギーを生成するための、サイクル自体の通常の機能以外の、特定の追加プロセスなしで「本質的にＣＯ2を回収する」と理解される。燃料がエネルギー源として使用される場合、装置自体の機能が汚染ガスを分離および閉じ込め、それらが大気と接触することを防ぐ。他方、水が燃焼生成物として生成される場合、これは、液相および周囲圧力でコンバインドサイクルから排除される。
【００２５】
従来のコンバインドサイクルでは、各構成要素サイクル（ブレイトンとランキン）は特定の熱流体を使用し、具体的には、そのブレイトンサイクルが大気と物質・エネルギーを交換する。
【００２６】
一方、構成要素ブレイトンサイクルと構成要素基本ランキンサイクルは、物質（両方とも共通の熱流体として水を使用する場合）とエネルギーを交換して、結合して機能するようにこのコンバインドサイクルを構成する。このサイクルでは、機械的エネルギーを生成するためにそれ自体が単一のサイクルとなり、異常な特性を備えている。
【００２７】
このコンバインドサイクルの特徴の１つとしては、避けられない「実際の損失」を除けば、熱は単一ヒートシンクを介して外部に失われるのみで、その結果、他の従来のコンバインドサイクルよりも優れた性能が得られることが挙げられる。
【００２８】
本発明のコンバインドサイクルを構成する構成要素ブレイトンサイクルおよびランキンサイクルが、特定の本質的な側面においてこれらの熱力学的サイクルとは異なる特定の特性を有することを考慮すると、「ブレイトンサイクル」および「ランキンサイクル」という用語は、全体的なコンバインドサイクルを構成するセクションを指す際に、厳密には正しくない。なぜなら、ある基本的な点においてこれらのサイクルとは異なっているからである（たとえば、ブレイトンサイクルは、定義上、凝縮性流体では機能しない）。それにもかかわらず、本発明のコンバインドサイクルは、ブレイトンサイクルおよびランキンサイクルの変形形態または変更形態で構成され、それらが相互接続された方法で作動することは確かである。このため、本発明では、混乱を防ぎ、参照されているコンポーネントの理解と識別を容易にするために、常に「構成要素」という単語を伴いながら、これらの変更されたブレイトンサイクルとランキンサイクルを参照する。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
定義：
ＵＡＸ：熱交換用吸着器ユニット。これは「ヒートポンプ」の役割を果たし、このコンバインドパワーサイクルの再生を支援するシステムである。独立した作動ユニットとしてのＵＡＸは、番号（２００）で識別される。構成要素ブレイトンサイクルを再生するために使用される。ＵＡＸ（２００）は、コンバインドパワーサイクルとは物質を交換しないが、「共生」して機能し、機械的エネルギーを生成するためのコンバインドサイクルが機能するために不可欠なシステムである。ＵＡＸは、アンモニアと水で機能する本発明の設置に不可欠なコンポーネントである。
【００３０】
濃縮溶液：これは、吸着器から出てくるアンモニアの水溶液である。
【００３１】
希薄溶液：これは、発生器（２０１）から出てくるアンモニアの水溶液である。
【００３２】
中間濃度溶液：これは、発生器（２０２）から出て、発生器（２０１）に入るアンモニアの水溶液である。
【００３３】
コンバインドサイクル：特に明記しない限り、「コンバインドサイクル」という用語は、熱エネルギーから機械的エネルギーを取得するための本発明の目的であるサイクルを指す。このレポートでは、「コンバインドサイクル」、「パワーサイクル」、「コンバインドパワーサイクル」といった用語は区別なく使用されている。「従来のコンバインドサイクル」という用語は、本明細書では、現在の最先端技術に基づいた任意の可能なコンバインドサイクルを指すために使用される。
【００３４】
再生サイクル：これは、サイクル自体の内部の熱源を使用してサイクルの加熱の一部が実行されるという点で、その「再生」を行うための熱交換器のシステムを備えたサイクルである。
【００３５】
構成要素ブレイトンサイクル：これは、ヒートポンプＵＡＸ（２００）によって再生される本発明のパワーサイクルの一部である。パワーサイクルのこの部分の機能は、ブレイトンサイクルの変形形態に基づいている。このブレイトンサイクルの変形形態は、本発明では、凝縮性流体（水）が使用されるときに特定の特性を持ち、ランキンサイクルと相互接続して機能し、ヒートポンプＵＡＸ（２００）によって再生される。
【００３６】
構成要素基本ランキンサイクル：これは、給水ポンプ（１１９）およびタービンＴＡＰ（１２２）によって駆動される本発明のパワーサイクルの一部である。パワーサイクルのこの部分の機能はランキンサイクルに基づいているが、本発明では、「基本ランキンサイクル」は「構成要素ブレイトンサイクル」と相互接続して機能し、２つは特定の共通要素を共有するため、特定の特性を備えている。構成要素基本ランキンサイクルは、パワーサイクルの重要な部分である。
【００３７】
二次ランキンサイクル：これは補助ランキンサイクルである。言い換えると、これはパワーサイクルに不可欠なシステムではない。「二次ランキンサイクル」を有するコンバインドサイクルの構成では、その凝縮器（１２８）は常に「ヒートシンク」の本質的な機能を実行する。「二次ランキンサイクル」は、独自タービンＴＢＰ（１２７）を有することを特徴とし、また、それは常に構成要素基本ランキンサイクルより低い圧力で動作するからである。
【００３８】
オープンサイクル：これは、熱流体が再循環されないサイクルでありながら、絶えず更新する必要がある。オープンサイクルでは、流体が外部から入る箇所と、流体がサイクルから外部に出る箇所が少なくとも１つ存在する。
【００３９】
クローズドサイクル：熱流体が出入りしないサイクル。このサイクルでは、外部熱の供給は常に熱交換器を介して行われるため、サイクル内の流体材料が外部と交換されることはない。コンバインドパワーサイクルは、エネルギーを供給するバーナーが含まれていない場合にはクローズドサイクルである。
【００４０】
外燃サイクル：これは、熱の供給源がサイクル外で行われる燃焼プロセスであるクローズドサイクルである。
【００４１】
内燃サイクル：これは、熱の供給源が、化学反応の生成物が熱流体の一部を構成または形成する燃焼プロセスであるクローズドサイクルである。
【００４２】
酸素燃焼：これは、使用される助燃剤が空気ではなく、熱流体自体（本発明では水蒸気）で希釈された純粋な酸素である燃焼プロセスである。
【００４３】
セミクローズドサイクル：本発明においては、この用語は、内燃と酸素燃焼を同時に行い、さらに、燃焼生成物が除去されると、熱流体が再循環されるサイクルに使用される。
【００４４】
ＣｏＰ：「ヒートポンプ」のＣｏＰ（成績係数）は、伝達される有用な熱エネルギーを、これを達成するために追加されるエネルギーで割ることによって得られる比率または商として定義される。言い換えれば、ＣｏＰはあらゆる冷凍機の性能を決定する係数である。ＣｏＰの概念は、機械が圧縮式のものか（追加されるエネルギーが圧縮機によって消費される機械的仕事である）または吸着式のものか（追加されるエネルギーが基本的に発生器に供給される熱である）によって変化する。
【００４５】
装置：コンバインドパワーサイクルとヒートポンプＵＡＸ（２００）で構成される機械的エネルギー発生器の配置。
【００４６】
熱交換器要素：熱を受け取るか放出するかに関係なく、熱交換器を構成するいずれかの側。熱交換器は、少なくとも２つの要素で構成されている。本発明では、それを明示的に識別する番号がついた「要素」という用語は、簡潔にするために使用される。本発明では、任意の熱交換器は、それを構成する２つ以上の「要素」の番号を示すことによって識別される。
【００４７】
コイル：あらゆる種類の構成の管状パイプで構成された熱交換器要素。本発明では、この用語は、高い圧力で作動する交換器の要素を指すために使用される。いかなる状況においても、そう呼ばれる熱交換器要素の形状をその機能と関連付けてはならない。
【００４８】
熱交換器のシェルサイド：この用語は、より低い圧力で作動し、およびその内部により高い圧力で作動する熱交換器要素を含む交換器の要素を指すために本明細書で使用される。
【００４９】
凝縮交換器：これは、「シェルサイド」要素を循環する水蒸気の（部分的または全体的）凝縮が行われる熱交換器である。この凝縮熱は、１つまたは複数のコイルまたは交換器要素に伝達され、それらを循環する流体の温度を上昇させる。
【００５０】
ヒートシンク：本発明では、「ヒートシンク」という用語は、サイクル外に失われる熱がコンバインドサイクルによって放出されるために通過する熱交換器要素を示すために使用される。コンバインドパワーサイクルでは、「ヒートシンク」は熱回収導管ＣＲＣ（１０３）の終了時またはその後に蒸気の凝縮を生成する要素（１２８）から常に構成されている。この機能を実行するためにこの場所で二次ランキンサイクルが使用される場合、その補助サイクルには常に（１２８）と呼ばれる最終凝縮要素があり、これがサイクル外に熱を伝達する唯一の要素であることを明確に識別する。
【００５１】
実際の損失：この用語は、単に周囲より高温であるという事実によって引き起こされる、コンポーネントの伝導、対流、および放射による不可避の不可逆性および熱の損失を指す。このレポートで明示的に言及されていない場合でも、実際の損失はあらゆる実際のサイクルでは避けられないことを考えると、それは明白であると見なされる。
【００５２】
この報告書では、熱力学でそうすることは正しいとは認められないものの、コンバインドサイクルで得られた燃焼生成物に保持された潜熱も「実際の損失」と見なされる。なぜなら、無関係であるか、実用的な目的のためには無視できると考えることができるほど低い温度で−液体水、および要素（１０７）からのＣＯ2として−出現するからである。
【００５３】
熱流体：これは、熱力学的サイクルを構成するさまざまな要素で伝達されるエネルギーを含み、循環させ、輸送する流体である。
【００５４】
コージェネレーション：このレポートでは、コージェネレーションは、機械的エネルギーに加えて、パワーサイクル自体以外のあらゆる種類のプロセスに役立つことが判明した追加の熱エネルギーを取得するための、自由に選択できる処理方法であると理解されている。このレポートでは、「コージェネレーション」の結果としてコンバインドサイクルが外部に放出する熱は常に有用な熱であり、パワーサイクルからのこの熱エネルギーの抽出を考慮に入れるようにこの装置が設計されていると考えられるため、サイクルからのエネルギーの損失を表すことは決してないと想定されている。これは、特定の要件に従って行われ、この熱が意図されている外部消費システムによって課される温度仕様に従う。
【００５５】
有用エネルギー：この用語は、「コージェネレーション」としてサイクルの外部で使用される熱と、パワーサイクルによって生成される正味の機械的仕事との合計と見なされる。
【００５６】
パワーシャフト：パワーシャフト（１３０）は、パワーサイクルとヒートポンプＵＡＸの機械が機械的エネルギーを受け取ったり提供したりするための機械要素の集合体で構成されている。
【００５７】
物理的には、パワーシャフトは必ずしもサイクルのすべてのターボ機械が結合されている共通の機械シャフトで構成されているとは限らない。各圧縮機を独立したモーターに結合し、各タービンをそれに対応する発電機に結合するという実行可能なオプションもあるためである。それにもかかわらず、コンバインドサイクルの正味の機械的仕事は、それを構成する機械のすべての機械的仕事を合計した結果として、パワーシャフト（１３０）から得られると考えられるため、このパワーシャフトの概念を使用すると、理解が容易になる。
【００５８】
工業用純酸素：このレポートでは、「工業用純酸素」という用語は、その供給条件下で、国際基準を満たしており、「工業用品質の純酸素」と見なされることができる場合に、当該ガスを指すために使用される。それが望ましくない場合でも、微量の不純物が常に工業用の助燃剤としての酸素に付随することは明らかであると考えられている。
【００５９】
超臨界圧力および温度：これらは、特定の物質の臨界点よりも高い圧力と温度の条件である。臨界点とは、蒸気と液体の密度が同じになるところを指す。
【００６０】
周囲圧力：「周囲圧力」という用語は、本明細書では、８０℃から１２０℃の間の水蒸気の飽和圧力に対応する圧力の範囲を指すために使用される。すなわち、周囲圧力は、およそ０．５バールから２．０バールまでの圧力の範囲であると見なされる。
【００６１】
バール：絶対バール
【００６２】
図の説明
このレポートには５つの図が含まれている。最初の４つは、提示されたコンバインドパワーサイクルのさまざまな構成または設計バージョンの概略図である。最後に、５番目の図は、「ヒートポンプ」としてパワーサイクルを支援する基本的な機能を実行する「熱交換用吸着器ユニット」（ＵＡＸ）の構成の概略図である。
【００６３】
図１は、構成１による「必須のコンバインドサイクル」の概念設計バージョンを示しており、本発明に従って、コンバインドサイクルがヒートポンプ（ＵＡＸ）によって支援されて機能することができるために不可欠な要素を有する。
【００６４】
パワーサイクルの設計構成が何であれ、この図１に含まれているすべての必須要素が含まれているため、これらのコンポーネントは「必須」と見なされる。
【００６５】
図２は、本発明の構成２に従って機械的エネルギーを生成するためのコンバインドサイクルを実行するための装置の設計バージョンを概略的に示している。これには、サイクルの必須機器（図１に示す）に加えて、改善された効率をコンバインドサイクルに与え、熱回収導管（ＣＲＣ）（１０３）を通して大気圧以上の圧力で動作する特定の特徴を有する要素が含まれる。ＣＲＣ（１０３）の最後のセクションでは、蒸気は、残りのパワーサイクルとは独立した独自の熱流体を使用する二次ランキンサイクルで生成される。本構成では、このＣＲＣ（１０３）内で、最終の導管部が存在し、二次ランキンサイクルで蒸気を発生するため、その中を循環する水蒸気の部分的凝縮が行われることが想定されている。
【００６６】
図３は、本発明の構成３に従って機械的エネルギーを生成するためのコンバインドサイクルを実行するための装置の設計バージョンを概略的に示している。これには、サイクルの必須機器（図１に示す）に加えて、改善された効率をコンバインドサイクルに与え、熱回収導管（ＣＲＣ）（１０３）内に凝縮がなく、その中を循環する水蒸気の部分的凝縮が行われる独立した導管（１０５）があるという特定の特徴を有する要素が含まれる。２つの導管（１０３）と（１０５）の間に、それぞれ、ガスおよびＣＲＣ（１０３）から放出された蒸気を吸引し、パワーサイクルの残りの部分とは独立して独自の熱流体を使用する二次ランキンサイクル用の蒸発器（１２５）の少なくとも一部を収容する導管（１０５）のセクションの圧力を上げるファン（１０４）が存在する。
【００６７】
図４は、ＵＡＸ（２００）によって支援された本発明の構成４に従って機械的エネルギーを生成するためのコンバインドサイクルを実行するための装置の設計バージョンを概略的に示している。これには、サイクルの必須機器（図１に示す）に加えて、改善された効率をコンバインドサイクルに与え、この装置がクローズドサイクルで動作することを目的としている場合、または水素のみを燃料として使用する場合（つまり、パワーサイクルにＣＯ2が存在しない場合）に、その単純さからより適切な要素が含まれる。
【００６８】
コンバインドサイクルのこの構成には、ＣＲＣ（１０３）を循環する水蒸気の流れの一部を使用して、残りのパワーサイクルと同じ熱流体を使用する二次ランキンサイクルのタービン（１２７）に直接送るという特別な機能がある。さらに、凝縮器（１２８）から得られた凝縮液は、残りのコンバインドサイクルの給水としても直接使用される。これは、このバージョンのパワーサイクルでは、二次ランキンサイクルが独立したサイクルを形成するのではなく、それに統合されて単一のサイクルを形成することを意味する。
【００６９】
図５は、本発明のコンバインドサイクルの作動に不可欠な「ヒートポンプ」の機能を実行する「熱交換用吸着器ユニット」（ＵＡＸ）の構成の概略図である。
【００７０】
図６は、ＵＡＸ（２００）によって支援された本発明の構成５に従って機械的エネルギーを生成するためのコンバインドサイクルを実行するための装置の設計バージョンを概略的に示している。これには、任意の構成のサイクルのすべての機器が含まれる。残りの構成で使用できるあらゆる種類の燃料を使用して、クローズドサイクルまたはセミクローズドサイクルのいずれかで機能することができる。
【００７１】
構成５には、構成３と同じ要素に加えて、過熱器（１３６）とタービン（１３７）がある。構成５は、１つの要素（１１２）に２つの追加の引出し口の流れ（１つは蒸気、もう１つは予熱された給水）があるという点で構成３とは異なる。もう１つの違いは、構成５では、１つの圧縮機（１１５）が構成３と比較して追加の圧縮段階を有することである。
【００７２】
発明の説明
本発明は、請求項１に記載の装置、ならびに方法の主請求項に記載の、エネルギーを生成するための方法を指す。この装置および方法の特定の実施形態は、それぞれの従属請求項に記載されている。
【００７３】
本発明は、少なくとも、
−水を熱流体として使用するクローズドまたはセミクローズドの再生構成要素ブレイトンサイクルを実行する手段と、
−再生構成要素ブレイトンサイクルと相互接続された、構成要素基本ランキンサイクルである少なくとも１つのランキンサイクルを実行する手段と、
−再生構成要素ブレイトンサイクルを再生する閉回路を構成するヒートポンプ（ＵＡＸ）と、
を含む、コンバインドパワーサイクルを使用してエネルギーを生成するための装置を指す。
【００７４】
エネルギーを生成するための装置は、さらに、
−熱交換器と、
−酸素燃焼バーナーと、から選択される必須熱源（１０１）を備え、
必須熱源（１０１）では、構成要素ブレイトンサイクルと構成要素基本ランキンサイクルの２つのサイクルからの流れが合流する。
【００７５】
本発明の特定の追加の実施形態によれば、コンバインドパワーサイクルがセミクローズドであり、酸素燃焼およびＣＯ2回収の機能を有する場合、外部からエネルギーを受け取る少なくとも１つの内燃バーナーを有する。
【００７６】
本発明の特定の追加の実施形態によれば、コンバインドパワーサイクルがクローズドである場合、バーナーを有さず、外部からエネルギーを受け取り、内燃バーナーを有さない、少なくとも１つの熱交換器を有する。
【００７７】
前述の実施形態のいずれかにおいて、この装置はさらに、
−１つの簡単な段階で凝縮し、ヒートポンプＵＡＸのコールドリザーバー（２０１）にエネルギーを伝達する、再生凝縮器（１０７）、
−パワーシャフト（１３０）から仕事を受け取り、複数の段階でガスを凝縮し、連続する圧縮段階で放出された熱のみをＵＡＸのコールドリザーバー（２０１）に伝達する、ＣＯ2液化プラント、
−であることが可能な、要素（１０７）と、
−ヒートポンプＵＡＸのホットリザーバー（２１０）からパワーサイクルに熱が戻されるためのリボイラー（１１３）と、
−要素（１０７）の底部で得られた凝縮液を圧送し、リボイラー（１１３）に向かって流す、凝縮液再生ポンプ（１１１）と、
−水蒸気が発生する熱回収導管（ＣＲＣ）（１０３）と、
−必須熱源（１０１）に蒸気を送る高圧タービンＴＡＰ（１２２）と、熱回収導管ＣＲＣ（１０３）に蒸気を送る高温タービンＴＡＴ（１０２）との、少なくとも２つのタービンと、
−サイクルの有用な機械的エネルギーが得られる、少なくとも１つの共通のパワーシャフト（１３０）と、
−ＣＲＣ（１０３）の底部でのまたはその後の蒸気の凝縮によりヒートシンクの機能を実行するシステムと、
−凝縮液戻りポンプ（１０９）と、
−構成要素基本ランキンサイクル用の給水ポンプ（１１９）と、
−エコノマイザーコイル（１２０）、
−ＣＲＣ（１０３）内にある、水蒸気（１２１）用の蒸発器及び過熱器、
−からなる、構成要素基本ランキンサイクル用の蒸気発生器と、
−蒸気とガスが要素（１０７）に入る前に、凝縮液戻り予熱器（１１０）に熱を放出する、凝縮熱交換器要素（１０６）と、
−リボイラー（１１３）の出口に設けられて、熱を下記から選択されるバイパスラインに放出する、凝縮熱交換器要素（１１４）と、
−リボイラー（１１３）自体への取水用の予熱器（１１２）、および
−リボイラー（１１３）自体への取水を予熱することに加えて、ポンプ（１１９）への給水を加熱し、また、再生凝縮液ポンプ（１１１）の圧送と給水ポンプ（１１９）の吸引との間の過熱器（１３６）で温度が上昇すると、圧縮機（１１５）および／またはタービン・加熱器（１３７）に導かれる蒸気を生成する、熱回収交換器（１１２）、
−要素（１１２）に配置され、構成要素ブレイトンサイクルと構成要素基本ランキンサイクルを結合するバイパスラインと、
を含む。
【００７８】
構成要素ブレイトンサイクルがセミクローズドであり、酸素燃焼を採用する場合、かつ、炭素含有の燃料が使用される場合、この装置は、
−再生凝縮器（１０７）に位置し、気体状態の、または、再生凝縮器（１０７）が液化プラントである場合、液体状態の、燃焼で生成されたＣＯ2のための出口、および
−凝縮液戻りラインにおける燃焼によって生成された液体水のための出口、
を含む。
【００７９】
エネルギーを生成するための装置は、ブレイトンサイクルがクローズドである場合、または燃料として水素のみが使用されている場合、ヒートシンクは、パワーサイクルの残りの流体と同じ流体を有する二次ランキンサイクルで構成されることができ、ＣＲＣ（１０３）および凝縮液戻りポンプ（１０９）を介して装置と相互接続される。
【００８０】
前述の実施形態のいずれかにおいて、エネルギーを生成するための装置は、必須熱源（１０１）に加えて、最終過熱器（１２１）とタービンＴＡＰ（１２２）の間に位置し、外部からパワーサイクルに追加の熱を提供する別の補助熱源（１３２）（交換器または加圧バーナーであり得る）を含むことができる。
【００８１】
前述の実施形態のいずれかにおいて、エネルギーを生成するための装置は、さらに、必須熱源（１０１）の蒸気吸入口の前に、交換器要素（１１４）の蒸気出口に位置し、直列に接続された１つ（１１５）または複数（１１７）の蒸気圧縮機を含むことができる。
【００８２】
前述の実施形態のいずれかにおいて、エネルギーを生成するための装置は、さらに、直列に接続された圧縮機（１１５）および（１１７）の間の蒸気冷却用交換器（１１６／１１８）を含むことができる。
【００８３】
前述の実施形態のいずれかにおいて、エネルギーを生成するための装置は、さらに、凝縮交換器要素（１１４）の底部からの凝縮液ラインにおいて、リボイラー（１１３）への戻りラインを含むことができる。
【００８４】
前述の実施形態のいずれかにおいて、エネルギーを生成するための装置は、さらに、装置の外で使用することができる熱を生成するために、熱回収導管（１０３）の蒸気吸入口に設けられ、とりわけ熱交換器コイル（１３３）を使用したコージェネレーションの応用に役立つ追加の交換器を含むことができる。
【００８５】
前述の実施形態のいずれかにおいて、エネルギーを生成するための装置は、さらに、すべての産業用途での外部使用を目的とした有用な熱エネルギーを抽出するために、熱回収導管（１０３）内に設けられたコージェネレーション用の熱交換器要素（１３３）を含むことができる。
【００８６】
前述の実施形態のいずれかにおいて、エネルギーを生成するための装置は、さらに、
−熱回収導管ＣＲＣ（１０３）から出口蒸気を取り出して圧縮して、独立した二次ランキンサイクルの蒸発器（１２５）のコンポーネントセクションを少なくとも１つ収容している凝縮交換器要素（１０５）に送る、ファン（１０４）
を含むことができる。
【００８７】
前の段落で述べた実施形態において、エネルギーを生成するための装置は、さらに、
−シェルサイド（１０８）で導管（１０５）からの凝縮液が冷却され、独立した二次ランキンサイクルのエコノマイザー（１２４）が内部に収容されている、熱交換器（１０８／１２４）
を含むことができる。
【００８８】
前述の実施形態のいずれかにおいて、この装置のヒートポンプＵＡＸ（２００）は、
−要素（１０７）とのみ熱を交換し、コールドリザーバーとして機能する、ガス状アンモニアの主発生器（２０１）、
−吸着器（２１０）からアンモニア溶液を受け取り、アンモニア蒸気をいくつかの圧縮機（２０３）に送り、残りのアンモニア溶液を主発生器（２０１）に送る、二次発生器（２０２）、
−直列に接続され、その間で冷却が行われ、主発生器（２０１）および二次発生器（２０２）からアンモニアを受け取る、少なくとも２つのアンモニア圧縮機（２０３）、
−超臨界アンモニア蒸発器（２０９）で圧縮および冷却されたアンモニアを受け取り、熱を二次発生器（２０２）に伝達する、圧縮アンモニア凝縮器（２０７）、
−超臨界アンモニア蒸発器（２０９）、
−アンモニア凝縮液を、アンモニア蒸気を超臨界圧で生成するアンモニア蒸発器（２０９）に送る、圧縮アンモニア凝縮器（２０７）からのアンモニア凝縮液用のポンプ（２０８）、
−超臨界アンモニア用蒸発器（２０９）から蒸気を受け取り、を水相に溶解するアンモニア吸着器（２１０）、および
−希アンモニア溶液を主発生器（２０１）から吸着器（２１０）に移送する移送ポンプ（２１５）、
を含む。
【００８９】
ヒートポンプＵＡＸ（２００）には、さらに、
−主発生器（２０１）からの希アンモニア溶液と、吸着器（２１０）からの濃アンモニア溶液との間の熱交換器（２１３／２１４）、
−吸着器（２１０）からの濃アンモニア溶液に含まれる熱を利用して、超臨界アンモニアを生成する、アンモニア蒸発器（２０９）内に収容されたコイル（２１１）、
−超臨界アンモニア蒸発器（２０９）に熱を供給する、圧縮機（２０３）からの圧縮アンモニア用の冷却コイル（２０６）、
を含むことができる。
【００９０】
本発明はまた、先に定義された装置を使用して実行されたコンバインドサイクルに基づくエネルギーを生成するための方法をも指す。
【００９１】
この方法は、
−熱流体として水を使用し、高温タービンＴＡＴ（１０２）で機械的エネルギーを生成し、ヒートポンプ（ＵＡＸ）によって再生される、クローズドの、または酸素燃焼に基づく構成要素ブレイトンサイクルを実行すること、
−両方とも共通の熱流体として水を使用するため、ブレイトンサイクルと物質とエネルギーを交換し、タービンＴＡＰ（１２２）で機械的エネルギーを生成する、ブレイトンサイクルと相互接続された構成要素ランキンサイクルを実行すること、
−構成要素ブレイトンサイクルとエネルギーを交換して再生し、特定の圧縮機（２０３）の中の機械的エネルギーを吸収する、ヒートポンプＵＡＸ（２００）を使用すること、
を含む。
【００９２】
本発明による方法では、サイクルのすべての水蒸気が、サイクルが水素以外の燃料を使用する場合にＣＯ2が気相で放出される要素（１０７）の中で完全に凝縮することができる。
【００９３】
前記方法の特定の実施形態によれば、要素（１０７）を循環する水蒸気は、ＵＡＸ（２００）のコールドリザーバーに伝達された熱で完全に凝縮し、サイクルが水素以外の燃料を使用する場合、液体または気体のＣＯ2のみを残留物として残す。
【００９４】
本発明による方法では、構成要素ブレイトンサイクルの再生は、ヒートポンプＵＡＸ（２００）の作用によって行われ、コールドリザーバーの温度で蒸気凝縮熱を再循環させてから、ホットリザーバーを介してサイクルに戻すことで、前に凝縮されたときよりも高い圧力と温度で水蒸気を再生することができる。
【００９５】
特定の実施形態によれば、この方法は、
−要素（１０７）内で、周囲圧力で水蒸気を凝縮し、ヒートポンプＵＡＸ（２００）のコールドリザーバー（２０１）に得られた熱を放出すること、
−ヒートポンプＵＡＸ（２００）のホットリザーバー（２１０）によって提供される熱を使用して、リボイラー（１１３）内で水蒸気を要素（１０７）で凝縮した圧力よりも高い圧力で再生すること、
を含む。
【００９６】
特定の追加の実施形態によれば、この方法は、過熱器（１２１）とタービンＴＡＰ（１２２）との間に位置し、外部からパワーサイクルに追加の熱を提供する補助熱源（１３２）の使用を含む。
【００９７】
特定の追加の実施形態によれば、この方法は、熱を外部に失うための単一ヒートシンクを使用することを含む。ヒートシンクの機能は、独立した二次ランキンサイクルによって実行できる。
【００９８】
特定の追加の実施形態によれば、この方法は、タービンＴＡＴ（１０２）の出口から残熱を使用して構成要素基本ランキンサイクルの過熱蒸気を生成する熱回収導管ＣＲＣ（１０３）を使用することを含む。
【００９９】
特定の追加の実施形態によれば、この方法は、酸素燃焼コンバインドサイクルを実行することを含み、一般式ＣxＨyＯz（ｘ、ｙおよびｚは、酸素で燃焼できる実際の化合物に対応する値を取る）の純粋または混合形態の液体または気体燃料を使用する。好ましい燃料は、例えば、メタン、エタン、プロパン、または精製天然ガスなどのこれらの混合物など、ガス状または低沸点の炭化水素である。メタノールやエタノールなどの単純なアルコールも使用可能な燃料である。ＣＯ（一酸化炭素）は、コンバインドパワーサイクルのバーナーで燃料として使用できる、唯一の水素を含まない物質である。
【０１００】
特定の追加の実施形態によれば、この方法は、要素（１０７）が最終的に周囲圧力での全ての水蒸気を凝縮させる前にヒートシンクと凝縮交換器（１０６／１１０）とを用いて熱回収導管（１０３）からの水蒸気の一部を凝縮することを含む。
【０１０１】
熱交換器要素（１１４）の凝縮熱の別の部分は、熱交換器コイル（１３１）を使用して、燃料および助燃剤を別々に予熱するために使用することができる。コイル（１３１）で得られた熱を使用してコンバインドサイクルの燃料と助燃剤を予熱するこの用途は、パワーサイクルの範囲を超えるものであっても、この熱を利用することのできる他の種類の追加の用途を排除するものではない。サイクルにコンバインドサイクルの燃料と助燃剤を予熱するための熱交換器要素（１３１）がある場合、これは、区別なく、蒸気およびガスが要素（１０６）に入る前の、要素（１１４）の内部、または導管（１０３）もしくは（１０５）の端に配置することができる。
【０１０２】
特定の追加の実施形態によれば、この方法は、直列に接続され、蒸気を必須熱源（１０１）に送るのに十分な圧力を供給することのできる追加の機械式圧縮機（１１５）および（１１７）を利用して、要素（１１２）によって提供される蒸気の圧力と、凝縮熱交換器要素（１１４）から流れるリボイラー（１１３）の蒸気の圧力とを上昇させることを含む。
【０１０３】
要素（１１４）で生成された凝縮液の一部は、冷却コイル（１１８）を循環する圧縮段階の間の蒸気を冷却するために使用され、残りの凝縮液は直接リボイラー（１１３）に戻される。
【０１０４】
特定の追加の実施形態によれば、この方法は、水を交換するために、構成要素ブレイトンサイクルを構成要素基本ランキンサイクルに接続するバイパスを含み、このバイパスは、再生凝縮液ポンプ（１１１）の圧送ラインと給水ポンプ（１１９）の吸引との間に配置される。
【０１０５】
特定の追加の実施形態によれば、この方法は、コイル（１３１）を利用したこの装置の外部での独立した用途のための使用に適した特定の方法で、他の利用のためのリボイラー（１１３）から流れる蒸気の一部の凝縮熱を使用することを含む。
【０１０６】
特定の追加の実施形態によれば、この方法は、カスケード接続され、中間で冷却が行われ、蒸気を必須熱源（１０１）に送るのに十分な圧力を供給することのできる追加の機械式圧縮機（１１５）および（１１７）を使用して、リボイラー（１１３）によって提供される蒸気の圧力を上げることを含む。
【０１０７】
特定の追加の実施形態によれば、この方法は、
−コンバインドパワーサイクルがクローズドサイクルとして実行され、または水素のみを燃料とする場合、熱回収導管ＣＲＣ（１０３）から、凝縮液が給水として構成要素基本ランキンサイクルに戻される凝縮器（１２８）によって提供された真空条件下で動作する二次ランキンサイクルのタービンＴＢＰ（１２７）に蒸気を直接送ることを含む。この方法では、二次ランキンサイクルはパワーサイクルの残りの流体と同じ熱流体を使用する。
【０１０８】
本発明の方法によれば、熱回収導管ＣＲＣ（１０３）からの出口ガスは、凝縮交換器要素（１０５）に送るファン（１０４）を使用して圧縮することができ、そこで蒸気が独立した二次ランキンサイクルの蒸発器（１２５）によって発生される。
【０１０９】
本発明の方法によれば：
−ヒートポンプＵＡＸ（２００）は、ＮＨ3を熱流体、水を溶剤として、圧縮と吸収の操作を組み合わせて機能する冷凍機であり、
−ヒートポンプＵＡＸ（２００）の主発生器（２０１）は、コールドリザーバーとして機能し、要素（１０７）から熱を排他的に吸収し、
−ヒートポンプＵＡＸ（２００）の唯一のコールドリザーバーは、８０°Ｃ〜１２０°Ｃの温度で動作し、
−ヒートポンプＵＡＸ（２００）のアンモニア吸着器（２１０）は、ホットリザーバーとして機能し、熱をリボイラー（１１３）に排他的に伝送し、
−ヒートポンプＵＡＸ（２００）では、その間に冷却を伴う連続した段階でＮＨ3蒸気の圧縮が行われ、
−ヒートポンプＵＡＸ（２００）の圧縮アンモニア蒸気凝縮器（２０７）は、二次発生器（２０２）によって放出されたすべての熱を放出し、
−ヒートポンプＵＡＸ（２００）の超臨界アンモニア蒸発器（２０９）は、熱を使用して超臨界状態でＮＨ3を生成し、
−熱は、圧縮段階（２０４および２０６）の間の冷却コイルによって提供され、
−潜熱の一部がアンモニア吸着器（２１０）から熱く流れる濃縮溶液によって保持される。
【０１１０】
本発明の必須の部分の一つは、本発明のコンバインドサイクルの構成要素ブレイトンサイクルの再生を達成するためにこれらの要件を効率的かつ経済的に満たすことのできるハイブリッド圧縮吸収操作のヒートポンプ「ＵＡＸ」（熱交換用吸着器ユニット）である。
【０１１１】
熱交換用吸着器ユニットＵＡＸ（２００）の吸着器ユニットは、圧縮および吸収といった機能が混在し、循環的かつ継続的に機能する水−アンモニアが存在する熱力学的システムである。このシステムは、圧縮器システム（２０３）によって外部から提供される一定量の機械的エネルギーを利用して、アンモニアを脱着しコールドリザーバーとして機能する主発生器（２０１）から、より高温で作動しホットリザーバーとして機能するアンモニア吸着器（２１０）へと熱エネルギーを伝達するヒートポンプとして使用されている。
【０１１２】
吸着ヒートポンプＵＡＸは、コンバインドパワーサイクルと物質の交流は行わないが、それから圧縮の機械的仕事およびそのコールドリザーバーによって吸着された熱を受け取り、その後、そのホットリザーバーによって、サイクルにこのエネルギーをすべて戻す。
【０１１３】
コンバインドサイクルは、機械的エネルギーをパワーシャフト（１３０）からＵＡＸの圧縮機システムに伝達し、熱エネルギーを要素（１０７）からＵＡＸのコールドリザーバーに伝達する。一方、後者はホットリザーバーから、以前に凝縮された温度よりも高い温度で水蒸気を再生するリボイラー（１１３）に熱を伝達することにより、このエネルギーをすべてコンバインドサイクルに戻す。
【０１１４】
機能的な観点からして、ヒートポンプＵＡＸ（２００）は、本発明による装置の機能が、パワーサイクルとＵＡＸとの間のこの機能的リンクの確立によって決定されるように、エネルギー的に結合されたコンバインドパワーサイクルとの「熱力学的共生」によって機能する熱力学的サイクルを操作する。これは、現在の最先端技術のコンバインドサイクルとの重要な違いを表している。
【０１１５】
コンバインドパワーサイクルの必須コンポーネント
本発明のコンバインドサイクルに従って装置が機能するためには、その効率を考慮せずに、かつこのタイプの装置の経済的実行可能性を決定する他のタイプの要因を無視することなく、一連の必須機器が不可欠である。
【０１１６】
本発明のコンバインドサイクルに従って装置が機能するために必要不可欠な「必須」コンポーネントは、次のとおりである。
【０１１７】
１０１：必須熱源。これは、熱が構成要素ブレイトンサイクルに入るのに必要不可欠なコア部分である。コンバインドパワーサイクルは、外部から、そして必ず不可欠な熱源によってエネルギーを受け取る。
【０１１８】
（セミクローズドサイクルの場合の燃料と助燃剤に加えて、）３つの流れが必須熱源（１０１）に到達する。まずは構成要素基本ランキンサイクルのタービンＴＡＰ（１２２）からの蒸気と、それから、構成要素ブレイトンサイクルからの圧縮された蒸気である。最後の１本の吸引流は、パワーサイクルが圧縮段階の間に蒸気冷却システムを有する場合、熱交換器要素（１１８）を循環してから熱源（１０１）に到達する可能性があり、ポンプ（１２９）によって圧送される凝縮液の一部である。
【０１１９】
したがって、必須熱源（１０１）は、構成要素ブレイトンサイクルと構成要素基本ランキンサイクルに属する流れが収束する箇所の１つである。つまり、これは、暗黙的に、２つの構成要素サイクル間の物質の交換箇所となっている。
【０１２０】
コンバインドサイクルがクローズドサイクルとして機能している場合、必須熱源（１０１）は常に、外部から熱エネルギーを受け取る高温熱交換器である。この場合、必須熱源（１０１）に到達する唯一の物質は、ここでエンタルピーを増加させた後、過熱蒸気の形で現れて、高温タービンＴＡＴ（１０２）に送られる水である。
【０１２１】
必須熱源（１０１）が加圧された内部酸素燃焼バーナーである場合、コンバインドサイクルはセミクローズドである。このような場合、高温タービン（１０２）に送られた水蒸気は、燃焼自体のガス（基本的に二酸化炭素とより多くの水蒸気で構成される）を伴って循環する。
【０１２２】
１０２：高温タービン。ＴＡＴ。これは、構成要素ブレイトンサイクルの基本であるガスタービンであり、その機能は、必須熱源（１０１）によって送られる高温の気相で機械的仕事を生成することである。装置全体での最高温度で作動するタービンであるため、略してＴＡＴ（スペイン語でＨｉｇｈ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｔｕｒｂｉｎｅの頭字語）と呼ばれる。
【０１２３】
タービンＴＡＴ（１０２）によって移動される気相は、必須熱源（１０１）がバーナーである場合、燃焼ガスを伴う蒸気で構成されている。この気相は、膨張した後、高温でタービンＴＡＴ（１０２）から出て、熱回収導管ＣＲＣ（１０３）に送られ、それに含まれるエンタルピーが利用される。
【０１２４】
１０３：熱回収導管。ＣＲＣ。これは、タービン（１０２）からの排気ガスから熱を回収する熱交換器のガス側である。タービンガスに保持されたこの熱は、ＣＲＣ（１０３）で使用され、管状パイプ蒸発器および過熱器（１２０）を使用して構成要素ランキンサイクルに不可欠な高圧蒸気を生成する。タービンＴＡＴ（１０２）からの排気ガスに含まれる熱の一部は、「コージェネレーション」として知られる、サイクル自体の範囲を超えた外部の用途に使用できる。任意選択で、この目的のために、およびコンバインドサイクルの運用設計パラメータに応じて、ＣＲＣ（１０３）の内部に、いくつかの独立した熱交換器要素（１３３）が存在し得る。
【０１２５】
さらに、中圧再熱器（１３４）、過熱器（１３６）、過熱器（１２６）、および低圧蒸発器（１２５）が存在する場合、これらは常にこのＣＲＣ（１０３）内に配置される。任意選択で、熱交換器コイル（１３１）は、ガスが出る前に、この導管の端にあるＣＲＣ（１０３）内に配置できる。
【０１２６】
最終的に、これらのガスは常に、「周囲圧力」に対応する水の蒸気飽和温度でＣＲＣ（１０３）を離れる。
【０１２７】
提示されたコンバインドサイクルの構成２（図２）および基本構成（図１）に関する設計では、熱回収導管ＣＲＣ（１０３）の最終セクション内を循環する水蒸気の部分凝縮が行われることが考慮されている。
【０１２８】
構成３または図３によるコンバインドサイクルの設計バージョン、および図６による構成５は、熱回収導管ＣＲＣ（１０３）では凝縮が発生せず、および、凝縮が起こる特定の導管（１０５）が提供されることを特徴としている。
【０１２９】
その一部として、構成４または図４によるコンバインドサイクルの設計バージョンは、凝縮が発生する直前に、ＣＲＣ（１０３）に蒸気抽出接続が存在し、これにより、蒸気がタービンＴＢＰ（１２７）に直接送られることを特徴としている。
【０１３０】
１２８：ヒートシンク。このレポートでは、ヒートシンク（１２８）は、パワーサイクルが失われた熱を外部環境に伝達するための任意の機器、デバイス、またはシステムと見なされる。本発明では、これは常に、失われた熱エネルギーが外部に運ばれる単一の要素である、蒸気凝縮器とする。それにもかかわらず、この機能は、本発明全体の装置にとって、構成要素基本ランキンサイクルの機能に不可欠である。ＣＲＣ（１０３）からの出口ガスに含まれる水蒸気を凝縮させる任意の熱交換器要素でもヒートシンク（１２８）の機能を実行することができる。それにもかかわらず、そしてエネルギー効率の理由から、最も経済的な解決策は、その熱を回収するシステム（熱交換器の反対側で周囲圧力で水蒸気の凝縮液を生成することができる）を提供することである。たとえば、別の追加のランキンサイクルに属する蒸発器、または対象となる任意のタイプの用途のために熱を抽出するコイル（たとえば、産業用冷気を生成するために吸着式冷凍機に結合された熱回収システム）。コンバインドサイクルが二次ランキンサイクルを有する場合、その凝縮器（１２８）は常に熱を外部に伝達する装置である。
【０１３１】
１０９：構成要素基本ランキンサイクルへの凝縮液戻りポンプ。これは、ヒートシンク（１２８）によって生成された凝縮液を置換し、サイクルのさまざまな部分に供給する水を分配する前に、凝縮液戻り予熱器（１１０）を循環させるポンプである。
【０１３２】
１１０：給水予熱器要素。これは、熱交換器と、それが配置されている要素（１０６）とで構成される。交換器（１０６）のシェルサイドで発生する蒸気凝縮からの熱を使用して、ポンプ（１０９）によって圧送されてサイクルに戻される凝縮液の温度を上げることを目的とする他の構成の管状コイルまたは熱交換器要素である。
【０１３３】
１０６：給水予熱器の凝縮交換器のシェルサイド。これは、熱交換器と凝縮液戻り予熱器要素（１１０）で構成される。ＣＲＣ（１０３）の底部から得られた残りの蒸気が循環する交換器の要素であり、酸素燃焼サイクルの場合は非凝縮性ガスを伴う。要素（１０６）では、水蒸気の部分的な凝縮が起こる。この凝縮で放出された熱により、凝縮液戻り予熱器（１１０）を利用して、戻り凝縮液の温度が上昇する。
【０１３４】
この凝縮熱交換器要素（１０６）から出て、要素（１０７）に向けられるのは、燃焼中に生成されるすべての非凝縮性ガスが存在する場合、それを伴う水蒸気の流れである（サイクルがクローズドだと、バーナーがなく、燃料が純粋な酸素を含む水素である場合は、燃焼時に非凝縮性ガスは生成されない）。
【０１３５】
熱交換器要素（１０６）の底部では、液体の水が凝縮液から得られ、次に、液体の水が、要素（１０７）からの凝縮液流れと共に再生凝縮液ポンプ（１１１）によって圧送される。
【０１３６】
１０７：再生凝縮器または液化プラント。要素（１０７）は、蒸気の凝縮によるすべての熱を、ヒートポンプＵＡＸ（２００）の「コールドリザーバー」として機能する主発生器（２０１）に伝達する。
【０１３７】
再生凝縮器（１０７）は、要素（１０６）から蒸気および非凝縮性ガスを受け取る。次に、（１０７）から、一方の側では非凝縮性ガスが得られ、もう一方の側では凝縮した水蒸気が得られる。再生凝縮器（１０７）は、構成要素ブレイトンサイクルの最低温度での動作に対応する「周囲圧力」で動作する。必須ではないが、最も簡単なオプションは、熱交換器要素（１０６）およびＣＲＣ（１０３）からの出口と同様に、再生凝縮器（１０７）を大気圧に近い圧力で動作させることである。その場合、これら３つのコンポーネントの凝縮温度は１００°Ｃ近くとなる。
【０１３８】
全体的な性能の低下を伴うが、より複雑であるが、セミクローズドサイクル構成に対する業界の関心という観点からはより関連性が高く、実行可能なオプションとして、要素（１０７）をＣＯ2液化プラントにすることが考えられる。これにより、圧縮の連続サイクルで放出されたすべての熱は、ＵＡＸ（２００）の発生器（２０１）に伝達される。この構成の目的は、ガス状態で取り出す代わりに、液化酸素燃焼ＣＯ2を貯蔵、輸送、および取り扱いのためにパワーサイクルから抽出することにある。
【０１３９】
要素（１０７）がＣＯ2液化プラントとなるために要求される条件は、圧縮の各段階で生成された熱が、ＣＯ2圧縮段階間の冷却用交換器からＵＡＸの主発生器（２０１）に伝達されるのに十分な温度であるということである。
【０１４０】
この場合、圧縮機の機械的仕事は、この装置のパワーシャフト（１３０）自体によって供給されることを考慮する必要がある（簡単にするため、添付のすべての図ではこの表現は省略されている）。
【０１４１】
パワーサイクルがＵＡＸ（２００）に放出するこの熱は、ＵＡＸ（２００）「ホットリザーバー」として機能するアンモニア吸着器（２１０）によって提供される熱と連動するリボイラー（１１３）によって、後で高温で戻される。コンバインドサイクルがクローズドサイクルで動作しているか、セミクローズドサイクルで動作しているかに関係なく、要素（１０７）では、要素（１０６）からそこに到達する水蒸気の完全な凝縮液が常に発生する。この操作の結果として、水蒸気は液体となり、一方で、燃焼で発生したＣＯ2は、凝縮した気相または液相に閉じ込められたままである。
【０１４２】
とりわけ、これは、サイクルから出てくるＣＯ2が、他の従来のコンバインドサイクルと比較して非常に低い温度で発生することを意味する。このＣＯ2の出口温度は、たとえば、コンバインドサイクルの凝縮液戻り流れ用に他の追加の熱交換器が提供されている場合、さらに下げることができる。
【０１４３】
要素（１０７）で発生するこの相の分離は、バーナーで生成されたすべてのＣＯ2と、それに伴う可能性のあるその他の非凝縮性ガス廃棄物を、大気と接触させることなく、サイクルから排除できることを意味する。
【０１４４】
これにより、従来のオープンコンバインドサイクルに比較して、本発明のパワーサイクルは環境上の重要な利点を有することとなる。なぜなら、いかなるタイプの環境汚染ガスも大気へ直接放出されることはないからである。
【０１４５】
完全燃焼を確実にするために、酸素燃焼プロセスでは、化学量論値を約２％または３％超えた過剰酸素で燃焼するのが一般的である。反応しなかったこの量の酸素は、バーナーから循環し、ＣＲＣ（１０３）と熱交換器要素（１０６）を通過して、熱流体で希釈されて、最終的に要素（１０７）に到達し、そこでＣＯ2と一緒に非凝縮性ガスとしてサイクルから除去される。これが発生した場合、燃焼のために使用された過剰な酸素は、無水炭酸処理プラントで回収され、サイクルの助燃剤として再利用される。
【０１４６】
最後に、要素（１０ｔ）の底部で、脱気された水が得られる。これは、再生凝縮液ポンプ（１１１）によって圧送されて、コンバインドサイクルの各部分に戻される。したがって、パワーサイクルでＣＯ2を含む可能性のある唯一のセクションは、バーナー（１０１）および（１２２）から要素（１０７）までのセクションである。
【０１４７】
１１３：構成要素ブレイトンサイクルの再生リボイラー。これは、「ヒートポンプ」ＵＡＸが要素（１０７）を使用してサイクル自体から以前に回収されたエネルギー量とＵＡＸの圧縮機（２０３）がパワーシャフト（１３０）から取るエネルギー量とを、熱の形で、コンバインドサイクルに戻す構成要素ブレイトンサイクルの再生器要素である。
【０１４８】
リボイラー（１１３）は、ＵＡＸ（２００）の「ホットリザーバー」として機能するアンモニア吸着器（２１０）からパワーサイクルに熱を戻すための熱交換器要素である。ＵＡＸ（２００）が吸着器（２１０）を通じて供給するこの熱により、リボイラー（１１３）は、それが以前に要素（１０７）で凝縮した温度および圧力よりも高い温度および圧力で水蒸気を再生する。
【０１４９】
したがって、ヒートポンプＵＡＸ（２００）を使用した構成要素ブレイトンサイクルの再生は、「コールドリザーバー」の温度で蒸気凝縮熱を再循環し、続いて「ホットリザーバー」を使用してサイクルに戻し、それが以前に凝縮した音戸および圧力よりも高い温度および圧力で再生することによって行われる。
【０１５０】
１１１：構成要素ブレイトンサイクルの再生凝縮液ポンプ。ポンプ（１１１）は、凝縮熱交換器要素（１０６）で生成された凝縮液を、要素（１０７）の底部で得られた脱気水とともに吸引し、要素（１１２）に十分な圧力で押し出し、リボイラー（１１３）に給水する。
【０１５１】
この再生凝縮液ポンプ（１１１）の圧送ラインでは、給水ポンプ（１１９）の吸引ラインにバイパスが設けられており、これにより、構成要素ブレイトンサイクルとランキンサイクルの間で水が交換され、これによって、本発明によるコンバインドサイクルの構成を可能にするために不可欠であり、装置の設計変数およびサイクルの作動条件に依存する物質とエネルギーとの間のバランスを確立する。
【０１５２】
１１２：要素（１１２）は、以下から選択する：
−リボイラー自体（１１３）への取水用の予熱器（１１２）、および、
−リボイラー（１１３）自体への取水を予熱することに加えて、ポンプ（１１９）への給水を加熱し、過熱器（１３６）で温度が上昇した後に圧縮機（１１５）および／またはタービン加熱器（１３７）に導かれる蒸気を生成する熱回収交換器（１１２）。
【０１５３】
要素（１１２）は、凝縮熱交換器要素（１１４）の内部にあり、そこから熱を受け取り、再生リボイラー（１１３）に供給する水の温度を上昇させる、任意の他の構成の管状コイルまたは熱交換器要素である。
【０１５４】
要素（１１２）に入るのは、ポンプ（１０９）と（１１１）からの凝縮液である。熱交換器要素（１１２）を離れるのは
−リボイラー（１１３）に送られる加熱された液体水の流れであって、なお、この機能のみを実行する場合は、予熱器（１１２）と呼ばれる。
【０１５５】
さらに、要素（１１２）からさらに２つの流れが出てくる可能性がある。
−給水ポンプ（１１９）に送られる加熱された液体水の流れ。
−蒸気圧縮機（１１５）または／および過熱器（１３６）の最初の追加の段階に送られ、タービンＴＢＰ（１２７）に入る前に追加のタービン（１３７）内で部分的に膨張する蒸気の流れ（大気圧より高い圧力）。
【０１５６】
１１４：要素（１１２）の凝縮交換器のシェルサイド。これは、その内部に要素（１１２）がある凝縮熱交換器要素である。再生リボイラー（１１３）からの蒸気は、現在の要素（１１４）を循環し、そこで水蒸気が部分的に凝縮して、これによって、リボイラー（１１３）自体に供給する水を予熱することに加えて、ポンプ（１１９）の給水を加熱したり、蒸気を発生させたりすることもできる要素（１１２）でエンタルピーが回収されることになる。発生する部分凝縮の結果として、液体水の流れが要素（１１４）の底から得られる。この凝縮液は、凝縮液ポンプ（１２９）を使用して圧送され、その一部は、まずは機械的圧縮段階（１１５）および（１１７）の間で蒸気を冷却する熱交換器要素（１１８）を通過して、必須熱源（１０１）に送られる。凝縮液ポンプ（１２９）によって圧送された凝縮液の他の部分は、リボイラー（１１３）に直接再循環される。コンバインドサイクルが補助蒸気圧縮機（１１５）および（１１７）を有さない場合、ポンプ（１２９）によって圧送された凝縮液の一部を必須熱源（１０１）に直接送ることができる。
【０１５７】
任意選択で、また、サイクルの性能を改善する目的で、要素（１１４）内に追加のコイル（１３１）を提供することも可能であり、これは、とりわけ、燃料および助燃剤をその供給条件から予熱するために使用することができる。このコイル（１３１）は、蒸気とガスが要素（１０６）に入る直前に区別なく配置することもできる。このコイル（１３１）は、本装置自体以外の他のタイプの外部用途向けの要素（１１４）から熱を抽出するためにも使用することができる。
【０１５８】
１２９：凝縮交換器（１１４）の下部凝縮液ポンプ。これは、要素（１１４）の底部から得られた凝縮液を、必須熱源（１０１）に送るのに十分な圧力で圧送するポンプである。コンバインドサイクルが圧縮機（１１５）と（１１７）を有する場合、凝縮液ポンプ（１２９）によって圧送されたこの水の流れは、コイル（１１８）を循環して、２つの圧縮段階の間の蒸気を冷却する。凝縮液ポンプ（１２９）の後に続いて、この流れは２つに分割される。そのうちの一つは、コンバインドサイクルが圧縮機（１１５）を有する場合、まずは熱交換器要素（１１８）を通過して、必須熱源（１０１）に送られる。一方で、ポンプ（１２９）によって圧送された凝縮液の残りの部分はリボイラー（１１３）に直接戻される。
【０１５９】
１１９：構成要素基本ランキンサイクル用の給水ポンプ。これは、基本ランキンサイクルの蒸気発生器要素を通して水を圧送するポンプである。このポンプは、この装置全体で得られる最高の圧力値を提供する。給水ポンプ（１１９）は、基本的に、ポンプ（１０９）によって圧送される凝縮液の戻り流れによって水を提供される。さらに、コンバインドサイクルには、ポンプの圧送（１１１）とポンプの吸引（１１９）の間にバイパスがあり、これにより、構成要素ブレイトンサイクルと構成要素基本ランキンサイクルの間で熱流体（水）を交換することができる。また、要素（１１２）内で加熱された水の流れを給水ポンプ（１１９）に供給する可能性もある。このバイパスの流れの方向は、設計変数とサイクル操作変数によって決定される。
【０１６０】
１２０：エコノマイザーまたは構成要素基本ランキンサイクルのエコノマイザー管状パイプ。これらは、ＣＲＣ（１０３）内に配置された熱交換器要素であって、給水ポンプ（１１９）からの給水を、構成要素基本ランキンサイクルで蒸気が生成される圧力で沸点に近い温度に予熱する働きをするものである。
【０１６１】
１２１：構成要素基本ランキンサイクルの蒸発器と過熱器の管状パイプ。蒸発器と過熱器は、ＣＲＣ（１０３）の内側に配置された熱交換器要素であって、構成要素基本ランキンサイクルの加圧された蒸気を生成するものである。エコノマイザー（１２０）の中で予熱された水は、蒸発器パイプに入り、そして最終的に過熱水が出てきて、パワーサイクルにこの要素が組み込まれている場合は、タービンＴＡＰ（１２２）または補助熱源（１３２）に送られる。
【０１６２】
１２２：構成要素基本ランキンサイクルＴＡＰの（高圧）タービン。この蒸気タービンの目的は、構成要素基本ランキンサイクルに従って仕事を生成することである。タービンＴＡＰ（１２２）は、もし可能な場合、最後の過熱器（１２１）または補助熱源（１３２）の管状パイプから過熱蒸気を受け取る。装置全体で最高の圧力で作動するタービンであることを特徴とするため、略してＴＡＰ（スペイン語でＨｉｇｈ−Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｔｕｒｂｉｎｅの頭字語）と呼ばれる。このタービンは背圧で作動し、出口蒸気が、脱出する蒸気が送られる必須熱源（１０１）に到達するのに十分な圧力になるように気体流体の部分膨張を実行する。
【０１６３】
必須ではないが、パワーサイクルがタービンＴＰＩ（１３５）を有する場合、これは脱出蒸気から蒸気を受け取るか、タービンＴＡＰ（１２２）から抽出される。
【０１６４】
１３０：本装置のパワーシャフト。これは、機械的仕事を必要とする、または生成するこの装置のすべての機械（タービン、ポンプ、および圧縮機）が結合される要素または要素の配列である。このパワーシャフトは、（この装置のタービン、圧縮機、およびポンプが結合される）この装置の有用な機械的エネルギーが得られる箇所を表す。
【０１６５】
ポンプとファン（１０４）を除いて、共通のパワーシャフト（１３０）は、正味の機械的コンバインドサイクルがどのように得られるかを理解しやすくするために、添付の図に示されているが、独立した発生器またはモーターに接続された個々のパワーシャフトを使用する本発明に従って任意のパワーサイクルを具現化することも可能である。
【０１６６】
ヒートポンプ（ＵＡＸ）の基本コンポーネント
ＵＡＸは、上記に示されているように、アンモニアと水で機能する本発明の装置に必要不可欠なコンポーネントである。
【０１６７】
ヒートポンプＵＡＸを構成するコンポーネントを図５に示す。ＵＡＸを構成する機器は次のとおりである。
【０１６８】
２０１：主発生器。これは、ＵＡＸの「コールドリザーバー」として機能するアンモニア脱着器であって、コンバインドパワーサイクルに属する要素（１０７）から放出される熱を受け取る役割を担うものである。主発生器は、二次発生器（２０２）からのアンモニア−水の中間濃度溶液によって供給され、一方の側では湿気を帯びたガス状アンモニアが圧縮のために発生し、もう一方の側では、移送ポンプ（２１５）によって吸い込まれる希薄溶液が出てくる。
【０１６９】
２０２：二次発生器。これは、圧縮されたアンモニアの蒸気凝縮器（２０７）によって供給される熱を使用して機能する部分的なアンモニア脱着器である。アンモニア吸着器（２１０）で生成された濃縮溶液全体は、事前に冷却された後、二次発生器に入る。二次発生器から出てくるのは、一方の側では、主発生器（２０１）から得られたアンモニアと一緒に圧縮される、湿気を帯びたガス状のアンモニアであり、もう一方の側では、底部から得られて、主発生器（２０１）に送られる、部分的に脱気された水である。二次発生器（２０２）は、主発生器（２０１）よりわずかに高い圧力で作動して、溶液をそのうちの一方から他方に流す。
【０１７０】
２０３：アンモニア圧縮機。この用語は、直列に接続された圧縮機の配列に適用され、その機能は、２つの発生器（２０１）および（２０２）からの湿気を帯びたガス状アンモニアの圧力を上げることである。ガス状アンモニアの圧縮は、プロセスの全体的な効率を最大化することを目的として、ガスの介在冷却と直列に接続された連続する圧縮段階で実行される。これを達成するために、圧縮機の配列はコンバインドサイクル装置のパワーシャフト（１３０）から機械的仕事を受け取る。圧縮機（２０３）の配列は、ガス状アンモニアの圧力を上げることにより、少なくともＮＨ3飽和温度が、二次発生器（２０２）が脱着を実行する温度を超えられるようにし、この後者の装置に熱を伝達することを可能にする。
【０１７１】
この冷媒ガス圧縮段階は、従来の吸着式冷凍機では行われないことから、ＵＡＸの本質的な特徴である。圧縮機に加えて吸着・脱着サイクルも利用することにより、ＵＡＸ（２００）は、全体としてヒートポンプとして機能する、ハイブリッドの吸着および圧縮システムであると考えられる。
【０１７２】
最終段階から発生する圧縮アンモニア蒸気は、最終的な圧縮アンモニア冷却要素（２０５）と、すぐに別の冷却コイル（２０６）を循環するようにする。これは、この圧縮蒸気に含まれる熱がＵＡＸの他の要素で再利用されることを意味する。
【０１７３】
２０４：連続する圧縮段階の間のガス状アンモニア冷却要素。これは、圧縮機（２０３）を構成する各ペアの段階間でガス状アンモニアを冷却する役割を担うすべての熱交換器要素で構成されている。これらの熱交換器要素はすべて、放出されたすべての熱の放出先である、超臨界アンモニア蒸発器（２０９）内に配置される。そのため、これらの各冷却要素（２０４）の動作温度は、超臨界アンモニア蒸発器（２０９）の動作温度を超える必要がある。
【０１７４】
２０５：これは、最終的な圧縮アンモニア冷却要素。最終的な希薄溶液加熱器要素（２１６）と合わせて、熱交換器を構成する。最終的な圧縮アンモニア冷却要素（２０５）を循環するのは、圧縮機（２０３）の最終段階から出て、希薄溶液が、この要素（２１０）におけるガスの吸着が起こる温度以上の温度でアンモニア吸着器（２１０）に到達することを目的として、最終的な加熱器要素（２１６）に熱を放出する蒸気である。この事実を考慮すると、この要素（２０５）は、ＵＡＸ（２００）全体の中で最も高い温度を持つ要素である。
【０１７５】
２０６：圧縮アンモニア冷却コイル。これは、最終的な圧縮アンモニア冷却要素（２０５）の下流にある超臨界アンモニア蒸発器（２０９）の内部にある。このコイル（２０６）では、圧縮されたガス状アンモニアは、圧縮アンモニア凝縮器（２０７）に到達する前に冷却される。コイル（２０６）によって放出された熱は、アンモニア蒸発器（２０９）内でガス状アンモニアを生成するために内部で使用されて、これより、ＮＨ3の臨界点（の温度）より高い温度で動作する。
【０１７６】
２０７：圧縮アンモニア凝縮器。この装置では、圧縮機（２０３）によって供給される圧力下の飽和アンモニア蒸気が液相に変換され、凝縮によって放出されたすべての熱を二次発生器（２０２）に伝達して、これによって、二次発生器（２０２）が脱着を実行できるようにする。圧縮アンモニア凝縮器（２０７）は、二次発生器（２０２）が適切に機能できるようにではあるが、可能な限り低い温度で交換器要素（２０６）から気体状態のアンモニアを受け取る。エキスパンダー（２１８）は、コイル（２０６）を凝縮器（２０７）から分離するものである。
【０１７７】
圧縮アンモニア凝縮器（２０７）から得られた液体アンモニアは、凝縮アンモニアポンプ（２０８）を使用して超臨界アンモニア蒸発器（２０９）に圧送される。
【０１７８】
２０８：凝縮アンモニアポンプ。これは、圧縮アンモニア凝縮器（２０７）から超臨界アンモニア蒸発器（２０９）まで、臨界点を超える出口圧力で凝縮アンモニアを圧送するポンプである。ポンプ（２０８）の圧送ラインでは、ＵＡＸ（２００）全体での最高圧力が達せられる。
【０１７９】
２０９：超臨界圧アンモニア蒸発器。これは、凝縮アンモニアポンプ（２０８）によって圧送されたアンモニア凝縮液を受け取り、アンモニアの臨界点（１１３．５  ｂａｒ／１３３．５°Ｃ）を超える温度と圧力でそれをガスに変換する。これを達成するために、蒸発器（２０９）は、一方で、圧縮機（２０３）のジュール＝トムソン効果によって生成された熱を伝達する圧縮アンモニア冷却コイル（２０６）および冷却要素（２０４）から受け取った残留熱を再利用する。もう一方では、濃縮溶液コイル（２１１）（脱着器から出てくる溶液よりも濃縮されている）によって伝達された潜熱を再利用し、それを通して濃縮溶液の一部が吸着器（２１０）を循環する。これは、超臨界アンモニア蒸発器（２０９）が、ＵＡＸシステム自体からの再循環熱を使用してその機能を実行し、他の外部熱源からの寄与を必要としないことを意味する。
【０１８０】
超臨界状態でアンモニア蒸発器（２０９）から出てくるガスは、直ちに吸着器（２１０）に運ばれる。
【０１８１】
２１０：アンモニア吸着器。これの目的は、超臨界圧力と温度の条件下でガス状アンモニアを水に溶解することである。これは、ＵＡＸの「ホットリザーバー」として機能する要素であって、ＵＡＸが放出する熱をコンバインドパワーサイクルの再生器リボイラー（１１３）に伝達する役割を担うものである。
【０１８２】
吸着器（２１０）は、エキスパンダー（２１７）を利用して、超臨界アンモニア蒸発器（２０９）からのガス状アンモニアによって供給され、さらに、それはまた、移送ポンプ（２１５）によって圧送され、熱交換器要素（２１４）および（２１６）によって連続的に予熱された後の、主発生器（２０１）からの希アンモニア水溶液によって供給される。
【０１８３】
吸着器（２１０）から出てくるのは、二次発生器（２０２）および主（２０１）発生器に送られる濃アンモニア溶液であり、したがって、吸着−脱着サイクルを閉じる。吸着器（２１０）からのその出現に続いて、濃縮された溶液の流れは２つの流れに分けられる。そのうちの一つは対向流熱交換器の熱交換器要素（２１３）を循環し、残りの流れは蒸発器（２０９）で超臨界アンモニアが生成されるための熱を提供する濃縮溶液コイル（２１１）を循環する。最後に、熱を交換した後、２つの濃縮溶液は、エキスパンダー要素（２１２）の前で再び合流する。
【０１８４】
超臨界条件下でのアンモニアの水への溶解は、発熱過程である。アンモニア吸着器（２１０）によって放出された熱は、リボイラー（１１３）に伝達されて、これによって、コンバインドパワーサイクルで蒸気を再生する。したがって、吸着器（２１０）は、ＵＡＸ（２００）の「ホットリザーバー」の機能を果たす。
【０１８５】
２１１：蒸発器（２０９）内の濃縮溶液コイル。これは、超臨界アンモニア蒸発器（２０９）の内部にあり、アンモニア吸着器（２１０）からこのコイル（２１１）を循環する濃縮溶液の温度を下げる代わりに熱を放出するものである。
【０１８６】
２１３：希薄溶液と濃縮溶液の間の熱交換器要素。
【０１８７】
濃縮溶液側。この要素（２１３）は、それに熱を伝達する熱交換器要素（２１４）と共に対向流熱交換器の一部を形成する。アンモニア吸着器（２１０）から出てくる濃縮溶液の相補的な部分は、この要素（２１３）を循環するが、濃縮溶液コイル（２１１）は循環しない。この交換器要素（２１３）の役割は、二次発生器（２０２）に入る前に濃縮溶液の温度を下げることである。
【０１８８】
２１２：濃縮溶液エキスパンダー。熱交換器要素（２１１）および（２１３）でそれぞれ冷却された濃縮溶液の２つの流れが再結合されると、この濃縮溶液が二次発生器に入る直前にあるエキスパンダー（２１２）は、二次発生器（２０２）における脱着の操作圧力が達せられるようにする。
【０１８９】
２１４：希薄溶液と濃縮溶液の間の熱交換器要素。
【０１９０】
希薄溶液側：この要素（２１４）は、そこから熱を受け取る要素（２１３）とともに対向流熱交換器の一部を形成する。この対向流熱交換器の役割は、濃縮溶液が可能な限り低い温度で二次発生器（２０２）に入るようにすると同時に、アンモニア吸着器（２１０）に入る前の希薄溶液を加熱することである。
【０１９１】
この熱交換器要素（２１４）を循環するのは、濃縮液の一部との対向流で加熱することを目的に、吸着器（２１０）に到達する前に、移送ポンプ（２１５）によって圧送される、主発生器（２０１）からの希薄溶液である。
【０１９２】
２１５：希薄溶液移送ポンプ。これは、主発生器（２０１）を出て希薄溶液を置換し、それをアンモニア吸着器（２１０）に送るポンプであるが、まずは熱交換器要素（２１４）および（２１６）を通過し、また、その目的は、その温度を上げることである。
【０１９３】
２１６：最終的な希薄溶液加熱器要素。熱交換器要素（２１６）は、最終的な圧縮アンモニア冷却要素（２０５）と共に対向流熱交換器を構成する。この要素を循環するのは、熱交換器要素（２１４）からの希薄溶液であり、圧縮機（２０３）の最終段階から出現する蒸気によって伝達される熱を使用することにより、溶液が同じ動作温度でアンモニア吸着器（２１０）に到達することを保証する。
【０１９４】
２１７：吸着器（２１０）に向かったガス状アンモニアエキスパンダー。エキスパンダー（２１７）は、蒸発器（２０９）からの超臨界アンモニアの圧力をアンモニア吸着器（２１０）の動作圧力に一致させる働きをする。
【０１９５】
２１８：圧縮アンモニア凝縮器（２０７）に向かったガス状アンモニアエキスパンダー。アンモニアエキスパンダー要素（２１８）は、凝縮器（２０７）と二次発生器（２０２）との間の熱交換ができるように、圧縮アンモニア凝縮器（２０７）の動作に必要な圧力および温度を低くする。
【０１９６】
熱交換用吸着器ユニット（ＵＡＸ）の特定の特性は、それが支援しているコンバインドサイクルの操作要件と変数によって決定される。
【０１９７】
本発明の構成要素ブレイトンサイクルを効率的に「再生」するためには、ヒートポンプＵＡＸ（２００）は、以下の条件を満たす必要がある：
−支援するパワーサイクルのみとエネルギーを交換する。つまり、コールドリザーバーによって吸着されたすべての熱はパワーサイクルから取得され、ホットリザーバーによって放出されたすべての熱は、別の箇所でパワーサイクルに新たに転送される必要がある。外部とエネルギーを交換すると、効率が低下することを示す。
−ＵＡＸのコールドリザーバーは、回収目的のために、水蒸気の凝縮熱を周囲圧力で（８０°Ｃと１２０°Ｃとの間で）捕集しなければならない。
−ホットリザーバーは、凝縮した飽和水蒸気を事前に再生する必要があるため、ＵＡＸのリザーバー間で可能な限り大きな熱ステップ（温度差）を達成する必要がある。ただし、システムの効率を高めるために、可能な限り高い圧力で行うべきである
−性能（ＣｏＰ）は可能な限り高くする必要がある。つまり、コールドリザーバーからホットリザーバーに転送されるカロリー数は、圧縮機が消費する機械的仕事と比較して非常に多くする必要がある。
−ヒートポンプＵＡＸが外部から受け取るすべての（機械的および熱的）エネルギーは、支援しているコンバインドサイクルそのもののパワーシャフト（１３０）によって供給される必要がある。
−ヒートポンプＵＡＸが放出する熱エネルギー全体（ＵＡＸ自体の実際の損失を除く）は、「ホットリザーバー」によって発生し、リボイラー（１１３）を介してパワーサイクルで蒸気を再生するために使用されるべきである。
【０１９８】
すべての吸着式冷凍機も、そして、ＵＡＸも、吸着−脱着の循環プロセスに従って動作する。吸着とは、気体を液体溶媒に溶解するプロセスに付けられた名前である。その逆の、ガスが溶液から放出される可逆的プロセスは、脱着として知られている。ＵＡＸの特定のケースでは、溶質としてアンモニアが使用され、溶媒として水が使用される。
【０１９９】
水中におけるアンモニアの吸着は可逆的な発熱過程であるため、すべての吸着器で、ガスが液相に溶解すると熱が放出される。その一部として、発生器で行われる、水中でのアンモニアの脱着という逆プロセスは常に吸熱性であることがわかる。つまり、それが機能するためには熱の供給が必要である。
【０２００】
ＵＡＸは、その機能が両方のシステムと共通の特性を共有しているため、ハイブリッドの圧縮−吸着ヒートポンプであると考えられている。つまり、ＵＡＸは、ポンプ、ガスエキスパンダー要素、熱交換器に加えて、必然的に吸着器、脱着器、蒸発器、凝縮器、圧縮機で構成される。
【０２０１】
従来の吸着式冷凍機は、機械が外部から熱を吸着するための２つのコア部分（発生器と蒸発器）と、機械が外部に熱を放出するための２つのコア部分（吸着器と凝縮器）で構成されるシステムである。
【０２０２】
それにもかかわらず、「ヒートポンプ」が本発明のコンバインドサイクルの再生に有用であるためには、それが１つの「コールドリザーバー」（そこからパワーサイクルからの低温熱を受け取る）と、１つの「ホットリザーバー」（これによって、熱はサイクルに戻されるが、その温度がより高くなる）のみからなることが絶対に必要である。これはまさにＵＡＸの基本的な特徴であり、他の吸着式冷凍機とはこの点で異なっている。
【０２０３】
ＵＡＸ（２００）は、他のいかなる吸着機器とも同じ基本要素で構成されているにもかかわらず、外部の熱を１つのコア部分でのみ吸収し、他の１つのコア部分でのみ放出することを特徴としている（実際の損失は無視できるものと考えられる）。これは、一部の要素から放出された熱を再循環し、内部の熱を再利用して他の要素に必要な熱を提供することで実現されている。
【０２０４】
溶液の成分によって示される物理化学的親和力によって、液体へのガスの溶解プロセスは、その単なる凝縮よりも常に発熱性のより高いものであることがわかる。これによる直接的な結果は、吸着式冷凍機では、吸着−脱着によって機能するコア部分、すなわち、吸着器（２１０）と主発生器（２０１）が、それぞれ、圧縮アンモニア凝縮器（２０７）によって放出される熱よりも多くの熱を放出し、超臨界アンモニア蒸発器（２０９）によって吸着される熱よりも多くの熱を吸着することである。
【０２０５】
コールドリザーバーからホットリザーバーに最大比状態量の熱を正常に伝達するために、ＵＡＸは内部で特定の熱流を再利用して、圧縮アンモニア凝縮器（２０７）と超臨界アンモニア蒸発器（２０９）が外部とエネルギーを交換するのを防ぎ、これによって、吸着器（２１０）および主発生器（２０１）をそれぞれ唯一のホットリザーバーおよびコールドリザーバーとして維持する。
【０２０６】
熱力学的観点からして、また、圧縮式冷凍機とは異なり、従来の吸着式冷凍機は、より低温のリザーバーからより高温のリザーバーに熱を輸送しないことなら、厳密にはヒートポンプとは見なされない。通常、機械は最も低温の要素（蒸発器）と最も高温の要素（発生器）を通じて同時に熱を吸着する。
【０２０７】
ＵＡＸ（２００）が他の従来の吸着式冷凍機と異なる点の１つとして、実際にヒートポンプとして機能し、熱エネルギーを低温の箇所から高温の箇所に伝達することが挙げられる。これは、ヒートポンプＵＡＸを、冷凍機の一般的な動作方法とは逆の動作圧力で動作させることによって実現される。
【０２０８】
どの冷凍機でも、圧縮または吸着に基づくかにかかわらず、回路の一部は高圧で動作し、別の部分は低圧で動作する（凝縮器は蒸発器よりも高い圧力で動作する）。
【０２０９】
圧縮加熱機器の場合、蒸発器と凝縮器との間の圧力差は圧縮機によって強制的に生じさせる。圧縮機とエキスパンダーの間は、いくつかの圧力の異なったゾーンに区切られる。
【０２１０】
吸着式の機械では、発生器と凝縮器は蒸発器と吸着器よりも高い圧力で動作する。一部のコンポーネントと他のコンポーネントの間に存在する圧力差を生じさせるのは、吸着器−脱着システム自体の機能である。
【０２１１】
ＵＡＸの特定の特徴の１つとしては、従来の冷凍機とは逆の動作圧力で動作することが挙げられる。つまり、吸着器（２１０）と超臨界アンモニア蒸発器（２０９）は、圧縮アンモニア凝縮器（２０７）ならびにその主発生器（２０１）および二次発生器（２０２）よりも高い圧力で機能する。これを達成するために、移送ポンプ（２１５）は、希薄溶液を発生器（２０１）から、より高い圧力で作動するアンモニア吸着器（２１０）に循環させる。
【０２１２】
圧力を反転させて仕事をするには、ＵＡＸ（２００）は、機械的手段を必要とする。この点に関して、ＵＡＸは、この目的のための圧縮機とポンプを使用することによって、回路における圧力差が誘起されるのではなく、強制的に生じたものである点において、他の任意の従来の吸着式冷凍機械と区別される。
【０２１３】
アンモニアの水への溶解度に影響を与える２つの対抗効果が同時に発生するため、ＵＡＸを逆圧で動作させるには、吸着器（２１０）と主発生器（２０１）の動作温度を正確に決定する必要がある。一方では、液相はより高い圧力でより多くのガスを溶解できなければならないが、他方では、ガスはより高い温度でより溶けにくいことがわかる。
【０２１４】
明らかに、システムがヒートポンプとして機能できるようにするには、主発生器（２０１）および二次発生器（２０２）よりも吸着器（２１０）の方が、常にアンモニアの水への溶解度が高い必要がある。なぜなら、どんな吸着器でも、ガスが溶解するにつれて常に濃度が上昇するが、どの発生器でも、ガスの脱着が起こるところであるため、常に希薄な溶液が生成されるからである。
【０２１５】
最大効率に到達するには、それぞれの場合の動作温度と圧力との間の理想的なトレードオフを見つける必要がある。これは、一方で、圧力を下げることによって主発生器（２０１）および二次発生器（２０２）で脱着が促進されて、もう一方では、アンモニア吸着器（２１０）の有効性は、その操作圧力とともに上昇するからである。ただし、ＵＡＸの役割がヒートポンプとして機能することであることを念頭に置くと、ホットリザーバーとコールドリザーバーの間の熱ステップをできるだけ大きくすることが目的である。これを考えると、吸着器（２１０）の温度が上昇すると、アンモニアはより不溶性になる傾向があるが、主発生器（２０１）および二次発生器（２０２）の温度が低下すると、溶解度が上昇する傾向があり、脱着の性能を妨げる。
【０２１６】
圧縮機を使って低温の箇所から別の高温の箇所に熱を伝達できる熱力学的システムは「ヒートポンプ」と呼ばれ、これはまさに「熱交換用吸着器ユニット」によって実現する機能であって、本発明の目的でもある。
【０２１７】
上記を考慮して、「熱交換用吸着器ユニット」（ＵＡＸ）を本発明のパワーサイクルを支援するヒートポンプとして機能させるためには、ＵＡＸ（２００）の特定の特性を構成する、一連の特定の変更を実施する必要があることを指摘しておかなければならない。ＵＡＸを他の吸着サイクルと区別するこれらの特定の変更は次のとおりである。
【０２１８】
１．−主発生器（２０１）が作動する温度よりも高い温度で、アンモニア吸着器（２１０）に熱を放出させるためには、操作圧力を反転させる必要がある。つまり、吸着器（２１０）は、アンモニアが脱着するコンポーネントである主発生器（２０１）よりも高い圧力で動作する必要がある。これを達成するために、移送ポンプ（２１５）が必要である。このポンプは、二次発生器（２０２）に入る前に、希薄溶液をアンモニア吸着器（２１０）および濃縮溶液用のエキスパンダー（２１２）要素に圧送する。
【０２１９】
２．−ＵＡＸが外部に熱を失わないようにするには、圧縮アンモニア凝縮器（２０７）が放出する熱を再循環して、二次発生器（２０２）の脱着器に転送し、前者の動作温度を上げて、後者の温度よりわずかに高くしなければならない。アンモニアは、発生器内の溶液中で蒸発する温度よりも高い温度で凝縮するために、圧縮機（２０３）を使用してアンモニアの蒸気圧を上げる必要がある。
【０２２０】
３．−圧縮アンモニア凝縮器（２０７）によって放出された熱がＵＡＸ自体で再利用されることを念頭に置くと、アンモニア吸着器（２１０）は、熱が外部に放出される唯一の箇所を構成する（伝導、対流および放射による熱の実際の損失は無視できると考えられる場合）。
【０２２１】
４．−効率を上げるために、冷媒ガスとして使用されるアンモニアの圧縮は、冷却が介在するいくつかの段階で行われる。これは、圧縮の各段階の間に、除去しなければならない熱量が存在することを意味する。さらに、圧縮されたアンモニア蒸気が、二次発生器（２０２）に熱を伝達できるという条件で、可能な限り低い温度で圧縮アンモニア凝縮器（２０７）に到達することは肝心である。
【０２２２】
システムの動作温度を適切に選択することにより、圧縮機（２０３）の後の蒸気流に含まれる過剰な熱と、吸着器（２１０）から出る濃縮溶液を蒸発器（２０８）に伝達することにより、蒸発器（２０８）が必要とする熱を提供し、アンモニアを超臨界状態に変換することができる。これらの過剰な熱の合計がアンモニア蒸発器（２０９）の需要を満たす場合、「臨界点」を超える条件でアンモニアを生成するために、外部から熱を供給する必要がなくなり、同時に冷却熱を外部に排出することも必要ではなくなる。
【０２２３】
５．−システム自体から再循環された熱で超臨界アンモニア蒸発器（２０９）が必要とする熱を供給することにより、主発生器（２０１）は、ＵＡＸが外部から熱を受け取る唯一のコア部分になる。
【０２２４】
これらすべての変更を適切に行うことにより、カスケード接続された圧縮機の配列（２０３）を利用して、圧縮アンモニア凝縮器（２０７）と超臨界アンモニア蒸発器（２０９）が外部と熱を交換することを防止する吸着式冷凍機を設計することが可能であることがわかる。したがって、主発生器（２０１）が、システムが外部から熱を吸着するための唯一のコールドリザーバーとなり、その一方で、吸着器（２１０）はより高い温度で動作し、したがって、熱を外部に放出する唯一のホットリザーバーとして機能する。
【０２２５】
ヒートポンプ（ＵＡＸ）の機能
１．−ＵＡＸ（２００）が他の吸着システムと同様に、クローズドサイクルで連続的に動作できるようにするには、ガスを「吸着」して濃縮溶液を生成するコンポーネントと、「脱着」して希薄溶液を生成するもう一つのコンポーネントとの間で溶液を交換するための回路を確立する必要がある。換言すれば、希薄溶液は主発生器（２０１）から出てアンモニア吸着器（２１０）を循環する。その一方で、濃縮溶液は吸着器（２１０）を離れ、反対方向の主発生器（２０１）へと循環することによって、新たに再循環される。
【０２２６】
前述のように、対向流循環は、ある機器と別の機器（吸着器（２１０）および発生器（２０１）であるが、反対方向にある）との間の２つの溶液について確立される。
【０２２７】
吸着式冷凍機の発生器（脱着器）と吸着器は常に異なる圧力で作動することを考えると、溶液の流れは、機械的な支援を必要とせずに、高圧の機械から低圧の機械に向かって移動する。ただし、低圧の機器から高圧の機器に向かって対向流で循環する他の溶液は、ポンプで圧送する必要がある。
【０２２８】
ＵＡＸ（２００）では、従来の吸着式冷凍機とは異なり、吸着器（２１０）は主発生器（２０１）よりも高い圧力で動作する。その結果、移送ポンプ（２１５）は主発生器（２０１）から吸着器（２１０）へ希薄溶液を排出する。
【０２２９】
２．−ＵＡＸ（２００）は、２つの脱着器または発生器で構成されている。１つは二次発生器（２０２）と呼ばれ、もう１つは主発生器（２０１）と呼ばれる。２つの発生器はカスケードで動作する。つまり、二次発生器（２０２）から出てくる部分的に脱着した溶液が、主発生器（２０１）への供給を構成する。
【０２３０】
これは吸熱プロセスであるため、アンモニアの脱着には熱の追加が必要である。したがって、すべての発生器が機能するには熱の供給が必要となる。ＵＡＸでは、それぞれの発生器は異なる熱源から熱を受け取る。すなわち、二次発生器（２０２）は、圧縮アンモニア凝縮器（２０７）から熱を供給され、主発生器（２０１）はコンバインドサイクルから熱を受け取る。その結果として、主発生器（２０１）の動作温度は、常に構成要素ブレイトンサイクル内の流体の凝縮温度によって決定される。この凝縮は要素（１０７）で発生する。
【０２３１】
ＵＡＸ（２００）の発生器（２０１）および（２０２）の動作圧力は、ＵＡＸの設計目的とする脱着の程度（希薄溶液の濃度）に依存するが、二次発生器（２０２）が常に主発生器（２０１）よりも大幅に高い圧力で動作するため、機械的手段を必要とせずに、中間濃度の溶液はこれらの一方から他方に流れる。
【０２３２】
主発生器（２０１）は、ＵＡＸ（２００）で最も低い圧力で動作する機器であるため、このコンポーネントから得られた希薄溶液は、アンモニア吸着器（２１０）に供給するのに十分な圧力で移送ポンプ（２１５）によって圧送されて循環する必要がある。
【０２３３】
３．−主発生器（２０１）と二次発生器（２０２）という、２つの発生器から得られたアンモニア蒸気は、従来の脱着器で得られたものと同様に、常に一定量の湿度を含んでいる。この特許では、ＵＡＸ（２００）の中の「アンモニア蒸気」という用語は、特に明記されていない限り、常に「湿気を帯びた」アンモニア蒸気を指す。このレポートでは、ＵＡＸに要求される圧力と温度の条件下ではこの湿度が非常に低く、サイクルの基本的な機能が変わらないため、この湿気を帯びたアンモニアについては特別な考慮が払われていない。
【０２３４】
発生器（２０１および２０２）で脱着されたこのアンモニアは、圧縮機（２０３）の配列に送られる。ここで、圧縮のプロセスは、圧縮の機械的効率を改善すること、および、超臨界アンモニア蒸発器（２０９）に熱を供給することのできる熱リザーバーを有すること、という２つの目的のために、圧縮されている流体の冷却に干渉しながら連続した段階で実行される。すなわち、圧縮の段階の間の冷却要素（２０４）セットは、この熱をアンモニア蒸発器（２０９）に伝達し、したがって、サイクル外へのその損失を回避する。
【０２３５】
圧縮機（２０３）のセットは、パワーシャフト（１３０）を使用して、コンバインドサイクル自体から機械的仕事を取得するため、この仕事はコンバインドパワーサイクルによって自己消費されたものと見なされる。機械的エネルギーの自己消費が少ないほど、コンバインドサイクルの正味効率が高くなることを考えると、圧縮プロセスを可能な限り効率的にすることが重要である。
【０２３６】
圧縮機（２０３）の最終段階から出てくる蒸気の最終的な圧力は、圧縮アンモニア凝縮器（２０７）の作動圧力によって決定される。なお、これは、これと熱を交換する二次発生器（２０２）で脱着が起こる温度の直接的な関数である。
【０２３７】
４．−ＵＡＸの運用要件として、アンモニア蒸気は、圧縮機（２０３）の最終段階から吸着器（２１０）の温度よりも高い温度で出て来なければならない。したがって、最終的な圧縮アンモニア冷却要素（２０５）は、希薄溶液を加熱することによって、液相がアンモニア蒸気がこの機器で溶解する温度以上の温度で吸着器（２１０）に入るようにすることができる。
【０２３８】
５．−また、ＵＡＸ（２００）が機能するための必須要件として、さまざまなガス状アンモニア冷却要素（２０４）、および最終的な圧縮アンモニア冷却要素（２０５）から発生する圧縮アンモニア蒸気は、超臨界アンモニア蒸発器（２０９）よりも高い温度でなければならない。したがって、この熱は、超臨界状態でアンモニアが生成される圧縮アンモニア冷却コイル（２０６）を使用して伝達することができる。
【０２３９】
６．−熱を放出した後、アンモニア蒸気は、可能な限り低い温度（圧縮アンモニア凝縮器（２０７）の飽和温度に近い温度）で圧縮アンモニアコイル（２０６）から出て、凝縮器（２０７）の使用圧力に達するため、エキスパンダー（２１８）で部分的に膨張する。
【０２４０】
７．−凝縮器（２０７）では、圧縮されたアンモニア蒸気が液体に変換され、熱を放出して二次発生器（２０２）にすべて伝達する。したがって、二次発生器（２０２）は濃縮溶液の部分脱着を実行することができる。圧縮アンモニア凝縮器（２０７）から二次発生器（２０２）に熱を伝達するには、圧縮アンモニア凝縮器（２０７）で発生するアンモニア蒸気の飽和温度が二次発生器（２０２）で起こる脱着の温度よりもかなり高くなければならない。飽和温度が特定の圧力に対応していることを考えると、後者は圧縮機（２０３）の最終圧力を決定する。
【０２４１】
８．−圧縮アンモニア凝縮器（２０７）の底部に集められた液相のアンモニアは、超臨界アンモニア蒸発器（２０９）に送られ、凝縮アンモニアポンプ（２０８）によってその「臨界点」の圧力よりも高い圧力で圧送される。
【０２４２】
９．−超臨界アンモニア蒸発器（２０９）に入ると、液体アンモニアは最初に加熱され、次にアンモニアの「臨界点」（１１３．５  ｂａｒ  ／  １３３．５°Ｃ）よりも高い圧力と温度で気体状態に変化する。
【０２４３】
超臨界アンモニア蒸発器（２０９）がその機能を実行するために必要な熱は、ＵＡＸ自体の要素（２０４）、（２０６）および（２１１）によって放出される過剰な熱を、このために十分な温度で回復することによって得られる。
【０２４４】
超臨界アンモニア蒸発器（２０９）によって要求される熱を供給する熱交換要素は、以下の通りである。
−圧縮の各段階の間にある配列の冷却要素（２０４）
−圧縮されたアンモニア蒸気が圧縮アンモニア凝縮器（２０７）に入る前にそれを冷却する冷却コイル（２０６）。
−アンモニア吸着器（２１０）から出てくる高温濃縮溶液の一部が循環する交換器要素（２１１）。
【０２４５】
ＵＡＸがエネルギーに関してコンバインドサイクルのみに依存して、効率的に機能するためには、超臨界アンモニア蒸発器（２０９）が要求する熱量と、熱交換器要素の配列（２０４）、（２０６）、（２１１）のそれぞれによって追加される熱量との間の均等性を常に維持する必要がある。
【０２４６】
ＵＡＸでは、この熱バランスは、蒸発器（２０９）をアンモニアの臨界点よりも高い圧力で動作させることによって達成および制御される。これは、ＵＡＸを他の従来の吸着式冷凍機と区別する基本的な特性である。
【０２４７】
蒸発器（２０９）のＮＨ3の臨界点の圧力よりわずかに高い圧力で作業する場合には、ここで吸着される熱の量を変更することが可能となる。アンモニアの圧力と温度が臨界点を超えると、「熱異常」が発生する。この異常では、超臨界流体の圧力の小さな変化でも、温度の非常に小さな変化に対してエンタルピーの大きな変化を必要とする（アンモニアの圧力−エンタルピー図では、等温線は臨界点を通過するとすぐにほぼ水平になる）。
【０２４８】
前述の直接的な結果として、超臨界アンモニア蒸発器（２０９）のエネルギーバランスは、蒸発器（２０９）が作動する圧力に最小限の変更を加えることによって達成される。これは、凝縮アンモニアポンプ（２０８）とエキスパンダー（２１７）との共同動作によって実現され、システム全体に操作上の非常に高い柔軟性をもたらす。
【０２４９】
１０．−アンモニアは、超臨界条件下で蒸発器（２０９）を離れると、それ自体の圧力の結果として、吸着器（２１０）に流れる。
【０２５０】
吸着器（２１０）へのガスの入口ラインには、アンモニア吸着器（２１０）と超臨界アンモニア蒸発器（２０９）との両方の操作圧力を一致させる役割を担うバルブ（２１７）がある。
【０２５１】
吸着器（２１０）の操作圧力を調整することにより、溶液中のアンモニアの濃度、操作温度、およびこの装置に放出される熱を制御する。
【０２５２】
１１．−ガス状のアンモニアに加えて、アンモニア吸着器（２１０）は、移送ポンプ（２１５）によって圧送され、熱交換器要素（２１４）および（２１６）で加熱された後、主発生器（２０１）から出てくるすべての希薄溶液を受け取る。二つの流れが混合されたとき、ガス状のアンモニアの溶液が生成される。これによって、水溶液は、アンモニアの濃度を増加し、「濃縮溶液」と呼ばれるものを生じさせる。明らかに、前述のような現象が起こるためには、アンモニアは常に発生器（２０１および２０２）よりも吸着器（２１０）に溶けやすい必要がある。これは、吸着器（２１０）と発生器（２０１および２０２）の動作圧力と温度を適切に選択することで実現される。
【０２５３】
設計条件上必要である場合、アンモニアの水への溶解度を上げるためには、アンモニアイオンと錯基を形成できる化学物質（例として塩化銀など）を溶液に加えることができる。
【０２５４】
吸着器（２１０）で得られたアンモニアで濃縮された溶液は、冷却された後、発生器（２０２および２０１）に送られることで、作動サイクルをクローズド化する。
【０２５５】
ガス状アンモニアの溶解プロセスの結果として、吸着器（２１０）から出てくる濃縮溶液の量は、常に、主発生器（２０１）を出る希薄溶液の量を超える。
【０２５６】
これは、交換器の設計にとって重要である。なぜなら、濃縮溶液は、対向流熱交換器（２１３／２１４）に加えて、蒸発器（２０９）の内部にある加熱器（２１１）でそのエンタルピーを再利用できるのに十分な温度で吸着器（２１０）を離れるからである。
【０２５７】
１２．−この対をなす熱交換器の機能を実行するために、アンモニア吸着器（２１０）から高温で出てくる濃縮溶液の流れを２つに分割する。一方では、一定量の溶液が熱交換器要素（２１３）を通じて循環し、対向流で、熱交換器要素（２１４）を通じて循環する希薄溶液を予熱し、他方では、残りの溶液は濃縮溶液コイル（２１１）熱を通じて循環し、熱を蒸発器（２０９）に放出することで、超臨界状態のアンモニアを生成する。
【０２５８】
１３．−エンタルピーを放出し、冷却された後、濃縮溶液の２つの流れは、２次発生器（２０２）に入る前に再び合流する。
二次発生器（２０２）の上流に位置するエキスパンダー（２１２）要素は、この機器の濃縮溶液に含まれるアンモニアの部分的な脱着が起こる圧力で機能する。
【０２５９】
１４．−二次発生器（２０２）で行われる部分脱着の結果として、一定量の湿気を帯びたガス状アンモニアが放出され、直接圧縮機（２０３）に送られる。
【０２６０】
二次発生器（２０２）がアンモニアガスを脱着するのに必要な熱は、他の追加の熱源を必要とせずに、圧縮アンモニア凝縮器（２０７）との熱交換によって受け取られる。
【０２６１】
二次発生器（２０２）の底部から得られた中間濃度溶液は、主発生器（２０１）に流れ、機械的手段を必要とせずに、それ自身の圧力下で供給される。
【０２６２】
１５．−主発生器（２０１）では、カスケードの形で脱着の第２フェーズが発生する。このプロセスの結果として、追加量のアンモニア蒸気が放出され、二次発生器（２０２）で得られた蒸気と一緒に圧縮機（２０３）に直接送られる。
【０２６３】
主発生器（２０１）の底部から、（二次発生器（２０２）から出てくるものよりも希薄な）希アンモニア溶液が得られる。これが、希薄溶液移送ポンプ（２１５）によって吸着器（２１０）に新たに送られるものである。これによって、吸着−脱着サイクルをクローズド化する。
【０２６４】
主発生器（２０１）が脱着の最終段階を実行するために必要な熱は、コンバインドパワーサイクルの要素（１０７）と熱を交換することにより、ＵＡＸの外部から供給される。
【０２６５】
主発生器（２０１）は、ＵＡＸの最低温度で動作する機器であり、ＵＡＸによるサイクルで、このヒートポンプの「コールドリザーバー」の役割を果たすように、外部から熱を受け取る唯一の箇所である。
【０２６６】
ＵＡＸが効率的に機能するためには、主発生器（２０１）の動作圧力と温度を細心の注意を払って指定することで、一連の不可欠な要件を満たす必要がある。一方で、二次発生器（２０２）の条件下でのアンモニアガスの溶解度は、常にアンモニア吸着器（２１０）よりも低いことも必要である。これは、脱着温度を上昇させることによって達成される。それにもかかわらず、他方では、ＵＡＸの目的（２００）は、ヒートポンプとして作動することにある。したがって、主発生器（２０１）が、コールドリザーバーとして、可能な限り低い温度で作動することが重要である。つまり、当初の意図とは反して、溶解度が上昇する傾向にあることを意味する。
【０２６７】
１６．−主発生器（２０１）で得られた希薄溶液は、ＵＡＸがクローズドサイクルで動作するように、吸着器（２１０）に送られる。このためには、希薄溶液を置換する移送ポンプ（２１５）が、吸着器（２１０）が作動するアンモニアの臨界点の圧力よりも高い圧力でその置換を行うことが必要である。
【０２６８】
１７．−アンモニア吸着器（２１０）がホットリザーバーとして機能することを考えると、効率を改善するために、コンバインドサイクルのリボイラー（１１３）にできるだけ多くの熱を伝達できることが重要である。希薄溶液を可能な限り最高の温度で吸着器（２１０）に到達させることは、これにとって有利に働く。
【０２６９】
これに対抗して、外部から熱を受け取るコールドリザーバーとして機能する主発生器（２０１）が低い温度で希薄溶液を受け取ると、ＵＡＸの効率が向上する。
【０２７０】
ＵＡＸ（２００）の全体的な効率を向上させ、同時に両方の要求を満たすためには、それぞれ熱交換器要素（２１４）および（２１３）から構成された対向流熱交換器が希薄溶液と濃縮溶液との間に設置される。
【０２７１】
１８．−希薄溶液は、前述の交換器で予熱された後、この溶液の温度をさらに上昇させるもう１つの最終的な追加加熱器要素（２１６）を通過して、アンモニア吸着器（２１０）に入る。
【０２７２】
前述のように、希薄溶液の最終的な加熱器要素（２１６）は、圧縮機（２０３）の最終段階から出てくるアンモニア蒸気が中を循環する最終的な圧縮アンモニア冷却要素（２０５）（ＵＡＸ（２００）全体の中で最も高い温度にある）から熱を受け取る。
【０２７３】
１９．−このＵＡＸ（２００）サイクルは、希薄溶液がガス状アンモニアと混合してガス状アンモニアを溶解し、濃アンモニア溶液を生成すると、吸着器（２１０）でクローズド化される。これは発熱プロセスであり、熱を放出することを意味する。これは、外部リボイラー（１１３）に伝達される熱であり、したがって、吸着器（２１０）をＵＡＸの「ホットリザーバー」にする。
【０２７４】
理想的には、また、言い換えれば、伝導、対流、および放射による必然的な実際の熱損失を無視すると、ＵＡＸが外部に熱を放出する唯一の箇所は吸着器（２１０）である。
【０２７５】
吸着器（２１０）で起こるガス状アンモニアの溶解プロセスは、異常に高い温度と圧力（ＮＨ3の臨界点を超える）で行われ、これによって、吸着器（２１０）でのアンモニアの溶解度が発生器（２０１および２０２）でのそれよりも常に高くなるようにする。
【０２７６】
これは、発生器（２０１）の意図とは反して、溶液の温度を下げることによって達成される。それにもかかわらず、逆に、ＵＡＸの機能がヒートポンプとして動作することを考えると、ホットリザーバーとして作動するアンモニア吸着器（２１０）は、可能な限り高い温度で作動するべきであり、これは間違いなく、さらに溶解度を上昇させることはない。
【０２７７】
２０．−ＵＡＸ（２００）サイクルの操作の全体的な結果を総合すると、このシステムは、アンモニア吸着器（２１０）で構成された単一のホットリザーバーと、主発生器（２０１）で構成された単一のコールドリザーバーが存在することで、ヒートポンプとして機能する。
【０２７８】
実際の損失を無視し、また、エネルギー保存の法則と熱力学の第二法則に従って、ＵＡＸは、主発生器（２０１）がパワーサイクルから吸収する熱と、圧縮機（２０３）とサイクルのポンプがパワーシャフト（１３０）から受け取る機械的エネルギーとの合計に相当する量の熱を吸着器（２１０）を介してパワーサイクルに放出する。これは、ヒートポンプＵＡＸ（２００）が、再生器リボイラー（１１３）によって、本発明のコンバインドサイクルから要素（１０７）を介して取得した熱よりも多くの熱を常に本発明のコンバインドサイクルに放出することを意味する。この熱の差が小さいほど、ＵＡＸ（２００）の性能は向上する（高ＣｏＰは高性能に相当する）。これは、リボイラー（１１３）に追加量の水と、要素（１０７）で生成されたすべての凝縮液を供給する必要があることを意味するため、パワーサイクルに直接的な影響を及ぼす。
【０２７９】
コンバインドパワーサイクルへのヒートポンプ（ＵＡＸ）の統合
本発明によるコンバインドサイクルが作動するためには、熱交換用吸着器ユニットＵＡＸ（２００）が単一の装置内に統合され、構成要素ブレイトンサイクルを「再生」する機能を実行し、他の従来のコンバインドサイクルで発生するような損失を防ぐために、サイクルの最低温の箇所で放出された熱を再循環する必要がある。
【０２８０】
本発明のヒートポンプによる構成要素ブレイトンサイクルの再生は、下記のステップによって達成される：
−通常のブレイトンサイクルで見られるように、ガスの代わりに凝縮性熱流体（水蒸気）を使用する。
−ヒートポンプＵＡＸ（２００）を機能させるために、パワーサイクルから一定量の機械的仕事を取る。
−ＵＡＸ（２００）の「コールドリザーバー」によってパワーサイクルから放出された凝縮熱を捕集する
−ＵＡＸ（２００）の「ホットリザーバー」によってパワーサイクルから受け取った熱と仕事を戻し、その前の凝縮中に一般的な圧力と温度よりも高い圧力と温度で水蒸気を発生する。
【０２８１】
構成要素ブレイトンサイクルのこのクラスの「再生」を達成するために、この装置は次のものを利用する。
−周囲圧力の水蒸気凝縮熱をヒートポンプＵＡＸ（２００）のコールドリザーバーに伝達する、要素（１０７）によって形成された、熱交換器システム。
−ヒートポンプＵＡＸ（２００）がそのホットリザーバーを通じて戻した熱を使用して、より高い圧力で水蒸気を生成する要素（１０７）よりも高い温度で動作する再生器リボイラー（１１３）の
−凝縮液を要素（１０７）から再生器リボイラー（１１３）に送り出す再生凝縮液ポンプ（１１１）。凝縮液は要素（１０７）から再生器リボイラー（１１３）に送られる。
【０２８２】
本発明で提示されたヒートポンプを使用する構成要素ブレイトンサイクルの再生方法は、従来の再生ブレイトンサイクルに比べて次の２つの重要な利点をもたらす。
−構成要素ブレイトンサイクルによって放出された熱を、ちょうどサイクルで温度が最も低い箇所で再循環させること。
−水蒸気がある圧力で凝縮し、そして、より高い圧力で蒸気が再生されるため、再生されるのは圧縮流体である。これにより、蒸気を構成要素ブレイトンサイクルの必須熱源（１０１）に運ぶために必要な圧縮の機械的仕事の消費が最小限に抑えられる。
【０２８３】
ヒートポンプ（２００）を使用したこのタイプの再生を可能にするには、この装置のパワーシャフト（１３０）が、その機能に必要な圧縮の機械的仕事を供給する必要もある。これは、追加の自己消費と見なされる。
【０２８４】
実際の損失を考慮せず、また、エネルギー保存の法則に従って、ＵＡＸ（２００）は、他のヒートポンプと同様に、コールドリザーバーによって吸着された量に、圧縮機によって消費された仕事を加えたものに等しい量の熱エネルギーをホットリザーバーを介して放出する。言い換えれば、冷たいリザーバーによって吸着される量よりも多くの熱が常にホットリザーバーによって放出される。ＵＡＸが外部とエネルギーを交換しないことを考えると、パワーサイクルから吸着されたこの圧縮の機械的仕事は、後でリボイラー（１１３）によって追加の熱の形で戻される。そのため、要素（１０７）で生成された全ての凝縮液を除き、蒸発する水の追加分をリボイラー（１１３）に供給する必要がある。
【０２８５】
いずれにせよ、論理的には、ヒートポンプＵＡＸ（２００）の性能（ＣｏＰ）が高いほど、コンバインドパワーサイクルの正味効率が高くなることがわかる。
【０２８６】
中で凝縮性流体が使用される「構成要素ブレイトンサイクル」の変形形態を使用することの１つの大きな特徴として、本発明のコンバインドサイクルの「構成要素基本ランキンサイクル」と熱流体を交換することが可能である。本発明の目的であるコンバインドサイクルでは、リボイラー（１１３）が、元素（１０７）に対して、蒸発する必要のある追加の水の量は、構成要素基本ランキンサイクルまたは構成要素サイクル（ブレイトンとランキン）の間の接続ラインからの流れから得られる。
【０２８７】
本発明のコンバインドサイクルの構成要素ブレイトンサイクルとランキンサイクルを相互接続するこの可能性は、両方のサイクルに共通の要素を使用することによってこの装置を単純化する可能性など、他の利点をもたらす。
【０２８８】
構成要素ブレイトンサイクルにヒートポンプを組み込む目的は、その「再生」を達成し、最冷箇所において放出された熱を再循環させ、したがって、その損失を防ぐことにある。このタイプの再生は、ブレイトンサイクルが「クローズド」または「セミクローズド」である場合、つまり、熱流体が大気に放出されずにサイクルに戻った場合にのみ実行可能であることがわかる。
−「クローズドサイクル」での動作は、外部から材料を供給せずにこの装置が機能する場合に達成される。この場合、入力エネルギーは、目的に十分な温度で外部熱源と熱を交換することによって供給される（例えば、太陽光または原子力によるエネルギーの場合）。
−「セミクローズドサイクル」での動作は、バーナーで行われる「内部酸素燃焼」のプロセスによってこの装置へのエネルギーの入力が行われることで達成される。
【０２８９】
コンバインドサイクルは、セミクローズドである場合、パワーサイクルにエネルギーを供給するためのエネルギー源として、少なくとも１つのバーナーを有する。コンバインドサイクルのいずれかのバーナーにおいて、「酸素燃焼」と呼ばれるプロセスで加圧水蒸気で希釈された工業用純酸素のみを助燃剤として使用する。このプロセスでは、この化学反応のガスがバーナー内の熱流体の一部を形成する。このように、セミクローズドコンバインドサイクルは、「酸素燃焼」を採用するほか、「内部燃焼」も採用している。
【０２９０】
助燃剤に存在するＯ2以外の元素または物質（窒素、硫黄など）は、熱流体を汚染し、コンバインドサイクルの運用上の問題を引き起こすため、望ましくない。これにより、このコンバインドサイクルで空気を助燃剤として使用する可能性は排除される。
【０２９１】
セミクローズドコンバインドサイクルでは、次の要件を満たす任意の燃料を使用することができる。
−使用する燃料は、液体または気体である必要があるが、固体であってはならない。
−コンバインドサイクルのバーナーで使用される燃料は、単一の物質を含む場合もあれば、複数の燃料の混合物である場合もある。
−燃料として使用される物質の化学組成は、一般式ＣXＨYＯZを満たしている。ここで、文字Ｃ、Ｈ、およびＯは、それぞれ元素の炭素、水素、および酸素を指し、下付き文字の「Ｘ、Ｙ、Ｚ」は、次の規定に従って、これらの各元素の化学量論的含有量を表す。
−一般式の酸素の下付き文字「Ｚ」は、ゼロまたはその他の値にすることができる。これによれば、前述のすべての要件を満たす炭化水素は、コンバインドサイクルでの燃料としての使用に適している。
−いかなる場合でも、純粋な水素を燃料として使用できる。それにもかかわらず、Ｈ2を唯一の燃料として使用する装置の場合、また、装置の効率と単純さの理由により、コンバインドサイクルの構成４（図４）によれば、これは特別なケースと見なす必要がある。
−水素の下付き文字「Ｙ」は値ゼロを取ることができる。
−炭素、水素と酸素以外の元素を含有する、他のいかなる化学化合物も望ましくない。
−使用しやすい燃料は、発熱燃焼過程で酸素と化学的に反応できる実際の化学物質でなければならない。
−燃焼の化学反応は、他の種類の二次化学反応が同時に発生することなく進む必要がある。
【０２９２】
いかなる「セミクローズド内部酸素燃焼」プロセスでも、サイクルへの物質の連続入力が本質的に（燃料と助燃剤の形で）行われるため、サイクルの物質バランスを確立するには、入ってくる物質の量が、燃焼生成物の形でサイクルの別の部分で排除されることが必要不可欠となる。
【０２９３】
燃焼生成物のみが（液体または気体状態のＣＯ2と液体Ｈ2Ｏが別々に）サイクルから排除されるため、あらゆる種類の産業用途でのこれらのその後の処理は非常に簡単であり、オープンサイクルによる温室効果ガスの排出はない。本発明のサイクルにおいて、水は周囲温度で液体の形で出てきて、環境への影響はわずかであるが、一方、ＣＯ2は濃縮され閉じ込められた形で得られ、それを回収するための特定の方法は必要ではない。
【０２９４】
実際、燃焼生成物が「別々に、濃縮された状態で、低温で」排除されるコンバインドサイクルのこの特定の特徴は、現在のパワーサイクルがその他の最先端技術のオープンコンバインドサイクルよりも高い効率を生み出す基本的な根拠の１つである。
【０２９５】
従来のコンバインドサイクルと区別する本発明のパワーサイクルの基本的な特徴の１つは、熱源（１０１）および（１３２）によってパワーサイクルに入るエネルギーが、サイクルの正味の仕事としてパワーシャフト（１３０）を介してパワーサイクルから出てくるエネルギーと、シンク（１２８）を介して損失する熱との和に等しくなければならないという、エネルギーバランスが常に存在するというその不可欠な条件である。
【０２９６】
構成要素ブレイトンサイクル、構成要素基本ランキンサイクル、およびＵＡＸの間で発生するいかなる変動も、それらの間で熱を伝達することによってこの均等を維持するためにオフセットする必要がある。このため、１つの流体とこれを可能にする別のものとの間に常に温度差が存在する必要がある。そうしないと、サイクルからエネルギーを排出する必要があり、機械的なパワーおよび／または性能が失われる。
【０２９７】
本発明の基本的な側面の１つは、パワーサイクルとヒートポンプＵＡＸ（２００）との間に恒久的なエネルギーバランスを確立することによって、それらがエネルギーを交換することにあるが、過剰の熱は、外部環境に運ばれなければならないため、存在してはならない。これは、効率の低下を意味する。
【０２９８】
２つのサイクルが、前述の方法によって「共生」で機能するためには、パワーサイクルが、ＵＡＸがホットリザーバー（２１０）を使用して返すすべての熱を取り込むことができる必要がある。
【０２９９】
直前の段落に記載された理由のために、本発明の好ましい実施形態は、要素（１１２）から特定の蒸気流を抽出する可能性を想定する、構成６の実施形態である。
【０３００】
本発明による要素（１１２）で生成されたこの蒸気流をパワーサイクル内で有用に適用するために、下記の通り３つの可能な選択肢を提案する。
【０３０１】
Ａ．−この蒸気流を蒸気圧縮機（１１５）の最初の追加段階に送ることで、この蒸気は要素（１１４）からの蒸気の流れに追加されて、一緒に圧縮されて必須熱源（１０１）に送られるようにする。
【０３０２】
Ｂ．−この蒸気流を過熱器コイル（１３６）に送る。過熱器コイル（１３６）は、その出口がタービンＴＢＰ（１２７）の入口に直接接続されている追加のタービン（１３７）において蒸気がすぐに膨張するように、温度を上げる。この場合、低圧回路を循環するこの追加の蒸気流は、ポンプ（１２３）の後のバイパスラインに沿って構成要素基本ランキンサイクルに戻される。
【０３０３】
Ｃ．−この蒸気流の一部を同時に前述の選択肢ＡとＢのそれぞれに送る。
【０３０４】
これらの３つの選択肢は、構成５、図６に示されている。
【０３０５】
本発明の装置の特定の利点
機械的エネルギーを生成するための他の方法に関して本発明のコンバインドサイクルによってもたらされる基本的な利点は、基本的に以下の通りである。
−本発明のパワーサイクルにより、現在の最先端技術における他の利用可能な方法によって現在提供されているものと同等またはそれ以上の性能が得られる。
−本発明のパワーサイクルにより、現在の最先端技術における他の利用可能な方法によって生成されているものよりも低い環境影響が得られる。
【０３０６】
本発明のコンバインドサイクルが有する最も有利な重要特徴は、以下の通りである。
−コンバインドパワーサイクルは、それを構成する全ての機器に共通する熱流体として水を用いる。これにより、次のことが可能になる。
−コンバインドパワーサイクルは、少なくとも１つの構成要素ブレイトンサイクルと１つの構成要素基本ランキンサイクルを１つのサイクルに統合する。これにより、次のことが可能になる。
−コンバインドパワーサイクルは、クローズドサイクルとセミクローズドサイクル（内部酸素燃焼）の両方で機能することができる。
−コンバインドパワーサイクルは、ヒートポンプを使用して再生される。これにより、次のことが可能になる。
−コンバインドパワーサイクルは、サイクルの特定のコンポーネント、すなわち、要素（１０７）に閉じ込められて得られる、濃縮された気体または液体の残留物として（酸素燃焼の過程で生成された）ＣＯ2の回収を実行する。
−ＣＯ2液化プラントが存在し、この装置に統合され、要素（１０７）の機能を実行している場合、液体ＣＯ2を取得するプロセスの効率は非常に高いことがわかる。なぜなら、ＣＯ2の連続する圧縮段階で発生する熱は、失われるのではなく、それを再利用することが可能なヒートポンプ（ＵＡＸ）のコールドリザーバー（２０１）に移すことで回収される。
−コンバインドパワーサイクル（実際の損失とコージェネレーション熱を除く）は、単一の熱リザーバー、すなわち、ヒートシンク（１２８）を介して環境に熱を放出する。残りの要素によって放出された熱は、同じサイクルの他の要素によって再利用される。
【０３０７】
構成ブレイトンサイクルの後部に吸着式ヒートポンプＵＡＸ（２００）を統合することは、本発明のコンバインドサイクルによって導入された重要かつ革新的な要素である。パワーサイクルに統合されたヒートポンプＵＡＸ（２００）は、次のような、特に斬新で有利な特性を可能にする。
１）パワーサイクルの全体的な効率の向上。ＵＡＸ（２００）は、パワーサイクルのコールドリザーバーで熱を取り込み、ホットリザーバーによってサイクルに再導入する。これは、構成要素ブレイトンサイクルの等圧冷却段階で熱流体から外部への熱の損失がないことを意味する。これは、凝縮器（１２８）が、熱を外部に放出するコンバインドサイクルの唯一のヒートシンクの機能を実行することを意味する。
２）構成要素ブレイトンサイクルの再生。本発明は、構成ブレイトンのための斬新な「再生」方法である。この方法に従って、「ヒートポンプ」ＵＡＸ（２００）によって伝達された熱エネルギーを用いて、パワーサイクルの一部の蒸気は再生される。
３）構成要素ブレイトンサイクルにおける圧縮の機械的仕事の削減。パワーサイクルでは、ＵＡＸ（２００）は、蒸気を圧縮するのと同等の効果を実現する。これは、ヒートポンプによって実行される熱エネルギーの伝達プロセスが、周囲圧力での（「コールドリザーバー」によって吸着された熱を使用した）蒸気の凝縮を意味するためである。さらに、同じサイクルの別の箇所で、後で再びより高い圧力で（「ホットリザーバー」によって放出された熱で）蒸気を生成する。
４）環境への影響の低減。本発明において、二酸化炭素の隔離のプロセスは、コンバインドサイクル自体の機能が、コンバインドサイクルの特定の箇所、すなわち、要素（１０７）でこの燃焼生成ガスを処分するという点からして、本質的に行われるものである。ヒートポンプＵＡＸ（２００）を本発明のセミクローズドコンバインドサイクルに統合することにより、熱流体（水）の完全な凝縮が達成され、ＣＯ2のみが解放される。この方法により、本発明のコンバインドサイクルは、燃焼から直接大気中にいかなる種類のガスも放出しない。
【０３０８】
ヒートポンプＵＡＸ（２００）を構成要素ブレイトンサイクルと結合することによって達成された全体的な効果は、低い圧力および温度でのガス状流体から始まり、（再生の）プロセスが行われ、同じガス状流体でありながら、圧力と温度がより高いものが生成されるという意味において、その熱ガスを圧縮することと等価である。主な違いは、この圧縮された流体を得るために、機械的手段の代わりにヒートポンプが採用されていることにある。圧縮蒸気を生成するためのヒートポンプの使用は、さらに、現在の最先端技術のものの燃料としての炭化水素の使用に基づく他の方法と比較した場合に、環境上の明確な優位性をもたらす。というのは、その排出が環境に有害な影響を伴う、燃焼からの非凝縮性ガスの捕集を誘発するからである。
【０３０９】
燃料がセミクローズドの酸素燃焼サイクルで使用される場合、ＣＯ2が生成され、ヒートポンプのコールドリザーバーによって冷却されるまで水蒸気に付随する。濃縮されて気体状態で得られたこのＣＯ2は、その中に含まれているすべての水蒸気が凝縮したときに、パワーサイクルから除去される。コンバインドサイクルのバーナーで生成されたＣＯ2の回収は、サイクルの機器の操作の直接の結果として行われるが、ＣＯ2を「回収」するための特定の方法はない。ＣＯ2の回収が環境的な重要性がない場合でも、サイクルは同じように機能し、回収されたＣＯ2は直接大気中に放出される可能性がある。このサイクルでは、ＣＯ2の回収は利点であり、オプションではない。
【０３１０】
これは、ヒートポンプで構成要素ブレイトンサイクルを再生した直接の結果として、ＣＯ2の回収がパワーサイクルで本質的に発生することを意味する。この方法により、このコンバインドサイクルでの燃焼からＣＯ2を隔離するための他の追加方法は必要ではなくなる。
【０３１１】
本発明の装置の特定の実施形態
構成１
性能をうまく最大化するために、本発明のコンバインドサイクルが一連の追加の機器を利用することが必要である。
【０３１２】
コンバインドサイクルの全体的な効率を改善する目的のために、図２、３、および４に対応するコンバインドサイクルは、図１に示す必須サイクルに対して基本的に４つのタイプの改善をもたらす。
【０３１３】
１．−必須熱源（１０１）での圧力を上げる。これは、リボイラー（１１３）で再生される蒸気の圧力を上げることによって達成され、この目的のために、特定の圧縮機（１１５）および（１１７）を使用して機械的圧縮の１つ以上の追加段階が提供される。この圧縮プロセスは、要素（１１６）および（１１８）で形成された交換器を利用して、冷却を介在させたいくつかの段階で行われる。
【０３１４】
２．−タービンＴＡＰ（１２２）に入る蒸気の温度を上げる。これは、構成要素基本ランキンサイクルの蒸気のエンタルピーを上昇させる追加の補助熱源（１３２）を提供することによって達成される。
【０３１５】
３．−タービンＴＡＴ（１０２）からの出口ガスによって保持された熱の一部をパワーサイクルとは関係のない産業用途のために使用する。そうすることにより、「コージェネレーション」として知られるプロセスで、機械的かつ有用な熱エネルギーが同時に得られる。
【０３１６】
４．−ヒートシンクで放出される熱の一部を再利用する。ヒートシンクが、構成要素基本ランキンサイクルよりも低い圧力で別の二次ランキンサイクルで蒸気を生成する熱回収回路で構成されている場合、本発明のコンバインドサイクルの性能をうまく高めることが実現可能であることが判明した。これを達成するために、本発明は、４つの異なるタイプの構成（図２、３、４および６に示されている）を提案する。
【０３１７】
コンバインドサイクルに対するこれらの４種類の改善は、全体として相互に互換性がある。それにもかかわらず、上記の４番目のタイプの改善に関しては、サイクルの必須シンク、すなわち、図１の凝縮器（１２８）要素によって放出された熱を再利用するためのさまざまな方法が存在すると言わなければならない。捕集された熱の一部を利用してタービンＴＢＰ（１２７）を使用して仕事に変換するような方法で、またこの二次ランキンサイクルの凝縮器がコンバインドパワーサイクルの熱に対する「シンク」の不可欠な役割を実行するものに変わるような方法で、前述のサイクルの必須シンクを二次ランキンサイクルに置き換える。二次ランキンサイクルの統合方法に応じて、コンバインドサイクルには４つの異なる構成がありる。これらの３つの構成は、それぞれ図２、３、４、および６に対応します。これらの各構成は、後で詳しく説明する特定の機器と要素で構成されており、各構成の詳細は個別に説明されている。
【０３１８】
最初の３つのタイプの改善を達成するために、本発明のコンバインドサイクルは、一連の追加の装置を含むように設計されている。追加の機器は、必須の基本サイクルの一部を形成するものではなく、これらは、より効率的であって、図１に準拠した基本構成によってもたらされるもの以上の追加の利点を有する、コンバインドサイクルのさまざまなバージョンを実行するように動作するように設計されていることをここに強調しておく。
【０３１９】
上記の４つ目のタイプの改善は、ヒートシンクで放出された熱を部分的に再利用することに基づいており、二次ランキンサイクルの代わりに使用できる。本発明は、二次ランキンサイクルがどのようにコンバインドサイクルに統合されるかに応じて、４つのタイプの構成を想定している。これらの構成にはそれぞれ、後で詳しく説明するように、独自の追加機器が必要である。
【０３２０】
本発明によるコンバインドサイクルの異なるバージョンを構成する追加の装置は以下の通りである。
【０３２１】
１１５：第１の水蒸気圧縮機。この圧縮機（１１５）は、凝縮熱交換器要素（１１４）からの水蒸気の圧縮の第１段階を実行する。さらに、装置の設計でそのように想定している場合、要素（１１２）で生成された一定量の蒸気が圧縮機（１１５）の第１の追加段階で圧縮される可能性が存在する。この特定の場合において、圧縮機（１１５）におけるその第１の追加段階が必要となる。なぜなら、この要素（１１２）で発生したこの蒸気の圧力が、要素（１１４）から圧縮機（１１５）に入る蒸気のそれより必ず低いためである。
【０３２２】
パワーサイクルの熱力学的性能は、タービンＴＡＴ（１０２）内の圧力が増加するにつれて上昇する。これは、必須熱源（１０１）に入る蒸気の圧力を上昇させることによって達成される。水蒸気を、リボイラー（１１３）で生成された蒸気の圧力よりも高い圧力で必須熱源（１０１）に到達させるためには、追加の機械的手段を使用することが可能である。このために、装置のパワーシャフト（１３０）から得られる機械的仕事を使用して、交換器（１１４）の側面から出てくる水蒸気の圧力を増加させる圧縮機（１１５）が提供される。
【０３２３】
蒸気が圧縮される場合、これは、（ジュール＝トムソン効果により）温度を上昇させる。しかし、圧縮されるガスがより低温であるため、機械的圧縮のプロセスはより効率的である。このことから導き出される結論は、圧縮プロセスの熱力学的性能は、複数の段階で実行される場合に大きくなるということである。このため、圧縮機（１１５）から出てくる蒸気は、次の圧縮段階が行われる前に、冷却のために熱交換器要素（１１６）に送られる。
【０３２４】
要素（１１６）と（１１８）で構成された圧縮段階間における蒸気冷却用交換器
【０３２５】
１１６：圧縮段階間の蒸気冷却用交換器のシェルサイド。この要素（１１６）は、熱交換器要素（１１８）と共に、熱交換器を形成する。圧縮機（１１５）からの出口蒸気は、この機器の機械的効率を改善するために、次の圧縮機（１１７）に送られる前に、要素（１１６）を通して循環することによって冷却される。その中には、要素（１１４）の底部から得られた凝縮液が中で循環し、冷媒として機能する熱交換器要素（１１８）がある。
【０３２６】
１１８：圧縮段階間の蒸気冷却用要素。この熱交換器要素（１１８）は、熱交換器要素（１１６）と共に熱交換器を形成する。この熱交換器（１１６／１１８）は、第１の圧縮機（１１５）とカスケード接続された第２の圧縮機（１１７）が使用可能であれば、常に存在する。この装置に圧縮機（１１７）がない場合は、交換器（１１６／１１８）はオプションである。
【０３２７】
熱交換器要素（１１８）は、コイル、または、水が循環する他の任意の熱交換器要素であり、この水は、圧縮機（１１５）および（１１７）によって実行される機械的圧縮の連続する段階の間で蒸気を冷却する冷媒として機能する。凝縮液ポンプ（１２９）は、この熱交換器要素（１１８）を通って循環する水を圧送し、これから出る流れは、必須熱源（１０１）に送られる。
【０３２８】
１１７：最終的な水蒸気圧縮機。前の圧縮機（１１５）と直列に接続された別の追加の圧縮機で構成されている。この圧縮機（１１７）は要素（１１６）から冷却された蒸気を受け取る。そこからは、蒸気が必須熱源（１０１）に供給するのに十分な圧力で出てくる。
【０３２９】
蒸気圧縮機を１つだけ使用して蒸気を圧縮し、この操作を１つの段階だけで実行することも明らかに可能である。したがって、この追加の蒸気圧縮機（１１７）を使用しないオプションもあるが、もしそれが確かに存在する場合は、中間冷却交換器（１１６／１１８）の後で常に圧縮機（１１５）と直列に接続される。
【０３３０】
１３１：（バーナーに入る前の）燃料と助燃剤を予熱するための補助熱交換器要素。これは、管状パイプ、コイル、またはその他の熱交換器要素である。これらの要素は、この装置の特定の設計要件に従って、任意選択で、何らかの低圧蒸発器（１２５）要素の後に、または凝縮熱交換器要素（１１４）内に配置されて、その中を補助流体を循環させる。また、これらの要素からは、熱が吸収される。この熱は、それらの供給条件を超えた燃料と助燃剤の両方を、酸素燃焼バーナーに送られる際の温度にまで別々に予熱するために使用される。
【０３３１】
コンバインドサイクルの燃料と助燃剤を予熱するために使用されることは別として、コイル（１３１）からの熱は、パワーサイクルとは関係のない他の用途に向けることもできる。その場合、これは、目的が何であれ、「コージェネレーション」」と見なされる。
【０３３２】
１３２：補助熱源。補助熱源（１３２）が組み込まれている場合、これは、ＣＲＣ（１０３）の出口で蒸気用の蒸発器および過熱器（１２１）の管状パイプの直後に配置される。その役割は、蒸気がより高いレベルの過熱でタービンＴＡＰ（１２２）に入るために、構成要素基本ランキンサイクルにおいて、その蒸気のエンタルピーを上げることである。
【０３３３】
コンバインドサイクルが「クローズド」の場合、補助熱源（１３２）は、外部源から熱を受け取る追加の熱交換器で構成される。コンバインドサイクルが「セミクローズド」である場合は、補助熱源（１３２）は、必須熱源（１０１）よりも高い圧力で動作する追加の酸素燃焼バーナーであっても良い。
【０３３４】
１３３：コージェネレーション用の熱交換器要素。これは、パワーサイクル以外のコージェネレーションによる外部利用で使用するための管状熱回収回路を備えている。したがって、この装置の残りの部分とは独立して流体を循環させることによって機能する。
【０３３５】
熱交換器要素（１３３）は、コンバインドサイクルの外に熱を放出するための、追加の熱のコア部分を表しているが、産業上の用途に使われる有用な熱と見なされる。実際に、熱交換器要素（１３３）によって抽出された熱は、通常の工業プロセスにおける様々な用途に活用されるのに十分な温度で出てくるものであると考えられる。その温度は、この装置の設計によって、１７５°Ｃから６００°までの範囲であり得る。
【０３３６】
場合によっては、サイクルを設計する際の圧力と温度の変数に応じて、熱交換器要素（１３３）がＣＲＣ（１０３）から熱を抽出して、サイクルのエネルギーバランスを恒久的に確立できるようにする必要がある（特にコンバインドサイクルに２つの熱源がある場合）。
【０３３７】
エネルギーバランスを確立するという、不可避な要件に従って、コージェネレーション熱の形でサイクルから排除される熱量は、コンバインドサイクルに、そのエネルギーバランスを変更できるようにする何らかの追加の内部システムがない限り、外部消費の機器からの熱需要ではなく、コンバインドサイクルのニーズによって決定される。
【０３３８】
ＣＲＣ（１０３）から熱を抽出するコージェネレーションコイル（１３３）があるかどうかに関わらず、本発明のコンバインドサイクルは、この装置の中で恒久的に維持されなければならないエネルギーバランスを確立するために提供され、再熱器（１３４）およびタービンＴＰＩ（１３５）という、二つの追加機器で構成された、「補助熱リリーフシステム」を含むことができる。このシステムは、熱源（１０１）および（１３２）に向かって流れ込む蒸気の量を減少し、したがって、ＣＲＣ（１０３）に流入する蒸気の量も減少する。言い換えれば、外部に熱を放出する代わりに、サイクルの内部機能を変更することによって熱を軽減することが可能である。
【０３３９】
「補助熱リリーフシステム」は、タービンＴＡＰ（１２２）の出口にある蒸気抽出装置によって形成され、再熱器（１３４）を循環してから、タービンＴＰＩ（１３５）を循環し、最後に出口蒸気をＣＲＣの最後のセクション（１０３）に再導入する。
【０３４０】
「補助熱リリーフシステム」は、コンバインドサイクルの通常の作動中に発生するエネルギーの不均衡、さらには負荷の変化を抑える方法として有用である。
【０３４１】
特定の設計構成では、特に二重熱源（１０１）と（１３２）が利用できる場合に、この装置が不可欠になる可能性がある。
【０３４２】
「補助熱リリーフシステム」は、その作動流体として、構成要素基本ランキンサイクルに属する水蒸気の一部を使用するため、このシステムが存在する場合は、構成要素基本ランキンサイクルの一部をなすと見なされる。
【０３４３】
１３４：構成要素基本ランキンサイクルの補助再熱器。再熱器（１３４）は、ＣＲＣ（１０３）自体の内部にあり、タービン（１２２）の出口から抽出された蒸気を加熱し、それを直ちに補助タービンＴＰＩ（１３５）に送る管状回路で構成されている。
【０３４４】
１３５：構成要素基本ランキンサイクルの補助中圧タービンＴＰＩ。この蒸気タービンの機能は、構成要素基本ランキンサイクルに従って仕事を生み出すことである。
【０３４５】
タービンＴＰＩ（１３５）は、機械効率を高めるために、蒸気が再熱器（１３４）で事前に再加熱された後、タービンＴＡＰ（１２２）の出口からその蒸気を受け取る。
【０３４６】
これは、タービンＴＡＴ（１０２）よりも低く、タービンＴＢＰ（１２７）よりも高い圧力で動作するタービンであることを特徴とするため、スペイン語のＴＰＩ（中圧タービン）という頭字語で表される。このタービンは、背圧で作動し、換言すれば、出口が、ＣＲＣ（１０３）のある箇所（ここでは、導管に入る蒸気の温度と、導管を循環するガスの温度とが一致する）で蒸気が導入されるのに十分な圧力であるように、蒸気の部分的膨張を行う。
【０３４７】
損失を外部に伝達することを必要とせずに、パワーサイクルの特定の高効率設計が、低効率のヒートポンプＵＡＸと組み合わせて機能するようにするには、要素（１１２）から（大気圧以上の圧力での）水蒸気の追加の流れを発生させる必要がある。
【０３４８】
したがって、パワーサイクルは、ＵＡＸによって伝達される過剰な熱の量を特定の量の蒸気に変換することができる。
【０３４９】
要素（１１２）で生成されたこの蒸気を圧縮機（１１５）に直接送るオプションがある。このオプションは、追加の機器を考慮する必要はなく、要素（１１４）から入る蒸気の圧力に一致するように圧縮の第１の追加段階を実行する手段を圧縮機（１１５）に与えることだけが必要である。
【０３５０】
構成２および構成３は、水素に加えて、炭素を含む他の可能な燃料を使用する酸素燃焼コンバインドサイクルの設計に最も適している。なぜなら、これらの燃料の燃焼により二酸化炭素が発生するためである。このガスの存在により、二次ランキンサイクルがパワーサイクルの残りの部分とは独立することが必要となる。なぜなら、非凝縮性ガスは経済的に作動するために必要な「真空」圧力に達することを阻止するためである。独立した二次ランキンサイクルを含むコンバインドサイクルのこれらの構成では、後者のランキンサイクルは、例えば、有機流体を熱流体として使用するＯＲＣ（有機ランキンサイクル）など、水以外の熱流体を使用する必要があるかもしれない。
【０３５１】
この独立した二次ランキンで発生された蒸気は、常に構成要素基本ランキンサイクルの圧力より低い圧力で動作する。なぜなら、その温度は、大きく異なっているからである。二次ランキンサイクルで生成された蒸気によって、タービンＴＢＰ（１２７）が移動し、これにより、コンバインドサイクルのパワーシャフト（１３０）に追加の仕事が提供される。続いて、このタービンＴＢＰ（１２７）から出てきた蒸気は、ヒートシンクの機能を真に実行する凝縮器（１２８）に渡される。その結果、コンバインドサイクルはエネルギーを失い、それを外部に伝達する。凝縮器（１２８）の底部で得られた凝縮液は、ポンプ（１２３）により、エコノマイザー（１２４）、蒸発器（１２５）及び過熱器（１２６）へと順に圧送されてから、タービン（１２７）に戻されることで、サイクルをクローズド化する。この装置が再生蒸気のための過熱器（１３６）およびタービン（１３７）を有する場合は、バイパスラインが存在する。このバイパスラインに伴って、この追加の蒸気は、凝縮液ポンプ（１２３）の後に、ブレイトンと基本ランキンサイクルを供給するために戻ってくる。
【０３５２】
構成２
図２に示される構成２に対応する追加の実施形態による本発明の装置は、下記の特徴を有する：
−この装置は、パワーサイクルの残りの部分とは独立して、それ自体の熱流体を使用する独立した二次ランキンサイクルを含む。
−熱回収導管ＣＲＣ（１０３）は、大気圧を超える圧力で動作する。
−蒸気の凝縮は、ガスの温度がより低いＣＲＣ（１０３）の最後のセクションで発生する。
【０３５３】
構成２に従ったこの装置の動作モードは、基本的に、熱回収導管ＣＲＣ（１０３）の内部に独立したランキンサイクルに属する蒸発器回路を提供することで構成される。この蒸発器回路は、より低温のＣＲＣ（１０３）の最終のセクションで起こる凝縮からの熱で蒸気を生成する。このＣＲＣ（１０３）の底部で得られた凝縮水は、外部交換器（１０８／１２４）に送られ、そこで、凝縮液の持つ熱が二次ランキンサイクルのエコノマイザーの（１２４）に転送される。
【０３５４】
構成２には、構成１のすべての要素に加えて、以下も含まれる。
【０３５５】
１０８：二次ランキンサイクルのエコノマイザーのシェルサイド。要素（１０８）は、エコノマイザー（１２４）と共に熱交換器を構成する。熱交換器（１０８）は、熱回収導管ＣＲＣ（１０３）の底から、または当該設計に従って、二次ランキンサイクルのエコノマイザー（１２４）に熱を伝達する導管（１０５）の底部から収集された凝縮液を循環させる。
【０３５６】
１２４：二次ランキンサイクルのエコノマイザー。これは、熱交換器要素（１０８）と共に熱交換器を構成する。エコノマイザー（１２４）は熱回収要素（１０８）の内部に配置された二次ランキン要素の熱交換器要素であり、熱回収要素（１０８）から熱を受け取り、二次ランキンサイクルの給水ポンプ（１２３）によって圧送され、エコノマイザー（１２４）によって凝縮器（１２８）に戻される凝縮液の温度を（沸点に近づけるために）上げる。
【０３５７】
１２３：二次ランキンサイクル給水ポンプ（低圧）。これは凝縮器（１２８）から二次ランキンサイクルのエコノマイザー（１２４）へと熱流体を圧送するポンプである。
【０３５８】
１２５：二次ランキンサイクル蒸発器（低圧）。これは、構成２に従って提供され、凝縮熱を熱回収導管（１０３）の最後のセクションから受け取る熱交換器要素である。その役割は、エコノマイザー（１２４）から流体を受け取り、それを二次ランキンサイクル用の蒸気に変換することである。
【０３５９】
この装置が構成５に従って設計されている場合、二次ランキンサイクルの蒸発器（１２５）は、並列に接続された２つのセクションに分割することができる。
【０３６０】
１２６：二次ランキンサイクル過熱器（低圧）。これは、回収導管ＣＲＣ（１０３）内に設けられた熱交換器要素であり、その役割は、二次ランキンサイクルの蒸発器（１２５）要素で生成された蒸気がタービンＴＢＰ（１２７）に入る前に、その蒸気の温度を上げることである。
【０３６１】
１２７：二次ランキンサイクルタービン（低圧）ＴＢＰ。これは、パワーシャフト（１３０）に追加の機械的仕事を提供する二次ランキンサイクルのタービンである。タービンＴＢＰ（１２７）は、過熱器（１２６）から蒸気を受け取り、出力の蒸気は、コンバインドサイクルのヒートシンクとして機能する凝縮器（１２８）に送られる。
【０３６２】
任意選択で、構成２は、「本発明の装置の特定の実施形態」と題された前述の一節に言及されたすべての要素を含むことができる。
【０３６３】
構成３
図３に示される、構成３に対応する追加の実施形態による本発明の装置は、下記を特徴とする。
−この装置は、パワーサイクルの残りの部分とは独立して、それ自身の熱流体を使用する二次ランキンサイクルを含む。
−熱回収導管ＣＲＣ（１０３）は周囲圧力で動作する。
−独立した凝縮液導管（１０５）がその目的のために提供されない限り、ＣＲＣ（１０３）には蒸気の凝縮はない。
−この装置は、ＣＲＣ（１０３）からガスを抽出し、凝縮液導管（１０５）がＣＲＣ（１０３）からの出力よりも高い圧力で作動するように、そのガスを圧縮するファン（１０４）を含む。
【０３６４】
構成２に対する根本的な違いは、構成３にあるその動作では、回収導管ＣＲＣ（１０３）がより低い圧力で作動し（タービンＴＡＴ（１０２でより多くの仕事を生成し、ＣＲＣ（１０３）に入るガスの入力温度を低くする）、そして、ファン（１０４）により、この導管から出てくるガスが圧縮されることで、蒸気の凝縮温度が上昇し、したがって、二次ランキンサイクルの作動圧力が上昇することにある。高温の熱を二次ランキンサイクルにうまく伝達することにより、タービンＴＢＰ（１２７）によって生成される機械的仕事を増加させる。
【０３６５】
構成３には、構成２に含まれるすべての要素に加えて、下記の要素も含まれる。
【０３６６】
１０４：ファン。これは、熱回収導管（１０３）からのガスの出口に配置された誘引通風機である。独立した凝縮液導管（１０５）にこれを配置することによって、熱回収導管ＣＲＣ（１０３）の凝縮ゾーンを分離する。ファン（１０４）は、ＣＲＣ（１０３）により吸引された蒸気の飽和温度を上昇させることにより、この蒸気の圧力の増加を生じる。導管（１０５）側の蒸気飽和温度のこの上昇は、二次ランキンサイクルの蒸気がより高い温度で生成されることが可能となることを意味する。このことは、効率の改善につながる。
【０３６７】
この装置がファン（１０４）を有する場合、二次ランキンサイクルの蒸発器（１２５）は、並列で動作する２つのセクションに分割することができる。１つは導管（１０５）に、もう１つはエコノマイザー（１２０）の後の導管（１０３）に配置される。この設計代替案は、構成５（図６）でのみ表されているが、構成２、３、および５のいずれでも実行可能である。
【０３６８】
１０５：独立した凝縮液導管。これは、ファン（１０４）によって圧送されたＣＲＣ（１０３）から流れる気相に含まれる水蒸気が凝縮する、熱回収導管のセクションである。
【０３６９】
構成３では、構成２で起こることとは異なり、二次ランキンサイクルに属する蒸発器（１２５）は、凝縮液導管（１０５）のセクション内に配置される。この凝縮液導管（１０５）とは、二次ランキンサイクルの蒸気を生成するために、凝縮熱が交換される。
【０３７０】
サイクルが構成５に従って設計されている場合、蒸発器（１２５）は、導管（１０３）内と、導管（１０５）内といった、並列で機能する２つのセクションで構成される。
【０３７１】
構成４
図４に示される、構成４に対応する追加の実施形態による本発明の装置は、下記の特徴を有する：
−この装置は、残りのパワーサイクルに共通の熱流体を使用する二次ランキンサイクルを含む。
−二次ランキンサイクルはエコノマイザー 、蒸発器または過熱器を持たない。
−タービンＴＢＰ（１２７）に送られる熱は、熱回収導管ＣＲＣ（１０３）から抽出されることによって直接取得される。
−二次ランキンサイクルから得られた凝縮液は、コンバインドサイクルの残りの部分への給水として直接使用される。
【０３７２】
構成４は、コンバインドサイクルの設計を簡略化したものであり、この構成では、コンバインドサイクルを循環する蒸気は、コンバインドサイクルのいかなる箇所にも、ＣＯ2やその他の非凝縮性ガスが存在しない場合に限り、可能な二次ランキンサイクルの流体としても使用される。これは、この装置がクローズドサイクルで動作するように設計されており、かつ、水素が可能な唯一の燃料である場合にのみ発生する。
【０３７３】
コンバインドサイクルの可能な構成のいずれにおいても水素を燃料として使用することができると言わなければならないが、水素を唯一の燃料として使用する場合は、このバージョンの設計を使用することが好ましい（図１を参照）。なぜなら、それはより単純で、ことによるとより効率的だからである。
【０３７４】
パワーサイクルのこの構成４では、二次ランキンサイクルは残りのコンバインドサイクルが使うのと同じ流体を使用して機能する。この構成４による二次ランキンサイクルの蒸気は、導管ＣＲＣ（１０３）から直接抽出された流れから得られ、二次ランキンサイクルのタービンＴＢＰ（１２７）に直接送られる。一方で、凝縮器（１２８）から得られた凝縮液は、ポンプ（１０９）を使用してコンバインドサイクルの残りの部分に供給するために直接戻される。これによる直接の結果として、この設計バージョンにおいては、独自の蒸気を発生する熱交換器要素が存在しない。言い換えれば、エコノマイザー（１２６）も、蒸発器（１２４）も、過熱器（１２５）も存在しないことである。
【０３７５】
このような構成では、二次ランキンサイクル給水ポンプ（１２３）も省略される。これは、ポンプ（１０９）が凝縮器（１２８）から直接凝縮液を取り戻し、残りのコンバインドサイクルの給水として使用するためである。
【０３７６】
構成４に従って水素を燃料としてセミクローズドサイクルを実行する場合、燃焼から得られる生成物は水だけであり、（残りの構成の場合と同様に）この凝縮液戻りラインからの液体の形でサイクルから排除される。
【０３７７】
構成４に従ってクローズドサイクルを実行する場合、コンバインドサイクルに継続的に物質を供給するバーナーがないため、コンバインドサイクルから継続的に残留物を獲得することもない。
【０３７８】
これを考慮すると、ＣＯ2を循環させることのできる唯一のコンバインドサイクルの機器は次のとおりである。
【０３７９】
主熱源（１０１）がバーナー（Ｈ2以外の燃料）で構成されている場合：バーナー（１０１）それ自体、タービンＴＡＴ（１０２）、ＣＲＣ（１０３）、凝縮交換器要素（１０６）、およびＣＯ2がサイクルから排除される要素（１０７）。
【０３８０】
パワーサイクルに補助熱源（１３２）の役割を果たす別のバーナーがある場合、前述のすべての機器に加えて、補助バーナー（１３２）、タービンＴＡＰ（１２２）、再熱器（１３４）およびタービンＴＰＩ（１３５）を通してＣＯ2が循環する。これは、パワーサイクルに最後の２つのオプション要素を含めることもできることを考慮した上での結論である。
【０３８１】
パワーサイクルが構成３に従って実行される場合、前述の機器に加えて、ファン（１０４）および凝縮交換器要素（１０５）を通してＣＯ2が循環する。
【０３８２】
構成５
追加の代替案によれば、要素（１１２）で生成されたこの蒸気は、二次ランキンサイクルに運ばれ、最終的にタービンＴＢＰ（１２７）で膨張することができる。
【０３８３】
このオプションは、図６に示される、構成５の追加の実施形態に対応する。
【０３８４】
構成５は、最も完全なものであり、ある要素が必須またはオプションと見なされるかにかかわらず、本発明を構成するすべての要素を含むため、本発明の好ましい実施形態である。残りの構成で使用できるあらゆるタイプの燃料を使用して、クローズドサイクルとセミクローズドサイクルの両方を実行できる。
【０３８５】
構成５には、構成３のすべての要素が含まれ、さらに２つの特定の機器が必要となる。
【０３８６】
１３６：要素（１１２）で生成された蒸気用の過熱器。この要素（１３６）は、要素（１１２）から飽和蒸気を受け取るＣＲＣ（１０３）の内部に配置されたコイルで構成され、その役割は、温度を上げることにより、二次ランキンサイクルに入る前に別のタービン（１３７）で膨張させることである。
【０３８７】
１３７：要素（１１２）で生成された蒸気用のタービン。このタービン（１３７）は、出口蒸気圧がタービンＴＢＰ（１２７）に入る蒸気の圧力と温度に一致する追加のタービンで構成されている。タービン（１３７）で膨張すると、蒸気は追加の仕事を生成する。この仕事は共通の動力シャフト（１３０）に供給され、また、このタービンの出口はタービンＴＢＰ（１２７）の入口に接続している。これで、過熱器（１２６）からの二次ランキンサイクルの蒸気とともに膨張し続けることになる。
【０３８８】
必須の物質バランスを確立するために、追加の蒸気が二次ランキンサイクルに導入されるときはいつでも、ポンプ（１２３）の圧送ラインにバイパスラインが存在する必要がある。これによって、この流れは液体状態の水の形で戻り、構成要素基本ランキンサイクルへの給水に用いられる。
【０３８９】
この装置に再生蒸気用の過熱器（１３６）とタービン（１３７）があるすべての場合において、凝縮液ポンプ（１２３）の圧送ラインの後にポンプ（１０９）の吸引へのバイパスラインが存在する。
【０３９０】
圧縮機（１１５）が図６に示されるこの構成５に従って機能するためには、この圧縮機（１１５）に、要素（１１２）から流入する蒸気の圧力を上げ、この圧力を要素（１１４）から圧縮機（１１５）に入る蒸気の圧力と一致させるための追加の圧縮第１段階が必要である。
【０３９１】
本発明による装置は、その設計構成が何であれ、以下を介してのみ外部とエネルギー的に接続することができる。
−コンバインドサイクルへのエネルギーの唯一の可能な入口点としての熱源（１０１）および（１３２）。
−シンク（１２８）を介して失われる熱、パワーシャフト（１３０）から得られる正味の機械的仕事、および「コージェネレーション」のために得られる有用な熱といった、不可避な実際の損失に加えて、エネルギーがサイクルを離れる箇所。
【０３９２】
セミクローズドサイクルによる本発明の装置の最大理論性能の決定
燃料からの熱エネルギーから有用エネルギーを生成する、この発明による装置の最大理論性能は、本方法を使用して、非常に簡単でおおよその推定が可能である。
【０３９３】
例として、純粋な水素のみを燃料として使用する本発明のサイクルの理論性能の計算は、以下の考慮事項を考慮して実行される。
−この装置によって生成される「有用エネルギー」は、要素（１３３）による「コージェネレーション」の形でサイクルの外部で使用するためにＣＲＣ（１０３）から取得された熱と、そのパワーシャフト（１３０）を介してコンバインドサイクルから発生する正味の機械的仕事との合計と見なされる。
−「実際の損失」はなく、かつ、コンバインドサイクルはヒートシンクの機能を実行する凝縮器（１２８）を介してのみ熱エネルギーを失うと見なされる。
−戻りライン内での凝縮液の１キロについて、計算を行うと：
−「Ｘ」は、特定の燃料。真空凝縮器（１２８）の後にサイクルに戻る「戻り凝縮液」１ｋｇごとに燃焼した燃料のｋｇ数を示す。
−「ＰＣＳ」は、Ｈ2の高位発熱量。その値は、１４２，２００ｋｊ／ｋｇと考えられる。
−「ＰＣＩ」は、Ｈ2の低位発熱量。その値は、１２０，２４０ｋｊ／ｋｇと考えられる。
【０３９４】
「ＰＣＳH2O」は、燃焼反応において、燃焼されるＨ2１ｋｇごとに、化学量論的に９ｋｇのＨ2Ｏが形成されることを考慮して、（生成される水１ｋｇあたりに対する）特定の燃料の高位発熱量とする。これにより、
ＰＣＳH2O＝１５，８００ｋｊ／ｋｇ生成Ｈ2Ｏ
ＰＣＩH2O＝１３，３６０ｋｊ／ｋｇ生成Ｈ2Ｏ
【０３９５】
「ΔＨVC」は、ＰＣＳH2OとＰＣＩH2Oの違いと一致する蒸気凝縮エンタルピーギャップを実行する概念的で理論上の凝縮器に関する計算を考慮した上で、ヒートシンク（１２８）の特定の蒸気凝縮エンタルピーギャップとする。ならば、
ΔＨVC＝ＰＣＳH2O−ＰＣＩH2O＝２４４０ｋｊ／ｋｇH2O
【０３９６】
「ＭV」は、ヒートシンク（１２８）内の「凝縮した」蒸気の量とする。この量は、サイクルに戻される１ｋｇの水に、Ｈ2（Ｘ）の燃焼で形成され、サイクルから除去する必要のある水の量を加えたものに相当する。
ＭV＝１＋Ｘ（ｋｇH2O）
【０３９７】
損失エネルギーは、凝縮器（１２８）で除去されるエネルギーとする。
損失エネルギー＝ＭV＊ΔＨVC＝（１＋Ｘ）＊ΔＨVC
＝（１＋Ｘ）＊（ＰＣＳH2O−ＰＣＩH2O）
損失エネルギー＝（１＋Ｘ）＊２４４０ＫＪ／ＫＧH2O
【０３９８】
サイクルの「有用エネルギー」は、「サイクルに入るエネルギーがサイクルから出るエネルギーと同じである」ことを考慮すると、以下とする。
有用エネルギー＝燃焼エネルギー−シンク（１２８）で除去される熱
有用エネルギー（ＫＪ／ＫＧH2O）
＝（Ｘ＊ＰＣＳH2O）−２４４０＊（１＋Ｘ）
＝（Ｘ＊ＰＣＳH2O−２４４０）−２４４０
有用エネルギー（ＫＪ／ＫＧH2O）＝（Ｘ＊ＰＣＩH2O）−２４４０
【０３９９】
ＰＣＳに対する装置の性能「ηPCS」は、下式で決定される。
2022500593.tif 000003
ＰＣＳH2OとＰＣＩH2Oをその数値に置き換えると、
2022500593.tif 000004
【０４００】
習慣的に参照として使用されるものとして、ＰＣＩに対する装置の性能「ηPCI」は、下式によって与えられる。
2022500593.tif 000005
ＰＣＩH2Oをその数値に置き換えると、
2022500593.tif 000006
【０４０１】
性能ηPCSとηPCIの２つの最終方程式は、本発明のコンバインドパワーサイクルの性能について非常に近似的な結果を与える。これらが厳密には正確ではないことは事実であるものの、これらの式は次の結論を導き出す。本発明のコンバインドサイクルの性能は、燃焼する特定の燃料によって直接変化する。つまり、サイクル内の燃料の特定の消費量の増加に伴って、サイクルの性能は向上するのである。
【０４０２】
それにもかかわらず、コンバインドサイクルに対する影響を避けては通れない一連の基本的な熱力学的制約が満たされない場合は、燃料の特定の消費量を増やすことは実行可能なものではない。
【０４０３】
これらの基本的な制約の１つとしては、コンバインドサイクルでは、エネルギー保存の法則を満たすことが不可欠であるということがある。これによれば、コンバインドサイクルに入るエネルギーは、それを離れるエネルギーと常に同じである。この原則に従って、燃料の比消費量を増やすことは、パワーサイクルの設計パラメータによっては、構成要素基本ランキンサイクルの蒸発器および過熱器（１２１）で捕集できない過剰な発熱量を意味する可能性がある。場合によっては、外部に熱を排出するための何らかの方法、および／またはＣＲＣ（１０３）への熱の進入を減らすための何らかの方法を提供することが不可欠である。
【０４０４】
コンバインドサイクルの外部へ熱の一部を不可避的に排出しなければならない、前述のコンバインドサイクルの実施形態のいくつかは、熱交換器要素（１３３）を利用して、熱を外部に排出するこの機能を実行することができるが、特定の産業プロセスの熱需要を満たせるのに十分な温度で実行されるものであり、したがって「コージェネレーション」の方法を構成する。
【０４０５】
ＣＲＣ（１０３）への熱の進入を減少させることが不可避であるいくつかの状況下（これは特に一瞬だけ、または負荷の変化の下で発生する可能性がある）では、パワーサイクルの構成は、タービンＴＡＰ（１２２）からの出口で「蒸気リリーフシステム」を利用することができ、熱源（１０１）および（１３２）に流入し、したがってＣＲＣ（１０３）にも流入する蒸気の量を低減する。そのような蒸気リリーフシステムは、再熱器（１３４）および補助タービンＴＰＩ（１３５）を増やし、その出口蒸気は、ＣＲＣ（１０３）の最終セクションのある箇所で注入されることになる。熱源に対するこの蒸気リリーフシステムは、コンバインドサイクルの機械的性能についていかなる種類の改善も表していないことを強調しておく必要があるが、装置を調整してその負荷を変更できるようにする点において非常に有用であり、さらに、二重熱源と非常に高い有用エネルギーの収量を有するコンバインドサイクルの特定の設計構成も可能にする。
【図１】
2022500593.tif 000007
【図２】
2022500593.tif 000008
【図３】
2022500593.tif 000009
【図４】
2022500593.tif 000010
【図５】
2022500593.tif 000011
【図６】
2022500593.tif 000012
【国際調査報告】
2022500593.tif 000013
2022500593.tif 000014
2022500593.tif 000015
2022500593.tif 000016
2022500593.tif 000017
2022500593.tif 000018