(57)【要約】【解決手段】高圧経路（４４）および低圧経路（６０）を含む作動流体経路を有する熱機関（１）の動作制御および安全制御のための装置および方法であって、当該熱機関（１）は、高圧経路（４４）の少なくとも一部において液相で存在する凝縮性の作動流体を使用し、選択的に開閉する流体排出経路（６２）が、作動流体が主に液相で存在する高圧経路（４４）の一部分（７４）に接続される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧経路（４４）および低圧経路（６０）を含む作動流体経路を有し、前記高圧経路（４４）の少なくとも一部において液相で存在する凝縮性の作動流体を使用する熱機関（１）であって、
通常の動作中に前記作動流体が主に液相で存在する前記高圧経路（４４）の一部分（７４）に、選択的に開閉する流体排出経路（６２）が接続している、
ことを特徴とする熱機関（１）。
【請求項２】
前記流体排出経路（６２）は、流体ポンプ（２０）の下流に位置する接続点（７０）で、前記高圧経路（４４）に接続する、
ことを特徴とする請求項１に記載の熱機関（１）。
【請求項３】
前記流体排出経路（６２）は、その下流部において、低圧経路（６０）に接続する、
ことを特徴とする請求項１に記載の熱機関（１）。
【請求項４】
前記流体排出経路（６２）には、ドレインバルブ（６４）が設けられている、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱機関（１）。
【請求項５】
前記ドレインバルブ（６４）は、アクティブ状態で流体の流れを遮断し、非アクティブ状態で流体の流れを開放する、
ことを特徴とする請求項４に記載の熱機関（１）。
【請求項６】
高圧経路（４４）および低圧経路（６０）を含む作動流体経路を有し、前記高圧経路（４４）の少なくとも一部において液相で存在する凝縮性の作動流体を使用する熱機関（１）の動作制御および安全制御のための方法であって、
選択的に開閉し、かつ、通常の動作中に前記作動流体が主に液相で存在する前記高圧経路（４４）の一部分（７４）に接続する流体排出経路（６２）を、前記熱機関（１）に設けるステップと、
前記熱機関（１）の前記高圧経路（４４）に存在する作動流体を望ましくない高圧かつ／または高温にまで到達させるおそれがある前記熱機関（１）の動作状況を検出、あるいは、前記高圧経路（４４）に存在する作動流体が望ましくない高圧かつ／または高温に到達したことを検出、あるいは、前記熱機関（１）の動作をできる限り早く停止させることが望ましい動作状況を検出するステップと、
前記流体排出経路（６２）を開くステップと、
前記流体排出経路（６２）を介して前記高圧経路（４４）から作動流体を排出させて抜き取るステップと、を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
より具体的には、
前記流体排出経路（６２）にドレインバルブ（６４）を設けるステップと、
前記高圧経路（４４）から流体を排出する必要があるときには前記ドレインバルブ（６４）を駆動して開状態にするステップと、を含む、
ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
より具体的には、
前記高圧経路（４４）から作動流体を排出させるステップを含み、
抜き取られ中でまだ前記高圧経路（４４）に残っている前記作動流体の一部分の流れ方向は、主に、通常の動作中の流れ方向とは反対になる、
ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記流体排出経路（６２）を前記低圧経路（６０）に接続するステップと、
前記高圧経路（４４）から前記低圧経路（６０）へ前記作動流体を排出させるステップと、をさらに含む、
ことを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
より具体的には、
前記低圧経路（６０）において、復熱器（２８）の上流、凝縮器（５４）の上流、作動流体貯蔵器（５６）の上流、または、作動流体貯蔵器（５６）上であって内部の流体とつながりを持つ場所のうちの１つに位置する接続点（７２）で、前記低圧経路（６０）へ作動流体を排出させるステップを含む、
ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱機関の動作制御および安全制御のための装置および方法に関する。特に、高圧経路と低圧経路を含む作動流体経路を有しているような、熱機関の動作制御および安全制御のための装置に関する。当該熱機関は、凝縮性の作動流体を利用し、その凝縮性の作動流体は、高圧経路の少なくとも一部において液相である。また、本発明は、熱機関の動作制御および安全制御のための方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
熱機関の動作制御および安全制御のための装置については、下記に記述される。熱機関の動作制御および安全制御のための方法についても同様である。
【０００３】
多くの異なるデザインの熱機関が存在し、それらは異なる基礎原理に基づいている。一般には、熱機関は、モーターとも称される。熱機関は、熱エネルギーをよりハイグレードなエネルギーの形態、たとえば、適用範囲が広い機械エネルギーや電気エネルギーに変換するという共通の特徴を持つ。大多数の熱機関は、内燃機関を基にしており、高温（たとえば、６００℃より高い温度）で使用される。最近では、熱機関を駆動するために低温の熱を使用するようになってきた。
【０００４】
低温で利用可能な大量の熱エネルギーがある。このエネルギーは、浪費されるか、異なるシステムにより、たとえば、工業プロセスや内燃機関の冷却システムにより、積極的に除去されなければならない。たとえば、電気を生成するためにこのエネルギーを利用することは、非常に有益かもしれない。というのも、すでに述べたように、このエネルギーは、単なる廃熱物としてしばしば存在し、それゆえにコストがかからないとみなされるからである。
【０００５】
また、同じ方法で利用できそうな熱エネルギー源としては、たとえば、ガス燃焼、オイル燃焼、バイオマス燃焼、太陽光集熱、地熱、ゴミ焼却といった、いくつかの例がある。これらの熱エネルギー源のいくつかは、比較的低温であり、通常の状況下でも利用可能である。この点に関しては、特に、スターリングサイクルおよびランキンサイクルに基づくいくつかの技術が発展し、これらの利用によりハイグレードなエネルギー、主に電気エネルギーの生産を可能にしている。
【０００６】
特に低温（たとえば、３５０℃未満の温度）では、いわゆるＯＲＣｓに基づくモーターが、今日では一般に使用されている。ここで、ＯＲＣという用語は“Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｒａｎｋｉｎｅ  Ｃｙｃｃｌｅ（有機ランキンサイクル）”の略語である。ランキンサイクルは、水が作動流体である蒸気機関プロセスに基づいている。ＯＲＣｓは、一般的に水よりも沸点が低い代替作動流体に基づいており、その結果、熱エネルギーを効率良く利用できる。通例は、これらの技術は、閉じた回路で実現され、当該閉じた回路においては、作動流体が内部の閉じた作動流体回路に滞留する。ここで、作動流体回路は、主に、２以上の熱交換器、作動流体用の流体ポンプ、および、多くの場合においてタービンやピストンエンジンである膨張機（ｅｘｐａｎｄｅｒ）を含んでいる。スクリュー型、回転翼型、ヴァンケル型、螺旋型のような他の膨張器も存在する。このような閉モーターシステムでは、水流とそれにより生じるエネルギー流のために、一般的には、予熱器、ボイラー、および過熱器の形態をとる少なくとも１つヒーター部と、概して凝縮器からなる冷却部とが、必要とされている。しかし、その他の構成要素が設けられてもよい。例外的に、ほとんどの蒸気機関車に現にあり、また、あったヒーター部は、水（作動流体）が作動シリンダーで膨張することによって役割を果たした後排出（蒸気排出）されて間接的に大気中で冷却されるので、冷却部がなくてもよい。
【０００７】
ＯＲＣｓも含むランキンサイクル用の閉循環路では、上述した閉循環路のとおり、一連の流体経路および主要な構成要素の形態をとる作動流体経路が存在する。流体経路は、作動流体の通常の流れ方向を基準として、主に、流体ポンプから膨張機までを含めた全ての構成要素を含む高圧経路と、膨張機から流体ポンプまでを含めた全ての構成要素を含む低圧経路とから構成される。つまり、高圧経路は、主に、圧力ポートやチェックバルブ形式の出口、もしあれば、パイプが接続されたポンプの出口を介して流体ポンプから、さらに典型的にはボイラーと過熱器から構成されるヒーター部を通り、流入／注入バルブを通じて膨張機まで至る。同様に、低圧経路は、典型的には、膨張機から、排出バルブおよび排出通路、接続されたパイプを通り、さらに少なくとも凝縮器を含む冷却器、流体貯蔵器を通り、そして、吸入ポート形式の入口を通じてポンプに戻ってくる。高圧経路を低圧経路から分離するインターフェイスは、まさに流体ポンプと膨張機になる。また、それぞれの流体経路にさらに構成要素が接続されてもよいし、さらに詳しくいえば構成要素を減らしてもよい。
【０００８】
特にランキンモーターにとっては、ＯＲＣモーターも同様に、モーターを通じたエネルギー輸送が停止または様々な抵抗に直面すると、操作上および安全上のリスクを伴うことが多い。ランキンモーターに基づくシステムでは、人が、直接的または間接的に、熱源と、ヒートシンクと、シャフトあるいはシャフトを介して接続される発電機である可能性が高いワーク受けとを、常に探し出す。膨張器やヒートシンクが、たとえば、操作中に動作しなくなれば、その結果、物質および／またはエネルギーの輸送も止まる。過熱され、かつ／または許容できないほど高圧になるヒーター部に存在した作動流体がエンジンに溜まることが比較的当面のリスクになる。
【０００９】
これが、モーターシステムを上述の故障状態に導くレベルに熱源の温度が到達または超える可能性がある全ての熱機関システムに関係する問題である。温度が高すぎることにより、作動流体の中には、使用できない状態や、最悪の場合、たとえば毒性または腐食性の分解物が発生することによって、システムの操作性や人体の安全性を害する状態へと悪化しやすいものもある。同様に、システムでの過圧は、危険な状況を生む。最悪な場合、爆発を引き起こす。たとえば、蒸気ボイラーでの多数の深刻な爆発が、やがて知られるようになる。たとえば、各種ＯＲＣシステムのような、その他のヒーターやボイラーの種類にも、対応するリスクの要因が発見されている。
【００１０】
安全性を高めるために、１つ以上の安全バルブをシステム内に置くことが標準的なプラクティスである。ここで、安全バルブは、障害／緊急のときに作動流体の圧力、および可能であれば温度を低下させるために配置される。加熱され蒸発した流体は、最初に膨張器を経由して流されることなく、冷却器、可能であれば流体貯蔵器に向かって直接的に排出され、そして、より冷えた周囲の環境によって冷却されて、温度および圧力が低下する。もし冷却器が機能を失えば、このような手段は、結局は十分ではない。その場合、作動流体が、代わりの送り先、たとえば、大気中や別の開放された貯蔵器に向かって排出されることは可能なはずである。水以外の流体では、対人安全性の理由、環境上の理由、その他の理由のいずれかにより、地域環境への排出には適さない特性を示す流体もあるので、十分な解決策にはならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、少なくとも従来技術の欠点を改善または減少させるか、または有益な代替手段を少なくとも提供するという目的を有する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本目的は、下記の明細書および後述する請求項の範囲で特定される特徴により達成される。
【００１３】
加熱され蒸発した一部の作動流体を冷却器または開放された貯蔵器へ戻すことの代替手段は、作動流体が、高圧経路においてまだ蒸発しておらず、主に液相で存在する位置から抜かれるように、その流体の流れ方向を基準として、作動流体がボイラー部の前で排出されて除去されることを保証する。
【００１４】
これは、加えられた非常に大きなエネルギーをまだ持っている地点で作動流体の除去を可能にするという大きな利点を有し、熱形態のエネルギーが作動流体経路に蓄積するのを防止する効果的な方法である。そして、一部が排出されて高圧経路に残されるものは、過熱された少量の作動流体であるが、少量のエネルギーしか蓄積しておらず、過圧や昇温の問題は解決される。加えて、様々なシステムでは、ヒーター部で達成され得る最高温度まで少量の作動流体を加熱することは、その量が十分に少量である限り、許容される。過熱された作動流体は、液体形態の同じ流体よりも実質的に密度が低く、それゆえに残された作動流体は、システム内での作動流体の総量に対して最小質量分に相当する。
【００１５】
通常のランキンプロセスでは、作動流体は、ヒーター部を流れるとき、継続して加熱される。すなわち、最も遠くのヒーターまで流れた作動流体の一部は、通常は最も熱を受け、それゆえに沸騰し始める最高温度、そして一定温度まで到達する。高圧経路の十分に初期部分、たとえば、ヒーターの直前や可能であれば復熱器の前に、排出地点を置くことにより、排出のために必要な作動流体の逆流が生じる。ボイラー内の作動流体へのさらなる熱伝達を防ぐことに加えて、高圧経路に存在する作動流体の最も冷たい部分が最初に排出されることも意味している。排出された作動流体は、最小のエネルギーしか持たず、復熱器または冷却器（凝縮器）を介して作動流体貯蔵器へ戻されるのであれば、非常に有利である。これは、排出が完了した後に低圧経路に作動流体が到達したときの最終的な圧力および温度を制限するのに役立つ。
【００１６】
さらに関連して、上述したような排出ループは、短時間で効率良くモーターの動作を停止する非常に有益なツールになり得る。多くのランキンシステムでは、高圧経路は、モーターの動作が停止したとき、作動流体が排出されなければならず、多くの場合において、作動流体を膨張機、可能であればバイパスを通じて排出するために、作動流体ポンプを停止しつつ、流体が蒸発し続けることが要求される。しかし、ここで、作動流体は、高圧経路の外部へ流出するとき、蒸発した状態になるはずである。まだ液体形態である地点で作動流体の排出および除去を可能にすることにより、密度を高く維持しながら作動流体を十分に早く除去可能にし、エネルギーレベルを低く保てるという利点が達成され、システムは比較的短時間で停止する。
【００１７】
本発明の第１の側面によれば、高圧経路および低圧経路を含む作動流体経路を有し、高圧経路の少なくとも一部において液相で存在する凝縮性の作動流体を使用する熱機関であって、作動流体が主に液相で存在する高圧経路の一部分に、選択的に開閉する流体排出経路が接続していることを特徴とする。
【００１８】
熱機関のそのような設計により、従来技術に記載された少なくともいくつかの好ましくない事態を解消する。当該設計は、下に記載されるように、さらなる改善を許容する。
【００１９】
流体排出経路は、流体ポンプの下流に位置する接続点で、高圧経に接続してもよい。
【００２０】
流体排出経路は、その下流部において、低圧経路に接続してもよい。
【００２１】
作動流体を高圧経路から低圧経路へ戻すことにより、作動流体の周囲への放出が防がれ、環境的かつ経済的に有益になり得る。
【００２２】
流体排出経路には、ドレインバルブが設けられてもよく、好ましくは、制御可能なバルブの形式で設けられる。しかし、場合によっては、ドレインバルブは、所定の作動流体圧力で開かれるように配置されている過圧バルブであってもよい。
【００２３】
ドレインバルブは、信号が提供されているとき、アクティブ状態で流体の流れを遮断し、信号を受信していないとき、非アクティブ状態で流体の流れを開放してもよい。
【００２４】
このような「常開型」の流体バルブは、信号の欠落発生時に、膨張機が停止するように高圧経路を空にするという点で、安全性の向上に貢献する。
【００２５】
本発明の第２の側面によれば、高圧経路および低圧経路を含む作動流体経路を有し、高圧経路の少なくとも一部において液相で存在する凝縮性の作動流体を使用する熱機関の動作制御および安全制御のための方法であって、
選択的に開閉し、かつ、作動流体が主に液相で存在する高圧経路の一部分に接続する流体排出経路を、熱機関に設けるステップと、
熱機関の高圧経路に存在する作動流体を望ましくない高圧かつ／または高温にまで到達させるおそれがある熱機関の動作状況を検出、あるいは、高圧経路に存在する作動流体が望ましくない高圧かつ／または高温に到達したことを検出するステップと、
流体排出経路を開くステップと、
流体排出経路を介して高圧経路から作動流体を排出させて抜き取るステップと、を含む。
【００２６】
当該方法は、より具体的には、流体排出経路にドレインバルブを設けるステップと、高圧経路から流体を排出する必要があるときにはドレインバルブを駆動して開状態にするステップと、を含んでいてもよい。
【００２７】
当該方法は、より具体的には、高圧経路から作動流体を排出させるステップを含み、抜き取られ中でまだ高圧経路に残っている作動流体の一部分の流れ方向は、主に、通常の動作中の流れ方向とは反対になる、ようにしてもよい。
【００２８】
当該方法は、流体排出経路を低圧経路に接続するステップと、高圧経路から低圧経路へ作動流体を排出させるステップと、をさらに含む、ようにしてもよい。
【００２９】
当該方法は、より具体的には、低圧経路において、復熱器の上流、凝縮器の上流、作動流体貯蔵器の上流、または、作動流体貯蔵器上であって内部の流体とつながりを持つ場所のうちの１つに位置する接続点で、低圧経路へ作動流体を排出させるステップを含む、ようにしてもよい。
【００３０】
復熱器は必須の構成要素ではないが、熱機関の効率性向上のためにしばしば使用されることが強調される。
【００３１】
本発明の装置および方法は、故障の可能性がある状態での安全性を著しく向上させ、一般に不運な状況や危険な状況を回避するように設計されている。加えて、本発明の装置および方法は、迅速しかし制御された態様で、熱機関を停止する効果的な手段である。
【００３２】
以下では、好ましい実施形態および方法の例が記載され、添付されている図面により可視化される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、熱機関、熱源、吸熱器、エネルギー変換器、および外部制御部を含む熱機関システムのブロック図を示す。図１には、構成要素間のインターフェイスが示されている。
【図２】図２は、図１に示される熱機関システムのブロック図を示す。図２には、エネルギーの流れ、電気の流れ、および信号の流れが示されている。
【図３】図３は、関連する主要な構成要素とともに本発明に係る熱機関を概略的に示す。
【図４】図４は、図３の熱機関を概略的に示す。ただし、図４では、膨張機がピストンエンジンとして指定されている。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
各図において、１は熱機関を示す。熱機関１は、熱源インターフェイス２を介して熱源４に接続され、吸熱インターフェイス６を介して吸熱器８に接続され、電力／電気インターフェイス１０を介して電力変換器１２に接続され、信号インターフェイス１４を介して外部制御部１６に接続される。
【００３５】
図３および図４のいくつかの構成要素には、記号「Ｚ」が付されている。これは、何らかの形式の熱交換機であることを示す。
【００３６】
図２において、ＱＨは、熱源４から熱機関１へ流れる熱を示している。ＱＣは、熱機関１から除去されて吸熱器８へ伝達される余熱を示している。ＰＥＬは、熱機関１から電力変換器１２へ伝達される電力を示している。ＳＣは、熱機関１と外部制御部１６との間で交換される測定信号および制御信号を示している。
【００３７】
熱機関１は、好適にはＯＲＣシステムの一部を成し、入口２２と出口２４を持つ流体ポンプ２０を含む。出口２４から、圧力ポンプライン２６は、復熱器２８を介してヒーター３０へ延びる。復熱器２８は、主に、従来どおり向かい合っている２つの熱交換側面を持つ、それ自体が周知の標準的な熱交換機から構成されてもよい。図には示していないが、２つの熱交換側面は、分離した熱伝達可能な内部流体経路から構成されている。ヒーター３０は、典型的には、蒸発器３２と過熱器３４を含んでいる。ヒーター３０には、熱源４から熱源インターフェイス２を介して熱ＱＨが供給される。
【００３８】
蒸気ライン３６は、過熱器３４と膨張機３８の入口４０の間で接続されている。膨張機３８は、たとえば、タービン、ピストンエンジン、または同様のものから構成されてもよい。膨張機３８の出口４２は、排気口を構成する。圧力ポンプライン２６、復熱器２８の高圧側、ヒーター３０、および蒸気ライン３６を含む、流体ポンプ２０と膨張機３８の間の構成要素は、熱機関１の高圧経路４４を構成する。
【００３９】
この例示的な実施形態では、膨張機３８は、シャフト４６を介して発電機４８を駆動する。電力ＰＥＬは、電力／電気インターフェイス１０を介して電力変換器１２へ伝達される。モーター制御部５０は、各構成要素の中でも膨張機３８および発電機４８を制御する。必要な公知の伝送機および制御ラインは、示されていない。
【００４０】
出力ライン５２は、膨張機３８の出口４２から、復熱器２８、凝縮器５４を介して、作動流体貯蔵器５６へと延びる。凝縮器５４は、余熱ＱＣを、吸熱インターフェイス６を介して吸熱器８へ伝達する。
【００４１】
吸入ライン５８は、作動流体貯蔵器５６を流体ポンプ２０の入口２２へ接続する。出力ライン５２、復熱器２８の低圧側、凝縮器５４、作動流体貯蔵器５６、および吸入ライン５８を含む、膨張機３８と流体ポンプ２０の間の構成要素は、熱機関１の低圧経路６０を構成する。
【００４２】
復熱器２８とヒーター３０の間の圧力ポンプライン２６に接続される流体排出経路６２は、ドレインバルブ６４を介して、膨張機３８と復熱器２８の間の出力ライン５２に接続される。流体排出経路６２は、必要な場合はいつでも高圧経路４４と低圧経路６０を短絡するように配設されている。ドレインバルブ６４は、電磁式、機械式、空気圧式、または油圧式によりオン、オフを切り替えられるバルブのような、能動的に制御可能な種類のバルブである。あるいは、ドレインバルブ６４は、たとえば、比例バルブやサーボバルブであってもよい。
【００４３】
通常の動作中、作動流体は、流体ポンプ２０の手段により作動流体貯蔵器５６から吸い込まれ、比較的高圧下で高圧経路４４へと圧送される。
【００４４】
作動流体は、最初に復熱器２８へ圧送され、復熱器２８では、膨張機３８の出口４２から流出し、出力ライン５２を介して復熱器２８の低圧側へ導かれた排気から、余熱を受けることによって予熱される。
【００４５】
作動流体は、復熱器２８を通過した後、ヒーター３０へ流れ、第１ステップでは、蒸発器３２へ流れる。ここで、作動流体は、沸点まで加熱され、蒸発する。さらに、作動流体は、過熱器３４を通過し、温度は沸点を超えるまで上昇する。その後、作動流体は、膨張機３８に移され、加えられた熱エネルギーの一部が、ほぼ、断熱的、等温的、等圧的、またはポリトロピック的（ｐｏｌｙｔｒｏｐｉｃａｌｌｙ）に膨張した作動流体によって機械エネルギーに変換される。
【００４６】
機械エネルギーは、次に、発電機４８の手段により電気エネルギーに変換される。電気エネルギーは、電力ＰＥＬとして、発電機４８から電力／電気インターフェイス１０を介して電力変換器１２に伝達される。
【００４７】
膨張機３８での膨張が完了すると、膨張した作動流体（この時点では排気と定義され得る）は、出力ライン５２を介して復熱器２８の低圧側へ移され、余熱の一部が高圧経路４４内の作動流体へ戻され、回収される。
【００４８】
そして、作動流体は、凝縮器５４へ導かれ、除去されるべき余熱ＱＣの残りが吸熱インターフェイス６を介して吸熱器８へ流れる。その結果、作動流体は、作動流体貯蔵器５６に移される前に、液相に凝縮される。
【００４９】
作動中に高圧経路４４に存在する作動流体の過圧および／または過熱のリスクがあるとき、または、熱機関１を最も素早い方法で停止させることが望まれている状況であるとき、モーター制御部５０は、公知の制御原理を用いて、ドレインバルブアクチュエーター６８に接続された制御信号導体６６を介して通信している制御信号によってドレインバルブ６４を開状態にし、そして、同様にドレインバルブ６４が開状態を取ることを確実にする。その結果、高圧経路４４と低圧経路６０の間では、作動流体に関しての短絡が生じる。
【００５０】
熱機関１を短時間で停止させることが望まれる状況を確認可能にするために、必要な制御信号、特にドレインバルブ６４を開かせる制御信号を伝達するモーター制御部５０によって、これらの状況が正確に登録、識別されるように、熱機関１には公知の各種センサー（不図示）が設けられる。
【００５１】
短絡が起こるとき、作動流体は、高圧経路４４の通常は主に液相で存在する位置から、全液分がほとんど完全に除去される地点まで排出される。このように、作動流体の質量の大部分は、最初は液相で排出され、それに続く排出物は、主に、飽和したガスまたは過熱されたガスのような気体状の作動流体（作動流体の全質量に対してほんの少量分に相当する）からなる。
【００５２】
これにより、作動流体は、可能な限り最小のエネルギーが高圧経路４４から除去されなければならない状態で、高圧経路４４から排出され、除去される。
【００５３】
図３では、流体排出経路６２が、復熱器２８とヒーター３０の間で、高圧経路４４に接続されるように示されている。運用状況に応じて、流体排出経路６２を流体ポンプ２０に近い位置、たとえば、流体ポンプ２０の下流に位置する１つの接続点７０で、高圧経路に接続してもよい。同様に、流体排出経路６２を流体ポンプに近い位置、たとえば、流体ポンプの上流に位置する１つの接続点７２で、低圧経路に接続してもよい。
【００５４】
凝縮性の作動流体が使用される限り、高圧経路４４での作動流体は、主に流体ポンプ２０とヒーター３０の間では液相で存在すると想定される。高圧経路４４のこの部分は、作動流体が主に液相で存在する一部分７４を構成する。
【００５５】
他の実施形態では、図４に示すように、膨張機３８は、ピストンエンジンから構成される。この実施形態では、膨張機３８は、少なくとも１つの入口制御バルブ７６と、少なくとも１つの出口制御バルブ７８とから構成される。入口制御バルブ７６と出口制御バルブ７８は、共に、少なくとも１つの入口４０と少なくとも１つの出口４２を通る流体の流れを制御することによって、膨張機３８を通る流体の流れを制御する。
【００５６】
通常の動作では、制御バルブ７６，７８は、当該経路が決して同時に開放されないことを保証する。したがって、膨張機３８が停止すれば、膨張機３８を横切るような流体の直接的な短絡が形成されることはない。その結果、高圧経路４４と低圧経路６０の間での直接的な短絡が、膨張機３８を通じて起こることが防止される。多くの場合には、入口制御バルブ７６と出口制御バルブ７８は、各バルブアクチュエーター８０により制御され、通常は短絡の形成が防止されるように同期される。
【図１】
2016508567.tif 000003
【図２】
2016508567.tif 000004
【図３】
2016508567.tif 000005
【図４】
2016508567.tif 000006
【国際調査報告】
2016508567.tif 000007
2016508567.tif 000008