(57)【要約】  熱回収及び改良方法が、引き続き起こるステップ、即ち、作業流体ストリーム（１１）内に液相を含む作業流体を提供するステップ、液相にある作業流体を気化させて液相及び気相にある二相作業流体ストリーム（１２）を得るために作業流体ストリームに熱を移転する（２０）ステップ、作業流体の温度及び圧力を増大させ且つ液相にある作業流体を気化させるために二相作業流体ストリームを圧縮する（３０）ステップ、及び作業流体の凝縮を用いて作業流体ストリーム（１３，１４，１５）からの熱を移転する（４０，６０）ステップのサイクルを含む。第１のステップにおいて、熱が作業流体に移転されるとき、作業流体は主に液相にある単相作業流体ストリームであるのが好ましい。第３のステップにおいて、液相にある作業流体は、二相作業流体ストリームが維持されるよう、特に湿った気相作業流体が維持されるよう、気化させられるのが好ましい。
2016531263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
引き続き起こるステップ、即ち、
ａ．作業流体ストリーム内に液相を含む作業流体を提供するステップ、
ｂ．液相にある作業流体を部分的に気化させて液相及び気相にある二相作業流体ストリームを得るよう作業流体ストリームに熱を移転するステップ、
ｃ．前記作業流体の温度及び圧力を増大させ且つ液相にある作業流体を気化させるために前記二相作業流体ストリームを圧縮するステップ、及び
ｄ．作業流体の凝縮を用いて前記作業流体ストリームからの熱を移転するステップ
のサイクルを含む、
熱回収及び改良方法。
【請求項２】
前記ステップａ．は、液相にある主に単相の作業流体ストリーム内に前記作業流体を提供することを含む、請求項１に記載の熱回収及び改良方法。
【請求項３】
前記ステップｃ．は、二相作業流体ストリームが維持されるように、特に湿った気相作業流体が維持されるように、作業流体を圧縮して液相の作業流体を気化させることを含む、請求項１又は２に記載の熱回収及び改良方法。
【請求項４】
前記作業流体は、第１の成分及び第２の成分を含み、同じ圧力で、前記第２の成分の沸点は、前記第１の成分の沸点よりも低い、請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の熱回収及び改良方法。
【請求項５】
前記作業流体の沸点は、前記第１の成分の沸点と前記第２の成分の沸点との間にあり、前記第１の成分及び第２の成分が前記作業流体内に存在する比率に依存する、請求項４に記載の熱回収及び改良方法。
【請求項６】
前記第１の成分及び前記第２の成分は、分離しない混合物をもたらすように選択される、請求項４又は５に記載の熱回収及び改良方法。
【請求項７】
前記第１の成分及び前記第２の成分は、混ぜ合わされるときにアルカリイオン化成分である、請求項４乃至６のうちのいずれか１項に記載の熱回収及び改良方法。
【請求項８】
前記第１の成分は水であり、前記第２の成分はアンモニアである、請求項４乃至７のうちのいずれか１項に記載の熱回収及び改良方法。
【請求項９】
前記ステップｂ．において、熱が第１の媒体から集められ、前記作業流体ストリームに移転させられる、請求項１乃至８のうちのいずれか１項に記載の熱回収及び改良方法。
【請求項１０】
ステップｄ．において、熱が第２の媒体に移転させられる、請求項１乃至９のうちのいずれか１項に記載の熱回収及び改良方法。
【請求項１１】
前記作業流体ストリームの圧縮前及び／又は中に、前記二相作業流体ストリームの前記液相の少なくとも一部が、前記ステップｃ．において滴として提供される、請求項１乃至１０のうちのいずれか１項に記載の熱回収及び改良方法。
【請求項１２】
前記作業流体ストリームの圧縮前及び／又は中に、前記二相作業流体ストリームの前記液相の少なくとも一部が、前記二相作業流体ストリームから分離され、前記ステップｃ．において滴として提供される、請求項１乃至１１のうちのいずれか１項に記載の熱回収及び改良方法。
【請求項１３】
前記滴は、前記作業流体の圧縮のためのコンプレッサの入口で及び／又は圧縮チャンバ内に提供される、請求項１１又は１２に記載の熱回収及び改良方法。
【請求項１４】
前記二相作業流体ストリームの前記液相は、小さな滴の噴霧として提供される、請求項１１乃至１３のうちのいずれか１項に記載の熱回収及び改良方法。
【請求項１５】
前記ステップｃ．の後に、
−  作業流体ストリームの膨張のステップ
を含む、
請求項１乃至１４のうちのいずれか１項に記載の熱回収及び改良方法。
【請求項１６】
前記作業流体の膨張からパワーが回収される、請求項１５に記載の熱回収及び改良方法。
【請求項１７】
前記作業流体は、容積式エクスパンダ又はタービン内で膨張させられる、請求項１５又は１６に記載の熱回収及び改良方法。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のうちのいずれか１項に記載の熱回収及び改良方法の前記ステップｃ．における使用のためのコンプレッサであって、
当該コンプレッサは、前記作業流体の温度及び圧力を増大させ且つ液相にある作業流体を気化させるよう二相作業流体を加圧するために構成される、
コンプレッサ。
【請求項１９】
当該コンプレッサは、前記二相作業流体ストリームの前記液相の少なくとも一部を当該コンプレッサ内に滴として提供するために構成される分配構成を含む、請求項１８に記載のコンプレッサ。
【請求項２０】
当該コンプレッサは、前記二相作業流体ストリームから前記二相作業流体ストリームの前記液相の少なくとも一部を分離するために構成される分離構成と、該分離される液相を当該コンプレッサ内に滴として提供するために構成される分配構成とを含む、請求項１８又は１９に記載のコンプレッサ。
【請求項２１】
前記分配構成は、当該コンプレッサの入口で及び／又は圧縮チャンバ内に滴を提供するために構成される、請求項１９又は２０に記載のコンプレッサ。
【請求項２２】
前記分配構成は、前記二相作業流体ストリームの前記液相を小さな滴の噴霧として提供するように構成される、請求項１９乃至２１のうちのいずれか１項に記載のコンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、続いて起こるステップ、即ち、流体ストリーム中に流体を提供するステップ、流体を気化（蒸発）させるよう流体ストリームに熱を移転するステップ、流体を圧縮するステップ、及び流体からの熱を移転するステップのサイクルを含む、熱回収(heat  recovery)及び改良(upgrading)方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような方法は知られており、工業ヒートポンププロセスに概ね適用され、そこでは、比較的低い温度の熱がより高い温度の熱に移転させられる。これは、作業媒体が気化して気相になるよう、比較的低い温度の熱を液相の作業流体に移転することによって達成される。次に、気相にある作業流体は圧縮され、それは流体の温度及び圧力を上昇させ、然る後、比較的より高い温度でその媒体を使用するために、凝縮(condensation)を用いて作業流体から他の媒体に熱を移転し得る。既存の圧縮ヒートポンプシステムの限界は、最大約１００℃の比較的低い凝縮温度である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
高温にあるで熱を提供することを可能にする、特に８０℃より上の温度にある熱を提供することを可能にする或いは１００℃の温度にさえもある熱を提供することを可能にする、熱回収及び改良方法を提供することが、本発明の目的である。
【０００４】
１５０℃を超える温度にある熱を提供することを可能にする或いは１７５℃を超える温度にさえもある熱を提供することを可能にする、熱回収及び改良方法を提供することが、本発明の他の又は代替的な目的である。
【０００５】
６０℃〜１２０℃の範囲内のより低い温度を有する媒体からより高い温度にある熱を提供することを可能にする、熱回収及び改良方法を提供することが、本発明の更に他の又は代替的な目的である。
【０００６】
２００℃のオーダにある温度への１００℃のオーダにある産業廃棄物の回収及び再利用を可能にする、熱回収及び改良方法を提供することが、本発明の更に他の又は代替的な目的である。
【０００７】
高温範囲内で効率的な熱回収及び改良方法を提供することが、本発明の更に他の又は代替的な目的である。
【０００８】
高温で効率的な方法において熱を提供する熱回収及び改良方法における使用のためのコンプレッサを提供することが、本発明の更に他の又は代替的な目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的のうちの少なくとも１つが、引き続き起こるステップ、即ち、
ａ．作業流体ストリーム内に液相を含む作業流体を提供するステップ、
ｂ．液相にある（液相の）作業流体を部分的に気化させて液相及び気相にある（液相及び気相の）二相作業流体ストリームを得るよう作業流体ストリームに熱を移転するステップ、
ｃ．作業流体の温度及び圧力を増大させ且つ液相にある（液相の）作業流体を気化させるために二相作業流体ストリームを圧縮するステップ、及び
ｄ．作業流体の凝縮を用いて作業流体ストリームからの熱を移転するステップ、
のサイクルを含む、熱回収及び改良方法によって達成される。
本方法は圧縮後に作業媒体の温度上昇をもたらし、それは液相の作業流体を気化させる。気化は温度上昇を制限するが、圧力増大を引き起こす。作業流体は圧縮されて、所望の温度で作業流体の凝縮型(condensation  regime)をもたらし、そのためには十分な高い圧力が必要とされる。気相作業流体の圧縮は、気相のいわゆる過熱(superheating)をもたらすに過ぎず、それはプロセスの効率を大幅に低下させる。発明的な方法は、気相作業流体の凝縮型において高温に達するのを可能にするので、高温にある熱を回収して高温に改良し、引き続き他の又は同じプロセスにおける再利用のために作業流体から移転し得る。
【００１０】
好ましくは、ステップａ．は、作業流体ストリームへの熱の極めて効率的な移転のために、液相にある主に単相の作業流体ストリーム内に作業流体を提供することを含む。
【００１１】
更なる好適な実施態様において、ステップｃ．は、二相作業流体ストリームが維持されるように、特に湿った気相作業流体が維持されるように、作業流体を圧縮して液相にある（液相の）作業流体を気化させることを含む。全ての液相作業流体を気化させることは、作業流体の温度及び圧力の所要の凝縮型の最も効率的且つ正確な取得を可能にする。圧縮後に一部の液相作業流体が依然として存在する場合、それは圧縮後に気化して作業流体の温度及び圧力に悪影響を及ぼすことがある。
【００１２】
有利な実施態様において、作業流体は第１の成分及び第２の成分を含み、同じ圧力で、第２の成分の沸点は第１の成分の沸点よりも低い。有利には、作業流体の沸点は、第１の成分の沸点と第２の成分の沸点との間にあり、第１の成分及び第２の成分が作業流体内に存在する比率に依存する。そのような二元的な作業流体は、作業流体の所要の沸点及び凝縮温度のような特性の設定並びに作業流体を利用する特定の熱回収プロセスへの作業流体の同調を可能にする。
【００１３】
好ましくは、第１の成分及び第２の成分は分離しない混合物をもたらすように選択され、それは混ぜ合わせられるときに第１及び第２の成分がアルカリイオン化成分であるときに効率的に達成される。ある実施態様において、第１の成分は水であり、第２の成分はアンモニアである。
【００１４】
実施態様において、ステップｂ．において、熱が第１の媒体から集められて、作業流体ストリームに移転させられ、且つ／或いは、ステップｄ．において、熱が第２の媒体に移転させられる。
【００１５】
好適な実施態様では、作業流体ストリームの圧縮前及び／又は中に、二相作業流体ストリームの液相の少なくとも一部が、ステップｃ．において滴として提供され、且つ／或いは、作業流体ストリームの圧縮前及び／又は中に、二相作業流体ストリームの液相の少なくとも一部が、二相作業流体ストリームから分離され、ステップｃ．において滴として提供される。滴は滴容積に対する滴表面積の大きな比率をもたらし、それは液相作業流体の滴の効率的な加熱、従って、気化をもたらす。作業流体の圧縮中に滴形態において存在するとき、液相作業容積のより大きな容積が気化する。
【００１６】
有利な実施態様において、滴は作業流体の圧縮のためのコンプレッサの入口で及び／又は圧縮チャンバ内に提供される。入口だけで及び／又は圧縮チャンバ内だけに滴を導入することは、さもなければより大きな容積の液相作業流体に合流したかもしれない滴が、圧縮チャンバ内での作業流体の圧縮中に存在することを保証する。
【００１７】
更なる好適な実施態様において、二相作業流体ストリームの液相は小さな滴の噴霧として提供され、それは圧縮中の一層更なる改良された気化のために滴の容積に対する表面積のより一層大きな比率をもたらす。
【００１８】
ある実施態様において、本方法は、ステップｃ．の後に、作業流体ストリームの膨張のステップを含む。この追加的なステップは、作業流体からの熱移転の後に行われるのが好ましい。有利には、作業流体の膨張からパワー（力)(power）が回収される。ある実施態様において、それは、例えば、作業流体が容積式エクスパンダ又はタービン内で膨張させられるときに達成され得る。
【００１９】
他の特徴において、本発明は上記方法のステップｃ．における使用のためのコンプレッサが提供され、コンプレッサは、作業流体の温度及び圧力を増大させ且つ液相にある作業流体を気化させるよう、二相作業流体を加圧するために構成される。
【００２０】
実施態様において、コンプレッサは、二相作業流体ストリームの液相の少なくとも一部をコンプレッサ内に滴として提供するために構成される分配構成(distribution  arrangement)を含み、そして、コンプレッサは、二相作業流体ストリームから二相作業流体ストリームの液相の少なくとも一部を分離するために構成される分離構成と、分離される液相をコンプレッサ内に滴として提供するために構成される分配構成とを含んでよい。
【００２１】
好適な実施態様において、分配構成はコンプレッサの入口で及び／又は圧縮チャンバ内に滴を提供するために構成される。
【００２２】
更なる好適な実施態様において、分配構成は二相作業流体ストリームの液相を小さな滴の噴霧として提供するように構成される。
【００２３】
本発明の更なる構成及び利点は、非限定的且つ非排他的な実施態様による本発明の記載から明らかになるであろう。これらの実施態様は、保護の範囲を限定するものと解釈されてならない。本発明の範囲内で様々な他の実施態様を想起し得る。添付の図面を参照して本発明の実施態様を記載する。図面において、同等の参照記号は、同等の、同じ、又は対応する部分を指し示す。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施態様を示すフローチャートである。
【００２５】
【図２】図１の実施態様の変形を示すフローチャートである。
【００２６】
【図３】本発明の他の実施態様を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の熱回収及び改良方法を実現する実施態様を図１に示す。図１は、作業流体を主回路１０内で循環させるプロセスサイクルのフローチャートを示している。主回路１０は、第１の熱交換器２０と、コンプレッサ３０と、第２の熱交換器４０と、エクスパンダ５０と、第３の熱交換器６０とを含む。主回路１０内にポンプ７０も組み込んで、回路内に作業流体ストリームをもたらしてよい。幾つかのプロセスにおいて、作業流体ストリームはプロセス自体によって誘導されるので、そのような場合には、ポンプ７０を省き得る。
【００２８】
蒸気を含む約１２０℃の温度にある（温度の）高温ガスを含み且つプロセスに由来する第１の媒体のストリーム２１が、熱交換器２０を通じて進む。本実施態様におけるストリーム２１は、フライオーブンから来る高温ガス及び蒸気のストリームであり、フライオーブン内でポテトチップが生成される。ガス及び蒸気は、１つ又はそれよりも多くのファン（図示せず）を用いてオーブンから排出される。高温ガス及び蒸気のストリーム２１は、第１の熱交換器２０に送られ、第１の熱交換器内で、熱がストリーム２１中の高温ガス及び蒸気から主回路１０内の作業流体ストリームの作業流体に移転される。一般的には、主回路１０内の作業流体ストリームを作業流体ストリーム１０と呼んでもよく、作業流体ストリームは、図１において矢印によって示すような方向に流れる。本発明はフライオーブンから来る第１の媒体のストリーム２１からの熱移転に限定されず、本発明を広範囲の他の用途においても利用し得る。熱を放出した第１の媒体ストリーム２２が第１の熱交換器２０から出る。図２の実施態様を参照して以下に更に記載するように、追加的な熱を放出するために第１の媒体ストリームを更に使用し得る。
【００２９】
作業流体は、第１及び第２の成分を含み、記載する実施態様では、水が第１の成分としてあり、アンモニアが第２の成分としてある。水アンモニア作業流体中のアンモニアの割合は、０．１％〜約５０％の範囲内にあり得る。作業流体の第１及び第２の成分は、好ましくは、混ぜ合わせられるときに、アルカリイオン化された第１及び第２の成分の非分離混合物をもたらすように選択される。記載する実施態様ではアンモニアである作業流体の第２の成分の沸点は、記載する実施態様では水である作業流体の第１の成分の沸点よりも低い。作業流体の沸点は、別個の第１及び第２の成分の沸点の間にあり、第１及び第２の成分が作業流体中に存在する比率に依存する。
【００３０】
作業流体は、第１の熱交換器２０の直前の回路部分１１内の作業流体ストリーム１０内に、約１バールの圧力及び３０℃〜７０℃のオーダにおける温度で、主に液相において提供される。開示する実際の温度及び圧力はプロセスの実施に依存してよい。作業流体ストリーム１０への熱の移転の直後、液相にある（液相の）作業流体は部分的に気化される（蒸発させられる）。そのプロセスは全ての作業流体が気化されて気相になると限らないように具現される。第１の熱交換器２０内で提供される液相作業流体の量及び流速に対する移転される熱の量は、第１の熱交換器２０を越えたときに、作業流体の一部が回路部分１２内で依然として液相にあるような量である。従って、約１バールの圧力及び約９７℃の温度にある第１の熱交換器２０の後に、液相及び気相にある（液相及び気相の）作業流体を含む二相作業流体ストリームが回路部分１２内に存在する。
【００３１】
ここにおいて用いるとき、ガス及び蒸気を気相／蒸気相(gas/vapor  phase)から液相に凝縮させ得る点において並びに液相を気相／蒸気相に気化させ得る点において、ガス及び蒸気は同一である。蒸気という用語を水蒸気について用いる傾向がある。
【００３２】
引き続き、二相作業流体ストリーム１２は、圧縮後に気相作業流体の所定の凝縮温度を伴う圧力に圧縮されるよう、コンプレッサ３０内に送られる。圧縮中、作業流体の温度は上昇し、液相にある作業流体の少なくとも一部が気化されて気相になる。これは圧縮後の作業流体の温度を制限する重要なステップである。液相作業流体の一部のみがコンプレッサ３０による圧縮で気化して、作業流体の過熱(superheating)を避けるよう湿った気相（二相）作業流体ストリームをもたらすのが好ましい。全ての液相を気化させるとは限らないことは、気相及び液相が平衡状態にある作業流体ストリームをもたらす。圧縮後、作業流体の温度は約１８５℃であり、その圧力は約１２バールである。
【００３３】
圧縮段階後、作業流体ストリームの一部が、液相においてコンプレッサ３０に入る。圧縮直後の液相作業流体の気化は、圧縮後の気相にある（気相の）作業流体の温度上昇を所望の及び所定の温度又は温度範囲に制限する。コンプレッサ３０の圧縮率は、回路部分１３内の気相作業流体の所望の及び所定の圧力又は圧力範囲を達成するように設定される。圧縮前に存在する液相作業流体の量は、圧縮後の作業流体ストリーム１３の圧力及び温度が所望の及び所定のレベル又は範囲に又はそのようなレベル又は範囲内にあるような量である。圧縮後の液相作業流体の効率的な気化を達成するために、液相作業流体は、コンプレッサ３０による圧縮の直前に又は圧縮中に、作業流体ストリーム１２中に滴として提供される。液相作業流体の効率的な気化は、液相と平衡状態にない温度への気相作業流体の過熱を防止する。滴への極めて効率的な熱移転、従って、滴の気化が達成されるよう、滴容量に対する滴表面の高い比率を達成するために、液相作業流体は、液相作業流体の極めて小さい滴を含む噴霧（スプレー）として提供されるのが好ましい。本実施態様において、コンプレッサの圧縮率は、回路部分１３内で約１８０℃の対応する凝縮温度を伴う気相作業流体の圧力を達成するように設定される。
【００３４】
圧縮された湿った気相作業流体は、引き続き、第２の熱交換器４０に入り、気相作業流体は、第２の熱交換器４０内で凝縮させられ、その熱を放出する。凝縮は気相作業流体が作業流体ストリーム中で液相作業流体と平衡状態にあるときに効率的に達成される。熱は第２の媒体のストリーム４１に放出され、第２の媒体は開示の実施態様におけるフライオーブン(frying  oven)から来るフライ油(frying  oil)である。フライ油はフライオーブン内で約１８０℃の温度を有するべきであるが、ポテトチップのフライプロセスの故に約１５３℃まで冷却される。フライオーブンからのフライ油のストリーム４１は、この約１５３℃の温度を有し、凝縮させられる作業流体から放出される熱を通じて熱交換器４０によってフライ油ストリーム４２中で約１８０℃に加熱される。フライ油ストリーム４２は、フライプロセスにおける再利用のために、フライオーブン（図示せず）に送られる。
【００３５】
第２の熱交換器４０内での熱の放出後に、圧縮された作業流体は約１７３℃の温度を有し、エクスパンダ５０に送られて、作業流体の圧力を約１２バールから約１バールに減少させる。膨張する作業流体は、エクスパンダ５０にパワー（力)(power）を放出し、それはパワー回収のために用いられる。エクスパンダ５０内の膨張後に、二相作業流体が回路部分１５内で液相及び気相を有する作業流体ストリームとして続く。コンプレッサ３０及びエクスパンダ５０は、リスホルムロータ(Lysholm  rotor)又は羽根型ロータ(vane-type  rotor)のような、容積式(positive  displacement  type)であるのが好ましい。エクスパンダ５０は、タービンを含んでよい。
【００３６】
エクスパンダ５０によって回収されるパワーは、コンプレッサ３０を駆動するのを支援するために用いられる。コンプレッサ３０、エクスパンダ５０及びコンプレッサ３０を駆動するための電気モータ（図示せず）を、（共通の軸上の）共通のドライブトレーン（駆動列）内に取り付け得る。代替的に、エクスパンダは、例えば、エクスパンダ発電機として構成されるときに、電力を生成し得る。電気モータは、エクスパンダ５０からの（電）力によって支援されてコンプレッサを駆動する。よって、エクスパンダ５０内の作業流体から放出されるパワーは回収され、コンプレッサ３０によって圧縮作業流体内で再利用される。
【００３７】
圧力センサ（図示せず）が回路部分１３内に取り付けられて、圧縮される気相作業流体の圧力を監視し、圧縮される気相作業流体は、圧縮される気相作業流体の所望の凝縮温度をもたらす所定の圧力に圧縮されなければならない。圧力センサによって測定される圧力は、制御ループ（図示せず）内で、コンプレッサ３０を駆動する電気モータに送られて、回路部分１３内で圧縮される気相作業流体の所定の圧力をもたらすコンプレッサ３０の圧縮比を設定するよう、電気モータ及びコンプレッサの回転速度を制御する。
【００３８】
図示の実施態様において、膨張させられたた二相作業流体ストリーム１５は、第３の熱交換器６０に送られ、作業流体は第３の熱交換器６０内で凝縮させられて、回路部分１６内で実質的に単相作業流体ストリームをもたらす。第３の熱交換器６０内で、熱は二相作業流体ストリーム１５から他の第２の媒体に放出され、他の第２の媒体は、開示の実施態様では製造水(production  water)である。製造水ストリーム６１が、作業流体の凝縮を可能にするために水及びアンモニアである作業流体の第１及び第２の成分の両方の沸点よりも十分に下である、約２５℃の温度で熱交換器６０に入る。約６０℃の温度を有する製造水ストリーム６２が第３の熱交換器６０から出る。熱交換器６０から出る製造水ストリーム６２の実際の温度は、第３の熱交換器の設計によって並びに作業流体ストリーム及び製造水ストリームの流れ状態によって決定される。製造水を洗浄、クリーニング及び加熱のために用い得る。熱交換器後の作業流体の温度も、約６０℃のオーダにある。
【００３９】
（実質的に）単相の作業流体ストリーム１６は、送りポンプ７０によって回路部分１１に向かってポンピングされ、それは回路部分１１で（実質的に）単相の作業流体ストリーム１１として第１の熱交換器２０に提示される。ポンプ７０は、図示の実施態様において作業流体の圧力を殆ど増大させない。この時点で、サイクルは繰り返され、既述のように継続する。そのサイクル内で、液相を気相に部分的に気化させるために、熱が回収され、第１の熱交換器２０内の製造プロセスに由来する第１の媒体ストリーム２１から作業流体ストリーム１１に移転される。結果として得られる二相作業流体ストリーム１２は、コンプレッサ３０内の相当な圧力によって改良され(upgraded)、高い凝縮温度を有する圧力で作業流体ストリーム１３をもたらす。高温作業流体ストリーム１３内に含められる熱を製造プロセスにおいて極めて効率的に利用することができ、その実施例は開示の実施態様において与えられる。
【００４０】
図２は、図１に示す実施態様の変形を示している。実際には、２つの変形が図２の実施態様において実現されている。第１の変形では、バイパスサイクル１１０が提供される。作業流体ストリーム１６からのバイパス作業流体ストリーム１１１がセパレータ１２０に送られて、液相作業流体から気相作業流体を分離する。液相作業流体は回路部分１１に進み、気相作業流体ストリーム１１２がセパレータ１２０を通り、空冷凝縮器１３０に至り、作業流体は空冷凝縮器１３０内で熱を大気に放出する。図２に示すように、凝縮させられた気相作業流体ストリーム１１３が再び作業流体ストリーム１６と合流する。バイパスサイクル１１０は、第３の熱交換器６０内で作業流体の凝縮をもたらすために十分な製造水が利用可能でないときに必要とされることがある。高温製造水の必要は非連続的であり、作業流体を（実質的に）単相の作業流体ストリーム１１に凝縮させる代替を必要とする。
【００４１】
第２の変形では、補助回路２１０が熱交換器２２０を介して主回路１０に接続される。部分的に凝縮させられたフライガス(frying  gasses)及び第１の熱交換器２０からの蒸気の第１の媒体ストリーム２２は補助熱交換器２２０に導かれ、熱は補助熱交換器２２０内で補助回路２１０内の補助作業流体に更に放出される。補助作業流体は冷媒であり、冷媒は補助回路部分２１１内で加圧される。補助熱交換器２２０内で放出される熱は、加圧された冷媒を飽和させる。加圧された冷媒ストリーム２１２は、補助エクスパンダ２３０に送られて、冷媒ストリームの圧力を減少させ且つ補助コンプレッサ２３０にパワーを放出する。結果として得られる二相冷媒ストリーム２１３はセパレータ２４０に導かれ、冷媒ストリームを補助回路部分２１４．１内の液相冷媒ストリームと気相冷媒ストリーム２１４．２とに分離する。気相冷媒ストリーム２１４．２は空冷凝縮器２５０に送られ、気相冷媒ストリームを凝縮させて液相冷媒ストリーム２１４．３にする。液相冷媒ストリーム２１４は補助媒体ポンプ２７０によって所要の飽和圧力まで汲み上げられ、冷媒ループを補助熱交換器２２０に向かって閉じる。
【００４２】
補助エクスパンダ２３０によって回収されるパワーは、補助エクスパンダ２３０をコンプレッサ３０のドライブトレーンに接続することによって、主回路１０内のコンプレッサ３０を駆動するのを支援するためにも用いられる。エクスパンダ５０及び２３０によって回収されるパワーは、コンプレッサ３０を駆動するのを支援するために用いられ、熱交換器２０，４０，６０，２２０内の熱回収は、全プロセスのエネルギ効率を劇的に向上させる。
【００４３】
水蒸気を含み且つ主に空気を含む第１の媒体ストリーム２１は、２つの後続の熱交換器２０及び２２０内で二相ストリーム２３に凝縮させられ、二相ストリーム２３は、セパレータ２８０に送られて、空気ストリーム２６及び水ストリーム２５をもたらす。水ストリーム２５は追加的な濾過（図示せず）の後に製造水として利用可能にさせられてよく、それは資源（リソース）に対する要求を更に減少させる。
【００４４】
図３は、主回路１０が図１の実施態様と概ね同一である他の実施態様を示している。図３の実施態様の主回路１０は、主回路内にエクスパンダを有さない。補助回路３１０が熱交換器６０を通じて主回路１０に接続されている。補助回路３１０は、主回路１０内の作業流体よりも低い沸点及び凝縮温度を有する水及びアンモニアの混合物である作業流体を含む。図３の実施態様において、補助回路３１０の作業流体は、約５０％のアンモニアと約５０％の水を含む。しかしながら、用途に応じて、両方の成分は如何なる比率において混合されてもよい。
【００４５】
第３の熱交換器６０内で、熱は主回路１０の作業流体から補助回路３１０の補助作業流体に移転される。補助作業流体は、熱交換器６０で約７１バールの圧力にあり、熱交換器の後に、補助作業流体の温度は約１７０℃である。引き続き、補助作業流体はエクスパンダ３２０に送られて、補助作業流体の圧力及び温度を約３．５バール及び６７℃にそれぞれ減少させ、補助作業流体の膨張からパワーを回収する。膨張後、作業流体は空冷凝縮器に送られて、温度を約３０℃に更に減少させる。次に、ポンプ３４０が作業流体の圧力を約３１℃への僅かな温度上昇で約７１バールまで増大させ、然る後、補助回路のサイクルが再び繰り返される。図３の実施態様において、補助回路３１０内のパワー回収は、図１の実施態様におけるパワー回収よりも効率的である。
【００４６】
図３の実施態様における熱交換器６０の後の主回路１０内の作業流体は、約３４℃の温度及び約１２バールの圧力を有する。圧力は膨張弁８０によって更に約１バールまで減少させられて、それぞれ約３４℃及び１バールの温度及び圧力にある作業流体を熱交換器２２０に送り、然る後、主回路のサイクルは再び繰り返される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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