JP2012163093A - 有機ランキンサイクル及び吸着チラーサイクルに統合されたランキンサイクル - Google Patents

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Abstract

【課題】発電システムを提供する。
【解決手段】このシステムは、加熱器、膨張機、熱交換器、復熱器、凝縮器、ポンプ、及び第１作動流体を有する第１ランキンサイクル第１作動流体循環ループに、ａ）加熱器、膨張機、凝縮器、ポンプ、及び有機流体を含む第２作動流体を有する第２ランキンサイクル第２作動流体循環ループと、ｂ）蒸発器、吸着器、ポンプ、脱着器、凝縮器、及び冷媒を含む第３作動流体を有する第３作動流体循環ループを含む吸着チラーサイクルと、を統合して成る。一実施形態において、第１作動流体はＣＯ2を含む。一実施形態においては、第１作動流体はヘリウム、空気、又は窒素を含む。
【選択図】図２

Description

本明細書に記載のシステム及び技術は、熱を利用した発電に関する実施形態を含む。特に、これらのシステム及び技術は、有機ランキンサイクル及び吸着チラーサイクルに統合されたランキンサイクルを利用した発電システムに関する。本発明は更に、発電システムの効率を高めるための、廃熱の利用に関する実施形態を含む。
二酸化炭素（ＣＯ2）、ヘリウム、空気、又は窒素等の作動流体を用いる不活性ガス閉ループ発電サイクルの性能は、作動流体を膨張後に冷却するために用いる冷媒の貯留温度の影響を受け易いことがある。大気をサイクル吸熱源として用いる場合は、季節的な温度変動がサイクルポンプ又は圧縮機の所要電力に、ひいてはサイクル全体の正味出力に多大な影響を及ぼすことがある。
米国特許第７４２８８１６号
これらの問題に鑑みて、当該技術分野においては、作動流体を冷却及び凝縮する新規なプロセスが望まれる。こうした新規なプロセスは更に、経済的に実施可能であり、且つその他の発電システムと両立可能であるべきである。
一実施形態において、発電システムを提供する。このシステムは、加熱器、膨脹機、熱交換器、復熱器、凝縮器、ポンプ、及びＣＯ2を含む第１作動流体を有する第１ランキンサイクル第１作動流体循環ループに、ａ）加熱器、膨脹機、凝縮器、ポンプ、及び有機流体を含む第２作動流体を有する第２ランキンサイクル第２作動流体循環ループと、ｂ）蒸発器、吸着器、ポンプ、脱着器、凝縮器、及び冷媒を含む第３作動流体を有する第３作動流体循環ループを含む吸着チラーサイクルとを統合して成る。
別の実施形態において、発電システムを提供する。このシステムは、加熱器、膨脹機、熱交換器、復熱器、凝縮器、ポンプと、ヘリウム、窒素、又は空気を含む第１作動流体とを有するランキンサイクル第１作動流体循環ループを含む第１ループに、ａ）加熱器、膨張機、凝縮器、ポンプ、及び有機流体を含む第２作動流体を有するランキンサイクル第２作動流体循環ループを含む第２ループと、ｂ）蒸発器、吸着器、ポンプ、脱着器、凝縮器、及び冷媒を含む第３作動流体を有する第３作動流体循環ループを含む吸着チラーサイクルを含む第３ループとを統合して成る。
また別の実施形態において、発電システムを提供する。このシステムは、二酸化炭素廃熱回収ランキンサイクルを含む第１ループに、ａ）有機ランキンサイクルを含む第２ループと、ｂ）吸着チラーサイクルを含む第３ループとを統合して成る。第１ループは、液体ＣＯ2流を含む第１作動流体を受け取って加熱済みＣＯ2流を生成するように構成された加熱器と、加熱済みＣＯ2流を受け取って膨張済みＣＯ2流を生成する膨張機と、膨脹済みＣＯ2流を受け取って冷却済みＣＯ2流を生成するように構成された熱交換器と、冷却済みＣＯ2流を受け取って更に低温のＣＯ2流を生成するように構成された復熱器と、この更に低温のＣＯ2流を受け取って更に一層低温のＣＯ2流を生成するように構成された凝縮器と、この更に一層低温のＣＯ2流を受け取るように構成されたポンプとを含む。復熱器は、ポンプから液体ＣＯ2流を受け取って加熱済み液体ＣＯ2流を生成可能であり、復熱器はまた、加熱済み液体ＣＯ2流を加熱器に返送可能である。第２ループは、第２作動流体流を受け取って加熱済み第２作動流体流を生成するように構成された加熱器と、加熱済み第２作動流体流を受け取って膨張済み第２作動流体流を生成するように構成された膨張機と、膨脹済み第２作動流体流を受け取って冷却済み第２作動流体流を生成するように構成された凝縮器と、冷却済み第２作動流体流を受け取るように構成されたポンプとを含む。ポンプは、冷却済み第２作動流体流を加熱器に返送可能である。第２ループの加熱器は、第１ループの熱交換器から熱を受け取るように構成される。第１ループの凝縮器及び第２ループの凝縮器は、吸着チラーサイクルに熱を伝えるように構成される。吸着チラーサイクルは、受け取った熱の一部分を周囲環境に伝えるように構成される。
また別の実施形態において、発電方法を提供する。この方法は、二酸化炭素廃熱回収ランキンサイクルを含む第１ループを設けるステップと、有機ランキンサイクルを含む第２ループを設けるステップと、吸着チラーサイクルを含む第３ループを設けるステップとを含む。第１ループは、第２ループ及び第３ループと統合される。第１ループは、液体ＣＯ2を含む第１作動流体を受け取って加熱済みＣＯ2を生成する加熱器と、加熱済みＣＯ2を受け取って膨張済みＣＯ2を生成する膨張機と、膨脹済みＣＯ2を受け取って冷却済みＣＯ2流を生成する熱交換器と、冷却済みＣＯ2流を受け取って更に低温のＣＯ2流を生成する復熱器と、この更に低温のＣＯ2流を受け取って液体ＣＯ2流を生成する凝縮器と、液体ＣＯ2流を受け取るポンプとを含む。復熱器は、液体ＣＯ2流をポンプから受け取って加熱済みＣＯ2流を生成可能である。復熱器はまた、加熱済みＣＯ2流を加熱器に返送可能である。第２ループは、第２作動流体流を受け取って加熱済み第２作動流体流を生成する加熱器と、加熱済み第２作動流体流を受け取って膨張済み第２作動流体流を生成する膨張機と、膨脹済み第２作動流体流を受け取って冷却済み第２作動流体流を生成する凝縮器と、冷却済み第２作動流体流を受け取るポンプとを含む。ポンプは、冷却済み第２作動流体流を加熱器に返送可能である。第２ループの加熱器は、第１ループの熱交換器から熱を受け取る。第１ループの凝縮器及び第２ループの凝縮器は、熱を吸着チラーサイクルに伝えるように構成される。吸着チラーサイクルは、受け取った熱の一部分を周囲環境に伝えるように構成される。
添付図面を参照しながら下記の詳細な説明を読むと、これら及びその他の本発明の特徴、態様、及び利点の理解が深まるであろう。
従来技術において周知の発電システムのブロック流れ図である。 本発明の実施形態に従った発電システムのブロック流れ図である。
本明細書及び特許請求の範囲を通じて本願に使用する近似表現は、関連する基本的機能を変化させることなく変動可能な、任意の数量表現を修飾するべく適用される。「約」等の表現で修飾される値は、明記した厳密な値に限定されることはない。場合によっては、その近似表現が、その値を計測する機器の精度に対応することがある。同様に、「〜がない」という表現を或る表現と組み合わせて使用することがあるが、これに修飾される表現が示すものを含まないことも考えられるが、ごく僅かな数又は微量を含むこともある。
本明細書において、「〜であり得る」「〜よい」という表現は、或る一連の状況下や、特定の特性、性質、又は機能の保持によって生じ得る可能性を示す。これらの表現は更に、修飾する動詞に関して１つ以上の能力、性能、又は可能性を表現することにより、別の動詞を修飾することがある。したがって、「〜であり得る」「〜よい」の使用は、状況によっては修飾された用語が、示した能力、機能、又は用法において適切、可能、又は適当ではない可能性も踏まえつつ、これに修飾された用語が明らかに、示した能力、機能、又は用法において適切、可能、又は適当であることを示す。例えば、或る状況において期待できる事象又は能力が、別の状況では生じ得ないことがあり、その違いが「〜であり得る」「〜よい」という表現によって捉えられている。
以下、本発明の１つ以上の具体的な実施例について記述する。これらの実施例を簡潔に提示するために、本明細書では実際の実施例における特徴の全てを記載することはない。いかなる実際の実施例の開発においても、いかなる工学的又は設計上の計画においても、実施例ごとに異なるシステム上及びビジネス上の制約に合わせるといった、開発者の特定の目的を達成するために多くの選択が必要であることを理解されたい。また、このような開発努力は、煩雑で時間がかかるものとなり得るが、本開示による利益を享受する当業者にとっては、日常的な設計、製作、製造上の仕事であることも理解されたい。
本発明の様々な実施形態の要素を紹介するにあたり、単数名詞は、その要素が１つ以上あることを意味する。「備える」「含む」「有する」といった表現は、包括的なものであり、列挙した要素以外にも追加の要素がある可能性を意味する。また、本明細書において、「第１」「第２」等の表現は、いかなる順序、分量、又は重要性も示すことはなく、或る要素をその他の要素と区別するために用いられる。
本明細書に記載の本発明の実施形態は、従来技術の上記の欠点に対処するものである。これらの実施形態は、発電システムを改良するという利点を有する。本明細書に開示の発電システムは、熱源に直接さらされる、吸着チラーサイクルを含む第３ループに熱を放出する第１ループ（第１動力生成要素）を含む。有機ランキンサイクル（ＯＲＣ、第２動力生成要素）を含む第２ループは、第１ループと第３ループとの間に配置されており、第２ループが第１ループから廃熱を受け取って第３ループに廃熱を放出しながら追加の電力を生成するように構成される。
本明細書で用いる場合、「廃熱」という表現は、或るプロセスにおいて燃料の燃焼又は化学反応により生成される熱を指し、この熱はその後、環境中に「廃棄」され、有用性及び経済性を目的として再利用されることはない。重要なのは熱の量ではなく、その「価値」である。利用されなかった熱を回収する機構は、廃熱ガスの温度とその機構の経済性に依存する。大量の高温煙道ガスが、ボイラ、窯、オーブン、及び炉から発生する。廃熱の一部でも回収することができれば、かなりの量の一次燃料を節約できる。廃ガスとなって失われるエネルギーを完全に回収することはできないかもしれないが、損失を最小限に抑えるために持続的な取り組みが行われている。
図１に示すように、従来技術で周知の発電システム１００は、一重膨張復熱式二酸化炭素廃熱回収サイクルの一例である第１のループ１３１に、吸着チラーサイクルである第２ループ１２８とを統合して成る。
廃熱回収ボイラ等の加熱器１１２は、第１作動流体流１１０を受け取って加熱済み第１作動流体流１１６を生成するように構成される。加熱器１１２は、排ガス等の外部熱源１１４を用いて加熱される。作動流体流１１０は、加熱器１１２に流入する際の初期温度を有する。一実施形態において、作動流体流１１０の初期温度は約６０°Ｃ〜約１２０°Ｃの範囲内であり、作動流体流１１６の温度は約４００°Ｃ〜約６００°Ｃの範囲内である。膨張機１１８は、作動流体流１１６を受け取って膨張済み第１作動流体流１２０を生成するように構成される。作動流体流１２０の温度は作動流体流１１６の温度よりも低く、作動流体流１１０より高い。一実施形態において、作動流体流１２０の温度は約２００°Ｃ〜約４００°Ｃの範囲内である。膨張機１１８は、作動流体の運動エネルギーを、発電に使用可能な機械エネルギーに変換する。熱交換器１２２は、作動流体流１２０を受け取って冷却済み第１作動流体流１２６を生成するように構成される。一実施形態において、作動流体流１２６は、約１５０°Ｃ〜約３００°Ｃの範囲内の温度を有する。熱交換器１２２は、膨脹済み第１作動流体流１２０の熱１２４を、吸着チラーサイクル１２８に伝達するように構成される。熱１２４は、作動流体流１２０が冷却されて作動流体流１２６になる際に熱交換器１２２内に残る熱である。作動流体流１２６は、作動流体流１２０よりも低く、作動流体流１１０よりも高い温度を有する。
復熱器１３０は、作動流体流１２６を受け取って更に低温の第１作動流体流１３２を生成するように構成される。一実施形態において、作動流体流１３２の温度は、約３０°Ｃ〜約５０°Ｃの範囲内である。凝縮器１３４は、作動流体流１３２を受け取って更に低温の流体流１４０を生成するように構成される。一実施形態において、流体流１４０の温度は約２０°Ｃ〜約３０°Ｃの範囲内である。吸着チラーサイクル１２８は、凝縮器１３４から凝縮熱１３６（作動流体流１３２が冷却されて流体流１４０になる際に凝縮器内に残る熱）を受け取るように構成される。吸着チラーサイクル１２８は、熱１３６を利用して冷媒を気化させることにより凝縮器１３４を冷却する。この冷媒（図示せず）は、吸着チラーサイクル１２８の作動流体である。吸着チラーサイクル１２８は、廃熱１３８を周囲環境に放出するように構成される。ポンプ１４２は、冷却済み第１作動流体１４０を受け取って加圧済み第１作動流体１４４を生成するように構成される。一実施形態において、作動流体流１４４の圧力は、約２００バール〜約３５０バールの範囲内である。復熱器１３０は、加圧済み第１作動流体１４４を受け取って第１作動流体１１０を生成するように構成されるとともに、この第１作動流体１１０を加熱器１１２に返送可能であり、これにより、第１ループ１３１が完結する。
凝縮器は、通常は物質を冷却することにより、その物質を気体の状態から液体の状態に凝縮するために用いられる装置又は機構である。本明細書に記載のランキンサイクルの凝縮器は、第１作動流体、例えば二酸化炭素を液体二酸化炭素に凝縮するために用いられる。その際に、結果的に熱が二酸化炭素から放出され、凝縮器内において二酸化炭素を冷却するために用いられる冷媒に伝達される。凝縮器内において二酸化炭素を冷却するために用いられる冷媒は、吸着チラーサイクルの作動流体である。この冷媒は、凝縮器内で冷却される二酸化炭素から潜熱を吸着し、気化する。このため、上述したように、ランキンサイクルの凝縮器は吸着チラーサイクルの蒸発器としても機能する。
本明細書で用いる場合、「ランキンサイクル」とは、熱を仕事に変換するサイクルである。熱は、通常的に水を使用する閉ループに外部から供給される。世界中で使用される電力の殆どがこのサイクルによって生成されている。通常、ランキンサイクルには４つのプロセスがある。第１ステップにおいて、作動流体がポンプにより低圧から高圧に加圧される。この段階では作動流体は液状であり、ポンプは入力エネルギーを殆ど必要としない。第２ステップにおいて、高圧の液体がボイラに流入し、一定の圧力で外部熱源により加熱され、蒸気になる。第３ステップにおいて、蒸気がタービンを通って膨張し、動力が生成される。これにより蒸気の温度と圧力とが低下する。第４ステップにおいて、蒸気が次に凝縮器に流入し、一定の圧力で凝縮され、飽和液体となる。その後、このプロセスが第１ステップから再び開始される。
復熱器は一般に、熱を際利用するために閉鎖プロセスにおいて同様の流体流から熱を回収又は再生する役割を果たす向流式エネルギー回収熱交換器である。復熱器は、例えば化学産業及びプロセス産業において、何らかの流体を用いるランキンサイクルを含む様々な熱力学サイクル及び吸着チラーサイクルで用いられる。適当な種類の復熱器として、シェルアンドチューブ式の熱交換器やプレート式熱交換器が含まれる。
脱着器が、冷媒を熱劣化させることなく溶液から取り除くために用いられる。使用可能な適当な種類の脱着器として、精留塔に結合されたシェルアンドチューブ式の熱交換器やリボイラが含まれる。
凝縮器は、蒸気を凝縮して液体にするために用いられる熱伝達装置又はユニットである。一実施形態において、使用される凝縮器としてシェルアンドチューブ式の熱交換器が含まれる。
当業者には、本明細書に記載の復熱器、凝縮器、及び脱着器として、適当な目的のために使用可能な熱交換器を含み得ることが理解されよう。様々な実施形態において、加熱器、凝縮器、膨張機、復熱器等の個数とサイクルで用いる様々な流体流の温度及び圧力は、システムに求められる電力要件とシステムが動作する環境とによって定まる。
図２を参照しながら、発電システムの一実施形態を示す。このシステムは、加熱器２１２、膨張機２１８、熱交換器２２２、復熱器２３０、凝縮器２３４、ポンプ２４２、及びＣＯ2を含む第１作動流体２１０を有する第１ランキンサイクル第１作動流体循環ループ２３１に、ａ）加熱器２４６、膨張機２５２、凝縮器２５６、ポンプ２６０、及び有機流体を含む第２作動流体２４８を有する第２ランキンサイクル第２作動流体循環ループ２４５と、ｂ）蒸発器、吸着器、ポンプ、脱着器、凝縮器、及び冷媒を含む第３作動流体を有する第３作動流体循環ループ（図示せず）を含む吸着チラーサイクル２２８とを統合して成る。
一実施形態において、第２作動流体は有機流体を含む。有機流体の適当な例として、シクロヘキサン、トルエン、及びエタノールが含まれる。
第３作動流体として使用可能な冷媒の適当な例として、水又はアンモニアが含まれる。一実施形態において、吸着チラーサイクル２２８の吸着器は、冷媒と溶剤との溶液を含む。冷媒は、通常は水又はアンモニアである。溶剤は、アンモニアに対して水、又は臭化リチウム水溶液のいずれかである。
再び図２を参照して、発電システムの別の実施形態を示す。このシステムは、加熱器２１２、膨張機２１８、熱交換器２２２、復熱器２３０、凝縮器２３４、ポンプ２４２と、ヘリウム、窒素、及び空気を含む第１作動流体２１０とを有する第１ランキンサイクル第１作動流体循環ループ２３１に、ａ）加熱器２４６、膨張機２５２、凝縮器２５６、ポンプ２６０、及び有機流体を含む第２作動流体２４８を有する第２ランキンサイクル第２作動流体循環ループ２４５と、ｂ）蒸発器、吸着器、ポンプ、脱着器、凝縮器、及び冷媒を含む第３作動流体を有する第３作動流体循環ループ（図示せず）を含む吸着チラーサイクル２２８とを統合して成る。一実施形態において、第１作動流体は窒素である。別の実施形態では、第１作動流体は空気である。また別の実施形態では、第１作動流体はヘリウムである。
再び図２を参照して、本発明の実施形態に従った発電システムの一実施形態２００を示す。このシステム２００は、一重膨張復熱式二酸化炭素廃熱回収サイクルの一例である第１ループ２３１と、有機ランキンサイクルであり得る第２ループ２４５と、吸着チラーサイクルであり得る第３ループ２２８とを統合して成る。
廃熱回収ボイラ等の加熱器２１２は、第１作動流体流２１０を受け取って加熱済み第１作動流体流２１６を生成するように構成される。一実施形態において、第１作動流体流は二酸化炭素である。一実施形態においては、第１作動流体流はヘリウム、窒素、又は空気を含む。一実施形態では、燃焼タービンの排ガス等の外部熱源２１４を用いて加熱器２１２を加熱する。作動流体流２１０は、加熱器２１２に流入する際の初期温度を有する。一実施形態において、作動流体流２１０の初期温度は、約６０°Ｃ〜約１２０°Ｃの範囲内である。一実施形態において、作動流体流２１６は約４００°Ｃ〜約６００°Ｃの範囲内の温度である。膨張機２１８は、作動流体流２１６を受け取って膨張済み第１作動流体流２２０を生成するように構成される。作動流体流２２０の温度は作動流体流２１６の温度よりも低く、作動流体流２１０よりも高い。一実施形態において、作動流体流２２０は約２００°Ｃ〜約４００°Ｃの範囲内の温度である。膨張機２１８は、第１作動流体の運動エネルギーを、発電に使用可能な機械エネルギーに変換する。熱交換器２２２は、作動流体流２２０を受け取って冷却済み第１作動流体流２２６を生成するように構成される。一実施形態において、作動流体流２２６は約１５０°Ｃ〜約３００°Ｃの範囲内の温度を有する。熱交換器２２２は更に、熱２２４を加熱器２４６に伝達するように構成される。熱２２４は、作動流体流２２０が冷却されて作動流体流２２６になる際に、熱交換器２２２内に残る熱である。作動流体流２２６は、作動流体流２２０よりも低いが作動流体流２１０よりも高い温度を有する。
復熱器２３０は、作動流体流２２６を受け取って更に低温の第１作動流体流２３２を生成するように構成される。一実施形態において、作動流体流２３２は約３０°Ｃ〜約５０°Ｃの範囲内の温度である。凝縮器２３４は、作動流体流２３２を受け取って更に低温の第１作動流体流２４０を生成するように構成される。一実施形態において、流体流２４０の温度は、約２０°Ｃ〜約３０°Ｃの範囲内である。ポンプ２４２は、作動流体流２４０を受け取って加圧済み第１作動流体２４４を生成するように構成される。一実施形態において、作動流体流２４４は、約２００バール〜約３５０バールの範囲内の圧力を有する。復熱器２３０は更に、作動流体２４４を受け取って加熱済み第１作動流体２１０を生成するように構成される。上述したように、復熱器２３０は、作動流体流２１０を加熱器２１２に返送可能であり、これによって第１ループ２３１が完結する。
加熱器２４６は、有機ランキンサイクルを形成する第２ループ２４５の一部分を構成する。加熱器２４６は、第１ループ２３１の熱交換器２２２から熱２２４を受け取るように構成される。加熱器２４６は更に、第２作動流体２４８、例えばエタノール、シクロヘキサン、又はトルエンといった有機流体を受け取って加熱済み第２作動流体流２５０を生成するように構成される。一実施形態において、作動流体流２４８は、約１００°Ｃ〜約２００°Ｃの範囲内の温度である。一実施形態では、作動流体流２５０は、約２００°Ｃ〜約３００°Ｃの範囲内の温度を有する。膨張機２５２は、作動流体流２５０を受け取って膨張済み第２作動流体流２５４を生成するように構成される。上述したように、膨張機２５２は、第２の作動流体、例えばエタノールの運動エネルギーを、発電に使用可能な機械エネルギーに変換する。一実施形態において、作動流体流２５４の温度は、約１００°Ｃ〜約２００°Ｃの範囲内である。凝縮器２５６は、作動流体流２５４を受け取って冷却済み第２作動流体流２５８を生成するように構成される。一実施形態において、作動流体流２５８は、約１００°Ｃ〜約２００°Ｃの範囲内の温度である。ポンプ２６０は、作動流体流２５８を受け取って加圧済み第２作動流体流２４８を生成するように構成される。ポンプ２６０は、作動流体流２４８を加熱器２４６に返送するように構成されており、これによって第２ループ２４５が完結する。
凝縮器２３４は更に、熱２３６を吸着チラー２２８に伝達するように構成される。凝縮器２５６も、熱２６２を自身から吸着チラーサイクル２２８に伝えるように構成される。熱２３６及び熱２６２は、それぞれ流体流２３２及び２５４が冷却されて冷却済み流体流２４０及び２５８になる際に、それぞれ凝縮器２３４及び２５６内に残る熱である。吸着チラーサイクル２２８は、熱２３６、２６２を利用して、凝縮器２３４、２５６を冷却するために用いられる冷媒（図示せず）を生成するように構成される。吸着チラーサイクル２２８は更に、周囲温度に近い（即ち約２０°Ｃ〜約３０°Ｃの範囲内の温度の）廃熱２３８（冷媒の蒸発後に吸着チラーサイクル２２８内に残る）を周囲環境に伝達するように構成される。
一実施形態において、発電方法を提供する。再び図２を参照して、本発明の実施形態に従った発電方法２００を示す。この方法は、一重膨脹復熱式二酸化炭素廃熱回収サイクルの一例である第１ループ２３１に、有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）であり得る第２ループ２４５と、吸着チラーサイクルであり得る第３ループ２２８とを統合して成る。
第１ループ２３１は、第１作動流体流２１０を受け取って加熱済み第１作動流体２１４を生成する加熱器２１２を含む。加熱器２１２は、廃熱回収ボイラを含む。加熱器２１２は、燃焼タービンの排ガス等の外部熱源２１４を用いて加熱される。一実施形態において、第１作動流体は二酸化炭素である。別の実施形態では、第１作動流体はヘリウム、窒素、又は空気を含む。一実施形態において、作動流体流２１０は約６０°Ｃ〜約１２０°Ｃの温度である。一実施形態において、作動流体流２１６は、約４００°Ｃ〜約５００°Ｃの範囲内の温度である。作動流体流２１６を受け取って膨張済み第１作動流体２２０を生成する、膨張機２１８を設ける。膨張機２１８は、作動流体の運動エネルギーを、発電に使用可能な機械エネルギーに変換する。一実施形態において、作動流体２２０は、約２００°Ｃ〜約４００°の範囲内の温度である。作動流体流２２０を受け取って冷却済み第１作動流体２２６を生成する、熱交換器２２２を設ける。一実施形態において、作動流体流２２６は、約１５０°Ｃ〜約３００°Ｃの範囲内の温度である。熱交換器２２２は更に、第３ループ２４５の一部分を構成する加熱器２４６に熱２２５を伝達するように構成される。熱２２４は、作動流体流２２０が冷却されて作動流体流２２６になる際に熱交換器２２２内に残る熱である。作動流体流２２６は、作動流体流２２０よりも低いが作動流体流２１０よりも高い温度を有する。
作動流体流２２６を受け取って更に低温の第１作動流体流２３２を生成する、復熱器２３０を設ける。一実施形態において、作動流体流２３２は、約３０°Ｃ〜約６０°Ｃの範囲内の温度である。作動流体流２３２を受け取って更に低温の第１作動流体流２４０を生成する、凝縮器を設ける。一実施形態において、作動流体流２４０は、約２０°Ｃ〜約３０°Ｃの範囲内の温度である。
作動流体流２４０を受け取って加圧済み第１作動流体流２４４を生成する、ポンプ２４２を設ける。一実施形態において、作動流体流２４４は、約２００バール〜約３５０バールの範囲内の圧力を有する。復熱器２３０は、作動流体流２４４を受け取って加熱済み第１作動流体流２１０を生成する。復熱器２３０は、作動流体流２１０を加熱器２１２に返送可能であり、これによって第１ループ２３１が完結する。
加熱器２４６を設けて、第２作動流体流２４８、例えばエタノール等の有機流体を受け取って加熱済み第２作動流体流２５０を生成する。一実施形態において、この第２作動流体流は、約１００°Ｃ〜約２００°Ｃの範囲内の温度である。一実施形態において、作動流体流２５０は、約２００°Ｃ〜約３００°Ｃの範囲内の温度である。作動流体流２５０を受け取って膨張済み第２作動流体２５４を生成する、膨張機２５２を設ける。上述したように、膨張機は、第２作動流体、例えばプロパンの運動エネルギーを、発電に使用可能な機械エネルギーに変換する。一実施形態において、作動流体流２５４は、約１００°Ｃ〜約２００°Ｃの範囲内の温度である。作動流体流２５４を受け取って冷却済み第２作動流体流２５８を生成する、凝縮器２５６を設ける。一実施形態において、作動流体流２５８は、約１００°Ｃ〜約２００°Ｃの範囲内の温度である。作動流体流２５８を受け取って第２作動流体２４８を生成するポンプ２６０を設ける。この第２作動流体が加熱器２４６に再びポンプ送りされて、ループ２４５が完結する。
上述したように、凝縮器２３４の熱２３６は、吸着チラーサイクル２２８に伝達され、凝縮器２５６の熱２５６も、吸着チラーサイクル２２８に伝達される。吸着チラーサイクル２２８は、熱２３６及び２６２を利用して気化冷媒（図示せず）を発生させる。この気化冷媒を利用して凝縮器２３４が冷却される。吸着チラーサイクル２２８の、周囲温度に近い（即ち約２０°Ｃ〜約３０°Ｃの範囲内の温度の）廃熱２３８は、周囲環境に放出される。
本明細書に開示するあらゆる範囲にはその端点が含まれており、これらの端点は、相互に組み合わせ可能である。本明細書において、「第１」「第２」等の表現は、いかなる順序、分量、又は重要性も示すことはなく、或る要素をその他の要素と区別するために用いられる。本発明を記述する文脈上（特に添付の特許請求の範囲において）、単数名詞及び同様の記載は、本明細書で別途記載するか文脈上矛盾しない限り、単数形及び複数形両方の両方を包含するものと解釈されたい。
幾つかの実施形態に関してのみ本発明を詳説したが、明らかなように、本発明がこれらの開示の実施形態に限定されることはない。むしろ、本発明を修正して、上記しなかった変形、改変、置換、又は等価の措置を幾つ組み込んでも、本発明の概念及び範囲に含まれる。また、本発明の様々な実施形態について記述したが、本発明の態様には、記述した実施形態の一部を含むのみでもよいことを理解されたい。したがって、本発明は、上記の説明によって限定されず、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるとみなされるべきである。
１００ 発電システム
１１０ 第１作動流体流
１１２ 加熱器
１１４ 外部熱源
１１６ 作動流体流
１１８ 膨張機
１２０ 流体流
１２２ 熱交換器
１２４ 熱
１２６ 熱
１２８ チラーサイクル
１３０ 復熱器
１３１ 第１ループ
１３２ 流体流
１３４ 凝縮器
１３８ 廃熱
１４０ 作動流体
１４２ ポンプ
１４４ 加圧済み作動流体流
２００ 発電システム
２１０ 第１作動流体流
２１２ 加熱器
２１４ 外部熱源
２１６ 第１作動流体流
２１８ 膨張機
２２０ 流体流
２２２ 熱交換器
２２４ 熱
２２６ 作動流体流
２２８ 吸着チラーサイクル
２３０ 復熱器
２３１ 第１循環ループ
２３２ 第１作動流体流
２３４ 凝縮器
２３６ 熱
２３８ 廃熱
２４０ 冷却済み作動流体流
２４２ ポンプ
２４４ 流体流
２４５ ループ
２４６ 加熱器
２４８ 作動流体
２５０ 作動流体流
２５２ 膨張機
２５４ 作動流体流
２５６ 凝縮器
２５８ 流体流
２６０ ポンプ
２６２ 熱

Claims (10)

  1. 加熱器、膨張機、熱交換器、復熱器、凝縮器、ポンプ、及びＣＯ2を含む第１作動流体を有する、第１ランキンサイクル第１作動流体循環ループに、
    ａ）加熱器、膨張機、凝縮器、ポンプ、及び有機流体を含む第２作動流体を有する第２ランキンサイクル第２作動流体循環ループと、
    ｂ）蒸発器、吸着器、ポンプ、脱着器、凝縮器、及び冷媒を含む第３作動流体を有する第３作動流体循環ループを含む吸着チラーサイクルと、
    を統合して成る発電システム。
  2. 前記冷媒は、臭化リチウム又は水を含む、請求項１に記載の発電システム。
  3. 前記吸着器は、前記冷媒と溶剤との溶液を含む、請求項１に記載の発電システム。
  4. 前記吸着器が、空気又は水を用いて冷却される、請求項１に記載の発電システム。
  5. 加熱器、膨張機、熱交換器、復熱器、凝縮器、及びポンプと、ヘリウム、窒素、又は空気を含む第１作動流体とを有するランキンサイクル第１作動流体循環ループを含む第１ループに、
    ａ）加熱器、膨張機、凝縮器、ポンプ、及び有機流体を含む第２作動流体を有するランキンサイクル第２作動流体循環ループを含む第２ループと、
    ｂ）蒸発器、吸着器、ポンプ、脱着器、凝縮器、及び冷媒を含む第３作動流体を有する第３作動流体循環ループを含む吸着チラーサイクルを含む第３ループと、
    を統合して成る発電システム。
  6. 二酸化炭素廃熱回収ランキンサイクルを含む第１ループに、
    ａ）有機ランキンサイクルを含む第２ループと、
    ｂ）吸着チラーサイクルを含む第３ループと、を統合して成る発電システムであって、
    前記第１ループが、液体ＣＯ2流を含む第１作動流体を受け取って加熱済みＣＯ2流を生成するように構成された加熱器と、前記加熱済みＣＯ2流を受け取って膨張済みＣＯ2流を生成するように構成された膨張機と、前記膨張済みＣＯ2流を受け取って冷却済みＣＯ2流を生成するように構成された熱交換器と、前記冷却済みＣＯ2流を受け取って更に低温のＣＯ2流を生成するように構成された復熱器と、前記更に低温のＣＯ2流を受け取ってより低温のＣＯ2流を生成するように構成された凝縮器と、前記より低温のＣＯ2流を受け取るように構成されたポンプとを含み、前記復熱器は、前記液体ＣＯ2流を前記ポンプから受け取って加熱済み液体ＣＯ2流を生成することが可能であり、前記復熱器は、前記加熱済み液体ＣＯ2流を前記加熱器に返送可能であり、
    前記第２ループが、第２作動流体流を受け取って加熱済み第２作動流体流を生成するように構成された加熱器と、前記加熱済み第２作動流体流を受け取って膨張済み第２作動流体流を生成するように構成された膨張機と、前記膨脹済み第２作動流体流を受け取って冷却済み第２作動流体流を生成するように構成された凝縮器と、前記冷却済み第２作動流体流を受け取るように構成されたポンプとを含み、
    前記ポンプは、前記冷却済み第２作動流体流を前記加熱器に返送可能であり、
    前記第２ループの前記加熱器は、前記第１ループの前記熱交換器から熱を受け取るように構成され、
    前記第１ループの前記凝縮器及び前記第２ループの前記凝縮器は、吸着チラーサイクルに熱を伝えるように構成され、
    前記吸着チラーサイクルは、受け取った前記熱の一部分を周囲環境に伝えるように構成される、発電システム。
  7. 前記吸着チラーサイクルが、蒸発器、吸着器、ポンプ、脱着器、凝縮器、及び冷媒を含む第３作動流体から成る、請求項６に記載の発電システム。
  8. 前記第１ループ及び前記第２ループの前記膨張機に接続されたタービンを更に含む、請求項６に記載の発電システム。
  9. 前記第２作動流体は、エタノール、シクロヘキサン、又はトルエンを含む有機流体から成る、請求項６に記載の発電システム。
  10. 二酸化炭素廃熱回収ランキンサイクルを含む第１ループを設けるステップと、
    有機ランキンサイクルを含む第２ループを設けるステップと、
    吸着チラーサイクルを含む第３ループを設けるステップと、を含む発電方法であって、
    前記第１ループは、前記第２ループ及び前記第３ループに統合され、
    前記第１ループは、液体ＣＯ2を含む第１作動流体を受け取って加熱済みＣＯ2を生成する加熱器と、前記加熱済みＣＯ2を受け取って膨張済みＣＯ2を生成する膨張機と、前記膨脹済みＣＯ2を受け取って冷却済みＣＯ2流を生成する熱交換器と、前記冷却済みＣＯ2流を受け取って更に低温のＣＯ２流を生成する復熱器と、前記更に低温のＣＯ2流を受け取って液体ＣＯ2流を生成する凝縮器と、前記液体ＣＯ2流を受け取るポンプとを含み、前記復熱器は、前記液体ＣＯ2流を前記ポンプから受け取って加熱済み液体ＣＯ2流を生成することが可能であり、前記復熱器は、前記加熱済みＣＯ2流を前記加熱器に返送可能であり、
    前記第２ループは、第２作動流体流を受け取って加熱済み第２作動流体流を生成する加熱器と、前記加熱済み第２作動流体流を受け取って膨張済み第２作動流体流を生成する膨張機と、前記膨脹済み第２作動流体流を受け取って冷却済み第２作動流体流を生成する凝縮器と、前記冷却済み第２作動流体流を受け取るポンプとを含み、前記ポンプは、前記冷却済み第２作動流体流を前記加熱器に返送可能であり、
    前記加熱器は、前記第１ループの前記熱交換器から熱を受け取り、
    前記第１ループ及び前記第２ループの前記凝縮器は、吸着チラーサイクルに熱を伝え、
    前記吸着チラーサイクルは、受け取った前記熱の一部分を周囲環境に伝える、発電方法。
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