JP2013519827A5

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Publication number: JP2013519827A5
Application number: JP2012553180A
Authority: JP
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2014-04-10
Anticipated expiration: 2031-02-17

Description

更なる実施例において、膨張機タービンは第１膨張機タービンであり且つ圧縮機タービンは第１圧縮機タービンであり、及び第１膨張機タービンは、前記第１圧縮機タービンを第１膨張機タービンに同期させて駆動するために、例えば共通の回転軸を有することにより、第１圧縮機タービンに対して機械的に接続される。

一実施例において、膨張機の出口は更なる膨張機の入口に対する膨張機流体接続を有し、及び更なる圧縮機の出口は圧縮機の入口に対する圧縮機流体接続を有する。故に、２つ以上の膨張機が直列接続され、２つ以上の圧縮機もそうである。

更なる実施例において、前記装置は、作動流体が圧縮機に進入する前に作動流体を蒸発させる更なる蒸発器を具備する。更なる蒸発器は、更なる蒸発器からの流体を圧縮機の出口からの流体に加えるために、圧縮機流体接続に対する流体接続を有する。故に、蒸発された流体は、直列接続された２つの圧縮機間に進入する。

図４におけるシステムは、２つの膨張機７、７"及び２つの圧縮機９'、９及び多数の熱交換器２２、２７、４１を備えたシステムの回りにバッファタンク２を有している。膨張機７及び圧縮機９の第１の対は、同期駆動のために第１回転軸１０'を介して接続され、及び膨張機７"及び圧縮機９'の第２の対は、同期駆動のために第２回転軸１０"を介して接続されている。膨張機７は、流体が膨張機７から更なる膨張機７"へ流れるように管体２６を介して更なる膨張機７"に接続されている。同様に、更なる圧縮機９'と圧縮機９との間には、接続管６が配備されている。

ポンプ４から、作動流体は膨張機７に供給され、その後に作動流体は、該流体が接続２８を介してバッファタンク２０に再び進入するために更なる膨張機７"、管体２４、凝縮器１３、管体３及び熱交換器４０を通過して流れる前に、管体２６及び熱交換器２７に進入する。

バッファタンク２０は液体分離器としても機能し、その場合に作動流体は、熱交換器２２及び２７における液滴に関する最小限のリスクで、流体取入部８から膨張機７に進入する。

作動流体のための別個の圧縮機サイクル部は、閉サイクルであり、膨張機サイクル部との混合接続はなされていない。圧縮機サイクル部において、流体は更なる圧縮機９'から圧縮機流体接続６を通して圧縮機９へ駆動され、その後に流体からの熱は、第１熱交換器２２内の膨張機流体へ伝達され、前記流体からの熱はバッファタンク２０内の液体に対しても熱を伝達し得る。熱交換器２２の目的は、図１における先行技術システムに関しても説明されている。熱交換器２２の後、圧縮機サイクル部における作動流体は管体２３を通ると共に、該流体は、２つの膨張機７、７"間の流体と熱的に連通している熱交換器２７内へ搬送される。圧縮機流体は接続２９を通りバッファタンクから出て、熱交換器４０、凝縮器１３ｂ、管体３１、及び熱交換器４１を通り、更なる圧縮機に流入する。

熱交換器４１は、装置の効率を最適化するために、液滴が更なる圧縮機９'に進入することを阻止する。これに加え、熱交換器４１の効果は圧縮機９からの吐出流体のより高い温度であり、これは熱交換器２２及び２７の効率を高めるものである。

図５は、圧縮機流体サイクル部において凝縮器１３ｂの後の分離器１５からの凝縮水に対して管体１２を介して接続された追加の冷却サイクル部１８ａは別として、図４とほぼ同一である。管体１２、凝縮器１８ａ、及び管体１７からの流体は分離器１５Ａにおいて蒸発して、管体１４を通り、２つの圧縮機９'、９間の圧縮機流体接続６における圧縮機流体と混合するために導かれる。追加の流体が管体２６を介して分離器内へ供給される。

図９は、膨張機７、７"が直列にではなく並列に駆動されるシステムを示している。示されたように、膨張機７は、取入れシステム８から熱交換器２２及び管体１１を通して作動流体を受容し、及び更なる膨張機７"は、取入れシステム８から、同様の管体１１'及び同様の熱交換器２２'から流体を受容する。これにより、バッファタンクにおける＋５５℃までの低温エネルギの活用に対する可能性が与えられる。膨張機７、７"からの吐出物は管体２４内で互いに連結されて、更に凝縮器１３ａにおいて凝縮する。

図１１は、バッファタンク２０への入口の前の配管３内の流体に伝達される熱交換器４０における圧縮機サイクル部からの余熱を使用したときにおける、膨張機及び圧縮機サイクル部のそれぞれに関する、凝縮器を有する圧縮機及び膨張機過程を示すＨ／ｌｏｇＰ図である。熱交換器２２及び２７の後における圧縮機９'、９からの蒸気内の残存エネルギを利用することが、熱交換器４０における凝縮器１３ａ、１３ｂからの戻り流体の加熱という結果になる。これにより、装置の効率が更に高められると共に、太陽熱パネルからの必要なエネルギ要求量が３〜４％だけ低減される。

Claims

加熱サイクル部（５、７、２４、１６、４、３）を通して流体を移動させる手段（４）と、
前記加熱サイクル部（５、７、２４、１６、４、３）における前記流体を加熱するための外部熱源（１、２）と、
膨張機ハウジングの内側の第１膨張手段に面する内側面及び反対側の外側面を有する膨張機ハウジングを備える膨張機（７）であって、流体を膨張させることにより該膨張機（７）を駆動するために、前記外部熱源（１）により加熱された気相の流体を受容する、前記加熱サイクル部（５、７、２４、１６、４、３）に接続された膨張機入口を有する膨張機（７）と、
圧縮機ハウジングの内側の第１圧縮手段に面する内側面及び反対側の外側面を有する圧縮機ハウジングを備える圧縮機（９）であって、圧縮機入口及び圧縮機出口を有し、作動流体を低圧の圧縮機入口気体から高圧の圧縮機出口気体へ圧縮するために前記膨張機（７）により駆動される圧縮機（９）と、
前記膨張機（７）からの作動流体、又は前記圧縮機（９）からの作動流体、又は両方を、熱交換器における低温の第２流体に対するエネルギ伝達により凝縮させる凝縮器（１３、１３ａ、１３ｂ）と、
前記凝縮器（１３、１３ａ、１３ｂ）からの作動流体を更なる熱交換器において第３流体（１９）からのエネルギ伝達により蒸発させて、前記第３流体（１９）における所望の冷却効果を生成するための蒸発器（１８）と、を具備する冷却用装置において、
外部熱源（１、２）は、前記膨張機（７）のハウジングの外側面に対する加熱手段の熱接触により該膨張機（７）のハウジングに対して熱を伝達すべく配備されることを特徴とする、冷却用装置。
前記外部熱源（１、２）と熱接続された液体であって、前記膨張機（７）のハウジングに対して熱を伝達するために前記膨張機（７）のハウジングの前記外側面に熱接触する液体を収容する液体バッファタンク（２０）の内側に前記膨張機（７）が配備される、請求項１に記載の装置。
前記圧縮機（９）もまた前記液体バッファタンク（２０）の内側に配備され、前記液体は前記圧縮機（９）のハウジングに対して熱を伝達するために前記圧縮機（９）のハウジングの前記外側面に熱接触する、請求項２に記載の装置。
前記膨張手段は膨張機タービンであり且つ前記圧縮手段は圧縮機タービンである、請求項２又は３に記載の装置。
前記バッファタンク内の前記液体から前記加熱サイクル部（５、７、２４、１６、４、３）内の流体へ熱を供給するために、前記バッファタンク（２０）の内側に配備された第１熱交換器（２２）であって、前記バッファタンク（２０）内の前記液体と、前記膨張機（７）の入口への流体接続（２１）とに対して熱接触する第１熱交換器（２２）を更に有する、請求項４に記載の装置。
前記第１熱交換器（２２）は、前記高圧の圧縮機（９）の出口気体からの熱を前記加熱サイクル部内の流体へ伝達するために、前記圧縮機（９）の出口に対する流体接続（２１）も有する、請求項５に記載の装置。
前記外部熱源（１）は、前記膨張機（７）の入口の上流において前記加熱サイクル部（５、７、２４、１６、４、３）内の流体を加熱するために、前記第１熱交換器（２２）に接続された電気ヒータを具備する、請求項６に記載の装置。
前記膨張機タービンは第１膨張機タービンであり且つ前記圧縮機タービンは第１圧縮機タービンであり、及び
前記第１膨張機タービンは、前記第１圧縮機タービンを前記第１膨張機タービンに同期させて駆動するために、前記第１圧縮機タービンに対して機械的に接続される、請求項４乃至７のいずれか一項に記載の装置。
該装置は、第２膨張機タービン及び第２圧縮機タービンを夫々備える更なる膨張機（７"）及び更なる圧縮機（９'）を具備し、前記各第２タービンは、前記第１膨張機タービン及び前記第１圧縮機タービンの回転から独立したそれらの互いに同期した回転のために機械的に接続され、
前記膨張機（７）の出口は前記更なる膨張機（７"）の入口に対する膨張機流体接続（２６、２７）を有し、及び前記更なる圧縮機（９'）の出口は前記圧縮機（９）の入口に対する圧縮機流体接続（６）を有する、請求項８に記載の装置。
作動流体が圧縮機（９"）に進入する前に該作動流体を蒸発させる更なる蒸発器（１８ａ）を具備する、請求項９に記載の装置であって、
前記更なる蒸発器（１８ａ）は、前記更なる蒸発器（１８ａ）からの流体を前記第１圧縮機（９'）の出口からの流体に加えるために、前記圧縮機流体接続（６）に対する流体接続（１４）を有する、請求項９に記載の装置。
前記加熱サイクル部（８、４、２２、２６、２４、１３、３、４０）は、前記燃料タンク（２０）内の液体に対する第１流体接続（８）を、前記膨張機（７）の入口の上流において前記液体タンク（２０）内の液体から作動流体を受容するために有する、請求項２乃至１０のいずれか一項に記載の装置。
前記加熱サイクル部（８、４、２２、２６、２４、１３、３、４０）は、前記膨張機（７）の出口の下流における前記液体タンク（２０）への第２流体接続（２８）であって、作動流体を前記液体タンク（２０）内の液体中へ戻し与える第２流体接続（２８）を具備し、
前記加熱サイクル部（８、４、２２、２６、２４、１３、３、４０）は、前記液体タンク（２０）の外部に更なる熱交換器（４０）を具備し、
前記熱交換器（４０）は、一方の側において、前記第２流体接続（２８）を介して前記燃料タンク（２０）に接続され、及び他方の側において、前記圧縮機（９）の出口からの作動流体から、前記加熱サイクル部（８、４、２２、２６、２４、１３、３、４０）の作動流体が前記液体タンク（２０）に再進入する前に該作動流体に対して熱を伝達するために、前記圧縮機（９）の出口に至る更なる流体接続（２９）を有する、請求項１１に記載の装置。
該装置は、前記膨張機（７）の出口からの作動流体を凝縮するための第１凝縮器（１３ａ）と、前記圧縮機（９）の出口からの作動流体を凝縮するための第２凝縮器（１３ｂ）とを含み、
前記更なる熱交換器（４０）は、前記第１凝縮器（１３ａ）の下流で且つ前記第２凝縮器（１３ｂ）の上流に配備される、請求項１２に記載の装置。
前記液体タンク（２０）に対する流体接続（１ａ、１ｂ）であって、太陽熱式加熱パネルからの加熱された液体を前記タンク（２０）に供給するための流体接続（１ａ、１ｂ）を備える太陽熱式加熱パネルを前記外部熱源（１）が具備するか、又は
前記液体タンク（２０）の内側の熱交換器（４２）であって、前記太陽熱式加熱パネルの流体から熱を前記液体タンク（２０）内の液体へ伝達するための熱交換器（３２）に対する液体接続を前記太陽熱パネルが有する、請求項２乃至１３のいずれか一項に記載の装置。
前記外部熱源は、燃焼機関からの余熱、又は燃焼機関からの排気ガスの熱、又は両方を含む、請求項２乃至１４のいずれか一項に記載の装置。
前記燃焼機関は、車両の一部としてのモータであると共に、該車両の推進手段に接続されるモータである、請求項１５に記載の装置。
車両と組み合わされた請求項１６に記載の装置であって、
前記膨張機は、発電機を駆動して電力を生成するために前記発電機に接続されたタービンを具備し、
前記発電機は電気モータに対して電気的に接続され、
前記電気モータは、前記発電機により生成された電力により前記推進手段を駆動するために前記推進手段に接続される、装置。
蒸留水を生成する、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の装置の使用方法。