JP2649235B2 - 熱力学的サイクルを実施する方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は一般的に、膨張および再生される作業流体を
使用して熱源からの熱エネルギーを機械的および電気的
エネルギー形状に変換する方法および装置に関するもの
である。また本発明は、熱力サイクルの熱効率を改良す
る方法および装置に関するものである。

［従来技術と問題点］ 周知のように、熱力学の第２法則によれば、任意の熱
源のエネルギー（エネルギーポテンシャル）は、この熱
源の温度が上昇するに従って増大する。この効果の故
に、動力発生の技術的改良は、燃焼工程において放出さ
れる熱の温度の上昇に向けられている。このような改良
の１つは、燃焼ガスをもって燃焼空気を向流予熱して、
燃焼温度と燃料の燃焼から放出される熱の平均温度とを
高めるにある。この技術は「微粉炭燃焼」とも呼ばれ、
公知であり広く認められている。

熱源のエネルギーポテンシャルと相違し、動力サイク
ルの効率は、直接に熱源温度に依存するのでなく、熱源
からの伝熱プロセスに際しての作業流体の平均温度に依
存している。もしこの熱取得温度が有効熱源の温度より
著しく低ければ、伝熱プロセスにおいて不可逆的損失が
生じ、サイクルの効率が比較的低くなる。

この効果が通常の動力プラントの比較的低い効率を説
明する。例えば、作業流体温度が近代的動力プラントの
冶金学的特性に基づく1000〜100゜Fに維持されていて
も、動力プラントの効率限度は約63％のレベルにある。
同様に、タービンの電気−動力出力（これから循環送り
ポンプの仕事を差し引く）に基づく最良の直火型プラン
トの効率は41〜42％を超えない。言い換えれば、これら
のプラントの熱力効率は65％を超えない（熱効率と熱力
効率限度との比）。

このような現象の理論的説明は、作業流体、すなわち
水に伝達される熱の大部分がボイラーの中で得られ、ボ
イラー中では水が約660゜F（350℃）で沸騰するのに対
して得られる熱が遥かに高い温度を有する事にある。熱
力学的観点から、作業流体による熱取得温度が急激に増
大されない限り、熱エネルギーの動力への変換プロセス
の効率、すなわち熱力サイクルの効率が増大されない事
は絶対に明白である。

水よりも高い沸点を有する作業流体を使用する方法
は、実際問題として下記の理由からサイクルの効率を改
良しないであろう。水を作業流体として使用した場合で
も、凝縮器中の圧を高真空度に保持しなければならな
い。原則的に水より高い沸点を有する流体を使用する場
合、凝縮器中においてさらに高い真空度が要求されるで
あろうが、これは技術的に実施不能である。凝縮器の中
にこのような極減圧が与えられない限り、このような仮
説的な高沸点流体の凝縮温度が高くなって、ボイラー中
で得られるすべての利得が凝縮器の中で失われるであろ
う。この問題の故に、過去60年乃至70年の間に、直火型
動力プラントの効率の改良についてほとんど進歩がなか
った。

高温熱源を使用する動力サイクルの効率を高める有望
な方法は、言わゆる「回収型サイクル」である。この着
想によれば、作業流体を同一作業流体の戻り流によって
比較的高温まで予熱しなければならない。このような予
熱の後にのみ、外部熱が作業流体に伝達される。その結
果、熱取得全体が高温で生じ、理論的にはこのようなサ
イクルの効率が増大される。

このようなサイクルの唯一の実施例は言わゆる「回収
型ブライトンサイクル」である。これはガス作業流体を
使用する。このサイクルにおいて、作業流体は常温で圧
縮され、回収器中で予熱され、さらに熱源によって加熱
され、タービン中で膨張させられ、回収器中に戻され、
これによって予熱を成す。

この回収型ブライトンサイクルは、その理論的利点に
もかかわらず、実際上は下記の２要因から高効率を生じ
ない。

（１）ガス作業流体の「圧縮仕事」が非常に高く、断熱
的にまたは僅かの温度上昇をもって実施する事ができな
い。

（２）ガス作業流体が使用されるので、回収器中の温度
差が比較的高くなければならないので、不可逆的エネル
ギー損失を生じる。

高効率動力サイクルを得る理想的な方法は、ブライト
ンサイクルの高回収率を、作業流体が液状にある間にこ
の作業流体圧を増大する水蒸気サイクルと結合する方法
であろう。これにより、流体圧を増大するため、比較的
少ない仕事必要量（低い「圧縮仕事」）をもってポンプ
を使用する事ができる。

しかし不幸にして、このようなサイクルの直接的実現
は非常に簡単な理由から不可能と思われる。もし回収加
熱工程が液体の予熱、蒸発およびある程度の加熱を含む
ならば、流入作業流体よりも低圧を有する相違ない戻り
作業流体が流入作業９体の沸騰温度以下の温度で凝縮す
るであろう。この現象は、このような工程における直接
的な熱回収を不可能とするであろう。

前記のように、熱力サイクルにおける沸騰工程全体を
説明の目的から下記の３部分から成るものとみなす事が
できる：予熱、蒸発、および過熱。通常のテクノロジー
の場合、熱源と作業流体との適合は過熱の高温部分にお
いてのみ十分である。しかし、出願人は、前記の工程に
おいて高温過熱に適当と思われる高温熱の一部が過熱に
使用されるのでなく蒸発および予熱に使用される事を発
見した。これは、２つの作業流体流の間に非常に大きな
温度差を生じ、その結果としてエネルギーの不可逆的損
失を生じる。例えば通常のランキンサイクルにおいて、
熱源と作業流体のエンタルピー−温度特性の不適合から
生じる損失は有効エネルギーの約25％に達するであろ
う。

熱源と作業流体のエンタルピー−温度特性の不適合と
いう永年のジレンマを解決する理想的な方法は、熱源か
ら得られる高温熱を過熱に使用する事によって過熱中の
温度差を減少させるが、同時に蒸発中の温度差を最小限
に成す低温熱を生じる方法であろう。

通常の水蒸気−動力システムは、このような理想的シ
ステムに代わりうるものではない。これは、タービン中
において部分的に膨張した水蒸気の多段抽出によって得
られる熱がタービンに対する流入水流または給水液の低
温予熱にのみ使用されるからである。このような給水を
加熱するための水蒸気の多段抽出は給水予熱として公知
である。部分的に膨張した作業流体の抽出は、低温予熱
に使用される場合と異なり、予熱の高温部、給水流の蒸
発またはその過熱の低温部については熱を供給する事が
できない。

技術的限界の故に、水は一般に約2,500psiaの圧と、
約670゜Fの温度で沸騰する。従って、これらのシステム
の熱源温度は一般に液状作業流体の沸騰温度より実質的
に高い。燃焼ガスの高温と作業流体の比較的低い沸騰温
度との温度差の故に、通常の水蒸気システムは高温熱を
主として低温目的に使用する。有効熱の温度と工程に必
要な温度との差が非常に大きいので、不可逆的熱交換か
ら非常に高い熱力損失が生じる。このような損失が通常
の水蒸気システムの効率を厳しく制限する。

通常のシステムの代わりに、作業流体の蒸発のために
前記より低い温度の熱を使用するシステムを用いれば、
蒸発による熱力損失を実質的に減少させるであろう。こ
の損失の減少はシステムの効率を実質的に増大させる事
ができる。

本発明の１つの特色は、ボイラー中の作業流体と熱源
のエンタルピー−温度特性をより緊密に適合させる事に
よって、熱力サイクルの効率を顕著に改良するにある。
また本発明の特色は、直火型動力サイクルにおいて、こ
のサイクルに添加される高温熱の全部ではないまでも、
その大部分が高温用に使用されるようにしたサイクルを
提供するにある。

このように、主としてまたは専ら比較的高温において
実施される作業流体に対する伝熱は、高い熱力効率と熱
効率を得るに必要な条件を生じる。このサイクルにおけ
る作業流体は少なくとも２種の成分の混合物であるの
で、このサイクルは回収的予熱、回収的沸騰、部分的回
収過熱を含む回収的熱交換の大部分を達成する事ができ
る。このような回収的沸騰は単一成分システムにおいて
は不可能であるが、この多成分作業流体においては可能
である。単一成分システムと異なり、２種または２種以
上の成分が使用される場合、サイクルのそれぞれの場所
で作業流体のそれぞれの組成を使用する事ができる。こ
れは、流入作業流体より低い圧を有する戻り流を、流入
作業流体の沸騰温度範囲以上の温度範囲内で凝縮させ、
このようにして作業流体の回収的沸騰を成す事ができ
る。

本発明の１実施態様による熱力サイクル実施法は、ガ
ス作業流体を膨張させてそのエネルギーを使用可能の形
に変換する段階を含む。膨張された作業流体を抽出作業
流体と消費すみ作業流体とに分割する。膨張作業流体を
２流に分割した後、抽出作業流体をこれより多量の高沸
点成分を含有する希薄流と混合し、流入液状作業流体を
蒸発させるに必要な温度範囲以上の温度範囲内で凝縮す
る複合流を形成する。

複合流を形成した後、この複合流をボイラーに転送
し、その中で凝縮させて、流入液状作業流体の沸騰のた
めの熱を生じる。液状作業流体の蒸発が前記のガス作業
流体を発生する。つぎに複合流は分離されて、液状作業
流体と蒸気作業流体とを生じる。液状作業流体の一部ま
たは全部が前記の希薄流を成す。蒸気作業流体が好まし
くは複合流の一部と混合されて予凝縮作業流体を成す事
によって、サイクル中に戻される。予凝縮作業流体が凝
縮されて、液状作業流体を生じ、これがボイラーに転送
される。この液状作業流体をボイラーに送る前に、消費
すみ作業流体をこの液状作業流体と混合する。あるい
は、消費すみ作業流体を他の場所においてシステムに戻
す事ができる。サイクルを完了するため、前記の複合流
がボイラーに転送する熱を使用して、液状作業流体を蒸
発させ、ガス作業流体を形成する。

本発明の他の実施態様によれば、ボイラーから出るガ
ス作業流体が単数または複数の熱交換器の中において、
抽出作業流体または消費すみ作業流体によって、あるい
はその両者によって過熱される。ガス作業流体は前記の
熱交換器中で過熱された後、さらに他の過熱器中で過熱
される事ができる。この過熱器に供給されるエネルギー
は、熱力サイクルの外部から供給される。この過熱によ
り、ガス作業流体の膨張が生じる。この膨張したガス作
業流体が、消費すみ作業流体と抽出作業流体とに分割さ
れる前に、一回または数回、再熱および膨張される。さ
らにこの実施態様は、消費すみ作業流体が抽出作業流体
から分離された後に一回または数回この消費すみ作業流
体を再熱し膨張させる段階を含む。

また、この実施態様は、抽出作業流体、複合流および
消費すみ作業流体から熱を回収するための一連の回収用
熱交換器を含む事ができる。これらの熱交換器は、希薄
流と液状作業流体に複合流から熱を吸収させる。さらに
これらの単数または複数の熱交換器は、消費すみ作業流
体によって、液状作業流体に追加的に熱を加えて、液状
作業流体の予熱と沸騰を助長する事ができる。

本発明のさらに他の実施態様によれば、前記の熱力サ
イクルを実施する方法は、複合流の圧を油圧タービン
（または絞り弁）によって低下させる段階を含む。この
圧力低下の後、この複合流の一部が、単数または複数の
熱交換器の中において、消費すみ作業流体の熱とタービ
ンに向かう同一複合流の熱とによって部分的に蒸発され
る。この複合流の第１部分の部分蒸発の後に、これはセ
パレータに送られ、そこで蒸気流と液状流とに分離され
る。

この実施態様において、前記の液状流が希薄流の一部
を成し、この希薄流が循環ポンプに送られて高圧でポン
プ輸送される。このポンプは油圧タービンに連結され、
この油圧タービンがポンプの作動エネルギーを出す。希
薄流はこの追加熱を得た後、抽出作業流体と混合され
て、液体作業流体の予熱と蒸発に使用される複合流を形
成する。

前記の蒸気流は、直接接触熱交換器またはスクラバー
の中で、油圧タービンから流入する複合流の第２部分と
混合される。この熱交換器またはスクラバーから流出す
る液体流がセパレータから来た液流と結合して、希薄流
を形成する。この熱交換器またはスクラバーから流出す
る蒸気流が超富化流を成す。この実施態様において、こ
の超富化流が油圧タービンから来る複合流の第３部分と
合流し、予凝縮作業流体を形成する。つぎにこの作業流
体が熱交換器を通り、この熱交換器の中で戻り液状作業
流体に熱を供給し、つぎに水冷凝縮器の中に送入され
て、完全に凝縮されて、液状作業流体を生じる。

この液状作業流体は供給ポンプによって高圧で輸送さ
れる。液状作業流体は、この高圧に達した後に、一連の
熱交換器中で、予凝縮作業流体、戻り複合流、および戻
り消費すみ作業流体によって加熱される。このように液
状作業流体を段階的に高圧でポンプ輸送する事によって
実施される熱交換は、液状作業流体が蒸発されてガス作
業流体を生じてサイクルを終了するまで続けられる。

［実施例］ 第１図の略示図は前記のサイクル中において使用され
る好ましい装置の実施態様を示す。さらに詳しくは、第
１図に図示のシステム100は、熱交換器112,127の形のボ
イラーと、熱交換器114,116の形の予熱器と、熱交換器1
09,110の形の過熱器とを含む。さらに、システム100は
タービン102,104および106と、過熱器101と、再熱器10
3,105と、重力セパレータ120と、スクラバー125と、ポ
ンプ122,123,138,139と、熱交換器117,118,128と、凝縮
器121とを含む。

さらに、このシステム100は流体流セパレータ131−13
7と、流体流ミキサ140−147を含む。

凝縮器121は任意公知の型の廃棄装置である。例え
ば、凝縮器121は、水冷系などの熱交換器、またはその
他の型の凝縮器とする事ができる。他の実施態様におい
て、凝縮器121の代わりに、カリナに対する米国特許第
4,489,563号および第4,604,867号に記載の熱廃棄系とす
る事ができる。このカリナ系においては、第１図の凝縮
器121に近接する流体流が多成分流体、例えば水とアン
モニアから成る流体と混合され、凝縮され、つぎに蒸留
されて作業流体の初期状態を成す。このようにして、凝
縮器121の代わりにカリナサイクルの熱廃棄系を使用す
る場合、凝縮器121の代わりに米国特許第4,489,563号お
よび第4,604,867号の蒸留サブシステムを凝縮器121の代
わりに使用する事ができる。米国特許第4,489,563号お
よび第4,604,867号をここに引例として加える。

本発明のサイクルを駆動するために、種々の型の熱源
を使用する事ができる。過熱器101と再熱器103,105を通
るガス作業流体を加熱するために、例えば1000℃または
これ以上の高温の熱源から、作業流体を過熱するに十分
な程度の熱源を使用する事ができる。化石燃料の燃焼か
ら生じる燃焼ガスが好ましい熱源である。本発明の実施
態様において使用されるガス作業流体を過熱する事ので
きるその他の任意の熱源を使用できる。

第１図に示す実施態様は微粉炭燃焼に関するものであ
るが、このシステムは種々の流動層燃焼システムおよび
廃棄物燃焼システムを含めて各種の燃焼システムについ
て使用する事ができる。通常の技術を有する者は、種々
の燃焼システムに対応するに必要な熱交換器を添加する
事によって本発明のシステムを調整する事ができる。

シスムム100において使用される作業流体は任意の多
成分作業流体であって、低沸点作業流体および比較的高
沸点の作業流体を含む。例えば、使用される作業流体は
アンモニア−水混合物、２種または２種以上の炭化水素
混合物、２種または２種以上のフレオン混合物、炭化水
素とフレオンとの混合物などである。一般に、作業流体
は有効な熱力特性と可溶性とを有する任意の化合物の混
合物とする事ができる。好ましい実施態様として、水と
アンモニアの混合物を使用する。

第１図に図示のように、作業流体がシステム100の内
部を循環する。作業流体は、ミキサ142から、131におい
て抽出流と消費すみ流とに分離されるまで流れるガス作
業流体を含む。作業流体は、ガス作業流体、すなわち抽
出流体（セパレータ131からミキサ141まで）と消費すみ
流体（セパレータ131からミキサ147まで）のほかに、予
縮合された作業流体（ミキサ146から凝縮器121まで）
と、液状作業流体（凝縮器121からボイラー122,117ま
で）とを含む。作業流体の各部分は、同一パーセントの
高沸点成分と低沸点成分とを含む。

システム100の先行段階において完全に蒸発され過熱
されたガス作業流体が過熱器101に入る。このガス作業
流体はこの過熱器の中で、このシステムの各段階におい
て達しうる最高温度まで加熱される。過熱の後、このガ
ス作業流体はタービン102の中において中圧まで膨張さ
れる。この膨張によって、ガス作業流体中に含まれた熱
が使用可能の形のエネルギーに変換される。

タービン102の中で膨張した後、ガス作業流体はセパ
レータ131によって、２流、すなわち抽出流と消費すみ
流とに分離される。消費すみ流は再熱器103の中で再熱
され、タービン104で膨張され、再熱器105の中で再び再
熱され、タービン106で再び膨張される。第１図におい
ては消費すみ流の再熱のために２再熱器103,105、また
消費すみ流の膨張のために２タービン104,106を有する
システム100を示しているが、再熱器とタービンの最適
数はシステムの所望の効率に依存している。再熱器とタ
ービンの数は第１図の数から増減する事ができる。さら
に、膨張前のガス作業流体の加熱のためと膨張前の消費
すみ流の加熱のために、単一の加熱器を使用する事がで
きる。従って、過熱器と再熱器の数はタービンの数より
多くまたは少なくまたは同等とする事ができる。

さらに、タービン102から出るガス作業流体を分離す
る前に再熱および膨張させるため、追加の過熱器とター
ビンとを含む事ができる。従ってシステム100において
再熱器103,105とタービン104,106を含む事が好ましい実
施態様であるが、本発明の主旨の範囲内において前記と
異なる数の再熱器とタービンを使用する事ができる。

消費すみ作業流体のこのような再熱と膨張の後、作業
流体は一連の回収用熱交換器を通る。第１図に図示のよ
うに、消費すみ作業流体は膨張の後に、回収用熱交換器
110,127,116を通る。消費すみ作業流体は熱交換器110を
通る際に、ガス作業流体を過熱するために熱を供給す
る。消費すみ作業流体は熱交換器127を通る際に、入っ
て来る高圧作業流体を蒸発させるために、熱を供給す
る。同様に、熱交換器116を通る際に、消費すみ作業流
体はこの入って来る液状作業流体を予熱するために熱を
供給する。熱交換器110,127,116のいずれかまたは全部
を使用するか、あるいはこのシステムに追加の熱交換器
を使用するかは、設計上の選択の問題である。システム
100に対して熱交換器110,127,116を挿入する事が好まし
いが、本発明の主旨の範囲内において消費すみ作業流体
は、これより多数の熱交換器を通過し、または全く熱交
換器を通らない事ができる。

セパレータ131から抽出作業流体は回収用熱交換器109
を通る。抽出作業流体は、この熱交換器109を通る際
に、入ってくる高圧作業流体の過熱のために熱を供給す
る。システム100は好ましくは熱交換器109を含むが、こ
の熱交換器109を除去し、あるいは追加の熱交換器を使
用する事ができる。熱交換器109を通過した後の点42に
おける抽出作業流体の好ましい状態は過熱された蒸気の
状態である。

抽出作業流体は、ガス作業流体を加熱した後、作業流
体ミキサ141において希薄流と合流する。この希薄流は
作業流体中に含まれるものと同一の成分を含むが、この
希薄流は作業流体のどの部分に含まれるよりも多量の高
沸点成分を含有している。例えばアンモニアと水が作業
流体と希薄流中に含有される２成分とすれば、水は高沸
点成分であり、アンモニアは低沸点成分である。このよ
うな２成分系において、希薄流は作業流体の中に含有さ
れるより多量の水を含有する。第１図に図示のように、
希薄流はミキサ144からミキサ141に流れる。

この実施態様において、ミキサ141で抽出作業流体と
混合する前の点74における希較流の状態は、好ましくは
亜冷却液の状態である。

希薄流をミキサ141において作業流体と混合すれば、
希薄流より低い沸点範囲を有するが抽出作業流体または
その他の部分の作業流体より高い沸点範囲を有する複合
流を生じる。ミキサ141から出る複合流の状態は、希薄
流の状態と抽出作業流体の状態とに依存する。好ましく
は、これは蒸気−液体混合物の状態である。また好まし
くは、ミキサ141での混合前の点42における作業流体の
圧と点74における希薄流の圧は、ミキサ141で形成され
た点50の複合流の圧と同一とする。またこの点50におけ
る複合流の温度は、好ましくは点74における希薄流の温
度より高く、また点42における抽出作業流体の温度より
少し低い。

この複合流は、抽出作業流体またはその他の部分の作
業流体の中に含有されるより高パーセント分の高沸点成
分を含有する。複合流は高パーセントの高沸点成分を含
有するので、液状作業流体の沸点範囲より高い温度範囲
で凝縮される。さらに、この好ましい実施態様におい
て、複合流の圧が流入する液状作業流体の圧より著しく
低くても、この液状作業流体の沸点より高い温度で凝縮
する。

希薄流と抽出作業流体との混合によって生じた複合流
は熱交換器112に入り、そこで冷却され凝縮される。複
合流がこのように冷却され凝縮される際に、熱交換器11
2に流入する液状作業流体を蒸発させ、流入希薄流に対
して熱を与える。

液状作業流体の沸点範囲より高い沸点範囲を有する複
合流を使用する事は、本発明による熱力サイクルと従来
のサイクルとの主たる相違点の１つである。通常の熱力
サイクルと相違し、本発明によるサイクルは、ガス作業
流体の一部を部分的に膨張させた後に抽出して、ガス作
業流体の抽出部分と低温希薄流との複合流に熱を与え
る。この複合流は、好ましくは流入液状作業流体の圧よ
り低い圧を有し、流入液状作業流体を加熱し完全にまた
は部分的に蒸発させるために使用される。

この複合流中に含有される高沸点成分のパーセントが
高い事により、液状作業流体が熱交換器112の中に複合
流より高い圧で流入しても、複合流はこの流入作業流体
の蒸発温度より高い温度範囲で凝縮する。

このような液状作業流体の蒸発法は通常の水蒸気−動
力システムにおいては実施されない。通常のシステムに
おいては、抽出作業流体の凝縮は、抽出作業流体が流入
液液状作業流体より低い圧にあれば、この液状作業流体
の沸点より低い温度範囲で生じなければならない。従っ
て通常のシステムにおいては、抽出作業流体の凝縮によ
って開放される熱は流入作業流体の部分的予熱にしか使
用されない。

これに反して、本発明による方法においては、複合流
中の高沸点成分のパーセントが高いが故に、複合流は、
その圧が流入液状作業流体の圧より実質的に低くても、
この液状作業流体の沸点範囲より高い温度で凝縮する事
ができる。前記の方法は単一の抽出流を使用して複合流
を形成し、この複合流が熱源として作用して作業流体の
完全な予熱と蒸発を生じ、また作業流体の低温過熱のた
めの熱を生じる事を理解しなければならない。

しかし、この複合流を生じるためには、膨張したガス
作業流体の一部を抽出しなければならない。この過熱さ
れた作業流体の一部を希薄流と混合して複合流を生じる
ために抽出する結果、抽出作業流体の温度低下による熱
力損失をもたらす。しかし、ガス作業流体の一部を抽出
しこれと希薄流と混合する事による損失は、複合流を液
状作業流体の蒸発のために使用する事によって防止され
る損失によって十二分に保証される。

表IIの計算が示すように、液状作業流体におけるより
も高いパーセントの高沸点成分を含有する複合流を生じ
るために膨張ガス作業流体の一部を使用するする事によ
り、本発明の熱力サイクルは通常の水蒸気−動力システ
ムより実質的に高い効率を有する。低温蒸発工程のため
に低温熱を生じる複合流を使用する事は、システム中の
有効熱量を液状作業流体のエンタルピー−温度特性と一
層よく適合させる事ができる。このような適合が、低温
蒸発工程において高温熱を使用する通常システムについ
て生じる非常に大きな熱力損失を防止する。熱源温度を
液状作業流体のエンタルピー−温度特性と一層緊密に適
合させるために前記の複合流を使用する事によって節約
される多量のエネルギーは、ガス作業流体をその過熱状
態から除去する事によって生じる損失を遥かに超えてい
る。

複合流を生じるために抽出作業流体を希薄流と混合す
る圧は、複合流の凝縮限界温度が液状作業流体の蒸発限
界温度より高くなるように保証する圧でなければならな
い。複合流が希薄であるほど、それだけ凝縮に必要な圧
が低くなる。圧が低いほど、タービン102の膨張比が増
大し、これはこのタービンの仕事の増大に対応する。

複合流中に使用する事のできる高沸点成分の量につい
ては実際上限界がある。これは希薄な複合流が分離困難
になるからである。従ってシステムの効率を最適化する
には、複合流の圧と組成を慎重に選択しなければならな
い。表Ｉは、高効率サイクルを成すために使用されうる
複合流の圧と組成の一例を示す。

消費すみ作業流体が液状作業流体の一部の蒸発に使用
される熱交換器127は本発明の主旨の範囲内においてシ
ステム100から除去してもよい事を注意しよう。この場
合、それまで熱交換器127を通過した液状作業流体の部
分が熱交換器112にそらされ、そこで蒸発されるであろ
う。

複合流は熱交換器112を通過した後に、熱交換器114に
送入され、希薄流と液状作業流体を予熱するために熱を
供給する。複合流が希薄流と液状作業流体に熱を伝達す
るに従って、この複合流はさらに冷却される。システム
100のこの部分における熱交換器の数を熱交換器112と11
4の２つに限定する事が好ましいが、本発明の主旨の範
囲内において、追加の熱交換器を使用し、あるいはシス
テム100から熱交換器114を除去する事ができる。

複合流が熱交換器114から出た後、これは熱交換器117
に送入され、そこでその熱を使用して、セパレータ135
から来る同じ複合流の向流部分を部分的に蒸発させる。

本発明のこの実施例において、熱交換器117を出た後
でも点53における複合流の圧力はまだ非常に高い。複合
流はこの高い圧力においては作動蒸気および希薄流を発
生できないので、この圧力は低減しなければならない。
この減圧は水力タービン119で行われる。好適な水力タ
ービンとしてペルトン水車が使用される。

この減圧過程中において、ポンプ122で貧弱溶液を搬
送するために必要な仕事の全部あるいは一部が取り出さ
れる。ペルトン水車119を通過する流れの重量流量がポ
ンプ122を通過する貧弱流の重量流量より大きいので、
ペルトン水車119で発生されるエネルギーは一般にポン
プ122を駆動するのに十分である。ペルトン水車119が発
生するエネルギーが不十分である場合、ポンプ122が必
要する追加動力を供給するために補助電動機を設けるこ
とができる。

水力タービン119の代わりに絞り弁を使用できる。水
力タービンの代わりに絞り弁が使用される場合、希薄溶
液を搬送するために使われる動力は勿論取り出せない。
水力タービン119が使用されるか絞り弁が使用されるか
に拘わらず、他のプロセスは影響されない。複合流の圧
力を低減するために水力タービンあるいは絞り弁のいず
れを使用するかの選択は厳密には経済性で決まる。更に
熱交換器117およびタービン119を使用することが有利で
あるけれど、これらを使用しないようにしたり、設備10
0に補助熱交換器あるいは別の減圧装置を追加したりで
きる。

水力タービン119から流れ出る複合流は好適には、点5
6において凝縮圧力とほぼ同じかそれより幾分高い圧力
を有している。この減圧した複合流の一部は分流器137
において合成流から分けられる。この流れは分流器136
において再び分けられる。分流器136において分けられ
た合成流の第１の部分は分流器135において二つの流れ
に分けられる。これらの二つの流れは熱交換器117,118
に送られ、そこで同じ合成流の対向流は冷却され、使用
済の帰還流は凝縮され、これら二つの流れを部分的に蒸
発する。対向流の複合流は熱交換器117に熱を与え、凝
縮する使用済の流れは熱交換器118に熱を与える。分流
器135からの二つの流れは、熱交換器117,118から出た
後、混合器145で一緒にされる。部分的に蒸発している
この流れは重力分離器120に送られる。

この重力分離器120に入る流れの状態は蒸気・液体混
合物である。この部分的蒸発のための熱を供給するため
に、熱交換器118で凝縮された使用済の流れは、分離さ
れた複合流の部分を蒸発するために必要な平均温度より
高い平均温度で使用済の流れを凝縮できる圧力を有して
いなければならない。複合流はより希薄となり、その蒸
発のために必要な温度は高くなり、点37における使用済
の流れの圧力は高くなる。点37における圧力が増加する
と、タービン104およびタービン106における膨張率が低
下し、その結果これらのタービン104,106の出力が低下
する。これは複合流が希薄になるけれど、タービン102
の出力が増加し、タービン104,106の出力が低下するこ
とを意味している。

これら三つのすべてのタービン102,104,106の総合出
力を最大にするために、複合流に対して最適な組成が選
択されねばならない。その組成の一例は表Ｉに示されて
いる。

第１図における実施例は使用済の帰還流を、作動液流
を予熱するため、および重力分離器120に送られる流れ
を部分的に蒸発するために使用している。同時に使用済
の流れは熱交換器118を通過する際に凝縮される。なお
使用済の流れを凝縮器121において凝縮する代わりに、
その凝縮する流れから熱を同時に回収することなしに、
設備100は使用済の流れが熱交換器118において凝縮され
る際に放出する熱を、作動液流を予熱するため、および
分離器120に送られる合成流を部分的に蒸発するために
使用している。

重力分離器120は複合流の第１の部分を蒸気流と液体
流とに分離する。重力分離器120の底から流出する液体
流は希薄流の部分を形成し、これは上述した回収流と混
合器141で混合される。

重力分離器120から流出する蒸気流は洗浄器125の底に
送られる。分流器136から流出する複合流の第２の部分
は洗浄器125の頂部に送られる。洗浄器125に供給される
液体および蒸気流は相互に作用し熱交換および質量交換
を行う。第１図において洗浄器125に供給されるような
液体と蒸気流との間の熱交換および質量交換を行わせる
ための直接接触式熱交換器あるいは別の装置は、洗浄器
125の場所で使用される。設備100において洗浄器125、
熱交換器あるいは別の装置のいずれを使用するかは設計
上の問題である。

第１図に示されている実施例において、液体および蒸
気流が洗浄器125から流れ出る。液体流は分離器120から
流れ出る液体流と混合器144で一緒にされ希薄流を形成
する。この貧弱流は複合流を発生するために混合器141
で回収流と混合される。希薄流を形成するための洗浄器
125および分離器120から流出する液体は、好ましくは同
じがほぼ同じ組成を有している。

貧弱流は混合器144から循環ポンプ122に流入する。ポ
ンプ122は希薄流を高圧にする。第１図に示されている
実施例において、ポンプ122から流れて来る点70におけ
る希薄流の圧力は、熱交換器112から流れて来る点74に
おける希薄流の圧力よりも表Ｉに表されているように高
い。

第１図に示されているように、この高圧の貧弱流は熱
交換器114,112を通過し、そこで対向流の複合流で加熱
され、混合器141で回収流と一緒にされる。

洗浄器125から流出する蒸気流は大きな割合で低沸点
成分を持った流れである。この超豊富流は混合器146に
おいて合成流の第３の部分、即ち分流器137から流れ出
る部分と一緒にされる。この流れは熱交換器128を通過
し凝縮器121に流れる予凝縮された作動流を形成する。
この予凝縮された作動流は、熱交換器128を通過する間
に一層凝縮され、その間に凝縮器121およびポンプ123か
ら流れ来る対向流の作動液流に熱を加える。予凝縮され
た作動流は熱交換器128から出た後で凝縮器121に入り、
そこで完全に凝縮される。

この予凝縮された作動流は上述した回収流と同じ組成
を有している。なおこの予凝縮された作動流は凝縮器に
おけるエネルギー損失を最小にするように凝縮されてい
るだけである。上述したように使用済の流れは凝縮器を
通らない。その代わりとして、使用済の流れの凝縮の際
に放出される熱は、作動液流を予熱するためおよび分離
器120に送られる複合流を部分的に蒸発するために使用
される。このような使用済の流れを利用は、熱交換器11
2、127に送られる作動液流が熱回収方式で完全に蒸発さ
れることを保証し、設備100は最善の一般的なランキン
サイクルよりも高い効率となる。

凝縮器121は好適には水冷式凝縮器である。そのよう
な凝縮器が使用される場合、凝縮器121を通る冷却水の
流れは、作動液流を発生するためにその作動流を完全に
凝縮する。

この作動液流は供給ポンプ123に流入し、そこで増加
した圧力にされる。この作動液流はそれから熱交換器12
8に流入し、そこで予凝縮された作動流から伝達される
熱で予熱される。作動液流は熱交換器128において予熱
された後、混合器147で使用済の流れと一緒にされる。
この混合流はポンプ138によって中間圧力にされて搬送
され、熱交換器118を通過し、そこで凝縮する使用済の
帰還流によって伝達される熱によって予熱される。この
熱交換器118を出た後、作動液流はポンプ139によって高
圧にされる。この高圧の好適には過冷却された作動液流
は分流器134において二つの流れに分離される。その一
方の流れは熱交換器114を通過し、そこで複合流から伝
達される熱で予熱される。分流器134からの他方の流れ
は熱交換器116に流入し、そこで使用済の帰還流からの
熱で予熱される。熱交換器116から出た際の使用済の流
れは好適には飽和蒸気の状態にあるが、過熱蒸気の状態
あるいは部分的に凝縮した状態でもよい。

熱交換器116を通過する作動液流の部分は、混合器143
において熱交換器114から流出する流れと一緒にされ
る。この流れは好適には飽和状態あるいは僅かに過冷却
された液体である。混合器143からの流れは分流器133に
おいて二つの流れに分けられる。その一方の流れは熱交
換器112に流入する。熱交換器112を通過する作動液流は
混合器141からの合成流から伝達される熱で蒸発され
る。

分流器133からの他方の流れは熱交換器127に流入し、
そこで使用済の流れから伝達される熱によって蒸発させ
る。

熱交換器112,127から流出する両方の流れは混合器142
において一緒にされる。上述したように熱交換器127を
除去し、上述した本発明の思想を逸脱することなしに、
混合器143からの作動液流の全部を熱交換器112に向ける
ことができる。

この実施例において、混合器142からの流れは蒸気状
態であり、サイクルの作動ガス流を作る。僅かに加熱さ
れている混合器142からの作動ガス流は分流器132におい
て二つの流れに分離される。その一方の流れは熱交換器
109を通り、そこで分流器131から熱交換器109を通して
混合器141に流れる回収流によって過熱される。作動ガ
ス流の他方の部分は熱交換器110を通り、そこでタービ
ン106からの使用済の流れにより過熱される。分流器132
から熱交換器109,110を通る二つの流れは混合器140で再
結合される。この再結合された作動ガス流はこの熱力学
的サイクルを完成するために熱交換器101に流入する。

第２図に示されている設備200の実施例において、吸
収プロセス即ち複合流を作るために希薄流を回収流に加
えるプロセスは、２段階で行われる。回収流は分流器15
0で第１の回収流と第２の回収流とに分けられる。第１
の回収流は混合器141において希薄流と一緒にされて第
１の複合流を発生する。この複合流はもし回収流が（第
１図における実施例で行われたような）希薄流と一緒に
された点42におけるパラメータをしているならばそれよ
りも貧弱である。

第２図における第１の複合流は第１図の合成流よりも
貧弱であるので、その圧力は減少でき、一方でタービン
102の出力が増加する。第１の複合流はそれからボイラ1
12で凝縮される。その後で第１の複合流は混合器151に
おいて第２の回収流と一緒にされ、第２の複合流を生ず
る。第２の複合流は第１の合成流よりも豊富である。そ
の結果その分流を行うことは一層容易である。

第１の複合流はボイラ112に対する熱を供給し、吸収
圧力を減少でき、かくしてタービン102の出力は増加す
る。同時に第２図における実施例は豊富化した第２の合
成流を分離器120に送ることができる。この第２図の実
施例は、同時に複合流を簡単に分離することを妨げない
といった低圧の合成流の利点を生ずる。

第１図および第２図に示した両方のサイクルは一般の
蒸気動力設備よりも非常に大きな効率を有している。こ
れらの有利な設備のいずれを使用するかの決定は設計上
の問題である。

本発明の上述した熱力学的サイクルにおいて、作動液
流のあらゆる加熱および蒸発は熱回収方式で行われ、即
ち帰還複合流および使用済流がこれらが冷却する際に作
動液流に熱を伝達する。更に作動ガス流の過熱はこの熱
回収方式で行われ、即ち回収流および使用済流はこれら
が冷却する際に作動ガス流に熱を伝達する。

やって来る作動流を予熱するために回収流を利用する
ことは、一般の蒸気動力設備において普通である。実際
にこれは「給水加熱」として普通に知られている。一般
的な設備における給水加熱は回収流の圧力および凝縮温
度が別の目的に使用するには低すぎるので、やって来る
作動流を予熱するためにしか利用できない。

一般の蒸気動力設備と異なって、本発明の熱力学的サ
イクルは回収流をやって来る作動液流を直に加熱するた
めに利用しない。むしろ本発明は、やって来る作動液流
の圧力より低い圧力の回収流を、そのやって来る作動液
流を間接的に加熱するために利用している。一般の蒸気
動力設備と異なって本発明は、回収流あるいはやって来
る作動液流において得られるよりも大きな割合の高沸点
成分を有する複合流を発生するために使用している。そ
れは、やって来る作動液流を蒸発するために必要な温度
範囲を超えた温度範囲以上で凝縮し、この作動液流を蒸
発するために必要な熱量の大部分を発生するような複合
流である。

上述したようにこの複合流は、これが作動液流の圧力
よりも低い圧力である場合でも、作動液流を蒸発するた
めに必要な温度範囲より高い温度範囲以上で凝縮する。
作動流の中に一つの構成要素しか持っていない一般的な
蒸気動力設備において、回収流の凝縮は、この回収流が
やって来る作動液流の圧力よりも低い圧力に維持されて
いる場合、そのやって来る作動液流を沸騰するために必
要な温度範囲より低い温度範囲以上で生じなければなら
ない。かくして一般の設備と異なって、本発明の熱力学
的サイクルは、比較的高圧の作動流を蒸発するために比
較的低圧に維持されている低温の熱源を使用することが
できる。かかるプロセスは単一構成要素形の蒸気動力設
備と比較した場合に、著しく高い効率を生ずる。

更に本発明の熱力学的サイクルは、加熱器および再熱
器に供給される高温の熱によって完全に運転される。こ
のように高温の熱を使用する場合、熱源は作動液のエン
タルピー・温度特性に密接に適合できる。従ってこの特
徴は、エネルギー損失が劇的に減少し効率が著しく上昇
した動力サイクルを生ずる。

更に本発明によって得られる利点を実証するために、
表IIに示されているような計算が行われた。この計算は
第１図に示した設備に応じて実証となる動力サイクルに
関係している。この実証となるサイクルにおいて作動液
は、アンモニア濃度が87.5重量％（混合物の総重量に対
するアンモニアの重量の割合）の水・アンモニア混合物
である。理論的に計算に対するパラメータは以下に表１
で表されている。この表において第１図における点に相
応した点が左欄に示されている。

表Ｉは、複合流が作動液流を蒸発するための熱源とし
て使用されるとき、低温の熱が低温のプロセスにおいて
利用できることを示している。

表IIは第１図に示したサイクルに対する実行パラメー
タを表している。表IIは、低温の蒸発プロセスにおいて
高温の熱源を使用する一般的な蒸気動力設備において生
ずるような非常に高い熱力学的損失を防止することを表
している。

表II タービン102の作動流体の11b当たりの単位 タービン102の出力 106.73Btu タービン104の出力 46.18Btu タービン106の出力 49.47Btu タービンの総合出力 202.38Btu タービンの電気総合出力 197.32Btu ペルトン水車119の出力 2.87Btu 設備の総合出力 200.19Btu ポンプ123の動力 0.53Btu ポンプ138の動力 5.78Btu ポンプ122の動力 2.10Btu ポンプ139の動力 7.04Btu 総合ポンプ動力 15.45Btu 設備総合系統出力 184.73Btu 熱交換器101の熱入力 277.16Btu 熱交換器103の熱入力 61.04Btu 熱交換器105の熱入力 48.35Btu 総合熱入力 386.54Btu 系統熱効率 0.4779又は47.79％ 表IIに示した計算例は、本発明においてボイラで生ず
るエネルギー損失が全く劇的に減少されていることを示
している。この計算例は、表Ｉに示したパラメータを使
用した第１図のサイクルが、最善のランキンサイクル動
力設備が42.2％であるのに対して47.79％の内部効率あ
るいはタービン効率を有していることを示している。こ
のエネルギー効率における13.25％の改善は、膨張した
ガス状作動流の回収流部分から生ずるエネルギー損失に
対する補償より大きなボイラにおけるエネルギーの節
約、および合成流を発生する貧弱流と一緒にすることに
よる回収流の冷却を表している。このようにしてサイク
ル全体の効率は非常に増加される。

本発明を二つの有利な実施例に関して説明したが、当
該技術者において種々の実施例が考えられる。例えば設
備において複数の回収流が使用できる。同時に設備にお
いて複数の貧弱流が利用できる。当該技術者が混合のた
めに決める回収流および貧弱流の数は、設備を通る合成
流の数を決定する。更に上述したように、熱交換器、再
熱器、ポンプ、重力分離器、凝縮器およびタービンの数
は変更できる。従って特許請求の範囲の実施態様項で、
本発明の思想および範囲内における変形例および変更例
が規定されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する装置の実施例の概略
図、および第２図は本発明を実施する装置の異なった実
施例の概略図である。 101……ボイラ 102……蒸気タービン 104……蒸気タービン 106……蒸気タービン 119……水力タービン 122……ポンプ

Claims (25)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱力学的サイクルを実施する方法であっ
   て、該方法が ガス作業流体を膨脹してそのエネルギを使用可能な形態
   に変換すること、 該膨脹したガス作業流体から抽出作業流体を除去するこ
   と、 該抽出作業流体を高沸点成分を該抽出作業流体よりも多
   く含む希薄流と混合して複合流を形成すること、 該複合流を凝縮させて熱を発生すること、 該複合流を分離して該抽出作業流体と混合される前記希
   薄流の一部を形成する液体流および蒸気を形成するこ
   と、 前記複合流が凝縮する温度より低い温度で蒸発する新鮮
   な液体流を形成すること、 前記新鮮な液体流を前記複合流を凝縮することによって
   発生した前記熱を使用して蒸発させ前記ガス作業流体を
   形成すること、 の各工程を含む熱力学的サイクルを実施する方法。
2. 【請求項２】消費済作業流体を前記ガス作業流体から除
   去することおよび消費済作業流体を膨脹させてそのエネ
   ルギを使用可能な形態に変換すること、ついで消費済作
   業流体を該液体作業流体が該複合流から伝達された熱に
   よって蒸発される前に該液体作業流体と混合することを
   さらに含む、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】該複合流が分離される前に低い圧力まで膨
   脹させることを含む請求項２記載の方法。
4. 【請求項４】該ガス作業流体が、膨脹する前に、該抽出
   作業流体と熱を交換し、また該消費済作業流体と熱を交
   換する請求項２記載の方法。
5. 【請求項５】該複合流が、膨脹する前に、該希薄流およ
   び該液体作業流体と熱を交換する請求項３記載の方法。
6. 【請求項６】該複合流が、膨脹した後、未だに膨脹して
   いない該複合流の一部と熱を交換し、また該複合流の分
   離の前に該消費済作業流体と熱を交換する請求項５記載
   の方法。
7. 【請求項７】消費済作業流体が、該液体作業流体と混合
   される前に、該ガス作業流体の一部と熱を交換し、また
   該液体作業流体の一部と熱を交換する請求項２記載の方
   法。
8. 【請求項８】該希薄流が該複合流の分離から形成された
   該液体流の圧力より高い圧力に加圧され、該希薄流が、
   高圧に加圧された後、該抽出作業流体と混合される前に
   該複合流と熱を交換して該複合流を形成し、該液体作業
   流体が第１に形成されたとき該液体作業流体の圧力より
   高い圧力に加圧され、この高圧液体作業流体が該複合流
   および該消費済作業流体と該該複合流および該消費済作
   業流体から該液体作業流体に伝達される熱が該液体作業
   流体を蒸発して該ガス作業流体を形成するまで熱を交換
   する請求項２記載の方法。
9. 【請求項９】熱力学的サイクルを実施する方法であっ
   て、該方法が ガス作業流体を過熱すること、 該過熱されたガス作業流体を膨脹させてそのエネルギを
   使用可能な形態に変換すること、 該膨脹したガス作業流体を抽出作業流体と消費済作業流
   体とに分離すること、 該消費済作業流体を再加熱することおよび該再加熱され
   た該消費済作業流体を膨脹させること、 該抽出作業流体および該消費済作業流体を該消費済作業
   流体が膨脹した後に冷却し、該抽出作業流体および該消
   費済作業流体の冷却によって熱を伝達して該ガス作業流
   体を過熱するため使用すること、 該抽出作業流体を該抽出作業流体より高沸点の成分を多
   く含む希薄流と混合して新鮮な液体作業流体を蒸発する
   のに必要な温度範囲より高い温度範囲以上で凝縮する複
   合流を形成すること、 該複合流を凝縮させて新鮮な液体作業流体を蒸発する熱
   を発生し、該液体作業流体の蒸発によって該液体作業流
   体をガス作業流体に変換し、かつ該希薄流に熱を供給す
   ること、 該複合流を冷却し、かつ凝縮して該液体作業流体を予熱
   すること、 該複合流を膨脹させて該複合流の圧力を低下させるこ
   と、 未だに蒸発していない同じ複合流の対向流から伝達され
   た熱によって、また前記消費済作業流体から伝達された
   熱によって、膨脹した該複合流の第１部分を部分的に蒸
   発させること、 該部分的に蒸発した複合流を分離して、希薄流を生ずる
   液体流および蒸気を形成すること、 該蒸気を膨脹した該複合流の第２部分と混合して予め凝
   縮された作動流を形成し、またその予め凝縮した作動流
   を凝縮させて該液体作業流体を発生すること、 該希薄流を該部分的に蒸発した該複合流の分離から発生
   した該液体流の圧力より高い圧力に加圧すること、 高圧の該希薄流を該希薄流と該抽出作業流体との混合に
   よって形成された該複合流の対向流によって加熱するこ
   と、 前記予め凝縮された作動流体の凝縮から形成された該液
   体作業流体を加圧して高圧液体作業流体を形成するこ
   と、 該高圧液体作業流体を該複合流および該消費済作業流体
   の対向流から伝達された熱によって予め加熱すること、 該複合流から伝達された熱によって予め加熱された該高
   圧液体作業流体を蒸発させてガス作業流体を形成するこ
   と、 の各工程を含む熱力学的サイクルを実施する方法。
10. 【請求項１０】前記抽出作業流体を第１抽出作業流体と
    第２抽出作業流体とに分離すること、前記第１抽出作業
    流体を前記希薄流と混合して前記新鮮な液体作業流体を
    蒸発するための熱を発生する第１複合流を形成するこ
    と、および前記第１複合流を前記第１複合流が前記新鮮
    な液体作業流体を蒸発させるため熱を発生した後、前記
    第２抽出作業流体と混合して前記液体作業流体を予熱す
    るため使用される前記複合流を形成すること、をさらに
    含む請求項９記載の方法。
11. 【請求項１１】該消費済作業流体からの熱が、該消費済
    作業流体からの熱が該ガス作業流体を過熱するため使用
    された後に、液体流作動流の一部を蒸発するため使用さ
    れる請求項９記載の方法。
12. 【請求項１２】熱力学的サイクルを実施する方法であっ
    て、該方法が ガス作業流体を過熱すること、 該過熱されたガス作業流体を膨脹させてそのエネルギを
    使用可能な形態に変換すること、 該膨脹したガス作業流体を抽出作業流体と消費済作業流
    体に分離すること、 該消費済作業流体を再加熱することおよび該再加熱され
    た消費済作業流体を膨脹させること、該抽出作業流体お
    よび該消費済作業流体を該消費済作業流体の膨脹の後に
    冷却し該抽出作業流体および該消費済作業流体の冷却に
    よって熱を伝達して該ガス作業流体を過熱するため使用
    すること、 該抽出作業流体を該抽出作業流体より高沸点の成分を多
    く含む希薄流と混合して新鮮な液体作業流体を蒸発する
    のに必要な温度範囲より高い温度範囲以上で凝縮する複
    合流を形成すること、 該複合流を凝縮させて新鮮な液体作業流体を蒸発する熱
    を発生し該液体作業流体の蒸発によって該液体作業流体
    を前記ガス作業流体に変換すること、 該複合流を冷却しかつ凝縮させて該希薄流を加熱しかつ
    該液体作業流体を予熱すること、 該液体作業流体を該消費済作業流体からの熱によって、
    該消費済作業流体が該ガス作業流体を過熱するのに使用
    された後、予熱しかつ部分的に蒸発させること、 該複合流を膨脹させて該複合流の圧力を低下させるこ
    と、 未だに蒸発していない同じ複合流の対向流から伝達され
    た熱によって、また前記消費済作業流体から伝達された
    熱によって、該膨脹した複合流の第１部分を部分的に蒸
    発させること、 部分的に蒸発した複合流を分離器において分離して該希
    薄流の一部を発生する第１液体流および第１蒸気流を形
    成すること、 第１蒸気流をスクラバーにおいて該膨脹した複合流の第
    ２部分と混合し、第２液体流および第２蒸気流を前記ス
    クラバーから流出させること、 前記分離器から流出する前記第１液体流を前記スクラバ
    ーから流出する前記第２液体流と混合して前記希薄流を
    形成すること、 該希薄流を部分的に蒸発した該複合流の分離から発生し
    た第１液体流の圧力より高い圧力に加圧すこと、 前記スクラバーから流出する該第２蒸気流を、該複合流
    が膨脹した後、該複合流の第３部分と混合して予め凝縮
    した流れを形成すること、および該予め凝縮した流れを
    凝縮させて液体作業流体を発生すること、 該希薄流を、高圧に加圧された後、該希薄流を抽出作業
    流体と混合することによって形成された該複合流の対向
    流からの熱によって加熱すること、 予め凝縮された該作動流の凝縮によって形成された該液
    体作業流体を高圧に加圧すること、 該液体作業流体を、高圧に加圧された後、該複合流およ
    び該消費済作業流体の対向流から伝達された熱によって
    予め加熱すること、 該予め加熱された高圧に加圧された液体作業流体を該複
    合流および該消費済作業流体から伝達された熱によって
    蒸発させて、前記ガス作業流体を発生することの各工程
    を含む熱力学的サイクルを実施する方法。
13. 【請求項１３】熱力学的サイクル実施する装置であっ
    て、該装置が、 ガス作業流体を膨脹させてそのエネルギを使用可能な形
    態に変換する装置、 前記膨脹したガス作業流体から抽出作業流体を除去する
    装置、 該抽出作業流体を該抽出作業流体に含まれるより多くの
    高沸点成分を含む希薄流と混合して新鮮な液体作業流体
    を蒸発するのに必要な温度範囲より高い温度範囲以上で
    凝縮する複合流を形成する第１流れ混合器、 該複合流を凝縮させて新鮮な液体流を蒸発するための熱
    を発生しガス作業流体を形成する熱交換器、 該複合流を分離して希薄流を形成する部分および蒸気流
    を形成する液体流を形成する重力分離器、 熱交換器内で該複合流によって蒸発される液体作業流体
    を形成する凝縮器 を含む、熱力学的サイクル実施する装置。
14. 【請求項１４】前記ガス作業流体から除去された消費済
    作業流体を膨脹させてそのエネルギを使用可能な形態に
    変換する装置をさらに含む、請求項13記載の装置。
15. 【請求項１５】該複合流を膨脹させて該複合流を分離す
    る前に低圧にする装置をさらに含む、請求項14記載の装
    置。
16. 【請求項１６】該ガス作業流体を、膨脹する前に、該抽
    出作業流体と熱交換することを可能にする第２熱交換器
    および該ガス作業流体を該消費済作業流体と熱交換する
    ことを可能にする第３の熱交換器をさらに含む、請求項
    14記載の装置。
17. 【請求項１７】該複合流を、膨脹する前に、該希薄流と
    熱交換することを可能にし、また該液体流作動流と熱交
    換して液体流作動流を予熱する第２熱交換器をさらに含
    む、請求項15記載の装置。
18. 【請求項１８】該複合流の第１部分を、膨脹した後、そ
    れが膨脹する前に該複合流と熱交換することを可能にす
    る第３熱交換器および該複合流のこの部分が分離される
    前に該消費済作業流体から該複合流のこの部分に熱が伝
    達されることを可能にする第４熱交換器をさらに含む、
    請求項17記載の装置。
19. 【請求項１９】該消費済作業流体が該ガス作業流体の一
    部と熱交換することを可能にする第５熱交換器および該
    消費済作業流体が該液体作業流体の一部と熱交換して該
    液体作業流体を予熱しかつ蒸発する第６熱交換器をさら
    に含む、請求項18記載の装置。
20. 【請求項２０】該複合流の分離から形成された該液体流
    の圧力により高い圧力に該希薄流を加圧する第１ポン
    プ、該希薄流が、高圧に加圧された後、該抽出作業流体
    と混合して該複合流を形成する前に該複合流と熱交換す
    ることを可能にする第２熱交換器、該液体作業流体を前
    記熱交換器から流出する該液体作業流体の圧力より高い
    圧力に加圧する第２ポンプ、この液体作業流体が、高圧
    に加圧された後、該複合流と熱交換して該液体作業流体
    を予熱することを可能にする第２熱交換器をさらに含
    む、請求項19記載の装置。
21. 【請求項２１】熱力学的サイクルを実施する装置であっ
    て、該装置が ガス作業流体を過熱する過熱器、 該過熱されたガス作業流体を膨脹させてそのエネルギを
    使用可能な形態に変換させる装置、 該膨脹したガス作業流体を抽出作業流体と消費済作業流
    体とに分離する第１流れ分離器、 該消費済作業流体を再熱する再熱器および該再熱された
    消費済作業流体を再熱後膨脹させる装置、 該抽出作業流体および該消費済作業流体を、該消費済作
    業流体の膨脹の後、冷却し該抽出作業流体および該消費
    済作業流体の冷却により伝達された熱を該ガス作業流体
    を過熱するのに使用する第１および第２の熱交換器、 該抽出作業流体を抽出作業流体より多くの高沸点成分を
    含む希薄流と混合し新鮮な液体作業流体を蒸発するのに
    必要な温度範囲より高い温度範囲以上で凝縮する複合流
    を形成する第１流れ混合器、 該複合流を凝縮させて新鮮な液体流を部分的に蒸発させ
    るための熱を発生して、該液体流作動流ガス作業流体に
    変換する熱交換器、 該複合流を膨脹させて該複合流の圧力を低下させる装
    置、 未だに蒸発していない同じ複合流の対向流から伝達され
    た熱によって膨脹した該複合流の第１部分を部分的に蒸
    発する第４熱交換器、および前記消費済作業流体から伝
    達された熱によって膨脹した該複合流のこの部分を部分
    的に蒸発する第５熱交換器、 該複合流の部分的に蒸発した第１部分を分離して希薄流
    の一部を形成する第１液体流および第１蒸気流を形成す
    る重力分離器、 該第１蒸気流を前記膨脹した複合流の第２部分と混合
    し、かつ第２蒸気流および第２液体流がそこから流出す
    ることを可能にするスクラバー、 前記第１液体流および前記第２液体流を混合して前記希
    薄流を形成する第２流れ混合器、 該希薄流を該複合流の部分的に蒸発した第１部分の分離
    から発生する該第１液体流の圧力より高い圧力に加圧す
    る第１ポンプ、 該膨脹した複合流を該第２蒸気流と混合して予め凝縮し
    た作動流を形成する第３熱交換器、 予め凝縮した作動流を凝縮させて液体流作動流を発生す
    る凝縮器、 該液体作業流体を、それが凝縮器から流出した後、該凝
    縮器から流出した後の液体作業流体の圧力より高い圧力
    に加圧し、前記高圧液体作業流体を前記第３熱交換器内
    で蒸発させて前記ガス作業流体を発生する第２ポンプ を含む、熱力学的サイクルを実施する装置。
22. 【請求項２２】前記抽出作業流体を第１抽出作業流体お
    よび第２抽出作業流体に分離し、前記第１抽出作業流体
    を前記希薄流と混合して第１複合流を形成し前記新鮮な
    液体作業流体に熱伝達して蒸発させる第２流れ分離器、
    および前記第２抽出作業流体を、前記第１複合流が前記
    新鮮な液体作業流体をを蒸発するため熱を伝達した後、
    前記第１複合流と混合して前記液体作業流体を予熱する
    ため使用される前記複合流を形成する第４流れ分離器を
    さらに含む請求項21記載の装置。
23. 【請求項２３】該希薄流および該液体作業流体を予熱す
    るため該複合流から熱を伝達しうる第６熱交換器、およ
    び該液体作業流体の一部を予熱しかつ蒸発させて該ガス
    作業流体の一部を形成するため該消費済作業流体から過
    熱しうる第７および第８熱交換器をさらに含む、請求項
    21記載の装置。
24. 【請求項２４】該過熱されたガス作業流体を膨脹させる
    装置がタービンであり、該再熱された消費済作業流体を
    膨脹させる装置がタービンであり、該複合流を膨脹させ
    る装置が液圧タービンである、請求項22記載の装置。
25. 【請求項２５】熱力学的サイクルを実施する装置であっ
    て、該装置が ガス作業流体を過熱する過熱器、 該過熱されたガス作業流体を膨脹させてそのエネルギを
    使用可能な形態に変換する装置、 該膨脹したガス作業流体を抽出作業流体と消費済作業流
    体とに分離する第１流れ分離器、 該消費済作業流体を再熱する再熱器および該再熱された
    消費済作業流体を膨脹させる装置、 該抽出作業流体および該消費済作業流体を、該消費済作
    業流体の膨脹の後、冷却し該抽出作業流体および該消費
    済作業流体の冷却により伝達された熱を該ガス作業流体
    を過熱するのに使用する第１および第２熱交換器、 該抽出作業流体を、抽出作業流体より多くの高沸点成分
    を含む、希薄流と混合して新鮮な液体作業流体を蒸発す
    るのに必要な温度範囲より高い温度範囲以上の温度で凝
    縮する複合流を形成する第１流れ混合器 該複合流を凝縮させて新鮮な液体流を部分的に蒸発させ
    るための熱を発生し、該液体流作動流をガス作業流体に
    変換する第３熱交換器、 該複合流を冷却しかつ凝縮させて該希薄流および該液体
    作業流体を予熱する第４熱交換器、 該複合流を膨脹させて該複合流の圧力を低下させる装
    置。 未だに蒸発していない、同じ複合流の対向流から伝達さ
    れた熱によって膨脹した複合流の該第１部分を部分的に
    蒸発する第４熱交換器、および前記消費済作業流体から
    伝達された熱によって膨脹した複合流のこの第１部分を
    部分的に蒸発させることを可能にする第５熱交換器、 該複合流の部分的に蒸発した第１部分を分離して該希薄
    流の一部を形成する第１液体流および第１蒸気流を形成
    する重力分離器、 第１蒸気流を前記膨脹した複合流の第２部分と混合し、
    かつ第２蒸気流および第２液体流がそこから流出するこ
    とを可能にするスクラバー、 前記第１液体流および前記第２液体流を混合して前記希
    薄流を形成する第２流れ混合器、 該希薄流を該複合流の部分的に蒸発した第１部分の分離
    から発生する第１液体流の圧力より高い圧力に加圧する
    第１ポンプ、 該消費済作業流体から熱を、それがガス作業流体に熱を
    伝達した後、該液体作業流体に伝達して液体作業流体を
    蒸発しガス作業流体の一部を形成する第７熱交換器およ
    び該消費済作業流体から熱を液体作業流体を予熱するた
    め伝達することを可能にする第８熱交換器、 第２蒸気流を該膨脹した複合流の第３部分と混合して予
    め凝縮した作動流を形成する第３流れ混合器、 該予め凝縮した作動流を凝縮して液体流作動流を形成す
    る凝縮器、および 該液体作業流体を、それが該凝縮器から流出した後、該
    液体作業流体が第４および第８熱交換器内で予熱される
    前に、高い圧力に加圧する第２ポンプ を含む、熱力学的サイクル実施する装置。