JP6444424B2 - ヒートポンプを備えたランキンサイクルを用いた、熱エネルギーを機械エネルギーに変換する方法 - Google Patents
ヒートポンプを備えたランキンサイクルを用いた、熱エネルギーを機械エネルギーに変換する方法 Download PDFInfo
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Description
a)第1の熱源との熱交換によって作動流体を蒸発させる工程と、
b)蒸発した作動流体を2つの部分に分離する工程と、
c)予め圧縮された第2の部分との熱交換によって第1の部分を加熱する工程と、
d)第1の部分に含まれる熱エネルギーの一部を機械エネルギーに変換する工程と、
e)第1の部分と予め膨張した第2の部分との少なくとも一部を混合することで、作動流体の少なくとも一部を再形成する工程と、
f)第2の熱源との熱交換によって再形成された作動流体の少なくとも一部を凝縮させる工程と、
g)凝縮した作動流体を圧縮する工程と、
が実行されることが好ましい。
第1の熱源によって作動流体を蒸発させる第1の熱交換器と、
蒸発した作動流体を2つの部分に分離する分離器と、
圧縮器で圧縮された第2の部分によって第1の部分を加熱する第2の熱交換器と、
第1の部分に含まれる熱エネルギーの一部を機械エネルギーに変換するタービンと、
第1の部分と膨張手段によって膨張した第2の部分との少なくとも一部を混合し、作動流体の少なくとも一部を再形成する第1の混合器と、
第2の熱源によって作動流体の少なくとも一部を凝縮させる第3の熱交換器と、
凝縮した作動流体を圧縮するポンプと、
をこの順で有していることが好ましい。
(例えば、温熱源との熱交換による)蒸発と、
(例えば、熱エネルギーを機械エネルギーに変換するタービンによる)膨張と、
(例えば、冷熱源とのフリゴリー交換による)凝縮と、
(例えば、ポンプによる)圧縮と、
が連続的に行われるサイクルである。
本発明の方法およびシステムの効果を明らかにするために、本発明の様々な実施形態および従来技術の2つの実施形態に対してそれぞれシミュレーションを実施した。
●温水(温熱源SC)
○温度:28℃
●冷水(冷熱源SF)
○温度:4℃
●PACを備えていないランキンサイクル(図1の従来技術)
○タービン3内でのNH3の流量:100kg/s
●ヒートポンプ2
○NH3の流量:4kg/s
○サイクル1として表示された、図1に示すランキンサイクル単独(従来技術)
○サイクル2として表示された、ランキンサイクルとヒートポンプとを備えた図2の熱力学サイクル(従来技術)
○それぞれサイクル3、サイクル4、およびサイクル5として表示された、図3から図5に示す本発明の第1、第2、および第3の実施形態
Claims (15)
- 作動流体が閉回路内で循環させられる、熱エネルギーを機械エネルギーに変換する方法であって、前記閉回路がランキンサイクルによる回路を有し、前記ランキンサイクル回路が、該ランキンサイクル回路で蒸発した前記作動流体を加熱するヒートポンプ(2)を備える、熱エネルギーを機械エネルギーに変換する方法において、前記ランキンサイクル回路の前記作動流体が、前記ヒートポンプの前記回路内で循環させられ、前記蒸発した作動流体が、前記ランキンサイクル回路によって機械エネルギーへの変換に用いられる第1の部分と、前記ヒートポンプで用いられる第2の部分との2つの部分に分離されることを特徴とする方法。
- 前記ランキンサイクル回路での機械エネルギーへの変換工程の後で、前記第1の部分が前記第2の部分の少なくとも一部と混合される、請求項1に記載の方法。
- 以下の工程、すなわち、
a)第1の熱源(SC)との熱交換によって前記作動流体を蒸発させる工程と、
b)前記蒸発した作動流体を2つの部分に分離する工程と、
c)予め圧縮された第2の部分との熱交換によって第1の部分を加熱する工程と、
d)前記第1の部分に含まれる熱エネルギーの一部を機械エネルギーに変換する工程と、
e)前記第1の部分と予め膨張した前記第2の部分との少なくとも一部を混合することで、前記作動流体の少なくとも一部を再形成する工程と、
f)第2の熱源(SF)との熱交換によって前記再形成された作動流体の少なくとも一部を凝縮させる工程と、
g)前記凝縮した作動流体を圧縮する工程と、
が実行される、請求項1または2に記載の方法。 - 前記作動流体の一部を再形成する工程の上流で、前記第2の部分が液相と気相とに分離され、前記作動流体を部分的に再形成する工程で前記第2の部分の前記気相が前記第1の部分と混合され、前記第2の部分の前記液相が前記凝縮した作動流体と混合される、請求項3に記載の方法。
- 前記部分的に再形成された作動流体が液相と気相とに分離され、前記作動流体の前記気相が前記凝縮工程で凝縮され、前記作動流体の前記液相が前記凝縮した作動流体と混合される、請求項3または4に記載の方法。
- 前記熱源(SF,SC)が、異なる深さから採取した海水からなる、請求項3から5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記作動流体がアンモニアを有する、請求項1から6のいずれか1項に記載の方法。
- 作動流体が循環する閉回路を有する、熱エネルギーを機械エネルギーに変換するシステムであって、前記閉回路がランキンサイクル回路を有し、前記ランキンサイクル回路が、該ランキンサイクル回路内の蒸発した前記作動流体を加熱するヒートポンプを備える、熱エネルギーを機械エネルギーに変換するシステムにおいて、前記ランキンサイクル回路の前記作動流体が、前記ヒートポンプ(2)の前記回路内を循環し、前記閉回路が、前記作動流体を2つの部分に分離する第1の分離器(11)であって、前記ランキンサイクル回路によって機械エネルギーへの変換に用いられる第1の部分と、前記ヒートポンプ(2)の前記回路で用いられる第2の部分との2つの部分に分離する第1の分離器(11)を有することを特徴とするシステム。
- 前記閉回路が、前記ランキンサイクル回路における機械エネルギーに変換する手段(3)の下流に、前記第1の部分を前記第2の部分の少なくとも一部に混合する第1の混合器(12)を有する、請求項8に記載のシステム。
- 前記閉回路が、
第1の熱源(SC)によって前記作動流体を蒸発させる第1の熱交換器(1)と、
前記蒸発した作動流体を2つの部分に分離する分離器(11)と、
圧縮器(7)で圧縮された第2の部分によって第1の部分を加熱する第2の熱交換器(8)と、
前記第1の部分に含まれる熱エネルギーの一部を機械エネルギーに変換するタービン(3)と、
前記第1の部分と膨張手段(9,16)によって膨張した前記第2の部分との少なくとも一部を混合し、前記作動流体の少なくとも一部を再形成する第1の混合器(12)と、
第2の熱源(SF)によって前記作動流体の少なくとも一部を凝縮させる第3の熱交換器(5)と、
前記凝縮した作動流体を圧縮するポンプ(6)と、
をこの順で有する、請求項8または9に記載のシステム。 - 前記膨張手段が、弁(9)または二相ポンプ(16)を有する、請求項10に記載のシステム。
- 前記閉回路が、前記第1の混合器(12)の上流に、前記第2の部分の液相と気相とを分離する第2の分離器(13)を有するとともに、前記第3の熱交換器(5)の下流に、前記液相を前記第3の熱交換器(5)の出口での前記作動流体に混合する第2の混合器(14)を有し、前記第1の混合器(12)が、前記第2の部分の前記気相を前記第1の部分に混合する、請求項10または11のいずれかに記載のシステム。
- 前記閉回路が、前記第1の混合器(12)の下流に、前記第1の混合器(12)の出口での前記作動流体の液相と気相とを分離する第3の分離器(15)を有するとともに、前記第3の熱交換器(5)の下流に、前記液相を前記第3の熱交換器(5)の出口での前記作動流体に混合する第2の混合器(14)とを有し、前記第3の熱交換器(5)が、前記作動流体の前記気相を冷却する、請求項10から12のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記熱源(SF,SC)が、異なる深さから採取した海水からなる、請求項10から13のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記作動流体がアンモニアを有する、請求項8から14のいずれか1項に記載のシステム。
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