(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】2021510802
(43)【公表日】20210430
(54)【発明の名称】1次熱伝達ループ、発電サイクル・ループ、及び中間熱伝達ループを備える多重閉ループを使用して熱及び電力を生成するためのシステム及び方法
(51)【国際特許分類】
   F22B 1/16 20060101AFI20210402BHJP
   F01K 7/16 20060101ALI20210402BHJP
   F01K 7/38 20060101ALI20210402BHJP
   F01D 25/12 20060101ALI20210402BHJP
【FI】
   !F22B1/16 Z
   !F01K7/16 Z
   !F01K7/38 102Z
   !F01D25/12 A
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】67
(21)【出願番号】2020552879
(86)(22)【出願日】20190329
(85)【翻訳文提出日】20201118
(86)【国際出願番号】US2019024982
(87)【国際公開番号】WO2019191671
(87)【国際公開日】20191003
(31)【優先権主張番号】62/729,105
(32)【優先日】20180910
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】62/650,150
(32)【優先日】20180329
(33)【優先権主張国】US
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT
(71)【出願人】
【識別番号】520370946
【氏名又は名称】エックスワイゼット エナジー グループ、エルエルシー
【住所又は居所】アメリカ合衆国 77386 テキサス、スプリング、パイン ウッド メドウズ レイン 5306
(74)【代理人】
【識別番号】110000855
【氏名又は名称】特許業務法人浅村特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ハンティントン、リチャード、アラン
【住所又は居所】アメリカ合衆国、テキサス、スプリング、パイン ウッド メドウズ レイン 5306
(72)【発明者】
【氏名】ミットリッカー、フランク、エフ.
【住所又は居所】アメリカ合衆国、カリフォルニア、ジャマル、プリシラ ドライブ 14777
(72)【発明者】
【氏名】スターチャー、ローレン、ケイ.
【住所又は居所】アメリカ合衆国、テキサス、シュガー ランド、キャッスルブルック コート 3410
(57)【要約】
1次熱伝達ループと、いくつかの発電サイクル・ループと、高温熱伝達ループからいくつかの発電サイクル・ループに熱を伝達する中間熱伝達ループとを含む複数の循環ループを使用して、高価値熱源から電力及び任意選択で熱を生成するための方法及びシステム。中間熱伝達ループを配置して、シェル・アンド・チューブ熱交換器、特にチューブ側とシェル側の圧力差が非常に大きい熱交換器を実用的な範囲で排除し、シェル・アンド・チューブ熱交換器、プレート型熱交換器、二重管熱交換器、及び非常に高い差圧で1次熱伝達ループからいくつかの発電サイクル・ループに直接熱を伝達する同様の熱交換器を排除し、コンバインド・サイクル発電プラントの一部としてガス・タービン煙道ガスから蒸気又は他の発電サイクル流体に熱を伝達するために一般的に使用される排熱回収ボイラで使用されるのと同様の設計の熱伝達コイルを最大限に活用する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電力を生成するための方法であって、
a)直列に配置され、収容ハウジング内に収められた4つ以上の独立型熱伝達装置を提供するステップと、
b)前記ハウジングを通して前記4つ以上の独立型熱伝達装置を中心として中間熱伝達流体を循環させるステップと、
c)外部熱源を使用して1次熱伝達流体を加熱して、加熱後の1次熱伝達流体を提供するステップと、
d)前記加熱後の1次熱伝達流体の第1の部分を前記ハウジング内の前記4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第1の独立型熱伝達装置に循環させ、前記加熱後の1次熱伝達流体の第2の部分を前記ハウジング内の前記4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第2の独立型熱伝達装置に循環させるステップであって、前記中間熱伝達流体が、前記第1及び第2の独立型熱伝達装置の両方からの前記加熱後の1次熱伝達流体によって間接的に加熱される、ステップと、
e)発電サイクル流体の少なくとも一部を前記ハウジング内の前記4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第3の独立型熱伝達装置に循環させ、前記発電サイクル流体の前記少なくとも一部を前記ハウジング内の前記4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第4の独立型熱伝達装置に循環させて、加熱後の発電サイクル流体を提供するステップであって、前記発電サイクル流体が、前記中間熱伝達流体によって前記第3及び第4の独立型熱伝達装置内で間接的に加熱される、ステップと、
f)前記ハウジングを出る前記加熱後の発電サイクル流体を使用して電力を生成するステップと
を含む、方法。
【請求項2】
前記中間熱伝達流体が前記1次熱伝達流体の前記第1の部分によって加熱された後、前記ハウジング内の前記中間熱伝達流体から熱を伝達することによって、前記4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの前記第3の独立型熱伝達装置内で前記発電サイクル流体が加熱される、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記加熱後の発電サイクル流体を、前記ハウジングを出た後に第1のタービン段に導入し、次いで前記発電サイクル流体の前記少なくとも一部を、前記発電サイクル流体が入ったときよりも低い圧力で前記第1のタービン段から抽出するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項4】
前記4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの前記第3の独立型熱伝達装置内で前記中間熱伝達流体が前記発電サイクル流体を加熱した後、前記1次熱伝達流体の前記第2の部分から熱を伝達することによって前記中間熱伝達流体を加熱するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項5】
前記4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの前記第4の独立型熱伝達装置内で前記中間熱伝達流体が前記発電サイクル流体を加熱した後、前記1次熱伝達流体の前記第2の部分から熱を伝達することによって前記中間熱伝達流体を加熱するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項6】
前記中間熱伝達流体が前記1次熱伝達流体の前記第2の部分によって加熱された後、前記中間熱伝達流体から熱を伝達することによって前記発電サイクル流体の前記少なくとも一部を加熱するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項7】
前記加熱後の圧力発電サイクル流体の少なくとも一部を、その一部が前記中間熱伝達流体によって加熱された後、第2のタービン段に導入し、次いで前記加熱後の発電サイクル流体の前記少なくとも一部を、前記加熱後の発電サイクル流体が入ったときより低い圧力で前記第2のタービン段から抽出するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項8】
少なくとも1つのタービン段から前記発電サイクル流体の少なくとも一部を抽出し、前記抽出された発電サイクル流体を使用して前記中間熱伝達流体を加熱するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項9】
前記発電サイクル流体の第3の部分を第5の独立型熱交換装置に導入して、残留熱を外部システムに排出するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項10】
前記第1のタービン段又は前記第2のタービン段から前記発電サイクル流体の少なくとも2つの部分を抽出し、それらを中間熱伝達流体予熱器に導き、それによって前記中間熱伝達流体を加熱し、前記発電サイクル流体の前記少なくとも2つの部分を冷却するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項11】
前記中間熱伝達流体が、ブロワ、コンプレッサ、ポンプ、及びファンのうちの任意の1つ又は複数を使用して循環される、請求項1に記載の方法。
【請求項12】
(i)前記中間熱伝達ループ内のダンパの位置を調整することによって、(ii)前記ブロワ、コンプレッサ、ポンプ、若しくはファンの運転速度を調整することによって、或いは(iii)前記ブロワ、コンプレッサ、ポンプ、若しくはファンの少なくとも1つの入口ガイド・ベーン、ステータ・ベーン、若しくは回転ベーンの位置、開放性、若しくは角度を調整することによって、前記ハウジングを通る前記中間熱伝達流体の流量を調整するステップをさらに含む、請求項11に記載の方法。
【請求項13】
電力を生成するための方法であって、
a)直列に配置され、収容ハウジング内に収められた4つ以上の独立型熱伝達装置を提供するステップと、
b)前記ハウジングを通して前記4つ以上の独立型熱伝達装置を中心として中間熱伝達流体を循環させるステップと、
c)外部熱源を使用して1次熱伝達流体を加熱して、加熱後の1次熱伝達流体を提供するステップと、
d)前記加熱後の1次熱伝達流体の第1の部分を前記ハウジング内の前記4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第1の独立型熱伝達装置に循環させ、前記加熱後の1次熱伝達流体の第2の部分を前記ハウジング内の前記4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第2の独立型熱伝達装置に循環させるステップであって、前記中間熱伝達流体が、前記第1及び第2の独立型熱伝達装置の両方からの前記加熱後の1次熱伝達流体によって間接的に加熱される、ステップと、
e)発電サイクル流体の少なくとも一部を前記ハウジング内の前記4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第3の独立型熱伝達装置に循環させ、前記発電サイクル流体の前記少なくとも一部を前記ハウジング内の前記4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第4の独立型熱伝達装置に循環させて、加熱後の発電サイクル流体を提供するステップであって、前記発電サイクル流体が、前記中間熱伝達流体によって前記第3及び第4の独立型熱伝達装置内で間接的に加熱される、ステップと、
f)前記ハウジングを出る前記加熱後の発電サイクル流体を使用して電力を生成するステップと、
g)前記ハウジングの2つ以上の位置の前記中間熱伝達流体及び前記発電サイクル流体の温度を決定し、前記2つ以上の位置で決定された前記中間熱伝達又は前記発電サイクル流体の温度差に少なくとも部分的に基づいて、前記中間熱伝達流体の流量を調整するステップと
を含む、方法。
【請求項14】
前記中間熱伝達の温度差又は前記発電サイクル流体の温度差が所定の設定値にほぼ等しくなるまで、前記中間熱伝達流体若しくは前記発電サイクル流体又はその両方の流量が調整される、請求項1に記載の方法。
【請求項15】
前記所定の設定値が約−50℃から約+50℃までである、請求項14に記載の方法。
【請求項16】
前記所定の設定値が約0である、請求項14に記載の方法。
【請求項17】
前記1次熱伝達流体、前記中間熱伝達流体、及び前記発電サイクル流体のうちの少なくとも1つの流量に少なくとも部分的に基づいて、前記所定の設定値を調整するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項18】
電力を生成するための方法であって、
a)高価値熱源内で1次熱伝達流体を循環させるステップと、
b)中間熱伝達ループ内で中間熱伝達流体を循環させるステップと、
c)電力を生成するための1つ又は複数のタービンを備える発電サイクル・ループ内で発電サイクル流体を循環させるステップと、
d)前記1次熱伝達流体の第1の部分から熱を伝達することによって、前記中間熱伝達流体を加熱するステップと、
e)前記中間熱伝達流体が前記1次熱伝達流体の前記第1の部分によって加熱された後、前記中間熱伝達流体から熱を伝達することによって、前記発電サイクル流体の少なくとも一部を加熱するステップと、
f)前記第1の部分が前記中間熱伝達流体によって加熱された後、前記発電サイクル流体の前記加熱後の部分を第1のタービン段に導入し、前記発電サイクル流体が入ったときよりも低い圧力で前記第1のタービン段から前記発電サイクル流体を抽出して、前記第1のタービン段内で仕事又は電力を生成するステップと、
g)前記中間熱伝達流体が前記発電サイクル流体の前記第1の部分を加熱した後、前記1次熱伝達流体の第2の部分から熱を伝達することによって、前記中間熱伝達流体を加熱するステップと、
h)前記中間熱伝達流体が前記1次熱伝達流体の前記第2の部分によって加熱された後、前記中間熱伝達流体から熱を伝達することによって、前記発電サイクル流体の少なくとも一部を加熱するステップと、
i)前記中間熱伝達流体が前記1次熱伝達流体の前記第2の部分によって加熱された後に前記中間熱伝達流体によって加熱された前記発電サイクル流体の少なくとも一部を、第2のタービン段に導入し、前記発電サイクル流体が入ったときよりも低い圧力で前記発電サイクル流体の前記部分を抽出して、前記第2のタービン段内で仕事又は電力を生成するステップと、
j)前記タービン段のうちの少なくとも1つから前記発電サイクル流体の少なくとも一部を抽出し、前記抽出された発電サイクル流体を使用して前記中間熱伝達流体の少なくとも一部を加熱するステップと、
k)前記抽出された発電サイクル流体を熱交換装置に導入して、残留熱を外部システムに排出するステップと、
l)前記発電サイクル流体を再加圧して前記ハウジングに再循環させるステップと
を含む、方法。
【請求項19】
前記中間熱伝達ループが、直列に配置され、収容ハウジング内に収められた4つ以上の独立型熱伝達装置を備える、請求項18に記載の方法。
【請求項20】
前記発電サイクル流体の前記第1の部分が、前記発電サイクル流体の前記第2の部分よりも高い圧力を有する、請求項18に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、2018年3月29日に出願された米国仮特許出願第62/650,150号、及び2018年9月10日に出願された米国仮特許出願第62/729,105号の優先権を主張するものである。それらの全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示の実施例は、一般に、高価値熱(high value heat)を有用な仕事及び電力に変換するためのシステム及び方法に関する。より詳細には、本開示の実施例は、熱エネルギーを伝達及び変換するためのシステム及び方法に関し、高価値熱は、複数の熱伝達流体、ループ、及び熱交換装置又はシステムを使用して発電サイクル(power cycle)に伝達される。
【背景技術】
【0003】
電力の生成は、一般に、熱発電サイクルを伴わない、水力タービン、風力タービン、太陽光発電、並びにランキン・サイクル、ブレイトン・サイクル、エアブレイトン・サイクル、カリーナ・サイクル、及び他の多くのものなどの熱力学的サイクルに基づく熱発電サイクルを伴う他の方法を含む様々な方法で実現され得る。
【0004】
熱発電プラントは、典型的には、燃料を燃焼させて、従来の熱発電サイクルを使用して有用な電力(及び、場合によっては有用な低価値熱)を生成するために必要な高価値熱を生成する。一部の熱発電プラントは、ガス、燃料油、又は石炭燃焼蒸気(たとえば、ランキン・サイクル又はカリーナ・サイクル)などの外燃機関を使用し、ボイラ管、過熱器管、節炭器管又は他の装置などの何らかのタイプの熱伝達装置を介して、燃焼熱を発電サイクル流体(たとえば、水/蒸気)に伝達する。このような外燃発電プラントにおいて、燃焼熱は、中間流体又は熱伝達装置を用いることなく、燃焼プロセスによって形成された高温の煙道ガスから発電サイクルに直接伝達される。
【0005】
他の熱発電プラントは、内燃機関を使用して発電サイクルを生成している。このクラスのエンジンの例には、ガス・タービン、ディーゼル・エンジン、オットー・サイクル・エンジンが含まれる。これらのタイプの内燃機関は、熱源から発電サイクルの原動力流体への熱伝達を必要としない。この場合も、このクラスの熱発電プラントには、中間流体又は熱伝達装置は必要ない。実際には、このようなエンジンでは、燃焼プロセスによって形成される高温の煙道ガスも発電サイクル流体である。
【0006】
熱発電プラントの別のグループは、外燃機関又は非燃焼の高価値熱源を使用し得るが、熱を発電サイクル流体に直接伝達することはない。このような非燃焼熱源の例には、太陽熱(太陽光発電と混同してはならない)源、原子力源、及び地熱源が含まれ得る。このような熱源を使用する発電プラントは、熱源から発電サイクル流体(たとえば、水/蒸気)に直接熱を伝達するように設計され得るが、実際には、集光型太陽集熱器(solar collector)、原子炉、又は地熱源から熱エネルギーを吸収するため、溶融塩、液体金属、油、又は不活性ガスなどの別の熱伝達流体が使用される。
【0007】
Thomson(米国特許第4362149号)は、熱伝達流体が熱エネルギー源を通して循環される熱貯蔵システム及び方法について説明している。熱エネルギー源は、太陽である。液体アルカリ金属が、熱伝達流体である。システムは、循環する気流によって加熱及び冷却された岩の塊との間で熱を伝達する。高価値熱は、蒸気発生器を介して熱伝達流体から発電サイクル流体(たとえば、水/蒸気)に伝達されて有用な仕事及び電力を生成する。
【0008】
Van Hook(米国特許第4668494号)は、化学合成工程に高価値太陽エネルギーを使用して、アンモニア、水蒸気改質炭化水素を製造し、炭化水素をガス化する方法について説明している。Van Hookは、溶融無機塩などの熱伝達流体を使用して、様々な太陽熱受熱器から化学合成反応器及び関連機器に、また熱伝達流体からこの機器に熱を輸送する。溶融塩及び反応器機器の運転条件により、高温ニッケル基合金が必要である。
【0009】
Karda(米国特許第4768345号)は、熱エネルギー貯蔵を組み込み、2つの流体を使用する太陽熱発電プラントについて説明している。第1の流体は、太陽熱集熱器内に静的に存在し、太陽熱集熱器及び蓄熱媒体として機能する相変化流体である。第2の流体は、太陽熱集熱器を循環し、太陽熱集熱器から熱を吸収し、次いでエネルギー利用セクションを通過して、吸収した熱から有用な仕事及び電力を生成する発電サイクル流体である。
【0010】
Litwin(米国特許第6957536B2号、米国特許第8365529B2号)は、高価値熱が、太陽集熱器から吸収され、オープン・エア・ブレイトン・サイクルを介して仕事及び電力に変換される太陽熱発電プラントについて説明している。熱交換器内の液体金属又は溶融塩として記載されている熱伝達流体を使用して、周囲空気が圧縮及び加熱される。熱伝達流体は、経路、パイプ、導管、貯蔵タンクを通って様々に流れて太陽集熱器から熱を吸収する。
【0011】
Aga(米国特許出願公開第2014/0075939A1号)は、高価値熱が太陽集熱器から吸収され、蒸気ランキン・サイクルを介して仕事及び電力に変換される太陽熱発電プラントについて説明している。ランキン・サイクルの蒸気は、太陽エネルギー集熱器によって直接加熱されるか、又は太陽エネルギー集熱器によって個別に加熱される蓄熱流体によって加熱される。
【0012】
Woolley(米国特許第9368244B2号)は、高価値熱が原子炉から吸収され、ブレイトン・サイクルを介して有用な仕事及び電力に変換される溶融塩原子力発電プラントについて説明している。この構成において、ブレイトン・サイクルは、クローズド・ヘリウム・サイクル又はオープン・エアブレイトン・サイクル、又はさらにはクローズド・ランキン・サイクルである。溶融塩からの熱は、中間熱伝達流体に伝達され、次いで発電サイクルに伝達されて、発電サイクルを原子炉からの潜在的な汚染から隔離する。
【0013】
Shim(米国特許第8365529B2号)は、主要な熱伝達流体として溶融塩を使用して地熱熱を収集し、熱交換器を使用してランキン・サイクル又はブレイトン・サイクル発電プラントの作動流体に直接熱を伝達する地熱発電プラントを開示している。
【0014】
これらの例において、熱エネルギーは、太陽集熱器、原子炉、若しくは地熱源から、又は熱伝達流体若しくは蓄熱流体から伝達される。これらの例のそれぞれにおいて、熱伝達装置内に何らかの漏洩がある場合、発電サイクル流体(たとえば、空気、蒸気、炭化水素)による様々な熱伝達流体の汚染、又は熱伝達流体による様々な発電サイクル流体の汚染の可能性がある。さらに、熱伝達流体と発電サイクル流体との間に大きな圧力差が存在する場合、熱交換装置の様々な構成要素に、より高い応力レベルが課せられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0015】
【特許文献1】米国特許第4362149号
【特許文献2】米国特許第4668494号
【特許文献3】米国特許第4768345号
【特許文献4】米国特許第6957536B2号
【特許文献5】米国特許第8365529B2号
【特許文献6】米国特許出願公開第2014/0075939A1号
【特許文献7】米国特許第9368244B2号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0016】
中間熱伝達ループ(IHTL:intermediate heat transfer loop)を使用して電力を生成するための方法及びシステムが提供される。一実施例において、方法は、直列に配置され、収容ハウジング(contained housing)内に収められた4つ以上の独立型熱伝達装置を提供するステップと、ハウジングを通して4つ以上の独立型熱伝達装置を中心として中間熱伝達流体(IHTF:intermediate heat transfer fluid)を循環させるステップと、外部熱源を使用して1次熱伝達流体(PHTF:primary heat transfer fluid)を加熱して、加熱後の1次熱伝達流体を提供するステップと、加熱後の1次熱伝達流体の第1の部分をハウジング内の4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第1の独立型熱伝達装置に循環させ、加熱後の1次熱伝達流体の第2の部分をハウジング内の4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第2独立型熱伝達装置に循環させるステップであって、中間熱伝達流体が、第1及び第2の独立型熱伝達装置の両方からの加熱後の1次熱伝達流体によって間接的に加熱される、ステップと、発電サイクル流体(PCF:power cycle fluid)の少なくとも一部をハウジング内の4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第3の独立型熱伝達装置に循環させ、発電サイクル流体の少なくとも一部をハウジング内の4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第4の独立型熱伝達装置に循環させて、加熱後の発電サイクル流体を提供するステップであって、発電サイクル流体が、中間熱伝達流体によって第3及び第4の独立型熱伝達装置内で間接的に加熱される、ステップと、ハウジングを出る加熱後の発電サイクル流体を使用して電力を生成するステップとを含む。
【0017】
本発明の上記の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約した本発明のより具体的な説明は、実施例を参照することによって得ることができ、そのいくつかは、添付の図面に示されている。しかしながら、本発明が他の同等に有効な実施例を認めることができるように、添付の図面が、本発明の典型的な実施例のみを示しており、したがって、その範囲を限定するものと見なされるべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本明細書で提供される1つ又は複数の実施例による、電力を生成するための例示的なシステム100の概略図である。システム100は、ブロワ又は同様の装置を使用することによってIHTFが実質的に再循環されるシステムを示している。
【図2】本明細書で提供される1つ又は複数の実施例による、電力を生成するための別の例示的なシステム200の概略図である。システム200は、IHTFが自然対流によって再循環される点を除いて、システム100と同様である。
【図3】本明細書で提供される1つ又は複数の実施例による、任意選択の貯蔵場所、少なくとも1つの循環ポンプ、及び高価値熱源を有する1次熱伝達ループの概略図である。
【図4】本明細書で提供される1つ又は複数の実施例による、IHTFの循環流量を管理するための例示的な制御方式を示す図である。
【図5】本明細書で提供される1つ又は複数の実施例による、PHTFの各部分の流量を管理するための例示的な制御方式を示す図である。
【図6A】熱伝達装置の温度平衡に対するIHTF循環速度の調整によって引き起こされる効果を実証する図である。
【図6B】熱伝達装置の低温端での温度ピンチに対するIHTF循環速度の調整によって引き起こされる効果を実証する図である。
【図6C】熱伝達装置の高温端での温度ピンチに対するIHTF循環速度の調整によって引き起こされる効果を実証する図である。
【図7】本明細書で提供される1つ又は複数の実施例による、別の例示的なシステム700の概略図である。システム700は、IHTFが実質的に再循環されない点を除いて、システム100及びシステム200と同様である。
【図8】本明細書で提供される1つ又は複数の実施例による、別の例示的なシステム800の概略図である。システム800は、いくつかのタービン(たとえば、HPタービン、MPタービン、及び/又はLPタービン)のうちの少なくとも1つから抽出されたPCFの少なくとも一部を使用してPCFを予熱するためのシステムを含む。
【図9】本明細書で提供される1つ又は複数の実施例による、別の例示的なシステム900の概略図である。システム900は、いくつかのタービン(たとえば、HPタービン、MPタービン、及び/又はLPタービン)のうちの少なくとも1つから抽出されたPCFの少なくとも一部を使用してIHTFを予熱するためのシステムを含む。
【図10】一連のタービン抽出ストリームによってPCFを漸進的に加熱する熱交換器のカスケードであるか、又はそのカスケードを含むPCF予熱器810の概略図である。
【図11】原理的には予熱器810に類似しているが、PCFを加熱するのではなく、IHTF予熱器910が漸進的に加熱されるIHTF予熱器910の概略図である。
【図12】本明細書で提供される1つ又は複数の実施例による、システム100、200、700、800、900、1400、1800、1900、及び/又は2000特定の運転手順を示すフローチャートである。
【図13】本明細書で提供される1つ又は複数の実施例による、予熱器810又は予熱器910の温度対熱流量の一例を示す図である。
【図14】本明細書で提供される1つ又は複数の実施例による、別の例示的なシステム1400の概略図である。システム1400は、高圧タービンの後にPCFの1段再熱(single reheat)のみを示している点を除いて、システム900と同様である。
【図15】2段再熱(double reheat)ランキン・サイクルの適用例についてのシェル・アンド・チューブ熱交換器群などのPHTFからPCFへの直接の熱交換器を採用する比較上のシステム1500の概略図である。
【図16】1段再熱ランキン・サイクルの適用例についてのシェル・アンド・チューブ熱交換器群などのPHTFからPCFへの直接の熱交換器を採用する別の比較上のシステム1600の概略図である。
【図17】本明細書で提供される1つ又は複数の実施例による、IHTF予熱器910の概略図である。
【図18】本明細書で提供される1つ又は複数の実施例による、別の例示的なシステム1800の概略図である。システム1800は、たとえば熱交換装置169を使用したPCFのサブクール状態からの加熱と、たとえば熱交換装置162、165、及び168を使用したPCFの蒸発と、たとえば熱交換装置164を使用したPCFの過熱とを別個に含み得るシステム1400の変形例である。
【図19】本明細書で提供される1つ又は複数の実施例による、別の例示的なシステム1900の概略図である。システム1900は、システム1800の変形例であり、PCF蒸発は、1つ少ない熱交換装置、たとえば162及び167によって実行され得る。
【図20】本明細書で提供される1つ又は複数の実施例による、別の例示的なシステム2000の概略図である。システム2000は、システム900の変形例であり、より少ないPHTF熱交換装置を組み込み、流量制御装置を使用してPCFの流量を分割し、IHTF及びPHTFから利用可能な熱をより有効に活用する。
【図21】図20に示すシステム2000を参照して説明される特定の実施例についてのコイル161〜169の様々な温度プロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下の開示は、本発明の異なる特徴、構造、又は機能を実施するためのいくつかの例示的な実施例について説明していることを理解されたい。本開示を単純化するために、構成要素、配置、及び構成の例示的な実施例を以下に記載しているが、これらの例示的な実施例は、単に例として提供されており、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。さらに、本開示は、様々な例示的な実施例において、また本明細書で提供される図全体にわたって、参照番号及び/又は参照符号を繰り返す場合がある。この繰り返しは、単純化及び明確化を目的としており、図で説明されている様々な例示的な実施例及び/又は構成の間の関係をそれ自体で規定するものではない。さらに、以下の説明における第2の特徴の上、又は上方の第1の特徴の形成は、第1の特徴及び第2の特徴が直接接触して形成される実施例を含む場合があり、また第1の特徴及び第2の特徴が直接接触することができないように、第1の特徴及び第2の特徴を介在させて追加の特徴が形成され得る実施例を含む場合もある。以下に提示される例示的な実施例は、任意の組合せの方法で組み合わせることもでき、すなわち、1つの例示的な実施例からの任意の要素を、本開示の範囲から逸脱することなく、任意の他の例示的な実施例で使用することができる。図は必ずしも縮尺どおりではなく、図の特定の特徴及び特定の表示は、明確及び/又は簡潔にするために、縮尺又は概略図において誇張して示される場合がある。
【0020】
さらに、特定の構成要素を指すために、以下の説明及び特許請求の範囲全体を通して特定の用語が使用されている。当業者が理解するように、様々なエンティティが、異なる名称で同じ構成要素を指す場合があり、したがって、本明細書に記載の要素の命名規則は、本明細書で特に定義されない限り、本発明の範囲を限定することを意図していない。さらに、本明細書で使用される命名規則は、機能ではなく名称が異なる構成要素間を区別することを意図していない。さらに、以下の説明及び特許請求の範囲において、「含む」及び「備える」という用語は、オープン・エンド様式で使用されており、したがって「〜を含むが、これらに限定されない」を意味するものと解釈すべきである。
【0021】
本開示におけるすべての数値は、特に明記しない限り、正確値又は近似値(「約」)であり得る。したがって、本開示の様々な実施例は、意図された範囲から逸脱することなく、本明細書に開示された数、値、及び範囲から逸脱することができる。
【0022】
「又は」という用語は、排他的と包括的の両方の場合を包含することを意図しており、すなわち、「A又はB」は、本明細書で特に明示的に指定されない限り、「A及びBのうちの少なくとも一方」と同義であることが意図している。
【0023】
不定冠詞「a」及び「an」は、文脈上特に明記されていない限り、単数形(すなわち、「1つ」)と複数形の指示対象(すなわち、1つ又は複数)の両方を指す。
【0024】
「上の(up)」及び「下の(down)」、「上向きの(upward)」及び「下向きの(downward)」、「上部の(upper)」及び「下部の(lower)」、「上方へ(upwardly)」及び「下方へ(downwardly)」、「より上に(above)」及び「より下に(below)」、並びに本明細書で使用されるような他の同様の用語は、互いの相対位置を指しており、同じものを使用する装置及び方法が、様々な角度又は方向で等しく有効である場合があるので、特定の空間方向を示すことを意図していない。
【0025】
次に、詳細な説明を提供する。添付の特許請求の範囲のそれぞれは、侵害理由として、特許請求の範囲で指定された様々な要素又は制限の均等物を含むものと認識される別個の発明を定義している。文脈に応じて、「発明」についてのすべての言及は、場合によっては、ある特定の実施例のみを指すことがある。他の場合において、「発明」についての言及は、必ずしもすべてではないが、特許請求の範囲のうちの1つ又は複数に記載された主題を指すことが認識されるであろう。次に、本発明のそれぞれについて、特定の実施例、変形例、及び実例を含めて以下でより詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例、変形例、又は実例に限定されず、これらは、本開示の情報が公開情報及び技術と組み合わされる場合に、当業者が本発明を作成及び使用できるようにするために含まれている。
【0026】
図1は、本明細書で提供される1つ又は複数の実施例による、電力を生成するための例示的なシステム100の概略図を示す。システム100は、サブ・システム1として示される高価値熱源と、サブ・システム1から発電プラントにPHTFを循環させるシステムと、PHTFからストリーム101、102、103、104、及び105を介して循環IHTFに熱を伝達し、ストリーム107、108、109、110、及び112を介してPHTFをサブ・システム1に戻すための1つ又は複数の熱交換装置(161、163、165、及び167の4つが示されている)と、発電サイクル内のいくつかのポイント及びタービン発電機システムの3つの段階(たとえば、HPタービン、MPタービン、及びLPタービン)において循環IHTFから循環PCFに熱を伝達して、高価値熱から有用な仕事及び電力を生成するための1つ又は複数の熱交換装置(160、162、164、166、168、及び169の6つが示されている)とを含み得る。システム100は、中間熱伝達ループが実質的に再循環される、閉中間熱伝達ループを示す。システム100は、IHTFの循環を引き起こすため、且つ/又は制御するためのポンプ、ファン、若しくはブロワ、又は他の圧縮装置(7)をさらに含み得、またバルブ又はダンパ(6)、分離器(4)、及びポンプ(5)も含み得る。
【0027】
タービン発電機システムはまた、いくつかのタービンの有用な電力を、有用な電力を消費する近くの又は遠方の電力網に分配され得る電気エネルギーに変換するための発電機と、PCFを冷却し、場合によってはPCFを凝縮するための凝縮器システムと、PCFを加圧し、いくつかの熱交換装置及びいくつかのタービンに再循環させるためのポンプとを含み得る。PCFシステムは、工業プロセスのプロセス加熱を必要とする外部システムへの熱伝達を通じてPCFを冷却及び/又は凝縮することもできる。プロセス加熱のためのこのような外部熱の使用は、一般にコジェネレーションとして知られている。加えて、このようなコジェネレーションの適用例は、塩水源から淡水を生成するための熱淡水化を含み得る。適切な塩水源には、海水、塩水帯水層、石油及びガス生産施設からの生産水が含まれ得るが、これらに限定されない。
【0028】
図2は、高価値熱源(サブ・システム1)と、PHTFからIHTFに熱を伝達するための様々な熱交換装置(たとえば、161、163、165、及び167)と、発電サイクル内のいくつかのポイント及びタービン発電機システムの3つの段階(たとえば、HPタービン、MPタービン、及びLPタービン)においてIHTFからPCFに熱を伝達して、高価値熱から有用な仕事及び電力を生成するための様々な熱交換装置(たとえば、160、162、164、166、168、及び169)とを備える発電プラントを表すシステム200の概略図である。システム200は、中間熱伝達ループが実質的に再循環される閉中間熱伝達ループを示す。システム200の機器は、中間熱伝達ループ内に垂直方向のホット・レッグ及びコールド・レッグ又はホット・セクション及びコールド・セクションを形成するように配置され、その結果、ループの前記ホット・レッグと前記コールド・レッグとの間の浮力差によってIHTFの循環が実質的に引き起こされる。
【0029】
図3は、1次熱伝達システム(サブ・システム1)と共に使用される例示的な1次熱伝達ループ(PHTL:Primary Heat Transfer Loop)を示す。サブ・システム1は、少なくとも1つの循環ポンプ302と、高価値熱源303とを含み得る。図1、図2、及び図3を参照すると、1次熱伝達ループ(PHTL)は、プロセスのすべての運転条件で液相のままである溶融塩、油、又は他の媒体などの再循環PHTFを含み得る。PHTLはまた、1つ又は複数のタンク(301)と、1つ又は複数の循環ポンプ(302)と、1)高価値熱源(HVHS:High−Value Heat Source)(303)から熱を吸収することによってPHTFの温度を上げ、2)少なくとも2つの熱交換装置(たとえば、コイル160〜169のうちの少なくとも2つ)を介して中間熱伝達ループ(IHTL)に熱を放出することによってPHTFの温度を下げるための、少なくとも3つの熱交換装置とを含み得る。HVHSには、1つ又は複数の太陽熱集熱器又は太陽熱受熱器、集光型の太陽熱集熱器又は太陽熱受熱器、原子炉、地熱集熱器、水素、炭化水素、若しくはバイオマス燃料の燃焼に関連する熱源、又は当業者に知られている他の熱源が含まれ得る。
【0030】
PHTFの温度が50℃、100℃、150℃、200℃、300℃、400℃、500℃以上に上昇してHVHSを1000℃以上の高温に保つことから明らかなように、PHTFは、200℃程度の低温でPHTLを通って高価値熱源に循環され、熱源からエネルギーを得ることができる。
【0031】
PHTLは、最小圧力約10kPa(0.1バールa)及び最大圧力約2MPa(20バールa)で運転することができ、はるかに高い圧力が可能であるが、一般に、熱伝達流体を液相に維持するためには必要ではない。PHTLの最大圧力は、PHTFの運転圧と蒸気圧との間の許容マージンが維持されるように、HVHS(303)と貯蔵タンク(301)又は熱伝達装置(たとえば、コイル160〜171)との間の高低差によって実質的に決定され得る。PHTL圧力は、約0・1〜約1MPa(約1〜約10バールa)であり得る。
【0032】
PHTLは、バルブ305、306、及び307、並びに補足加熱器(304)などの追加の機器、サブ・システム、及び装置も含み得る。これらの追加の機器、サブ・システム、及び装置は、プラントがアイドル状態又は低容量になる可能性がある期間にPHTFを予熱するために使用され得る。これらはまた、PHTL、又はシステム100、200、700、800、900、1400、1500、1600、1800、1900、及び/若しくは2000の他の部分の開始を支援するため、又はプラントの負荷若しくはPHTFの温度を大幅に変更するために使用され得る。
【0033】
サブ・システム1は、1つ又は複数のポンプ(302)を含み得る。図3は、経路、パイプ、導管、及び/又はバルブ(305、306、307)のシステムを介して貯蔵タンク(301)からHVHS(303)まで循環して、PHTFの第1の部分を、経路322を介して303に導き、PHTFの第2の部分を、バルブ305の制御下で経路330を介して303をバイパスするように導くために使用され得る、単一のポンプ(302)を示す。バルブ305は、経路324を介して導かれるPHTFの温度を制御するように調整され得る。経路324内のPHTFの温度が所望の温度よりも低い場合、バルブ305は、経路322及び323を介してより多くのPHTFを303に導き、経路330を介してより少ないPHTFを導くように調節され得る。それに対し、経路324内のPHTFの温度が所望の温度を超える場合、バルブ305は、代わりに、経路322及び323を介してより少ないPHTFを303に導き、経路330を介してより多くのPHTFを導くように調節され得る。PHTFは、経路324から、システム100、200、700、800、900、1400、1500、1600、1800、1900及び/若しくは2000によって例示される発電プラントへの経路101に導かれ得るか、又はバルブ307及び経路326を介してタンク301に再循環させるための経路325を介するように導かれ得る。経路101を介して導かれたPHTFは、経路112を介してバルブ307に戻され、タンク301に戻され得る。
【0034】
PHTFは、経路327及びバルブ306、並びに補助加熱器304への経路326、次いで経路329に導かれて、タンク301に戻り、タンク301内に貯蔵されたPHTFを加熱することができる。これは、プラントの開始若しくは停止手順中、及び/又は様々な経路、タンク、若しくは機器内の最低許容温度を維持するために、303による低熱生産時にPHTFを加熱する必要があることを意味する。
【0035】
図3は、サブ・システム1の配置の一例である。追加の貯蔵タンク、追加のポンプ、並びに代替の制御システム及び方法を提供するために、他の多くの配置が提供され得る。たとえば、図3は、PHTFを301から303と発電プラントとの両方に循環させるための単一のポンプ・サービスを示しているが、PHTFを301から303に循環させ、301に戻すための独立したポンプ・サービス、及びPHTFを301から経路101を介して発電プラントに循環させ、経路112を介してPHTFを301に戻す別のポンプ・サービスを用いた代替の配置が使用され得る。独立した高温PHTFタンク及び低温PHTFタンクを用いて、低温タンクからのPHTFを、発電プラントに導かれた第1の部分、高温タンクに戻される第2の部分、及び高温タンクから発電プラントに循環され、次いで低温タンクに戻される第3の部分によって、303に循環させるようにする、他の配置が使用され得る。
【0036】
図1及び図2を参照すると、IHTLは、大気、加湿空気、水蒸気、ヘリウム、アルゴン、二酸化炭素、キセノン、ネオン、水素、及びクリプトンを含む空気の他の成分、他の液体及び気体、又はいくつかの気体若しくは液体の混合物などの再循環IHTFを含み得る。IHTLはまた、任意の1つ又は複数の循環ファン(7)、ポンプ(5)及び/又はコンプレッサ(7)、並びにPHTFからIHTFに熱を伝達し、次いでいくつかの発電サイクル・ループ(PCL:Power Cycle Loop)内で循環され得るPCFに熱を伝達するための任意の1つ又は複数の熱伝達装置(たとえば、コイル160〜169)も含み得る。IHTLは、最小圧力約10kPa(0.1バールa)及び最大圧力約1MPa(10バールa)で運転することができるが、はるかに高い圧力が可能である。運転圧は、局所的な大気圧に近いが、いくらか高くなる可能性がある。運転圧は、IHTLを囲む構造(たとえばサブ・システム199)の圧力定格及び/又は真空定格を最小限にするように選択され得る。IHTLの圧力を上げると、様々な熱伝達装置(たとえば、コイル160〜169)の性能(すなわち、熱伝達率又はサイズの縮小)を向上させることができるが、少なくともIHTLエンクロージャのコスト及び複雑性が増す可能性もある。実用的な設計では、IHTLエンクロージャ(サブ・システム199)及び熱伝達装置(たとえば、コイル160〜169)の可能なサイズ縮小を、そのエンクロージャの圧力定格及び構造の複雑性と対比して考慮することができる。
【0037】
さらに、IHTLエンクロージャのコスト及び複雑性をなお一層軽減するために、IHTLエンクロージャは、圧力リリーフ用及び/又は真空リリーフ用のドア又はパネルを含み得る。たとえば、通常、ガス・タービンの空気入口プレナム及び排気プレナムに、おもり安全弁、パネル、及びドアを設置して、これらのプレナムのエンクロージャの過大圧力及び/又は過小圧力を防止することができる。同様の方法で、IHTL内に同様の装置を設置して、IHTLエンクロージャの過小圧力及び/又は過大圧力を防止することができる。たとえば、過小圧力は、エンクロージャ内のIHTFの平均温度の冷却によって引き起こされる可能性がある。過大圧力は、エンクロージャ内のIHTFの平均温度の逆の上昇、又は、さらにはいくつかの熱伝達装置のうちの1つの故障(たとえば、コイル160〜169のうちの1つ又は複数のチューブの漏洩又は破裂)によって生じ得るPCF若しくはPHTFのIHTLエンクロージャへの漏洩によっても引き起こされる可能性がある。
【0038】
このような過小圧力又は過大圧力装置の計画外の作動を回避するために、制御システムを設けて、IHTL内のIHTFの質量又はモルを定期的に調整することができる。たとえば、制御システムを使用して、ITHLの圧力を、IHTL圧力の前述の範囲内の圧力設定値の1%、2%、3%、5%、10%、又は20%以内に維持するように、IHTFを追加又は除去することができる。具体的には、サブ・システム199(IHTL)内の圧力が所望の圧力を下回っている場合、バルブ及び/又はポンプ若しくはコンプレッサ(図示せず)を介して、外部ソース、リザーバから、又はさらには大気から、追加のIHTFがIHTLに追加され得る。或いは、IHTL内の圧力が所望の圧力を超えている場合、同様のバルブ及び/又はポンプ若しくはコンプレッサ(図示せず)を介して、IHTFの一部が除去され、外部ソース、リザーバに戻されるか、又はさらには大気に排出され得る。
【0039】
さらに、IHTLの運転圧は、IHTLとPHTLとの間の圧力差を低減するように選択され得る。PHTLは、PHTL、IHTL、及びPCLの最高運転温度を必要とすると想定され得る。その結果、PHTLは、クリープ変形及び/又は腐食などの冶金学的状態にさらされる可能性のある構成要素の構築に、特別な高温合金を必要とする場合がある。PHTLとIHTLの圧力間の圧力差を最小限に抑えることは、PHTL構成要素の応力を低減し、一般的なパイピング用、特に熱伝達装置のチュービング、プレート、又は同様の構成要素用に、より安価な金属合金、及び/又はパイプのより小さいスケジュール(すなわち、パイプ若しくはチューブの直径に関連したより薄い肉厚、又は厚みを小さくしたプレート)の使用を可能にすることになる。パイプのスケジュールを下げると、パイピング若しくはチュービング又はプレートの熱伝導抵抗が減少することによって、熱伝達装置内の熱伝達係数が向上するという利点がある。特に、一般に、より高コストのニッケル、コバルト、モリブデン、及びクロムベースの合金が必要になる可能性があるので、パイプのスケジュールを下げると、PHTLの様々な構成要素を構築するための材料費も削減される。IHTFの圧力は、局所的な周囲圧力よりもいくらか高く、PHTFからIHTFに熱を伝達する様々な熱交換装置におけるPHTLの最小圧力よりも低くなる可能性がある。PHTFに対するIHTFの圧力が低いため、PHTFの漏洩が確実にPHTLからIHTLに発生することになる。
【0040】
PHTLは、発電プラントと直接連通しているPHTLの最も高い部分からこれらの様々な熱交換装置の位置までの高さの変化と一致する最小圧力を有し得る。一例として、比重2.0の溶融塩をPHTFとして使用し、PHTLの最高点がこれらの熱交換装置よりも100m高くなり得る場合、最大圧力差は約2MPa(20バール)と予想することができる。高低差が小さい用途、又はHVHS(303)と発電プラントの間の経路内に貯蔵タンクが配置されている用途の場合、最大圧力差は1MPa(10バール)、又は0.5MPa(5バール)、又は0.2MPa(2バール)であり得る。これは、PHTFが超臨界又は超超臨界ランキン・サイクル発電プラントにおいて蒸気などのPCFに直接熱を伝達する必要がある場合の数十MPa(数百バール)以上の圧力差とは対照的である。さらに、このような発電プラントでは、シェル・アンド・チューブ熱交換器が必要になる可能性が最も高く、発電所規模の発電プラントでは並列の複数の熱交換器が必要になる可能性が非常に高い。これらの複数の並列シェル・アンド・チューブ熱交換器は、停止から開始、部分負荷、全負荷運転までのプラント運転モード中の潜在的な熱成長及び配管の動きを克服するために、複雑な配管構成を必要とする場合がある。
【0041】
IHTLは、熱成長がないことに加えてIHTFを再循環させるための追加のダクティングを可能にするようにサポートされた様々な熱伝達装置用の熱伝達コイル(たとえば、コイル160〜169)を備えたガス・タービン・コンバインド・サイクル排熱回収ボイラ(HRSG:Heat Recovery Steam Generator)のガス・タービン排気/煙道ガスの流路のような、IHTFの構造及び流路を組み込むことができる。IHTLは、局所的な周囲圧力に近いが一般的にはわずかに高い圧力で運転し得るため、IHTLのHRSGのような流路の構造は、PHTF及びPCFに必要となり得るより大きな熱伝達コイルに必要なより大きな断面積(流路面積)に対応するようにスケーリングされ得るので、HRSG構造と同様の構成により、商用のシェル及びチューブの制限なしに、小規模から発電所規模の発電プラント用の熱伝達コイルの容易なスケーリングが可能になる。
【0042】
水平配置(図1)の場合、循環を維持するために循環ファン又はブロワ又はコンプレッサ(7)を設けることができ、再循環速度を調節するためにダンパ又は同様のシステム(6)を設けることができる。代替として、再循環速度を調節するために、ブロワ(7)の運転特性(ガイド・ベーン及び/又は回転ブレード/ベーンの位置又は運転速度)を調整することができる。循環ファン又はブロワ(7)を伴い、ダンパ(6)を伴うか又は伴わないこの構成では、IHTFの再循環速度が所望の流量よりも小さい場合、ブロワ(7)の運転速度が上昇され得るか、ブロワの入口ガイド・ベーンがより開いた位置若しくは角度に移動され得るか、回転ブレード若しくはステータ・ベーンがより開いた位置若しくは角度に移動され得るか、又はダンパ(6)がより開いた位置若しくは角度に移動され得る。或いは、IHTFの再循環速度が所望の流量よりも大きい場合、ブロワ(7)の運転速度が低下され得るか、ブロワの入口ガイド・ベーンがより開いていない位置若しくは角度に移動され得るか、回転ブレード若しくはステータ・ベーンがより開いていない位置若しくは角度に移動され得るか、又はダンパ(6)がより開いていない位置若しくは角度に移動され得る。
【0043】
垂直配置(図2)の場合、IHTL内の高温と低温のIHTFの異なる浮力からの自然循環を促進するために、様々な熱伝達装置(コイル160〜169)は、ホット・レッグ及びコールド・レッグ又はホット・セクション及びコールド・セクションを作成するように配置され得る。図1のように任意選択でブロワ(7)を使用することができ、且つ/又はダンパ・システム(6)を使用して再循環速度を調節することができる。
【0044】
この自然循環は、IHTLのホット・レッグとコールド・レッグの密度の違いから生じる。このような循環を駆動する差圧は、異なる密度の流体のカラムに適用される場合、アルキメデスの原理を使用して推定することができる。循環を駆動する差圧は、ホット・レッグ及びコールド・レッグの平均高さにホット・レッグ及びコールド・レッグの密度差を乗じ、局所的な重力定数(たとえば、9.8m/s/s)を乗じたものにほぼ等しくなり得る。たとえば、気温差400℃、ホット・レッグ及びコールド・レッグの高さ100mのほぼ大気圧の乾燥空気は、約0.5kPa又は約50mmWGの差圧を生成し得る。いくつかの実施例では、自然循環と強制循環の組合せを用いて、ブロワ(7)から必要な差圧を低減することができ、したがって、この再循環ブロワ(7)を駆動するために必要とされる電力を低減することができる。
【0045】
発電サイクル・ループ(PCL)は、水(H2O)、二酸化炭素(CO2)、空気の他の成分、様々な炭化水素流体、又はPCL内で発生する圧力及び温度の範囲で相変化若しくは実質的な密度変化を受ける可能性のある他の流体が含まれ得る再循環PCFを含み得る。これは特に、PCL全体で臨界圧力及び/又は臨界温度を超える条件に留まる可能性があり、したがって厳密には相変化を受けない、CO2又は同様の流体を含むPCFを含むと理解されるべきである。PCLは、IHTFからPCFに、またいくつかの実施例では、PCFの少なくとも一部からIHTFの少なくとも一部に熱を伝達するため、且つ、最終的には、電力に変換されない熱を、凝縮器であり得る1つ又はいくつかの冷却器(12)へ、又は工業プロセス加熱、熱淡水化、若しくは同様の用途を含むがこれらに限定されない他の外部の加熱用途のために外部の熱消費者へ排出するための、1つ又は複数の熱伝達装置(たとえば、コイル160〜169の少なくとも1つ)をさらに含み得る。熱伝達装置は、サイクルのあるポイントにおけるPCFからサイクルの別のポイントに熱を伝達することもできる。
【0046】
発電サイクルは、一般にランキン・サイクル発電プラント、超臨界ランキン・サイクル発電プラント、超超臨界ランキン・サイクル発電プラント、又は他の種類を含むことが知られている構成要素及びサブ・システムを含み得、これらの種類のうち主な違いは、蒸気ランキン・サイクル・プラントの場合は最大圧力10MPa〜40MPa(100バール〜400バール)、最高温度350℃〜750℃で、発電サイクル内の圧力が最も大きく温度が最も高いことである。将来のランキン・サイクル発電プラントは、これらの条件を60MPa(600バール)及び950℃以上に拡張する可能性がある。他のPCFは、流体の熱安定性、熱伝達、発電サイクル構成要素の冶金学、及び同様の効果に基づいて、他の最大圧力及び最高温度に制限され得る。
【0047】
さらに、発電サイクルは、ブレイトン・サイクル、カリーナ・サイクル、及び当業者に知られている他の発電サイクルを含む、上記のランキン・サイクルのうちの1つ以外の圧縮式サイクルとすることもできる。ブレイトン・サイクルの場合、PCFは、PCLの圧力及び温度の範囲内で相変化を必要とせずに選択されることになる。ブレイトン・サイクルの運転温度は、当業者に一般に知られている材料及びシステムに基づいて、1650℃まで高くなる可能性がある。しかしながら、冶金及び非金属、セラミック、金属とセラミックのハイブリッド材料の将来の進歩により、ブレイトン・サイクルにさらに高い温度(おそらく、2000℃程度の高さ)がもたらされる可能性がある。
【0048】
IHTFからPCFに、又はPCFからIHTFに熱を伝達する装置内のPCFの運転圧は、IHTFの運転圧よりも高くなる可能性がある。PHTFからIHTFに熱を伝達する装置内のPHTFの運転圧も、IHTFよりも高くなる可能性がある。したがって、PCL又はPHTLのいずれかで漏洩が発生した場合、PCF及び/又はPHTFはIHTLに漏洩することになる。PHTF又はPCFのいずれかによるIHTLの汚染が発生した場合に監視及び/又は警告するために、検出器を設けることができる。このような検出器には、当業者によって知られているものが含まれ、湿度センサ、導電率センサ、ダスト・センサ、質量分析計、及びガス・クロマトグラフが含まれ得るが、これらに限定されない。したがって、他の液体又はIHTFによるPCF又はPHTFの汚染のリスクは、実際にはあり得ないわけではないにせよ、非常に低くなる可能性がある。
【0049】
発電サイクルについて要約すると、PCFは、サイクルのほぼ最も低い圧力及び温度で冷却器又は凝縮器(12)を出ることができる。PCFは、液相(たとえば、水)又は濃密相流体(たとえば、超臨界CO2)の場合があり、1つ又は複数のポンプ又はコンプレッサ(11)を用いて、高圧までポンプで送られるか又は圧縮され得る。この高圧は、PCFの臨界圧力を上回るか又は下回る場合がある。次いで、PCFは、最初に、IHTFから熱を伝達するための熱伝達装置(たとえば、コイル160〜169のうちの少なくとも1つ)の組合せ、発電サイクルの別の部分からのPCF、発電サイクルの別の部分からのPCFとの直接接触、及び/又はこれらの組合せによって加熱され得る。このような最初の加熱に続いて、PCFは、たとえば図1及び図2のコイル160、162、及び164のうちの少なくとも1つを使用してIHTFと熱交換し、それによりIHTFの温度を下げることによって、さらに加熱されて、液体を気化させるか、又は温度を所望の温度X℃、たとえば350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、又は750℃以上もの温度まで大幅に上げることができる。その後、IHTFは、たとえば図1及び図2のコイル161、163、及び165のうちの少なくとも1つを用いてPHTFの一部と熱交換することによって、所望の温度Y℃、たとえば約550℃、600℃、650℃、700℃、又は800℃以上もの温度まで再熱され得る。
【0050】
PCFを所望の温度に加熱した後、PCFは、タービン(たとえば、HPタービン)を介して圧力を中間圧力レベルまで低下されて、これにより、電力が生成され、有用な方法で発電機又は同様の電力変換装置に供給される。現時点で中間圧力レベルのPCFは、たとえば図1及び図2のコイル166を介してIHTFと熱交換し、IHTFの温度を再び下げることによって、同様の高さの温度又は異なる温度に再熱され得る。IHTFは、たとえば図1及び図2のコイル167を介して、PHTFと熱交換することによって再び再熱され得る。
【0051】
PCFの再熱後、PCFは、別のタービン(たとえば、MPタービン)を介して圧力をさらに低い圧力レベルに再び低下させることができ、これにより、再び電力が生成され、有用な方法で供給される。
【0052】
PHTFの一部と熱交換することによってIHTFを所望の温度Y℃まで加熱し、次に、PCFを所望の温度、たとえばX℃まで加熱し、タービン装置(たとえば、HPタービン、MPタービン、及び/又はLPタービン)を介してPCFの圧力を低下させて、有用な方法で電力を生成及び供給するというこのシーケンスは、所望の低圧に達するまで数回繰り返すことができ、PCFは、外部システム、たとえば周囲空気、冷却塔(13)又は同様のシステムに残留熱を排出することによって熱伝達装置(たとえば、12)内で冷却される。この時点で、PCFは再びポンプ又はコンプレッサ(11)に流れ、再び再循環される。
【0053】
IHTFは再循環され、PHTFから熱を吸収することによって順番に加熱され、次いで発電サイクル・プロセス内の複数のポイントでPCFに熱を放出することによって冷却され得る。IHTFの温度は、約A℃とすることができ、IHTFが少なくとも1つの再循環ファン、ブロワ、又はコンプレッサ(7)に入る前は、A℃は、約20℃、40℃、60℃、80℃、100℃、又は200℃もの温度である。さらに高い温度も許容されるが、このような再循環ファン、ブロワ、又はコンプレッサを介してIHTFの圧力を上げるために必要な電力は、このファン、ブロワ、又はコンプレッサに入るIHTFの絶対温度に比例することが当業者には認識されており、したがって別の潜在的な利点がこのより多い電力要件よりも重要でない限り、より低い温度を使用することができる。
【0054】
いくつかの実施例では、IHTFは、温度Aまで冷却した後、(たとえば、IHTFが水蒸気又は加湿ガスである場合に)相変化又は部分的な相変化を受ける場合がある。任意選択で、分離器(4)及び復水ポンプ(5)を使用して、IHTFの凝縮部分を(7)と並列してポンプで送り、サブ・システム199に入る前に蒸気部分と液体部分を混合するか、代替として、蒸気部分がサブ・システム199内の第1の熱交換装置に入った後に液体部分を注入又は噴射して、液体部分が完全に気化されることを保証することができ、第1の熱交換装置内の液体部分の気化によって熱伝達速度を高めることもできる。
【0055】
次いで、(たとえば、図1及び図2のコイル160を用いて)PCFと熱交換することによって、IHTFを中間温度ETCまで加熱することができ、B℃は、約80℃〜約400℃又は約500℃とすることができる。次いで、(たとえば、図1及び図2のコイル161を用いて)PHTFの一部と熱交換することによって、IHTFを温度C℃までさらに加熱することができ、C℃は、約400℃、500℃、600℃、700℃、又は最大約800℃以上である。
【0056】
たとえばIHTFをPHTFの一部と共に加熱することによってIHTFと熱交換し、次いで、(たとえば、コイル160〜169のうちの少なくとも2つを使用して)その熱を、PCFが温度X℃に達するまでIHTFからPCFに伝達することによって、PCFがさらに加熱され得る。このシーケンスのステップ数は、PCFの流量、IHTFの流量、PHTFの供給温度、PHTFの最低運転温度、中間体とPHTFの間の熱交換器アプローチ温度を含む様々な温度、又は前述の2つ以上の任意の組合せを考慮することによって決定され得る。各ステップでの熱伝達表面積(有効面積)は、様々な流体の利用可能な温度差及び組み合わせた熱伝達係数に基づいて選択され得る。
【0057】
特定の実施例では、温度ETCは、PHTFの最低許容運転温度と同じ、同様、又はそれよりも高くなるように選択され得る。この最低温度は、溶融塩の融点、熱伝達油の流動点によって、又はPHTFの流動性に関連する何らかの他の方法で決定され得る。場合によっては、第1のPHTFの溶融温度よりも低いIHTFの最低運転温度を有し得るそれらの熱伝達装置に対して、第1のPHTFよりも低い溶融温度を有する第2のPHTFを使用することが有利である可能性がある。この場合、第2のPHTFは、第4のループで循環して加熱され、高価値熱源によって直接、又は少なくとも1つの熱交換装置を介して第1のPHTFによって加熱され得る。
【0058】
ここで図4を参照すると、様々な熱伝達装置の熱伝達効率を制御するために、IHTFの流量は、制御面、調整可能な速度のファン、ブロワ、若しくはコンプレッサ、又は他の手段を使用して調整され得る(図4、並びにアイテム6及び/又は7を参照)。この流量を所望の設定値に到達するよう調整するために、IHTL内の様々な測定値、たとえば温度又は温度差が使用され得る。IHTF入口温度からPCF加熱器のPCF出口温度を引いた「高温側」の差が、IHTF出口温度から、固定又は可変の温度マージン設定値を増減した同じ加熱器のPCF入口温度を引いた「低温側」の差が等しくなり得るように、IHTFの流量が調整され得る。低温側アプローチ温度は、ターゲット熱交換装置の高温側アプローチ温度に固定又は可変のマージン又は設定値を増減した温度に等しいか、又は同様であり得る。可変である場合、この温度マージン設定値は、IHTF流量、PCF流量、PHTF流量、生成された正味電力、及び/又は生成された総電力に少なくとも部分的に基づいて、決定又は推定され得る。
【0059】
高温側と低温側の温度差を測定又は決定するには多くの可能な方法があり、すべてが、IHTF流量を調整するためのベースとして使用するために同等の効果を有し得ることが明らかとなるはずである。たとえば、IHTFの温度は、熱伝達装置への入口及び出口IHTFストリームに近接する第1及び第2の位置で測定又は決定することができ、同様に、PCFの温度は、熱伝達装置へのPCF出口及び入口に近接する第1及び第2の位置で測定及び決定することができ、次いで、第1のIHTFとPCF位置との温度差から高温側の差を算出することができ、第2のIHTFとPCF位置との温度差から低温側の差を算出することができる。この高温側の差と低温側の差との差が0の場合、これらは平衡状態である。第1のIHTF位置と第2のPCF位置の温度の合計から、第2のIHTF位置と第1のPCF位置の温度の合計を引いた温度を算出することによって、同等の結果を得ることができる。この結果が0の場合、高温側と低温側のピンチは平衡状態である。別の方法では、個別の温度を測定する必要はないが、これらの温度差を直接測定する必要がある。たとえば、熱電対が、所望の測定位置と基準位置の温度差を測定する。この基準位置が別のストリーム位置として選択されている場合、温度差を直接測定することができる。同様に、サーミスタを同様の方法で使用して、温度差を直接測定することができる。加えて、1つ又は複数のホイートストン・ブリッジ、又は当業者に知られている同様の装置を使用することによって、2対の温度位置間の差を直接測定又は決定することができる。本開示の目的のために、高温側の差が低温側の差に類似している程度を確認又は定量化するためのこれらの手段又は方法のそれぞれは、IHTF流量の調整について同等である。
【0060】
この方法を使用して平衡化し、それにより1つ又はいくつかの熱伝達装置の高温側又は低温側のピンチを回避することができる。加熱器のうちの1つ又は複数をこれらの温度差のベースとして選択することができ、高低の結果、様々な平均化、又は最適化方法に基づいて選択された加熱器が、個別に使用されて、IHTF流量の調整に入力を提供することができる。
【0061】
図5は、1つ又は複数の実施例による、PHTFの各部分の流量を管理するための例示的な制御方式を示す。各IHTF加熱器へのPHTFの各部分の流量は、これらの加熱器のそれぞれを出るPHTFの温度がPHTFの最低運転温度よりも高くなることを確実にするように選択及び/又は制御され得る。この制限制御は、各IHTF加熱器へのPHTFの一部分の動的流量制御に追加され得る。これらの各加熱器は一般に、加熱器の高温側のピンチ・ポイントに達するため、特定の加熱器へのPHTF流量を効果的に使用して、加熱器からのIHTFの出口温度を制御することができる。
【0062】
図6Aは、IHTF流量が(両端矢印で示す)高温側と低温側のピンチを平衡化するように調整された場合のサンプル加熱器の温度プロファイルを示す。実線がIHTFの温度変化対熱流量を示し、破線がPCFの温度プロファイルを示す場合、図6Aを基準とすると、図6Bは、図6A又は図6Cよりも低温側の温度差が小さく、図6A又は図6Cよりも高温側の温度差が大きくなっている。これに基づいて、図6Bは図6Aよりも低いIHTFの流量を示し、図6Cは図6Aよりも高いIHTFの流量を示していると結論付けることができる。図6Aがその所望の運転条件を示す場合、制御システムは、図6BのIHTFの流量を増加させ、図6CのIHTFの流量を低減することを選択することができる。しかしながら、6Aで示す運転条件は、一般に最適条件とすることはできず、IHTF流量を増加させることで、全体的な熱伝達効率が向上し、一般に発電サイクルの全体的な効率が向上することが期待される。一方、発電プラントが低負荷で運転している期間中は、IHTF流量を低減し、高温側及び/又は低温側のピンチを熱流路の一部で0に近づけさせることで有効な熱伝達面積及び熱伝達係数を低減することによって、いくつかの熱交換装置(たとえば、図1及び図2のコイル160〜169)の有効性を下げることが効果的となり得る。
【0063】
図7は、システム700を示し、IHTLが閉鎖及び再循環されるのではなく、主として一度通過する開ループの実施例である。IHTFとして、周囲空気を使用することができる。システム100及びシステム200について説明されている他のIHTFの選択を使用することができる。一般に、開ループ・システムの場合の経済的な選択は周囲空気である。システム700を使用すると、IHTFは、周囲条件又は周囲条件に近い条件で、ストリーム701としてシステムに入ることができる。システム100及び200と同様に、IHTFの流量は、ダンパ・システム(6)によって、又はファン若しくはブロワ若しくはコンプレッサ(7)、若しくは調整可能な特性を有する同様の装置によって調節され得る。最終的な熱伝達装置(たとえば、図7のコイル169)を使用してIHTFを冷却した後、IHTFが大気(132)に排出され得ることを除いて、システム700の他の特徴は、システム100又はシステム200と同様であり得る。ストリーム132の圧力及び温度は、「スタック損失」(すなわち、大気に排出されるIHTFの未使用エネルギー)を最小限に抑えるために、周囲条件に近い条件とすることができる。
【0064】
冷却器又は凝縮器(12)及び周囲熱除去システム(13)は、エアフィン凝縮器又は同様の熱交換装置(702)を使用するシステム700のPCFの直接冷却によって置き換えることができる。PCFストリーム164を702に循環させて、PCFを冷却又は凝縮してストリーム150を形成することができる。システム100及び200と同様に、ポンプ又はコンプレッサ(11)を使用して、PCFの圧力を上げてPCFを再循環させることができる。装置702で示されているが、システム700は、システム100及び200と同様の冷却器又は凝縮器(12)を使用するように同様に配置することができる。同様に、システム100、200、及び他のシステムは、熱交換装置702と同様に配置することができる。
【0065】
システム700は、垂直に配置することもできる。IHTL内の高温と低温のIHTFの異なる浮力からの自然循環を促進するために、様々な熱伝達装置(たとえば、図7のコイル160〜171)は、IHTLのホット・レッグ及びコールド・レッグ又はホット・セクション及びコールド・セクションを作成するように配置され得る。周囲入口(701)の位置は、ほこり及び他の大気汚染物質の侵入を回避するのに十分な高さに配置され得る。様々な熱伝達装置の汚れを最小限に抑えるために、701に入口調整装置(たとえば、微粒子フィルタ、水分分離器)を設けることができる。排気(132)は大気と同様の浮力を有し得るので、ストリーム132の排気出口は、132を加速するための装置(たとえば、ベンチュリ又は同様のもの)を組み込んで、大気拡散を高めることもできる。システム200と同様に、システム700の垂直の実施例もまた、ファン若しくはブロワ若しくはコンプレッサ(7)、及び/又はダンパ・システム(6)を組み込んで、IHTF流量制御、開始、及び設計外の運転を増強及び/又は促進することができる。
【0066】
図8は、システム100、200、及び/又は700の拡張であるシステム800を示しており、タービン、HPタービン、MPタービン、及び/又はLPタービンのうちの少なくとも1つから抽出されたPCFの少なくとも一部を使用してPCFを予熱するための手段を含む。ランキン・サイクル・タービンからのPCFの一部が抽出され、PCFを予熱するために使用され得る。一般に、この方策は、1次熱源を介してPCFを加熱する前に、抽出したPCFの気化熱を使用してPCFを予熱することによって、全体的なサイクル効率を向上させる。図8に示すように、PCFストリーム164が凝縮器12内で冷却及び/又は凝縮されて、ストリーム150を形成することができる。ストリーム150は、ポンプ又はコンプレッサ11を介して圧力を上げる前、後、又はその間にPCFストリーム820と混合され得る。ストリーム820は、サブ・システム810の後に抽出されたPCFストリームの組合せによって形成されたストリームである。次いで、ファン/ブロワ/コンプレッサ7を介してIHTFの圧力を上昇させる前に(たとえば、IHTFストリーム132から120)、圧力上昇後のストリーム150とストリーム820の組合せを使用して、たとえばコイル169を用いてIHTFから熱を伝達することができる。ストリーム120は、図8のPCFストリーム152及びコイル160を介して再熱され得る。次いで、PCFストリーム850が、熱交換器サブ・システム810を使用して加熱され得る。図10は、サブ・システム810を形成することができるカスケード熱交換器のサンプル構成を示す。
【0067】
図9は、システム100、200、及び/又は700の拡張であり、またシステム800の代替であるシステム900を示しており、システム900のタービン、HPタービン、MPタービン、及び/又はLPタービンうちの少なくとも1つから抽出されたPCFの少なくとも一部を使用してIHTFを予熱するための手段を含む。システム800及び900は、タービンから抽出されたPCFの一部を使用して、通常であれは1次熱源、すなわちPHTF/PHTLからの加熱が必要になる別のストリームを予熱するという共通の目的を共有している。システム900の場合、サブ・システム910を使用して、タービンから抽出されたPCFの一部を使用してIHTFを予熱することができる。
【0068】
システム100、200、700、及び800とは対照的に、システム900は、コイル169からのPCFを使用してIHTFを予熱するコイル160を、サブ・システム910に置き換える。サブ・システム910は、PCF抽出(たとえば、801〜807)を使用してIHTFを予熱する。結果として、PCFストリーム152は、熱をIHTFストリーム120に伝達することによって冷却されないので、システム800と同様にサブ・システム810による再熱を必要としない。また、システム800と同様に、システム900は、タービン抽出からの熱を使用して、凝縮器12(又は702)内の環境に排出される熱を低減し、それによりサイクル効率を向上させる。
【0069】
表1は、硝酸ナトリウムと硝酸カリウムの混合物であり得るか又はその混合物を含み得る溶融塩をPHTFとして、乾燥空気をIHTFとして、水/蒸気をPCFとして使用するシステム900の例示的な実施例を示す。この例では、高圧タービン入口条件が約30MPa(300バール)及び550℃であり、約550℃までの2段再熱である、2段再熱ランキン・サイクルが使用され得る。表1は、全体的なサイクル性能情報、それに続いて図9のいくつかのストリームの一覧をそれらの特性及び流量と共に提供する。
【0070】
図10は、図8に示すように、様々なタービンからのPCF抽出を使用して、ボイラ給水又はBFW(boiler feed water)としても知られる152及び/又は850などのPCFストリームを加熱するサブ・システム810の例示的な配置を示す。この配置では、一連の熱交換器(820a〜g)が、PCF抽出801〜807からPCF流体に熱を伝達する。ストリーム801〜807は、タービン、HPタービン、MPタービン、及び/又はLPタービンから異なる圧力レベルで抽出され、ストリーム801は、圧力及び温度が最も高いストリームであり、他の各ストリームは、前のストリームよりも圧力が低く、温度も低い可能性があるストリームである。この例では、ストリーム807の圧力が最も低い。図10に示すように、ストリーム801が、(予熱されたPCFの流れとの関連で)最後の熱交換器を通過し、次いでその圧力が、バルブ、制御バルブ、又はオリフィスなどの流量制御装置を通して降下し、ストリーム801は、次に抽出されたストリーム802と混合され得る。この混合されたストリームは、次の熱交換器を通過し、さらに圧力が降下して、次に抽出されたストリーム803と混合され得る。次に、すべてのストリームが、最終的にストリーム807の最小圧力まで降下され、第1の熱交換器820gを通過する。組み合わされたストリーム820は、(たとえば、PCFが水又は蒸気である場合は、水に)完全に凝縮され、次いで、ポンプ11又は同様のポンプを介して、ストリーム151の圧力にポンプで送られ得る。
【0071】
図11は、図9に示すように、様々なタービンからのPCF抽出を使用して、120などのIHTFストリームを加熱するシステム910を示す。図示のように、IHTF予熱器910は、原理的には予熱器810に類似しているが、PCFを加熱するのではなく、IHTF予熱器910が漸進的に加熱される。たとえば、IHTF予熱器910は、熱交換装置(たとえば、コイル920.1〜920.7)及びPCF抽出(801〜807)の同様のカスケードを使用して、ストリーム120から121までIHTFを予熱することができる。
【0072】
図12は、提案する発電プラントの実施例のための一連の運転手順を示すチャートである。図12は、PHTF及びPHTLを含む1次熱伝達システムを開始するための1つ又は複数の手順又はステップを示す。図12は、発電システム100、200、700、900、1400、1800、1900及び/又は2000を始動するための運転手順をさらに含む。図12は、制御された減速又は停止で発電システムを中止するための運転手順をさらに含む。
【0073】
図13は、本明細書で提供される1つ又は複数の実施例による、予熱器810又は予熱器910の温度対熱流量の一例を示すチャートである。チャートは、抽出されたストリーム及びIHTFから熱が伝達されるときの、抽出されたストリームの温度とITHFの温度との関係を示す。抽出された5つのPCFストリームが示されている。抽出数は、たとえば1から10まで、又はそれ以上などの範囲とすることができる。
【0074】
図14は、1つ又は複数の実施例による、別の例示的なシステム1400の概略図を示す。システム1400は、高圧タービンの後にPCFの1段再熱のみを備えた、システム900の変形例を示す。この配置は、PCFがいくつかのタービンの少なくとも1つに導かれる前に、最初にPCFをサブクール状態からその気化温度又はそれに近い温度に加熱し、次いで、主にPCFを蒸発させる熱交換装置に、最終的にPCFを過熱する熱交換器に向かうという、個別の熱交換装置を組み込むシステムではなく、PCFの貫流加熱を組み込むことができる亜臨界ランキン・サイクルなど、PCFの圧力又は温度が低い適用によく適している場合がある。表2は、硝酸ナトリウム及び硝酸カリウムを含む溶融塩をPHTFとして、乾燥空気をIHTFとして、水/蒸気をPCFとして使用するシステム1400の例示的な実施例を示す。このサンプルの実施例では、高圧タービン入口条件が約14.4MPa(144バール)及び520℃であり、再熱が約520℃までの、1段再熱亜臨界ランキン・サイクルが使用され得る。表2は、全体的なサイクル性能情報を提供し、図14のいくつかのストリームをそれぞれそれらの特性及び流量と共に一覧表示している。
【0075】
システム1400とシステム900を比較すると、PHTFからIHTFに、次いでPCFに熱を伝達することで、1段再熱でそれほど複雑でないPCFタービン・システムに対応できることがわかる。さらに、再熱のないPCFタービン・システムにも対応でき、同様に2回より多い再熱のあるPCFタービン・システムにも対応できると予測される。IHTFからPCFへの熱伝達コイルの数を増減することによって、またPHTFからIHTFへの熱伝達コイルの数を適切に変更することによって、多かれ少なかれ再熱に対応することができる。
【0076】
図15は、一連の熱伝達装置を利用してPHTFからIHTFに、次いでPCFに熱を伝達するシステム1500を示し、シェル・アンド・チューブ熱交換器又は同様の装置の使用によるPHTFからPCFへの直接の熱伝達を用いている。システム1500は、PHTFからPCFへの直接の熱伝達を示し、一般に、2段再熱を伴うこの超臨界ランキン・サイクル・システム用のシェル・アンド・チューブ熱交換器を使用している。このような直接の熱伝達を使用する実施例では、溶融塩をPHTFとして使用し、水又は蒸気をPCFとして使用することができる。いくつかのシェル・アンド・チューブ熱交換器は、E−101、E−102、及びE−103の熱交換装置として機能するように群で配置することもできる。これらの熱交換器群は、直径1〜2mの熱交換器シェルのサイズに対する両方の実用限界により、1、2、4、8個、又はそれ以上の個別の熱交換器を含み得る。各熱交換器に水/蒸気及び溶融塩を供給するために、ヘッダ及びラテラルを備えた複雑な配管システムが必要になる場合がある。さらに、PHTFは、このような熱交換器のチューブ側又はシェル側で使用され得る。チューブ側の場合、PHTFの局所的な凍結が、チューブの一部又は多くを塞ぐ可能性があり、蒸気システムの最大数十MPa(数百バール)の設計圧力を満たすには、シェルの圧力定格が必要になる。代替として、熱交換器はPHTFをシェル側で使用して設計できるため、圧力定格に関する典型的なASME2/3規則に従うことができる場合、熱交換器シェルの設計圧力を蒸気設計圧力のおそらく2/3に低減することができる。ASME2/3規則に従わない場合、これらの熱交換器の圧力定格、シェル側の厚さ、及びコストを低減するために、交換器のシェル側(溶融塩側)に圧力逃がし弁を設置する必要がある可能性が非常に高い。圧力逃がし弁は、断続的な漏洩や流出の影響を受ける可能性があるので、これらの圧力逃がし弁の許容可能な信頼性及び性能を確保するには、ヒート・トレース及び断熱が必要となり、さらにヒート・トレースもセーフ・ティクリティカル・システムとなる。
【0077】
熱交換器内のPHTF塩の位置にどの設計オプションが使用されているかに関係なく、少なくともプラントの開始及び停止に関連する設計外の条件は非常に困難となる可能性がある。たとえば、熱交換器内でのPHTFの凍結を防止するには、停止期間中に各交換器からPHTFを排出してポンプで送り出し凍結を回避するための複雑なシステムが必要になる場合がある。代替の方法は、PCFタービンをバイパスし、高温のPCFを複数の熱交換器に循環させてPHTFの最低流量温度を確実に維持するための複雑な配管システムを含み得る。このようなシステムは、停止状態から、PHTL及びPCLの開始、全負荷への負荷のランプアップ、通常運転、ターンダウン運転、そして最終的にスピニング・リザーブ運転又は停止へ戻る移行を非常に複雑にする。
【0078】
対照的に、システム900(及び本開示の他の実施例)のいくつかのシステム(たとえば、PHTL、PCL、及びIHTL)は、IHTFが他のシステム間の仲介役として機能するため、より独立した方法で運転され得る。プラントの停止中、プラントをアイドル状態にするために必要なシステムが最小限で済む可能性がある。このようなアイドル状態では、配管システムによる補助加熱器(たとえば、図3、アイテム304)を介したPHTFの小型循環、並びにブロワ(アイテム7)又は自然対流を経由するIHTFの小型循環により、PHTL全体の温度を、選択したPHTFの最低流量温度より上に維持することができる。このアイドル状態では、PCLが、循環される場合と循環されない場合があるが、PHTFの流動性を確保するためには必要とされない。
【0079】
代替の方法として、補助加熱器を使用して、停止又はアイドル状態中にIHTL内の循環流を加熱し、IHTF及びPHTFを最低温度より上に維持して、PHTFの流動性を確保することができる。或いは、PHTFが実際に様々な熱交換装置(たとえば、図1及び図2のコイル160〜169)内の最低流量温度を下回った場合、IHTFを加熱する補助加熱器を備えたIHTLの循環を使用して、PHTFの流動性を回復させることができる。
【0080】
プラントの開始又は停止中、いくつかのシステムは、比較的独立した方法で運転され得る。たとえば、蒸気ランキン・サイクル・プラントでは、タービン・バイパス・システムを使用して、生成された生蒸気(PCF)の少なくとも一部又はすべてを、タービンではなく凝縮器に送ることを可能にすることができる。これにより、PCFタービンは、様々な加熱器とは独立して開始又は停止することが可能になる。さらに、IHTLの追加により、システムは、PHTLから大幅に独立して運転することが可能になる。IHTLは、PHTLの有無にかかわらずフル稼働で運転され得るが、補助加熱器と一緒に使用されて、開始時に他のシステムを徐々に加温するか、又は停止中に他のシステムを徐々に冷却することを可能にすることができる。IHTLを介してPHTLシステムの一部を循環及び加温することにより、PHTLは、1次熱源の可用性が変化するときに、流動性を確保し、プラント全体の開始及び停止を簡素化できるような状態に維持され得る。
【0081】
図16は、1段再熱ランキン・サイクルの適用例についてのシェル・アンド・チューブ熱交換器群などのPHTFからPCFへの直接の熱交換器を採用する別の例示的なシステム1600の概略図を示す。システム1400と同様に、システム1600は、サブクール状態のPCFを加熱し、次いでPCFを気化させ、次いでPCFを過熱するための別個の熱交換装置ではなく、貫流加熱システムを使用するものとして示されている。システム1600は、例示の貫流システムと、PCFの加熱用、蒸発用、及び過熱用の別個の熱交換装置を含むように例示を適合させたものとの両方を含むものとして見ることができる。システム1500と同様に、システム1600は、シェル・アンド・チューブ熱交換器を介したPHTLからPCLへの直接の熱伝達を使用する。この場合は、1段再熱ランキン・サイクルの適用例が示されている。
【0082】
図17は、外部加熱器(たとえば、燃焼加熱器、補助ボイラ、電気加熱器など)を使用してIHTFを加熱するための開始用又は停止用加熱器として採用され得るIHTF予熱器910の概略図を示す。この開始用又は停止用加熱システムを採用して、様々なPHTF及びPCF熱交換装置及び配管網内の最低温度を維持し、プラント又はプラントの一部が小さい負荷又は熱負荷で開始中、停止中、停止状態、又は運転中の間にこれらのシステムの流動性を確保することができる。図17は、図11、及びIHTF予熱器であるサブ・システム910に関連するものとして見ることができる。サブ・システム910については、発電プラントの通常運転中にIHTFを効率的に加熱するために、PCFタービンのうちの少なくとも1つのからのPCF抽出物と共に使用され得る装置又はシステムとして前に説明した。加えて、同じ装置若しくはシステム又はその変形を使用して、開始、停止、アイドル、スピニング・リザーブ、又はPHTLが最低温度を維持するための適切な加熱を提供しない、若しくはPCL、IHTL、及び/若しくはPHTLを含む様々なシステム並びに装置にとって望ましい温度勾配を提供しない同様の運転条件を含み得る設計外の運転中に、IHTLを加温又は加熱することもできる。
【0083】
サブ・システム910は、補助ボイラ、燃焼加熱器、電気加熱器、又はPHTLから独立しているか、又は少なくとも部分的に独立している別の熱源が含まれ得る補助加熱器と共に使用されて、循環IHTFに熱を供給して、加温するか、又は様々なシステムの温度の加温速度又は冷却速度を制御することができる。図17に示すように、単一のPCFストリーム1720は、補助加熱器1701で加熱され、次いで、熱交換装置920.1〜920.7のうちの少なくとも1つを介してカスケードしてIHTFストリーム120を加温又は加熱し、IHTFストリーム120が、加熱済みのIHTFストリーム121になる。ここで凝縮されたPCFストリーム820は、加熱器1701に戻るための補助ポンプ1702であり得るボイラ給水(たとえば、PCF)ポンプに導かれ得る。IHTFの循環速度、ストリーム1721の循環速度及び/又は温度、並びに加熱器1701の熱出力を制御することによって、IHTL並びに関連するPHTL及びPCLシステムは、いくつかのプラント運転モードの必要に応じて加熱又は冷却され得る。
【0084】
図18は、システム1800の概略図であり、システム1800は、亜臨界ランキン発電サイクル・システム用に特別に構成されたシステム1400の修正例又は変形例である。亜臨界システムに使用される場合、システム1400はPCFの貫流設計として説明され得る。すなわち、システム1400は、1)気化温度で又は気化温度に近い温度でPCFを予熱し、2)PCFを気化し、3)PCFを過熱するための明確に区別された熱交換装置を含まない。システム1800は、これらの別個の熱交換装置を提供するためのシステム1400の修正例である。コイル169は、ポンプ11からPCFストリーム151を受け取り、151を加熱して、IHTFストリーム129と熱交換することによってストリーム152を生成することができる。ストリーム152は、その位置でのPCFの気化温度に近いと予想される。次いで、ストリーム152は、少なくとも1つであるがおそらくはいくつかのストリームに分割され得、たとえば、ストリーム1853、1854、及び1855が図18に示されている。これらのいくつかのストリームは、少なくとも1つであるがおそらくはいくつかの蒸発器ドラムに導かれ、たとえば、1880、1881、及び1882が図18に示されている。いくつかの蒸発器ドラムのそれぞれは、サブ・システム1899に伸びる蒸発管又は蒸発器コイルに接続されて、少なくとも1つのIHTFストリーム(たとえば、122、125、及び128を図18に示す)と熱交換し、PCFを気化させることができる。当業者は、蒸発管又は蒸発器コイルを通る流れが、蒸発するPCFの熱サイフォン効果によって引き起こされ得ることを理解している。次いで、気化したPCFは、少なくとも1つの蒸気ストリーム内に収集され(たとえば、1856、1857、及び1858を図18に示す)、飽和蒸気PCFとしてストリーム又は経路155に導かれ得る。次いで、過熱ストリーム156がHPタービンに導かれる前に、少なくとも1つのIHTFストリーム(たとえば、ストリーム124を図18に示す)と熱交換することによってさらに加熱するために、ストリーム155は、少なくとも1つの過熱装置(たとえば、コイル164を図18に示す)に導かれ得る。
【0085】
引き続き図18、具体的にはPCFストリーム1853、1854、及び/又は1855を参照すると、PCFが蒸発器ドラム及び蒸発器コイル内で気化され得るので、新たな液体PCFが追加され得るように、これらストリームのそれぞれの蒸発器ドラム、1880、1881、及び/又は1882へのそのストリームの流量は、一般に、その各蒸発器ドラム内で概念的に一定のレベルの液体PCFを維持するレベル制御バルブ又はレベル制御システムによって制御され得ることを、当業者は理解している。
【0086】
図19は、1つ又は複数の実施例による、別の例示的なシステム1900の概略図を示す。システム1900は、システム1800の変形例であり、PCF蒸発は、1つ少ない熱交換装置、たとえば162及び167によって実行され得る。図19に示すように、PCFの大部分は、PCFをIHTFストリーム122で加熱することによって、蒸発器1981内で気化され得る。PCFの残りの部分は、PCFをIHTFストリーム127で加熱することによって、蒸発器1980内で気化され得る。図19に示すように、ストリーム122は、コイル162に入る直前に、コイル161内のPHTFストリーム102によって加熱された。これに対して、ストリーム127は、コイル166内でPCFストリーム158を再熱した後、ストリーム126から生成された。したがって、ストリーム127は、ストリーム122よりも熱くない可能性があり、コイル162内のストリーム122とは対照的にコイル167内のPCFをそれほど蒸発させることができない可能性がある。しかしながら、コイル167内でPCFの一部を気化させた後にストリーム127から生成されるストリーム128を使用することによって、コイル168からの(ストリーム152の)PCF出口温度がPCFの気化温度又はPCFの気化温度に近い温度に維持され得ることは、予想外で驚くべきことである。
【0087】
引き続き図19に関連して、表3は、硝酸ナトリウムと硝酸カリウムの混合物を含む溶融塩をPHTFとして、乾燥空気をIHTFとして、水/蒸気をPCFとして使用するシステム1900の例示的な実施例を示す。このサンプルの実施例では、高圧タービン入口条件が約14.4MPa(144バール)及び520℃であり、1つが同じく520℃に再熱する、1段再熱亜臨界ランキン・サイクルが使用され得る。表3は、全体的なサイクル性能情報を提供し、図19のいくつかのストリームのそれぞれをそれらの特性及び流量と共に一覧表示している
【0088】
図20は、1つ又は複数の実施例による、別の例示的なシステム2000の概略図を示す。システム2000は、システム900の変形例であり、より少ないPHTF熱交換装置を組み込み、流量制御装置を使用してPCFの流量を分割し、IHTF及びPHTFから利用可能な熱をより有効に活用する。システム2000は、超臨界ランキン・サイクルの適用、又はPCFの貫流加熱を伴う亜臨界の適用によく適している。サブ・システム2099内のいくつかの場所での、及び/又はいくつかの熱交換装置(たとえば、図20に示すコイル161〜169)内の熱伝達を管理又は制御するために、コイル169内で予熱されたPCFストリーム152は、少なくとも2つのストリームに分割され得、たとえば、2052及び2053が図20に示されている。これらの少なくとも2つのストリームの流量は、1つ又は複数の制御バルブの動作によって調整され得る。図20は、ストリーム152をストリーム2052及び2053に分割するための単一の三方弁2060を示しているが、これらのストリームの流量を調整するための他の多くの代替が当業者に知られている。これらのいくつかのストリームはそれぞれ、少なくとも1つの熱伝達装置に導かれ得る。図20は、PCFストリーム2052がコイル166に導かれ、IHTFストリーム126によって加熱され得、一方、PCFストリーム2053がコイル163に導かれ、IHTFストリーム123によって加熱され得ることを示す。IHTFストリーム123と126は共に、いくつかのコイルのうちの1つでPHTFストリームによって最後に加熱されてから他のPCFストリーム(すなわち、それぞれストリーム156及び165)を加熱するためにすでに使用されているストリーム(すなわち、それぞれストリーム122及び125)によって生成される。したがって、ストリーム122及び125は、ストリーム122及び125に残っている残留熱の量に基づいて、ストリーム152がストリーム2052及び2053に分割されるときにストリーム152の大部分又は小部分を加熱する能力を有することができる。これらの2つのストリーム間の分割を調整するために、いくつかの制御方法が使用され得る。ストリーム2052対ストリーム2053に導かれた流れは、ストリーム2054及び2055の温度がほぼ等しくなるように調整され得る。この方法では、ストリーム2054の温度がストリーム2055よりも高い場合、ストリーム152のより多くの部分がストリーム2052に導かれるべきである。逆に、ストリーム2054の温度がストリーム2055よりも低い場合、ストリーム152のより少ない部分がストリーム2052に導かれるべきである。
【0089】
代替の制御方法として、ストリーム2052対ストリーム2053に導かれた流れは、IHTFストリーム124及び127の温度がほぼ等しくなるように調整され得る。この方法では、ストリーム127の温度がストリーム124よりも高い場合、ストリーム152のより多くの部分がストリーム2052に導かれ得る。逆に、ストリーム127の温度がストリーム124よりも低い場合、ストリーム152のより少ない部分がストリーム2052に導かれ得る。これらの2つの制御方法の説明は、ストリームの温度の同等性が、方法の妥当な目標であることを前提としている。しかしながら、場合によっては、それぞれのストリームの温度が−20℃、−10℃、−5℃、+5℃、+10℃、又は+20℃異なるという温度差が、目標として使用され得る。他の場合には、エンタルピー又はエントロピーなど、それぞれのストリームの何らかの他の特性が、制御方法の目標として使用され得る。
【0090】
引き続き図20に関連して、表4は、硝酸ナトリウムと硝酸カリウムの混合物を含む溶融塩をPHTFとして、乾燥空気をIHTFとして、水/蒸気をPCFとして使用するシステム2000の例示的な実施例を示す。このサンプルの実施例では、高圧タービン入口条件が約30MPa(300バール)及び550℃であり、2つが同じく550℃まで再熱する、2段再熱超臨界ランキン・サイクルが使用され得る。表4は、全体的なサイクル性能情報を提供し、また図20のいくつかのストリームのそれぞれをそれらの特性及び流量と共に一覧表示している。
【0091】
前述のように、図20は、超臨界ランキン・サイクルによく適し得る1つの配置を示す。表4は、正味電力出力150MW用に設計された例示的な配置のシミュレーションの詳細を提供する。この図示のサイクル・シミュレーションは、図20にコイル161〜169として示されている各熱交換装置について想定される設計ベースを含む。これらのコイルは、150MWの「全負荷」運転用にサイズ設定及びシミュレーションされており、PHTF供給温度が約600℃、PHTF戻り温度が約500℃、いくつかのコイル161〜169のそれぞれの表面積をサイズ設定及び決定するために使用され得る最低アプローチ温度が、PHTFとIHTFの間で約30℃、IHTFとPCFの間で約20℃であると仮定している。これらの運転条件は、この実施例の例示であり、より大きい又はより小さい正味出力を有する同様のプラントの他の運転条件ももちろん可能であり、本開示によって十分に想定される。たとえば、PHTFからIHTFへのコイルは、PHTFの循環速度を犠牲にしてこれらのコイルの表面積を減らすように、PHTFの供給と戻りの間のdTを低くして経済的に設計されている。全負荷時の表面積を増やしてPHTF戻り温度を下げる、したがって全負荷時の循環速度を上げる他の設計オプションも可能である。
【0092】
図21は、この例示的な配置のいくつかのコイル161〜169のそれぞれに関する温度プロファイル・チャートを含み、「全負荷」と表示されている。図21は、例示的なコイル161、164、及び167の熱伝達率に対する、PHTF温度とIHTF温度の関係を示し、例示的なコイル162、163、165、166、168、及び169の熱伝達率に対する、IHTF温度とPCF温度の関係を示す。
【0093】
例示的な発電プラントの設計外の運転をシミュレートするために、コイル161〜169によって表されるいくつかの熱伝達装置の有効な熱伝達領域が、表4によって与えられるような特定の運転条件に対して選択され、次いで凍結され得、それにより、発電プラントの性能及び特性を決定するために他の運転条件でシミュレーションが繰り返され得る。たとえば、発電プラントの50パーセント(50%)のターンダウン状態は、表4に示すように、いくつかの熱伝達装置の前記凍結有効領域を維持すること、一定のPCF運転圧及び温度条件を維持すること、一定のPHTF供給圧力を及び温度を維持すること、並びにブロワ7において一定のIHTF出口圧力を維持することによって、シミュレートされ得る。次いで、PHTF、IHTF、及びPCFストリームのいくつかの流量が、(表4の150MWに対して)75MWの正味電力を生成するように調整され、その他の条件が、発電プラントについての計算及びシミュレーションによって決定される。
【0094】
ターンダウン条件では、PHTFからIHTFへのコイルの低温側において、PHTFの戻り温度がこれらのコイルに入るIHTF温度に近づき限界で等しくなるような温度ピンチが発生すると予想するのが妥当である。具体的には、有効表面積及びPHTF供給温度は一定に保たれるが、IHTF温度は、名目的に一定のままであるか、又はおそらく低下する可能性があると予想され得る。したがって、ターンダウン状態でより少ない熱を伝達するには、より小さい平均温度差が必要であり、コイルに入るIHTFとコイルから出るPHTFの間の温度差が減少することは明らかであるはずである。これは、図21において、半負荷の場合と全負荷の場合のいずれかのコイル161、164、及び167の温度プロファイルのいずれかを比較することによって示されている。
【0095】
PHTFの局所的な「凍結」を回避するために、IHTF温度は、PHTFの最低許容運転温度より上に維持され得る。IHTFからの1次熱損失がPCFへの熱伝達であるので、設計外の運転中、IHTFの温度は、サブ・システム2099内で測定され得、IHTFが、PHTFの最低運転温度によって少なくとも部分的に決定される限界設定値に近づく場合、IHTF循環速度に対するPCF循環速度が低減され得る。図20を参照すると、PHTFからIHTFへの熱伝達コイル161、164、及び167の低温側に入るIHTFストリームであるストリーム121、124、及び127の温度が測定され得、これらの温度測定値のうちの少なくとも1つに依存するパラメータが限界設定値を下回る場合、IHTFの流量の流量に対するPCFの相対流量が低減され得るか、又は、IHTF温度が上げられ得る。この低減は、PCF流量を低減すること、IHTF流量を増加させること、何らかの他の手段によってIHTFを増加させること、又はこれらの組合せによって達成され得る。逆に、前記パラメータが前記限界設定値を超えている場合、この限界制御方式の動作は不要であり、相対的なPCF対IHTF流量を制御するために、他の制御方式が採用され得る。このような限界制御方式の場合、及びこの例の場合、パラメータは、ストリーム121、124、及び127の最低温度、これらの温度の平均、又はこれらの温度のうちの1つによって少なくとも部分的に決定される何らかの他のパラメータに等しくなり得る。また、このような限界制御方式の場合、限界設定値は、PHTFの最低許容運転温度、PHTFの最低運転温度に5℃、10℃、20℃、50℃、若しくは100℃以上のマージンを加えた温度、又は少なくともPHTFの特性(たとえば、凍結温度又は溶融温度、粘度、流動点など)に依存する限界設定値と等しくなり得る。
【0096】
50%の正味電力で設計外の運転を生成するには、最初の推定では、PCF、IHTF、及びPHTFの様々な流量も単純に50%低減され得ることが予想され得る。しかしながら、予想外の驚くべき結果は、PCFストリームを除いてこの50%の推定値が信頼できないこと、多くの運転条件の組合せが決定され得ること、及び決定論的制御方法を採用して、いくつかのIHTF流量及びPHTF流量を調整し、発電プラントの設計上及び設計外の運転のための運転条件の最適又はほぼ最適な組合せを提供し得ることである。図21は、各コイルの前記「全負荷」温度プロファイルに加えて、50%の電力の運転に関する各コイルの3つの追加の温度プロファイルも含む。これらの3つの追加の温度プロファイルには、コイル162に示される温度ピンチが低温側ピンチであるか、高温側ピンチであるか、又は高温側と低温側の間でほぼ平衡状態であるかを表すために、「平衡」、「低温」、「高温」のいずれかのラベルが付けられている。すなわち、コイル162の低温側ピンチの場合、IHTFストリーム123の温度は、PCFストリーム155の温度よりわずかに高いだけである。コイル162の高温側ピンチの場合、IHTFストリーム122の温度は、PCFストリーム156の温度よりわずかに高いだけである。平衡状態の場合、高温側と低温側の温度差は類似している。
【0097】
表5は、「平衡」条件で50%の電力で運転しているときの、図20及び表4の例示的な実施例の詳細な結果を示す。PCFストリーム151、PHTFストリーム101、及びIHTFストリーム120を参照すると、表5のPCF流量は、表4のPCF流量の50%であり、表5のPHTF流量は、表4のPHTF流量の45.1%であり、表5のIHTF流量は、表4のIHTF流量51.1%である。
【0098】
表6は、「低温側ピンチ」条件で50%の電力で運転しているときの、図20及び表4の例示的な実施例の詳細な結果を示す。表6のPCF流量は、表4のPCF流量の49.8%であり、表6のPHTF流量は、表4のPHTF流量の55.0%であり、表6のIHTF流量は、表4のIHTF流量の46.6%である。
【0099】
表7は、「高温側ピンチ」条件で50%の電力で運転しているときの、図20及び表4の例示的な実施例の詳細な結果を示す。表7のPCF流量は、表4のPCF流量の49.1%であり、表7のPHTF流量は、表4のPHTF流量の52.5%であり、表7のIHTF流量は、表4のIHTF流量の63.8%である。
【0100】
これらの結果は、すべてのPCF運転条件が一定に保たれているときのPCF流量は、発電プラントが停止したときの正味発電量にほぼ比例して変化し、所望のPCF運転条件が維持され得る限り、PHTF又はIHTFの流量変動にほとんど依存しないことを示す。「高温側ピンチ」条件の結果は、ストリーム120の結果の温度が上昇し、サブ・システム910への許容PCF抽出が低下し、50%の負荷でPCF循環速度が低下したため、これとはわずかに異なる。これらの結果はまた、「低温側ピンチ」での最も低いIHTF流量から「平衡ピンチ」を経て最終的に「高温側ピンチ」条件に移行するようにIHTF流量を調整することによって、PHTF流量が100%負荷時に55%から、45.1%に、52.5%に変化し得ることを示す。
【0101】
表6を参照すると、本表に詳述されている「低温側ピンチ」条件は、この50%ターンダウン条件での例示的な発電サイクルに必要なすべての運転条件を満たし得るほぼ最も低いIHTF流量を表す。コイル162の「低温側ピンチ」は、IHTFストリーム122の温度が利用可能な最も高いPHTF温度にほぼ等しくなる点まで、コイル161の付随する「高温側ピンチ」をもたらす。したがって、この条件で発電プラントの期待される正味電力を生成するために必要な熱は、IHTFのより少ない流量では提供することができない。「平衡ピンチ」条件に対するIHTF流量が低いため、この「低温側ピンチ」条件ではサイクル効率がわずかに高くなる(44.97%対44.91%)。しかしながら、これが他の発電サイクル性能要件を維持する実現可能なIHTF流量の限界を表すと仮定した場合、このサンプルの適用例の他の運転条件を考慮すると、これはサイクル効率のみに基づいた最適条件に近い可能性があるが、プラントの運転性、検出、及び運転の柔軟性を含み得る他の要因を考慮すると、最適条件を表さない可能性がある。
【0102】
表7の「高温側ピンチ」条件は、この50%のターンダウン条件での例示的な発電サイクルに必要なすべての運転条件を満たし得る、高いが最も高くはないIHTF流量を表す。「低温側ピンチ」条件とは対照的に、「高温側ピンチ」条件のIHTFの流量が多いと、「低温側ピンチ」又は「平衡ピンチ」条件よりも高い平均温度でIHTFが維持される。その結果、「高温側ピンチ」条件は、発電サイクルの必要な運転条件を満たすことができなくなる限界高流量に到達しない。むしろ、IHTF循環速度が増加すると、ブロワ(7)がより多くのエネルギーを必要とするためサイクル効率が低下する。また、これらのより高いIHTF流量では、残留熱が、IHTFストリーム129からPCFストリーム152に適切に伝達され得ない。これは、「平衡ピンチ」又は「低温側ピンチ」のターンダウン条件と比較した場合、この例示的な構成におけるコイル169熱交換装置のより大きな低温側アプローチ、及びIHTFストリーム132のより高い温度をもたらす。IHTF流量が高く、IHTFストリーム133及び134の温度が高いと、ブロワ7の所要電力が高くなり、推定サイクル効率を、表7の全負荷時の44.90%から、「平衡ピンチ」で半負荷時の44.91%に「高温側ピンチ」で44.0%に低下させる。
【0103】
ダンパ(6)及びブロワ(7)は、IHTFの流量に影響を与えるように、前述のように調整され得る。表4〜表7で与えられた結果の比較によって示されるように、本明細書に開示される技術に基づいて、発電プラントから所望の電力及び/又は熱を生成するために、PHTFからPCFに必要な熱を伝達する働きをし得る幅広いIHTF流量が可能である。これらの研究及び比較の驚くべき予想外の結果は、熱交換装置のうちの少なくとも1つの高温側ピンチ及び低温側ピンチがほぼ等しいか又はプラス若しくはマイナスのマージンにほぼ等しいIHTF流量を達成するようにダンパ(6)、ブロワ(7)、又はこれらの組合せを調整することによって、ほぼ最適条件のIHTF流量が決定され得ることである。
【0104】
例として図20のコイル162を使用すると、「低温側ピンチ」温度は、IHTFストリーム123の温度からPCFストリーム155の温度を引いた温度に等しく、「高温側ピンチ」温度は、IHTFストリーム122からPCFストリーム156の温度を引いた温度に等しい。この例では、低温側ピンチ温度が高温側ピンチ温度よりも低い場合、ダンパ調整及び/又はブロワ調整を調整することによって、IHTFの流量が増加され得る。逆に、低温側ピンチ温度が高温側ピンチ温度よりも高い場合、ダンパ調整及び/又はブロワ調整を調整することによって、IHTFの流量が低減され得る。IHTF流量調整は、低温側と高温側のピンチ温度が0に平衡化されるまで継続され得る。
【0105】
上記の代替として、高温側と低温側のピンチ温度を0に平衡化させる必要がないか、又はおそらく所望されることもなく、むしろ低温側ピンチ温度と高温側ピンチ温度の差を制御して−50℃、−20℃、−10℃、−5℃、−2℃、−1℃、0℃、1℃、2℃、5℃、10℃、20℃、若しくは50℃、又は利点をもたらすと判明した何らかの他の値を維持できるような、バイアス又は温度差の設定値が使用され得る。このバイアス温度は、固定値とするか、又はIHTF流量、PHTF流量、PCF流量、正味若しくは総発電量、PHTF供給温度、IHTF温度、PCF温度などの発電プラントの何らかの運転パラメータに基づいて算出又は決定される値とすることができる。
【0106】
この例示的な構成では、選択された熱交換装置は、HPタービンに入る前にPCFを過熱する熱交換装置であるコイル162だった。他の熱交換装置が、この制御方法に使用され得る。さらに、いくつかの熱交換装置の運転条件は、平均的又は他の組合せによって組み合わされ得る。低温側ピンチ温度及び高温側ピンチ温度は、熱交換装置の上流又は下流のストリーム条件に基づいて算出されたものとして説明されている。本開示では、熱交換装置の直接的な上流又は下流ではない他の温度測定場所が使用され得ることが想定されている。これらの他の温度測定場所が、低温側ピンチ温度及び高温側ピンチ温度を決定するために本明細書に記載の温度によって少なくとも影響を受ける限り、これらの他の温度測定場所もまた、記載された制御方法の目的のために低温側ピンチ温度及び高温側ピンチ温度を決定すると見なされる。
【0107】
前の段落で説明した低温側ピンチ温度と高温側ピンチ温度との差は、第1の温度差と第2の温度差との差に数値的に等しい。第1の温度差は、コイルでのIHTFの入口温度から出口温度を引いた温度(たとえば、ストリーム122の温度からストリーム123の温度を引いた温度)に等しく、第2の温度差は、コイルでのPCFの出口温度から入口温度を引いた差(たとえば、ストリーム156の温度からストリーム155の温度を引いた温度)に等しい。実際には、コイルの入口及び出口の温度、及び2つの異なる場所でのIHTFの温度を正確に測定又は決定する必要はなく、2つの異なる場所でのPCF温度を等しく使用して、前記第1及び第2の温度差を決定又は算出することができる。
【0108】
次に図11を参照すると、IHTFストリーム121の温度は、PHTFと熱交換する最も低い温度のストリームであり得ると予想される。したがって、サブ・システム910の設計及び運転は、PHTFの局所的な流動性の問題の可能性又は確率を回避するために、ストリーム121の温度がPHTFの最低許容運転温度より上に維持されるようなものとすることができる。したがって、すべての通常の及び予想されるターンダウン条件の間にストリーム121がこのような最低温度設定値より上に維持され得ることを保証するために、十分なPCF抽出物(たとえば、801〜807)及び十分なコイル(たとえば、920.1〜920.7)が提供され得る。さらに、設計外の運転条件の間、PCF抽出率は、IHTFストリーム121の前記最低温度を維持するように限界制御方法を使用して調整され得る。このような限界制御方法は、図11のストリーム121の温度が最低許容値を下回った場合に、最も効率的なPCF抽出率を目的とし得る他の制御方法の所望の出力を超えてPCF抽出率を上げることができる。
【0109】
上記に加えて、次に図17を参照すると、サブ・システム910は、補助加熱器(1701)及び循環ポンプ(1702)も含み得る。設計外又は異常な運転中、PCF抽出が利用できないか、IHTFストリーム121を最低許容値より上に維持するのに十分な流量で利用できない場合、補助加熱器及び循環ポンプを使用して、ストリーム1721の流量、圧力、及び/又は温度を調整し、それにより、ストリーム121の温度を、選択されたマージンによって最低許容値以上の設定値に制御することができる。具体的には、ストリーム121の温度が設定値を下回った場合、1701によってより多くの熱が提供され得る。ストリーム121の温度が設定値を上回っている場合、1701によってより少ない熱が提供され得る。図17のサブ・システム910のこの拡張及び説明されている制御方法は、プラントの暖機、開始、停止、スピニング・リザーブ、又はプラントに導入されたPHTFと共にIHTFが循環され得る他の運転条件の間に必要になる可能性がある。
【0110】
次に図5及び図20を参照し、例としてPHTFストリーム102、IHTFストリーム122、及びPCFストリーム156を使用すると、ストリーム102の流量を調整することによってストリーム156の温度を制御することが可能であり得る。このような調整は、図5のバルブ8a〜8bのうちの少なくとも1つを調節することによって、又は図5に示されていない当業者に知られている他の手段によって行われ得る。これらの手段には、可変速ポンプ、可変形状ポンプ、マルチポート・バルブ、調整可能な流量絞り、及び同様の装置が含まれ得るが、これらに限定されない。
【0111】
全負荷の例について表4に示した結果を考慮すると、ストリーム102の質量流量は約3687T/hであり得、ストリーム102の温度は600℃、ストリーム107の温度は500℃、ストリーム122の温度は570℃、ストリーム156の温度は550℃である。ストリーム102の流量のみが5%増加し、熱交換器の有効面積が固定されている場合、ストリーム102は600℃のままであり、ストリーム107は504.4℃に上昇し、ストリーム122は570.9℃に上昇し、ストリーム156は551.0℃に上昇する。逆に、ストリーム102の流量のみが5%減少した場合、ストリーム102は600℃のままであり、ストリーム107は495.4℃に低下し、ストリーム122は569.0℃に低下し、ストリーム156は548.9℃に低下する。したがって、HPタービンへのPCFストリームの温度は、PHTFからIHTFへの熱伝達装置(たとえば、この例ではコイル161)へのPHTFの質量流量を調整することによって直接制御され得る。他のパラメータを一定に保ったまま、このようなコイル(たとえば、コイル161)の1つへのPHTFの一部の流量を増加させると、関連するIHTFストリーム(たとえば、この例ではストリーム122)の温度が上昇する傾向があり、その結果、関連するPCFストリーム(たとえば、この例ではストリーム156)の温度も上昇させることになる。逆に、同じコイルへのPHTFの一部の流量を減少させると、関連するIHTF及びPCFストリームの温度が低下する傾向がある。
【0112】
同様の方法で、他のPCFストリームの温度が、他のPHTFストリーム(たとえば、図20のストリーム103及び/又は104)の流量を調整することによって同様に制御され得る。このような制御方式の最も単純な形式は、制御対象の関連するPCFストリームの温度を測定し、PID(Proportional−Integral−Derivative:比例・積分・微分)コントローラを使用してPHTF流量を調整し、所望の設定値条件を達成することができる。代替の方法は、関連するIHTFストリームの温度を測定して所望の温度設定値に制御し、次いでPCFストリームが所望の温度に達するまでIHTF設定値を調整することができる。このような制御方式は、1つのPHTFストリームの流量を調整して1つのIHTFストリーム又は1つのPCFストリームの温度設定値条件を達成し、別のPHTFストリームの流量を調整して別のIHTFストリーム又は別のPCFストリームの温度設定値を達成することができ、追加されたPHTF、IHTF、及び/又はPCFストリームに対して同様の方法で拡張される。
【0113】
個々のPHTF流量の調整は、前記の関連するPCF又はIHTFストリーム温度以外のストリームの温度に影響を及ぼし得ることが想定される。すなわち、単一のPHTF流量を調整すると、2つ以上のPCF又はIHTFストリーム温度に影響を与え得る。したがって、多変数制御システムがより適切に使用され得る。このような多変数制御システムは、各PHTF流量調整と、結果として生じるIHTF及び/又はPCFストリーム温度との間の相互作用を補償するように調整され得るので、いくつかの温度設定値のそれぞれが最小限の相互作用で並行して又は同時に達成され得る。
【0114】
発電プラント内のタービンの制御及び保護システムは、発電業界でよく知られており、本開示の対象ではない。図20を参照すると、一般に、このような制御システムは、所望の発電ニーズを満たし、発電機と地域の電力網周波数との同期を維持するように、バルブ10a、10b、及び10cとして示すようなバルブを調整してタービンの各段へのPCF流量を調整する。これは負荷追従と呼ばれることがあり、一般に閉ループ制御システムとして実装される。
【0115】
加えて、保護システムを使用して、閉ループ制御システムから開ループ制御システムに移行して10a、10b、及び10cのうちの少なくとも1つを規定量だけ調整することによって、突然の負荷制限によるタービン発電機システムの速度超過を防止することができる。さらに、タービン制御システムは、同じく開ループ制御システムに移行して同様のバルブ調整を行うことによって電力網の不安定性及び/又は障害に対応することも必要とされ得る。このような不安定性には、不足周波数イベント、超過周波数イベント、線間障害、地絡障害、及び三相障害のうちの少なくとも1つが含まれ得る。
【0116】
このようなタービン制御システム及び保護システム、並びにこれらのシステムの、いくつかのPCFストリームの流量及び運転条件に及ぼす影響は、通常且つ予想内であり、発電プラントの残りの部分は合理的な方法で対応するように設計され得る。したがって、前述のIHTF流量及びPHTF流量に対するフィードバック制御に加えて、フィードフォワード又は開ループ制御システムも、制御システム全体に組み込まれ得る。このようなフィードフォワード又は開ループ制御システムは、PCL及びPCFの条件がフィードバック・システムだけで対応できるよりも速く変化する場合に、前述のフィードバック・システムと組み合わせてIHTF及びPHTFの流量を調整するために使用され得る。たとえば、タービン発電機システムが、外部網の条件又は外部網から切断された電気ブレーカに対応するために負荷の大部分を突然低下させた場合、この突然の外乱に対応してタービン電力及びPCF流量が突然低下する可能性がある。IHTF及びPHTF流量制御用のフィードフォワード又は開ループ制御システムは、PCF流量及びタービン段電力のうちの少なくとも一方に比例して、これらのIHTF及びPHTF流量のそれぞれの流量を増加させることができる。このフィードフォワード又は開ループ制御の効果は短時間に制限される可能性があり、外乱が収まった後、通常のフィードバック制御重視に戻され得る。
【0117】
本開示は、以下の番号が付けられた実施例のうちの任意の1つ又は複数をさらに含む。
【0118】
1.電力を生成するためのシステムであって、a)流量、温度、及び圧力を有する1次熱伝達流体、高価値熱源、並びに高価値熱源から1次熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも1つの熱伝達装置を備える、1次熱伝達ループと、b)流量を有する中間熱伝達流体、1次熱伝達流体の少なくとも第1の部分から中間熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも1つの1次熱伝達装置、及び1次熱伝達流体の少なくとも第2の部分から熱を伝達するための少なくとも1つの熱1次伝達装置を備える、中間熱伝達ループと、c)流量を有する発電サイクル流体、循環ファン、ブロワ、コンプレッサ、及び/又はポンプのうちの少なくとも1つ、発電サイクル流体の熱又はエンタルピーを有用な仕事又は電力に変換するための少なくとも1つのタービン段、中間熱伝達流体から熱を伝達して発電サイクル流体の温度又はエンタルピーを上昇させるための少なくとも2つの発電サイクル熱伝達装置、並びに残留熱を発電サイクル流体から外部システムに排出するための少なくとも1つの3次熱伝達装置を備える、発電サイクル・ループと、d)最初に、1次熱伝達流体から発電サイクル流体に少なくとも一部の熱を伝達することによって中間熱伝達流体の温度が上昇し、次いで、少なくとも一部の熱を発電サイクル流体に伝達することによって中間熱伝達流体の温度が低下し、次いで、1次熱伝達流体の第2の部分から少なくとも一部の熱を伝達することによって中間熱伝達流体の温度が再び上昇し、次いで、少なくとも一部の熱を発電サイクル流体に伝達することによって中間熱伝達流体の温度が再び低下するような、前記少なくとも2つの1次熱伝達装置と、1次熱伝達流体から発電サイクル流体に熱を伝達するための少なくとも2つの発電サイクル熱伝達装置とのシーケンスと、e)1次熱伝達流体の少なくとも第1の部分及び第2の部分を高価値熱源に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、f)発電サイクル流体の少なくとも一部を、有用な仕事又は電力を生成するためのタービン段に導き、その発電サイクル流体を3次熱交換装置に導くように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、g)発電サイクル流体を3次熱交換装置から前記少なくとも2つの発電サイクル熱伝達装置に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムとを備える、システム。
【0119】
2.1次熱伝達流体が、溶融塩、熱伝達油、水素、不活性ガス、液体金属、又は炭化水素流体を含む、実施例1に記載のシステム。
【0120】
3.中間熱伝達流体が、水、蒸気、空気、空気の任意の成分、又は炭化水素流体を含む、実施例1又は2に記載のシステム。
【0121】
4.発電サイクル流体が、水、蒸気、空気、加湿空気、窒素、アルゴンと、ヘリウムと、二酸化炭素とを含むがこれらに限定されない空気の任意の成分、及び/又は炭化水素流体を含む、実施例1から3までのいずれか一項に記載のシステム。
【0122】
5.中間熱伝達流体が再循環される、実施例1から4までのいずれか一項に記載のシステム。
【0123】
6.中間熱伝達ループが、中間熱伝達流体を再循環させるためのブロワ、コンプレッサ、又はファンを備える、実施例1から5までのいずれか一項に記載のシステム。
【0124】
7.ブロワ、コンプレッサ、又はファンが、調整可能な運転速度を備える、実施例1から6までのいずれか一項に記載のシステム。
【0125】
8.ブロワ、コンプレッサ、又はファンが、調整可能な入口ガイド・ベーン、調整可能なステータ・ベーン、又は調整可能な回転ブレードを備える、実施例1から7までのいずれか一項に記載のシステム。
【0126】
9.中間熱伝達ループが、中間熱伝達流体の流量の調整を可能にするように構成されたダンパを備える、実施例1から8までのいずれか一項に記載のシステム。
【0127】
10.中間熱伝達ループが、中間熱伝達流体の少なくともいくらかの自然循環を引き起こすように構成された高温及び低温の垂直レッグ又はセクションを備えて配置されている、実施例1から9までのいずれか一項に記載のシステム。
【0128】
11.中間熱伝達流体の流量が、a)運転速度を変更すること、b)入口ガイド・ベーンの位置を変更すること、c)ステータ・ベーンの位置を変更すること、d)ブロワ、コンプレッサ、又はファンの回転ブレードの位置を変更すること、及びe)ダンパの位置を変更することのうちの少なくとも1つによって調整される、実施例1から10までのいずれか一項に記載のシステム。
【0129】
12.1次熱伝達装置のうちの少なくとも1つ又は発電サイクル熱伝達装置のうちの少なくとも1つが、熱伝達装置の低温側のストリームの温度差、及び熱伝達装置の高温側のストリームの温度差を測定又は決定するための手段を備える、実施例1から11までのいずれか一項に記載のシステム。
【0130】
13.低温側ストリームの温度差が高温側ストリームの温度差プラス・マイナス温度マージン設定値にほぼ等しくなるまで、中間熱伝達流体の流量が調整される、実施例1から12までのいずれか一項に記載のシステム。
【0131】
14.温度マージン設定値がほぼ0に等しい、実施例1から13までのいずれか一項に記載のシステム。
【0132】
15.温度マージン設定値が−50℃から+50℃までの間で選択された固定値である、実施例1から14までのいずれか一項に記載のシステム。
【0133】
16.温度マージン設定値が、1次熱伝達流体流量、中間熱伝達流体流量、発電サイクル流体流量、生成された正味電力、及び/又は生成された総電力のうちの少なくとも1つに少なくとも部分的に基づいて調整され得る、実施例1から15までのいずれか一項に記載のシステム。
【0134】
17.外部システムが、大気、冷却塔、並びに/又は地域熱供給システム及びプロセス・プラントを含むがこれらに限定されない外部の熱消費者を含む、実施例1から16までのいずれか一項に記載のシステム。
【0135】
18.中間熱伝達流体の流量が、発電サイクル流体流量、及びタービン段の電力の有用な仕事のうちの少なくとも一方の急速な変化に対応してさらに調整され、このようなさらなる調整が、一時的であり、一定期間後に実施例13に記載のシステムによって決定された調整に戻る、実施例1から17までのいずれか一項に記載のシステム。
【0136】
19.発電サイクル・ループが、少なくとも1つの発電サイクル流体ストリームの温度を測定又は決定するための手段を備え、1次熱伝達ループが、少なくとも1つの1次熱伝達流体ストリームの流量を調整するための手段を備える、実施例1から18までのいずれか一項に記載のシステム。
【0137】
20.少なくとも1つの発電サイクル流体ストリームの温度が少なくとも1つの発電サイクル流体設定値温度にほぼ等しくなるまで、少なくとも1つの1次熱伝達流体の流量が調整される、実施例1から19までのいずれか一項に記載のシステム。
【0138】
21.中間熱伝達ループが、少なくとも1つの中間熱伝達流体ストリームの温度を測定又は決定するための手段を備える、実施例1から20までのいずれか一項に記載のシステム。
【0139】
22.少なくとも1つの中間熱伝達流体ストリームの温度が少なくとも1つの中間熱伝達流体設定値にほぼ等しくなるまで、少なくとも1つの1次熱伝達流体ストリームの流量が調整される、実施例1から21までのいずれか一項に記載のシステム。
【0140】
23.少なくとも1つの発電サイクル流体ストリームの温度が少なくとも1つの発電サイクル流体設定値温度にほぼ等しくなるまで、少なくとも1つの中間熱伝達流体設定値が調整される、実施例1から22までのいずれか一項に記載のシステム。
【0141】
24.電力を生成するためのシステムが、いくつかの中間熱伝達流体ストリームの温度、及び/又はいくつかの発電サイクル流体ストリームの温度がそれぞれこれらの各ストリームに対して所望される設定値温度にほぼ等しくなるまで1次熱伝達流体ストリームのいくつかの部分の流量を調整するための多変数制御システムを備える、実施例1から23までのいずれか一項に記載のシステム。
【0142】
25.中間熱伝達ループが、少なくとも1つの位置の中間熱伝達ループの圧力を測定又は決定するための手段を備える、実施例1から24までのいずれか一項に記載のシステム。
【0143】
26.中間熱伝達ループが、中間熱伝達流体を外部のソース若しくはリザーバから追加するか、又は外部のソース若しくはリザーバへ除去するための手段を備える、実施例1から25までのいずれか一項に記載のシステム。
【0144】
27.中間熱伝達ループの前記圧力が中間熱伝達ループ圧力設定値にほぼ等しくなるまで、中間熱伝達流体が中間熱伝達ループに追加されるか、又は中間熱伝達ループから除去される、実施例1から26までのいずれか一項に記載のシステム。
【0145】
28.中間熱伝達ループが、中間熱伝達流体を循環させるためのブロワ、コンプレッサ、又はファンを備え、中間熱伝達流体が実質的に周囲空気であり、中間熱伝達流体が実質的に再循環されない、実施例1から27までのいずれか一項に記載のシステム。
【0146】
29.中間熱伝達流体が実質的に周囲空気であり、中間熱伝達流体が実質的に再循環されない、実施例1から28までのいずれか一項に記載のシステム。
【0147】
30.少なくとも1つのタービン段が、発電サイクル流体の少なくとも第1の部分をある流量、圧力、及び温度で除去し、発電サイクル流体の少なくとも第2の部分をある流量、別の圧力、及び別の温度で除去するための発電サイクル流体抽出ポートを備える、実施例1から29までのいずれか一項に記載のシステム。
【0148】
31.発電サイクル流体の少なくとも第1の部分及び第2の部分が中間熱伝達流体予熱器に導入されて、中間熱伝達流体を加熱し、したがって発電サイクル流体の少なくとも第1の部分及び第2の部分を冷却する、実施例1から30までのいずれか一項に記載のシステム。
【0149】
32.発電サイクル流体の少なくとも第1の部分及び第2の部分が、冷却後に発電サイクル・ループに戻される、実施例1から31までのいずれか一項に記載のシステム。
【0150】
33.1次熱伝達ループが貯蔵タンクを備える、実施例1から32までのいずれか一項に記載のシステム。
【0151】
34.溶融塩速度及びBFW/蒸気流量を調整するだけの場合と比較して、より低く、より安定したターンダウン運転を可能にするために、溶融塩が制御される前に、中間熱伝達流体循環速度が、より低い速度で、及び/又は発電サイクル・エリアから熱を捕捉して中間熱伝達ループに追加の熱を提供する独立した熱伝達ループで制御される、実施例1から33までのいずれか一項に記載のシステム。
【0152】
35.a)全流量、温度、及び圧力を有する1次熱伝達流体、高価値熱源、高価値熱源から1次熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも1つの熱伝達装置、前記全流量をそれぞれが別個の流量を有する少なくとも2つの部分に分割するための手段、並びに前記少なくとも2つの部分の第1の部分及び第2の部分の流量を調整するための手段を備える、1次熱伝達ループと、b)流量を有する中間熱伝達流体、1次熱伝達流体の少なくとも第1の部分から中間熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも1つの1次熱伝達装置、1次熱伝達流体の少なくとも第2の部分から熱を伝達するための少なくとも1つの熱1次伝達装置、中間熱伝達流体の流量を調整するための手段、及び少なくとも2つの位置で中間熱伝達流体の温度を測定又は決定するための手段を備える、中間熱伝達ループと、c)流量を有する発電サイクル流体、循環ファン、ブロワ、コンプレッサ、及び/又はポンプのうちの少なくとも1つ、発電サイクル流体の熱又はエンタルピーを有用な仕事又は電力に変換するための少なくとも1つのタービン段、中間熱伝達流体から熱を伝達して発電サイクル流体の温度又はエンタルピーを上昇させるための少なくとも2つの発電サイクル熱伝達装置、残留熱を発電サイクル流体から外部システムに排出するための少なくとも1つの3次熱伝達装置、並びに少なくとも2つの位置で発電サイクル流体の温度を測定又は決定するための手段を備える、発電サイクル・ループと、d)最初に、1次熱伝達流体の第1の部分から中間熱伝達流体に少なくとも一部の熱を伝達することによって中間熱伝達流体の温度が上昇し、次いで、少なくとも一部の熱を発電サイクル流体に伝達することによって中間熱伝達流体の温度が低下し、次いで、1次熱伝達流体の第2の部分から少なくとも一部の熱を伝達することによって中間熱伝達流体の温度が再び上昇し、次いで、少なくとも一部の熱を発電サイクル流体に伝達することによって中間熱伝達流体の温度が再び低下するような、前記少なくとも2つの1次熱伝達装置と、1次熱伝達流体から発電サイクル流体に熱を伝達するための少なくとも2つの発電サイクル熱伝達装置とのシーケンスと、e)1次熱伝達流体の少なくとも第1の部分及び第2の部分を高価値熱源に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、f)発電サイクル流体の少なくとも一部を、有用な仕事又は電力を生成するためのタービン段に導き、その発電サイクル流体を3次熱交換装置に導くように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、g)発電サイクル流体を3次熱交換装置から前記少なくとも2つの発電サイクル熱伝達装置に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、h)所望の温度設定値条件 ある発電サイクル流体位置を達成するように、1次熱伝達流体の第1の部分の流量を調整するための手段と、i)別の発電サイクル流体位置で所望の温度設定値条件を達成するように、1次熱伝達流体の第2の部分の流量を調整するための手段とを備える、制御システム。
【0153】
36.1次熱伝達流体の第1の部分及び第2の部分の流量と、発電サイクル流体温度との間の相互作用を補償する多変数コントローラに、1次熱伝達流体の第1の部分及び第2の部分の流量を調整する手段が組み込まれる、実施例35に記載のシステム。
【0154】
37.1次熱伝達流体全流量が3つ以上の部分に分割され、3つ以上の発電サイクル流体位置に対する所望の温度設定値を達成するように各部分の流量を個別に調整するための手段が提供される、実施例35又は36に記載のシステム。
【0155】
38.1次熱伝達流体の3つ以上の部分の流量と、発電サイクル流体温度との間の相互作用を補償する多変数コントローラに、1次熱伝達流体全流量の3つ以上の部分の流量を調整するための手段が組み込まれる、実施例35から37までのいずれか一項に記載のシステム。
【0156】
39.a)全流量、温度、及び圧力を有する1次熱伝達流体、高価値熱源、高価値熱源から1次熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも1つの熱伝達装置、前記全流量をそれぞれが別個の流量を有する少なくとも2つの部分に分割するための手段、並びに前記少なくとも2つの部分の第1の部分及び第2の部分の流量を調整するための手段を備える、1次熱伝達ループと、b)流量を有する中間熱伝達流体、1次熱伝達流体の少なくとも第1の部分から中間熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも1つの1次熱伝達装置、1次熱伝達流体の少なくとも第2の部分から熱を伝達するための少なくとも1つの熱1次伝達装置、中間熱伝達流体の流量を調整するための手段、並びに少なくとも第1の位置及び第2の位置の中間熱伝達流体の温度を測定又は決定するための手段を備える、中間熱伝達ループと、c)流量を有する発電サイクル流体、循環ファン、ブロワ、コンプレッサ、及び/又はポンプのうちの少なくとも1つ、発電サイクル流体の熱又はエンタルピーを有用な仕事又は電力に変換するための少なくとも1つのタービン段、中間熱伝達流体から熱を伝達して発電サイクル流体の温度又はエンタルピーを上昇させるための少なくとも2つの発電サイクル熱伝達装置、残留熱を発電サイクル流体から外部システムに排出するための少なくとも1つの3次熱伝達装置、並びに少なくとも第1の位置及び第2の位置の発電サイクル流体の温度を測定又は決定するための手段を備える、発電サイクル・ループと、d)最初に、1次熱伝達流体の第1の部分から中間熱伝達流体に少なくとも一部の熱を伝達することによって中間熱伝達流体の温度が上昇し、次いで、少なくとも一部の熱を発電サイクル流体に伝達することによって中間熱伝達流体の温度が低下し、次いで、1次熱伝達流体の第2の部分から少なくとも一部の熱を伝達することによって中間熱伝達流体の温度が再び上昇し、次いで、少なくとも一部の熱を発電サイクル流体に伝達することによって中間熱伝達流体の温度が再び低下するような、前記少なくとも2つの1次熱伝達装置と、1次熱伝達流体から発電サイクル流体に熱を伝達するための少なくとも2つの発電サイクル熱伝達装置とのシーケンスと、e)1次熱伝達流体の少なくとも第1の部分及び第2の部分を高価値熱源に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、f)発電サイクル流体の少なくとも一部を、有用な仕事又は電力を生成するためのタービン段に導き、その発電サイクル流体を3次熱交換装置に導くように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、g)発電サイクル流体を3次熱交換装置から前記少なくとも2つの発電サイクル熱伝達装置に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、h)第1の位置の中間熱伝達流体と第2の位置の中間熱伝達流体と間の第1の温度差、及び第1の位置の発電サイクル流体と第2の位置の発電サイクル流体との間の第2の温度差を決定するための手段又は計算システムと、i)前記第1の温度差と第2の温度差との間の所望の温度差設定値を達成するように、中間熱伝達流体の流量を調整するための手段とを備える、制御システム。
【0157】
40.中間熱伝達流体流量、1次熱伝達流体流量、発電サイクル流体流量、1次熱伝達流体温度、中間熱伝達流体温度、発電サイクル流体温度、正味電力生産量、及び/又は総電力生産量のうちの少なくとも1つを含む発電プラントの運転パラメータに少なくとも基づいて、温度差設定値が調整される、実施例39に記載の制御システム。
【0158】
41.a)流量、温度、及び圧力を有する1次熱伝達流体、高価値熱源、並びに高価値熱源から1次熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも1つの熱伝達装置を備える、1次熱伝達ループと、b)流量を有する中間熱伝達流体、1次熱伝達流体の少なくとも第1の部分から中間熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも1つの1次熱伝達装置、及び1次熱伝達流体の少なくとも第2の部分から熱を伝達するための少なくとも1つの熱1次伝達装置を備える、中間熱伝達ループと、c)流量を有する発電サイクル流体、循環ファン、ブロワ、コンプレッサ、及び/又はポンプのうちの少なくとも1つ、発電サイクル流体の熱又はエンタルピーを有用な仕事又は電力に変換するための少なくとも1つのタービン段、中間熱伝達流体から熱を伝達して発電サイクル流体の温度又はエンタルピーを上昇させるための少なくとも2つの発電サイクル熱伝達装置、並びに残留熱を発電サイクル流体から外部システムに排出するための少なくとも1つの3次熱伝達装置を備える、発電サイクル・ループと、d)最初に、1次熱伝達流体の第1の部分から中間熱伝達流体に少なくとも一部の熱を伝達することによって中間熱伝達流体の温度が上昇し、次いで、少なくとも一部の熱を発電サイクル流体に伝達することによって中間熱伝達流体の温度が低下し、次いで、1次熱伝達流体の第2の部分から少なくとも一部の熱を伝達することによって中間熱伝達流体の温度が再び上昇し、次いで、少なくとも一部の熱を発電サイクル流体に伝達することによって中間熱伝達流体の温度が再び低下するような、前記少なくとも2つの1次熱伝達装置と、1次熱伝達流体から発電サイクル流体に熱を伝達するための少なくとも2つの発電サイクル熱伝達装置とのシーケンスと、e)1次熱伝達流体の少なくとも第1の部分及び第2の部分を高価値熱源に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、f)発電サイクル流体の少なくとも一部を、有用な仕事又は電力を生成するためのタービン段に導き、その発電サイクル流体を3次熱交換装置に導くように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、g)発電サイクル流体を3次熱交換装置から前記少なくとも2つの発電サイクル熱伝達装置に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、h)発電サイクル流体の少なくとも第1の部分をある流量、圧力、及び温度で抽出し、発電サイクル流体の少なくとも第2の部分をある流量、別の圧力、及び別の温度で抽出するための発電サイクル流体抽出ポートを備えるタービン段と、i)抽出された発電サイクル流体の第1の部分及び第2の部分を使用して中間熱伝達流体を加熱し、したがって発電サイクル流体の少なくとも第1の部分及び第2の部分を冷却する中間熱伝達流体予熱器と、j)中間熱伝達流体の温度を最低温度設定値以上に維持するように、抽出された発電サイクル流体の第1の部分及び第2の部分のうちの少なくとも一方の流量を調整するための手段とを備える、制御システム。
【0159】
42.a)流量、温度、及び圧力を有する1次熱伝達流体、高価値熱源、並びに高価値熱源から1次熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも1つの熱伝達装置を備える、1次熱伝達ループと、b)流量を有する中間熱伝達流体、1次熱伝達流体の少なくとも第1の部分から中間熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも1つの1次熱伝達装置、及び1次熱伝達流体の少なくとも第2の部分から熱を伝達するための少なくとも1つの熱1次伝達装置を備える、中間熱伝達ループと、c)流量を有する発電サイクル流体、循環ファン、ブロワ、コンプレッサ、及び/又はポンプのうちの少なくとも1つ、発電サイクル流体の熱又はエンタルピーを有用な仕事又は電力に変換するための少なくとも1つのタービン段、中間熱伝達流体から熱を伝達して発電サイクル流体の温度又はエンタルピーを上昇させるための少なくとも2つの発電サイクル熱伝達装置、並びに残留熱を発電サイクル流体から外部システムに排出するための少なくとも1つの3次熱伝達装置を備える、発電サイクル・ループと、d)最初に、1次熱伝達流体の第1の部分から中間熱伝達流体に少なくとも一部の熱を伝達することによって中間熱伝達流体の温度が上昇し、次いで、少なくとも一部の熱を発電サイクル流体に伝達することによって中間熱伝達流体の温度が低下し、次いで、1次熱伝達流体の第2の部分から少なくとも一部の熱を伝達することによって中間熱伝達流体の温度が再び上昇し、次いで、少なくとも一部の熱を発電サイクル流体に伝達することによって中間熱伝達流体の温度が再び低下するような、前記少なくとも2つの1次熱伝達装置と、1次熱伝達流体から発電サイクル流体に熱を伝達するための少なくとも2つの発電サイクル熱伝達装置とのシーケンスと、e)1次熱伝達流体の少なくとも第1の部分及び第2の部分を高価値熱源に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、f)発電サイクル流体の少なくとも一部を、有用な仕事又は電力を生成するためのタービン段に導き、その発電サイクル流体を3次熱交換装置に導くように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、g)発電サイクル流体を3次熱交換装置から前記少なくとも2つの発電サイクル熱伝達装置に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、h)電力を消費する電力網に電力が伝送されるように、タービン段に機械的に接続されて電力を生成する発電機と、i)電力網の不安定性、ブレーカ開放イベント、及びタービン段の速度超過イベントのうちの少なくとも1つを検出し、これにより、タービン段及び発電機に、生成された負荷、したがって発電サイクル流体の流量を急速に変化させることによって対応させるための手段と、j)中間熱伝達流体流量及び1次熱伝達流体流量のうちの少なくとも一方を、発電サイクル流体流量、及びタービン段又は発電機の電力のうちの少なくとも一方にほぼ比例して急速に変化させることによって、タービン段及び発電機の負荷、並びに発電サイクル流体の流量に対する急速な変化に対応するための手段とを備える、制御システム。
【0160】
43.a)流量、温度、及び圧力を有する1次熱伝達流体、高価値熱源、並びに高価値熱源から1次熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも1つの熱伝達装置を備える、1次熱伝達ループと、b)流量を有する中間熱伝達流体、1次熱伝達流体の少なくとも第1の部分から中間熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも1つの1次熱伝達装置、及び1次熱伝達流体の少なくとも第2の部分から熱を伝達するための少なくとも1つの熱1次伝達装置を備える、中間熱伝達ループと、c)1次熱伝達流体の少なくとも第1の部分及び第2の部分を高価値熱源に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、d)流量を有する発電サイクル流体、並びに循環ファン、ブロワ、コンプレッサ、及び/又はポンプのうちの少なくとも1つを備える発電サイクル・ループと、e)流量及び温度を有する発電サイクル流体の少なくとも第1の部分を加熱するための加熱装置と、f)発電サイクル流体の少なくとも第1の部分を使用して、中間熱伝達流体を加熱し、発電サイクル流体の少なくとも第1の部分を冷却する中間熱伝達流体予熱器と、g)発電サイクル流体の少なくとも第1の部分を加熱装置に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、h)中間熱伝達流体の温度を最低温度設定値以上に維持するように、発電サイクル流体の少なくとも第1の部分の流量、圧力、及び温度のうちの少なくとも1つを調整するための手段と、を備える、制御システム。
【0161】
44.電力を生成するための方法であって、a)1次熱伝達流体を高価値熱源に循環させることによって、流量を有する1次熱伝達流体を加熱するステップと、b)1次熱伝達流体を、少なくとも、第1の流量を有する第1の部分と第2の流量を有する第2の部分とに分割するステップと、c)流量を有する中間熱伝達流体を中間熱伝達ループ内で循環させるステップと、d)流量及び高圧を有する発電サイクル流体を発電サイクル・ループ内で循環させるステップと、e)1次熱伝達流体の第1の部分から熱を伝達することによって、中間熱伝達流体を加熱するステップと、f)中間熱伝達流体が1次熱伝達流体の第1の部分によって加熱された後、中間熱伝達流体から熱を伝達することによって高圧発電サイクル流体の少なくとも一部を加熱するステップと、g)高圧発電サイクル流体の少なくとも一部を、その部分が中間熱伝達流体によって加熱された後に第1のタービン段に導入し、有用な仕事又は力が生成されるようにタービン段から発電サイクル流体の一部をより低い圧力で抽出するステップと、h)中間熱伝達流体が発電サイクル流体の高圧部分を加熱した後、1次熱伝達流体の第2の部分から熱を伝達することによって中間熱伝達流体を加熱するステップと、i)中間熱伝達流体が1次熱伝達流体の第2の部分によって加熱された後、中間熱伝達流体から熱を伝達することによって低圧発電サイクル流体の少なくとも一部を加熱するステップと、j)低圧発電サイクル流体の少なくとも一部を、その部分が中間熱伝達流体によって加熱された後に第2のタービン段に導入し、有用な仕事又は電力が生成されるように発電サイクル流体の一部を極低圧(very−low−pressure)で抽出するステップと、k)極低圧発電サイクル流体を熱交換装置に導入して、外部システムへ残留熱を排出するステップと、l)ポンプ、コンプレッサ、又はブロワを含み得る装置を使用することによって、発電サイクル流体を再加圧及び再循環させるステップとを含む、方法。
【0162】
45.中間熱伝達流体が再加圧された後、発電サイクル流体に熱を伝達することによって中間熱伝達流体を冷却し、それによって発電サイクル流体を予熱するステップをさらに含む、実施例44に記載の方法。
【0163】
46.中間熱伝達流体を再循環させるステップをさらに含む、実施例44又は45に記載の方法。
【0164】
47.1次熱伝達流体を再循環させるステップをさらに含む、実施例44から46までのいずれか一項に記載の方法。
【0165】
48.第1のタービン段及び/又は第2のタービン段から発電サイクル流体の少なくとも2つの部分を抽出し、それらを中間熱伝達流体予熱器に導き、それによって中間熱伝達流体を加熱し、発電サイクル流体の前記少なくとも2つの部分を冷却するステップをさらに含む、実施例44から47までのいずれか一項に記載の方法。
【0166】
49.発電サイクル流体の前記少なくとも2つの部分を再加圧及び再循環させるステップをさらに含む、実施例44から48までのいずれか一項に記載の方法。
【0167】
50.中間熱伝達流体が、ブロワ、コンプレッサ、又はファンによって再循環される、実施例44から49までのいずれか一項に記載の方法。
【0168】
51.中間熱伝達ループ内のダンパの位置を調整することによって、ブロワ、コンプレッサ、若しくはファンの運転速度を調整することによって、及び/又はブロワ、コンプレッサ、若しくはファンの入口ガイド・ベーン、ステータ・ベーン、若しくは回転ベーンのうちの少なくとも1つの位置、開放性、若しくは角度を調整することによって、中間熱伝達流体の流量を調整するステップをさらに含む、実施例44から50までのいずれか一項に記載の方法。
【0169】
52.中間熱伝達流体が、中間熱伝達ループの異なるレッグ又はセクション内の中間熱伝達流体の浮力の差によって少なくとも部分的に再循環される、実施例44から51までのいずれか一項に記載の方法。
【0170】
53.中間熱伝達流体が、ブロワ、コンプレッサ、又はファンによって少なくとも部分的に再循環される、実施例44から52までのいずれか一項に記載の方法。
【0171】
54.中間熱伝達ループ内のダンパの位置を調整することによって、ブロワ、コンプレッサ、若しくはファンの運転速度を調整することによって、及び/又はブロワ、コンプレッサ、若しくはファンの入口ガイド・ベーン、ステータ・ベーン、若しくは回転ベーンのうちの少なくとも1つの位置、開放性、若しくは角度を調整することによって、中間熱伝達流体の流量を調整するステップをさらに含む、実施例44から53までのいずれか一項に記載の方法。
【0172】
55.1次熱伝達流体が、溶融塩、熱伝達油、水素、不活性ガス、液体金属、又は炭化水素流体を含む、実施例44から54までのいずれか一項に記載の方法。
【0173】
56.中間熱伝達流体が、水、蒸気、空気、空気の任意の成分、又は炭化水素流体を含む、実施例44から55までのいずれか一項に記載の方法。
【0174】
57.発電サイクル流体が、水、蒸気、空気、空気の任意の成分、超臨界二酸化炭素、又は炭化水素流体を含む、実施例44から56までのいずれか一項に記載の方法。
【0175】
58.2つの位置で中間熱伝達流体の温度を測定又は決定し、2つの位置で発電サイクル流体の温度を測定又は決定するステップをさらに含む、実施例44から57までのいずれか一項に記載の方法。
【0176】
59.中間熱伝達流体及び発電サイクル流体の温度に少なくとも部分的に基づいて、中間熱伝達流体の流量を調整するステップをさらに含む、実施例44から58までのいずれか一項に記載の方法。
【0177】
60.2つの中間熱伝達流体位置間の温度降下と2つの発電サイクル流体位置間の温度上昇との間の差を計算し、上記差が設定値にほぼ等しくなるまで中間熱伝達流体の流量を調整するステップをさらに含む、実施例44から59までのいずれか一項に記載の方法。
【0178】
61.設定値がほぼ0に等しい、実施例44から60までのいずれか一項に記載の方法。
【0179】
62.設定値が、−50℃から50℃までの間で選択される固定値である、実施例44から61までのいずれか一項に記載の方法。
【0180】
63.1次熱伝達流体、中間熱伝達流体、及び発電サイクル流体のうちの少なくとも1つの流量に少なくとも部分的に基づいて設定値を調整するステップをさらに含む、実施例44から62までのいずれか一項に記載の方法。
【0181】
64.外部システムが、大気、冷却塔、プロセス・プラント、及び/又は地域熱供給システムのうちの少なくとも1つを含む、実施例44から63までのいずれか一項に記載の方法。
【0182】
65.発電サイクル流体流量の流量、及びタービン段の有用な仕事又は発電量のうちの少なくとも一方の急速な変化に対応して、中間熱伝達流体の流量を調整するステップをさらに含み、このようなさらなる調整が、一時的であり、一定期間後に実施例60によって決定される調整に戻る、実施例44から64までのいずれか一項に記載の方法。
【0183】
66.少なくとも1つの発電サイクル流体ストリームの温度を測定又は決定するステップをさらに含み、1次熱伝達流体の少なくとも1つの部分の流量を調整するステップをさらに含む、実施例44から65までのいずれか一項に記載の方法。
【0184】
67.少なくとも1つの発電サイクル流体ストリームの温度が、少なくとも1つの発電サイクル流体設定値温度にほぼ等しくなるまで、1次熱伝達流体の少なくとも1つの部分の流量を調整するステップをさらに含む、実施例44から66までのいずれか一項に記載の方法。
【0185】
68.少なくとも2つの発電サイクル流体ストリームの温度を測定又は決定するステップをさらに含み、1次熱伝達流体の少なくとも2つの部分の流量を調整するステップをさらに含む、実施例44から67までのいずれか一項に記載の方法。
【0186】
69.多変数制御システムを使用して1次熱伝達流体の一部の流量を調整して、すべての発電サイクル流体ストリームの温度が各発電サイクル流体ストリームの設定値温度に等しくなるまで流量を同時に調整するステップをさらに含む、実施例44から68までのいずれか一項に記載の方法。
【0187】
70.少なくとも1つの位置の中間熱伝達ループの圧力を測定又は決定するステップをさらに含む、実施例44から69までのいずれか一項に記載の方法。
【0188】
71.中間熱伝達流体を外部のソース若しくはリザーバから追加するか、又は外部のソース若しくはリザーバへ除去するための手段が提供される、実施例44から70までのいずれか一項に記載の方法。
【0189】
72.前記圧力が中間熱伝達ループ圧力設定値にほぼ等しくなるまで、中間熱伝達流体が中間熱伝達ループに追加されるか、又は中間熱伝達ループから除去されるステップをさらに含む、実施例44から71までのいずれか一項に記載の方法。
【0190】
73.中間熱伝達ループが、中間熱伝達流体に循環させるためのブロワ、コンプレッサ、又はファンを備え、中間熱伝達流体が実質的に周囲空気であり、中間熱伝達流体が実質的に再循環されない、実施例44から72までのいずれか一項に記載の方法。
【0191】
74.中間熱伝達流体が実質的に周囲空気であり、中間熱伝達流体が実質的に再循環されない、実施例44から73までのいずれか一項に記載の方法。
【0192】
75.1次熱伝達ループが貯蔵タンクを含む、実施例44から74までのいずれか一項に記載の方法。
【0193】
76.発電システムを制御するための方法であって、a)1次熱伝達流体を高価値熱源に循環させることによって、流量を有する1次熱伝達流体を加熱するステップと、b)1次熱伝達流体を、少なくとも、第1の流量を有する第1の部分と第2の流量を有する第2の部分とに分割するステップと、c)流量を有する中間熱伝達流体を中間熱伝達ループ内で循環させるステップと、d)流量及び高圧を有する発電サイクル流体を発電サイクル・ループ内で循環させるステップと、e)1次熱伝達流体の第1の部分から熱を伝達することによって、中間熱伝達流体を加熱するステップと、f)中間熱伝達流体が1次熱伝達流体の第1の部分によって加熱された後、中間熱伝達流体から熱を伝達することによって、高圧発電サイクル流体の少なくとも一部を第1の温度設定値まで加熱するステップと、g)高圧発電サイクル流体の少なくとも一部を、その部分が中間熱伝達流体によって加熱された後に第1のタービン段に導入し、有用な仕事又は力が生成されるようにタービン段から発電サイクル流体の一部をより低い圧力で抽出するステップと、h)中間熱伝達流体が発電サイクル流体の高圧部分を加熱した後、1次熱伝達流体の第2の部分から熱を伝達することによって中間熱伝達流体を加熱するステップと、i)中間熱伝達流体が1次熱伝達流体の第2の部分によって加熱された後、中間熱伝達流体から熱を伝達することによって、低圧発電サイクル流体の少なくとも一部を第2の温度設定値まで加熱するステップと、j)低圧発電サイクル流体の少なくとも一部を、その部分が中間熱伝達流体によって加熱された後に第2のタービン段に導入し、有用な仕事又は電力が生成されるように発電サイクル流体の一部を極低圧で抽出するステップと、k)極低圧発電サイクル流体を熱交換装置に導入して、外部システムへ残留熱を排出するステップと、l)ポンプ、コンプレッサ、又はブロワを含み得る装置を使用することによって、発電サイクル流体を再加圧及び再循環させるステップと、m)ある発電サイクル流体位置で第1の温度設定値条件を達成するように、1次熱伝達流体の第1の部分の流量を調整するステップと、n)別の発電サイクル流体位置で第2の温度設定値条件を達成するように、1次熱伝達流体の第2の部分の流量を調整するステップとを含む、方法。
【0194】
77.1次熱伝達流体の第1の部分及び第2の部分の流量と、発電サイクル流体温度との間の相互作用を補償する多変数コントローラを使用して、1次熱伝達流体の第1の部分及び第2の部分の流量を調整するステップをさらに含む、実施例76に記載の方法。
【0195】
78.1次熱伝達流体流量が3つ以上の部分に分割され、3つ以上の発電サイクル流体位置に対する所望の温度設定値を達成するように各部分の流量を個別に調整するステップをさらに含む、実施例76又は77に記載の方法。
【0196】
79.1次熱伝達流体の3つ以上の部分の流量と、発電サイクル流体温度との間の相互作用を補償する多変数コントローラを使用して、1次熱伝達流体全流量の3つ以上の部分の流量を調整するステップをさらに含む、実施例76から78までのいずれか一項に記載の方法。
【0197】
80.発電システムを制御するための方法であって、a)1次熱伝達流体を高価値熱源に循環させることによって、流量を有する1次熱伝達流体を加熱するステップと、b)
1次熱伝達流体を、少なくとも、第1の流量を有する第1の部分と第2の流量を有する第2の部分とに分割するステップと、c)流量を有する中間熱伝達流体を中間熱伝達ループ内で循環させるステップと、d)流量及び高圧を有する発電サイクル流体を発電サイクル・ループ内で循環させるステップと、e)1次熱伝達流体の第1の部分から熱を伝達することによって、中間熱伝達流体を加熱するステップと、f)中間熱伝達流体が1次熱伝達流体の第1の部分によって加熱された後、中間熱伝達流体から熱を伝達することによって、高圧発電サイクル流体の少なくとも一部を第1の温度設定値まで加熱するステップと、g)高圧発電サイクル流体の少なくとも一部を、その部分が中間熱伝達流体によって加熱された後に第1のタービン段に導入し、有用な仕事又は力が生成されるようにタービン段から発電サイクル流体の一部をより低い圧力で抽出するステップと、h)中間熱伝達流体が発電サイクル流体の高圧部分を加熱した後、1次熱伝達流体の第2の部分から熱を伝達することによって中間熱伝達流体を加熱するステップと、i)中間熱伝達流体が1次熱伝達流体の第2の部分によって加熱された後、中間熱伝達流体から熱を伝達することによって、低圧発電サイクル流体の少なくとも一部を第2の温度設定値まで加熱するステップと、j)低圧発電サイクル流体の少なくとも一部を、その部分が中間熱伝達流体によって加熱された後に第2のタービン段に導入し、有用な仕事又は電力が生成されるように発電サイクル流体の一部を極低圧で抽出するステップと、k)極低圧発電サイクル流体を熱交換装置に導入して、外部システムへ残留熱を排出するステップと、l)ポンプ、コンプレッサ、又はブロワを含み得る装置を使用することによって、発電サイクル流体を再加圧及び再循環させるステップと、m)第1の位置の中間熱伝達流体と第2の位置の中間熱伝達流体と間の第1の温度差、及び第1の位置の発電サイクル流体と第2の位置の発電サイクル流体との間の第2の温度差を計算又は決定するステップと、n)前記第1の温度差と第2の温度差との間の所望の温度差設定値を達成するように、中間熱伝達流体の流量を調整するステップとを含む、方法。
【0198】
81.中間熱伝達流体流量、1次熱伝達流体流量、発電サイクル流体流量、1次熱伝達流体温度、中間熱伝達流体温度、発電サイクル流体温度、正味電力生産量、及び総電力生産量のうちの少なくとも1つを含む発電プラントの運転パラメータに少なくとも基づいて、温度差設定値を調整するステップをさらに含む、実施例80に記載の方法。
【0199】
82.発電システムを制御するための方法であって、a)1次熱伝達流体を高価値熱源に循環させることによって、流量を有する1次熱伝達流体を加熱するステップと、b)1次熱伝達流体を、少なくとも、第1の流量を有する第1の部分と第2の流量を有する第2の部分とに分割するステップと、c)流量を有する中間熱伝達流体を中間熱伝達ループ内で循環させるステップと、d)流量及び高圧を有する発電サイクル流体を発電サイクル・ループ内で循環させるステップと、e)1次熱伝達流体の第1の部分から熱を伝達することによって、中間熱伝達流体を加熱するステップと、f)中間熱伝達流体が1次熱伝達流体の第1の部分によって加熱された後、中間熱伝達流体から熱を伝達することによって、高圧発電サイクル流体の少なくとも一部を第1の温度設定値まで加熱するステップと、g)高圧発電サイクル流体の少なくとも一部を、その部分が中間熱伝達流体によって加熱された後に第1のタービン段に導入し、有用な仕事又は力が生成されるようにタービン段から発電サイクル流体の一部をより低い圧力で抽出するステップと、h)中間熱伝達流体が発電サイクル流体の高圧部分を加熱した後、1次熱伝達流体の第2の部分から熱を伝達することによって中間熱伝達流体を加熱するステップと、i)中間熱伝達流体が1次熱伝達流体の第2の部分によって加熱された後、中間熱伝達流体から熱を伝達することによって、低圧発電サイクル流体の少なくとも一部を第2の温度設定値まで加熱するステップと、j)低圧発電サイクル流体の少なくとも一部を、その部分が中間熱伝達流体によって加熱された後に第2のタービン段に導入し、有用な仕事又は電力が生成されるように発電サイクル流体の一部を極低圧で抽出するステップと、k)極低圧発電サイクル流体を熱交換装置に導入して、外部システムへ残留熱を排出するステップと、l)ポンプ、コンプレッサ、又はブロワを含み得る装置を使用することによって、発電サイクル流体を再加圧及び再循環させるステップと、m)タービン段から発電サイクル流体の少なくとも第1の部分及び第2の部分を抽出するステップと、n)抽出された発電サイクル流体の第1の部分及び第2の部分を使用して中間熱伝達流体を加熱し、したがって発電サイクル流体の少なくとも第1の部分及び第2の部分を冷却する予熱器によって、中間熱伝達流体を加熱するステップと、o)中間熱伝達流体の温度を最低温度設定値以上に維持するように、抽出された発電サイクル流体の第1の部分及び第2の部分のうちの少なくとも一方の流量を調整するステップとを含む、方法。
【0200】
83.発電システムを制御するための方法であって、a)1次熱伝達流体を高価値熱源に循環させることによって、流量を有する1次熱伝達流体を加熱するステップと、b)1次熱伝達流体を、少なくとも、第1の流量を有する第1の部分と第2の流量を有する第2の部分とに分割するステップと、c)流量を有する中間熱伝達流体を中間熱伝達ループ内で循環させるステップと、d)流量及び高圧を有する発電サイクル流体を発電サイクル・ループ内で循環させるステップと、e)1次熱伝達流体の第1の部分から熱を伝達することによって、中間熱伝達流体を加熱するステップと、f)中間熱伝達流体が1次熱伝達流体の第1の部分によって加熱された後、中間熱伝達流体から熱を伝達することによって、高圧発電サイクル流体の少なくとも一部を第1の温度設定値まで加熱するステップと、g)高圧発電サイクル流体の少なくとも一部を、その部分が中間熱伝達流体によって加熱された後に第1のタービン段に導入し、有用な仕事又は力が生成されるようにタービン段から発電サイクル流体の一部をより低い圧力で抽出するステップと、h)中間熱伝達流体が発電サイクル流体の高圧部分を加熱した後、1次熱伝達流体の第2の部分から熱を伝達することによって中間熱伝達流体を加熱するステップと、i)中間熱伝達流体が1次熱伝達流体の第2の部分によって加熱された後、中間熱伝達流体から熱を伝達することによって、低圧発電サイクル流体の少なくとも一部を第2の温度設定値まで加熱するステップと、j)低圧発電サイクル流体の少なくとも一部を、その部分が中間熱伝達流体によって加熱された後に第2のタービン段に導入し、有用な仕事又は電力が生成されるように発電サイクル流体の一部を極低圧で抽出するステップと、k)極低圧発電サイクル流体を熱交換装置に導入して、外部システムへ残留熱を排出するステップと、l)ポンプ、コンプレッサ、又はブロワを含み得る装置を使用することによって、発電サイクル流体を再加圧及び再循環させるステップと、m)タービン段の有用な仕事又は電力を電気エネルギーに変換し、さらにその電気エネルギーを、電力を消費する電力網に伝送するステップと、n)電力網の不安定性、ブレーカ開放イベント、及びタービン段の速度超過イベントのうちの少なくとも1つを検出し、さらにタービン段及び発電機に、生成された負荷、したがって発電サイクル流体の流量を急速に変化させることによって対応させるステップと、o)中間熱伝達流体流量及び1次熱伝達流体流量のうちの少なくとも一方を、発電サイクル流体流量、及びタービン段又は発電機の電力のうちの少なくとも一方にほぼ比例して急速に変化させることによって、タービン段及び発電機の生成された負荷、並びに発電サイクル流体の流量に対する急速な変化に対応するステップとを含む、方法。
【0201】
84.発電システムを制御するための方法であって、a)1次熱伝達流体を高価値熱源に循環させることによって、流量を有する1次熱伝達流体を加熱するステップと、b)1次熱伝達流体を、少なくとも、第1の流量を有する第1の部分と第2の流量を有する第2の部分とに分割するステップと、c)流量を有する中間熱伝達流体を中間熱伝達ループ内で循環させるステップと、d)流量を有する発電サイクル流体を発電サイクル・ループ内で循環させるステップと、e)流量、圧力、及び温度を有する発電サイクル流体の少なくとも第1の部分を加熱するステップと、f)発電サイクル流体の少なくとも第1の部分を使用する予熱器によって中間熱伝達流体を加熱し、さらに発電サイクル流体の少なくとも第1の部分を冷却するステップと、g)発電サイクル流体の少なくとも第1の部分を加熱装置に再循環させるステップと、h)発電サイクル流体の少なくとも第1の部分の流量、圧力、及び/又は温度のうちの少なくとも1つを調整し、さらに中間熱伝達流体の温度を最低温度設定値以上に維持するステップとを含む、方法。
【0202】
85.電力を生成するためのシステムであって、流量、温度、及び圧力を有する1次熱伝達流体、高価値熱源、並びに高価値熱源から1次熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも1つの熱伝達装置を備える、1次熱伝達ループと、流量を有する中間熱伝達流体、1次熱伝達流体の少なくとも第1の部分から中間熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも第1の1次熱伝達装置、及び1次熱伝達流体の少なくとも第2の部分から中間熱伝達流体に熱を伝達するための少なくとも第2の熱1次伝達装置を備える、中間熱伝達ループと、流量を有する発電サイクル流体、少なくとも1つの圧縮装置、発電サイクル流体の熱又はエンタルピーを有用な仕事又は電力に変換するための少なくとも1つのタービン段、中間熱伝達流体から熱を伝達して発電サイクル流体の温度又はエンタルピーを上昇させるための少なくとも2つの発電サイクル熱伝達装置、並びに残留熱を発電サイクル流体から外部システムに排出するための少なくとも1つの3次熱伝達装置を備える、発電サイクル・ループと、最初に、1次熱伝達流体の第1の部分から中間熱伝達流体に少なくとも一部の熱を伝達することによって中間熱伝達流体の温度が上昇し、次いで、少なくとも一部の熱を発電サイクル流体に伝達することによって中間熱伝達流体の温度が低下し、次いで、1次熱伝達流体の第2の部分から少なくとも一部の熱を伝達することによって中間熱伝達流体の温度が再び上昇し、次いで、少なくとも一部の熱を発電サイクル流体に伝達することによって中間熱伝達流体の温度が再び低下するような、前記少なくとも第1及び第2の1次熱伝達装置と、1次熱伝達流体から発電サイクル流体に熱を伝達するための少なくとも2つの発電サイクル熱伝達装置とのシーケンスと、1次熱伝達流体の少なくとも第1の部分及び第2の部分を高価値熱源に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、発電サイクル流体の少なくとも一部を、有用な仕事又は電力を生成するためのタービン段に導き、その発電サイクル流体を3次熱交換装置に導くように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、タービン段に導かれた発電サイクル流体の少なくとも一部を抽出し、発電サイクル流体のその抽出された部分を使用して中間熱伝達流体の温度を上昇させるように構成された、経路、パイプ、又は導管システムと、3次熱交換装置からの発電サイクル流体、及び発電サイクル流体の抽出された部分を、少なくとも1つの圧縮装置に戻すように構成された、経路、パイプ、又は導管システムとを備える、システム。
【0203】
86.1次熱伝達流体が、溶融塩、熱伝達油、水素、不活性ガス、液体金属、又は炭化水素流体を含む、実施例85に記載のシステム。
【0204】
87.中間熱伝達流体が、水、蒸気、空気、空気の任意の成分、又は炭化水素流体を含む、実施例85又は86に記載のシステム。
【0205】
88.発電サイクル流体が、水、蒸気、空気、加湿空気、窒素と、アルゴンと、ヘリウムと、二酸化炭素とを含むがこれらに限定されない空気の任意の成分、及び/又は炭化水素流体を含む、実施例85から87までのいずれか一項に記載のシステム。
【0206】
89.中間熱伝達流体が再循環される、実施例85から88までのいずれか一項に記載のシステム。
【0207】
90.中間熱伝達ループが、中間熱伝達流体を再循環させるためのブロワ、コンプレッサ、又はファンを備える、実施例85から89までのいずれか一項に記載のシステム。
【0208】
91.ブロワ、コンプレッサ、又はファンが、調整可能な運転速度を備える、実施例85から90までのいずれか一項に記載のシステム。
【0209】
92.ブロワ、コンプレッサ、又はファンが、調整可能な入口ガイド・ベーン、調整可能なステータ・ベーン、又は調整可能な回転ブレードを備える、実施例85から91までのいずれか一項に記載のシステム。
【0210】
93.中間熱伝達ループが、中間熱伝達流体の流量の調整を可能にするように構成されたダンパを備える、実施例85から92までのいずれか一項に記載のシステム。
【0211】
94.中間熱伝達ループが、中間熱伝達流体の少なくともいくらかの自然循環を引き起こすように構成された高温及び低温の垂直レッグ又はセクションを備えて配置されている、実施例85から93までのいずれか一項に記載のシステム。
【0212】
95.中間熱伝達流体の流量が、運転速度を変更すること、入口ガイド・ベーンの位置を変更すること、ステータ・ベーンの位置を変更すること、ブロワ、コンプレッサ、又はファンの回転ブレードの位置を変更すること、及びダンパの位置を変更することのうちの少なくとも1つによって調整される、実施例85から94までのいずれか一項に記載のシステム。
【0213】
【表1-1】

【表1-2】
【0214】
【表2-1】

【表2-2】
【0215】
【表3-1】

【表3-2】
【0216】
【表4-1】

【表4-2】
【0217】
【表5-1】

【表5-2】
【0218】
【表6-1】

【表6-2】
【0219】
【表7-1】

【表7-2】
【0220】
特定の実施例及び特徴が、1組の数値上限及び1組の数値下限を使用して説明されてきた。特に指定されない限り、任意の下限から任意の上限までの範囲が企図されることを理解されたい。特定の下限、上限、及び範囲が、以下の1つ又は複数の特許請求の範囲に記載されている。すべての数値は、「約」又は「おおよそ」の指定値であり、当業者によって予想される実験誤差及び実験変動を考慮に入れている。
【0221】
様々な用語が上記で定義されている。特許請求の範囲において使用される用語が上記で定義されていない限り、少なくとも1つの刊行物又は発行された特許に反映されているように、当業者がその用語に与えている最も広い定義が与えられるべきである。さらに、本出願で引用されるすべての特許、試験手順、及びその他の文書は、このような開示が本出願と矛盾しない範囲で、且つ組み込みが許可されているすべての管轄範囲に対して、参照により完全に組み込まれる。
【0222】
上記は本発明の実施例を対象とするが、本発明の他のさらなる実施例が、その基本的な範囲から逸脱することなく考案され得、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12-1】
【図12-2】
【図12-3】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21-1】
【図21-2】
【手続補正書】
【提出日】20201118
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電力を生成するための方法であって、
a)直列に配置され、収容ハウジング内に収められた4つ以上の独立型熱伝達装置を提供するステップと、
b)前記ハウジングを通して前記4つ以上の独立型熱伝達装置を中心として中間熱伝達流体を循環させるステップと、
c)外部熱源を使用して1次熱伝達流体を加熱して、加熱後の1次熱伝達流体を提供するステップと、
d)前記加熱後の1次熱伝達流体の第1の部分を前記ハウジング内の前記4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第1の独立型熱伝達装置に循環させ、前記加熱後の1次熱伝達流体の第2の部分を前記ハウジング内の前記4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第2の独立型熱伝達装置に循環させるステップであって、前記中間熱伝達流体が、前記第1及び第2の独立型熱伝達装置の両方からの前記加熱後の1次熱伝達流体によって間接的に加熱される、ステップと、
e)発電サイクル流体の少なくとも一部を前記ハウジング内の前記4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第3の独立型熱伝達装置に循環させ、前記発電サイクル流体の前記少なくとも一部を前記ハウジング内の前記4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第4の独立型熱伝達装置に循環させて、加熱後の発電サイクル流体を提供するステップであって、前記発電サイクル流体が、前記中間熱伝達流体によって前記第3及び第4の独立型熱伝達装置内で間接的に加熱される、ステップと、
f)前記ハウジングを出る前記加熱後の発電サイクル流体を使用して電力を生成するステップと
を含む、方法。
【請求項2】
前記中間熱伝達流体が前記1次熱伝達流体の前記第1の部分によって加熱された後、前記ハウジング内の前記中間熱伝達流体から熱を伝達することによって、前記4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの前記第3の独立型熱伝達装置内で前記発電サイクル流体が加熱される、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記加熱後の発電サイクル流体を、前記ハウジングを出た後に第1のタービン段に第1の圧力で導入し、次いで前記発電サイクル流体の前記少なくとも一部を、より低い第2の圧力で前記第1のタービン段から抽出するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項4】
前記4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの前記第3の独立型熱伝達装置内で前記中間熱伝達流体が前記発電サイクル流体を加熱した後、前記1次熱伝達流体の前記第2の部分から熱を伝達することによって前記中間熱伝達流体を加熱するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項5】
前記4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの前記第4の独立型熱伝達装置内で前記中間熱伝達流体が前記発電サイクル流体を加熱した後、前記1次熱伝達流体の前記第2の部分から熱を伝達することによって前記中間熱伝達流体を加熱するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項6】
前記中間熱伝達流体が前記1次熱伝達流体の前記第2の部分によって加熱された後、前記中間熱伝達流体から熱を伝達することによって前記発電サイクル流体の前記少なくとも一部を加熱するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項7】
前記加熱後の圧力発電サイクル流体の少なくとも一部を、その一部が前記中間熱伝達流体によって加熱された後、第2のタービン段に第1の圧力で導入し、次いで前記加熱後の発電サイクル流体の前記少なくとも一部を、より低い第2の圧力で前記第2のタービン段から抽出するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項8】
少なくとも1つのタービン段から前記発電サイクル流体の少なくとも一部を抽出し、前記抽出された発電サイクル流体を使用して前記中間熱伝達流体を加熱するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項9】
前記発電サイクル流体の第3の部分を第5の独立型熱交換装置に導入して、残留熱を外部システムに排出するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項10】
前記第1のタービン段又は前記第2のタービン段から前記発電サイクル流体の少なくとも2つの部分を抽出し、それらを中間熱伝達流体予熱器に導き、それによって前記中間熱伝達流体を加熱し、前記発電サイクル流体の前記少なくとも2つの部分を冷却するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項11】
前記中間熱伝達流体が、ブロワ、コンプレッサ、ポンプ、及びファンのうちの任意の1つ又は複数を使用して循環される、請求項1に記載の方法。
【請求項12】
(i)前記中間熱伝達ループ内のダンパの位置を調整することによって、(ii)前記ブロワ、コンプレッサ、ポンプ、若しくはファンの運転速度を調整することによって、或いは(iii)前記ブロワ、コンプレッサ、ポンプ、若しくはファンの少なくとも1つの入口ガイド・ベーン、ステータ・ベーン、若しくは回転ベーンの位置、開放性、若しくは角度を調整することによって、前記ハウジングを通る前記中間熱伝達流体の流量を調整するステップをさらに含む、請求項11に記載の方法。
【請求項13】
電力を生成するための方法であって、
a)直列に配置され、収容ハウジング内に収められた4つ以上の独立型熱伝達装置を提供するステップと、
b)前記ハウジングを通して前記4つ以上の独立型熱伝達装置を中心として中間熱伝達流体を循環させるステップと、
c)外部熱源を使用して1次熱伝達流体を加熱して、加熱後の1次熱伝達流体を提供するステップと、
d)前記加熱後の1次熱伝達流体の第1の部分を前記ハウジング内の前記4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第1の独立型熱伝達装置に循環させ、前記加熱後の1次熱伝達流体の第2の部分を前記ハウジング内の前記4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第2の独立型熱伝達装置に循環させるステップであって、前記中間熱伝達流体が、前記第1及び第2の独立型熱伝達装置の両方からの前記加熱後の1次熱伝達流体によって間接的に加熱される、ステップと、
e)発電サイクル流体の少なくとも一部を前記ハウジング内の前記4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第3の独立型熱伝達装置に循環させ、前記発電サイクル流体の前記少なくとも一部を前記ハウジング内の前記4つ以上の独立型熱伝達装置のうちの第4の独立型熱伝達装置に循環させて、加熱後の発電サイクル流体を提供するステップであって、前記発電サイクル流体が、前記中間熱伝達流体によって前記第3及び第4の独立型熱伝達装置内で間接的に加熱される、ステップと、
f)前記ハウジングを出る前記加熱後の発電サイクル流体を使用して電力を生成するステップと、
g)前記ハウジングの2つ以上の位置の前記中間熱伝達流体及び前記発電サイクル流体の温度を決定し、前記2つ以上の位置で決定された前記中間熱伝達又は前記発電サイクル流体の温度差に少なくとも部分的に基づいて、前記中間熱伝達流体の流量を調整するステップと
を含む、方法。
【請求項14】
前記中間熱伝達の温度差又は前記発電サイクル流体の温度差が所定の設定値にほぼ等しくなるまで、前記中間熱伝達流体若しくは前記発電サイクル流体又はその両方の流量が調整される、請求項13に記載の方法。
【請求項15】
前記所定の設定値が約−50℃から約+50℃までである、請求項14に記載の方法。
【請求項16】
前記所定の設定値が約0である、請求項14に記載の方法。
【請求項17】
前記1次熱伝達流体、前記中間熱伝達流体、及び前記発電サイクル流体のうちの少なくとも1つの流量に少なくとも部分的に基づいて、前記所定の設定値を調整するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
【国際調査報告】