特許 7174051 プロセス流体を冷却するためのＯＲＣデバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-08

(45)【発行日】2022-11-17

(54)【発明の名称】プロセス流体を冷却するためのＯＲＣデバイス

(51)【国際特許分類】

   F01K 25/08 20060101AFI20221109BHJP

   F01K 9/00 20060101ALI20221109BHJP

   F22B 1/16 20060101ALN20221109BHJP

【ＦＩ】

F01K25/08

F01K9/00 A

F22B1/16 Z

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020531809

(86)(22)【出願日】2018-07-27

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-11-05

(86)【国際出願番号】 EP2018070373

(87)【国際公開番号】W WO2019038022

(87)【国際公開日】2019-02-28

【審査請求日】2020-04-02

(31)【優先権主張番号】17187936.4

(32)【優先日】2017-08-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】520062247

【氏名又は名称】オルカン エネルギー アーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】100134832

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧野 文雄

(74)【代理人】

【識別番号】100165308

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 俊明

(74)【代理人】

【識別番号】100115048

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 康弘

(72)【発明者】

【氏名】アウマン リヒャルト

(72)【発明者】

【氏名】シュスター アンドレアス

(72)【発明者】

【氏名】リントル マルクス

(72)【発明者】

【氏名】ランガー ロイ

(72)【発明者】

【氏名】サンタ－マリア マルティン

【審査官】高吉 統久

(56)【参考文献】

【文献】独国特許出願公開第１０２０１２２１７３３９（ＤＥ，Ａ１）

【文献】特開２００８－１２８２５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１２９７９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０００７５７５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００９－１６７９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－２０６３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０７２１２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｋ ２５／０８

Ｆ０１Ｋ ９／００

Ｆ２２Ｂ １／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱発生装置のプロセス流体を冷却するシステムであって、
前記熱発生装置から冷却されるべき前記プロセス流体を排出するために設けられている熱発生装置出口と、
冷却された前記プロセス流体を前記熱発生装置に供給するための熱発生装置入口と、
熱力学サイクル装置と、を備え、
前記熱力学サイクル装置は、
前記熱発生装置出口から冷却されるべき前記プロセス流体を供給するための入口と、冷却された前記プロセス流体を前記熱発生装置入口に排出するための出口と、を有し、前記プロセス流体からの熱によって前記熱力学サイクル装置の作動媒体を蒸発させるように適合されている蒸発器と、
蒸発した前記作動媒体を膨張させ、機械的および／または電気エネルギーを生成するための膨張機と、
膨張した前記作動媒体を液化するための凝縮器と、
液化した作動媒体を蒸発器に送り込むポンプと、
を備え、
前記膨張機によって生成された機械的および／または電気的エネルギーは、前記凝縮器を操作するために使用され、
冷却されるべき前記プロセス流体の少なくとも一部を冷却するための空気冷却器をさらに備え、
前記蒸発器の前記出口が前記空気冷却器の入口に接続され、
前記空気冷却器の出口が前記凝縮器の前記入口に接続され、
前記凝縮器の前記出口が前記熱発生装置入口に接続されていることで、
作動中、前記プロセス流体は、さらなる冷却のために前記蒸発器から前記空気冷却器を通って導かれ、
続いて、熱吸収媒体として前記凝縮器を通過し、
そして次に、前記熱発生装置入口に導かれることを特徴とするシステム。

【請求項2】

前記空気冷却器は、前記プロセス流体の流れ方向に関して前記蒸発器の出口の下流で、前記熱発生装置入口の上流に配置されて、前記蒸発器によって冷却された前記プロセス流体をさらに冷却することを特徴とする請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記空気冷却器は、前記凝縮器とともに構造ユニットを形成するか、または、前記凝縮器とは別に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。

【請求項4】

前記空気冷却器への熱入力を制御する制御装置をさらに備え、
前記熱発生装置入口に戻される前記プロセス流体の設定温度を達成することができることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項5】

前記凝縮器と前記空気冷却器の熱接続のために、熱伝達流体を備えた中間回路が設けられ、
前記凝縮器は、膨張した前記作動媒体から前記熱伝達流体に熱を伝達するために設けられ、
前記空気冷却器は、前記熱伝達流体を冷却するために設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項6】

前記熱伝達流体の組成は、前記プロセス流体の組成と同一であることを特徴とする請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

前記蒸発器によって冷却された前記プロセス流体から前記熱伝達流体に熱を伝達するために、前記プロセス流体の流れ方向に関して前記蒸発器の下流に設けられた追加熱交換器をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項8】

前記追加熱交換器を通る前記熱伝達流体の質量流量を制御するためのバルブをさらに備え、
好ましくは、前記追加熱交換器の下流の前記プロセス流体の温度を測定するための温度測定装置が設けられ、前記バルブの制御は測定された前記温度に応じて行われることを特徴とする請求項７に記載のシステム。

【請求項9】

前記プロセス流体からの熱を使用して前記作動媒体を蒸発させるために、前記蒸発器の出口と前記熱発生装置入口との間に設けた追加蒸発器と、
前記追加蒸発器を通る前記作動媒体の部分流のサイズを調整するためのスロットルバルブと、
前記追加蒸発器内の圧力を下げるための、前記追加蒸発器と前記凝縮器の間に設けられる液体ジェットポンプまたは蒸気ジェットポンプと、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項10】

前記熱力学サイクル装置がＯＲＣ装置であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項11】

液化した前記作動媒体の一部または蒸発した前記作動媒体の一部が駆動ジェットとして働くことを特徴とする請求項９に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱発生装置のプロセス流体を冷却するシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

現在、電気（または機械）エネルギーが、例えば空気冷却器のような冷却器を駆動するために使用される、産業（例：エアコンの冷却、食品産業、化学産業）、発電（例：固定モーター、変圧器のモーター冷却水の冷却）、交通（内燃機関、トラックなど）など、多くの用途がある。冷却されるべき媒体は通常、周囲の空気が流れる熱交換器に導かれる。空気の流れは、たとえば電気的または機械的に駆動されるファンによって生成される。冷却されるべき媒体（以下プロセス流体と称す）は、周囲の空気にエネルギーを放出し、冷却されたプロセスに戻る。欠点は、電気エネルギーまたは機械エネルギーを使用してプロセスから熱エネルギーを抽出することである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の目的は、上記欠点を回避または少なくとも軽減することである。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明は、熱力学的サイクル装置により媒体から抽出された熱を機械的および／または電気的エネルギーに部分的に変換することによる上記課題の解決手段を説明する。

【0005】

本発明による解決手段は、請求項１に記載の特徴を備える装置によって定義される。

【0006】

したがって、本発明は、熱発生装置のプロセス流体を冷却するシステムであって、熱発生装置から冷却されるべき前記プロセス流体を排出するために設けられている熱発生装置出口と、冷却された前記プロセス流体を熱発生装置に供給するための熱発生装置入口と、熱力学サイクル装置、特にＯＲＣ装置と、を備え、前記熱力学サイクル装置は、前記熱発生装置出口から冷却されるべき前記プロセス流体を供給するための入口と、冷却された前記プロセス流体を前記熱発生装置入口に排出するための出口と、を有し、前記プロセス流体からの熱によって熱力学サイクル装置の作動媒体を蒸発させるように適合されている蒸発器と、蒸発した前記作動媒体を膨張させ、機械的および／または電気エネルギーを生成するための膨張機と、膨張した前記作動媒体を液化するための凝縮器、特に空冷式凝縮器と、液化した作動媒体を蒸発器に送り込むポンプと、を備えることを特徴とするシステムを開示する。得られた機械的および／または電気的エネルギーは、凝縮器を作動するために、特に空冷式凝縮器のファンを駆動するために使用できる。

【0007】

本発明によるシステムのさらなる発展は、冷却器、冷却されるべき前記プロセス流体の少なくとも一部を冷却するための冷却器、特に空気冷却器を設けることである。このようにして、熱力学サイクル装置が故障した場合の緊急動作を保証できる。

【0008】

別のさらなる発展は、前記プロセス流体の流れ方向に関して前記熱発生装置出口の下流および熱発生装置入口の上流に設けられて、冷却されるべき前記プロセス流体を前記プロセス流体の第１および第２部分流に分割する、オプションでバルブを備える分岐点と、前記プロセス流体の流れ方向に関して分岐点の下流で、前記熱発生装置入口の上流に設けられて、前記プロセス流体の前記第１および第２部分流を合流させるため合流点と、を設けるという事実にある。

【0009】

このさらなる発展によれば、プロセス流体の流れは、例えば、２つの部分流に分割することができ、一方の部分流は蒸発器を通って導かれ、他方の部分流は冷却器を通って導かれる。しかしながら、例えばプロセス流体の冷却が熱発生装置にとって強すぎる場合、蒸発器および／または冷却器を通るプロセス流体の流れを全くまたは部分的に誘導しないことも可能である。この目的のために、熱発生装置出口から出るプロセス流体が、少なくとも部分的に直接入口に戻されるように、分岐点または別の分岐点と合流点または別の合流点を接続線で接続することができ、これにより、接続ラインを通る質量流量を、このバルブまたは別のバルブを介して調整できる。

【0010】

これは、前記プロセス流体の流れ方向に関して前記出口の下流および前記入口の上流に設けられて、冷却されるべき前記プロセス流体を前記プロセス流体の第１および第２部分流に分割する、オプションでバルブを備える分岐点を設けるという効果にさらに発展させることができる。これにより、冷却されるべきプロセス流体のすべてまたは一部を、蒸発器の前に冷却器に直接送ることができる。

【0011】

接合部は、プロセス流体の流れ方向に関して出口の下流で、入口の上流に設けて、凝縮器によって冷却されたプロセス流体の第２部分流と、蒸発器によって冷却されたプロセス流体の第１部分流を合流させてもよく、そこで合流点は、第１部分流を蒸発器に供給し、第２部分流を凝縮器に供給するように設計されている。したがって、プロセス流体の流れに関して、プロセス流体から熱を抽出するコンポーネント（蒸発器、冷却器）の並列接続が実現される。

【0012】

別のさらなる発展では、冷却器は、蒸発器によって冷却されたプロセス流体をさらに冷却するために、プロセス流体の流れ方向に関して出口の下流および入口の上流に配置されてもよい。これは、プロセス流体から熱を抽出するコンポーネント（蒸発器、冷却器）の直列接続を意味する。

【0013】

別のさらなる発展によれば、冷却器は、凝縮器とともに構造ユニットを形成するか、凝縮器とは別個に設けることができる。たとえば、冷却器が凝縮器を備えた１つの構造ユニットで設計されている場合、空冷用に共通のファンを設けることができる。冷却器が凝縮器とは別に設計されている場合、これらのコンポーネントの冷却能力は独立して制御できる。

【0014】

別のさらなる発展は、システムが冷却器への熱入力を制御する制御装置も備え、これにより、特に、熱発生装置入口に戻されるプロセス流体の設定温度を達成することが可能になる。

【0015】

また別のさらなる発展によれば、前記凝縮器と前記冷却器の熱接続のために、熱伝達流体を備えた中間回路を設けることができ、前記凝縮器は、膨張した前記作動媒体から前記熱伝達流体に熱を伝達するために設けられ、前記冷却器は、前記熱伝達流体を冷却するために設けられている。

【0016】

これは、凝縮器から冷却器へと流れる熱伝達流体の分岐点から有用な熱手段へと有用な熱を放散できるようにさらに発展させることができる。

【0017】

熱伝達流体の（化学）組成は、プロセス流体の組成と同一であり得る。

【0018】

本発明によるシステムまたはそのさらなる発展の一つは、前記蒸発器によって冷却された前記プロセス流体から前記熱伝達流体に熱を伝達するために、前記プロセス流体の流れ方向に関して前記蒸発器の下流に設けられた追加熱交換器をさらに備えることができる。

【0019】

これは、システムが追加熱交換器を通る熱伝達流体の質量流量を制御するバルブも備えるという効果にさらに発展することができる。したがって、蒸発器で予冷されたプロセス流体は別の熱交換器に導かれ、そこで目標温度まで冷却されることができる。他の熱交換器の下流にあるプロセス流体の温度を測定するために、温度測定装置を提供することもでき、この場合、測定温度に応じてバルブを制御できる。

【0020】

本発明によるシステムまたはそのさらなる発展は、プロセス流体からの熱によって作動媒体をさらに蒸発させるための、出口と入口の間にある追加蒸発器と、作動媒体の圧力を下げるためのスロットルバルブと、追加蒸発器内の圧力を下げるための、追加蒸発器と凝縮器の間に設けた液体ジェットポンプおよび／または蒸気ジェットポンプと、をさらに備え、特に、液化作動媒体の一部または蒸発作動媒体の一部が駆動ジェットとして働く。これは、プロセス流体の３段階冷却により実現され、実施形態でより詳細に説明される。

【0021】

冷却器を備えたさらなる発展は、蒸発器の出口が冷却器の入口に接続され、冷却器の出口が凝縮器の入口に接続され、凝縮器の出口が熱発生装置入口に接続されるように設計されてもよく、作動中、プロセス流体は、蒸発器から冷却器を通ってさらに冷却され、その後、凝縮器を通って熱吸収媒体として導かれ、続いて再び熱発生装置入口に導かれる。したがって、冷却器は熱力学的サイクルとは独立して作動し、（プロセス流体の緊急冷却の意味で）システムの緊急作動の可能性を示す。

【0022】

上記のさらなる発展は、個別に使用することも、必要に応じて互いに組み合わせることもできる。

【0023】

本発明のさらなる特徴および例示的な実施形態ならびに利点は、図面に基づいて以下により詳細に説明される。実施形態は、本発明の範囲を使い尽くさないことが理解される。また、以下で説明する機能の一部またはすべてを他の方法で組み合わせることができることも理解される。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明に係る装置の第１の実施形態（変形例１）を示している。

【図2A】本発明に係る装置の第２の実施形態（変形例２Ａ）を示している。

【図2B】本発明に係る装置の第２の実施形態（変形例２Ａ）を示している。

【図2C】本発明に係る装置の第２の実施形態（変形例２Ａ）を示している。

【図3】本発明に係る装置の第３の実施形態（変形例２Ｂ）を示している。

【図4】温度－熱フロー図（Ｔ－Ｑ図）を示している。

【図5】本発明に係る装置の第４の実施形態（変形例２Ｃ）を示している。

【図6】本発明に係る装置の第５の実施形態（変形例３Ａ）を示している。

【図7】本発明に係る装置の第６の実施形態（変形例３Ｂ）を示している。

【図8】本発明に係る装置の第７の実施形態（変形例４）を示している。

【図9】本発明に係る装置の第８の実施形態（変形例５）を示している。

【図10】本発明に係る装置の第９の実施形態（変形例６）を示している。

【図11】本発明に係る装置の第１０の実施形態（変形例７）を示している。

【発明を実施するための形態】

【0025】

図面中の同一の参照番号は、同一または対応する構成要素を指す。

【0026】

空気冷却器の多数の用途（「背景技術」を参照）では、媒体は５０℃を超える温度で冷却される。この温度レベルは、熱力学サイクル、たとえば有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）プロセスを動作させるのに十分である。冷却機能に加えて、有用な機械的および／または電気的エネルギーを提供できる。このエネルギーは、例えば、空気冷却器を駆動するか、他の目的（プロセス、ポンプ、エネルギー貯蔵システムなどに近い消費者の操作）に使用できる。

【0027】

したがって、熱力学サイクルは、それぞれの用途に元々使用されていた空気冷却器に取って代わり、そのため、たとえば有機ランキンサイクルプロセスの場合、その用途のＯＲＣ冷却器と言える。

【0028】

ＯＲＣクーラーの特定の推奨要件：
－ＯＲＣ回路に障害が発生した場合でも、冷却能力を保証する必要がある；
－一部の用途では、直接フィードインにより技術的および法的複雑さが不均衡に増加する可能性があるため、余剰電力は生成すべきでない。したがって、このような場合、電源システムへの接続は必要ない
－それは可能な限りメンテナンスフリーである必要があり、または従来の冷却器と比較してメンテナンスの労力の増加をなくすべき
－必要に応じて、主プロセス／冷却されるべきプロセスの温度レベルを維持する必要があり、たとえば、戻りプロセス流体の温度を達成するか、それより低くする必要がある。少なくとも１つの熱交換器を追加することにより、作動媒体またはプロセス流体と冷却器の冷却流体（周囲空気または冷却水など）の間にさらに温度差が存在することになり、そのため、冷却されるべきプロセスの目標温度を維持できない。追加の温度差の問題は、下記の相互接続によって解決される
－必要に応じてより高い冷却能力を提供できるように、システムのモジュール性が推奨される
－主プロセスの既存の制御システムへの影響はない。

【0029】

一般に、ＯＲＣ冷却器は、周囲温度までの温度差が十分に大きい（たとえば４０℃を超える）冷却されるべき流体をプロセスに戻すことができるすべてのプロセスに使用できる。

【0030】

冷却されるべきプロセスの用途例（完全ではない）：
・エンジン（電車、トラック、建設機械、クレーン、船舶）
・空気圧縮機
・産業プロセス（自動車、化学、印刷、電気および電子、ガラス、ゴム、プラスチック、レーザー、食品、医薬品、織物、環境、包装など）
・変電所
・データセンター（サーバー冷却）。

【0031】

（図面に関する詳細な説明）
（変形例１－基本的な相互接続）
図１は、本発明による熱力学サイクル装置の第１の実施形態１００を示す。

【0032】

熱発生装置１０のプロセス流体（例えば水）を冷却するシステム１００であって、
熱発生装置１０から冷却されるべき前記プロセス流体を排出するために設けられている熱発生装置出口１１と、
冷却された前記プロセス流体を熱発生装置１０に供給するための熱発生装置１０の入口１２と、
熱力学サイクル装置、特にＯＲＣ装置と、を備え、
前記熱力学サイクル装置は、
前記熱発生装置出口１１から冷却されるべき前記プロセス流体を供給するための入口２１と、冷却された前記プロセス流体を前記熱発生装置１０の入口１２に排出するための出口２２と、を有し、前記プロセス流体からの熱によって熱力学サイクル装置の作動媒体を蒸発させるように適合されている蒸発器２０と、
蒸発した前記作動媒体を膨張させ、例えば発電機４０による、機械的および／または電気エネルギーを生成するための膨張機３０と、
膨張した前記作動媒体を液化するための凝縮器５０、特に空冷式凝縮器５０と、
液化した作動媒体を蒸発器に送り込むポンプ６０と、
を備えることを特徴とする。

【0033】

図１に係る最も単純な実施形態における本発明の実施は以下の通りである。蒸発器２０では、プロセス温度Ｔｐｒｏｃ、ｏｕｔの高温プロセス流体は目標温度Ｔｐｒｏｃ、ｉｎに冷却され、吸収された熱はＯＲＣ回路内の作動流体を蒸発させるために使用される。このようにして生成された生蒸気は、例えば、発電機４０を駆動するために使用できる膨張機３０で膨張する。排気蒸気は、凝縮器５０で液化され、次にポンプ６０で液体の形で利用可能になる。次に、ポンプ６０は作動媒体を所望の圧力に戻す。図１の装置は、プロセス１０の以前に使用されていた従来の空気冷却器を置き換え、追加の有用な電力を生成する。ただし、上記で説明したように、作動媒体の追加回路により、ＯＲＣ回路がない場合ほど目標温度Ｔｐｒｏｃ、ｉｎを低くすることはできない。さらに、この第１の実施形態では、システムは緊急運転ができない。これは、ＯＲＣシステムに障害が発生した場合、温度Ｔｐｒｏｃ、ｏｕｔを下げることができず、冷却できないことを意味する。

【0034】

（変形例２Ａ－並列相互接続）
図２Ａは、本発明による装置の第２の実施形態２００を示す。

【0035】

本発明によるシステムのこの第２の実施形態２００では、冷却されるべきプロセス流体の少なくとも一部を冷却するために、冷却器７０（ここでは空気冷却器７０）が追加的に設けられる。システム２００は、プロセス流体の流れ方向に関して出口１１の下流および入口２１の上流に例示的に設けられ、冷却されるべきプロセス流体をプロセス流体の第１および第２部分流に分割する分岐点７１を備え、ここで、この例の分岐点７１はバルブＶを備える。システム２００は、プロセス流体の流れ方向に関して出口２２の下流および入口１２の上流に設けられて、凝縮器７０によって冷却されたプロセス流体の第２部分流と、蒸発器２０によって冷却されたプロセス流体の第１部分流とを合流させる合流点７２をさらに備え、ここで、分岐点７１は、第１部分流を蒸発器２０に供給し、第２部分流を凝縮器７０に供給するように適合されている。したがって、プロセス流体の流れに関して、プロセス流体から熱を抽出する構成要素（蒸発器２０、冷却器７０）の並列相互接続が実現される。この場合、冷却器７０は、凝縮器５０を備えた１つの構造ユニットで設計され、空冷のために共通のファンを設けることができる。

【0036】

したがって、図２Ａに示す相互接続により、緊急時の動作特性の問題が解決される。ＯＲＣ回路のバイパスオプション（バルブＶを介して）は、ＯＲＣ回路が故障した場合の冷却を保証する。目標温度Ｔｐｒｏｃ、ｉｎは、部分流でＯＲＣ回路をバイパスし、空気冷却器（例：Ｖクーラー、テーブルクーラー）で直接冷却した後、ＯＲＣ蒸発器２０からの部分流と再度混合することで実現できる。ＯＲＣ回路の発電機４０によって生成された電気は、空気冷却器７０（または蒸発器５０と空気冷却器７０の組み合わせ）に直接供給することができるので、その電気コストを大幅に削減し、冷却器７０（蒸発器５０）の効率を高める。さらに、この接続により、常に目標温度Ｔｐｒｏｃ、ｉｎに到達することができる。

【0037】

図２Ｂは、図２Ａによる実施形態の変形を表し、図２Ａのように周囲空気の流れが凝縮器５０および冷却器７０を並行して通過しなくて、連続的に最初に冷却器７０を通過し、次に凝縮器５０を通過する。これは、冷却器７０で最低の空気温度を有するコンパクトな設計の利点を有し、その結果、プロセス流体の低温が達成され得る一方で、凝縮器５０における作動流体の冷却はあまり効果的ではない。

【0038】

図２Ｃは、図２Ｂに係る変形例の代替案を表す。ここで、冷却器７０と蒸発器５０の順序は、空気流に関して逆にされているため、周囲空気は、最初に蒸発器５０を通り、次に冷却器７０を通る。結果として、最低空気温度が凝縮器５０に存在するため、ＯＲＣ回路により、発電機４０を介したより高い発電が可能になる。

【0039】

図２Ｂおよび２Ｃによる変形例では、図２Ａに関連して説明された緊急運転能力が維持される。

【0040】

（変形例２Ｂ－直列相互接続）
図３は、本発明に係る装置の第３の実施形態３００を示す。

【0041】

第３の実施形態では、冷却器７０は、蒸発器によって冷却されたプロセス流体をさらに冷却するために、プロセス流体の流れ方向に関して蒸発器２０の出口２２の下流および熱発生装置１０の入口１２の上流に配置される。これにより、プロセス流体から熱を抽出するコンポーネント（蒸発器２０、冷却器７０）の直列接続が実現する。変形された実施形態では、プロセス流体の一部のみを冷却器７０上に案内するバルブを提供することができる（図２に示す実施形態と同様）。

【0042】

ＯＲＣ蒸発器２０から戻ったプロセス流体／水は、空気冷却器７０を通して送られて、さらなる冷却を可能にする。さらなる発展において、空気冷却器７０への熱入力は、必要以上に冷却されないように、インテリジェント制御によって（例えば、前述のバルブの助けを借りて）制御され得る。この目的は、電力を消費せずに、必要なＴｐｒｏｃ、ｉｎを達成することである。これは、図４（Ｔ－Ｑ図）による温度－熱の流れ図に示されている。

【0043】

ＯＲＣサイクルで達成可能な冷却Ｔ１が要求される限界を超えている場合、下流の冷却器で水または空気による追加の冷却を行うことで、より低い温度Ｔｐｒｏｚ、ｏｎを実現できる。

【0044】

（変形例２Ｃ－独立した相互接続）
図５は、本発明に係る装置の第４の実施形態４００を示す。

【0045】

第４の実施形態は、図２に示す第２の実施形態に本質的に対応し、相違点は、冷却器７０が凝縮器５０とは別個に設けられることである。

【0046】

この変形例の利点は、ＯＲＣ冷却器（コンポーネント２０、３０、４０、５０、６０を含む）と空気冷却器（緊急クーラー）７０を互いに完全に独立して動作させることができ、ＯＲＣ冷却器が故障した場合、プロセスの緊急冷却が保証されることである。さらに、ＯＲＣ冷却器と空気冷却器を体系的に分離しているため、既存の冷却システムに簡単に統合できる。統合後、既存の冷却器は非常用冷却器として機能し、ＯＲＣ冷却器は後付けまたは拡張用の追加モジュール（「バックパックモジュール」）として機能する。

【0047】

（変形例３Ａ－水回路内の並列相互接続）
図６は、本発明に係る装置の第５の実施形態５００を示す。

【0048】

第５の実施形態は、図２による第２の実施形態に本質的に基づいている。

【0049】

しかしながら、第５の実施形態によれば、凝縮器５０と冷却器７０ａ、７０ｂとの熱接続のためのシステム５００は、熱伝達流体（ここでは水）を有する中間回路をさらに備え、凝縮器５０は、膨張した作動媒体から熱伝達流体に熱を伝達するために設けられ、そして、冷却器７０ａ、７０ｂは、伝熱流体を冷却するために設けられている。例えば、凝縮器５０から冷却器７０ａ、７０ｂに流れる熱伝達流体の分岐点から、有用な熱を有用な加熱装置８０に放出することができる。

【0050】

（変形例３Ｂ－水回路内の直列相互接続）
図７は、本発明に係る装置の第６の実施形態６００を示す。

【0051】

第６の実施形態は、図３に示す第３の実施形態に基づいており、第５の実施形態と同様に変形されている。熱伝達流体の（化学）組成は、プロセス流体の組成と同一である。

【0052】

設置面積が大きいため、既存のシステムに空気冷却器（テーブルクーラーなど）を統合することは、しばしば困難である。相互接続の変形例３Ａおよび３Ｂは、ＯＲＣ凝縮器５０と冷却器７０の間に追加の熱交換器７５および熱伝達流体（たとえば水）を含むＤＣリンクを挿入することにより、この問題を軽減する。したがって、熱源と冷却器の設置場所は互いに切り離されており、ＯＲＣプロセスの設置に大きな柔軟性が実現されている。さらに、中間の水回路は他の熱消費者に供給することができる。変形例３Ａと３Ｂは、熱源とヒートシンクに関して並べ替えることもできる。

【0053】

（変形例４－冷却器、予熱器、ＯＲＣの組み合わせ）
図８は、本発明に係る装置の第７の実施形態７００を示す。

【0054】

本発明に係るシステムの第７の実施形態７００によれば、蒸発器２０によって冷却されたプロセス流体から熱伝達流体に熱を伝達するために（蒸発器２０の下流のプロセス流体の流れ方向に対して）追加の熱交換器２５が設けられる。

【0055】

システムは、追加の熱交換器２５を通る熱伝達流体の質量流量を制御するためのバルブ２６を備える。また、追加の熱交換器２５の下流のプロセス流体の温度を測定するための温度測定装置２７が設けられ、バルブ２６は測定された温度に応じて制御される。

【0056】

この実施形態では、冷却のために加熱すべき低温プロセス媒体（熱伝達流体、この場合は水）の部分流を追加的に使用することにより、ＯＲＣなしと同じ温度レベルへの温度Ｔｐｒｏｃ、ｉｎの低下を達成することが可能である。その後、最初のステップでＯＲＣ回路によって熱が除去される。予冷された熱伝達プロセス流体は、その後、他の熱交換器２５を通って流れ、そこで目標温度まで冷却される。

【0057】

目標温度を設定するために、加熱される低温プロセス媒体の別の部分流を、他の熱交換器２５の後の流れの方向にプロセス流体に追加することができる。

【0058】

（変形例５－熱供給媒体の3段階冷却）
図９は、本発明に係る装置の第８の実施形態８００を示している。

【0059】

第８の実施形態によれば、プロセス流体からの熱による作動媒体のさらなる蒸発のために、出口２２と入口１２との間に追加の蒸発器９０が設けられる。さらに、追加の蒸発器９０内の作動媒体の圧力を低下させるためのスロットルバルブ９１と、液体噴射ポンプ９２および／または蒸気ジェットポンプ９３とが、追加の蒸発器９０と凝縮器５０との間に配置されて、追加の蒸発器９０内の圧力を低下させ、特に、液化作動媒体の一部または蒸発作動媒体の一部が駆動ジェットとして機能する。これは、以下で説明するように、プロセス流体の３段階冷却によって実現される。図面は、液体ジェットポンプ９２と蒸気ジェットポンプ９３の両方の設計を示している。通常、２つのポンプのうち１つだけが設けられる。液体ジェットポンプ９２では、液体ジェットポンプ９２にポンプ６０の後の下部ラインが必要であり、蒸気ジェットポンプ９３の場合、蒸発器２０で蒸発した作動媒体に上部ラインが必要である。

【0060】

（第１段階：通常の操作）
蒸発器での熱放散後、熱供給媒体は冷却されるべきプロセスに戻される。

【0061】

（第２段階：冷却操作）
作動媒体の部分的流は、スロットルバルブ（スロットル）９１を介して蒸発器９０に供給される。スロットル９１は、圧力が凝縮器５０内の圧力にほぼ等しくなるように調整される。減圧のため、蒸発器９０内の作動媒体は、凝縮器５０の凝縮圧力および凝縮温度を超えて最小限にしか蒸発せず、したがって、冷却されるべき媒体から空気への直接熱交換器で達成可能な最低温度と同様に低い温度まで冷却されるべき媒体を下げることができる。このようにして、冷却システムにＯＲＣシステムを後付けしても、冷却されるべき媒体の必要な温度が維持されるようにすることができる。

【0062】

（第３段階：凝縮器圧力より低い圧力に絞る）
液体ジェットポンプ９２または蒸気ジェットポンプ９３は、蒸発器９０内の圧力を、凝縮器５０内の凝縮圧力よりも低い圧力まで低下させ、したがって、凝縮器５０内の凝縮圧力よりも低い沸点でさえ達成することができる。結果として、作動媒体は非常に少ないエネルギー入力で運ばれ、凝縮圧力まで再び上昇する。ここでの利点は、作動媒体を低質量流量でわずかな圧力上昇でポンピングすればよいことである。ここでは、生蒸気の一部または供給流体の一部が駆動ジェットとして機能する。

【0063】

（変形例６－既存の冷却器用のＯＲＣモジュールによる拡張／直接凝縮なし）
図１０は、本発明に係る装置の第９の実施形態９００を示す。

【0064】

第１０の実施形態によれば、蒸発器２０の出口２２は凝縮器７０の入口７１に接続され、凝縮器７０の出口７２は凝縮器５０の入口５１に接続され、凝縮器５０の出口５２は熱発生装置１０の入口１２に接続されている。作動中、プロセス流体は、さらなる冷却のために蒸発器２０から冷却器７０に導かれ、次いで、熱吸収媒体としての凝縮器５０を通って、再び熱発生装置１０の入口１２に導かれる。

【0065】

冷却器７０はＯＲＣ回路とは独立して動作するため、この相互接続により緊急動作の問題が解決される。目的の目標温度に応じて、ＯＲＣ回路が熱を抽出し、必要な冷却能力が低下し、下流のファンが解放されるため、メンテナンス間隔が短縮される。この変形例は、そのコンパクトさ（少数のコンポーネント）と共通コンポーネントの相乗効果によって特徴付けられる。既存の冷却システムとの統合に使用できる。蒸発に加えて、ＯＲＣ回路では、冷却されるべき流体に対して凝縮が発生する（他の変形例では、周囲の空気に対して凝縮が発生する）。

【0066】

（変形例７－既存の冷却器用ＯＲＣモジュールによる拡張／直接凝縮）
図１１は、本発明に係る装置の第１０の実施形態１０００を示している。

【0067】

この実施形態は、図１０に示される第９の実施形態９００と同様であり、その違いはＯＲＣ回路のキャパシタンス５０にある。ここに示す変形例７では、周囲の空気とＯＲＣ作動媒体の間で直接凝縮が行われる。熱交換器の表面の構造調整により、業界では標準モデルの拡張はほとんど労力なしで可能である。寸法は、冷却器モデルによって異なる。

【0068】

必要に応じて、すべての変形例を互いに組み合わせることができる。

【0069】

（本発明に係るシステムの利点／欠点）
利点は次のように言及できる：操作上の安全性の向上（２つの独立した冷却システム、ＯＲＣ＋冷却器）; 冷却器とＯＲＣの共働コンポーネントをできるだけ多く使用する；低メンテナンス; 非常に良い経済性（電気エネルギーの節約）; ＣＯ_２排出量の削減; 効率の向上（冷却プロセスの効率向上、コンポーネント間の相乗効果）。さらに、既存の冷却器を使用してＯＲＣ凝縮器を冷却することができ、ほとんど設計の手間をかけずに、エネルギーを必要とするプロセスをエネルギー中立またはエネルギー生成プロセスに変えることができる。

【0070】

欠点は、追加のコンポーネントを追加すると、システム全体の複雑さが増すことである（例：コントロールの調整、追加コスト、追加インターフェイスなど）。

【0071】

提示された実施形態は例示に過ぎず、本発明の完全な範囲は特許請求の範囲によって定義される。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】