System and method for generating electric power

本開示は、全体的に、電力を生成するためのシステム及び方法に関し、より詳細には、サーマルポンプに結合されたターボ膨張器を用いて電力を生成するためのシステム及び方法に関する。

典型的な発電用途において、Ｒａｎｋｉｎｅサイクルを用いた発電プラントは、加圧液体を復水器からボイラ又は熱交換器に送給するのにポンプを利用している。 熱交換器は、液体を気体（ガス）に蒸発させるのに使用される。 更に、ターボ膨張器が熱交換器に結合され、ガスを受け取って膨張させ、電力を生成するための発電機を駆動する。 熱交換器に加圧液体を送給するのに使用されるポンプは、発電機から生成された電力の相当な部分を消費する。 これにより発電プラントの全体効率がかなり低下する。

従って、発電プラントの効率を向上させる改善されたシステム及び方法に対する必要性がある。

本発明の１つの例示的な実施形態によれば、電力を生成するためのシステムが開示される。 本システムは、バッファチャンバ及び流体源に結合されたサーマルポンプを含む。 サーマルポンプは、流体源から第１のバルブを通って第１の流体を受け取る第１のチャンネルを含む。 更に、サーマルポンプは、第２のバルブを通じて第２の流体を循環させる第２のチャンネルを含む。 第２の流体は、一定容積の第１の流体で熱交換関係で循環されて第１の流体を加熱し、加圧ガスを発生させる。 サーマルポンプは更に、チェックバルブを通じてバッファチャンバに加圧ガスの一部を排出するための第３のチャンネルを含む。 更に、サーマルポンプは、第３のバルブを通じて加圧ガスの追加の部分を排出するための第４のチャンネルを含む。 本システムは更に、サーマルポンプから加圧ガスの追加の部分を受け取って膨張させるターボ膨張器を含む。 更に、本システムは、ターボ膨張器に結合されて電力を生成するように構成された発電機を含む。

本発明の別の例示的な実施形態によれば、電力を生成する方法が開示される。 本方法は、サーマルポンプと流体源との間に温度平衡状態が確立されるまで、流体源から第１のバルブ及び第１のチャンネルを通ってサーマルポンプまでの第１の流体を受け取るステップを含む。 更に、本方法は、サーマルポンプの第２のチャンネル及び第２のバルブを通って第２の流体を循環させ、該第２の流体が第１の流体と熱交換関係で循環されて一定容積の第１の流体を加熱して加圧ガスを発生させるステップを含む。 また、本方法は、サーマルポンプとバッファチャンバとの間に第１の圧力平衡状態が確立されるまで、第３のチャンネル及びチェックバルブを介して加圧ガスの一部をサーマルポンプからバッファチャンバに排出するステップを含む。 更に、本方法は、流体源とターボ膨張器の入口との間で第２の圧力平衡状態が確立されるまで、加圧ガスの追加の部分をサーマルポンプからターボ膨張器に排出するステップを含む。 また、本方法は、加圧ガスの追加の部分を膨張させて発電機を駆動し、電力を生成するステップを含む。

本発明の更に別の例示的な実施形態によれば、電力を生成するためのシステムが開示される。 本システムは、復水器に結合された主ターボ膨張器を含み、該復水器は、主ターボ膨張器から送給されるガスを凝縮して凝縮液体を生成する。 更に、本システムは、液体ポンプを介して復水器に結合されたサーマルポンプを含み、該サーマルポンプの第１のチャンネルへの液体を受け取るようにする。 更に、サーマルポンプは、主ターボ膨張器からのガスの一部を液体と熱交換関係で循環させ、一定容積の液体を蒸発させて加圧ガスを生成する第２のチャンネルを含む。 更に、サーマルポンプは、チェックバルブを通ってバッファチャンバに加圧ガスの一部を排出する第３のチャンネルを含む。 更に、サーマルポンプは、第３のバルブを通って加圧ガスの追加の部分を排出する第４のチャンネルを含む。 本システムは更に、第４のチャンネルを介して前記サーマルポンプに結合され、加圧ガスの追加の部分を受け取って膨張させる補助ターボ膨張器を含む。 更に、本システムは、補助ターボ膨張器に結合されて電力を生成する第１の発電機を含む。

本発明のこれらの及びその他の特徴、態様並びに利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、より良好に理解されるであろう。

本発明のシステムの１つの実施形態による、例えば電力を生成するのに用いるか又はバッファチャンバに貯蔵してＲａｎｋｉｎｅサイクルシステムで利用できる加圧ガスを発生させるための例示的なシステムの概略図。

本発明の１つの実施形態による、サーマルポンプ及びターボ膨張器に結合された発電機を用いて電力を生成する例示的な方法を示すフロー図。

本発明のシステムの例示的な実施形態による、ターボ膨張器と結合されたサーマルポンプを有する例示的なＲａｎｋｉｎｅシステムのブロック図。

本発明のシステムの例示的な実施形態による、並列配列で配置された複数のサーマルポンプを有するシステムの概略図。

本発明のシステムの例示的な実施形態による、直列配列で配置された複数のサーマルポンプを有するシステムの概略図。

本発明の特定の特徴のみを本明細書で例示し説明してきたが、当業者であれば、多くの変更形態及び変形が想起されるであろう。 従って、本発明の真の精神の範囲内にあるこのような変更形態及び変更全ては、添付の請求項によって保護されるものとする点を理解されたい。

本明細書の実施形態は、サーマルポンプに結合されたターボ膨張器を用いて電力を生成するためのシステムを開示している。 本システムは、第１の流体を受けるための第１のチャンネルと、第１の流体と熱交換関係で第２の流体を循環させ、第１の流体を加熱して加圧ガスを発生させるための第２のチャンネルとを有するサーマルポンプを含む。 本システムは更に、サーマルポンプに結合されて、該サーマルポンプから加圧ガスの一部を受けるためのバッファチャンバを含む。 本システムは更に、サーマルポンプに結合されて、該サーマルポンプから加圧ガスの追加の部分を受け、発電機を駆動して電力を生成するためのターボ膨張器を含む。

サーマルポンプ、流体源、バッファチャンバ及び他の要素の１以上の状態を検知するのにセンサが使用される。 本明細書で使用される場合、使用されるセンサは、圧力トランスデューサ、熱電対及び目的とする状態を検知できる他の汎用センサなどのデバイスを指す。 これらのセンサは、検知した状態を示す信号を出力するのに使用される。 加えて、サーマルポンプ、ターボ膨張器、バッファチャンバ及び他の要素間の流れを制御するのに制御装置が使用される。 本明細書で使用される場合、制御装置は、液体及び気体の流れを制御するバルブ、すなわちチェックバルブのような装置を意味する。 一部の場合において、制御装置は迅速に開閉を行うことができるが、他の状況では、制御装置は流れを調節することができる。 一部の実施例において、制御装置は、所定の値で作動するよう設定され、他の実施例では、制御装置は、制御ユニットを用いて動的に制御される。 制御ユニットは、制御装置を動的に制御するようユーザが１以上の条件を定めることを可能にするプログラマブルインタフェースを含む。 各制御装置を作動させる条件は、非一時的なコンピュータ可読媒体においてプログラムされる。

より具体的には、本システムの特定の実施形態は、サーマルポンプ、並びにサーマルポンプからの加圧ガスを用いて電力を生成するための典型的なＲａｎｋｉｎｅシステムにおけるサーマルポンプの種々の構成に関する。 Ｒａｎｋｉｎｅシステムにおいて構成されたサーマルポンプは、凝縮液を加熱して加圧ガスを生成するのに使用され、該加圧ガスは、ターボ膨張器において膨張させて発電機を駆動し、電力を生成するのに用いることができる。

図１は、加圧ガスを生成するための例示的なシステム１００の概略図であり、該加圧ガスは、電力を生成するのに用いることができ、或いは、例えばＲａｎｋｉｎｅサイクルシステムにおいて更に利用するために、バッファチャンバ１１８内に貯蔵することができる。 図示の実施形態では、システム１００は、サーマルポンプ１０２、流体源１０４、第１のバルブ１０８、第２のバルブ１１２、チェックバルブ１２０、バッファチャンバ１１８、第３のバルブ１２８、ターボ膨張器１３０及び発電機１３２を含む。 本システムは更に、制御ユニット１４６、ポンプ１３６（本明細書では一般に「圧縮装置」とも呼ばれる）及び熱交換器１２４を含む。

流体源１０４（本明細書では「第１の流体源」とも呼ばれる）は、サーマルポンプ１０２及び任意選択的にポンプ１３６に結合される。 流体源１０４は、第１の流体をサーマルポンプ１０２に送給するのに使用される。 特定の実施形態では、第１の流体の一部はまた、本明細書で考察される特定の作動条件に応じて、バルブ１０７を介してポンプ１３６に送給することができる。 一実施形態では、第１のバルブ１０８及びバルブ１０７は、流体ポンプ（図１には示していない）を介して第１の流体源１０４に結合することができる。 第１の流体源１０４からの第１の流体は、液体媒体又は気体媒体とすることができる。 一実施形態では、流体源１０４は復水器である。 サーマルポンプ１０２は、流体源１０４から第１のバルブ１０８を通って第１の流体を受け取るための第１のチャンネル１０６を含む。 流体ポンプは、第１の流体を流体源１０４からサーマルポンプ１０２に送給し、第１の流体の一部をポンプ１３６に送給するのに用いることができる。 別の実施形態では、第１の流体を流体源１０４からサーマルポンプ１０２に送給し、第１の流体の一部をポンプ１３６に送給するのに重力を利用してもよい。

一実施形態では、第１のバルブ１０８は、サーマルポンプ１０２の所定の温度に基づいて開放され、第１のチャンネル１０６を通る第１の流体の流れを開始する。 第１のバルブ１０８の開放を引き起こすサーマルポンプ１０２の所定の温度は、用途及び設計基準に応じて変わることができる。 一部の実施形態では、所定の温度は、用途に応じて動的に変えることができる。 第１のバルブ１０８は、開放されて第１のチャンネル１０６を通じて第１の流体の流れを提供し、該第１の流体がサーマルポンプ１０２に充填されるようにする。 一実施形態では、第１のバルブ１０８は、サーマルポンプ１０２と流体源１０４との間で温度平衡状態が確立されるまで、開放状態で第１の流体をサーマルポンプ１０２に提供するよう維持される。 一実施形態では、第１のバルブ１０８は、サーマルポンプ１０２と流体源１０４との間で温度平衡状態が確立されると閉鎖される。 図示の実施形態では、温度センサ１６４がサーマルポンプ１０２に結合され、サーマルポンプ１０２の温度を検知するのに使用される。 同様に、別の温度センサ１７２が第１の流体源１０４に結合され、第１の流体源１０４の温度を検知するのに使用される。 温度センサ１６４は、サーマルポンプ１０２の温度を表す信号１６６を制御ユニット１４６に出力する。 同様に、温度センサ１７２は、流体源１０４の温度を表す信号１７４を制御ユニット１４６に出力する。 このような実施形態では、制御ユニット１４６は、信号１６６，１７４に基づいて第１のバルブ１０８の開放及び閉鎖を制御する制御信号１５２を出力し、サーマルポンプ１０２の第１のチャンネル１０６を通って第１の流体の流れを可能にするようにする。 温度平衡状態は、サーマルポンプ１０２及び流体源１０４の温度がほぼ同じである状態を指す点に留意されたい。 特定の実施例において、第１の流体の温度平衡状態は、約３００°Ｆであり、第１のバルブ１０８が第１の流体の流れを可能にするサーマルポンプ１０２の所定の温度は、約６００°Ｆである。 図示の実施形態では、第２の流体が第２の流体源１３５から受け取られる。 別の実施形態では、第２の流体は、ターボ膨張器１３０に結合されたチャンネル１３４から受け取ることもできる。 第２の流体は、液体媒体又は気体媒体とすることができる。 一実施形態では、第２のバルブ１１２は、第２の流体を第２のチャンネル１１０を介して復水器１３３に排出する前に、第２の流体源１３５からの第２の流体の流れを制御する。 別の実施形態では、第２のバルブ１１２は、第２の流体を第２のチャンネル１１０を介して第１の流体源１０４に排出する前に、第２の流体源１３５からの第２の流体の流れを制御する。

ある実施例では、第１のバルブ１０８の閉鎖に基づいて、又はサーマルポンプ１０２と第１の流体源１０４との間の温度平衡状態への到達に基づいて、第２のバルブ１１２が開放され、第２のチャンネル１１０を通る第２の流体の流れを開始する。 第２の流体源からの第２の流体は、第１の流体源１０４からの第１の流体と熱交換関係で循環され、サーマルポンプ１０２において第１の流体を加熱する。 ある実施例では、第１の流体は、一定容積の第１の流体で加熱され、所定の圧力に達する加圧ガスを生成する。 サーマルポンプ１０２における所定の圧力は、バッファチャンバ１１８における圧力よりも大きいはずである。

図示の実施形態では、制御ユニット１４６は、信号１６６，１７４に基づいて第２のチャンネル１１０を通る第２の流体の循環を開始する。 制御ユニット１４６は、信号１６６，１７４に基づいて第１の流体源１０４とサーマルポンプ１０２との間の温度平衡状態を判定する。 例えば、図示の実施形態では、圧力センサ１６８は、サーマルポンプ１０２に結合され、サーマルポンプ１０２における圧力を検知するのに使用される。 圧力センサ１６８は、サーマルポンプ１０２における圧力を表す信号１７０を制御ユニット１４６に出力する。 このような実施形態では、制御ユニット１４６は、信号１７０に基づいて第２のバルブ１１２の閉鎖を制御する制御信号１５４を出力し、サーマルポンプ１０２における加圧ガスが所定の圧力に達したときに、サーマルポンプ１０２の第２のチャンネル１１０を通る第２の流体の循環を停止するようにする。 第２のバルブ１１２の閉鎖を引き起こす所定の圧力は、用途及び設計基準に応じて変わることができる。 所定の圧力は、用途に応じて動的に変えることができる。 特定の実施形態では、バッファチャンバ１１８において所定の圧力は、約２０バールである。

更に、サーマルポンプ１０２は、チェックバルブ１２０を介してバッファチャンバ１１８に結合される。 チェックバルブ１２０は、サーマルポンプ１０２からバッファチャンバ１１８への加圧ガスの一部の排出を制御するのに使用される。 この実施例において、チェックバルブ１２０が開放されて、サーマルポンプ１０２の第３のチャンネル１１６を通ってバッファチャンバ１１８内への加圧ガスの一部の排出を開始する。 一実施形態では、チェックバルブ１２０は、加圧ガスがサーマルポンプ１０２における所定の圧力に達するのに基づいて、バッファチャンバ１１８に加圧ガスの一部を排出するよう開放される。 この実施例において、第３のチャンネル１１６を通る加圧ガスの排出は、サーマルポンプ１０２とバッファチャンバ１１８との間に第１の圧力平衡状態が確立されるまで維持される。 この実施例において、チェックバルブ１２０は、サーマルポンプ１０２とバッファチャンバ１１８との間に第１の圧力平衡状態が確立されたときに閉鎖される。 図示の実施形態では、圧力センサ１７６は、バッファチャンバ１１８に結合され、バッファチャンバ１１８における圧力を検知するのに使用される。 圧力センサ１７６は、バッファチャンバ１１８における圧力を表す信号１７８を制御ユニット１４６に出力する。 このような実施形態では、制御ユニット１４６は、信号１７０，１７８に基づいてチェックバルブ１２０の閉鎖を制御するよう制御信号１５６を出力し、サーマルポンプ１０２とバッファチャンバ１１８との間に第１の圧力平衡状態が確立されたときに、バッファチャンバ１１８への加圧ガスの一部の排出を停止するようにする。 制御ユニット１４６は、信号１７０，１７８に基づいてサーマルポンプ１０２とバッファチャンバ１１８との間の第１の圧力平衡状態を判定する。 本明細書では、第１の圧力平衡状態とは、サーマルポンプ１０２及びバッファチャンバ１１８における圧力が同じである状態を指す点に留意されたい。 特定の実施形態では、第１の圧力平衡状態は、約１０バールに等しいとすることができる。 別の特定の実施形態では、第１の圧力平衡状態は、約１０〜２０バールの範囲にあるものとすることができる。 この実施例におけるチェックバルブ１２０は、一方向バルブであり、バッファチャンバ１１８からサーマルポンプ１０２への加圧ガスの逆方向の流れを許容するものではない。

サーマルポンプ１０２は更に、第３のバルブ１２８を介してターボ膨張器に結合される。 第３のバルブ１２８は、サーマルポンプ１０２からターボ膨張器１３０に加圧ガスの追加の部分の排出を制御するのに使用される。 この実施例では、第３のバルブ１２８は、サーマルポンプ１０２とバッファチャンバ１１８との間の第１の圧力平衡状態の確立時にガスの追加の部分を排出するために開放される。 この実施例では、第３のバルブ１２８は、サーマルポンプ１０２の第４のチャンネル１２６を通りターボ膨張器１３０の入口１８２を介して加圧ガスの追加の部分を排出するために開放される。 第３のバルブ１２８は、流体源１０４とターボ膨張器１３０の入口１８２との間に第２の圧力平衡状態が確立されるまでガスの追加の部分の流れを維持するために開放される。 この実施例では、第３のバルブ１２８は、流体源１０４とターボ膨張器１３０の入口１８２との間に第２の圧力平衡状態が確立されたときに閉鎖される。 この実施例では、バイパスチャンネル１９０が、第４のチャンネル１２６からチャンネル１３４に延びて、ターボ膨張器１３０をバイパスする。 バイパスチャンネル１９０は、第４のバルブ１８８を備える。 第４のバルブ１８８は、バイパスチャンネル１９０を介してサーマルポンプ１０２から流体源１０４に加圧ガスの追加の部分の少なくとも一部の排出を制御するのに使用される。 第４のバルブ１８８は、第２の圧力平衡状態及び第３のバルブ１２８の閉鎖に基づいて開放される。 第４のバルブ１８８は、サーマルポンプ１０２の空状態に基づいて閉鎖される。 別の実施形態では、第４のバルブ１８８は、サーマルポンプ１０２の温度が所定の温度に到達したときに閉鎖される。 更に、第１のバルブ１０８は、流体源１０４からサーマルポンプ１０２への第１の流体の流れを可能にするために開放される。 必要に応じてこの一連の流れが繰り返される。 図示の実施形態では、圧力センサ１８０は、ターボ膨張器１３０の入口１８２に結合されて、サーマルポンプ１０２からターボ膨張器１３０に送給されるガスの圧力を検知する。 同様に、圧力センサ１９２は、流体源１０４に結合されて、流体源１０４における第１の流体の圧力を検知する。 圧力センサ１８０は、ターボ膨張器１３０に送給されるガスの圧力を表す信号１８４を出力する。 同様に、圧力センサ１９２は、流体源１０４における第１の流体の圧力を表す信号１９４を出力する。 このような実施形態では、制御ユニット１４６は、信号１８４，１９４に基づいて第３のバルブ１２８の閉鎖を制御する制御信号１５８を出力し、流体源１０４とターボ膨張器１３０の入口１８２との間に第２の圧力平衡状態が確立されたときに、ターボ膨張器１３０への加圧ガスの追加の部分の排出を停止するようにする。 制御ユニット１４６は、信号１８４，１９４に基づいて流体源１０４とターボ膨張器１３０の入口１８２との間の第２の圧力平衡状態を判定する。 更に、制御ユニット１４６は、信号１８４，１９４に基づいて第４のバルブ１８８の開放を制御する制御信号１８６を出力する。 制御ユニット１４ ６は、サーマルポンプの空状態に基づいて第４のバルブ１８８の閉鎖を制御する制御信号１８６を出力する。 別の実施形態では、制御ユニット１４ ６は、サーマルポンプ１０２の温度を表す信号１７４に基づいて第４のバルブ１８８の閉鎖を制御する制御信号１８６を出力する。

図示の実施形態では、ターボ膨張器１３０は、サーマルポンプ１０２、発電機１３２及び流体源１０４に動作可能に結合される。 ターボ膨張器１３０は、サーマルポンプ１０２の第４のチャンネル１２６から加圧ガスの追加の部分を受け取り、加圧ガスの受け取った追加の部分を膨張させて発電機１３２を駆動し、電力を生成するようにする。 図示の実施形態では、膨張ガスは、ターボ膨張器１３０からチャンネル１３４を介して流体源１０４に排出される。

図示の実施形態では、バッファチャンバ１１８を用いて、加圧ガスの一部を貯蔵し、一例ではバルブ１２２を介して一定の流量にある加圧ガスの一部を熱交換器１２４（例えば、ボイラ用）に送給する。 このような一例において、加圧ガスの一定の流量は、質量流量計（図１には示していない）を用いることにより維持することができる。 バルブ１２２は、バッファチャンバから熱交換器１２４への加圧ガスの一部の流れを制御する。 図示の実施形態では、ポンプ１３６は、流体源１０４及びバッファチャンバ１１８に動作可能に結合される。 ポンプ１３６は、バルブ１０７を通って流体源１０４から第１の流体の一部を受け取り、次いで、第１の流体の一部を加圧することができる。 図示の実施形態では、センサ１３９を用いて、第１の流体の加圧部分の媒体を検知し、また、第１の流体の加圧部分の媒体を表す信号１４８を出力する。 一実施形態では、制御ユニット１４６は、制御信号１６２を出力し、加圧装置１３６からチャンネル１４２を介してバッファチャンバ１１８に第１の流体の加圧部分を排出するようバルブ１４０を制御する。 このような実施形態では、第１の流体の加圧部分は、気体媒体である。 特定の実施形態では、第１の流体の加圧部分の圧力は、１０〜２０バールの範囲とすることができる。 別の実施形態では、制御ユニット１４６は、制御信号１６２を出力し、加圧装置１３６からチャンネル１４４を介して熱交換器１２４に第１の流体の加圧部分を排出するようバルブ１４０を制御する。 このような実施形態では、第１の流体の加圧部分は、液体媒体である。 ポンプ１３６は、システム１００の始動状態、シャットダウン状態及び過渡状態などの特定の運転状態中に作動することができる。 図示の実施形態では、センサ１２３を用いて、システム１００の運転状態を検知し、また、システム１００の運転状態を表す信号１５０を制御ユニット１４６に出力する。 このような実施形態では、制御ユニット１４６は、制御信号１６０を出力してバルブ１０７の開閉を制御し、信号１５０に基づいて流体源１０４からポンプ１３６に第１の流体の一部の流れを可能にする。

一実施形態では、制御ユニット１４６は、汎用のプロセッサ又は埋め込みシステムとすることができる。 制御ユニット１４６は、キーボード又は制御パネルなどの入力装置又はプログラム可能インタフェースを通じたユーザからの入力を用いて構成することができる。 制御ユニット１４６のメモリモジュールは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、又は制御ユニット１４６がアクセス可能な他のタイプのコンピュータ可読メモリとすることができる。 制御ユニット１４６のメモリモジュールは、バルブ又はチェックバルブが作動可能に定義される種々の条件に基づいて該バルブ又はチェックバルブを制御するプログラムでエンコードすることができる。

図２は、サーマルポンプ及びターボ膨張器に結合された発電機を用いて電力を生成するための例示的な方法２００を示すフロー図である。 方法２００は、図１のシステム１００と連動して説明される。

第１のバルブ１０８が開放され（２０４）、２０６で示されるように、第１の流体が流体源１０４からサーマルポンプ１０２に流れる。 第１のバルブ１０８は、サーマルポンプ１０２と流体源１０４との間に温度平衡状態が確立されるまで「開放状態」で維持される。 特定の実施形態では、サーマルポンプ１０２の所定の温度に基づいて、第１のバルブ１０８が開放され、サーマルポンプ１０２の第１のチャンネル１０６への第１の流体の流れを開始する。 ２０８で示されるように、サーマルポンプ１０２と流体源１０ ４との間に温度平衡状態が確立されると、第１のバルブ１０８が閉鎖される。 このような実施形態では、制御ユニット１４６を用いて第１のバルブ１０８の開閉を制御し、第１の流体がサーマルポンプ１０２の第１のチャンネル１０６を通って流れることを可能にする。

２１０で示されるように、第１のバルブ１０８が閉鎖されると、第２のバルブ１１２が開放され、サーマルポンプ１０２の第２のチャンネル１１０を通って第２の流体を循環させる。 別の実施形態では、第２のバルブ１１２が開放され、温度平衡状態の確立時及び第１のバルブ１０８の閉鎖時にサーマルポンプ１０２の第２のチャンネル１１０を通って第２の流体を循環させる。 第２の流体の循環は、低温の第１の流体と高温の第２の流体との間で熱交換を生じさせ、第１の流体の加熱が加圧ガスを発生させる（２１２）。 一実施形態では、第２の流体は、第２の流体源１３５から受け取られる。 別の実施形態では、第２の流体は、ターボ膨張器１３０に結合されたチャンネル１３４から受け取ることができる。 一実施形態では、第２のチャンネル１１０において循環される第２の流体は、該第２のチャンネル１１０を介して復水器１３３に排出することができる。 別の実施形態では、第２のチャンネル１１０において循環される第２の流体は、第１の流体源１０４に排出することができる。 第１の流体と第２の流体との間の熱交換は、発生したガスが所定の圧力に達するまで継続される。 加圧ガスが所定の圧力に達すると、第２のバルブ１１２が閉鎖され、第２のチャンネル１１０を通る第２の流体の循環が停止する（２１４）。 このような実施形態では、制御ユニット１４６は、第２のバルブ１１２の開閉を制御し、サーマルポンプ１０２の第２のチャンネル１１０を通る第２の流体の循環を可能にすることができる。

サーマルポンプ１０２内の加圧ガスが所定の圧力に達し、第２のバルブ１１２が閉鎖された後、チェックバルブ１２０が開放される（２１６）。 ２１８で示されるように、チェックバルブ１２０は、サーマルポンプ１０２の第３のチャンネル１１６からバッファチャンバ１１８への加圧ガスの排出を制御する。 サーマルポンプ１０２とバッファチャンバ１１８との間に第１の圧力平衡状態が確立されるまで、チェックバルブ１２０が開放状態に維持され、加圧ガスの一部を排出する。 第１の圧力平衡状態が確立されると、チェックバルブ１２０が閉鎖される（２２２）。 このような実施形態では、制御ユニット１４６は、チェックバルブ１２０の開閉を制御し、バッファチャンバ１１８への加圧ガスの一部の放出を可能にすることができる。 サーマルポンプ１０２とバッファチャンバ１１８との間で第１の圧力平衡状態に到達し、チェックバルブ１２０が閉鎖された後、第３のバルブ１２８が開放される。 ２２４で示されるように、第３のバルブ１２８は、サーマルポンプ１０２の第４のチャンネル１２６からターボ膨張器１３０への加圧ガスの追加の部分を排出するために開放される。 ２２６で示されるように、第３のバルブ１２８は、流体源１０４とターボ膨張器１３０の入口１８２との間に第２の圧力平衡状態が確立されるまで加圧ガスの追加の部分を排出するために開放される。 第２の圧力平衡状態が確立されると、第３のバルブ１２８は閉鎖される（２３０）。 このような実施形態では、制御ユニット１４６を用いて第３のバルブ１２８の開閉を制御し、サーマルポンプ１０２からターボ膨張器１３０への加圧ガスの追加の部分を排出するようにする。

一部の実施形態では、２２０で示されるように、バッファチャンバ１１８に貯蔵される加圧ガスの一部は、熱交換器１２４に送給することができる。 この実施例におけるバッファチャンバ１１８は、熱交換器１２４に対する加圧ガスを一定の流量に維持するように構成されている。 このような実施形態では、質量流量計（図１に示していない）を用いることにより一定の流量の加圧ガスが維持される。 ２２８に示すように、加圧ガスの追加の部分は、ターボ膨張器１３０を介して膨張され、発電機１３２を駆動して電力を生成する。 必要に応じてこの一連の流れが繰り返される。

図３は、電力生成のための例示的なＲａｎｋｉｎｅシステム３００を示すブロック図である。 システム３００は、復水器３０４、サーマルポンプ３０６、バッファチャンバ３２２、熱交換器３２６、補助ターボ膨張器３３２、主ターボ膨張器３０２、第１発電機３３４及び第２発電機３５０を含む。 システム３００は更に、ポンプ３３８及び制御ユニット３４２を含むことができる。

前述の実施形態と同様に、例示的なシステム３００は、サーマルポンプ３０６において温度センサ及び圧力センサ（図３には図示せず）を含むことができる。 更に、システム３００は、復水器３０４において温度センサと、バッファチャンバ３２２において圧力センサとを含むことができる。 制御ユニット３４２は、温度センサ及び圧力センサからの信号を受け取り、それぞれのバルブ及びチェックバルブを制御して、対応する条件に基づいて気体又は液体の流れを可能にすることができる。 Ｒａｎｋｉｎｅシステム３００の説明を簡潔にするために上述の温度センサ及び圧力センサは図３には図示されていないが、システム３００を限定するものと解釈すべきではない。

復水器３０４が主ターボ膨張器３０２に結合され、該主ターボ膨張器３０２から膨張ガスを受け取る。 復水器３０４は更に、ポンプ３０５を介してサーマルポンプ３０６及び任意選択的にポンプ３３８に結合される。 特定の実施形態では、ポンプ３３８は、ポンプ３０５を介して復水器３０４から凝縮液の一部を受け取り、本明細書で検討される特定の作動条件に応じてバルブ３０９により制御することができる。 別の実施形態では、復水器３０４からの凝縮液をサーマルポンプ３０６及びポンプ３３８に送給するために重力を利用することができる。 このような実施形態では、復水器３０４は、重力により凝縮液を送給するために、サーマルポンプ３０６及びポンプ３３８の上流側に置かれる。 本明細書では、用語「第１の流体」及び「液体」は同義的に使用される点に留意されたい。 また、用語「第２の流体」及び「ガス（気体）」もまた同義的に使用される。

図示の実施形態では、サーマルポンプ３０６は、液体ポンプ３０５から第１のバルブ３１０を通じて凝縮液を受け取る第１のチャンネル３０８を含む。 一実施形態では、第１のバルブ３１０は、サーマルポンプ３０６の所定の温度に基づいて開放される。 第１のバルブ３１０は、サーマルポンプ３０６と復水器３０４との間に温度平衡状態が確立されるまで、ポンプ３０５からサーマルポンプ３０６への液体の流れを制御する。 例示的な実施形態では、温度平衡状態は、約３００°Ｆであり、第１のバルブが開放するように構成される所定の温度は、約６００°Ｆである。 この実施例における第１のバルブ３１０は、サーマルポンプ３０６と復水器３０４との間に温度平衡状態が確立されたときに閉鎖される。 本明細書では、温度平衡状態とは、サーマルポンプ３０６と復水器３０４の温度が同じである状態を指す点に留意されたい。 図示の実施形態では、制御ユニット３４２は、制御信号３６４を出力して第１のバルブ３１０の開閉を制御し、サーマルポンプ３０６における液体の流れを可能にする。

サーマルポンプ３０６は、第２のバルブ３１４を通って主ターボ膨張器３０２からガスの一部を循環させるための第２のチャンネル３１２を含む。 ガスの一部は、液体の一定容積で該液体を加熱し蒸発させて加圧ガスを発生するため液体と熱交換関係で第２のチャンネル３１２を通って循環される。 サーマルポンプ３０６と復水器３０４との間に確立される温度平衡状態に基づいて、第２のバルブ３１４が開放され、第２のチャンネル３１２を通るガスの一部の循環を開始する。 別の実施形態では、第２のチャンネル３１２を通るガスの一部の循環は、第１のバルブ３１０の閉鎖に基づいている。 第２のチャンネル３１２は、発生した加圧ガスがサーマルポンプ３０６内で所定の圧力に達するまで、液体と熱交換関係でガスの一部の循環を可能にし、加圧ガスを発生させる。 サーマルポンプ３０６内での到達した加圧ガスの所定の圧力に基づいて、第２のバルブ３１４が閉鎖され、第２のチャンネル３１２を通るガスの一部の循環を停止する。 一実施形態では、第２のチャンネル３１２において循環されるガスの一部は、復水器３０４に排出することができる。 別の実施形態では、第２のチャンネル３１２において循環されるガスの一部は、異なる復水器（図示せず）に排出することができる。 図示の実施形態では、制御ユニット３４２は、制御信号３６６を出力して第２のバルブ３１４の開閉を制御し、サーマルポンプ３０６の第２のチャンネル３１２へのガスの一部の循環を可能にする。 例示的な実施形態では、所定の圧力は、約２０バールとすることができる。

サーマルポンプ３０６は更に、チェックバルブ３２０を介してバッファチャンバ３２２に結合される。 チェックバルブ３２０は、サーマルポンプ３０６の第３のチャンネル３１８からバッファチャンバ３２２への加圧ガスの一部の排出を制御する。 第２のバルブ３１４が閉鎖されて、加圧ガスがサーマルポンプ３０６内で所定の圧力に達した後、チェックバルブ３２０が開放される。 この実施例でのチェックバルブ３２０は、一方向バルブであり、バッファチャンバ３２２からサーマルポンプ３０６への加圧ガスの逆方向の流れを許容するものではない。 チェックバルブ３２０は、バッファチャンバ３２２とサーマルポンプ３０６との間に第１の圧力平衡状態が確立されるまで、バッファチャンバ３２２への加圧ガスの一部の排出を可能にする。 本明細書では、第１の圧力平衡状態とは、サーマルポンプ３０６とバッファチャンバ３２２における圧力が同じである状態を指す点に留意されたい。 バッファチャンバ３２２とサーマルポンプ３０６との間に第１の圧力平衡状態が確立されと、チェックバルブ３２０が閉鎖され、加圧ガスの一部の排出が停止する。
図示の実施形態では、制御ユニット３４２は、制御信号３６８を出力してチェックバルブ３２０の開閉を制御し、第３のチャンネル３１８を通ってバッファチャンバ３２２に加圧ガスの一部を排出する。 例示的な実施形態では、第１の圧力平衡状態は、約１０バールに等しいとすることができる。

バッファチャンバ３２２は、バルブ３２４を介して熱交換器３２６に結合される。 バッファチャンバ３２２は、加圧ガスの一部を貯蔵し、加圧ガスの一部を一定の流量で熱交換器３２６に送給するように構成される。 このような実施形態では、熱交換器３２６への加圧ガスの一部の一定の流量を維持するために、質量流量計が使用される（図３には図示せず）。 熱交換器３２６は更に、主ターボ膨張器３０２に結合される。 ある実施例では、熱交換器３２６が加圧ガスを加熱した後、加圧ガスの加熱された部分がバルブ３４６を介してターボ膨張器３０２に送給される。

サーマルポンプ３０６は更に、第３のバルブ３３０を介して補助ターボ膨張器３３２に結合される。 図示の実施形態では、バイパスチャンネル３８６は、第４のチャンネル３２８からチャンネル３５８に延びて、補助ターボ膨張器３３２をバイパスする。 バイパスチャンネル３８６は、第４のバルブ３８４を備える。 サーマルポンプ３０６は、加圧ガスの追加の部分をサーマルポンプ３０６の第４のチャンネル３２８を通って補助ターボ膨張器３３２の入口３７８に排出するように構成される。 第３のバルブ３３０の開放は、チェックバルブ３２０の閉鎖に依存する。 別の実施形態では、第３のバルブ３３０の開放は、サーマルポンプ３０６とバッファチャンバ３２２との間での第１の圧力平衡状態の到達に依存することができる。 第３のバルブ３３０は、復水器３０４と補助ターボ膨張器３３２の入口３７８との間に第２の圧力平衡状態が確立されるまで、補助ターボ膨張器３３２への加圧ガスの追加の部分の排出を制御する。 第２の圧力平衡状態に到達したときに、第３のバルブ３３０が閉鎖され、加圧ガスの追加の部分の排出を停止する。 第３のバルブ３３０の閉鎖及び第２の圧力平衡状態に基づいて、第４のバルブ３８４が開放され、バイパスチャンネル３８６及びチャンネル３５８を介したサーマルポンプ３０６から流体源３０４への加圧ガスの追加の部分の少なくとも一部を放出する。 図示の実施形態では、圧力センサ３７７が補助ターボ膨張器３３２の入口３７８に結合され、主ターボ膨張器３０２及びサーマルポンプ３０６から送給されるガスの圧力を検知する。 同様に、圧力センサ３８８が復水器３０４に結合され、復水器３０４における液体の圧力を検知する。 センサ３７７は、補助ターボ膨張器３３２に送給されるガスの圧力を表す信号３８０を制御ユニット３４２に出力する。 センサ３８８は、復水器３０４における液体の圧力を表す信号３９０を制御ユニット３４２に出力する。 このような実施形態では、制御ユニット３４２は、信号３８０，３９０に基づいて、制御信号３７０を出力して第３のバルブ３３０の開閉を制御し、サーマルポンプ３０６からターボ膨張器３３２への加圧ガスの追加の部分の排出を可能にする。 更に、制御ユニット３４２は、制御信号３８２を出力して第４のバルブ３８４の開閉を制御し、バイパスチャンネル３８６及びチャンネル３５８を介してサーマルポンプ３０６から復水器３０４への加圧ガスの追加の部分の少なくとも一部の排出を可能にする。 この実施例において、バイパスチャンネル３８６は、加圧ガスの追加の部分の少なくとも一部を送給し、第２の圧力平衡状態の確立時に補助ターボ膨張器３３２をバイパスするように構成されている。

補助ターボ膨張器３３２は、第１の発電機３３４及びサーマルポンプ３０６に結合される。 補助ターボ膨張器３３２は、サーマルポンプ３０６の第４のチャンネル３２８から受け取った加圧ガスの追加の部分を膨張させて、第１の発電機３３４を駆動し、電力を生成する。 膨張したガスは、チャンネル３３６，３５８を介して復水器３０４に排出される。 主ターボ膨張器３０２からの膨張ガスの一部は、チャンネル３４８，３５４を介して補助ターボ膨張器３３２に送給することができる。 このような実施形態では、制御ユニット３４２は、制御信号３７２，３７４を出力してバルブ３５２，３５６を制御し、第３のバルブ３３０の作動に基づいて対応するチャンネル３４８，３５４を通る膨張ガスの一部の流れを可能にする。 一実施形態では、第３のバルブ３３０が開放されてサーマルポンプ３０６から補助ターボ膨張器３３２への加圧ガスの追加の部分を排出する際に、バルブ３５６は閉鎖される。 第３のバルブ３３０が閉鎖されると、バルブ３５６は開放され、主ターボ膨張器３０２から補助ターボ膨張器３３２に膨張ガスの一部を排出するようにする。 主ターボ膨張器３０２は、補助ターボ膨張器３３２の上流側に配置される。

主ターボ膨張器３０２は、バルブ３４６を介して熱交換器３２６に結合される。 主ターボ膨張器３０２は、熱交換器３２６から加圧ガスの加熱部分を受け取り、この加圧ガスの加熱部分を膨張させて第２の発電機３５０を駆動し、電力を生成する。

主ターボ膨張器３０２は更に、チャンネル３４８，３５８を介して復水器３０４に結合される。 バルブ３５２は、三方バルブであり、チャンネル３４８，３５８を介して復水器３０４及びチャンネル３４８，３６０を介してサーマルポンプ３０６の第２のチャンネル３１２、並びにチャンネル３４８，３５４を介して補助ターボ膨張器３３２に膨張ガスを排出するように構成されている。 一実施形態では、膨張ガスの流れは、チャンネル３４８，３５８を通って復水器３０４に連続的である。 別の実施形態では、チャンネル３４８を介して主ターボ膨張器３０２から、チャンネル３６０を介してサーマルポンプの第２のチャンネル３１２へ、或いはチャンネル３５４を介して補助ターボ膨張器３３２への膨張ガスの流れは断続的である。 膨張ガスの断続的流れは、制御ユニット３４２を用いて制御される。 一実施形態では、制御ユニット３４２は、制御信号３７２，３６６を出力して、チャンネル３６０を介してサーマルポンプ３０６の第２のチャンネル３１２への膨張ガスの断続的流れを制御し、この流れは、主ターボ膨張器３０２から膨張ガスの一部を送給する（本明細書では「第２の流体」とも呼ばれる）ために第２のバルブ３１４が開放されたときに生じる。 同様に、制御ユニット３４２は、制御信号３７２，３７４を出力して、チャンネル４８，３５４を介して補助ターボ膨張器３３２への膨張ガスの断続的流れを制御し、この流れは、膨張ガスの一部を補助ターボ膨張器３３２に送給するためにバルブ３５６が開放されたときに生じる。 ポンプ３３８は、液体ポンプ３０５を介して復水器３０４に結合される。 ポンプ３３８は、システム３００の始動状態、シャットダウン状態及び過渡状態などの特定の運転状態中、バルブ３０９を介して復水器３０４から凝縮液体の一部を受け取るように構成される。 図示の実施形態では、センサ３２３は、システム３００の作動条件を検知するのに使用され、システム３００の作動条件を表す信号３６２を制御ユニット３４２に出力する。 このような実施形態では、制御ユニット３４２は、制御信号３７６を出力してバルブ３０９の開閉を制御し、信号３６２に基づいて復水器３０４からポンプ３３８への第１の流体の一部の流れを可能にする。 ポンプ３３８は、凝縮液体の一部を加圧するのに使用される。 バルブ３４０は、ポンプ３３８から受け取った液体の加圧部分をチャンネル３４４を介して熱交換器３２６に排出するのを制御するのに使用される。

熱交換器３２６は、バッファチャンバ３２２、ポンプ３３８及び主ターボ膨張器３０２に結合される。 一実施形態では、熱交換器３２６は、バッファチャンバ３２２から加圧ガスを受け取り、該加圧ガスを更に加熱した後、該加圧ガスの加熱部分を主ターボ膨張器３０２に送給するようにする。 別の実施形態では、熱交換器３２６は、チャンネル３４４を介してポンプ３３８から液体の加圧部分を受け取り、液体の加圧部分を更に加熱して蒸気を発生させた後、該蒸気を主ターボ膨張器３０２に送給するようにすることができる。

図示の実施形態では、バルブ３４６を介して熱交換器３２６に結合された主ターボ膨張器３０２は、加圧ガスの加熱部分を受け取るように構成される。 このような実施形態では、主ターボ膨張器３０２は、加圧ガスを膨張させ、第２の発電機を駆動して電力を生成する。 別の実施形態では、バルブ３４６を介して熱交換器３２６に結合された主ターボ膨張器３０２は、蒸気を受け取るように構成される。 このような実施形態では、主ターボ膨張器３０２は、蒸気を膨張させて第２の発電機を駆動し、電力を生成する。

図４は、ターボ膨張器４７６を介して電力を生成するのに使用される加圧ガスを生成するため並列構成で配置された複数のサーマルポンプ４０４，４０６を有するシステム４００の１つの実施形態の概略図である。 一実施形態では、システム４００は、流体源４０２、複数のサーマルポンプ４０４，４０６，４０８、バッファチャンバ４５６、ターボ膨張器４７６及び発電機４７８を含む。 加えて、システム４００は、ポンプ４８４（本明細書では一般に「圧縮装置」とも呼ばれる）及び熱交換器４６０を含む。 サーマルポンプの数は、用途に応じて変わることができる。

上述の実施形態と同様に、システム４００は、サーマルポンプ４０４，４０６，４０８及び流体源４０２の各々の温度及び圧力を検知するため、サーマルポンプ４０４，４０６，４０８及び流体源４０２の各々において温度センサ及び圧力センサを含むことができる。 システムは更に、バッファチャンバ４５６内の圧力を検知するためバッファチャンバ４５６内に圧力センサを含むことができる。 更に、システム４００は、ポンプ／圧縮装置４８４から送給された第１の流体の加圧部分の媒体を検知するための１以上のセンサを含むことができる。 また、システム４００の作動条件を判定して、ポンプ／圧縮装置４８４を始動させる必要性を決定するための１以上のセンサが存在することができる。 このような実施形態では、システム４００は更に、バルブ及びチェックバルブに適切な種々の条件に基づいてそれぞれのバルブ及びチェックバルブを制御するための制御ユニットを含むことができる。 制御ユニットは、温度センサ、圧力センサ及びサーマルポンプ４０４，４０６，４０８のそれぞれのバルブ及びチェックバルブを制御するための１以上のセンサからの信号を受け取り、対応する条件に基づいてガス又は液体もしくは第１の流体又は第２の流体の流れを可能にすることができる。 更に、上述の実施形態を参照して考察したバイパスチャンネル構成もまた、図示の実施形態に同様に適用することができる。 システム４００の説明を簡潔にするために、センサ構成及び制御ユニットは図４には図示されていないが、システム４００を限定するものと解釈すべきではない。

流体源４０２（本明細書では「第１の流体源」とも呼ばれる）は、複数のサーマルポンプ４０４，４０６，４０８及びターボ膨張器４７６に結合される。 流体源４０２は、第１の流体を流体マニホルド４１６を介して複数のサーマルポンプ４０４，４０６，４０８に送給する。 第１の流体は、気体媒体又は液体媒体とすることができる。 一実施形態では、流体源４０２は、復水器とすることができる。 流体ポンプ４０３は、第１の流体を流体源４０２から流体マニホルド４１６を介して複数のサーマルポンプ４０４，４０６，４０８に送給するのに使用される。

図示の実施形態では、複数のサーマルポンプ４０４，４０６，４０８は更に、ガスマニホルド４５４を介してバッファチャンバ４５６に結合される。 この実施例における複数のサーマルポンプ４０４，４０６，４０８は、所定のシーケンスで作動される。 図示の実施形態では、所定のシーケンスは、サーマルポンプ４０４及びその後のサーマルポンプ４０６，４０８で開始する。 他の実施形態では、サーマルポンプの動作シーケンスは、用途に基づいて変わることができる。 図示の実施形態では、最初に、第１のバルブ４１８が開放され、第１の佐丸ポンプ４０４の第１のチャンネル４１０への第１の流体の流れを可能にする。 第１のチャンネル４１０への第１の流体の流れの間、他の第１のバルブ４２０，４２２は閉鎖されている。

第１のサーマルポンプ４０４と流体源４０２との間に温度平衡状態が確立されると、第２のサーマルポンプ４０６が作動され、対応する第１のバルブ４２０を通って第１の流体を受け取るようにし、他のバルブ４１８，４２２は閉鎖される。 第２のサーマルポンプ４０６が第１の流体を受け取っている間、第１のサーマルポンプ４０４に対応する第２のバルブ４３０は開放され、第２のチャンネル４２４を通る第２の流体の循環を可能にする。 第２の流体は、第２の流体源４８８から送給することができる。 別の実施形態では、第２の流体源は、主ターボ膨張器４７６のチャンネル４８０から送給することができる。 第２のチャンネル４２４を流れる第２の流体は、第１の流体と熱交換関係にあって一定容積で第１の流体を加熱し、加圧ガスを発生させる。 加圧ガスが第１のサーマルポンプ４０４において所定の圧力に到達するまで第２のバルブ４３０が開放され、その後、第２のバルブ４３０が閉鎖される。 第２の流体は、第２のチャンネル４２４を介して復水器４３６に排出される。 別の実施形態では、第２の流体は、流体源４０２に排出することができる。 同様に、サーマルポンプ４０６，４０８の第２のチャンネル４２６，４２８において循環される第２の流体は、それぞれの復水器４３８，４４０に排出される。 第２のポンプ４０６と流体源４０２との間に温度平衡状態が確立されると、第２のサーマルポンプ４２０に対応する第１のバルブ４２０が閉鎖され、第３のサーマルポンプ４０８に対応する第１のバルブ４２２が開放され、第３のサーマルポンプ４０８の第１のチャンネル４１４に第１の流体を送給するようにする。 他のサーマルポンプ４０４，４０６に対応する第１のバルブ４１８及び４２０は閉鎖される。 第３のサーマルポンプ４０８が第１の流体を受け取っている間、第２のサーマルポンプ４０６に対応する第２のバルブ４３２は開放され、第１の流体と熱交換関係で第２のチャンネル４２６を通る第２の流体の循環を可能にする。 加圧ガスが第２のサーマルポンプ４０６において生成される。 その間、第１のサーマルポンプ４０４に対応するチェックバルブ４４８は開放され、第１のサーマルポンプ４０４とバッファチャンバ４５６との間に第１の圧力平衡状態が確立されるまで、加圧ガスマニホルド４５４を介してサーマルポンプ４０４からバッファチャンバ４５６へ加圧ガスの一部を排出するようにする。 サーマルポンプ４０４とバッファチャンバ４５６との間の第１の圧力平衡状態の確立に基づいて、第１のサーマルポンプ４０４に対応する第３のバルブ４６８が開放され、加圧ガスの追加の部分をターボ膨張器４７６の入口４９４に排出するようにする。 流体源４０２とターボ膨張器４７６の入口４９４との間に第２の圧力平衡状態が確立されるまで、第３のバルブ４６８が開放され、加圧ガスの追加の部分を排出するようにする。 サーマルポンプの第１のチャンネルにおいて第１の流体を受け取り、該第１の流体を加熱して加圧ガスを発生させ、該加圧ガスを排出するプロセスは、複数のサーマルポンプ間で各サーマルポンプにおいて順次的に実施される。

一実施形態では、対応するサーマルポンプ４０４，４０６，４０８の第１のチャンネル４１０，４１２，４１４は、サーマルポンプ４０４，４０６，４０８の所定の温度に基づいて第１の流体を受け取る。 対応するサーマルポンプ４０４，４０６，４０８の第１のチャンネル４１０，４１２，４１４は、第１の流体を加熱するため第２のチャンネル４２４，４２６を通る第２の流体の循環を開始する前に、サーマルポンプ４０４，４０６，４０８と流体源４０２との間に温度平衡状態が確立されるまで、流体源４０２から第１の流体を受け取る。 同様に、第２のバルブ４３０，４３２，４３４を開放して、サーマルポンプ４０４，４０６，４０８において第１の流体を加熱するため第２の流体の循環することは、第１のバルブ４１８，４２０，４２２の閉鎖と、サーマルポンプ４０４，４０６，４０８と流体源４０２との間の温度平衡状態の確立に基づくことができる。 サーマルポンプ４０４，４０６，４０８の第２のチャンネル４２４，４２６を通る第２の流体の循環は、サーマルポンプ４０４，４０６，４０８内の加圧ガスの圧力が所定の圧力に達したときに停止される。

更に、複数のサーマルポンプ４０４，４０６，４０８が、対応するチェックバルブ４４８，４５０，４５２（「第１の排出バルブ」とも呼ばれる場合がある）及び対応する第３のチャンネル４４２，４４４，４４６を通じてバッファチャンバ４５６に結合される。 チェックバルブ４４８，４５０，４５２は、一方向バルブであり、第１の圧力平衡状態に基づいてバッファチャンバ４５６への加圧ガスの流れを許容する。 チェックバルブ４４８，４５０，４５２を開放するタイミングは、サーマルポンプ４０４，４０６，４０８の圧力に基づくことができる。 チェックバルブ４４８，４５０，４５２は、順次的に開放され、加圧ガスの一部をポンプ４０４，４０６，４０８からバッファチャンバ４５６に排出することができる。 本発明の一実施形態では、第１のサーマルポンプ４０４に対応するチェックバルブ４４８が最初に開放され、加圧ガスの一部をバッファチャンバ４５６に排出することができ、他のサーマルポンプ４０６，４０８に対応するチェックバルブ４５０，４５２は、この時点では閉鎖することができる。 同様に、第２のサーマルポンプ４０６に対応するチェックバルブ４５０が開放され、加圧ガスをバッファチャンバ４５６に排出し、対応するサーマルポンプ４０４，４０８の他のチェックバルブ４４８，４５２は閉鎖される。 換言すると、チェックバルブの何れか１つが開放されて加圧ガスの一部をバッファチャンバ４５６に排出している場合には、残りのチェックバルブは閉鎖状態にある。 対応するサーマルポンプ内の圧力が所定の圧力を下回ったときには、チェックバルブ４４８，４５０，４５２が閉鎖され、バッファチャンバ４５６への加圧ガスの一部の排出を停止する。 バッファチャンバ４５６は、加圧ガスの一部を貯蔵し、また、バルブ４５８を通じて一定流量で加圧ガスを熱交換器４６０に送給するのに使用される。 このような実施形態では、バッファチャンバ４５６から熱交換器への加圧ガスの一定流量は、質量流量計（図４には示していない）を用いて維持される。

ターボ膨張器４７６は、対応する第３のバルブ４６８，４７０，４７２を介して複数のサーマルポンプ４０４，４０６，４０８に結合される。 具体的には、第３のバルブ４６８，４７０，４７２は、それぞれ対応する第４のチャンネル４６２，４６４，４６６に結合される。 第４のチャンネル４６２，４６４，４６６は、ガスマニホルド４７４を介してターボ膨張器４７６に結合される。 加えて、ターボ膨張器４７６は、チャンネル４８０を介して流体源４０２に結合され、膨張した流体を流体源４０２に排出する。 ターボ膨張器はまた、発電機４７８に結合されて電力を生成する。 チェックバルブ４４８，４５０，４５２の閉鎖及びサーマルポンプ４０４，４０６，４０８とバッファチャンバ４５６との間の第１の圧力平衡状態の確立の後、第３のバルブ４６８，４７０，４７２は開放され、対応するサーマルポンプ４０４，４０６，４０８内の加圧ガスの追加の部分を対応する第４のチャンネル４６２，４６４，４６６を介してターボ膨張器４７６に送給する。 流体源４０２とターボ膨張器４７６の入口４９４との間で第２の圧力平衡状態に到達すると、第３のバルブ４６８，４７０，４７２が閉鎖され、サーマルポンプ４０４，４０６，４０８からターボ膨張器４７６への加圧ガスの追加の部分の排出を停止する。 第３のバルブ４６８，４７０，４７２はまた、順次的に開放することができる。 例えば、第１のサーマルポンプ４０４に対応する第３のバルブ４６８が開放され、加圧ガスの追加の部分を排出するときには、サーマルポンプ４０６，４０８に対応する他の第３のバルブ４７０，４７２は閉鎖される。

流体源４０２は、チャンネル４８０を通じてターボ膨張器４７６から膨張流体を受け取る。 流体源４０２は、流体を凝縮した後、凝縮した第１の流体をサーマルポンプ４０４，４０６，４０８に送給することができる。

ポンプ４８４は、流体源４０２及びバッファチャンバ４５６に結合される。 ポンプ４８４は、流体源４０２からの第１の流体の一部をチャンネル４８２を介しバルブ４８３により制御されて流体ポンプ４０３から受け取る。 ポンプ４８４は、第１の流体の一部を加圧するように構成される。 圧縮装置４８４に結合されるバルブ４９０は、圧縮装置４８４からチャンネル４８６を通じてバッファチャンバ４５６への第１の流体の加圧部分の排出を制御する。 このような実施形態では、第１の流体の加圧部分は気体媒体である。 別の実施形態では、バルブ４９０は、ポンプ４８４からチャンネル４９２を通じて熱交換器４６０への第１の流体の加圧部分の排出を制御する。 このような実施形態では、第１の流体の加圧部分は液体媒体である。 上記で考察したように、ポンプ４８４は、システム４００の始動状態、シャットダウン状態及び過渡状態などの特定の運転状態中に作動される。

図５は、直列配列で配置された複数のサーマルポンプ５０４，５０６，５０８を有するシステム５００の別の実施形態の概略図である。 一実施形態では、システム５００は、流体源５０２、複数のサーマルポンプ５０４，５０６，５０８、バッファチャンバ５６０、ターボ膨張器５７８及び発電機５８０を含む。 加えて、システム５００は、ポンプ５８６（本明細書では「圧縮装置」とも呼ばれる）及び熱交換器５６８を含む。 サーマルポンプの数は、用途に応じて変えることができる。

上述の実施形態と同様に、システム５００は、サーマルポンプ５０４，５０６，５０８及び流体源５０２の各々の温度及び圧力を検知するため、サーマルポンプ５０４，５０６，５０８及び流体源５０２の各々において温度センサ及び圧力センサを含むことができる。 システムは更に、バッファチャンバ５６０内の圧力を検知するため、バッファチャンバ５６０内に圧力センサを含むことができる。 更に、システム５００は、ポンプ／圧縮装置５８６から送給された第１の流体の加圧部分の媒体を検知するための１以上のセンサを含むことができる。 また、システム５００の作動条件を判定して、ポンプ／圧縮装置５８６を始動させる必要性を決定するための１以上のセンサが存在することができる。 このような実施形態では、システム５００は更に、バルブ及びチェックバルブに適切な種々の条件に基づいてそれぞれのバルブ及びチェックバルブを制御するための制御ユニットを含むことができる。 制御ユニットは、温度センサ、圧力センサ及びサーマルポンプ５０４，５０６，５０８のそれぞれのバルブ及びチェックバルブを制御するための１以上のセンサからの信号を受け取り、対応する条件に基づいてガス又は液体もしくは第１の流体又は第２の流体の流れを可能にすることができる。 更に、上述の実施形態を参照して考察したバイパスチャンネル構成もまた、図示の実施形態に同様に適用することができる。 システム５００の説明を簡潔にするために、センサ構成及び制御ユニットは図５には図示されていないが、システム５００を限定するものと解釈すべきではない。

図示の実施形態では、流体源５０２は、第１のサーマルポンプ５０４に及びターボ膨張器５７８のチャンネル５８２を介してターボ膨張器５７８に結合される。 流体源５０２は、流体ポンプ５０３を用いて第１のサーマルポンプ５０４に、すなわち、第１のバルブ５１０を介して第１のサーマルポンプ５０４の第１のチャンネル５２０に第１の流体を送給する。 サーマルポンプ５０４と流体源５０２との間に温度平衡状態が確立されると、第１のバルブ５１０が閉鎖され、第１の流体の送給を停止する。

第２のバルブ５３８，５４４，５５０を用いて、ターボ膨張器から第２のチャンネルマニホルド５３６を通るそれぞれのサーマルポンプ５０４，５０６，５０８への第２の流体の流れを制御する。 第２の流体は、第２の流体源５８４から受け取ることができる。 第１のサーマルポンプ５０４に対応する第１のバルブ５１０の閉鎖の後、第１のサーマルポンプ５０４に対応する第２のバルブ５３８が開放され、第１の流体と熱交換関係で第２の流体を循環させて第１の流体を加熱するようにする。 第１の流体は、加圧ガスを発生させるために加熱される。 第１のサーマルポンプ５０４内の加圧ガスが所定の圧力に達すると、第２のバルブ５３８が閉鎖され、第２の流体の循環を停止する。 加圧ガスの一部は、第１のサーマルポンプ５０４からチェックバルブ５１２を通って第２のサーマルポンプ５０６に排出される。 チェックバルブ５１２は、第１のサーマルポンプ５０４と第２のサーマルポンプ５０６との間で第１の圧力平衡状態が確立されるまで、第２のサーマルポンプ５０６に加圧ガスの一部を排出する。 第１のサーマルポンプ５０４から排出された加圧ガスは、第２のサーマルポンプ５０６に送給される前に、第１の冷却ユニット５２４を介して冷却することができる。 冷却ユニット５２４は、加圧ガスの温度を第１のサーマルポンプ５０４に流入する第１の流体の温度付近に維持するよう、加圧ガスの温度を低下させるのに使用される。 流体源５０２とターボ膨張器５７８の入口５７６との間に第２の圧力平衡状態が確立されるまで、第１のサーマルポンプ５０４に対応する第３のバルブ５７０が開放され、第１のサーマルポンプ５０４からターボ膨張器５７８への加圧ガスの追加の部分を排出するようにする。 第１のサーマルポンプ５０４からターボ膨張器５７８に加圧ガスの追加の部分が排出されると、第１のサーマルポンプ５０４に対応する第３のバルブ５７０は閉鎖される。 第２のサーマルポンプ５０６に対応する第１のバルブ５１４が開放されるときには、第２のサーマルポンプ５０６が第１のサーマルポンプ５０４から加圧ガスの一部を受け取る。 第１のサーマルポンプ５０４と同様に、第２及び第３のサーマルポンプ５０６，５０８についてもプロセスが繰り返される。

一実施形態では、第２のチャンネル５４０，５４６，５５２にて循環される第２の流体は、復水器５４２，５４８，５５４それぞれに排出される。 別の実施形態では、第２のチャンネル５４０，５４６，５５２にて循環される第２の流体は、第１の流体源５０２に排出することができる。

冷却ユニット５２４，５３２は、対応するサーマルポンプから流出する加圧ガスの一部の温度を、サーマルポンプに流入する第１の流体の温度付近に維持するよう、この流出する加圧ガスの一部の温度を低下させるのに使用される。

加圧ガスを受け取り、第２の流体を循環させ、加圧ガスの一部を排出して、該加圧ガスの追加の部分を排出することからなるプロセスは、第２のサーマルポンプ５０６及び第３のサーマルポンプ５０８において順次的に行われる。 第３のサーマルポンプ５０８とバッファチャンバ５６０との間に第１の圧力平衡状態が確立されるまで、第３のサーマルポンプ５０８は、バッファチャンバ５６０に加圧ガスの一部を排出する。 流体源５０２とターボ膨張器５７８の入口５７６との間に第２の圧力平衡状態が確立されるまで、加圧ガスの追加の部分は、第３のサーマルポンプ５０８からターボ膨張器５７８に排出することができる。 発生したガスの圧力は、システム５００全体の漸次的な作動の間、各サーマルポンプ５０４，５０６，５０８にて増大する。 一実施形態では、発生したガスの圧力は、第１のサーマルポンプ５０４内で約８バールとすることができ、第２のサーマルポンプ５０６の入口にてガスが受け取られるときには圧力は約６バールとすることができる。 第２のサーマルポンプ５０６において、圧力は約１４バールまで上昇し、次いで、第３のサーマルポンプ５０８に吐出することができる。 第３のサーマルポンプ５０８の入口に到達するガスの圧力は、約１２バールとすることができ、次いで、該圧力は、第３のサーマルポンプ５０８内で１２バールから２０バールまで上昇することができる。

各サーマルポンプ５０４，５０６，５０８からのガスの追加の部分は、ターボ膨張器５７８を介して膨張することができる。 特定の実施形態では、流体源５０２とターボ膨張器５７８の入口５７６との間に第２の圧力平衡状態が確立されるまで、ガスの追加の部分は、対応する第３のバルブ５６８，５７０，５７２を介してサーマルポンプ５０４，５０６，５０８から順次的に排出される。

図示の実施形態では、第１のサーマルポンプ５０４に対応する第１のバルブ５１０が開放されて第１の流体を送給するときには、第１のサーマルポンプ５０４に対応する第２のバルブ５３８、チェックバルブ５１２及び第３のバルブ５７０は閉鎖される。 第２のバルブ５３８が開放されて第２の流体を循環するときには、第１のサーマルポンプ５０４の第１のバルブ５１０、チェックバルブ５１２及び第３のバルブ５７０は閉鎖される。 更に、チェックバルブ５１２が開放されて加圧ガスの一部を第２のサーマルポンプ５０６に排出するときには、第１のサーマルポンプ５０４に対応する第１のバルブ５１０、第２のバルブ５３８及び第３のバルブ５７０は閉鎖される。 同様に、第３のバルブ５７０が開放されて第１のサーマルポンプ５０４から加圧ガスの追加の部分を排出するときには、第１のバルブ５１０、第２のバルブ５３８及び、チェックバルブ５１２は閉鎖される。 第２のサーマルポンプ５０６に対応する第２のバルブ５４４が開放され、第２の流体を循環して、受け取ったガスの圧力を更に上昇させる。 第２のサーマルポンプ５０６に対応するチェックバルブ５１６が開放されて加圧ガスの一部を第３のサーマルポンプ５０８に排出するときには、第２のサーマルポンプ５０６に対応する第１及び第２のバルブ５１４，５４４は閉鎖される。 一実施形態では、第１のサーマルポンプ５０４に対応する第１のバルブ５１０が開放されて、第１の流体を第１のサーマルポンプ５０４に送給し、第３のサーマルポンプ５０８に対応する第１のバルブ５１８が開放されて、加圧ガスを第３のサーマルポンプ５０８に送給するようにする。 この時点で、第１のサーマルポンプ５０４に対応するバルブ５３８，５７０及びチェックバルブ５１２は閉鎖される。 第２のサーマルポンプ５０６に対応する第３のバルブ５７２が開放されて加圧ガスの追加の部分を排出するときには、第２のサーマルポンプ５０６に関連するバルブ５１４，５４４及びチェックバルブ５１６は閉鎖される。 第１のサーマルポンプ５０４及び第３のサーマルポンプ５０８それぞれに対応する第２のバルブ５３８，５５０は、開放されて第２の流体を循環させ、加圧ガスを生成する。 この時点では、第１のサーマルポンプ５０４及び第３のサーマルポンプ５０８に対応する第１のバルブ５１０，５１８、チェックバルブ５１２，５５６及び第３のバルブ５７０，５７４は閉鎖される。 受け取り、循環及び排出からなるこのプロセスは、各サーマルポンプにおいて所定のシーケンスで実施される。 図示の実施形態では、バルブ５６４は、バッファチャンバからバルブ５６４を通じて熱交換器５６８への加圧ガスの流れを制御する。 熱交換器５６８は、加圧ガスを更に加熱するのに使用される。 ターボ膨張器５７８は、発電機５８０に結合され、更に、対応する第３のバルブ５７０，５７２，５７４を通じて複数のサーマルポンプ５０４，５０６，５０８に結合される。 ターボ膨張器５７８は、該ターボ膨張器の入口５７６を通じてサーマルポンプ５０４，５０６，５０８から加圧ガスの追加の部分を受け取る。 ターボ膨張器５７８は、サーマルポンプから受け取った加圧ガスの追加の部分を膨張させ、発電機５８０を駆動して電力を生成する。 膨張ガスは、ターボ膨張器５７８からチャンネル５８２を通じて流体源５０２に送給される。

ポンプ５８６は、流体ポンプ５０３及びチャンネル５８４を介して流体源５０２に結合される。 ポンプ５８６は、バルブ５８５を介して第１の流体源５０２から受け取った第１の流体の一部を加圧するのに使用される。 圧縮装置５８６に結合されたバルブ５９０は、圧縮装置５８６からチャンネル５８８を通じたバッファチャンバ５６０への第１の流体の加圧部分の排出を制御する。 このような実施形態では、加圧された第１の流体は気体媒体である。 ポンプ５８６に結合されたバルブ５９０は、ポンプ５８６からチャンネル５９２を通じた熱交換器５６８への第１の流体の加圧部分の排出を制御する。 このような実施形態では、加圧流体は液体媒体である。 ポンプ５８６は、システム５００の始動状態、シャットダウン状態及び過渡状態などの特定の運転状態中に作動される。

本発明の実施形態は、より少ない電力を利用して発電プラントの１以上の構成要素を駆動することによって発電プラントの効率を向上させる。 ターボ膨張器は、サーマルポンプの効率を有意に改善することができる。 サーマルポンプはまた、復熱器として機能し、ボイラ又は蒸発器に流入する流体を予熱するために大きな熱交換器の必要性と置き換えられる。

１０４：流体源１０２：サーマルポンプ１２４：熱交換器１３３：復水器１４６：制御ユニット