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公開番号2025094228
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-24
出願番号2025051089,2024516633
出願日2025-03-26,2022-09-16
発明の名称熱力学サイクル
出願人フェトゥ・リミテッド
代理人弁理士法人川口國際特許事務所
主分類F01K 3/12 20060101AFI20250617BHJP(機械または機関一般;機関設備一般;蒸気機関)
要約【課題】熱機関またはヒートポンプとして構成された熱力学装置を動作させる方法に関する。
【解決手段】熱力学装置は、第1の熱交換器と、膨張サブチャンバと、第2の熱交換器とを一連の流れで備え、本方法は、膨張サブチャンバの容積を増加させることにより第1の熱交換器から膨張サブチャンバの中へ吸入圧力で流体流れを送り込むことと、膨張サブチャンバ内の流体を第1の熱交換器から流体的に隔離することと、流体の圧力を吸入圧力から低下させるために膨張サブチャンバの容積をさらに増加させることにより、膨張サブチャンバ内の流体を膨張させることと、膨張サブチャンバを第2の熱交換器に流体的に連結することと、膨張サブチャンバの容積を減少させることにより、流体を膨張サブチャンバから出して第2の熱交換器まで移送することと、により、流体を膨張サブチャンバを介して第1の熱交換器から第2の熱交換器まで移送することを含む。
【選択図】図2A
特許請求の範囲【請求項１】
熱機関またはヒートポンプとして構成された熱力学装置を動作させる方法であって、
熱力学装置は、第１の熱交換器と、膨張サブチャンバと、第２の熱交換器とを一連の流れで備え、方法は、
膨張サブチャンバの容積を増加させることにより、第１の熱交換器から膨張サブチャンバの中へ吸入圧力で流体流れを送り込むことと、
膨張サブチャンバ内の流体を第１の熱交換器から流体的に隔離することと、
流体の圧力を吸入圧力から低下させるために膨張サブチャンバの容積をさらに増加させることにより、膨張サブチャンバ内の流体を膨張させることと、
膨張サブチャンバを第２の熱交換器と流体的に連結することと、
膨張サブチャンバの容積を減少させることにより、流体を膨張サブチャンバから出して第２の熱交換器まで移送することと、
により、膨張サブチャンバを介して流体を第１の熱交換器から第２の熱交換器まで移送することと、を含み、
流体流れを第１の熱交換器から膨張サブチャンバの中へ吸入圧力で送り込むプロセスは実質的に等圧である、方法。
続きを表示（約 990 文字）【請求項２】
熱力学装置は圧縮サブチャンバを備え、方法は、
圧縮サブチャンバの容積を増加させることにより、流体を、移送圧力で第２の熱交換器から出して圧縮サブチャンバまで移送すること、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
圧縮サブチャンバを第２の熱交換器から流体的に隔離することと、
圧縮サブチャンバの容積を減少させることにより、圧縮サブチャンバ内の流体の圧力を増加させることと、
を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
圧縮サブチャンバを第１の熱交換器に流体的に連結することと、
圧縮サブチャンバの容積を減少させることにより、流体を圧縮サブチャンバから出して第１の熱チャンバまで移送することと、
を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
膨張サブチャンバから出て行く流体の温度は、圧縮サブチャンバから出て行く流体の温度にほぼ等しい、請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
膨張サブチャンバの容積をさらに増加させることにより、膨張サブチャンバ内の流体を膨張させるプロセスは、ほぼ断熱である、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
流体流れを第２の熱交換器から出して圧縮サブチャンバまで移送するプロセスは、実質的に等圧である、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
圧縮サブチャンバの容積を減少させることにより、圧縮サブチャンバ内の流体の圧力を増加させるプロセスは、ほぼ断熱である、請求項３に従属する場合の請求項４～７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
装置は膨張チャンバおよび第１のピストンを備え、膨張サブチャンバは、膨張チャンバおよび第１のピストンによって画定される可変容積の一態様である、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
流体流れを第１の熱交換器から膨張サブチャンバの中へ送り込むために膨張サブチャンバの容積が増加されるステップは、第１のピストンと膨張チャンバとの間での第１の方向における相対移動が存在する吸気行程の吸入フェーズ中に生じる、請求項９に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、熱機関またはヒートポンプとして構成された熱力学装置を動作させる方法、および、熱機関またはヒートポンプとして構成された熱力学装置に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
熱力学サイクルは、最初、１９世紀初頭に、先ずは熱をパワーに変換するものとして開発されて、且つそのようなものとして分類され、次いで、冷凍およびヒートポンプシステムにおいて低い温度から高い温度へと熱を伝達するためにパワーを使用するものとしてもさらに開発された。
【０００３】
熱力学サイクルは、通常、流体を圧縮したり膨張させたりするための、および、周囲環境との間で熱を伝達するための一連のプロセスから構成される。
【０００４】
カルノーサイクルと名付けられた元々の理論サイクルは、ヒートシンクへ熱が伝達されるときに熱源から抽出され得る仕事の最大量を画定する。理想カルノーサイクルは、一定温度での膨張プロセスと、後続する一定エントロピーでの膨張プロセスと、後続する一定温度での圧縮プロセスと、後続する一定エントロピーでの圧縮プロセスと、を含む。これは図１に示される。
【０００５】
スターリングサイクルなどの他の理論的で理想的なサイクルも説明する。スターリングサイクルは、一定温度での膨張プロセスと、後続する一定容積での膨張プロセスと、後続する一定温度での圧縮プロセスと、後続する一定容積での圧縮プロセスと、を含む。ブレイトンサイクルは、一定圧力での膨張プロセスと、後続する一定エントロピーでの膨張プロセスと、後続する一定圧力での圧縮プロセスと、後続する一定エントロピーでの圧縮プロセスと、を含む。
【０００６】
これらのプロセスのさらなる改良点として、熱伝達プロセス中に相変化する作動流体の選定のタイミングがある。最も一般的な例はブレイトンサイクルの変形形態であるランキンサイクルであり、ランキンサイクルは、熱遮断プロセス中に作動流体を凝縮させることおよび、熱吸収プロセス中に作動流体を蒸発させることを組み込む。これらの圧縮プロセスおよび膨張プロセスは、名目上は一定圧力のプロセスであるが、相変化ゆえに、これらのプロセスは一定温度プロセスともなる。ランキンサイクルは、火力発電所での作動流体として水を使用する、大部分の発電システムの基礎を形成するものであり、さらには熱から電気を生成するための有機ランキンサイクルシステムのための基礎ともなっている。
【０００７】
しかし、実際には、理想的な熱力学サイクルはシステム内での損失ゆえに達成され得ない。したがって、現実の熱力学サイクルは、理想的なサイクルに可能な限り近づくことを目指す。
【０００８】
熱をパワーに変換するための、または熱を伝達するのにパワーの入力を利用するための実用的な機械を作ることはある程度の妥協を必要とする。これらの実用的な機械は、傾向として、閉サイクル内を循環して圧縮および／または膨張を受ける流体を含む。
【０００９】
機械内の摩擦は排除され得ないものであり、これは、圧縮プロセスおよび膨張プロセスが無損失ではなく、したがって可逆でもないことを意味する。
【００１０】
二相の作動流体が使用される場合、或る圧縮技術および膨張技術はプロセス中の液体浸入または液体形成の悪影響から保護されることを必要とする。例えば、或る種類のタービンは入口を乾燥ガスにする必要がある。或る種類の圧縮機は入口を完全に液体がない状態にすることを必要とし、さらには圧縮プロセス中に液体が形成されないことを必要とする。他の種類の圧縮機は入口にある霧状ミストの液滴に耐えることはできるが、高い頻度で、より大きい塊の液体に対処することはできない。これらの予防措置のすべてで機械の用途範囲が制限される可能性があり、あるいは、その複雑さが増したりまたはその熱力学的効率が低下したりする可能性がある。或る事例では、液滴は圧縮機または膨張機の深刻な物理的損傷の原因となり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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