JP6702636B2 - 動力発生システムおよび動力を発生させるための方法 - Google Patents
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Description
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある(国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む)。
(先行技術文献)
(特許文献)
(特許文献1) 米国特許出願公開第2013/180259号明細書
(特許文献2) 米国特許第4,537,032号明細書
(特許文献3) 米国特許第5,799,484号明細書
(特許文献4) 米国特許第5,813,215号明細書
(特許文献5) 仏国特許発明第810379号明細書
(特許文献6) 米国特許第5,069,276号明細書
(特許文献7) 米国特許第8,196,644号明細書
(特許文献8) 米国特許出願公開第2007/0107889号明細書
(特許文献9) 米国特許第3,058,018号明細書
(特許文献10) 米国特許第3,583,156号明細書
(特許文献11) 米国特許第3,971,211号明細書
(特許文献12) 米国特許第4,138,618号明細書
(特許文献13) 米国特許第4,166,362号明細書
(特許文献14) 米国特許第4,267,692号明細書
(特許文献15) 米国特許第4,347,711号明細書
(特許文献16) 米国特許第4,375,745号明細書
(特許文献17) 米国特許第4,498,289号明細書
(特許文献18) 米国特許第4,520,284号明細書
(特許文献19) 米国特許第4,683,392号明細書
(特許文献20) 米国特許第4,780,637号明細書
(特許文献21) 米国特許第5,323,603号明細書
(特許文献22) 米国特許第6,191,561号明細書
(特許文献23) 米国特許第6,318,066号明細書
(特許文献24) 米国特許第6,430,916号明細書
(特許文献25) 米国特許第6,606,864号明細書
(特許文献26) 米国特許第6,848,249号明細書
(特許文献27) 米国特許第6,945,052号明細書
(特許文献28) 米国特許第6,991,026号明細書
(特許文献29) 米国特許第7,037,430号明細書
(特許文献30) 米国特許第7,669,423号明細書
(特許文献31) 米国特許第7,685,820号明細書
(特許文献32) 米国特許第7,726,114号明細書
(特許文献33) 米国特許第7,880,355号明細書
(特許文献34) 米国特許第7,966,868号明細書
(特許文献35) 米国特許出願公開第2001/0023580号明細書
(特許文献36) 米国特許出願公開第2007/0125063号明細書
(特許文献37) 米国特許出願公開第2010/0101231号明細書
(特許文献38) 米国特許出願公開第2010/0242429号明細書
(特許文献39) 米国特許出願公開第2011/0179799号明細書
(特許文献40) 米国特許出願公開第2011/0206173号明細書
(特許文献41) 米国特許出願公開第2012/0216536号明細書
(特許文献42) 国際公開第1995/24822号
(特許文献43) 国際公開第2010/151560号
(特許文献44) 国際公開第2015/130898号
(特許文献45) 米国特許第4,263,964号明細書
(特許文献46) 欧州特許出願公開第2402697号明細書
(特許文献47) 仏国特許発明第1391514号明細書
(特許文献48) 米国特許出願公開第2002/0063479号明細書
(特許文献49) 米国特許出願公開第2007/0137211号明細書
(特許文献50) 米国特許出願公開第2009/0211260号明細書
(特許文献51) 米国特許出願公開第2011/0094231号明細書
(特許文献52) 米国特許出願公開第2012/0000204号明細書
(特許文献53) 米国特許出願公開第2012/0096869号明細書
(特許文献54) 米国特許第9,540,999号明細書
(特許文献55) 米国特許第2,621,475号明細書
(特許文献56) 米国特許第5,778,675号明細書
(特許文献57) 米国特許第3,788,066号明細書
(特許文献58) 米国特許第3,791,137号明細書
(特許文献59) 米国特許第3,913,315号明細書
(特許文献60) 米国特許第4,640,665号明細書
(特許文献61) 米国特許第5,231,835号明細書
(特許文献62) 米国特許第5,347,806号明細書
(特許文献63) 米国特許第6,141,953号明細書
(特許文献64) 米国特許第6,161,392号明細書
(特許文献65) 米国特許第6,220,053号明細書
(特許文献66) 米国特許出願公開第2013/0042601号明細書
(非特許文献)
(非特許文献1) English translation of Chinese Application No.201580044367.6: Notification of the First Office Action dated August 28,2017,8 pages
(非特許文献2) Dostal,Supercritical Carbon Dioxide Cycle for Next Generation Nuclear Reactor,Advanced Nuclear Power Technology Program,March 2004,326 pgs
(非特許文献3) Wright,Operation and Analysis of a Supercritical CO2 Brayton Cycle,Sandia National Laboratories,SAND2010.0171,September 2010,101 pgs
(非特許文献4) International Patent Application No.PCT/US2015/046415: International Search Report and Written Opinion dated December 3,2015,13 pages
(非特許文献5) International Patent Application No.PCT/US2015/046400: International Search Report and Written dated December 4,2015,11 pages
Claims (26)
- 超臨界流体が流れる超臨界流体サイクルと、前記超臨界流体の流れと混合されない空気が流れる空気吸入(air−breathing)サイクルとを含むシステムで動力を発生させるための方法であって、
前記超臨界流体サイクルに沿って配置されている複数のコアのうちの第1のコアを通じて前記超臨界流体を誘導する工程であって、各コアは、圧縮機と、タービンとを含むものである、前記誘導する工程と、
前記第1のコアの前記圧縮機内で前記超臨界流体を圧縮して、前記超臨界流体を圧縮超臨界流体として前記第1のコアの前記圧縮機から放出する工程と、
前記空気吸入サイクルを流れる空気を加熱する工程と、
少なくとも1つの熱交換器内で前記空気吸入サイクル内の空気から前記圧縮超臨界流体に熱を伝達し、前記圧縮超臨界流体を加熱超臨界流体として前記少なくとも1つの熱交換器から放出する工程と、
前記加熱超臨界流体の少なくとも一部分を、前記少なくとも1つの熱交換器から前記第1のコアの前記タービンに誘導する工程と、
前記第1のコアの前記タービン内で前記加熱超臨界流体を膨張させ、前記第1のコアにより、出力装置において第1のレベルの動力を発生させる工程と、
複数のコアのうちの少なくとも第2のコアを起動して、前記出力装置において発生する前記第1のレベルの動力を、前記第1のレベルの動力よりも大きい第2のレベルの動力に増加させる工程と
を有し、
前記起動する工程は、さらに、
前記超臨界流体を、第2のコアの圧縮機、前記少なくとも1つの熱交換器、および、前記第2のコアのタービンへと流すことにより、前記第2のコアのタービンが、前記出力装置における前記第1のレベルの動力を第2のレベルの動力に増加させる工程を含むものである、方法。 - 請求項1記載の方法において、前記
起動する工程は、前記システムに対する動力の需要に応答するものである方法。 - 請求項1記載の方法において、前記流す工程は、さらに、
超臨界流体を前記超臨界流体サイクルに沿って前記複数のコアのうちの前記第2のコアの前記圧縮機に誘導する工程と、
前記第2のコアの前記圧縮機内で前記超臨界流体を圧縮して、前記超臨界流体を圧縮超臨界流体として前記第2のコアの前記圧縮機から放出する工程と、
前記第2のコアの前記圧縮機から放出された前記圧縮超臨界流体を前記第1のコアの前記圧縮機から放出される前記圧縮超臨界流体と混合して、超臨界流体の混合物を規定する工程と、
前記超臨界流体の混合物の少なくとも一部分を前記第2のコアの前記タービンに誘導する工程と、
前記第2のコアの前記タービン内で前記超臨界流体の混合物の前記少なくとも一部分を膨張させ、前記第2のコアにより、前記出力装置の前記第1のレベルの動力を前記第2のレベルの動力に増加させる工程と
を含むものである方法。 - 請求項1記載の方法において、前記起動する工程は、さらに、
前記超臨界流体を、第3のコアの圧縮機、前記少なくとも1つの熱交換器、および、前記第3のコアのタービンへと流すことにより、前記第3のコアのタービンが、前記出力装置における前記第2のレベルの動力を第3のレベルの動力に増加させる工程を含むものである方法。 - 請求項4記載の方法において、前記流す工程は、さらに、
超臨界流体を前記超臨界流体サイクルに沿って前記複数のコアのうちの前記第3のコアの前記圧縮機に誘導する工程と、
前記第3のコアの前記圧縮機内で前記超臨界流体を圧縮して、前記超臨界流体を圧縮超臨界流体として前記第3のコアの前記圧縮機から放出する工程と、
前記第3のコアの前記圧縮機から放出された前記圧縮超臨界流体を前記超臨界流体の混合物と混合する工程と、
前記超臨界流体の混合物の少なくとも一部分を前記第3のコアの前記タービンに誘導する工程と、
前記第3のコアの前記タービン内で前記超臨界流体の前記混合物の前記少なくとも一部分を膨張させ、前記第3のコアにより、前記出力装置の前記第2のレベルの動力を前記第3のレベルの動力に増加させる工程と
を含むものである方法。 - 請求項1記載の方法において、前記超臨界流体は二酸化炭素を有するものである方法。
- 請求項1記載の方法において、前記膨張した超臨界流体の混合物が前記超臨界流体の略臨界点まで冷却されるのに十分な熱が前記膨張した超臨界流体から移動されるものである方法。
- 請求項1記載の方法において、前記起動する工程は、さらに、
前記超臨界流体を前記複数のコアのうちの前記少なくとも1つの追加のコアの圧縮機、前記少なくとも1つの熱交換器、および前記複数のコアのうちの前記少なくとも1つの追加のコアの前記タービンへと流し、前記複数のコアのうちの少なくとも1つのコアのタービンが、前記出力装置における前記第2のレベルの動力を起動されたコアの総数に等しいレベルの動力に増加させる工程を含むものである方法。 - 請求項8記載の方法において、前記流す工程は、さらに、
超臨界流体を前記超臨界流体サイクルに沿って前記複数のコアのうちの前記少なくとも1つの追加のコアの前記圧縮機に誘導する工程と、
前記少なくとも1つの追加のコアの前記圧縮機内で前記超臨界流体を圧縮して、前記超臨界流体を圧縮超臨界流体として前記少なくとも1つの追加のコアの前記圧縮機から放出する工程と、
前記少なくとも1つの追加のコアの前記圧縮機から放出された前記圧縮超臨界流体を前記超臨界流体の混合物と混合する工程と、
前記超臨界流体の混合物の少なくとも一部分を前記少なくとも1つの追加のコアの前記タービンに誘導する工程と、
前記少なくとも1つの追加のコアの前記タービン内で前記超臨界流体の混合物の前記少なくとも一部分を膨張させ、前記少なくとも1つの追加のコアにより、前記出力装置の前記第2のレベルの動力を前記起動されるコアの総数に等しいレベルの動力に増加させる工程と
を含むものである方法。 - 超臨界流体が流れる超臨界流体サイクルと空気が流れる空気吸入サイクルを含み、動力を発生させるように構成されているシステムであって、
前記超臨界流体サイクルに沿って配置されている複数のコアであって、各コアは圧縮機とタービンとを含み、選択的に動作されて動力の出力を発生させるように構成されているものである、前記複数のコアと、
前記空気吸入サイクルを流れる空気を加熱するように構成された燃焼器と、
前記超臨界流体サイクルに沿って配置されている複数の熱交換器であって、前記複数の熱交換器のうちの少なくとも1つは、少なくとも1つのクロスサイクル熱交換機を有し、前記少なくとも1つのクロスサイクル熱交換機は前記超臨界流体サイクルからの臨界流体及び前記空気吸入サイクルの空気が通過するが混合されないように構成され、前記少なくとも1つのクロスサイクル熱交換機は前記複数のコアの各々と流体連通するように構成されているものである、前記複数の熱交換器と
を有し、
前記複数のコアのうちの第1のコアは、動作時に第1のレベルの動力を発生させるように構成されており、前記複数のコアのうちの第2のコアは、前記第1のコアおよび前記第2のコアの動作時に、前記第1のレベルの動力を前記第1のレベルの動力よりも大きい第2のレベルの動力に増加させるように構成されているものである、
システム。 - 請求項10記載のシステムにおいて、各コアの前記圧縮機は超臨界流体を受け入れて圧縮するように構成されており、各コアの前記タービンは超臨界流体を受け入れて膨張させるように構成されているものであるシステム。
- 請求項11記載のシステムにおいて、前記複数の熱交換器のうちの別の少なくとも1つは、超臨界流体サイクル伝熱式熱交換器を有し、前記超臨界流体サイクル伝熱式熱交換器は、前記複数のコアのうちの少なくとも1つのコアの前記タービン内で膨張された前記超臨界流体の少なくとも一部、および、前記複数のコアのうちの少なくとも1つのコアの前記圧縮機内で圧縮された前記超臨界流体の少なくとも一部を受け入れるように構成されているものであるシステム。
- 請求項10記載のシステムにおいて、さらに、
前記第1のコア、および前記複数のコアのうちの少なくとも前記第2のコアを通る前記超臨界流体の流れを選択的に誘導して動作しているコアの数を調整するように構成されているコントローラを有するものであるシステム。 - 請求項13記載のシステムにおいて、さらに、
前記コントローラに動作可能に接続され、前記複数のコアを通る前記超臨界流体の流れを制御するように構成されている1若しくはそれ以上の弁を有するものであるシステム。 - 請求項14記載のシステムにおいて、前記複数のコアの各々は、さらに、
前記圧縮機に流入する前記超臨界流体の流れを制御するように構成されている圧縮機入力弁と、前記圧縮機からの前記超臨界流体の流れを制御するように構成されている圧縮機放出弁とを有するものであるシステム。 - 請求項14記載のシステムにおいて、前記複数のコアの各々は、さらに、
前記タービンに流入する前記超臨界流体の流れを制御するように構成されているタービン入力弁と、前記超臨界流体タービンからの超臨界流体の流れを制御するように構成されているタービン放出弁とをさらに有するものであるシステム。 - 請求項10記載のシステムにおいて、さらに、
前記複数のコアの各コアに動作可能に結合されている少なくとも1つの動力装置を有するものであるシステム。 - 請求項17記載のシステムにおいて、前記少なくとも1つの動力装置はさらに、
複数の動力装置を有し、前記複数の動力装置の各々は前記複数のコアのそれぞれの1つに動作可能に結合されているものであるシステム。 - 請求項17記載のシステムにおいて、前記動力装置は、発動機、ターボプロップ、ターボファン、またはギアボックスのうちの1つであるシステム。
- 請求項10記載のシステムにおいて、さらに、
前記超臨界流体の温度を低下するように構成されている少なくとも1つの冷却器を有するものであるシステム。 - 超臨界流体サイクルと、空気吸入サイクルとを含むエンジンであって、複数のレベルの動力の出力を発生させるように構成されており、
前記超臨界流体サイクルに沿って配置されている複数のコアであって、各コアは圧縮機と、タービンとを含み、選択的に動作されて動力の出力を発生させるように構成されているものである、前記複数のコアと、
前記空気吸入サイクルを流れる空気を加熱するように構成された燃焼器と、
前記超臨界流体サイクルに沿って配置されている複数の熱交換器であって、前記複数の熱交換器のうちの少なくとも1つは、少なくとも1つのクロスサイクル熱交換機を有し、前記少なくとも1つのクロスサイクル熱交換機は前記超臨界流体サイクルからの臨界流体及び前記空気吸入サイクルの空気が通過するが混合されないように構成され、前記少なくとも1つのクロスサイクル熱交換機は前記複数のコアの各々と流体連通するように構成されているものである、前記複数の熱交換器と
を有し、
前記エンジンは、前記複数のコアのうち動作中のコアの数を調整して動力の出力のレベルを調整するように構成されているものである、
エンジン。 - 請求項21記載のエンジンにおいて、前記複数のコアのうちの第1のコアは第1のレベルの動力を発生させるように構成されており、前記複数のコアのうちの第2のコアは、前記第1のコアおよび前記第2のコアの動作時に、前記第1のレベルの動力を前記第1のレベルの動力よりも大きい第2のレベルの動力に増加させるように構成されているものであるエンジン。
- 請求項21記載のエンジンにおいて、前記複数のコアの前記圧縮機および前記タービンの各々は入口と出口とを含み、前記エンジンは、さらに、
各コア内の前記圧縮機の入口に接続されている第1の入力導管と、
各コア内の前記圧縮機の出口に接続されている第1の放出導管と、
各コア内の前記タービンの入口に接続されている第2の入力導管と、
各コア内の前記タービンの出口に接続されている第2の放出導管と、
を有し
前記複数の熱交換器は、a)前記第1の放出導管および前記第2の放出導管から超臨界流体を受け入れ、b)前記エンジンの動作中に前記第1の入力導管および前記第2の入力導管に超臨界流体を放出するように構成されているものであるエンジン。 - 請求項23記載のエンジンにおいて、前記少なくとも1つのクロスサイクル熱交換機は、前記空気吸入サイクル内の空気から、前記第1の放出導管から放出される前記超臨界流体の少なくとも一部分に熱を伝達するように構成されている第1のクロスサイクル熱交換機と、前記第2の放出導管から放出される前記超臨界流体の少なくとも一部分から、前記空気吸入サイクル内の前記空気に熱を伝達するように構成されている第2のクロスサイクル熱交換機とを有するものであるエンジン。
- 請求項21記載のエンジンにおいて、前記複数の熱交換器は、複数のコアのうちの1つのコアのみが作動している時に最も効果的に熱交換するように構成されているものであるエンジン。
- 請求項10記載のシステムにおいて、前記複数の熱交換器は、複数のコアのうちの1つのコアのみが作動している時に最も効果的に熱交換するように構成されているものであるシステム。
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