阅读说明：本技术 一种用于使用组合动力循环来产生机械能的装置 (Device for generating mechanical energy using a combined power cycle ) 是由 哈维尔·卡洛斯·维洛斯·莫埃达诺 于 2019-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于使用组合动力循环来产生机械能的装置,所述组合动力循环至少包括：-用于实施封闭式或半封闭式再生性布雷顿组成循环的构件,所述再生性布雷顿组成循环使用水作为热流体,-用于实施至少一个兰金循环的构件,所述兰金循环即为兰金基本组成循环并与所述再生性布雷顿组成循环互连,以及-热泵(UAX),其组成再生所述再生性布雷顿组成循环的封闭式回路；本发明还涉及通过使用所述装置来产生能量的程序。(The invention relates to a device for generating mechanical energy using a combined power cycle comprising at least: -means for implementing a closed or semi-closed regenerative brayton composition cycle using water as thermal fluid, -means for implementing at least one rankine cycle, i.e. a rankine basic composition cycle and interconnected with said regenerative brayton composition cycle, and-a heat pump (UAX) constituting a closed circuit for regenerating said regenerative brayton composition cycle; the invention also relates to a procedure for generating energy by using said device.)

具体实施方式

本发明涉及一种根据权利要求1所述的装置，以及一种程序，该程序根据其主权利要求产生能量。该装置和该程序的具体实施方案在相应的从属权利要求中描述。

本发明涉及一种用于使用组合动力循环来产生能量的装置，该组合动力循环至少包括：

-用于实施封闭式或半封闭式再生性布雷顿组成循环的构件，该再生性布雷顿组成循环使用水作为热流体，

-用于实施至少一个兰金循环(兰金基本组成循环)的构件，所述至少一个兰金循环与再生性布雷顿组成循环互连，以及

-热泵(UAX)，其组成再生布雷顿组成循环的封闭式回路。

用于产生能量的装置还包括必要热源(101)，该必要热源在以下两者中进行选择：

-换热器，以及

-氧燃烧燃烧器，

从而使得在所述必要热源(101)中，来自这两种循环(布雷顿组成循环和兰金基本组成循环)的流汇聚到一起。

根据本发明的其他具体实施方案，当组合动力循环为半封闭式时，在具有氧燃烧和CO₂捕获能力的情况下，组合动力循环包括至少一个内燃燃烧器，组合动力循环通过该内燃燃烧器接收来自外部的能量。

根据本发明的其他具体实施方案，当组合动力循环为封闭式时，它不具有任何燃烧器且包括至少一个换热器，它通过所述至少一个换热器接收来自外部的能量并且不具有内燃燃烧器。

对于上述任一实施方案，该装置还包括：

-元件(107)，其可为：

-再生冷凝器(107)，该装置通过该再生冷凝器将能量传输到热泵UAX的的冷储蓄器(201)，该再生冷凝器在一个简单的级中执行冷凝或者

-CO₂液化设备，该CO₂液化设备接收来自动力轴(130)的功并在多个级中冷凝气体，并且仅将在该CO₂液化设备的连续压缩级中释放的热量传输到UAX的冷储蓄器(201)，

-重沸器(113)，藉由该重沸器，热量从热泵UAX的热储蓄器(210)返回至动力循环，

-冷凝液再生泵(111)，其驱动在元件(107)底部获得的冷凝液并使所述冷凝液朝重沸器(113)流动，

-于其中产生水蒸汽的热量回收导管(CRC)(103)，

-至少两台涡轮机，其中一台是高压涡轮机TAP(122)，另一台是高温涡轮机TAT(102)，该高压涡轮机TAP将蒸汽传送到必要热源(101)，该高温涡轮机TAT将蒸汽传送到热量回收导管CRC(103)，

-至少一个公共动力轴(130)，循环的有用机械能获取自所述至少一个公共动力轴，

-系统，其通过在CRC(103)的底部或之后冷凝蒸汽来执行散热器的功能，

-冷凝液回流泵(109)，

-用于兰金基本组成循环的给水泵(119)，

-用于兰金基本组成循环的蒸汽发生器，其由以下部件组成：

-节热器盘管(120)，

-位于CRC(103)内部的用于水蒸汽的蒸发器和过热器(121)，

-一个冷凝换热器元件(106)，在蒸汽和气体进入元件(107)之前，该冷凝换热器元件将热量让渡至冷凝液回流预热器(110)，

-设置在重沸器(113)的出口处的一个冷凝换热器元件(114)，该冷凝换热器元件将热量让渡至-位于元件(112)处的将布雷顿组成循环与兰金基本组成循环相接合的旁通管路，该旁通管路在以下两者中进行选择：

-预热器(112)，其用于送至重沸器(113)自身的进水，

-以及热量回收换热器(112)，除预热重沸器(113)自身的进水之外，该热量回收换热器还可以加热送至泵(119)的给水并产生蒸汽，一旦在位于再生冷凝液泵(111)的泵出端与给水泵(119)的吸入端之间的过热器(136)中升高了所述蒸汽的温度，所述蒸汽便可被引导至压缩机(115)和/或涡轮机(137)。如果布雷顿组成循环为半封闭式且使用氧燃烧，并且如果使用含有碳的燃料，则该装置包括：

-用于燃烧中产生的CO₂的出口，该出口位于再生冷凝器(107)中，所述CO₂为气态，或者如果再生冷凝器(107)为液化设备，则所述CO₂为液态，以及

-用于冷凝液回流管路中通过燃烧产生的液态水的出口。

如果在用于产生能量的装置中，布雷顿循环为封闭式，或者如果它仅将氢气用作燃料，则散热器可由次级兰金循环组成，该次级兰金循环使用与动力循环的其余部分相同的热流体，并且散热器通过CRC(103)和冷凝液回流泵(109)与该装置互连。

在上述任一实施方案中，除必要热源(101)之外，用于产生能量的装置还可包括将额外的热量从外部提供至动力循环的另一个补充热源(132)(这可能是换热器或增压燃烧器)，该补充热源位于最终过热器(121)与涡轮机TAP(122)之间。

在上述任一实施方案中，用于产生能量的装置此外还可包括一台压缩机(115)或多台压缩机(117)，所述压缩机串联连接、位于换热器元件(114)的蒸汽出口处并且位于必要热源(101)的蒸汽入口之前。

在上述任一实施方案中，用于产生能量的装置此外还可包括位于串联连接的压缩机(115)和(117)之间的蒸汽冷却换热器(116/118)。

在上述任一实施方案中，在从冷凝换热器元件(114)的底部接出的冷凝液管路中，用于产生能量的装置此外还可包括接至重沸器(113)的回流管路。

在上述任一实施方案中，用于产生能量的装置此外还可包括额外的换热器，该额外的换热器设置在热量回收导管(103)的蒸汽入口处以使用换热器盘管(133)来产生可在装置外部使用的热量，所述热量尤其可用于联产的应用。

在上述任一实施方案中，用于产生能量的装置此外还可包括用于联产的换热器元件(133)，该换热器元件设置在热量回收导管(103)内部，该换热器元件从该热量回收导管提取有用热能，所述有用热能可用于任何类型的工业应用中的外部使用。

在上述任一实施方案中，用于产生能量的装置此外还可包括：

-风扇(104)，其从热量回收导管CRC(103)获取输出蒸汽并压缩所述蒸汽以用于传送到冷凝换热器元件(105)，在该风扇中容装有独立次级兰金循环的蒸发器(125)的至少一个构成区段。

在上一文段中提及的实施方案中，用于产生能量的装置此外还可包括：

-换热器(108/124)，在该换热器中，来自导管(105)的冷凝液在壳体侧(108)上冷却，并且在该换热器的内部，容装有独立次级兰金循环的节热器(124)。

在上述任一实施方案中，装置的热泵UAX(200)包括：

-气态氨的主发生器(201)，该主发生器充当冷储蓄器，并仅与元件(107)交换热量，

-次级发生器(202)，其从吸收器(210)接收氨溶液并将氨蒸汽传送到一些压缩机(203)，而剩余氨溶液则被传送到主发生器(201)，

-串联连接的至少两台氨气压缩机(203)，在所述氨气压缩机之间具有冷却装置，所述氨气压缩机接收来自主发生器(201)和次级发生器(202)的氨气，

-压缩氨气冷凝器(207)，其接收在超临界氨气蒸发器(209)中压缩并冷却的氨气，并将热量传输到次级发生器(202)，

-超临界氨气蒸发器(209)，

-用于来自压缩氨气冷凝器(207)的氨气冷凝液的泵(208)，该泵将所述氨气冷凝液泵送到氨气蒸发器(209)，在该氨气蒸发器处，氨蒸汽在超临界压力下产生，

-氨吸收器(210)，其接收来自超临界氨气蒸发器(209)的蒸汽并将所述蒸汽溶解在水相中，以及

-传输泵(215)，其将稀氨溶液从主发生器(201)传输到吸收器(210)。

热泵UAX(200)此外还可包括：

-换热器(213/214)，其位于来自主发生器(201)的稀氨溶液与来自吸收器(210)的浓氨溶液之间，

-容装在氨气蒸发器(209)中的盘管(211)，该盘管利用来自吸收器(210)的浓氨溶液中所含的热量来产生超临界氨气，

-用于来自压缩机(203)的压缩氨气的冷却盘管(206)，该冷却盘管向超临界氨气蒸发器(209)提供热量。

本发明还涉及一种用于基于组合循环来产生能量的程序，该组合循环使用先前所定义的装置来实施。所定义的程序由以下步骤组成：

-实施由热泵(UAX)再生的布雷顿组成循环，该布雷顿组成循环为封闭式或基于氧燃烧，该布雷顿组成循环使用水作为热流体以在高温涡轮机TAT(102)中产生机械能，

-实施与前述布雷顿循环互连的兰金组成循环，该兰金组成循环与该布雷顿循环交换物质和能量，因为它们两者都将水用作公共热流体，并且该兰金组成循环在涡轮机TAP(122)处产生机械能，

-使用与布雷顿组成循环交换能量的热泵UAX(200)来再生该布雷顿组成循环并吸收某些压缩机(203)中的机械能。

在本发明的程序中，循环的所有水蒸汽都可以完全在元件(107)中冷凝，如果循环使用除氢气之外的燃料，那么在该元件中，CO₂以气相释放。

根据该程序的具体实施方案，如果循环使用除氢气之外的燃料，则循环通过元件(107)的水蒸汽因传输到UAX(200)的冷储蓄器的热量而完全冷凝，仅留下视情况而定的残余液态或气态CO₂。

在根据本发明的程序中，布雷顿组成循环的再生可通过热泵UAX(200)的操作来实现，在冷储蓄器的温度下回收蒸汽冷凝热量，从而随后将所述蒸汽冷凝热量通过热储蓄器返回至循环，进而在比水蒸汽先前冷凝时的压力和温度高的压力和温度下再生水蒸汽。

根据具体实施方案，该程序包括：

-在元件(107)中在环境压力下冷凝水蒸汽，将所得到的热量让渡至热泵UAX(200)的冷储蓄器(201)，

-使用热泵UAX(200)的热储蓄器(210)提供的热量，在重沸器(113)中在比在元件(107)中冷凝水蒸汽时的压力高的压力下再生水蒸汽。

根据其他具体实施方案，该程序包括使用将额外的热量从外部提供至动力循环的补充热源(132)，该补充热源位于最终过热器(121)与涡轮机TAP(122)之间。

根据其他具体实施方案，该程序包括使用单一散热器，循环通过该单一散热器将损失的热量释放到外部。散热器的功能可由独立的次级兰金循环执行。

根据其他具体实施方案，该程序包括使用热量回收导管CRC(103)，该热量回收导管CRC使用来自涡轮机TAT(102)的出口的剩余热量来产生兰金基本组成循环的过热蒸汽。

根据其他具体实施方案，该程序包括实施氧燃烧组合循环，并且该程序使用纯形式或混合形式的液态或气态燃料，所述燃料的通式为C_xH_yO_z，其中x、y和z的取值对应于能够藉由氧气燃烧的实际化学化合物。优选燃料是为气态或具有低沸点的烃类物质，诸如：甲烷、乙烷、丙烷、或它们的混合物诸如纯化天然气。简单的醇类物质，诸如甲醇或乙醇，也是可用的燃料。CO(一氧化碳)是唯一不含氢的物质，该物质可作为燃料用在组合动力循环的燃烧器中。

根据其他具体实施方案，该程序包括，在元件(107)最终冷凝处于环境压力下的所有水蒸汽之前，使用散热器和冷凝换热器(106/110)冷凝来自热量回收导管(103)的水蒸汽的一部分。

换热器元件(114)的冷凝热量的另一部分可用于藉由换热器盘管(131)单独预热燃料和助燃物。使用盘管(131)中获得的热量来预热组合循环的燃料和助燃物的这种应用不排除这种热量可能采用的任何其他类型的额外用途，即便这些是超越动力循环的范围的应用。当循环具有用于预热组合循环的燃料和助燃物的换热器元件(131)时，在蒸汽和气体进入元件(106)之前，该换热器元件(131)可无区别地定位在元件(114)内部，或者定位在导管(103)或(105)末端。

根据其他具体实施方案，该程序包括使用额外的机械压缩机(115)和(117)来增大元件(112)提供的蒸汽的压力以及重沸器(113)的从冷凝换热器元件(114)流出的蒸汽的压力，所述机械压缩机串联连接并且能够提供足够的压力以将所述蒸汽传送到必要热源(101)。

元件(114)中产生的冷凝液的一部分被用于冷却位于压缩级之间的循环通过冷却盘管(118)的蒸汽，而其余冷凝液则直接返回至重沸器(113)。

根据其他具体实施方案，该程序包括将布雷顿组成循环连接到兰金基本组成循环的旁路，水藉由该旁路进行交换，该旁路定位在再生冷凝液泵(111)的泵出管路与给水泵(119)的吸入端之间。

根据其他具体实施方案，该程序还包括以特定方式将从重沸器(113)流出的蒸汽的部分冷凝热量用于其他应用，该特定方式适合利用盘管(131)将所述蒸汽用在本发明的装置外部的独立应用中。

根据其他具体实施方案，该程序包括使用额外的机械压缩机(115)和(117)来增大重沸器(113)提供的蒸汽的压力，所述机械压缩机级联连接、其间具有冷却装置、并且能够提供足够的压力以将所述蒸汽传送到必要热源(101)。

根据其他具体实施方案，其包括：

-在组合动力循环作为封闭式循环来实施或者仅燃烧氢气的情况下，将蒸汽直接从热量回收导管CRC(103)传送到次级兰金循环的涡轮机TBP(127)，该操作在冷凝器(128)提供的真空条件下运行，冷凝液从该冷凝器处作为给水返回至兰金基本组成循环。藉由使用该程序，次级兰金循环使用与动力循环的其余部分相同的热流体。

根据本发明的程序，来自热量回收导管CRC(103)的输出气体可使用风扇(104)来压缩，该风扇将所述输出气体传送到冷凝换热器元件(105)，在该冷凝换热器元件中，在独立次级兰金循环的蒸发器(125)中产生蒸汽。

根据本发明的程序：

-热泵UAX(200)是一种制冷机，该制冷机将NH₃用作热流体并将水用作溶剂、通过组合压缩操作和吸收操作来运行，

-热泵UAX(200)的主发生器(201)充当冷储蓄器，唯一地吸收来自元件(107)的热量，

-热泵UAX(200)的唯一冷储蓄器在介于80℃与120℃之间的温度下工作，

-热泵UAX(200)的氨吸收器(210)充当热储蓄器，唯一地将热量传输到重沸器(113)，

-在热泵UAX(200)中，NH₃蒸汽的压缩发生在其间具有冷却装置的连续级中，

-热泵UAX(200)的压缩氨气冷凝器(207)让渡次级发生器(202)释放的所有热量，并且

-热泵UAX(200)的氨气蒸发器(209)使用热量产生超临界状态的NH₃，

-所述热量由位于压缩级(204和206)之间的冷却盘管供应至氨气蒸发器，并且

-部分潜热由在热状态下从吸收器(210)流出的浓溶液保持。

本发明的一个必要部分是执行压缩-吸收混合操作的热泵，即“UAX”(用于交换热量的吸收器单元)，该UAX能够高效且节约地满足这些要求以实现本发明的组合循环的布雷顿组成循环的再生。

用于交换热量的吸收器单元UAX(200)是一种具有混合功能(即，压缩和吸收)并采用水-氨气的热力系统，该热力系统循环且持续地工作，并被用作热泵以利用由压缩系统(203)从外部提供的特定量的机械能将热能从解吸氨并充当冷储蓄器的主发生器(201)传输到在较高温度下工作并充当热储蓄器的氨吸收器(210)。

解吸热泵UAX不与组合动力循环交换物质，但它的确从组合动力循环既接收压缩机械功、又接收由其冷储蓄器吸收的热量，从而随后通过其热储蓄器将所有这些能量恢复到循环。

组合循环将来自动力轴(130)的机械能传输到UAX的压缩机系统，并将来自元件(107)的热能传输到UAX的冷储蓄器，而该冷储蓄器则通过将热量从热储蓄器传输到重沸器(113)来将所有这些热量返回至组合循环，该重沸器在比水蒸汽先前冷凝时的温度高的温度下再生水蒸汽。

从功能角度看，热力循环以与跟其在能量上联接的组合动力循环“热力共生”的方式工作，热泵UAX(200)以特定方式运行该热力循环，从而使得根据本发明的装置的运行取决于动力循环与UAX的这种功能联系的建立。这是相对于现有技术的组合循环而言的一个关键区别。

组合动力循环的必要部件

对于像这样的根据本发明的组合循环运行的装置，一系列必要器件是不可或缺的，这其中不考虑其效率并且忽略对这种类型的装置的经济可行性具有决定性影响的任何其他类型的因素。

对于根据本发明的组合循环运行的装置不可或缺的“必要”部件如下：

101：必要热源。这是不可或缺的关键部件，热量通过该部件进入布雷顿组成循环。组合动力循环接收来自外部的能量，并且不可或缺地，通过必要热源执行所述接收。

这些流到达必要热源(101)(除此之外，在半封闭式循环的情况下，还包括燃料和助燃物)。所述流一方面包括来自兰金基本组成循环的涡轮机TAP(122)的蒸汽，其次包括来自布雷顿组成循环的压缩蒸汽。如果动力循环在压缩级之间具有蒸汽冷却系统，则所述流还包括最终进流，所述最终进流是由泵(129)泵送的冷凝液的一部分，所述最终进流在到达热源(101)之前可循环通过换热器元件(118)。

必要热源(101)因此是流属于布雷顿组成循环和兰金基本组成循环的覆盖范围的位点之一，这意味着，这隐含地是这两种组成循环之间的物质交换点。

当组合循环作为封闭式循环工作时，必要热源(101)始终是接收来自外部的热能的高温换热器。在这种情况下，到达必要热源的唯一物质是水，在这里提高其焓之后，所述水以传送到高温涡轮机TAT(102)的过热蒸汽的形式出现。

当必要热源(101)是增压内部氧燃烧燃烧器时，组合循环为半封闭式。在这种情况下，传送到高温涡轮机TAT(102)的水蒸汽在伴随有燃烧自身的气体的情况下循环(基本上由二氧化碳和更多的水蒸汽组成)。

102：高温涡轮机。TAT。这是燃气涡轮机，该燃气涡轮机对布雷顿组成循环而言是基础部件，该燃气涡轮机的功能是藉由被必要热源(101)传送来的热气相产生机械功。它被简称为TAT(西班牙语高温涡轮机的首字母缩写)，因为它是以整个装置中最高的温度工作的涡轮机。

由涡轮机TAT(102)转移的气相由在必要热源(101)为燃烧器的情况下伴随有燃烧气体的蒸汽组成。所述气相，在被扩散后，在高温状态下从涡轮机TAT流出，并且被传送到热量回收导管CRC(103)以利用其中所含的焓。

103：热量回收导管。CRC。这是从来自涡轮机(102)的逃逸气体中收回热量的换热器的气体侧。保持在涡轮机气体中的这种热量被用在CRC(103)中，以使用管状管道蒸发器和过热器(120)为兰金组成循环产生必要高压蒸汽。包含在来自涡轮机TAT(102)的逃逸气体中的热量的一部分可用于超越动力循环的范围的外部应用，这被称为“联产”。可选地，出于这一目的，并且取决于组合循环的运行设计参数，在CRC(103)的内部，可存在一些独立的换热器元件(133)。

此外，当存在中压再热器(134)、过热器(136)、过热器(126)和低压蒸发器(125)时，这些将始终定位在CRC(103)内部。可选地，换热器盘管(131)可部署在CRC(103)内，位于该导管末端、气体出口之前。

最后，气体始终在对应于“环境压力”的水蒸汽饱和温度下离开CRC(103)。

在所提供的组合循环的配置2(图2)中以及必要配置(图1)中，设计考虑了在热量回收导管CRC(103)的最终区段内循环的水蒸汽发生部分冷凝。

组合循环的根据图3的配置3或设计型式以及根据图6的配置5的特征在于，冷凝不发生在热量回收导管CRC(103)中并且在发生冷凝的地方设置有特定导管(105)。

就其本身而言，组合循环的根据图4的配置4或设计型式的特征在于，正好在冷凝发生之前，在CRC(103)中存在蒸汽提取连接件，蒸汽通过该蒸汽提取连接件直接传送到涡轮机TBP(127)。

128：散热器。在本报告中，散热器(128)被视为动力循环将损失的热量传输到外部环境时所经由的任何器件、设备或系统。在本发明中，这始终是蒸汽冷凝器，所述蒸汽冷凝器是将损失的热能运送到外部时所经由的单一元件。然而，这个功能对于兰金基本组成循环的运行、对于本发明的装置整体是不可或缺的。对包含在来自CRC(103)的输出气体中的水蒸汽进行冷凝的任何换热器元件都可以执行散热器(128)的功能；然而，出于能效原因，最经济的解决方案由以下步骤组成：提供回收所述热量(其能够在环境压力下在换热器的另一侧产生水蒸汽冷凝)的某种系统，诸如，属于另一额外兰金循环的蒸发器或者对预期用于任何类型的关注应用的热量进行提取的盘管(可能是，例如，联接到吸收式机器以产生工业冷量的热量回收系统)。当组合循环具有次级兰金循环时，其冷凝器(128)始终是将热量传输到外部时所藉由的器件。

109：接至兰金基本组成循环的冷凝液回流泵。这是转移由散热器(128)产生的冷凝液并在分配水之前使所述冷凝液循环通过冷凝液回流预热器(110)的泵，所述水馈给循环的不同部分。

110：给水预热器元件。这包括换热器以及定位在该换热器内的元件(106)。这是具有任何其他配置的管状盘管或换热器元件，其任务是，使用来自在换热器(106)的壳体侧发生的蒸汽冷凝的热量，升高在泵(109)的泵送下由该管状盘管或换热器元件返回至循环的冷凝液的温度。

106：给水预热器的冷凝换热器的壳体侧。这包括换热器以及冷凝液回流预热器元件(110)。这是从CRC(103)底部获得的剩余蒸汽所循环通过的换热器元件，在氧燃烧循环的情形中，所述剩余蒸汽伴随有不可冷凝的气体。在元件(106)中，发生水蒸汽的部分冷凝。藉由在这种冷凝中释放的热量，利用冷凝液回流预热器(110)升高了回流冷凝液的温度。

当存在燃烧中产生的任何水蒸汽流时，从该冷凝换热器元件(106)流出以引导至元件(107)的是伴随有所有不可冷凝的气体的水蒸汽流(当循环为封闭式时，不存在燃烧器，当燃料为含纯氧的氢气时，在燃烧中不产生不可冷凝的气体)。

在换热器元件(106)的底部，通过冷凝获得液态水，所述液态水随后连同来自元件(107)的冷凝液流一起被再生冷凝液泵(111)泵送。

107：再生冷凝器或液化设备。元件(107)将来自蒸汽冷凝的所有热量传输至主发生器(201)，该主发生器充当热泵UAX(200)的“冷储蓄器”。

再生冷凝器(107)接收来自元件(106)的蒸汽和不可冷凝的气体。继而，从(107)，在一侧获得不可冷凝的气体，在另一侧获得冷凝水蒸汽。再生冷凝器(107)在“环境压力”下工作，这对应于在布雷顿组成循环的最低温度下工作。最简单的选项(但这并不是不可或缺的)是使再生冷凝器(107)，就像换热器元件(106)和来自CRC(103)的出口那样，在接近环境压力的压力下运行，在这种情况下，这三个部件中的冷凝温度将接近100℃。

尽管会招致总体性能降低，但一个可行的选项，从行业利益的角度看在半封闭式循环配置方面更复杂但具有更大的相关性，由以下步骤组成：使元件(107)为CO₂液化设备，在该CO₂液化设备中，在连续压缩级中释放的所有热量都被传输到UAX(200)的发生器(201)。这种配置的目的是，从动力循环中提取经液化的氧燃烧CO₂以供储存、运输和处理，而不是在气态下取出所述CO₂。

元件(107)要成为CO₂液化设备需满足的条件是，在不同压缩级中产生的热量要在足够的温度下从位于CO₂压缩级之间的冷却换热器传输到UAX的主发生器(201)。

在这种情况下，应考虑的是，压缩机的机械功由装置的动力轴(130)自身提供(出于简洁原因，所有附图中都省略了这一表示)。

动力循环让渡至UAX(200)的所述热量稍后在较高的温度下通过重沸器(113)返回，该重沸器藉由通过氨吸收器(210)提供来的热量进行工作，该氨吸收器充当UAX(200)的“热储蓄器”。无论动力循环是以封闭式循环还是以半封闭式循环工作，在元件(107)中，从元件(106)到达该处的水蒸汽始终发生完全冷凝。这一操作的结果是，水蒸汽变成液体，而燃烧中产生的CO₂以浓气相或浓液相保持禁闭。

这尤其意味着，来自循环的CO₂在相对于其他常规组合循环而言低得多的温度下保持禁闭。如果，例如，为组合循环的冷凝液回流提供了某个其他额外的换热器，那么这个CO₂出气温度甚至可以进一步降低。发生在元件(107)中的这种相分离意味着，可以从循环中消除燃烧器中产生的所有CO₂以及可能伴随所述CO₂的任何其他不可冷凝的气态废弃物，而不需要所述CO₂与大气接触。

这为本发明的动力循环赋予了优于常规开放式组合循环的重要环境优势，因为它不招致向大气中排放任何类型的环境污染气体。

在氧燃烧过程中常见的是，燃烧时涉及超出化学计量值大约2％或3％的过量氧气以确保完全燃烧。这个未反应的氧气量从燃烧器循环通过CRC(103)和换热器元件(106)，在热流体中稀释，直到所述氧气最终到达元件(107)，在该元件处，所述氧气被作为不可冷凝的气体连同CO₂一起从循环中消除。当发生这种情况时，用于燃烧的过量氧气可在碳酸酐处理设备中回收以作为助燃物再用于循环。

最后，在元件(107)的底部，获得经脱气的水，所述水经由再生冷凝液泵(111)的泵送返回至组合循环的不同部分。因此，动力循环的可获得CO₂的唯一的区段是从燃烧器(101)和(122)到元件(107)的那个区段。

113：布雷顿组成循环的再生重沸器。这是布雷顿组成循环的再生器元件，“热泵”UAX通过该再生器元件以热量形式将先前使用元件(107)从循环自身收回的那些能量以及UAX的压缩机(203)从动力轴(130)获取的那些能量返回至组合循环。

重沸器(113)是换热器元件，热量通过该换热器元件从氨吸收器(210)返回至动力循环，该氨吸收器充当UAX(200)的“热储蓄器”。利用由UAX(200)通过吸收器(210)供应的所述热量，重沸器(113)在比水蒸汽先前在元件(107)中冷凝时的温度和压力高的温度和压力下再生水蒸汽。

因此，使用热泵UAX(200)进行的布雷顿组成循环的再生通过以下方式发生：在“冷储蓄器”的温度下回收蒸汽冷凝热量，从而随后使用“热储蓄器”将所述蒸汽冷凝热量返回至循环，进而在比水蒸汽先前冷凝时的温度和压力高的温度和压力下再生水蒸汽。

111：布雷顿组成循环的再生冷凝液泵。泵(111)将在冷凝换热器元件(106)中产生的冷凝液连同在元件(107)底部获得的经脱气的水一起吸入，并在足够压力下将所述冷凝液泵送到元件(112)以便所述冷凝液最终馈给重沸器(113)。

在该再生冷凝液泵(111)的泵出管路中，给水泵(119)的吸入管路设置有旁路，水通过该旁路在布雷顿组成循环与兰金组成循环之间进行交换，以建立物质和能量的平衡，为了实现根据本发明的组合循环的组成，所述平衡是不可或缺的，并且所述平衡取决于装置的设计变量以及循环的运行条件。

112：元件(112)，其选自：

-预热器(112)，其用于送至重沸器(113)自身的进水，

-以及热量回收换热器(112)，除预热重沸器(113)自身的进水之外，该热量回收换热器还可以加热送至泵(119)的给水并产生蒸汽，一旦在过热器(136)中升高了所述蒸汽的温度，所述蒸汽便可被引导至压缩机(115)和/或涡轮机(137)。

元件(112)是具有任何其他配置的管状盘管或换热器元件，该元件位于冷凝换热器元件(114)内部，该元件从该冷凝换热器元件接收热量，从而升高馈给再生重沸器(113)的水的温度。

进入元件(112)的是来自泵(109)和(111)的冷凝水。离开换热器元件(112)的是-传送到重沸器(113)的经加热的液态水流，如果该换热器元件仅执行这一功能，则该换热器元件被称为预热器(112)。

此外，两种其他的流也可从元件(112)流出：

-传送到给水泵(119)的经加热的液态水流，

-蒸汽流(处于高于大气压力的压力下)，所述蒸汽流被传送到蒸汽压缩机(115)的第一额外级和/或过热器(136)以便随后在其进入涡轮机TBP(127)之前在额外的涡轮机(137)内部部分地扩散。

114：元件(112)的冷凝换热器的壳体侧。这是内部有元件(112)的冷凝换热器元件。来自再生重沸器(113)的蒸汽循环通过所述元件(114)，在该元件(114)处，水蒸汽部分地冷凝，使得焓被回收到元件(112)中，除预热馈给重沸器(113)自身的水之外，该元件(112)还可以加热送至泵(119)的给水或者/并且产生蒸汽。由于所发生的部分冷凝，从元件(114)的底部获得了液态水流。这种冷凝水使用冷凝液泵(129)泵送，并且部分所述冷凝水被传送到必要热源(101)，先通过对机械压缩级(115)和(117)之间的蒸汽进行冷却的换热器元件(118)。由冷凝液泵(129)泵送的冷凝液的其余部分直接再循环到重沸器(113)。如果组合循环不具有补充蒸汽压缩机(115)和(117)，则由泵(129)泵送的冷凝液的一部分可直接传送到必要热源(101)。

可选地，并且为了改进循环的性能，还可以在元件(114)内部设置额外的盘管(131)，该盘管尤其可用于根据燃料和助燃物的供应条件来预热燃料和助燃物。该盘管(131)还可以无区别地定位在紧邻地位于蒸汽和气体进入元件(106)的位置之前的位置。该盘管(131)还可以用于从元件(114)提取预期用于超越装置自身的其他类型的外部应用的热量。

129：冷凝换热器(114)的底部冷凝液泵。这是在足以传送到必要热源(101)的压力下泵送从元件(114)底部获得的冷凝液的泵。当组合循环具有压缩机(115)和(117)时，这种由冷凝液泵(129)泵送的水流循环通过盘管(118)以冷却两个压缩级之间的蒸汽。在冷凝液泵(129)之后，所述流被分为两股。一部分传送到必要热源(101)，如果组合循环具有压缩机(115)，则该部分先通过换热器元件(118)，而由冷凝液泵(129)泵送的冷凝液的剩余部分则直接返回至重沸器(113)。

119：用于兰金基本组成循环的给水泵。这是将水泵送通过兰金基本循环的蒸汽发生器元件的泵。该泵提供整个装置中产生的最高压力值。

给水泵(119)基本上由通过泵(109)泵送的冷凝液的回流馈给。此外，组合循环在泵(111)的泵出端与泵(119)的吸入端之间具有旁路，通过该旁路，可以在布雷顿组成循环与兰金基本组成循环之间交换热流体(水)。可以还向给水泵(119)供应在元件(112)中加热的水流。该旁路的流向取决于设计和循环运行变量。

120：兰金基本组成循环的节热器或节热器管状管道。这些是定位在CRC(103)内部的换热器元件，所述换热器元件用于以在兰金基本组成循环中产生蒸汽时的压力，将来自给水泵(119)的供水预热至接近所述供水的沸点的温度。

121：兰金基本组成循环的蒸发器和过热器的管状管道。蒸发器和过热器是定位在CRC(103)内部的换热器元件，所述换热器元件产生兰金基本组成循环的增压蒸汽。在节热器(120)中预热的水进入蒸发器管道，并且最后流出过热水，如果动力循环包含该元件，则所述过热水被传送到涡轮机TAP(122)或补充热源(132)。

122：兰金基本组成循环的(高压)涡轮机TAP。该蒸汽涡轮机的目的是根据兰金基本组成循环产生功。涡轮机TAP(122)从最后一个过热器(121)或补充热源(132)的管状管道接收过热蒸汽，前提是有所述过热蒸汽可用。其特征在于，该涡轮机是以整个装置中最高的压力工作的涡轮机，这就使得它被简称为TAP(西班牙语高压涡轮机的首字母缩写)。该涡轮机在背压下工作，从而以一定方式执行气态流体的部分扩散，进而使得输出蒸汽处于足够高的压力下以便到达逃逸蒸汽所传送至的必要热源(101)。

尽管这是无关紧要的，但当动力循环具有涡轮机TPI(135)时，该涡轮机接收来自逃逸的或从涡轮机TAP(122)提取的蒸汽。

130：装置的动力轴。这是装置需要或产生机械功的所有机器(涡轮机、泵和压缩机)所联接的元件或元件阵列。该动力轴是获得装置的有用机械能的位点(装置的涡轮机、压缩机和泵联接到该位点)。

除泵和风扇(104)之外，附图中还示出了公共动力轴(130)，以有利于理解如何获得净机械组合循环，但也可以根据本发明体现采用连接到独立发电机或电机的单独动力轴的任何动力循环。

热泵(UAX)的基本部件

UAX，如上文所述那样，是本发明的藉由氨气和水来工作的装置的必要部件。

组成热泵UAX的部件在附图的图5中示出。组成UAX的器件有：

201：主发生器。这是氨解吸器，其充当UAX的“冷储蓄器”并且负责接收由属于组合动力循环的元件(107)释放的热量。主发生器由来自次级发生器(202)的中浓度氨水溶液馈给，在一侧，流出潮湿的气态氨以用于压缩，而在另一侧，流出被吸入传输泵(215)的稀溶液。

202：次级发生器。这是部分氨解吸器，其使用由压缩氨蒸汽冷凝器(207)供应来的热量进行工作。在氨吸收器(210)处产生的全部浓溶液，在先冷却之后，进入次级发生器。在一侧，从次级发生器流出的是，要连同从主发生器(201)获得的氨气一起压缩的潮湿气态氨，在另一侧，从次级发生器流出的是，从底部获得且要被送去馈给主发生器(201)的经部分脱气的水。次级发生器(202)在略高于主发生器(201)的压力下工作，以得到从它们中的一者流至另一者的溶液。

203：氨气压缩机。这个词应用于串联连接的压缩机阵列，所述压缩机的功能是，增大来自这两个发生器(201)和(202)的潮湿气态氨的压力。气态氨的压缩在与气体的中间冷却装置串联连接的连续压缩级中执行，其目的在于最大化过程的总体效率。为此，压缩机阵列从组合循环装置的动力轴(130)接收机械功。压缩机(203)的阵列增大气态氨的压力，以至少使NH₃饱和温度超过次级发生器(202)执行解吸的温度，从而使得能够将热量传输到该次级发生器。

这个制冷气体压缩级不发生在常规吸收式机器中，从而使得这是UAX的必要特性。通过利用除压缩机之外的吸收-解吸循环，据认为，UAX(200)是一种混合型吸收压缩系统，该系统整体充当热泵。

从最后一级流出的压缩氨蒸汽被使得循环通过最终压缩氨气冷却元件(205)并直接通过另一个冷却盘管(206)，这就意味着所述压缩蒸汽中包含的热量在UAX的其他元件中被再利用。

204：位于连续压缩级之间的气态氨冷却元件。这由负责对位于组成压缩机(203)的每个级对之间的气态氨进行冷却的所有换热器元件组成。所有这些换热器元件都位于超临界氨气蒸发器(209)内部，所述换热器元件将自身散发的所有热量都让渡至该超临界氨气蒸发器，为此，这些冷却元件(204)各自的运行温度都必须超过超临界氨气蒸发器(209)的运行温度。

205：最终压缩氨气冷却元件。该元件，连同最终稀溶液加热器元件(216)一起，组成换热器。循环通过最终压缩氨气冷却元件(205)的是从压缩机(203)的最终级流出的蒸汽，从而将热量让渡至最终加热器元件(216)，其目的在于，稀溶液应在不比氨吸收器(210)中发生气体吸收时的温度低的温度下到达该元件(210)。鉴于这一事实，该元件(205)是具有整个UAX(200)中的最高温度的元件。

206：压缩氨气冷却盘管。它位于超临界氨气蒸发器(209)内部，最终压缩氨气冷却元件(205)下游。在该盘管(206)中，压缩气态氨在到达压缩氨蒸汽冷凝器(207)之前被冷却。盘管(206)释放的热量在内部使用以在氨气蒸发器(209)中产生气态氨，从而使得该氨气蒸发器在高于NH₃临界点(的温度)的温度下工作。

207：压缩氨蒸汽冷凝器。在该准备中，处于由压缩机(203)提供的压力下的饱和氨蒸汽被转变为液相并将自身通过冷凝释放的所有热量传输到次级发生器(202)，这样，次级发生器就可以执行解吸。压缩氨蒸汽冷凝器(207)在尽可能低的温度下从换热器元件(206)接收气态氨，但要以次级发生器(202)可正确运行的方式接收。扩散器(218)是将盘管(206)与冷凝器(207)相分离的部件。

从压缩氨蒸汽冷凝器(207)获得的液态氨使用冷凝氨泵(208)泵送到超临界氨气蒸发器(209)。

208：冷凝氨泵。这是在出口压力高于冷凝氨临界点的情况下将冷凝氨从压缩氨蒸汽冷凝器(207)泵送到超临界氨气蒸发器(209)的泵。在泵(208)的泵出管路中，达到整个UAX(200)中的最高压力。

209：超临界压力氨气蒸发器。它接收由冷凝氨泵(208)泵送的氨冷凝液，并在高于氨临界点的温度和压力(113.5bar/133.5℃)下将所述氨冷凝液转变为气体。为此，蒸发器(209)一方面再利用从压缩氨气冷却盘管(206)和冷却元件(204)接收的残余热量，该压缩氨气冷却盘管和该冷却元件传输通过压缩机(203)中的焦耳-汤姆孙效应(Joule-Thomsoneffect)产生的热量。另一方面，该蒸发器还再利用由浓溶液盘管(211)(比从解吸器流出的溶液浓)传输来的潜热，从吸收器(210)流出的浓溶液的一部分循环通过该浓溶液盘管。这就意味着，超临界氨气蒸发器(209)通过使用来自UAX系统自身的回收热量来执行其功能，不需要其他外部热源参与。

以超临界状态从氨气蒸发器(209)流出的气体被直接送到吸收器(210)。

210：氨吸收器。其目的在于在超临界压力和温度的条件下将气态氨溶解在水中。这是充当UAX的“热储蓄器”并且负责将自身散发的热量传输到组合动力循环的再生器重沸器(113)的元件。

吸收器(210)利用扩散器(217)由来自超临界氨气蒸发器(209)的气态氨馈给，此外，它还由来自主发生器(201)的稀氨水溶液在被传输泵(215)泵送并被换热器元件(214)和(216)连续预热之后进行馈给。

从吸收器(210)流出的是浓氨溶液，所述浓氨溶液被传送到次级发生器(202)和主发生器(201)，从而闭合吸收-解吸循环。在从吸收器(210)流出之后，浓溶液流被分为两股。一部分被使得循环通过逆流换热器的换热器元件(213)，而剩余流则循环通过浓溶液盘管(211)，该浓溶液盘管提供在蒸发器(209)中产生超临界氨气所用的热量。最后，在交换了热量之后，这两股浓溶液在扩散器元件(212)之前再次汇合。

在超临界条件下将氨气溶解在水中是一个放热过程。氨吸收器(210)释放的热量被传输到重沸器(113)，以在组合动力循环中再生蒸汽。因此，吸收器(210)履行UAX(200)的“热储蓄器”功能。

211：蒸发器(209)中的浓溶液盘管。它位于超临界氨气蒸发器(209)内部，在该超临界氨气蒸发器中，该盘管(211)以降低从氨吸收器(210)循环通过该盘管的浓溶液的温度为代价释放热量。

213：稀溶液与浓溶液之间的换热器元件。浓溶液侧。该元件(213)连同换热器元件(214)一起形成逆流换热器的一部分，该元件(213)将热量传送到该换热器元件(214)。从氨吸收器(210)流出的浓溶液的互补部分循环通过该元件(213)，但不循环通过浓溶液盘管(211)。该换热器元件(213)的任务是，在浓溶液进入次级发生器(202)之前，降低浓溶液的温度。

212：浓溶液扩散器。一旦分别在换热器元件(211)和(213)中冷却的两股浓溶液流再次汇合，正好位于所述浓溶液进入次级发生器的位置之前的扩散器(212)便实现了获得次级发生器(202)中的解吸运行压力。

214：稀溶液与浓溶液之间的换热器元件。稀溶液侧：该元件(214)连同从其接收热量的元件(213)一起形成逆流换热器的一部分。该逆流换热器的任务是，使浓溶液在可能的最低温度下进入次级发生器(202)，同时设法在稀溶液进入氨吸收器(210)之前加热所述稀溶液。

循环通过该换热器元件(214)的是来自主发生器(201)的在到达吸收器(210)之前由传输泵(215)泵送的稀溶液，其目的在于，藉由部分浓溶液在逆流状态下加热所述稀溶液。

215：稀溶液传输泵。这是转移离开主发生器(201)的稀溶液并将所述稀溶液传送到氨吸收器(210)的泵，但所述稀溶液先通过用于升高所述稀溶液的温度的换热器元件(214)和(216)。

216：最终稀溶液加热器元件。换热器元件(216)连同最终压缩氨气冷却元件(205)一起组成逆流换热器。循环通过该元件的是来自换热器元件(214)的稀溶液，并且该元件使用由从压缩机(203)的最终级流出的蒸汽传输的热量来确保溶液在相同的运行温度下到达氨吸收器(210)。

217：朝向吸收器(210)的气态氨扩散器。该扩散器(217)用于使来自蒸发器(209)的超临界氨气的压力与氨吸收器(210)的运行压力匹配。

218：朝向压缩氨气冷凝器(207)的气态氨扩散器。氨气扩散器元件(218)以特定方式产生压缩氨蒸汽冷凝器(207)的运行所必需的压力和温度降低，从而使得冷凝器(207)与次级发生器(202)之间的热交换能够建立。

用于交换热量的吸收器单元(UAX)的具体特性取决于其正辅助的组合循环的运行要求和变量。

为了有效地“再生”本发明的布雷顿组成循环，热泵UAX(200)必需满足以下条件：

-仅与正被辅助的动力循环交换能量。也就是说，由冷储蓄器吸收的所有热量都应获取自动力循环，并且由热储蓄器释放的所有热量都应再传输到动力循环的不同位点。与外部交换能量将是一种效率损失；

-UAX的冷储蓄器必须，出于回收目的，在环境温度(介于80℃与120℃之间)下捕获水蒸汽冷凝热量。-需要实现UAX的储蓄器之间的尽可能大的热跃迁(温差)，因为热储蓄器必须事先再生冷凝饱和水蒸汽，但要在可能的最高压力下进行所述再生以提高系统的效率；

-性能(CoP)应尽可能高：换言之，相较于压缩机消耗的机械功，从冷储蓄器传输到热储蓄器的卡路里量应非常大；

-热泵UAX从外部获取的所有能量(机械能和热能)都必须由正被辅助的那个组合循环的动力轴(130)供应；

-热泵UAX释放的全部热能(UAX自身的实际损失除外)应通过其“热储蓄器”输出并用于通过其重沸器(113)在动力循环中再生蒸汽。

每台吸收式机器，以及因此同样UAX，根据吸收-解吸的循环过程工作。吸收是为将气体溶解在液体溶剂中的过程所起的名称。相反的可逆过程被称为解吸，在该相反的可逆过程中，气体从溶液中释放。在UAX的特定情形中，氨气用作溶质，水用作溶剂。

氨气在水中的吸收是一个可逆的放热过程，从而使得在每个吸收器中，当将气体溶解到液相中时，存在热量释放。就其本身而言，发生在发生器中的水中氨气解吸的逆向过程始终被证实是吸热的，这就意味着，它的运行需要热量供应。

据认为，UAX是一种混合型压缩-吸收热泵，因为其运行与两套系统同时共享公共特性。这就意味着，除泵、气体扩散器元件和换热器之外，UAX必须还包括吸收器、解吸器、蒸发器、冷凝器和压缩机。

常规吸收式机器是由机器藉以从外部吸收热量的两个关键部件(发生器和蒸发器)与机器藉以将热量释放到外部的两个关键部件(吸收器和冷凝器)组成。然而，为了让“热泵”可用于再生本发明的组合循环，绝对必要的是，该热泵由仅一个“冷储蓄器”(热泵通过该冷储蓄器接收来自动力循环的低温热量)和仅一个“热储蓄器”(热量通过该热储蓄器返回至循环，但在较高温度下返回)组成。这恰恰是UAX区别于其他吸收式机器的基本特性。

尽管UAX(200)由与任何其他吸收式机器相同的基本元件组成，但其特征在于，在仅一个关键部件处吸收外部热量并且在仅一个另外的关键部件处释放所述热量(考虑到实际损失可以忽略)。这通过以下方式来实现：回收由其元件中的某些元件释放的热量，并再利用内部热量以提供其元件中的另一些元件所需的热量。

由于溶液组分所显示的物理化学亲和力，将气体溶解在液体中的过程始终被证实为与其仅冷凝相比放热更多。其直接结果之一是，在吸收式机器中，通过吸收-解吸(吸收器(210)和主发生器(201))方式工作的关键部件所释放和吸收的热量分别多于在压缩氨蒸汽冷凝器(207)中释放的以及在超临界氨气蒸发器(209)中吸收的热量。

为了成功地将最大特定量的热量从UAX的冷储蓄器传输到其热储蓄器，UAX在内部再利用某些热流以防止其压缩氨蒸汽冷凝器(207)和其超临界氨气蒸发器(209)与外部交换能量，从而将吸收器(210)和主发生器(201)分别保持作为唯一的热储蓄器和冷储蓄器。

从热力学角度看，并且不同于压缩式制冷机，常规吸收式机器在严格意义上不能被视为热泵，因为它们不将热量从较冷的储蓄器传输到较暖的储蓄器。通常，机器通过最冷的元件(冷凝器)和最热的元件(发生器)同时吸收热量。

UAX(200)区别于其他常规吸收式机器的一个特质在于，它实际上不作为热泵来工作，即，不将热能从冷位点传输到较暖的位点。这种传输通过以下方式来实现：使热泵UAX以与制冷机的常用工作方式相反的运行压力来工作。

在任何制冷机中，无论是基于压缩还是基于吸收，回路都有一部分在高压下工作，有另一部分在低压下工作(冷凝器在比蒸发器高的压力下工作)。

在压缩式热机器的情形中，蒸发器与冷凝器之间的压差由压缩机强制实现。差压区域划定在压缩机与扩散器之间。

在吸收式机器中，发生器和冷凝器在比蒸发器和吸收器高的压力下工作。正是吸收器-解吸器系统的运行引起了存在于一些部件与另一些部件之间的压差。

UAX的一个特定特性是，它以与常规制冷机相反的运行压力来工作：换言之，其吸收器(210)和超临界氨气蒸发器(209)的运行压力高于其压缩氨蒸汽冷凝器(207)以及其主发生器(201)和次级发生器(202)的运行压力。为此，传输泵(215)使稀溶液从发生器(201)循环到在较高压力下工作的氨吸收器(210)。

为了以相反的压力工作，UAX(200)需要机械手段。在这一点上，UAX区别于任何其他常规吸收式机器的地方在于，回路中的压差不是引发的，而是通过采用用于这个目的的压缩机和泵来强制实现的。

为了使UAX以相反的压力工作，必须精确确定吸收器(210)和主发生器(201)的运行温度，因为影响氨气在水中的溶解度的两种抗衡的效应是同时产生的。一方面，液相必须能够在较高压力下溶解更多气体，但另一方面，气体将被证实为在较高温度下具有较低溶解度。

显然，为了使系统能够作为热泵来工作，在吸收器(210)中，氨气在水中的溶解度需要始终高于在主发生器(201)和次级发生器(202)中的溶解度，其原因在于，在任何吸收器中，由于气体溶解，因此始终存在浓度上升，而在任何发生器中，由于正是在这里发生气体解吸，因此始终会产生稀溶液。

为了达到最大效率，在以上任一情况下，都必须在运行温度和运行压力之间找到理想的权衡，因为，一方面，通过降低压力在主发生器(201)和次级发生器(202)中引发解吸，而另一方面，氨吸收器(210)的效率随其运行压力而上升。然而，鉴于UAX的任务是充当热泵，因此预期的是，热储蓄器与冷储蓄器之间的热跃迁应尽可能大。考虑到这一点，随着温度在吸收器(210)中升高，氨气的溶解度往往变得更低，而随着温度在主发生器(201)和次级发生器(202)中降低，所述溶解度往往升高，从而妨碍解吸性能。

可使用压缩机将热量从低温位点传输到另一个较暖位点的热力系统被称为“热泵”，这恰恰是由作为本发明客体的“用于交换热量的吸收器单元”执行的功能。

鉴于上述原因，应当指出的是，为了使“用于交换热量的吸收器单元”(UAX)作为对本发明的动力循环提供辅助的热泵来工作，必须执行一系列特定修改，所述修改组成UAX(200)的具体特性。使UAX区别于其他吸收循环的这些特定修改有：

1.-为了使氨吸收器(210)散发热量，但要在比主发生器(201)的工作温度高的温度下散发热量，必须逆转运行压力：换言之，吸收器(210)的工作压力应高于氨解吸所用的部件(主发生器(201))的工作压力。为此，需要传输泵(215)，在稀溶液进入次级发生器(202)之前，该传输泵将所述稀溶液泵送到氨吸收器(210)和扩散器(212)。

2.-为了使UAX不将热量损失到外部，必须回收压缩氨蒸汽冷凝器(207)释放的热量，将所述热量传输到次级发生器(202)解吸器，从而使得前者的工作温度略高于后者的温度。必须使用压缩机(203)增大氨气的蒸汽压力，以便所述氨气在一定温度下冷凝，该温度高于在发生器中所述氨气在溶液中蒸发的温度。

3.-鉴于压缩氨蒸汽冷凝器(207)释放的热量被回收到UAX自身中，氨吸收器(210)组成热量释放到外部时所经由的唯一位点(如果因传导、对流和辐射所致的实际热量损失被视为可忽略)。

4.-为了提高效率，用作制冷气体的氨气的压缩在具有中间冷却装置的多个级中进行。这就意味着，在压缩级之间，存在必须消除的热量。此外，有益的是，压缩氨蒸汽在尽可能低的温度下到达压缩氨蒸汽冷凝器(207)，但前提始终是，该压缩氨蒸汽冷凝器仍可将热量传输到次级发生器(202)。

通过适当地选择系统的运行温度，可以通过以下方式提供蒸发器(208)所需的热量：向该蒸发器传输过量热量以将氨气转变为临界状态，所述过量热量包含在压缩机(203)之后的蒸汽流中以及从吸收器(210)流出的浓溶液中。当这些过量热量的总和满足氨气蒸发器(209)的需求时，从外部提供热量以在超越氨气“临界点”的条件下产生氨气就变得不必要，并且同时，将冷却热量排出到外部的需求也消失。

5.-通过使用从系统自身回收的热量来供应超临界氨气蒸发器(209)所需的热量，主发生器(201)变成UAX从外部接收热量时所藉由的唯一关键部件。

通过适当地执行所有这些修改，设计吸收式机器被证实为可行，所述吸收式机器通过利用级联连接的压缩机(203)的阵列防止其压缩氨蒸汽冷凝器(207)和其超临界氨气蒸发器(209)与外部交换热量，从而使主发生器(201)成为系统从外部吸收热量时所藉由的唯一冷储蓄器，而吸收器(210)则在较高温度下工作，充当热量释放到外部时所藉由的唯一热储蓄器。

热泵(UAX)的运行

1.-为了使UAX(200)，就像任何其他吸收系统那样，能够以封闭式循环连续运行，必须建立一回路，该回路用于在“吸收”气体从而产生浓溶液的部件与执行“解吸”从而产生稀溶液的另一个部件之间交换溶液。换言之，稀溶液从主发生器(201)流出并循环到氨吸收器(210)，而浓溶液离开吸收器(210)并以相反的方向循环到主发生器(201)以便再度回收。

根据上述事实，在一件器件与另一件器件(吸收器(210)与发生器(201))之间，但在相反的方向上，为这两种溶液建立逆流循环。

鉴于吸收式机器的发生器(解吸器)和吸收器始终在不同压力下工作，溶液在不需要机械辅助的情况下从处于较高压力下的机器朝处于较低压力下的机器流动。然而，在逆流状态下从处于较低压力下的机器朝处于较高压力下的机器循环的另一种溶液需要由泵驱动。

在UAX(200)中，不同于常规吸收式机器，吸收器(210)在比主发生器(201)高的压力下工作，并且因此传输泵(215)将稀溶液从主发生器(201)泵送到吸收器(210)。

2.-UAX(200)由两个解吸器或发生器组成，其中一个解吸器或发生器被我们称为次级发生器(202)，另一个解吸器或发生器被我们称为主发生器(201)。这两个发生器以级联形式工作，这就意味着，从次级发生器(202)流出的部分解吸溶液组成主发生器(201)的供应。

氨气的解吸需要添加热量，因为这是一个吸热过程，这就使得所有发生器都需要供应热量才能运行。在UAX中，每个发生器从不同的来源接收热量：次级发生器(202)由压缩氨蒸汽冷凝器(207)供应热量，而主发生器(201)从组合循环接收热量。因此，主发生器(201)的工作温度始终取决于布雷顿组成循环中流体的冷凝温度。所述冷凝发生在元件(107)中。

UAX(200)的发生器(201)和(202)的运行压力取决于UAX的设计解程度(稀溶液的浓度)，但次级发生器(202)始终在显著高于主发生器(201)的压力下工作，从而使得中浓度溶液在不需要机械手段的情况下从其中一个发生器流到另一个发生器。

主发生器(201)是以UAX(200)中的最低压力工作的器件，因此，需要从该部件获得的稀溶液在足以馈给氨吸收器(210)的压力下在传输泵(215)的泵送下循环。

3.-从这两个发生器(主发生器(201)和次级发生器(202))获得的氨蒸汽，就像在任何常规解吸器中获得的氨蒸汽那样，始终含有特定量的湿度。在本专利中，UAX(200)中的“氨蒸汽”一词始终是指“潮湿的”氨蒸汽。在本报告中，不对这种潮湿氨气提供特殊考虑，因为在UAX所需的压力和温度条件下，这个湿度非常低，并且这不会改变循环的必要运行。

在发生器(201和202)中解吸的氨气被传送到压缩机(203)的阵列。在这里，压缩过程在连续级中执行，同时对正被压缩的流体进行中间冷却，其目的有两个：一方面，改进压缩的机械效率，另一方面，拥有能够将热量提供到超临界氨气蒸发器(209)的多个热量储蓄器。也就是说，位于压缩级之间的这一系列冷却元件(204)将所述热量传输到氨气蒸发器(209)，从而避免所述热量损失到循环外部。

这一系列压缩机(203)通过动力轴(130)从组合循环自身获取机械功，从而使得所述功被视为由组合动力循环自我消耗。鉴于机械能的自我消耗越低，组合循环的净效率就越大，有益的是，压缩过程尽可能高效。

从压缩机(203)的第一级流出的蒸汽的最终压力由压缩氨蒸汽冷凝器(207)的运行压力决定，而该运行压力则直接取决于在与其交换热量的次级发生器(202)中发生解吸时的温度。

4.-UAX的一个运行要求是，氨蒸汽必须在比吸收器(210)的温度高的温度下从压缩机(203)的最后一级流出，从而使得最终压缩氨气冷却元件(205)可加热稀溶液以确保液相在不比氨蒸汽在该器件中溶解时的温度低的温度下进入吸收器(210)。

5.-同样是UAX(200)运行的一个不可或缺的要求的是，从不同气态氨冷却元件(204)和最终压缩氨气冷却元件(205)流出的压缩氨蒸汽应处于比超临界氨气蒸发器(209)的温度高的温度下，从而使得可以使用在超临界状态下产生氨气时所藉由的压缩氨气冷却元件(206)传输所述热量。

6.-让渡热量之后，氨蒸汽被使得在尽可能低的温度(与压缩氨蒸汽冷凝器(207)中的饱和温度接近的温度)下从压缩氨气线圈(206)流出，所述氨蒸汽随后在扩散器(218)中部分地扩散以达到冷凝器(207)的工作压力。

7.-在冷凝器(207)中，将压缩氨蒸汽转变为液体，同时释放热量，所述热量被全部传输到次级发生器(202)，从而使得该次级发生器可执行浓溶液的部分解吸。

为了将热量从压缩氨蒸汽冷凝器(207)传输到次级发生器(202)，在压缩氨蒸汽冷凝器(207)中发生的氨蒸汽饱和的温度必须比次级发生器(202)中发生的解吸的温度高出相当多。鉴于饱和温度对应于特定压力，因此正是所述特定压力决定压缩机(203)的最终压力。

8.-在压缩氨蒸汽冷凝器(207)底部收集的液相氨通过冷凝氨泵(208)的泵送在高于“临界点”压力的压力下被传送到超临界氨气蒸发器(209)。

9.-进入超临界氨气蒸发器(209)后，液态氨先被加热，然后在高于氨“临界点”压力和温度(113.5bar/133.5℃)的压力和温度下变成气态。

超临界氨气蒸发器(209)执行其功能所需的热量通过在足够的温度下恢复由UAX自身的元件(204)，(206)和(211)释放的过量热量来获得。

供应超临界氨气蒸发器(209)所需的热量的换热器元件如下：

-位于不同压缩级之间的冷却元件(204)的阵列。

-在压缩氨蒸汽进入压缩氨蒸汽冷凝器(207)之前冷却所述压缩氨蒸汽的冷却盘管(206)。

-换热器元件(211)，从氨吸收器(210)流出的热浓溶液的一部分循环通过该换热器元件。

为了使UAX能够高效工作，必须始终保持超临界氨气蒸发器(209)所需的热量与由换热器元件(204)、(206)和(211)的阵列分别添加的热量之间的均衡，这在能量上仅取决于组合循环。

在UAX中，这种热平衡通过使蒸发器(209)在高于氨临界点压力的压力下工作来实现和控制。这是UAX区别于任何其他常规吸收式机器的基本特性。

当在比蒸发器(209)中的NH₃临界点压力略高的压力下工作时，可以修改这里所吸收的热量。当氨气的压力和温度超过其临界点时，出现“热异常”，在所述热异常中，超临界流体中的小的压力变化需要大的焓变化，才能实现非常小的温度变化(在氨的压力-焓图中，一超过临界点，等温线就变得几乎水平)。

上述情形的直接结果是，超临界氨气蒸发器(209)中的能量平衡通过对其运行压力执行最小限度的修改来实现。这种修改继而通过冷凝氨泵(208)和扩散器(217)的联合操作来实现，从而为系统整体提供了额外的运行灵活性。

10.-一旦氨气在超临界条件下离开蒸发器(209)，所述氨气便会因其自身的压力而流至吸收器(210)。在供气体进入吸收器(210)的进气管路中，存在阀门(217)，该阀门负责对氨吸收器(210)和超临界氨气蒸发器(209)两者的运行压力进行匹配。

通过调节吸收器(210)的运行压力，这会控制溶液中的氨浓度、运行温度以及该器件中释放的热量。

11.-除气态氨之外，氨吸收器(210)还接收来自主发生器(201)的所有稀溶液，在此之前，所述稀溶液已被传输泵(215)泵送并在换热器元件(214)和(216)中进行了加热。当两股流混合时，这会产生气态氨溶解，通过该气态氨溶解，水溶液增大其氨浓度，从而增浓“浓溶液”。显然，为了使这种情况如上文所述那样发生，氨气在吸收器(210)中的溶解度必须始终大于在发生器(201和202)中的溶解度。这通过适当地选择吸收器(210)和发生器(201和202)的运行压力和温度来实现。

为了能够提高氨气在水中的溶解度，当设计条件有此要求时，可以向溶液中添加能够与氨离子形成络合基团的化学物质(诸如氯化银)。

在吸收器(210)中获得的浓氨溶液在冷却后传送到发生器(201和202)，从而闭合工作循环。

由于气态氨的溶解过程，从吸收器(210)流出的浓溶液的量始终超过离开主发生器(201)的管路稀溶液的量。

这对于换热器的设计非常重要，因为浓溶液在一定温度下离开吸收器(210)，该温度足以使其焓一方面能够在逆流换热器(213/214)处再利用，另一方面能够在定位在蒸发器(209)内部的加热器(211)处再利用。

12.-为了执行这种双换热器功能，在热状态下从氨吸收器(210)流出的浓溶液流被分为两股。一方面，特定量的溶液循环通过换热器元件(213)以在逆流状态下预热循环通过换热器元件(214)的稀溶液，而剩余溶液则循环通过浓溶液盘管(211)，该浓溶液盘管将热量让渡至蒸发器(209)以产生超临界状态的氨。

13.-在让渡了其焓并冷却之后，所述两股浓溶液流在进入次级发生器(202)之前再次组成一股。

位于次级发生器(202)上游的扩散器(212)在浓溶液中所含的氨气发生部分解吸的压力下工作。

14.-由于发生在次级发生器(202)中的部分解吸，释放了特定量的潮湿气态氨，所述潮湿气态氨被直接传送到压缩机(203)。

次级发生器(202)解吸氨气所需的热量通过与压缩氨蒸汽冷凝器(207)交换热量来接收，不必使用任何其他额外的热源。

从次级发生器(202)底部获得的中浓度溶液流至主发生器(201)，所述中浓度溶液在不需要机械手段的情况下在其自有的压力下馈给该主发生器。

15.-在主发生器(201)中，发生级联的第二解吸阶段。由于这个过程，释放了额外量的氨蒸汽，所述氨蒸汽连同在次级发生器(202)中获得的蒸汽一起直接传送到压缩机(203)。

从主发生器(201)底部获得了稀氨溶液(比从次级发生器(202)流出的稀氨溶液烯)，所述稀氨溶液通过稀溶液传输泵(215)再传送到吸收器(210)，从而闭合吸收-解吸循环。

主发生器(201)执行最终解吸级所需的热量通过与组合动力循环的元件(107)交换热量来从UAX外部供应。

主发生器(201)是在UAX的最低温度下工作的器件，是循环的以扮演该热泵的“冷储蓄器”角色的方式通过UAX从外部接受热量的唯一位点。

为了使UAX能够高效工作，必须严谨地指定主发生器(201)的运行压力和温度，以满足一系列不可或缺的要求。一方面，氨气在次级发生器(202)的条件下的溶解度必须始终低于氨吸收器(210)中的溶解度。这通过升高解吸温度来实现：然而，另一方面，UAX(200)的目的是作为热泵工作，因此，有益的是，充当冷储蓄器的主发生器(201)在尽可能低的温度下执行所述解吸，这就恰恰意味着，溶解度往往逆预期地升高。

16.-在主发生器(201)中获得的稀溶液被传送到吸收器(210)，从而使得UAX以封闭式循环工作。为此，转移稀溶液的传输泵(215)需要在比氨临界点压力高的压力下，即在吸收器(210)的工作压力下，执行所述传送。

17.-鉴于氨吸收器(210)充当热储蓄器，为了提升效率，有益的是，该氨吸收器将尽可能多的热量传输到组合循环的重沸器(113)。其优选的方式是，在尽可能高的温度下使稀溶液到达吸收器(210)。

与此相反的是，当充当从外部接收热量的冷储蓄器的主发生器(201)接收到低温稀溶液时，UAX的效率提升。

为了改进UAX(200)的总体效率，并同时满足这两种需求，在稀溶液与浓溶液之间提供了分别由换热器元件(214)和(213)组成的逆流换热器。

18.-稀溶液，在上述换热器中预热之后，通过另一个最终额外加热器元件(216)，该最终额外加热器元件在所述溶液进入氨吸收器(210)之前进一步升高所述溶液的温度。

如前文所述，稀溶液的最终加热器元件(216)从最终压缩氨气冷却元件(205)(其处于整个UAX(200)的最高温度下)接收热量，从压缩机(203)的最终级流出的氨蒸汽循环通过该最终压缩氨气冷却元件。

19.-当稀溶液与气态氨混合以便溶解气态氨并增浓浓氨溶液时，这个UAX(200)循环在吸收器(210)中闭合。这是一个放热过程，意味着它会释放热量。正是这些热量被传输到外部重沸器(113)，从而使吸收器(210)成为UAX的“热储蓄器”。

在理想情况下，或者换言之，在忽略热量的因传导、对流和辐射所致的必然的实际损失的情况下，吸收器(210)是UAX藉以将热量排放到外部的唯一位点。

在吸收器(210)中发生的溶解气态氨的过程在异常高的温度和压力(高于NH₃临界点的温度和压力)下进行，从而实现了吸收器(210)中的氨溶解度始终大于发生器(201和202)中的氨溶解度。

与发生器(201)所预期的不同，这是通过降低溶液温度来实现的：然而，并且与之相反，鉴于UAX的功能是作为热泵运行，因此预期的是，充当热储蓄器的氨吸收器(210)应在尽可能高的温度下执行该过程，这肯定不会进一步提升溶解度。

20.-UAX(200)循环运行的合起来的总体结果是，该系统以特定方式作为热泵工作，从而使得存在由氨吸收器(210)组成的单一热储蓄器以及包括主发生器(201)的单一冷储蓄器。

在忽略实际损失并遵守能量守恒原理和第二热力定律的情况下，UAX通过吸收器(210)向动力循环释放一定热量，所述热量相当于主发生器(201)从动力循环中捕获的热量与循环的压缩机(203)和泵从动力轴(130)接收的机械能的总和。这就意味着，相比热泵UAX(200)通过元件(107)从本发明的组合循环中获取的热量，该热泵UAX始终将更多热量通过再生器重沸器(113)让渡至本发明的组合循环，这种热量差越小，UAX(200)的性能就越好(高CoP相当于高性能)。这对动力循环有着直接的意义，因为它意味着，需要向重沸器(113)供应额外量的水以及在元件(107)中产生的所有冷凝液。

将热泵(UAX)集成到所述组合动力循环中

为了使根据本发明的所述组合循环运行，必须将用于交换热量的吸收器单元UAX(200)集成到单一装置内，从而执行“再生”布雷顿组成循环的功能、回收在循环的最冷位点释放的热量以防所述热量损失，就像在其他常规组合循环中发生的那样。

本发明中的通过热泵进行的布雷顿组成循环再生通过以下方式实现：

-使用可冷凝热流体(水蒸汽)而非气体，如普通布雷顿循环中所发生的那样，

-从动力循环获取特定量的机械功，以使热泵UAX(200)运行，

-通过UAX(200)的冷储蓄器捕获从动力循环释放的冷凝热量，

-通过UAX(200)的“热储蓄器”返回从动力循环接收的所述热量和功，从而在比先前在冷凝期间占主导的压力和温度高的压力和温度下产生水蒸汽。

为了实现布雷顿组成循环的这种类型的“再生”，该装置采用了：

-由元件(107)形成的换热器系统，该换热器系统在环境压力下将水蒸汽冷凝热量传输到热泵UAX(200)的冷储蓄器，

-再生器重沸器(113)，该再生器重沸器在比元件(107)产生水蒸汽的温度高的温度下，以及在籍由热泵UAX(200)通过其热储蓄器将热量返回至元件(107)时的压力高的压力下运行。

-将来自元件(107)的冷凝液泵送到再生器重沸器(113)的再生冷凝液泵(111)。冷凝水从元件(107)传送到再生器重沸器(113)。

用于布雷顿组成循环的使用本发明中提供的热泵执行的再生程序相比常规再生性布雷顿循环具有两个独特的优势：

-它使布雷顿组成循环所释放的热量能够精确地在循环的最低温度位点处被回收。

-它再生压缩流体，因为水蒸汽在一个压力下冷凝，而蒸汽随后被再生，但在较高的压力下再生。这就最大程度降低了将蒸汽运送到布雷顿组成循环的必要热源(101)所必需的压缩机械功消耗。

为了使采用热泵(200)的这种类型的再生成为可能，装置的动力轴(130)也需要供应其运行所必需的压缩机械功，这被视为额外的自我消耗。

在不考虑实际损失并遵守能量守恒原理的情况下，UAX(200)，像任何热泵那样，通过其热储蓄器释放一定量的热能，所述热能相当于由UAX的冷储蓄器吸收的热能加上由压缩机消耗的功。换言之，热储蓄器释放的热量始终多于冷储蓄器吸收的热量。鉴于UAX不与外部交换能量，从动力循环吸收的所述压缩机械功稍后以额外热量的形式被重沸器(113)返回。出于这个原因，除在元件(107)中产生的所有冷凝液之外，还必须为重沸器(113)供应额外量的水以供蒸发。

在任何情况下，从逻辑上讲，经证实，热泵UAX(200)的性能(CoP)越高，组合动力循环的净效率就越高。

使用其中采用可冷凝流体的一种“布雷顿组成循环”变型形式的一个独特特性在于，它使热流体能够与本发明的组合循环的“兰金基本组成循环”进行交换。在作为本发明客体的组合循环中，重沸器(113)蒸发所必需的相对于元件(107)而言的额外水量从来自兰金基本组成循环或来自位于组成循环(布雷顿组成循环和兰金组成循环)之间的互连管路的流中获得。

将本发明的组合循环的布雷顿组成循环和兰金组成循环互连的这种可能性带来了其他类型的有益效果，诸如能够利用这两个循环共有的元件来简化装置。

将热泵包含到布雷顿组成循环中的目的是，实现其“再生”，回收在循环的最冷位点释放的热量并从而防止所述热量损失。这种类型的再生被证实为只有在布雷顿循环为“封闭式”或“半封闭式”时才可行：换言之，只有在热流体不被排出到大气中，而是返回至循环时才可行。

-当装置在不从外部供应物料的情况下运行时，实现以“封闭式循环”运行，在这种情况下，通过在足以用于该目的的温度下与外部来源(这可以是，例如，太阳能或核能来源)交换热量来供应输入能量。

-当通过在燃烧器中执行的“内部氧燃烧”过程将能量输入到装置中时，实现以“半封闭式循环”运行。如果组合循环为半封闭式，它将具有至少一个燃烧器作为用于将能量供应至动力循环的来源。在被称为“氧燃烧”的过程中，组合循环的任何燃烧器都仅采用在增压水蒸汽中稀释的工业纯氧作为助燃物，在该过程中，这种化学反应的气体形成燃烧器中热流体的一部分。因此，半封闭式组合循环，除采用“氧燃烧”之外，还采用“内部燃烧”。

除助燃物中存在的元素或物质之外的任何物质(诸如氮、硫等)都是不期望的，因为它会污染热流体并对组合循环造成运行问题。这就排除了在该组合循环中将空气用作助燃物的可能性。

半封闭式组合循环可使用满足以下要求的任何燃料：

-所采用的燃料必须是液态或气态，但绝不得是固态。

-用在组合循环的燃烧器中的燃料可包含单一物质或多种燃料的混合物。

-用作燃料的物质的化学组成满足通式C_xH_yO_z，其中字母C、H和O分别指碳、氢和氧元素，下标“X、Y、Z”表示这些元素各自的遵守以下要求的化学计量含量：

-通式中用于氧的下标“Z”可为零或任何其他值。因此，满足所有上述要求的任何烃类物质都可用作组合循环中的燃料。

-在任何情况下，都可以将纯氢用作燃料。然而，根据组合循环的配置4(图4)，对于使用H₂作为唯一燃料的装置，出于装置效率和简化的原因，这需要被视为特殊情况。

-用于氢的下标“Y”的取零可为值。

-包含除碳、氢和氧之外的元素的任何其他化学化合物都是不期望的。

-可使用的燃料必须是在燃烧的放热过程中能够与氧发生化学反应的实际化学物质。

-执行燃烧的化学反应时，不得同时发生任何其他类型的二次化学反应。

在“半封闭式内部氧燃烧”过程中，固有地发生对循环的连续物质输入(以燃料和助燃物的形式)，从而使得为了建立循环的物质平衡，在循环的另一部分中以燃烧产物的形式消除所进入的物质量，是不可或缺的。

由于仅从循环中消除燃烧产物(液态或气态CO₂以及液态H₂O，单独消除)出于任何类型的工业用途对这些物质进行的后续处理被证实为非常简单，不会发生开放式循环所招致的温室效应气体排放。在本发明的循环中，水在环境温度下以液体形态出现，这意味着不明显的环境影响，另一方面，CO₂以浓缩和禁闭形式获得，不必为其捕获使用特殊的程序。

事实上，在组合循环的这种具体特征下，燃烧产物“单独、以浓缩形式且在低温下”消除，这种具体特征是本发明的动力循环产生比现有技术的其他开放式组合循环高的效率的基本原因之一。

本发明的动力循环的使其区别于常规组合循环的其中一个基本特征在于其不可或缺的条件，即，始终存在能量平衡，因为通过热源(101)和(132)进入动力循环的能量必须等于通过作为该循环的网络的动力轴(130)从动力循环流出的能量加上通过散热器(128)损失的热量的总和。

必须通过在布雷顿组成循环、兰金基本组成循环和UAX之间传输热量的方式，对在它们之间产生的任何差异进行补偿以便保持这种均衡，为此，一个必要条件是，在允许这种补偿的一种流体与另一种流体之间必须始终存在温差。否则，将必须排出循环中的能量，从而损失掉机械动力和/或性能。本发明的其中一个基本方面是，在动力循环与热泵UAX(200)之间建立永久的能量平衡，从而使得该动力循环和该UAX交换能量，但绝不得存在过量的热量，因为这些过量的热量将必须被运送到外部环境，这就意味着效率损失。为了使两个循环以上文所述的方式“共生”工作，动力循环必须要能够捕获UAX通过热储蓄器(210)返回至动力循环的所有热量。

出于以上文段中所述的原因，本发明的优选实施方案是配置6的实施方案，该配置6设想了从元件(112)提取特定蒸汽流的可能性。

为了将在根据本发明的元件(112)中产生的所述蒸汽流有用地应用到动力循环内，提出了三种可能的选项：

A.-将所述蒸汽流传送到蒸汽压缩机(115)的初始额外级，从而使得所述蒸汽被添加到来自元件(114)的蒸汽流，以便将它们压缩到一起并传送到必要热源(101)。

B.-将所述蒸汽流传送到过热器盘管(136)，该过热器盘管升高所述蒸汽流的温度以便直接在额外的涡轮机(137)中扩散，该涡轮机的出口直接连接到涡轮机TBP(127)的入口。在这种情况下，循环通过低压回路的这种额外蒸汽流沿泵(123)之后的旁通管路返回至兰金基本组成循环。

C.-以组合的方式根据上述选项A和B中的每一项传送所述蒸汽流的一部分。

这三种替代性选项在配置5(图6)中示出。

本发明的所述装置的具体有益效果

相比用于产生机械能的其他程序，本发明的组合循环带来的基本有益效果主要如下：

-藉由本发明的动力循环，所获得的性能不差于当今由现有技术中的其他可用程序提供的性能。

-藉由本发明的动力循环，所产生的环境影响低于由现有技术中的其他可用程序产生的环境影响。代表本发明组合循环的最有利的独特特征是：

-组合动力循环采用水作为组成该组合动力循环的所有器件所共用的热流体。这就使得以下情况成为可能：

-组合动力循环至少将一个布雷顿组成循环和一个兰金基本组成循环集成到单一循环中。这就使得以下情况成为可能：

-组合动力循环既能够以封闭式循环、又能够以半封闭式循环(内部氧燃烧)工作。

-使用热泵再生组合动力循环。这就使得以下情况成为可能：

-组合动力循环执行对作为浓缩气态或液态残余物的CO₂(在氧燃烧过程中产生)的捕获，所述浓缩气态或液态残余物以禁闭在循环的特定部件(元件(107))中的方式获得。

-当存在CO₂液化设备，并且该CO₂液化设备集成到装置中并执行元件(107)的功能时，获得液态CO₂的过程的效率被证实为非常高，因为在CO₂的连续压缩级中产生的热量没有被损失掉，而是通过将其传输到能够对其进行再利用的热泵(UAX)的冷储蓄器(201)来收回。

-组合动力循环(除实际损失和联产热量之外)通过单一热量储蓄器(散热器(128))将热量释放到环境中。由其余元件释放的热量则被同一循环的某个其他元件再利用。

将吸收热泵UAX(200)集成到布雷顿组成循环的尾端是本发明的组合循环所带来的一个关键的创新型元素。集成到动力循环中的热泵UAX(200)让以下特征性影响(尤其是新颖且有益的特征性影响)得以实现：

1)提高动力循环的总体效率。UAX(200)在其冷储蓄器处捕获来自动力循环的热量，以通过其热储蓄器将所述热量重新引入到循环中。这就意味着，在布雷顿组成循环的等压冷却级中，来自热流体的热量不损失到外部。这就意味着，冷凝器(128)执行组合循环的唯一散热器功能，热量通过该唯一散热器让渡至外部。

2)再生布雷顿组成循环。本发明是一种“再生”布雷顿组成循环的新颖程序，根据该程序，藉由通过“热泵”UAX(200)传输的热能，再生动力循环的部分蒸汽。

3)降低布雷顿组成循环中的压缩机械功。在动力循环中，UAX(200)实现了与压缩蒸汽相当的效果，因为由热泵执行的热能传输过程意味着，(藉由通过“冷储蓄器”吸收的热量)在环境压力下冷凝蒸汽从而稍后在同一循环的另一位点处(藉由通过“热储蓄器”释放的热量)以较高的压力再次产生蒸汽。

4)降低环境影响。在本发明中，隔离二氧化碳的过程是固有地执行的，因为组合循环自身的运行在组合循环的特定位点(元件(107))处废弃这种燃烧产物气体。通过将热泵UAX(200)集成到本发明的半封闭式组合循环中，实现了热流体(水)的完全冷凝，仅留下CO₂处于自由状态。藉由这个程序，本发明的组合循环不将来自燃烧的任何类型的气体直接排放到大气中。

通过将热泵UAX(200)联接到布雷顿组成循环来实现的总体效果相当于压缩该循环的热气体，因为从该循环在低压低温下所具有的气态流体开始，就执行了一个(再生的)过程，该过程产生，但在较高的压力和温度下产生，与这种气态流体相同的气态流体。关键的区别在于，为了获得这种压缩流体，采用了热泵，而不是机械手段。此外，当相较于现有技术中的基于使用烃类物质作为燃料的其他方法时，使用热泵产生压缩蒸汽还提供了明显的环境优势，因为它引入了对来自燃烧的不可冷凝气体的捕获，所述不可冷凝气体的排放会招致对环境的有害影响。

如果在半封闭式氧燃烧循环中使用燃料，则将产生CO₂，在由热泵的冷储蓄器冷却之前，所述CO₂会一直伴随水蒸汽。当其中所含的所有水蒸汽被冷凝后，便从动力循环中去除以浓缩状态获得且处于气态的所有这些CO₂。对在组合循环的燃烧器中产生的CO₂的捕获作为该循环的器件运行的直接结果来发生，并且在任何情况下都不会执行任何“捕获”CO₂的特定程序：也就是说，即使CO₂的捕获不具有环境效益，循环也会以相同的方式工作，并且捕获的CO₂可能被直接排放到大气中。在该循环中，CO₂的捕获是优点，而不是选项。

这就意味着，CO₂的捕获作为藉由热泵再生布雷顿组成循环的直接结果在动力循环中固有地发生。藉由这个程序，用于在该组合循环中隔离来自燃烧的CO₂的其他额外程序都是不必要的。

本发明的所述装置的具体实施方案

如要成功实现性能最大化，本发明的组合循环必须采用一系列额外的器件。

为了改进组合循环的总体效率，相对于图1中所示的必要循环，对应于图2、3和4的组合循环基本上产生四种类型的改进：

-1.-增大必要热源(101)中的压力。这通过提高在重沸器(113)中再生的蒸汽的压力来实现，为此，使用特定压缩机(115)和(117)提供了一个或多个额外的机械压缩级。这个压缩过程利用由元件(116)和(118)形成的换热器在具有中间冷却装置的多个级中进行。

-2.-升高进入涡轮机TAP(122)的蒸汽的温度。这通过提供额外的补充热源(132)来实现，该额外的补充热源提高兰金基本组成循环的蒸汽的焓。

-3.-将由来自涡轮机TAT(102)的输出气体保持的热量的一部分用于与动力循环无关的工业用途。由此，便在被称为“联产”的过程中同时获得机械能和有用热能。

-4.-对在散热器处释放的热量的一部分进行再利用。经证实，当散热器由在比兰金基本组成循环低的压力下在另一个次级兰金循环中产生蒸汽的热量回收回路组成时，可以成功地提高本发明的组合循环的性能。为实现这一目的，本发明提出了四种不同类型的配置(在图2、3、4和6中表示)。

组合循环的这四种类型的改进在整体上互相兼容。然而，就上述的第四种类型的改进而言，应当说，存在不同的方法来用于再利用由将该循环替换为次级兰金循环的循环的必要散热器(图1的冷凝器(128))释放的热量，以便利用部分被捕获的热量来借助涡轮机TBP(127)将所述热量转变为功，并且使得该次级兰金循环的冷凝器转为针对组合动力循环的热量执行不可或缺的“散热器”角色。取决于次级兰金循环的集成方式，存在组合循环的四种不同配置。这四种配置分别对应于图2、3、4和6。这些配置各自由特定的器件和元件组成，稍后将详述这些器件和元件并单独阐述每种配置的细节。

为了实现前三种类型的改进，本发明的组合循环被设计成包括一系列额外器件。必须强调的是，所述额外器件是不形成必要基本循环的组成部分的器件，并且这些额外器件被设计用于以特定方式运行以便实施组合循环的不同型式，所述型式更高效并且除依照图1的必要配置所带来的那些有益效果之外还赋予额外的有益效果。

上文所提及的第四种类型的改进所基于的是对散热器中释放的热量进行部分再利用，在其次级兰金循环的位置进行利用。取决于次级兰金循环集成到组合循环中的方式，本发明设想了四种类型的配置。这些配置各自需要自己的如现在将详述的额外器件。

组成根据本发明的组合循环的不同型式的所述额外器件如下：

115：第一水蒸汽压缩机。该压缩机(115)对来自冷凝换热器元件(114)的水蒸汽执行第一压缩级。此外，在装置的设计有此设想的那些情况下，存在在压缩机(115)的第一额外级中压缩在元件(112)中产生的特定量蒸汽的可能性。在这种特定情况下，压缩机(115)中的该第一额外级是必需的，因为在该元件(112)中产生的所述蒸汽的压力始终低于从元件(114)进入压缩机(115)的蒸汽的压力。

由于涡轮机TAT(102)中的压力增大，因此动力循环的热力性能提升，而所述压力增大是通过升高进入必要热源(101)的蒸汽的压力来实现的。为了使水蒸汽在比在重沸器(113)中产生的蒸汽的压力高的压力下到达必要热源(101)，可以使用额外的机械手段。为此，提供了增大从换热器(114)侧流出的水蒸汽的压力的压缩机(115)，从而利用从装置的动力轴(130)获得的机械功。

当压缩蒸汽时，会使温度升高(由于焦耳-汤姆孙效应)，但机械压缩过程更高效，因为被压缩的气体的温度较低。由此可得出的结论是，当在多个级中执行压缩过程时，压缩过程的热力性能较高。出于这个原因，在执行下一个压缩级之前，从压缩机(115)流出的蒸汽被传送到换热器元件(116)以供冷却。

位于压缩级之间的由元件(116)和(118)组成的蒸汽冷却换热器：

116：位于压缩级之间的蒸汽冷却换热器的壳体侧。该元件(116)，连同换热器元件(118)一起，形成换热器。在传送到下一个压缩机(117)之前，来自压缩机(115)的输出蒸汽通过循环通过元件(116)来冷却，从而改进该器件的机械效率。在其内部，存在换热器元件(118)，从元件(114)底部获得的冷凝液循环通过该换热器元件并用作制冷剂。

118：位于压缩级之间的蒸汽冷却元件。该换热器元件(118)，连同换热器元件(116)一起，形成换热器。该换热器(116/118)将始终存在，但前提是，有与第一压缩机(115)级联的第二压缩机(117)可用。如果装置不具有压缩机(117)，则换热器(116/118)是可选的。换热器元件(118)是盘管或者供水循环通过的任何其他换热器元件，所述水用作制冷剂以冷却位于由压缩机(115)和(117)执行的连续机械压缩级之间的蒸汽。冷凝液泵(129)泵送循环通过该换热器元件(118)的水，并且从该冷凝液泵流出的流被传送到必要热源(101)。

117：最终水蒸汽压缩机。由与上述压缩机(115)串联连接的另一额外压缩机组成。该压缩机(117)接收来自元件(116)的经冷却的蒸汽，并且蒸汽在足以馈给必要热源(101)的压力下从该压缩机流出。

同样明显可行的是，仅使用一台蒸汽压缩机来压缩蒸汽并仅在一个级中执行该操作。因此，可以选择放弃该额外的蒸汽压缩机(117)，但如果确实存在该额外的蒸汽压缩机，那么它将始终在中间冷却换热器(116/118)之后与压缩机(115)串联连接。

131：用于预热燃料和助燃物(在它们进入燃烧器之前)的辅助换热器元件。这是管状管道、盘管或者供辅助流体循环通过的其他换热器元件，其根据装置的具体设计要求，可选地定位在某个低压蒸发器(125)元件之后或冷凝换热器元件(114)内部，其从该低压蒸发器元件或冷凝换热器元件吸收热量，所述热量用于在高于燃料和助燃物的供应条件的情况下将所述燃料和助燃物都单独预热至它们被传送到氧燃烧燃烧器时的温度。

除用于预热组合循环的燃料和助燃物之外，来自盘管(131)的热量还可用于与动力循环无关的任何其他应用，在这种情况下，以及出于所有目的，这被视为“联产”。

132：补充热源。当包含补充热源(132)时，该补充热源紧接地位于用于离开CRC(103)的蒸汽的蒸发器和过热器(121)之后，并且其任务是，提高兰金基本组成循环中的蒸汽的焓以使所述蒸汽进入具有较高过热等级的涡轮机TAP(122)。

当组合循环为“封闭式”时，补充热源(132)由从外部来源接收热量的额外换热器组成。当组合循环为“半封闭式”时，补充热源(132)可为在高于必要热源(101)的压力下运行的额外氧燃烧燃烧器。

133：用于联产的换热器元件。它包括用于在超越动力循环的外部联产应用中使用的管状热量回收回路。因此，它通过以与装置的其余部分无关的方式循环流体来工作。

换热器元件(133)是额外的热量关键部件，热量通过该额外的热量关键部件释放到组合循环外部，但所述热量被视为具有工业用途的有用热量。实际上，据认为，由换热器元件(133)从动力循环提取的热能在足以使所述热能用在不同类型的常用工业过程中的温度下流出，该温度的范围可能介于175℃与600℃之间，具体取决于装置的设计。

在一些情况下，取决于循环设计所使用的压力和温度变量，需要的是，换热器元件(133)应从CRC(103)提取热量，这样就能够永久地建立循环的能量平衡(尤其是当组合循环具有两个热源时)。

根据必须建立能量平衡的不可避免的要求，以联产热量的形式从循环中消除的量取决于组合循环的需求，而不取决于来自任何外部消耗器件的热需求，除非组合循环具有使其能够修改其能量平衡的某个额外的内部系统。

无论是否存在从CRC(103)提取热量联产盘管(133)，本发明的组合循环都可以包括由两件额外器件(再热器(134)和涡轮机TPI(135))组成的“辅助热量释放系统”，所述额外器件被提供用于建立在装置中必须永久保持的能量平衡，从而降低进入热源(101)和(132)并且也因此进入CRC(103)的蒸汽量。换言之，可以通过修改循环的内部运行，而不是必须将热量泄放到外部，来释放热量。

“辅助热量释放系统”由位于涡轮机TAP(122)出口处的蒸汽提取设备形成，该蒸汽提取设备循环通过再热器(134)，然后通过涡轮机TPI(135)，并最终将输出蒸汽重新引入到CRC(103)的最终区段中。

“辅助热量释放系统”对于缓解在组合循环的正常运行期间产生并且甚至在负荷状态下改变的能量失衡是一种有用的方式。

对于特定设计配置，尤其是在有双热源(101)和(132)可用的那些情况下，该器件可变得不可或缺。

“辅助热量释放系统”将属于兰金基本组成循环的水蒸汽的一部分用作自己的工作流体，从而使得当其存在时，其被视为形成该兰金基本组成循环的一部分。

134：兰金基本组成循环的辅助再热器。再热器(134)位于CRC(103)自身内部并且由管状回路组成，该管状回路加热从涡轮机(122)出口提取的蒸汽并立即将所述蒸汽传送到辅助涡轮机TPI(135)

135：兰金基本组成循环的辅助中压涡轮机TPI。该蒸汽涡轮机的功能是依循兰金基本组成循环产生功。涡轮机TPI(135)从涡轮机TAP(122)的出口接收蒸汽，在此之前，所述蒸汽已先在再热器(134)中再热以提高机械效率。

其特征在于，它是在低于涡轮机TAT(102)且高于涡轮机TBP(127)的压力下工作的涡轮机，因此它用(西班牙语中压涡轮机的首字母缩写)TPI来表示。该涡轮机在背压下工作，换言之，执行蒸汽的部分扩散，从而使得出口处于足以使蒸汽在CRC(103)的特定位点引入的压力下(在该位点处，进入导管的蒸汽的温度与循环通过导管的气体的温度相匹配)。

为了使动力循环的某些高效设计能够在不需要将损失传输到外部的情况下以联接到低效热泵UAX的方式工作，有必要的是，应从元件(112)流出额外的水蒸汽流(在高于大气压力的压力下)。

因此，动力循环可将由UAX传输来的过量热量转变成特定量的蒸汽。

这就存在将在元件(112)中产生的所述蒸汽直接传送到压缩机(115)的选项。该选项不需要考虑任何额外的器件，仅需要为压缩机(115)提供用于执行第一额外压缩级以便对从元件(114)进入的蒸汽的压力进行匹配的构件。

配置2和配置3最适用于氧燃烧组合循环的设计，所述氧燃烧组合循环除使用氢气之外，还使用含有碳的其他可能的燃料，因为它们的燃烧会产生二氧化碳。这种气体的存在要求，次级兰金循环应与动力循环的其余部分无关，因为不可冷凝的气体会妨碍达到以节约方式运行所必需的“真空”压力。在组合循环的包括独立次级兰金循环的这些配置中，存在的可能性是，后一个兰金循环应使用除水之外的热流体，诸如使用有机流体作为热流体的ORC(有机兰金循环)。

在该独立次级兰金循环中产生的蒸汽始终在比兰金基本组成循环的压力低的压力下工作，因为所述蒸汽的温度非常不同。在于次级兰金循环中产生蒸汽的情况下，涡轮机TBP(127)被移动，而这会向组合循环的动力轴(130)提供额外的功。随后，从该涡轮机TBP(127)流出的蒸汽传送到切实执行散热器功能的冷凝器(128)，从而使得最终的组合循环损失能量，即，将所述能量传输到外部。在冷凝器(128)底部获得的冷凝液，在返回至涡轮机(127)并从而闭合循环之前，被泵(123)相继泵送到节热器(124)、蒸发器(125)和过热器(126)。当装置具有过热器(136)和涡轮机(137)以用于所再生的蒸汽时，存在旁通管路，这些额外的蒸汽在冷凝液泵(123)之后沿该旁通管路返回以馈给布雷顿循环和兰金基本循环。

配置2

根据与图2中所示的配置2相对应的其他实施方案的本发明装置的特征在于以下方面：

-其包括独立的次级兰金循环，该独立的次级兰金循环以与动力循环的其余部分无关的方式使用自有热流体。

-热量回收导管CRC(103)在高于大气压力的压力下工作。

-蒸汽冷凝发生在CRC(103)的最终区段中，在该最终区段中，气体的温度较低。

根据配置2的装置的运行模式基本上由以下步骤组成：在热量回收导管CRC(103)内部设置属于独立兰金循环的蒸发器回路。该蒸发器回路藉由来自冷凝的热量产生蒸汽，所述冷凝发生在CRC(103)的最终区段中，在该最终区段中，气体的温度较低。在该CRC(103)底部获得的冷凝水被传送到外部换热器(108/124)，在该外部换热器处，冷凝液所保持的热量被传输到次级兰金循环的节热器(124)。

配置2包括配置1的所有元件，并且此外还包括以下元件：

108：次级兰金循环的节热器换热器的壳体侧。元件(108)连同节热器(124)一起组成换热器。从热量回收导管CRC(103)底部或者从导管(105)底部收集的冷凝液根据所讨论的设计循环通过换热器元件(108)，从而将热量传输到次级兰金循环的节热器(124)。

124：次级兰金循环的节热器。该元件，连同换热器元件(108)一起，组成换热器。节热器(124)是次级兰金循环的部署在热量回收元件(108)内部的换热器元件，该节热器从该热量回收元件接收热量，从而升高在次级兰金循环馈给泵(123)的泵送下由该节热器返回至冷凝器(128)的冷凝液的温度(使其接近其沸点)。

123：次级兰金循环馈给泵(低压)。它是将热流体从冷凝器(128)泵送到次级兰金循环的节热器(124)的泵。

125：次级兰金循环蒸发器(低压)。它是根据配置2设置在热量回收导管(103)的最后区段中的换热器元件，该换热器元件从该热量回收导管接收冷凝热量。其任务是，接收来自节热器(124)的流体并将其转变为用于次级兰金循环的蒸汽。

当根据配置5设计装置时，次级兰金循环的蒸发器(125)可划分为并联连接的两个区段。

126：次级兰金循环过热器(低压)。它是设置在回收导管CRC(103)内部的换热器元件，其任务是，在于次级兰金循环的蒸发器(125)元件中产生的蒸汽进入涡轮机TBP(127)之前，升高所述蒸汽的温度。

127：次级兰金循环涡轮机(低压)TBP。它是次级兰金循环的向动力轴(130)提供额外机械功的涡轮机。涡轮机TBP(127)接收来自过热器(126)的蒸汽，输出蒸汽被传送到充当用于组合循环的散热器的冷凝器(128)。

可选地，配置2可包括在上面的标题为“本发明的装置的具体实施方案”的小节中提及的所有元件。

配置3

根据与图3中所示的配置3相对应的其他实施方案的本发明装置的特征在于以下方面：

-其包括独立的次级兰金循环，该独立的次级兰金循环以与动力循环的其余部分无关的方式使用自有热流体。

-热量回收导管CRC(103)在环境压力下工作。

-在CRC(103)中不存在蒸汽冷凝，除非为该目的设置了独立的冷凝导管(105)。

-其包括风扇(104)，该风扇从CRC(103)提取气体，并以特定方式压缩所述气体从而使得冷凝导管(105)在比来自CRC(103)的输出的压力高的压力下运行。

相对于配置2的基本区别在于，在配置3中的运行中，回收导管CRC(103)在较低的压力下工作(在涡轮机TAT(102)处产生较大量的功并且使进入CRC(103)的气体的输入温度更低)，并且随后，从该导管流出的气体通过风扇(104)被压缩以使蒸汽的冷凝温度升高并从而提高次级兰金循环的工作压力。通过在较高温度下成功地将热量传输到次级兰金循环，配置3增大了由涡轮机TBP(127)产生的机械功。

除配置2中所包括的所有元件之外，该配置3还包括以下元件：

104：风扇。它是诱导通风式风扇，该风扇位于来自热量回收导管(103)的气体的出口处，并通过将热量回收导管CRC(103)的冷凝区域置于独立冷凝导管(105)中来分离该冷凝区域。风扇(104)通过使由CRC(103)吸入的蒸汽的饱和温度升高，来增大所述蒸汽的压力。导管(105)侧的蒸汽饱和温度的这种升高意味着，可以在较高的温度下产生次级兰金循环的蒸汽，从而实现效率改进。

如果装置具有风扇(104)，则次级兰金循环的蒸发器(125)可划分为并行工作的两个区段，其中一个区段位于导管(105)中，另一个区段位于节热器(120)之后的导管(103)中。这种设计替代性方案在配置2、3和5的任一者中都是可行的，但仅在配置5(图6)中予以示出。

105：独立的冷凝导管。它是热量回收导管的一个区段，在该区段中，包含在经由风扇(104)的泵送从CRC(103)流出的气相中的水蒸汽发生冷凝。

不同于在配置2中所发生的情况，在配置3中，属于次级兰金循环的蒸发器(125)定位在冷凝导管(105)的一区段内部，冷凝热量与该区段进行交换以产生次级兰金循环的蒸汽。

当根据配置5设计循环时，蒸发器(125)由并行工作的两个区段组成：一个区段位于导管(103)内，另一个区段位于导管(105)内。

配置4

根据与图4中所示的配置4相对应的其他实施方案的本发明装置的特征在于以下方面：

-其包括次级兰金循环，该次级兰金循环使用与动力循环的其余部分共用的热流体。

-次级兰金循环不具有节热器、蒸发器或过热器。

-传送到涡轮机TBP(127)的热量通过从热量回收导管CRC(103)提取的方式直接获得。

-从次级兰金循环获得的冷凝液直接作为给水用于组合循环的其余部分。

配置4是组合循环的一种设计简化，其中循环通过组合循环的蒸汽也用作可能存在的次级兰金循环的流体，但前提始终是，在组合循环的任何位点都不存在CO₂或其他不可冷凝的气体。只有当装置被设计用于以封闭式循环工作以及当氢气是可能的唯一燃料时，才会发生这种情况。

应当说，氢气可作为燃料用在组合循环的任何可能的配置中，但当氢气用作唯一燃料时，优选地使用这种设计型式(如图1中所示)，因为它更简单并且可能更高效。

在动力循环的该配置4中，次级兰金循环藉由与组合循环的其余部分相同的流体来工作。根据该配置4的次级兰金循环的蒸汽从直接提取自导管CRC(103)的流中获得，所述流被直接传送到次级兰金循环的涡轮机TBP(127)，另一方面，从冷凝器(128)获得的冷凝液使用泵(109)直接返回以馈给组合循环的其余部分。其直接结果是，在这种设计型式中，不存在产生自有蒸汽的换热器元件：也就是说，既不存在节热器(124)、蒸发器(125)，也不存在过热器(126)。

在这种配置中，还省掉了次级兰金循环馈给泵(123)，因为泵(109)将来自冷凝器(128)的冷凝液直接返回作为给水用于组合循环的其余部分。

当根据配置4以氢气作为燃料来实施半封闭式循环时，水是从燃烧获得的唯一产物，并以液体形态通过这个冷凝液回流管路从循环中消除(就像在其余配置中发生的情况那样)。

当根据配置4实施封闭式循环时，不存在向组合循环连续供应物质的燃烧器，因此也不从该组合循环连续获得任何类型的残余物。

鉴于这一点，组合循环的可供CO₂循环通过的唯一器件是：

当主热源(101)由燃烧器(其使用除H₂之外的某种燃料)组成时：燃烧器(101)自身、涡轮机TAT(102)、CRC(103)、冷凝换热器元件(106)以及最后由其将CO₂从循环中消除的元件(107)。

当动力循环还具有扮演补充热源(132)角色的另一个燃烧器时，除上文所述的所有器件之外，CO₂还循环通过补充热源(132)、涡轮机TAP(122)、再热器(134)和涡轮机TPI(135)——请注意，动力循环也可包括后两个可选元件。

当根据配置3实施动力循环时，除上述器件之外，CO₂还循环通过风扇(104)和冷凝换热器元件(105)。根据一个额外的替代性方案，在元件(112)中产生的所述蒸汽可被运送到次级兰金循环以便最终在涡轮机TBP(127)中扩散。

这种选项对应于图6中所示的采用配置5的其他实施方案。

配置5是本发明的优选实施方案，因为它最完备并且因为它包括组成本发明的所有元件，无论这些元件是被视为必要还是被视为可选。这就使得能够使用其余配置可采用的任何类型的燃料来实施封闭式循环和半封闭式循环。

配置5包括配置3的所有元件，并且此外还需要两件特定器件：

136：用于在元件(112)中产生的蒸汽的过热器。该元件(136)由位于CRC(103)内部的盘管组成，该盘管接收来自元件(112)的饱和蒸汽，并且该盘管的任务是，升高所述饱和蒸汽的温度，这样，所述饱和蒸汽随后就能够在进入次级兰金循环之前在另一台涡轮机(137)中扩散。

137：用于在元件(112)中产生的蒸汽的涡轮机。该涡轮机(137)由另一台涡轮机组成，该另一台涡轮机的输出蒸汽压力和温度与进入涡轮机TBP(127)的蒸汽的压力和温度匹配。当蒸汽在涡轮机(137)中扩散时，蒸汽产生被提供到公共动力轴(130)的额外功，并且该涡轮机的出口与涡轮机TBP(127)的入口连接以连同次级兰金循环的来自过热器(126)的蒸汽一起继续扩散。

为了建立必要的物质平衡，每当将额外的蒸汽引入次级兰金循环中时，都需要的是，在泵(123)的泵出管路中存在旁通管路，该旁通管路返回这种流从而以液态水的形式馈给兰金基本组成循环。

在装置具有过热器(136)和涡轮机(137)以用于所再生的蒸汽的所有情况下，存在旁通管路，该旁通管路在冷凝液泵(123)的泵出管路之后接至泵(109)的吸入端。

为了使压缩机(115)根据图6中所示的该配置5来工作，该压缩机(115)必须具有额外的第一压缩级，以提高从元件(112)进入压缩机(115)的蒸汽的压力，并将该压力与从元件(114)进入压缩机(115)的蒸汽的压力进行匹配。

根据本发明的装置，无论其设计配置为何，都只能经由以下部件在能量上与外部相连：

-热源(101)和(132)，其作为供能量进入组合循环的仅可能的进入位点；

-能量离开循环所经由的位点，此外还涉及以下必然的实际损失：通过散热器(128)损失的热量、从动力轴(130)获得的净机械功、以及所获得的用于“联产”的有用热量。

确定本发明的装置在半封闭式循环中的最大理论性能

可以使用本发明的程序非常简单并大致地估算根据本发明的通过来自燃料的热能产生有用能量的装置的最大理论性能：

比如，在考虑以下因素的情况下，计算本发明的仅采用纯氢作为燃料的循环的理论性能：

-由装置产生的“有用能量”被视为通过元件(133)从CRC(103)获取的以“联产”形式用于循环外部的热量加上通过组合循环的动力轴(130)从组合循环出来的净机械功的总和。

-据认为，不存在“实际损失”并且组合循环仅通过执行散热器功能的冷凝器(128)损失热能。

-所进行的计算涉及回流管路中的1Kg冷凝液，其中：

-“X”是指单位燃料：针对在真空冷凝器(128)之后返回至循环的每1kg“回流冷凝液”水所燃烧的燃料量(kg)；

-“PCS”是指H₂的较高加热值，这个值被视为等于142,200kj/kg；

-“PCI”是指H₂的较低加热值，这个值被视为等于120,240kj/kg；

“PCS_H2O”被确定为单位燃料的较高加热值(针对所产生的每1kg水)，请注意，在燃烧反应中，对于所燃烧的每1kg的H₂，在化学计量上，形成9kg的H₂O，因此：

PCS_H2O＝所产生的15,800kj/kg_H2O

PCI_H2O＝所产生的13,360kj/kg_H2O

“△H_vc”被确定为散热器(128)中的蒸汽冷凝比焓差，其中考虑了适用于概念理论冷凝器的计算，该概念理论冷凝器实施跟PCS_H2O与PCI_H2O之间的差相符的蒸汽冷凝焓差，于是：

△Hvc＝PCS_H2O-PCI_H2O＝2440kj/kg_H2O

“M_v”被确定为散热器(128)中的“冷凝”蒸汽的量；这个量将相当于返回至循环的1kg水加上在H₂的燃烧中形成并且必须从循环中消除的水量(X)：

M_v＝1+X(kg_H2O)

“损失能量”被确定为在冷凝器(128)中消除的能量：

损失能量＝M_v*△H_vc＝(1+X)*(△H_vc)＝(1+X)*(PCS_H2O-PCI_H2O)

损失能量＝(1+X)*2440kj/kg_H2O

循环的“有用能量”在确定时考虑了“所进入的能力与离开循环的能量相同”。

有用能量＝燃烧能量-在散热器(128)中消除的热量

有用能量(kj/kg_H2O)＝(X*PCS_H2O)-2440*(1+X)＝X*(PCS_H2O-2440)-2440

有用能量(kj/kg_H2O)＝(X*PCI_H2O)-2440

装置的相对于PCS的性能“η_PCS”通过以下方程式确定：

将PCS_H2O和PCI_H2O替换为其数值：

装置的相对于PCI的性能“η_PCI”，其常用作参考，由以下表达式给出：

将PCI_H2O替换为其数值：

性能η_PCS和η_PCI的两个最终方程式为本发明的组合动力循环的性能给出了非常大致的结果。虽然，确实，这些结果并不严格准确，但这些表达式提供了以下结论：本发明的组合循环的性能因所燃烧的单位燃料而直接改变。也就是说，循环的性能因循环中燃料的比耗量上升而提升。

然而，如果不满足组合循环必然要遵守的一系列基本热力约束因素，增大燃料的比耗量是不可行的。

这些基本约束因素之一便是，在组合循环在，必须遵循能量守恒原理，根据该原理，进入组合循环的能量始终与离开组合循环的能量相同。根据这个原理，增大燃料的比耗量可能意味着无法被兰金基本组成循环的蒸发器和过热器(121)捕获的过量热能，这具体取决于动力循环的设计参数，在这种情况下，提供某种用于将热量排放到外部的程序和/或某种降低进入CRC(103)的热量的方法，是不可或缺的。

先前所述的组合循环的必须不可避免地将一部分热量排放到组合循环外部的一些实施方案可采用换热器元件(133)来执行这个将热量排放到外部的功能，但要在足以使该功能适用于满足特定工业过程的热量需求从而组成“联产”程序的温度下执行该功能。

在不可避免地要降低进入CRC(103)的热量的那些情形(所述情形可能尤其是暂时发生的或发生在负荷改变的情况下)中，动力循环的配置可采用位于涡轮机TAP(122)出口处的“蒸汽释放系统”，该蒸汽释放系统降低进入热源(101)和(132)以及因此也进入CRC(103)的蒸汽量。这样的蒸汽释放系统增加了再热器(134)和辅助涡轮机TPI(135)，该辅助涡轮机TPI的输出蒸汽最终在CRC(103)的最终区段的某个位点处注入。应强调的是，接至热源的该蒸汽释放系统不代表在组合循环的机械性能方面的任何类型的改进，但它对于使装置能够被调整并更改负荷是非常有用的，此外，它还使组合循环的具有双热源以及非常高的有用能量产率的某些设计配置成为可能。