Классическое рабочее тело - вода - имеет очень неприятную кривую в координатах T-s (температура-энтропия). Ниже на рисунках всё видно наглядно, но я объясню всё "на пальцах".
Процесс расширения пара любого вещества - будь то воды или любого органического рабочего тела - пытаются сделать максимально изэнтропическим, то есть провести практически без механических или тепловых потерь. На диаграмме T-s этот процесс соответствует вертикальной прямой. Изэнтропическому процессу соответствует идеальная адиабата - то есть процесс свободного расширения газа или пара.
В реальной жизни и поршневые машины, и турбины изэнтропически газ и пар не расширяют, поэтому процесс получения полезной энергии из цикла происходит с потерями, и вертикальная прямая адиабатического расширения на графике немного отклоняется своим нижним концом в правую сторону. На первом графике цикл работы поршневой машины или турбины - это кривая 3-4.
Поскольку процесс адиабатического расширения идёт у пара и у газа с одновременной потерей и давления, и температуры - так устроен мир - то рано или поздно пар рабочего тела оказывается охлаждённым до температуры конденсации. При этом прохождение "точки росы" (точка 4 на первом графике) означает, что дальнейшая работа паром производится не может, поскольку любое дальнейшее расширение пара будет только вызывать его конденсацию (что и показано прямой 4-1).
В этот момент пар из рабочего механизма (турбины или цилиндра) - желательно удалить и использовать или в теплообменнике, или в конденсаторе.
У воды в этот момент времени температура уже ниже точки кипения и поэтому напрямую использовать оставшееся в рабочем теле тепло для целей, отличных от отопления или поставки горячей воды населению, - невозможно.
Для увеличения КПД классического цикла Ренкина на воде приходится придумывать различные "фокусы" в дополнение к обычному расширению насыщенного пара - дополнительно перегревать пар, ставить второй перегрев пара после первой ступени расширителя, срабатывать пар неполностью и использовать часть тепла пара на "догрев" поступающей в цикл воды.
Все эти возможности можно наглядно посмотреть здесь:
Двойной перегрев пара с регенерацией
А вот органические теплоносители оказываются в этом отношении гораздо интереснее воды - их близкое к изэнтропическому расширение в поршневой машине или турбине ведёт не в область насыщенного пара ("горбатая гора" на водяном графике T-s), а в область пара перегретого.
То есть - для того, чтобы замкнуть органический цикл Ренкина - просто приходится использовать рекуператор тепла! Иначе невозможно замкнуть цикл.
Цикл Ренкина на пентане можно посмотреть на этом рисунке:
5-6 - расширение рабочего тела через турбину или поршень.
6-7 - рекуперация тепла через теплообменник.
В процессе рекуперации тепла и отборе его от перегретого пара пентана происходит "бесплатное" испарение следующей порции пентана, необходимой для следующего рабочего цикла.
Поэтому - для органического цикла Ренкина лучше иметь хороший теплообменник-рекуператор, а расширитель (турбина, поршень) может быть и весьма среднего качества - лишь бы не заставлял помпу качать уж слишком много рабочего тела.
При этом - поскольку теплообменник обычно не содержит движущхся или вращающихся частей - сделать его хорошо гораздо легче, чем поршневую машину или турбину.
Вот так-то.
