JP2014528556A5

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Publication number: JP2014528556A5
Application number: JP2014535229A
Authority: JP
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2015-11-19
Anticipated expiration: 2032-10-11

Claims

−熱差動式モジュールであって、
第１の、作業媒体を高温で供給するよう構成された高温源と、
第２の、作業媒体を低温で供給するよう構成された低温源と、
前記第１源及び第２源と流体連通し、
前記第１源で前記作業媒体に熱を供給すること、及び
前記第２源で前記作業媒体から熱を除去すること、
のうち少なくとも１つの方法によって、これらの間の温度差を維持するよう構成された熱機構と、
を備える、熱差動式モジュールと、
−前記第１の高温源からの前記作業媒体と、前記第２の低温源からの前記作業媒体とに選択的に流体連通し、前記高温／低温の作業媒体との熱交換プロセスを交互に行い、その温度を前記それぞれの作業媒体の高温及び低温に対応する最低動作温度と最高動作温度との間で変動させる圧力媒体を備える圧力モジュールと、
−前記圧力媒体と機械的に接続し、前記圧力媒体の温度変動を出力エネルギー生成のために利用するよう構成された変換モジュールと、
−前記熱差動式モジュール及び前記圧力モジュールのうち少なくとも１つと熱連通し、前記熱交換プロセスの間に前記圧力媒体に伝達されなかった前記高温及び低温の作業媒体の熱エネルギーの少なくとも一部を受容し、前記熱エネルギーを前記熱差動式モジュール及び前記圧力モジュールのうちの１つに戻すよう構成された熱回収配置と、
を備える発電機であって、
前記作業媒体への熱の供給が、外部設備からの補助的な高温の流体との熱交換プロセスによって行われる、発電機。
前記第１の高温源及び前記第２の低温源のうち１つが外部環境と熱連通している、請求項１に記載の発電機。
前記圧力モジュールが１つ以上の圧力容器を備え、その各々が前記熱差動式モジュールと流体連通している、請求項１又は２に記載の発電機。
前記熱回収配置が、前記圧力モジュールの出口端部と流体連通し、中に同時に含まれる少なくとも２つの作業媒体の量の間の温度差を維持するよう構成された、少なくとも１つの温度勾配タンクを備える、請求項１、２又は３に記載の発電機。
前記勾配タンクに、前記少なくとも２つの部分の混合を防ぐよう構成された、迷路状の流路が形成されている、請求項４に記載の発電機。
前記発電機が、前記出力エネルギーの少なくとも一部を貯蔵するよう構成された熱貯蔵ユニットを更に備え、前記貯蔵ユニットが加熱要素と補助ヒートポンプの両方を備え、前記貯蔵ユニットが、外部使用者に対する高温／低温の媒体源として用いられる、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発電機。
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発電機を用いた出力エネルギー生成のための方法であって、前記方法が、
０）前記第１源で前記作業媒体の温度を上昇させるため、前記作業媒体と前記補助作業媒体との間の熱交換プロセスを行うことと、
Ｉ）Ｔ_Ｈの温度で高温の作業媒体を前記圧力モジュールに供給し、前記圧力媒体と熱交換プロセスを行わせることによって、前記圧力媒体の温度を最高動作温度Ｔ_ＰＭＡＸに上げ、その結果、前記高温の作業媒体の温度をＴ_{Ｈ−ＣＯＯＬＥＤ}に下げることと、
ＩＩ）Ｔ_{Ｈ−ＣＯＯＬＥＤ}の温度の前記高温の作業媒体を戻して、元のＴ_Ｈの温度に上げるために工程（０）を行わせることと、
ＩＩＩ）温度がＴ_Ｌの低温の作業媒体を前記圧力モジュールに供給し、前記圧力媒体と熱交換プロセスを行うことによって、前記圧力媒体の温度を最低動作温度Ｔ_ＰＭＩＮに下げ、その結果、前記低温の作業媒体の温度をＴ_{Ｌ−ＨＥＡＴＥＤ}に上げることと、
ＩＶ）Ｔ_{Ｌ−ＨＥＡＴＥＤ}の温度の前記低温の作業媒体を前記第２の低温源に戻し、その一方で、前記低温の作業媒体から放熱し、その温度を下げてＴ_Ｌに戻すことと、
の工程を少なくとも備え、Ｔ_Ｌ≦Ｔ_ＰＭＡＸ、Ｔ_ＰＭＩＮ≦Ｔ_Ｈである、方法。
工程（ＩＶ）における放熱が、外部環境への熱の放出によって行われる、請求項７に記載の方法。
前記発電機が、少なくとも１つの勾配タンクを更に備え、前記方法が、
前記方法の工程（ＩＩＩ）と（ＩＶ）との間に行われ、この間、前記圧力モジュールを出た後、前記低温の作業媒体が前記勾配タンクに供給され、そこで蓄積される（ＩＩＩ´）と、
前記方法の工程（Ｖ）と（Ｉ）との間に行われ、この間、前記勾配タンクに蓄積された前記加熱された低温の作業媒体が前記圧力モジュールに供給されて前記圧力媒体との熱交換プロセスを行い、これによって前記圧力媒体の温度が中間の動作温度Ｔ_{ＰＩＮＴＥＲ}に上がり、その結果、前記蓄積された低温の作業媒体の温度がＴ_Ｌにより近い温度に下がる（Ｖ´´）と、
の工程を更に備える、請求項７に記載の方法。
前記発電機が、少なくとも１つの勾配タンクを更に備え、前記方法が、
前記方法の工程（Ｉ）と（ＩＩ）との間に行われ、この間、前記圧力モジュールを出た後、前記高温の作業媒体が前記勾配タンクに供給され、そこで蓄積される（Ｉ´´）と、
前記方法の工程（ＩＩ）と（ＩＩＩ）との間に行われ、この間、前記勾配タンクに蓄積された前記冷却された高温の作業媒体が前記圧力モジュールに供給されて前記圧力媒体との熱交換プロセスを行い、これによって前記圧力媒体の温度が中間の動作温度ＴＰＩＮＴＥＲに下がり、その結果、前記蓄積された低温の作業媒体の温度がＴＬにより近い温度に上がる（ＩＩ´´）と、
の工程を更に備える、請求項７に記載の方法。
前記外部設備が、以下のもの：発電所であって、前記高温の流体が前記発電所によって排出された残りの加熱された水及び／又は蒸気である、発電所と、前記発電機に高温の流体を供給するために構成されたソーラー設備と、のうちいずれか１つである、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発電機。
前記圧力容器のうち１つ以上が、サブ構造と、周囲のグリルとを備えているコアを備え、それにより、前記サブ構造の内部スペースによって画定される第１のスペースと、前記グリルと前記サブ構造との間で画定される第２のスペースとが形成され、前記第１のスペースと前記第２のスペースとが互いに流体連通しているため、前記作業流体が前記第１のスペース及び前記第２のスペースの両方に含まれるよう構成されている、請求項３に記載の発電機。
前記発電機の運転中、前記第２のスペース内に含まれる前記作業流体、前記第１のスペース内に含まれる前記作業流体よりも速い軸流速度を得るよう構成されている、請求項１２に記載の発電機。
前記発電機が、前記圧力モジュールの出口端部と流体連通し、中に同時に含まれる少なくとも２つの作業媒体の量の間の温度差を維持するよう構成されている勾配タンクを備え、前記発電機が、外部環境との熱交換プロセスを介して前記勾配タンク内に含まれる流体を冷却するよう構成された放熱器を更に備える、請求項１１に記載の発電機。
前記熱交換プロセスが周囲の空気と前記勾配タンク内に含まれる流体との間で行われ、前記放熱器が前記燃焼チャンバと連動し、前記熱交換プロセスによって加熱された周囲の空気を前記燃焼チャンバに供給するよう構成されたベントを備える、請求項１４に記載の発電機。
前記燃焼チャンバが、高温の排気を生産するために燃料を燃焼し、加熱された気体を前記少なくとも１つの加熱容器に供給するよう構成され、前記排気と熱交換プロセスを行うため、前記作業流体が前記コア内を通過するよう構成されている、請求項１４に記載の発電機。
前記外部設備が、高温の排気を生産するために燃料を燃焼するよう構成された燃焼チャンバであり、前記発電機が、前記排気と前記作業流体との間の熱交換を容易にするよう構成された少なくとも１つの加熱容器と、前記熱交換プロセスの後に前記気体を排出するよう構成された煙突配置とを備え、前記発電機が、前記勾配タンクを前記煙突配置に関連づける加熱サイクルを備える、請求項１乃至６及び１１乃至１６のいずれか一項に記載の発電機。
前記圧力容器が、第１の、直径がＤ１の内部コアと、第２の、直径がＤ２＞Ｄ１である外部コアとを中に収容するハウジングを備え、前記コアが前記ハウジングの前記スペースを、前記第１の内部コア内で画定される内部スペースと、前記第２の外部コアの外面と前記ハウジングとの間で画定される外部スペースと、前記第１の内部コアの外面と前記第２の外部コアの内面との間で画定されるギャップスペースの、３つのサブスペースに分割し、前記コアの各々がその中心軸の周りで個々に回転するよう構成されている、請求項３又は１２に記載の発電機。
前記圧力容器がシリンダ状の形状であり、前記圧力容器の縦向きの断面において前記圧力容器をＴ字型にする追加的な延長部が形成され、前記圧力容器が、前記圧力媒体を前記延長部から引き出し、それを前記圧力容器内で循環させ、それを前記延長部に戻すよう構成された回転するコアを備える、請求項３、１２及び１８のいずれか一項に記載の発電機。
第１の高温の作業媒体が流体の媒体であり、前記圧力媒体が気体の媒体であり、前記作業媒体が、他の気体媒体との熱交換を介して高温になるよう構成されている、請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の発電機。
−第１の媒体と第２の媒体との間で熱交換プロセスを行うよう構成され、内部に前記第１の媒体を受容するよう構成された第１の入口と、内部に前記第２の媒体を受容するよう構成された第２の入口とを備える熱交換器と、
−前記第１の媒体を放出するよう構成された、少なくとも１つの出口端部を有する勾配容器であって、前記勾配容器が前記第１の媒体を収容し、中に同時に含まれる前記第１の媒体の少なくとも２つの量の間の温度差を維持し、前記第１の量は温度がＴａであって前記出口端部と直接関連し、前記第２の量は温度がＴｂ＜Ｔａである勾配容器と、
−前記熱交換器の前記第１の入口と流体連通している、前記勾配コンテナの前記出口端部と、
を備える、熱交換システム。
前記熱交換システムが、Ｔｃ≦Ｔｂの温度の前記第１の流体を含むタンクを更に備える、請求項２１に記載の熱交換システム。
請求項２１又は２２に記載の熱交換システムを用いて第２の媒体を冷却する方法であって、
ａ）Ｔａの第１の媒体の前記第１の量を前記熱交換器の前記第１の入口に供給することと、
ｂ）Ｔｂの第１の媒体の前記第２の量を前記熱交換器の前記第１の入口に供給することと、
ｃ）Ｔｃの温度の第１の流体を前記熱交換器の前記第１の入口に供給すること、
の工程を備える、方法。
−熱差動式モジュールであって、
第１の、作業媒体を高温で供給するよう構成された高温源と、
第２の、作業媒体を低温で供給するよう構成された低温源と、
前記の第１源及び第２源と流体連通し、
前記第１源で前記作業媒体に熱を供給すること、及び
前記第２源で前記作業媒体から熱を除去すること、
のうち少なくとも１つの方法によって、これらの間の温度差を維持するよう構成された熱機構と、
を備える、熱差動式モジュールと、
−前記第１の高温源からの前記作業媒体と、前記第２の低温源からの前記作業媒体とに選択的に流体連通し、前記高温／低温の作業媒体との熱交換プロセスを交互に行い、その温度を前記それぞれの作業媒体の高温及び低温に対応する最低動作温度と最高動作温度との間で変動させる圧力媒体を備える圧力モジュールと、
−前記圧力媒体と機械的に接続し、前記圧力媒体の温度変動を出力エネルギー生産のために利用するよう構成された変換モジュールと、
−前記熱差動式モジュール及び前記圧力モジュールのうち少なくとも１つと熱連通し、前記熱交換プロセスの間に前記圧力媒体に伝達されなかった前記高温及び低温の作業媒体の熱エネルギーの少なくとも一部を受容し、前記熱エネルギーを前記熱差動式モジュール及び前記圧力モジュールのうちの１つに戻すよう構成された熱回収配置と、
を備える発電機であって、
第１の高温の作業媒体が液体の媒体であり、前記圧力媒体が気体の媒体であり、前記作業媒体が他の気体媒体との熱交換を介して高温になるよう構成されている、発電機。
前記熱回収配置が、前記圧力モジュールの出口端部と流体連通し、中に同時に含まれる少なくとも２つの作業媒体の量の間の温度差を維持するよう構成されている少なくとも１つの温度勾配タンクを備える、請求項２４に記載の発電機。
前記勾配タンクに、前記の少なくとも２つの部分が混ざり合うのを防ぐよう構成された迷路状の流路が形成されている、請求項２５に記載の発電機。
前記発電機が、
−高温の補助作業媒体を生産するための加熱配置と、
−前記補助作業媒体と前記作業媒体との間で熱交換プロセスを行うよう構成された熱交換器と、
−第１の圧力モジュール及び第２の圧力モジュールと、
−各々が前記第１の圧力モジュールと関連する、第１の主勾配コンテナ及び第１の補助勾配コンテナと、
−各々が前記第２の圧力モジュールと関連する、第２の主勾配コンテナ及び第２の補助勾配コンテナと、
−各々が前記熱交換器と流体連通している、前記第１補助勾配コンテナ及び前記第２補助勾配コンテナと、
−前記第１の補助勾配コンテナ及び前記第２の補助勾配コンテナのうち少なくとも１つと関連してそこから熱を放出する少なくとも１つの熱回収配置であって、放出された熱を前記加熱配置に供給するために前記加熱配置と更に関連する前記熱回収配置と、
−中心導管と前記第１の主勾配コンテナ及び前記第２の主勾配コンテナと関連する分配ポイントと、
を備える、請求項１及び２４のいずれか一項に記載の発電機。
前記発電機が、
−前記加熱配置と前記熱交換器とを除いたすべての構成要素によって構成される周辺のフローサークルと、
−前記加熱配置と、前記熱交換器と、前記第１の主勾配コンテナと、前記第１の圧力モジュールと、前記第１補助勾配コンテナとによって構成される第１のフローサークルと、
−前記加熱配置と、前記熱交換器と、前記第２の主勾配コンテナと、前記第２の圧力モジュールと、前記第２の補助勾配コンテナとによって構成される第２のフローサークルと、
の３つの流体サークルを備える、請求項２７に記載の発電機。
請求項２７又は２８に記載の発電機を用いて出力エネルギーを生成する方法であって、前記方法は、
−第１の主工程−前記第１の高温源を阻害し、作業流体を反時計回りに周辺のサークルでのみ通過させることと、
−第１の補助工程−前記第１のフローサークルを阻害し、作業媒体を反時計回りに前記第１の流れで循環させることと、
−第２の主工程−前記第１の高温源を阻害し、作業流体を時計回りに周辺のサークルでのみ通過させることと、
−第２の補助工程−前記第２のフローサークルを阻害し、作業媒体を時計回りに前記第２のフローサークルで循環させることと、
を備え、
前記主工程の各々において、前記補助工程中よりも多量の作業媒体が前記圧力容器を循環する、方法。
前記主工程の間に前記圧力媒体を通過する作業媒体の量が、前記補助工程の間に前記圧力容器を循環する作業媒体の量の約１．５倍である、請求項２９に記載の方法。
前記補助工程の間に勾配温度の作業媒体を最も高温の部分から最も低温の部分に供給することによって、前記圧力容器内で前記圧力媒体の冷却が行われる、請求項２９又は３０に記載の方法。
前記各主工程の間、前記周辺の流体サイクルに高温の作業媒体が追加される、請求項２９、３０又は３１に記載の方法。
前記第２の低温源が、前記回収配置による作業媒体の冷却によって提供される、請求項２９乃至３２のいずれか一項に記載の方法。