CN108868929A - 冷却模块、超临界流体发电系统以及超临界流体供应方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷却模块和包含上述冷却模块的超临界流体发电系统以及利用上述冷却模块的超临界流体供应方法。适用本发明之实施例的冷却模块包括冷却部和缓冲部。冷却部通过对气体状态的工作流体进行冷却而使其液化，而缓冲部对被冷却的液体状态的工作流体进行储藏并供应到外部。借此，本发明能够在超临界流体发电系统中实现稳定的工作流体的供应。

Description

冷却模块、超临界流体发电系统以及超临界流体供应方法

技术领域

本发明涉及一种冷却模块和包含上述冷却模块的超临界流体发电系统以及利用上述冷却模块的超临界流体供应方法。

背景技术

国际上对高效的电力生产的需求变得越来越大且对减少公害物质发生的活动变得越来越活跃，因此人们为了能够在减少公害物质的发生的同时提升电力的生成量而倾尽各种努力，作为其中之一，如日本专利公开第2012-145092号所示，正在积极开展有关于将超临界二氧化碳作为工作流体使用的超临界二氧化碳发电系统(Power generationsystem using Supercitical CO₂)的研究开发活动。

因为超临界状态的二氧化碳具有与液体状态类似的密度以及与气体相似的粘性，因此不仅能够实现设备的小型化，还能够将流体的压缩以及循环所需的电力消耗降至最低。与此同时，因为其临界点为31.4℃和72.8大气压，远低于临界点为373.95℃和217.7大气压的水，因此非常便于进行操控。当如上所述的超临界二氧化碳发电系统在550℃的条件下运转时，能够呈现出约45％水准的纯发电效率，与现有的蒸汽循环的发电效率相比，不仅能够提升20％以上的发电效率，还能够将涡轮机的大小缩小到几十分之一的水准。

先行技术文献

专利文献

日本专利公开第2012-145092号

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够稳定地执行工作流体供应的冷却模块和包含上述冷却模块的超临界流体发电系统以及利用上述冷却模块的超临界流体供应方法。

适用本发明之实施例的冷却模块包括冷却部和缓冲部。冷却部配备有工作流体流入口以及冷却源流动部。工作流体流入口供气体状态的工作流体从外部流入。冷却源流动部供从外部供应过来的冷却源流动。在冷却部中，流入到工作流体流入口中的气体状态的工作流体通过与冷却源进行热交换而转换成液体状态的工作流体。缓冲部形成于冷却部的下部，其上部开放，接收并储藏在冷却部中得到冷却的液体状态的工作流体，并将所储藏的液体状态的工作流体供应到外部。

在适用本发明之实施例的冷却模块中，缓冲部能够采用截面上的侧面长度大于底面长度的构成。

在适用本发明之实施例的冷却模块中，冷却源流动管能够采用冷却源在冷却部的一侧流入和排出的构成。在一实施例中，冷却源流动管能够采用U字形的构成。

在适用本发明之实施例的冷却模块中，缓冲部能够从外部接收液体状态的工作流体的供应。

在适用本发明之实施例的冷却模块中，缓冲部能够位于与冷却部相隔的位置。缓冲部能够包括用于将在冷却部中得到冷却的液体状态的工作流体移送到缓冲部的移送管路。

在适用本发明之实施例的冷却模块中，还能够包括配备有在缓冲部的内部流动的冷媒流路的辅助冷却部。

在适用本发明之实施例的冷却模块中，辅助冷却部还能够包括在冷却部的内部流动的冷媒流路。

适用本发明之实施例的冷却模块，包括向下侧方向延长形成的外壳，工作流体流入口形成于外壳的一侧，冷却源在冷却源流动部中从外壳的一侧下部向上部流动，流入到工作流体流入口中的气体状态的工作流体在下降的过程中与冷却源进行热交换并转换成液体状态的工作流体，冷却部和缓冲部能够形成为一体并构成外壳。

在适用本发明之实施例的冷却模块中，冷却源流动部采用依次通过缓冲部和冷却部的构成，冷却源能够在与储藏在缓冲部中的工作流体进行热交换之后再与流入到冷却部中的工作流体进行热交换。

在适用本发明之实施例的冷却模块中，冷却源流动部配备有通过冷却部的冷却部流动部以及通过缓冲部的缓冲部流动部。在冷却部流动部流动的冷却源与流入到冷却部中的工作流体进行热交换。在缓冲部流动部流动的冷却源与储藏在缓冲部中的工作流体进行热交换，而冷却部流动部和缓冲部流动部能够在冷却部的外部汇流。

适用本发明之实施例的超临界流体发电系统包括冷却模块以及流体泵。冷却模块配备有工作流体流入口以及冷却源流动部。工作流体流入口供气体状态的工作流体从外部流入。冷却源流动部供从外部供应过来的冷却源流动。在冷却部中，流入到工作流体流入口中的气体状态的工作流体通过与冷却源进行热交换而转换成液体状态的工作流体。缓冲部形成于冷却部的下部，其上部开放，接收并储藏在冷却部中得到冷却的液体状态的工作流体。流体泵接收储藏在冷却模块的缓冲部中的液体状态的工作流体并对其进行泵送。

在适用本发明之实施例的超临界流体发电系统中，冷却源流动部能够采用冷却源在冷却部的一侧流入和排出的构成。

在适用本发明之实施例的超临界流体发电系统中，缓冲部能够位于与冷却部相隔的位置，能够包括用于将在冷却部中得到冷却的液体状态的工作流体移送到缓冲部的移送管路。

在适用本发明之实施例的超临界流体发电系统中，还能够包括配备有在缓冲部的内部流动的冷媒流路的辅助冷却部。

在适用本发明之实施例的超临界流体发电系统中，辅助冷却部还能够包括在冷却部的内部流动的冷媒流路。

在适用本发明之实施例的超临界流体发电系统中，冷却模块包括向下侧方向延长形成的外壳，工作流体流入口形成于外壳的一侧，冷却源在冷却源流动部中从外壳的一侧下部向上部流动，流入到工作流体流入口中的气体状态的工作流体在下降的过程中与冷却源进行热交换并转换成液体状态的工作流体，冷却部和缓冲部能够形成为一体并构成外壳。

在适用本发明之实施例的超临界流体发电系统中，冷却源流动部采用依次通过缓冲部和冷却部的构成，冷却源能够在与储藏在缓冲部中的工作流体进行热交换之后再与流入到冷却部中的工作流体进行热交换。

在适用本发明之实施例的超临界流体发电系统中，冷却源流动部配备有通过冷却部的冷却部流动部以及通过缓冲部的缓冲部流动部。在冷却部流动部流动的冷却源与流入到冷却部中的工作流体进行热交换。在缓冲部流动部流动的冷却源与储藏在缓冲部中的工作流体进行热交换，而冷却部流动部和缓冲部流动部能够在冷却部的外部汇流。

适用本发明之实施例的超临界流体供应方法，包括：将气体状态的工作流体冷却到液体状态的步骤；将被冷却的液体状态的工作流体储藏到缓冲部中的步骤；将储藏在缓冲部中的液体状态的工作流体供应到流体泵中的步骤；以及在流体泵中对液体状态的工作流体进行泵送的步骤。

适用本发明之实施例的超临界流体供应方法，在将被冷却的液体状态的工作流体储藏到缓冲部中的步骤中，能够通过在缓冲部的内部流动的冷媒流路，将储藏在缓冲部的工作流体中所存在的未被冷却的气体状态的工作流体冷却到液体状态。

适用本发明之实施例的超临界流体供应方法，在将被冷却的液体状态的工作流体储藏到缓冲部中的步骤中，能够在缓冲部的水位级别小于等于预设的基准水位时将液体状态的工作流体补充到缓冲部中。

通过适用本发明的实施形态，能够在超临界流体发电系统中稳定地执行工作流体的供应。

附图说明

图1是对适用本发明之实施例的超临界流体发电系统进行图示的示意图。

图2至图6是对适用本发明之第1实施例的冷却模块进行图示的示意图。

图7是对适用本发明之第2实施例的冷却模块进行图示的示意图。

图8至图12是对适用本发明之第3实施例的冷却模块进行图示的示意图。

图13至图23是对适用本发明之第4实施例的多种形态的冷却模块进行图示的示意图。

图24至图27是对适用本发明之第5实施例的多种形态的冷却模块进行图示的示意图。

图28是对适用本发明之第6实施例的冷却模块进行图示的示意图。

图29至图31是对适用本发明之第7实施例的冷却模块进行图示的示意图。

附图标记说明

100：冷却模块

110：冷却部

120：缓冲部

130：辅助供应部

140：辅助冷却部

200：流体泵

310～330：热交换机

400：涡轮机

500：发电机

113、1000、2000、3000：冷却源流动部。

具体实施方式

本发明能够进行各种变形以及具有多种实施例，下面将对部分特定实施例进行图示并对其进行详细的说明。但是，本发明并不限定于特定的实施形态，应理解为包含在不脱离本发明之思想以及技术范围内的所有变形、均等物以及替代物。

本发明中所使用的术语只是为了对特定的实施例进行说明而使用，并不是对本发明做出的限定。除非上下文中有明确的相反说明，否则单数型语句还包含复数型含义。在本发明中所使用的“包含”或“具有”等术语只是为了表明说明书中所记载的特征、数字、步骤、动作、构成要素、部件或上述之组合的存在，不应理解为事先排除一个或多个其他特征、数字、步骤、动作、构成要素、部件或上述之组合存在或被附加的可能性。

下面，将结合附图对适用本发明的较佳实施例进行详细的说明。其中需要注意的是，附图中相同的构成要素尽可能地使用相同的编号进行了图示。此外，可能会导致本发明的要旨变得不清晰的公知功能以及构成相关的详细说明将被省略。因为相同的原因，附图中的一部分构成要素可能会被夸张、省略或简化图示。

通常，在超临界流体发电系统中采用不将用于进行发电的工作流体排出到外部的闭合环路(close cycle)，而作为工作流体使用超临界状态的二氧化碳、超临界状态的氮气、超临界状态的氩气、超临界状态的氦气等。

超临界流体发电系统能够使用从火力发电站等排出的废气，因此不仅能够作为独立的发电系统使用，还能够被适用于与蒸汽涡轮机发电系统、火力发电系统的混合发电系统中。

环路内的工作流体在通过压缩机之后，在通过如加热器等热源的过程中被加热至高温高压的超临界状态，而超临界工作流体将驱动涡轮机工作。涡轮机中连接有发电机，从而在涡轮机的驱动下生成电力。已经在生成电力的过程中使用过的工作流体将在通过热交换机的过程中得到冷却，而被冷却的工作流体将再次被供应到压缩机中而在环路内部进行循环。此时，能够配备多个涡轮机或热交换机。

适用本发明之各种实施例的超临界流体发电系统，不仅是指在环路内部流动的所有工作流体都处于超临界状态的系统，还包括工作流体中的绝大部分为超临界状态而剩余的部分为亚临界状态的系统。

图1是对适用本发明之实施例的超临界流体发电系统进行图示的示意图。

如图1所示，适用本发明之实施例的超临界流体发电系统包括：冷却模块100；流体泵200；第1至第3热交换机310、320、330；至少一个涡轮机400；以及发电机500。适用本发明之实施例的超临界流体发电系统，使用如超临界状态的二氧化碳、超临界状态的氮气、超临界状态的氩气、超临界状态的氦气中的至少一种作为工作流体。接下来，将以作为工作流体使用二氧化碳(CO2)的情况为例进行说明，但并不限定于此。

本发明中的各个构成是通过可供工作流体流动的移送管连接，因此即使是在没有特殊说明的情况下，也应理解为工作流体是沿着移送管进行流动。此外，即使是在多个构成被一体化的情况下，实际上在一体化构成的内部仍然具有用于起到移送管作用的部件或者区域，因此在这种情况下也应理解为工作流体是沿着移送管进行流动。而对于起到其他特殊功能的流路，将单独进行详细的说明。

涡轮机400是由工作流体进行驱动，将起到通过对连接到至少一个涡轮机中的发电机500进行驱动而生成电力的作用，而且因为工作流体会在通过涡轮机400的过程中发生膨胀，因此涡轮机400还将起到膨胀器(expander)的作用。

冷却模块100可供气体状态的工作流体流入。所流入的气体状态的工作流体将得到冷却并转换成液体状态。

流体泵200接收通过冷却而转换成液体状态的工作流体的供应，并通过对工作流体进行压缩而使工作流体进入低温高压的状态。流体泵200通过一个驱动轴S与涡轮机400进行连接，能够是在涡轮机400旋转时一起发生旋转的旋转式泵。

通过流体泵200之后的工作流体中的一部分，将在第1热交换机310中与中温低压的工作流体进行热交换而进入中温高压的状态，并在第3热交换机330中被高温的外部废气加热而进入高温高压的状态。

而通过流体泵200之后的工作流体中的剩余部分，将在第2热交换机320中被高温的外部废气加热而进入中温高压的状态，并在第3热交换机330中被高温的外部废气加热而进入高温高压的状态。

高温高压的工作流体将在通过涡轮机400的过程中进入中温低压的状态，并在通过第1热交换机310的过程中与通过流体泵200之后的低温高压的工作流体中的一部分进行热交换，从而进入低温低压的状态并流入到冷却模块100中。

在适用本发明的实施例中，冷却模块100被安装在第1热交换机310和流体泵200之间。冷却模块100将气体状态的工作流体转换成液体状态的工作流体，对经过转换的工作流体进行储藏并供应到流体泵200中。即，冷却模块100同时起到冷却器(cooler)的功能以及缓冲器(buffer)的功能。超临界流体发电系统能够通过冷却模块100稳定地将液体状态的工作流体供应到流体泵200中。此外，因为液体状态的工作流体的容量变化会导致水位级别的明显变化，因此冷却模块100能够借此实现稳定的水位级别控制。

接下来，将结合图2至图6对适用本发明之第1实施例的冷却模块100进行详细的说明。图2至图6是对适用本发明之第1实施例的冷却模块进行图示的示意图。

如图所示，适用本发明之第1实施例的冷却模块100包括冷却部110以及缓冲部120。冷却部110和缓冲部120分别配备有特定形状的外壳，冷却部外壳111和缓冲部外壳121能够形成为一体，或相互分离形成，或在分离形成之后通过对冷却部外壳111的底面和缓冲部外壳121的上侧面进行接合而形成。

冷却部110配备有工作流体流入口112以及冷却源流动部113。气体状态的工作流体通过工作流体流入口112从外部流入。例如，低温低压的气体状态的工作流体通过工作流体流入口112从第1热交换机310流入到冷却模块100中。

冷却源流动部113形成于冷却部外壳111的内部，从外部供应过来的冷却源(Cooling Source)通过冷却源流动部113在冷却部110内部流动。冷却源流动部113采用如管状形状形成，冷却源在管内部流动的过程中从位于管外部的气体状态的工作流体接收热量。气体状态的工作流体在向冷却源释放热量的过程中转换成液体状态。冷却源是比气体状态的工作流体更低温度的液体或者气体，例如，能够是液化天然气(LNG，liquefiednatural gas)、水等。

冷却源流动部113如图2所示，能够采用冷却源从冷却部外壳111的一侧流入并在另一侧排出的一字形形态，或者如图3所示，能够采用冷却源从冷却部外壳111的一侧流入和流出的U字形形态。

当冷却源流动部113采用一字形形态时，在未形成缓冲部120的位置形成工作流体流入口112为宜，而当冷却源流动部113采用U字形形态时，在形成缓冲部120的位置形成工作流体流入口112为宜。

当冷却源流动部113采用U字形形态时，能够由上部流动部113a和下部流动部113b构成，在上部流动部113a流动的冷却源能够首先与通过工作流体流入口112流入的工作流体进行热交换，而在下部流动部113b流动的冷却源能够与已在上部流动部113a中进行过热交换的工作流体再次进行热交换。

此时，冷却源从下部流动部113b流入并向上部流动部113a流动为宜。冷却源在下部流动部113b中进行热交换之后再在上部流动部113a中进行热交换，因此在上部流动部113a中进行流动的冷却源的温度相对高于在下部流动部113b中进行流动的冷却源。通过工作流体流入口112流入的工作流体与上部流动部113a中的冷却源进行第1次热交换，然后与下部流动部113b中的冷却源进行第2次热交换。工作流体在与相对高温的冷却源进行热交换之后，再与相对低温的冷却源进行热交换。即，未经过热交换的高温工作流体与已经过热交换的高温冷却源在上部流动部113a的附近进行第1次热交换，而已经过热交换的低温工作流体和未经过热交换的低温冷却源在下部流动部113b的附近进行第2次热交换，从而能够提升其热交换效率。

在冷却部外壳111的下表面中没有与缓冲部外壳121连接的部分，能够形成可供转换成液体状态的工作流体滑动并流入到缓冲部120中的倾斜面114。

此外，如图4所示，在冷却部外壳111的下表面能够形成开闭部115。在本实施例中，开闭部115能够通过在水平方向上前进或者后退而对缓冲部120进行开闭。开闭部115采用隔热材料形成为宜。通过配备开闭部115，能够防止储藏在缓冲部120中的液体状态的工作流体因为未被冷却的气体状态的工作流体而发生气化并逆流到冷却部110中的现象。开闭部115能够通过电机M或执行器(未图示)进行控制。在图4中图示了开闭部115形成于冷却部外壳111的下表面的情况，但并不以此为限，也能够形成于缓冲部外壳121的上部。

缓冲部120能够以上部开放的形态形成于冷却部110的下部。具体来讲，上部开放的缓冲部外壳121能够与下部中的一部分开放的冷却部外壳111形成为一体。在缓冲部120的下部形成工作流体流出口122。

缓冲部120接收并储藏在冷却部110中得到冷却的液体状态的工作流体，并通过工作流体流出口122将液体状态的工作流体供应到外部。例如，所储藏的液体状态的工作流体通过工作流体流出口122供应到流体泵200中。

缓冲部120配备有向下侧方向延长的缓冲部外壳121，如图2所示，采用以截面为基准的缓冲部120的侧面长度L1大于底面长度L2的构成为宜。如上所述，通过采用使缓冲部120的纵横比大于1的构成，能够轻易地对储藏在缓冲部120中的液体状态的工作流体的水位进行调节。现有的冷却器(cooler)采用以截面为基准的底面长度较长而侧面长度较短的构成，因此，通过冷却源得到冷却的工作流体将以较低的水位状态汇聚在较宽的底面中，而被液化的工作流体会因为荡漾现象而难以准确地对其水位进行调节，从而难以对要供应到流体泵200中的供应量进行调节。

在适用本发明的实施例中，通过冷却源得到冷却的工作流体将以较高的水位状态汇聚在具有相对较高的纵横比的缓冲部120中，因此能够减少被液化的工作流体的荡漾现象，且因为是以较高的水位状态储藏，因此能够轻易地通过位于缓冲部120下部的工作流体流出口122对向流体泵200供应的供应量进行调节。通过工作流体流出口122的供应量调节，能够利用控制阀(未图示)实现。

在缓冲部120中，能够安装用于对储藏在冷却模块的缓冲部120中的液体状态的工作流体的水位级别进行测定的水位测定部LT。为了实现稳定的工作流体供应，缓冲部120需要保持一定的水位级别。当缓冲部120的水位级别小于等于预设的基准水位时，从冷却模块的外部供应液体状态的工作流体为宜。为此，在适用本发明的实施例中还包括用于向缓冲部120供应液体状态的工作流体的辅助供应部130。

超临界流体发电系统的控制部(未图示)通过对水位测定部LT的测定值和预设的基准水位进行比较，控制辅助供应部130以向缓冲部120供应与其差异值对应的工作流体。

图2至图4中图示了冷却部110和缓冲部120形成为一体的情况，但是也能够如图5以及图6所示，使冷却部110和缓冲部120相隔分离形成而不是形成为一体。

在这种情况下，在冷却部110和缓冲部120之间安装有用于将在冷却部110中得到冷却的液体状态的工作流体移送到缓冲部120中的移送管路123。图5中图示了冷却部110和缓冲部120相隔形成且冷却源流动部113以一字形形态构成的冷却模块，图6中图示了冷却部110和缓冲部120相隔形成且冷却源流动部113以U字形形态构成的冷却模块。

图7是对适用本发明之第2实施例的冷却模块进行图示的示意图。

如图7所示，适用本发明之第2实施例的冷却模块包括外壳H、冷却部110以及缓冲部120。

适用本实施例的冷却模块与上述第1实施例不同，采用垂直型的构成。在本实施例中，外壳H向下侧方向延长形成，外壳H的上部构成冷却部110，外壳H的下部构成缓冲部120。

冷却部110配备有工作流体流入口112以及冷却源流动部113。在本实施例中，工作流体流入口112形成于外壳H的一侧。冷却源流动部113采用从外部供应过来的冷却源从外壳H的一侧向上侧流动的构成。即，冷却源流动部113的入口形成于外壳H的一侧中工作流体流入口112的下部，冷却源流动部113的出口形成于外壳H的上侧。

缓冲部120以上部开放的形态形成于冷却部110的下部。在缓冲部120的下部一侧形成工作流体流出口122。冷却部110和缓冲部120形成为一体并构成外壳H。

适用本实施例的冷却模块采用冷却部110的下部和缓冲部120的上部整体形成为一体的构成，为了实现较高的纵横比，采用冷却部110的侧面长度L3和缓冲部120的侧面长度L4之和大于缓冲部120的下部长度L5的构成为宜。具体来讲，采用缓冲部120的侧面长度L4大于缓冲部120的下部长度L5的构成为宜。

在本实施例中，冷却模块也能够配备对储藏在缓冲部120中的液体状态的工作流体的水位级别进行测定的水位测定部LT，以及向缓冲部120供应液体状态的工作流体的辅助供应部130。

流入到工作流体流入口112中的气体状态的工作流体在下降的过程中与在冷却源流动部113中流动的冷却源进行热交换，从而转换成液体状态的工作流体并被储藏在缓冲部120中。

缓冲部120对在冷却部110中得到冷却的液体状态的工作流体进行储藏，并通过工作流体流出口122将液体状态的工作流体供应到外部。例如，所储藏的液体状态的工作流体通过工作流体流出口122供应到流体泵200中。

在适用本实施例的冷却模块中，通过冷却源得到冷却的工作流体将以较高的水位状态汇聚在比起现有的水平式冷却模块具有相对较高的纵横比的缓冲部120中。借此，能够减少被液化的工作流体的荡漾现象，且因为是以较高的水位状态储藏，因此能够轻易地通过位于缓冲部120下部的工作流体流出口122对向流体泵200供应的供应量进行调节。

接下来，将结合图8至图12对适用本发明之第3实施例的冷却模块进行详细的说明。图8至图12是对适用本发明之第3实施例的冷却模块进行图示的示意图。

如图8至图12所示，适用本发明之第3实施例的冷却模块在上述的第1以及第2实施例的冷却模块的基础上还包括配备有冷媒流路141、412的辅助冷却部(冷却器，Chiller)140。

辅助冷却部140的内部储藏有冷却源。冷却源只要是比液体状态的工作流体更低温度的液体、气体即可，例如，能够是液化天然气(LNG，liquefied natural gas)、水等。

储藏在辅助冷却部140中的冷却源能够通过冷媒流路141、142在缓冲部120或冷却部110中流动。冷媒流路141、142形成为如管状形状，冷却源在管内部流动的过程中与位于管外部的工作流体进行热交换。

在系统运行的过程中，辅助冷却部140对因为在冷却源流动部113中流动的冷却源的量不充分而没有能够在冷却部110中得到冷却并流入到缓冲部120中的剩余的气体状态的工作流体进行冷却，从而提升冷却模块的冷却效率。

此外，在系统运行的过程中，辅助冷却部140还能够防止被储藏在缓冲部120中的液体状态的工作流体因为系统中所产生的热量或外部热量而发生气化并逆流到冷却部110中的现象。

此外，在系统运行的过程中，当在冷却源流动部113中流动的冷却源的量不充分时，辅助冷却部140还能够通过在冷却部110的内部流动的冷媒流路142实现额外的热交换，从而提升其冷却效率。

此外，在系统停止时，能够通过在缓冲部120的内部流动的冷媒流路141实现持续性的热交换，从而防止被储藏在缓冲部120中的液体状态的工作流体因为系统中所产生的热量或外部热量而发生气化的现象。

接下来，将结合图13至图23对适用本发明之第4实施例的冷却模块100进行详细的说明。图13至图23是对适用本发明之第4实施例的多种形态的冷却模块进行图示的示意图。

适用本发明之第4实施例的冷却模块100能够使冷却源在与储藏在缓冲部120中的工作流体进行热交换之后再与流入到冷却部110中的工作流体进行热交换，从而提升其冷却效率。

如图所示，适用本发明之第4实施例的冷却模块100包括冷却部110、缓冲部120以及冷却源流动部1000。冷却部110和缓冲部120实质上与上述的第1实施例相同，所以在此将省略其详细的说明。

但是，如图14所示，通过在开闭部115中形成能够插入冷却源流动部1000的狭槽115a，避免在开闭部115前进或后退时冷却源流动部1000受到影响。

冷却源流动部1000采用经过冷却部外壳111以及缓冲部121外壳的结构，从外部供应过来的冷却源(Cooling Source)通过冷却源流动部1000在缓冲部120以及冷却部110的内部流动。冷却源流动部1000形成为如管状形状，冷却源在管内部流动的过程中与位于管外部的工作流体进行热交换。冷却源只要是比工作流体更低温度的液体、气体即可，例如，能够是液化天然气(LNG，liquefied natural gas)、水等。

冷却源流动部1000如图13所示，能够采用冷却源从缓冲部外壳121的一侧流入并从冷却部外壳111的另一侧排出的构成。此外，如图15所示，能够以冷却源从缓冲部外壳121的一侧流入并从冷却部外壳111的一侧排出的形态构成，而在冷却部110的空间中形成的冷却源流动部1000能够以U字形形态构成。

当冷却源流动部1000采用如图13所示的形态时，在未形成缓冲部120的位置形成工作流体流入口112为宜，而当冷却源流动部1000采用如图15所示的形态时，在形成缓冲部12的位置形成工作流体流入口112为宜。

如图15所示，当配置在冷却部110的空间中的冷却源流动部1000采用U字形形态时，能够由上部流动部1000a和下部流动部1000b构成，在上部流动部1000a流动的冷却源能够首先与通过工作流体流入口112流入的工作流体进行热交换，而在下部流动部1000b流动的冷却源能够与已在上部流动部1000a中进行过热交换的工作流体再次进行热交换。

此时，冷却源通过缓冲部120从下部流动部1000b流入并向上部流动部1000a流动为宜。冷却源在下部流动部1000b中进行热交换之后再在上部流动部1000a中进行热交换，因此在上部流动部1000a中进行流动的冷却源的温度相对高于在下部流动部1000b中进行流动的冷却源。通过工作流体流入口112流入的工作流体与上部流动部1000a中的冷却源进行第1次热交换，然后与下部流动部1000b中的冷却源进行第2次热交换。工作流体在与相对高温的冷却源进行热交换之后，再与相对低温的冷却源进行热交换。即，未经过热交换的高温工作流体与已经过热交换的高温冷却源在上部流动部1000a的附近进行第1次热交换，而已经过热交换的低温工作流体和未经过热交换的低温冷却源在下部流动部1000b的附近进行第2次热交换，从而能够提升其热交换效率。

在图16中所图示的冷却模块是在缓冲部120的空间中形成的冷却源流动部1000采用U字形形态的情况，而在图17中所图示的冷却模块是在冷却部110以及缓冲部120的空间中形成的冷却源流动部1000采用U字形形态的情况。因为在上面的内容中已经对冷却源流动部1000采用U字形形态的情况进行了说明，所以在此将省略其详细的说明。

在图18中所图示的冷却模块中，冷却源流动部1000分支形成冷却部流动部1100以及缓冲部流动部1200，缓冲部流动部1200在首先与储藏在缓冲部120中的工作流体进行热交换之后，再与冷却部流动部1100汇流。

图19中，对图18所示的冷却模块中的冷却部流动部1100以U字形形态构成的情况进行了图示。

图13至图19中图示了冷却部110和缓冲部120形成为一体的情况，但是也能够如图20至图23所示，使冷却部110和缓冲部120相隔分离形成而不是形成为一体。

在这种情况下，在冷却部110和缓冲部120之间包括用于将在冷却部110中得到冷却的液体状态的工作流体移送到缓冲部120中的移送管路123。

图20中图示了冷却部110和缓冲部120相隔形成且配置在缓冲部120中的冷却源流动部1000以U字形形态构成的冷却模块，图21中图示了冷却部110和缓冲部120相隔形成且配置在冷却部110以及缓冲部120中的冷却源流动部1000以U字形形态构成的冷却模块。

图22中所图示的冷却模块，是冷却部110和缓冲部120相隔形成且冷却源流动部1000分支形成冷却部流动部1100以及缓冲部流动部1200的形态。缓冲部流动部1200在首先与储藏在缓冲部120中的工作流体进行热交换之后，再与冷却部流动部1100汇流。

图23中所图示的冷却模块，是图22中所图示的冷却模块中的冷却部流动部1100以U字形形态构成的情况。

在图20至图23中所图示的冷却模块，采用冷却部110和缓冲部120相隔形成的方式，因此在超临界流体发电系统停止运行时，即使是在不安装上述的开闭部115的状态下，也能够防止储藏在缓冲部120中的液体状态的工作流体因为外部热量而发生气化并逆流到冷却部110中的现象。

接下来，将结合图24至图27对适用本发明之第5实施例的冷却模块进行详细的说明。图24至图27是对适用本发明之第5实施例的多种形态的冷却模块进行图示的示意图。

适用本发明之第5实施例的冷却模块100采用能够使冷却源在冷却部110以及缓冲部120中分别与工作流体进行并列式热交换的构成，从而提升其冷却效率。

如图所示，适用本发明之第5实施例的冷却模块包括冷却部110、缓冲部120以及冷却源流动部2000。其中，冷却部110以及缓冲部120与上述的第4实施例相同。

如图24所示，冷却源流动部2000分支形成冷却部流动部2100以及缓冲部流动部2200，冷却部流动部2100配置在冷却部110的内部，而缓冲部流动部2200配置在缓冲部120的内部。冷却部流动部2100和缓冲部流动部2200在外壳111、121的外部汇流。

在冷却部流动部2100中流动的冷却源与通过工作流体流入口112流入到冷却部110中的工作流体进行热交换并将其转换成液体状态的工作流体。

在缓冲部流动部2200中流动的冷却源与储藏在缓冲部120中的液体状态的工作流体进行热交换，从而防止被储藏在缓冲部120中的液体状态的工作流体发生气化的现象。此外，还能够对没有在冷却部110中得到冷却并流入到缓冲部120中的剩余的气体状态的工作流体进行冷却，从而提升冷却模块的冷却效率。

图25中图示了配置在冷却部110以及缓冲部120中的冷却部流动部2100和缓冲部流动部2200分别以U字形形态构成的冷却模块。

图26以及图27中所图示的冷却模块，是冷却部110和缓冲部120相隔分离形成而没有形成为一体，且冷却部流动部2100以及缓冲部流动部2200被分别配置在冷却部110以及缓冲部120中的冷却模块。在图26中，冷却源在冷却部流动部2100以及缓冲部流动部2200中分支，从而分别从冷却部110以及缓冲部120的一侧流入并向另一侧流动。图27中图示了配置在冷却部110以及缓冲部120中的冷却部流动部2100和缓冲部流动部2200分别以U字形形态构成的冷却模块。

本实施例与上述的第4实施例相同，能够适用对储藏在缓冲部120中的液体状态的工作流体的水位级别进行测定的水位测定部LT，以及向缓冲部120供应液体状态的工作流体的辅助供应部130。

接下来，将结合图28对适用本发明之第6实施例的冷却模块进行详细的说明。图28是对适用本发明之第6实施例的冷却模块进行图示的示意图。

如图28所示，适用本发明之第6实施例的冷却模块包括外壳H、冷却部110以及缓冲部120。

适用本实施例的冷却模块采用垂直型的构成。在本实施例中，外壳H向下侧方向延长形成，外壳H的上部构成冷却部110，外壳H的下部构成缓冲部120。

冷却部110配备有工作流体流入口112以及冷却源流动部3000。工作流体流入口112形成于外壳H的一侧。冷却源流动部3000采用从外部供应过来的冷却源从外壳H下侧的缓冲部120向上侧的冷却部110流动的构成。即，冷却源流动部3000的入口形成于外壳H的下侧，冷却源流动部3000的出口形成于外壳H的上侧。

缓冲部120以上部开放的形态形成于冷却部110的下部。在缓冲部120的下部一侧形成工作流体流出口122。冷却部110和缓冲部120形成为一体并构成外壳H。

适用本实施例的冷却模块采用冷却部110的下部和缓冲部120的上部整体形成为一体的构成，为了实现较高的纵横比，采用冷却部110的侧面长度L3和缓冲部120的侧面长度L4之和大于缓冲部120的下部长度L5的构成为宜。具体来讲，采用缓冲部120的侧面长度L4大于缓冲部120的下部长度L5的构成为宜。

本实施例与上述的实施例相同，能够适用对储藏在缓冲部120中的液体状态的工作流体的水位级别进行测定的水位测定部LT，以及向缓冲部120供应液体状态的工作流体的辅助供应部130。

流入到工作流体流入口112中的工作流体在下降的过程中与在冷却源流动部3000中流动的冷却源进行热交换，从而转换成液体状态的工作流体并被储藏在缓冲部120中。

缓冲部120对在冷却部110中得到冷却的液体状态的工作流体进行储藏，并通过工作流体流出口122将液体状态的工作流体供应到外部。例如，所储藏的液体状态的工作流体通过工作流体流出口122供应到流体泵200中。

在适用本实施例的冷却模块中，通过冷却源得到冷却的工作流体将以较高的水位状态汇聚在比起现有的水平式冷却模块具有相对较高的纵横比的缓冲部120中。借此，能够减少被液化的工作流体的荡漾现象，且因为是以较高的水位状态储藏，因此能够轻易地通过位于缓冲部120下部的工作流体流出口122对向流体泵200供应的供应量进行调节。此外，在冷却源流动部3000中流动的冷却源能够通过与储藏在缓冲部120中的被液化的工作流体进行热交换而防止工作流体发生气化的现象，还能够对没有在冷却部110中得到冷却并流入到缓冲部120中的剩余的气体状态的工作流体进行冷却，从而提升冷却模块的冷却效率。

接下来，将结合图29至图31对适用本发明之第7实施例的冷却模块进行详细的说明。图29至图31是对适用本发明之第7实施例的冷却模块进行图示的示意图。

如图29至图31所示，适用本发明之第7实施例的冷却模块在上述的实施例的冷却模块的基础上还包括配备有冷媒流路141、412的辅助冷却部(冷却器，Chiller)140。图29至图31只是对上述实施例中最具代表性的一部分进行了图示，在上述实施例的各种形态上均能够包含辅助冷却部(冷却器，Chiller)。

辅助冷却部140的内部储藏有冷却源。冷却源只要是比工作流体更低温度的液体、气体即可，例如，能够是液化天然气(LNG，liquefied natural gas)、水等。

储藏在辅助冷却部140中的冷却源能够通过冷媒流路141、142流动到缓冲部120或冷却部110中。冷媒流路141、142形成为如管状形状，冷却源在管内部流动的过程中与位于管外部的工作流体进行热交换。

在系统运行的过程中，辅助冷却部140对因为在冷却源流动部中流动的冷却源的量不充分而没有能够在冷却部110中得到冷却并流入到缓冲部120中的剩余的气体状态的工作流体进行冷却，从而提升冷却模块的冷却效率。

此外，在系统运行的过程中，辅助冷却部140还能够防止被储藏在缓冲部120中的液体状态的工作流体因为系统中所产生的热量或外部热量而发生气化并逆流到冷却部110中的现象。

此外，在系统运行的过程中，当在冷却源流动部113中流动的冷却源的量不充分时，辅助冷却部140还能够通过在冷却部110的内部流动的冷媒流路142实现额外的热交换，从而提升其冷却效率。

此外，在系统停止时，能够通过在缓冲部120的内部流动的冷媒流路141实现持续性的热交换，从而防止被储藏在缓冲部120中的液体状态的工作流体因为系统中所产生的热量或外部热量而发生气化的现象。

接下来，对利用适用本发明之实施例的冷却模块的超临界流体发电系统的冷却方法进行详细的说明。

为了通过适用本发明之实施例的超临界流体发电系统的冷却方法进行冷却，需要将气体状态的工作流体冷却到液体状态。气体状态的工作流体通过在冷却部110中形成的工作流体流入口112从外部(例如第1热交换机310)流入，而气体状态的工作流体与通过冷却源流动部113、1000、2000、3000流动的冷却源进行热交换并被冷却到液体状态。当在冷却源流动部113、1000、2000、3000中流动的冷却源的量不充分时，能够通过在冷媒流路142中流动的冷却源实现额外的热交换。

接下来，将被冷却的液体状态的工作流体储藏到缓冲部中。通过与冷却源流动部113、1000、2000、3000或额外与冷媒流路142中的冷却源进行热交换而被冷却到液体状态的工作流体将下落并被储藏在缓冲部120中。此时，液体状态的工作流体能够沿着冷却部外壳111的底面或倾斜面114流入并被储藏到缓冲部120中。为了便于对液体状态的工作流体的水位进行调节，缓冲部120采用纵横比大于1的构成。

因为流入到缓冲部120中的工作流体中可能包含没有被冷却的气体状态的工作流体，因此在缓冲部120的内部流动的冷媒流路141能够将剩余的气体状态的工作流体转换成液体状态。此外，冷媒流路141能够防止所储藏的液体状态的工作流体因为系统中所产生的热量或外部热量而发生气化的现象。当缓冲部120中的水位级别小于等于预设的基准水位时，能够通过辅助供应部130补充液体状态的工作流体，从而确保稳定的工作流体供应。

此外，在第4至第7实施例中，流入到缓冲部120的工作流体中没有被冷却的工作流体将通过配置在缓冲部120中的冷却源流动部1000、2000、3000得到冷却。在冷却源流动部1000、2000、3000的冷却源不充分的情况下，能够通过在缓冲部120的内部流动的冷媒流路141将剩余的气体状态的工作流体转换成液体状态。

被储藏在缓冲部120中的液体状态的工作流体被供应到流体泵200中。流体泵200通过对工作流体进行压缩而使工作流体进入低温高压的状态之后，使得工作流体通过超临界流体发电系统的各类移送管进行流动。

在上述内容中，对适用本发明的实施例进行了详细的说明，但是具有相关技术领域之一般知识的人员能够不脱离权利要求书中所记载的本发明之思想的范围内，通过构成要素的附加、变更、删除或追加等对本发明进行各种修改以及变更，而这些修改以及变更均应理解为包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (20)

1.一种冷却模块，其中，包括：

冷却源流动部，供从外部供应过来的冷却源流动；

冷却部，配备有供工作流体流入的工作流体流入口，流入到上述工作流体流入口中的气体状态的工作流体通过与在上述冷却源流动部中流动的冷却源进行热交换而转换成液体状态的工作流体；以及，

缓冲部，形成于上述冷却部的下部，其上部开放，接收并储藏在上述冷却部中得到冷却的液体状态的工作流体，并将所储藏的液体状态的工作流体供应到外部。

2.根据权利要求1所述的冷却模块，其中，

上述冷却源流动部采用上述冷却源在冷却部的一侧流入和排出的构成。

3.根据权利要求1所述的冷却模块，其中，

上述缓冲部从外部接收上述液体状态的工作流体的供应。

4.根据权利要求1所述的冷却模块，其中，

上述缓冲部位于与上述冷却部相隔的位置，

包括用于将在上述冷却部中得到冷却的液体状态的工作流体移送到上述缓冲部的移送管路。

5.根据权利要求1所述的冷却模块，其中，

还包括配备有在上述缓冲部的内部流动的冷媒流路的辅助冷却部。

6.根据权利要求5所述的冷却模块，其中，

上述辅助冷却部还包括在上述冷却部的内部流动的冷媒流路。

7.根据权利要求1所述的冷却模块，其中，

包括向下侧方向延长形成的外壳，

上述工作流体流入口形成于上述外壳的一侧，

上述冷却源在上述冷却源流动部中从上述外壳的一侧下部向上部流动，

流入到上述工作流体流入口中的气体状态的工作流体在下降的过程中通过与上述冷却源进行热交换而转换成液体状态的工作流体，

上述冷却部和上述缓冲部形成为一体并构成上述外壳。

8.根据权利要求1所述的冷却模块，其中，

上述冷却源流动部采用依次通过上述缓冲部和上述冷却部的构成，上述冷却源在与储藏在上述缓冲部中的工作流体进行热交换之后再与流入到上述冷却部中的工作流体进行热交换。

9.根据权利要求1所述的冷却模块，其中，

上述冷却源流动部配备有通过上述冷却部的冷却部流动部以及通过上述缓冲部的缓冲部流动部，

在上述冷却部流动部中流动的冷却源与流入到上述冷却部中的工作流体进行热交换，而在上述缓冲部流动部中流动的冷却源与储藏在上述缓冲部中的工作流体进行热交换，上述冷却部流动部和缓冲部流动部在上述冷却部的外部汇流。

10.一种超临界流体发电系统，其中，包括：

冷却模块，包括：冷却源流动部，供从外部供应过来的冷却源流动；冷却部，配备有供工作流体流入的工作流体流入口，流入到上述工作流体流入口中的气体状态的工作流体通过与在上述冷却源流动部中流动的冷却源进行热交换而转换成液体状态的工作流体；以及缓冲部，形成于上述冷却部的下部，其上部开放，接收并储藏在上述冷却部中得到冷却的液体状态的工作流体，并将所储藏的液体状态的工作流体供应到外部；以及，

流体泵，接收储藏在上述冷却模块的缓冲部中的液体状态的工作流体并对其进行泵送。

11.根据权利要求10所述的超临界流体发电系统，其中，

上述冷却源流动部采用上述冷却源在冷却部的一侧流入和排出的构成。

12.根据权利要求10所述的超临界流体发电系统，其中，

上述缓冲部位于与上述冷却部相隔的位置，

包括用于将在上述冷却部中得到冷却的液体状态的工作流体移送到上述缓冲部的移送管路。

13.根据权利要求10所述的超临界流体发电系统，其中，

还包括配备有在上述缓冲部的内部流动的冷媒流路的辅助冷却部。

14.根据权利要求13所述的超临界流体发电系统，其中，

上述辅助冷却部还包括在上述冷却部的内部流动的冷媒流路。

15.根据权利要求10所述的超临界流体发电系统，其中，

上述冷却模块包括向下侧方向延长形成的外壳，

上述工作流体流入口形成于上述外壳的一侧，

上述冷却源在上述冷却源流动部中从上述外壳的一侧下部向上部流动，

流入到上述工作流体流入口中的气体状态的工作流体在下降的过程中通过与上述冷却源进行热交换而转换成液体状态的工作流体，

上述冷却部和上述缓冲部形成为一体并构成上述外壳。

16.根据权利要求10所述的超临界流体发电系统，其中，

上述冷却源流动部采用依次通过上述缓冲部和上述冷却部的构成，上述冷却源能够在与储藏在上述缓冲部中的工作流体进行热交换之后再与流入到上述冷却部中的工作流体进行热交换。

17.根据权利要求10所述的超临界流体发电系统，其中，

上述冷却源流动部配备有通过上述冷却部的冷却部流动部以及通过上述缓冲部的缓冲部流动部，

在上述冷却部流动部中流动的冷却源与流入到上述冷却部中的工作流体进行热交换，而在上述缓冲部流动部中流动的冷却源与储藏在上述缓冲部中的工作流体进行热交换，上述冷却部流动部和缓冲部流动部在上述冷却部的外部汇流。

18.一种超临界流体供应方法，其中，包括：

将气体状态的工作流体冷却到液体状态的步骤；

将被冷却的液体状态的工作流体储藏到缓冲部中的步骤；

将储藏在缓冲部中的液体状态的工作流体移送到流体泵中的步骤；以及，

在流体泵中对液体状态的工作流体进行泵送的步骤。

19.根据权利要求18所述的超临界流体供应方法，其中，

在将被冷却的上述液体状态的工作流体储藏到缓冲部中的步骤中，

通过在上述缓冲部的内部流动的冷媒流路，将储藏在上述缓冲部的工作流体中所存在的未被冷却的气体状态的工作流体冷却到液体状态。

20.根据权利要求18所述的超临界流体供应方法，其中，

在将被冷却的上述液体状态的工作流体储藏到缓冲部中的步骤中，

当上述缓冲部的水位级别小于等于基准水位时，向缓冲部补充液体状态的工作流体。