CN112055776B - 电力生成系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电力生成系统，与现有相比，能量的回收效率良好，并且不仅可以生成冷热也可以生成温热。该电力生成系统在耐压密闭电路的系统内使工作流体状态变化并使其循环，将赋予工作流体的外来热能转换为动能而生成动力，通过该动力驱动发电机产生电力，所述电力生成系统由具有主电路和副电路的耐压密闭电路构成，主电路包括蒸发室、绝热膨胀室、发电部、加温用热交换机构、以及液化工作流体回流单元，副电路包括热介质分支流路、液化辅助用流体供给路、冷却设备、第2被加温流体供给路、加温设备、以及返流压缩单元。

Description

电力生成系统
技术领域
本发明涉及电力生成系统。
背景技术
作为现有通过热机实施的代表性能量的回收法，列举出例如火力发电、核能发电等。这些是由火力、核能制造高温高压的水蒸汽并由该蒸汽使涡轮转动发电的方法，热能一旦转换为动能使其做功，则可作为电能回收，但由于从物理上被束缚的体系释放内部能量而转换为动能时熵的增加等，迄今为止在技术上难以提高热能的回收效率。在通常的火力发电、核能发电中，回收效率仅为热能的30％至40％左右。
此外，作为其他的能量的回收法，已知有通过可再生能量的回收进行发电的方法，例如，从以往就提出了海洋温度差发电、太阳能发电等。
然而，相比于火力发电、核能发电，这些发电方法的热能的回收效率更差，在低温低压的蒸汽压、高热源以及低热源两者的海水的供给中产生较大的能量损失，实际回收效率相当低，很难说它能代替火力发电、核能发电。此外，也存在发电量易受气象状況等自然环境影响的问题。
因此，过去本发明人提出，从常温的热源吸收工作流体的气化潜热，在该过程中热能转换为机械能并有效地回收，通过对做功结束后的工作流体加压并冷却而容易向常温释放热能的方法，以进行向常温释放液化潜热，完成一次循环的系统(参照专利文献1及专利文献2)。
其中，根据该系统，不会像例如风力发电、太阳光发电那样受自然环境的影响，能够稳定地回收热能，还能进一步利用该热能进行高效率的发电。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开第2013-040606号公报
专利文献2:日本特许第6295391号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明人过去所提出的该系统能够将从海、河等获得的常温水、来自大气的常温空气作为热源转换为动能，并利用其进行发电，在这方面可以说是非常优秀的系统。
然而，即使在该优异的系统中，从效率化的观点来看，也还留有改良的余地。
此外，本发明人所提出的现有的系统可以将在系统内循环的工作流体作为冷热源来提供冷水、冷藏冷冻设备等，但不能进行温热的生成。
本发明是鉴于该情况而做出的，提供一种电力生成系统，其与现有相比，能量的回收效率良好，并且不仅可以进行冷热的生成也可以进行温热的生成。
用于解决问题的方案
为解决上述现有问题，在本发明的电力生成系统中，(1)该电力生成系统在耐压密闭电路的系统内使工作流体状态变化并使其循环，并且将赋予工作流体的外来热能转换为动能而产生动力，通过该动力驱动发电机来产生电力，所述耐压密闭电路包括主电路、和与该主电路并联连接的副电路，所述主电路包括：蒸发室，其构成为在沸点附近温度下容纳工作流体的气相及液相，在加热用流体与所述工作流体的液相之间可热交换；绝热膨胀室，其构成为使从该蒸发室供给的工作流体通过伴随绝热膨胀的温度下降而液化，并且在绝热膨胀中未能液化的工作流体与液化辅助用流体之间可热交换；发电部，其包括在连通所述蒸发室与所述绝热膨胀室之间的工作流体流路的中途设置的动力生成单元、和通过由该动力生成单元产生的动力进行发电的发电单元；加温用热交换机构，在连通所述绝热膨胀室与所述蒸发室的工作流体流路的中途，与通过所述耐压密闭电路的系统外供给的加温用流体之间进行热交换而加温作为第1被加温流体的工作流体和第2被加温流体；液化工作流体回流单元，使在所述绝热膨胀室液化的工作流体通过所述加温用热交换机构向所述蒸发室回流，所述副电路包括：热介质分支流路，其将工作流体的一部分作为热介质从所述蒸发室与所述发电部之间的工作流体流路分流；液化辅助用流体供给路，其将被分流的热介质的一部分减压并使其温度下降，作为所述液化辅助用流体供给至所述绝热膨胀室；冷却设备，其将被分流的热介质的其他部分减压并使其温度下降，并将其作为冷媒；第2被加温流体供给路，其将通过所述绝热膨胀室和冷却设备的热介质作为所述第2被加温流体供给至所述加温用热交换机构；加温设备，其压缩由所述加温用热交换机构加温的热介质，将更高温的热介质作为热媒；返流压缩单元，设置在使经过所述加温设备的热介质合流到所述蒸发室与所述发电部之间的工作流体流路的热介质返流路上，将热介质压缩至流通所述蒸发室与所述发电部之间的工作流体流路的工作流体以上的压力。
此外，本发明的电力生成系统具有以下方面的特征。
(2)包括热介质分配路，其将通过所述加温用热交换机构加温的热介质的一部分供给至所述加温设备，并且压缩剩余部分至更高的温度而作为加热用流体供给至所述蒸发室。
(3)构成为包括水电解装置，其使用通过所述发电部得到的电力的一部分电解水而生成氢和氧；以及燃烧装置，其使所生成的氢和氧燃烧而获得热量，其中，使用通过该燃烧装置得到的热量加热规定的流体以作为加热用流体供给所述蒸发室。
(4)构成为将经过所述蒸发室的加热用流体作为加温用流体供给至所述加温用热交换机构以。
(5)包括用于储存由所述水电解装置产生的氢和氧的储存设备。
(6)使用由所述燃烧装置得到热量加热水而产生的蒸汽驱动涡轮进行发电，并且使经过涡轮的蒸汽冷凝而得到蒸馏水。
发明效果
根据本发明的电力生成系统，由于该电力生成系统是在耐压密闭电路的系统内使工作流体状态变化并使其循环，将赋予工作流体的外来热能转换为动能而产生动力，通过该动力驱动发电机产生电力，所述耐压密闭电路包括主电路、和与该主电路并联连接的副电路，所述主电路包括：蒸发室，其构成为在沸点附近温度下容纳工作流体的气相及液相，在加热用流体与所述工作流体的液相之间可热交换；绝热膨胀室，其构成为使从该蒸发室供给的工作流体通过伴随绝热膨胀的温度下降而液化，并且在绝热膨胀中未能液化的工作流体与液化辅助用流体之间可热交换；发电部，其包括在连通所述蒸发室与所述绝热膨胀室之间的工作流体流路的中途设置的动力生成单元、和通过由该动力生成单元产生的动力进行发电的发电单元；加温用热交换机构，在连通所述绝热膨胀室与所述蒸发室的工作流体流路的中途，与通过所述耐压密闭电路的系统外供给的加温用流体之间进行热交换而加温作为第1被加温流体的工作流体和第2被加温流体；液化工作流体回流单元，使在所述绝热膨胀室液化的工作流体通过所述加温用热交换机构向所述蒸发室回流，所述副电路包括：热介质分支流路，其将工作流体的一部分作为热介质从所述蒸发室与所述发电部之间的工作流体流路分流；液化辅助用流体供给路，其将被分流的热介质的一部分减压并使其温度下降，作为所述液化辅助用流体供给至所述绝热膨胀室；冷却设备，其将被分流的热介质的其他部分减压并使其温度下降，并将其作为冷媒；第2被加温流体供给路，其将通过所述绝热膨胀室和冷却设备的热介质作为所述第2被加温流体供给至所述加温用热交换机构；加温设备，其压缩由所述加温用热交换机构加温的热介质，将更高温的热介质作为热媒；返流压缩单元，设置在使经过所述加温设备的热介质合流到所述蒸发室与所述发电部之间的工作流体流路的热介质返流路上，将热介质压缩至流通所述蒸发室与所述发电部之间的工作流体流路的工作流体以上的压力，所以能够提供与现有相比，能量的回收效率良好，并且不仅可以产生冷热也可以产生温热的电力生成系统。
附图说明
图1为示出了本实施方式的电力生成系统的结构的说明图。
图2为示出了第2实施方式的电力生成系统的结构的说明图。
图3为示出了第3实施方式的电力生成系统的结构的说明图。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种电力生成系统，其在耐压密闭电路的系统内使工作流体发生液体、气体等状态变化并且使其循环，将赋予工作流体的外来热能转换为动能而产生动力，通过该动力(动能)驱动发电机产生电力，与现有相比，能量的回收效率良好，并且不仅可以产生冷热也可以产生温热。
在本系统中，对在耐压密闭电路内循环的工作流体没有特别地限定，通常为作为冷媒使用的物质，具体地，优选使用化学稳定性好，常温常压下为气体，具有易液化的性质的物质。如果要例示这样的工作流体，可以列举丙烷、丁烷、氟利昂、氨。
此外，对外来热能的大小没有特别地限定，但需要可由后述加温用热交换机构向工作流体供给热的程度的温度差。
对外来热能的供给介质的状态、即气体、液体、固体的类别没有特别地限定，但在许多情况下具有流动性的液体、气体是有利的。作为这样的外来热能的供给介质可以为例如海、河、水坝等的水，或者也可以是大气中的空气。
使拥有通过这样的供给介质供给的外来热能的工作流体循环而产生动力、进行发电的本系统，通过主电路和副电路构成耐压密闭电路，主电路包括蒸发室、绝热膨胀室、发电部、加温用热交换机构、以及液化工作流体回流单元，副电路包括热介质分支流路、液化辅助用流体供给路、冷却设备、第2被加温流体供给路、加温设备、以及返流压缩单元，由此来实现该系统的结构。另外，本申请与现有相比，可以更有效得进行发电，提供可以供给温热的电力生成系统用的耐压密闭电路结构。
首先，主电路的蒸发室是由在具有绝热结构的压力容器内，沸点附近温度的工作流体在气液平衡状态下容纳气相和液相而构成。蒸发室内的气相的容积与液相的容积的比例，虽然受所使用的工作流体的种类、供给介质的温度等影响，但大致优选为气相：液相＝10容积份：1容积份～5容积份：1容积份的范围内。
此外，蒸发室构成为在耐压密闭电路的系统内或系统外供给的规定的加热用流体与工作流体的液相之间可热交换，可以将与加热用流体所具有的工作流体的温度差的热能赋予工作流体。附带可以说在本系统中，该蒸发室作为外来热能的入口的部位与后述加温用热交换机构一起作为重要的部位之一。
就蒸发室内的工作流体而言，通过加热用流体经常流通，在蒸发室气相的压力未变化时，加热用流体与工作流体之间是实际上保持温度平衡的状态，此外，工作流体的气相与液相之间是实际上保持气液平衡(如果忽略热损失等)的状态。
另一方面，通过后述的液化工作流体回流单元等功能，在蒸发室内的气相压力下降时，液相的工作流体蒸发且进行气相压力的填补以达到气液平衡，随着液相的气化下降的温度部分的能量通过在加温用热交换机构、蒸发室的热交换由供给介质提供。
即，虽然存在一些温度、压力变动，但尽可能以保持供给介质与工作流体的液相的温度平衡、蒸发室内的气液平衡的方式构成。
另外，作为一个示例，当采用20～30℃(例如，25℃)的河流水、海水作为外来热能供给介质，采用丙烷作为工作流体(以下也称为丙烷条件)时，通过与蒸发室内的加热用流体的热交换，蒸发室内的工作流体的液相温度可为70～90℃(例如，80℃)，气相压力可为23～33气压(例如，28气压)。
绝热膨胀室是通过伴随绝热膨胀的温度下降而使从蒸发室供给的工作流体液化的部位。
即，绝热膨胀室具有比蒸发室的内压还要低的压力，该压力差是气体状的工作流体通过绝热膨胀能够达到液化程度的气压差。
例如，在之前提到的丙烷条件下，绝热膨胀室内所容纳的工作流体构成为温度为大致-42～-10℃(例如，-10℃)，气相压力约为1.5～2.5气压(例如，2气压)，以使经过后述的发电部的工作流体液化。
绝热膨胀室的容积虽然受到所使用的工作流体的种类、供给介质的温度等影响，但只要是能够确保因流入的工作流体的膨胀而使大部分液化所需的体积的容积即可。
发电部设置于连接蒸发室与绝热膨胀室的工作流体流路的中途，由动力生成单元、和由该动力生成单元产生的动力进行发电的发电单元构成。
作为动力生成单元可以采用例如往复式绝热气缸、涡轮。
作为动力生成单元可采用的往复式绝热气缸是实施了绝热结构的可往复动作的气缸，可通过从蒸发室供给的气相工作流体驱动它来获得动能。
此外，作为发电部的动力生成单元的涡轮，例如，在设置在连通蒸发室与所述绝热膨胀室之间的工作流体流路的中途的涡轮室内，通过配置涡轮，能够将动力供给至发电单元，该涡轮通过与因所述蒸发室侧的压力与所述绝热膨胀室侧的压力的压力差而流动的工作流体的接触而旋转。此外，特别地，当采用涡轮时，可发挥连续发电的优点。
加温用热交换机构是在连通绝热膨胀室与液化工作流体回流单元的工作流体流路的中途设置的热交换器，由耐压密闭电路的系统外供给的加温用流体与在绝热膨胀室内液化的工作流体以及后述的热介质之间进行热交换，起到加温工作流体、热介质的作用。另外，该加温用热交换机构可以由一台热交换器构成，此外，也可以由多个热交换器多级串联连接而构成。
液化工作流体回流单元是将在绝热膨胀室液化的工作流体回流至所述蒸发室的部位。
液化工作流体回流单元是抵抗与蒸发室的压力差而使绝热膨胀室内的工作流体的液相回流的部位，可以采用液密性、耐压性优异的输液泵等。
接下来，当提及副电路时，副电路包括热介质分支流路、液化辅助用流体供给路、冷却设备、第2被加温流体供给路、加温设备、以及返流压缩单元。
副电路是与连接配置在主电路的蒸发室与发电部的工作流体流路并联连接的电路，是通过使流过主电路的工作流体的一部分分叉并使其作为热介质进行流通，主要进行冷却、加温而构成的电路。
热介质分支流路是用于从蒸发室与发电部之间的工作流体流路分流出工作流体的一部分作为热介质的流路，具有作为副电路的热介质(工作流体)的导入部的流路的作用。
液化辅助用流体供给路是用于通过热介质分支流路将从主电路被分流的热介质的一部分减压并使其温度下降，作为液化辅助用流体供给至绝热膨胀室的流路。
即，液化辅助用流体供给路是从热介质分支流路分叉的流路之一，在其中途设置有通过降低压力而膨胀使热介质的温度下降的减压阀等减压单元，将温度降低了的气体状的热介质作为冷媒的液化辅助用流体供给至绝热膨胀室的热交换部。
冷却设备是通过热介质分支流路使从主电路被分流的热介质的其他部分减压并使其温度下降，并以此作为冷媒进行冷却的设备。该冷却设备的热介质的导入部设置有通过降低压力而膨胀使热介质的温度降低的减压阀等减压单元，将温度降低了的气体状的热介质作为冷媒进行物品等的冷却。另外，对该冷却设备并没有特别地限定，可以是例如冷冻室、冷藏室。
第2被加温流体供给路是用于将经过绝热膨胀室和冷却设备的热介质作为第2被加温流体供给至加温用热交换机构的流路。
即，第2被加温流体供给路是将从绝热膨胀室的热交换部流出的热介质与经过冷却设备而流出的热介质合流，并将其作为第2被加温流体引导至加温用热交换机构的多分支状(例如二分叉状)的合流路(以下也称为多分支合流路)。另外，为了使两热介质的合流时压力等匹配，可以在相当于第2被加温流体供给路的合流部上游侧的分支的流路部分(以下也称为支路)适当地设置加压泵等加压单元。
加温设备是压缩由加温用热交换机构加温的热介质，再将成为高温的热介质作为热媒进行加温的设备。对该加温设备并没有特别地限定，也可以是例如保温库、植物栽培用温室、生成温水的设备。
返流压缩单元是设置于将经过加温设备的热介质合流到蒸发室与发电部之间工作流体流路的热介质返流路，将热介质压缩至在蒸发室与发电部之间的工作流体流路流通的工作流体以上的压力。
其中，根据包括具有这样的主电路和副电路的耐压密闭电路的电力生成系统，与现有相比，能量的回收效率良好，并且能够提供不仅可以产生冷热也可以产生温热的电力生成系统。
特别地，由于在副电路中经过绝热膨胀室、冷却设备的热介质以气体状态作为第2被加温流体导入加温用热交换机构而加温，因此能够在加温设备后述的热介质分配路被压缩时产生较大的热量，能够有效地利用由耐压密闭电路的系统外供给的加温用流体的热能。
此外，在本实施方式的电力生成系统中，副电路也可以包括热介质分配路，该热介质分配路压缩由加温用热交换机构加温的热介质的一部分而供给至加温设备，并且压缩剩余部分至更高温并将其作为加热用流体供给至蒸发室。
通过这样的结构，能够将在加温用热交换机构中从加温用流体得到热能的热介质作为热媒供给至蒸发室的热交换部，通过更有效地加热工作流体，可以在发电部获得更大的电力。
此外，本实施方式的电力生成系统中，也可以是如下的结构，即，包括使用在发电部中获得的电力的一部分电解水而产生氢和氧的水电解装置、和使产生的氢和氧燃烧而得到热量的燃烧装置，用该燃烧装置所得到的热加热规定的流体作为加热用流体供给至蒸发室的热交换部。对该规定的流体并没有特别的限制，可以是例如水、油等。
根据这样的结构，通过更有效地加热工作流体，能够在发电部获得更大的电力。
此外，经过蒸发室的加热用流体也可以构成为作为加温用流体以供给至加温用热交换机构。
即，也可以使由燃烧装置得到的热量加热且经过蒸发室的热交换部的作为加热用流体的水保持原样、或与由耐压密闭电路的系统外供给的海水、河流水等合流，作为加温用流体供给至加温用热交换机构。
通过这样的结构，加温用热交换机构能将热能给予作为第1被加温流体的工作流体而能进行更有效地发电，并且加温用热交换机构能将热能给予作为第2被加温流体的热介质，并且能够进一步提高加温设备的加温能力。
此外，也可以构成为包括储存由水电解装置产生的氢和氧的储存设备，将储存于该储存设备的氧、氢作为燃料在燃烧装置中进行燃烧。
通过这样的结构，例如当发电部产生剩余的电力时，能够以氢和氧的状态储存该能量，能够根据其他需要利用该能量。
此外，也可以使用通过燃烧装置所得到的热加热水而产生的蒸汽驱动涡轮进行发电，并且使经过涡轮的蒸汽冷凝而得到蒸留水。
通过这样的结构，例如如果将用于产生蒸汽的水设为海水等，能够利用所产生的电力的一部分从海水等生成淡水，可以用于饮用、其他广泛的用途。
以下，参照附图进一步说明本实施方式的电力生成系统。另外，以采用丙烷作为工作流体的情况为示例进行说明，但如上所述工作流体的种类并不限于此。
图1关于本实施方式的电力生成系统A的整体结构，是简化各结构、配管等的概念图。如图1所示，耐压密闭电路1包括由粗实线所示的主电路2、和由粗虚线所示的副电路3。
主电路2包括蒸发室10、发电部11、绝热膨胀室12、加温用热交换机构13、以及回流泵14，通过工作流体流路流通连接这些而构成。
此外，工作流体流路包括工作流体气体供给管17，连接蒸发室10的气相流出口10a与构成发电部11涡轮装置15的涡轮室16的供给口16a之间；工作流体气体排出管18，连接涡轮室16的排出口16b与绝热膨胀室12的膨胀室流入口12a；第1被加温流体供给管19，连接绝热膨胀室12的膨胀室流出口12b与加温用热交换机构13的第1流入口13a；回流泵供给管20，连接加温用热交换机构13的第1流出口13b与回流泵14的流入口14a；以及回流管21，连接回流泵14的送出口14b与蒸发室10的液相流入口10b。
副电路3包括冷却设备22、加温设备23、压力调节器24、以及返流压缩泵25，这些通过与热介质流路连通连接而构成。
此外，热介质流路包括热介质分流分配管26，连接主电路2的工作流体气体供给管17的中途部17a、绝热膨胀室12的加热部流入口12c、以及冷却设备22的流入口22a之间；冷媒合流供给管27，连接绝热膨胀室12的加热部流出口12d、冷却设备22的流出口22b、以及加温用热交换机构13的第2流入口13c之间；热媒分配管28，连接加温用热交换机构13的第2流出口13d、加温设备23的流入口23a、以及蒸发室10的加热部流入口10c之间；调节器供给管29、30，连接加温设备23的流出口23b与压力调节器24的流入口24a之间、以及蒸发室10的加热部流出口10d与压力调节器24的流入口24b之间；以及热介质返流管31，连接压力调节器24的排出口24c与主电路2的工作流体气体供给管17的中途部17b之间。
此外，在电力生成系统A中，加温用热交换机构13具有对在耐压密闭电路1中循环的工作流体进行耐压密闭电路1的系统外的流体与热能的授受的作用。
加温用热交换机构13包括在第1被加温流体供给管19与回流泵供给管20之间从上游侧按顺序多级串联设置的第1～第3加温用热交换器34、35、36，通过将这些连通连接而构成。
此外，第1～第3加温用热交换器34、35、36分别配置有对作为第1被加温流体的工作流体、作为第2被加温流体的热介质赋予外来热能的加温用流体的流入口34a、35a、36a、和流出口34b、35b、36b。
各流入口34a、35a、36a分别连接加温用流体供给管37，特别地，在本实施方式中，可以供给10～20℃的河流水作为加温用流体。
此外，在第1～第3加温用热交换器34、35、36完成了热交换的河流水构成为通过各流出口34b、35b、36b排出。
接下来，说明耐压密闭电路1(主电路2和副电路3)的各结构。在此，首先着眼于工作流体的温度、状态变化来说明主电路2，之后说明副电路3。
蒸发室10由实施了绝热处理的气相部容积为约100容积份的密闭耐压容器形成，在内部容纳作为工作流体的液体状的丙烷(以下称为液化丙烷)和气体状的丙烷(以下称为丙烷气体)。此外，所容纳的液化丙烷与丙烷气体的容积比大致为1:10～1:5，在操作开始时，丙烷气体的压力为大致7～9.5气压。
蒸发室10的底部附近，即浸没于所容纳的液化丙烷的部位配置有用于通过热交换使液化丙烷的温度接近加热用流体的温度的热交换部10e。
流过热交换部10e的加热用流体是经过加温用热交换机构13而通过绝热压缩升温的热介质(热媒)，在本实施方式中，当开始操作并且成为稳定状态时，在约80～90℃(例如85℃)下供给约28～33气压(例如30气压)的丙烷气体。
此外，在蒸发室10充满丙烷气体的气相区域中，临近工作流体气体供给管17的基端而形成有气相流出口10a。
此外，工作流体气体供给管17的前端侧与发电部11的涡轮装置15连接。
具体地，工作流体气体供给管17的下游端部与涡轮室16的供给口16a连接，可使涡轮16c旋转，使该涡轮16c的轴发挥作为动力的输出部的功能，通过将产生的动力作为旋转力，经过变速器38传送至作为发电单元的发电机39，可连续发电。另外，附图标记40是用于调节供给至涡轮室16的工作流体的量的流量调节阀。
提供给涡轮室16的工作流体通过排出口16b排出，并经由工作流体气体排出管18从膨胀室流入口12a导入绝热膨胀室12内。
绝热膨胀室12由实施了绝热处理的约2～3容积份的密闭耐压容器形成，是用于使通过涡轮室16排出的丙烷气体绝热膨胀而液化的部位。
将经由工作流体气体排出管18导入至绝热膨胀室12的丙烷气体减压至大致1.5～2.5气压，并且使其温度下降至-42～-10℃，其大部分被液化，绝热膨胀室12的内部存在通过由绝热膨胀产生的液化丙烷形成的液相、和形成于其上部区域的气相。
此外，在绝热膨胀室12的气相部的可与从膨胀室流入口12a流入的工作流体接触的部位配置有用于通过与从加热部流入口12c流入的热介质的热交换来促进液化的热交换部12e。
此外，在绝热膨胀室12的底部形成有膨胀室流出口12b，从该膨胀室流出口12b经由与加温用热交换机构13的第1流入口13a连通的第1被加温流体供给管19可将液化丙烷作为第1被加温流体供给至加温用热交换机构13。
加温用热交换机构13包括在第1被加温流体供给管19与回流泵供给管20之间从上游侧按顺序多级串联设置的第1～第3加温用热交换器34、35、36，且通过热交换介质流路连通连接这些而构成。
此外，第1～第3加温用热交换器34、35、36构成为可分别提供加温用流体。供给至第1～第3加温用热交换器34、35、36的加热用流体是通过加温流体供给管41吸入的河流水，在本实施方式中，使用例如利用山等的高低差顺流而下的河R的约10～20℃的河流水。
此外，第1～第3加温用热交换器34、35、36分别包括由粗实线所示的第1被加温流体的热交换部、和由虚线所示的第2被加温流体热交换部，在作为第1被加温流体的工作流体的液化丙烷、作为第2被加温流体的热介质的丙烷气体、以及作为加温用流体的河流水之间进行热交换。
在本实施方式中，作为第1被加温流体通过第1流入口13a流入的-42～-10℃的液化丙烷在第1～第3加温用热交换器34、35、36的各个第1被加温流体热交换部通过热交换加温至10～20℃而通过第1流出口13b流出。同样地，作为第2被加温流体通过第2流入口13c流入的-10～10℃的丙烷气体通过热交换加温至10～20℃而通过第2流出口13d流出。
即，将河流水具有的热能赋予第1和第2被加温流体。
另一方面，将作为加温用流体流入的10～20℃的河流水冷却至在第3加温用热交换器36中为5～1℃，在第2加温用热交换器35中为5～10℃，在第1加温用热交换器34中为10～20℃的状态，并分别从排出口36b、35b、34b排出。另外，可将在冷却状态下排出的各河流水用作冷热源。
从加温用热交换机构13通过第1流出口13b排出工作流体经由回流泵供给管20达到回流泵14的流入口14a。回流泵14是用于将工作流体升压至可流入蒸发室10内的压力并使其回流的泵，从送出口14b经由回流管21从液相流入口10b回流至蒸发室10内。
接下来，说明副电路3。副电路3是与工作流体气体供给管17部分并联连接的电路，工作流体气体供给管17的中途部17a作为基端，中途部17b作为终端。
热介质分流分配管26是从主管向支管分叉的二分叉分配管，主管部分具有将来自蒸发室10与发电部11之间的工作流体气体供给管17的工作流体的一部分作为热介质进行分流的热介质分支流路的作用。
所分流的热介质(工作流体)的一部分经过分配部26a，到达与绝热膨胀室12的加热部流入口12c连接的一个支管26b。
支管26b具有将所分配的热介质减压并使其温度下降，并将其作为液化辅助用流体供给至绝热膨胀室12的热交换部12e的液化辅助用流体供给路的作用，其设置有使热介质减压的减压阀26c。特别地，在本实施方式中，将由该减压阀26c处理的-40～-45℃的丙烷气体作为冷媒供给至热交换部12e。
因此，在绝热膨胀室12内，在从膨胀室流入口12a流入的工作流体中通过绝热膨胀未能液化的工作流体由热交换部12e促进液化，从而实现牢靠的液化。
此外，由热介质分流分配管26的分配部26a分配的热介质的其他部分到达另一支管26d。支管26d与冷却设备22的流入口22a连接。
冷却设备22通过在其中途具备减压阀26e，可使热介质膨胀而作为冷媒供给至冷却设备22。
冷却设备22的内部暴露出以热交换效率较高的形状形成的热介质流路，通过驱动分别配置的风扇22c可使冷却设备22的内部冷却。
通过绝热膨胀室12的加热部流出口12d和冷却设备22的流出口22b排出的热介质到达冷媒合流供给管27。
冷媒合流供给管27是具有将经过绝热膨胀室12和冷却设备22的热介质作为第2被加温流体供给至加温用热交换机构13的第2被加温流体供给路的作用的配管，到达各个支管27a和27b的热介质经由合流部27c流入主管27d并从第2流入口13c作为第2被加温流体供给至加温用热交换机构13。另外，分别设置于支管27a和支管27b的泵27e、27f是用于使双方的支管27a、27b的热介质的压力相匹配而流向主管27d的泵。
与前述第1被加温流体相同，从第2流入口13c作为第2被加温流体流入加温用热交换机构13的热介质通过第1～第3加温用热交换器34、35、36接收由河流水产生的热能，加温至大致10～20℃，从第2流出口13d排出，到达热介质分配管42。
热介质分配管42是在主管42a的基端部分与第2流出口13d连接，经由分流部42b，一个支管42c与加温设备23的流入口23a连接，另一支管42d与蒸发室10的加热部流入口10c连接的配管，并向加温设备23与蒸发室10的热交换部10e进行热介质的供给。
加温设备23并不特别限于如上所述，但在本实施方式中为保温库。此外，加温设备23构成为包括设置于热介质分配管42的支管42c的中途的压缩泵23d，能够压缩热介质使其成为高温，将其作为热媒导入加温设备23的内部。
此外，加温设备23的内部暴露出以热交换效率较高的形状形成的热介质流路，通过驱动分别配置的风扇23c从作为热媒供给的热介质带走热量，可以使加温设备23的内部加温。由加温设备23加温所供给的热介质从流出口23b排出，经由调节器供给管29从流入口24a供给至压力调节器24内。另外，附图标记29a是用于防止热介质从压力调节器24向加温设备23逆流的逆止阀。
另一方面，流入热介质分配管42的支管42d的热介质通过压缩泵42e压缩，作为更高温的热媒从加热部流入口10c供给至蒸发室10的热交换部10e。
被供给至热交换部10e的热介质与蒸发室10内的工作流体的液相之间进行热交换，进行工作流体的加热而通过加热部流出口10d排出。该热介质经由调节器供给管30从流入口24b到达压力调节器24内。另外，附图标记30a是用于防止热介质从压力调节器24向蒸发室10的热交换部10e逆流的逆止阀。
压力调节器24是用于对从流入口24a流入的气体状的热介质、和从流入口24b流入的气体状的热介质进行压力調整的槽。另外，为了使热介质从流入口24a或流入口24b流入该压力调节器24，如前所述，设置逆止阀29a、逆止阀30a中的任一个或两个，也可以根据需要在调节器供给管29或调节器供给管30设置用于压力调节的泵。
暂时储存于压力调节器24内的工作流体从排出口24c经由热介质返流管31到达中途部17b，再作为工作流体返流至工作流体气体供给管17。在热介质返流管31设置返流压缩泵25，进行热介质的返流。即，返流压缩泵25设置于使经过了加温设备、蒸发室10的热交换部10e的热介质合流到蒸发室10与发电部11之间的工作流体气体供给管17(工作流体流路)的热介质返流管31(热介质返流路)上，其具有作为返流压缩单元的作用，即将热介质压缩至在蒸发室10与发电部11之间的工作流体气体供给管17(工作流体流路)流通的工作流体以上的压力。另外，也可以在工作流体气体供给管17上的中途部17b的上游侧设置用于防止经由热介质返流管31流入工作流体气体供给管17的热介质(工作流体)的逆流的逆止阀。
并且，根据具有这样的结构的电力生成系统A，与现有相比，能量的回收效率良好，并且不仅可以进行冷热的生成也可以进行温热的生成。
另外，在电力生成系统A中，发电部11使用涡轮装置15作为动力生成单元，但并不限于此，也可以采用在前述的专利文献2的图6中如本发明人提出的绝热往复气缸。
接下来，参照图2说明第2实施例的电力生成系统B。另外，在以下说明中，有时对已出现过的结构标记相同的附图标记而省略说明。此外，工作流体、各加热/加温/冷却介质的温度、压力等大致基于发电系统A的示例，但可以根据需要进行变更。
电力生成系统B具有与前述的电力生成系统A大致相同的结构，但主要在以下方面构成不同。
·供给至加温用热交换机构13的加温用流体为海水这一方面；
·在副电路3中从加温用热交换机构13排出的热介质(第2被加温流体)未供给至蒸发室10的热交换部10e，仅供给至加温设备23这一方面；
·包括将加热流体供给至蒸发室10的热交换部10e并使其循环的独立的循环蒸发室加热循环电路这一方面；
·蒸发室加热电路的热源是通过燃烧由发电部11产生的电力分解水而得到的氢和氧这一方面。
当具体说明这些的各结构时，首先，在电力生成系统B中，作为供给至加温用热交换机构13的第1～第3加温用热交换器34、35、36的加温用流体，使用由抽水泵44从海S抽上来的海水。
因此，可以分别从第1～第3加温用热交换器34、35、36的各流出口34b、35b、36b得到冷却的海水。该冷却的海水可以用于例如海洋生物的饲养、养殖。
此外，在电力生成系统B中，将在副电路3通过第2流出口13d排出的热介质仅导入加温设备23。
因此，与将热介质作为热媒供给至蒸发室10的热交换部10e的电力生成系统A相比较，通过加温设备23能供给较多的热量，能够进一步提高加温能力。
此外，电力生成系统B包括将加热用流体供给至蒸发室10的热交换部10e以使其循环，由斜粗线所示的独立的蒸发室加热循环电路5。
蒸发室加热循环电路5包括循环泵50、受热部51、以及蒸发室10的热交换部10e，由加热用流体流路连接这些而构成。另外，为了便于说明，省略图示，但在蒸发室加热循环电路5上适当地设置缓冲加热用流体的槽等。对加热用流体没有特别地限定，但在本实施方式中是水。
循环泵50是用于使作为加热用流体的水在蒸发室加热循环电路5的系统内循环的泵。
受热部51由热交换部51a和燃烧装置51b构成，构成为由热交换部51a接受由燃烧装置51b的燃烧所得到的热，可使流过热交换部51a的作为加热用流体的水升温。
经过受热部51的热交换部51a的加热用流体(例如，在本实施方式中升温至90～95℃)通过加热部流入口10c到达蒸发室10的热交换部10e，加热被容纳在蒸发室10的内部的工作流体的液相部分而赋予热能。此时，蒸发室10的气相部的压力为例如25～33气压左右。
经过热交换部10e的加热用流体从加热部流出口10d排出，再经循环泵50供给至受热部51而进行循环。
此外，蒸发室加热循环电路5的热源，即，燃烧装置51b中的燃烧是通过发电部11产生的电力分解水而得到的氢和氧的燃烧。
具体地，电力生成系统B包括电解装置52和储存设备53。
电解装置52是用于通过发电机39所产生的电力电解水而产生氢和氧的装置。另外，图2示意性的示出H管作为代表例，但并不特别地限于该方式。
储存设备53是用于储存由电解装置52产生的氢和氧的设备，包括氢槽53a和氧槽53b。
氢槽53a和氧槽53b构成为可分别适当地容纳取出氢和氧，被取出的氢和氧作为燃料供给至燃烧装置51b以供燃烧。
并且，根据包括这样的结构的电力生成系统B，与现有相比，能量的回收效率良好，并且不仅可以进行冷热的生成也可以进行温热的生成。
此外，由于电解装置52产生的氢和氧构成为可储存于储存设备53中，因此例如即使在发电机39产生剩余的电力时，也能以氢和氧的状态储存该能量，能够根据其他需要利用该能量。
接下来，参照图3说明第3实施例的电力生成系统C。
电力生成系统C具有与前述的电力生成系统B大致相同的结构，但结构的不同之处主要在于，其向蒸发室10的热交换部10e的加热流体的供给不是通过之前独立使其循环的蒸发室加热循环电路5进行，而是通过从加温流体供给管41分叉的蒸发室加热电路6进行。
当具体说明该结构时，首先，电力生成系统C是加温流体供给管41的中途部41a与蒸发室加热电路6连接而构成。
蒸发室加热电路6包括第4热交换器55、锅炉装置56、涡轮装置15、第5热交换器57、蒸发室10的热交换部10e、以及第6热交换器58，通过通水流路连通连接这些而构成。
由抽水泵44抽出的海水从加温流体供给管41的中途部41a导入第4热交换器55。在第4热交换器55中，与经过后述的涡轮装置15的蒸汽进行热交换来使海水加温。
接下来，将由第4热交换器55加温的海水经由输送泵60导入锅炉装置56。输送泵60是用于将海水输送至成为高压状态的锅炉装置56内部的泵。锅炉装置56配置有前述的燃烧装置51b，加热导入锅炉装置56内的海水并使其沸腾产生蒸汽。在锅炉装置56内，例如液相温度为250～300℃，气相压力为60～70气压。
将由锅炉装置56产生的蒸汽供给至保持高压状态的涡轮装置15。与前述的主电路2的发电部11相同，涡轮装置15与变速器38和发电机39连接，可通过由涡轮装置15得到的动力进行发电。
接下来，将经过涡轮装置15的蒸汽导入第4热交换器55。在第4热交换器55中，与从加温流体供给管41分叉的海水进行热交换，冷凝蒸汽而生成大致25～30℃左右的淡水。
此外，通过第4热交换器55中的热交换生成的淡水的一部分也被供给至第5热交换器57、第6热交换器58。这些供给至第5热交换器57、第6热交换器58的淡水通过热交换受热，进而得到高温的淡水(热水)。例如，由第5热交换器57生成的热水为70～80℃左右，由第6热交换器58生成的热水为60～70℃左右。
另一方面，在锅炉装置56内沸腾的海水的液相的一部分经由减压阀61供给至第5热交换器57，用作生成高温淡水的热源。另外，减压阀61是用于使水压下降以将锅炉装置56内的液相(海水)供给至第5热交换器57的阀，此外，还具有维持背压以使锅炉装置56内保持高压的作用。
接下来，将经过第5热交换器57的高温海水(例如，85～95℃)作为加热用流体供给至蒸发室10的热交换部10e，同样地，加热容纳于蒸发室10的内部的工作流体。此时，蒸发室10的气相部的压力为例如25～33气压左右。
经过蒸发室10的热交换部10e而从加热部流出口10d排出的海水被供给至第6热交换器58，并用作再次产生高温淡水的热源。
由第6热交换器58提供热交换后的海水为大致50～60℃左右，使其再次合流至加温流体供给管41，作为加温用流体的一部分供给至加温用热交换机构13。即，对流过加温流体供给管41的加温用流体进行热能的赋予，由加温用热交换机构13回收的热能作为工作流体的热能在耐压密闭电路1内循环。
并且，通过具有这样的结构的电力生成系统C，与现有相比，能量的回收效率良好，并且不仅可以进行冷热的生成也可以进行温热的生成。
此外，经过蒸发室10的加热用流体构成为作为加温用流体以供给至加温用热交换机构13，即由于构成为由燃烧装置51b得到的热加热，使经过蒸发室10的热交换部10e的作为加热用流体的水与海水合流，作为加温用流体以供给至加温用热交换机构13，因此能够由加温用热交换机构13赋予作为第1被加温流体的工作流体热能且能够更有效地进行发电，并且也能够由加温用热交换机构13赋予作为第2被加温流体的热介质热能，进一步提高加温设备23的加温能力。
此外，由于通过由燃烧装置51b得到的热量热加热海水产生的蒸汽驱动涡轮装置15的涡轮进行发电，并且使经过涡轮的蒸汽冷凝而得到蒸留水，因此能够利用所产生的电力的一部分从海水生成淡水，能够用于饮用、其他广泛的用途。
如上所述，根据本实施方式的电力生成系统，该电力生成系统在耐压密闭电路的系统内使工作流体状态变化并使其循环，并且将赋予工作流体的外来热能转换为动能而产生动力，通过该动力驱动发电机来产生电力，所述耐压密闭电路包括主电路、和与该主电路并联连接的副电路，所述主电路包括：蒸发室，其构成为在沸点附近温度下容纳工作流体的气相及液相，在加热用流体与所述工作流体的液相之间可热交换；绝热膨胀室，其构成为使从该蒸发室供给的工作流体通过伴随绝热膨胀的温度下降而液化，并且在绝热膨胀中未能液化的工作流体与液化辅助用流体之间可热交换；发电部，其包括连通所述蒸发室与所述绝热膨胀室之间的工作流体流路的中途设置的动力生成单元、和通过由该动力生成单元产生的动力进行发电的发电单元；加温用热交换机构，在连通所述绝热膨胀室与所述蒸发室的工作流体流路的中途，与通过所述耐压密闭电路的系统外供给的加温用流体之间进行热交换而加温作为第1被加温流体的工作流体和第2被加温流体；液化工作流体回流单元，使在所述绝热膨胀室液化的工作流体通过所述加温用热交换机构向所述蒸发室回流，所述副电路包括：热介质分支流路，其将工作流体的一部分作为热介质从所述蒸发室与所述发电部之间的工作流体流路分流；液化辅助用流体供给路，其将被分流的热介质的一部分减压并使其温度下降，作为所述液化辅助用流体供给至所述绝热膨胀室；冷却设备，其将被分流的热介质的其他部分减压并使其温度下降，并将其作为冷媒；第2被加温流体供给路，其将通过所述绝热膨胀室和冷却设备的热介质作为所述第2被加温流体供给至所述加温用热交换机构；加温设备，其压缩由所述加温用热交换机构加温的热介质，将更高温的热介质作为热媒；返流压缩单元，设置在使经过所述加温设备的热介质合流到所述蒸发室与所述发电部之间的工作流体流路的热介质返流路上，将热介质压缩至流通所述蒸发室与所述发电部之间的工作流体流路的工作流体以上的压力，因此，与现有相比，能量的回收效率良好，并且不仅可以进行冷热的生成也可以进行温热的生成。
最后，上述各实施方式的说明是本发明的一个示例，本发明并不限于上述实施方式。因此，即使在上述各实施方式以外，只要在不脱离本发明的技术的思想的范围内，当然可以根据设计等进行各种变更。
附图标记说明
1 耐压密闭电路
2 主电路
3 副电路
5 蒸发室加热循环电路
6 蒸发室加热电路
10 蒸发室
10e 热交换部
11 发电部
12 绝热膨胀室
12e 热交换部
13 加温用热交换机构
14 回流泵
15 涡轮装置
22 冷却设备
23 加温设备
23d 压缩泵
25 返流压缩泵
26 热介质分流分配管
27 制冷剂合流供给管
28 热媒分配管
31 热介质返流管
51b 燃烧装置
52 电解装置
53 储存设备
56 锅炉装置
A～C 电力生成系统

Claims (7)

1.一种电力生成系统，其特征在于，所述电力生成系统在耐压密闭电路的系统内使工作流体状态变化并使其循环，并且将赋予工作流体的外来热能转换为动能而产生动力，通过该动力驱动发电机来产生电力，
所述耐压密闭电路包括主电路、和与该主电路并联连接的副电路，
所述主电路包括：
蒸发室，其构成为在沸点附近温度下容纳工作流体的气相及液相，在加热用流体与所述工作流体的液相之间可热交换；
绝热膨胀室，其构成为使从该蒸发室供给的工作流体通过伴随绝热膨胀的温度下降而液化，并且在绝热膨胀中未能液化的工作流体与液化辅助用流体之间可热交换；
发电部，其包括在连通所述蒸发室与所述绝热膨胀室之间的工作流体流路的中途设置的动力生成单元、和通过由该动力生成单元产生的动力进行发电的发电单元；
加温用热交换机构，在连通所述绝热膨胀室与所述蒸发室的工作流体流路的中途，与通过所述耐压密闭电路的系统外供给的加温用流体之间进行热交换而加温作为第1被加温流体的工作流体和第2被加温流体；
液化工作流体回流单元，使在所述绝热膨胀室液化的工作流体通过所述加温用热交换机构向所述蒸发室回流，
所述副电路包括：
热介质分支流路，其将工作流体的一部分作为热介质从所述蒸发室与所述发电部之间的工作流体流路分流；
液化辅助用流体供给路，其将被分流的热介质的一部分减压并使其温度下降，作为所述液化辅助用流体供给至所述绝热膨胀室；
冷却设备，其将被分流的热介质的其他部分减压并使其温度下降，并将其作为冷媒；
第2被加温流体供给路，其将通过所述绝热膨胀室和冷却设备的热介质作为所述第2被加温流体供给至所述加温用热交换机构；
加温设备，其压缩由所述加温用热交换机构加温的热介质，将更高温的热介质作为热媒；
返流压缩单元，设置在使经过所述加温设备的热介质合流到所述蒸发室与所述发电部之间的工作流体流路的热介质返流路上，将热介质压缩至流通所述蒸发室与所述发电部之间的工作流体流路的工作流体以上的压力。
2.根据权利要求1所述的电力生成系统，其特征在于，包括
热介质分配路，其将通过所述加温用热交换机构加温的热介质的一部分供给至所述加温设备，并且压缩剩余部分至更高的温度而作为加热用流体供给至所述蒸发室。
3.根据权利要求1所述的电力生成系统，其特征在于，构成为包括
水电解装置，其使用通过所述发电部得到的电力的一部分电解水而生成氢和氧；以及
燃烧装置，其使所生成的氢和氧燃烧而获得热量，
其中，使用通过该燃烧装置得到的热量加热规定的流体以作为加热用流体供给所述蒸发室。
4.根据权利要求3所述的电力生成系统，其特征在于，构成为
将经过所述蒸发室的加热用流体作为加温用流体供给至所述加温用热交换机构。
5.根据权利要求3或4所述的电力生成系统，其特征在于，包括
储存设备，其用于储存由所述水电解装置产生的氢和氧。
6.根据权利要求3或4所述的电力生成系统，其特征在于，
使用由所述燃烧装置得到热量加热水而产生的蒸汽驱动涡轮进行发电，并且使经过涡轮的蒸汽冷凝而得到蒸馏水。
7.根据权利要求5所述的电力生成系统，其特征在于，
使用由所述燃烧装置得到热量加热水而产生的蒸汽驱动涡轮进行发电，并且使经过涡轮的蒸汽冷凝而得到蒸馏水。
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