JP2015017599A - Lower order thermal energy recovery method and lower order thermal power generating system - Google Patents

Lower order thermal energy recovery method and lower order thermal power generating system Download PDF

Info

Publication number
JP2015017599A
JP2015017599A JP2013159748A JP2013159748A JP2015017599A JP 2015017599 A JP2015017599 A JP 2015017599A JP 2013159748 A JP2013159748 A JP 2013159748A JP 2013159748 A JP2013159748 A JP 2013159748A JP 2015017599 A JP2015017599 A JP 2015017599A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat
power
refrigerant
temperature
working fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013159748A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
畑中 武史
Takeshi Hatanaka
武史 畑中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP2013159748A priority Critical patent/JP2015017599A/en
Publication of JP2015017599A publication Critical patent/JP2015017599A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10Geothermal energy

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lower order thermal energy recovery method and a lower order thermal power generating system in which not-yet utilized lower order thermal energy can be recovered with a high coefficient of performance (COP).SOLUTION: Refrigerant vapor is generated by a lower order thermal energy source Es through a lower order thermal recovery heat exchanger EVo, it is compressed by a refrigerant compressor P2 to generate high temperature high pressure refrigerant, heat of the high temperature high pressure refrigerant is radiated to working fluid of an airtight power cycle 15 and at the same time high pressure refrigerant is generated, the high pressure refrigerant is reduced in its pressure and expanded by the first expander 40A to recover the first mechanical energy. In addition, the stored power is supplied to the pulse power source 28 to generate pulse power. A high enthalpy converter 42 is electrically energized with the pulse power to heat up to a prescribed temperature higher than a heat receiving temperature of the working fluid, the high temperature and high pressure working fluid is contacted with the high enthalpy converter 42 to generate high enthalpy power fluid and recover the second mechanical energy while expanding the high enthalpy power force fluid by the second expander 40B.

Description

本発明は低位熱エネルギー回収方法及び低位熱発電システムに関し、特に、自然エネルギーを利用した低位熱エネルギー回収方法及び低位熱発電システムに関する。  The present invention relates to a lower thermal energy recovery method and a lower thermal power generation system, and more particularly to a lower thermal energy recovery method and a lower thermal power generation system using natural energy.

近年、地球温暖化による気候変動が原因となって熱波、洪水、竜巻等による大規模な被害が地球規模で頻発し、その緊急な対策が課題となっている。その解決策として、地球上に膨大な量で存在している大気熱、地中熱、土壌熱等の低位熱エネルギーの有効利用が注目されている。  In recent years, large-scale damage caused by heat waves, floods, tornadoes, etc. has occurred frequently on a global scale due to climate change due to global warming, and urgent countermeasures have become an issue. As a solution, effective use of low-level heat energy such as atmospheric heat, underground heat, soil heat, etc. existing in a huge amount on the earth has been attracting attention.

特許文献1には、低位熱回収熱交換器を利用して低位熱エネルギー媒体により密閉動力サイクルの作動流体を蒸発させ、一方、ヒートポンプにより生成した高温ガスにより作動流体の蒸気を加熱して得た過熱蒸気をタービンで膨張させることにより動力に変換し、また、ヒートポンプにより生成した冷熱によりタービンの膨張ガスを冷却するようにした低位熱エネルギー回収方法及びプラントが提案されている。  Patent Document 1 obtained by using a lower heat recovery heat exchanger to evaporate the working fluid of the sealed power cycle with a lower heat energy medium, while heating the working fluid vapor with a high-temperature gas generated by a heat pump. A low thermal energy recovery method and a plant have been proposed in which superheated steam is expanded into power by being expanded in a turbine, and the expansion gas of the turbine is cooled by cold generated by a heat pump.

特許文献2には、第1高度位置において外気熱等の低位熱エネルギーを利用してボイラーの液体を加熱することにより蒸気を発生させ、該蒸気を第2高度位置で冷却器により凝縮して液体を生成し、該液体をタービンまで落下させてタービンを駆動することにより発電するようにしたエネルギー発生装置が提案されている。  In Patent Document 2, steam is generated by heating a boiler liquid using low thermal energy such as outside air heat at a first altitude position, and the steam is condensed by a cooler at a second altitude position. Has been proposed, and the liquid is dropped to the turbine to drive the turbine to generate power.

米国特許第4292809号U.S. Pat. No. 4,292,809 米国特許第5488828号US Pat. No. 5,488,828

ところで、特許文献1で開示された低位熱エネルギー回収方法及びプラントではヒートポンプで得られる高温ガスの温度は約110〜130℃であるため、高エンタルピーの作動流体をタービンに供給することが不可能であり、実用可能な機械エネルギーの出力を得ることができなかった。しかも、ヒートポンプで生成した高温高圧冷媒の熱を有効利用することなく、低位熱源の排流に遺棄しているため、低位熱回収効率を向上させることができなかった。また、ヒートポンプの低温高圧冷媒を膨張弁で減圧・膨張させているが、低温高圧冷媒の膨張エネルギーを有効利用していないため、低位熱エネルギー回収方法及びプラントの成績係数(Coefficient of Performance:COP)を向上させることが困難であった。  By the way, in the low thermal energy recovery method and plant disclosed in Patent Document 1, the temperature of the high-temperature gas obtained by the heat pump is about 110 to 130 ° C., and therefore it is impossible to supply a high enthalpy working fluid to the turbine. There was no practical mechanical energy output. In addition, since the heat of the high-temperature and high-pressure refrigerant generated by the heat pump is not used effectively and is discarded in the lower heat source, the lower heat recovery efficiency cannot be improved. In addition, the low-temperature and high-pressure refrigerant of the heat pump is decompressed and expanded by the expansion valve, but since the expansion energy of the low-temperature and high-pressure refrigerant is not effectively used, the low-level thermal energy recovery method and the coefficient of performance of the plant (Coefficent of Performance: COP) It was difficult to improve.

特許文献2で開示されたエネルギー発生装置は構造が複雑で部品点数が多く、生産コストが高く、しかも、エネルギー出力が極めて小さいため、各種低位熱発電システムで利用可能な新エネルギー発生装置として実用化することができなかった。  The energy generator disclosed in Patent Document 2 has a complicated structure, a large number of parts, a high production cost, and an extremely low energy output, so that it can be put to practical use as a new energy generator that can be used in various low-temperature thermal power generation systems. I couldn't.

地球上には屋内空気、屋外空気などの大気熱及びビルや工場等の排気熱等(以下、「大気熱源」と称する)や地中熱、土壌熱及び砂漠熱等(以下、「大地熱源」と称する)が大量の未利用エネルギーとして存在している。しかしながら、上述の低位熱エネルギー回収方法及びプラント並びにエネルギー発生装置ではこれら未利用の低位熱エネルギーを有効活用することができなかった。  On the earth, atmospheric heat such as indoor air and outdoor air, exhaust heat from buildings and factories (hereinafter referred to as “atmospheric heat source”), underground heat, soil heat, desert heat, etc. (hereinafter referred to as “large geothermal heat source”) Is present as a large amount of unused energy. However, the above-described low thermal energy recovery method, plant, and energy generator cannot effectively utilize these unused low thermal energy.

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、地球上の未利用低位熱エネルギーを高い成績係数(COP)で回収することが可能な低位熱エネルギー回収方法及び低位熱発電システムを提供することを目的とする。  The present invention has been made in view of such conventional problems, and provides a low thermal energy recovery method and a low thermal power generation system capable of recovering unused low thermal energy on the earth with a high coefficient of performance (COP). The purpose is to provide.

請求項1に記載された第1発明によれば、低位熱エネルギー回収方法において、所定圧で封入することにより低沸点で蒸発可能な作動流体と冷媒とをそれぞれ循環させる密閉動力サイクル及びヒートポンプと、該密閉動力サイクルに蓄電電力を供給する蓄電ユニットとを備えたエネルギー変換装置を準備し、該ヒートポンプにおいて大気熱源及び大地熱源から選ばれた少なくとも1つの低位熱エネルギー源により低位熱回収熱交換器を介して該冷媒から冷媒蒸気を生成し、冷媒圧縮機により該冷媒蒸気を圧縮して高温高圧冷媒を生成し、該高温高圧冷媒の熱を該密閉動力サイクルの該作動流体に放熱するとともに高圧冷媒を生成し、該高圧冷媒を第1膨張機により減圧・膨張させて第1機械エネルギーを回収するとともに低温低圧冷媒を生成し、該低温低圧冷媒を蒸発させて冷熱を生成し、該密閉動力サイクルにおいて該高温高圧冷媒から吸熱した作動流体を流体圧縮機により圧縮して高温高圧作動流体を生成し、該蓄電電力をパルス電源に供給してパルス電力を生成し、該パルス電力により高エンタルピー変換器を通電することにより該作動流体の受熱温度よりも高い所定温度に加熱し、該高温高圧作動流体を該高エンタルピー変換器と接触させることにより高エンタルピー動力流体を生成し、該第1膨張機に出力軸を介して連結された第2膨張機で該高エンタルピー動力流体を膨張させながら第2機械エネルギーを回収し、該出力軸を介して該第1及び第2機械エネルギーを出力させながらその一部で該冷媒圧縮機及び該流体圧縮機を駆動し、該冷熱を利用して該第2膨張機の膨張ガスを冷却することにより該冷媒と該作動流体とを再生することを特徴とする。  According to the first aspect of the present invention, in the low thermal energy recovery method, a sealed power cycle and a heat pump for circulating a working fluid and a refrigerant that can be evaporated at a low boiling point by sealing at a predetermined pressure, respectively, An energy conversion device comprising a power storage unit for supplying stored power to the sealed power cycle is prepared, and a low heat recovery heat exchanger is provided by at least one low heat energy source selected from an atmospheric heat source and a ground heat source in the heat pump. The refrigerant vapor is generated from the refrigerant through a refrigerant compressor, the refrigerant vapor is compressed by a refrigerant compressor to generate a high-temperature and high-pressure refrigerant, and the heat of the high-temperature and high-pressure refrigerant is radiated to the working fluid of the hermetic power cycle and the high-pressure refrigerant The high-pressure refrigerant is decompressed and expanded by the first expander to recover the first mechanical energy and to generate the low-temperature and low-pressure refrigerant. Evaporating the low-temperature and low-pressure refrigerant to generate cold, compressing the working fluid absorbed from the high-temperature and high-pressure refrigerant in the sealed power cycle by a fluid compressor to generate a high-temperature and high-pressure working fluid, and To generate a pulsed electric power, and by energizing the high enthalpy converter with the pulsed electric power, it is heated to a predetermined temperature higher than the heat receiving temperature of the working fluid, and the high-temperature high-pressure working fluid is combined with the high enthalpy converter. A high enthalpy power fluid is generated by contact, and the second mechanical energy is recovered while the high enthalpy power fluid is expanded by a second expander connected to the first expander via an output shaft, and the output The refrigerant compressor and the fluid compressor are driven in part while outputting the first and second mechanical energy through the shaft, and the cold expander is used to drive the second expander. Characterized by reproducing with said refrigerant and said working fluid by cooling the Zhang gas.

請求項2に記載された発明によれば、請求項1記載の構成に加えて、好ましくは、該大気熱源が空気熱及び工場排熱並びに建物の排気熱を含み、該大地熱源が地面の熱、地中熱及び土壌熱を含み、該エネルギー変換装置において、該出力軸を介して該第1及び第2機械エネルギーを発電機に供給して電力を発生させ、該電力の一部を蓄電用電力として該蓄電ユニットに供給し、さらに、該高温高圧作動流体をバネの力に抗してバッファアダンパーで一時的に貯蔵し、該第2膨張機の膨張行程の略全期間中に亘って制御弁を開放して該高温高圧作動流体を該高エンタルピー変換器に供給し、該バッファアダンパーと該制御弁とを該第1及び第2膨張機のスタータとして機能させる  According to the invention described in claim 2, in addition to the structure described in claim 1, preferably, the atmospheric heat source includes air heat and factory exhaust heat and building exhaust heat, and the ground heat source is heat of the ground. , Including ground heat and soil heat, in the energy conversion device, the first and second mechanical energy is supplied to the generator via the output shaft to generate electric power, and a part of the electric power is used for power storage. The electric power is supplied to the power storage unit, and the high-temperature and high-pressure working fluid is temporarily stored in the buffer damper against the force of the spring, and is substantially over the entire expansion stroke of the second expander. The control valve is opened to supply the high-temperature and high-pressure working fluid to the high enthalpy converter, and the buffer damper and the control valve function as starters for the first and second expanders.

請求項3に記載された第2発明によれば、低位熱発電システムが、所定圧で封入することにより低沸点で蒸発可能な作動流体と冷媒とをそれぞれ循環させる密閉動力サイクル及びヒートポンプと、該密閉動力サイクルに蓄電電力を供給する蓄電ユニットとを有するエネルギー変換装置を備え、該ヒートポンプが大気熱源及び大地熱源から選ばれた少なくとも1つの低位熱エネルギーとの熱交換により該冷媒を加熱・蒸発させて冷媒蒸気を生成する低位熱回収熱交換器と、該冷媒蒸気を圧縮して高温高圧冷媒を生成する冷媒圧縮機と、該高温高圧冷媒の熱を該密閉動力サイクルの該作動流体に放熱して高圧冷媒を生成する放熱器と、該高圧冷媒を減圧・膨張させて第1機械エネルギーを回収するとともに低温低圧冷媒を生成する第1膨張機と、該低温低圧冷媒を蒸発させて冷熱を生成する蒸発用熱交換器とを備え、該密閉動力サイクルが該高温高圧冷媒から吸熱した作動流体を圧縮して高温高圧作動流体を生成する流体圧縮機と、該蓄電電力を利用してパルス電力を生成するパルス電源と、該パルス電力により通電して該作動流体の受熱温度よりも高い所定温度に発熱して該高温高圧作動流体から高エンタルピー動力流体を生成する高エンタルピー変換器と、該第1膨張機と出力軸を介して連結されていて該高エンタルピー動力流体を膨張させることにより第2機械エネルギーを回収する第2膨張機と、該蒸発用熱交換器を備えていて該冷熱により該第2膨張機の膨張ガスを冷却しながら該作動流体と該冷媒を再生する冷却器と、該該出力軸から取り出された該第1及び第2機械エネルギーにより駆動されて電力を発生する発電機と、該電力の一部を蓄電用電力として該蓄電ユニットに充電する充電器とを備え、該出力軸を介して該第1及び第2機械エネルギーの一部を該冷媒圧縮機及び該流体圧縮機に供給して駆動し、該作動流体が該放熱器を経由して該流体圧縮機に還流することを特徴とする。  According to the second aspect of the present invention, the low-order thermoelectric power generation system includes a sealed power cycle and a heat pump that circulate a working fluid and a refrigerant that can be evaporated at a low boiling point by being sealed at a predetermined pressure, and the heat pump, An energy conversion device having a power storage unit for supplying stored power to a sealed power cycle, and the heat pump heats and evaporates the refrigerant by heat exchange with at least one lower heat energy selected from an atmospheric heat source and a ground heat source. A lower heat recovery heat exchanger that generates refrigerant vapor, a refrigerant compressor that compresses the refrigerant vapor to generate a high-temperature and high-pressure refrigerant, and dissipates the heat of the high-temperature and high-pressure refrigerant to the working fluid of the hermetic power cycle. A radiator that generates a high-pressure refrigerant, a first expander that recovers the first mechanical energy by decompressing and expanding the high-pressure refrigerant and generating a low-temperature and low-pressure refrigerant; An evaporating heat exchanger that evaporates the low-temperature and low-pressure refrigerant to generate cold, and the fluid compressor that compresses the working fluid that has absorbed heat from the high-temperature and high-pressure refrigerant to generate the high-temperature and high-pressure working fluid. A pulse power source that generates pulse power using the stored power, and generates high enthalpy power fluid from the high-temperature high-pressure working fluid by energizing with the pulse power and generating heat to a predetermined temperature higher than the heat receiving temperature of the working fluid A high enthalpy converter, a second expander connected to the first expander via an output shaft and recovering second mechanical energy by expanding the high enthalpy power fluid, and the heat exchange for evaporation A cooler that regenerates the working fluid and the refrigerant while cooling the expansion gas of the second expander by the cold heat, and the first and second mechanical energy taken out from the output shaft. A generator that generates electric power by being driven by a power source, and a charger that charges a part of the electric power to the electric storage unit as electric power for electric storage, and the first and second mechanical energy are supplied via the output shaft. A part is supplied to and driven by the refrigerant compressor and the fluid compressor, and the working fluid is returned to the fluid compressor via the radiator.

本発明の低位熱エネルギー回収方法及び低位熱発電システムでは、ヒートポンプにおいて大気熱源及び大地熱源から選ばれた少なくとも1つの低位熱エネルギー源により低位熱回収熱交換器を介して冷媒から冷媒蒸気を生成してこれを冷媒圧縮機で圧縮して高温高圧冷媒を生成し、その熱を密閉動力サイクルの作動流体に放熱して低位熱エネルギー由来の熱を回収している。この時生成した高圧冷媒を第1膨張機により減圧・膨張させて第1機械エネルギーを回収するとともに、密閉動力サイクルではヒートポンプから吸熱した作動流体を流体圧縮機により圧縮して高温高圧作動流体を生成し、これを、例えば、約800℃前後に発熱した高エンタルピー変換器と接触させることにより高エンタルピー動力流体に変換している。第2膨張機でこの高エンタルピー動力流体を膨張させることにより第2機械エネルギーを回収し、ヒートポンプで生成した冷熱を利用して第2膨張機の膨張ガスを冷却することにより冷媒と作動流体とを再生している。このように、低位熱エネルギーから極めて高い成績係数(COP)で第1及び第2機械エネルギーを回収することが可能となる。高エンタルピー動力流体は第2膨張機に連続的(膨張行程の全期間に亘って)に供給されるため、第2膨張機の正味有効平均圧力は約250〜450Kgf/cm2もの高圧になり、既存のレーシングカーの正味有効平均圧力13.5Kgf/cm2に比べて数十倍の大きさになる。したがって、低位熱エネルギーを利用して極めて大きな機械エネルギーを取り出すことが可能となり、これを発電機に供給して数十キロワットから数百メガワットの安定した質の高い電力を連続的に得ることができ、球温暖化防止に多大の貢献が可能となる。  In the low thermal energy recovery method and low thermal power generation system of the present invention, refrigerant vapor is generated from the refrigerant via the low heat recovery heat exchanger by at least one low thermal energy source selected from the atmospheric heat source and the ground heat source in the heat pump. This is compressed by a refrigerant compressor to generate a high-temperature and high-pressure refrigerant, and the heat is radiated to the working fluid of the sealed power cycle to recover the heat derived from the lower thermal energy. The high-pressure refrigerant generated at this time is decompressed and expanded by the first expander to recover the first mechanical energy, and in the sealed power cycle, the working fluid absorbed from the heat pump is compressed by the fluid compressor to generate a high-temperature and high-pressure working fluid. However, this is converted into a high enthalpy power fluid by, for example, contacting with a high enthalpy converter that generates heat at about 800 ° C. The second mechanical energy is recovered by expanding the high enthalpy power fluid in the second expander, and the refrigerant and working fluid are cooled by cooling the expansion gas of the second expander using the cold generated by the heat pump. Playing. As described above, the first and second mechanical energy can be recovered from the low thermal energy with a very high coefficient of performance (COP). Since the high enthalpy power fluid is continuously supplied to the second expander (over the entire expansion stroke), the net effective average pressure of the second expander is as high as about 250 to 450 kgf / cm2, Compared to the net effective average pressure of 13.5 kgf / cm <2> of the racing car, the size is several tens of times larger. Therefore, it is possible to extract very large mechanical energy using low thermal energy, and supply it to the generator to continuously obtain stable and high-quality electric power of several tens of kilowatts to several hundred megawatts. A great contribution can be made to the prevention of global warming.

また、電力の一部を蓄電用電力として蓄電ユニットに供給することによって、低位熱発電システムは自立可能となり、外部から電気エネルギーの供給がなくても、自立して連続的に低位熱エネルギーから機械エネルギーと電気エネルギーを回収することが可能となる。さらに、高温高圧作動流体をバネの力に抗してバッファアダンパーで一時的に貯蔵し、これを制御弁によって開放する構成となっている。そのため、エネルギー変換装置の起動時には制御弁を開弁するだけでバッファアダンパーから高圧作動流体を高エンタルピー変換器に吐出して高エンタルピー動力流体を発生させて第2膨張機で膨張させることを可能としている。したがって、単純なキースイッチのON動作により、何時でも必要なときに低位熱発電システムを始動させることができ、利便性が高い。  In addition, by supplying a part of the power to the power storage unit as the power for power storage, the low-level thermal power generation system can be self-supporting. Energy and electrical energy can be recovered. Further, the high-temperature and high-pressure working fluid is temporarily stored by the buffer damper against the force of the spring, and is opened by the control valve. Therefore, when the energy conversion device is started up, it is possible to generate a high enthalpy power fluid by inflating it with the second expander by discharging the high pressure working fluid from the buffer damper to the high enthalpy converter just by opening the control valve It is said. Therefore, the simple operation of the key switch can be used to start the low-level thermal power generation system whenever necessary, which is highly convenient.

本発明の実施例による低位熱エネルギー回収方法を実行するための低位熱発電システムのブロック図を示す。1 shows a block diagram of a lower thermal power generation system for executing a lower thermal energy recovery method according to an embodiment of the present invention. FIG. 図1の低位熱発電システムの複合型圧縮機の断面図を示す。Sectional drawing of the composite type compressor of the low-order thermoelectric power generation system of FIG. 1 is shown. 図1の低位熱発電システムの高エンタルピー変換器の断面図を示す。FIG. 2 shows a cross-sectional view of the high enthalpy converter of the low thermal power generation system of FIG. 1.

以下、本発明の実施例による低位熱エネルギー回収方法を実行するための低位熱発電システムについて図面に基づき詳細に説明する。以下の説明において、低位熱発電システムは定置型構造に適用したものとして記載するが、低位熱エネルギーとして大気熱源を利用した場合には、船舶、航空機、鉄道列車、自動車等の揺動体や建設機械、港湾機械等動力源で駆動される機械装置に適用可能である。  Hereinafter, a low thermal power generation system for executing a low thermal energy recovery method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the low-level thermal power generation system is described as being applied to a stationary structure. However, when an atmospheric heat source is used as low-level thermal energy, an oscillator or construction machine such as a ship, aircraft, railroad train, or automobile is used. It can be applied to a mechanical device driven by a power source such as a harbor machine.

図1に示した実施例において、低位熱発電システム10は、所定圧でそれぞれ封入することにより低沸点で蒸発可能にされた作動流体と冷媒とをそれぞれ循環させる密閉動力サイクル15とヒートポンプHPと、密閉動力サイクル15に蓄電電力を供給する蓄電ユニット20とを備えていて低位熱エネルギーから機械エネルギーを回収するエネルギー変換装置12と、該機械エネルギーを伝達する出力装置16とを備える。出力装置16はエネルギー変換装置12の機械エネルギーを選択的に遮断若しくは締結するクラッチCLと、該機械エネルギーにより駆動されて電力を生成する発電機GEとを有する。  In the embodiment shown in FIG. 1, the low-level thermoelectric power generation system 10 includes a sealed power cycle 15 and a heat pump HP that circulate a working fluid and a refrigerant that are allowed to evaporate at a low boiling point by being sealed at a predetermined pressure, respectively. An energy storage unit 20 that supplies stored power to the sealed power cycle 15 and includes an energy conversion device 12 that recovers mechanical energy from lower thermal energy, and an output device 16 that transmits the mechanical energy. The output device 16 includes a clutch CL that selectively cuts off or fastens the mechanical energy of the energy conversion device 12, and a generator GE that is driven by the mechanical energy to generate electric power.

作動流体及び冷媒としては、本発明を限定するものではないが、自然界に存在する安全な物質であり、極めて安価に手に入れることができる理由から、オゾン層破壊係数がゼロで地球温暖化係数が1の自然冷媒である二酸化炭素(以下、CO2と定義する)が挙げられる。説明の便宜上、密閉動力サイクル12の作動流体をCO2作動流体、ヒートポンプHPの冷媒をCO2冷媒と称する。このように、作動流体と冷媒とは共通の成分である二酸化炭素を利用するが、それぞれ異なる媒体を利用しても良い。密閉動力サイクル15及びヒートポンプHPでは、本発明を限定するものではないが、低圧側の圧力がCO2の超臨界点以下の所定圧、例えば、2〜5.7MPaとなるようにそれぞれの系統内に充填される。この場合、利用しようとする低位熱エネルギーの採熱温度に応じてCO2冷媒の充填圧が選択される。例えば、CO2冷媒の低圧側の圧力を2.5MPaとなるように充填すると、CO2冷媒は約−11℃で蒸発するため、液化CO2冷媒は−11℃以上である大気熱源と熱交換することで容易に蒸発して過熱蒸気(冷媒蒸気)を得ることができ、低位熱エネルギーを汲み上げることが可能になる。  Although the present invention is not limited as a working fluid and a refrigerant, it is a safe substance that exists in nature, and because it can be obtained at a very low cost, the ozone depletion coefficient is zero and the global warming potential Is carbon dioxide (hereinafter referred to as CO2), which is a natural refrigerant. For convenience of explanation, the working fluid of the sealed power cycle 12 is referred to as a CO2 working fluid, and the refrigerant of the heat pump HP is referred to as a CO2 refrigerant. Thus, although the working fluid and the refrigerant use carbon dioxide, which is a common component, different media may be used. In the sealed power cycle 15 and the heat pump HP, the present invention is not limited. However, the pressure on the low pressure side is set to a predetermined pressure below the supercritical point of CO2, for example, 2 to 5.7 MPa. Filled. In this case, the filling pressure of the CO2 refrigerant is selected according to the heat collection temperature of the lower thermal energy to be used. For example, if the pressure on the low pressure side of the CO2 refrigerant is filled to 2.5 MPa, the CO2 refrigerant evaporates at about -11 ° C, so the liquefied CO2 refrigerant exchanges heat with an atmospheric heat source that is -11 ° C or higher. It can be easily evaporated to obtain superheated steam (refrigerant vapor), and it is possible to pump up lower heat energy.

密閉動力サイクル15は、低温低圧CO2作動流体Wfを超臨界点(31.1℃、7.4MPa)以上の圧力、所謂、超臨界状態で圧縮する圧縮機(複合型回転式流体機械)27と、圧縮機27から吐出された高温高圧CO2作動流体(超臨界流体)Wfpを逆止弁29を介して一時的に貯蔵して超臨界流体の脈動を抑制しながら吐出させるための摺動ピストン及びバネ手段30aを内蔵した貯蔵室30bを有するバッファアダンパー30と、バッファアダンパー30のアウトレット30cから供給される超臨界流体Wfpの流れ(流通期間)を制御する電磁弁(制御弁)32と、バッファアダンパー30から供給された超臨界流体Wfpをその超臨界点(31.1℃)以上の温度(例えば、600〜1200℃)に発熱して高エンタルピー動力流体(高エンタルピー超臨界流体)を発生させる高エンタルピー変換器42と、ヒートポンプHPの高圧冷媒Cmhと超臨界流体Scfを作動室116内に導入してそれぞれ膨張させて第1及び第2機械エネルギーを生成する第1及び第2回転式流体機械部(第1、第2膨張機)40A,40Bからなる回転式流体機械40と、該第1、第2機械エネルギーを取り出すとともにその一部を圧縮機27に伝達する出力軸132とを備える。第1、第2膨張機40A,40Bは出力軸132に支持されていて作動室116に回転可能に収納された共通のロータリピストン本体)200を備え、作動室116内に高圧冷媒Cmhと超臨界流体Scfをそれぞれ供給するインレット124A,124Bと、低温低圧冷媒Cmeと膨張ガスEgとをそれぞれ排出するアウトレット126A,126Bとを有する。  The hermetic power cycle 15 includes a compressor (composite rotary fluid machine) 27 that compresses the low-temperature low-pressure CO 2 working fluid Wf at a pressure higher than the supercritical point (31.1 ° C., 7.4 MPa), that is, a so-called supercritical state. A sliding piston for temporarily storing the high-temperature and high-pressure CO 2 working fluid (supercritical fluid) Wfp discharged from the compressor 27 through the check valve 29 and discharging it while suppressing the pulsation of the supercritical fluid; A buffer damper 30 having a storage chamber 30b containing a spring means 30a; a solenoid valve (control valve) 32 for controlling the flow (circulation period) of the supercritical fluid Wfp supplied from the outlet 30c of the buffer damper 30; The supercritical fluid Wfp supplied from the buffer damper 30 generates heat at a temperature (for example, 600 to 1200 ° C.) higher than the supercritical point (31.1 ° C.), thereby increasing the high enthalpy. A high enthalpy converter 42 that generates a force fluid (high enthalpy supercritical fluid), a high-pressure refrigerant Cmh of the heat pump HP, and a supercritical fluid Scf are introduced into the working chamber 116 and expanded, and the first and second mechanical energy The rotary fluid machine 40 including the first and second rotary fluid machine sections (first and second expanders) 40A and 40B that generate and the first and second mechanical energy are extracted and a part thereof is compressed. And an output shaft 132 that is transmitted to the machine 27. The first and second expanders 40A and 40B include a common rotary piston body 200 supported by the output shaft 132 and rotatably accommodated in the working chamber 116. The high-pressure refrigerant Cmh and supercritical fluid are contained in the working chamber 116. It has inlets 124A and 124B for supplying the fluid Scf, respectively, and outlets 126A and 126B for discharging the low-temperature and low-pressure refrigerant Cme and the expansion gas Eg, respectively.

バッファアダンパー30のバネ手段30aは、貯蔵室30bの高圧CO2作動流体(超臨界流体)の圧力が、例えば、20〜60MPaに維持されるように選択される。したがって、密閉動力サイクル15において、逆止弁29と電磁弁(制御弁)32との間の第1流体圧経路における圧力は20〜60MPaに維持され、残部の第2流体圧経路(回転式流体機械40の低圧側)は、例えば、4.4MPa(冷媒の蒸発温度(採熱温度)は10℃)に維持されるようにCO2作動流体が密閉動力サイクル15に充填される。圧縮機27は、例えば、20〜60MPaの圧力で超臨界流体を吐出するので、密閉動力サイクル15の作動中にはバッファアダンパー30のバネ手段30aは常時、圧縮された状態に維持されて超臨界流体Wfpを貯蔵する。  The spring means 30a of the buffer damper 30 is selected so that the pressure of the high-pressure CO2 working fluid (supercritical fluid) in the storage chamber 30b is maintained at, for example, 20 to 60 MPa. Therefore, in the sealed power cycle 15, the pressure in the first fluid pressure path between the check valve 29 and the solenoid valve (control valve) 32 is maintained at 20 to 60 MPa, and the remaining second fluid pressure path (rotary fluid) The closed power cycle 15 is filled with the CO 2 working fluid so that the low pressure side of the machine 40 is maintained at, for example, 4.4 MPa (the refrigerant evaporation temperature (heat collection temperature) is 10 ° C.). The compressor 27, for example, discharges a supercritical fluid at a pressure of 20 to 60 MPa, so that the spring means 30a of the buffer damper 30 is always maintained in a compressed state during the operation of the sealed power cycle 15, and is super The critical fluid Wfp is stored.

電磁弁32は、本願発明者と同一発明者による特許第5272278号「超臨界エンジン及び超臨界エンジン駆動発電装置並びにこれを具備した低位熱発電システム」に記載されたものと同一の構造を有するため、詳細な説明を省略する。  The solenoid valve 32 has the same structure as that described in Japanese Patent No. 5272278 entitled “Supercritical Engine, Supercritical Engine Driven Power Generation Device and Low-Level Thermal Power Generation System Having the Same” by the same inventor as the present inventor. Detailed description will be omitted.

ヒートポンプHPは、大気熱源又は大地熱源等の低位熱エネルギーEsとの熱交換により冷媒を加熱・蒸発させて過熱蒸気(冷媒蒸気)Cmを生成する低位熱回収熱交換器EVoと、過熱蒸気Cmを圧縮して高温高圧冷媒Cmpを生成する冷媒圧縮手段P2と、高温高圧冷媒Cmpの熱を密閉動力サイクル15の作動流体Wfoに放熱して高圧冷媒Cmhを生成する放熱器EV2と、高圧冷媒Cmhを減圧・膨張させて第1機械エネルギーを回収する第1膨張機40Aと、第1膨張機40Aから出た低温高圧冷媒Cmeを蒸発させて冷熱を生成して第2膨張機40Bの膨張ガスEgを冷却する冷却器43として機能する蒸発器(熱交換器)EV1とを備える。冷却器43から出た低温低圧膨張ガスWfoは放熱器EV2で高温高圧CO2冷媒Cmpから吸熱することにより過熱蒸気Wfを低温低圧作動流体として生成して密閉動力サイクル15の圧縮機27の流体圧縮手段P1のインレット356Aに導入する。一方、低位熱回収熱交換器EVoから出た過熱蒸気Cmは冷媒圧縮手段P2のインレット356Bに導入される。以後、同一のヒートポンプサイクル及び動力サイクルが繰り返し実行される。  The heat pump HP includes a lower heat recovery heat exchanger EVo that heats and evaporates a refrigerant by heat exchange with lower heat energy Es such as an atmospheric heat source or a ground heat source, and generates superheated steam (refrigerant vapor) Cm, and superheated steam Cm. The refrigerant compression means P2 that compresses and generates the high-temperature and high-pressure refrigerant Cmp, the radiator EV2 that generates the high-pressure refrigerant Cmh by radiating the heat of the high-temperature and high-pressure refrigerant Cmp to the working fluid Wfo of the sealed power cycle 15, and the high-pressure refrigerant Cmh The first expander 40A that recovers the first mechanical energy by decompressing and expanding, and the low-temperature and high-pressure refrigerant Cme that has come out of the first expander 40A is evaporated to generate cold, and the expansion gas Eg of the second expander 40B is generated. And an evaporator (heat exchanger) EV1 functioning as a cooler 43 for cooling. The low-temperature and low-pressure expansion gas Wfo emitted from the cooler 43 absorbs heat from the high-temperature and high-pressure CO2 refrigerant Cmp in the radiator EV2, thereby generating superheated steam Wf as a low-temperature and low-pressure working fluid, and fluid compression means of the compressor 27 of the hermetic power cycle 15 Installed in P1 inlet 356A. On the other hand, the superheated steam Cm emitted from the lower heat recovery heat exchanger EVo is introduced into the inlet 356B of the refrigerant compression means P2. Thereafter, the same heat pump cycle and power cycle are repeatedly executed.

ここで、低位熱回収熱交換器EVoはこれら低位熱熱源の形態に合わせて適切に配置される。例えば、大地熱源から採熱する場合は、低位熱回収熱交換器EVoを金属製コイルで構成して内部にCO2冷媒を流通させるようにした低位熱回収熱交換器EVoを地面、土壌、地中残層部或いは砂漠等の表面或いはその残層部に載置し或いは埋設してこれら大地熱源と接触するように配置すればよい。大気熱源から採熱する場合は、金属製コイルからなる低位熱回収熱交換器EVoを空気中或いは工場、建物等の排気流に設置すればよい。  Here, the lower heat recovery heat exchanger EVo is appropriately arranged according to the form of these lower heat sources. For example, when collecting heat from a large geothermal source, the low heat recovery heat exchanger EVo is configured with a metal coil so that CO2 refrigerant is circulated therein. What is necessary is just to arrange | position or embed | buy in the surface of a remaining layer part or a desert, or the remaining layer part, and to arrange | position so that these earth heat sources may be contacted. When heat is collected from an atmospheric heat source, the lower heat recovery heat exchanger EVo made of a metal coil may be installed in the air or in an exhaust flow of a factory, a building, or the like.

図2より明らかなように、圧縮機27は、好ましくは、所定圧(例えば、4.4MPa)のCO2作動流体(過熱蒸気)Wfを超臨界点以上の圧力で圧縮して超臨界流体(CO2超臨界流体)Wfpを生成する流体圧縮手段P1と、低温低圧CO2冷媒(過熱蒸気)Cmを臨界点以上で圧縮して高温高圧CO2冷媒(超臨界流体)Cmpを生成する冷媒圧縮手段P2とを備えた複合型回転式流体機械から構成される。圧縮機27でCO2作動流体及びCO2冷媒の過熱蒸気を圧縮する理由は、これら流体の圧縮に必要な動力を大幅(通常のガス圧縮に比べて約5分の一)に低減して成績係数(COP)を飛躍的に向上させるためである。  As is apparent from FIG. 2, the compressor 27 preferably compresses the CO2 working fluid (superheated steam) Wf having a predetermined pressure (for example, 4.4 MPa) at a pressure equal to or higher than the supercritical point to compress the supercritical fluid (CO2 Supercritical fluid) Fluid compression means P1 that generates Wfp, and refrigerant compression means P2 that compresses the low-temperature and low-pressure CO2 refrigerant (superheated steam) Cm above the critical point to generate high-temperature and high-pressure CO2 refrigerant (supercritical fluid) Cmp. It is composed of a combined rotary fluid machine equipped. The reason for compressing the superheated steam of the CO2 working fluid and the CO2 refrigerant with the compressor 27 is that the power required for compressing these fluids is greatly reduced (about one-fifth compared with normal gas compression) and the coefficient of performance ( This is to dramatically improve (COP).

図1及び図2に示すように、複合型圧縮機27は、回転式流体機械40と高エンタルピー変換器42に同心的に連結されたロータハウジング352と、密閉動力サイクル15に接続されて低温低圧CO2作動流体Wfを導入する第1インレット356Aと、超臨界CO2作動流体(超臨界流体)Wfpを吐出する第1アウトレット358Aと、低温低圧冷媒Cmを導入する第2インレット356Bと、超臨界CO2冷媒Cmpを吐出する第2アウトレット358Bと、インレット356A,356B及びアウトレット358A,358Bが開口するロータ作動室360と、回転式流体機械40の出力軸132に圧入その他の連結手段で駆動連結されていてロータ作動室360に回転可能に収納されたクランクロータ362とを備える。  As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the composite compressor 27 is connected to a rotor housing 352 concentrically connected to a rotary fluid machine 40 and a high enthalpy converter 42, and connected to the sealed power cycle 15 for low temperature and low pressure. A first inlet 356A for introducing a CO2 working fluid Wf, a first outlet 358A for discharging a supercritical CO2 working fluid (supercritical fluid) Wfp, a second inlet 356B for introducing a low-temperature low-pressure refrigerant Cm, and a supercritical CO2 refrigerant The second outlet 358B that discharges Cmp, the rotor working chamber 360 in which the inlets 356A and 356B and the outlets 358A and 358B are opened, and the rotor connected to the output shaft 132 of the rotary fluid machine 40 by press-fitting or other connecting means. A crank rotor 362 rotatably accommodated in the working chamber 360.

クランクロータ362は、出力軸132に形成されたメイン潤滑油供給通路132Lから径方向外側に延びる潤滑油通路362aと、潤滑油供給ポート362bと、潤滑油供給ポート362bからローブ364の外周端部に微量の潤滑油を供給可能な多孔質プラグ362cとを備える。メイン潤滑油供給通路132Lは、本願発明者と同一発明者による日本特許5103570号「回転式流体機械」に記載された潤滑油ポンプ等により潤滑油が供給される。複合型圧縮機27は、さらに、ロータ作動室360の内周面上を回転揺動しながらインレット356A,356BからCO2作動流体Wf及び冷媒Cmをそれぞれ吸引すると共にこれら流体を超臨界圧まで圧縮しながらアウトレット358A,358Bから吐出する複数のローブ364と、ローブ364の径方向内側領域において周方向後縁部に形成された曲面摺動凹部366と、インレット356に隣接してクランクロータ362に対して揺動可能な揺動ピストン368と、揺動ピストン368と曲面摺動凹部366との間に形成された圧縮室370とを備える。  The crank rotor 362 includes a lubricating oil passage 362a extending radially outward from the main lubricating oil supply passage 132L formed in the output shaft 132, a lubricating oil supply port 362b, and the lubricating oil supply port 362b to the outer peripheral end of the lobe 364. And a porous plug 362c capable of supplying a small amount of lubricating oil. Lubricating oil is supplied to the main lubricating oil supply passage 132L by a lubricating oil pump or the like described in Japanese Patent No. 5103570 “Rotating fluid machine” by the same inventor as the present inventors. The composite compressor 27 further sucks the CO2 working fluid Wf and the refrigerant Cm from the inlets 356A and 356B while rotating and swinging on the inner peripheral surface of the rotor working chamber 360, and compresses these fluids to a supercritical pressure. However, a plurality of lobes 364 discharged from the outlets 358A and 358B, a curved sliding recess 366 formed at the circumferential rear edge in the radially inner region of the lobe 364, and the crank rotor 362 adjacent to the inlet 356 A swingable piston 368 that can swing, and a compression chamber 370 formed between the swinging piston 368 and the curved sliding recess 366 are provided.

揺動ピストン368は、ロータハウジング352内に形成されたピストン揺動室372に収納されていて、ピボット軸374を介して回動するピストンエレメント376を備える。ピストンエレメント376の先端部にはローブ364と曲面摺動凹部366とに接触しながら摺動する曲面シール部376aと連通開口部376bとを備える。ロータハウジング352に形成されたバネ収納部378には押圧バネ380がピストンエレメント376をクランクロータ362側に押圧している。回転式流体機械40の起動時に出力軸132が図2において、例えば、時計方向に回転駆動されると、複合型圧縮機27において、圧縮室370にはインレット356A,356BからそれぞれCO2作動流体Wfと冷媒Cmが吸引され、それぞれ超臨界流体及び超臨界CO2冷媒としてアウトレット358A,358Bから吐出される。このように、圧縮機27のクランクロータ362は作動流体圧縮手段P1と、冷媒圧縮手段P2の共通部品として機能する。  The swing piston 368 is housed in a piston swing chamber 372 formed in the rotor housing 352 and includes a piston element 376 that rotates via a pivot shaft 374. The tip of the piston element 376 includes a curved seal portion 376a and a communication opening 376b that slide while contacting the lobe 364 and the curved sliding recess 366. A pressure spring 380 presses the piston element 376 toward the crank rotor 362 in the spring housing portion 378 formed in the rotor housing 352. When the output shaft 132 is driven to rotate in the clockwise direction in FIG. 2, for example, when the rotary fluid machine 40 is activated, in the composite compressor 27, the CO2 working fluid Wf and the inlets 356A and 356B are respectively supplied to the compression chamber 370. Refrigerant Cm is sucked and discharged from outlets 358A and 358B as supercritical fluid and supercritical CO2 refrigerant, respectively. Thus, the crank rotor 362 of the compressor 27 functions as a common part of the working fluid compression means P1 and the refrigerant compression means P2.

なお、複合型圧縮機27は本願発明者と同一発明者による特願2012−218058号「ロータリ燃焼機関、ハイブリッドロータリ燃焼機関及びこれらを具備した低位熱発電システム」に記載されたロータリポンプと同一の構造を有するため、さらなる詳細な説明を省略する。複合型圧縮機27としては、本願と同一発明者による後述の回転式流体機械を利用してもよい。  The composite compressor 27 is the same as the rotary pump described in Japanese Patent Application No. 2012-218058 “Rotary Combustion Engine, Hybrid Rotary Combustion Engine, and Low-Level Thermal Power Generation System Having These” by the same inventor as the present inventor. Since it has a structure, further detailed description is omitted. As the composite compressor 27, a rotary fluid machine described later by the same inventor as the present application may be used.

図3に示すように、高エンタルピー変換器42は、複合型圧縮機27と回転式流体機械40に同心的に連結された円筒状リアクタケーシング1100を備える。円筒状リアクタケーシング1100には、円筒状リアクタケーシング1100の内側とケーシング1100の中央内周部1114の径方向外側に形成されたセラミック等の絶縁耐熱層1116と、絶縁耐熱層1116の内側に形成されているエンタルピー増幅室1118が形成されている。円筒状リアクタケーシング1100の中央内周部1114は回転式流体機械40の出力軸132を通過可能にするための直径を有する内周壁部1114を備える。  As shown in FIG. 3, the high enthalpy converter 42 includes a cylindrical reactor casing 1100 that is concentrically connected to the composite compressor 27 and the rotary fluid machine 40. The cylindrical reactor casing 1100 is formed on the inner side of the cylindrical reactor casing 1100 and the insulating heat resistant layer 1116 such as ceramic formed on the radially outer side of the central inner peripheral portion 1114 of the casing 1100, and on the inner side of the insulating heat resistant layer 1116. An enthalpy amplification chamber 1118 is formed. A central inner peripheral portion 1114 of the cylindrical reactor casing 1100 includes an inner peripheral wall portion 1114 having a diameter for allowing the output shaft 132 of the rotary fluid machine 40 to pass therethrough.

高エンタルピー変換器42の吸入ポート1102は、径方向壁部1120に延びていて電磁弁32が装着されるとともに、径方向壁部1120には周方向に延びる複数の開口部1122を有する。エンタルピー増幅室1118のコーナー部1118a、1118bには対抗電極1124,1126がそれぞれ配置される。一対の電極1124,1126はパルス電源28に接続される。ケーシング1100には温度センサS2が装着され、温度信号Tがコントローラ60(図1参照)に供給され、パルス電力のパルス幅の制御用に利用される。  The suction port 1102 of the high enthalpy converter 42 extends to the radial wall 1120 and is fitted with the electromagnetic valve 32, and the radial wall 1120 has a plurality of openings 1122 extending in the circumferential direction. Counter electrodes 1124 and 1126 are disposed at corner portions 1118a and 1118b of the enthalpy amplification chamber 1118, respectively. The pair of electrodes 1124 and 1126 are connected to the pulse power supply 28. A temperature sensor S2 is attached to the casing 1100, and a temperature signal T is supplied to the controller 60 (see FIG. 1) and used for controlling the pulse width of the pulse power.

エンタルピー増幅室1118には、対抗電極1124,1126の間に介在していて多数の銅タングステンパイプ又はステンレスパイプ等の管状通電発熱体1134が充填されている。パルス電力に応答して、多数の管状通電発熱体1134は通電発熱して600〜1200℃の超臨界領域に維持する。この温度領域はパルス電源28によってパルス電力のデューティサイクルが所定値となるように可変制御することによって達成される。CO2超臨界流体は、通電発熱パイプ1134の隙間及び通電発熱パイプ1134の穴部を通過する。このとき、これら通電発熱パイプ1134の各部と衝突しながら加熱されて瞬時に高エンタルピー超臨界流体が動力流体として生成される。  The enthalpy amplification chamber 1118 is filled with a large number of tubular energization heating elements 1134 such as copper tungsten pipes or stainless steel pipes interposed between the counter electrodes 1124 and 1126. In response to the pulse power, the large number of tubular energization heating elements 1134 generate energization and maintain in the supercritical region of 600 to 1200 ° C. This temperature range is achieved by variably controlling the pulse power source 28 so that the duty cycle of the pulse power becomes a predetermined value. The CO 2 supercritical fluid passes through the gap between the energized heat generating pipe 1134 and the hole of the energized heat generating pipe 1134. At this time, it is heated while colliding with each part of these energized heat generating pipes 1134, and a high enthalpy supercritical fluid is instantaneously generated as a power fluid.

通電発熱パイプ1134の代わりに導電性高融点加熱手段を用いても良い。例えば、銅タングステンボール、カーボンボール、作動流体を通過させるための溝を配置したバルク状導電性金属体、バルク状導電性カーボン、多孔性高融点金属体や高融点ハニカム金属体等を利用しても良い。エンタルピー増幅室1118に隣接してフイルタ部1106が配置され、フイルタ部1106には耐熱性の金属ワイヤー等から形成されたフイルタ1110が充填される。電磁弁32が所定周期で開弁されると、フイルタ1110を通過した動力流体Scfはフィルター1142で濾過された後、アウトレット1140から回転式流体機械40のインレット124に供給される。  A conductive high melting point heating means may be used in place of the energization heat generating pipe 1134. For example, using a copper tungsten ball, a carbon ball, a bulk conductive metal body in which a groove for allowing a working fluid to pass, a bulk conductive carbon, a porous refractory metal body, a refractory honeycomb metal body, etc. are used. Also good. A filter portion 1106 is disposed adjacent to the enthalpy amplification chamber 1118, and the filter portion 1106 is filled with a filter 1110 formed of a heat-resistant metal wire or the like. When the electromagnetic valve 32 is opened at a predetermined cycle, the power fluid Scf that has passed through the filter 1110 is filtered by the filter 1142 and then supplied from the outlet 1140 to the inlet 124 of the rotary fluid machine 40.

回転式流体機械40としては、好ましくは、本願発明者と同一発明者による日本特許第5103570(発明の名称:回転式流体機械)及び日本特許第5218929号(発明の名称:ロータリ燃焼機関、ハイブリッドロータリ燃焼機関及びこれらを具備した低位熱発電システム)に開示された回転式流体機械と同一構造のものが挙げられる。他の例としては本願発明者と同一発明者による特願2012−259090号(発明の名称:回転式流体機械)に記載された構造のものを利用してもよい。  The rotary fluid machine 40 is preferably Japanese Patent No. 5103570 (Title of the invention: rotary fluid machine) and Japanese Patent No. 5218929 (Title of the invention: rotary combustion engine, hybrid rotary) by the same inventor as the present inventors. And the same structure as the rotary fluid machine disclosed in (combustion engine and low-temperature thermal power generation system including these). As another example, a structure described in Japanese Patent Application No. 2012-259090 (title of the invention: rotary fluid machine) by the same inventor as the present inventor may be used.

図1に戻って、発電機GEは出力装置16を介してエネルギー変換装置12の出力軸132に駆動連結されて交流電力を発生する。発電機GEのパワーラインPLに電気機器等の負荷(図示せず)が接続される。パワーラインPLには変圧器50及びリレー等から構成される遮断器19を介して蓄電ユニット(蓄電システム)20が接続される。変圧器50は発電機GEから出力された交流電圧(例えば、200〜240V)を低圧の交流電圧、例えば、12又は24ボルトの交流電圧に降圧する。蓄電ユニット20は、遮断器19を介してパワーラインPLに接続されていて発電電力の一部が供給される充電器21と、第1蓄電装置22と、第2蓄電装置23と、第1、第2蓄電装置22、23を充電器21に交互に接続する第1切替制御器24と、第1、第2蓄電装置22、23をパルス電源28に交互に接続する第2切替制御器26とを備える。図示を省略しているが、充電器21は公知の構造と同様に低圧の交流電力を直流電力に変換する整流器と、平滑回路とを有する。第1、第2蓄電装置22、23にはそれぞれ出力電圧及び出力電流を検出するための電圧センサ及び電流センサ(いずれも図示せず)が接続される。これら電圧センサ及び電流センサの電圧検出値V1及び電流検出値I1はコントローラ60に出力され、第1、第2蓄電装置22、23のそれぞれの残蓄電容量(SOC値:State of charge)を演算し、それぞれのSOC値に基づいて遮断器19や第1、第2切替制御器24,26の指令信号を出力するために用いられる。  Returning to FIG. 1, the generator GE is drivably coupled to the output shaft 132 of the energy conversion device 12 via the output device 16 to generate AC power. A load (not shown) such as an electric device is connected to the power line PL of the generator GE. A power storage unit (power storage system) 20 is connected to the power line PL via a circuit breaker 19 including a transformer 50 and a relay. The transformer 50 steps down the AC voltage (for example, 200 to 240 V) output from the generator GE to a low-voltage AC voltage, for example, 12 or 24 volt AC voltage. The power storage unit 20 is connected to the power line PL via the circuit breaker 19 and supplied with a part of the generated power, the first power storage device 22, the second power storage device 23, the first, A first switching controller 24 for alternately connecting the second power storage devices 22, 23 to the charger 21; and a second switching controller 26 for alternately connecting the first and second power storage devices 22, 23 to the pulse power supply 28; Is provided. Although not shown, the charger 21 includes a rectifier that converts low-voltage AC power into DC power and a smoothing circuit, as in a known structure. A voltage sensor and a current sensor (both not shown) for detecting an output voltage and an output current are connected to the first and second power storage devices 22 and 23, respectively. The voltage detection value V1 and the current detection value I1 of these voltage sensors and current sensors are output to the controller 60, and the respective remaining storage capacities (SOC values: State of charge) of the first and second power storage devices 22 and 23 are calculated. These are used to output command signals from the circuit breaker 19 and the first and second switching controllers 24 and 26 based on the respective SOC values.

コントローラ60は、例えば、所定の演算処理を実行するCPU(Central Processing Unit)と、所定の制御プログラムが記憶されたROM(Read Only Memory)と、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)と、例えばEEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)を用いて構成される。コントローラ60は各種制御対象の制御パラメータを入力するための入力装置(図示せず)や装置始動用スイッチ(図示せず)等が接続されている。  The controller 60 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) that executes predetermined arithmetic processing, a ROM (Read Only Memory) that stores a predetermined control program, and a RAM (Random Access Memory) that temporarily stores data. For example, an EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory) is used. The controller 60 is connected to an input device (not shown) for inputting control parameters to be controlled, a device start switch (not shown), and the like.

第1、第2蓄電装置22、23としては、望ましくは、パルス充放電サイクル用途に対応可能な市販のウルトラキャパシタモジュールを利用したエンジン起動用バッテリ(部品番号:ESM123000−31)(米国”Maxwell Technologies“社製)が挙げられる。このバッテリは15分間での短時間充電が可能であり、出力電圧が12ボルトで出力電流が1500〜1700Aであるため適している。その他の蓄電装置としては、例えば、急速充放電型蓄電池(古河電池社製:商標名「ウルトラバッテリ」)、大容量電気二重層コンデンサからなるスーパーキャパシタ(トーキン製)、ナトリウムイオン電池、リチウムイオン電池やNi−MH電池(ニッケルー水素電池)やこれら電池と大容量電気二重層コンデンサを組み合わせたものから構成しても良い。なお、第1蓄電装置22の出力ラインの間にはウルトラキャパシタ(図示せず)を接続しても良い。第1蓄電装置22及び第2蓄電装置23から交互に出力電力がパルス電源28に供給される。  As the first and second power storage devices 22, 23, an engine starting battery (part number: ESM123000-31) using a commercially available ultracapacitor module that can be applied to pulse charge / discharge cycle applications (US ”Maxwell Technologies) “Made by company” can be mentioned. This battery is suitable because it can be charged for a short time in 15 minutes, the output voltage is 12 volts, and the output current is 1500-1700A. Other power storage devices include, for example, rapid charge / discharge type storage batteries (Furukawa Battery Co., Ltd .: trade name “Ultra Battery”), supercapacitors (made by Tokin) consisting of large-capacity electric double layer capacitors, sodium ion batteries, lithium ion batteries Or a Ni-MH battery (nickel-hydrogen battery) or a combination of these batteries and a large-capacity electric double layer capacitor. An ultracapacitor (not shown) may be connected between the output lines of the first power storage device 22. Output power is alternately supplied from the first power storage device 22 and the second power storage device 23 to the pulse power supply 28.

パルス電源28は第1、第2蓄電装置22,23からの供給電力から所定周期(例えば、50〜2000ヘルツ)のパルス電力を供給する。パルス電力において、パルス電圧は、好ましくは、例えば、12〜24ボルトの間で設定される。エネルギー変換装置12の容量に応じて、パルス電流は、好ましくは、ピーク電流通電期間内において流れる20〜200アンペアのピーク電流と、ピーク電流の約十分の一の電流値を有し、オフピーク電流通電期間内において流れるベース電流とを有するように構成しても良い。高エンタルピー変換器42において、多数の通電発熱パイプ1134はパルス電力に応答して通電することにより二酸化炭素の臨界温度374℃以上の温度、例えば、600〜1200℃の温度に昇温する。この温度は、運転条件に合わせて自由に選択される。超臨界流体が通電発熱パイプ1134の外表面に順次接触して通過する過程において、動力流体は超臨界状態下で加熱されて高エンタルピー超臨界流体Scfとなる。  The pulse power supply 28 supplies pulse power having a predetermined cycle (for example, 50 to 2000 hertz) from the power supplied from the first and second power storage devices 22 and 23. In the pulse power, the pulse voltage is preferably set between 12 and 24 volts, for example. Depending on the capacity of the energy conversion device 12, the pulse current preferably has a peak current of 20 to 200 amperes flowing during the peak current energization period and a current value of about one tenth of the peak current. A base current that flows within a period may be included. In the high enthalpy converter 42, a large number of energized heat generating pipes 1134 are energized in response to pulse power to raise the temperature to a carbon dioxide critical temperature of 374 ° C. or higher, for example, 600 to 1200 ° C. This temperature is freely selected according to the operating conditions. In the process in which the supercritical fluid sequentially contacts and passes the outer surface of the energized heat generating pipe 1134, the power fluid is heated under supercritical conditions to become a high enthalpy supercritical fluid Scf.

パルス電源28は、好ましくは、パルス電流を発生させるものであれば、直流パルス電源又は交流パルス電源のいずれでも良い。直流パルス電源としては、例えば、日本国特許第2587343号に開示されたようなパルスアーク溶接用電源装置に類似した回路構成が挙げられる。  The pulse power source 28 is preferably a DC pulse power source or an AC pulse power source as long as it generates a pulse current. Examples of the direct-current pulse power supply include a circuit configuration similar to a power supply device for pulse arc welding as disclosed in Japanese Patent No. 2587343.

図1において、バッファアダンパーの圧力センサS1からの圧力信号PS、高エンタルピー変換器42の温度センサS2からの温度信号T(図4参照)と、エネルギー変換装置12の出力軸132の回転数センサS3からの回転数信号SPがコントローラ60に送信される。入力装置(図示せず)からはカレンダー信号や、温度や圧力等のパラメータ設定信号が基準信号としてコントローラ60に入力される。コントローラ60には、第1、第2蓄電器22,23のそれぞれの電圧信号V1と電流信号I1とが送信され、コントローラ60はこれら入力信号に応答して第1、第2蓄電器22,23の蓄電状態(残蓄電容量)(State of Charge)を判別して第2切替制御器26を介して第1、第2蓄電装置22、23の一方をパルス電源28に接続するとともに第1切替制御器24を介して第1、第2蓄電装置22、23の他方を充電器21により充電する。さらに、コントローラ60は、センサS1〜S3からの入力信号PS,T,SPに応答して電磁弁32を制御する。このとき、コントローラ60は、回転式流体機械40において第2回転式流体機械部40Bの膨張行程の全期間中に電磁弁32を開弁状態に維持するように制御する。したがって、第2回転式流体機械部40Bには膨張行程の全期間中に動力流体が連続的に作用することになる。一方、コントローラ60は、低位熱発電システム10の運転条件に合わせてクラッチCLを締結・離脱させるための制御信号Ccを出力する。  In FIG. 1, the pressure signal PS from the pressure sensor S1 of the buffer damper, the temperature signal T (see FIG. 4) from the temperature sensor S2 of the high enthalpy converter 42, and the rotational speed sensor of the output shaft 132 of the energy conversion device 12 The rotation speed signal SP from S3 is transmitted to the controller 60. From an input device (not shown), a calendar signal and a parameter setting signal such as temperature and pressure are input to the controller 60 as a reference signal. The voltage signal V1 and current signal I1 of each of the first and second capacitors 22 and 23 are transmitted to the controller 60, and the controller 60 stores the charges of the first and second capacitors 22 and 23 in response to these input signals. The state (remaining storage capacity) (State of Charge) is determined, and one of the first and second power storage devices 22 and 23 is connected to the pulse power supply 28 via the second switching controller 26 and the first switching controller 24. The other of the first and second power storage devices 22 and 23 is charged by the charger 21 via Further, the controller 60 controls the electromagnetic valve 32 in response to the input signals PS, T, SP from the sensors S1 to S3. At this time, the controller 60 controls the rotary fluid machine 40 to maintain the electromagnetic valve 32 in the open state during the entire expansion stroke of the second rotary fluid machine unit 40B. Accordingly, the power fluid continuously acts on the second rotary fluid machine unit 40B during the entire period of the expansion stroke. On the other hand, the controller 60 outputs a control signal Cc for engaging / disengaging the clutch CL in accordance with the operating conditions of the low-level thermal power generation system 10.

次に、本発明による低位熱エネルギー回収方法について本実施例のエネルギー変換装置12の作動に関する記載に関連して説明する。  Next, the low thermal energy recovery method according to the present invention will be described in relation to the description relating to the operation of the energy conversion device 12 of the present embodiment.

エネルギー変換装置12の作動において、先ず、装置始動用スイッチ(図示せず)が投入される。この時、コントローラ60によってパルス電源28が起動され、周期的なパルス電力が高エンタルピー変換器42に供給される。すると、通電発熱パイプ1134が通電して所望の設定温度(例えば、800℃)に発熱する。高エンタルピー変換器42の温度信号Tがこの設定温度に達したときに、コントローラ60から電磁弁32に指令信号が出力され、電磁弁32が通電して開弁する。このとき、バッファアダンパー30に貯蔵されていたCO2作動流体Wfpが高エンタルピー変換器42に供給される。高エンタルピー変換器42ではCO2作動流体Wfpが発熱パイプ1134の外表面に順次接触して撹拌されながら均一に昇温し、さらに、これら発熱パイプ1134の隙間や穴部を通過しながらさらに加温されながら超臨界流体SCfが高エンタルピー動力流体として発生する。この高エンタルピー動力流体SCfは第2回転式流体機械部40Bのインレット124Bから膨張室116に流入してロータリピストン本体200に作用して爆発的に膨張して機械エネルギーを発生して出力軸132に伝達する。  In the operation of the energy conversion device 12, a device start switch (not shown) is first turned on. At this time, the pulse power supply 28 is activated by the controller 60, and periodic pulse power is supplied to the high enthalpy converter 42. Then, the energization heat generating pipe 1134 is energized and generates heat to a desired set temperature (for example, 800 ° C.). When the temperature signal T of the high enthalpy converter 42 reaches this set temperature, a command signal is output from the controller 60 to the electromagnetic valve 32, and the electromagnetic valve 32 is energized to open. At this time, the CO 2 working fluid Wfp stored in the buffer damper 30 is supplied to the high enthalpy converter 42. In the high enthalpy converter 42, the CO2 working fluid Wfp comes into contact with the outer surface of the heat generating pipe 1134 in sequence and is uniformly heated while being stirred, and further heated while passing through gaps and holes in the heat generating pipe 1134. However, the supercritical fluid SCf is generated as a high enthalpy power fluid. The high enthalpy power fluid SCf flows into the expansion chamber 116 from the inlet 124B of the second rotary fluid machine unit 40B and acts on the rotary piston main body 200 to explode and generate mechanical energy to generate the output shaft 132. introduce.

エネルギー変換装置12の始動時及び始動完了後において、出力軸132に発生したトルクで複合型圧縮機27が起動し、圧縮機27内の流体圧縮手段P1と冷媒圧縮手段P2が同期的に作動し、密閉動力サイクル15とヒートポンプHPが互いに同期して起動する。この時、ヒートポンプHPにおいて、低位熱回収熱交換器EVoを介して大気熱源又は大地熱源等の低位熱エネルギーEsから汲み上げた熱で生成した冷媒蒸気Cmを冷媒圧縮手段P2で超臨界状態で圧縮して超臨界冷媒(高温高圧CO2冷媒)Cmpを生成する。この超臨界冷媒(高温高圧CO2冷媒)Cmpは放熱器EV2で低温低圧CO2作動流体Wfoと熱交換して放熱することにより低温高圧CO2冷媒Cmhを生成する。低温高圧CO2冷媒Cmhは第1膨張機40Aで減圧膨張して第1機械エネルギーに変換されるとともに低温低圧CO2冷媒Cmeを生成する。この低温低圧CO2冷媒Cmeは冷却器43(熱交換器EV1)で蒸発して冷熱(例えば、−10℃:4.4MPa)を発生して膨張ガスEgを冷却する。冷却器43から吐出した低温低圧冷媒Cmoは低位熱回収熱交換器EVoで低位熱エネルギーEsにより冷媒蒸気(低温低圧CO2冷媒)Cmとなって圧縮機27の冷媒圧縮機手段P2に循環される。一方、蒸発器EV1で冷却されて生成した低温低圧CO2作動流体Wfoは放熱器EV2で超臨界冷媒Cmpから受熱して過熱蒸気からなるCO2作動流体Wfとして圧縮機27のインレット356Aに流入して流体圧縮手段P1により圧縮され、以後、密閉動力サイクル15が繰り返し、実行される。  The composite compressor 27 is activated by the torque generated in the output shaft 132 when the energy conversion device 12 is started and after the start is completed, and the fluid compression means P1 and the refrigerant compression means P2 in the compressor 27 are operated synchronously. The sealed power cycle 15 and the heat pump HP are activated in synchronization with each other. At this time, in the heat pump HP, the refrigerant vapor Cm generated by the heat pumped from the low heat energy Es such as the atmospheric heat source or the earth heat source via the low heat recovery heat exchanger EVo is compressed in the supercritical state by the refrigerant compression means P2. Thus, a supercritical refrigerant (high temperature high pressure CO2 refrigerant) Cmp is generated. This supercritical refrigerant (high-temperature high-pressure CO2 refrigerant) Cmp exchanges heat with the low-temperature low-pressure CO2 working fluid Wfo in the radiator EV2 to radiate heat, thereby generating a low-temperature high-pressure CO2 refrigerant Cmh. The low-temperature high-pressure CO2 refrigerant Cmh is decompressed and expanded by the first expander 40A to be converted into first mechanical energy, and generates a low-temperature low-pressure CO2 refrigerant Cme. The low-temperature low-pressure CO 2 refrigerant Cme evaporates in the cooler 43 (heat exchanger EV1) to generate cold (for example, −10 ° C .: 4.4 MPa) to cool the expansion gas Eg. The low-temperature and low-pressure refrigerant Cmo discharged from the cooler 43 is circulated to the refrigerant compressor means P2 of the compressor 27 as refrigerant vapor (low-temperature and low-pressure CO2 refrigerant) Cm by the low-order heat recovery heat exchanger EVo by the low-order heat energy Es. On the other hand, the low-temperature low-pressure CO2 working fluid Wfo generated by being cooled by the evaporator EV1 receives heat from the supercritical refrigerant Cmp by the radiator EV2 and flows into the inlet 356A of the compressor 27 as the CO2 working fluid Wf made of superheated steam. After being compressed by the compression means P1, the sealed power cycle 15 is repeatedly executed thereafter.

上述のように、密閉動力サイクル15とヒートポンプHPが互いに同期しながら繰り返し実行される。この際、高温高圧CO2冷媒の熱が密閉動力サイクル15の低温低圧CO2作動流体に放熱され、次いで、低温高圧CO2冷媒が第1膨張機で膨張することにより第1機械エネルギーを発生させ、一方、高エンタルピー変換器42により生成した高エンタルピー動力流体(高エンタルピー超臨界流体)が第2膨張機で膨張して第2機械エネルギーを回収する。このように大気熱源又は大地熱源等の低位熱エネルギーから効率的に熱エネルギーを回収して第1機械エネルギー及び第2機械エネルギーを回収する。こうして得られた機械エネルギーは出力軸132及び出力装置16を介して発電機GEに供給されて電力が発生する。この電力の一部はパワーラインPLから変圧器50及び充電器21を介して蓄電ユニット20に蓄電されてパルス電源23の供給電力として利用される。  As described above, the sealed power cycle 15 and the heat pump HP are repeatedly executed in synchronization with each other. At this time, the heat of the high-temperature high-pressure CO2 refrigerant is radiated to the low-temperature low-pressure CO2 working fluid of the sealed power cycle 15, and then the low-temperature high-pressure CO2 refrigerant expands in the first expander to generate the first mechanical energy, The high enthalpy power fluid (high enthalpy supercritical fluid) generated by the high enthalpy converter 42 is expanded by the second expander to recover the second mechanical energy. As described above, the first mechanical energy and the second mechanical energy are recovered by efficiently recovering the thermal energy from the lower thermal energy such as the atmospheric heat source or the earth heat source. The mechanical energy thus obtained is supplied to the generator GE via the output shaft 132 and the output device 16 to generate electric power. Part of this electric power is stored in the power storage unit 20 from the power line PL via the transformer 50 and the charger 21 and used as power supplied to the pulse power source 23.

以上、本発明の実施例による低位熱エネルギー回収方法及び低位熱発電システムが記載されたが、本発明はこの実施例に示された構成に限定されず、様々な変更が可能である。例えば、圧縮機は、複合型圧縮機からなるものとして説明したが、複合型圧縮機をそれぞれ分離独立した作動流体圧縮機と冷媒圧縮機からなるように構成しても良い。また、冷媒圧縮手段と作動流体圧縮手段とはそれぞれ単段式のものとして記載したが、複数段で冷媒及び作動流体をそれぞれ圧縮するように変形しても良い。  Although the low thermal energy recovery method and the low thermal power generation system according to the embodiment of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the configuration shown in this embodiment, and various modifications can be made. For example, the compressor has been described as being composed of a composite compressor, but the composite compressor may be composed of a working fluid compressor and a refrigerant compressor that are separated and independent from each other. Moreover, although the refrigerant compression means and the working fluid compression means are described as single-stage types, they may be modified so as to compress the refrigerant and the working fluid in a plurality of stages.

12 エネルギー変換装置;15 密閉動力サイクル;16 出力装置;20 蓄電ユニット(蓄電システム);21 充電器;22,23 第1、第2蓄電装置;24、26 第1、第2切替制御器;25 発電機;27 圧縮機(複合型回転式流体機械);28 パルス電源;30 バッファアダンパー;32 電磁弁;40 回転式流体機械;40A 第1膨張機(第1回転式流体機械部);40B 第2膨張機(第2回転式流体機械部);42 高エンタルピー変換器;43 冷却器;60 コントローラ;HP ヒートポンプ;EVo 低位熱回収熱交換器;EV1 冷却器(熱交換器);EV2 放熱器12 Energy conversion device; 15 Sealed power cycle; 16 Output device; 20 Power storage unit (power storage system); 21 Charger; 22, 23 First, second power storage device; 24, 26 First, second switching controller; 27 Compressor (composite rotary fluid machine); 28 Pulse power supply; 30 Buffer damper; 32 Solenoid valve; 40 Rotary fluid machine; 40A First expander (first rotary fluid machine part); 40B Second expander (second rotary fluid machine part); 42 high enthalpy converter; 43 cooler; 60 controller; HP heat pump; EVo low heat recovery heat exchanger; EV1 cooler (heat exchanger); EV2 radiator

Claims (4)

所定圧で封入することにより低沸点で蒸発可能な作動流体と冷媒とをそれぞれ循環させる密閉動力サイクル及びヒートポンプと、該密閉動力サイクルに蓄電電力を供給する蓄電ユニットとを備えたエネルギー変換装置を準備し、該ヒートポンプにおいて大気熱源及び大地熱源から選ばれた少なくとも1つの低位熱エネルギー源により低位熱回収熱交換器を介して該冷媒から冷媒蒸気を生成し、冷媒圧縮機により該冷媒蒸気を圧縮して高温高圧冷媒を生成し、該高温高圧冷媒の熱を該密閉動力サイクルの該作動流体に放熱するとともに高圧冷媒を生成し、該高圧冷媒を第1膨張機により減圧・膨張させて第1機械エネルギーを回収するとともに低温低圧冷媒を生成し、該低温低圧冷媒を蒸発させて冷熱を生成し、該密閉動力サイクルにおいて該高温高圧冷媒から吸熱した作動流体を流体圧縮機により圧縮して高温高圧作動流体を生成し、該蓄電電力をパルス電源に供給してパルス電力を生成し、該パルス電力により高エンタルピー変換器を通電することにより該作動流体の受熱温度よりも高い所定温度に加熱し、該高温高圧作動流体を該高エンタルピー変換器と接触させることにより高エンタルピー動力流体を生成し、該第1膨張機に出力軸を介して連結された第2膨張機で該高エンタルピー動力流体を膨張させながら第2機械エネルギーを回収し、該出力軸を介して該第1及び第2機械エネルギーを出力させながらその一部で該冷媒圧縮機及び該流体圧縮機を駆動し、該冷熱を利用して該第2膨張機の膨張ガスを冷却することにより該冷媒と該作動流体とを再生することを特徴とする低位熱エネルギー回収方法。  An energy conversion device is provided that includes a sealed power cycle and a heat pump that circulate a working fluid and a refrigerant that can evaporate at a low boiling point by sealing at a predetermined pressure, and a power storage unit that supplies stored power to the sealed power cycle. Then, in the heat pump, refrigerant vapor is generated from the refrigerant via the lower heat recovery heat exchanger by at least one lower heat energy source selected from the atmospheric heat source and the earth heat source, and the refrigerant vapor is compressed by the refrigerant compressor. The high-temperature high-pressure refrigerant is generated, the heat of the high-temperature high-pressure refrigerant is radiated to the working fluid of the hermetic power cycle, the high-pressure refrigerant is generated, and the high-pressure refrigerant is decompressed and expanded by the first expander. Recovering energy and producing a low-temperature and low-pressure refrigerant, evaporating the low-temperature and low-pressure refrigerant to produce cold, and in the sealed power cycle, The working fluid that has absorbed heat from the hot / high pressure refrigerant is compressed by a fluid compressor to generate a high-temperature / high-pressure working fluid, and the stored electric power is supplied to a pulse power supply to generate pulse power. By heating the working fluid to a predetermined temperature higher than the heat receiving temperature of the working fluid, and bringing the high-temperature and high-pressure working fluid into contact with the high enthalpy converter to generate a high enthalpy power fluid and outputting the output shaft to the first expander. The second mechanical energy is recovered while expanding the high enthalpy power fluid with the second expander connected via the first and the first mechanical energy and the second mechanical energy are output via the output shaft. The refrigerant compressor and the fluid compressor are driven, and the refrigerant and the working fluid are regenerated by cooling the expansion gas of the second expander using the cold heat. Low-grade heat energy recovery method. 該大気熱源が空気熱及び工場排熱並びに建物の排気熱を含み、該大地熱源が地面の熱、地中熱及び土壌熱を含み、該エネルギー変換装置において、該出力軸を介して該第1及び第2機械エネルギーを発電機に供給して電力を発生させ、該電力の一部を蓄電用電力として該蓄電ユニットに供給し、さらに、該高温高圧作動流体をバネの力に抗してバッファアダンパーで一時的に貯蔵し、該第2膨張機の膨張行程の略全期間中に亘って制御弁を開放して該高温高圧作動流体を該高エンタルピー変換器に供給し、該バッファアダンパーと該制御弁とを該第1及び第2膨張機のスタータとして機能させることを特徴とする請求項1記載の低位熱エネルギー回収方法。  The atmospheric heat source includes air heat and factory exhaust heat and building exhaust heat, and the ground heat source includes ground heat, ground heat, and soil heat. In the energy conversion device, the first heat is output via the output shaft. And the second mechanical energy is supplied to the generator to generate electric power, a part of the electric power is supplied to the electric storage unit as electric storage electric power, and the high-temperature and high-pressure working fluid is buffered against the spring force Temporarily storing in an damper, opening the control valve and supplying the high-temperature and high-pressure working fluid to the high enthalpy converter over substantially the entire expansion stroke of the second expander, and the buffer damper 2. The low thermal energy recovery method according to claim 1, wherein the control valve and the control valve function as starters for the first and second expanders. 所定圧で封入することにより低沸点で蒸発可能な作動流体と冷媒とをそれぞれ循環させる密閉動力サイクル及びヒートポンプと、該密閉動力サイクルに蓄電電力を供給する蓄電ユニットとを有するエネルギー変換装置を備え、該ヒートポンプが大気熱源及び大地熱源から選ばれた少なくとも1つの低位熱エネルギーとの熱交換により該冷媒を加熱・蒸発させて冷媒蒸気を生成する低位熱回収熱交換器と、該冷媒蒸気を圧縮して高温高圧冷媒を生成する冷媒圧縮機と、該高温高圧冷媒の熱を該密閉動力サイクルの該作動流体に放熱して高圧冷媒を生成する放熱器と、該高圧冷媒を減圧・膨張させて第1機械エネルギーを回収するとともに低温低圧冷媒を生成する第1膨張機と、該低温低圧冷媒を蒸発させて冷熱を生成する蒸発用熱交換器とを備え、該密閉動力サイクルが該高温高圧冷媒から吸熱した作動流体を圧縮して高温高圧作動流体を生成する流体圧縮機と、該蓄電電力を利用してパルス電力を生成するパルス電源と、該パルス電力により通電して該作動流体の受熱温度よりも高い所定温度に発熱して該高温高圧作動流体から高エンタルピー動力流体を生成する高エンタルピー変換器と、該第1膨張機と出力軸を介して連結されていて該高エンタルピー動力流体を膨張させることにより第2機械エネルギーを回収する第2膨張機と、該蒸発用熱交換器を備えていて該冷熱により該第2膨張機の膨張ガスを冷却しながら該作動流体と該冷媒を再生する冷却器と、該該出力軸から取り出された該第1及び第2機械エネルギーにより駆動されて電力を発生する発電機とを備え、該出力軸を介して該第1及び第2機械エネルギーの一部を該冷媒圧縮機及び該流体圧縮機に供給して駆動し、該作動流体が該放熱器を経由して該流体圧縮機に還流することを特徴とする低位熱発電システム。  An energy conversion device having a sealed power cycle and a heat pump that circulates a working fluid and a refrigerant that can be evaporated at a low boiling point by being sealed at a predetermined pressure, and a power storage unit that supplies stored power to the sealed power cycle; The heat pump heats and evaporates the refrigerant to generate refrigerant vapor by heat exchange with at least one lower thermal energy selected from an atmospheric heat source and a ground heat source, and compresses the refrigerant vapor A refrigerant compressor that generates a high-temperature and high-pressure refrigerant, a radiator that radiates the heat of the high-temperature and high-pressure refrigerant to the working fluid of the hermetic power cycle and generates a high-pressure refrigerant, and depressurizes and expands the high-pressure refrigerant. 1 A first expander that recovers mechanical energy and generates a low-temperature and low-pressure refrigerant; and an evaporation heat exchanger that generates cold by evaporating the low-temperature and low-pressure refrigerant. A fluid compressor that compresses the working fluid that has absorbed heat from the high-temperature and high-pressure refrigerant to generate a high-temperature and high-pressure working fluid; a pulse power source that generates pulse power using the stored power; and the pulse power A high enthalpy converter for generating a high enthalpy power fluid from the high-temperature and high-pressure working fluid by being energized by the heat and generating heat to a predetermined temperature higher than the heat receiving temperature of the working fluid, and connected to the first expander via the output shaft A second expander that recovers second mechanical energy by expanding the high enthalpy power fluid and a heat exchanger for evaporating to cool the expansion gas of the second expander by the cold heat. A cooler that regenerates the working fluid and the refrigerant, and a generator that generates electric power driven by the first and second mechanical energy extracted from the output shaft. A part of the first and second mechanical energy is supplied to and driven by the refrigerant compressor and the fluid compressor, and the working fluid is returned to the fluid compressor via the radiator. A low-temperature thermal power generation system. 該エネルギー変換装置が、さらに、該電力の一部を蓄電用電力として該蓄電ユニットに充電する充電器と、該高温高圧作動流体をバネの力に抗して一時的に貯蔵するバッファアダンパーと、該第2膨張機の膨張行程の略全期間中に亘って該高温高圧作動流体を該高エンタルピー変換器に供給する制御弁とを備えることを特徴とする請求項3記載の低位熱発電システム。  The energy conversion device further includes a charger that charges the power storage unit with a part of the power as power for storage, and a buffer damper that temporarily stores the high-temperature and high-pressure working fluid against the force of a spring; And a control valve for supplying the high-temperature and high-pressure working fluid to the high enthalpy converter over substantially the entire expansion stroke of the second expander. .
JP2013159748A 2013-07-12 2013-07-12 Lower order thermal energy recovery method and lower order thermal power generating system Pending JP2015017599A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013159748A JP2015017599A (en) 2013-07-12 2013-07-12 Lower order thermal energy recovery method and lower order thermal power generating system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013159748A JP2015017599A (en) 2013-07-12 2013-07-12 Lower order thermal energy recovery method and lower order thermal power generating system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015017599A true JP2015017599A (en) 2015-01-29

Family

ID=52438801

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013159748A Pending JP2015017599A (en) 2013-07-12 2013-07-12 Lower order thermal energy recovery method and lower order thermal power generating system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2015017599A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101482879B1 (en) Power generating apparatus and operation method thereof
JP5898456B2 (en) System and method for preheating compressed air in an advanced adiabatic compressed air energy storage system
US10458285B2 (en) Device for controlling the working fluid circulating in a closed circuit operating according to a rankine cycle and method of using same
JP2014532138A (en) Equipment for storing thermal energy
JP4649268B2 (en) Natural refrigerant heat pump system
HRP20201260T1 (en) Thermodynamic cycle apparatus and method
JP2019529766A5 (en)
US10711653B2 (en) Process and system for extracting useful work or electricity from thermal sources
JP2014230477A (en) Next-generation photovoltaic power generation method and device
US9671175B2 (en) System for reversibly storing electrical energy as thermal energy
JP2014227990A (en) Clean energy generation device, clean energy generation method, and next-generation movable body equipped with clean energy generation device
AU2007255673A1 (en) Refrigerating apparatus
JP2015028333A (en) Net zero energy propulsion method for aircraft and net zero energy aircraft
JP5299656B1 (en) Thermal energy recovery system, thermal energy recovery method, and next generation solar power generation system using the same
JP2015068630A (en) Heat pump device and cogeneration device
KR20100042969A (en) Generation system
JP2015017599A (en) Lower order thermal energy recovery method and lower order thermal power generating system
JP5440966B1 (en) Building with net zero energy support system
JP2014227994A (en) Heat source water utilizing power generation method and device
JP2014227995A (en) Geothermal power generation method and device
JP5397719B1 (en) Clean energy generator and moving body with clean energy generator
JP2007187332A (en) Refrigeration cycle device
JP2015017598A (en) Next-generation method and apparatus for photovoltaic power generation
JP2015017793A (en) Net null energy architectural structure
JP2015017600A (en) Net null energy ship