JP6196230B2

JP6196230B2 - 熱エネルギー変換装置

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Publication number: JP6196230B2
Application number: JP2014546051A
Authority: JP
Inventors: ディアズ，ガスパー，パブロパヤ
Original assignee: ディアズ，ガスパー，パブロパヤ
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2017-09-20
Anticipated expiration: 2032-12-06
Also published as: US20130160446A1; JP2015500429A; US8733103B2; WO2013086092A1

Description

発明の詳細な説明

〔背景技術〕
ａ）従来の熱発電所
従来の熱発電所には多くのタイプがあり、そのほとんどは、熱エネルギーを、流体エネルギーに変換し、力学的エネルギーに変換し、電気エネルギーに変換するものである。電気エネルギーの主要供給源は、石炭又はガスを燃焼させることにより或いは核分裂により生成された熱エネルギーを、過熱状態の蒸気（作業流体）に変換する。そして、この過熱状態の蒸気が、タービンの回転力学的パワーに変換され、タービンが電気機械発電機を駆動する。

ｂ）代替再生電力生成システム
代替自然再生エネルギー源もまた、化石燃料から生成され電気を生成することができるエネルギーと対比されよく知られている。代替自然再生エネルギー源は、例えば、光発電パネルにとっての太陽光、風車にとっての風、地熱発電所にとっての地球内部に蓄えられた熱、水力発電所にとっての川を下る雨又はダムで利用される雨、海洋熱エネルギー変換所（ＯＴＥＣ）にとっての熱質量としての海洋、水反動タービンにとっての海の潮汐及び流れ、及び、例えばブイにとっての波のパワーなどがある。

電力を生成するために、タービンを駆動する閉ループ強磁性流体システムを利用することもまた提案されている。そのようなシステムにおいて、温度により磁気特性に大きな変化を受ける強磁性流体は、閉ループでの離れた点における加熱及び冷却の影響を受ける。これにより、電磁石を使用することにより、タービンを駆動するために利用可能な自給式の動作が生成される。このことを取り扱ったいくつかの従来技術における装置も存在する。実際、強磁性流体電力発電機は、米国特許第４，０６４，４０９（発明の名称“Ferrofluidic Electrical Generator”、発明者Charles M. Redman）、及び、米国特許出願２００６／０１１０２６２（発明の名称“Device Of Micro Loop Thermosyphon For Ferrofluid Power Generator”、発明者Li-Chieh）に開示されている。

本開示のいくつかの側面をより理解するために、海洋熱エネルギー変換所（ＯＴＥＣ）について以下により詳細に説明する。

地球は、大気圏上層部において１７４ペタワット（ＰＷ）の太陽放射（日射）を受けている。その約３０％は宇宙へ反射され、一方残りは雲、海、及び大陸により吸収される。地球の地表面、海及び大気は太陽放射を吸収し、これにより、地球の地表、海及び大気の温度が上昇する。海及び大陸に吸収された太陽光は、地表面を平均して１４℃の温度に維持する。地球の大気、海、及び大陸に吸収される太陽エネルギーの総量は、年間で約３，８５０，０００エクサジュール（ＥＪ）である。地球の表面に届く太陽エネルギーの量は膨大であり、石炭、石油、天然ガス、及びウラン鉱などを合わせた、地球の再生不可能な全ての資源から将来に亘り獲得可能な総エネルギーの約２倍のエネルギーが、１年間で得られる。熱帯海洋は、北回帰線（北緯２３．５°）と南回帰線（南緯２３．５°）との間の赤道帯において地球を取り囲んでいる。多くの重要な太陽放射は最初に熱帯地方に向かい、熱帯地方では太陽は一年中ほとんど頭の真上に位置する。熱帯海洋の水温は、それ故、約２０℃（６８°Ｆ）以上であり、また、一年を通して比較的一定のままである。

海洋熱エネルギー変換所（ＯＴＥＣ）は、フランスの科学者A. d' Arsonvalにより１８８１年に初めて説明された。ＯＴＥＣは、本質的に無尽蔵のエネルギー源（太陽）、広大な熱貯蔵所（海洋の表面領域）、及び大容量のヒートシンク（海洋の深海領域）を利用して発電することを目的とする。典型的なＯＴＥＣ電力発電所は、近年の文献において説明されているように、閉ループ熱力学システムを含んでいる。この閉ループ熱力学システムでは、海面の温度で気化する作業流体（例えば、アンモニア）が、蒸発器からタービンへ循環し、タービンから凝縮器（condenser）へ循環し、さらに凝縮器から蒸発器へ循環し戻ることにより、システム中を再循環する。作業流体は、海面領域から汲み上げられた比較的暖かい水に浸された蒸発器に液相の状態で入り、そして蒸発器の中で蒸発する。蒸発した作動流体は、次に、タービンを通過してタービンにエネルギーを与え、タービンは発電機を駆動する。タービンにより消耗した作動流体は、続いて、深海領域から汲み上げられた冷水の温度に維持されている凝縮器を通過する。液相への作業流体の凝縮が凝縮器内で発生する。凝縮された作動流体は、その後すぐに、上述のサイクルを繰り返すために蒸発器にポンプで戻される。

海洋熱エネルギー変換所の他の例は、米国特許出願１，９５２，５２０（発明者Kenneth M. Urquhart;）、米国特許出願２，００６，９８５（発明者Georges Claude及びPaul Boucherot）（Claudeはd'Arsonvalの生徒である。Claudeは、１９３０年にキューバで実質的に最初のＯＴＥＣを建設し、そのＯＴＥＣのシステムは、低圧力タービンにより２２ｋＷの電力を生成する能力を有する）、米国特許出願２，５９５，１６４（発明者Leon Nisolle）、米国特許出願３，３１２，０５４（発明者James H. Anderson及びJ. Hilbert Anderson Jr.）、米国特許出願３，８０５，５１５（発明者Clarence Zener）、米国特許出願３，８９６，６２２（発明者George T. Daniello）、米国特許出願４，０８７，９７５（発明者は米国の国際航空宇宙局（ＮＡＳＡ）に配属されたLester J. Owens）、及び、より最近の米国特許出願８，１１７，８４３（発明者Robert James Howard）などに開示されている。

ＯＴＥＣシステムに関する更なる詳細は、造船設計技師協会および造船技師協会により発行された、Lloyd C. Trimbleによる"Engineering Aspects of OTEC Systems"と題する記事であって、1977年5月25日〜27日にカリフォルニアのサンフランシスコで開かれた春季会議の会議録における記事において提供されている。プロトタイプのＯＴＥＣ発電所は実現可能性を実証するためにハワイ及びナウルに建造された。しかしながら、現在まで、完全なＯＴＥＣ発電所は、建造されていない。

他にも電力生成のための熱エネルギー変換の方法があり、それは商業的に形成されたものではなく、一世紀に亘って広く研究及び検討されたものであって、自然の雨のサイクルが提供する水力システムが何らかの形で模倣されている。それらの方法において、エネルギーは、開回路又は閉回路を通じた作業流体の対流の流れから得られる。ここで、液化した上記作業流体は、上記回路のより低いレベルに位置している蒸発器において熱源から熱を得ることにより気化させ、上向きの導管を通じて高いレベルに上昇させながら作業流体を気化させ、その位置エネルギーを増加させる。さらに、上記高いレベルに位置する凝縮器においてヒートシンクに熱を与えることにより上記作業流体を液化し、重力によって下向きの導管を通って、液化した作業流体を下降させる。そして、上記下向きの導管に接続されているパワー抽出装置を駆動する。パワー抽出装置は、例えば、発電機を駆動するタービンのように、一般的に、ロータリーエンジンであり、そのような液化した作業流体は、開放サイクルの場合の環境、又は閉回路の場合の上記回路のより低い初期レベルに戻り、上述のサイクルを再開する。

それらの方法のいくつかは、以下の特許文献に開示されている。特許文献を年代順に述べると、米国特許出願１９６，７５９（発明者Thomas M. Miller）、独国特許出願３６１，４７３（発明者Ernst Wiefel）、米国特許出願１，５４４，０２９（発明者Hans J. Nelson）、米国特許出願２，６３６，１２９（発明者Edward A. Agnew）、米国特許出願３，１４０，９８６（発明者Walter A. Hubbard）、米国特許出願３，３３８，７９７（発
明者Nicolai T. Hermansen）、米国特許出願３，３７５，６６４（発明者William M. Wells, その発明は合衆国原子力委員会と共に規約No. W-7405-ENG-48を作る過程で、又はこれに基づいて記述されたものである）、米国特許出願３，４１４，４８１（発明者HebertC. Kelly, Jr）、独国特許出願２，３６２，１３８（発明者Werner Foppe）、米国特許
出願３，９５３，９７１（発明者Sidney A. Parker）、米国特許出願４，０９５，４２９（発明者Robert E. Morey）、米国特許出願４，１８７，６８６（発明者Lorenzo A. Pommier）、米国特許出願４，１９２，１４５（発明者Seiyo Tanaka）、米国特許出願４，２４４，１８９（発明者Emmanuel Bliamptis）、国際特許出願８１／０３３６０（発明者Moe, Per, H）、米国特許出願４，２５５，９３３（発明者Wayne Bailey），米国特許出願４，２８０，３２８（発明者Claude J. Falconer）、米国特許出願４，３０６，４１６（発明者Joseph Iozzi）、米国特許出願４，３１８，２７５（発明者Melvin H. Brown）、米国特許出願４，３８２，３６５（発明者Gene S. Kira他）、米国特許出願４，３９１，１００（発明者Derrick A. Smith）、米国特許出願４，７６０，７０６（発明者Gamal E.Nasser）、米国特許出願５，４８８，８２８（発明者Pierre Brossard）、米国特許出願６，４３４，９４２（発明者Walter T. Charlton）、米国特許出願６，６５１，４３４（発明者Sanchez Gomez, Gines）、米国特許出願８，０４２，３３８（発明者Anthony Russo.）である。

〔従来技術の議論〕
全ての従来型熱発電所は、熱源（化石燃料の燃焼又は核分裂反応）と、ヒートシンク（大気、及び川又は海の水）との間の温度の大きな差を利用し、５０％より低い効率の下で動作する。発電所の効率を最適化するために、熱源とヒートシンクとの間の高い温度差が必要とされており、実際に環境に放出される膨大な廃熱が生み出され、その環境に悪影響を与えていた。

太陽および風エネルギーは、不変のエネルギー源ではない。太陽光の放射は、夜間にはなく、太陽光の放射は、曇りの日には著しく減少し、太陽光の放射のピーク時間は、真昼付近の数時間である。風は、予測できず、一定流量を得られることがない。これら全ての要因は、発電することを強制し、例えば、高い位置に設立されたダムへ水を揚げることによって、必要な場合に利用するために余分なエネルギーを蓄え、必要な時点で水力タービンからエネルギーを得るために、抑制された水を開放する。

地熱発電所は、動作するためにとても広い温度範囲が必要であり、従来の発電所においては摂氏１００度を超える温度、又は二流体サイクル発電所では摂氏５０度を超える温度が必要である。二流体サイクル発電所の場合には、熱効率は１５％を超えることはない。加えて、地表付近においてこれらの高い地熱温度に達し得る地理的地域は、世界中でもいくつかの地域に限られる。地熱は、世界的に環境を壊さず利用可能であるものの、抽出には局所的な枯渇を避けるために監視を続けなければならない（著者Rybach、Ladislaus、タイトル"Geothermal Sustainability"、オレゴン工科大学のISSN 0276-1084）。１０年を超える過程において、個々の井戸は、新しい均衡が自然流量に達するまでの間、局所温度および水位の低下をもたらしている。Larderello、Wairakei、及びGeysersの３つの最古の場所は、それらが再び満たされるよりも早く抽出され、不確定な割合で熱および水が局所的に枯渇したため、全て生産量がピークから縮小された。

水力は、他の天然の再生可能なエネルギー源よりも電力生成においてはるかに安定しているにもかかわらず、降雨の不足によりダム及び川が乾くことがあり、生産可能なエネルギー量が著しく減少する。一方、ダムの建造は、川とダムとの間の運河の建造のように、生態系を著しく変化させる。

今までに建造された海洋熱エネルギー変換所（ＯＴＥＣ）は、原子力又は従来の熱発電所と比較して、膨大なエネルギー量を生成することができなかった。従来の熱発電所と対照的に、ＯＴＥＣ発電所における熱源（暖かい浅瀬の海水）とヒートシンク（冷たい深海水）との間の温度勾配がとても小さく、また、蒸気タービンに動力を供給するために作業流体を気化する際のＯＴＥＣ発電所の出力は劇的に制限される。例えば、熱帯地方の中間に位置するＯＴＥＣ発電所の閉回路において、作業流体としてアンモニアを使用する場合、２５℃における蒸気圧は約９．５バール（Bar）であり、圧力の違いが４バールを超えないよう５℃において５．５バール未満に凝縮され、これは約４０メートルの水柱の底において得られる圧力と同等の圧力である。以前のＯＴＥＣシステムは全体的な効率がたった１％〜３％であったが、理論上の最大効率は６％と７％との間である。再調査に基づく現行の設計では、理論上の最大効率に近い動作をすることができるが、エネルギーキャリアである海水が自由であるにもかかわらず、それはポンピングエネルギーコストに関するアクセスコストを有する。海面上に浮いている場合、又は、ハワイ島に位置するＯＴＥＣ発電所のように乾燥地に設置された場合に、発電所を運用するために海面を越えて海水をポンピングするコストもまた存在する。

強磁性流体パワー発電機は分散媒を完全に蒸発させることができた。分散媒とは、熱吸収ユニットにおいてナノスケールの強磁性体又はフェリ磁性粒子が停止しており又は気化するその一部のみを自給式工程を生成するために泡を生成する。しかし、ナノスケールの強磁性体又はフェリ磁性粒子は個体として残ることになる。自給式及び浮揚効果を生成するためには、大きな温度差が必要とされ、生成工程のために最も重要な因子は流速である。なぜなら、凝縮器と熱吸収ユニットとの距離は重要ではないという磁力発電機の性質、特に、微小回路熱サイホン強磁性流体パワー発電機において、それは実際、本当に小さい。それにもかかわらず、最初に参照した強磁性流体発電機（米国特許第４，０６４，４０９）において用いられる媒体は、直径１００オングストローム未満でありキュリー温度が摂氏５５０度以上の磁性体を含む強磁性流体であり、そのような参照する強磁性流体発電機は、磁束を顕著に変えることを可能とするための非常に高い動作温度を要求し、そしてそのため比較的大きな量のエネルギーを消費する。第２の強磁性流体電力発電機（米国特許出願２００６／０１１０２６２）の規模は、微小規模であり、微小回路及び生成されたそれらの中の少量の電力に関連している。さらに、露出した強磁性流体の発生機は、熱ユニットにより得られた熱を再利用せず、凝縮器を通じてそれを周囲の外気又はヒートシンクへ直接的に渡し、再利用されることなく、システムから廃棄される。

自然の雨のサイクルが提供する水力システムが何らかの形で模倣されたエネルギー生成方法であって、開回路又は閉回路を通じた作業流体の対流の流れからエネルギーを生成する方法は、莫大な新しいエネルギー源が必要とされており、米国政府との契約下、１９７３年にSandia National Laboratoriesにおいて、Mr. Anthony Russoがそれを証明しているように、その方法それ自体が有効であることを証明しているにもかかわらず、商業的に形成されたものではない。Sandia内部レポート: SAND 74-0259には、そのようなシステムの分析が含まれる。

しかしながら、前記の各参考文献は、以下の一又は複数の不利な点に苦しんでいる。

今日の一般的な熱発電所と比較した場合における、発電所の大きさ及び費用に対する非常に低いエネルギー出力の割合；
危険な作業流体の利用。例えば、プロパン及びエタンのような爆発性の気体、水銀のような有毒な物質を利用する場合；
蒸発値の高い比熱及び潜熱を持つ作業流体の利用。例えば、水を作業流体とした場合、温度および気圧の標準状態において蒸発させるためには、重大な量の熱エネルギーが必要となる；
標準気圧において熱源の温度を超える沸点を持つ作業流体の利用。これは、上記システムを真空状態において動作させ、蒸発器から上るガスの柱の密度をかなり減少させる；
空気よりさらに小さい低分子質量を有する作業流体の利用、これは蒸発器から上るガスの柱の密度、及び、凝縮器から下方のパワー抽出装置へ落下する液化した作業流体の柱の密度を、かなり減少させる；
蒸発及び凝縮ユニットを、熱源及びヒートシンクそれぞれの場所または同じ高さに設置する必要性。これは、より便利な場所に設置することの可能性を減少させる；
蒸発及び凝縮ユニットそれぞれを通じた、作業流体と熱源とヒートシンクとの間の直接の熱移動。これは、暖かい浅瀬の海水、又は地熱を熱源として利用する場合、回路内に含まれるそのような熱を再利用又は再生利用することなく、生態系を著しく変え得る、または、熱源の急激な枯渇を引き起こし得る；
熱を蓄積する手段の利用を除く継続的ではない再生可能な熱源の利用。これは、熱源が減少した場合に、上記システムからのエネルギーの生産を減少又は停止させる。例えば、風または太陽直射線を用いる場合、低風の日の間中、又は低太陽放射の時間の間中、上記システムからの出力を減少させ、夜の間中実行不可能なものにする；
熱源及びヒートシンクの温度の変動に適切なシステムとするための、熱力学回路における、２つ以上の異なる作業流体の混合物の同時利用。これは、作業流体それぞれが、任意の温度の下であって、特有の条件の組み合わせの下において最適に働くため、システムの全体的な効率を低下させる；
上向きの導管を上向きに通過する際の、気化した作業流体の温度の低下。これは、上向きの導管内の圧力が、新しい低下した温度における上記作業流体の蒸気圧を超えた場合、気化した作業流体を液化させ、システムの出力電力を順番に減少させる；
上向きの導管の頂点においてガス／蒸気タービンを駆動するための、蒸発した作業流体の上向きの柱の蒸気圧の利用。これは、凝縮ユニット内の圧力を著しく減少させ、上記凝縮ユニット内の作業流体の沸点を順番に低下させ、それを液化するためにより低い温度が必要となる；
さらに、開示されたいずれの文書も、気化した作業流体が上向きの導管の頂点から出ていく圧力と、作業流体が上記凝縮器内において液化する温度との関係において、上記凝縮器が設置されるべき高さの限度を明示していない。任意の温度において凝縮器内で気化した作業流体を液化させるためには、上記凝縮器の内部が最小圧力に達している必要がある。上記凝縮器内部のこの最小圧力は、使用される方法に依存して、３つの異なる手段によって得ることができる。ａ）上向きの導管から出ていく気化した作業流体によって用いられる閉回路において、ｂ）機械的な手段、例えば、圧縮器によって用いられる閉回路または開回路において、ｃ）環境、例えば、周囲の自然の大気圧によって用いられる開回路において。第１の手段が用いられた場合、凝縮器を、蒸発器からの任意の高さを超える高さに設置することができない。これは、気化した作業流体の柱の圧力および濃度が、高さと共に減少するためである。また、第２の方法が用いられた場合、圧縮器を駆動するためにさらなる力が必要になる。これにより、機械的な手段による場合を除いて、気化した作業流体の上向きの柱から、必要な圧力を直接得られるレベルであって、より低いレベルに凝縮器を設置することが、より合理的となる。私の第２の確言を正当であることを証明するために、一定温度（等温過程）において気体を含むために必要な仕事量を見積もる以下の物理方程式を参照したい。

ここで、‘ｎ’はモル数であり、‘Ｒ’は定数（8.31 J／mol・K）、‘Ｔ’はケルビン温度系における温度であり、‘Ｖｆ’は最終体積であり、‘Ｖｉ’は、初期体積である。自上述の式は、上向きの導管（これは超過した気体を上昇させる）の内部の気体の体積を膨張させる仕事量が、圧縮器がそれを圧縮する（圧縮器の能率値、並びに、内部の部品及び機構の摩擦及び抵抗からの熱の生成は無視する）ために生成される仕事量と同じであることを示している。

本開示は、上記の問題に向けられている。

〔開示の概要〕
熱エネルギー変換装置は、閉ループ熱力学回路を含み、さらに、加圧された作業流体、その最下段に設置された蒸発器、上記蒸発器に接続された広がっている上向きの導管、当該上向きの導管の上部出口に接続された凝縮器、上記凝縮器と上記蒸発器とを接続し、上記回路を閉じる下向きの管、及び、上記下向きの管に接続されている少なくとも一つのパワー抽出装置を含んでいる。液化した上記作業流体は、一定の温度において、上向くところから、上記蒸発器内において気化し、上記広がっている上向きの導管を、気化した上記作業流体が液化する上記凝縮器まで上昇し、下向くところから重力により上記下向きの導管を通ってパワー抽出装置へ動力を供給し、続いて上記蒸発器へと流れることによって、自給式工程が完成し、上述のサイクルが再始動される。

〔図面のそれぞれの目的の簡単な説明〕
図１Ａは、一定温度における３つの異なる気体の、高さに伴った気圧の変化を示すデータ表である。

図１Ｂは、図１Ａの表Ｉからのデータのグラフによる表現である。

図１Ｃは、異なる温度におけるＳＦ６として定式化される六フッ化硫黄の蒸気圧値の差異を示すデータ表である。

図１Ｄは、図１Ｃの表ＩＩからのデータのグラフによる表現である。

図２Ａは、本開示における、熱エネルギー変換装置の基本的な機構を示す概略図である。

図２Ｂは、図２ＡのＶ１の詳細の概略図であり、本開示において、気化した作業流体が広がっている上向きの導管の下部を、どのように通過して上昇するかを示している。

図２Ｃは、図２ＡのＶ２の詳細の概略図であり、本開示において、気化した作業流体が広がっている上向きの導管の上部を、どのように通過して上昇するかを示している。

図２Ｄは、図２ＡのＶ３の詳細の概略図であり、本開示において、下向きの導管を通過して流れる液化した作業流体を示している。

図２Ｅは、図２ＡのＶ１の詳細の概略図であり、本開示において、加圧気体が、広がっている上向きの導管に位置する場合に、気化した作業流体が、広がる上向きの導管の下部において、加圧気体とどのように混合するかを示している。

図２Ｆは、図２ＡのＶ２の詳細の概略図であり、本開示において、加圧気体が、広がっている上向きの導管に位置する場合に、気化した作業流体が、広がる上向きの導管の上部において、加圧気体とどのように混合するかを示している。

図３Ａは、本開示の動作の第１の例示的な機構における、熱源及びヒートシンクそれぞれを有する閉ループ熱力学回路の蒸発器と凝縮器との間の直接の熱移動を示すブロック図である。

図３Ｂは、本開示の動作の第２の例示的な機構において、再生利用するために、熱回路を通じて凝縮器から蒸発器の中へ熱が運搬され、熱源とヒートシンクとの間の熱の直接の移動によって上記熱回路の温度が修正されることを示すブロック図である。

図３Ｃは、本開示の動作の第３の例示的な機構における、補助加熱熱回路を通じた蒸発器と熱源との間の熱の間接的な移動、及び補助冷却熱回路を通じた凝縮器とヒートシンクとの熱の間接的な移動を示すブロック図である。

図３Ｄは、本開示の動作の第４の例示的な機構において、再生利用するために、熱回路を通じて凝縮器から蒸発器の中へ熱が運搬され、補助加熱熱回路を通じて熱回路と熱源との間の熱が間接的に移動すること、及び補助冷却熱回路を通じて熱回路とヒートシンクとの間の熱が間接的に移動することを示すブロック図である。

図３Ｅは、本開示の動作の第５の例示的な機構において、再生利用するために、熱回路を通じて凝縮器から蒸発器の中へ熱が運搬され、ヒートポンプ手段によって上記熱回路の温度が修正され、それによって同様に熱が熱源から熱回路へ転換されることを示す概略図である。

図３Ｆは、図３Ｂ、図３Ｄ、及び図３ＥのＶ４の詳細を示す概略図であり、本開示において、熱回路を通って流れる熱流体が示されている。

図３Ｇは、図３Ｃ及び図３ＤのＶ５の詳細を示す概略図であり、本開示において、補助加熱熱回路を通って流れる補助加熱熱流体が示されている。

図３Ｈは、図３Ｃ及び図３ＤのＶ６の詳細を示す概略図であり、本開示において、補助冷却熱回路を通って流れる補助冷却熱流体が示されている。

図３Ｉは、図３ＥのＶ７の詳細を示す概略図であり、本開示において、ヒートポンプを通って流れる上記ヒートポンプの作業流体が示されている。

図４Ａは、好ましい実施形態に係る本発明の基本的な機構を示す概略図であり、パワー抽出装置が反動タービンであり、再生利用するために、熱回路を通じて凝縮器から蒸発器の中へ熱が運搬されることを示している。

図４Ｂは、好ましい実施形態に係る本発明の基本的な機構を示す概略図であり、パワー抽出装置が衝動タービンであり、再生利用するために、熱回路を通じて凝縮器から蒸発器の中へ熱が運搬されることを示している。

図５Ａは、第１の実施形態を示す概略図である。

図５Ｂは、図５ＡのＶ８の詳細を示す概略図であり、広がっている上向きの導管の一部が示されており、気化した作業流体が上記上向きの導管を通じて上昇していることを示している。

図５Ｃは、第１の実施形態の平面図である。

図５Ｄ−１および図５Ｄ−２は、第１の実施形態の側面図である。

図５Ｅ、図５Ｆ、及び図５Ｇは、浮遊容器のＩ−Ｉ’断面及びＶ−Ｖ’断面を示す立体斜視図である。

図５Ｈは、タービン及び発電機の潜水容器のＩＩ−ＩＩ’断面、ＩＩＩ−ＩＩＩ’断面、及びＶ−Ｖ’断面を示す立体斜視図である。

図５Ｉは、蒸発器の潜水容器のＩＶ−ＩＶ’断面及びＶ−Ｖ’断面を示す立体斜視図である。

図５Ｊは、蒸発器の動作の一例を示す立体概略図である。

図５Ｋは、凝縮器の動作の一例を示す立体概略図である。

図６Ａは、第２の実施形態を示す概略図である。

図６Ｂは、図６ＡのＶ９の詳細を示す概略図であり、上向きの導管の一部を示している。気化した作業流体が、補助加圧気体と混合しつつ、広がっている上向きの導管を通じて上昇していることを示す。

図６Ｃは、図６ＡのＶ１０の詳細を示す概略図であり、広がっている上向きの導管の鉛直下向きの高耐圧潜水容器と、蒸発器の潜水容器とを囲む外部容器を示している。

図６Ｄは、図６ＡのＶ１１の詳細を示す概略図であり、下向きの管の外部容器を示す。

図６Ｅは、第２の実施形態のヒートポンプの概略図である。

図６Ｆは、第２の実施形態の平面図である。

図６Ｇ−１、図６Ｇ−２および図６Ｇ−３は、第２の実施形態の側面図である。

図６Ｈは、鉛直下向きの高耐圧潜水容器の外部容器のＶＩ−ＶＩ’断面、及びＶＩＩ−ＶＩＩ’断面を示す立体斜視図である。

図７Ａは、第３の実施形態を示す概略図である。

図７Ｂは、第３の実施形態の立体斜視図である。

図８Ａは、第４の実施形態を示す概略図である。

図８Ｂは、第４の実施形態の補助ガスステーションを示す概略図である。

図８Ｃは、第４の実施形態の立体斜視図である。

図９Ａは、第５の実施形態を示す概略図である。

図９Ｂは、第５の実施形態の第１のシナリオを示す概略図である。

図９Ｃは、第５の実施形態の第２のシナリオを示す概略図である。

図９Ｄは、第５の実施形態の第３のシナリオを示す概略図である。

図９Ｅは、第５の実施形態の第１のシナリオの立体斜視図である。

図９Ｆは、第５の実施形態の第３のシナリオの立体斜視図である。

図１０Ａは、第６の実施形態を示す概略図である。

図１０Ｂは、第６の実施形態の立体斜視図である。

図１１Ａは、第７の実施形態を示す概略図である。

図１１Ｂは、第７の実施形態の立体斜視図である。

〔発明の詳細な説明〕
以下の記述において、いくらか例証されている非限定的な実施形態は、添付の図面を参照しながらより詳しく記述される。異なる図面及び実施形態においても、同一の図面の参照番号が、同じ要素に対して用いられている。詳細な構造又は要素のような以下の記述の中で定義された事柄は、広い理解を促進するためにのみ提供される。そのため、本出願が、そのような定義された事柄に限定されることなく実施することができることは明らかである。そして、不要な細部において詳細な説明が不明瞭となるため、よく知られた機能又は構造は詳細には記載されない。

物理的な概念及び公式の序文：
気圧の法則の原理の公式：

上記の公式は、一定温度における異なる高度間の気体の柱の圧力の変化を提供するものであり、‘P’は最終圧力（Ｂａｒ）、‘P₀’は初期圧力（Ｂａｒ）、‘e’は数学的な定数（2.71828...）、‘m’は気体の分子質量（Kg）、‘g’は重力加速度（9.08665 m/s²）、‘y’は高さ（メートル）（m）、‘K_B’はボルツマン定数（1.38 x 10^-23J/K）、‘T’はケルビン温度系における温度（K）である。

気圧の法則の公式における密度の評価：

気圧の法則の上記式は、一定温度における、異なる高度間のガスの柱の中における密度の変化を推定することに適しており、‘D’は最終密度（Kg/m³）、‘D₀’は初期密度（Kg/m³）、‘e’は数学的な定数（2.71828．．．）、‘m’は気体の分子質量（Kg）、‘g’は重力加速度（9.08665 m/s²）、‘y’は高さ（メートル）（ｍ）、‘K_B’はボルツマン定数（1.38 x 10^-23J/K）、‘T’はケルビン温度系における温度（K）である。

圧力：

物理学における圧力は、単位面積当たりの力であり、つまり、表面に作用する力を、当該力が作用する面積で割って得られるものである。 ‘P’は最終圧力（Pa）、‘P₀’ は初期圧力（Pa）、‘d’は密度（Kg/m³）、‘g’は重力加速度（9.08665 m/s²）、‘y’は高さ（メートル）である。

圧力に関係する仕事率：

物理学において、仕事率は、仕事が成し遂げられた、又はエネルギーが変換された割合である。‘Pw’はワット（W）を単位として測定される仕事率、‘P’は圧力（Pa）、‘Q’は立方メートル毎秒で測定された体積流量（m³/s）である。

図１Ａは、圧力の変化を高さの変化として描写したデータ表（表Ｉ）であり、２つの異なる初期圧力‘P₀’（21.08 Bar及び 37.13 Bar）、並びに一定温度（20℃及び45℃）の下における３つの異なる気体：SF6として定式化される六フッ化硫黄、Heとして定式化されるヘリウム、N2として定式化される窒素についてのデータ表である。図１Ｂは、当該データ表をグラフとして表している。

図１Ｃは、異なる温度における六フッ化硫黄（SF6）の蒸気圧についてのデータ表（表ＩＩ）を表している。図１Ｄは、当該データ表をグラフとして表している。

図２Ａは、本開示における、熱エネルギー変換装置の基本的な機構を示す概略図であり、閉ループ熱力学回路１０であって、当該熱力学回路１０を通じて、気相及び液相を交互に繰り返す加圧された作業流体と、当該熱力学回路１０の最下段に設置された１つの蒸発器ユニット２０と、当該蒸発器ユニット２０に接続され、最終最上部直径d1より小さい初期最下部直径d0を有する１つの広がっている上向きの導管４０と、上記蒸発器ユニット２０より高い位置に設置され、当該上向きの導管４０の上部出口に接続されている２つの凝縮器ユニット３０の一群と、凝縮器ユニット３０を蒸発器ユニット２０に接続し、上述の回路を閉じている１つの下降管９０と、当該下向きの下降管９０と接続されているパワー抽出装置５０と、を備えた閉ループ熱力学回路１０を示している。

閉ループ熱力学回路１０に設置されている凝縮器３０及び蒸発器２０のユニットの数は、任意の数であり、実施の形態に応じて、１又は複数のユニットを有するようにすることが可能である。本開示において、閉ループ熱力学回路１０に組み込まれた凝縮器３０および蒸発器２０のユニットの数は、実施の形態ごとに変化し得る。

図２Ａを参照されたい。図２Ａにおいて、Ｈ１は、液化した作業流体が、蒸発器ユニット２０において、Ｔ１の温度で気化する高度である高度Ｌ０と、広がっている上向きの導管４０の上部出口の高度である高度Ｌ１との間の高さを表す。Ｈ２は、上記高度Ｌ０と、気化した作業流体が、凝縮器ユニット３０においてＴ０の温度で液化する高度である高度Ｌ２との間の高さを表す。また、Ｈ３は、上記高度Ｌ２と、液化した作業流体が、Ｔ０の温度で到達するパワー抽出装置５０の高度Ｌ３との間の高さを表す。

作業流体は、液相において高密度である重いモル質量の気体又化合物であり得る。本開示においては、SF6として定式化される六フッ化硫黄が、作業流体として提案されている。なぜなら、六フッ化硫黄は、危険がなく、非毒性であり、不燃性の気体であり、非常に重い分子量であり、液相において高密度であり、粘性が低いためである。その特性は、分子量：146.05g/mol、気体密度：6.07 kg/m³ （圧力１Ｂａｒ、温度２０℃において）、液体密度：1,523.3 Kg/m³ （圧力１５Ｂａｒ、温度１５℃において）、蒸気圧：温度５℃において圧力14.47Ｂａｒ、温度２０℃において21.08Ｂａｒ、２５℃において非常に低い粘性0.277センチポアズ（cP）（２５℃における水の粘度0.894センチポアズ（cP）よりも著しく低い）である。また、他の重い分子量を有する何れの気体も作業流体として選択することができ、例えば、不燃性であり非中毒性のヘキサフルオロエタン（C2F6として定式化され、R-116としても知られており、その分子量は138.02 g/molである）を用いることができる。

作動形態は、以下の通りである（図２Ａ、２Ｂ，２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ及び２Ｆを参照）。液化した作業流体１２は、蒸発器ユニット２０の中へ入り、その温度をＴ１に上昇させた後に高度Ｌ０において気化する。そして、気化した作業流体１１は、蒸発器ユニット２０から出ていき、Ｔ１の一定温度において、広がっている上向きの導管４０を通って、凝縮器ユニット３０まで上昇する（Ｖ１およびＶ２の詳細は、図２Ｂ、２Ｃ、２Ｅ、及び２Ｆに示されている）。Ｔ１の温度の高度Ｌ１において、気化した作業流体１１は、広がっている上向きの導管から出ていき、凝縮器ユニット３０の中へ入り、その温度をＴ０に低下させた後に高度Ｌ２において液化する。そして、Ｔ０の一定温度において、液化した作業流体１２は、凝縮器ユニット３０から出ていき、重力によって降下し、下降管９０を通って（Ｖ３の詳細は、図２Ｄに示されている）パワー抽出装置５０へ動力を供給する。そして、液化した作業流体１２は、パワー抽出装置５０から蒸発器ユニット２０の中へ流れ、自給式工程を完成させ、上述のサイクルを再始動する。

パワー抽出装置５０の他の種類は、本発明の他の実施形態として構成されることができる。幅広い最先端のタービンの利用のために、タービンは、本開示の他の実施形態において示されている好ましいパワー抽出装置である。タービンの主な用途が水力のためであるために、水以外の作業流体を用いるためのタービンの最良の設計を得るためには、少々の調査及び開発が必要となり得る。図２Ａにおいて、反動タービン５１であるパワー抽出装置であって、当該タービン５１の動作によって駆動される発電機６０に接続され、電力伝送ケーブル６１を通じて伝送される電力を生成するパワー抽出装置が示されている。

いくつかの好ましい実施形態において、広がっている上向きの導管４０の内部における加圧気体４１は、作業流体より著しく小さい分子量を有する加圧気体４１であってもよい。加圧気体４１は、凝縮器の中では液化しない。最適な加圧気体は、ヘリウムであり得る。なぜなら、ヘリウムは、非常に低い原子量の単原子の希ガスとしての特性、すべての元素の中で最も低い沸点を持ち、非常に低い可溶性を有しているからである。その特性は、分子量：4.0026 g/mol、気体密度：0.169 kg/m³ （圧力1 Bar 、温度15℃において）である。窒素は、予備加圧気体としての他の良い選択である。なぜなら、窒素は、低い分子量28.0134 g/mol、及び低い化学反応性を有し、大気中に多く存在しており、これにより商業的な観点から適したものになるからである。提案されている両方の加圧気体であるヘリウムおよび窒素は、提案されている２つの作業流体である六フッ化硫黄およびヘキサフルオロエタンの２分の１より小さいモル質量を有している。

図２ＡＶ１及びＶ２の詳細が再度示されている図２Ｅ及び２Ｆを参照されたい。図２E及び２Ｆには、広がっている上向きの導管４０の内部の２つの異なる高度において、気化した作業流体１１が加圧気体４１とどのように混合するかが示されている。加圧気体４１の分子量は、より軽いため、広がっている上向きの導管４０の内部における高さにおいて、気化した作業流体１１、及び加圧気体４１の分布は、等しくない。より低い高度において、より重い気化した作業流体１１の濃度は、加圧気体４１の濃度より高い濃度であり（図２Ｅ）、より高い高度においては逆もまた同様である（図２Ｆ）。

任意の気化した作業流体（図２Ｂ及び２Ｃ）、又は気化した作業流体１１と加圧気体４１との任意の混合物（図２Ｅ及び２Ｆ）に対して、任意の温度の下におけるそれらの特別な分子量に基づいた気圧についての法則を用いて、蒸発器ユニット２０の高度Ｌ０において得られた初期圧力Ｐ０及び濃度Ｄ０、広がっている上向きの導管４０の上部出口の高度Ｌ１において得られた圧力Ｐ１及び濃度Ｄ１、並びに凝縮器ユニット３０の高度Ｌ２において得られた最終圧力Ｐ２及び濃度Ｄ２の高さ（Ｈ１及びＨ２）の変化の大まかな評価が得られる。しかし、気圧についての法則（理想気体の法則としての他の公式と同様に）は、温度及び圧力の標準状態に近い気体に関する公式であるため、また、作業流体１１、又は広がっている上向きの導管４０の内部における気化した作業流体１１と加圧気体４１との混合物の特定の加圧された状態のため、高度Ｌ１（Ｈ１）及び高度Ｌ２（Ｈ２）における正確な圧力（Ｐ１及びＰ２）、及び濃度（Ｄ１及びＤ２）を正確に知るにはいくつかの実験が必要となる。

図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｅ及び２Ｆを再度参照されたい。熱力学回路１０を流れる作業流体の最適な流れを保証するために、上向きの導管４０は、高さに応じて広くなっており、その割合は、気化した作業流体１１の濃度が失われる（図２Ｂ及び２Ｃ）割合、加圧気体４１との混合物における比率が減少する割合と同様の割合である。そのため、高度Ｌ１において上向きの導管４０の上部出口を通って出ていく気化した作業流体１１の最終質量は、蒸発器ユニット２０において高度Ｌ０において気化した作業流体の質量と同じである。

図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｅ及び２Ｆを再度参照されたい。気圧の法則を再び参照すると、初期圧力‘P₀’は、蒸発器ユニット２０の高度Ｌ０において作業流体が気化し、広がっている上向きの導管４０の中へ流れた時点において、圧力Ｐ０になる。凝縮器ユニット３０の高度Ｌ２において、気化した作業流体１１によって、又は、気化した作業流体１１と加圧気体４１（選択された好ましい実施形態に依存する）との混合物によって及ぼされる最終圧力‘P’は圧力Ｐ２である。凝縮器ユニット３０における任意の温度Ｔ０のために、圧力Ｐ２の値が、上記温度Ｔ０における上記作業流体の蒸気圧の値以上である場合に、気化した作業流体１１は液化する。

図２Ａ、２Ｅ及び２Ｆを再度参照されたい。広がっている上向きの導管の内部において加圧気体４１を用いる場合、上記加圧気体４１の非常に小さいモル質量のために、高さによるその濃度の減少は、より大きな分子量を有する作業流体１１であって、より重い気化した作業流体１１と比較して顕著に低くなる。このようにして、広がっている上向きの導管４０の内部における重い気化した作業流体１１と、顕著に軽い加圧気体４１との混合物によって、非常に重い気化した作業流体１１のみが、広がっている上向きの導管４０の内部に存在していた場合と比較して、非常に大きな高さＨ２（高度Ｌ０（蒸発器ユニット２０の高度）と高度Ｌ２（凝縮器ユニット３０の高度）との間の高さ）を達成することができる。

本開示の提案された閉ループ熱力学回路１０は、自然が生成する熱源及びヒートシンクであって、すでに利用されている従来の熱発電所では小さい温度勾配であるために実行不可能であり、それぞれの温度の差異（温度勾配）が非常に小さい熱源及びヒートシンクから、非常に大きな量の電力を生成することができ、また、現在の海洋熱エネルギー変換所（ＯＴＥＣ）のような通常ではない非常に小さい出力にちょうど適している。例えば、六フッ化硫黄を２０℃において気化するために、温かい熱帯の浅瀬の海水（一般的には１年中２０℃を超える）を熱源として用いること、及び、凝縮器ユニット３０の内部において５℃で六フッ化硫黄を液化するために、冷たい深海水（一般的には５℃未満）を用いることが可能である。上述の条件において、六フッ化硫黄（ＳＦ６）は、蒸発器ユニット２０の内部の高度Ｌ０において、20℃（T1）において、21.08 Bar（P0）の蒸気圧によって気化し、凝縮器ユニット３０の内部の高度Ｌ２において、圧力（P2）が、5℃（T0）における六フッ化硫黄の蒸気圧である14.47 Bar以上である場合に液化する（図１Ｃ及び１Ｄ）。そのため、気圧の法則の公式に基づけば、蒸発器ユニット２０における高度Ｌ０と凝縮器ユニット３０における高度Ｌ２との間の高さＨ２における差異は、気化した六フッ化硫黄の柱（その最も低い21.08 Barの水準における初期蒸気圧において）が、凝縮器ユニット３０における高度において約15 Barの圧力を働かせるおおよその高さ（Ｈ２）である、５５０メートルより高くない方がよい（図１Ａ及び１Ｂ）。一方、広がっている上向きの導管４０の内部において、非常に軽い加圧気体４１が上述の六フッ化硫黄（気化した作業流体１１）と混合し、かつ、上述と同じ任意の気化及び液化の状態であった場合、N2として定式化される窒素が、加圧気体４１として用いられた場合（その圧力は必要とされている１５Barを少し超えている、図１Ａ及び図１Ｂ）、高さＨ２における上述の差異は2,500メートルに達することができ、また、Heとして表記されるヘリウムが加圧気体４１として用いられた場合、（窒素の場合と比較して）数千メートルより大きくなる。

図２Ａを再度参照されたい。パワー抽出装置５０の高度Ｌ３において、液化した作業流体１２の下向きの柱（図２Ｄに示されるＶ３の詳細図）によって作用される圧力Ｐ３は、気化した作業流体１１、又は、気化した作業流体１１と加圧気体４１との混合物が、凝縮器３０における高度Ｌ２において液化した作業流体１２の上部において働く圧力Ｐ２と、凝縮器３０における高度Ｌ２とパワー抽出装置５０の高度Ｌ３との間に含まれる高さＨ３における当該液化した作業流体１２の下向きの柱の重量との合計である。上記の仕事率の公式において、圧力の値Ｐ３（‘Ｐ’）に流れの値（‘Ｑ’）を掛けることによってシステムの全体の容量（'Pw '）を評価することが可能である。液化した作業流体の柱の高さが増加するため、重量の蓄積によって圧力が増加するので、液化した作業流体１２の下向きの柱における濃度は、深さに応じて増加する。以下は、異なる圧力（Ｂａｒによる測定）における５℃の六フッ化硫黄のいくつかの濃度の値である。：1,523.3 Kg/m³ at 15 Bar; 1629 Kg/m³ at 100 Bar; 1,704 Kg/m³ at 200 Bar; and 1,759 Kg/m³ at 300 Bar。

また、加圧気体４１は、凝縮器３０の内部において可能な限り高い圧力Ｐ２を達成する助けとなり、パワー抽出装置５０の高度Ｌ３における圧力Ｐ３を増加させる。

動作している間中、断熱材の利用にもかかわらず、熱エネルギー変換装置の自然環境より暖かい構成要素（例えば、蒸発器２０及び広がっている上向きの導管４０）は、より冷たい自然環境へ熱を与え、また、自然環境より冷たい部品（例えば、凝縮器３０及び下降管９０）は、より温かい自然環境から熱を得るような方法によって、熱エネルギー変換装置は、必然的に自然環境と熱を交換する。熱エネルギー変換装置の大きさが非常に大きいため、熱エネルギー変換装置の異なる部品は異なる環境及び温度へ露出され得る。上述の熱エネルギー変換装置の内部における熱の損失又は増加を補正するために、上記閉ループ熱力学回路は、熱源及びヒートシンクと熱を交換し得る。上記の熱の交換は、直接的な方法（図３Ａ）又は間接的な方法によって行われる。本開示において、閉ループ熱力学回路と、熱源と、ヒートシンクとの間の熱の間接的な交換の方法のための、いくつかのシステムが提案されている。すなわち、熱回路（図３Ｂ）を介したもの、補助加熱及び補助冷却熱回路（図３Ｃ）を介したもの、熱回路と、補助加熱及び補助冷却熱回路との組み合わせ（図３Ｄ）を介したもの、熱回路及びヒートポンプ（図３Ｅ）を介したものである。これらの提案されたシステムは、本開示では示されていない本発明の他の好ましい実施形態における他の異なる方法と組み合わせることができる。

本発明の動作の第１の例示的な機構が示されている図３Ａを参照されたい。動作の第１の例示的な機構においては、熱源と閉ループ熱力学回路１０の蒸発器２０との間、及び、凝縮器３０とヒートシンクとの間の熱３１の直接の移動は、例えば、蒸発器２０と熱源（例えば、温かい熱帯の浅瀬の海水又はガス・石炭の炉）とを直接接触するように設置すること、及び、凝縮器３０とヒートシンク（例えば、冷たい深海水又は冷たい大気）とを直接接触させることによってなされる。

本発明の動作の第２の例示的な機構が示されている図３Ｂ及び３Ｆを参照されたい。動作の第２の例示的な機構においては、ポンプ７５の動作によって熱回路７０を通って流れる熱流体７１（図３Ｆに示されたＶ４の詳細図）によって、再生利用するために凝縮器３０から蒸発器２０へ熱３１が運搬され、熱源から当該熱源と直接接触している加熱ユニット７３を通った熱３１の直接の移動によって、及び、ヒートシンクと直接接触している冷却ユニット７４を通った当該ヒートシンクへの熱の直接の移動によって、当該熱流体７１は、その温度を修正する。天然の再生可能な熱源枯渇を避けるために、及び、天然の再生可能なヒートシンクを使用する場合には、自然環境への熱移動（熱又は熱汚染）の割合を低減するために、熱回路の利用が好ましい。熱回路は図４Ａ及び４Ｂにおいて、より詳細に説明される。

本発明の動作の第３の例示的な機構が示されている図３Ｃを参照されたい。動作の第３の例示的な機構においては、閉ループ補助加熱熱回路７０３を通じた熱源から蒸発器２０への熱３１の間接的な移動、及び、補助冷却熱回路７０４を通じた凝縮器３０からヒートシンクへの熱３１の間接的な移動が存在する。補助加熱熱回路７０３は、補助加熱熱流体７２１（図３Ｇに示されているＶ５の詳細図）と、少なくとも１つのポンプ７６１と、上記熱源に接触している少なくとも１つの補助加熱ユニット７３３と、補助加熱ユニット７３３を上記閉ループ熱力学回路１０の蒸発器２０に接続する少なくとも１つの管と、蒸発器２０を補助加熱ユニット７３３に接続し、上記回路を閉じる少なくとも１つの管と、を備え、補助加熱熱流体７２１は、ポンプ７６１の動作によって補助加熱熱回路７０３を通って流れ、上記熱源から蒸発器２０へ熱３１を運搬する。補助冷却熱回路７０４は、補助冷却熱流体７２２（図３Ｈに示されているＶ６の詳細図）と、少なくとも１つのポンプ７６２と、上記ヒートシンクに接触している少なくとも１つの補助冷却ユニット７４４と、補助冷却ユニット７４４を上記閉ループ熱力学回路１０の凝縮器３０に接続する少なくとも１つの管と、凝縮器３０を補助冷却ユニット７４４に接続し、上記回路を閉じる少なくとも１つの管と、を備え、補助冷却熱流体７２２は、ポンプ７６２の動作によって補助冷却熱回路７０４を通って流れ、補助冷却ユニット７４４を通って凝縮器３０から上記ヒートシンクへ熱３１を運搬する。

本発明の動作の第４の例示的な機構が示された図３Ｄ、３Ｆ、３Ｇ及び３Ｈを参照されたい。動作の第４の例示的な機構においては、図３Ｂに示される熱回路７０と、図３Ｃに示される補助加熱７０３及び補助冷却７０４熱回路との組み合わせが存在する。動作の第２の例示的な機構の場合のように、熱回路７０を流れる熱流体７１（図３Ｆに示されるＶ４の詳細図）によって、再生利用するために凝縮器３０から蒸発器２０へ運搬され、この第４の例示的な機構においては、上記熱流体７１は、補助加熱７０３及び補助冷却７０４熱回路のそれぞれを通じた熱源とシンクとの間接的な熱の交換によって、その温度を修正する。そのため、第３の例示的な実施形態と同様に、補助加熱熱流体７２１（図３Ｇに示されるＶ５の詳細図）は、ポンプ７６１の動作によって補助加熱熱回路７０３を通って流れ、熱源から加熱ユニット７３に熱３１を移動させ、熱流体７１は、その温度を上昇させる。一方、補助冷却熱流体７２２（図３Ｈに示されるＶ６の詳細図）は、ポンプ７６２の動作によって補助冷却熱回路７０４を通って流れ、冷却ユニット７４において熱流体７１から得た熱を、ヒートシンクに移動させる。

いくつかの装置が、加熱７３及び冷却７４ユニットとして機能することが可能であり、これらの例は、熱交換器およびヒートポンプ、以下のような加熱ユニット：石炭燃料、ガス燃料の加熱炉、または原子炉（以下の実施形態において示される）であり、また、冷却ユニットとして、冷却塔（これもまた以下の実施形態において示される）がある。多くの種類の最新型の熱交換器が存在している。例えば、それらは、プレートまたは管により作られており、各流体間が物理的に接触することなく（管及びプレートの壁を通じて移動された熱により）、作業流体と、熱流体７１と、熱源及びヒートシンクの補助加熱７２１及び補助冷却７２２熱流体との間の熱交換を可能にする。一方、多くの形式の最新型のヒートポンプが存在しており、例えば、圧縮及び吸収ヒートポンプがある。

本発明の動作の第５の例示的な機構が示されている図３Ｅ及び３Ｉを参照されたい。動作の第５の例示的な機構においては、第２の例示的な機構に示されているものと同様に、熱回路７０を流れる熱流体７１（図３Ｆに示されるＶ４の詳細図）によって、再生利用するために凝縮器３０から蒸発器２０に熱３１が運搬され、この場合には、圧縮ヒートポンプ８０を通じて、上記熱流体７１は、その温度を修正する。圧縮ヒートポンプ８０は、ヒートポンプの作業流体８８（図３Ｉに示されるＶ７の詳細図）によって、蒸発器２０から出ていく冷たい熱流体から、凝縮器３０から出ていく暖かい熱流体に、熱３１を運搬する。熱源は、システムが熱を環境中に失う（移動される）ことから回復させるために必要な余分な熱を提供し得る。

この動作の第５の例示的な機構において、ヒートポンプ８０は、熱回路７０の加熱７３及び冷却ユニット７４と同じ時に動作する。（蒸発器２０から来る）冷たい熱流体がヒートポンプ８０に到達する時点の温度に依存して、上記ヒートポンプ８０の内部作業流体８８は、ヒートポンプ８０の蒸発器８１を通じて上記冷たい熱流体から多少の熱３１を抽出する。この場合には、上記冷たい熱流体は、上記システムの熱源としても機能している。内部作業流体８８は、上記抽出された熱３１を、ヒートポンプの凝縮器８２を通じて凝縮器３０から来る暖かい熱流体に転換し、この場合には、上記暖かい熱流体は、ヒートシンクとして機能している。したがって、圧縮ヒートポンプ８０の蒸発器８１は、熱回路７０の冷却ユニット７４として機能し得る。一方で、上記ヒートポンプ８０の凝縮器８２は、加熱ユニット７３として機能し得る。

ヒートポンプは、熱を、低温の源から他の高温の’シンク’または’ヒートシンク’に転換する最新型の装置としてよく知られている。それらの多くは、３を超える作業効率（ＣＯＰ）にて動作する。ここでＣＯＰとは、有用な作業入力への熱移動の割合を記述するために用いられる。加熱ユニットとして従来の熱交換器を用いる場合と対照的に、ヒートポンプを用いる場合には、作業流体を、熱源の温度よりも高い温度に加熱することが可能になる。より高い温度は、蒸発器２０における気化作業流体の高い蒸気圧を生み出す。これにより、広がった上向きの導管４０に沿った上記気化された作業流体の濃度及び圧力を上昇させ、閉ループ熱力学回路１０におけるより高い高度（図２ＡにおけるＨ１及びＨ２）に到達することが可能になる。

上述の熱回路７０、補助加熱７０３及び冷却７０４熱回路、又は、それらの組み合わせの使用は、閉ループ熱力学回路１０を熱源及びヒートシンクから遠ざけて配置することを可能にし得る。なぜなら、熱３１は、熱流体７１によって、又は、補助加熱及び補助冷却熱流体（７２１、７２２））によって、上記熱源から閉ループ熱力学回路１０まで、及び、上記閉ループ熱力学回路１０からヒートシンクまでの、上記熱源から長い距離を運搬されるためである。また、上記熱回路（７０、７０３、７０４）の使用は、熱源及びヒートシンクの熱の変動にも関わらず、熱流体と、熱源と、ヒートシンクとの間の熱の移動は、加熱及び冷却ユニット（７３、７３３、７４、７４４）を通じて調節されるので、作業流体が、安定した流れで、閉ループ熱力学回路を流れることを可能にする。

熱エネルギー変換装置の機構が詳細に示された図４Ａ及び４Ｂにおいて、図３Ｂ、３Ｄ、及び３Ｅに示される概略図に記述されているものと同様に、熱は、再生利用するために、熱回路７０を通って、凝縮器３０から蒸発器２０に運搬される。熱回路７０は、熱流体と、ポンプ７５と、加熱ユニット７３と、冷却ユニット７４と、加熱ユニット７３を蒸発器２０に接続する管９３１と、蒸発器２０を冷却ユニット７４に接続する管９４１と、冷却ユニット７４を凝縮器３０に接続する管９４２と、凝縮器３０を加熱ユニット７３に接続し、熱回路７０を閉じる管９３２と、を備えている。作動形態は、以下の通りである。：熱流体は、ポンプ７５の動作によって熱回路７０を通って流れ、加熱ユニット７３へ入り、熱流体は、その温度をＴ１−ｍからＴ１＋ｎへ上昇させる。そして、熱流体は、そこから出て蒸発器２０へ入る。蒸発器２０において、液化した作業流体は、熱流体から熱を得た後に、高度Ｌ０において気化し、その温度をＴ１に上昇させる。一方で、熱流体は、その温度をＴ１＋ｎからＴ０＋ｐに低下させる。気化した作業流体は、Ｔ１の一定温度の下で、蒸発器２０から出ていき、広がっている上向きの導管４０を通って凝縮器３０まで上昇する。熱流体は、蒸発器２０から出て、冷却ユニット７４に入り、その温度をＴ０＋ｐからＴ０−ｑまで低下させ、そこから凝縮器３０に流れる。凝縮器３０において、気化した作業流体は、熱流体に熱を与えた後に、液化し、その温度をＴ０まで低下させる。一方、熱流体は、その温度をＴ０−ｑからＴ１−ｍまで上昇させ、凝縮器３０から、熱回路７０を閉じる上記加熱ユニット７３に流れる。そして、液化した作業流体１２は、Ｔ０の一定温度の下で、重力によって落下し、下降管９０を通ってパワー抽出装置５０へ動力を供給する。液化した作業流体は、そこから蒸発器２０に再び流れ、自給式工程を完成させ、上記のサイクルを再始動する。

図４Ａは、パワー抽出装置５０が反動タービン５１である場合の基本的な機構を表しており、それらのタービンは、流体によって作用する。流体は、タービンを通って移動し、そのエネルギーを引き渡すにつれて、圧力を変化させる。また、図４Ｂは、パワー抽出装置５０が衝動タービン５２である場合の基本的な機構を表しており、タービンの羽根（blades）への衝突に先んじて、流体の気圧は、タービンに焦点を合わせられたノズルによって、タービンの羽根において圧力の変化が発生することなく、運動エネルギーに変換され、流体の噴流は、流れの方向を変化させるタービンの曲がった羽根を押している。ニュートンの第３法則は、反動タービンのエネルギー移動を表しており、ニュートンの第２法則は、衝動タービンのエネルギー移動を表している。どちらの実施形態においても、反動タービン５１及び衝動タービン５２は、タービンの動作によって駆動される発電機６０に接続され、電力伝送ケーブル６１を通じて伝送される電力を生成する。長距離のため、上記伝送は、高圧直流（ＨＶＤＣ）にて行われる。

図４Ａにおいて、Ｈ４は、タービンの高度Ｌ３と、蒸発器２０の高度Ｌ０（すなわち、液化した作業流体が蒸発器２０において気化する高度）との間の高さを表しており、好ましい実施形態のために、配置されたタービンは、反動タービン５１である。一方、図４Ｂにおいて、Ｈ４は、液化した作業流体が、衝動タービン５２の容器において集められる高度である高度Ｌ４と、蒸発器２０の上記高度Ｌ０との間の高さを表している。

蒸発器２０の高度Ｌ０における上述の初期圧力Ｐ０、すなわち、気化した作業流体が蒸発器２０の上部から出ていく圧力は、タービンから蒸発器２０に流れる液化した作業流体の柱を後方に押す。圧力Ｐ０に加えて、液化した作業流体１２の粘度、及び、管の内部壁と、蒸発器２０の管又はプレートの内部壁との摩擦は、液化した作業流体１２の上記蒸発器２０への流れに対抗し得る抵抗を生み出す。

再び図４Ａを参照されたい。好ましい実施形態において、タービンは、密閉された反動タービン５１である。蒸発器２０の上部の初期圧力Ｐ０、並びに、摩擦及び粘性抵抗に打ち勝つために、反動タービン５１は、液化した作業流体が蒸発器２０において気化する高度Ｌ０よりも高い高度Ｌ３に、これら二つの高度Ｌ３とＬ０との間に含まれる液化した作業流体の下向きの柱を作りだす高さＨ４の差異とともに配置される。重力は、高度Ｌ０よりも下に含まれる液化した作業流体に対する圧力Ｐ４を生み出すので、初期圧力Ｐ０、並びに、摩擦及び粘性抵抗に打ち勝ち、液化した作業流体の蒸発器２０への流れを助ける。他の好ましい実施形態において、反動タービン５１は、上述の初期圧力Ｐ０並びに摩擦及び粘性抵抗に打ち勝つ助けとなる圧力Ｐ３であって、タービンからの流出における圧力Ｐ３の残量を残すために設計される。これにより、反動タービン５１が高度Ｌ０に近い、または等しい高度（Ｌ３）に配置される。

再び図４Ｂを参照されたい。この好ましい実施形態において、タービンは、密閉された衝動タービン５２であり、蒸発器２０の高度よりも高い高度Ｌ３に配置されている。ノズルを通って流れる液化した作業流体の噴流の一部は、凝縮器３０において、おおよそＴ０の温度、及び、おおよそＰ２の蒸気圧にてタービンの羽根に作用した後に、タービンの容器５２０において気化する。タービンに作用した後に、液化した作業流体は、タービン容器５２０の高度Ｌ４において集められる。ここで、高度Ｌ４は、反動タービン５１の例のように、二つの高度Ｌ４とＬ０との間に含まれる液化した作業流体の下向きの柱を作り出す高度Ｌ０より高さＨ４だけ高い。重力は、タービン容器５２０に含まれる気化した作業流体のおおよそＰ２の気圧に加えられる圧力であって、高度Ｌ０よりも下に含まれる液化した作業流体に対する圧力Ｐ４を生み出すので、摩擦及び粘性抵抗、並びに初期圧力Ｌ０に打ち勝ち、蒸発器２０への液化した作業流体の流入を助ける。

図４Ａ及び４Ｂにおいて、閉ループ熱力学回路１０及び熱回路７０は、作業流体及び熱流体の温度２１１、流量２１２、及び圧力２１３を監視する測定及び監視ユニットを備えている。測定及び監視されたデータは、データ転送回路２０３を通じて、ワイヤレス通信により（不図示）、中央演算処理装置２００（ＣＰＵ）に送信される。当該変換装置は、上記中央演算処理装置２００が操作パネル２０２に接続されていることにより、自動モードまたは手動モードにて操作される。

本発明の第１実施形態を示す図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ−１、５Ｄ−２、５Ｅ、５Ｆ、５Ｇ、５Ｈ、５Ｉ、５Ｊ及び５Ｋを参照されたい。これらの構成においては、熱エネルギー変換装置が浮遊プラットフォームに設置されている。第１実施形態は熱帯の暖かい海のために設計されてきたものであり、そこでは、暖かい浅瀬の海水は、冷たい深海水とは顕著な温度差があり、暖かい浅瀬の海水８３は熱源になり、冷たい深海水８４がヒートシンクになる。

この第１実施形態は熱回路７０を備えているが、閉ループ熱力学回路１０は、それ（熱回路７０）を通じて、暖かい熱帯の浅瀬の海水８３（熱源）から熱を取得し、冷たい深海水８４（ヒートシンク）に熱を供給する。熱回路７０の加熱ユニット７３及び冷却ユニット７４は、流体が、従来の熱交換器よりもかなり広い表面領域にさらされるプレート熱交換器の型であり、熱の移動を改善している。

熱流体は、脱塩水であり得る。なぜならば、低い粘性、自然産出の豊富さ、無毒性、及び、良好な熱伝導率の値（２５℃で０．５８ｋＷ／（ｍ・Ｋ））を有するからである。熱回路７０を通じて良好な性能を保証するために、殺藻剤及び防食添加剤が脱塩水に加えられることができる。良好な熱伝導性及び低い粘性を有する他のいかなる流体も同様に利用されることができる。

浮遊プラットフォームは、浮遊容器１０３を備えており、４つの凝縮器３０、４つの加熱ユニット７３、４つの冷却ユニット７４、８つのポンプ７５（熱回路７０を通じて熱流体を注入するためのもの）、４つのポンプ７８３（暖かい浅瀬の海水８３を取り入れるためのもの）、４つのポンプ７８４（冷たい深海水８４を取り入れるためのもの）が設置されている。また、浮遊プラットフォームは、操作パネル（ＣＰ）２０２に接続された中央演算処理装置（ＣＰＵ）２００を含んでおり、浮遊する熱エネルギー変換装置は、該操作パネル２０２を通じて、手動で操作されることが可能である。

浮遊容器１０３は、フレキシブル継手１０７を通じて、耐高圧性を有する垂直下向きの潜水容器１０４に接続されており、潜水容器１０４には、広がっている上向きの導管４０が含まれている。上記の垂直下向きの潜水容器１０４の最下端は、蒸発器２０を含む耐高圧性の潜水容器１０２に接続される。本発明のこの第１の好ましい実施形態では、浮遊プラットフォームをより軽くするために、蒸発器２０の容器１０２は、高強度の合成繊維ロープ１０６により浮遊容器１０３から吊るされている。

他の好ましい実施形態では、合成繊維ロープは、鎖またはワイヤーロープでも代替可能であり、例えば、金属及びコンクリートで作られた剛構造でさえも代替可能である。２つの下向きの熱分離した管９０は、凝縮器３０を蒸発器２０に接続し、回路を閉じる。２つの耐高圧性の潜水容器１０５は、蒸発器２０よりも高い高度であるが凝縮器３０よりもかなり低い高度において上記の下向きの管９０に接続される。各潜水容器は、発電機６０に接続されている反動タービン５１を含んでいる。このような好ましい実施形態ついて、装置と、環境との間における熱交換を減らすために、すべての容器は、熱分離層１０１を備えている。

浮遊容器１０３は、暖かい浅瀬の海水８３の収集器として動作する４つの外部フィルタ７７１を含んでおり、各フィルタは、管９３３を通じて水ポンプ７８３に接続され、水ポンプ７８３は、暖かい浅瀬の海水８３を加熱ユニット７３に入れる前に、第２フィルタ７８１に注入する。加熱ユニット７３において、フィルタリングされた暖かい海水８３は、８つのポンプ７５の動作により、熱回路７０を通じて凝縮器３０から上記加熱ユニット７３に流れる熱流体に、熱交換器のプレートを通じて熱を供給する。海水は、熱交換器に入る前に、大きい粒子及び不純物が上記の熱交換器（７３及び７４）のプレート間における流れを妨げることを回避するために、２回フィルタリングされる。加熱ユニット７３の熱流体に熱を供給した後に、暖かい浅瀬の海水８３は、浮遊プラットフォーム１０３の底部に設置された管９３４及び一群の出口９８１を通じて海に戻る。これらの出口の各々は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）２００によって操作される電動バルブ９９１を備えている。中央演算処理装置２００は、動的配置システム（ＤＰ）２０５（後で説明される）の一部として、出ていく流量を制御して、様々な力または衝撃を作り出す。加熱ユニット７３から出て行く浅瀬の海水の温度は、最も浅い海水８３の温度よりも少し低い。より冷たい出水がより暖かい海面の水と混ざることを回避するために、出口９８１は浮遊容器１０３の底部に設置され、海水の周辺層は、最も浅い海水よりも少し温度が低い。

加熱ユニット７３から出た後に、暖かい熱流体７１１は、一群の管９３１を通じて蒸発器２０に下っていく。それらの管９３１は、耐高圧性を有する垂直下向きの潜水容器１０４の熱分離層１０１を通り、上行性の導管４０を囲むように、配置されている。

一方、蒸発器２０から出る冷たい熱流体７１２は、冷却ユニット７４に上っていく。冷却ユニット７４は、４つの水ポンプ７８４の動作により、２つの熱分離した管９４３を通って流れる冷たい深海水８４に、熱を与える。冷却ユニット７４に入る前に、冷たい深海水８４は、第１フィルタ７７２及び第２フィルタ７８２によって２回フィルタリングされる。冷却ユニット７４から出た後に、冷たい熱流体７１２は凝縮器３０に向かって流れ、そこでは、広がっている上向きの導管４０から上記凝縮器３０に入る気化した作業流体１１から熱を取得し、それを冷却し液化する。そして、熱流体は、凝縮器３０から出て、一群の管９３２を通って加熱ユニット７３に流れ、回路を閉じ、サイクルを再開する。冷却ユニット７４から出る冷たい海水は、電気的に操作される一群の６つのバルブ９９２によって構成される流量制御ユニットに接続されている共通管９４４によって収集される。流量制御ユニットは、共通管９４４からの流れを、浮遊容器１０３の底から蒸発器２０の潜水容器１０２へと垂直下向きの潜水容器１０４に並行して下っていく６つの個別管９４５に分割する。これらのバルブ９９２は、動的配置システム（ＤＰ）２０５の一部として、中央演算処理装置（ＣＰＵ）２００によって操作される。冷却ユニット７４を通過した後に戻って来た冷たい深海水は、冷たい深海水８４と比較すると、その温度が少し上がっており、出口９８２は、冷たい深海水８４が取得される場所よりも高い高度であって、海水の層の温度が少し高い高度に設置される。

動的配置システム（ＤＰ）は、それ自体のプロペラ及びスラスタを利用することにより、容器の配置及び向き付けを自動的に保持する、最新型のコンピュータ制御システムである。位置参照センサは、風センサ、動きセンサ及びジャイロコンパスが組み合わされており、容器の位置、大きさ、及び、位置に影響する環境的影響力の方向に関係するコンピュータに情報を提供する。この実施形態においては、プロペラ及びスラスタは、システムに浅く冷たい海水を注入するために利用される水ポンプによって代用されており、出て行く流量は、推進力として利用される。動的配置システム（ＤＰ）２０５は、流速計２０４及び測候所２０６から得られる情報の下で、出口（９８１、９８２）を通って出て行く海水の流量を制御する。動的配置システム（ＤＰ）２０５は、出口の各々を通る流れを増加、減少、または、停止させ、さらに、浮遊容器１０３及び蒸発器２０の潜水容器１０２に対して、１又は他の方向の動きを与える。

広がっている上向きの導管４０の内部には、一群の熱管９６が配置されている。熱管９６の機能は、広がっている上向きの導管４０の温度を一定に保つこと、及び、熱分離防護層１０１の存在にも関わらず、広がっている上向きの暖かい導管４０から、冷たい深海の環境（垂直下向きの潜水容器１０４を取り囲む）に通る熱を交換することである。それらの熱管９６の各々は、二重壁で囲まれており、それらを通って、暖かい熱流体７１１は、反対の２つの方向に流れる。広がっている上向きの導管４０のＶ８の詳細（図５Ａから）が示される図５Ｂを参照されたい。この構成においては、どのようにして、熱管９６の内壁９６２が、外壁９６１の底面に到達する前に、終わっているのかが示されている。一つの方法としては、下向きの暖かい熱流体７１１が熱管９６の底面に到達したときに、他の側を通って、上昇して戻るというものである。上向きの導管４０の内部における熱の分布を最適化するために、熱管９６の半分を通じて、暖かい熱流体７１１が熱管９６の外装部分を通って（外壁９６１及び内壁９６２の間の空間を通って流れて）下方に流れ、内壁９６２を通って上方に戻る。熱管９６の他の半分では反対である。暖かい熱流体７１１は、補助熱回路７０６を通じて、熱回路７０から熱管９６に転換される。

２つの凝縮器２０毎からの液化した作業流体１２は、１つの熱分離した耐高圧性の管９０によって収集され、管９０は、落下している液化した作業流体１２を、反動タービン５１を通過させて、凝縮器３０から蒸発器２０に戻るように下方へ導く。下向きの管９０の各々は、一群の耐高圧性のバルブ９１０を備えており、バルブ９１０は、断面において管を分割し、流量制御器として機能する。管９０の不測のひび割れ又は破壊の際に、上記の液化した作業流体１２が環境に解放されるのを防ぐために、バルブ９１０が閉じられたときに、液体した作業流体１２の下向きの柱の流れを妨げる。液化した作業流体１２は、重力により、管を通って、流体の柱として落下し、深さと共に密度を増加させる。反動タービン５１は、液化した作業流体１２の落下している柱の位置エネルギーによって動作され、非常な高圧力でタービンに到達し、発電機６０を駆動し、電力伝送ケーブル６１により配電網に伝送される電気が生成される。

熱流体と、加熱ユニット７３及び冷却ユニット７４の暖かい海水８３及び冷たい海水８４との間における、最適な熱の移動を保証するために、中央演算処理装置（ＣＰＵ）２００は、上記の暖かい海水８３及び冷たい海水８４を、加熱ユニット７３及び冷却ユニット７４に注入するポンプ（７８３、７８４）を作動させ、水の流量を増加又は減少させる。中央演算処理装置（ＣＰＵ）２００は、上記の加熱ユニット７３及び冷却ユニット７４を通じて、熱流体と、暖かい海の水８３及び冷たい海の水８４との間における、熱の移動の割合を増加又は減少させる。

蒸発器２０及び凝縮器３０の操作モードをそれぞれ示す立体図である図５Ｊ及び図５Ｋを参照されたい。図５Ｊにおいて、液化した作業流体１２が底を通って蒸発器２０に入り、プレート２１を通って下って流れる下向きの暖かい熱流体７１１から熱を得ながら上昇する。十分な熱を得た後に、液化した作業流体１２は蒸発し、蒸発器２０から離れて、上行性の導管４０を通って上昇し、気化した作業流体１１になる。図５Ｋにおいて、凝縮器３０は、反対の方法で動作することが示されている。その構成では、冷たい熱流体７１２が底から凝縮器３０に入り、一方、熱を上向きの冷たい熱流体７１２に与えた後に、気化した作業流体１１が上から入って、液化した作業流体１２が底から出ていく。蒸発器２０及び凝縮器３０の何れにおいても、暖かい熱流体及び冷たい熱流体は反対方向に流れるので、熱交換器の一端は、他端よりも暖かい。本実施形態の提案される蒸発器２０及び凝縮器３０は、並行なプレートで作られる。なぜならば、熱交換の領域が大きいからである。これにより、流体間の熱伝導を著しく改善する。プレートは、高強度、高耐腐食性、及び、非常に高い熱伝導性を得るために、アルミニウム−亜鉛の合金から作られてもよい。アルミニウムの合金は、鋼よりも著しく軽いというさらなる利点を有している。プレート２１は、縦に並行なリブ２２を備えている。これにより、プレートが離れているときに、リブ２２は隣同士で離れており、補強を与え、プレート間に数ミリメートルの薄い空間を与える。当該薄い空間を通して、作業流体及び熱流体が反対方向に流れて、両者の間に全く物理的な接触なしに熱が移動する。作業流体及び熱流体の計画された入口及び出口を除けば、装置が操作する高圧の下での漏出を回避するために、プレート２１の端部は、溶接される。

本発明の第２の実施形態を示す図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇ及び６Ｈを参照されたい。これらの構成では、第１の実施形態と同様に、熱エネルギー変換装置が浮遊プラットフォーム上に配置されている。この第２の実施形態は、温かい海のためだけに設計されたものではなく、浅い海の海水の温度が深い海の海水の温度とそれほど変わらない（これは冷たい海で起こり得る）他の任意の海のためにも設計されたものである。この第２の実施形態において、加圧気体４１が、広がっている上向きの導管４０（図６Ｂ）の中に含まれている。加熱ユニット７３及び冷却ユニット７４は、圧縮ヒートポンプ８０の凝縮器８２及び蒸発器８１である（図６Ｅ）。この第２の実施形態における作業流体は、蒸発器２０内で、海水８５（熱源）の温度よりも高い温度にて気化する。これにより、熱流体がヒートポンプ８０を通じて熱を獲得し、より暖かい閉ループ熱力学回路１０からより冷たい環境へ伝達された失われた熱を回収する。この第２の実施形態におけるヒートポンプを用いることにより、システムがより高い温度にて動作するので、作業流体は、蒸発器２０において、臨界温度に近い温度にて気化し、蒸発器２０での臨界圧力に近い蒸気圧をも獲得する。これにより、第１の実施形態における高さよりも高い高さを熱力学回路において獲得する。

第１の実施形態と同様に、浮遊プラットフォームは、浮遊容器１０３を備えており、この第２の実施形態においては、４つの凝縮器３０、４つのヒートポンプ８０、熱回路７０内に熱流体を送り出すための４つのポンプ７５、一群の管９３３を通じて４つの内部フィルタ７８１に連結された４つの外部フィルタ７１１（これにより海水８５は２重に濾過され、４つのポンプ７８３の動作によってヒートポンプ８０内に注入される）、及び、中央演算処理装置（ＣＰＵ２００）を備えており、ＣＰＵ２００は、コントロールパネル（ＣＰ２０２）に接続されている。浮遊容器１０３は、広がっている上向きの導管４０が含まれている鉛直下向きの高耐圧潜水容器１０４に接続されており、当該高耐圧潜水容器１０４は、その最下段において、蒸発器２０が配置された高耐圧潜水容器１０２に接続されている。この第２の実施形態において蒸発器２０の容器１０２は、浮遊容器１０３から、高強度合成繊維ロープによって吊り下げられている。一方で、２つの下向きの管９０は、浮遊プラットフォーム１０３の凝縮器３０を蒸発器２０に接続している。４つの高耐圧潜水容器１０５は、２つの異なるレベルにおいて、下向きの管９０に接続されている。それぞれの潜水容器１０５は、発電機６０に接続された反動タービン５１を備えており、生成された電気は、電力伝送ケーブル６１によって配電網に伝送される。第１の実施形態と同様に、浮遊及び潜水容器は、環境との熱交換を低減させるため、熱分離層１０１を備えている。

ヒートポンプ８０が詳細に示された図６Ｅを参照されたい。ヒートポンプ８０は、熱回路７０のための加熱ユニット７３及び冷却ユニット７４として動作する。冷たい熱流体７１２（蒸発器２０からやってくる）がヒートポンプ８０の到達するのが何度であるのかに依存して、ヒートポンプ８０の内部作業流体は、補助蒸発器８１１を通じて冷たい熱流体７１２から多少の熱を抽出する。冷たい熱流体７１２から抽出された熱は、ヒートポンプの凝縮器ユニット８２を通じて、凝縮器３０からやってくる暖かい熱流体７１１に転換される。したがって、補助蒸発器８１１の領域は、冷却ユニット７４としても機能し、凝縮器８２の領域は加熱ユニット７３としても機能する。その目的のため、中央演算処理装置（ＣＰＵ２００）は、ヒートポンプ８０の冷却ユニット７４に流入する冷たい熱流体７１２の流れを制御するバルブ９９６を動作させ、ヒートポンプの圧縮器８９の作用によって凝縮器８２から補助蒸発器８１１に流入するヒートポンプの作業流体の流れを調整する内部バルブ９９９を動作させる。

反動タービン５１は、この第２の実施形態のために選択された種類のものであるが、熱力学回路１０の高い高さ（これは広がっている上向きの導管４０内で加圧気体４１を用いることにより達成される）のため、２つのレベルのタービンが配置される。これは、最下段に設置されたタービン５１の単一のライン上における圧力の超過を避けるためである。

この第２の実施形態における浮遊プラットフォームは、一群の高強度合成繊維係留ロープ１０８によって海底に固定される。一方で、浮遊容器は動的配置システム２０５（ＤＰ）によって調整される。動的配置システム２０５（ＤＰ）は、第１の実施形態と同様に、流速計２０４及び測候所２０６から得られた情報の下で、浮遊容器１０３の最下段に配置された出口９８１からの海水の流出を制御し、出口のそれぞれを通じた流れを増加させ、減少させ、又は停止させることによって、浮遊容器１０３をあちこちの方向へ動かす。

再び図６Ａ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｇ及び６Ｈを参照されたい。浮遊プラットフォームが暖かい海に配置されているとき、鉛直下向きの高耐圧潜水容器１０４、及び、蒸発器２０の高耐圧潜水容器１０２は、外部容器９７１を備え得る（図６Ｃに記載されたＶ１０の詳細図）。潜水容器（１０２及び１０４）を取り囲む暖かい海水８３の熱分離層を提供する暖かく浅い海水８３は、外部容器９７１を通じて流れ、広がっている上向きの導管４０における内部熱管９６（図６Ｂ及び６Ｈに記載されたＶ９の詳細図）と組み合わされて、熱力学回路１０から冷たく深い海の環境に流出する熱を低減する。その目的のために、補助管９３７は、ポンプ７８３の作用によって集められた濾過された暖かい海水８３の流れの一部を転換する。ここで、中央演算処理装置（ＣＰＵ２００）によって制御されたバルブ９９７が補助管９３７の中を通る暖かい海水８３の流れを調整する。そして補助管９３７は、開口９３８を通じて浅い海水が出現する所から、外部容器９７１を通じて最下段まで下降し、外部容器９７１を満たし、広い開口９９３を通じて外海に戻る所から、最上段まで上昇する。

図６Ａおよび図６Ｇ−１、６Ｇ−２、６Ｇ−３のＶ１１の詳細図を参照されたい。下降管９０は、冷たい海水が流れる外部容器（９７２、９７３）を備えている。これは、冷たい液化した作業流体を周りの暖かい浅い海水からよりよく熱分離することを助ける、冷たい海水８４の熱分離層を提供するためである。冷たい深海水は、最初に、深海に配置されたフィルタ７７２を通じて濾過され、水ポンプ７８５の作用によって、上昇管９５３を通じて持ち上げられる。そして、水ポンプは、冷たい深海水８４を、第１の容器９７２まで通じている第２の管９５４に注入する。ここで第１の容器９７２は、凝縮器３０を第１レベルのタービン５１に接続する下降管９０の第１の部分を囲んでいる。そして、冷たい深海水８４は第１の容器９７２を出て、第３の管９５５を通じて第２の容器９７３に入る。ここで、第２の容器９７３は、第１及び第２レベルのタービン５１を接続する下降管９０の中間部分を囲んでいる。冷たい深海水８４は、第２の容器９７３の最下段に配置された開口９９４から出て、冷たい深海に戻る。

第３の実施形態を示す図７Ａおよび７Ｂを参照されたい。この第３の実施形態では、第１及び第２の実施形態と同様に、熱エネルギー変換装置は浮遊プラットフォームに配置されている。蒸発器２０及び広がっている上向きの導管４０は、高耐圧潜水容器（１０２、１０４）内に配置されている。この第３の実施形態における浮遊プラットフォームは、一群の高強度合成繊維係留ロープ１０８によって海底に固定される。この第３の実施形態の選択されたタービンは反動タービン５１である。ヒートシンクは冷たい深海水８４であり、熱源は、アルミ工業処理プラント３１０（人工的な熱源）からの排熱である。その他の任意の工業プラントであってもよい。

この第３の実施形態では、閉ループ熱力学回路１０と熱源及びヒートシンクとの間で間接的な熱の伝達が行われる。これは、補助加熱熱回路７０３を通じて熱が工業処理プラント３１０（熱源）から蒸発器２０に運ばれ、補助冷却熱回路７０４を通じて熱が凝縮器３０から冷たい深海水８４（ヒートシンク）に運ばれることによりなされる。第１及び第２の実施形態とは対照的に、第３の実施形態では、凝縮器内の作業流体によって廃棄された熱は、熱回路を通じて蒸発器２０内で再利用されるわけではない。アルミプラント３１０からの排熱は、ポンプ７５５の作用により外部加熱回路７１３内を流れる外部熱流体によって、補助加熱熱回路７０３の補助加熱ユニット７３３内へ運ばれる。このシステムは、（アルミ処理プラント３１０のような）豊富な熱源が存在し、当該工業処理プラントのための冷却剤として低温の流体（外部熱流体）を用いる必要があるときに好ましい。

補助加熱熱回路７０３は、補助加熱ユニット７３３、補助加熱ユニット７０３を蒸発器２０に接続し、蒸発器２０を補助加熱ユニット７３３に再び接続することによって閉ループの形成する一群の管、当該一群の管に接続されたポンプ７６１、及び補助加熱熱流体を備えている。上述のように、外部流体は、アルミ処理プラント３１０からの排熱を補助加熱ユニット７３３へ運ぶ。ここで、蒸発器２０に入る前に補助加熱熱流体は熱せられる（外部熱流体は冷まされる）。一方で、補助冷却熱回路７０４は、補助冷却ユニット７４４、補助冷却ユニット７４４を凝縮器３０に接続し、凝縮器３０を補助冷却ユニット７４４に再び接続することによって閉ループの形成する一群の管、当該一群の管に接続されたポンプ７６２、及び補助冷却熱流体を備えている。ポンプ７８４の作用によって、海水面８３０の下に沈められた開回路（open circuit）内を流れる冷たい深海水８４が、補助冷却ユニット７４４を通じて２重に濾過される（７７２、７８２）。そして、濾過された冷たい海水８４は、補助冷却ユニット７４４を通過し、補助冷却熱流体から熱を獲得する。

前述の実施形態のように、一群の内部熱管９６は、広がっている上向きの導管４０の内部における一定の温度を保つことを助けている。本実施形態では、補助回路７０６によって補助加熱熱回路１０３から内部熱管９６へと向けられた加熱された補助熱流体が、これらの内部熱管９６内を流れる。

第４の実施形態を示す図８Ａ、８Ｂ、及び８Ｃ参照されたい。この第４の実施形態では、閉ループ熱力学回路１０は、乾燥した陸上に配置され、凝縮器３０が山に配置され、蒸発器２０が暖かい海の海岸に配置される。広がっている上向きの導管４０は、山川に向かって情報し、蒸発器２０と凝縮器３０とを接続する。本発明の本実施形態において選択されるタービンは、衝動タービン（impulse turbine）５２である。本実施形態において暖かい浅い海水８３が熱源であり、冷たい深海水８４がヒートシンクである。この第４の実施形態では、閉ループ熱力学回路１０と熱源及びヒートシンクとの間で間接的な熱の伝達が行われる。これは、補助加熱熱回路７０３を通じて熱が暖かい浅い海水８３（熱源）から蒸発器２０に運ばれ、補助冷却熱回路７０４を通じて熱が凝縮器３０から冷たい深海水８４（ヒートシンク）に運ばれることによりなされる。

補助加熱熱回路７０３は、補助加熱ユニット７３３、補助加熱ユニット７３３を蒸発器２０に接続し閉ループの形成する一群の管、当該一群の管に接続されたポンプ７６１、及び補助加熱熱流体を備えている。ポンプ７８３の作用により、温かい浅い海水８３は海水面８３０における浮遊フィルタ７７３を通じて集められ、（海水面８３０の下に沈められた）開回路内を流れ、第２のフィルタ７８１を通過し、補助加熱ユニット７３３へ入り、ここで、補助加熱熱流体に熱を与える。暖められた補助加熱熱流体は、ポンプ７６１の作用によって補助熱回路７０３内を流れ、蒸発器２０に入る。一方で、補助冷却熱回路７０４は、補助冷却ユニット７４４、補助冷却ユニット７４４を凝縮器３０に接続し、凝縮器３０を補助冷却ユニット７４４に再び接続することによって閉ループの形成する一群の管、当該一群の管に接続されたポンプ７６２、及び補助冷却熱流体を備えている。ポンプ７８４の作用によって、海水面８３０の下に沈められた開回路内を流れる冷たい深海水８４が、補助冷却ユニット７４４を通じて２重に濾過される（７７２、７８２）。そして、濾過された冷たい海水８４は補助冷却ユニット７４４を通過し、凝縮器３０における気化された作業流体から熱を獲得した後に温度が上昇した補助冷却熱流体から熱を獲得する。第３の実施形態と同様に、凝縮器内の作業流体によって廃棄された熱は、第１及び第２の実施形態において示したように熱回路を通じて蒸発器内で再利用されるというわけではない。このシステムは、豊富な熱源及び豊富なヒートシンクが存在し、凝縮器、蒸発器、及び熱交換器の寸法を制限することによってコストを削減することが便利な場合に好ましい。しかしながら、すでに説明したように、環境に対して、より大きな熱又は熱公害を与え得る。

この第４の実施形態において、熱エネルギー変換装置の開始及び終了の制御の例が示される。開始制御は、３つのステップを含む（図８Ａおよび８Ｂを参照されたい）。第１のステップにおいて、作業流体は、一群の保管所（deposits）４５において液化され加圧される。そして加圧気体は、加圧ガスステーション４３に接続された第２の保管所４６内に加圧されて格納される。第１群のバルブ９２１及び第２群のバルブ９２２は、液化した作業流体を、保管所４５から一群のポンプ７５７へ、そして、下向きの導管に接続された延長管９１１を通してこれらのポンプ７５７から蒸発器２０へと流すために制御される。同時に、補助加熱熱回路７０３は、温かい浅い海水８３から蒸発器２０へと熱を運ぶ制御を開始する。第３群のバルブ９２３は、加熱回路７０３内を流れる補助加熱熱流体の一部が、補助回路７０６を通じて、一群の２重隔壁された熱管９６に向かうよう制御される。ここで、２重隔壁された熱管９６は、広がっている上向きの導管４０の内部を一定温度に保つことを助けるために、広がっている上向きの導管４０の内部を通っている。第４群のバルブ９２４は、補助回路７０６内を流れる補助加熱熱流体の一部を、加圧ガスステーション４３に接続された第２の補助回路７０７へと向かわせるために制御される。ここで、第５群のバルブ９２５（図８Ｂ）は、保管所４６に格納された加圧気体が気体加熱ユニット７３１へと流れるよう制御される。気体加熱ユニット７３１において、上記加圧気体は、第２の補助回路７０７を通じてガスステーション４３へと流れる上述の補助加熱熱流体から熱を獲得する。

この第１のステップの間、補助冷却熱回路７０４は動作していない。

広がっている上向きの導管４０が気化された作業流体及び加圧気体によって満たされ、適正な温度及び制御圧力が到達されると、第２ステップが開始される。第２ステップでは、補助冷却熱回路１０４が作動され、気化された作業流体が凝縮器３０において液化される。これは、気化された作業流体を補助冷却熱流体へ与えることによってなされる。これにより、補助冷却ユニット７４４において、当該熱が冷たい深海水８４に与えられる。そして、液化された作業流体は凝縮器３０から下降管９０を通じて降りてくる。ここで、第６群のバルブ９２６は、液化された作業流体をタービン容器５２０に入り込ませないようにしつつ、下向きの導管９１２へと導く。下降管９０が液化された作業流体で満たされると、第１のバルブ９２１、及び第２群のバルブ９２２が再び制御され、下に向かっている液化された作業流体を蒸発器２０へと導き、液化された作業流体の保管所４５から熱力学回路１０への流れを遮断する。同時に、第６群のバルブ９２６が再び制御され、下に向かっている液化された作業流体がタービン容器５２０に入り、衝動タービン５２に作用し、これにより発電機６０の駆動が開始される。

熱力学回路１０が閉じ、熱力学回路１０に更なる作業流体が追加されることがなくなった後であっても。加圧ガスステーション４３は、広がっている上向きの導管４０における加圧気体の量を調整するため、動作し続ける。広がっている上向きの導管４０内に配置された温度計測モニターユニット２１１、流れ計測モニターユニット２１２、及び圧力計測モニターユニット２１３によって集められたデータから、中央処理装置（ＣＰＵ２００）は、加圧ガスステーション４３を制御し続け、最適な濃度値が得られるまで、上向きの導管４０内における加圧気体の濃度を調整する。広がっている上向きの導管４０から、加圧気体の生じ得る超過分を抜き出すために、加圧ガスステーション４３（図８Ｂを参照されたい）は、広がっている上向きの導管４０から気化された作業流体と加圧気体との混合物を抜き出し、当該混合物を冷却ユニット７４１に注入する第１の圧縮器７５２を備えている。冷却ユニット７４１において、加圧された作業流体は液化される一方、加圧気体は気化されたまま維持される。そして、冷却された液化された作業流体及び気化された加圧気体は第１の気体冷却ユニット７４１から垂直分離器４７へと流れる。垂直分離器４７において、液化された作業流体は、気化された加圧気体から重力によって分離する。補助ポンプ７５３は、液化された作業流体を、垂直分離器４７から、補助管９１３を通って下降管９０へと運ぶ。第２の圧縮器７５４は、垂直分離器４７において集められた、冷却された気化された作業流体を、保管所４６に入る前に第２の気体冷却ユニット７４２へと注入する。双方の気体冷却ユニット（７４１、７４２）は補助冷却熱流体を用いる。ここで、補助冷却熱流体は、第７群のバルブ９２７を制御した後、第３の補助回路７０８を通って、補助冷却熱回路１０４からガスステーション４３へと流れる。気化された作業流体及び加圧気体の圧力及び温度が広がっている上向きの導管４０において最適になると、加圧ガスステーション４３は制御を止め、開始制御の第３のステップを終了する。

終了ステップは、熱力学回路１０内の作業流体の流れを止める一群の同時制御から構成される（バルブに付された番号は開始制御のときと同じである）。第１群のバルブ９２１及び第２群のバルブ９２２は、液化された作業流体を、下降管９０及び蒸発器２０からポンプ７５７へと流し、ポンプ７５７から保管所４５へと戻すために制御される。タービン容器５２０を囲んでいる第６群のバルブ９２６は、下降管９０からの下降する液化された作業流体の流れを、補助の下向きの導管９１２に導くために制御され、衝動タービン５２に作用することを防ぐ。第３群のバルブ９２３及び第４群のバルブ９２４は、補助加熱熱流体が、蒸発器２０を通ることなく、補助加熱ユニット７３３から第２の補助回路７０６へ流れ、更にそこから、広がっている上向きの導管４０の熱管９６へ、及び、第２の補助回路７０７を通じて加圧ガスステーション４３へと流れるように制御される。第８群のバルブ９２８は、気化された作業流体を凝縮させるために、補助冷却熱回路７０４内を流れる補助冷却熱流体の一部を蒸発器２０へと導く。作業流体の回収が持続的に起こるため、熱力学回路１０における内部圧力は急激に低下する。閉ループ熱力学回路１０に沿った気化された作業流体の液化のために必要とされる圧力Ｐ２（図２Ａおよび２Ｂを参照されたい）を維持するために、加圧ガスステーション４３は余分な加圧気体を広がっている上向きの導管４０に注入する。これにより、閉ループ熱力学回路１０に沿った内部圧力が上昇する。作業流体が回収されると、加圧ガスステーション４３は、広がっている上向きの導管４０からの加圧気体の回収を開始し、内部圧力を減少させる。

通常の動作において、タービン容器５２０において、衝動タービン５２に作用した液化した作業流体の一部は、およそ、温度Ｔ０及び圧力Ｐ２で気化する。これは、凝縮器３０で得られる圧力と同じである。これにより、タービン容器５２０内で加圧気体の雲が生じ、タービン５２に作用した後タービン容器５２０におけるより下段において集められた作業流体の大部分の液化が促進される。なお、容器５２０における蓄積は重力によって生じ、そのレベルは持続的に計測され、モニター２１４される。

第５の実施形態を示す図９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ、９Ｅ、９Ｆを参照されたい。蒸発器２０、反動タービン５１、及び発電機６０は海底の高耐圧潜水容器（１０２、１０５）内に配置される。一方で、凝縮器３０は乾燥した陸上の丘の上に配置される。この第５の実施形態は、海の近くに高い山がなく、熱エネルギー変換装置の半分を海水面８３０よりも下に配置することが便利であるような地理的領域に用いられ、海の深さから利点を得る。

この第５の実施形態では、第１及び第２の実施形態のように、熱回路７０が凝縮器３０から蒸発器２０に熱を運ぶ。

第５の実施形態の第１のシナリオを示す図９Ｂおよび９Ｅを参照されたい。ソーラープラント３２０において、ソーラーパネル３２２を通じて太陽輻射によって外部熱流体７２３（例えば水）が熱せられる。暖かい外部熱流体７２３は熱プール３２３に格納され、ここから外部加熱回路７１３内を流れる。ここで、外部加熱回路７１３は、ポンプ７５５の作用によって加熱ユニット７３に接続されている。外部加熱回路７１３は、気体燃焼プラント３３０にも接続されている。外部熱流体７２３の温度が最適値よりも低いときに、気体燃焼プラント３３０では、外部熱流体７２３が期待燃焼炉３３１において燃焼する気体から熱を獲得する。このような状況は、季節及び天候上の理由によって太陽輻射が減少した場合に起こり得る。

第２のシナリオを示す図９Ｃを参照されたい。ここでは、熱ポンプ８０１が熱ユニット７３として動作し、太陽によって暖められた暖かい外部熱流体７２３を熱流体に転換する。

第３のシナリオを示す図９Ｄ及び９Ｆを参照されたい。ここでは、補助加熱熱流体が、地熱プラント３４０を通じて、地熱エネルギー３４１によって補助加熱ユニット７３３において加熱される。補助加熱熱流体は、ポンプ７６１の作用によって、補助加熱熱回路７０３内を流れ、加熱ユニット７３において、その熱を熱流体に与える。

第６の実施形態を示す図１０Ａおよび１０Ｂを参照されたい。この第６の実施形態では、熱力学回路１０は乾燥した陸上に配置され、凝縮器３０は山に配置され、蒸発器２０は川や湖の岸に配置される。広がっている上向きの導管４０は山側を上昇し、蒸発器２０と凝縮器３０とを接続する。この第６の実施形態では、熱回路７０は、凝縮器３０から蒸発器２０に熱を戻す。これは、第１、第２、及び第５の実施形態と同様である。本実施形態にとって、原子力発電所３５０は熱源であり、河や湖からの冷たい水８６がヒートシンクである。原子力発電所の反応炉３５１は熱ユニット７３として動作し、原子核反応から直接的に熱流体の熱を獲得する。川又は湖からの水８６は、ポンプ７８６の作用によって冷却ユニット７４に流れ込む前に２重に濾過される（７７２、７８２）。本実施形態の冷却ユニット７４は、プレート熱交換器のタイプである。川の水をヒートシンクとして用いる場合、非常に大きい川で、多量の流れがあり、河口の近くであることが好ましい。これは、川の水の熱公害を防ぐためである。環境を保護するために、川から転換された水によって形成される人工湖もヒートシンクとして用いられ得る。

第７の実施形態を示す図１１Ａを参照されたい。ここでは、熱力学回路１０が乾燥した陸上に配置され、凝縮器３０がタワーに配置され、蒸発器２０、タービン５１、及び発電機６０が地下に配置される。上向きの導管４０は、蒸発器２０と凝縮器３０とを垂直に接続するよう配置される本実施形態では、石炭火力発電所３６０が熱源となり、大気がヒートシンクとなる。第７の実施形態は、冷たい内陸性の地理的領域を想定している。存在する資源を最適化するため、蒸発器２０は廃坑に配置され得る。

本実施形態では、第１、第２、第５、及び第６の実施形態のように、熱回路７０が凝縮器３０から蒸発器２０に熱を戻す。補助熱回路７０６は熱回路７０からの暖かい熱流体を、広がっている上向きの導管４０の熱管９６へと導く。

石炭火力発電所３６０からの熱は、ポンプ７５５の作用により第１の外部加熱回路７１３内を流れる外部熱流体によって、熱ユニット７３へと運ばれる。２つのバルブ９９８は、第１の外部加熱回路７１３から第２の外部加熱回路７１４へと導かれる外部熱流体の流れを調整する。第２の外部加熱回路７１４は、冷却ユニット７４として動作する吸収熱ポンプ８０２に接続されている。吸収熱ポンプ８０２において、熱流体は、ポンプ７６２の作用によって、補助冷却熱回路７０４を通じて、吸収熱ポンプ８０２から、補助冷却ユニット７４４として動作する冷却タワー８０３へと流れる補助冷却流体に熱を与える。補助冷却ユニット７４４では、冷却熱流体は、より冷たい大気８７へ熱を与える。

本開示の異なる実施形態に記載したように、熱源は、例えば、熱帯の海水、太陽エネルギー、及び地熱エネルギーのように、自然であり再生可能であってもよいし、例えば、工業処理プラントからの排熱や、熱発電所（例えば、ガス燃焼、石炭燃焼、及び原子力発電所）において生成された熱、熱流体その他のように人工的であってもよい。ヒートシンクもまた、冷たい深海水、川や湖からの水、及び冷たい大気のように、自然であり、再生可能であってもよいし、熱流体を用いるときのように、人工的であってもよい。

全ての実施形態において、海水、湖の水、または川の水を熱源やヒートシンクとして用いるとき、加熱及び冷却ユニットは、海、湖、又は川の水を揚水する必要がないよう、海、湖、又は川の水準にあるべきである。

補助熱回路のポンプのような熱回路のポンプ、熱ポンプ、計測及びモニターユニット、中央処理装置（ＣＰＵ）、コントロールパネル（ＣＰ）、並びに、他の補助的な電子的及び電気的装置を動作させるために必要なエネルギーは、発電機から得ることができる。

本明細書に記載された全ての構成（添付の請求項、要約書及び図面を含む）は、特に明示がない限り、同一、同等、又は同様の目的を提供す代替的構成によって置き換えが可能である。それゆえ、特に明示がない限り、開示された各々の構成は、同等または同様の構成のより一般的な系の一例に過ぎない。

明細書および図面に記載された要素に対応する参照文字は、請求項における同じ要素の記載と関連性を有して用いられる。参照符号文字は、請求項に現れる他の数字や文字との混同を避けるため括弧内に記載される。参照文字の使用は、請求項の範囲に対して何らの影響を及ぼすものではない。それらは、請求項の理解を助けるために記載されているに過ぎない。

〔産業上の利用可能性〕
発電

一定温度における３つの異なる気体の気圧の変化を示すデータ表である。図１Ａの表Ｉからのデータのグラフによる表現である。異なる温度におけるＳＦ６として公式化される六フッ化硫黄の蒸気圧値の差異を示すデータ表である。図１Ｃの表ＩＩからのデータのグラフによる表現である。本開示における、熱エネルギー変換装置の基本的な機構を示す概略図である。図２ＡのＶ１の詳細の概略図であり、本開示において、気化した作業流体が広がっている上向きの導管の下部を、どのように通過して上昇するかを示している。図２ＡのＶ２の詳細の概略図であり、本開示において、気化した作業流体が広がっている上向きの導管の上部を、どのように通過して上昇するかを示している。図２ＡのＶ３の詳細の概略図であり、本開示において、下向きの導管を通過して流れる液化した作業流体を示している。図２ＡのＶ１の詳細の概略図であり、本開示において、加圧気体が、広がっている上向きの導管に位置する場合に、気化した作業流体が、広がる上向きの導管の下部において、加圧気体とどのように混合するかを示している。図２ＡのＶ２の詳細の概略図であり、本開示において、加圧気体が、広がっている上向きの導管に位置する場合に、気化した作業流体が、広がる上向きの導管の上部において、加圧気体とどのように混合するかを示している。本開示の動作の第１の例示的な機構における、熱源及びヒートシンクそれぞれを有する閉ループ熱力学回路の蒸発器と凝縮器との間の直接の熱移動を示すブロック図である。本開示の動作の第２の例示的な機構において、再生利用するために、熱回路を通じて凝縮器から蒸発器の中へ熱が運搬され、熱源とヒートシンクとの間の熱の直接の移動によって上記熱回路の温度が修正されることを示すブロック図である。本開示の動作の第３の例示的な機構における、補助加熱熱回路を通じた蒸発器と熱源との間の熱の間接的な移動、及び補助冷却熱回路を通じた凝縮器とヒートシンクとの熱の間接的な移動を示すブロック図である。本開示の動作の第４の例示的な機構において、再生利用するために、熱回路を通じて凝縮器から蒸発器の中へ熱が運搬され、補助加熱熱回路を通じて熱回路と熱源との間の熱が間接的に移動すること、及び補助冷却熱回路を通じて熱回路とヒートシンクとの間の熱が間接的に移動することを示すブロック図である。本開示の動作の第５の例示的な機構において、再生利用するために、熱回路を通じて凝縮器から蒸発器の中へ熱が運搬され、ヒートポンプ手段によって上記熱回路の温度が修正され、それによって同様に熱が熱源から熱回路へ転換されることを示す概略図である。図３Ｂ、図３Ｄ、及び図３ＥのＶ４の詳細を示す概略図であり、本開示において、熱回路を通って流れる熱流体が示されている。図３Ｃ及び図３ＤのＶ５の詳細を示す概略図であり、本開示において、補助加熱熱回路を通って流れる補助加熱熱流体が示されている。図３Ｃ及び図３ＤのＶ６の詳細を示す概略図であり、本開示において、補助冷却熱回路を通って流れる補助冷却熱流体が示されている。図３ＥのＶ７の詳細を示す概略図であり、本開示において、ヒートポンプを通って流れる上記ヒートポンプの作業流体が示されている。好ましい実施形態に係る本発明の基本的な機構を示す概略図であり、パワー抽出装置が反動タービンであり、再生利用するために、熱回路を通じて凝縮器から蒸発器の中へ熱が運搬されることを示している。好ましい実施形態に係る本発明の基本的な機構を示す概略図であり、パワー抽出装置が衝動タービンであり、再生利用するために、熱回路を通じて凝縮器から蒸発器の中へ熱が運搬されることを示している。第１の実施形態を示す概略図である。図５ＡのＶ８の詳細を示す概略図であり、広がっている上向きの導管の一部が示されており、気化した作業流体が上記上向きの導管を通じて上昇していることを示している。第１の実施形態の平面図である。１および２は、第１の実施形態の側面図である。浮遊容器のＩ−Ｉ’断面及びＶ−Ｖ’断面を示す立体斜視図である。浮遊容器のＩ−Ｉ’断面及びＶ−Ｖ’断面を示す立体斜視図である。浮遊容器のＩ−Ｉ’断面及びＶ−Ｖ’断面を示す立体斜視図である。タービン及び発電機の潜水容器のＩＩ−ＩＩ’断面、ＩＩＩ−ＩＩＩ’断面、及びＶ−Ｖ’断面を示す立体斜視図である。蒸発器の潜水容器のＩＶ−ＩＶ’断面及びＶ−Ｖ’断面を示す立体斜視図である。蒸発器の動作の一例を示す立体概略図である。凝縮器の動作の一例を示す立体概略図である。第２の実施形態を示す概略図である。図６ＡのＶ９の詳細を示す概略図であり、上向きの導管の一部を示している。気化した作業流体が、補助加圧気体と混合しつつ、広がっている上向きの導管を通じて上昇していることを示す。図６ＡのＶ１０の詳細を示す概略図であり、広がっている上向きの導管の鉛直下向きの高耐圧潜水容器と、蒸発器の潜水容器とを囲む外部容器を示している。図６ＡのＶ１１の詳細を示す概略図であり、下向きの管の外部容器を示す。第２の実施形態のヒートポンプの概略図である。第２の実施形態の平面図である。１、２および３は、第２の実施形態の側面図である。鉛直下向きの高耐圧潜水容器の外部容器のＶＩ−ＶＩ’断面、及びＶＩＩ−ＶＩＩ’断面を示す立体斜視図である。第３の実施形態を示す概略図である。第３の実施形態の立体斜視図である。第４の実施形態を示す概略図である。第４の実施形態の補助ガスステーションを示す概略図である。第４の実施形態の立体斜視図である。第５の実施形態を示す概略図である。第５の実施形態の第１のシナリオを示す概略図である。第５の実施形態の第２のシナリオを示す概略図である。第５の実施形態の第３のシナリオを示す概略図である。第５の実施形態の第１のシナリオの立体斜視図である。第５の実施形態の第３のシナリオの立体斜視図である。第６の実施形態を示す概略図である。第６の実施形態の立体斜視図である。第７の実施形態を示す概略図である。第７の実施形態の立体斜視図である。

Claims

閉ループ熱力学回路及び閉ループ熱回路を備えた熱エネルギー変換装置であって、
上記閉ループ熱力学回路は、
上記閉ループ熱力学回路中の加圧された作業流体と、
上記閉ループ熱力学回路の最下段に設置された少なくとも１つの蒸発器ユニットと、
上記蒸発器ユニットを有する流体通路にあり、且つ上記蒸発器ユニットに接続されている少なくとも１つの広がっている上向きの導管であって、上記少なくとも１つの広がっている上向きの導管は、最終直径より小さい初期直径を有する、少なくとも１つの広がっている上向きの導管と、
上記広がっている上向きの導管を有する流体通路にあり、且つ上記広がっている上向きの導管の上段に接続された少なくとも一つの凝縮器ユニットと、
上記凝縮器ユニット及び蒸発器ユニットを有する流体通路にあり、且つ、上記凝縮器ユニットを上記蒸発器ユニットに接続する、少なくとも１つの下向きの導管であって、上記少なくとも１つの下向きの導管は、上記閉ループ熱力学回路を閉じる、少なくとも１つの下向きの導管と、
上記少なくとも１つの下向きの導管を有する流体通路にあり、且つ上記下向きの導管に接続された少なくとも１つのパワー抽出装置と、をさらに備え、
上記作業流体は、サイクルを経由し、当該サイクルでは、上記蒸発器ユニットにおいて気化し、さらに、気化した作業流体は、上記蒸発器ユニットから出て、上記広がっている上向きの導管の中へ入り、上記凝縮器ユニットへ上昇し、上記凝縮器ユニットにおいて、上記気化した作業流体は、液化し、液化した作業流体は、上記凝縮器ユニットから出て、重力によって落下し、上記下向きの導管を通って、上記パワー抽出装置へ動力を供給し、上記パワー抽出装置から出た後に、上記液化した作業流体は上記蒸発器ユニットへ再び入り、自給式工程を完成させ、上述のサイクルを再始動するように、上記閉ループ熱力学回路は構成されており、
上記閉ループ熱回路は、
熱流体と、
少なくとも１つのポンプと、
少なくとも１つの加熱ユニットと、
少なくとも１つの冷却ユニットと、
上記閉ループ熱回路の上記加熱ユニット、及び上記閉ループ熱力学回路の上記蒸発器ユニットを有する流体通路にあり、且つ上記加熱ユニットを上記蒸発器ユニットに接続する少なくとも１つの管と、
上記閉ループ熱回路の上記冷却ユニット、及び上記閉ループ熱力学回路の上記蒸発器ユニットを有する流体通路にあり、且つ上記蒸発器ユニットを上記冷却ユニットに接続する少なくとも１つの管と、
上記閉ループ熱回路の上記冷却ユニット、及び上記閉ループ熱力学回路の上記凝縮器ユニットを有する液体通路にあり、且つ上記冷却ユニットを上記凝縮器ユニットに接続する少なくとも１つの管と、
上記閉ループ熱回路の上記加熱ユニット、及び上記閉ループ熱力学回路の上記凝縮器ユニットを有する液体通路にあり、且つ上記凝縮器ユニットに上記加熱ユニットを接続し、且つ上記閉ループ熱回路を閉じる少なくとも１つの管と、を備え、
上記熱流体は、上記ポンプの動作によって上記閉ループ熱回路を通って流れ、上記加熱ユニットへ入り、上記熱流体は加熱され、
上記熱流体は、上記加熱ユニットから上記蒸発器ユニットの中へ流れ、上記熱流体は、熱を上記液化した作業流体へ与え、一方で、上記熱流体が冷却され、
上記熱流体は、上記蒸発器ユニットから上記冷却ユニットの中へ流れ、上記熱流体は、冷却され、
上記熱流体は、上記冷却ユニットから上記凝縮器ユニットの中へ流れ、上記気化した作業流体が冷却される一方で、上記熱流体は、上記気化した作業流体から熱を獲得し、
上記熱流体は、上記凝縮器ユニットから該加熱ユニットの中へ再び流れ戻り、上記閉ループ熱回路を閉じ、上述のサイクルを再始動するように、上記閉ループ熱回路は構成されている、
ことを特徴とする熱エネルギー変換装置。
上記加熱ユニット及び上記冷却ユニットは、それぞれ、ヒートポンプの凝縮器ユニット及び蒸発器ユニットであり、熱は、熱力学回路の上記蒸発器ユニットから流れる熱流体から、上記熱力学回路の上記凝縮器ユニットから流れるより暖かい熱流体へ転換される、
ことを特徴とする請求項１に記載の熱エネルギー変換装置。
上記パワー抽出装置は、タービンである、
ことを特徴とする請求項１に記載の熱エネルギー変換装置。
上記パワー抽出装置は、発電機に接続している、
ことを特徴とする請求項１に記載の熱エネルギー変換装置。
上記広がっている上向きの導管は、熱源を備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載の熱エネルギー変換装置。
上記熱源は、反対の２つの方向に温かい熱流体が流れる二重壁の複数の熱管である、
ことを特徴とする請求項５に記載の熱エネルギー変換装置。
上記作業流体は、六フッ化硫黄、又はヘキサフルオロエタンである、
ことを特徴とする請求項１に記載の熱エネルギー変換装置。
上記熱流体は、脱塩水である、
ことを特徴とする請求項１に記載の熱エネルギー変換装置。
上記広がっている上向きの導管の内部に、上記作業流体よりモル質量が小さい加圧気体をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の熱エネルギー変換装置。
上記加圧気体は、ヘリウム又は窒素である、
ことを特徴とする請求項９に記載の熱エネルギー変換装置。
測定及び監視を行う複数のユニットをさらに備え、
上記測定及び監視を行う複数のユニットは、上記閉ループ熱力学回路に配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の熱エネルギー変換装置。
上記熱エネルギー変換装置は、海上浮遊プラットフォームに設置されており、
上記海上浮遊プラットフォームは、
浮遊容器を備え、当該容器は、凝縮器ユニットを備え、
相互連結された潜水容器の一群は、上記浮遊容器から吊るされ、
潜水容器の上記一群は、上記蒸発器ユニットと、上記上向きの導管と、上記パワー抽出装置と、を備え、
下向きの導管は、上記凝縮器ユニットを、上記蒸発器ユニットに接続する、
ことを特徴とする請求項１に記載の熱エネルギー変換装置。
上記上向きの導管を含む上記潜水容器、上記蒸発器ユニットを含む上記潜水容器、及び上記下向きの導管は、それぞれ、熱分離のための温かい海水又は冷たい海水が流れる外部容器によって囲まれている、
ことを特徴とする請求項１１に記載の熱エネルギー変換装置。
閉ループ熱力学回路、閉ループ熱回路及びヒートポンプを備えた熱エネルギー変換装置であって、
上記閉ループ熱力学回路は、
上記閉ループ熱力学回路中の加圧された作業流体と、
上記閉ループ熱力学回路の最下段に設置された少なくとも１つの蒸発器ユニットと、
上記蒸発器ユニットを有する流体通路にあり、且つ上記蒸発器ユニットに接続されている少なくとも１つの広がっている上向きの導管であって、上記少なくとも１つの広がっている上向きの導管は、最終直径より小さい初期直径を有し、且つ熱源が備えられている、少なくとも１つの広がっている上向きの導管と、
上記広がっている上向きの導管を有する流体通路にあり、且つ上記広がっている上向きの導管の上段に接続された少なくとも一つの凝縮器ユニットと、
上記凝縮器ユニット及び蒸発器ユニットを有する流体通路にあり、且つ、上記凝縮器ユニットを上記蒸発器ユニットに接続する、少なくとも１つの下向きの導管であって、上記少なくとも１つの下向きの導管は、上記閉ループ熱力学回路を閉じる、少なくとも１つの下向きの導管と、
上記少なくとも１つの下向きの導管を有する流体通路にあり、且つ上記下向きの導管に接続された少なくとも１つのパワー抽出装置と、をさらに備え、
上記作業流体は、サイクルを経由し、当該サイクルでは、上記蒸発器ユニットにおいて気化し、さらに、気化した作業流体は、上記蒸発器ユニットから出て、上記広がっている上向きの導管の中へ入り、上記凝縮器ユニットへ上昇し、上記凝縮器ユニットにおいて、上記気化した作業流体は、液化し、液化した作業流体は、上記凝縮器ユニットから出て、重力によって落下し、上記下向きの導管を通って、上記パワー抽出装置へ動力を供給し、上記パワー抽出装置から出た後に、上記液化した作業流体は上記蒸発器ユニットへ再び入り、自給式工程を完成させ、上述のサイクルを再始動するように、上記閉ループ熱力学回路は構成されており、
上記閉ループ熱回路は、
熱流体と、
少なくとも１つのポンプと、
上記ヒートポンプの上記凝縮器ユニットを有する熱伝達路における少なくとも１つの加熱ユニットと、
上記ヒートポンプの上記蒸発器ユニットを有する熱伝達路における少なくとも１つの冷却ユニットと、
上記閉ループ熱回路の上記加熱ユニット、及び上記閉ループ熱力学回路の上記蒸発器ユニットを有する流体通路にあり、且つ上記加熱ユニットを上記蒸発器ユニットに接続する少なくとも１つの管と、
上記閉ループ熱回路の上記冷却ユニット、及び上記閉ループ熱力学回路の上記蒸発器ユニットを有する流体通路にあり、且つ上記蒸発器ユニットを上記冷却ユニットに接続する少なくとも１つの管と、
上記閉ループ熱回路の上記冷却ユニット、及び上記閉ループ熱力学回路の上記凝縮器ユニットを有する液体通路にあり、且つ上記冷却ユニットを上記凝縮器ユニットに接続する少なくとも１つの管と、
上記閉ループ熱回路の上記加熱ユニット、及び上記閉ループ熱力学回路の上記凝縮器ユニットを有する液体通路にあり、且つ上記凝縮器ユニットに上記加熱ユニットを接続し、且つ上記閉ループ熱回路を閉じる少なくとも１つの管と、を備え、
上記熱流体は、上記ポンプの動作によって上記閉ループ熱回路を通って流れ、上記加熱ユニットへ入り、上記熱流体は加熱され、
上記熱流体は、上記加熱ユニットから上記蒸発器ユニットの中へ流れ、上記熱流体は、熱を上記液化した作業流体へ与え、一方で、上記熱流体が冷却され、
上記熱流体は、上記蒸発器ユニットから上記冷却ユニットの中へ流れ、上記熱流体は、冷却され、
上記熱流体は、上記冷却ユニットから上記凝縮器ユニットの中へ流れ、上記気化した作業流体が冷却される一方で、上記熱流体は、上記気化した作業流体から熱を獲得し、
上記熱流体は、上記凝縮器ユニットから該加熱ユニットの中へ再び流れ戻り、上記閉ループ熱回路を閉じ、上述のサイクルを再始動するように、上記閉ループ熱回路は構成されている、
ことを特徴とする熱エネルギー変換装置。
上記パワー抽出装置は、タービンである、
ことを特徴とする請求項１４に記載の熱エネルギー変換装置。