JP6871588B2

JP6871588B2 - 発電装置および該装置を用いた発電方法

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Publication number: JP6871588B2
Application number: JP2016185252A
Authority: JP
Inventors: 眞一郎湯村
Original assignee: Ｉｉｃ株式会社
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2021-05-12
Anticipated expiration: 2036-09-23
Also published as: JP2018048605A

Description

本発明は、大気中の熱を用いて効率よく発電する発電装置およびこの発電装置を用いた発電方法に関する。

電力は現代社会において欠かすことのできないインフラの要素であり、水力、火力、原子力、風力、地熱、太陽光など種々のエネルギーソースが用いられている。特に近年、水力、火力、原子力などのエネルギー源に変わって、太陽光発電、風力発電、地熱発電のような再生可能なエネルギー源を利用した発電が注目されている。
しかしながら、これらの発電を行うには、多大な設備費が必要となるなど、最終的に電力のコストが高くなるとの問題がある。

ところで我々の周囲には熱を含む大気があり、この大気を熱源とすることも理論的には可能であるが、大気中の熱エネルギーは希薄であるためにこの大気中の熱エネルギーを集めるのは効率が悪いと考えられており、このような大気中の熱エネルギーを積極的に利用することは行われていない。

大気中の熱を熱源として用いるシステムとしてヒートポンプがある。空気熱利用ヒートポンプとしては例えば特許文献１（特開２０１６−１３８７０２号公報）に記載されているように、主に給湯装置などとして利用されている。

また、例えば特許文献２（特開２０１１−０６９２３３号公報）に示されるように、集熱した熱を圧縮することにより高温にして利用するヒートポンプの用途の一つとして、高熱にした媒体を用いて発電をすることも知られている。ここで開示されているヒートポンプ発電システムは、太陽光の熱を集熱してこの集熱した媒体をヒートポンプのサイクル１１，２１，３２により圧縮して高温高圧になった熱媒体を発電サイクル（ランキンサイクル）の熱媒体と熱交換してタービンを回転させているのであり、このランキンサイクルでは熱媒体は圧縮されておらず、このランキンサイクルは単純な発電サイクルである。さらに、特許文献２ではエネルギー密度の高い太陽熱を利用する発電システムが示されており、大気中にある希薄な熱エネルギーを利用するという技術的思想は示されていない。

特開２０１６−１３８７０２号公報特開２０１１−０６９２３３号公報

本発明は大気中の熱を利用して有効に発電をする発電装置およびこの装置を用いた発電方法を提供することを目的としている。

本発明の発電装置は、大気中の熱を熱媒体１に吸熱すると共に該吸熱した熱媒体１で加熱サイクルの熱媒体２を加熱し、該熱媒体１で蒸気タービン発電サイクルを循環する熱媒体３を冷却する閉鎖された吸熱・冷却サイクルと、該吸熱・冷却サイクルの熱媒体１を用いて蒸気タービン発電サイクルの熱媒体３を加熱すべく熱媒体２を加熱する閉鎖された加熱サイクルと、該加熱サイクルの熱媒体２で加熱された熱媒体３を用いてタービン発電機を駆動させると共に導出された熱媒体３を冷却する閉鎖された蒸気タービン発電サイクルとを有する発電装置であって、
上記吸熱・冷却サイクルは、大気中の熱を熱媒体１に吸収する空気熱交換器１１と、該熱媒体１を圧縮するコンプレッサーＣ２と、該圧縮された熱媒体１を配管壁を介して加熱サイクルの熱媒体２と交流接触させる熱交換器１５と、該熱交換器１５で熱交換された熱媒体１を膨張させて該熱媒体１の温度を下げる膨張弁と、該熱媒体１と蒸気タービン発電サイクルのタービン発電機から導出された熱媒体３とを配管壁を介して交流接触させる蒸発器１９と、該熱媒体１を上記空気熱交換器１１に戻す閉鎖された第一の熱交換回路とを有し、
上記加熱サイクルは、該加熱サイクルを循環する熱媒体２を吸熱・冷却サイクルの熱媒体１と配管壁を介して交流接触させる上記熱交換器１５と、該熱交換器１５で加熱された熱媒体２を圧縮するコンプレッサーＣ３と、該圧縮された熱媒体２を蒸気タービン発電サイクルの熱媒体３と配管を介して交流接触させる凝集器２６と、該熱媒体２を上記熱交換器１５に戻す閉鎖された第二の熱交換回路とを有し、
上記蒸気タービン発電サイクルは、冷却された熱媒体３を圧縮する圧縮ポンプと、該圧縮された熱媒体３を、熱媒体２と配管壁を介して交流接触させて加熱する上記凝集器２６と、該凝集器２６によって加熱された熱媒体３により駆動するタービン発電機と、該タービン発電機から導出された熱媒体３を吸熱・冷却サイクルの熱媒体１と配管壁を介して交流接触させる上記蒸発器１９とからなる閉鎖された第三の熱交換回路とを有することを特徴としている。

本発明の発電装置は、上記加熱サイクルの熱交換器とコンプレッサーＣ３との間に、クッションタンクを有することが好ましい。
本発明の発電装置は、上記加熱サイクルと、蒸気タービン発電サイクルとの間に、閉鎖された安定化サイクル１を有することが好ましい。

本発明の発電装置は、上記蒸気タービン発電サイクルと吸熱・冷却サイクルとの間に、閉鎖された安定化サイクル２を有することが好ましい。
本発明の発電装置は、吸熱・冷却サイクルで加熱した熱媒体１を用いて直接蒸気タービン発電サイクルの熱媒体３を加熱することもできる。

本発明では蒸気タービン発電サイクルのタービン発電機から排出された熱媒体３を、冷却水を循環させた水冷冷却サイクルで冷却することもできる。
本発明の発電方法は、空気熱交換器１１において熱媒体１に大気中の熱を吸熱させた後、コンプレッサーＣ２で該熱媒体１を加圧して該熱媒体１の温度および圧力を上げて熱交換器１５に供給し、該熱交換器１５で加熱サイクルの熱媒体２と該熱媒体１とを配管壁を介して交流接触させて熱媒体１で熱媒体２を加熱し、該熱交換器１５から導出された熱媒体１を膨張弁に送り膨張させることにより該熱媒体１の温度および圧力を下げた後、蒸気タービン発電サイクルのタービン発電機から導出された熱媒体３と該熱媒体１とを蒸発器１９で配管壁を介して交流接触させ、次いで、該熱媒体１を上記空気熱交換器１１に戻す閉鎖された吸熱・冷却サイクルと、
上記熱交換器１５で加熱された熱媒体２をコンプレッサーＣ３で加圧した後、凝集器２６に供給して、蒸気タービン発電サイクルの熱媒体３と配管壁を介して交流接触させることにより該熱媒体３を加熱した後、該熱媒体２を上記熱交換器１５に導入する加熱サイクルと、
上記蒸発器１９で、吸熱・冷却サイクルの熱媒体１で冷却された上記蒸気タービン発電サイクルの熱媒体３を圧縮ポンプで圧縮し、該圧縮された熱媒体３を上記凝集器２６に供給して、上記加熱サイクルの熱媒体２と配管壁を介して交流接触して加熱した後、該熱媒体３をタービン発電機に導入して該タービン発電機を駆動させて発電し、次いで該熱媒体３を上記蒸発器１９に導入して冷却する発電工程を有することを特徴としている。

本発明の発電方法は、上記加熱サイクルの熱交換器とコンプレッサーＣ３との間に、クッションタンクを有することが好ましい。
本発明の発電方法は、上記加熱サイクルと、蒸気タービン発電サイクルとの間に閉鎖された安定化サイクル１を有することが好ましい。
本発明の発電方法は、上記蒸気タービン発電サイクルと吸熱・冷却サイクルとの間に、閉鎖された安定化サイクル２を有することが好ましい。

本発明により大気中の熱を有効に利用して、効率よく発電を行うことができる。

図１は、本発明の発電装置の回路の一例を示す回路図である。図２は、本発明の好適な発電装置の回路に一例を示す回路図である。図３は、本発明の発電装置の他の態様を示す回路図である。

本発明の発電装置は、図１および図２に示すように、それぞれ独立して閉鎖された、３つの熱媒体循環サイクルからなる熱交換回路を有する。また、図２に示すように、３つの熱媒体循環サイクルからなる熱交換回路に加えて、２つの安定化循環サイクル（IV）、（V）を有することもできる。

（I）大気中の熱を熱媒体１に吸熱すると共に加熱サイクルの熱媒体２を加熱し、該熱媒体１を蒸発器に送り蒸気タービン発電サイクルから導出された熱媒体３を冷却する閉鎖された吸熱・冷却サイクルからなる第一の熱交換回路。
（II）この吸熱・発熱サイクルの熱媒体１を用いて蒸気タービン発電サイクルの熱媒体３を加熱すべく熱媒体２を加熱する閉鎖された加熱サイクルからなる第二の熱交換回路。
（III）この加熱サイクルの熱媒体２で加熱された熱媒体３を用いてタービン発電機を駆動させると共に、導出された熱媒体３を冷却する閉鎖された蒸気タービン発電サイクルからなる第三の熱交換回路。

さらに、加熱サイクル（II）と蒸気タービン発電サイクル（III）との間に、独立して閉鎖された（IV）安定化サイクル１を有することが好ましい。
また、蒸気タービン発電サイクル（III）と吸熱・冷却サイクル（I）との間に独立して閉鎖された（V）安定化サイクル２を有することが好ましい。

以下本発明の発電装置を構成するサイクルについて、具体的な例を挙げながら説明する。
上記の第一の熱交換回路である吸熱・冷却サイクル（I）は、熱媒体１が配管を循環する閉鎖された循環回路である。

本発明の第一の熱交換回路である吸熱・冷却サイクル（Ｉ）の配管内を循環する熱媒体１としては、ＣＯ₂、アンモニア、1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン（1,1,1,3,3- Pentafluoropropane（R245fa））、R407、R404、R134a等の媒体及びこれらの混合媒体などを挙げることができる。特に本発明では吸熱・冷却サイクル（I）を循環する熱媒体１としてR245fa（1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン）を用いることが好ましい。R245faは、オゾン破壊係数（ODP）がゼロであり、地球に優しい熱媒体である。

このような熱媒体１が通過する配管５１を有する第一の熱交換回路である吸熱・冷却サイクルは、例えば１５〜４５℃の大気から熱を熱媒体１に吸熱する空気熱交換器１１を有する。この空気熱交換器１１には、通常は多数のフィン（図示なし）が形成されており、大気中の熱をフィンが形成された配管内を通過する熱媒体１に吸熱できるような構成を有する。

上記のように、例えば１５〜４５℃の大気中の熱を熱媒体１に吸収する空気熱交換器を通過することにより、この熱交換器で、熱媒体１を例えば３０℃、０．１７８ＭＰａ〜４５℃、０．２８７ＭＰａに加熱・加圧することができる。

次いでこの熱媒体１を配管５１を介してコンプレッサーＣ２（１３）に送り、熱媒体１を圧縮することにより、熱媒体１を例えば７０℃，０．５１０ＭＰａ〜１２０℃、１．９２７ＭＰａの高温高圧媒体とすることができる。

次いでこの熱媒体１を配管５２を介して熱交換器１５に送り込む。
この熱交換器１５には上方から配管６１を介して、第二の熱交換回路である加熱サイクル（II）を循環する熱媒体２が送られてきており、他方、下方からは配管５３と接合した配管５２から上記の熱媒体１が送られてきており、配管５３を流れる熱媒体１と配管６２を流れる熱媒体２とは配管壁を介して交流接触して配管５３を流れる熱媒体１の熱で配管６２内を流れる熱媒体２が加熱される。

具体的には配管６１から供給される熱媒体２は例えば７０℃、０．６１０ＭＰａ〜１２０℃、１．９２７ＭＰａであり、配管５２から供給される熱媒体１は例えば７０℃、０．５１０ＭＰａ〜１２０℃、１．９２７ＭＰａの高温高圧媒体であるが、熱交換器１５を通過することにより、加熱サイクル（II）の熱媒体２は、例えば６０℃、０．４６３ＭＰａ〜１１０℃、１．５７０ＭＰａとなり配管６３を介してクッションタンク２１に送られる。

一方、熱交換器１５を配管５４で導出された熱媒体１は例えば７０℃、０．６１０ＭＰａ〜１２０℃、１．９２７ＭＰａに冷却されて配管５４から膨張弁（冷却装置）１７に送られる。

この膨張弁（冷却装置）１７内にはノズル（図示なし）が設けられており、配管５４から供給された熱媒体１は、ノズルから噴き出して一挙に膨張することにより、例えば３０℃、０．１７８ＭＰａ〜４５℃、０．２８７ＭＰａに冷却される。この冷却された熱媒体１は配管５５を介して蒸気タービン発電サイクル（III）の蒸発器１９内に配置された配管５６に送られる。

蒸発器１９内には蒸気タービン発電サイクル（III）側から、タービン発電機３１から導出された熱媒体３が上方から配管７６に供給されており、熱媒体１と熱媒体３とは配管５
６および配管７６の双方の配管壁を介して交流接触する。

すなわち、配管５６には、配管５５から、例えば３０℃、０．１７８ＭＰａ〜４５℃、０．２８７ＭＰａの熱媒体１が下方から供給され、他方、タービン発電機側からは、配管７５を介して配管７６に上方から３５℃、０．２１２ＭＰａ〜４０℃、０．２５１ＭＰａの熱媒体３が供給され、熱媒体３と熱媒体１とは配管５６および配管７６の配管壁を介して交流接触する。

このように熱媒体３と交流接触することにより、熱媒体１の温度は３０℃、０．１７８ＭＰａ〜４５℃、０．２８７ＭＰａに上昇して、配管５７を介して空気熱交換器１１に戻されて、吸熱・冷却サイクルを循環して吸熱・冷却回路を形成する。

上記のように吸熱・冷却サイクル（I）を循環した熱媒体１は、加熱サイクル（II）と熱交換器１５で配管壁を介して熱媒体２と交流接触して熱媒体２を加熱するが、この加熱サイクル（II）で使用する熱媒体２としては、例えばＣＯ₂、アンモニア、1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン（1,1,1,3,3- Pentafluoropropane（R245fa））、R407、R404、R134a等の媒体及びこれらの混合媒体などを挙げることができる。特に本発明では加熱サイクル（II）を循環する熱媒体２としてR245fa（1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン）を用いることが好ましい。

この熱媒体２は熱交換器１５により、例えば６５℃、０．５３７ＭＰａ〜８５℃、０．８９３ＭＰａに加熱されてクッションタンク２１に送られて、一時このクッションタンクに貯蔵された後、配管６４を介してコンプレッサーＣ３（２４）に送られる。この熱媒体２は、コンプレッサーＣ３（２４）で圧縮されて、例えば８０℃、０．７８９ＭＰａ〜１３０℃、２．３４４ＭＰａの圧縮熱媒体になり配管６５を通って凝集器２６内の上方から配管６６に供給される。

この凝集器２６には、下方から蒸気タービン発電サイクル（III）の熱媒体３が配管７２を介して配管７３に導入されており、上記配管６６を通る熱媒体２と配管７３を通る熱媒体３とは配管壁を介して交流接触し、熱媒体２の有する熱によって、熱媒体３は加熱される。

上記のようにして熱交換した熱媒体２は例えば７０℃、０．６１０ＭＰａ〜１２０℃、１．９２７ＭＰａになり、配管６１を通って熱交換器１５に戻されて、閉鎖された加熱サイクル（II）を循環し、加熱回路を形成する。

この凝集器２６では、直接熱媒体２と熱媒体３とが配管壁を介して交流接触しているが、図２に示されるように、この熱媒体２と熱媒体３との交流接触を安定化サイクル１（IV）を介して行うこともできる。

図２に示されるように、安定化サイクル１（IV）は、熱媒体４を循環させる為に設けられた凝集器１（２６ａ）を通る配管８１と凝集器２（２６ｂ）を通る配管８３とが配管８２及び８４で接続された閉鎖サイクルであり、独立した安定化循環回路である。

この安定化サイクル１（IV）では、凝集器１（２６ａ）の配管６６には、上方から加熱サイクル（II）の配管６５からコンプレッサーＣ３（２４）で例えば８０℃、０．７８９ＭＰａ〜１３０℃、２．３４４ＭＰａに圧縮された熱媒体２が導入される。一方、安定化サイクル１（IV）では、例えば７０℃、０．６１０ＭＰａ〜１２０℃、１．９２４ＭＰａの熱媒体４が配管８４から凝集器１（２６ａ）内の配管８１に下方から導入され、上記の配管６６に流れる熱媒体２と配管８１を流れる熱媒体４とが配管壁を介して交流接触し、熱媒体２の熱によって熱媒体４が加熱される。このような交流接触の結果、熱媒体４は、例えば８０℃、０．７８９ＭＰａ〜１３０℃、２．３４４ＭＰａに加熱されて配管８２から凝集器２（２６ｂ）内の配管８３に上方から導入される。この凝集器２（２６ｂ）には、蒸気タービン発電サイクル（III）の圧縮ポンプ３３で、例えば６７℃、０．５６５ＭＰａ〜１１７℃、１．８２０ＭＰａに加圧された熱媒体３が配管７２を介して凝集器２（２６ｂ）内部の配管７３に下方から導入されており、上記の配管８３を上方から下方に通る安定化サイクル１（IV）の熱媒体４と配管壁を介して交流接触する。

このような交流接触により、安定化サイクル１（IV）の熱媒体４は、例えば７０℃、０．６１０ＭＰａ〜１２０℃、１．９２４ＭＰａになり、安定化サイクル１（IV）内を循環する。

なお、この安定化サイクル１（IV）で使用する熱媒体４は、特に制限はないが、例えばＣＯ2、アンモニア、1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン（1,1,1,3,3- Pentafluoropropane（R245fa））、R407、R404、R134a等の媒体及びこれらの混合媒体などを挙げることができる。特に本発明では安定化サイクル１（IV）を循環する熱媒体４としてR245fa（1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン）を用いることが好ましい。

このように安定化サイクル１（IV）を設けることにより、加熱サイクル（II）から蒸気タービン発電サイクル（III）への熱の供給を安定化させることができ、蒸気タービン発電サイクル（III）のタービン発電機３１で発電される電力が安定する。

なお、上記の説明は、安定化サイクル１（IV）の熱媒体４を介して加熱サイクル（II）の熱媒体２で蒸気タービン発電サイクル（III）の熱媒体３を加熱する態様を示すものであるが、本発明では、上記加熱サイクル（II）および安定化サイクル１（IV）を設けることなく、吸熱・冷却サイクル（I）を循環する熱媒体１を凝集器２６に直接導入して蒸気タービン発電サイクル（III）の熱媒体３を直接加熱することもできる。

本発明において第三の熱交換回路である蒸気タービン発電サイクル（III）は、蒸発器１９と、圧縮ポンプ３３と、凝集器２６と、タービン発電機３１とが配管で連結され、この配管内を熱媒体３が流動する閉鎖された循環サイクルである。

この蒸気タービン発電サイクル（III）で使用される熱媒体３は、例えばＣＯ₂、アンモニア、1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン（1,1,1,3,3- Pentafluoropropane（R245fa））、R407、R404、R134a等の媒体及びこれらの混合媒体などを挙げることができる。特に本発明では蒸気タービン発電サイクル（III）を循環する熱媒体３としてR245fa（1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン）を使用することが好ましい。R245faは、沸点が常圧で１５．３℃であり、発電機のタービンを効率的に回転させることができる熱媒体であると共に、オゾン破壊係数（ODP）がゼロであり、地球に優しい熱媒体である。

図１に示すように、蒸気タービン発電サイクル（III）においては、蒸発器１９から配管７１を介して送られた例えば３０℃、０．１７８ＭＰａ〜３５℃、０．２１２ＭＰａの熱媒体３は、圧縮ポンプ３３で例えば６０℃、０．４６３ＭＰａ〜１１０℃、１．５７０ＭＰａに加圧される。この加圧された熱媒体３を配管７２を介して、凝集器２６の配管７３に下方から導入する。

凝集器２６には加熱サイクル（II）の熱媒体２が例えば８０℃、０．７８９ＭＰa〜１３０℃、２．３４４ＭＰａに加熱されて配管６５から凝集器２６内の配管６６に上方から導入されており、配管６６に導入された加熱サイクル（II）の熱媒体２と配管７３に導入された蒸気タービン発電サイクル（III）の熱媒体３と配管壁を介して交流接触することにより、熱媒体３は例えば６７℃、０．５６５ＭＰａ〜１１７℃、１．８２０ＭＰａに加熱され、配管７４を通ってタービン発電機３１に導入される。

タービン発電機３１には、熱媒体３によって回転するタービンと、このタービンの回転によって発電する発電部とが設けられており、加熱・加圧状態にある上記熱媒体３を導入することにより５００〜１０００Ｋｗ／ｈの発電をすることができる。なお、本発明で使用するタービン発電機の種類に特に制限はなく、熱媒体３で駆動するタービン発電機であればいずれの形式のタービン発電機を使用することができる。

上記のようにしてタービン発電機３１で発電した後、熱媒体３は配管７５から導出されるが、このときの熱媒体３は例えば３５℃、０．２１２ＭＰａ〜４０℃、０．２５１ＭＰａの温度と圧力を有する。

この熱媒体３は、蒸発器１９の配管７６に配管７５を介して上方から導入される。この蒸発器１９には、吸熱・冷却サイクル（I）から配管５５を介して例えば３０℃、０．１７８ＭＰａ〜４５℃、０．２８７ＭＰａの熱媒体１が蒸発器１９内の配管５６に下方から導入されており、配管７６の熱媒体３と配管５６の熱媒体１とが配管壁を介して交流接触することにより、熱媒体３は、例えば３０℃、０．１７８ＭＰａ〜３５℃、０．２１２ＭＰａに冷却され、配管７１により圧縮ポンプ３３に送られ、蒸気タービン発電サイクル（III）を循環する。

他方、蒸発器１９の配管５６内を通って、配管７６の熱媒体３と交流接触した熱媒体１は、例えば３０℃、０．１７８ＭＰａ〜４５℃、０．２８７ＭＰａに加熱され、配管５７を通って空気熱交換器１１に送られ、吸熱・冷却サイクル（I）を循環する。

なお、本発明において、図２に示すように、上記の蒸発器１９は、閉鎖された安定化サイクル２（V）を介して、吸熱・冷却サイクル（I）と蒸気タービン発電サイクル（III）とを接続させることもできる。

安定化サイクル２（V）は、熱媒体５を循環させる配管９１と、配管９１から蒸発器１（１９ａ）の下方から上方に向かって熱媒体５を移動させる配管９２と、蒸発器１（１９ａ）の上方から導出された熱媒体５を循環させる配管９３と、配管９３からの熱媒体５を蒸発器２（１９ｂ）内を上方から下方に向かって循環させる配管９４を有する閉鎖された循環サイクルを有している。

配管９１における熱媒体５は例えば２５℃、０．１５０ＭＰａ〜３５℃、０．２１２ＭＰａであり、この配管９１から蒸発器１（１９ａ）の下方から上方に向かって配管９２内を流れる。他方、この蒸発器１（１９ａ）には、蒸気タービン発電サイクル（III）のタービン発電機３１から配管７５を介して蒸発器１（１９ａ）の上方から下方に向かって配管７６が配置されており、配管７６の熱媒体３と配管９２の熱媒体５とは配管壁を介して交流接触する。配管７５から蒸発器１（１９ａ）の配管７６に導入される熱媒体３は例えば３５℃、０．２１２ＭＰａ〜４０℃、０．２５１ＭＰａであり、蒸発器１（１９ａ）で熱媒体５と交流接触することにより、熱媒体３は例えば３０℃、０．１７８ＭＰａ〜３５℃、０．２１２ＭＰａに冷却される。

他方、蒸発器１（１９ａ）で交流接触した熱媒体５は、３０℃、０．１７８ＭＰａ〜４５℃、０．２８７ＭＰａに加熱されて蒸発器２（１９ｂ）の上方から下方に向かう配管９４に送られる。蒸発器２（１９ｂ）には膨張弁（冷却装置）１７から配管５５を介して蒸発器２（１９ｂ）の下方から上方に向かう配管５６が設けられており、この配管５５内を例えば２５℃、０．１５０ＭＰａ〜３５℃、０．２１２ＭＰａに冷却された熱媒体１が、
蒸発器２（１９ｂ）内を下方から上方に向かう配管５６内を流れて、配管９４内を上方から下方に向かって流れる熱媒体５と配管５６内を下方から上方に向かって流れる熱媒体１とが配管壁を介して交流接触することにより、熱媒体１は、例えば３０℃、０．１７８ＭＰａ〜４５℃、０．２８７ＭＰａに加熱され、配管５７を通って空気熱交換器１１に戻されて吸熱・冷却サイクル（I）を循環する吸熱・冷却回路を形成する。

他方、配管９４で熱媒体１と交流接触した熱媒体５は、例えば２５℃、０．１５０ＭＰａ〜３５℃、０．２１２ＭＰａに冷却されて配管９１に戻り、この安定化サイクル２（V）内を循環して安定化回路を形成する。

本発明において、安定化サイクルは、安定化サイクル１および安定化サイクル２の両者を設けても良いし、いずれか一方を設けてもよい。
このように３乃至５の熱交換回路である循環サイクルを組み合わせることにより、大気中の熱を吸収して５００ｋｗ／ｈ〜１０００ｋｗ／ｈの発電を行うことができる。特に２つの安定化サイクルを組み込んだ発電方法では、安定的に５００ｋｗ／ｈ〜１０００ｋｗ／ｈの発電を行うことができる。

本発明の発電方法において使用する電力は圧縮ポンプ、コンプレッサーＣ２、コンプレッサーＣ３によるものだけであり、これらのコンプレッサーを駆動させるための電力は発電機出力の６０〜３０％程度であり、実質的に２００ｋｗ／ｈ〜７００ｋｗ／ｈの範囲で発電を行うことができる。

このように本発明の発電装置を用いた発電方法では、地熱などの高い温源を用いることなく、大気中の熱を有効に利用して安定的に発電を行うことができる。
なお、本発明において「上方」、「下方」は便宜上付したものであり、これらは逆転していてもよく、水平であっても良い。

その他、本発明の発電装置および発電方法は、本発明の目的を損なわない範囲で適宜改変することができる。
例えば蒸気タービン発電サイクルのタービン発電機から排出された熱媒体３を、冷却水を循環させた水冷冷却サイクルで冷却することもできる。

例えば本発明の発電装置は、図３に示すように、空気熱交換器１１で集熱した熱媒体１をコンプレッサーＣ２（１３）で圧縮して凝集器２６の配管５３に導入する。この凝集器２６には圧縮ポンプ３３で圧縮された例えば１００℃、１．２６５ＭＰａの熱媒体３が配管７２を通って凝集器２６内に送り込まれており、配管壁を介して熱媒体１と熱媒体３とは交流接触することにより、熱媒体３は例えば１０７℃、１．４７８ＭＰａに加熱される。このように加熱された熱媒体３は、上記と同様にしてタービン発電機３１でタービンを回転させることにより、発電することができる。タービン発電機３１で発電することにより熱媒体３は例えば４０℃、０．２５１ＭＰａにまで保有エネルギーが減少する。この熱媒体３は通常の冷却サイクルで冷却することもできるが、図３に示すように冷却水循環サイクルの冷却水と配管壁を介して交流接触することにより、例えば３０℃の冷却水を４０℃に加熱する代わりに、熱媒体３を例えば３５℃、０．２１２ＭＰａまで冷却することができる。冷却水は配管１１２から冷却塔１０１内の配管１１４で配管壁を介して空気と接触して冷却され、循環ポンプ１０２により配管１１０に送られ配管１１１を介して配管１１２に送られ循環する。

１１・・・空気熱交換器
１３・・・コンプレッサーＣ２
１５・・・熱交換器
１７・・・膨張弁（冷却装置）
１９・・・蒸発器
１９ａ・・・蒸発器１
１９ｂ・・・蒸発器２
２１・・・クッションタンク
２４・・・コンプレッサーＣ３
２６・・・凝集器
２６ａ・・・凝集器１
２６ｂ・・・凝集器２
３１・・・タービン発電機
３３・・・圧縮ポンプ
１０１・・・冷却塔
１０２・・・循環ポンプ
５１〜５７・・・配管
６１〜６６・・・配管
７１〜７６・・・配管
８１〜８４・・・配管
９１〜９４・・・配管
１１０〜１１４・・・配管

Claims

空気熱交換器（１１）において熱媒体１である１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンに大気中の熱を吸熱させた後、コンプレッサーＣ２で該熱媒体１である１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンを加圧して該熱媒体１である１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンの温度および圧力を上げて熱交換器（１５）に供給し、該熱交換器（１５）で加熱サイクルの熱媒体２と該熱媒体１である１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンとを配管壁を介して交流接触させて熱媒体１である１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンで熱媒体２を加熱し、該熱交換器（１５）から導出された熱媒体１である１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンを膨張弁に送り膨張させることにより該熱媒体１である１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンの温度および圧力を下げた後、安定化サイクル２の熱媒体５と該熱媒体１である１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンとを蒸発器２（１９ｂ）で配管壁を介して交流接触させ、次いで、該熱媒体１である１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンを上記空気熱交換器（１１）に戻す閉鎖された吸熱・冷却サイクルと、
上記熱交換器（１５）で加熱された熱媒体２をコンプレッサーＣ３で加圧した後、凝集器１（２６ａ）に供給して、安定化サイクル１の熱媒体４と配管壁を介して交流接触させることにより該熱媒体４を加熱した後、該熱媒体２を上記熱交換器（１５）に導入する加熱サイクルと、
上記凝集器１（２６ａ）で加熱された熱媒体４を凝集器２（２６ｂ）に供給して、蒸気タービン発電サイクルにおいて圧縮ポンプで圧縮された熱媒体３と配管壁を介して交流接触させた後、該熱媒体４を上記凝集器１（２６ａ）に導入する閉鎖された循環サイクルである安定化サイクル１と、
上記蒸発器２（１９ｂ）で、吸熱・冷却サイクルの熱媒体１である１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンで冷却された熱媒体５を蒸発器１（１９ａ）に供給して、蒸気タービン発電サイクルのタービン発電機から導出された熱媒体３と配管壁を介して交流接触させた後、該熱媒体５を上記蒸発器２（１９ｂ）に導入する閉鎖された循環サイクルである安定化サイクル２と、
上記蒸発器１（１９ａ）で、安定化サイクル２の熱媒体５で冷却された上記蒸気タービン発電サイクルの熱媒体３を圧縮ポンプで圧縮し、該圧縮された熱媒体３を上記凝集器２（２６ｂ）に供給して、上記安定化サイクル１の熱媒体４と配管壁を介して交流接触して加熱した後、該熱媒体３をタービン発電機に導入して該タービン発電機を駆動させて発電し、次いで該熱媒体３を上記蒸発器１（１９ａ）に導入して冷却する発電工程を有することを特徴とする発電方法。
上記加熱サイクルの熱交換器（１５）とコンプレッサーＣ３との間に、クッションタンクを有することを特徴とする請求項１に記載の発電方法。