JP2010510433A - 単一循環ヒートポンプの発電装置 - Google Patents

Abstract

本件発明はヒートポンプ発電装置に関するものであり、特に一種の単一循環ヒートポンプの発電装置である。前記装置は空気中の無規則に運動する熱エネルギーをエネルギーの源として、その液体媒介物を気化させ、また高スピードの気流を発生する気化器と、前記高スピードの気流を動力として、機械的エネルギーを電気エネルギーに転化させるタービン発電機と、このタービン発電機から排出された排気を高温高圧気体に圧縮して、それを液化器に送るコンプレッサーから構成される。前記液化器は液体媒介物輸送管を通して気化器と繋がり、また熱交換方式で気化器と繋ぐこともできる。後者の方は前記高温高圧気体と気化器内の媒介物とを熱交換させることができる。更に熱交換後形成された常温液体媒介物を増圧ポンプで気化器まで送れる。本件発明の電気システムは閉路循環回路を使用するので、採熱と発電は同じ回路である。外部から電力を供給する必要はない。電気パワーをフィードバックさえすれば、ヒートポンプは自動的に回転する。そして、システム回転用の消費電力を補うだけでなく、余剰電力を外部へ送電できる。
【選択図】図３

Description

この発明はヒートポンプ発電装置に属するもので、特に一種の単一循環ヒートポンプの発電装置に関するものである。

伝統的な方法では、石炭、石油やその他の燃料を燃焼し、蒸気を発生させることによって発電装置を駆動している。燃焼により有害ガスが空気中に発生し、廃棄物残渣が多く発生する。

この単一循環ヒートポンプ発電装置においても熱が電気エネルギーに変換される。しかし、単一循環ヒートポンプ発電装置の熱は大気中から取り入れられ、燃焼を伴わない。ヒートポンプによって空気中の熱量を取り入れ、タービン発電機によって一定の法則によって運動するエネルギーに変換する。電気の一部は単一循環ヒートポンプ発電装置の運転を継続するために使用され、残りの電気は単一循環ヒートポンプ発電装置外部に放熱の形式で空気中に放出される。

中国特許２００４１００９７６００．０に、ヒートポンプと２個の閉路循環システムを取り入れた、双流体循環の発電設備のエネルギー源技術案が公開されている。循環の一つはヒートポンプによって熱を取り入れ、もう一つは熱機関と発電機の燃焼に使用する。熱量のフィードバックの仕組みは持たない。熱機関の方式で利用されているので、効率が非常に低い。加えて、熱機関循環ではイソブタンあるいはイソペンタンが使われ、これらは燃えやすく、危険で安全ではない。
中国特許２００４１００９７６００．０

本発明の目的は一種の単一循環システムを提供することである。熱機関の循環が要らない。システムから直接熱量を気化器にフィードバックし、それを利用する。効率が比較的高く、汚染も無い。また、中・低温凝縮媒質の単一循環ヒートポンプを使う発電装置である。

一種の単一循環ヒートポンプの発電装置であり、空気中の無規則に運動する熱エネルギーをエネルギーの源として、その中の液体媒介物を気化させ、高圧ガスを発生させる気化器と、前記高圧ガスが膨張した高スピードガス流を動力として、機械的エネルギーを電気エネルギーに転化させるタービン発電機と、タービン発電機から排出された排気ガスを集め、高温高圧気体に圧縮するコンプレッサーと、前記高温高圧ガスを液体媒介物にするため冷却する液化器を含み、前記液体媒介物は液化器と気化器を繋ぐパイプを通って、再び気化器へと送られる。

上述の発明目的を実現する技術案として、下記の通りでもよい。
一種の単一循環ヒートポンプの発電装置であり、空気中の無規則に運動する熱エネルギーをエネルギーの源として、液体媒介物を気化し、高スピードの気流を発生する気化器、前記高スピードの気流を動力として機械的エネルギーを電気エネルギーに転化するタービン発電機、タービン発電機から排出された排気を高温高圧気体に圧縮して液化器に送るコンプレッサー、および液化器から構成される。これは上記の技術案より重要な特徴をもつ。システム内に熱量のポジティブ・フィードバック、つまり前記液化器は前記高温高圧気体と前記気化器内の媒介物とを熱交換する仕組みがある。そして、熱交換後、形成された常温液体媒介物は増圧ポンプで気化器まで送られる。

単一循環ヒートポンプの発電装置には従来とは異なる利点がある。
まず空気中の熱量をエネルギー源とする。燃焼を伴わず無規則に運動するエネルギー（熱量）を一定の法則によって運動するエネルギー（電気）に変換するクリーン・プロセスである。なので、石炭、石油、燃焼ガスなどのどのような燃料もまったく必要としない。このため、排気ガスや排水、廃棄物残渣のような汚染は単一循環ヒートポンプの発電装置からは全く生じない。世界のエネルギー危機を緩和するため、また温暖化現象を改善するため、単一循環ヒートポンプの発電装置の機能は大変有効であり、世界でエネルギー革命が期待できる。

この発明は公知のヒートポンプの発電装置と比べ、システムは閉路循環を使っており、熱の取り込みと発電は同じ回路で行われる。ヒートポンプは熱量増幅器である。単一循環ヒートポンプの発電装置では増幅機能は十分に役立つ。媒介物は熱を吸収し、気化され、タービンと発電機を駆動し、発電させる。コンプレッサーに１ｋｗのパワーが与えられると、５ｋｗの熱量が得られ、発電機によって約３〜３．８ＫＷの電気が得られる。単一循環ヒートポンプの発電装置を駆動し続けるために、コンプレッサーに１ｋｗのフィードバックがあっても、残りの電力が外部のシステムを駆動するため供給される。単一循環ヒートポンプの発電装置は全くの自助型のシステムだと言うことができ、外部からの電力供給は必要としない。

具体的な実施方式：
下記のとおり図及び実施例を結びつけて、この発明を詳しく述べる。

実施例１は、図１のシステムフレームワーク図のように、一種の無熱交換式の単一循環ヒートポンプの発電装置（図２の通り）である。それは、液化器１、気化器２、コンプレッサー３、タービン４、発電機５、減圧増速特殊パイプ６、気密バルブ７、一方向バルブ８から構成されている。前記気化器２は液体媒介物１０を含み、その上、エア室及び高圧気体の排気口があるバケツ状の容器である。その高圧気体はパイプライン及び取り付けられた気密バルブ７を通して、減圧増速の特殊パイプ６と繋がる。その減圧増速の特殊パイプ６の高速ガス出口とタービン４が繋がる。タービン４の動力輸出軸が発電機５と繋がる。その排気出口がコンプレッサー３と繋がる。コンプレッサー３の高温高圧気体出口と液化器１が繋がる。その液化器１は螺旋管でも良いし、放熱板が付いたパイプラインでも良い。その常温液体媒介物出口はパイプラインに付けられたバルブを通して、気化器２と繋がる。発電機５は輸送電線回路で、コンプレッサー３と電気で繋がる。

無熱交換式単一循環ヒートポンプ発電装置の作動過程：
気密バルブ７を開くと、気化器２、液体媒介物１０は空気中の熱量を吸収して、気化した後、高圧気体になる。その高圧気体がパイプライン６を通って、減圧増速特殊パイプ６に入る。さらに膨張増速過程を経て、高速気流になり、タービン４に勢いよく流れる。発電機５を推し進め、動かして発電する。排気はコンプレッサー３で高圧高温気体媒介物に圧縮され、液化器１に入る。放熱を経て、常温液体媒介物になり、バルブ８を経て、気化器２に入る。空気中の熱量を吸収して、再気化をする。また、上記の手順を繰り返す。発電機５が発電した電力はシステム自体への使用以外に、余剰電力をシステム外で使用することもできる。

実施例２は図３のシステムフレームワークのように、単一循環ポジティブ・フィードバック・ヒートポンプ発電装置（図４の通り）である。それは液化器１、気化器２、コンプレッサー３、タービン４、発電機５、気密バルブ７、一方向バルブ８、増圧ポンプ１１から構成されている。その気化器２は液体媒介物１０を含み、その上、エア室及び高圧気体の排気口があるバケツ状の容器である。その排気口はパイプライン及び付けられた気密バルブ７を通って、タービン４と繋がる。タービン４の動力輸出軸と発電機５が繋がる。その排気出口はコンプレッサー３と繋がる。コンプレッサー３の高圧高温気体の出口は液化器１と繋がる。液化器１と気化器２で一つの熱交換器をつくる。その液化器１は螺旋管でも良いし、放熱板を付けたパイプラインでも良い。その主体は気化器２の液体媒介物１０内に置く。その常温液体媒介物出口はパイプラインに付けられた一方向バルブ８を通して、増圧ポンプ１１と気化器２につながる。発電機５は輸送電線回路で、コンプレッサー３は増圧ポンプ１１と電気で繋がる。

内交換式単一循環ポジティブ・フィードバック・ヒートポンプ発電装置の作動過程：
気化器２の液体媒介物１０は絶え間なく外部の熱量を吸収して、気化され、気体媒介物になる。そして気化器２上部のエア室に集中する。気密バルブ７を開き、外部の電力でコンプレッサー３を発動する。タービン４の排気口でマイナス圧力になる。気化器２の気体媒介物は繋げられたパイプラインを通して、勢いよくタービン４に流れる。タービンを回転させ、また発電機５を動かす。タービン４から排出した排気はコンプレッサー３を通じて液化器１に圧入される。液化器１の入り口から入るのは高温高圧気体媒介物で、螺旋パイプの主体に沿って、連続的に温度を下げていく。出るのはやや常圧に高い液体媒介物になる。そして増圧ポンプ１１は気化器２の圧力を超えてから、気化器２に注入する。液化器１から気化器２に熱量がフィードバックされるため、気化器２の気体媒介物温度が環境温度に比べ数十度を上がる。そして、圧力が８５atmになるかあるいはそれを超える。それからパイプラインに繋がり、タービン４に勢いよく流れる。上記の手順を繰り返す。発電機５で発電した電力は増圧ポンプ４とコンプレッサー３に供給される以外に、余剰電力をシステム外で使用することもできる。

実施例３は図３で示されたシステム構成のように、外加熱式単一循環ポジティブ・フィードバック・ヒートポンプ発電装置（図５）である。実施例１と異なるのは、液化器１、気化器２、コンプレッサー３、タービン４、発電機５、気密バルブ７、一方向バルブ８、増圧ポンプ１１の外に、加熱室１２を持つことである。その加熱室１２は特殊パイプ状の仕組みを持つ。その一端は気化器２の排気口と繋がる。もう一端はタービン４と繋がる。液化器１の主体部分はホースが絡まるように、加熱室１２のカバー外部に絡まっている。加熱室１２と一つの熱交換器がつくられる。液化器１の常温液体媒介物出口はパイプラインとその上に付けられた一方向バルブ８、増圧ポンプ１１を通して、気化器２と繋がる。

外部加熱式単一循環ポジティブ・フィードバック・ヒートポンプ発電装置の作動過程：
気密バルブ７を開き、気化器２、液体媒介物は繋がれたパイプライン通して、勢いよく加熱室１２に流れていく。気流はここで減圧、増速されてから、加熱室１２エンド部のノズルから噴出する。タービン４を回転させ、発電機５を動かし、発電する。排気はコンプレッサー３で高圧高温気体媒介物に圧縮され、液化器１に入る。ホースが絡まるような螺旋状で、熱量が加熱室１２に送られた気体媒介物は気化器２から加熱室１２に流れた気体媒介物の温度を上げる。これにより、加熱室１２エンド部のノズルから噴出する気流のスピードはさらに速められ、タービン発電機をより多く発電させる。それと同時にこの部分の高圧高温気体媒介物は熱交換のため、熱量を失い、常温液体媒介物となる。次に、一方向バルブ８と増圧ポンプ１１を通して、その液体媒介物が気化器２に送られる。また大気中の熱量を吸収して、再気化をする。上記の手順を繰り返す。電力を増圧ポンプ４とコンプレッサー３に供給する以外に、余剰電力をシステム外で使用することもできる。

本発明の単一循環ヒートポンプの発電システムのフレームワーク図 無熱交換式単一循環ヒートポンプの発電装置構成略図 本発明の単一循環ポジティブ・フィードバック・ヒートポンプ発電システムのフレームワーク図 内交換式単一循環ポジティブ・フィードバック・ヒートポンプ発電装置略図 外加熱式単一循環ポジティブ・フィードバック・ヒートポンプ発電装置略図

Claims (5)

1. 一種の単一循環ヒートポンプの発電装置であり、
   空気中の無規則に運動する熱エネルギーをエネルギーの源として、その液体媒介物を気化させ、また高スピードの気流を発生する気化器、
   前記高スピードの気流を動力として、機械的エネルギーを電気エネルギーに転化させるタービン発電機、
   タービン発電機から排出された排気を高温高圧気体に圧縮して、それを液化器に送るコンプレッサー、
   コンプレッサーから送られてきた気体を冷却し、液化する液化器、から構成され、前記液化器は液体媒介物輸送管を通して、気化器と繋げることができる一種の単一循環ヒートポンプの発電装置。
2. 気化器、タービン、発電機、およびその他に液化器、コンプレッサー、減圧増速特殊パイプ、気密バルブ、一方向バルブを含み、
   前記気化器はその中に液体媒介物が注入され、上部にはエア室及び高圧エア排気口を持つバケツ状の容器であり、その高圧エア排気口はパイプライン及び取り付けられた気密バルブを通して、増速の特殊パイプと繋がることを特徴とし、
   前記タービンと前記発電機は動力輸出軸によって繋がり、前記増速の特殊パイプの高速気流出口とタービンとが繋がり、タービンのガス排気口はコンプレッサーのガス注入口と繋がることを特徴とし、
   前記コンプレッサーの高温高圧気体の出口が液化器とつながることを特徴とし、
   前記液化器は螺旋状のパイプでも良いし、ヒートシンク付けのパイプラインでも良く、前記液化器の常温液体媒介物の出口が一方向バルブを通して気化器に繋がることを特徴とし、
   前記発電機はコンプレッサーと輸送電線を通して繋がることを特徴とする、請求項１に記載の単一循環ヒートポンプの発電装置
3. 一種の単一循環ヒートポンプ発電装置であり、
   空気中の無規則に運動する熱エネルギーをエネルギーの源として、液体媒介物を気化し、また高スピードの気流を発生する気化器と、
   前記高スピードの気流を動力として、機械的エネルギーを電気エネルギーに転化させるタービン発電機と、
   タービン発電機から排出された排気を高温高圧気体に圧縮して、それを液化器に送るコンプレッサーと、
   前記高温高圧気体と前記気化器内の媒介物とを熱交換する、ポジティブ・フィードバックの仕組みを有する前記液化器と、
   熱交換後の常温液体媒介物を前記液化器から前記気化器へと送る増圧ポンプ、から構成される単一循環ヒートポンプ発電装置。
4. 気化器、タービン、発電機、およびその他にコンプレッサー、液化器、増圧ポンプ、一方向バルブ、気密バルブを含み、
   前記気化器は下部に液体媒介物があり、上部にはエア室及び高速気流排出口を有するバケツ状の容器で、その高圧エア排気口はパイプ及び取り付けられた気密バルブを通してタービンと繋がることを特徴とし、
   前記タービンは動力輸出軸によって前記発電機と繋がり、そのガス排気口とコンプレッサーのガス注入口が繋がることを特徴とし、
   前記コンプレッサーの高温高圧気体の出口は液化器と繋がることを特徴とし、
   前記液化器と前記気化器は一つの熱交換器を構成し、前記液化器は螺旋状のパイプでも良いし、ヒートシンク付けのパイプラインでも良く、その主体は気化器の液体媒介物内に置かれ、前記液化器の常温液体媒介物出口はパイプおよび一方向バルブを通して、増圧ポンプに繋がり気化器と繋がることを特徴とし、
   前記発電機は輸入電気線を通して、コンプレッサー及び増圧ポンプに繋がることを特徴とする、請求項３に記載の単一循環ヒートポンプ発電装置。
5. 気化器、タービン、発電機、その他に特にコンプレッサー、液化器、増圧ポンプ、一方向バルブ、気密バルブ、加熱室から構成され、
   前記加熱室は特殊パイプ状の仕組みであり、一端がパイプと付けられた気密バルブを通して、気化器のガス排出口と繋がり、もう一端はタービンと繋がることを特徴とし、
   前記液化器の主体部分はホース巻き式で、前記加熱室カバーの外部に巻き付けて、加熱室と熱交換器を組成し、前記液化器の常温液体媒介物出口はパイプライン及び一方向バルブ、増圧ポンプを通して気化器に繋がることを特徴とする、請求項３に記載の単一循環ヒートポンプ発電装置。

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