JP2014177922A - バイナリー発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】システム全体としての熱エネルギーの利用効率を改善し、発電効率を向上させることができる、バイナリー発電システムを提供する。
【解決手段】低沸点媒体の蒸気を作動流体として用いるバイナリー発電システム10であって、低沸点媒体を加熱して低沸点媒体の蒸気を得る蒸発器3と、低沸点媒体の蒸気を加熱する蒸気過熱器5と、該蒸気過熱器5を経た低沸点媒体の蒸気の運動エネルギーを回転軸の回転エネルギーに変換するタービンTと、タービンTを経た低沸点媒体の蒸気を凝縮させる凝縮器9とを備え、且つ、内部で低沸点媒体を循環させる閉ループ状の循環系統15を有し、蒸発器3を通過した後であって蒸気過熱器5に流入する前の低沸点媒体と、タービンTを通過した後であって凝縮器9に流入する前の低沸点媒体との間で熱交換を行う第１熱交換器6を更に有するバイナリー発電システム10である。
【選択図】図１

Description

本発明は、低沸点媒体の蒸気を作動流体として用いるバイナリー発電システムに関するものである。

従来、アンモニア等の水よりも沸点が低い低沸点媒体を加熱し、発生した蒸気を用いてタービン発電機のタービンの羽根車を回転させることにより発電するバイナリー発電システムが知られている。タービン発電機を用いた従来のバイナリー発電システムは、液状の低沸点媒体を加熱して気化させる蒸発器と、低沸点媒体の蒸気の運動エネルギーを回転軸の回転エネルギーに変換するタービンと、低沸点媒体の蒸気を凝縮させる凝縮器と、液状の低沸点媒体を蒸発器に送る媒体送液ポンプとを備える閉ループ内で低沸点媒体を循環させる。このようにして、従来のバイナリー発電システムでは、タービンで得た回転エネルギーがタービン発電機の発電機で電気エネルギーに変換される。

ここで、このようなバイナリー発電システムにおいては、低沸点媒体を加熱して蒸発させるための熱源として廃熱などを有効利用し、発電効率を向上することが求められている。

そこで、例えば特許文献１では、汚泥やごみを焼却する焼却炉で生じる高温の気体や高温の排水を熱源として用いたバイナリー発電システムが提案されている。この特許文献１に記載の発電システムでは、下水処理システムが備える焼却炉からの排ガスによって加熱された高温空気と、排ガスを洗浄した後に下水処理システムから排出される洗煙排水とを熱源として使用し、低沸点媒体を加熱している。具体的には、特許文献１の発電システムでは、蒸発器において、高温空気よりも温度が低い洗煙排水と低沸点媒体との間で熱交換を行って低沸点媒体を蒸発させると共に、蒸発器の後段側に設けられた蒸気過熱器において、高温空気と低沸点媒体の蒸気（作動流体）との間で熱交換を行うことにより、廃熱を有効利用しつつ、高温の作動流体を用いて発電効率を向上させている。

特開２０１１−１７４６５２号公報

上記特許文献１に係る発電システム（バイナリー発電システム）によれば、温度の異なる２種類の熱源を用いて低沸点媒体を効率的に加熱し、高温の作動流体を用いてタービン発電機の羽根車を回転させることができるので、１種類の熱源のみを用いて低沸点媒体を加熱した場合と比較して、発電効率を向上させることができる。

ここで、バイナリー発電システムでは、タービン発電機の羽根車を回転させた後の作動流体（低沸点媒体の蒸気）は、凝縮器において冷却され、凝縮される。しかし、温度の異なる２種類の熱源を用いた上記従来のバイナリー発電システムでは、高温の作動流体を用いてタービン発電機の羽根車を回転させており、タービン発電機の羽根車を回転させた後の作動流体の温度も比較的高い。

そのため、温度の異なる２種類の熱源を用いた上記従来のバイナリー発電システムでは、２種類の熱の利用効率は良好であるものの、タービン発電機の羽根車を回転させた後の作動流体が有する熱エネルギーを有効利用できておらず、バイナリー発電システム全体としての熱エネルギーの利用効率に関しては、改善の余地があった。

したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、バイナリー発電システム全体としての熱エネルギーの利用効率を改善し、発電効率を向上させることができる、バイナリー発電システムを提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決することを目的として、鋭意検討を行った。そして、本発明者らは、温度の異なる２種類の熱源を用いたバイナリー発電システムにおいて、タービン発電機の羽根車を回転させた後の作動流体の熱エネルギーを利用して作動流体を加熱することに着想した。更に、本発明者らは鋭意検討を重ね、２種類の熱源を用いたバイナリー発電システムでは、タービン発電機の羽根車を回転させた後の作動流体が高温であるため、蒸発器を通過させる前の作動流体の加熱に使用した場合には、低温の熱源を用いた蒸発器における作動流体（低沸点媒体）の加熱を効率的に行うことができなくなることを見出し、本発明を完成させた。

この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明のバイナリー発電システムは、低沸点媒体の蒸気を作動流体として用いるバイナリー発電システムであって、低沸点媒体を加熱して低沸点媒体の蒸気を得る蒸発器と、前記低沸点媒体の蒸気を加熱する蒸気過熱器と、該蒸気過熱器を経た前記低沸点媒体の蒸気の運動エネルギーを回転軸の回転エネルギーに変換するタービンと、前記タービンにおいて運動エネルギーの一部を前記回転軸の回転エネルギーに変換した前記低沸点媒体の蒸気を凝縮させる凝縮器とを備え、且つ、内部で前記低沸点媒体を循環させる閉ループ状の循環系統を有し、前記蒸発器を通過した後であって前記蒸気過熱器に流入する前の前記低沸点媒体と、前記タービンを通過した後であって前記凝縮器に流入する前の前記低沸点媒体との間で熱交換を行う第１熱交換器を更に有することを特徴とする。
このように、蒸発器を通過した後であって蒸気過熱器に流入する前の低沸点媒体と、タービンの回転軸を回転させた後の低沸点媒体との間で熱交換を行うことにより、タービンの回転軸を回転させた後の低沸点媒体が有する熱エネルギーを有効利用して、バイナリー発電システム全体としての熱エネルギーの利用効率を改善することができる。また、タービンの回転軸を回転させた後の低沸点媒体との間で熱交換を行う対象を、蒸発器を通過した後の低沸点媒体とすれば、蒸発器における低沸点媒体の加熱に使用する熱源が低温の熱源であったとしても、蒸発器における低沸点媒体の加熱を効率的に行うことができる。因みに、蒸気過熱器を通過した後の低沸点媒体の蒸気の温度は、タービンの回転軸を回転させた後の低沸点媒体の温度よりも高いので、タービンの回転軸を回転させた後の低沸点媒体との間で熱交換を行う対象は、蒸気過熱器に流入する前の低沸点媒体とする。

ここで、本発明のバイナリー発電システムは、前記第１熱交換器を通過した後であって前記凝縮器に流入する前の前記低沸点媒体と、前記凝縮器を通過した後であって前記蒸発器に流入する前の前記低沸点媒体との間で熱交換を行う第２熱交換器を更に有することが好ましい。
このように、第１熱交換器に加えて、さらに第１熱交換器を経た低沸点媒体が有する熱エネルギーを蒸発器流入前の低沸点媒体に熱移動させる第２熱交換器を備えることで、第１熱交換器を経た低沸点媒体の有する熱エネルギーを有効利用して、バイナリー発電システム全体としての熱エネルギーの利用効率を一層向上させることができる。

また、本発明のバイナリー発電システムは、前記凝縮器を通過した後であって前記第２熱交換器に流入する前の前記低沸点媒体を加熱する加熱器と、前記第１熱交換器を通過した後であって前記第２熱交換器に流入する前の前記低沸点媒体の温度を測定する第１温度センサと、前記加熱器を通過した後であって前記第２熱交換器に流入する前の前記低沸点媒体の温度を測定する第２温度センサと、前記加熱器を経た前記低沸点媒体を、前記第２熱交換器を経ずに前記蒸発器に流入させる迂回流路と、前記加熱器を通過した後の前記低沸点媒体が流れる流路を、前記迂回流路と、前記第２熱交換器への流路との間で切り替える切替手段と、前記第１及び第２温度センサの測温値に基づいて前記切替手段を制御する制御装置であって、該制御装置は、前記第１温度センサの測温値が前記第２温度センサの測温値よりも高い場合に、前記第２熱交換器への流路に切り替え、前記第１温度センサの測温値が前記第２温度センサの測温値以下の場合に、前記迂回流路に切り替える、制御装置と、を備えることが好ましい。
このように、第１及び第２温度センサを設けて加熱器を経た低沸点媒体の温度と、第１熱交換器を通った低沸点媒体の温度とを比較して、後者の温度の方が高い場合にのみ、第１熱交換器を通った低沸点媒体から加熱器を通った低沸点媒体に熱移動させる（即ち、第２熱交換器を使用する）ことで、蒸発器や蒸気過熱器で使用する熱源に温度変化が生じた場合であっても、バイナリー発電システム全体としての熱エネルギーの利用効率を一層向上させることができる。

本発明のバイナリー発電システムによれば、バイナリー発電システム全体としての熱エネルギーの利用効率を改善し、発電効率を向上させることができる。

本発明に従う代表的なバイナリー発電システムの概略構成を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
ここで、本発明のバイナリー発電システムでは、低沸点媒体の蒸気を作動流体として用いて発電を行う。本発明のバイナリー発電システムは、特に限定されることなく、水とアンモニアとの混合物を低沸点媒体として用いるカリーナサイクル方式のバイナリー発電システムでありうる。なお、本発明のバイナリー発電システムは、アンモニア、ブタン、ペンタン等の単体を低沸点媒体として用いるランキンサイクル方式のバイナリー発電システムであってもよい。

＜バイナリー発電システム＞
図１に、本発明に従うバイナリー発電システムの一例の概略構成を示す。このバイナリー発電システム１０は、カリーナサイクル方式のバイナリー発電システムである。

バイナリー発電システム１０は、タービンＴと発電機１１とからなるタービン発電機を有している。そして、バイナリー発電システム１０では、低沸点媒体タンク１と、媒体送液ポンプＰ１と、再生熱交換器として機能する加熱器２と、蒸発器３と、分離器４と、蒸気過熱器５と、タービンＴと、第１熱交換器６と、吸収器８と、凝縮器９とを備える閉ループ状の循環系統１５内で低沸点媒体を循環させることにより、タービン発電機を用いて発電を行う。バイナリー発電システム１０は、更に、第２熱交換器７、第１温度センサ１２、第２温度センサ１３、切替手段１４及び迂回流路１７を備えることが好ましい。また、バイナリー発電システム１０は、第３熱交換器２０を備えても良い。

ここで、低沸点媒体タンク１は、液状の低沸点媒体を貯留するタンクである。そして、低沸点媒体タンク１中の低沸点媒体（この一例のバイナリー発電システム１０では、水とアンモニアとの混合物）は、媒体送液ポンプＰ１により、加熱器２を介して蒸発器３へと送られる。

加熱器２は、低温の低沸点媒体と、後に詳細に説明する分離器４において分離された高温の蒸発残液との間で熱交換を行い、低沸点媒体が蒸発器３へと流入する前に低沸点媒体を予加熱する装置である。この加熱器２では、蒸発残液の有する熱エネルギーが低沸点媒体の予加熱に有効利用される。

そして、加熱器２で予加熱された低沸点媒体は、蒸発器３において更に加熱され、少なくとも一部が蒸気となる。具体的には、蒸発器３では、低沸点媒体が加熱され、大部分がアンモニア蒸気よりなる低沸点媒体蒸気と、大部分が水よりなる蒸発残液との混合流体が生成する。ここで、蒸発器３では、例えば、第１温度の流体（例えば、温水）を熱源として用いて低沸点媒体を加熱する。第１温度は、例えば５０℃〜１００℃でありうる。なお、蒸発器３において低沸点媒体を加熱する際の熱源としては、焼却炉等からの温排水、加熱炉の排気ガス、温泉水、蒸気などのバイナリー発電において通常用いられる熱源を使用することができる。

分離器４は、蒸発器３から流出した低沸点媒体蒸気と蒸発残液との混合流体を、低沸点媒体蒸気と、蒸発残液とに気液分離する装置である。そして、分離器４で分離された低沸点媒体蒸気は、蒸気過熱器５へと送られる。また、蒸発残液は、蒸発残液流路１６を通り、加熱器２を経て吸収器８へと送られる。なお、分離器４としては、ミストセパレーターやサイクロンなどの既知の気液分離装置を用いることができる。

蒸気過熱器５は、分離器４で分離された低沸点媒体蒸気を更に加熱し、バイナリー発電システム１０の発電効率を向上させるための装置である。蒸気過熱器５では、蒸発器３において使用した熱源（流体）の温度である第１温度よりも高い第２温度の流体（例えば、温空気）を用いて、分離器４で分離された低沸点媒体蒸気を加熱する。第２温度は、例えば、１００℃〜４００℃でありうる。なお、蒸気過熱器５において低沸点媒体蒸気を加熱する際の熱源としては、焼却炉等の排ガスやそれによって加熱された温空気、蒸気、及び温泉蒸気、又は太陽熱などを使用することができる。

タービンＴは、蒸気過熱器５から流出した低沸点媒体蒸気の運動エネルギーを回転軸の回転エネルギーに変換する装置である。そして、タービンＴの回転軸は発電機１１に接続されており、タービンＴで得た回転エネルギーは、発電機１１において電気エネルギーに変換される。タービンＴを通過した後の低沸点媒体蒸気の温度は、例えば、１００℃〜３００℃でありうる。

第１熱交換器６は、蒸発器３を通過した後であって蒸気過熱器５に流入する前の低沸点媒体（低沸点媒体蒸気を含む）と、タービンＴを通過した後であって凝縮器９に流入する前の低沸点媒体（低沸点媒体蒸気を含む）との間で熱交換を行う。タービンＴを通過した後であって凝縮器９に流入する前（この一例のバイナリー発電システム１０では、吸収器８に流入する前）の低沸点媒体は、その大部分が蒸気状態であり、蒸気過熱器５から流出した低沸点媒体蒸気と比較して、タービンＴにおいて低沸点媒体蒸気の運動エネルギーの一部が回転軸の回転エネルギーに変換されたことにより熱エネルギーの一部を失ってはいるものの、未だ高温である。そこで、第１熱交換器６は、かかる低沸点媒体が有する熱エネルギーを、蒸発器３を通過した後であって蒸気過熱器５に流入する前の低沸点媒体に熱移動させる。これにより、タービンＴを通過した後であって凝縮器９に流入する前の低沸点媒体が有する熱エネルギーを有効利用して、バイナリー発電システム１０全体としての熱エネルギーの利用効率を改善することができる。

ここで、蒸発器３において熱源として用いた第１温度の流体の温度は、タービンＴを通過した後であって第１熱交換器６に流入する前の低沸点媒体の温度（第３温度）よりも通常低い。よって、仮に、蒸発器３に流入する前の低沸点媒体と第３温度の低沸点媒体との間で熱交換させてしまうと、蒸発器３に流入する前の低沸点媒体の温度が、第１温度よりも高くなることがある。そして、その場合には、蒸発器３は、第１温度の流体を熱源として低沸点媒体を加熱することができない（即ち、第１温度の流体の熱エネルギーを有効利用することができない）。したがって、第１熱交換器６は、蒸発器３を通過し、蒸気過熱器５に流入する前の低沸点媒体と、タービンＴを通過した後であって凝縮器９に流入する前の低沸点媒体との間で熱交換が可能に構成される必要がある。
なお、第１熱交換器６は、蒸発器３を通過し分離器４に流入する前の低沸点媒体と、タービンＴを通過した後であって凝縮器９に流入する前の低沸点媒体との間で熱交換が可能な位置に設置することが好ましい。分離器４を通過した後であって蒸気過熱器５に流入する前の低沸点媒体と、タービンＴを通過した後であって凝縮器９に流入する前の低沸点媒体との間で熱交換を行う位置に第１熱交換器６を設置した場合と比較し、分離器４において分離される低沸点媒体蒸気の量を増加させることができるからである。そして、その結果、発電機１１における発電量を大きくすることができると共に、例えば蒸発器３において用いている熱源の温度が経時変化した場合であっても安定的に発電することができるからである。
なお、第３温度は、前述した第１温度と第２温度の差が大きいほど第１温度よりも高温になり易く、特に、第１温度と第２温度との差が１００℃以上の場合には、上述した熱交換の実施による熱エネルギーの利用効率の改善が著しい。

第２熱交換器７は、第１熱交換器６を通過した後であって凝縮器９に流入する前の低沸点媒体と、凝縮器９を通過した後であって蒸発器３に流入する前の低沸点媒体との間で熱交換を行う。図１に示すバイナリー発電システム１０では、第２熱交換器７は、第１熱交換器６を通過した後であって吸収器８に流入する前の低沸点媒体と、加熱器２を通過した後であって、蒸発器３に流入する前の低沸点媒体との間で熱交換を行うように構成した。このように、第２熱交換器７を備えることで、第１熱交換器６を経た低沸点媒体の有する熱エネルギーを有効利用して、バイナリー発電システム１０全体としての熱エネルギーの利用効率を一層向上させることができる。

吸収器８は、タービンＴの回転軸を回転させ、第１熱交換器６及び第２熱交換器７を通過した後の低沸点媒体蒸気と、分離器４で分離した蒸発残液とを混合し、低沸点媒体蒸気の一部を蒸発残液に吸収させる装置である。なお、吸収器８としては、ラインミキサーやスプレー塔等の既知の気液混合装置を用いることができる。

第３熱交換器２０は、吸収器８を通過した後であって凝縮器９に流入する前の低沸点媒体と、媒体送液ポンプＰ１から送出された後であって加熱器２に流入する前の低沸点媒体との間で熱交換する。なお、バイナリー発電システム１０において、第３熱交換器を設けることは必須ではない。また、吸収器８を通過した後であって凝縮器９に流入する前の低沸点媒体の温度は、媒体送液ポンプＰ１による圧縮作用により若干の温度上昇はあるものの、基本的に、媒体送液ポンプＰ１から送出された後であって加熱器２に流入する前の低沸点媒体の温度よりも高い。このため、第３熱交換器流路１９には弁等を設けて、後述する第２熱交換器に関連した流路変更制御に類似した制御を実施することは必須ではなく、媒体送液ポンプＰ１から送出された低沸点媒体は、常に第３熱交換器２０を通過するように、バイナリー発電システム１０を構成することができる。

凝縮器９は、吸収器８から流出した低沸点媒体蒸気と蒸発残液との混合流体を冷却し、低沸点媒体蒸気を凝縮させる装置である。そして、凝縮器９において低沸点媒体蒸気を凝縮させて得られる液状の低沸点媒体（低沸点媒体蒸気の凝縮物と蒸発残液との混合物）は、低沸点媒体タンク１に貯留された後、媒体送液ポンプＰ１により再び蒸発器３へと送られる。

ここで、第２熱交換器７は、第１熱交換器６を通過した後であって凝縮器９に流入する前の低沸点媒体の温度（第４温度）が、加熱器２を通過した後であって、蒸発器３に流入する前の低沸点媒体の温度（第５温度）よりも高い場合に、蒸発器３に流入する前の低沸点媒体の温度を上昇させることができる。しかし、蒸発器３で使用する熱源の温度（第１温度）や、蒸気過熱器５で使用する熱源の温度（第２温度）が経時的に変化する場合などには、第４温度が第５温度よりも低くなることがあり得る。そして、第４温度が第５温度よりも低くなった場合には、第２熱交換器７を使用すると、蒸発器３に流入する前の低沸点媒体が冷却されることになり、バイナリー発電システム１０全体としての熱エネルギーの利用効率が低下することになる。
そこで、第４温度が第５温度よりも低くなることがあり得る場合には、バイナリー発電システム１０は、以下に説明する第１温度センサ１２、第２温度センサ１３、切替手段１４及び迂回流路１７を備えることが好ましい。

第１温度センサ１２は、第１熱交換器６を通過した後であって第２熱交換器７に流入する前の低沸点媒体の温度を測定するように構成される。また、第２温度センサ１３は、加熱器２を通過した後であって第２熱交換器７に流入する前の低沸点媒体の温度を測定するように構成される。

切替手段１４は、第１切替弁１４Ａ及び第２切替弁１４Ｂにより構成される。第１切替弁１４Ａは、加熱器２を経た低沸点媒体を、第２熱交換器７を経ずに前記蒸発器３に流入させる迂回流路１７上に配置されている。具体的には、第１切替弁１４Ａは、加熱器２の後段の循環系統１５上であって、循環系統１５を流れる低沸点媒体を第２熱交換器７に供給するための第２熱交換器流路１８が分岐する位置より後段であって、第２熱交換器流路１８が循環系統１５と合流する位置より前段に設けられる。また、第２切替弁１４Ｂは、循環系統１５から第２熱交換器流路１８が分岐する位置より後段の第２熱交換器流路１８上に設けられる。即ち、第１切替弁１４Ａは、開いたときに、加熱器２を通過した低沸点媒体が第２熱交換器７を通ることなく循環系統１５を通って蒸発器３へ流入可能なように配置され、第２切替弁１４Ｂは、開いたときに、加熱器２を通過した低沸点媒体が第２熱交換器７に流入可能なように配置される。

ここで、バイナリー発電システム１０は、第１温度センサ１２及び第２温度センサ１３、並びに切替手段１４を用いて、バイナリー発電システム１０の動作を制御する図示しない制御装置を更に備えることが好ましい。ここでいう、バイナリー発電システム１０の動作とは、主として、バイナリー発電システム１０における低沸点媒体の流路の変更を指す。以下、制御装置による制御について説明する。

＜バイナリー発電システムの動作＞
図示しない制御装置は、第１温度センサ１２及び第２温度センサ１３の測温値に基づいて切替手段１４を制御する。具体的には、制御装置は、第１温度センサ１２の測温値（第４温度）が第２温度センサ１３の測温値（第５温度）よりも高い場合に、低沸点媒体の流路を第２熱交換器７への第２熱交換器流路１８に切り替え、第１温度センサ１２の測温値（第４温度）が第２温度センサ１３の測温値（第５温度）以下の場合に、低沸点媒体の流路を迂回流路１７に切り替える。このようにバイナリー発電システム１０内における低沸点媒体の流路を変更することで、蒸発器３や蒸気過熱器５で使用する熱源（すなわち、温水や温空気）に温度変化が生じた場合であっても、バイナリー発電システムを安定的に駆動させ、バイナリー発電システム全体としての熱エネルギーの利用効率を一層向上させることができる。

具体的には、蒸発器３において熱源として使用される温水の温度（第１温度）が一定であり、蒸気過熱器５において熱源として使用される温空気の温度（第２温度）が低下した場合には、第１温度センサ１２の測温値が低下し、第２温度センサ１３の測温値よりも低くなることが起こりうる。このような場合に、加熱器２を経た低沸点媒体を第２熱交換器７に流入させてしまうと、蒸発器３に供給される低沸点媒体にタービンＴを通過した後の低沸点媒体が有する熱エネルギーを熱移動させるという本来の目的が達成できないばかりでなく、逆方向の熱移動が生じてしまう。すると、加熱器２で加熱した低沸点媒体から熱エネルギーが失われることとなり、バイナリー発電システム１０においてエネルギーロスが生じる。したがって、制御装置は、第１温度センサ１２の測温値が第２温度センサ１３の測温値よりも低い場合には、第１切替弁１４Ａを開き、第２切替弁１４Ｂを閉じて、第２熱交換器７を通過させることなく、低沸点媒体を蒸発器３に流入させるように制御する。逆に、制御装置は、第１温度センサ１２の測温値が第２温度センサ１３の測温値よりも高い場合には、第１切替弁１４Ａを閉じ、第２切替弁１４Ｂを開いて第２熱交換器７に低沸点媒体を流入させように制御する。

以上、一例を用いて本発明のバイナリー発電システムについて説明したが、本発明のバイナリー発電システムは、上記一例に限定されることはなく、本発明のバイナリー発電システムには、適宜変更を加えることができる。

本発明によれば、システム全体としての熱エネルギーの利用効率を改善し、発電効率を向上させることができるバイナリー発電システムを提供することができる。

１ 低沸点媒体タンク
２ 加熱器
３ 蒸発器
４ 分離器
５ 蒸気過熱器
６ 第１熱交換器
７ 第２熱交換器
８ 吸収器
９ 凝縮器
１０ バイナリー発電システム
１１ 発電機
１２ 第１温度センサ
１３ 第２温度センサ
１４ 切替手段
１５ 循環系統
１６ 蒸発残液流路
１７ 迂回流路
１８ 第２熱交換器流路
１９ 第３熱交換器流路
２０ 第３熱交換器
Ｐ１ 媒体送液ポンプ
Ｔ タービン

この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明のバイナリー発電システムは、低沸点媒体の蒸気を作動流体として用いるバイナリー発電システムであって、低沸点媒体を加熱して低沸点媒体の蒸気を得る蒸発器と、前記低沸点媒体の蒸気を加熱する蒸気過熱器と、該蒸気過熱器を経た前記低沸点媒体の蒸気の運動エネルギーを回転軸の回転エネルギーに変換するタービンと、前記タービンにおいて運動エネルギーの一部を前記回転軸の回転エネルギーに変換した前記低沸点媒体の蒸気を凝縮させる凝縮器とを備え、且つ、内部で前記低沸点媒体を循環させる閉ループ状の循環系統を有し、前記蒸発器を通過した後であって前記蒸気過熱器に流入する前の前記低沸点媒体と、前記タービンを通過した後であって前記凝縮器に流入する前の前記低沸点媒体との間で熱交換を行う第１熱交換器を更に有し、前記第１熱交換器を通過した後であって前記凝縮器に流入する前の前記低沸点媒体と、前記凝縮器を通過した後であって前記蒸発器に流入する前の前記低沸点媒体との間で熱交換を行う第２熱交換器を更に有し、前記凝縮器を通過した後であって前記第２熱交換器に流入する前の前記低沸点媒体を加熱する加熱器と、前記第１熱交換器を通過した後であって前記第２熱交換器に流入する前の前記低沸点媒体の温度を測定する第１温度センサと、前記加熱器を通過した後であって前記第２熱交換器に流入する前の前記低沸点媒体の温度を測定する第２温度センサと、前記加熱器を経た前記低沸点媒体を、前記第２熱交換器を経ずに前記蒸発器に流入させる迂回流路と、前記加熱器を通過した後の前記低沸点媒体が流れる流路を、前記迂回流路と、前記第２熱交換器への流路との間で切り替える切替手段と、前記第１及び第２温度センサの測温値に基づいて前記切替手段を制御する制御装置であって、該制御装置は、前記第１温度センサの測温値が前記第２温度センサの測温値よりも高い場合に、前記第２熱交換器への流路に切り替え、前記第１温度センサの測温値が前記第２温度センサの測温値以下の場合に、前記迂回流路に切り替える、制御装置と、を備えることを特徴とする。
このように、蒸発器を通過した後であって蒸気過熱器に流入する前の低沸点媒体と、タービンの回転軸を回転させた後の低沸点媒体との間で熱交換を行うことにより、タービンの回転軸を回転させた後の低沸点媒体が有する熱エネルギーを有効利用して、バイナリー発電システム全体としての熱エネルギーの利用効率を改善することができる。また、タービンの回転軸を回転させた後の低沸点媒体との間で熱交換を行う対象を、蒸発器を通過した後の低沸点媒体とすれば、蒸発器における低沸点媒体の加熱に使用する熱源が低温の熱源であったとしても、蒸発器における低沸点媒体の加熱を効率的に行うことができる。因みに、蒸気過熱器を通過した後の低沸点媒体の蒸気の温度は、タービンの回転軸を回転させた後の低沸点媒体の温度よりも高いので、タービンの回転軸を回転させた後の低沸点媒体との間で熱交換を行う対象は、蒸気過熱器に流入する前の低沸点媒体とする。

さらに、上述したように第１熱交換器に加えて、さらに第１熱交換器を経た低沸点媒体が有する熱エネルギーを蒸発器流入前の低沸点媒体に熱移動させる第２熱交換器を備えることで、第１熱交換器を経た低沸点媒体の有する熱エネルギーを有効利用して、バイナリー発電システム全体としての熱エネルギーの利用効率を一層向上させることができる。

さらに、上述したように第１及び第２温度センサを設けて加熱器を経た低沸点媒体の温度と、第１熱交換器を通った低沸点媒体の温度とを比較して、後者の温度の方が高い場合にのみ、第１熱交換器を通った低沸点媒体から加熱器を通った低沸点媒体に熱移動させる（即ち、第２熱交換器を使用する）ことで、蒸発器や蒸気過熱器で使用する熱源に温度変化が生じた場合であっても、バイナリー発電システム全体としての熱エネルギーの利用効率を一層向上させることができる。

Claims (3)

1. 低沸点媒体の蒸気を作動流体として用いるバイナリー発電システムであって、
   低沸点媒体を加熱して低沸点媒体の蒸気を得る蒸発器と、前記低沸点媒体の蒸気を加熱する蒸気過熱器と、該蒸気過熱器を経た前記低沸点媒体の蒸気の運動エネルギーを回転軸の回転エネルギーに変換するタービンと、前記タービンにおいて運動エネルギーの一部を前記回転軸の回転エネルギーに変換した前記低沸点媒体の蒸気を凝縮させる凝縮器とを備え、且つ、内部で前記低沸点媒体を循環させる閉ループ状の循環系統を有し、
   前記蒸発器を通過した後であって前記蒸気過熱器に流入する前の前記低沸点媒体と、前記タービンを通過した後であって前記凝縮器に流入する前の前記低沸点媒体との間で熱交換を行う第１熱交換器を更に有することを特徴とする、バイナリー発電システム。
2. 前記第１熱交換器を通過した後であって前記凝縮器に流入する前の前記低沸点媒体と、前記凝縮器を通過した後であって前記蒸発器に流入する前の前記低沸点媒体との間で熱交換を行う第２熱交換器を更に有することを特徴とする、請求項１に記載のバイナリー発電システム。
3. 前記凝縮器を通過した後であって前記第２熱交換器に流入する前の前記低沸点媒体を加熱する加熱器と、
   前記第１熱交換器を通過した後であって前記第２熱交換器に流入する前の前記低沸点媒体の温度を測定する第１温度センサと、
   前記加熱器を通過した後であって前記第２熱交換器に流入する前の前記低沸点媒体の温度を測定する第２温度センサと、
   前記加熱器を経た前記低沸点媒体を、前記第２熱交換器を経ずに前記蒸発器に流入させる迂回流路と、
   前記加熱器を通過した後の前記低沸点媒体が流れる流路を、前記迂回流路と、前記第２熱交換器への流路との間で切り替える切替手段と、
   前記第１及び第２温度センサの測温値に基づいて前記切替手段を制御する制御装置であって、該制御装置は、前記第１温度センサの測温値が前記第２温度センサの測温値よりも高い場合に、前記第２熱交換器への流路に切り替え、前記第１温度センサの測温値が前記第２温度センサの測温値以下の場合に、前記迂回流路に切り替える、制御装置と、
   を備えることを特徴とする、請求項２に記載のバイナリー発電システム。
   

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