(57)【要約】【課題】作動媒体の凝縮液が生じた場合でも、暖機運転の時間を短縮することができるバイナリー発電装置を提供する。【解決手段】バイナリー発電装置１は、熱源ラインＬ１と、第１作動媒体ラインＬ２および第２作動媒体ラインＬ３と、蒸発器２Ａと、タービン発電機３と、凝縮器４と、を備える。タービン発電機３は、発電機本体３ｂとケース３ｃとを含み、ケース３ｃと第１作動媒体ラインＬ２との間には、ケース３ｃよりも低い位置に配置された凝縮液タンク２０と、ケース３ｃおよび凝縮液タンク２０を接続する凝縮液流下ラインＬ６ａと、凝縮液タンク２０および第１作動媒体ラインＬ２を接続する凝縮液排出ラインＬ６ｂとが設けられている。凝縮液流下ラインＬ６ａには、凝縮液流下ラインＬ６ａを開閉させる開閉手段が設けられている。【選択図】図１
2020002892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源により加熱され蒸発した作動媒体を用いて発電を行うバイナリー発電装置であって、
前記熱源が通る熱源ラインと、
前記作動媒体が通る作動媒体ラインと、
前記作動媒体ラインに設けられ、前記熱源ラインを通る前記熱源との熱交換により前記作動媒体を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器の下流側において前記作動媒体ラインに接続され、前記蒸発器で蒸発した作動媒体を用いて発電を行う発電機と、
前記発電機の下流側において前記作動媒体ラインに設けられ、前記作動媒体を凝縮させる凝縮器と、を備え、
前記作動媒体ラインが前記蒸発器、前記発電機、および前記凝縮器を通って循環流路を形成しており、
前記発電機は、発電を行う発電機本体と、前記発電機本体を収納するケースとを含み、
前記発電機のケースと前記作動媒体ラインとの間には、前記ケースよりも低い位置に配置されたタンクと、前記ケースおよび前記タンクを接続する凝縮液流下ラインと、前記タンクおよび前記作動媒体ラインを接続する凝縮液排出ラインとが設けられており、
前記凝縮液流下ラインには、前記凝縮液流下ラインを開閉させる開閉手段が設けられている、バイナリー発電装置。
【請求項２】
前記タンクには、前記タンク内に貯留された凝縮液を加熱する加熱手段が設けられている、請求項１に記載のバイナリー発電装置。
【請求項３】
前記加熱手段は、前記熱源ラインから分岐する加熱ラインを有し、前記加熱ラインは、前記タンク内に配置された加熱部を含む、請求項２に記載のバイナリー発電装置。
【請求項４】
前記加熱手段を制御するコントローラを更に備え、
前記コントローラは、少なくとも、所定の発電運転の前に実施される暖機運転において、前記加熱手段を制御して前記タンク内の前記凝縮液を加熱する、請求項２または３に記載のバイナリー発電装置。
【請求項５】
熱源により加熱され蒸発した作動媒体を用いて発電を行うバイナリー発電方法であって、
前記熱源が通る熱源ラインと、前記作動媒体が通る作動媒体ラインと、前記作動媒体ラインに設けられ、前記熱源ラインを通る前記熱源との熱交換により前記作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器の下流側において前記作動媒体ラインに接続され、前記蒸発器で蒸発した作動媒体を用いて発電を行う発電機と、前記発電機の下流側において前記作動媒体ラインに設けられ、前記作動媒体を凝縮させる凝縮器と、を備え、前記作動媒体ラインが前記蒸発器、前記発電機、および前記凝縮器を通って循環流路を形成しており、前記発電機が、発電を行う発電機本体と、前記発電機本体を収納するケースとを含むバイナリー発電装置を用い、
前記発電機のケースと前記作動媒体ラインとの間であって前記ケースよりも低い位置に配置されたタンクに、凝縮液流下ラインを通じて、前記発電機の前記ケースから前記作動媒体の凝縮液を流下させる凝縮液流下工程と、
タンク内の前記作動媒体を、凝縮液排出ラインを通じて前記作動媒体ラインに戻す凝縮液戻り工程と、を含み、
前記凝縮液流下工程は、前記凝縮液流下ラインを開閉させる開閉手段を開くことによって実施される、バイナリー発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイナリー発電装置およびバイナリー発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に記載されるように、固定スクロールと揺動スクロールとを備えたスクロール圧縮機が知られている。この圧縮機は、停止時に、内部に溜まった液冷媒の自重で開くリリーフバルブ機構を備える。このリリーフバルブ機構は、ガイドフレームと固定子に挟まれた空間に、液冷媒を排出する。また特許文献２に記載されるように、空調装置や給湯装置に用いられるヒートポンプ装置が知られている。このヒートポンプ装置では、圧縮機の起動時に、圧縮機を安定運転可能な最低安定回転数よりも低く、かつ、液冷媒を圧縮しても圧縮機を保護可能であるように、回転数が設定される。その回転数に基づいて、圧縮機の吸入側圧力と吐出側圧力との差圧が所定圧力以上となるように、膨張弁の開度が設定される。それによって、圧縮機から液冷媒が排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５５３８２９５号公報
【特許文献２】特許第５９９９６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したように、従来、圧縮機単体からの液冷媒の排出が検討されているが、たとえばバイナリー発電装置等のシステムに対しては、液冷媒すなわち凝縮した作動媒体をいかに扱うかについての検討は不十分であった。たとえば、ランキンサイクルによる発電を行うバイナリー発電装置では、装置の停止時に、凝縮した作動媒体が凝縮器から発電機に逆流することがあり、発電機の内部に凝縮液が溜まってしまう。発電機が凝縮液で満たされている場合、発電機の回転抵抗が大きくなるため、効率的に発電を行うことができない。発電機に溜まった凝縮液を排出するためには、装置を起動する際、回転数を低くして暖機運転を行い、作動媒体を発電機から排出する必要がある。
【０００５】
特に、装置を長期間にわたって停止した際は、発電機の内部は完全に凝縮液で満たされてしまうこともあり得る。その場合、長時間の暖機運転が必要となる。暖機運転中は、発電できない（または発電できても発電量が少ない）ため、発電電力量が低下してしまう。本発明は、作動媒体の凝縮液が生じた場合でも、暖機運転の時間を短縮することができるバイナリー発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、熱源により加熱され蒸発した作動媒体を用いて発電を行うバイナリー発電装置であって、熱源が通る熱源ラインと、作動媒体が通る作動媒体ラインと、作動媒体ラインに設けられ、熱源ラインを通る熱源との熱交換により作動媒体を蒸発させる蒸発器と、蒸発器の下流側において作動媒体ラインに接続され、蒸発器で蒸発した作動媒体を用いて発電を行う発電機と、発電機の下流側において作動媒体ラインに設けられ、作動媒体を凝縮させる凝縮器と、を備え、作動媒体ラインが蒸発器、発電機、および凝縮器を通って循環流路を形成しており、発電機は、発電を行う発電機本体と、発電機本体を収納するケースとを含み、発電機のケースと作動媒体ラインとの間には、ケースよりも低い位置に配置されたタンクと、ケースおよびタンクを接続する凝縮液流下ラインと、タンクおよび作動媒体ラインを接続する凝縮液排出ラインとが設けられており、凝縮液流下ラインには、凝縮液流下ラインを開閉させる開閉手段が設けられている。
【０００７】
このバイナリー発電装置では、蒸発器で蒸発した作動媒体を用いて、発電機本体で発電が行われる。このバイナリー発電装置が運転後に停止すると、作動媒体ライン、蒸発器、発電機、および凝縮器の中の作動媒体が凝縮し得る。開閉手段が閉じている場合、発電機のケース内に、作動媒体の凝縮液が溜まり得る。次に装置を起動する際または起動した後に、開閉手段を開けることにより、凝縮液は、凝縮液流下ラインを通ってタンクに貯留される。これにより、発電機のケースから凝縮液が排出され、装置の暖機運転に支障が生じない。その結果、凝縮液が発電機のケース内に溜まったまま暖機運転を行う場合に比して、暖機運転の時間を短縮することができる。なお、タンク内の凝縮液は、適宜のタイミングにて、凝縮液排出ラインを通って作動媒体ラインに戻される。
【０００８】
いくつかの態様において、タンクには、タンク内に貯留された凝縮液を加熱する加熱手段が設けられている。この場合、凝縮液は、タンク内に貯留されている間に、加熱手段によって加熱される。よって、作動媒体ラインに戻ったときに、元々作動媒体ライン内に存在した作動媒体に与える影響（たとえば温度を低下させる影響など）が少なく、効率的な発電が可能である。
【０００９】
いくつかの態様において、加熱手段は、熱源ラインから分岐する加熱ラインを有し、加熱ラインは、タンク内に配置された加熱部を含む。この場合、熱源ラインから熱源を取り出して、凝縮液の加熱に用いることができる。凝縮液を加熱するためのエネルギーを別途用いる必要がなく、トータルでのエネルギー効率に優れる。
【００１０】
いくつかの態様において、バイナリー発電装置は、加熱手段を制御するコントローラを更に備え、コントローラは、少なくとも、所定の発電運転の前に実施される暖機運転において、加熱手段を制御してタンク内の凝縮液を加熱する。この場合、暖機運転を行いつつ、凝縮液を加熱することができる。よって、バイナリー発電装置における所定の発電運転を早期に開始できる。所定の発電運転とは、たとえば、定格または定格に近い発電運転である。
【００１１】
本発明の別の態様は、熱源により加熱され蒸発した作動媒体を用いて発電を行うバイナリー発電方法であって、熱源が通る熱源ラインと、作動媒体が通る作動媒体ラインと、作動媒体ラインに設けられ、熱源ラインを通る熱源との熱交換により作動媒体を蒸発させる蒸発器と、蒸発器の下流側において作動媒体ラインに接続され、蒸発器で蒸発した作動媒体を用いて発電を行う発電機と、発電機の下流側において作動媒体ラインに設けられ、作動媒体を凝縮させる凝縮器と、を備え、作動媒体ラインが蒸発器、発電機、および凝縮器を通って循環流路を形成しており、発電機が、発電を行う発電機本体と、発電機本体を収納するケースとを含むバイナリー発電装置を用い、発電機のケースと作動媒体ラインとの間であってケースよりも低い位置に配置されたタンクに、凝縮液流下ラインを通じて、発電機のケースから作動媒体の凝縮液を流下させる凝縮液流下工程と、タンク内の作動媒体を、凝縮液排出ラインを通じて作動媒体ラインに戻す凝縮液戻り工程と、を含み、凝縮液流下工程は、凝縮液流下ラインを開閉させる開閉手段を開くことによって実施される。
【００１２】
このバイナリー発電方法によれば、装置を起動する際または起動した後に、凝縮液流下工程が実施されることにより、発電機のケースから凝縮液が排出される。よって、装置の暖機運転に支障が生じない。その結果、凝縮液が発電機のケース内に溜まったまま暖機運転を行う場合に比して、暖機運転の時間を短縮することができる。タンク内の凝縮液は、凝縮液戻り工程において、凝縮液排出ラインを通って作動媒体ラインに戻される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のいくつかの態様によれば、凝縮液が発電機のケース内に溜まったまま暖機運転を行う場合に比して、暖機運転の時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るバイナリー発電装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１のバイナリー発電装置における制御処理を示すフローチャートである。
【図３】バイナリー発電装置が停止して凝縮液が生じた状態を示す図である。
【図４】図３に続き、凝縮液が排出されてタンクに貯留された状態を示す図である。
【図５】図４に続き、凝縮液が作動媒体ラインに戻されている状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
図１を参照して、本実施形態に係るバイナリー発電装置１について説明する。バイナリー発電装置１は、たとえば温水等を熱源として利用して、発電を行うシステムである。バイナリー発電装置１は、たとえば工場または温泉地等に設置されて、排熱または温泉等の熱エネルギーを利用して発電を行う。バイナリー発電装置１は、たとえばオーガニックランキンサイクル（Organic  Rankine  Cycle；ＯＲＣ）が採用された装置である。バイナリー発電装置１では、温水とバイナリー発電装置１内の作動媒体との間で、熱交換が行われる。バイナリー発電装置１に用いられる作動媒体は、水よりも沸点の低い媒体であり、たとえば代替フロン等である。
【００１７】
図１に示されるように、バイナリー発電装置１は、蒸発器２Ａと、予熱器２Ｂと、タービン発電機（発電機）３と、凝縮器４とを備える。バイナリー発電装置１は、これらの予熱器２Ｂ、蒸発器２Ａ、タービン発電機３および凝縮器４を通って循環流路を形成する第１作動媒体ラインＬ２および第２作動媒体ラインＬ３と、この作動媒体ラインに設けられた作動媒体ポンプ１０とを備える。本明細書において、「ライン」は、内部を流体が流れる配管もしくは管路、または、空間を意味する。また、本明細書において、「上流」または「下流」は、対象とする流体（作動媒体等）の流れの方向を基準とする。
【００１８】
第１作動媒体ラインＬ２および第２作動媒体ラインＬ３は、作動媒体が通る作動媒体ラインである。第１作動媒体ラインＬ２の上流端は作動媒体ポンプ１０の吐出部に接続され、第１作動媒体ラインＬ２の下流端はタービン発電機３のタービン３ａの入口部に接続されている。第２作動媒体ラインＬ３の上流端はタービン発電機３のタービン３ａの出口部に接続され、第２作動媒体ラインＬ３の下流端は作動媒体ポンプ１０の吸込部に接続されている。
【００１９】
蒸発器２Ａおよび予熱器２Ｂは第１作動媒体ラインＬ２に設けられている。蒸発器２Ａおよび予熱器２Ｂには、第１作動媒体ラインＬ２と熱源ラインＬ１とが通っている。蒸発器２Ａは、温水と作動媒体との熱交換により、作動媒体を加熱して蒸発させる。予熱器２Ｂは、作動媒体の流れを基準として、蒸発器２Ａの上流側に設けられている。予熱器２Ｂは、蒸発器２Ａを通過した温水と作動媒体との熱交換により、作動媒体を加熱（予熱）する。
【００２０】
作動媒体を蒸発させるための蒸発器２Ａは、たとえば相変化タイプの熱交換器である。蒸発器２Ａは、たとえば、プレート式の熱交換器である。蒸発器２Ａは、たとえば向流式の熱交換器である。蒸発器２Ａは、並流式の熱交換器であってもよい。作動媒体を予熱するための予熱器２Ｂは、たとえば単相タイプの熱交換器である。予熱器２Ｂは、たとえば、プレート式の熱交換器である。予熱器２Ｂは、たとえば向流式の熱交換器である。予熱器２Ｂは、並流式の熱交換器であってもよい。
【００２１】
タービン発電機３は、蒸発器２Ａの下流側において第１作動媒体ラインＬ２に接続されている。タービン発電機３は、たとえば１つ又は複数のタービン３ａと、このタービン３ａに連結された発電機本体３ｂと、これらのタービン３ａおよび発電機本体３ｂを収納するケース３ｃ（またはケーシング）とを含んでいる。タービン発電機３は、蒸発器２Ａで加熱されて蒸発した作動媒体を用いてタービン３ａを回転させ、発電機本体３ｂで発電を行う。発電機本体３ｂには、電力変換器が接続されている。電力変換器は、たとえば、ＡＣ−ＤＣコンバータ、系統連系コンバータ、および、絶縁トランス等の機器を含む。なお、タービン発電機３が、タービン３ａ以外の膨張機を備えてもよい。タービン発電機３の膨張機は、ターボ型ではなく、スクリュー式の容積型膨張機であってもよい。
【００２２】
熱源ラインＬ１は、たとえば工場等の排熱を受け取るための熱交換器（図示せず）を通っており、循環流路を形成している。熱源ラインＬ１は、蒸発器２Ａの温水入口に接続される温水供給部Ｌ１ａと、蒸発器２Ａ内に設けられた第１熱交換部Ｌ１ｂと、蒸発器２Ａおよび予熱器２Ｂの外部に配置されて、蒸発器２Ａの温水出口と予熱器２Ｂの温水入口とに接続される中間部Ｌ１ｃとを含む。熱源ラインＬ１は、予熱器２Ｂ内に設けられた第２熱交換部Ｌ１ｄと、予熱器２Ｂの水出口に接続される水排出部Ｌ１ｅとを含む。温水供給部Ｌ１ａを介してバイナリー発電装置１に供給された温水は、蒸発器２Ａおよび予熱器２Ｂにおける熱交換を経て、その温水よりも低温の水になって排出される。
【００２３】
一方、第１作動媒体ラインＬ２は、予熱器２Ｂの入口に接続される液体供給部Ｌ２ａと、予熱器２Ｂ内に設けられた第１熱交換部Ｌ２ｂと、予熱器２Ｂおよび蒸発器２Ａの外部に配置されて、予熱器２Ｂの出口と蒸発器２Ａの入口とに接続される中間部Ｌ２ｃとを含む。第１作動媒体ラインＬ２は、蒸発器２Ａ内に設けられた第２熱交換部Ｌ２ｄと、蒸発器２Ａの出口２４に接続される気体供給部Ｌ２ｅとを含む。液体供給部Ｌ２ａの上流端は作動媒体ポンプ１０の吐出部に接続され、気体供給部Ｌ２ｅの下流端はタービン３ａの入口部に接続されている。なお、気体供給部Ｌ２ｅには、タービン発電機３をバイパスするバイパスラインＬ１０が接続されている。バイパスラインＬ１０は、気体供給部Ｌ２ｅから分岐しており、第２作動媒体ラインＬ３のうちのタービン３ａと凝縮器４との間の部分に接続されている。
【００２４】
なお、バイナリー発電装置１では、１つの蒸発器２Ａと、１つの予熱器２Ｂが設けられているが、複数の蒸発器２Ａが設けられてもよいし、複数の予熱器２Ｂが設けられてもよい。複数の蒸発器２Ａが設けられる場合に、作動媒体の流れを基準として下流側の蒸発器２Ａは、作動媒体を過熱（スーパーヒート）するための過熱器であってもよい。バイナリー発電装置１において、予熱器２Ｂが省略されてもよい。
【００２５】
凝縮器４は、タービン発電機３の下流側において第２作動媒体ラインＬ３に設けられている。凝縮器４には、第２作動媒体ラインＬ３と冷却水ラインＬ４とが通っている。凝縮器４は、作動媒体と冷却水との熱交換により作動媒体を冷却および凝縮し、液化する。冷却水ラインＬ４には、たとえば冷却塔等の冷却手段が設けられる。凝縮器４は、たとえば向流式の熱交換器である。凝縮器４は、並流式の熱交換器であってもよい。なお、冷却媒体は、水等の液体以外に、空気などのガスであってもよい。すなわち、凝縮器４は、空冷タイプであってもよい。なお、バイナリー発電装置１では、１つの凝縮器４が設けられているが、複数の凝縮器４が設けられてもよい。
【００２６】
作動媒体ポンプ１０は、所定の流量にて、作動媒体を蒸発器２Ａ、予熱器２Ｂおよびタービン発電機３に送り、循環させることのできるポンプである。作動媒体ポンプ１０の型式は特に限定されないが、たとえば、遠心型または容積型のポンプが用いられ得る。作動媒体ポンプ１０は、たとえば、起動時において、吸込み側の配管（すなわち第２作動媒体ラインＬ３）内に所定の高さの液溜まりを必要とする。
【００２７】
バイナリー発電装置１では、上記した各機器および各配管が、たとえばユニット化されている。蒸発器２Ａ、予熱器２Ｂ、タービン発電機３、凝縮器４および作動媒体ポンプ１０は、所定の位置関係をもって配置されている。たとえば、凝縮器４は、上記した各機器および各配管の中で、もっとも高い位置に配置される。凝縮器４よりもやや低い位置に、タービン発電機３が配置される。作動媒体ポンプ１０は、上記した各機器および各配管の中で、もっとも低い位置に配置される。凝縮器４と作動媒体ポンプ１０との間には、高低差が確保されている。タービン発電機３と作動媒体ポンプ１０との間に、たとえば蒸発器２Ａおよび予熱器２Ｂが配置される。
【００２８】
バイナリー発電装置１では、運転を停止している間に装置内に発生し得る、作動媒体の凝縮液を考慮した装置上の工夫がなされている。すなわち、運転を再開しようとする際に、凝縮液が運転の妨げとならないよう、そしてより迅速な装置の立ち上げが可能となるよう、バイナリー発電装置１はいくつかの特徴を有している。
【００２９】
バイナリー発電装置１は、タービン発電機３のケース３ｃと第１作動媒体ラインＬ２との間に設けられた凝縮液タンク２０を備える。凝縮液タンク２０は、タービン発電機３のケース３ｃよりも低い位置に配置されている。すなわち、凝縮液タンク２０は、ケース３ｃと作動媒体ポンプ１０（又は第１作動媒体ラインＬ２の液体供給部Ｌ２ａ）との間に配置されている。凝縮液タンク２０は、ケース３ｃおよび第１作動媒体ラインＬ２に対して、凝縮液流下排出ラインＬ６によって接続されている。この凝縮液流下排出ラインＬ６は、凝縮液流下ラインＬ６ａと、その下流側の凝縮液排出ラインＬ６ｂとからなる。凝縮液流下ラインＬ６ａは、ケース３ｃの下部および凝縮液タンク２０の上部を接続している。凝縮液流下ラインＬ６ａは、ケース３ｃに設けられているドレン口に接続されてもよい。凝縮液排出ラインＬ６ｂは、凝縮液タンク２０の下部および液体供給部Ｌ２ａの作動媒体合流部Ｐ３を接続している。作動媒体合流部Ｐ３は、液体供給部Ｌ２ａのうちのどの部分に設けられてもよいが、たとえば、作動媒体ポンプ１０の吐出部に近い位置に設けられる。この構成により、ケース３ｃに溜まった凝縮液は、凝縮液流下ラインＬ６ａを通じて凝縮液タンク２０に流下させることができる。凝縮液タンク２０内に貯留された凝縮液は、凝縮液排出ラインＬ６ｂを通じて、第１作動媒体ラインＬ２に戻すことができる。
【００３０】
バイナリー発電装置１は、さらに、凝縮液タンク２０内に貯留された凝縮液を加熱するための加熱手段を備える。より詳細には、バイナリー発電装置１は、熱源ラインＬ１の温水供給部Ｌ１ａから分岐して凝縮液タンク２０内を通り、熱源ラインＬ１の水排出部Ｌ１ｅに接続される加熱ラインＬ５を備える。加熱ラインＬ５は、温水供給部Ｌ１ａの分岐部Ｐ１と凝縮液タンク２０の入口とに接続される温水供給部Ｌ５ａと、凝縮液タンク２０内に設けられた加熱部Ｌ５ｂと、凝縮液タンク２０の出口と水排出部Ｌ１ｅの水合流部Ｐ２とに接続される水排出部Ｌ５ｃとを含む。温水供給部Ｌ５ａが設けられることにより、熱源ラインＬ１を通る温水の一部または全部を、蒸発器２Ａおよび予熱器２Ｂではなく凝縮液タンク２０に導くことができるようになっている。加熱部Ｌ５ｂが凝縮液タンク２０内に設けられることにより、加熱ラインＬ５を通る温水が、凝縮液タンク２０内の凝縮液と熱交換可能になっている。
【００３１】
バイナリー発電装置１は、凝縮液の貯留および移動を制御するためのコントローラ３０を備えている。コントローラ３０は、バイナリー発電装置１が備える各センサからの出力信号に基づいて、各配管に設けられた各種の制御弁を制御する。
【００３２】
バイナリー発電装置１が備える各種のセンサおよび制御弁について説明すると、第１作動媒体ラインＬ２の中間部Ｌ２ｃには、第１温度センサ３１と第１圧力センサ３２とが設けられている。第１作動媒体ラインＬ２の気体供給部Ｌ２ｅには、第２温度センサ３３と第２圧力センサ３４とが設けられている。第２圧力センサ３４とタービン発電機３との間には、タービン入口弁４６が設けられている。バイパスラインＬ１０には、バイパス弁４７が設けられている。第２作動媒体ラインＬ３のうち、凝縮器４と作動媒体ポンプ１０との間の部分には、第４温度センサ３６と第３圧力センサ３７とが設けられている。
【００３３】
また、タービン発電機３のケース３ｃには、たとえばレベルスイッチである第１液位センサ３８が設けられている。ケース３ｃのうち、たとえば発電機本体３ｂを収納する部分に、作動媒体の凝縮液が溜まり得る。第１液位センサ３８は、ケース３ｃ内における凝縮液の液位を検知可能である。凝縮液タンク２０には、たとえばレベルスイッチである第２液位センサ３９が設けられている。第２液位センサ３９は、凝縮液タンク２０内における凝縮液の液位を検知可能である。
【００３４】
凝縮液流下ラインＬ６ａには、第１制御弁４１が設けられている。この第１制御弁４１は、凝縮液流下ラインＬ６ａを開閉させる開閉手段である。凝縮液排出ラインＬ６ｂには、第３制御弁４３および逆止弁４４が設けられている。この逆止弁４４は、凝縮液タンク２０から作動媒体合流部Ｐ３への凝縮液の流通を許容するが、作動媒体合流部Ｐ３から凝縮液タンク２０への凝縮液の流通を遮断する。逆止弁４４は、凝縮液（作動媒体）の逆流防止と、凝縮液タンク２０内の液封を防止するために設けられる。熱源ラインＬ１の温水供給部Ｌ１ａには、第２制御弁４２が設けられている。加熱ラインＬ５と、この第２制御弁４２とが、上記した加熱手段を構成する。
【００３５】
第１制御弁４１および第３制御弁４３は、開閉を切り替えることのできる自動弁であり、たとえば電磁弁である。タービン入口弁４６、バイパス弁４７および第２制御弁４２は、たとえば配管内を流れる温水または作動媒体（作動媒体の蒸気または凝縮液）の流量を調整可能であり、たとえば、それらの開度を調整自在な自動弁である。これらの制御弁のバルブとしての型式は特に限定されない。開閉を切り替える、または流量を調整する等の目的に応じて、公知のバルブが適宜に用いられ得る。なお、第１制御弁４１および第２制御弁４２が、凝縮液流下排出ラインＬ６を開閉させるだけでなく、凝縮液の流量を調整可能であってもよい。
【００３６】
コントローラ３０は、たとえば第１液位センサ３８および第２液位センサ３９等から出力される検出値に基づいて、上記した各種の制御弁を制御する。コントローラ３０は、上記した各センサと通信可能である。コントローラ３０は、各センサからの出力信号を入力し、所定の処理を行い、たとえば、第１制御弁４１（開閉手段）、第２制御弁４２（加熱手段）および第３制御弁４３を制御する。コントローラ３０は、たとえば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit)、ＲＯＭ(Read  Only  Memory)、およびＲＡＭ(Random  Access  Memory)等のハードウェアと、ＲＯＭに記憶されたプログラム等のソフトウェアと、から構成されたコンピュータである。
【００３７】
以下、図２を参照して、コントローラ３０によって実行される制御処理（バイナリー発電方法）について説明する。まず、操作者によって装置を起動させる旨の操作が行われると、コントローラ３０は、装置を起動させる（ステップＳ０１）。コントローラ３０は、作動媒体ポンプ１０を作動させ、たとえばバイパス弁４７を開き、タービン入口弁４６を閉じる。第１制御弁４１、第３制御弁４３、および第２制御弁４２は閉じた状態である。このとき、タービン発電機３のケース３ｃには、作動媒体の凝縮液が溜まっている（図３参照）。コントローラ３０は、第１液位センサ３８から、ケース３ｃ内における凝縮液の液位を示す信号を入力する。
【００３８】
コントローラ３０は、第１制御弁４１を開き、凝縮液を凝縮液タンク２０に流下させる（ステップＳ０２）。たとえば、ケース３ｃに溜まっていた凝縮液の全量が、凝縮液タンク２０内に移動する。凝縮液タンク２０の容量は、ケース３ｃ内と、凝縮液流下ラインＬ６ａの第１制御弁４１より上流側とに溜まり得る凝縮液の量に基づいて決定することができる。すなわち、凝縮液タンク２０の容量は、ケース３ｃ内と、凝縮液流下ラインＬ６ａの第１制御弁４１より上流側とに溜まり得る凝縮液の量よりも大きい。凝縮液タンク２０の容量は、ケース３ｃ内に溜まり得る凝縮液の量と同程度である。コントローラ３０は、第２液位センサ３９から、凝縮液タンク２０内における凝縮液の液位を示す信号を入力する。このステップＳ０２は、凝縮液流下ラインＬ６ａ通じて、ケース３ｃから凝縮液タンク２０に作動媒体の凝縮液を流下させる凝縮液流下工程である。この凝縮液流下工程は、第１制御弁４１を開くことによって実施される。
【００３９】
コントローラ３０は、第１液位センサ３８から入力したケース３ｃ内の凝縮液の液位が所定値以下であると判断すると、第１制御弁４１を閉じる（ステップＳ０３）。この時点で、ケース３ｃには凝縮液は残っておらず、凝縮液タンク２０に凝縮液が移動している（図４参照）。
【００４０】
そして、コントローラ３０は、暖機運転を開始する（ステップＳ０４）。暖機運転において、コントローラ３０は、たとえばタービン入口弁４６を半開とし、バイパス弁４７を半開または全開とする。暖機運転中は、タービン３ａが回転し得るが、発電機本体３ｂにおける発電量は定格の発電量には達しない。
【００４１】
次に、コントローラ３０は、第２制御弁４２を開き、凝縮液タンク２０内の凝縮液を加熱する（ステップＳ０５）。コントローラ３０は、たとえば第２制御弁４２を半開とする。このときの第２制御弁４２の開度は、適宜に調整されてもよい。コントローラ３０は、第２制御弁４２の開度を調整することにより、蒸発器２Ａおよび予熱器２Ｂにおける熱交換量と、凝縮液タンク２０における熱交換量（加熱手段における加熱熱量）とを調整してもよい。このステップＳ０５では、温水からの熱を受けて、凝縮液タンク２０内における作動媒体の温度が徐々に上昇する。このように、バイナリー発電装置１を用いた発電方法では、コントローラ３０は、少なくとも、所定の発電運転の前に実施される暖機運転において、加熱手段を制御して凝縮液タンク２０内の凝縮液を加熱する。
【００４２】
次に、コントローラ３０は、第３制御弁４３を開き、凝縮液タンク２０内の作動媒体を排出する（ステップＳ０６）。このとき、作動媒体は、所定温度の液体の状態であってもよいし、一部が蒸発（気化）した状態であってもよい。作動媒体は、第１作動媒体ラインＬ２に徐々に戻され、循環する作動媒体と混合される（図５参照）。このステップＳ０６は、凝縮液タンク２０内の作動媒体を、凝縮液排出ラインＬ６ｂを通じて第１作動媒体ラインＬ２に戻す凝縮液戻り工程である。
【００４３】
コントローラ３０は、第２液位センサ３９から入力した凝縮液タンク２０内の凝縮液の液位が所定値以下であると判断すると、第２制御弁４２および第３制御弁４３を閉じる（ステップＳ０７）。これにより、全量の作動媒体が第１作動媒体ラインＬ２および第２作動媒体ラインＬ３を循環する状態となり、一方、熱源ラインＬ１（温水供給部Ｌ１ａ）を流れる温水の全部が、蒸発器２Ａおよび予熱器２Ｂに導入される。
【００４４】
そして、コントローラ３０は、通常の発電運転を開始する（ステップＳ０８）。コントローラ３０は、バイパス弁４７を全閉とし、タービン入口弁４６を全開とする。作動媒体は、予熱器２Ｂで予熱された後に蒸発器２Ａで蒸発させられ、タービン３ａを回転させる。このとき、発電機本体３ｂにおける発電量は定格の発電量に達する。作動媒体は、凝縮器４において冷却され、凝縮液となる。
【００４５】
操作者によって装置を停止する旨の操作が行われると、コントローラ３０は、装置を停止させる（ステップＳ０９）。装置が停止した後は、第１作動媒体ラインＬ２および第２作動媒体ラインＬ３内の作動媒体の温度は、徐々に低下する。作動媒体は、凝縮液となり、第１作動媒体ラインＬ２および第２作動媒体ラインＬ３のうち、下部に貯留される。一方、凝縮液は、第２作動媒体ラインＬ３のうち凝縮器４とタービン発電機３との間の部分を逆流して、ケース３ｃ内に溜まる（図３参照）。装置の停止期間が長い場合には、ケース３ｃ内の凝縮液量は多くなる。再度装置が起動させられると、上記したステップＳ０１〜Ｓ０８の処理が繰り返される。
【００４６】
本実施形態のバイナリー発電装置１およびバイナリー発電方法では、蒸発器２Ａで蒸発した作動媒体を用いて、発電機本体３ｂで発電が行われる。このバイナリー発電装置１が運転後に停止すると、第１作動媒体ラインＬ２および第２作動媒体ラインＬ３、蒸発器２Ａ、タービン発電機３、および凝縮器４の中の作動媒体が凝縮し得る。第１制御弁４１が閉じている場合、タービン発電機３のケース３ｃ内に、作動媒体の凝縮液が溜まり得る。次に装置を起動する際または起動した後に、第１制御弁４１を開け、凝縮液流下工程が実施されることにより、凝縮液は、凝縮液流下ラインＬ６ａを通って凝縮液タンク２０に貯留される。これにより、タービン発電機３のケース３ｃから凝縮液が排出され、装置の暖機運転に支障が生じない。その結果、凝縮液がタービン発電機３のケース３ｃ内に溜まったまま暖機運転を行う場合に比して、タービン発電機３内の凝縮液を早期に排出でき、暖機運転の時間を短縮することができる。なお、凝縮液タンク２０内の凝縮液は、凝縮液戻り工程において、凝縮液排出ラインＬ６ｂを通って第１作動媒体ラインＬ２に戻される。このように、バイナリー発電装置１は、発電開始時に第１制御弁４１を開くことでタービン発電機３の内部の凝縮液（液冷媒）を凝縮液タンク２０に落とす（自重による流下）。凝縮液タンク２０内に貯留された凝縮液は暖機運転時の温水によって加熱・蒸発させられ、凝縮液タンク２０内は空になる。このシーケンスを繰り返すことで、タービン発電機３の起動時には常に空のタンクが確保される。自重のみによって液冷媒を排出できる。
【００４７】
凝縮液は、凝縮液タンク２０内に貯留されている間に、加熱手段によって加熱される。よって、第１作動媒体ラインＬ２に戻ったときに、元々第１作動媒体ラインＬ２内に存在した作動媒体に与える影響（たとえば温度を低下させる影響など）が少なく、効率的な発電が可能である。
【００４８】
加熱部Ｌ５ｂを含む加熱ラインＬ５によれば、熱源ラインＬ１から熱源を取り出して、凝縮液の加熱に用いることができる。凝縮液を加熱するためのエネルギーを別途用いる必要がなく、トータルでのエネルギー効率に優れる。
【００４９】
また、暖機運転を行いつつ、凝縮液を加熱することができる。よって、バイナリー発電装置１における所定の発電運転を早期に開始できる。
【００５０】
また、凝縮液排出ラインＬ６ｂが、予熱器２Ｂの下流である水合流部Ｐ２に接続されていることにより、蒸発器２Ａに入る温水の急変を防止している。
【００５１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。たとえば、温水を分岐させる分岐点は、上記した分岐部Ｐ１以外であってもよい。凝縮液タンク２０の容量は、上記した容量よりも小さくてもよい。凝縮液タンク２０の容量が小さくても、すなわち凝縮液流下工程によってすべての凝縮液が排出されなくても、一定の効果（暖機運転時間の短縮効果）は得られる。作動媒体を戻す接続点は、上記した作動媒体合流部Ｐ３以外であってもよい。作動媒体合流部Ｐ３は、蒸発器２Ａの下流側（気体供給部Ｌ２ｅ）であってもよい。
【００５２】
第１液位センサ３８や第２液位センサ３９は省略されてもよい。通常運転を開始するタイミングは、タービン発電機３の内部における温度または圧力に基づいて判断してもよいし、事前にテスト等を行うことで暖機運転に要する時間を把握しておき、その時間を用いてもよい。
【００５３】
コントローラ３０は、暖機運転以外のタイミングにおいて、加熱手段を制御して凝縮液タンク２０内の凝縮液を加熱してもよい。加熱手段は、温水（バイナリー発電装置１の熱源）を用いずに、凝縮液を加熱するためのエネルギーを別途用いてもよい。たとえば、加熱手段として、電気ヒータを用いてもよい。加熱手段として、温水と電気ヒータを併用してもよい。
【００５４】
凝縮液タンク２０内に貯留された凝縮液を加熱する加熱手段は、省略されてもよい。すなわち、第１作動媒体ラインＬ２内に、加熱されていない状態の凝縮液を戻してもよい。凝縮器４およびタービン発電機３の位置関係については、これらの間に高低差がなくてもよい。
【００５５】
開閉手段は、第１制御弁４１である構成に限られない。凝縮液流下ラインＬ６ａに設けられる開閉手段は、ケース３ｃからの排出部に設けられる構成であってもよく、凝縮液タンク２０との接続部に設けられる構成であってもよい。熱源は、温水ではなく蒸気であってもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１  バイナリー発電装置
２Ａ  蒸発器
２Ｂ  予熱器
３  タービン発電機
３ａ  タービン
３ｂ  発電機本体
３ｃ  ケース
４  凝縮器
１０  作動媒体ポンプ
２０  凝縮液タンク
３０  コントローラ
４１  第１制御弁
４２  第２制御弁
４３  第３制御弁
Ｌ１  熱源ライン
Ｌ２  第１作動媒体ライン
Ｌ３  第２作動媒体ライン
Ｌ５  加熱ライン
Ｌ５ｂ  加熱部
Ｌ６ａ  凝縮液流下ライン
Ｌ６ｂ  凝縮液排出ライン
【図１】
2020002892.tif 000003
【図２】
2020002892.tif 000004
【図３】
2020002892.tif 000005
【図４】
2020002892.tif 000006
【図５】
2020002892.tif 000007