(57)【要約】【課題】  低沸点媒体が循環する経路を外部から冷却しなくても循環サイクルが機能するバイナリー発電システムを提供する。【解決手段】  低沸点媒体を循環させる第２の循環路１０２の途中であって、蒸発器１０３からタービン１０５に向かう途中に気蓄室１０６を設けると共にタービン１０５から蒸発器１０３に戻る途中に液化室１０９を設け、当該液化室１０９における気相部分１０９ｂと気蓄室１０６とを繋ぐバイパス経路１２０を設けると共に当該バイパス経路１２０の途中に第２の熱交換器１０４を備え、この第２の熱交換器１０４によって、液化室１０９における気相部分１０９ｂから気蓄室１０６へ向かう媒体とタービン１０５から液化室１０９へと向かう媒体の熱交換を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高沸点媒体を循環させる第１の循環路と、当該第１の循環路に接続される第１の熱交換器と、当該第１の熱交換器に接続され低沸点媒体を循環させる第２の循環路と、前記第１の熱交換器における熱交換によって気化した前記低沸点媒体により回転するタービンと、当該タービンに接続される発電機とを備えたバイナリー発電システムであって、
前記第２の循環路内にバイパス経由を設けて２つの熱循環サイクルを循環させることにより、当該第２の循環路を外部から冷却することなく前記低沸点媒体を循環させている
ことを特徴とするバイナリー発電システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２の循環路は、前記第２の循環路の途中であって、前記第１の熱交換器から前記タービンに向かう途中に気蓄室を設けると共に前記タービンから前記第１の熱交換器に戻る途中に液化室を設け、
当該液化室における気相部分と気蓄室とを繋ぐように前記バイパス経路を設けると共に当該バイパス経路の途中に第２の熱交換器を備え、
当該第２の熱交換器によって、前記液化室における気相部分から前記気蓄室へ向かう媒体と前記タービンから前記液化室へと向かう媒体の熱交換を行う
ことを特徴とするバイナリー発電システム。
【請求項３】
請求項２において、
前記バイパス経路における前記第２の熱交換器と前記気蓄室の途中で、前記第１の熱交換器に導入されて熱交換が行われる
ことを特徴とするバイナリー発電システム。
【請求項４】
請求項２又は３において、
前記第２の循環路は断熱層によって外部から熱的に断熱遮断された断熱空間内に設置されており、
前記バイパス経路の途中に第３の熱交換器を設けることによって、前記断熱空間内に溜まった熱を第２の循環路内に回収できる
ことを特徴とするバイナリー発電システム。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかにおいて、
前記第２の熱交換器には、前記液化室から前記第１の熱交換器に戻る途中の循環路が導入されて熱交換が行われている
ことを特徴とするバイナリー発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイナリー発電の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図３に示しているようなバイナリー発電システム１が公知である（特許文献１参照）。バイナリー発電システム１は、高沸点媒体を循環させる第１の循環路２と、当該第１の循環路２に接続される熱交換器３と、当該熱交換器３に接続され低沸点媒体を循環させる第２の循環路４と、熱交換器３における熱交換によって気化した低沸点媒体により回転するタービン６と、当該タービン６に接続される発電機１０と、タービン６から排気された低沸点媒体を冷却するために第２の循環路４に接続される冷却器５を備える。またこの冷却器５には外部から冷却水が循環している。
【０００３】
例えば低沸点媒体として、ペンタン、イソブタンといった有機物質、代替フロン、アンモニア・水混合液などを利用することによって、高沸点媒体の温度がそれ程高い温度でなくとも低沸点媒体を十分に蒸発気化させてタービンを回すことができるので、例えば地熱などを利用した発電が可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１０７９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のバイナリー発電システムにおいては、低沸点媒体をわざわざ外部から冷却する必要があるため、エネルギー効率が非効率となっている。
【０００６】
そこで本発明は、低沸点媒体が循環する第２の循環路の途中に外部から冷却する冷却器をわざわざ設けなくとも作動し続けることが可能なバイナリー発電システムを提供する事をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するべく、本願発明は、高沸点媒体を循環させる第１の循環路と、当該第１の循環路に接続される第１の熱交換器と、当該第１の熱交換器に接続され低沸点媒体を循環させる第２の循環路と、前記第１の熱交換器における熱交換によって気化した前記低沸点媒体により回転するタービンと、当該タービンに接続される発電機とを備えたバイナリー発電システムであって、前記第２の循環路内にバイパス経由を設けて２つの熱循環サイクルを循環させることにより、当該第２の循環路を外部から冷却することなく前記低沸点媒体を循環させていることを特徴とする。
【０００８】
また、前記第２の循環路は、前記第２の循環路の途中であって、前記第１の熱交換器から前記タービンに向かう途中に気蓄室を設けると共に前記タービンから前記第１の熱交換器に戻る途中に液化室を設け、当該液化室における気相部分と気蓄室とを繋ぐように前記バイパス経路を設けると共に当該バイパス経路の途中に第２の熱交換器を備え、当該第２の熱交換器によって、前記液化室における気相部分から前記気蓄室へ向かう媒体と前記タービンから前記液化室へと向かう媒体の熱交換を行うことを特徴とする。
【０００９】
また更に、前記バイパス経路における前記第２の熱交換器と前記気蓄室の途中で、前記第１の熱交換器に導入されて熱交換が行われることを特徴とする。
【００１０】
また更に、前記第２の循環路は断熱層によって外部から熱的に断熱遮断された断熱空間内に設置されており、前記バイパス経路の途中に第３の熱交換器を設けることによって、前記断熱空間内に溜まった熱を第２の循環路内に回収できることを特徴とする。
【００１１】
また更に、前記第２の熱交換器には、前記液化室から前記第１の熱交換器に戻る途中の循環路が導入されて熱交換が行われていることを特徴とする。  
【発明の効果】
【００１２】
本発明を適用することで、低沸点媒体が循環する第２の循環路を冷却する必要がないので、効率よく発電することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るバイナリー発電システムの第１の実施例を示した概略構成図である。
【図２】本発明に係るバイナリー発電システムの第２の実施例を示した概略構成図である。
【図３】従来のバイナリー発電システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例であるバイナリー発電システム１００について説明を加える。なお、図面理解容易の為、各部の大きさや寸法を誇張して表現している部分があり、実際の製品と必ずしも一致しない部分があることを付記しておく。また各図面は符号の向きに見るものとし、当該向きを基本に上下左右、手前、奥と表現する。
【００１５】
〈バイナリー発電システムの構成〉
図１に示すように、本発明の実施形態の一例としてのバイナリー発電システム１００は、高沸点媒体（例えば水：図示していない）が循環する第１の循環路１０１と、この第１の循環路１０１に接続される蒸発器（第１の熱交換器）１０３と、この蒸発器１０３に接続され低沸点媒体（ペンタン、イソブタンといった有機物質、代替フロン、アンモニア・水混合液など：図示していない）を循環させる第２の循環路１０２と、蒸発器１０３における熱交換によって気化した低沸点媒体により回転するタービン１０５と、当該タービン１０５に接続される発電機１０７と、を備える。
【００１６】
また、第２の循環路１０２はその全体が断熱層１３０によって外部から熱的に断熱遮断された断熱空間内に設置されている。
【００１７】
第２の循環路１０２の途中であって、蒸発器１０３からタービン１０５に向かう途中に気蓄室１０６が設けられている。また、タービン１０５から蒸発器１０３に戻る途中に液化室１０９が設けられている。この液化室１０９においては低沸点媒体が液相部分１０９ａと気相部分１０９ｂとに分離するが、この気相部分１０９ｂと気蓄室１０６とを繋ぐバイパス経路１２０を設けると共に当該バイパス経路１２０の途中に第２の熱交換器１０４を備えている。
【００１８】
この第２の熱交換器１０４には、液化室１０９における気相部分１０９ｂから気蓄室１０６へ向かう（気相状態の）低沸点媒体が通る経路と、タービン１０５から液化室１０９へと向かう低沸点媒体が通る経路が導入され、両者が熱交換を行うことが可能とされている。
【００１９】
また更に、バイパス経路１２０における第２の熱交換器１０４と気蓄室１０６の途中の経路が、蒸発器１０３に接続導入されて熱交換を行うことが可能とされている。
【００２０】
また、バイパス経路１２０の途中、より具体的には、第２の熱交換器１０４から気蓄室１０６に向かう途中には、第３の熱交換器１１１が設けられている。この第３の熱交換器１１１は、断熱層１３０で取り囲まれた断熱空間内の空気との間で熱交換を行うことが可能に構成される。即ち、断熱空間内に溜まった熱を当該第３の熱交換器１１１を解して第２の循環路１０２内に回収できるように構成されている。
【００２１】
第３の熱交換器１１１から気蓄室１０６に向かう途中で、バイパス経路１２０は蒸発器１０３を経た上で、気蓄室１０６へと接続される。
【００２２】
なお符合１１０は加圧ポンプ、符合１０８、１１４は膨張弁、符合１１２は圧縮機である。また符合１１３は圧縮機１１２を作動させるための電動モータである。
【００２３】
このように、低沸点媒体が循環する第２の循環路１０２においては、バイパス経路１２０の存在によって、気蓄室１０６〜タービン１０５〜第２の熱交換器１０４〜液化室１０９〜高圧ポンプ１１０〜蒸発器１０３〜気蓄室１０６という順に熱が循環する第１の熱循環サイクルと、気蓄室１０６〜タービン１０５〜第２の熱交換器１０４〜液化室１０９〜第２の熱交換器１０４〜第３の熱交換器１１１〜蒸発器１０３〜気蓄室１０６という順に熱が循環する第２の熱循環サイクルという２つの熱循環サイクルが同時に循環している。
【００２４】
〈バイナリー発電システムの作用・機能〉
蒸発器１０３によって蒸発した低沸点媒体は、気蓄室１０６に蓄えられる。気蓄室１０６の出口側には制御弁が設けられており、当該制御弁で制御する圧力以上となった低沸点媒体は第２の循環路１０２を介してタービン１０５へと向かいタービン１０５を回転させる。このタービン１０５の回転に連動して発電機１０７が回転し発電が行われる。
【００２５】
タービン１０５で膨張した低沸点媒体はより低圧・低温のガスとなり第２の熱交換器１０４へと導入され、更に低圧・低温のガスへと変化する。更にその後に設置される膨張弁１０８から真空状態の液化室１０９へと放出される。この放出時に、ジュール＝トムソン効果が発揮されて更に低沸点媒体ガスの温度が低下し、その結果、当該液化室１０９内において当該低沸点媒体は、液相部分１０９ａと気相部分１０９ｂに分離し混合状態を形成する。
【００２６】
気相部分１０９ｂは、バイパス経路１２０によって第２の熱交換器１０４及び第３の熱交換器１１１更には蒸発器１０３を介して昇温されつつ圧縮機１１２によって高圧となって気蓄室１０６へと向かう。
【００２７】
一方、液化室１０９の液相部分１０９ａは、加圧ポンプ１１０によって圧縮されて高圧になり、蒸発器１０３によって蒸発（ガス化）した状態で気蓄室１０６に蓄えられる。
【００２８】
前述した通り、本発明を適用したバイナリー発電システム１００における低沸点媒体が循環する第２の循環路１０２においては、バイパス経路１２０の存在によって、気蓄室１０６〜タービン１０５〜第２の熱交換器１０４〜液化室１０９〜高圧ポンプ１１０〜蒸発器１０３〜気蓄室１０６という順に熱が循環する第１の熱循環サイクルと、気蓄室１０６〜タービン１０５〜第２の熱交換器１０４〜液化室１０９〜第２の熱交換器１０４〜第３の熱交換器１１１〜蒸発器１０３〜気蓄室１０６という順に熱が循環する第２の熱循環サイクルという２つの熱循環サイクルが同時に循環することによって、第２の循環路１０２を外部から冷却する必要がない。即ち、外部からわざわざ冷却する必要がないので、蒸発器１０３を介して第２の循環路１０２内に取り込んだエネルギー（高沸点媒体から得た熱エネルギー）を利用して効率良く発電を行うことができる。
【００２９】
〈その他の構成例〉
次に、第２の実施例としてのバイナリー発電システム２００について図２を用いて説明する。前述したバイナリー発電システム１００と同一・類似する部分に付いては、数字下二桁が共通の符合を付するに止め、重複した構成、作用の説明は省略する。
【００３０】
前述のバイナリー発電システム１００と異なる点は、第２の熱交換器２０４が２つに分離されていて、その内の一方（２０４ａ）に液化室２０９の液相部分２０９ａから蒸発器２０３に戻る過程の経路が導入されて熱交換が行われている。
【００３１】
更に液化室２０９の液相部分２０９ａから第２の熱交換器２０４ａに向かう途中と、気相部分２０９ｂから第２の熱交換器２０４ｂに向かう途中に第４の熱交換器２１５が設置されていて熱交換を行っている。
【符号の説明】
【００３２】
１００・・・バイナリー発電システム
１０１・・・第１の循環路
１０２・・・第２の循環路
１０３・・・蒸発器（第１の熱交換器）
１０４・・・第２の熱交換器
１０５・・・タービン
１０６・・・気蓄室
１０７・・・発電機
１０８、１１４・・・膨張弁
１０９・・・液化室
１１０・・・加圧ポンプ
１１１・・・第３の熱交換器
１１２・・・圧縮機
１１３・・・電動モータ
１２０・・・バイパス経路
１３０・・・断熱層
【図１】
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【図２】
2014074374.tif 000004
【図３】
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