(57)【要約】【課題】作動流体の熱を発電及び貯湯槽の温水の加熱にそれぞれ効率的に利用することのできるランキンシステムを提供する。【解決手段】第１の動力発生機２から流出した作動流体を三方弁７ａにより流路を切換えてバイパス流路７の熱交換器８に流通させることにより、熱交換器８を流通する作動流体によって水回路９の水を加熱するようにしたので、発電及び給湯を行う場合は作動流体を凝縮器４に流通させることなく水回路９の水を加熱することができ、作動流体の熱を発電及び給湯にそれぞれ効率的に利用することができる。その際、貯湯槽Ｈに流入する水を第１の動力発生機２から流出する高温の作動流体によって加熱することができるので、貯湯槽Ｈの温水を生成する際、作動流体から十分な熱量を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を所定の熱源により加熱して蒸発させる蒸発器と、蒸発器から流出する作動流体の膨張により動力を発生する第１の動力発生機と、第１の動力発生機から流出する作動流体の膨張により動力を発生する第２の動力発生機と、第２の動力発生機から流出する作動流体を凝縮させる凝縮器と、凝縮器から流出する作動流体を吸入して蒸発器側に吐出するポンプとを備え、第１及び第２の動力発生機によって第１及び第２の発電機をそれぞれ駆動するとともに、作動流体の熱によって貯湯槽の温水を生成するようにしたランキンシステムにおいて、
一端側を第１の動力発生機と第２の動力発生機との間に接続され、他端側を凝縮器の流出側に接続されたバイパス流路と、
第１の動力発生機から流出した作動流体を第２の動力発生機側とバイパス流路側の何れか一方に流通させる流路切換弁と、
バイパス流路を流通する作動流体と貯湯槽に流入する水とを熱交換する熱交換器とを備えた
ことを特徴とするランキンシステム。
【請求項２】
前記流路切換弁を第１の動力発生機の流出側とバイパス流路の流入側との間に設けた
ことを特徴とする請求項１記載のランキンシステム。
【請求項３】
前記流路切換弁を凝縮器の流出側とバイパス流路の流出側との間に設けた
ことを特徴とする請求項１記載のランキンシステム。
【請求項４】
作動流体を所定の熱源により加熱して蒸発させる蒸発器と、蒸発器から流出する作動流体の膨張により動力を発生する動力発生機と、動力発生機から流出する作動流体を凝縮させる凝縮器と、凝縮器から流出する作動流体を吸入して蒸発器側に吐出するポンプとを備え、動力発生機によって発電機を駆動するとともに、作動流体の熱によって貯湯槽の温水を生成するようにしたランキンシステムにおいて、
一端側を蒸発器と動力発生機との間に接続され、他端側を凝縮器の流出側に接続されたバイパス流路と、
蒸発器から流出した作動流体を動力発生機側とバイパス流路側の何れか一方に流通させる流路切換弁と、
バイパス流路を流通する作動流体と貯湯槽に流入する水とを熱交換する熱交換器とを備えた
ことを特徴とするランキンシステム。
【請求項５】
前記流路切換弁を蒸発器の流出側とバイパス流路の流入側との間に設けた
ことを特徴とする請求項４記載のランキンシステム。
【請求項６】
前記流路切換弁を凝縮器の流出側とバイパス流路の流出側との間に設けた
ことを特徴とする請求項４記載のランキンシステム。
【請求項７】
前記熱交換器から貯湯槽に流入する水を加熱する補助加熱手段を備えた
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載のランキンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば太陽光等の自然界で発生する熱、内燃機関やボイラの廃熱、工場廃熱等を熱源として利用することにより、発電及び給湯等を行うランキンシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のランキンシステムとしては、作動流体を所定の熱源により加熱して蒸発させる蒸発器と、蒸発器によって蒸発した作動流体の膨張により動力を発生するタービン等の動力発生機と、動力発生機から流出する作動流体を凝縮させる凝縮器と、凝縮器から流出する作動流体を吸入して蒸発器側に吐出するポンプとを備え、動力発生機によって発電機を駆動するとともに、凝縮器を流通する作動流体の熱により給湯用の温水を生成するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−６０５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記ランキンシステムでは、凝縮器を流通する作動流体が常に給湯用の温水と熱交換しているため、温水を使用しないときには凝縮後の作動流体の温度を無用に低下させ、システム全体の熱効率が低下するという問題点があった。また、温水を使用する場合であっても、凝縮器に流通する作動流体は動力発生機での膨張により温度が低下しているため、作動流体の熱量が不足して給湯に必要な温度まで温水を加熱することができない場合があるという問題点があった。
【０００４】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、作動流体の熱を発電及び貯湯槽の温水の加熱にそれぞれ効率的に利用することのできるランキンシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は前記目的を達成するために、作動流体を所定の熱源により加熱して蒸発させる蒸発器と、蒸発器から流出する作動流体の膨張により動力を発生する第１の動力発生機と、第１の動力発生機から流出する作動流体の膨張により動力を発生する第２の動力発生機と、第２の動力発生機から流出する作動流体を凝縮させる凝縮器と、凝縮器から流出する作動流体を吸入して蒸発器側に吐出するポンプとを備え、第１及び第２の動力発生機によって第１及び第２の発電機をそれぞれ駆動するとともに、作動流体の熱によって貯湯槽の温水を生成するようにしたランキンシステムにおいて、一端側を第１の動力発生機と第２の動力発生機との間に接続され、他端側を凝縮器の流出側に接続されたバイパス流路と、第１の動力発生機から流出した作動流体を第２の動力発生機側とバイパス流路側の何れか一方に流通させる流路切換弁と、バイパス流路を流通する作動流体と貯湯槽に流入する水とを熱交換する熱交換器とを備えている。
【０００６】
これにより、第１の動力発生機から流出した作動流体を流路切換弁によりバイパス流路に流通させることにより、貯湯槽に流入する水が熱交換器を介してバイパス流路の作動流体によって加熱されることから、貯湯槽の温水の加熱を行う場合は、作動流体を凝縮器に流通させることなく貯湯槽に流入する水を加熱することが可能となる。
【０００７】
また、本発明は前記目的を達成するために、作動流体を所定の熱源により加熱して蒸発させる蒸発器と、蒸発器から流出する作動流体の膨張により動力を発生する動力発生機と、動力発生機から流出する作動流体を凝縮させる凝縮器と、凝縮器から流出する作動流体を吸入して蒸発器側に吐出するポンプとを備え、動力発生機によって発電機を駆動するとともに、作動流体の熱によって貯湯槽の温水を生成するようにしたランキンシステムにおいて、一端側を蒸発器と動力発生機との間に接続され、他端側を凝縮器の流出側に接続されたバイパス流路と、蒸発器から流出した作動流体を動力発生機側とバイパス流路側の何れか一方に流通させる流路切換弁と、バイパス流路を流通する作動流体と貯湯槽に流入する水とを熱交換する熱交換器とを備えている。
【０００８】
これにより、蒸発器から流出した作動流体を流路切換弁によりバイパス流路に流通させることにより、貯湯槽に流入する水が熱交換器を介してバイパス流路の作動流体によって加熱されることから、貯湯槽の温水の加熱を行う場合は、作動流体を凝縮器に流通させることなく貯湯槽に流入する水を加熱することが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、貯湯槽の温水の加熱を行う場合は、作動流体を凝縮器に流通させることなく貯湯槽に流入する水を加熱することができるので、作動流体の熱を発電及び貯湯槽の温水の加熱にそれぞれ効率的に利用することができ、貯湯槽の温水の加熱を常時行わないシステムにおいて極めて有利である。また、貯湯槽に流入する水を高温の作動流体によって加熱することができるので、貯湯槽の温水を生成する際、作動流体から十分な熱量を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明の第１の実施形態を示すもので、ランキンシステムの概略構成図である。
【００１１】
このランキンシステムは、作動流体を蒸発させる蒸発器１と、蒸発器１から流出する作動流体の膨張により動力を発生する第１の動力発生機２と、第１の動力発生機２から流出する作動流体の膨張により動力を発生する第２の動力発生機３と、第２の動力発生機３から流出する作動流体を凝縮させる凝縮器４と、凝縮器４から流出した作動流体を受容する受液器５と、受液器５側から作動流体を吸入して蒸発器１側に吐出するポンプ６と、第１の動力発生機２の流出側回路から分岐するバイパス流路７と、バイパス流路７を流通する作動流体と貯湯槽Ｈに流入する水とを熱交換する熱交換器８と、貯湯槽Ｈの水を熱交換器８に循環する水回路９と、熱交換器８から貯湯槽Ｈに流入する水を加熱する加熱器１０とを備え、第１及び第２の動力発生機２，３によって第１及び第２の発電機Ｇ1 ，Ｇ2 をそれぞれ駆動するとともに、作動流体の熱によって貯湯槽Ｈの温水を生成するようにようになっている。
【００１２】
蒸発器１は、内部を流通する作動流体を所定の熱源（例えば太陽光等の自然エネルギー、工場廃熱等）によって蒸発させるように構成され、熱源としては、例えば太陽光等の自然エネルギー、工場廃熱等が用いられる。また、作動流体には、例えばフロン（Ｒ２４５ｆａ等）が用いられる。
【００１３】
第１の動力発生機２はタービン、スクロール型膨張機等の周知の機器からなり、作動流体の流入側を蒸発器１の流出側に接続されるとともに、その回転軸を第１の発電機Ｇ1 に連結されている。
【００１４】
第２の動力発生機３は第１の動力発生機２と同様、タービン、スクロール型膨張機等の周知の機器からなり、作動流体の流入側を第１の動力発生機２の流出側に接続されるとともに、その回転軸を第２の発電機Ｇ2 に連結されている。
【００１５】
凝縮器４は、内部を流通する作動流体を外気との熱交換によって凝縮させるように構成され、その近傍には外気送風用の送風機４ａが設けられている。
【００１６】
受液器５は、内部に流入した作動流体を気体と液体に分離するように構成され、液状の作動流体をポンプ６側に流出するようになっている。
【００１７】
ポンプ６は作動流体を圧送する周知の機器からなり、蒸発器１の流入側と受液器５の流出側との間に設けられている。
【００１８】
バイパス流路７は一端を第１の動力発生機２と第２の動力発生機３との間の流路に接続され、その他端は凝縮器４と受液器５との間の流路に接続されている。第１の動力発生機２の流出側とバイパス流路７の流入側との間には流路切換弁としての三方弁７ａが設けられ、三方弁７ａによって流路を切換えることにより、第１の動力発生機２から流出した作動流体を第２の動力発生機３側とバイパス流路７側の何れか一方に流通させるようになっている。
【００１９】
熱交換器８はバイパス流路７及び水回路９に設けられ、バイパス流路７を流通する作動流体と水回路９の水とを互いに熱交換させるように構成されている。
【００２０】
水回路９は熱交換器８及び貯湯槽Ｈに接続され、貯湯槽Ｈ内の水をポンプ９ａによって熱交換器８に循環するようになっている。また、貯湯槽Ｈには給水管１１を介して外部から水道水が供給されるとともに、貯湯槽Ｈ内の温水は給湯管１２から任意に吐出されるようになっている。
【００２１】
加熱器１０は補助加熱手段としての電気ヒータ１０ａを有し、内部を流通する水回路９の水を電気ヒータ９ａによって加熱するようになっている。
【００２２】
本実施形態のランキンシステムにおいて発電のみを行う場合は、三方弁７ａによって第１の動力発生機２の流出側を第２の動力発生機３の流入側に連通する。これにより、蒸発器１で加熱されて蒸発した作動流体が第１の動力発生機２に流入し、第１の動力発生機２内で膨張した後、第２の動力発生機３に流入し、第２の動力発生機３内で更に膨張する。その際、第１及び第２の動力発生機２，３が作動流体の膨張により回転し、第１及び第２の動力発生機２，３によって第１及び第２の発電機Ｇ1 ，Ｇ2 が駆動される。第２の動力発生機３から流出した作動流体は凝縮器４に流入して凝縮し、凝縮器４から流出した作動流体は受液器５を介してポンプ６に吸入されるとともに、ポンプ６によって蒸発器１側に吐出され、蒸発器１によって再び蒸発する。
【００２３】
また、前記ランキンシステムにおいて発電及び給湯を行う場合は、三方弁７ａによって第１の動力発生機２の流出側をバイパス流路７に連通する。これにより、第１の動力発生機２から流出した作動流体がバイパス流路７を流通し、第２の動力発生機３及び凝縮器４を介さずに受液器５に流入する。その際、バイパス流路７を流通する作動流体が熱交換器８を介して水回路９の水と熱交換され、水回路９の水が作動流体により加熱されて貯湯槽Ｈ内に温水として貯えられる。また、加熱器１０の電気ヒータ１０ａを作動することにより、貯湯槽Ｈに流入する水が電気ヒータ１０ａによっても加熱される。
【００２４】
このように、本実施形態のランキンシステムによれば、第１の動力発生機２から流出した作動流体を三方弁７ａにより流路を切換えてバイパス流路７の熱交換器８に流通させることにより、熱交換器８を流通する作動流体によって水回路９の水を加熱するようにしたので、発電及び給湯を行う場合は作動流体を凝縮器４に流通させることなく水回路９の水を加熱することができ、作動流体の熱を発電及び給湯にそれぞれ効率的に利用することができる。その際、貯湯槽Ｈに流入する水を第１の動力発生機２から流出する高温の作動流体によって加熱することができるので、貯湯槽Ｈの温水を生成する際、作動流体から十分な熱量を得ることができる。
【００２５】
また、作動流体の流路をバイパス流路７側に切換える三方弁７ａを第１の動力発生機２の流出側とバイパス流路７の流入側との間に設けたので、バイパス流路７の流入側を第１の動力発生機２の流出側に確実に連通することができる。
【００２６】
更に、貯湯槽Ｈに流入する水を加熱器１０の電気ヒータ１０ａによって加熱することができるので、バイパス流路７を流通する作動流体の熱量が不足する場合でも、貯湯槽Ｈの温水を電気ヒータ１０ａによって必要な温度まで加熱することができる。
【００２７】
図２は本発明の第２の実施形態を示すもので、ランキンシステムの概略構成図である。尚、第１の実施形態と同等の構成部分には同一の符号を付して示す。
【００２８】
本実施形態のランキンシステムは、第１の実施形態の三方弁７ａに代わる流路切換弁として、凝縮器４の流出側とバイパス流路７の流出側との間に設けられた三方弁７ｂを備えている。これにより、凝縮器４及びバイパス流路７の流出側は第１の動力発生機２の流出側よりも作動流体の温度が低いため、三方弁７ｂとして耐熱性の高い高価なものを用いる必要がなく、低コスト化を図ることができる。
【００２９】
図３は本発明の第３の実施形態を示すもので、ランキンシステムの概略構成図である。尚、第１の実施形態と同等の構成部分には同一の符号を付して示す。
【００３０】
本実施形態のランキンシステムは、第１の実施形態の第１及び第２の動力発生機２，３に代わる一台の動力発生機１３及び発電機Ｇを備えるとともに、第１の実施形態のバイパス流路７に代えて、蒸発器１の流出側回路から分岐するバイパス流路１４を備えている。
【００３１】
動力発生機１３は前記実施形態と同様、タービン、スクロール型膨張機等の周知の機器からなり、その回転軸を発電機Ｇに連結されている。また、動力発生機１３の流入側は蒸発器１の流出側に接続され、その流出側は凝縮器４の流入側に接続されている。
【００３２】
バイパス流路１４は一端を蒸発器１と動力発生機１３との間の流路に接続され、その他端は凝縮器４と受液器５との間の流路に接続されている。蒸発器１の流出側と動力発生機１３の流入側との間には流路切換弁としての三方弁１４ａが設けられ、三方弁１４ａによって流路を切換えることにより、蒸発器１から流出した作動流体を動力発生機１３側とバイパス流路１４側の何れか一方に流通させるようになっている。また、バイパス流路１４における熱交換器８の流入側には膨張弁１４ｂが設けられている。
【００３３】
本実施形態のランキンシステムにおいて発電を行う場合は、三方弁１４ａによって蒸発器の流出側を動力発生機１３の流入側に連通する。これにより、蒸発器１で加熱されて蒸発した作動流体が動力発生機１３に流入し、動力発生機１３内で膨張する。その際、動力発生機１３が作動流体の膨張により回転し、動力発生機１３によって発電機Ｇが駆動される。動力発生機１３から流出した作動流体は凝縮器４に流入して凝縮し、凝縮器４から流出した作動流体は受液器５を介してポンプ６に吸入されるとともに、ポンプ６によって蒸発器１側に吐出され、蒸発器１によって再び蒸発する。
【００３４】
また、前記ランキンシステムにおいて給湯を行う場合は、三方弁１４ａによって蒸発器１の流出側をバイパス流路１４に連通する。これにより、蒸発器１から流出した作動流体がバイパス流路１４を流通し、動力発生機１３及び凝縮器４を介さずに受液器５に流入する。その際、バイパス流路１４を流通する作動流体が熱交換器８を介して水回路９の水と熱交換され、水回路９の水が作動流体により加熱されて貯湯槽Ｈ内に温水として貯えられる。また、加熱器１０の電気ヒータ１０ａを作動することにより、貯湯槽Ｈに流入する水が電気ヒータ１０ａによっても加熱される。
【００３５】
このように、本実施形態のランキンシステムによれば、蒸発器１から流出した作動流体を三方弁１４ａにより流路を切換えてバイパス流路１４の熱交換器８に流通させることにより、熱交換器８を流通する作動流体によって水回路９の水を加熱するようにしたので、給湯を行う場合は作動流体を凝縮器４に流通させることなく水回路９の水を加熱することができ、作動流体の熱を発電及び給湯にそれぞれ効率的に利用することができる。その際、貯湯槽Ｈに流入する水を蒸発器１から流出する高温の作動流体によって加熱することができるので、貯湯槽Ｈの温水を生成する際、作動流体から十分な熱量を得ることができる。
【００３６】
また、作動流体の流路をバイパス流路１４側に切換える三方弁１４ａを蒸発器の流出側と動力発生機１３の流入側との間に設けたので、バイパス流路１４の流入側を蒸発器１の流出側に確実に連通することができる。
【００３７】
図４は本発明の第４の実施形態を示すもので、ランキンシステムの概略構成図である。尚、第２の実施形態と同等の構成部分には同一の符号を付して示す。
【００３８】
本実施形態のランキンシステムは、第２の実施形態の三方弁１４ａに代わる流路切換弁として、凝縮器４の流出側とバイパス流路１４の流出側との間に設けられた三方弁１４ｃを備えている。これにより、凝縮器４及びバイパス流路１４の流出側は蒸発器１の流出側よりも作動流体の温度が低いため、三方弁１４ｃとして耐熱性の高い高価なものを用いる必要がなく、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すランキンシステムの概略構成図
【図２】本発明の第２の実施形態を示すランキンシステムの概略構成図
【図３】本発明の第３の実施形態を示すランキンシステムの概略構成図
【図４】本発明の第４の実施形態を示すランキンシステムの概略構成図
【符号の説明】
【００４０】
１…蒸発器、２…第１の動力発生機、３…第２の動力発生機、４…凝縮器、６…ポンプ、７…バイパス回路、７ａ，７ｂ…三方弁、８…熱交換器、１０ａ…電気ヒータ、１３…動力発生機、１４…バイパス回路、１４ａ，１４ｃ…三方弁、Ｇ1 …第１の発電機、Ｇ2 …第２の発電機、Ｇ…発電機、Ｈ…貯湯槽。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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