(57)【要約】【課題】小規模であっても製造コストの増加に見合う十分な熱効率の向上を図ることのできる再生サイクル発電装置を提供する。【解決手段】凝縮器４から流出する作動流体を第１のタービン２から流出する一部の作動流体によって加熱する第１の加熱器５に加え、凝縮器４から流出する作動流体を第２のタービン３から流出する作動流体によって加熱する第２の加熱器６を備えているので、各タービン２，３から流出した作動流体の熱を第２の加熱器６のみならず第１の加熱器５によっても流体蒸発器１側に回収することができ、凝縮器４で外部に捨てられる熱量の割合を大幅に減少させることができる。【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流体蒸発器と、流体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第１の動力発生機と、第１の動力発生機から流出する一部の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第１の動力発生機から流出する他の一部の作動流体によって加熱する加熱器と、凝縮器から流出する作動流体を吸入して加熱器側に吐出する第１のポンプと、加熱器から流出する作動流体を吸入して流体蒸発器側に吐出する第２のポンプとを備え、第１及び第２の動力発生機によって発電機を駆動するようにした再生サイクル発電装置において、
前記凝縮器から流出する作動流体を第２の動力発生機から流出する作動流体によって加熱する加熱器を備えた
ことを特徴とする再生サイクル発電装置。
【請求項２】
前記第１の動力発生機から第２の動力発生機に流入する作動流体を所定の熱源によって加熱する流体蒸発器を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の再生サイクル発電装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の動力発生機を発電機の回転軸に互いに同軸状に連結した
ことを特徴とする請求項１または２記載の再生サイクル発電装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の動力発生機としてタービンを用いた
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の再生サイクル発電装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の動力発生機としてスクロール型膨張機を用いた
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の再生サイクル発電装置。
【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や内燃機関の廃熱等を熱源として利用する再生サイクル発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、再生サイクルを用いた発電装置としては、作動流体を所定の熱源により加熱して蒸発させる流体蒸発器と、流体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第１のタービンと、第１のタービンから流出する一部の作動流体の膨張により動力を発生する第２のタービンと、第２のタービン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第１のタービンから流出する他の一部の作動流体によって加熱する加熱器と、凝縮器から流出する作動流体を吸入して加熱器側に吐出する第１のポンプと、加熱器から流出する作動流体を吸入して流体蒸発器側に吐出する第２のポンプとを備え、第１及び第２のタービンによって発電機を駆動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。）。
【０００３】
また、比較的小規模の装置の場合は、タービンに代わる動力発生機として、一対のスクロール部材間に作動流体を流入させ、作動流体の膨張によって一方のスクロール部材を回転させるようにした、いわゆるスクロール型膨張機を用いたものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平７−９１３６１号公報
【特許文献２】特開２００１−２４８５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前述のように再生サイクルを用いた発電装置では、第１のタービンから膨張途中の作動流体の一部を取出し、この作動流体によって流体蒸発器に戻される作動流体を加熱することにより、凝縮器で外部に捨てられる熱量の割合が減少し、いわゆるランキンサイクル（単純サイクル）よりも熱効率を向上させることができる。しかしながら、再生サイクルでは、流体蒸発器に戻される作動流体を加熱するように構成している分、製造コストが高くつくため、小規模の発電装置では製造コストの増加に見合う熱効率の向上が図れないという問題点があった。
【０００５】
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、小規模であっても製造コストの増加に見合う十分な熱効率の向上を図ることのできる再生サイクル発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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流体蒸発器と、流体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第１の動力発生機と、第１の動力発生機から流出する一部の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第１の動力発生機から流出する他の一部の作動流体によって加熱する加熱器と、凝縮器から流出する作動流体を吸入して加熱器側に吐出する第１のポンプと、加熱器から流出する作動流体を吸入して流体蒸発器側に吐出する第２のポンプとを備え、第１及び第２の動力発生機によって発電機を駆動するようにした再生サイクル発電装置において、前記凝縮器から流出する作動流体を第２の動力発生機から流出する作動流体によって加熱する加熱器を備えている。
【０００７】
これにより、凝縮器から流出する作動流体が第１の動力発生機から流出する一部の作動流体によって加熱されるとともに、凝縮器から流出する作動流体が第２の動力発生機から流出する作動流体によって加熱されることから、第１の動力発生機から流出した作動流体の熱のみならず、第２の動力発生機から流出した作動流体の熱も流体蒸発器側に回収することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第１の動力発生機から流出した作動流体の熱のみならず、第２の動力発生機から流出した作動流体の熱も流体蒸発器側に回収することができるので、凝縮器で外部に捨てられる熱量の割合を大幅に減少させることができ、小規模であっても製造コストの増加に見合う十分な熱効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は本発明の第１の実施形態を示すもので、再生サイクル発電装置の概略構成図である。
【００１０】
この再生サイクル発電装置は、所定の作動流体（例えばイソブタン）を蒸発させる流体蒸発器１と、流体蒸発器１によって蒸発した作動流体により回転する第１の動力発生機としての第１のタービン２と、第１のタービン２から流出する一部の作動流体により回転する第２の動力発生機としての第２のタービン３と、第２のタービン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から流出する作動流体を第１のタービン２から流出する一部の作動流体によって加熱する第１の加熱器５と、凝縮器４から流出する作動流体を第２のタービン３から流出する作動流体によって加熱する第２の加熱器６と、第１の加熱器５の流出側に設けられた混合器７と、凝縮器４から流出する作動流体を吸入して第２の加熱器５側に吐出する第１のポンプ８と、混合器７から流出する作動流体を吸入して流体蒸発器１側に吐出する第２のポンプ９とを備え、第１及び第２のタービン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ように構成されている。
【００１１】
流体蒸発器１は、太陽光から収集した熱により作動流体を加熱して蒸発させる周知の機器からなり、その流出側には流量調整弁１ａが設けられている。
【００１２】
第１のタービン２は、作動流体の流入側を流体蒸発器１側に接続され、その回転軸には第１の発電機Ｇ1 が連結されている。
【００１３】
第２のタービン３は、作動流体の流入側を第１のタービン２の流出側回路から分岐する流入側回路に接続され、その回転軸には第２の発電機Ｇ2 が連結されている。
【００１４】
凝縮器４は第２のタービン３の流出側に接続され、内部を流通する作動流体を外部の熱媒体との熱交換により冷却して凝縮させるようになっている。
【００１５】
第１の加熱器５は、第１のタービン２の流出側回路と第１の加熱器５の流出側回路に接続され、これらの回路を流通する作動流体を互いに熱交換することにより、第１の加熱器５流出する作動流体を第１のタービン２から流出する一部の作動流体によって加熱するようになっている。
【００１６】
第２の加熱器６は、第２のタービン３の流出側回路と凝縮器４の流出側回路に接続され、これらの回路を流通する作動流体を互いに熱交換することにより、凝縮器４から流出する作動流体を第２のタービン３から流出する作動流体によって加熱するようになっている。
【００１７】
混合器７は、第１のタービン２側から第１の加熱器５を流通した作動流体と、第２の加熱器６側から第１の加熱器５を流通した作動流体とを合流させるようになっており、その内部は液状の作動流体を貯溜可能に形成されている。
【００１８】
第１のポンプ８は、駆動モータ（図示せず）の回転数を制御することにより流量を調整可能な周知の機器からなり、凝縮器４と第２の加熱器６との間に設けられている。
【００１９】
第２のポンプ９は第１のポンプ１０と同様、駆動モータ（図示せず）の回転数を制御することにより流量を調整可能な周知の機器からなり、混合器７と流体蒸発器１との間に設けられている。
【００２０】
以上のように構成された再生サイクル発電装置においては、流体蒸発器１で加熱されて蒸発した作動流体が第１のタービン２に流入し、第１のタービン２内で膨張する。また、第１のタービン２から流出した作動流体の一部が第２のタービン３に流入し、第２のタービン３内で膨張する。これにより、各タービン２，３が作動流体の膨張により回転し、各タービン２，３によって各発電機Ｇ1 ，Ｇ2 が駆動される。次に、第２のタービン３から流出した作動流体は、第２の加熱器６の一方の流路を流通した後、凝縮器４によって凝縮する。凝縮器４から流出した作動流体は第１のポンプ８に吸入されて第２の加熱器６側に吐出され、第２の加熱器６の他方の流路を流通して第１の加熱器５に流入する。その際、第２の加熱器６では、凝縮器４側から流入する作動流体が第２のタービン３側から流入する作動流体によって加熱される。また、第２の加熱器６から流出した凝縮器４側の作動流体は第１の加熱器５を流通した後、混合器７に流入する。その際、第１の加熱器５では、第２の加熱器６側から流入する作動流体が第１のタービン２側から流入する一部の作動流体によって加熱され、第１のタービン２側から流入した作動流体は混合器７に流入する。そして、混合器７から流出した作動流体が第２のポンプ９に吸入されて流体蒸発器１側に吐出され、流体蒸発器１によって再び蒸発する。
【００２１】
このように、本実施形態では、凝縮器４から流出する作動流体を第１のタービン２から流出する一部の作動流体によって加熱する第１の加熱器５に加え、凝縮器４から流出する作動流体を第２のタービン３から流出する作動流体によって加熱する第２の加熱器６を備えているので、各タービン２，３から流出した作動流体の熱を第２の加熱器６のみならず第１の加熱器５によっても流体蒸発器１側に回収することができる。これにより、凝縮器４で外部に捨てられる熱量の割合を大幅に減少させることができ、小規模であっても製造コストの増加に見合う十分な熱効率の向上を図ることができる。
【００２２】
図２及び図３は第２の実施形態を示すもので、図２は再生サイクル発電装置の概略構成図、図３は温度−エントロピ線図である。尚、前記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。
【００２３】
本実施形態の再生サイクル発電装置は、各タービン２，３に流入する作動流体を蒸発させる第１の流体蒸発器１０と、第１のタービン２から第２のタービン３に流入する作動流体を加熱する第２の流体蒸発器１１を備え、第１の流体蒸発器１０は前記実施形態の流体蒸発器１と同等のものである。
【００２４】
第２の流体蒸発器１１は第１のタービン２の流出側回路に設けられ、図示しない高温の熱源（例えば、他の機器の廃熱等）によって作動流体を加熱するようになっている。尚、第２の流体蒸発器１１としては、第１の流体蒸発器１０のように太陽光を熱源とするものであってもよい。
【００２５】
本実施形態の再生サイクル発電装置においては、前記実施形態と同様、第１及び第２のタービン２，３によって第１及び第２の発電機Ｇ1 ，Ｇ2 がそれぞれ駆動される。その際、第１のタービン２から第２のタービン３に流入する作動流体が第２の流体蒸発器１１によって再加熱されることから、第２のタービン３に常に高温高圧の作動流体を流入させることができ、装置全体としての熱効率をより一層向上させることができる。例えば、図３(a) に示す再生サイクルように本実施形態の第２の流体蒸発器１１に相当する構成を有しない場合に比べ、図３(b) に示す本実施形態の構成においては、第２の流体蒸発器１１の再加熱により工程ＣからＤまで温度を上昇させることができ、その分だけ熱効率を高めることができる。
【００２６】
尚、前記実施形態では、第１及び第２のタービン２，３を第１及び第２の発電機Ｇ1 ，Ｇ2 にそれぞれ連結するようにしたものを示したが、図４の第３の実施形態に示すように第１及び第２のタービン２，３を一台の発電機Ｇの回転軸に互いに同軸状に連結するようにしてもよい。この場合、一台の発電機Ｇを第１及び第２のタービン２，３によって駆動することができるので、装置全体の小型化を図ることができる。
【００２７】
また、前記実施形態のように第１及び第２の動力発生機として周知のタービン２，３を用いることにより、常に高い動力を得ることができるが、小規模の装置の場合は、第１及び第２の動力発生機として周知のスクロール型膨張機を用いることにより、小型で低コストな装置を実現することができる。
【００２８】
更に、前記実施形態では、熱源に太陽光を用いる流体蒸発器１を示したが、例えば地熱、火力、内燃機関やボイラの廃熱等、他の熱源を用いるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す再生サイクル発電装置の概略構成図
【図２】本発明の第２の実施形態を示す再生サイクル発電装置の概略構成図
【図３】温度−エントロピ線図
【図４】本発明の第３の実施形態を示す再生サイクル発電装置の概略構成図
【符号の説明】
【００３０】
１…流体蒸発器、２…第１のタービン、３…第２のタービン、４…凝縮器、５…第１の加熱器、６…第２の加熱器、８…第１のポンプ、９…第２のポンプ、１０…第１の流体蒸発器、１１…第２の流体蒸発器、Ｇ…発電機、Ｇ1 …第１の発電機、Ｇ2 …第２の発電機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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