(57)【要約】【課題】熱源に応じた効率的なエネルギ回収を可能とするバイナリー発電システムを提供する。【解決手段】バイナリー発電システム１は、作動媒体の循環ラインＬ２，Ｌ３が通る蒸発器２および凝縮器４と、循環ラインＬ２，Ｌ３に接続された複数の膨張発電機３Ａ，３Ｂと、複数の膨張発電機３Ａ，３Ｂの一部または全部に作動媒体が導入されるように作動媒体の流路を切り替え可能な切替装置１１，１２と、作動媒体の状態を検出するセンサ１７，１８と、センサ１７，１８によって検出される作動媒体の状態に基づいて切替装置１１，１２を制御し、複数の膨張発電機３Ａ，３Ｂの運転台数を変更するコントローラ２０と、を備える。【選択図】図１
2018035794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動媒体の循環ラインが通る蒸発器および凝縮器と、
前記蒸発器および前記凝縮器の間に設けられ、前記循環ラインに接続された複数の膨張発電機と、
前記循環ラインに設けられ、前記複数の膨張発電機の一部または全部に前記作動媒体が導入されるように、前記作動媒体の流路を切り替え可能な切替装置と、
前記循環ラインに設けられ、前記作動媒体の状態を検出する一または複数のセンサと、
前記センサによって検出される前記作動媒体の状態に基づいて前記切替装置を制御し、前記複数の膨張発電機の運転台数を変更するコントローラと、を備えるバイナリー発電システム。
【請求項２】
前記複数の膨張発電機は、直列に接続された第１膨張発電機と第２膨張発電機を含み、前記第２膨張発電機は前記第１膨張発電機の下流側に配置されており、
前記循環ラインは、前記第１膨張発電機と前記凝縮器との間に設けられて前記第２膨張発電機をバイパスするバイパスラインと、前記第２膨張発電機に接続された稼働ラインと、を含み、
前記切替装置は、前記作動媒体の流路を前記バイパスラインまたは前記稼働ラインに切り替え可能である、請求項１に記載のバイナリー発電システム。
【請求項３】
前記複数の膨張発電機は、並列に接続された第１膨張発電機と第２膨張発電機を含み、
前記循環ラインは、前記複数の膨張発電機のうち前記第１膨張発電機のみに接続された第１稼働ラインと、前記複数の膨張発電機のうち前記第２膨張発電機のみに接続された第２稼働ラインと、を含み、
前記切替装置は、前記作動媒体の流路を前記第１稼働ラインおよび／または前記第２稼働ラインに切り替え可能である、請求項１に記載のバイナリー発電システム。
【請求項４】
前記循環ラインにおける前記蒸発器の上流側かつ前記凝縮器の下流側に設けられた作動媒体ポンプを更に備え、
前記センサは、前記蒸発器と前記複数の膨張発電機との間に設けられた第１圧力センサと、前記凝縮器と前記作動媒体ポンプとの間に設けられた第２圧力センサとを含み、
前記コントローラは、
前記作動媒体の圧力に関する一または複数の基準値を記憶しており、
前記第１圧力センサで検出される第１圧力値と前記第２圧力センサで検出される第２圧力値との差と、前記基準値との比較結果に基づいて前記切替装置を制御する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の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、バイナリー発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１〜３に記載されるように、作動媒体を膨張させて回転駆動力を発生させる膨張機と、膨張機に連結され、膨張機で発生した回転駆動力を用いて発電を行う発電機とを備えたバイナリー発電システムが知られている。これらのシステムは、膨張機から排出された作動媒体を凝縮させる凝縮器と、凝縮器から流出した作動媒体を加圧および送出するポンプと、ポンプにより送出された作動媒体を加熱する熱交換器（蒸発器）とを更に備える。
【０００３】
特許文献１に記載されたシステムでは、作動媒体が気液二相の状態であるか否かが判定され、その判定に基づいて熱交換器への作動媒体の流入量を減少させる制御が行われる。特許文献２に記載されたシステムでは、作動媒体の飽和温度に基づき、ポンプによる作動媒体の循環量と圧力が制御される。特許文献３に記載されたシステムでは、蒸発した作動媒体の圧力に基づき、蒸発器に溜まったドレイン（凝縮水）が強制的に排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２３８０４１号公報
【特許文献２】特開２０１４−１９４２１０号公報
【特許文献３】特開２０１４−１９４２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のバイナリー発電システムでは、蒸発器の出口で作動媒体の温度および圧力を監視し、熱源が増加した場合には、バイパス弁を開くか、またはポンプの周波数を低くして圧力上昇を抑制している。一方、熱源が減少し、作動媒体が２相状態になった場合には、ポンプの周波数を低くするか、または戻し弁を開いて、作動媒体を過熱状態にしている。このような制御は、作動媒体の圧力上昇を抑制するという観点では一定の効果をもたらし得る。しかしながら、本来は回収することのできるエネルギが回収されないことになり、トータルでの効率の観点において改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、熱源に応じた効率的なエネルギ回収を可能とするバイナリー発電システム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】
【０００７】
本発明の一態様に係るバイナリー発電システムは、作動媒体の循環ラインが通る蒸発器および凝縮器と、蒸発器および凝縮器の間に設けられ、循環ラインに接続された複数の膨張発電機と、循環ラインに設けられ、複数の膨張発電機の一部または全部に作動媒体が導入されるように、作動媒体の流路を切り替え可能な切替装置と、循環ラインに設けられ、作動媒体の状態を検出する一または複数のセンサと、センサによって検出される作動媒体の状態に基づいて切替装置を制御し、複数の膨張発電機の運転台数を変更するコントローラと、を備える。
【０００８】
このバイナリー発電システムでは、複数の膨張発電機が設けられる。コントローラによる切替装置の制御によって、膨張発電機の一部または全部に作動媒体が導入されるように、作動媒体の流路が切り替えられる。作動媒体の状態は、熱源の状態に応じて変化し得る。熱源の状態が安定的ではない場合、作動媒体の状態も逐次変化し得る。それぞれの膨張発電機は、作動媒体の状態に応じた効率の特性（特性カーブ）をもつため、このバイナリー発電システムによれば、熱源の状態に応じて、複数の特性を組み合わせたり、複数の特性のいずれかを選択したりすることができる。これにより、熱源のエネルギを無駄なく効率的に回収することができる。
【０００９】
いくつかの態様において、複数の膨張発電機は、直列に接続された第１膨張発電機と第２膨張発電機を含み、第２膨張発電機は第１膨張発電機の下流側に配置されており、循環ラインは、第１膨張発電機と凝縮器との間に設けられて第２膨張発電機をバイパスするバイパスラインと、第２膨張発電機に接続された稼働ラインと、を含み、切替装置は、作動媒体の流路をバイパスラインまたは稼働ラインに切り替え可能である。この場合、熱源が少ないときには第１膨張発電機のみを稼働させ（１台運転とし）、熱源が増加したときには第１膨張発電機と第２膨張発電機の両方を稼働させる（複数台運転とする）ことができる。このような切替制御により、熱源のエネルギを効率的に回収することができる。
【００１０】
いくつかの態様において、複数の膨張発電機は、並列に接続された第１膨張発電機と第２膨張発電機を含み、循環ラインは、複数の膨張発電機のうち第１膨張発電機のみに接続された第１稼働ラインと、複数の膨張発電機のうち第２膨張発電機のみに接続された第２稼働ラインと、を含み、切替装置は、作動媒体の流路を第１稼働ラインおよび／または第２稼働ラインに切り替え可能である。この場合、熱源が少ないときにはいずれか一方の膨張発電機のみを稼働させ（１台運転とし）、熱源が増加したときには両方の膨張発電機を稼働させる（複数台運転とする）ことができる。このような切替制御により、熱源のエネルギを効率的に回収することができる。
【００１１】
いくつかの態様において、バイナリー発電システムは、循環ラインにおける蒸発器の上流側かつ凝縮器の下流側に設けられた作動媒体ポンプを更に備え、センサは、蒸発器と複数の膨張発電機との間に設けられた第１圧力センサと、凝縮器と作動媒体ポンプとの間に設けられた第２圧力センサとを含み、コントローラは、作動媒体の圧力に関する一または複数の基準値を記憶しており、第１圧力センサで検出される第１圧力値と第２圧力センサで検出される第２圧力値との差と、基準値との比較結果に基づいて切替装置を制御する。この場合、循環ラインの２箇所（蒸発器の直後と凝縮器の直後）における作動媒体の圧力を検出し、その圧力差と基準値との比較結果に基づいて切替装置が制御される。これにより、作動媒体の圧力値を利用した簡便な切替制御が可能になっており、熱源のエネルギを効率的かつ容易に回収することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のいくつかの態様によれば、熱源の状態に応じて、熱源のエネルギを無駄なく効率的に回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るバイナリー発電システムの概略構成を示す図である。
【図２】図１のバイナリー発電システムにおける作動媒体ポンプの制御処理を示すフローチャートである。
【図３】図１のバイナリー発電システムにおける切替装置の制御処理を示すフローチャートである。
【図４】作動媒体の圧力差と流量および効率との関係の一例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るバイナリー発電システムの概略構成を示す図である。
【図６】図５のバイナリー発電システムにおける切替装置の制御処理を示すフローチャートである。
【図７】作動媒体の圧力差と流量および効率との関係の一例を示す図である。
【図８】作動媒体の圧力差と流量および効率との関係の別の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
図１を参照して、本実施形態に係るバイナリー発電システム１について説明する。バイナリー発電システム１は、比較的低温の熱源を利用して発電を行うシステムである。バイナリー発電システム１は、たとえば工場や源泉井戸等といった低温の廃熱（熱源）が得られる場所に設置されて、廃熱からのエネルギ回収を行う。バイナリー発電システム１は、たとえば、廃熱から熱を受け取った温水を用いて発電を行うことができるように構成されている。バイナリー発電システム１は、たとえば５〜２０ｋＷ程度の出力で発電可能な小型の発電システムである。バイナリー発電システム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。バイナリー発電システム１では、温水とバイナリー発電システム１内の作動媒体との間で、熱交換が行われる。バイナリー発電システム１に用いられる作動媒体は、水よりも沸点の低い冷媒であり、たとえば代替フロン等である。
【００１６】
図１に示されるように、バイナリー発電システム１は、１つの蒸発器２と、２台の膨張発電機３Ａ，３Ｂと、１つの凝縮器４とを備える。バイナリー発電システム１は、これらの蒸発器２、膨張発電機３Ａ，３Ｂおよび凝縮器４を通って作動媒体の循環ラインを形成する第１循環ラインＬ２および第２循環ラインＬ３と、この循環ラインに設けられた作動媒体ポンプ１０とを備える。蒸発器２は、熱源によって加熱された温水と作動媒体との熱交換により、作動媒体を加熱する。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。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。図１において、配管等のラインは実線で示されており、信号または指令は破線で示されている。
【００１７】
蒸発器２には、温水ラインＬ１と第１循環ラインＬ２とが通っている。温水ラインＬ１には、たとえば熱源と温水との熱交換を行うための熱交換手段が設けられる。なお、温水ラインＬ１に、熱源が直接流通してもよい。蒸発器２は、たとえば向流式の熱交換器である。第１循環ラインＬ２の上流端は、作動媒体ポンプ１０の吐出部に接続されている。蒸発器２は、並流式の熱交換器であってもよい。凝縮器４には、第２循環ラインＬ３と冷却水ラインＬ４とが通っている。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。蒸発器２として、複数の熱交換器が設けられてもよい。凝縮器４として、複数の熱交換器が設けられてもよい。
【００１８】
第１膨張発電機３Ａおよび第２膨張発電機３Ｂは、蒸発器２および凝縮器４の間に設けられている。第１膨張発電機３Ａおよび第２膨張発電機３Ｂは、それぞれ、たとえばタービン等の容積型の膨張機と、膨張機に連結された発電機とを含んでいる。第１膨張発電機３Ａおよび第２膨張発電機３Ｂは、それぞれ、蒸発器２で加熱されて蒸発した作動媒体を用いてタービンを回転させ、発電機で発電を行う。第１膨張発電機３Ａおよび第２膨張発電機３Ｂには、電力変換器がそれぞれ接続されている。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、第１膨張発電機３Ａおよび第２膨張発電機３Ｂにおける膨張機の型式は、容積型に限られない。
【００１９】
第１膨張発電機３Ａおよび第２膨張発電機３Ｂは、同一の機器であってもよい。すなわち、第１膨張発電機３Ａおよび第２膨張発電機３Ｂは、同一の能力（流量や発電量等）および特性を有してもよい。第１膨張発電機３Ａおよび第２膨張発電機３Ｂは、同一の最適膨張比を有してもよい。なお、第１膨張発電機３Ａおよび第２膨張発電機３Ｂにおいて、能力や特性（最適膨張比を含む）が異なっていてもよい。
【００２０】
第１膨張発電機３Ａおよび第２膨張発電機３Ｂは、直列に接続されている。第２膨張発電機３Ｂは、第１膨張発電機３Ａの下流側に配置されている。より詳しくは、第１膨張発電機３Ａの蒸気の入口部には、第１循環ラインＬ２の下流端が接続される。第２循環ラインＬ３は、第１膨張機排出ラインＬ３ａと、稼働ラインＬ３ｂと、バイパスラインＬ３ｃと、凝縮器流入ラインＬ３ｄとを含む。第１膨張発電機３Ａの蒸気の出口部には、第１膨張機排出ラインＬ３ａの上流端が接続される。第１膨張機排出ラインＬ３ａは、稼働ラインＬ３ｂとバイパスラインＬ３ｃとに分岐する。稼働ラインＬ３ｂおよびバイパスラインＬ３ｃは、第１膨張発電機３Ａと凝縮器４との間に設けられた別々の２つの経路である。
【００２１】
稼働ラインＬ３ｂは、第２膨張発電機３Ｂに接続されている。稼働ラインＬ３ｂには、第１膨張機排出ラインＬ３ａからの分岐点１３と第２膨張発電機３Ｂとの間において、第２切替弁１２が設けられている。一方、バイパスラインＬ３ｃは、第２膨張発電機３Ｂをバイパスするように設けられる。バイパスラインＬ３ｃには、第１切替弁１１が設けられている。
【００２２】
第１切替弁１１および第２切替弁１２は、たとえばモータによって駆動されるアクチュエータ等を含む自動弁である。第１切替弁１１および第２切替弁１２は、電磁弁等であってもよい。第１切替弁１１および第２切替弁１２は、後述するコントローラ２０によって制御されて、作動媒体の流路としての稼働ラインＬ３ｂおよびバイパスラインＬ３ｃをそれぞれ開閉する。第１切替弁１１および第２切替弁１２は、第１膨張発電機３Ａのみに、または、第１膨張発電機３Ａおよび第２膨張発電機３Ｂの両方に作動媒体が導入されるように、作動媒体の流路を切り替え可能な切替装置である。言い換えれば、第１切替弁１１および第２切替弁１２は、作動媒体の流路をバイパスラインＬ３ｃまたは稼働ラインＬ３ｂに切替え可能である。
【００２３】
稼働ラインＬ３ｂの下流端とバイパスラインＬ３ｃの下流端とは合流しており、その合流点１４よりも下流側は凝縮器流入ラインＬ３ｄとされている。稼働ラインＬ３ｂは、凝縮器４を通っている。稼働ラインＬ３ｂ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。
【００２４】
上記したように、第２循環ラインＬ３の下流端と第１循環ラインＬ２の上流端との間に、作動媒体ポンプ１０が設けられている。すなわち、第１循環ラインＬ２と第２循環ラインＬ３とによって構成された循環ラインに、作動媒体ポンプ１０が設けられている。作動媒体ポンプ１０は、蒸発器２の上流側かつ凝縮器４の下流側に設けられている。
【００２５】
バイナリー発電システム１は、上記の循環ラインに設けられ、作動媒体の状態を検出する一または複数のセンサを備える。より詳細には、バイナリー発電システム１は、蒸発器２と第１膨張発電機３Ａとの間に設けられた温度センサ１６および第１圧力センサ１７と、凝縮器４と作動媒体ポンプ１０との間に設けられた第２圧力センサ１８とを備える。温度センサ１６は、第１膨張発電機３Ａに流入する作動媒体の温度Ｔを検出する。第１圧力センサ１７は、第１膨張発電機３Ａに流入する作動媒体の第１圧力Ｐ１を検出する。第２圧力センサ１８は、凝縮器４から流出する作動媒体の第２圧力Ｐ２を検出する。
【００２６】
このように、バイナリー発電システム１では、作動媒体の状態として、圧力および温度が用いられる。なお、作動媒体の状態として、他の指標が用いられてもよい。作動媒体のエネルギ（もしくは熱量）を推定可能な指標であれば、バイナリー発電システム１におけるセンサの検出対象になり得る。たとえば、運転データが蓄積されたデータベースから、作動媒体の状態量が呼び出されてもよい。その場合、熱源状態が検出器によって検出され、その熱源状態に基づいて、作動媒体の状態量が呼び出されてもよい。このように、作動媒体の圧力および温度を直接検出しなくても、作動媒体の状態を把握することができる。
【００２７】
バイナリー発電システム１は、第１切替弁１１、第２切替弁１２および作動媒体ポンプ１０を制御するコントローラ２０を備えている。コントローラ２０は、上記した各センサと通信可能である。コントローラ２０は、各センサからの出力信号を入力し、所定の処理を行い、第１切替弁１１、第２切替弁１２および作動媒体ポンプ１０を制御する。コントローラ２０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。
【００２８】
コントローラ２０は、温度センサ１６および第１圧力センサ１７から出力される検出値（温度Ｔおよび第１圧力Ｐ１）に基づいて、作動媒体の飽和温度に対する差分を算出する。コントローラ２０は、この作動媒体の飽和温度に対する差分に基づいて、作動媒体ポンプ１０を制御する。コントローラ２０は、第１圧力センサ１７および第２圧力センサ１８から出力される検出値（第１圧力Ｐ１および第２圧力Ｐ２）に基づいて、作動媒体の圧力差を算出する。コントローラ２０は、この作動媒体の圧力差に基づいて、第１切替弁１１および第２切替弁１２を制御する。
【００２９】
コントローラ２０は、これらの制御を行う際の基準値である複数の判断値を予め記憶している。コントローラ２０は、作動媒体ポンプ１０を制御するため、作動媒体の温度に関する１つの判断値Ａを記憶している。コントローラ２０は、第１切替弁１１および第２切替弁１２を制御するため、作動媒体の圧力に関する１つの判断値Ｂを記憶している。
【００３０】
特に、バイナリー発電システム１では、コントローラ２０は、作動媒体の圧力に基づいて、第１切替弁１１および第２切替弁１２を制御し、膨張発電機の運転台数を変更する制御を行う。本明細書における「運転台数」の意味については後述する。
【００３１】
以下、図２および図３を参照して、コントローラ２０によって実行される処理（バイナリー発電方法）について説明する。以下に説明される処理は、バイナリー発電システム１の起動中、所定の周期をもってコントローラ２０により繰り返し実行される。
【００３２】
図２は、バイナリー発電システム１における作動媒体ポンプ１０の制御処理を示すフローチャートである。図２に示されるように、コントローラ２０は、温度センサ１６および第１圧力センサ１７から出力されるセンサ値（第１圧力Ｐ１および温度Ｔ）を取得する（ステップＳ０１）。コントローラ２０は、第１圧力Ｐ１に基づいて、作動媒体の飽和温度Ｔｓを算出する（ステップＳ０２）。飽和温度Ｔｓの値は、作動媒体の特性等に基づき、第１圧力Ｐ１から一義的に得られる。コントローラ２０は、温度Ｔと飽和温度Ｔｓとの差（温度差（Ｔ−Ｔｓ））を算出し、その温度差（Ｔ−Ｔｓ）と判断値Ａとを比較する（ステップＳ０３）。
【００３３】
温度差（Ｔ−Ｔｓ）が判断値Ａよりも大きい場合、コントローラ２０は、作動媒体ポンプ１０の回転数を増大させ、これによって作動媒体ポンプ１０を加速させる（ステップＳ０４）。温度差（Ｔ−Ｔｓ）が判断値Ａに等しい場合、コントローラ２０は、作動媒体ポンプ１０の回転数を維持し、これによって作動媒体ポンプ１０を一定速とする（ステップＳ０５）。温度差（Ｔ−Ｔｓ）が判断値Ａよりも小さい場合、コントローラ２０は、作動媒体ポンプ１０の回転数を減少させ、これによって作動媒体ポンプ１０を減速させる（ステップＳ０６）。
【００３４】
バイナリー発電システム１のサイクル特性において、熱源が増加すると、温度差（Ｔ−Ｔｓ）は増加する。一方、熱源が減少すると、温度差（Ｔ−Ｔｓ）は減少する。コントローラ２０は、第１圧力Ｐ１および温度Ｔを用いて、熱源の状態（すなわち熱源の増減）を間接的に検出している。コントローラ２０は、熱源の状態に応じて、作動媒体ポンプ１０を加速、維持、または減速させる。このようなポンプ制御により、第１膨張発電機３Ａのみ、または、第１膨張発電機３Ａおよび第２膨張発電機３Ｂの両方における良好な発電が行われる。熱源の状態が頻繁に変化し、かつ、熱源の状態を予測するのが難しい場合でも、上記のポンプ制御により、良好な発電が行われる。
【００３５】
図３は、バイナリー発電システム１における第１切替弁１１および第２切替弁１２の制御処理を示すフローチャートである。図３に示されるように、コントローラ２０は、第１圧力センサ１７および第２圧力センサ１８から出力されるセンサ値（第１圧力Ｐ１および第２圧力Ｐ２）を取得する（ステップＳ１１）。コントローラ２０は、圧力差（Ｐ１−Ｐ２）を算出し、その圧力差（Ｐ１−Ｐ２）が判断値Ｂ以上であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。
【００３６】
圧力差（Ｐ１−Ｐ２）が判断値Ｂ以上である場合（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、コントローラ２０は、第１切替弁１１を閉じると共に第２切替弁１２を開き、第１膨張発電機３Ａおよび第２膨張発電機３Ｂの両方による発電運転を実施する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３の処理により、コントローラ２０は、膨張発電機の運転台数を２台とする。圧力差（Ｐ１−Ｐ２）が判断値Ｂ未満である場合（ステップＳ１２；ＮＯ）、コントローラ２０は、第１切替弁１１を開くと共に第２切替弁１２を閉じ、第１膨張発電機３Ａのみによる発電運転を実施する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４の処理により、コントローラ２０は、膨張発電機の運転台数を１台とする。
【００３７】
バイナリー発電システム１のポンプ特性において、作動媒体ポンプ１０が加速すると、圧力差（Ｐ１−Ｐ２）は増加する。作動媒体ポンプ１０が減速すると、圧力差（Ｐ１−Ｐ２）は減少する。したがって、上記したステップＳ０１〜Ｓ０６のポンプ制御に連動して、圧力差（Ｐ１−Ｐ２）も変化する。圧力差（Ｐ１−Ｐ２）の変化に応じて、上記の判断と流路の切替制御とが行われる。
【００３８】
第１膨張発電機３Ａおよび第２膨張発電機３Ｂは、それぞれ、図４に示される特性を有する。図４からも理解され得るように、第１膨張発電機３Ａのみの運転における効率は、判断値Ｂよりも小さい領域で最大となり、判断値Ｂに近づくにつれて徐々に減少している。圧力差（Ｐ１−Ｐ２）に関する判断値Ｂは、第１膨張発電機３Ａのみの運転限界として設定され得る。すなわち、１台の第１膨張発電機３Ａでは発電に利用し得るエネルギ（流量または熱量）に限界がある。
【００３９】
圧力差（Ｐ１−Ｐ２）が判断値Ｂ以上になった場合に第２膨張発電機３Ｂを稼働させることで、利用されないままのエネルギをできるだけ減らし、エネルギの有効利用が図られている。このように、圧力上昇を招く程に熱源が増加した場合には運転台数を増やす制御が行われる。２台運転により、判断値Ｂにおける効率から更に効率が下がることはなく、効率が高められている（図４参照）。熱源の状態が頻繁に変化し、かつ、熱源の状態を予測するのが難しい場合でも、流路の切替制御により、効率的なエネルギ回収が実現される。
【００４０】
本実施形態のバイナリー発電システム１では、２台の膨張発電機３Ａ，３Ｂが設けられる。コントローラ２０による第１切替弁１１および第２切替弁１２の制御によって、膨張発電機３Ａ，３Ｂの一部または全部に作動媒体が導入されるように、作動媒体の流路が切り替えられる。作動媒体の状態は、熱源の状態に応じて変化し得る。熱源の状態が安定的ではない場合、作動媒体の状態も逐次変化し得る。第１膨張発電機３Ａおよび第２膨張発電機３Ｂは、それぞれ、作動媒体の状態に応じた効率の特性（特性カーブ）をもつ。バイナリー発電システム１によれば、熱源の状態に応じて、第１膨張発電機３Ａのみを稼働させて１つの特性を用いたり、第１膨張発電機３Ａおよび第２膨張発電機３Ｂの両方を稼働させて２つの特性を組み合わせたりすることができるので、熱源のエネルギを無駄なく効率的に回収することができる。従来、１台のみの膨張発電機を備えたシステムでは、１つの特性カーブに決まってしまうため、熱源の変動に対応して効率的なエネルギ回収を行うことは難しかった。バイナリー発電システム１では、安定的ではない熱源に対しても、フレキシブルな運転を行うことにより、効率的なエネルギ回収が可能になっている。
【００４１】
熱源が少ないときには第１膨張発電機３Ａのみを稼働させ（１台運転とし）、熱源が増加したときには第１膨張発電機３Ａと第２膨張発電機３Ｂの両方を稼働させる（２台運転とする）。このような切替制御により、熱源のエネルギを効率的に回収することができる。
【００４２】
循環ラインの２箇所（蒸発器２の直後と凝縮器４の直後）における作動媒体の圧力を検出し、その圧力差（Ｐ１−Ｐ２）と判断値Ｂとの比較結果に基づいて切替装置が制御される。これにより、作動媒体の圧力値Ｐ１，Ｐ２を利用した簡便な切替制御が可能になっており、熱源のエネルギを効率的かつ容易に回収することができる。
【００４３】
図５を参照して、第２実施形態に係るバイナリー発電システム１Ａについて説明する。バイナリー発電システム１Ａが第１実施形態のバイナリー発電システム１と違う点は、第１膨張発電機３Ａおよび第２膨張発電機３Ｂが並列に接続された点である。バイナリー発電システム１Ａの第２循環ラインＬ３Ａは、蒸発器２の下流側で分岐された第１稼働ラインＬ３ｅおよび第２稼働ラインＬ３ｆと、第１稼働ラインＬ３ｅおよび第２稼働ラインＬ３ｆが合流された凝縮器流入ラインＬ３ｇとを含む。分岐点２３と合流点２４との間において、第１稼働ラインＬ３ｅは第１膨張発電機３Ａに接続されており、第２稼働ラインＬ３ｆは第２膨張発電機３Ｂに接続されている。分岐点２３と第１膨張発電機３Ａの間には、第１切替弁２１が設けられる。分岐点２３と第２膨張発電機３Ｂとの間には、第２切替弁２２が設けられる。第１切替弁２１および第２切替弁２２の各構成は、バイナリー発電システム１における第１切替弁１１および第２切替弁１２の各構成と同様である。温度センサ１６および第１圧力センサ１７は、分岐点２３よりも上流側に設けられる。
【００４４】
バイナリー発電システム１Ａにおいて、第１膨張発電機３Ａおよび第２膨張発電機３Ｂは、同一の機器であってもよい。すなわち、第１膨張発電機３Ａおよび第２膨張発電機３Ｂは、同一の能力（流量や発電量等）および特性を有してもよい。第１膨張発電機３Ａおよび第２膨張発電機３Ｂは、同一の最適膨張比を有してもよい。
【００４５】
並列に接続された第１膨張発電機３Ａおよび第２膨張発電機３Ｂにおいて、最適膨張比が異なっていてもよい。たとえば、第１膨張発電機３Ａにおける最適膨張比は、第２膨張発電機３Ｂにおける最適膨張比よりも低くてもよい。すなわち、第１膨張発電機３Ａは低膨張タービンを含み、第２膨張発電機３Ｂは中膨張タービンを含んでもよい。以下の説明では、第１膨張発電機３Ａが低膨張タービンを含み、第２膨張発電機３Ｂが中膨張タービンを含む場合について説明する。
【００４６】
コントローラ２０は、作動媒体ポンプ１０を制御するため、作動媒体の温度に関する１つの判断値Ａを記憶している。この点は、バイナリー発電システム１と同様である。バイナリー発電システム１Ａでは、コントローラ２０は、第１切替弁２１および第２切替弁２２を制御するため、作動媒体の圧力に関する２つの判断値Ｃ，Ｄを記憶している。判断値Ｄは、判断値Ｃよりも大きい。
【００４７】
以下、図６を参照して、コントローラ２０によって実行される処理（バイナリー発電方法）について説明する。コントローラ２０によるポンプ制御はバイナリー発電システム１と同じであるため、その説明を省略する。バイナリー発電システム１Ａにおいて、サイクル特性はバイナリー発電システム１のそれと同じである。
【００４８】
図６に示されるように、コントローラ２０は、第１圧力センサ１７および第２圧力センサ１８から出力されるセンサ値（第１圧力Ｐ１および第２圧力Ｐ２）を取得する（ステップＳ２１）。コントローラ２０は、圧力差（Ｐ１−Ｐ２）を算出し、その圧力差（Ｐ１−Ｐ２）と判断値Ｃ，Ｄとを比較する（ステップＳ２２）。
【００４９】
圧力差（Ｐ１−Ｐ２）が判断値Ｃよりも小さい場合、コントローラ２０は、第１切替弁２１を開くと共に第２切替弁２２を閉じ、第１膨張発電機３Ａのみによる発電運転を実施する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３の処理により、コントローラ２０は、膨張発電機の運転台数を１台とする。この場合、低膨張タービンのみが稼働する。
【００５０】
圧力差（Ｐ１−Ｐ２）が判断値Ｃ以上であって判断値Ｄ未満である場合、コントローラ２０は、第１切替弁２１を閉じると共に第２切替弁２２を開き、第２膨張発電機３Ｂのみによる発電運転を実施する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４の処理により、コントローラ２０は、膨張発電機の運転台数を１台とする。この場合、中膨張タービンのみが稼働する。
【００５１】
圧力差（Ｐ１−Ｐ２）が判断値Ｄよりも大きい場合、コントローラ２０は、第１切替弁２１を半分だけ開くと共に第２切替弁２２を開き、第１膨張発電機３Ａおよび第２膨張発電機３Ｂによる発電運転を実施する（ステップＳ２５）。ステップＳ２５の処理により、コントローラ２０は、膨張発電機の運転台数を２台とする。この場合、低膨張タービンおよび中膨張タービンの両方が稼働する。本明細書において、「運転台数を変更する」は、上記のように１台あたりの稼働の度合いを調整することも含む。すなわち、運転台数は、整数である場合のみならず、１．５台等といった小数を含む場合もある。
【００５２】
バイナリー発電システム１Ａにおいて、ポンプ特性もバイナリー発電システム１のそれと同じである。したがって、上記したステップＳ０１〜Ｓ０６のポンプ制御（図２参照）に連動して、圧力差（Ｐ１−Ｐ２）も変化し、圧力差（Ｐ１−Ｐ２）の変化に応じて上記の判断と流路の切替制御とが行われる。
【００５３】
図７は、バイナリー発電システム１Ａにおける作動媒体の圧力差と流量および効率との関係の一例を示す図である。バイナリー発電システム１Ａでは、熱源が少ない時（判断値Ｃ未満の時）は、低膨張タイプの第１膨張発電機３Ａのみを運転し、中膨張比タイプの第２膨張発電機３Ｂは停止させる。熱源が増えてきた時（判断値Ｃ以上かつ判断値Ｄ未満の時）には、低膨張タイプの第１膨張発電機３Ａは停止させ、中膨張タイプの第２膨張発電機３Ｂのみを運転する。図７にも示されるように、最適膨張比の異なる膨張発電機を複数配置することにより、熱源に応じて最適な効率で、エネルギ回収が可能になっている。また、熱源が更に増えてきた時（判断値Ｄ以上の時）には、第１膨張発電機３Ａおよび第２膨張発電機３Ｂの両方を運転する。圧力差（Ｐ１−Ｐ２）が判断値Ｄ以上になった場合には、中膨張比タイプの第２膨張発電機３Ｂのみでは効率が急低下し得る（図７中の破線カーブ参照）。２台運転とすることにより、この効率低下の度合いが緩和される。
【００５４】
なお、第１膨張発電機３Ａおよび第２膨張発電機３Ｂにおいてタービンの膨張比が同じ場合、図８に示されるように、２台運転によって、効率低下の度合いが緩和される。なお、第１膨張発電機３Ａのみを運転した場合と、第２膨張発電機３Ｂのみを運転した場合とで、効率は同じである。
【００５５】
バイナリー発電システム１Ａによっても、バイナリー発電システム１と同様の作用・効果が奏される。バイナリー発電システム１Ａによれば、熱源の状態に応じて、複数の特性を組み合わせたり、複数の特性のいずれかを選択したりすることができるので、熱源のエネルギを無駄なく効率的に回収することができる。
【００５６】
熱源が少ないときにはいずれか一方の膨張発電機３Ａまたは３Ｂのみを稼働させ（１台運転とし）、熱源が増加したときには両方の膨張発電機３Ａおよび３Ｂを稼働させる（２台運転とする）ことができる。このような切替制御により、熱源のエネルギを効率的に回収することができる。さらには、第１膨張発電機３Ａと第２膨張発電機３Ｂとで特性を異ならせておけば、熱源に応じたより細かい制御が可能となり、熱源のエネルギをより一層効率的に回収することができる。
【００５７】
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、膨張発電機の数は２台に限られない。３台以上の膨張発電機を備えたバイナリー発電システムであってもよい。すなわち、バイナリー発電システムは、第３膨張発電機、第４膨張発電機…を備えてもよい。３台以上の膨張発電機を備える場合において、直列構造と並列構造とが組み合わせられてもよい。
【００５８】
切替装置は、上記したような自動弁の組み合わせに限られない。流路を切り替えることのできる装置であれば、どのような装置も採用され得る。分岐点に三方弁が設けられてもよい。配管構成が、上記構成から適宜変更されてもよい。弁類における開閉の態様は、全開と全閉のみに限られない。半開や適宜の開度調整が可能とされて、１台あたりの稼働の度合いが調整されてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１  バイナリー発電システム
１Ａ  バイナリー発電システム
２  蒸発器
３Ａ  第１膨張発電機
３Ｂ  第２膨張発電機
４  凝縮器
１０  作動媒体ポンプ
１１  第１切替弁（切替装置）
１２  第２切替弁（切替装置）
１６  温度センサ
１７  第１圧力センサ（センサ）
１８  第２圧力センサ（センサ）
２０  コントローラ
２１  第１切替弁（切替装置）
２２  第２切替弁（切替装置）
Ｌ１  温水ライン
Ｌ２  第１循環ライン（循環ライン）
Ｌ３  第２循環ライン（循環ライン）
Ｌ３ａ  第１膨張機排出ライン
Ｌ３ｂ  稼働ライン
Ｌ３ｃ  バイパスライン
Ｌ３ｄ  凝縮器流入ライン
Ｌ３ｅ  第１稼働ライン
Ｌ３ｆ  第２稼働ライン
Ｌ３ｇ  凝縮器流入ライン
Ｌ４  冷却水ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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