(57)【要約】【課題】季節により海水の温度が変化しても海水を利用して温熱流体から有効に発電できるバイナリ発電システムを提供する。【解決手段】温熱ライン４の温熱流体３から発電するバイナリ発電装置１と、海水の表面水を取水するための表面水取水管１８と、海水の表面水よりも大きい深度の深水を取水するための深水取水管２０と、表面水取水管１８の表面水と深水取水管２０の深水を切り替えてバイナリ発電装置１に冷却流体１０として供給する揚水ポンプ２２を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温熱ラインの温熱流体から発電するバイナリ発電装置と、
海水の表面水を取水するための表面水取水管と、
海水の表面水よりも大きい深度の深水を取水するための深水取水管と、
前記表面水取水管の表面水と前記深水取水管の深水を切り替えて前記バイナリ発電装置に冷却流体として供給する揚水ポンプと、
を備えたバイナリ発電システム。
【請求項２】
前記バイナリ発電装置は、前記温熱ラインの温熱流体と熱交換して熱媒体を蒸発させる蒸発器と、該蒸発器出口の蒸気により駆動されるタービン発電機と、該タービン発電機出口の蒸気を取り入れて冷却流体と熱交換することにより蒸気を凝縮させる凝縮器と、該凝縮器出口の液を前記蒸発器に供給する循環ポンプを有し、
前記循環ポンプは、表面水取水管と前記深水取水管の接続部に切り替えて接続され、前記循環ポンプには、前記表面水取水管の表面水又は前記深水取水管の深水を前記バイナリ発電装置の前記凝縮器に供給する海水供給管を備えた請求項１に記載のバイナリ発電システム。
【請求項３】
前記海水供給管には可動管を備えた請求項２に記載のバイナリ発電システム。
【請求項４】
前記揚水ポンプには、前記表面水取水管と深水取水管に備えた固定フランジからなる接続部に対し切り離し可能に接続する取付フランジを備えた請求項２又は３に記載のバイナリ発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電所や工場等のボイラから排出される比較的低温の温熱流体を用いて発電するバイナリ発電システムに関し、季節により海水の温度が変化しても海水を利用して温熱流体から有効に発電できるようにしたバイナリ発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
源泉の熱湯である高温流体を入浴用の温泉水の温度まで冷却する際の温度差を利用して発電を行うようにしたバイナリ発電システムとしては、特許文献１に記載されたシステムが知られている。このようなバイナリ発電システムは、温泉水として用いられる例えば３６℃〜５２℃よりも高温の源泉が発生する場合にのみ適用できるものであり、従って、このような温度条件を満たさない源泉には適用することができず、適用場所が制限されるという問題がある。
【０００３】
一方、火力発電所の蒸気タービン或いは工場設備のボイラ等からは、例えば５０℃程度の温度で発電には利用が難しい低温の温熱流体が安定して大量に排出される。
【０００４】
従って、このような温熱流体を利用した発電が可能になると、広範な場所に適用して排熱を有効に利用できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−００２８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
温熱流体を用いて熱媒体を蒸発させ、その蒸気を用いてタービンを回転させることで発電を行うバイナリ発電システムにおいては、タービンから出た蒸気を低温の冷却流体により冷却して液化し、その液を再び前記タービンに供給することで蒸発させることから、前記蒸気を冷却するための前記温熱流体よりも十分に温度が低い冷却流体を大量に安定して供給する必要がある。
【０００７】
このため、冷却流体には海水を用いることが考えられるが、海水の温度は季節や海流によって変化する。地域によっても異なるが、一例として関東近海における冬季の海面の海水温度は１０℃〜１５℃前後であり、夏季の海水温度は２０℃〜２７℃であり、春季と秋季ではその中間の温度となる。
【０００８】
このように、季節等により温度が変化する海水は、温熱流体を用いてバイナリ発電する際の冷却流体として用いることは難しく、このために温熱流体からバイナリ発電するようにしたものは提案されていない。
【０００９】
本発明は、かかる課題に鑑みてなしたものであり、海水の温度が変化しても海水を利用して温熱流体から有効に発電できるようにしたバイナリ発電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】
【００１０】
本発明は、温熱ラインの温熱流体から発電するバイナリ発電装置と、
海水の表面水を取水するための表面水取水管と、
海水の表面水よりも大きい深度の深水を取水するための深水取水管と、
前記表面水取水管の表面水と前記深水取水管の深水を切り替えて前記バイナリ発電装置に冷却流体として供給する揚水ポンプと、
を備えたバイナリ発電システム、に係るものである。
【００１１】
上記バイナリ発電システムにおいて、前記バイナリ発電装置は、前記温熱ラインの温熱流体と熱交換して熱媒体を蒸発させる蒸発器と、該蒸発器出口の蒸気により駆動されるタービン発電機と、該タービン発電機出口の蒸気を取り入れて冷却流体と熱交換することにより蒸気を凝縮させる凝縮器と、該凝縮器出口の液を前記蒸発器に供給する循環ポンプを有し、
前記循環ポンプは、表面水取水管と前記深水取水管の接続部に切り替えて接続され、前記循環ポンプには、前記表面水取水管の表面水又は前記深水取水管の深水を前記バイナリ発電装置の前記凝縮器に供給する海水供給管を備えることができる。
【００１２】
又、上記バイナリ発電システムにおいて、前記海水供給管には可動管を備えることができる。
【００１３】
又、上記バイナリ発電システムにおいて、前記揚水ポンプには、前記表面水取水管と深水取水管に備えた固定フランジからなる接続部に対し切り離し可能に接続する取付フランジを備えることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のバイナリ発電システムによれば、季節により海水の温度が変化しても海水を利用して温熱流体から有効に発電できるという優れた効果を発揮し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るバイナリ発電システムの実施例を示す概略図である。
【図２】揚水ポンプとその周辺構造の一例を示す構成図である。
【図３】揚水ポンプとその周辺構造の別の例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係るバイナリ発電システムについて図１を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１は火力発電所の蒸気タービン２から排出される温熱流体３を利用して発電を行う場合のバイナリ発電システム１００を示しており、このバイナリ発電システム１００はバイナリ発電装置１を備えている。
【００１８】
バイナリ発電装置１は、火力発電所の前記蒸気タービン２から排出される温熱流体３を導く温熱ライン４には、前記温熱流体３に液５ａの熱媒体５を熱交換させて熱媒体５を蒸発させる蒸発器６が備えられる。蒸発器６の下流には該蒸発器６出口の蒸気５ｂにより駆動されるタービン発電機７が備えられる。８は発電機である。前記タービン発電機７の下流にはタービン発電機７出口の蒸気５ｂを蒸気供給流路９により取り入れて冷却流体１０と熱交換することにより前記蒸気５ｂを凝縮させる凝縮器１１が備えられる。この凝縮器１１の下流には凝縮器１１出口の液５ａを液供給流路１２により前記蒸発器６に供給する循環ポンプ１３が備えられる。
【００１９】
前記バイナリ発電装置１は、堤防１４或いは地上から海上に張り出した構造物等からなる固定部１５に設置される。又、固定部１５としては、海上に固定した海洋構造物或いは海上に係留した浮体等とすることもできる。
【００２０】
前記バイナリ発電装置１には以下の装置が設けられる。
【００２１】
図１の堤防１４から海上に張り出して設けた張出部材１６には、海水の表面水１７ａを取水するようにした表面水取水管１８の上端が固定されている。又、前記張出部材１６には、海底１９に沿って配置することにより海水の表面水１７ａよりも大きい深度の深水１７ｂを取水するようにした深水取水管２０の上端が固定されている。前記表面水取水管１８及び深水取水管２０は、上端が水面から所要の長さで空中に突出した状態に設けられる。又、前記表面水取水管１８及び深水取水管２０の外周には、取水した海水の温度が周囲の温度によって上昇することがないように断熱材を設けることが好ましい。太陽光が届かない深度での海水の温度は年間を通して一定していることが知られているので、前記深水取水管２０は一定した温度の深度になるように設けることが好ましく、そのため、深水取水管２０は傾斜している海底１９に沿って数百メートルから１キロメートル前後の深さになるように設けることができる。
【００２２】
前記表面水取水管１８及び深水取水管２０の空中に位置する上端には、接続用の固定フランジ１８ａ、２０ａ(接続部)が備えられている。
【００２３】
前記固定部１５には、前記表面水取水管１８の表面水１７ａと前記深水取水管２０の深水１７ｂを切り替えて海水供給管２１により前記凝縮器１１に供給するための揚水ポンプ２２を備えている。
【００２４】
図２は前記揚水ポンプ２２とその周辺構造の一例を示す構成図である。図２の揚水ポンプ２２は、モータ２６に連結された歯車機構２５に対して、前記表面水取水管１８の内部に挿入するようにした下端にプロペラ２３を有する駆動軸２４の上端を連結している。前記歯車機構２５の下部には、前記駆動軸２４の上部を包囲し途中に吐出口２７を有する吸引管２８が固定されている。プロペラ２３を回転することにより表面水取水管１８の海水を揚水できるようになっている。前記吸引管２８の下端には前記表面水取水管１８の固定フランジ１８ａ(接続部)に切り離し可能に接続する取付フランジ２９を設けている。前記表面水取水管１８内のプロペラ２３よりも下部にはフィルター３０を設けている。図中３１は前記表面水取水管１８に取り付けることにより海水の温度を計測し、計測した温度を固定部１５に知らせるようにした温度計である。
【００２５】
又、前記吐出口２７には、図１に矢印で示すように前記海水供給管２１との間を上下と水平方向へ変形可能に接続するフレキシブルチューブ３２からなる可動管３３を備えている。
【００２６】
図３は前記揚水ポンプ２２とその周辺構造の別の例を示す構成図である。図３の揚水ポンプ２２は、前記歯車機構２５に対して、前記表面水取水管１８の内部に挿入するようにした平行な２つのスクリュー３４、３５の上端を連結している。このスクリュー３４、３５は互いに逆方向へ捩じられた形状を有しており、スクリュー３４、３５を互いに逆方向へ回転することにより表面水取水管１８の海水を揚水できるようになっている。
【００２７】
又、図３では、図２のフレキシブルチューブ３２に代えて、前記吐出口２７と前記海水供給管２１との間を、例えば３つの自在継手３６を備えて上下と水平方向へ変形できる可動管３３により接続した場合を示している。ここで、図２のプロペラ２３を備えた揚水ポンプ２２の構成と、図３の自在継手３６を備えた可動管３３の構成を組み合わせてもよく、又、図２のフレキシブルチューブ３２を備えた可動管３３の構成と、図３の２つのスクリュー３４、３５を備えた揚水ポンプ２２の構成を組み合わせてもよい。
【００２８】
尚、図２、図３では、前記揚水ポンプ２２を表面水取水管１８に取り付けた場合について説明したが、図１に示す深水取水管２０に対しても前記揚水ポンプ２２を切り替えて同様に接続することができる。
【００２９】
従って、前記バイナリ発電装置１と、表面水取水管１８と、深水取水管２０と、表面水取水管１８の表面水１７ａ及び前記深水取水管２０の深水１７ｂの固定フランジ１８ａ、２０ａ(接続部)への接続を切り替えて、海水供給管２１によりバイナリ発電装置１の凝縮器１１に供給するようにした揚水ポンプ２２とによりバイナリ発電システム１００が構成される。
【００３０】
上記実施例では以下のように作用する。
【００３１】
図１に示す蒸気タービン２は、出力を最大限に発揮させるために通常蒸気タービン２の出口の蒸気は負圧に保持されており、このために、通常の蒸気タービン２から排出される蒸気である温熱流体３の温度は３０℃〜４０℃程度となっている。
【００３２】
このように３０℃〜４０℃程度の低温の温熱流体３から発電を行うためには、前記バイナリ発電装置１の熱媒体５としてはアンモニアを用いることができる。又、アンモニア以外にも同等の沸点(−３３℃)を有するものであれば熱媒体５として用いることができる。
【００３３】
[冬季、春季、秋季]
冬季は、図１に示すように前記揚水ポンプ２２を表面水取水管１８に接続した状態にしてバイナリ発電装置１の運転を行う。この時、温度計３１で計測される冬季の表面水１７ａの温度が例えば１０℃〜１５℃であると、この表面水１７ａを前記揚水ポンプ２２により揚水して、冷却流体１０として前記凝縮器１１に供給すると、３０℃〜４０℃である温熱流体３からバイナリ発電装置１により有効に発電することができる。
【００３４】
又、春季、秋季においても温度計３１で計測される表面水１７ａの温度が例えば１５℃以下程度であれば、同様に表面水１７ａを用いて発電することができる。
【００３５】
[夏季]
夏季は、表面水１７ａの温度が２０℃〜２７℃前後にまで上昇するため、１０℃〜１５℃前後の表面水を用いて３０℃〜４０℃程度の温熱流体３から発電することはできない。
【００３６】
このため、前記揚水ポンプ２２の取付フランジ２９を前記表面水取水管１８の固定フランジ１８ａ(接続部)から切り離し、揚水ポンプ２２をクレーン等で吊上げて図１の深水取水管２０の上部に移動し、プロペラ２３又はスクリュー３４、３５が深水取水管２０に挿入されるようにして取付フランジ２９を固定フランジ２０ａ(接続部)に接続するという切り替えを行う。
【００３７】
このとき、前記揚水ポンプ２２は可動管３３により前記海水供給管２１に接続しているので、前記揚水ポンプ２２を表面水取水管１８から切り離し、クレーン等により吊り上げて移動し、深水取水管２０に吊り下げて、取付フランジ２９を深水取水管２０の固定フランジ１８ａ(接続部)に接続する作業を容易に行うことができる。
【００３８】
深水１７ｂは夏季においても安定した１０℃前後の温度に保持されているので、この深水１７ｂを前記揚水ポンプ２２により揚水し、冷却流体１０として前記凝縮器１１に供給することによりバイナリ発電装置１を運転すると、３０℃〜４０℃程度である温熱流体３からバイナリ発電装置１により有効に発電することができる。
【００３９】
ここで、前記揚水ポンプ２２の駆動により深水取水管２０の深水１７ｂを取水するために必要な動力は大きくなるので、温度計３１により計測される表面水１７ａの温度が冷却流体１０として利用できる場合は、春季、秋季においても可能な限り表面水取水管１８から取水する表面水１７ａを冷却流体１０として凝縮器１１に供給することが好ましい。
【００４０】
上記した実施例によれば、表面水取水管１８の表面水１７ａと深水取水管２０の深水１７ｂを切り替えて、揚水ポンプ２２により海水供給管２１を介してバイナリ発電装置１の凝縮器１１に供給するようにしたので、季節等により海水の温度が変化しても海水を利用して温熱流体３から有効に発電することができる。
【００４１】
又、揚水ポンプ２２を凝縮器１１に接続する海水供給管２１には可動管３３を備えたのど、揚水ポンプ２２を移動して、前記表面水取水管１８及び深水取水管２０に接続する作業を容易に行うことができる。
【００４２】
更に、揚水ポンプ２２の吸引管２８には、表面水取水管１８及び深水取水管２０の固定フランジ１８ａ、２０ａからなる接続部に対して切り離し可能に接続される取付フランジ２９を備えたので、表面水取水管１８及び深水取水管２０に対して揚水ポンプ２２は容易に接続することができる。
【００４３】
上記実施例においては、火力発電所の前記蒸気タービン２から排出される温熱流体３から発電を行う場合について説明したが、工場等のボイラから排出される温熱流体或いは温泉の排水等のように所定の温度を有して安定した量で排出される温熱流体が存在する場所であれば任意に適用できる。
【００４４】
なお、本発明のバイナリ発電システム１００は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、揚水ポンプ２２の形式、可動管３３の形式等には制限されないこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４５】
１       バイナリ発電装置
２       蒸気タービン
３       温熱流体
４       温熱ライン
５       熱媒体
５ａ     液
５ｂ     蒸気
６       蒸発器
７       タービン発電機
１０     冷却流体
１１     凝縮器
１３     循環ポンプ
１７ａ   表面水
１７ｂ   深水
１８     表面水取水管
１８ａ   固定フランジ(接続部)
２０     深水取水管
２０ａ   固定フランジ(接続部)
２１     海水供給管
２２     揚水ポンプ
３３     可動管
１００   バイナリ発電システム
【図１】
2018162670.tif 000003
【図２】
2018162670.tif 000004
【図３】
2018162670.tif 000005