(57)【要約】【課題】サイクル出力を増大させるバイナリサイクル発電用の作動媒体を提供する。【解決手段】本発明に係るバイナリサイクル発電用の作動媒体は、第一の冷媒と第二の冷媒とを含み、第二の冷媒の沸点は、第一の冷媒の沸点より１０℃以上低く、バイナリサイクル発電用の作動媒体に占める第一の冷媒の割合は、９０質量％以上であり、バイナリサイクル発電用の作動媒体に占める第二の冷媒の割合は、０質量％より大きく且つ１０質量％より小さい。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイナリサイクル発電用の作動媒体であって、
第一の冷媒と第二の冷媒とを含み、
前記第二の冷媒の沸点は、前記第一の冷媒の沸点より１０℃以上低く、
前記バイナリサイクル発電用の作動媒体に占める前記第一の冷媒の割合は、９０質量％以上であり、
前記バイナリサイクル発電用の作動媒体に占める前記第二の冷媒の割合は、０質量％より大きく且つ１０質量％より小さい、バイナリサイクル発電用の作動媒体。
【請求項２】
前記第二の冷媒の沸点は、前記第一の冷媒の沸点より３０℃以上低い、請求項１に記載のバイナリサイクル発電用の作動媒体。
【請求項３】
前記バイナリサイクル発電用の作動媒体に占める前記第一の冷媒の割合は、９５質量％以上であり、
前記バイナリサイクル発電用の作動媒体に占める前記第二の冷媒の割合は、０質量％より大きく且つ５質量％より小さい、請求項１または２に記載のバイナリサイクル発電用の作動媒体。
【請求項４】
前記第一の冷媒は、１，３，３，３−テトラフルオロプロペンであり、
前記第二の冷媒は、ジフルオロメタンである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバイナリサイクル発電用の作動媒体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のバイナリサイクル発電用の作動媒体を加熱して蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器によって蒸発した前記バイナリサイクル発電用の作動媒体を用いて発電を行う膨張発電機と、
前記発電に用いた前記バイナリサイクル発電用の作動媒体を冷却して凝縮させる凝縮器と、を備える、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、バイナリサイクル発電用の作動媒体及びバイナリ発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
バイナリ発電システムは、廃液や地熱といった低温の熱源を利用しており、その発電のための作動媒体には、沸点の低い冷媒が用いられている。特許文献１では、水とアセトンとの混合冷媒を用いたランキンサイクル（バイナリサイクル）が開示されている。特許文献２では、作動媒体を用いた高温ヒートポンプ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−４６０２６号公報
【特許文献２】特表２０１５−５２９７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
低温の熱源をより効率的に利用するためには、バイナリサイクル発電用の作動媒体として、水よりも沸点の低い冷媒を用いられる。しかしながら、水以外の冷媒からなる単組成の作動媒体を用いたバイナリ発電システムでは、低温の熱源をより効率的に利用し、バイナリ発電のためのサイクル出力を増大させることには限界がある。
【０００５】
本発明は、サイクル出力を増大させるバイナリサイクル発電用の作動媒体及びバイナリ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】
【０００６】
本発明の一側面に係るバイナリサイクル発電用の作動媒体は、第一の冷媒と第二の冷媒とを含み、第二の冷媒の沸点は、第一の冷媒の沸点より１０℃以上低く、バイナリサイクル発電用の作動媒体に占める第一の冷媒の割合は、９０質量％以上であり、バイナリサイクル発電用の作動媒体に占める第二の冷媒の割合は、０質量％より大きく且つ１０質量％より小さい。
【０００７】
このバイナリサイクル発電用の作動媒体によれば、第一の冷媒と、当該第一の冷媒の沸点より１０℃以上低い沸点を有する第二の冷媒とを含む作動媒体が提供される。第一の冷媒の割合が９０質量％以上であり、第二の冷媒の割合が０質量％より大きく且つ１０質量％より小さい作動媒体は、第一の冷媒からなる単組成の作動媒体及び第二の冷媒からなる単組成の作動媒体と比べて、バイナリ発電のためのサイクル出力を増大させることができる。
【０００８】
本発明の一側面に係るバイナリサイクル発電用の作動媒体では、第二の冷媒の沸点は、第一の冷媒の沸点より３０℃以上低くてもよい。
【０００９】
このバイナリサイクル発電用の作動媒体によれば、第一の冷媒と、当該第一の冷媒の沸点より３０℃以上低い沸点を有する第二の冷媒とを含む作動媒体が提供される。この作動媒体は、第一の冷媒からなる単組成の作動媒体及び第二の冷媒からなる単組成の作動媒体と比べて、バイナリ発電のためのサイクル出力をより増大させることができる。
【００１０】
本発明の一側面に係るバイナリサイクル発電用の作動媒体では、バイナリサイクル発電用の作動媒体に占める第一の冷媒の割合は、９５質量％以上であり、バイナリサイクル発電用の作動媒体に占める第二の冷媒の割合は、０質量％より大きく且つ５質量％より小さくてもよい。
【００１１】
このバイナリサイクル発電用の作動媒体によれば、第一の冷媒の割合が９５質量％以上であり、第二の冷媒の割合が０質量％より大きく且つ５質量％より小さい作動媒体が提供される。この作動媒体は、第一の冷媒からなる単組成の作動媒体及び第二の冷媒からなる単組成の作動媒体と比べて、バイナリ発電のためのサイクル出力をより増大させることができる。
【００１２】
本発明の一側面に係るバイナリサイクル発電用の作動媒体では、第一の冷媒は、１，３，３，３−テトラフルオロプロペンであり、第二の冷媒は、ジフルオロメタンであってもよい。
【００１３】
本発明の別側面に係るバイナリ発電システムは、上記のバイナリサイクル発電用の作動媒体を加熱して蒸発させる蒸発器と、蒸発器によって蒸発したバイナリサイクル発電用の作動媒体を用いて発電を行う膨張発電機と、発電に用いたバイナリサイクル発電用の作動媒体を冷却して凝縮させる凝縮器と、を備える。
【００１４】
上記バイナリサイクル発電用の作動媒体が用いられたバイナリ発電システムによれば、サイクル出力を増大させることができ、その結果として、バイナリ発電システムの出力を増大させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、バイナリ発電のためのサイクル出力及びバイナリ発電システムの出力を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るバイナリ発電システムの概略構成を示す図である。
【図２】図２の（ａ）部及び（ｂ）部は、それぞれ、本発明の実施形態に係るバイナリサイクルにおける温度−エントロピー線図（Ｔ−ｓ線図）である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る作動媒体に含まれ得る冷媒を示す図である。
【図４】図４の（ａ）部及び（ｂ）部は、それぞれ、第一混合冷媒の混合比率と、バイナリサイクルのサイクル出力との関係を示す図である。
【図５】図５の（ａ）部は、第一混合冷媒の混合比率と、バイナリサイクルのサイクル効率との関係を示す図であり、図５の（ｂ）部は、第一混合冷媒の混合比率と、バイナリサイクルの蒸発器回収熱量との関係を示す図である。
【図６】図６は、実施例１〜９及び比較例１〜５に係るバイナリサイクル発電用の作動媒体をまとめて示す図である。
【図７】図７の（ａ）部は、実施例４に係るバイナリサイクルの熱エネルギーと温度との関係を示す図であり、図７の（ｂ）部は、実施例６に係るバイナリサイクルの熱エネルギーと温度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係るバイナリ発電システムの概略構成を示す図である。バイナリ発電システム１は、廃液や地熱といった低温の熱源から熱エネルギーを回収し、この回収した熱エネルギーを利用して発電を行う。バイナリ発電システム１には、例えばオーガニックランキンサイクル（Organic  Rankine  Cycle；ＯＲＣ）が採用される。バイナリ発電システム１は、当該システム内の作動媒体と熱源との間で熱交換を行い、作動媒体には、例えば水よりも低い沸点を有する冷媒が用いられる。
【００１９】
図１に示されるように、バイナリ発電システム１は、蒸発器２と、膨張発電機３と、凝縮器４とを備える。バイナリ発電システム１は、これらの蒸発器２、凝縮器４および凝縮器４を通って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、バイナリサイクル発電用の作動媒体との熱交換により、作動媒体を加熱して蒸発させる。膨張発電機３は、例えばタービン型の膨張機と、膨張機に連結された発電機とを含んでおり、蒸発器２によっ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。凝縮器４は、発電に用いた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。膨張発電機３における膨張機の型式は、タービン型に限られず、容積型など他の形式でも良い。
【００２０】
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。蒸発器２は、例えば向流式の熱交換器である。蒸発器２は、並流式の熱交換器であってもよい。膨張発電機３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。膨張発電機３の蒸気の出口部には、第２循環ラインＬ３の上流端が接続される。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、例えば冷却塔の冷却手段が設けられる。凝縮器４は、例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。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。
【００２１】
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、凝縮器４と蒸発器２との間に設けられている。
【００２２】
図２の（ａ）部及び（ｂ）部は、それぞれ、本発明の実施形態に係るバイナリサイクルにおける温度−エントロピー線図（Ｔ−ｓ線図）である。図２の（ａ）部は、ウェット冷媒からなる作動媒体についてのＴ−ｓ線図を例示し、図２の（ｂ）部は、ドライ冷媒からなる作動媒体についてのＴ−ｓ線図を例示する。Ｔ−ｓ線図には、作動媒体が液相の領域ＰＨ１、作動媒体が気相の領域ＰＨ２、及び作動媒体が液相及び気相の両方を有する領域ＰＨ３が存在する。Ｔ−ｓ線図上にバイナリサイクル（ランキンサイクル）を示した際に、蒸気の断熱膨張後の点が、必ず過熱蒸気域にある冷媒を“ドライ冷媒”、それ以外の二相域に膨張後の点が存在する可能性のある冷媒を“ウェット冷媒“と区分する。
【００２３】
図２の（ａ）部に示されるように、ウェット冷媒からなる作動媒体を用いたバイナリサイクルでは、蒸発器２内において、熱源と作動媒体との熱交換により、液体の作動媒体が加熱され（第１過程ＳＴ１）、続いて、液体の作動媒体は蒸発して気体となる（第２過程ＳＴ２）。気相域に達した作動媒体は、更に加熱（スーパーヒート）される（第３過程ＳＴ３）。この加熱された作動媒体は、第１循環ラインＬ２によって膨張発電機３に送られた後、膨張発電機３内で断熱膨張しながらタービンを回転させて発電機で発電を行う（第４過程ＳＴ４）。断熱膨張が完了した作動媒体は、第２循環ラインＬ３によって凝縮器４に送られる。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（第５過程ＳＴ５）。
【００２４】
ウェット冷媒は、第３過程ＳＴ３で加熱されないで断熱膨張するときには、その断熱膨張の完了後に、液相及び気相の両方を有する。液相のウェット冷媒は、例えばタービン型の膨張機に導入されたとき、その液滴によってタービンの翼にエロージョンといった損耗を生じさせることがある。ウェット冷媒は、その断熱膨張の完了後に液相を有しないように、第３過程ＳＴ３で加熱される必要がある。
【００２５】
図２の（ｂ）部に示されるように、ドライ冷媒からなる作動媒体を用いたバイナリサイクルでは、蒸発器２内において、熱源と作動媒体との熱交換により、液体の作動媒体が加熱され（第１過程ＳＴ１）、続いて、液体の作動媒体は蒸発して気体となる（第２過程ＳＴ２）。気相域に達した作動媒体は、必要に応じて、更に加熱される（第３過程ＳＴ３）。この加熱された作動媒体は、第１循環ラインＬ２によって膨張発電機３に送られた後、膨張発電機３内で断熱膨張しながらタービンを回転させて発電機で発電を行う（第４過程ＳＴ４）。断熱膨張が完了した作動媒体は、第２循環ラインＬ３によって凝縮器４に送られる。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（第５過程ＳＴ５）。
【００２６】
ドライ冷媒は、第３過程ＳＴ３で加熱されないで断熱膨張したときに、その断熱膨張の完了後に、気相であることができる。断熱膨張が完了したドライ冷媒は、例えばタービン型の膨張機に導入されたときであっても、その液滴によってタービンの翼に損耗を生じさせない。ドライ冷媒は、第３過程ＳＴ３で加熱されなくてもよく、必要に応じて第３過程ＳＴ３で加熱されればよい。
【００２７】
複数の冷媒からなる作動媒体を用いたバイナリサイクルでは、蒸発器２内の凝縮過程で、沸点の高い冷媒から凝縮しやすく、沸点の低い冷媒が凝結していくが、沸点の低い冷媒が凝縮すると蒸発器２内の凝結面近傍に滞留して凝縮器の性能を低下させることが知られている。また、この凝縮器の性能の低下は、低沸点冷媒の濃度に正の相関がある（濃度が上がると性能が低下する）ことが知られている。本開示の冷媒組成は、低沸点冷媒の割合を低く抑える（１０質量％より小さく、さらには５質量％より小さく抑える）ことでサイクルの出力増大を得ることを目的としており、凝縮器の性能低下も同時に緩和できる利点がある。
【００２８】
図３は、本発明の実施形態に係る作動媒体に含まれ得る冷媒を示す図であり、冷媒の名称、ドライ冷媒／ウェット冷媒の種類、沸点（℃）、地球温暖化係数ＧＷＰ（Global Warming Potential）、冷媒の分子量、臨界温度（℃）及び臨界圧力（ＭＰａＡ）を示す。図３では、冷媒の名称は略称で表されている。各略称に係る化学物質名は、以下の通りである。
Ｒ１４：テトラフルオロメタン
Ｒ２３：トリフルオロメタン
Ｒ１３：クロロトリフルオロメタン
Ｒ４１：フルオロメタン
Ｒ１１６：ヘキサフルオロエタン
Ｒ３２：ジフルオロメタン
Ｒ１２５：トリフルオロエチレン
Ｒ１４３ａ：１，１，１−トリフルオロエタン
Ｒ１６１：フルオロエタン
Ｒ１２１６：ヘキサフルオロプロピレン
Ｒ１２３４ｙｆ：２，３，３，３−テトラフルオロプロペン
Ｒ１３４ａ：１，１，１，２−テトラフルオロエタン
Ｒ１５２ａ：１，１−ジフルオロエタン
ＲＥ１４３ａ：１，１，１−トリフルオロエトキシエタン
Ｒ１２３４ｚｅ：１，３，３，３−テトラフルオロプロペン
Ｒ２２７ｅａ：１，１，１，２，３，３，３−ヘプタフルオロプロパン
ＲＣ３１８：１，１，２，２，３，３，４，４−オクタフルオロシクロブタン
Ｒ２３６ｆａ：１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン
ＲＥ２４５ｃｂ２：メチルペンタフルオロエチルエーテル
Ｒ２３６ｅａ：１，１，１，２，３，３−ヘキサフルオロプロパン
ＤＲ１２：（Ｚ）−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン
Ｒ２４５ｆａ：１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン
Ｒ１２３３ｚｄ：１−クロロ−３,３,３−トリフルオロプロペン
【００２９】
作動媒体は、図３に示す冷媒のうち二つからなる混合冷媒を含む。この混合冷媒は、第一の冷媒と、当該第一の冷媒の沸点より１０℃以上低い沸点を有する第二の冷媒とからなる。第一の冷媒がドライ冷媒であり、第二の冷媒がウェット冷媒であってよい。また、第一の冷媒及び第二の冷媒が共にドライ冷媒であってよく、第一の冷媒及び第二の冷媒が共にウェット冷媒であってよい。地球温暖化係数ＧＷＰが所定値以下の冷媒を用いるのが好ましいが、法令等に定められた範囲内であれば、高いＧＷＰを有する冷媒が用いられてよい。
【００３０】
第一の冷媒は、例えば、ドライ冷媒のＲ１２３４ｚｅであり、第二の冷媒は、Ｒ１２３４ｚｅの沸点よりも３０℃以上低い沸点を有するウェット冷媒のＲ３２である。以下、この混合冷媒を第一混合冷媒という。
【００３１】
図４の（ａ）部及び（ｂ）部は、それぞれ、第一混合冷媒の混合比率と、バイナリサイクルのサイクル出力との関係を示す図である。作動媒体は、第一混合冷媒からなる。混合比率０（質量％）とは、第一混合冷媒がＲ１２３４ｚｅのみ（すなわち、第一の冷媒のみ）からなることを意味する。混合比率１００（質量％）とは、第一混合冷媒がＲ３２のみ（すなわち、第二の冷媒のみ）からなることを意味する。図４の（ａ）部は、第一混合冷媒を用いたときのランキンサイクルのサイクル出力（ｋＷｅ）を示す。図４の（ｂ）部は、第一混合冷媒を用いたときのバイナリサイクルのサイクル出力を、作動媒体にＲ２４５ｆａのみを用いたときのサイクル出力との相対値（％）として示す。蒸発器２内に供給される温水の温度は６０℃であり、温水の流量は１００トン／時間である。凝縮器４内に供給される冷却水の温度は１５℃であり、冷却水の流量は２００トン／時間である。蒸発器２、凝縮器４のピンチ温度は１．５℃であり、第３過程ＳＴ３での加熱による蒸発器２の出口でのスーパーヒートは８℃である。ピンチ温度とは、蒸発器２の沸騰開始点（ＳＴ１−ＳＴ２の接続点）における冷媒と温水との温度差、凝縮器４内の凝縮開始点（ＳＴ５の屈折点）における冷媒と冷却水との温度差である。
【００３２】
図４の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、第一混合冷媒がＲ１２３４ｚｅのみからなるときのサイクル出力、及び第一混合冷媒がＲ３２のみからなるときのサイクル出力は、共に、作動媒体がＲ２４５ｆａのみからなるときのサイクル出力に比べて大きい。図４の（ｂ）部に示されるように、第一混合冷媒がＲ１２３４ｚｅのみからなるときのサイクル出力は、第一混合冷媒がＲ２４５ｆａのみからなるときのサイクル出力に比べて１０８％である。第一混合冷媒がＲ３２のみからなるときのサイクル出力は、第一混合冷媒がＲ２４５ｆａのみからなるときのサイクル出力に比べて１０６％である。
【００３３】
図４の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、第一混合冷媒がＲ１２３４ｚｅのみからなるときに比べて、第一の冷媒Ｒ１２３４ｚｅに対して第二の冷媒Ｒ３２が混合されるに従って、サイクル出力が増大する。作動媒体に占める第一の冷媒の割合が、９０質量％以上であり、作動媒体に占める第二の冷媒の割合が、０質量％より大きく且つ１０質量％より小さいときに、第一の冷媒Ｒ１２３４ｚｅからなる単組成の作動媒体及び第二の冷媒Ｒ３２からなる単組成の作動媒体と比べて、サイクル出力が増大している。第二の冷媒の割合が０質量％より大きく且つ１０質量％より小さい作動媒体、すなわち、この極端な混合比率を有する作動媒体は、第一の冷媒からなる単組成の作動媒体及び第二の冷媒からなる単組成の作動媒体と比べて、バイナリ発電のためのサイクル出力を増大させることができる。
【００３４】
第一混合冷媒では、作動媒体に占める第一の冷媒の割合が、９５質量％以上であり、作動媒体に占める第二の冷媒の割合が、０質量％より大きく且つ５質量％より小さいときに、第一の冷媒Ｒ１２３４ｚｅからなる単組成の作動媒体及び第二の冷媒Ｒ３２からなる単組成の作動媒体と比べて、サイクル出力がより増大している。第二の冷媒の割合が０質量％より大きく且つ５質量％より小さい作動媒体、すなわち、この極端な混合比率を有する作動媒体は、第一の冷媒からなる単組成の作動媒体及び第二の冷媒からなる単組成の作動媒体と比べて、バイナリ発電のためのサイクル出力をより増大させることができる。
【００３５】
図５の（ａ）部は、第一混合冷媒の混合比率と、バイナリサイクルのサイクル効率との関係を示す図であり、図５の（ｂ）部は、第一混合冷媒の混合比率と、バイナリサイクルの蒸発器回収熱量との関係を示す図である。蒸発器２内では熱源の温水から回収した熱量によって作動媒体が加熱される。この蒸発器２で回収される熱量を蒸発器回収熱量という。
【００３６】
図５の（ａ）部に示されるように、作動媒体に占める第二の冷媒の割合が、０質量％より大きく且つ５質量％より小さいときに、第一の冷媒Ｒ１２３４ｚｅからなる単組成の作動媒体及び第二の冷媒Ｒ３２からなる単組成の作動媒体と比べて、サイクル効率が増大している。
【００３７】
図５の（ｂ）部に示されるように、作動媒体に占める第二の冷媒の割合が、０質量％より大きく且つ１０質量％より小さいときに、第一の冷媒Ｒ１２３４ｚｅからなる単組成の作動媒体及び第二の冷媒Ｒ３２からなる単組成の作動媒体と比べて、蒸発器回収熱量が増大している。作動媒体に占める第二の冷媒の割合が、０質量％より大きく且つ５質量％より小さいときも、第一の冷媒Ｒ１２３４ｚｅからなる単組成の作動媒体及び第二の冷媒Ｒ３２からなる単組成の作動媒体と比べて、蒸発器回収熱量は増大している。蒸発器回収熱量は、蒸発器２を通過する温水の温度降下に比例している。第二冷媒の割合の増加とともに沸騰開始点（ＳＴ１−ＳＴ２接続点）の温度が低下し、ピンチ温度を一定とした場合には温水の蒸発器出口温度が低下するため、蒸発器回収熱量が増加する。
【００３８】
サイクル出力は、サイクル効率と蒸発器回収熱量との積で規定される。作動媒体に占める第二の冷媒の割合が、０質量％より大きく且つ５質量％より小さいときは、第一の冷媒Ｒ１２３４ｚｅからなる単組成の作動媒体及び第二の冷媒Ｒ３２からなる単組成の作動媒体と比べて、サイクル効率と蒸発器回収熱量とが共に増大している。その結果、サイクル出力が、第一の冷媒Ｒ１２３４ｚｅからなる単組成の作動媒体及び第二の冷媒Ｒ３２からなる単組成の作動媒体と比べて増大している。
【００３９】
作動媒体に占める第二の冷媒の割合が、５質量％以上且つ１０質量％より小さいときは、第二の冷媒Ｒ３２が５質量％より小さい作動媒体と比べて、サイクル効率は減少するが、そのサイクル効率の減少は、蒸発器回収熱量の増大によって補われる。すなわち、作動媒体に占める第二の冷媒の割合が、５質量％より大きく且つ１０質量％より小さいときは、サイクル効率の減少分を補って蒸発器回収熱量が大きく増大するので、図４の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、サイクル出力が増大している。
【００４０】
以下、本発明の実施例および比較例により、さらにバイナリサイクル発電用の作動媒体について説明するが、本発明は下記例に制限されない。
【００４１】
図６は、実施例１〜９及び比較例１〜５に係るバイナリサイクル発電用の作動媒体をまとめて示す図である。この図６では、作動媒体における第一の冷媒、第一の冷媒の割合、第二の冷媒、第二の冷媒の割合、冷媒流量、サイクル出力、サイクル出力（Ｒ２４５ｆａとの相対値）、サイクル効率、第１圧力、第２圧力、及び第１圧力／第２圧力（第２圧力に対する第１圧力の比）が示されている。第１圧力は、膨張発電機３の入口における冷媒の圧力を表し、第２圧力は、膨張発電機３の出口における冷媒の圧力を表す。
【００４２】
［実施例１〜９］
第一の冷媒に、Ｒ１２３４ｚｅ（実施例１〜６）、Ｒ１５２ａ（実施例７、８）、Ｒ２４５ｆａ（実施例９）を用い、第二の冷媒に、Ｒ３２（実施例１〜５）、Ｒ４１（実施例６〜８）、及びＲ１３４ａ（実施例９）を用いて、混合冷媒を作製した。作動媒体に占める第二の冷媒の割合は、１〜６質量％とした。
【００４３】
［比較例１〜５］
第一の冷媒に、Ｒ２４５ｆａ（比較例１）、Ｒ１２３４ｚｅ（比較例２）、Ｒ１３４ａ（比較例３）、Ｒ１５２ａ（比較例４）、及びＲ２２７ｅａ（比較例５）を用いて作動媒体を作製した。比較例１〜５においては、第二の冷媒を用いなかった。
【００４４】
図６に示されるように、作動媒体に占める第一の冷媒の割合が、９０質量％以上であり、作動媒体に占める第二の冷媒の割合が、０質量％より大きく且つ１０質量％より小さいときに、第一の冷媒にみからなる作動媒体と比べて、サイクル出力が増大することが示された。
【００４５】
図７の（ａ）部は、実施例４に係るバイナリサイクルの熱エネルギーと温度との関係を示す図である。実施例４の作動媒体は、Ｒ１２３４ｚｅ（９５質量％）及びＲ３２（５質量％）からなる。
【００４６】
バイナリサイクルにおいては、蒸発器２での熱源（温水）と作動媒体との熱交換により、作動媒体が加熱されて蒸発する。例えばＲ２４５ｆａのみからなる単組成の作動媒体は、その蒸発温度に温度勾配を生じず、ほぼ一定の蒸発温度を有する。これに対して、混合冷媒は、熱交換に伴う温水の温度低下の割合に近づくように、第２過程ＳＴ２において蒸発温度が上昇する作動媒体を作製できるので、温水からの熱エネルギー回収量（取得熱量）が増加する。取得熱量の増大は、バイナリサイクルの発電量を増大させる。実施例４の作動媒体では、図７の（ａ）部から読みとれるように、バイナリサイクルの取得熱量は２４４０ｋＷｔｈである。比較例１の作動媒体、すなわちＲ２４５ｆａのみからなる作動媒体では、バイナリサイクルの取得熱量が１６８５ｋＷｔｈであるので、実施例４での取得熱量は、比較例１での取得熱量に比べて４５％増加したことが示される。この結果は、実施例４におけるバイナリサイクルの発電量は、比較例１におけるバイナリサイクルの発電量に比べて３７％増加したことを示している。混合冷媒は、熱交換に伴う温水の温度低下の割合に近づくように作動媒体の蒸発温度を変化させることができるので、温水の蒸発器出口温度を下げることができる。
【００４７】
凝縮器４では、冷却水と作動媒体との熱交換により、作動媒体が冷却されて凝縮する。凝縮過程の第５過程ＳＴ５においても、例えばＲ２４５ｆａのみからなる単組成の作動媒体は、その凝縮温度に温度勾配を生じず、ほぼ一定の凝縮温度を有する。これに対して、混合冷媒は、その凝縮温度が下降するように作動媒体を作製できる。その結果、凝縮器４に供給される冷却水の水量を調整することによって、熱交換に伴う冷却水の温度変化に近づくように、作動媒体の凝縮温度を変化させることができので、冷却水の水量が最適化される。冷却水の循環動力が削減され、熱交換器のサイズが最適化される。
【００４８】
図７の（ｂ）部は、実施例６に係るバイナリサイクルの熱エネルギーと温度との関係を示す図である。実施例６の作動媒体は、Ｒ１２３４ｚｅ（９９質量％）及びＲ４１（１質量％）からなる。
【００４９】
実施例６の作動媒体では、図７の（ｂ）部から読みとれるように、バイナリサイクルの取得熱量は２２３５ｋＷｔｈである。比較例１の作動媒体では、取得熱量が１６８５ｋＷｔｈであるので、実施例６での取得熱量は、比較例１での取得熱量に比べて３２％増加したことが示される。この結果は、実施例６におけるバイナリサイクルの発電量は、比較例１におけるバイナリサイクルの発電量に比べて３１％増加したことを示している。
【符号の説明】
【００５０】
１  バイナリ発電システム
２  蒸発器
３  膨張発電機
４  凝縮器
【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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