(57)【要約】【課題】ポンプの動力を低減することにより発電効率を向上させることのできる発電装置を提供することにある。【解決手段】ボイラ３の作動流体流入側に、ポンプ１から吐出される作動流体を貯蔵可能なタンク２を備えたので、ポンプ１の吐出量を少なくしてもタンク２に貯えられた作動流体をボイラ３に流通させて膨張機４に供給することができ、ポンプ１の動力を小さくすることにより発電効率を向上させることが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を圧送するポンプと、作動流体を加熱するボイラと、ボイラにおいて加熱された作動流体によって発電する発電機構と、作動流体を放熱させる放熱器とを備えた発電装置において、
前記ボイラの作動流体流入側に、作動流体を貯蔵可能なタンクを設けた
ことを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記タンク内の作動流体の貯蔵量を検出可能な貯蔵量検出手段と、
貯蔵量検出手段によって検出された作動流体の貯蔵量に基づいてポンプの吐出量を制御する制御手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
前記放熱器において放熱した作動流体の一部を減圧する減圧手段と、
減圧手段によって減圧された作動流体が流通するように設けられ、タンクに貯蔵された作動流体を冷却する冷却器と、
膨張機から流出した作動流体を流通させることにより、冷却器を流通する作動流体を吸引し、膨張機から流出した作動流体と冷却器から流出した作動流体を混合して放熱器に流通させるエジェクタとを備えた
ことを特徴とする請求項１または２記載の発電装置。
【請求項４】
作動流体を圧送するポンプと、作動流体を加熱するボイラと、ボイラにおいて加熱された作動流体によって発電する発電機構と、作動流体を放熱させる放熱器とを備えた発電装置において、
前記ボイラを互いに並列に複数設け、
発電機構から流出した作動流体を流通させることにより、ボイラ内の作動流体を吸引し、発電機構から流出した作動流体とボイラから流出した作動流体を混合して放熱器に流通させるエジェクタと、
各ボイラの流入側の流路の作動流体の流通方向を一方に規制する逆止弁と、
各ボイラの流出側の流路を発電機構側とエジェクタの吸引側とに切換可能な流路切替弁とを備えた
ことを特徴とする発電装置。
【請求項５】
前記各ボイラから発電機構に流入する作動流体の圧力を検出する圧力検出手段と、
複数のボイラのうち一部のボイラの流出側の流路を発電機構側に設定するとともに、その他のボイラの流出側の流路をエジェクタの吸引側に設定した状態で、圧力検出手段の検出圧力が設定圧力よりも低くなると、発電機構側に設定されているボイラの流出側の流路をエジェクタの吸引側に設定するとともに、エジェクタの吸引側に設定されているボイラの流出側の流路のうち少なくとも一部の流路を発電機構側に設定する制御手段とを備えた
ことを特徴とする請求項４記載の発電装置。
【請求項６】
前記流出側の流路がエジェクタ側に設定されているボイラに流入する作動流体の加熱を停止する加熱停止手段を備えた
ことを特徴とする請求項４または５記載の発電装置。
【請求項７】
前記各ボイラ内に、作動流体を吸着するとともに、加熱することにより作動流体を放出可能な吸着部材を設けた
ことを特徴とする請求項４乃至６の何れか一項に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラにおいて加熱された作動流体を用いて発電を行う発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の発電装置としては、作動流体を圧送するポンプと、作動流体を加熱するボイラと、ボイラにおいて加熱された作動流体によって発電する発電機構と、作動流体を放熱させる放熱器とを備え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２００２−２９５２０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の発電装置では、作動流体を流通させるためにポンプを用いており、実際の発電効率を向上させるためには、ポンプの動力を低減する必要がある。
【０００４】
本発明の目的とするところは、ポンプの動力を低減することにより発電効率を向上させることのできる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】
【０００５】
本発明は前記目的を達成するために、作動流体を圧送するポンプと、作動流体を加熱するボイラと、ボイラにおいて加熱された作動流体によって発電する発電機構と、作動流体を放熱させる放熱器とを備えた発電装置において、前記ボイラの作動流体流入側に、作動流体を貯蔵可能なタンクを設けている。
【０００６】
これにより、ポンプから吐出された作動流体がタンクに貯えられることから、タンクに貯えられた作動流体がボイラに流通するため、ポンプの吐出量を少なくしても発電機構に作動流体が確実に供給される。
【０００７】
また、作動流体を圧送するポンプと、作動流体を加熱するボイラと、ボイラにおいて加熱された作動流体によって発電する発電機構と、作動流体を放熱させる放熱器とを備えた発電装置において、前記ボイラを互いに並列に複数設け、発電機構から流出した作動流体を流通させることにより、ボイラ内の作動流体を吸引し、発電機構から流出した作動流体とボイラから流出した作動流体を混合して放熱器に流通させるエジェクタと、各ボイラの流入側の流路の作動流体の流通方向を一方に規制する逆止弁と、各ボイラの流出側の流路を発電機構側とエジェクタの吸引側とに切換可能な流路切替弁とを備えている。
【０００８】
これにより、複数のボイラのうち一部のボイラが発電機構と連通され、その他のボイラがエジェクタの吸引側に連通されることにより、エジェクタの吸引側に連通するボイラに作動流体が貯えられることから、流路切替弁を切換えることによってボイラに貯えられた作動流体が発電機構に流通するため、ポンプの吐出量を少なくしても発電機構に作動流体が確実に供給される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ポンプの吐出量を少なくしても発電機構に作動流体を確実に供給することができるので、ポンプの動力を小さくすることにより発電効率を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１乃至図２は本発明の第１の実施形態を示すもので、図１は発電装置の概略構成図、図２はポンプの動作に関するフローチャートである。
【００１１】
この発電装置は、図１に示すように、作動流体を圧送するためのポンプ１と、ポンプ１から吐出される作動流体を貯蔵するためのタンク２と、タンク２から流出する作動流体を加熱するためのボイラ３と、ボイラ３から流出する高温高圧の作動流体を膨張させることにより回転動力を発生させるための発電機構としての膨張機４と、作動流体を冷却して凝縮させるための放熱器としての凝縮器５とを備え、これらは作動流体が流通可能な配管によって接続されている。即ち、ポンプ１の吐出側には、タンク２の流入側が接続され、タンク２の流出側には、ボイラ３の流入側が接続されている。また、ボイラ３の流出側には、膨張機４の流入側が接続され、膨張機４の流出側には、凝縮器５の流入側が接続されている。更に、凝縮器５の流出側には、ポンプ１の吸入側が接続されている。また、ここで用いられる作動流体としては、フロン系冷媒、フロン系とヨウ素系の混合冷媒、アンモニア、二酸化炭素等の自然系冷媒が用いられる。
【００１２】
ポンプ１は、電動モータによって駆動するポンプからなり、モータの回転数を変化させることにより作動流体の吐出量を変更可能に設けられている。
【００１３】
タンク２は、所定量の作動流体を貯蔵可能な圧力容器からなり、内部に貯蔵された作動流体の液面高さを検出可能なフロースイッチ等からなる貯蔵量検出手段としての液面センサ２ａを有している。
【００１４】
ボイラ３は、内部に加熱手段としての放熱器３ａを有する圧力容器からなり、流入する作動流体が放熱器３ａによって加熱されるようになっている。放熱器３ａには、燃料を燃焼させることにより加熱されたガス、温水またはオイル等の熱媒体が流通するようになっている。また、ボイラ３内の作動流体を加熱する加熱手段としては、電気ヒータを用いてもよい。
【００１５】
膨張機４には、回転力を電力に変換する発電機４ａが連結されており、膨張機４において発生する回転力によって発電を行うようになっている。
【００１６】
また、発電装置は、ポンプ１の動作制御を行うための制御部１０を備え、制御部１０にはポンプ１及び液面センサ２ａが接続されている。
【００１７】
以上のように構成された発電装置において、ポンプ１から吐出される作動流体は、タンク２に流入して貯えられる。タンク２から流出してボイラ３に流入した作動流体は、放熱器３ａによって加熱され、高温高圧の状態となる。ボイラ３から流出した作動流体は、膨張機４に流入して膨張することにより回転動力を発生させて凝縮器５に流入する。凝縮器５に流入した作動流体は、冷却されて凝縮した後にポンプ１に吸入される。これにより、膨張機４において発生する回転動力によって発電機４ａが運転され、発電される。
【００１８】
このとき、ボイラ３には、タンク２内に貯えられた作動流体が流通するため、タンク２内に作動流体が貯えられていれば、ポンプ１の吐出量を少なくしても確実にボイラ３に作動流体を流通させることが可能となる。
【００１９】
制御部１０は、図２に示すように、液面センサ２ａによって検出された液面高さＨが第１の液面高さＨ１より高いと（ステップＳ１）、ポンプ１の作動流体吐出量を減少させる（ステップＳ２）。また、制御部１０は、液面センサ２ａによて検出された液面高さＨが第２の液面高さＨ２（Ｈ１＞Ｈ２）よりも低いと（ステップＳ３）、ポンプ１の作動流体吐出量を増加させる（ステップＳ４）。
【００２０】
このように、本実施形態の発電装置によれば、ボイラ３の作動流体流入側に、ポンプ１から吐出される作動流体を貯蔵可能なタンク２を備えたので、ポンプ１の吐出量を少なくしてもタンク２に貯えられた作動流体をボイラ３に流通させて膨張機４に供給することができ、ポンプ１の動力を小さくすることにより発電効率を向上させることが可能となる。
【００２１】
また、液面センサ２ａによって検出されたタンク２内の作動流体の液面高さＨに基づいてポンプ１の運転を制御するようにしたので、タンク２内に貯えられた作動流体の貯蔵量に応じてポンプ１の吐出量を変化させることができ、ボイラ３に供給される作動流体の流量が不足することなく、最低限度のポンプ１の動力とすることが可能となる。
【００２２】
図３及び図４は本発明の第２の実施形態を示すもので、図３は発電装置の概略構成図、図４はエジェクタの構造図である。尚、前記第１の実施形態と同様の構成部分には同一の符号を付して示す。
【００２３】
この発電装置は、タンク２に設けられ、凝縮器５の流出側を流通する作動流体の一部を流通させることによりタンク２内の作動流体を冷却する冷却器６と、膨張機４の流出側と凝縮器５の流入側との間に設けられ、膨張機４から流出する作動流体を流通させることにより冷却器６を流通する作動流体を吸引し、膨張機４から流出する作動流体と冷却器６を流通した作動流体を混合して凝縮器５に流通させるエジェクタ７とを備えている。
【００２４】
冷却器６の流入側には、凝縮器５の流出側とポンプ１の吸入側との間の流路が接続され、冷却器６の流出側には、エジェクタ７の吸引側が接続されている。また、冷却器６の流入側には、膨張弁８が設けられている。
【００２５】
エジェクタ７は、ノズル部７ａと、混合部７ｂと、ディフューザ部７ｃとを有している。ノズル部７ａは、流入口７ｄから流入する高圧の作動流体を加速、減圧することにより吸引口７ｅから低圧の作動流体を吸引するようになっている。混合部７ｂは、流入口７ｄから流入する作動流体と吸引口７ｅから吸引された作動流体を混合して流通させるようになっている。ディフューザ部７ｃは、流路の断面積を徐々に拡大することにより、作動流体を減速、昇圧して流出口７ｆから吐出するようになっている。
【００２６】
以上のように構成された発電装置において、ポンプ１から吐出される作動流体は、タンク２に流入して貯えられる。タンク２から流出してボイラ３に流入した作動流体は、放熱器３ａによって加熱され、高温高圧の状態となる。ボイラ３から流出した作動流体は、膨張機４に流入して膨張することにより回転動力を発生させてエジェクタ７に流入する。エジェクタ７の流入口７ｄから流入した作動流体は、ノズル部７ａにおいて加速、減圧されることにより、冷却器６を流通する作動流体を吸引口７ｅから吸引して混合部７ｂにおいて混合し、ディフューザ部７ｃにおいて減速、昇圧して流出口７ｆから流出する。エジェクタ７から流出した作動流体は、凝縮器５に流入して冷却され、凝縮した後にポンプ１に吸入される。このとき、凝縮器５において凝縮した作動流体の一部は、エジェクタ７によって吸引され、膨張弁１６を介して冷却器６に流入する。冷却器６に流入した作動流体は、タンク２内の作動流体から吸熱して蒸発し、エジェクタ７の吸引口７ｅから吸引される。また、タンク２内の作動流体は、冷却器６を流通する作動流体によって冷却される。
【００２７】
このように、本実施形態の発電装置によれば、凝縮器５において凝縮した作動流体の一部を減圧する膨張弁８と、膨張弁８によって減圧された作動流体を流通させることによりタンク２に貯蔵された作動流体を冷却する冷却器６と、膨張機４から流出した作動流体を流通させることにより、冷却器６において吸熱した作動流体を吸引し、膨張機４から流出した作動流体と冷却器６において吸熱した作動流体を混合して凝縮器５に流通させるエジェクタ７とを備えたので、タンク２内に貯えられた作動流体を冷却することができ、タンク２内に貯えられる液体の作動流体の貯蔵量を増加させることが可能となる。また、エジェクタ７の吸引力によって凝縮器５において凝縮した作動流体の一部を冷却器６に流通させることができるので、別途ポンプを用いる必要はなく発電効率の低下を防止することが可能となる。
【００２８】
図５及び図６は本発明の第３の実施形態を示すもので、図５は発電装置の概略構成図、図６は三方弁及び開閉弁の切換えに関するフローチャートである。尚、前記第１及び第２の実施形態と同様の構成部分には同一の符号を付して示す。
【００２９】
この発電装置は、第１及び第２の実施形態に示すタンク２は設けられておらず、ポンプ１の吐出側と膨張機４の流入側との間に、一対のボイラ３が並列に接続されている。また、膨張機４の流出側と凝縮器５の流入側との間には、前記第２の実施形態と同様に、エジェクタ７が設けられている。
【００３０】
各ボイラ３の流入側には逆止弁３ｂが設けられ、各ボイラ３からポンプ１側への作動流体の逆流を防止するようになっている。また、各ボイラ３の流出側には三方弁３ｃが設けられ、三方弁３ｃの流路を切換えることにより、各ボイラ３の流出側がエジェクタ７の吸引口７ｅと連通するようになっている。更に、各ボイラ３の放熱器３ａの流入側の流路には、それぞれ電動の開閉弁３ｄが設けられ、各開閉弁３ｄによって各ボイラ３への熱の供給及び熱の供給の停止を切換えるようになっている。
【００３１】
また、膨張機４の流入側には、作動流体の圧力を検出するための圧力検出器２１と、膨張機５に流入する作動流体の圧力を所定の圧力とするための圧力調整弁２２が設けられている。
【００３２】
また、制御部１０には、ポンプ１、一対の三方弁３ｃ、一対の開閉弁３ｄ及び圧力検出器２１が接続されている。
【００３３】
以上のように構成された発電装置において、一方のボイラ３を膨張機４側と連通させるときには、他方のボイラ３をエジェクタ７側と連通させる。また、一方のボイラ３をエジェクタ７側と連通させるときには、他方のボイラ３を膨張機４側と連通させる。このとき、エジェクタ７側と連通するボイラ３では、開閉弁３ｄを閉鎖することにより放熱器３ａへの熱媒体の流通を停止させる。このように、各ボイラ３の流出側を各三方弁３ｃによって切換えながら運転する。このとき、エジェクタ７側と連通するボイラ３では、作動流体が加熱されることなくポンプ１及びエジェクタ７の吸引作用によって循環するため、凝縮器５において冷却された作動流体が貯えられる。これにより、エジェクタ７側と連通するボイラ３を三方弁３ｃによって膨張機４側と連通させると、ボイラ３内に貯えられた作動流体は、放熱器３ａによって加熱されて膨張機４に供給され、膨張機４において回転動力を発生させる。また、ボイラ３から流出して膨張機４に流入する作動流体の圧力は、圧力調整弁２２によって所定の圧力に調整される。
【００３４】
制御部１０は、圧力検出器２１の検出圧力Ｐが設定圧力Ｐ１より低くなると（ステップＳ１１）、一対の三方弁３ｃのそれぞれの流路を切換え（ステップＳ１２）、一対の開閉弁３ｄのそれぞれの開閉の状態を切換える（ステップＳ１３）。
【００３５】
このように、本実施形態の発電装置によれば、互いに並列に接続された一対のボイラ３と、膨張機４から流出する作動流体を流通させることにより、ボイラ３の流出側の作動流体を吸引し、膨張機４から流出する作動流体とボイラ３から流出する作動流体を混合して凝縮器５に流通させるエジェクタ７と、各ボイラ３の流入側の流路の作動流体の流通方向を一方に規制する逆止弁３ｂと、各ボイラ３の流入側の流路を膨張機４側とエジェクタ７の吸引側とに切換可能な三方弁３ｃとを備えたので、一方のボイラ３を膨張機４と連通するとともに、他方のボイラ３をエジェクタ７の吸引側に連通して運転することにより、エジェクタ７の吸引側に連通するボイラ３に作動流体を貯えるとともに、三方弁３ｃを膨張機４側に切換えたときにボイラ３に貯えられた作動流体を確実に膨張機４に供給することができ、ポンプ１の動力を小さくすることにより発電効率を向上させることが可能となる。
【００３６】
また、各ボイラ３から膨張機４に流入する作動流体の圧力を検出する圧力検出器２１と、一方のボイラ３の流出側の流路を膨張機４側に設定するとともに、他方のボイラ３の流出側の流路をエジェクタ７の吸引側に設定した状態で、圧力検出器２１の検出圧力Ｐが設定圧力Ｐ１よりも低くなると、膨張機４側に設定されているボイラ３の流出側の流路をエジェクタ７の吸引側に設定するとともに、エジェクタ７の吸引側に設定されているボイラ３の流出側の流路を膨張機４側に設定するようにしたので、膨張機４側に連通するボイラ３を交互に切換えることにより、膨張機４に供給される作動流体の流量を安定化することができ、継続的に発電を行うことが可能となる。
【００３７】
また、流出側の流路がエジェクタ７側に設定されているボイラ３に流入する作動流体の加熱を停止するようにしたので、流出側の流路がエジェクタ７側に設定されているボイラ３に流入する作動流体は加熱されることなく、エジェクタ７側に連通するボイラ３に作動流体を効率的に貯蔵することが可能となる。
【００３８】
図７は本発明の第４の実施形態を示すもので、発電装置の概略構成図である。尚、前記第１乃至第３の実施形態と同様の構成部分には同一の符号を付して示す。
【００３９】
この発電装置は、前記第３の実施形態に示す発電装置の各ボイラ３内にモルデナイト等のゼオライトからなる吸着剤３ｅが封入されている。この吸着剤３ｅは、ボイラ３の放熱器３ａへの熱媒体の供給を停止した状態で作動流体を吸着し、放熱器３ａへの熱媒体を供給すると加熱されて吸着した作動流体を放出するようになっている。
【００４０】
以上のように構成された発電装置において、前記第３の実施形態と同様に、各ボイラ３の流出側を各三方弁３ｃによって切換えながら運転する。これにより、エジェクタ７と連通するボイラ３に流入する作動流体は、放熱器３ａによって加熱されることなくボイラ３内を流通するため、吸着剤３ｅに吸着してボイラ３内に貯えられる。これにより、エジェクタ７と連通するボイラ３を膨張機４と連通させると、貯えられた作動流体は、放熱器３ａによって加熱されて吸着剤３ｅから放出されて膨張機４に供給され、膨張機４において回転動力を発生させる。
【００４１】
このように、本実施形態の発電装置によれば、各ボイラ３内に、作動流体を吸着するとともに、加熱することにより作動流体を放出可能な吸着剤３ｅを設けたので、エジェクタ７と連通するボイラ３に確実に作動流体を貯えることができ、膨張機４によって確実に回転動力を発生させることが可能となる。
【００４２】
尚、前記第１乃至第４の実施形態では、発電機構としてボイラ３において加熱された作動流体を膨張機４に供給することにより回転動力を発生させて発電機４ａを運転するようにしたものを示したが、ボイラ３において加熱された作動流体によって熱電変換素子に温度差を生じさせて発電するゼーベック効果を利用したものを発電機構として用いてもよい。
【００４３】
また、前記第３及び第４の実施形態では、一対のボイラ３を互いに並列に設けたのもを示したが、３台以上のボイラ３を互いに並列に設け、膨張機４を駆動させるボイラ３を一台ずつまたは複数台ずつ切換え、その他のボイラ３に作動流体を貯えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す発電装置の概略構成図
【図２】ポンプの動作に関するフローチャート
【図３】本発明の第２の実施形態を示す発電装置の概略構成図
【図４】エジェクタの構造図
【図５】本発明の第３の実施形態を示す発電装置の概略構成図
【図６】三方弁及び開閉弁の切換えに関するフローチャート
【図７】本発明の第４の実施形態を示す発電装置の概略構成図
【符号の説明】
【００４５】
１…ポンプ、２…タンク、２ａ…液面センサ、３…ボイラ、３ａ…放熱器、３ｂ…逆止弁、３ｃ…三方弁、３ｄ…開閉弁、３ｅ…吸着剤、４…膨張機、４ａ…発電機、５…凝縮器、６…冷却器、７…エジェクタ、８…膨張弁、１０…制御部、２１…圧力検出器、２２…圧力調整弁。
【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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