(57)【要約】      （修正有）【課題】総合的な廃熱回収を行い、ＣＯ２削減効果や省エネ効果及び発電能力を向上する。【解決手段】外部から供給される第１の外部熱源で低沸点作動媒体を加熱することによって低沸点作動媒体ガスを発生させる蒸発器１１と、蒸発器１１にて発生した低沸点作動媒体ガスを膨張させて該低沸点作動媒体ガスによって発電する膨張機及び発電機１４と、膨張機及び発電機１４にて膨張した低沸点作動媒体ガスを凝集して液化する凝集器１６と、凝集器１６にて液化された低沸点作動媒体を蒸発器１１に供給する循環ポンプ１７と、循環ポンプ１７から供給される低沸点作動媒体に膨張機及び発電機１４にて膨張した低沸点作動媒体ガスの余熱を与える熱交換器１５と、熱交換器１５にて余熱が与えられた低沸点作動媒体を、外部から供給される第２の外部熱源で加熱する熱交換器２１とを有し、熱交換器２１で加熱された低沸点作動媒体が蒸発器１１に供給される。【選択図】図−１
2012013062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から供給される第１の外部熱源で低沸点作動媒体を加熱することによって低沸点作動媒体ガスを発生させる蒸気発生手段と、前記蒸気発生手段にて発生した低沸点作動媒体ガスを膨張させて該低沸点作動媒体ガスによって発電する膨張機及び発電機と、前記膨張機及び発電機にて膨張した低沸点作動媒体ガスを凝集して液化する凝集器と、前記凝集器にて液化された低沸点作動媒体を前記蒸気発生手段に供給するポンプとを有してなるバイナリー発電システムにおいて、
前記ポンプから供給される低沸点作動媒体を、外部から供給される第２の外部熱源で加熱する第１の熱交換器を有し、
前記第１の熱交換器で加熱された低沸点作動媒体が前記蒸気発生手段に供給されることを特徴とするバイナリー発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載のバイナリー発電システムにおいて、
前記膨張機及び発電機にて膨張した低沸点作動媒体ガスの余熱を、前記凝集器にて液化した低沸点作動媒体に与える第２の熱交換器を有するバイナリー発電システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のバイナリー発電システムにおいて、
前記第１の熱交換器は、互いに異なる種類の前記第２の外部熱源が供給されるものとして複数設けられている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、低沸点作動媒体の蒸気を利用して発電するバイナリー発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】  従来より、炭化水素やアンモニア等の低沸点作動媒体の蒸気を利用して発電するバイナリー発電システムが利用されている。このようなバイナリー発電システムとしては、１種類の外部熱源で低沸点作動媒体を加熱して蒸発させ、その蒸気を用いて発電するものが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。【０００３】  図４は、従来のバイナリー発電システムの一例を示すブロック図である。【０００４】  本従来例は図４に示すように、蒸発器１１と、膨張機及び発電機１４と、熱交換器１５と、凝集器１６と、循環ポンプ１７とが直列に組み合わされた閉ループ形状となっている。【０００５】  上記のように構成されたバイナリー発電システムにおいては、蒸発器１１において、外部熱源入り口１２を介して外部から供給された外部熱源によって低沸点作動媒体が加熱されて蒸発すると、その蒸気が膨張機及び発電機１４にて膨張し、その膨張した蒸気によって発電する。その後、膨張した低沸点作動媒体の蒸気は熱交換器１５を介して凝集器１６に供給され、凝集されて液化される。液化された低沸点作動媒体は、循環ポンプ１７によって下流に押し上げられ、蒸発器１１に再度供給される。その際、循環ポンプ１７によって蒸発器１１に供給される低沸点作動媒体には、熱交換器１５において膨張した低沸点作動媒体の蒸気の余熱が与えられる。また、外部熱源入り口１２を介して外部から供給され、蒸発器１１を通った外部熱源は外部熱源戻り口１３から外部に戻される。【０００６】  図５は、従来のバイナリー発電システムの池の例を示すブロック図である。【０００７】  本従来例は図５に示すように、図４に示したものに対して、熱交換器１５が、循環ポンプ１７の下流側であって、かつ外部熱源が外部に戻される外部熱源戻り口１３の手前に設けられている点のみが異なるものである。【０００８】  上記のように構成されたバイナリー発電システムにおいては、蒸発器１１において、外部熱源入り口１２を介して外部から供給された外部熱源によって低沸点作動媒体が加熱されて蒸発すると、その蒸気が膨張機及び発電機１４にて膨張し、その膨張した蒸気によって発電する。その後、膨張した低沸点作動媒体の蒸気は凝集器１６において凝集されて液化され、循環ポンプ１７によって下流側に押し上げられて熱交換器１５に供給され、熱交換器１５において蒸発器１１を通った外部熱源の余熱が与えられる。そして、熱交換器１５にて余熱が与えられた低沸点作動媒体は、蒸発器１１に再度供給される。また、外部熱源入り口１２を介して外部から供給され、蒸発器１１を通った外部熱源は熱交換器１５を介して外部熱源戻り口１３から外部に戻される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献１】特開２００９−２２１９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  上述したような従来のバイナリー発電システムにおいては、１種類の外部熱源で低沸点作動媒体を加熱して蒸発させ、その蒸気を用いて発電するものであるため、廃ガスや廃蒸気、廃温水のように多種類の外部熱源を複合して共通システムで回収することについては思考されておらず、総合的な廃熱回収ができていないという問題点がある。【００１０】  本発明は、上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、総合的な廃熱回収を行い、ＣＯ２削減効果や省エネ効果及び発電能力を大幅に向上することができ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】
【００１１】  上記目的を達成するために本発明は、
外部から供給される第１の外部熱源で低沸点作動媒体を加熱することによって低沸点作動媒体ガスを発生させる蒸気発生手段と、前記蒸気発生手段にて発生した低沸点作動媒体ガスを膨張させて該低沸点作動媒体ガスによって発電する膨張機及び発電機と、前記膨張機及び発電機にて膨張した低沸点作動媒体ガスを凝集して液化する凝集器と、前記凝集器にて液化された低沸点作動媒体を前記蒸気発生手段に供給するポンプとを有してなるバイナリー発電システムにおいて、
前記ポンプから供給される低沸点作動媒体を、外部から供給される第２の外部熱源で加熱する第１の熱交換器を有し、
前記第１の熱交換器で加熱された低沸点作動媒体が前記蒸気発生手段に供給されることを特徴とする。【００１２】  また、前記膨張機及び発電機にて膨張した低沸点作動媒体ガスの余熱を、前記凝集器にて液化した低沸点作動媒体に与える第２の熱交換器を有する。【００１３】  また、前記第１の熱交換器は、互いに異なる種類の前記第２の外部熱源が供給されるものとして複数設けられている。
【発明の効果】
【００１４】  本発明によれば、バイナリー発電システムにおいて、多種類の外部熱源、例えば廃ガス、廃蒸気あるいは廃温水等、多種類の廃熱が持つ熱エネルギーを最大限に回収する発電が可能となるため、従来のような１種類の廃熱回収をするシステムに比べて、ＣＯ２削減効果や省エネ効果及び発電能力を大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のバイナリー発電システムの第１の実施の形態を示すブロック図である。
【００１６】
【図２】本発明のバイナリー発電システムの第２の実施の形態を示すブロック図である。
【００１７】
【図３】本発明のバイナリー発電システムの第３の実施の形態を示すブロック図である。
【００１８】
【図４】従来のバイナリー発電システムの一例を示すブロック図である。
【００１９】
【図５】従来のバイナリー発電システムの他の例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２０】  （第１の実施の形態）
図１は、本発明のバイナリー発電システムの第１の実施の形態を示すブロック図である。
【００２１】  本形態は図１に示すように、蒸発器１１と、膨張機及び発電機１４と、熱交換器１５と、凝集器１６と、循環ポンプ１７と、熱交換器２１とが直列に組み合わされた閉ループ形状となっている。
【００２２】  蒸発器１１は、本発明における蒸気発生手段となるものであって、炭化水素やアンモニア等の低沸点作動媒体を、外部熱源Ａ入り口１２を介して外部から供給される第１の外部熱源によって加熱して蒸発させることによって低沸点作動媒体ガスを発生させる。なお、外部熱源Ａ入り口１２を介して外部から供給される第１の外部熱源としては、例えば廃ガス等が挙げられる。
【００２３】  膨張機及び発電機１４は、タービン等から構成され、蒸発器１１にて発生した低沸点作動媒体ガスを膨張させ、その膨張した低沸点作動媒体ガスによって発電する。
【００２４】  凝集器１６は、膨張機及び発電機１４にて膨張した低沸点作動媒体ガスを凝集して液化する。
【００２５】  循環ポンプ１７は、凝集器１６にて液化された低沸点作動媒体を下流側に押し上げ、蒸発器１１に供給する。
【００２６】  熱交換器１５は、本発明における第２の熱交換器となるものであって、膨張機及び発電機１４にて膨張した低沸点作動媒体ガスの余熱を、凝集器にて液化して循環ポンプ１７から供給される低沸点作動媒体に与える。
【００２７】  熱交換器２１は、本発明における第１の熱交換器となるものであって、循環ポンプ１７から供給される低沸点作動媒体を、外部熱源Ｂ入り口２２を介して外部から供給される第２の外部熱源で加熱する。なお、外部熱源Ｂ入り口２２を介して外部から供給される第２の外部熱源としては、例えば廃蒸気等が挙げられる。
【００２８】  以下に、上記のように構成されたバイナリー発電システムの動作について説明する。
【００２９】  外部熱源Ａ入り口１２を介して外部から第１の外部熱源が供給されると、まず、蒸発器１１において、外部熱源Ａ入り口１２を介して外部から供給された第１の外部熱源によって低沸点作動媒体が加熱され、低沸点作動媒体が蒸発することによって低沸点作動媒体ガスが発生する。
【００３０】  蒸発器１１にて発生した低沸点作動媒体ガスは膨張機及び発電機１４に供給され、膨張機及び発電機１４において、低沸点作動媒体ガスが膨張し、その膨張した低沸点作動媒体ガスによって発電する。
【００３１】  膨張した低沸点作動媒体ガスは熱交換器１５を介して凝集器１６に供給され、凝集器１６において凝集されて液化される。
【００３２】  そして、凝集器１６にて液化された低沸点作動媒体は、循環ポンプ１７によって下流側に押し上げられ、蒸発器１１に再度供給される。その際、循環ポンプ１７から蒸発器１１に供給される低沸点作動媒体には、熱交換器１５において膨張機及び発電機１４にて膨張した低沸点作動媒体ガスの余熱が与えられる。また、熱交換器１５にて余熱が与えられた低沸点作動媒体は、熱交換器２１において、外部熱源Ｂ入り口２２を介して外部から供給される第２の外部熱源で加熱される。
【００３３】  そして、熱交換器２１にて第２の外部熱源で加熱された低沸点作動媒体が蒸発器１１に供給され、蒸発器１１において、外部熱源Ａ入り口１２を介して外部から供給された第１の外部熱源によって低沸点作動媒体が加熱され、低沸点作動媒体が蒸発することによって低沸点作動媒体ガスが発生することになる。
【００３４】  また、外部熱源Ａ入り口１２を介して外部から供給され、蒸発器１１を通った第１の外部熱源は外部熱源Ａ戻り口１３から外部に戻され、また、外部熱源Ｂ入り口２２を介して外部から供給され、熱交換器２１を通った第２の外部熱源は外部熱源Ｂ戻り口２３から外部に戻される。なお、外部熱源Ａ戻り口１３から外部に戻された第１の外部熱源や、外部熱源Ｂ戻り口２３から外部に戻された第２の外部熱源の戻し先は、特に限定しない。
【００３５】  このように本形態においては、外部熱源Ａ入り口１２を介して外部から供給される第１の外部熱源によって低沸点作動媒体を加熱することによって低沸点作動媒体ガスを発生させるだけでなく、循環ポンプ１７によって下流側に押し上げられて蒸発器１１に供給される低沸点作動媒体を、外部熱源Ｂ入り口２２を介して外部から供給される第１の外部熱源によって加熱してから蒸発器１１に供給するという、複数種類の外部熱源を回収することを可能としているため、廃熱回収効率及び電力回収の大幅な増加が可能となり、ＣＯ２削減効果や省エネ効果及び発電能力、さらには設備規模による経済性効果を大幅に向上することができる。
【００３６】  （第２の実施の形態）
図２は、本発明のバイナリー発電システムの第２の実施の形態を示すブロック図である。
【００３７】  本形態は図２に示すように、第１の実施の形態に示したものに対して、熱交換器３１が追加されている点のみが異なるものである。
【００３８】  熱交換器３１は、本発明における第１の熱交換器となるものであって、循環ポンプ１７から供給される低沸点作動媒体を、外部熱源Ｃ入り口３２を介して外部から供給される第２の外部熱源で加熱する。なお、外部熱源Ｃ入り口３２を介して外部から供給される第２の外部熱源としては、例えば廃温水等が挙げられる。すなわち、外部熱源Ｂ入り口２２を介して外部から熱交換器２１に供給される第２の外部熱源と、外部熱源Ｃ入り口３２を介して外部から熱交換器３１に供給される第２の外部熱源とは、互いに異なる種類のものである。
【００３９】  本形態におけるバイナリー発電システムにおいては、循環ポンプ１７によって下流側に押し上げられた低沸点作動媒体は、熱交換器１５において、膨張機及び発電機１４にて膨張した低沸点作動媒体ガスの余熱が与えられた後、熱交換器３１において、外部熱源Ｃ入り口３２を介して外部から供給される第２の外部熱源で加熱される。
【００４０】  そして、熱交換器３１にて第２の外部熱源で加熱された低沸点作動媒体は、熱交換器２１において、外部熱源Ｂ入り口２２を介して外部から供給される第２の外部熱源で加熱される。
【００４１】  その後、熱交換器２１にて第２の外部熱源で加熱された低沸点作動媒体が蒸発器１１に供給され、蒸発器１１において、外部熱源Ａ入り口１２を介して外部から供給された第１の外部熱源によって低沸点作動媒体が加熱され、低沸点作動媒体が蒸発することによって低沸点作動媒体ガスが発生することになる。
【００４２】  なお、外部熱源Ｃ入り口３２を介して外部から供給され、熱交換器３１を通った第２の外部熱源は外部熱源Ｃ戻り口３３から外部に戻されるが、外部熱源Ｃ戻り口３３から外部に戻された第２の外部熱源の戻し先は、特に限定しない。
【００４３】  （第３の実施の形態）
図３は、本発明のバイナリー発電システムの第３の実施の形態を示すブロック図である。
【００４４】  本形態は図３に示すように、第２の実施の形態に示したものに対して、熱交換器４１が追加されている点のみが異なるものである。
【００４５】  熱交換器４１は、本発明における第１の熱交換器となるものであって、循環ポンプ１７から供給される低沸点作動媒体を、外部熱源Ｄ入り口３２を介して外部から供給される第２の外部熱源で加熱する。なお、外部熱源Ｄ入り口３２を介して外部から供給される第２の外部熱源としては、例えば、外部熱源Ｃ入り口２２を介して外部から供給される廃温水とは異なる廃温水等が挙げられる。すなわち、外部熱源Ｂ入り口２２を介して外部から熱交換器２１に供給される第２の外部熱源と、外部熱源Ｃ入り口３２を介して外部から熱交換器３１に供給される第２の外部熱源と、外部熱源Ｄ入り口４２を介して外部から熱交換器４１に供給される第２の外部熱源とは、互いに異なる種類のものである。
【００４６】  本形態におけるバイナリー発電システムにおいては、循環ポンプ１７によって下流側に押し上げられた低沸点作動媒体は、熱交換器１５において、膨張機及び発電機１４にて膨張した低沸点作動媒体ガスの余熱が与えられた後、熱交換器４１において、外部熱源Ｄ入り口４２を介して外部から供給される第２の外部熱源で加熱される。
【００４７】  そして、熱交換器４１にて第２の外部熱源で加熱された低沸点作動媒体は、熱交換器３１において、外部熱源Ｃ入り口３２を介して外部から供給される第２の外部熱源で加熱される。
【００４８】  また、熱交換器３１にて第２の外部熱源で加熱された低沸点作動媒体は、熱交換器２１において、外部熱源Ｂ入り口２２を介して外部から供給される第２の外部熱源で加熱される。
【００４９】  その後、熱交換器２１にて第２の外部熱源で加熱された低沸点作動媒体が蒸発器１１に供給され、蒸発器１１において、外部熱源Ａ入り口１２を介して外部から供給された第１の外部熱源によって低沸点作動媒体が加熱され、低沸点作動媒体が蒸発することによって低沸点作動媒体ガスが発生することになる。
【００５０】  なお、外部熱源Ｄ入り口４２を介して外部から供給され、熱交換器４１を通った第２の外部熱源は外部熱源Ｄ戻り口４３から外部に戻されるが、外部熱源Ｄ戻り口４３から外部に戻された第２の外部熱源の戻し先は、特に限定しない。
【００５１】  上述した３つの実施の形態においては、第１の熱交換器を、第１の実施の形態においては１つ、第２の実施の形態においては２つ、第３の実施の形態においては３つとしたが、第１の熱交換器の組み合わせ個数はこれらに限らず、外部熱源とバイナリー発電システムの圧力比から経済的な段数及び外部熱源の種類を選択すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】  現在の工場環境においては、廃ガスや廃蒸気及び温度レベルの異なる廃温水等の外部熱源の発生は少量であるため省エネ効果が少ないと判断されやすく、大方が廃棄されているのが現状である。１種類の外部熱源でバイナリー発電システムを設置することは不可能ではないが、小容量すぎて発電規模も小さく経済性が悪い。【００５３】  しかしながら、本発明を適用することにより、外部熱源の種類毎の熱容量は少ないが、複合させることにより熱容量が増大し、ＣＯ２削減効果や省エネ効果及び発電能力、さらには設備規模による経済性効果を大幅に向上することができる。
【符号の説明】
【００５４】  １１    蒸発器
１２    外部熱源Ａ入り口
１３    外部熱源Ａ戻り口
１４    膨張機及び発電機
１５，２１，３１，４１    熱交換器
１６    凝縮器
１７    循環ポンプ
２２    外部熱源Ｂ入り口
２３    外部熱源Ｂ戻り口
３２    外部熱源Ｃ入り口
３３    外部熱源Ｃ戻り口
４２    外部熱源Ｄ入り口
４３    外部熱源Ｄ戻り口
【図−１】
2012013062.tif 000003
【図−２】
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【図−３】
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【図−４】
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【図−５】
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