(57)【要約】      （修正有）【課題】比較的エネルギポテンシャルの低い熱源であっても利用し得る高効率な発電システムの提供。【解決手段】蒸発器２４は、作動媒体ｆ１を液体から液体／気体の二相混合状態に遷移させる中温域熱交換器２４−２、これを挟んで作動媒体ｆ１の流れる熱交換経路に沿った上流側及び下流側のそれぞれ低温域熱交換器２４−１及び高温域熱交換器２４−３の少なくとも３つの熱交換器を含む。中温域熱交換器２４−２での作動媒体との熱交換に供される第２の流体ｆ２を循環させるヒートポンプサイクル２を更に含み、高温熱交換器２４−３で作動媒体ｆ１と熱交換後の第１の流体ｆ１を低温熱交換器２４−１での熱交換にバイパスさせる経路において、中温域熱交換器２４−２で作動媒体ｆ１と熱交換後の第２の流体ｆ２と熱交換させる。【選択図】図３
2016151191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも凝縮器、送液ポンプ、蒸発器、及び、発電機に接続される膨張機を含みこれらに作動媒体を循環させるランキンサイクルによる発電システムであって、
前記蒸発器は、前記作動媒体を液体から液体／気体の二相混合状態に遷移させる中温域熱交換器と、これを挟んで前記作動媒体の流れる熱交換経路に沿った上流側及び下流側のそれぞれ低温域熱交換器及び高温域熱交換器と、の少なくとも３つの熱交換器を含み、
前記中温域熱交換器での前記作動媒体との熱交換に供される第２の流体を循環させるヒートポンプサイクルを更に含み、前記高温域熱交換器で前記作動媒体と熱交換後の第１の流体を前記低温域熱交換器での熱交換にバイパスさせる経路において、前記中温域熱交換器で前記作動媒体と熱交換後の前記第２の流体と熱交換させることを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記ヒートポンプサイクルは、前記中温域熱交換器からの前記第２の流体を膨張弁、ヒートポンプ熱交換器、圧縮機を介して前記中温域熱交換器へ戻す経路からなることを特徴とする請求項１記載の発電システム。
【請求項３】
前記ヒートポンプサイクルは、前記中温域熱交換器からの前記第２の流体について高温側ヒートポンプ熱交換器を介して戻す経路と、前記高温域熱交換器からの第１の流体について低温側ヒートポンプ熱交換器を介して前記低温域熱交換器にバイパスさせる経路と、前記低温側ヒートポンプ熱交換器から第３の流体を圧縮機、前記高温側ヒートポンプ熱交換器、膨張弁を介して前記低温側ヒートポンプ熱交換器に戻す経路と、からなることを特徴とする請求項１記載の発電システム。
【請求項４】
前記第３の流体は非共沸混合媒体であって、前記高温側ヒートポンプ熱交換器からの前記第３の流体について気液分離器を介して液相成分と気相成分とに分離し、前記気相成分及び前記液相成分をそれぞれ圧縮機及び送液ポンプを介して前記高温側ヒートポンプ熱交換器に与えることを特徴とする請求項３記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種熱源を利用した発電システムに関し、特に、温泉水や工場等の排熱、また地熱及び太陽熱をも熱源として利用し得る高効率な発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ランキンサイクルを利用した発電システムが知られている。かかるシステムでは、蒸発器（ボイラ）で高温になった作動媒体の蒸気を膨張機に導いて膨張させ、低温且つ低圧の蒸気とするとともに、これに連結された発電機で蒸気のなした仕事を電気に変換して発電を行っている。一方、膨張機を出た作動媒体の蒸気は、凝縮器（復水器）で冷却流体によって冷却、凝縮されて液体となり、再び送液ポンプで高圧側の蒸発器（ボイラ）に送出されるのである。
【０００３】
ところで、温泉水、工場等の排熱、または火力発電の排熱、地熱発電及び太陽熱発電などに利用される熱源の如き比較的エネルギポテンシャルの低い熱源をも有効に利用しようとする取り組みがある。
【０００４】
例えば、特許文献１では、ボイラから供給された蒸気によって蒸気タービンを駆動する発電プラントにおいて、ごみ焼却施設や石油処理プラント等で大気中に放出されている排気や廃蒸気のような低温且つ低圧の蒸気を利用する発電方法が開示されている。ここではボイラに対する給水加熱を行う給水加熱手段に対して、このような低温且つ低圧の蒸気を熱源とした蒸気圧縮式ヒートポンプを設けている。例えば、給水加熱手段とボイラの間に高温水貯留槽を介装させておいて、夜間の余剰電力によって蒸気圧縮式ヒートポンプを駆動し、低温且つ低圧の蒸気を必要十分な温度まで昇温し高温水貯留槽に給水しておき、蒸気発電プラント全体としての発電能力を高めるとしている。
【０００５】
ここで、熱交換器における熱源と作動媒体の間で熱交換を行うには、その間に温度差が必要である。一方、作動媒体を気化させた蒸気による発生動力の効率を高めて発電効率を上げるには、熱交換器における熱源温度と作動媒体の出口温度とをなるべく近くなるまで熱利用できることが好ましい。このとき、作動媒体において、液体だけの単相状態と気体／液体の混在する気液二相状態とでは、熱を外部から与えられたときの温度変化の状態が異なり、この遷移点（気泡点）では熱源と作動媒体の温度差が最小となるピンチ点が現れる。このピンチ点での熱源と作動媒体の間の温度差をより小さくしても、このピンチ点以外では温度差が大きくなって発電効率を低下させてしまう。そこで、熱交換の間にピンチ点を生じても発電効率を大きく低下させない熱利用方法が提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献２では、アンモニアと水の混合物を作動媒体に用いたカリーナサイクルによる排熱回収発電において、発電サイクル側の作動媒体と熱源の温度差をより小さくして発電効率を上げる方法を開示している。このような混合物からなる作動媒体では、主として混合液中からのアンモニアの蒸発及び混合液中への凝縮の際に発電サイクル側の作動媒体にも温度変化が生じる。ここでは、高濃度アンモニア混合流体を加熱後の低温の排熱源流体、又は内燃機関ジャケット温水排熱、又はその両者によって、凝縮器によって凝縮された中濃度アンモニア混合流体を加熱蒸発させるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１７３１１０号公報
【特許文献２】特開２０００−１６１０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記したようなカリーナサイクルでは、アンモニアと水の混合物を作動媒体に用いているため、相変化中に温度変化を生じて、熱源と作動媒体の間の温度差を低く抑えることが出来る。このため高温流体は通常のランキンサイクルよりも低温まで利用できるが、気泡を発し始める点（気泡点）がピンチ点として残ってしまう。
【０００９】
本発明は、以上のような状況に．鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、温泉水や工場等の排熱、また地熱及び太陽熱といった比較的エネルギポテンシャルの低い熱源であっても利用し得るような高効率な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】
本発明による発電システムは、少なくとも凝縮器、送液ポンプ、蒸発器、及び、発電機に接続される膨張機を含みこれらに作動媒体を循環させるランキンサイクルによる発電システムであって、前記蒸発器は、前記作動媒体を液体から液体／気体の二相混合状態に遷移させる中温域熱交換器と、これを挟んで前記作動媒体の流れる熱交換経路に沿った上流側及び下流側のそれぞれ低温域熱交換器及び高温域熱交換器と、の少なくとも３つの熱交換器を含み、前記中温域熱交換器での前記作動媒体との熱交換に供される第２の流体を循環させるヒートポンプサイクルを更に含み、前記高温域熱交換器で前記作動媒体と熱交換後の第１の流体を前記低温域熱交換器での熱交換にバイパスさせる経路において、前記中温域熱交換器で前記作動媒体と熱交換後の前記第２の流体と熱交換させることを特徴とする。
【００１１】
かかる発明によれば、作動媒体における液体の単相状態から気体／液体の混在する気液二相状態への遷移点がピンチ点となることによって生じる熱交換効率の低下を抑制し、該作動媒体を加熱するために蒸発器へ導入される熱源について効率良く利用出来て、結果として、高い発電効率を得ることが出来る。
【００１２】
上記した発明において、前記ヒートポンプサイクルは、前記中温域熱交換器からの前記第２の流体を膨張弁、ヒートポンプ熱交換器、圧縮機を介して前記中温域熱交換器へ戻す経路からなることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、蒸気圧縮式ヒートポンプを用いて、該作動媒体を加熱するために蒸発器へ導入される熱源について効率良く利用することが出来る。
【００１３】
上記した発明において、前記ヒートポンプサイクルは、前記中温域熱交換器からの前記第２の流体について高温側ヒートポンプ熱交換器を介して戻す経路と、前記高温域熱交換器からの第１の流体について低温側ヒートポンプ熱交換器を介して前記低温域熱交換器にバイパスさせる経路と、前記低温側ヒートポンプ熱交換器から第３の流体を圧縮機、前記高温側ヒートポンプ熱交換器、膨張弁を介して前記低温側ヒートポンプ熱交換器に戻す経路と、からなることを特徴としてもよい。
【００１４】
前記第３の流体は非共沸混合媒体であって、前記高温側ヒートポンプ熱交換器からの前記第３の流体について気液分離器を介して液相成分と気相成分とに分離し、前記気相成分及び前記液相成分をそれぞれ圧縮機及び送液ポンプを介して前記高温側ヒートポンプ熱交換器に与えることを特徴としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の発電システムを示す構成図である。
【図２】発電システムのＴ−Ｓ（温度エントロピ）線図である。
【図３】本発明による発電システムを示す構成図である。
【図４】ヒートポンプ適用の効果を示すＴ−Ｓ（温度エントロピ）線図である。
【図５】ヒートポンプの例を示す構成図である。
【図６】ヒートポンプの例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず、本発明の原理について図１及び図２を参照しつつ、説明する。
【００１７】
図１に示すように、１つの典型的なランキンサイクルによる発電システム１では、蒸発器（ボイラ）２４で加熱されてガス（気相）となった作動媒体Ｆ１が膨張機（タービン）１０に導かれ、仕事をしながら膨張し低温且つ低圧のガスとして排出される。膨張機１０は発電機１００に機械的に連結されており、ガスがなした仕事を電気に変換可能である。膨張機１０を出たガスは凝縮器（復水器）１４に入ると、凝縮器１４の冷却流体入口１４ａから入って冷却流体出口１４ｂから出る冷却流体ｆ’によって冷却されて凝縮し、液体となって排出される。この液体は送液ポンプ１３によって蒸発器２４に送られ、再び、ここで加熱されてガスとして排出される。
【００１８】
水を作動媒体Ｆ１に用いたときは、蒸発器２４の熱交換のための媒体は直接炎又は燃焼ガスなどを用い得る。一方、水以外の流体を作動媒体Ｆ１に用いるときは、高温の空気や燃焼ガス、高温の液体など、適宜、加熱要素を熱交換器の媒体として用い得る。以降において、高温流体ｆ’’はこれら全ての態様を包含するものとし、蒸発器２４の入口２４ａから中へ入って、ランキンサイクルの作動媒体Ｆ１と熱交換を行ってこれを加熱し、出口２４ｂから外へ出る。
【００１９】
図２には、ランキンサイクルにおける温度（Ｔ）−エントロピ（Ｓ）線図を示した。図１を併せて参照すると、作動媒体Ｆ１は蒸発器２４の運転圧力までポンプで加圧された後、蒸発器２４へと導かれてこの中で加熱される（ｐ１→ｐ２→ｐ３→ｐ４）。そして、Ｆ１は断熱膨張しながら膨張機１０を回転させ、この膨張機１０の出力が発電機１００に与えられ発電を行う。
【００２０】
蒸発器２４内の作動媒体Ｆ１の加熱では、作動媒体Ｆ１が液相だけの単相状態（ｐ１→ｐ２）から、等温過程である液相／気相の二相状態（ｐ２→ｐ３）を経て、気相だけの単相状態（ｐ３→ｐ４）となる。つまり、作動媒体Ｆ１が水であれば、水から水／蒸気の混相を経て蒸気へと変化するのである。作動媒体Ｆ１が単相状態（ｐ１→ｐ２）のとき及び二相状態（ｐ２→ｐ３）のときでは、熱が与えられたときの温度変化の状態、すなわち、Ｔ−ｓ線図上での勾配が異なり、この状態遷移点ｐ２がピンチ点となり得る。
【００２１】
図２のＬ１に示すように、状態遷移点ｐ２での高温流体（熱源）ｆ’’と作動媒体Ｆ１の間の温度差をなるべく小さくするように熱交換を行おうとすると、状態遷移点ｐ２点以外では高温流体（熱源）ｆ’’と作動媒体Ｆ１の間の温度差が大きくなり、結果として、上記したように発電効率が低下する。そこで、図２のＬ２に示すように、高温流体ｆ’’（熱源）の勾配をＬ１よりも大きくすることを考慮し、従来、状態遷移点ｐ２によって制約を受けていた熱交換条件を緩和し、高温流体ｆ’’（熱源）の最終的な到達温度を低下させるのである。
【００２２】
この状態遷移点ｐ２による熱交換条件の制約を緩和する方法として、作動媒体Ｆ１を加熱する高温流体ｆ’’の温度帯の一部から採熱し、作動媒体Ｆ１の温度帯の一部分を加熱するヒートポンプを発電システムに与えることを考慮する。ヒートポンプは、ハイブリッド式が好ましく、温泉水や工場等の排熱、また火力発電の排熱といった比較的エネルギポテンシャルの低い熱源であっても利用し得る。更に、地熱及び太陽熱などを熱源とする発電システムにも利用可能である。なお、必要に応じて、公知の蒸気圧縮式や吸収式のヒートポンプも用い得る。
【００２３】
まず、蒸気圧縮式ヒートポンプを与えた発電システムの１つの実施例について、図３を用いてその詳細を説明する。
【００２４】
図３に示すように、本発明の１つの実施例において、ランキンサイクルによる発電システム１では、従来と同様に、作動媒体Ｆ１は、凝縮器１４から送液ポンプ１３によって蒸発器２４に送られ、膨張機１０によりタービン１０を回して出力を発電機１００に出力を与えた後、再び、凝縮器１４で熱交換されて液相状態となり送出される。
【００２５】
ここで、蒸発器２４は、作動媒体Ｆ１の流れる熱交換経路に沿って、上流側から少なくとも低温域蒸発器２４−１、中温域蒸発器２４−２及び高温域蒸発器２４−３の３つに分割されており、上記した状態遷移点ｐ２（ピンチ点）となる温度帯域を中心に熱交換を行うための中温域蒸発器２４−２（図２の点線Ｌ３参照）には、ヒートポンプ２の熱交換器３４が接続されている。
【００２６】
蒸発器２４を流れる第１の高温流体ｆ１は、高温域蒸発器２４−３の入口Ｉ３（２４ａ）からその内部を通って出口Ｅ３から外に出て、ヒートポンプ２の熱交換器３４に導かれて冷却され、その後、中温域蒸発器２４−２をバイパスし、低温域蒸発器２４−１に導かれる。一方、中温域蒸発器２４−２の入口Ｉ２からその内部を通って出口Ｅ２から外に出る第２の流体ｆ２は、ヒートポンプ２において、膨張弁２３を経て低温且つ低圧の流体となって、熱交換器３４に導かれ、高温域蒸発器２４−３の出口Ｅ３からの第１の高温流体ｆ１から熱を受け、圧縮機１５を経て高温且つ高圧の状態となって、再び中温域蒸発器２４−２の入口Ｉ２に導かれる。
【００２７】
すなわち、第２の流体ｆ２について、低温側の熱交換器３４と、ヒートポンプにとって高温側の熱交換器となる中温域蒸発器２４−２とで蒸気圧縮式ヒートポンプを構成するのである。
【００２８】
図２を再度、参照すると、中温域蒸発器２４−２では、作動媒体Ｆ１の温度と第２の流体ｆ２の温度とが２カ所で交差する（点線Ｌ３内参照）。かかる場合、ヒートポンプを介することによって中温域蒸発器２４−２は、第２の流体ｆ２の入口Ｉ２及び出口Ｅ２（作動媒体Ｆ１のそれぞれ出口及び入口に対応）の双方における第２の流体ｆ２及び作動媒体Ｆ１の温度差を小さくできる。つまり、発電効率を高め得るのである。
【００２９】
以上述べてきたように、作動媒体Ｆ１が液体の単相状態から気体／液体の混在する気液二相状態へと変化する遷移点がピンチ点となることによる熱交換の制約を解消し、少なくとも、低温域蒸発器２４−1における第１の流体ｆ１の出口温度をより低温まで利用できるようにすることで、結果として、高い発電効率を得ることが出来るとともに、結果として、比較的エネルギポテンシャルの低い熱源であっても利用し得る。
【００３０】
なお、ランキンサイクルによる発電システム１に対して、作動媒体Ｆ１をアンモニアと水の混合物としたカリーナサイクルであってもよい。
【００３１】
更に、ヒートポンプ２は、その効率が高く消費動力（電力）が小さいほど、発電システム１における正味の動力発生（発電量）が増える。インバータ方式等の出力を可変に制御できるヒートポンプ２であれば、熱源の温度や流量の変化に応じた高い効率の運転が可能である。また、膨張弁２３には、キャピラリチューブや開度固定又は開閉のみ行うバルブを使用し得るが、電子膨張弁などを採用することで、ヒートポンプ２の出力を制御し、高い効率の運転が可能となる。同様に、圧縮機１５の回転数を制御できるようにしても良い。
【００３２】
更に、ヒートポンプの作動媒体は、単一物質であっても良いし、混合媒体であっても良い。混合媒体の場合は、共沸であっても、非共沸でも良い。非共沸混合媒体としては公知の媒体を広く用い得るが、比較的沸点の近いフロン同士、炭化水素同士、又は、フロンと炭化水素の組み合わせなどが考慮され得る。流体ｆ２に相変化中に温度変化を生じるような非共沸混合媒体を用いることで、熱源からの熱交換又はランキンサイクルの作動媒体Ｆ１の加熱のための熱交換の際に温度差を小さくできる。つまり、ヒートポンプ２の効率を高め消費電力を小さく抑えて、正味の発電出力を高め得る。
【００３３】
次に、上記した実施例において、ＨＦＣ−２４５ｆａ（１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン）をランキンサイクルの作動媒体Ｆ１として使用し、ヒートポンプ内を循環する第２の流体ｆ２もＨＦＣ−２４５ｆａとした場合の作動媒体Ｆ１、第１の高温流体ｆ１、第２の流体ｆ２及び冷却流体ｆ’の温度例について、図４を用いて説明する。
【００３４】
図４において、縦軸及び横軸はそれぞれ温度（Ｔ）及びエントロピ（Ｓ）を示す。また、図中の各温度は、１つの実施例としての運転条件における各流体（媒体）の各機器での入口温度及び出口温度を示す。なお、一般的なＴ‐Ｓ線図では温度Ｔを絶対温度で表示すが、ここではセ氏温度で表示する。ランキンサイクルは図中の点Ｐ３−Ｐ５−Ｐ６−Ｐ１−Ｐ1’−Ｐ７−Ｐ２−Ｐ８で表され、ヒートポンプ２の熱サイクルは図中の点Ｈ１−Ｈ２−Ｈ３−Ｈ４−Ｈ５で表される。
【００３５】
ここで、熱量はＴ×ΔＳで表されるが、例えば、線分ＨＷ１−ＨＷ２から下側のＴ＝０Ｋまでの部分の面積が高温流体ｆ１から放熱される熱量を示し、同様に、線分Ｐ８−Ｐ３から下側のＴ＝０Ｋまでの部分の面積が作動流体Ｆ１によって受けとられる熱量を示す。授受する熱量が等しいため、それぞれの熱量を示す面積は互いに等しく表現される。図４では、熱のつり合いを規準としてエントロピを示しており、ランキンサイクルの主な作動点を与える図４中の作動媒体Ｆ１の飽和液線及び飽和蒸気線は、ヒートポンプ２の熱サイクルにおけるそれらとは異なる。
【００３６】
更に、ＨＦＣ−２４５ｆａ（フルオロカーボン２４５ｆａ）では、膨張機１０における膨張過程（Ｐ３→Ｐ５）での温度変化が図２に示したものとは異なり、飽和蒸気の状態である点Ｐ３から膨張を開始しても、膨張過程の終点Ｐ５では過熱域、すなわち気体のみの状態となる。なお、図２では、送液ポンプ１３の入口及び出口での作動媒体Ｆ１の状態の変化は小さいため、１つの点（ｐ１）で表したが、図４では、送液ポンプ１３での等エントロピ圧縮による温度上昇を加味し、点Ｐ１及びＰ１’でこれを表している。
【００３７】
ランキンサイクルにおいて、作動媒体Ｆ１はそれぞれ相当する圧力において８５℃で蒸発させ、３８℃で冷却する。また、作動媒体Ｆ１を加熱する第１の高温流体ｆ１は９８℃で供給され、作動媒体Ｆ１を冷却する冷却流体ｆ’（冷却水）は３０℃で供給される。更に、ヒートポンプ２は第２の流体ｆ２を飽和温度に相当する圧力において７７℃で蒸発させ、８８℃で凝縮させるものとする。
【００３８】
ランキンサイクルの高温側において、蒸発器２４の高温側から低温側へと順に説明する。まず、高温域蒸発器２４−３では、第１の高温流体ｆ１はＨＷ１の９８℃からＨＷ２の８８℃まで温度を低下させる。一方で、作動媒体Ｆ１は第１の高温流体ｆ１からの熱を受け、気液二相状態である点Ｐ８から飽和蒸気状態である点Ｐ３まで変化する。続く中温域蒸発器２４−２では、作動媒体Ｆ１はヒートポンプ２内を循環する第２の流体ｆ２からの熱を受け、液相のみの単相状態である点Ｐ７から気液二相状態である点Ｐ８まで変化する。この熱は第２の流体ｆ２が点Ｈ２から点Ｈ３に移行することで与えられる。ヒートポンプ２内では、第２の流体ｆ２は点Ｈ４から点Ｈ５にかけて蒸発し、点Ｈ５から点Ｈ１にかけて同一の圧力で温度を上昇させる。この温度を上昇させるための熱は、第１の高温流体ｆ１がＨＷ２の８８℃からＨＷ３の８０℃まで熱交換器３４にて冷却されることで賄われる。更に、低温域蒸発器２４−１では、第１の高温流体ｆ１は、ＨＷ３の８０℃からＨＷ４の７４℃まで温度を低下させ、ランキンサイクルの作動媒体Ｆ１を点Ｐ１の３８℃よりも温度の上昇した点Ｐ１’から点Ｐ７の７５℃まで加熱する。
【００３９】
ランキンサイクルの低温側では、作動媒体Ｆ１は膨張機１０を出た気相域にある点Ｐ５から冷却されて飽和蒸気状態にある点Ｐ６へ移行し、更に温度３８℃で冷却されて凝縮器１４の出口までの間に液相のみの単相状態である点Ｐ１へ移行する。一方、冷却流体ｆ’はＣＷ１の３０℃からＣＷ３の３５℃まで温度を上昇させる。
【００４０】
上記した各流体の温度例では、全ての場所において熱源と作動媒体との温度差が３℃以上に保たれている。ここでは、第１の高温流体ｆ１が７４℃となるまでランキンサイクルによってその熱が利用されていることに注目される。ヒートポンプを用いていない場合、点Ｐ２がピンチ点となるが、熱源と作動媒体との温度差を３℃程度とすると、第１の高温流体ｆ１（熱源）は８４℃まで利用されるにすぎず、ランキンサイクルの受熱量はヒートポンプを用いる場合に比べて小さい。
【００４１】
ところで、ヒートポンプ２を利用するにはこれを駆動する動力が必要となるが、上記実施例では、その動力に相当する以上に電力の発生量を高め得る。すなわち、ランキンサイクルをより高温で作動させサイクル効率を上昇させるとともに、第１の高温流体の持つエネルギーの利用率を向上させて高い発電効率を得るのである。
【００４２】
次に、これに限定されるものではないが、ヒートポンプ２のいくつかの実施例について述べる。
【００４３】
図５に示すように、このヒートポンプ２では、低温側の熱交換器３４と高温側の熱交換器４４との間で流体ｆ３を循環させる熱サイクルを含む。すなわち、流体ｆ３は、熱交換器３４から圧縮機２５を経て高温側の熱交換器４４に導かれ、膨張弁３３を介して低温側の熱交換器３４へと戻される。ここで、熱交換器３４では、高温域蒸発器２４−３の出口Ｅ３からの第１の高温流体ｆ１を導き、流体ｆ３と熱交換させ、低温域蒸発器２４−１の入口Ｉ１へと導く。一方、熱交換器４４には、中温域蒸発器２４−２の出口Ｅ２からの第２の流体ｆ２を導き、流体ｆ３と熱交換させ、中温域蒸発器２４−２の出口Ｉ２へと導く。すなわち、流体ｆ２は中温域蒸発器２４−２を流れるランキンサイクルの作動媒体Ｆ１とヒートポンプの中を循環して熱交換器４４内を流れる流体ｆ３との間で熱交換を間接的に行わせしめる媒体である。この媒体は、液体であっても良いし、あるいは熱交換中に相変化する流体であっても良く、その相状態に応じて、送液ポンプ、あるいは圧縮機によって適宜、加圧され、２つの熱交換器の間を循環する。
【００４４】
かかるヒートポンプ２は、一般に使われているヒートポンプをそのまま、あるいは大きな改造を与えることなく用い得る。また、ランキンサイクルとヒートポンプの間の接続は、高温流体ｆ１と流体ｆ２であるが、これらの流体の配管の取り回しが比較的容易であるため、ランキンサイクル及びヒートポンプを互いに離れた位置に設置することが可能となり、設置のレイアウトの自由度が拡がるのである。
【００４５】
図６に示すように、このヒートポンプ２では、低温側の熱交換器３４と高温側の熱交換器４４との間で流体ｆ３を循環させる熱サイクルを形成する点で図５に示した実施例と同様であるが、流体ｆ３は非共沸混合媒体である。すなわち、熱交換器３４から気液分離器６に送られた流体ｆ３は、液相成分と気相成分とに分離され、気相成分は圧縮機２５を介して圧縮されて、送液ポンプ４３を介して送られる液相成分と一緒に熱交換器４４に導かれる。そして、膨張弁３３を介して熱交換器３４へと戻される。なお、低温側の熱交換器３４及び高温側の熱交換器４４のそれぞれにおける高温流体ｆ１及び流体ｆ２については、図５についての記載と同様であるので省略する。
【００４６】
かかる非共沸混合媒体としては、沸点差が比較的大きい物質同士を組み合わせた混合媒体、例えば、フロンと大量の油、水とアンモニア、水とエタノール、水とグリセリン、エタノールとグリセリン、エタノール-水-グリセリンの混合物などが考慮される。
【００４７】
このような沸点差の大きい物質を組み合わせた混合媒体では、相変化中に生じる温度変化が比較的大きく、蒸発器２４−２を流れる高温流体ｆ１の到達する最終温度をより低くできて、発電システムの効率を上げ得る。なお、高沸点物質は蒸発しにくく、ヒートポンプ熱交換器（蒸発器）３４を出た後も液体が残存し、高圧側の気相用の各種機器（例えば、圧縮機２５）への液相の混入を防止すべく、気液分離器６を設けて送液ポンプ４３で該各種機器へと送ることが好ましい。
【００４８】
以上、本発明による実施例及びこれに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。
【符号の説明】
【００４９】
１          発電システム
２          ヒートポンプ
６          気液分離器
１０        膨張機
１００      発電機
１３，４３  送液ポンプ
１４，      凝縮器
１５，２５  圧縮機
２３，３３  膨張弁
２４，      蒸発器
３４，４４  熱交換器
【図１】
2016151191.tif 000003
【図２】
2016151191.tif 000004
【図３】
2016151191.tif 000005
【図４】
2016151191.tif 000006
【図５】
2016151191.tif 000007
【図６】
2016151191.tif 000008