(57)【要約】      （修正有）【課題】蒸発器の熱バランスを調整することでランキンサイクルによる発電の効率を向上させた発電システムの提供。【解決手段】少なくとも凝縮器１、送液ポンプ２、蒸発器３−１，３−２，３−３、及び、発電機８に接続される膨張機７の順に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１０である。蒸発器は、熱源である高温媒体の流路に沿ってこの順に並ぶ第１熱交換器３−１、第２熱交換器３−２及び第３熱交換器３−３からなり、作動媒体は、第３熱交換器を経て第１熱交換器で蒸発させられて膨張機に導かれ発電機８を駆動するとともに、第３熱交換器の下流で一部を分岐させられ絞り弁４を介して減圧された後に第２熱交換器に導かれて蒸発し圧縮機５を介して第１熱交換器の下流又は上流で作動媒体の一部に合流させられることを特徴とする。【選択図】図１
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【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の順に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、熱源である高温媒体の流路に沿ってこの順に並ぶ第１熱交換器、第２熱交換器及び第３熱交換器からなり、
前記作動媒体は、前記第３熱交換器を経て前記第１熱交換器で蒸発させられて前記膨張機に導かれ前記発電機を駆動するとともに、前記第３熱交換器の下流で一部を分岐させられ絞り弁を介して減圧された後に前記第２熱交換器に導かれて蒸発し圧縮機を介して前記第１熱交換器の下流又は上流で前記作動媒体の一部に合流させられることを特徴とする発電システム。
【請求項２】
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の順に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、熱源である高温媒体の流路に沿ってこの順に並ぶ第１熱交換器、第２熱交換器及び第３熱交換器からなり、
前記作動媒体は、前記第３熱交換器を経て前記第１熱交換器で蒸発させられて前記膨張機に導かれ前記発電機を駆動するとともに、前記第３熱交換器の下流で一部を分岐させられ絞り弁を介して減圧された後に前記第２熱交換器に導かれて蒸発し、前記第１熱交換器と前記膨張機の間に与えられた圧力調整手段で圧力調整された前記作動媒体に合流させられることを特徴とする発電システム。
【請求項３】
前記圧縮機は前記第３熱交換器を経て圧縮を行った前記作動媒体の一部を、前記第１熱交換器の上流に与えられた混合器で前記作動媒体に合流させ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】
前記圧縮機は前記第１熱交換器を経た前記作動媒体の蒸発圧力まで圧縮を行った前記作動媒体の一部を、前記第１熱交換器の下流で前記作動媒体に合流させ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５】
前記圧力調整手段は第２の絞り弁であることを特徴とする請求項２記載の発電システム。
【請求項６】
前記圧力調整手段は膨張機であることを特徴とする請求項２記載の発電システム。
【請求項７】
前記圧力調整手段はエジェクタであることを特徴とする請求項２記載の発電システム。
【請求項８】
前記第３熱交換器の下流で分岐した前記作動媒体の通過する前記絞り弁は液圧モータであって、前記液圧モータの動作出力が前記送液ポンプの動作源に用いられることを特徴とする請求項１乃至７に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、作動媒体を蒸発及び凝縮させて利用するランキンサイクルによる発電システムに関し、特に、蒸発器の熱バランスを調整することでランキンサイクルによる発電の効率を向上させた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。かかる発電システムでは、蒸発器（ボイラ）によって高温と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。このとき膨張機に連結された発電機（タービン）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。一方で、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に送出される。
【０００３】
このような作動媒体の蒸発及び凝縮を利用するランキンサイクルによる発電システムの発電効率を向上させることを目的に、蒸発器で作動媒体と熱交換させる高温媒体の供給のためにヒートポンプサイクルを組み合わせたシステムが提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１では、ランキンサイクルによる発電システムにヒートポンプを組み合わせたシステムにおいて、ヒートポンプサイクルだけでなくランキンサイクルにおいても媒体の循環量を調整して運転効率を向上させるシステムを開示している。ランキンサイクル運転の状態では循環経路を流れる媒体の仕事を回収して発電し、且つヒートポンプサイクル運転の状態では外部から供給された電力を用いて媒体を圧縮する圧縮機兼膨張機を含む。ランキンサイクル運転からヒートポンプサイクル運転に切り替えた状態において、循環経路を流れる媒体の総量を調節する総量調節手段は、循環経路を流れる媒体の総量をランキンサイクル運転の状態に比べて少なくするように動作する。
【０００５】
ところで、近年、温泉水の熱や、火力発電や工場等の排熱、地熱発電や太陽熱発電で得られる熱などの比較的エネルギポテンシャルの低い熱源も有効に利用しようとする取り組みがなされている。かかる取り組みにおいては、水よりも低い沸点を有する有機作動媒体を用いて熱交換を行わせるバイナリ発電方式が提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献２は、バイナリ発電方式の１つの形態である水とアンモニアの混合物を作動媒体に用いたカリーナサイクルにおける排熱回収発電システムを開示している。ここで、水−アンモニア混合流体を作動媒体とするカリーナサイクルでは、従来のランキンサイクルに較べて８０℃の低温にまで顕熱を回収できること、発電機のタービン排気後の混合流体のアンモニア濃度を薄くすることによりタービン背圧を下げて発電出力を増加させ得ることを述べている。一方で、アンモニアの蒸発及び凝縮の際に発電サイクル側の作動媒体に温度変化が生じてしまうため、セパレータを設けて３段階の濃度のアンモニア混合流体に分けて、特に、タービンに向かう高濃度のアンモニア混合流体と熱交換した後の流体によって、凝縮器で凝縮された中濃度アンモニア混合流体を加熱し蒸発させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−２４７０８１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】
ここで、カリーナサイクルを含むランキンサイクルの蒸発器において、液相から気相への相転移を生じるような作動媒体を用いて熱交換すると、液相から気相への遷移点（気泡点）で熱源側の媒体及び作動媒体の間の温度差が最小となる。このピンチ点での温度差をより小さくすることでランキンサイクルによる発電効率を高め得る。一方で、ピンチ点以外での温度差が大きくなってしまうと逆に発電効率が低下してしまう。
【０００９】
特許文献２のカリーナサイクルでは、アンモニアと水の混合物からなる作動媒体が相転移中に温度変化を与えるが、これにより熱源側の媒体と作動媒体の間の温度差を低く抑えることが出来る。このため熱源側の媒体（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。一方で、気泡を発し始める点（気泡点）がピンチ点となって上記したような発電効率の低下の問題は若干なりとも解消されずに残る。
【００１０】
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、蒸発器の熱バランスを調整することでランキンサイクルによる発電の効率を向上させた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】
【００１１】
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の順に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、熱源である高温媒体の流路に沿ってこの順に並ぶ第１熱交換器、第２熱交換器及び第３熱交換器からなり、前記作動媒体は、前記第３熱交換器を経て前記第１熱交換器で蒸発させられて前記膨張機に導かれ前記発電機を駆動するとともに、前記第３熱交換器の下流で一部を分岐させられ絞り弁を介して減圧された後に前記第２熱交換器に導かれて蒸発し圧縮機を介して前記第１熱交換器の下流又は上流で前記作動媒体の一部に合流させられることを特徴とする。
【００１２】
かかる発明によれば、蒸発器を３つの熱交換器としてさらに圧縮機を組み合わせたことにより蒸発器全体として作動媒体と熱源である高温媒体との温度差を小さくするよう蒸発器の熱バランスを調整し得て、熱源について効率良く利用出来て、結果としてランキンサイクルによる発電の効率を向上させることが出来る。
【００１３】
また、本願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の順に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、熱源である高温媒体の流路に沿ってこの順に並ぶ第１熱交換器、第２熱交換器及び第３熱交換器からなり、前記作動媒体は、前記第３熱交換器を経て前記第１熱交換器で蒸発させられて前記膨張機に導かれ前記発電機を駆動するとともに、前記第３熱交換器の下流で一部を分岐させられ絞り弁を介して減圧された後に前記第２熱交換器に導かれて蒸発し、前記第１熱交換器と前記膨張機の間に与えられた圧力調整手段で圧力調整された前記作動媒体に合流させられることを特徴とする。
【００１４】
かかる発明によれば、蒸発器を３つの熱交換器としてさらに圧力調整手段を組み合わせたことにより蒸発器全体として作動媒体と熱源である高温媒体との温度差を小さくするよう蒸発器の熱バランスを調整し得て、熱源について効率良く利用出来て、結果としてランキンサイクルによる発電の効率を向上させることが出来る。
【００１５】
上記した発明において、前記圧縮機は前記第３熱交換器を経て圧縮を行った前記作動媒体の一部を、前記第１熱交換器の上流に与えられた混合器で前記作動媒体に合流させることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、第２熱交換器で蒸発させられた作動媒体の一部を合流させることで、第３熱交換器を経た作動媒体にとって乾き度を高くして、熱源について効率良く利用出来て、結果としてランキンサイクルによる発電の効率を向上させることが出来る。
【００１６】
上記した発明において、前記圧縮機は前記第１熱交換器を経た前記作動媒体の蒸発圧力まで圧縮を行った前記作動媒体の一部を、前記第１熱交換器の下流で前記作動媒体に合流させることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、比較的簡単なシステム構成で、熱源について効率良く利用出来て、結果としてランキンサイクルによる発電の効率を向上させることが出来る。
【００１７】
上記した発明において、前記圧力調整手段は第２の絞り弁であることを特徴としてもよい。また、上記した発明において、前記圧力調整手段は膨張機であることを特徴としてもよい。さらに、上記した発明において、前記圧力調整手段はエジェクタであることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、比較的簡単なシステム構成で、熱源について効率良く利用出来て、結果としてランキンサイクルによる発電の効率を向上させることが出来る。
【００１８】
上記した発明において、前記第３熱交換器の下流で分岐した前記作動媒体の通過する前記絞り弁は液圧モータであって、前記液圧モータの動作出力が前記送液ポンプの動作源に用いられることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、発電システムの作動エネルギー効率を向上させ得た上で、熱源について効率良く利用出来て、結果としてランキンサイクルによる発電の効率を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による発電システムを示す構成図である。
【図２】発電システムを模式的に示す温度−比エントロピ線図である。
【図３】本発明による他の発電システムを示す構成図である。
【図４】発電システムを模式的に示す温度−比エントロピ線図である。
【図５】本発明による更に他の発電システムを示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［実施例１］
本発明による発電システムの１つの実施例について図１を用いてその詳細を説明する。
【００２１】
図１に示すように、ランキンサイクルによる発電システム１０では、作動媒体Ｆを低温媒体である第１流体ｆ１及び高温媒体（熱源）である第２流体ｆ２と熱交換させ、作動媒体Ｆを膨張機（タービン）７に導いて仕事をさせ、膨張機７と直結した発電機８において作動媒体Ｆにさせた仕事を電気に変換できる。以下、作動媒体Ｆの流路に沿って説明する。
【００２２】
まず、作動媒体Ｆは、凝縮器１に気相で導かれ、凝縮器１の入口１−１から導かれて出口１−２から排出される第１流体ｆ１と熱交換し、冷却されて液化される。液化された作動媒体Ｆは送液ポンプ２により蒸発器に送られる。
【００２３】
蒸発器は３つの熱交換器として分割されている。すなわち、送液ポンプ２に接続される低温熱交換器３−３、これから分岐して後述する絞り弁４を介して接続される中温熱交換器３−２、低温熱交換器３−３に後述する混合器を介して接続される高温熱交換器３−１である。まず、低温熱交換器３−３では高温熱交換器３−１及び中温熱交換器３−２での熱交換を終えた第２流体ｆ２を入口Ｉ３から導いて出口Ｅ３から排出させつつ作動媒体Ｆを液相のまま加熱する。
【００２４】
低温熱交換器３−３で加熱された作動媒体Ｆを混合器６に導く一方、その一部を分岐させる。分岐された一部の作動媒体Ｆ’は、絞り弁４を介して減圧されて中温熱交換器３−２に導かれる。中温熱交換器３−２では、高温熱交換器３−１での熱交換を終えた第２流体ｆ２を入口Ｉ２から導いて出口Ｅ２から排出させつつ作動媒体Ｆ’を加熱し蒸発させる。蒸発し過熱蒸気となった作動媒体Ｆ’は圧縮機５に導かれて気相を維持しつつ加圧され、温度を上昇させて混合器６に導かれる。
【００２５】
混合器６では、低温熱交換器３−３からの液相の作動媒体Ｆに、中温熱交換器３−２からの分岐された気相の作動媒体Ｆ’を合流させて混合し、高温熱交換器３−１に導く。かかる混合により、低温熱交換器３−３からの液相の作動媒体Ｆは乾き度（全質量に対する気相物質の質量）を高くする。高温熱交換器３−１では、熱源である第２流体ｆ２を入口Ｉ１から導いて出口Ｅ１から排出させつつ作動媒体Ｆを加熱し、液相部分を蒸発させる。ここで作動媒体Ｆの乾き度が高くなっていることで、気相部分の高い流速により液相部分を熱交換面に広く分布させて蒸発熱伝達率が向上する。気相となった作動媒体Ｆは膨張機７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。これを凝縮器１に導いて再び液化させるのである。
【００２６】
すなわち、高温媒体である第２流体ｆ２は、高温熱交換器３−１、中温熱交換器３−２、低温熱交換器３−３の順に、分岐や合流のない一連の経路を通過する。
【００２７】
なお、中温熱交換器３−２において分岐した作動媒体Ｆ’を過熱蒸気とできるとともに、高温熱交換器３−１において作動媒体Ｆを飽和蒸気又は過熱蒸気とできるように、絞り弁４によって分岐される一部の作動媒体Ｆ’の量を制御することが肝要である。また、分岐された一部の作動媒体Ｆ’は、混合器６で低温熱交換器３−１から送出された作動媒体Ｆと合流させるため、圧縮機５において加圧されることが好ましい。
【００２８】
さらに、発電システム１０のランキンサイクルについて、図２に図１を併せて参照しつつ説明する。
【００２９】
図２において、縦軸及び横軸はそれぞれ温度及び比エントロピを示す。また、両向きの矢印は、第１流体ｆ１又は第２流体ｆ２と作動媒体Ｆ又はＦ’との熱交換を示す。
【００３０】
発電システム１０（図１参照）において、まず、凝縮器１で第１流体ｆ１と熱交換して液化された作動媒体Ｆは、Ｐ１から送液ポンプ２による等エントロピ圧縮による温度上昇を経てＰ２から低温熱交換器（低温蒸発器）３−３により加熱されＰ３に至る。低温熱交換器３−３から送出されて分岐された一部の作動媒体Ｆ’は、絞り弁４により減圧されて液相を保ったまま飽和液線に近づけられてＰ４に至り、中温熱交換器（中温蒸発器）３−２により加熱されて湿り蒸気（気液混合）を経て飽和蒸気線を越えて過熱蒸気となってＰ５に至る。さらに圧縮機５により加圧されて温度上昇してＰ６に至る。ここで、分岐された一部の作動媒体Ｆ’は、低温熱交換器３−３から送出された残りの液相の作動流体Ｆ（Ｐ３を経由）と混合器６にて合流し混合されＰ７に至る。すなわち、分岐された一部の作動媒体Ｆ’は混合によって再び湿り蒸気になるとともに、Ｐ３からの液相の温度を上昇させ、Ｐ７において全体として湿り蒸気の作動媒体Ｆとなる。作動媒体Ｆは高温熱交換器（高温蒸発器）３−１により加熱されて飽和蒸気線に到達して気相の単相（飽和蒸気又は過熱蒸気）となってＰ８に至る。そして、膨張機７において気相の作動媒体Ｆは仕事をしながら膨張し低温低圧のガスとしてＰ９を経て凝縮器１で冷却されつつＰ１０を経て液相に戻されＰ１に至るのである。
【００３１】
つまり、蒸発器として、３つの熱交換器に分割された高温熱交換器３−１、中温熱交換器３−２、低温熱交換器３−３に、さらに圧縮機５を組み合わせたことにより、各熱交換器での作動媒体Ｆ又はＦ’と熱源である第２流体ｆ２との温度差を小さくできる。特に、分岐した一部の作動媒体Ｆ’の気相から液相への遷移点Ｐ４において中温熱交換器３−２内部での第２流体ｆ２との温度差を小さくしつつも、作動媒体Ｆに分岐した一部の作動媒体Ｆ’を混合器６で混合させることで、高温熱交換器３−１内（Ｐ７−Ｐ８間）での第２流体ｆ２との温度差を小さくできる。このように、蒸発器全体として作動媒体Ｆと熱源である第２流体ｆ２との温度差を小さくするよう蒸発器の熱バランスを調整することで、熱源について効率良く利用出来て、結果としてランキンサイクルによる熱利用の効率を向上させることが出来るのである。つまり、膨張機７に発電機８を接続した発電システム１０であれば発電の効率を向上させることができる。
【００３２】
［実施例２］
次に、本発明による発電システムの他の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。
【００３３】
図３に示すように、ランキンサイクルによる発電システム１１では、上記した実施例１の発電システム１０から混合器６を省略し、中温熱交換器３−２で蒸発された一部の作動媒体Ｆを高温熱交換器３−１の下流で作動媒体Ｆに合流させる。
【００３４】
詳細には、低温熱交換器３−３で加熱された作動媒体Ｆを高温熱交換器３−１に導く一方、その一部を分岐させる。分岐された一部の作動媒体Ｆ’は絞り弁４を介して減圧されて中温熱交換器３−２に導かれる。中温熱交換器３−２では、高温熱交換器３−１での熱交換を終えた第２流体ｆ２を入口Ｉ２から導いて出口Ｅ２から排出させつつ作動媒体Ｆ’を加熱し蒸発させる。蒸発し気相となった作動媒体Ｆ’は圧縮機５に導かれて気相を維持して加圧され、温度を上昇させて、高温熱交換器３−１から送出された作動媒体Ｆと合流させられる。なお、圧縮機５での加圧においては、高温熱交換器３−１における作動媒体Ｆの蒸発圧力と同じ圧力とすることが好ましい。これにより、分岐された作動媒体Ｆ’を容易に作動媒体Ｆと合流させることができる。
【００３５】
他方、高温熱交換器３−１では、第２流体ｆ２を入口Ｉ１から導いて出口Ｅ１から排出させつつ低温熱交換器３−３から送出されて分岐されなかった残部の作動流体Ｆを加熱し、蒸発させる。気相となった作動媒体Ｆは、上記したように、分岐されて中温熱交換器３−２を経由した一部の作動媒体Ｆ’と合流して膨張機７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。その他については上記した実施例１の発電システム１０と同様である。
【００３６】
さらに、発電システム１１のランキンサイクルについて、図４に図３を併せて参照しつつ説明する。
【００３７】
図４において、縦軸及び横軸はそれぞれ温度及び比エントロピを示す。また、両向きの矢印は、第１流体ｆ１及び第２流体ｆ２と作動媒体Ｆ又はＦ’との熱交換を示す。
【００３８】
発電システム１１（図３参照）において、凝縮器１で第１流体ｆ１と熱交換して液化された作動媒体Ｆは、Ｐ１から送液ポンプ２による等エントロピ圧縮による温度上昇を経てＰ２から低温熱交換器（低温蒸発器）３−３により加熱されＰ３に至る。低温熱交換器３−３から送出されて分岐された一部の作動媒体Ｆ’は、絞り弁４により減圧されて液相を保ったまま飽和液線に近づけられてＰ４に至り、中温熱交換器（中温蒸発器）３−２により加熱されて湿り蒸気（気液混合）を経て飽和蒸気線を越えて過熱蒸気となってＰ５に至る。さらに圧縮機５により加圧されて温度上昇し、高温熱交換器３−１（高温蒸発器）からの作動媒体Ｆと合流させられる。他方、分岐されなかった残部の作動媒体Ｆは、高温熱交換器３−１に液相のまま導かれて加熱されて温度上昇してＰ７’を経て、飽和液線を越えて蒸発され湿り蒸気となってさらに蒸発を続けて飽和蒸気又は過熱蒸気となってＰ６に到達する。ここで、分岐された一部の作動媒体Ｆ’と合流する。そして、作動媒体Ｆは膨張機７において仕事をしながら膨張し低温低圧のガスとしてＰ９を経て凝縮器１で冷却されつつＰ１０を経て液相に戻されＰ１に至るのである。
【００３９】
つまり、蒸発器として、３つの熱交換器に分割された高温交換器３−１、中温熱交換器３−２、低温熱交換器３−３に、さらに圧縮機５を組み合わせたことにより、各熱交換器での作動媒体Ｆ又はＦ’と熱源である第２流体ｆ２との温度差を小さくできる。特に、分岐した一部の作動媒体Ｆ’の気相から液相への遷移点Ｐ４において中温熱交換器３−２内部での第２流体ｆ２との温度差を小さくしつつも、一部を分岐させて量を減らした残部の作動媒体Ｆを高温熱交換器３−１に導いて加熱することで、高温熱交換器３−１内での第２流体ｆ２との温度差を小さくできる。このように、蒸発器全体として作動媒体Ｆと熱源である第２流体ｆ２との温度差を小さくするよう蒸発器の熱バランスを調整することで、熱源について効率良く利用出来て、結果としてランキンサイクルによる熱利用の効率を向上させることが出来るのである。つまり、膨張機７に発電機８を接続した発電システム１０であれば発電の効率を向上させることができる。また、発電システム１１は混合器を必要とせず、実施例１の発電システム１０に比べてより簡単なシステム構成となる。
【００４０】
［実施例３］
上記した実施例２の発電システム１１と同様に、分岐された作動媒体Ｆ’を高温熱交換器３−１の下流において作動媒体Ｆと合流させるシステムとして、圧縮機を使用しない発電システム１２について、図５を用いて説明する。
【００４１】
図５に示すように、発電システム１２では圧縮機を設けない代わりに、高温熱交換器３−１から送出された作動媒体Ｆを圧力調整手段である第２の絞り弁９を通過させて、分岐させた作動媒体Ｆ’と合流させる。つまり、高温熱交換器３−１からの作動媒体Ｆを圧力調整手段で減圧させて、分岐させた作動媒体Ｆ’と圧力を揃えて合流させるのである。その他については発電システム１１と同様である。
【００４２】
発電システム１２においても、蒸発器として、３つの熱交換器に分割された高温交換器３−１、中温熱交換器３−２、低温熱交換器３−３に、さらに圧力調整手段を組み合わせたことにより、各熱交換器での作動媒体Ｆ又はＦ’と熱源である第２流体ｆ２との温度差を小さくできる。このように蒸発器の熱バランスを調整することで、熱源について効率良く利用出来て、結果としてランキンサイクルによる熱利用の効率を向上させることが出来る。
【００４３】
このような圧力調整手段として、絞り弁９の代わりに、エジェクタを用いるここともできる。つまり、高温熱交換器３−１からの作動媒体Ｆを駆動流としてエジェクタ内のノズルに導いて減圧させつつ、分岐された作動媒体Ｆ’をエジェクタに吸引して合流させるのである。これにより、絞り弁を用いた場合より出力を大きくできる。エジェクタにはノズルの開度を調整するニードルを設けて流量の調整を行うようにしてもよい。
【００４４】
また、他の圧力調整手段として膨張機を設けることも出来る。この膨張機を膨張機７と共に発電機８に接続して発電の動力源として利用する。この場合においても、圧力調整手段である膨張機を通過した作動媒体に分岐された作動媒体Ｆ’を合流させ、合流した作動媒体Ｆを膨張機７に導いて仕事をさせる。これによると、エジェクタを用いた場合よりさらに出力を大きくできる。
【００４５】
なお、上記した実施例１乃至３の発電システム１０乃至１２において、作動媒体Ｆを水よりも低い沸点を有する有機作動媒体としてもよい。これによって、比較的エネルギポテンシャルの低い熱源でも有効利用することができる。また、作動媒体Ｆを共沸混合媒体又は非共沸混合媒体としてもよく、例えば、作動媒体Ｆをアンモニアと水の混合物としたカリーナサイクルに上述した方法を応用してもよい。
【００４６】
また、作動媒体Ｆの経路について、送液ポンプ２を２つ並列させるとともに低温熱交換器３−３内の経路を２つ並列させておき、低温熱交換器３−３の下流でそのまま一部の作動媒体Ｆ’を分岐させてもよい。このように分岐させることで、中温熱交換器３−２に導入させる分岐された作動媒体Ｆ’の圧力を予め一方の送液ポンプで調整することができ、絞り弁４を不要とできる。この場合、一度上げた圧力を絞り弁で下げることがないため、効率の向上に寄与する。
【００４７】
さらに凝縮器１内から作動媒体Ｆの経路を２つ並列させて以後同様に２つの送液ポンプ２及び低温熱交換器３−３内でも経路を並列させて、低温熱交換器３−３の下流でそのまま一部の作動媒体Ｆ’を分岐させることもできる。なお、凝縮器１や低温熱交換器３−３の経路を並列にする場合、凝縮器１や低温熱交換器３−３の内部に作動媒体Ｆの流路を２つ設けるか、又は、凝縮器１や低温熱交換器３−３を２つに分割し、低温媒体や高温媒体の流路を分岐させる。後者の場合、分岐させた低温媒体や高温媒体の流路は、凝縮器１や低温熱交換器３−３の下流で合流させる。
【００４８】
また、低温熱交換器３−３の下流で分岐した一部の作動媒体Ｆ’を通過させる絞り弁４を液圧モータとして、その動作出力を送液ポンプ２の動作源として用いることもできる。これにより、発電システム１０乃至１２の作動エネルギー効率を向上させ得る。さらに、発電機８の代わりに膨張機７から動力を取り出す他の装置を用いて熱利用システムとすることもできる。例えば、揚水式水力発電所の揚水に用いるなど、位置エネルギーを得ることもできる。
【００４９】
また、蒸発器を５つに分割することもできる。この場合、高温媒体である第２流体ｆ２の流路に沿って高温側から順に第１〜第５熱交換器とすると、作動媒体Ｆは第５熱交換器から第４熱交換器及び第３熱交換器に分岐させて、第３熱交換器から上記と同様に第２熱交換器と第１熱交換器に分岐させる。第１、第２及び第４熱交換器で作動媒体を蒸発させ、これらを上記した実施例と同様に適宜合流させるのである。これにより、蒸発器の熱バランスをより細かく調整することができる。
【００５０】
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】
【００５１】
１      凝縮器
２      送液ポンプ
３−１  低温熱交換器
３−２  高温熱交換器
３−３  中温熱交換器
４      絞り弁
５      圧縮機
７      膨張機
８      発電機
【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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