(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を含み、膨張機は発電機８に接続された第１膨張機７−１及び第２膨張機７−２を含み、作動媒体は、送液ポンプで第３熱交換器に送られて熱交換後、第１熱交換器及び第２熱交換器に分岐して導かれて蒸発し、それぞれ第１膨張機及び第２膨張機に導かれて発電機を駆動させ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熱交換器を含み、
前記膨張機は前記発電機に接続された第１膨張機及び第２膨張機を含み、
前記作動媒体は、前記送液ポンプで前記第３熱交換器に送られて熱交換後、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器に分岐して導かれて蒸発し、それぞれ前記第１膨張機及び前記第２膨張機に導かれて前記発電機を駆動させることを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記第２熱交換器には、絞り弁を介して減圧された前記作動媒体が導かれ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】
前記送液ポンプは第１送液ポンプ及び第２送液ポンプからなり、前記作動媒体は前記第１送液ポンプ及び前記第２送液ポンプに分岐して導かれてそれぞれ前記第３熱交換器を経て前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器に導かれ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】
前記作動媒体は、前記凝縮器の上流で分岐して前記第１送液ポンプ及び前記第２送液ポンプに導かれることを特徴とする請求項３記載の発電システム。
【請求項５】
前記凝縮器は第１凝縮器及び第２凝縮器からなり、それぞれ前記第１送液ポンプ及び前記第２送液ポンプに前記作動媒体を導くことを特徴とする請求項３記載の発電システム。
【請求項６】
前記第３熱交換器は第３熱交換器Ａ及び第３熱交換器Ｂからなり、それぞれ前記第１送液ポンプ及び前記第２送液ポンプから前記作動媒体を導き、前記第２熱交換器からの前記高温媒体を分岐させて前記第３熱交換器Ａ及び前記第３熱交換器Ｂに導くことを特徴とする請求項３乃至５のうちの１つに記載の発電システム
【請求項７】
前記蒸発器は高温媒体の流路に沿ってこの順に並ぶ第１乃至第５熱交換器からなり、
前記膨張機は前記発電機に接続された第１乃至第３膨張機からなり、
前記作動媒体は、前記第５熱交換器、前記第３熱交換器及び前記第１熱交換器を経て前記第１膨張機に送られるとともに、前記第３熱交換器の下流で一部分岐し絞り弁を介して前記第２熱交換器を経て前記第２膨張機に送られ、更に、前記第５熱交換器の下流で一部分岐し絞り弁を介して前記第４熱交換器を経て前記第３膨張機に送られ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８】
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は前記送液ポンプの動作源に利用さ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することで発電を行っている。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】
このようなランキンサイクルを利用した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も提案されている。
【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熱交換器を含み、前記膨張機は前記発電機に接続された第１膨張機及び第２膨張機を含み、前記作動媒体は、前記送液ポンプで前記第３熱交換器に送られて熱交換後、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器に分岐して導かれて蒸発し、それぞれ前記第１膨張機及び前記第２膨張機に導かれて前記発電機を駆動させ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蒸発器の熱バランスを調整することで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できるとともに、導かれる作動媒体の温度や圧力に合わせた膨張機をそれぞれ用い得て、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】
上記した発明において、前記第２熱交換器には、絞り弁を介して減圧された前記作動媒体が導かれることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、第２熱交換器での蒸発を容易とし、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。
【００１４】
上記した発明において、前記送液ポンプは第１送液ポンプ及び第２送液ポンプからなり、前記作動媒体は前記第１送液ポンプ及び前記第２送液ポンプに分岐して導かれてそれぞれ前記第３熱交換器を経て前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器に導かれることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、送液ポンプのそれぞれによって第３熱交換器の下流の圧力調整ができて、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、前記作動媒体は、前記凝縮器の上流で分岐して前記第１送液ポンプ及び前記第２送液ポンプに導かれることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、作動媒体を分岐したままとでき、それぞれの作動媒体の流量調整を容易として、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、前記凝縮器は第１凝縮器及び第２凝縮器からなり、それぞれ前記第１送液ポンプ及び前記第２送液ポンプに前記作動媒体を導くことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、第１凝縮器及び第２凝縮器それぞれの熱バランスを調整できて、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。
【００１７】
上記した発明において、前記第３熱交換器は第３熱交換器Ａ及び第３熱交換器Ｂからなり、それぞれ前記第１送液ポンプ及び前記第２送液ポンプから前記作動媒体を導き、前記第２熱交換器からの前記高温媒体を分岐させて前記第３熱交換器Ａ及び前記第３熱交換器Ｂに導くことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、第３熱交換器Ａ及び第３熱交換器Ｂの間でも熱バランスを調整できて、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。
【００１８】
上記した発明において、前記蒸発器は高温媒体の流路に沿ってこの順に並ぶ第１乃至第５熱交換器からなり、前記膨張機は前記発電機に接続された第１乃至第３膨張機からなり、前記作動媒体は、前記第５熱交換器、前記第３熱交換器及び前記第１熱交換器を経て前記第１膨張機に送られるとともに、前記第３熱交換器の下流で一部分岐し絞り弁を介して前記第２熱交換器を経て前記第２膨張機に送られ、更に、前記第５熱交換器の下流で一部分岐し絞り弁を介して前記第４熱交換器を経て前記第３膨張機に送られることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、蒸発器を５つの熱交換器として蒸発器の熱バランスをより細かく調整することで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できるとともに、導かれる作動媒体の温度や圧力に合わせてそれぞれの膨張機を設計し得て、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。
【００１９】
上記した発明において、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は前記送液ポンプの動作源に利用さ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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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】本発明による他の発電システムを示す構成図である。
【図３】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４】本発明によるさらに他の発電システムを示す構成図である。
【図５】上記発電システムの変形例を示す構成図である。
【図６】本発明によるさら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】
【００２１】
［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。
【００２２】
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を複数の膨張機（タービン）に導いて仕事をさせ、膨張機と直結した発電機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。
【００２３】
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。
【００２４】
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に接続される第３熱交換器３−３、その下流に分岐して接続される第２熱交換器３−２及び第１熱交換器３−１である。なお、第２熱交換器３−２についてはその上流に絞り弁４を介在させている。まず、第３熱交換器３−３では第１熱交換器３−１及び第２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。
【００２５】
第３熱交換器３−３で加熱された作動媒体Ｆは、作動媒体Ｆ１及びＦ２に分岐され、それぞれ第１熱交換器３−１及び第２熱交換器３−２に導かれる。上記したように、第２熱交換器３−２は、絞り弁４を介して接続されており、作動媒体Ｆ２を減圧して導く。第２熱交換器３−２では、第１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Ｆ２を加熱し蒸発させ飽和蒸気又は過熱蒸気とする。気相となった作動媒体Ｆ２は複数の膨張機のうち第２膨張機７−２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。
【００２６】
一方、第１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Ｆ１を加熱し蒸発させ飽和蒸気又は過熱蒸気とする。気相となった作動媒体Ｆは複数の膨張機のうち第１膨張機７−１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。
【００２７】
第１膨張機７−１及び第２膨張機７−２から排出された作動媒体Ｆ１及びＦ２は合流されて、凝縮器１に導かれ、再び液化される。
【００２８】
すなわち、熱源である第２流体ｆ２は、第１熱交換器３−１、第２熱交換器３−２、第３熱交換器３−３の順に、作動媒体との熱交換により温度を降下させつつ分岐や合流のない一連の経路を通過する。
【００２９】
なお、第１熱交換器３−１において作動媒体Ｆ１を飽和蒸気又は過熱蒸気とできるとともに、第２熱交換器３−２においても作動媒体Ｆ２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作動媒体Ｆ１及びＦ２の量を制御することが肝要である。また、第１膨張機７−１及び第２膨張機７−２は、それぞれ第１熱交換器３−１及び第２熱交換器３−２から得られる作動媒体Ｆ１及びＦ２の温度や圧力に合わせて効率よく発電できるように設計、選択されることが好ましい。
【００３０】
上記した実施例によれば、蒸発器として３つの熱交換器に分割された第１熱交換器３−１、第２熱交換器３−２、第３熱交換器３−３により、各熱交換器での作動媒体Ｆ、Ｆ１及びＦ２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ができる。また、それぞれ、圧力や温度の異なる作動媒体Ｆ１及びＦ２の温度や圧力に合わせてそれぞれの膨張機７−１及び７−２を設計、選択し得る。これらによって、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７−１及び７−２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。
【００３１】
［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２及び図３を用いてその詳細を説明する。
【００３２】
図２に示すように、発電システム１１は、実施例１の発電システム１０と同様に蒸発器を複数の熱交換器として備え、複数の膨張機を備えるが、蒸発器として第１〜第５熱交換器３−１〜３−５を備え、膨張機として第１〜第３膨張機を備える。その他については上記した発電システム１０と同様である。以下、作動媒体Ｆの流路に沿って説明する。
【００３３】
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。
【００３４】
蒸発器は５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に接続される第５熱交換器３−５、その下流に分岐して接続される第４熱交換器３−４及び第３熱交換器３−３、さらに第３熱交換器の下流に分岐して接続される第２熱交換器３−２及び第１熱交換器３−１である。なお、第４熱交換器３−４及び第２熱交換器３−２については、その上流にそれぞれ絞り弁４３及び４２を介在させている。
【００３５】
まず、第５熱交換器３−５では第１〜第４熱交換器３−１〜３−４での熱交換を終えた第２流体ｆ２を入口Ｉ５から導いて出口Ｅ５から排出させつつ作動媒体Ｆを液相のまま加熱する。
【００３６】
第５熱交換器３−５で加熱された作動媒体Ｆは、作動媒体Ｆ４とＦ３とに分岐され、それぞれ第４熱交換器３−４及び第３熱交換器３−３に導かれる。上記したように、第４熱交換器３−４は、絞り弁４３を介して接続されており、作動媒体Ｆ４を減圧して導く。第４熱交換器３−４では、第１〜第３熱交換器３−１〜３−１での熱交換を終えた第２流体ｆ２を入口Ｉ４から導いて出口Ｅ４から排出させつつ作動媒体Ｆ４を加熱し蒸発させ飽和蒸気又は過熱蒸気とする。蒸発し気相となった作動媒体Ｆ４は複数の膨張機のうち第３膨張機７−３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。
【００３７】
一方、第３熱交換器３−３では、第１及び第２熱交換器３−１及び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から排出させつつ残りの作動媒体Ｆ３を液相のまま加熱する。
【００３８】
第３熱交換器３−３で加熱された作動媒体Ｆ３は、作動媒体Ｆ２と作動媒体Ｆ１とに分岐され、それぞれ第２熱交換器３−２及び第１熱交換器３−１に導かれる。上記したように、第２熱交換器３−２は、絞り弁４２を介して接続されており、作動媒体Ｆ２を減圧して導く。第２熱交換器３−２では、第１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Ｆ２を加熱し蒸発させ飽和蒸気又は過熱蒸気とする。蒸発し気相となった作動媒体Ｆ２は複数の膨張機のうち第２膨張機７−２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。
【００３９】
さらに、第１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から排出させつつ残りの作動媒体Ｆ１を加熱し蒸発させ飽和蒸気又は過熱蒸気とする。気相となった作動媒体Ｆ１は複数の膨張機のうち第１膨張機７−１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。
【００４０】
そして、第１〜第２膨張機７−１〜７−３より排出された作動媒体Ｆ１、Ｆ２及びＦ４は合流されて、凝縮器１に導かれ、再び液化される。
【００４１】
すなわち、熱源である第２流体ｆ２は、第１熱交換器３−１、第２熱交換器３−２、第３熱交換器３−３、第４熱交換器３−４及び第５熱交換器３−５の順に、熱交換により温度を降下させつつ分岐や合流のない一連の経路を通過する。
【００４２】
なお、第１熱交換器３−１、第２熱交換器３−２及び第４熱交換器３−４において作動媒体Ｆ１、Ｆ２及びＦ４を飽和蒸気又は過熱蒸気とできるように、絞り弁４２及び４３によって分岐される作動媒体Ｆ１〜Ｆ４の量を制御することが肝要である。また、第１〜第３膨張機７−１〜７−３は、それぞれ第１熱交換器３−１、第２熱交換器３−２及び第４熱交換器３−４から得られる作動媒体Ｆ１、Ｆ２及びＦ４の温度や圧力に合わせて効率よく発電できるように設計、選択されることが好ましい。
【００４３】
さらに、発電システム１１のランキンサイクルについて、図３に図２を併せて参照しつつ説明する。
【００４４】
図３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と作動媒体Ｆとの熱交換を示す。さらに、符号ａ〜ｅは、蒸発器Ａ〜Ｅのそれぞれに対応し、それぞれ作動媒体Ｆ１〜Ｆ４及びＦと第２流体ｆ２との熱交換を示す。
【００４５】
発電システム１１（図２参照）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から第５熱交換器（蒸発器Ｅ）３−５により液相を保ったまま加熱され（符号ｅ参照）Ｐ３に至る。第５熱交換器３−５から送出されて分岐された一部の作動媒体Ｆ４は、絞り弁４３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、第４熱交換器（蒸発器Ｄ）３−４により加熱されて湿り蒸気を経て飽和蒸気又は過熱蒸気となって（符号ｄ参照）Ｐ５に至る。気相の単相となった作動媒体Ｆ４は、第３膨張機７−３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（Ｐ１１）。
【００４６】
次いで、第５熱交換器３−５から送出されて分岐された残りの作動媒体Ｆ３は、第３熱交換器（蒸発器Ｃ）３−３により液相を保ったまま加熱され（符号ｃ参照）Ｐ６に至る。第３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Ｆ２は、絞り弁４２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Ｐ７に至り、第２熱交換器（蒸発器Ｂ）３−２により加熱されて湿り蒸気（気液混合）を経て飽和蒸気又は過熱蒸気となって（符号ｂ参照）Ｐ８に至る。気相の単相となった作動媒体Ｆ２は、第２膨張機７−２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（Ｐ１１）。
【００４７】
さらに、第３熱交換器３−３から送出されて分岐された残りの作動媒体Ｆ１は、第１熱交換器（蒸発器Ａ）３−１により加熱されて湿り蒸気を経て飽和蒸気又は過熱蒸気となって（符号ａ参照）Ｐ１０に至る。気相の単相となった作動媒体Ｆ１は、第１膨張機７−１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（Ｐ１１）。
【００４８】
そして、膨張機７から排出された作動媒体Ｆ１、Ｆ２及びＦ４は合流されて、凝縮器１で冷却されつつＰ１２を経て液相に戻されてＰ１に至るのである。
【００４９】
上記した実施例によれば、蒸発器として５つの熱交換器に分割された第１熱交換器３−１、第２熱交換器３−２、第３熱交換器３−３、第４熱交換器３−４及び第５熱交換器３−５により、各熱交換器での作動媒体Ｆ、Ｆ１〜Ｆ４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より細かく調整することができる。また、それぞれ、圧力や温度の異なる作動媒体Ｆ１、Ｆ２及びＦ４の温度や圧力に合わせてそれぞれの膨張機７−１〜７−３を設計し得る。これらによって、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７−１〜７−３に発電機８を接続した発電システム１１であれば発電の効率を向上させることができる。
【００５０】
なお、実施例１及び２の発電システム１０及び１１において、絞り弁４、４２、４３を液圧モータとして、その動作出力を送液ポンプ２の動作源の一部として用いることもできる。これにより、発電システム１０及び１１の作動エネルギー効率を向上させ得る。
【００５１】
また、実施例２の発電システム１１において、作動媒体Ｆ１、Ｆ２及びＦ４のうち２つを蒸発器の下流において合流させて膨張機に導くこともできる。この場合、合流させる作動媒体は、減圧弁や膨脹機、又は圧縮機さらにはエジェクタ等の何れかを使用することにより互いの圧力を揃えるようにすることが好ましい。
【００５２】
［実施例３］
次に、本発明による発電システムのさらに他の１つの実施例について図４及び図５を用いてその詳細を説明する。
【００５３】
図４に示すように、ランキンサイクルによる発電システム１２では、上記した実施例１の発電システム１０における液相ポンプ２及び第３熱交換器３−３について、作動媒体Ｆ１及びＦ２の経路を並列にしている。
【００５４】
詳細には、作動媒体Ｆは、凝縮器１の下流において作動媒体Ｆ１及びＦ２に分岐されてそれぞれ第１送液ポンプ２−１及び第２送液ポンプ２−２に導かれ、第３熱交換器３−３に送られる。第３熱交換器３−３では、作動媒体Ｆ１及びＦ２をそれぞれの経路で互いに別個に通過させる。また、第１熱交換器３−１及び第２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Ｆ１及びＦ２を液相のまま加熱する。つまり、第３熱交換器３−３を、第２流体ｆ２及び作動媒体Ｆ１及びＦ２の計３つの流体の経路を有するいわゆる３パスの熱交換器とするのである。
【００５５】
第３熱交換器３−３により加熱された作動媒体Ｆ１及びＦ２はそれぞれ第１熱交換器３−１及び第２熱交換器３−２に導かれるが、第２送液ポンプ２−２により第２熱交換器３−２に導かれる作動媒体Ｆ２の圧力を調整し得るので、絞り弁を不要とできる。その他については実施例１の発電システム１０と同様である
【００５６】
本実施例によれば、第１送液ポンプ２−１及び第２送液ポンプ２−２のそれぞれによって第３熱交換器３−３の下流の作動媒体Ｆの流量や圧力の調整ができて、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。
【００５７】
また、図５に示すように、第３熱交換器３−３を第３熱交換器３−３ａ及び３−３ｂの２つに分離させた発電システム１２’とすることもできる。この場合、高温媒体である第２流体ｆ２を第２熱交換器３−２の下流で分岐させる。分岐された第２流体ｆ２は第３熱交換器３−３ａ及び３−２の下流で合流させてもよい。このような発電システム１２’によれば、第３熱交換器３−３ａ及び３−３ｂのそれぞれで、互いの熱バランスを調整するよう第２流体ｆ２の流量を制御できて、蒸発器の熱バランスをより細かく調整できる。
【００５８】
［実施例４］
次に、本発明による発電システムのさらに他の１つの実施例について図６用いてその詳細を説明する。
【００５９】
図６に示すように、ランキンサイクルによる発電システム１３では、上記した実施例３の発電システム１２’における凝縮器１について、作動媒体Ｆ１及びＦ２の経路を並列にしている。
【００６０】
詳細には、作動媒体は、凝縮器１の上流において作動媒体Ｆ１及びＦ２に分岐されてそれぞれ第１凝縮器１ａ及び第２凝縮器１ｂを通過し、第１送液ポンプ２−１及び第２送液ポンプ２−２に導かれる。つまり、作動媒体Ｆ１及びＦ２は互いに合流することなく２つのランキンサイクルを形成する。すなわち、作動媒体Ｆ１は、第１凝縮器１ａ、第１送液ポンプ２−１、第３熱交換器３−３ａ、第１熱交換器３−１、第１膨張機７−１を順に通過する。また作動媒体Ｆ２は、第２凝縮器１ｂ、第２送液ポンプ２−２、第３熱交換器３−３ｂ、第２熱交換器３−２、第２膨張機７−２を順に通過する。なお、凝縮器１及び第３熱交換器３−３は、分離させずに、高温又は低温媒体と作動媒体Ｆ１及びＦ２の３つの経路を有するいわゆる３パスの熱交換器とすることもできる。
【００６１】
本実施例によれば、作動媒体Ｆ１及びＦ２を分岐したままとでき、それぞれの作動媒体の流量調整を容易として、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。
【００６２】
なお、上記した実施例１乃至４の発電システム１０乃至１３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。作動媒体Ｆを共沸混合媒体或いは非共沸混合媒体としても良い。また上述した方法は作動媒体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応用してもよい。
【００６３】
また、発電機８の代わりに膨張機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。
【００６４】
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】
【００６５】
１      凝縮器
２      送液ポンプ
３−１  第１熱交換器
３−２  第２熱交換器
３−３  第３熱交換器
４      絞り弁
７−１  第１膨張機
７−２  第２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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【図６】
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