特許 6776190 熱エネルギー回収装置及び熱エネルギー回収方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6776190

(24)【登録日】2020年10月9日

(45)【発行日】2020年10月28日

(54)【発明の名称】熱エネルギー回収装置及び熱エネルギー回収方法

(51)【国際特許分類】

   F01K 25/10 20060101AFI20201019BHJP

   F25B 27/02 20060101ALI20201019BHJP

【ＦＩ】

   F01K25/10 R

   F25B27/02 Z

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-123980(P2017-123980)

(22)【出願日】2017年6月26日

(65)【公開番号】特開2019-7420(P2019-7420A)

(43)【公開日】2019年1月17日

【審査請求日】2019年9月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100067828

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 悦司

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100137143

【弁理士】

【氏名又は名称】玉串 幸久

(72)【発明者】

【氏名】高橋 和雄

【審査官】 高吉 統久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０５７３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０３１４８１８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭５４−１４００４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１８０３２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０１４３３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ １３／０２

Ｆ０１Ｋ ２３／０２−２３／０６

Ｆ０１Ｋ ２５／１０

Ｆ２５Ｂ ２７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱源側熱交換器に接続されて使用される熱エネルギー回収装置であって、
前記熱源側熱交換器で加熱された加熱媒体が再び前記熱源側熱交換器に戻るように、前記熱源側熱交換器に接続される加熱媒体回路と、
前記加熱媒体回路に接続されるとともに第１作動媒体が循環する第１循環回路に接続され、前記加熱媒体によって前記第１作動媒体を加熱する第１加熱器を有する第１バイナリ発電機と、
前記加熱媒体回路に接続されるとともに第２作動媒体が循環する第２循環回路に接続され、前記第１加熱器よりも低い温度域の加熱媒体によって前記第２作動媒体を加熱する第２加熱器を有する第２バイナリ発電機と、
前記第１加熱器から流出して前記第２加熱器に向かう加熱媒体によって前記第２加熱器から流出して前記熱源側熱交換器に向かう加熱媒体を加熱する再生熱交換器と、を備えている、
熱エネルギー回収装置。

【請求項2】

前記加熱媒体回路は、前記加熱媒体が液状のまま循環するように設定されている、
請求項１に記載の熱エネルギー回収装置。

【請求項3】

前記第１バイナリ発電機は、前記第１加熱器で加熱されたガス状の第１作動媒体を膨張させる第１膨張機を有し、
前記第２バイナリ発電機は、前記第２加熱器で加熱されたガス状の第２作動媒体を膨張させる第２膨張機を有し、
前記第１膨張機の膨張比は、前記第２膨張機の膨張比よりも大きい、
請求項１又は２に記載の熱エネルギー回収装置。

【請求項4】

熱源側熱交換器において加熱された加熱媒体を第１バイナリ発電機の第１加熱器に流入させて、前記加熱媒体によって第１循環回路の第１作動媒体を加熱する第１加熱工程と、
前記第１加熱器において第１作動媒体によって冷却された加熱媒体を第２バイナリ発電機の第２加熱器に導入して、前記加熱媒体によって第２循環回路の第２作動媒体を加熱する第２加熱工程と、
前記第１加熱器から導出されて前記第２加熱器に向かう前記加熱媒体によって前記第２加熱器から導出されて前記熱源側熱交換器に向かう加熱媒体を加熱する再生加熱工程と、を含む、
熱エネルギー回収方法。

【請求項5】

前記加熱媒体は、前記熱源側熱交換器で加熱された前記加熱媒体が再び前記熱源側熱交換器に戻るように、前記熱源側熱交換器に接続される加熱媒体回路を液状のまま循環する、
請求項４に記載の熱エネルギー回収方法。

【請求項6】

前記第１循環回路における第１膨張機での膨張比は、前記第２循環回路における第２膨張機での膨張比よりも大きい、
請求項４又は５に記載の熱エネルギー回収方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱エネルギー回収装置及び熱エネルギー回収方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、下記特許文献１に開示されているように、熱源流体の熱を利用して発電を行う熱エネルギー回収装置が知られている。特許文献１に開示された熱エネルギー回収装置は、図３及び図４に示すように、熱源流体が流れる流路８０に２つの発電装置８１，８２が直列に接続された構成となっている。具体的に、熱エネルギー回収装置は、熱源流体が流れる流路８０における上流側に接続されたバイナリ発電機からなる第１発電装置８１と、流路８０における下流側に接続されたバイナリ発電機からなる第２発電装置８２とを備えている。第１発電装置８１は、蒸発器８１ａと予熱器８１ｂからなる第１加熱器と、蒸発器８１ａで蒸発した作動流体を膨張させる膨張機８１ｃと、を有する。第２発電装置８２も蒸発器８２ａと予熱器８２ｂからなる第２加熱器と、蒸発器８２ａで蒸発した作動流体を膨張させる膨張機８２ｃとを有する。図３の構成では、第１加熱器の蒸発器８１ａを流れ出た熱源流体は、流路８０を通して第２加熱器の蒸発器８２ａに直接導入される。一方、図４の構成では、第１加熱器の蒸発器８１ａを流れ出た熱源流体は、第１加熱器の予熱器８１ｂを経由して第２加熱器の蒸発器８２ａに導入される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１−２８５６０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

図３の構成では、第１加熱器の蒸発器８１ａを流れ出た熱源流体は、第２加熱器の蒸発器８２ａに直接導入される。このため、第１加熱器の蒸発器８１ａの熱源流体の出側温度と、第２加熱器の蒸発器８２ａの入り側温度が等しくなる。したがって、第１加熱器の蒸発器８１ａにおける作動流体の出側の温度と第２加熱器の蒸発器８２ａの出側の温度との温度差は、第１加熱器の蒸発器８１ａにおける熱源流体の入り側温度と出側の温度との温度差と略等しくなる。例えば特許文献１では、第１加熱器の蒸発器８１ａにおける作動流体の出側の温度が９７℃で、第２加熱器の蒸発器８２ａにおける作動流体の出側の温度が７７℃であり、その温度差は２０℃である。一方、第１加熱器の蒸発器８１ａにおける熱源流体の入り側温度が１２０℃で、その出側の温度（すなわち第２加熱器の蒸発器８２ａにおける熱源流体の入り側温度と等しい温度）が１００℃であり、その温度差は２０℃となる。このため、第１発電装置８１の第１加熱器における熱源流体の入り側温度（例えば１２０℃）と出側温度（例えば１００℃）が決まれば、これらの温度の関係から第２発電装置の膨張機８２ｃの入り側温度が決まるため、膨張機８２ｃの設計が決まることになる。つまり、図３の構成では、第１発電装置８１の第１加熱器（蒸発器８１ａ）における熱源流体の入り側温度及び出側温度がそれぞれ１２０℃及び１００℃に設定される場合、第２発電装置８２の膨張機８２ｃは、例えば７７℃の作動流体を膨張させたときに発電効率が高くなるように設計されることになる。このため、図３の構成を採用するには、第２発電装置８２（より具体的には第２膨張機８２ｃ）を第１発電装置に合わせて専用に設計することが必要になり、既存の発電装置として、膨張機が例えば５７℃程度の作動流体を膨張させたときに発電効率が高くなるものがあったとしても、既存の発電装置をそのまま利用できるようなことにはならない。

【0005】

一方、図４の構成のように、第１加熱器の蒸発器８１ａを流れ出た熱源流体が、第１加熱器の予熱器８１ｂを経由して第２加熱器の蒸発器８２ａに導入される構成では、第１加熱器の蒸発器８１ａと第２加熱器の蒸発器８２ａとの温度差が図３の構成に比べて大きくなる。例えば、第１加熱器の蒸発器８１ａにおける作動流体の出側の温度は９７℃で、第２加熱器の蒸発器８２ａにおける作動流体の出側の温度は５７℃となる。このため、図４の構成では、予熱器８１ｂを利用することによって、図３の構成で要求される温度域よりも低い温度域で発電効率が高くなる膨張機を使用することが可能となる。このため、既存の発電装置（より具体的には第２膨張機８２ｃ）をそのまま利用することが可能となる。一方で、図４の構成では、次のような問題が生ずる。

【0006】

特許文献１においては、熱源流体の流路８０が何に接続されるものなのかについて明示されていないが、例えば、蒸気等のエネルギーを回収する構成とした場合、熱源流体が流れる流路８０を、蒸気等の熱を取り出す熱源側熱交換器に接続することが考えられる。この場合、流路８０により、熱源側熱交換器と第１加熱器及び第２加熱器との間で熱源流体を循環させる構成にすることができる。この場合において、例えば熱源側熱交換器において蒸気等から取り出される熱量が限られていることもあり、その場合、第１加熱器の蒸発器８１ａの温度域と第２加熱器の蒸発器８２ａの温度域が離れている場合、熱源側熱交換器に戻される熱源流体の温度が下がり過ぎることとなる。このため、このシステムを継続して運転させようとしても、熱源側熱交換器に戻される熱源流体の温度が次第に下がり、運転を安定して行うことができないという問題が生ずる。

【0007】

そこで、本発明は、前記従来技術を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発電効率が高くなる温度域が異なる２つのバイナリ発電機を有する熱エネルギー回収装置又は当該装置を用いた熱エネルギー回収方法において、一方のバイナリ発電機を、他方のバイナリ発電機での温度域に合わせて専用に設計することが回避でき、さらに、熱エネルギー回収装置を熱源側熱交換器に接続して使用する場合に、安定して運転を行うことができるようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記の目的を達成するため、本発明は、熱源側熱交換器に接続されて使用される熱エネルギー回収装置であって、前記熱源側熱交換器で加熱された加熱媒体が再び前記熱源側熱交換器に戻るように、前記熱源側熱交換器に接続される加熱媒体回路と、前記加熱媒体回路に接続されるとともに第１作動媒体が循環する第１循環回路に接続され、前記加熱媒体によって前記第１作動媒体を加熱する第１加熱器を有する第１バイナリ発電機と、前記加熱媒体回路に接続されるとともに第２作動媒体が循環する第２循環回路に接続され、前記第１加熱器よりも低い温度域の加熱媒体によって前記第２作動媒体を加熱する第２加熱器を有する第２バイナリ発電機と、前記第１加熱器から流出して前記第２加熱器に向かう加熱媒体によって前記第２加熱器から流出して前記熱源側熱交換器に向かう加熱媒体を加熱する再生熱交換器と、を備えている、熱エネルギー回収装置。

【0009】

本発明では、加熱媒体回路が熱源側熱交換器に接続された状態においては、熱源側熱交換器において加熱されて加熱媒体回路を流れる加熱媒体は、第１バイナリ発電機の第１加熱器において第１作動媒体を加熱することにより、温度が低下する。第１加熱器に流入する前の加熱媒体よりも温度が低下した加熱媒体は、再生熱交換器において、第２加熱器から導出された加熱媒体を加熱することによって、更に温度が低下する。再生熱交換器を通過することによって更に温度が低下した加熱媒体は、第２バイナリ発電機の第２加熱器において第２作動媒体を加熱する。すなわち、第２加熱器は、第１加熱器よりも低い温度域の加熱媒体によって第２作動媒体を加熱する設定となっている。したがって、高効率の発電効率が得られる温度域が、第１バイナリ発電機において高効率となる温度域よりも低い既存のバイナリ発電機であっても、当該バイナリ発電機を改良することなく、第２バイナリ発電機として使用することが可能となる。言い換えると、第２バイナリ発電機において発電効率が高くなる温度域を、第１加熱器から流出する加熱媒体の温度域に合わせるための設定を行わなくても、第２バイナリ発電機において高効率の発電性能を発揮させることができる。一方、第２バイナリ発電機の温度設定が第１バイナリ発電機に比べて低い温度域に設定されているため、第２加熱器から導出されて熱源側熱交換器に向かう加熱媒体の温度もそれに応じて低くなる。しかしながら、第２加熱器から導出されて熱源側熱交換器に向かう加熱媒体は、再生熱交換器において、第１加熱器から導出されて第２加熱器に向かう加熱媒体によって加熱される。このため、熱源側熱交換器において得られる熱量を調整できないような場合であっても、加熱媒体の加熱量が足りなくなるという事態を回避することができる。あるいは、熱源側熱交換器での加熱媒体の加熱量の増大量を抑制することができる。

【0010】

前記加熱媒体回路は、前記加熱媒体が液状のまま循環するように設定されていてもよい。この態様では、加熱媒体が加熱媒体回路を液状のまま循環するため、熱源側媒体による加熱媒体の加熱量の変動があったとしても、加熱媒体回路のどこかで加熱媒体が沸騰するという事態を回避できる。したがって、熱回収効率を安定させることができ、また、蒸気状の加熱媒体と異なり加熱媒体の取扱いが簡便になる。

【0011】

前記第１バイナリ発電機は、前記第１加熱器で加熱されたガス状の第１作動媒体を膨張させる第１膨張機を有してもよい。また、前記第２バイナリ発電機は、前記第２加熱器で加熱されたガス状の第２作動媒体を膨張させる第２膨張機を有してもよい。この場合、前記第１膨張機の膨張比は、前記第２膨張機の膨張比よりも大きいのが好ましい。この態様では、第１バイナリ発電機における膨張機の膨張比が第２バイナリ発電機における膨張機の膨張比よりも大きいため、より高温側となる第１作動媒体の熱落差を有効に利用して発電量を増大させることができる。

【0012】

本発明は、熱源側熱交換器において加熱された加熱媒体を第１バイナリ発電機の第１加熱器に流入させて、前記加熱媒体によって第１循環回路の第１作動媒体を加熱する第１加熱工程と、前記第１加熱器において第１作動媒体によって冷却された加熱媒体を第２バイナリ発電機の第２加熱器に導入して、前記加熱媒体によって第２循環回路の第２作動媒体を加熱する第２加熱工程と、前記第１加熱器から導出されて前記第２加熱器に向かう前記加熱媒体によって前記第２加熱器から導出されて前記熱源側熱交換器に向かう加熱媒体を加熱する再生加熱工程と、を含む、熱エネルギー回収方法である。

【0013】

前記熱エネルギー回収方法において、前記加熱媒体は、前記熱源側熱交換器で加熱された前記加熱媒体が再び前記熱源側熱交換器に戻るように、前記熱源側熱交換器に接続される加熱媒体回路を液状のまま循環してもよい。

【0014】

前記熱エネルギー回収方法において、前記第１循環回路における第１膨張機での膨張比は、前記第２循環回路における第２膨張機での膨張比よりも大きくてもよい。

【発明の効果】

【0015】

以上説明したように、本発明によれば、発電効率が高くなる温度域が異なる２つのバイナリ発電機を有する熱エネルギー回収装置又は当該装置を用いた熱エネルギー回収方法において、一方のバイナリ発電機を、他方のバイナリ発電機での温度域に合わせて専用に設計することが回避できる。さらに、熱エネルギー回収装置を熱源側熱交換器に接続して使用する場合に、安定して運転を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態に係る熱エネルギー回収装置の構成を概略的に示す図である。

【図2】本発明のその他の実施形態に係る熱エネルギー回収装置の構成を概略的に示す図である。

【図3】従来の熱エネルギー回収装置の構成を概略的に示す図である。

【図4】従来の熱エネルギー回収装置の構成を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

【0018】

図１に示すように、本実施形態に係る熱エネルギー回収装置１０は、例えばボイラ等で得られる蒸気のエネルギーを電気エネルギーとして回収する装置である。熱エネルギー回収装置１０は、高温の水蒸気が流れる配管４０内に設けられた伝熱管によって構成された熱源側熱交換器１に接続されて使用される。伝熱管からなる熱源側熱交換器１の一端部１ｄには、後述する加熱媒体回路１２の一端部（第１端部）１２ａが接続され、熱源側熱交換器１の他端部１ｃには、加熱媒体回路１２の他端部（第２端部）１２ｂが接続される。熱源側熱交換器１は、配管４０内を流れる高温の水蒸気によって加熱媒体を加熱する構成となっている。

【0019】

図１に示すように、本実施形態に係る熱エネルギー回収装置１０は、加熱媒体が封入された加熱媒体回路１２と、第１バイナリ発電機１４と、第２バイナリ発電機１６と、再生熱交換器１８と、ポンプ２０と、を備えている。

【0020】

加熱媒体回路１２は、熱源側熱交換器１に接続可能に構成されている。すなわち、加熱媒体回路１２の一端部（第１端部）１２ａは、熱源側熱交換器１における加熱媒体の導出口１ｄに接続されるように構成されており、加熱媒体回路１２の他端部（第２端部）１２ｂは、熱源側熱交換器１における加熱媒体の導入口１ｃに接続されるように構成されている。そして、加熱媒体回路１２が熱源側熱交換器１に接続された状態では、加熱媒体回路１２と熱源側熱交換器１とによって閉ループ状の流路が形成され、熱源側熱交換器１から導出された加熱媒体は、加熱媒体回路１２を流れて再び熱源側熱交換器１に戻る。

【0021】

加熱媒体回路１２の一端部（第１端部）１２ａを構成している配管は、第１バイナリ発電機１４に繋がっている。第１バイナリ発電機１４は、加熱媒体回路１２に接続され、加熱媒体の熱エネルギーを利用して発電を行う。第１バイナリ発電機１４は、第１作動ポンプ１４ａと第１加熱器１４ｂと第１膨張機１４ｃと第１凝縮器１４ｄとが設けられた第１作動媒体の循環回路（第１循環回路１４ｅ）を有している。第１作動ポンプ１４ａが駆動することにより、第１作動媒体が第１循環回路１４ｅ内を循環する。第１作動媒体はＲ２４５ｆａ等の低沸点冷媒である。すなわち、第１バイナリ発電機１４では、第１作動ポンプ１４ａと第１加熱器１４ｂと第１膨張機１４ｃと第１凝縮器１４ｄとによって、オーガニックランキンサイクルが構成されている。第１作動ポンプ１４ａは、回転数を調整可能なポンプによって構成されている。

【0022】

第１作動ポンプ１４ａは、所定の圧力まで第１作動媒体を加圧するように構成されている。

【0023】

第１加熱器１４ｂは、第１作動ポンプ１４ａの吐出側に配置されている。第１加熱器１４ｂは、加熱媒体によって第１作動媒体を加熱するように構成されており、第１作動媒体を蒸発させる。

【0024】

第１膨張機１４ｃは、第１加熱器１４ｂで得られたガス状の第１作動媒体を膨張させる。第１膨張機１４ｃのロータ（図示省略）に第１発電機１４ｆが接続されていて、第１作動媒体の膨張によって第１膨張機１４ｃのロータが回転し、これによって第１発電機１４ｆによる発電が行われる。

【0025】

第１凝縮器１４ｄは、第１膨張機１４ｃで膨張した作動媒体を、第１ポンプ２２が駆動されることによって第１冷却回路２４を流れる冷却媒体（冷却水等）によって冷却し、ガス状の第１作動媒体を凝縮させる。第１冷却回路２４は第１冷却器２６に接続されている。冷却媒体は、第１冷却器２６と第１凝縮器１４ｄとの間を循環する。

【0026】

なお、第１加熱器１４ｂは、第１作動媒体を蒸発させる蒸発器として構成されているがこれに限られない。例えば、第１加熱器１４ｂは、蒸発器と、蒸発器に導入される第１作動媒体を予熱するための予熱器とを有する構成であってもよい。また、第１加熱器１４ｂは、蒸発器と、蒸発器で蒸発した第１作動媒体をさらに加熱した過熱状態にする過熱器とを有する構成であってもよい。

【0027】

第２バイナリ発電機１６は、第１バイナリ発電機１４よりも下流側において加熱媒体回路１２に接続され、加熱媒体の熱エネルギーを利用して発電を行う。第２バイナリ発電機１６は、第２作動ポンプ１６ａと第２加熱器１６ｂと第２膨張機１６ｃと第２凝縮器１６ｄとが設けられた第２作動媒体の循環回路（第２循環回路１６ｅ）を有している。第２作動ポンプ１６ａが駆動することにより、第２作動媒体が第２循環回路１６ｅ内を循環する。第２作動媒体はＲ２４５ｆａ等の低沸点冷媒である。すなわち、第２バイナリ発電機１６では、第２作動ポンプ１６ａと第２加熱器１６ｂと第２膨張機１６ｃと第２凝縮器１６ｄとによって、オーガニックランキンサイクルが構成されている。第２作動ポンプ１６ａは、回転数を調整可能なポンプによって構成されている。

【0028】

第２作動ポンプ１６ａは、所定の圧力まで第２作動媒体を加圧するように構成されている。

【0029】

第２加熱器１６ｂは、第２作動ポンプ１６ａの吐出側に配置されている。第２加熱器１６ｂは、加熱媒体によって第２作動媒体を加熱するように構成されており、第２作動媒体を蒸発させる。

【0030】

第２膨張機１６ｃは、第２加熱器１６ｂで得られたガス状の第２作動媒体を膨張させる。第２膨張機１６ｃのロータ（図示省略）に第２発電機１６ｆが接続されていて、第２作動媒体の膨張によって第２膨張機１６ｃのロータが回転し、これによって第２発電機１６ｆによる発電が行われる。第２凝縮器１６ｄは、第２膨張機１６ｃで膨張した作動媒体を、第２ポンプ３２が駆動されることによって第２冷却回路３４を流れる冷却媒体（冷却水等）によって冷却し、ガス状の第２作動媒体を凝縮させる。第２冷却回路３４は第２冷却器３６に接続されている。冷却媒体は、第２冷却器３６と第２凝縮器１６ｄとの間を循環する。

【0031】

なお、第２加熱器１６ｂは、第２作動媒体を蒸発させる蒸発器として構成されているがこれに限られない。例えば、第２加熱器１６ｂは、蒸発器と、蒸発器に導入される第２作動媒体を予熱するための予熱器とを有する構成であってもよい。また、第２加熱器１６ｂは、蒸発器と、蒸発器で蒸発した第２作動媒体をさらに加熱した過熱状態にする過熱器とを有する構成であってもよい。

【0032】

第２バイナリ発電機１６は、第１バイナリ発電機１４よりも低温域での熱エネルギーで発電を行うのに適した設計となっている。すなわち、第２バイナリ発電機１６の第２加熱器１６ｂに流入する加熱媒体の温度（入り側温度）は、第１バイナリ発電機１４の第１加熱器１４ｂの出側での加熱媒体の温度（出側温度）よりも例えば１０℃以上低い。例えば、第１加熱器１４ｂに流入する加熱媒体の温度は約１３０℃で、第１加熱器１４ｂから排出される加熱媒体の温度は約１１５℃で、第２加熱器１６ｂに流入する加熱媒体の温度は約９５℃である。このため、第２循環回路１６ｅにおいて第２膨張機１６ｃに導入されるガス状の第２作動媒体の温度は、第１循環回路１４ｅにおいて第１膨張機１４ｃに導入されるガス状の第１作動媒体の温度よりも例えば１０℃以上低い。したがって、第２膨張機１６ｃに導入されるガス状の第２作動媒体の圧力は、第１膨張機１４ｃに導入されるガス状の第１作動媒体の圧力よりも相当程度低い。したがって、第２膨張機１６ｃは、第１膨張機１４ｃに比べて入り側圧力が低い圧力でロータを効率的に回転させるように設計されている。このため、第２バイナリ発電機１６は、第１バイナリ発電機１４よりも低い圧力域で高効率の発電を行う設計となっている。つまり、第２バイナリ発電機１６で発電効率がピークを示す第２膨張機１６ｃの入り側圧力（又は出側圧力）は、第１バイナリ発電機１４で発電効率がピークを示す第１膨張機１４ｃの入り側圧力（又は出側圧力）よりも低い相当程度圧力であり、この圧力よりも高くなっても低くなっても発電効率が低下する。既存のバイナリ発電機群の中から、そのような性能を有するバイナリ発電機を選んで、第２バイナリ発電機１６として改良することなく利用している。

【0033】

第１膨張機１４ｃの膨張比は第２膨張機１６ｃの膨張比よりも大きい。例えば、第１膨張機１４ｃの膨張比は、第２膨張機１６ｃの膨張比の約２倍となっている。このため、より高温側となる第１作動媒体の熱落差を有効に利用して発電量を増大させることができる。

【0034】

再生熱交換器１８は、１次側流路１８ａと２次側流路１８ｂとを有する熱交換器である。１次側流路１８ａは、加熱媒体回路１２において、第１加熱器１４ｂと第２加熱器１６ｂとの間の部位に接続されている。２次側流路１８ｂは、加熱媒体回路１２において、第２加熱器１６ｂよりも下流側、より具体的には、第２加熱器１６ｂとポンプ２０との間の部位に接続されている。

【0035】

ポンプ２０は、加熱媒体回路１２における再生熱交換器１８よりも下流側の部位に接続されている。ポンプ２０は、加熱媒体回路１２において加熱媒体を循環させる駆動力を発生する。ポンプ２０の吐出口に繋がる配管の先端部は、加熱媒体回路１２の他端部（第２端部）１２ｂを構成している。加熱媒体回路１２に封入された加熱媒体は加圧された状態となっていて、この加熱媒体は、液状のまま沸騰することなく加熱媒体回路１２を循環する。

【0036】

ここで、熱エネルギー回収装置１０によって熱エネルギーを回収する方法について、説明する。熱エネルギー回収装置１０では、ポンプ２０が駆動されると、加熱媒体が加熱媒体回路１２を循環する。

【0037】

加熱媒体は熱源側熱交換器１において配管４０内を流れる蒸気によって加熱される。加熱媒体は加圧された状態にあり、例えば１３０℃程度に加熱されても液状態のままである。つまり熱水の状態となっている。この加熱媒体は、加熱媒体回路１２を流れて、第１バイナリ発電機１４の第１加熱器１４ｂに流入する。そして、第１加熱器１４ｂでは、加熱媒体によって第１作動媒体が加熱される（第１加熱工程）。本実施形態では、第１加熱器１４ｂにおいて、液状の第１作動媒体が蒸発し、蒸気状の作動媒体となる。一方、加熱媒体は第１加熱器１４ｂにおいて冷却され、例えば１１５℃程度の温度になる。このときも加熱媒体は液状態のままである。

【0038】

第１加熱器１４ｂにおいて第１作動媒体によって冷却された加熱媒体は、再生熱交換器１８の１次側流路１８ａに導入される。１次側流路１８ａを流れる加熱媒体は、２次側流路１８ｂの加熱媒体と熱交換し、さらに冷却される。このときの加熱媒体の温度は例えば９５℃程度であるが、この加熱媒体はやはり液状態のままであって、温水となっている。

【0039】

再生熱交換器１８で冷却された加熱媒体は、第２バイナリ発電機１６の第２加熱器１６ｂに流入する。そして、第２加熱器１６ｂでは、加熱媒体によって第２作動媒体が加熱される（第２加熱工程）。本実施形態では、第２加熱器１６ｂにおいて、液状の第２作動媒体が蒸発し、蒸気状の作動媒体となる。一方、加熱媒体は第２加熱器１６ｂにおいてさらに冷却され、例えば８２℃程度の温度になる。このときも加熱媒体は液状態のままである。すなわち、加熱媒体は温水の状態のままである。

【0040】

第２加熱器１６ｂから導出された加熱媒体は、熱源側熱交換器１に向かって流れるが、熱源側熱交換器１に流入する前に再生熱交換器１８の２次側流路１８ｂに導入される。２次側流路１８ｂを流れる加熱媒体は、第１加熱器１４ｂから導出されて第２加熱器１６ｂに向かって１次側流路１８ａを流れる加熱媒体によって加熱される（再生加熱工程）。このため、加熱媒体が第２加熱器１６ｂで冷却されてそのまま熱源側熱交換器１に導入される場合では、熱源側熱交換器１で得られる熱量が足りないという事態を回避することが可能となる。

【0041】

第１バイナリ発電機１４においては、第１加熱器１４ｂにおいて蒸発した第１作動媒体は、第１膨張機１４ｃに導入され、第１膨張機１４ｃのロータを回転させる。これにより、第１発電機１４ｆによる発電が行われる。すなわち、熱源側熱交換器１において加熱媒体に与えられた蒸気の熱エネルギーが、第１バイナリ発電機１４において電気エネルギーとして回収される。第１膨張機１４ｃで膨張した第１作動媒体は、第１凝縮器１４ｄにおいて冷却媒体によって冷却されて凝縮し、この液状の第１作動媒体はポンプ１４ａによって加圧されて第１加熱器１４ｂに導入される。第１バイナリ発電機１４では、このような第１作動媒体の循環が繰り返される。

【0042】

第２バイナリ発電機１６においては、第２加熱器１６ｂにおいて蒸発した第２作動媒体は、第２膨張機１６ｃに導入され、第２膨張機１６ｃのロータを回転させる。これにより、第２発電機１６ｆによる発電が行われる。すなわち、熱源側熱交換器１において加熱媒体に与えられた蒸気の熱エネルギーが、第２バイナリ発電機１６においても電気エネルギーとして回収される。第２膨張機１６ｃで膨張した第２作動媒体は、第２凝縮器１６ｄにおいて冷却媒体によって冷却されて凝縮し、この液状の第２作動媒体はポンプ１６ａによって加圧されて第２加熱器１６ｂに導入される。第２バイナリ発電機１６では、このような第２作動媒体の循環が繰り返される。

【0043】

以上説明したように、本実施形態では、加熱媒体回路１２が熱源側熱交換器１に接続された状態において、熱源側熱交換器１において加熱された加熱媒体は、第１バイナリ発電機１４の第１加熱器１４ｂに導入されて、第１作動媒体を加熱する。これにより、加熱媒体の温度が低下する。第１加熱器１４ｂに流入する前の加熱媒体よりも温度が低下した加熱媒体は、再生熱交換器１８において、第２加熱器１６ｂから導出された加熱媒体を加熱することによって、更に温度が低下する。再生熱交換器１８を通過することによって更に温度が低下した加熱媒体は、第２バイナリ発電機１６の第２加熱器１６ｂにおいて第２作動媒体を加熱する。すなわち、第２加熱器１６ｂは、第１加熱器１４ｂよりも低い温度域の加熱媒体によって第２作動媒体を加熱する設定となっている。したがって、高効率の発電効率が得られる温度域が、第１バイナリ発電機１４において高効率となる温度域よりも低い既存のバイナリ発電機であっても、当該バイナリ発電機を改良することなく、第２バイナリ発電機１６として使用することが可能となる。言い換えると、第２バイナリ発電機１６において発電効率が高くなる温度域を、第１加熱器１４ｂから流出する加熱媒体の温度域に合わせるための設定を行わなくても、第２バイナリ発電機１６において高効率の発電性能を発揮させることができる。一方、第２バイナリ発電機１６の温度設定が第１バイナリ発電機１４に比べて低い温度域に設定されているため、第２加熱器１６ｂから導出されて熱源側熱交換器１に向かう加熱媒体の温度もそれに応じて低くなる。しかしながら、第２加熱器１６ｂから導出されて熱源側熱交換器１に向かう加熱媒体は、再生熱交換器１８において、第１加熱器１４ｂから導出されて第２加熱器１６ｂに向かう加熱媒体によって加熱される。このため、熱源側熱交換器１において得られる熱量を調整できないような場合であっても、加熱媒体の加熱量が足りなくなるという事態を回避することができる。あるいは、熱源側熱交換器１での加熱媒体の加熱量の増大量を抑制することができる。

【0044】

また本実施形態では、加熱媒体が加熱媒体回路１２を液状のまま循環するため、熱源側媒体による加熱媒体の加熱量の変動があったとしても、加熱媒体回路１２のどこかで加熱媒体が沸騰するという事態を回避できる。したがって、熱回収効率を安定させることができ、また、蒸気状の加熱媒体と異なり加熱媒体の取扱いが簡便になる。

【0045】

また本実施形態では、第１バイナリ発電機１４における膨張機の膨張比が第２バイナリ発電機１６における膨張機の膨張比よりも大きいため、より高温側となる第１作動媒体の熱落差を有効に利用して発電量を増大させることができる。

【0046】

なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、熱源側熱交換器１は、地中に埋設されて地熱を取り出す構成でもよい。例えば、図２に示すように、熱エネルギー回収装置１０が接続される熱源側熱交換器１は、地中に埋設された蒸気取り出し管４４に接続された配管４５に接続される一次側伝熱管１ａと、加熱媒体回路１２に接続可能に構成された二次側伝熱管１ｂと、を備えている。加熱媒体回路１２の一端部（第１端部）１２ａは、二次側伝熱管１ｂの一端部に接続可能に構成され、加熱媒体回路１２の他端部（第２端部）１２ｂは、二次側伝熱管１ｂの他端部に接続可能に構成されている。

【0047】

図１及び図２の構成において、加熱媒体が加熱媒体回路１２を液状のまま循環する構成に限られない。第１加熱器１４ｂに導入される加熱媒体が一部蒸気状となるように設定されていて、第１加熱器１４ｂ又は再生熱交換器１８において凝縮する設定であってもよい。

【0048】

また、図１及び図２の構成において、第１膨張機１４ｃの膨張比が第２膨張機１６ｃの膨張比よりも大きい設定には限られず、膨張比が同じであってもよい。

【符号の説明】

【0049】

１ 熱源側熱交換器
１０ 熱エネルギー回収装置
１２ 加熱媒体回路
１４ 第１バイナリ発電機
１４ｂ 第１加熱器
１４ｃ 第１膨張機
１６ 第２バイナリ発電機
１６ｂ 第２加熱器
１６ｃ 第２膨張機
１８ 再生熱交換器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】