特許 6852458 バイナリー発電装置およびバイナリー発電方法

(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】6852458

(24)【登録日】2021年3月15日

(45)【発行日】2021年3月31日

(54)【発明の名称】バイナリー発電装置およびバイナリー発電方法

(51)【国際特許分類】

   F28B 7/00 20060101AFI20210322BHJP

   F01K 23/02 20060101ALI20210322BHJP

   F01K 25/10 20060101ALI20210322BHJP

   F28F 27/02 20060101ALI20210322BHJP

【ＦＩ】

   F28B7/00

   F01K23/02 Z

   F01K25/10 C

   F28F27/02 C

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-35230(P2017-35230)

(22)【出願日】2017年2月27日

(65)【公開番号】特開2018-141579(P2018-141579A)

(43)【公開日】2018年9月13日

【審査請求日】2019年10月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100176245

【弁理士】

【氏名又は名称】安田 亮輔

(72)【発明者】

【氏名】頼 泰弘

(72)【発明者】

【氏名】三好 一雄

(72)【発明者】

【氏名】高橋 賢一

(72)【発明者】

【氏名】和田 大輔

【審査官】 所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５８−１８３８０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−００４３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１５６２０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｂ ７／００

Ｆ０１Ｋ ２３／０２

Ｆ０１Ｋ ２５／１０

Ｆ２８Ｆ ２７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱源により加熱され蒸発した作動媒体を用いて発電を行うバイナリー発電装置であって、
前記作動媒体が通る作動媒体ラインと、
前記作動媒体ラインに設けられ、前記作動媒体を蒸発させるための１つ又は複数の蒸発器と、
前記蒸発器の下流側で前記作動媒体ラインに接続され、前記蒸発器で蒸発した作動媒体を用いて発電を行う膨張発電機と、
前記蒸発器の上流側で前記作動媒体ラインに設けられ、前記作動媒体を予熱するための１つ又は複数の予熱器と、
前記熱源である蒸気または前記蒸気が凝縮された凝縮水が通る熱源ラインであって、前記蒸発器の第１入口に接続される蒸気供給部と、前記蒸発器内に設けられた第１熱交換部と、前記蒸発器の第１出口と前記予熱器の第２入口とに接続される中間部と、前記予熱器内に設けられた第２熱交換部と、前記予熱器の第２出口に接続されるドレン水排出部と、を含む熱源ラインと、
前記熱源ラインに設けられ、前記熱源ラインにおける前記蒸気または前記凝縮水の状態を取得する熱源状態取得部と、
前記熱源ラインに設けられ、前記蒸気の流量を調整するように構成された蒸気流量調整機構と、
前記熱源状態取得部が取得した前記状態に基づいて前記蒸気流量調整機構を制御し、前記熱源ラインを通る前記蒸気の流量を調整するコントローラと、を備え、
前記熱源状態取得部は、少なくとも前記中間部に設けられて前記中間部内の流体の温度、圧力または前記凝縮水の液位に関するパラメータを検出するセンサであり、
前記コントローラは、前記センサが検出する前記パラメータに基づいて、前記中間部内のある位置において前記蒸気が存在すると判断した場合に、前記蒸気の流量を減少させる蒸気量減少制御を行う、バイナリー発電装置。

【請求項2】

前記蒸気流量調整機構は、前記熱源ラインの前記ドレン水排出部に設けられる、請求項１に記載のバイナリー発電装置。

【請求項3】

前記熱源状態取得部は、前記中間部に設けられて前記流体の温度を検出する温度センサであり、
前記コントローラは、前記温度センサが検出する前記凝縮水の温度が第２温度閾値以上である場合に、前記蒸気の流量を減少させる蒸気量減少制御を行う、請求項１または２に記載のバイナリー発電装置。

【請求項4】

前記熱源状態取得部は、前記中間部および前記ドレン水排出部に接続されて前記予熱器の前後における圧力差を検出する圧力差センサであり、
前記コントローラは、前記圧力差センサが検出する前記圧力差が圧力閾値以上である場合に、前記蒸気の流量を減少させる蒸気量減少制御を行う、請求項１または２に記載のバイナリー発電装置。

【請求項5】

前記予熱器の第２入口は前記蒸発器の第１出口より低い位置に配置されており、
前記熱源状態取得部は、前記中間部に設けられて前記中間部内における前記凝縮水の液位を検出する液位センサであり、
前記コントローラは、前記液位センサが検出する前記凝縮水の液位が液位閾値より低い場合に、前記蒸気の流量を減少させる蒸気量減少制御を行う、請求項１または２に記載のバイナリー発電装置。

【請求項6】

熱源により加熱され蒸発した作動媒体を用いてバイナリー発電装置にて発電を行うバイナリー発電方法であって、
前記バイナリー発電装置は、前記作動媒体が通る作動媒体ラインと、前記作動媒体ラインに設けられ、前記作動媒体を蒸発させるための１つ又は複数の蒸発器と、前記蒸発器の下流側で前記作動媒体ラインに接続され、前記蒸発器で蒸発した作動媒体を用いて発電を行う膨張発電機と、前記蒸発器の上流側で前記作動媒体ラインに設けられ、前記作動媒体を予熱するための１つ又は複数の予熱器と、前記熱源である蒸気または前記蒸気が凝縮された凝縮水が通り、前記蒸発器および前記予熱器において前記作動媒体を加熱する熱源ラインと、を備え、前記熱源ラインは、前記蒸発器の出口と前記予熱器の入口とに接続される中間部を含み、
前記熱源ラインにおける前記蒸気または前記凝縮水の状態を取得する熱源状態取得工程と、
前記熱源ラインにおける前記蒸気または前記凝縮水の前記状態に基づいて前記熱源ラインを通る前記蒸気の流量を調整する蒸気流量調整工程と、を含み、
前記熱源状態取得工程では、少なくとも前記中間部に設けられたセンサによって前記中間部内の流体の温度、圧力または前記凝縮水の液位に関するパラメータを検出し、
前記蒸気流量調整工程では、前記センサが検出する前記パラメータに基づいて、前記中間部内のある位置において前記蒸気が存在すると判断した場合に、前記蒸気の流量を減少させる蒸気量減少制御を行う、バイナリー発電方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バイナリー発電装置およびバイナリー発電方法に関する。

【背景技術】

【0002】

熱源として蒸気を利用するバイナリー発電が知られている。バイナリー発電に用いられる作動媒体は、熱交換器において蒸気によって加熱される。複数の熱交換器が設置される場合がある。たとえば、特許文献１に記載の装置は、作動媒体を蒸発させる蒸発器と、蒸発器で熱交換する前の作動媒体が導入され、蒸発器において熱交換された後の蒸気のドレンを冷却するための熱交換器とを備える。特許文献２に記載の装置は、作動媒体を蒸発させる蒸発器と、蒸発した作動媒体を更に加熱して過熱状態とする過熱器とを備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５−４３５７号公報

【特許文献2】特開２０１３−１８１４５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の装置では、蒸気のドレンを冷却するための熱交換器において、作動媒体の予熱が行われる。一方、たとえば定格運転中においては、バイナリー発電装置に供給された蒸気はある一定温度のドレン水として排出される。ドレン水は、後段の設備において利用されたり、あるいは蒸気発生ボイラへの給水として再利用されたりする。しかしながら、起動停止時の負荷変動や蒸気流量の変動等に起因して、排出されるドレン水に未凝縮の蒸気が混入する可能性がある。蒸気がドレン水に混入すると、配管における騒音の発生や、配管の減肉が加速するといった問題が生じ得る。

【0005】

本発明は、バイナリー発電装置の運転状況に関わらず、安定的にドレン水を排出することができるバイナリー発電装置およびバイナリー発電方法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】

【0006】

本発明の一態様は、熱源により加熱され蒸発した作動媒体を用いて発電を行うバイナリー発電装置であって、作動媒体が通る作動媒体ラインと、作動媒体ラインに設けられ、作動媒体を蒸発させるための１つ又は複数の蒸発器と、蒸発器の下流側で作動媒体ラインに接続され、蒸発器で蒸発した作動媒体を用いて発電を行う膨張発電機と、蒸発器の上流側で作動媒体ラインに設けられ、作動媒体を予熱するための１つ又は複数の予熱器と、熱源である蒸気または蒸気が凝縮された凝縮水が通る熱源ラインであって、蒸発器の第１入口に接続される蒸気供給部と、蒸発器内に設けられた第１熱交換部と、蒸発器の第１出口と予熱器の第２入口とに接続される中間部と、予熱器内に設けられた第２熱交換部と、予熱器の第２出口に接続されるドレン水排出部と、を含む熱源ラインと、熱源ラインに設けられ、熱源ラインにおける蒸気または凝縮水の状態を取得する熱源状態取得部と、熱源ラインに設けられ、蒸気の流量を調整するように構成された蒸気流量調整機構と、熱源状態取得部が取得した状態に基づいて蒸気流量調整機構を制御し、熱源ラインを通る蒸気の流量を調整するコントローラと、を備え、熱源状態取得部は、少なくとも中間部に設けられて中間部内の流体の温度、圧力または凝縮水の液位に関するパラメータを検出するセンサであり、コントローラは、センサが検出するパラメータに基づいて、中間部内のある位置において蒸気が存在すると判断した場合に、蒸気の流量を減少させる蒸気量減少制御を行う。

【0007】

このバイナリー発電装置によれば、熱源状態取得部によって、熱源ラインにおける蒸気または凝縮水の状態が取得される。蒸発器および予熱器で行われる熱交換に対して、熱源である蒸気の流量が多い場合には、蒸気の凝縮が不十分になり得る。その場合、蒸気が予熱器の第２熱交換部やドレン水排出部に存在していることとなり、配管における騒音の発生や、配管の減肉が加速するといった問題が生じ得る。上記のバイナリー発電装置によれば、コントローラによって、蒸気または凝縮水の状態に基づいて蒸気の流量が調整されるので、蒸気の凝縮が不十分である場合に蒸気の流量を減少させる制御が可能である。よって、バイナリー発電装置の運転状況に関わらず、安定的にドレン水を排出することができる。蒸発器と予熱器との間に位置する中間部で蒸気または凝縮水に関するパラメータが検出されることにより、中間部内のある位置において蒸気が存在するか否か（すなわち蒸気の凝縮が完了しているか否か）を判断することができる。中間部内のある位置において蒸気が存在すると判断された場合に、蒸気の流量が減少させられる。これにより、予熱器の第２熱交換部やドレン水排出部ではドレン水のみが存在し蒸気は存在しない状態を安定的に作りだすことができる。

【0008】

いくつかの態様において、蒸気流量調整機構は、熱源ラインのドレン水排出部に設けられる。蒸気流量調整機構が、蒸気の存在する部分、たとえば蒸気供給部等に設けられた場合、蒸気の熱量を奪ってしまう可能性がある。これに対して、ドレン水排出部では熱量が低くなっているので、ドレン水排出部に蒸気流量調整機構が設けられていると、エネルギー効率の観点においてトータルで有利である。

【0011】

いくつかの態様において、熱源状態取得部は、中間部に設けられて流体の温度を検出する第２温度センサであり、コントローラは、第２温度センサが検出する凝縮水の温度が第２温度閾値以上である場合に、蒸気の流量を減少させる蒸気量減少制御を行う。この場合、中間部における流体の温度に基づいて、中間部内のある位置において蒸気が存在するか否か（すなわち蒸気の凝縮が完了しているか否か）を判断することができる。

【0012】

いくつかの態様において、熱源状態取得部は、中間部およびドレン水排出部に接続されて予熱器の前後における圧力差を検出する圧力差センサであり、コントローラは、圧力差センサが検出する圧力差が圧力閾値以上である場合に、蒸気の流量を減少させる蒸気量減少制御を行う。この場合、中間部とドレン水排出部との間における圧力差に基づいて、中間部内のある位置において蒸気が存在するか否か（すなわち蒸気の凝縮が完了しているか否か）を判断することができる。

【0013】

いくつかの態様において、予熱器の第２入口は蒸発器の第１出口より低い位置に配置されており、熱源状態取得部は、中間部に設けられて中間部内における凝縮水の液位を検出する液位センサであり、コントローラは、液位センサが検出する凝縮水の液位が液位閾値より低い場合に、蒸気の流量を減少させる蒸気量減少制御を行う。この場合、中間部における凝縮水の液位に基づいて、中間部内のある位置において蒸気が存在するか否か（すなわち蒸気の凝縮が完了しているか否か）を判断することができる。

【0014】

本発明の別の態様は、熱源により加熱され蒸発した作動媒体を用いてバイナリー発電装置にて発電を行うバイナリー発電方法であって、バイナリー発電装置は、作動媒体が通る作動媒体ラインと、作動媒体ラインに設けられ、作動媒体を蒸発させるための１つ又は複数の蒸発器と、蒸発器の下流側で作動媒体ラインに接続され、蒸発器で蒸発した作動媒体を用いて発電を行う膨張発電機と、蒸発器の上流側で作動媒体ラインに設けられ、作動媒体を予熱するための１つ又は複数の予熱器と、熱源である蒸気または蒸気が凝縮された凝縮水が通り、蒸発器および予熱器において作動媒体を加熱する熱源ラインと、を備え、熱源ラインは、蒸発器の出口と予熱器の入口とに接続される中間部を含み、熱源ラインにおける蒸気または凝縮水の状態を取得する熱源状態取得工程と、熱源ラインにおける蒸気または凝縮水の状態に基づいて熱源ラインを通る蒸気の流量を調整する蒸気流量調整工程と、を含み、熱源状態取得工程では、少なくとも中間部に設けられたセンサによって中間部内の流体の温度、圧力または凝縮水の液位に関するパラメータを検出し、蒸気流量調整工程では、センサが検出するパラメータに基づいて、中間部内のある位置において蒸気が存在すると判断した場合に、蒸気の流量を減少させる蒸気量減少制御を行う。

【0015】

このバイナリー発電方法によれば、上記したバイナリー発電装置における作用と同様の作用により、バイナリー発電装置の運転状況に関わらず、安定的にドレン水を排出することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明のいくつかの態様によれば、バイナリー発電装置の運転状況に関わらず、安定的にドレン水を排出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の第１実施形態に係るバイナリー発電装置の概略構成を示す図である。

【図2】図１のバイナリー発電装置における制御処理を示すフローチャートである。

【図3】第２実施形態に係るバイナリー発電装置の概略構成を示す図である。

【図4】第３実施形態に係るバイナリー発電装置の概略構成を示す図である。

【図5】第４実施形態に係るバイナリー発電装置の概略構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【0019】

図１を参照して、本実施形態に係るバイナリー発電装置１について説明する。バイナリー発電装置１は、蒸気を熱源として利用して、発電を行うシステムである。バイナリー発電装置１は、たとえば工場等に設置されて、蒸気のエネルギーを利用して発電を行う。バイナリー発電装置１は、たとえばオーガニックランキンサイクル（Organic Rankine Cycle；ＯＲＣ）が採用された装置である。バイナリー発電装置１では、蒸気とバイナリー発電装置１内の作動媒体との間で、熱交換が行われる。バイナリー発電装置１に用いられる作動媒体は、水よりも沸点の低い媒体であり、たとえば代替フロン等である。

【0020】

図１に示されるように、バイナリー発電装置１は、蒸発器２Ａと、予熱器２Ｂと、膨張発電機３と、凝縮器４とを備える。バイナリー発電装置１は、これらの予熱器２Ｂ、蒸発器２Ａ、膨張発電機３および凝縮器４を通って循環ラインを形成する第１循環ラインＬ２および第２循環ラインＬ３と、この循環ラインに設けられた作動媒体ポンプ１０とを備える。本明細書において、「ライン」は、内部を流体が流れる配管もしくは管路、または、空間を意味する。また、本明細書において、「上流」または「下流」は、対象とする流体の流れの方向を基準とする。

【0021】

第１循環ラインＬ２および第２循環ラインＬ３は、作動媒体が通る作動媒体ラインである。第１循環ラインＬ２の上流端は作動媒体ポンプ１０の吐出部に接続され、第１循環ラインＬ２の下流端は膨張発電機３の入口部に接続されている。第２循環ラインＬ３の上流端は膨張発電機３の出口部に接続され、第２循環ラインＬ３の下流端は作動媒体ポンプ１０の吸込部に接続されている。

【0022】

蒸発器２Ａおよび予熱器２Ｂは第１循環ラインＬ２に設けられている。蒸発器２Ａは、蒸気と作動媒体との熱交換により、作動媒体を加熱して蒸発させる。蒸発器２Ａを経た蒸気は、凝縮されて凝縮水となる。予熱器２Ｂは、作動媒体の流れを基準として、蒸発器２Ａの上流側に設けられている。予熱器２Ｂは、凝縮水と作動媒体との熱交換により、凝縮水の顕熱で作動媒体を加熱（予熱）する。

【0023】

膨張発電機３は、たとえばタービン等のターボ型の膨張機と、膨張機に連結された発電機とを含んでいる。膨張発電機３は、蒸発器２Ａで加熱されて蒸発した作動媒体を用いてタービンを回転させ、発電機で発電を行う。膨張発電機３には、電力変換器が接続されている。電力変換器は、たとえば、ＡＣ−ＤＣコンバータ、系統連系コンバータ、および、絶縁トランス等の機器を含む。なお、膨張発電機３における膨張機は、ターボ型の膨張機に限られず、スクリュー式の容積型膨張機であってもよい。

【0024】

凝縮器４は、作動媒体と冷却水との熱交換により作動媒体を冷却および凝縮し、液化する。凝縮器４は第２循環ラインＬ３に設けられている。凝縮器４には、第２循環ラインＬ３と冷却水ラインＬ４とが通っている。冷却水ラインＬ４には、たとえば冷却塔等の冷却手段が設けられる。凝縮器４は、たとえば向流式の熱交換器である。凝縮器４は、並流式の熱交換器であってもよい。なお、冷却媒体は、水等の液体以外に、空気などのガスであってもよい。すなわち、凝縮器４は、空冷タイプであってもよい。

【0025】

以下、熱源である蒸気と作動媒体との熱交換に係る構成について詳細に説明する。バイナリー発電装置１は、熱源である蒸気またはその蒸気が凝縮された凝縮水が通る熱源ラインＬ１を備える。蒸発器２Ａおよび予熱器２Ｂには、熱源ラインＬ１と第１循環ラインＬ２とが通っている。作動媒体を蒸発させるための蒸発器２Ａは、相変換タイプの熱交換器である。蒸発器２Ａは、たとえば、プレート式の熱交換器である。蒸発器２Ａは、たとえば向流式の熱交換器である。蒸発器２Ａは、並流式の熱交換器であってもよい。作動媒体を予熱するための予熱器２Ｂは、単相タイプの熱交換器である。予熱器２Ｂは、たとえば、プレート式の熱交換器である。予熱器２Ｂは、たとえば向流式の熱交換器である。予熱器２Ｂは、並流式の熱交換器であってもよい。

【0026】

なお、バイナリー発電装置１では、１つの蒸発器２Ａと、１つの予熱器２Ｂが設けられているが、複数の蒸発器２Ａが設けられてもよいし、複数の予熱器２Ｂが設けられてもよい。複数の蒸発器２Ａが設けられる場合に、作動媒体の流れを基準として下流側の蒸発器２Ａは、作動媒体を過熱（スーパーヒート）するための過熱器であってもよい。

【0027】

蒸発器２Ａは、蒸気の入口である第１入口１１と、蒸気の出口である第１出口１２とを有する。蒸発器２Ａは、作動媒体の入口である第２入口２３と、作動媒体の出口である第２出口２４とを有する。一方、予熱器２Ｂは、凝縮水の入口である第２入口１３と、凝縮水の出口である第２出口１４とを有する。予熱器２Ｂは、作動媒体の入口である第１入口２１と、作動媒体の出口である第１出口２２とを有する。

【0028】

熱源ラインＬ１は、蒸発器２Ａの第１入口１１に接続される蒸気供給部Ｌ１ａと、蒸発器２Ａ内であって第１入口１１と第１出口１２との間に設けられた第１熱交換部Ｌ１ｂとを含む。熱源ラインＬ１は、蒸発器２Ａおよび予熱器２Ｂの外部に配置されて、蒸発器２Ａの第１出口１２と予熱器２Ｂの第２入口１３とに接続される中間部Ｌ１ｃを含む。熱源ラインＬ１は、予熱器２Ｂ内であって第２入口１３と第２出口１４との間に設けられた第２熱交換部Ｌ１ｄと、予熱器２Ｂの第２出口１４に接続されるドレン水排出部Ｌ１ｅとを含む。本明細書において、「ドレン水」は、「凝縮水」の一種である。中間部Ｌ１ｃおよび予熱器２Ｂ（第２熱交換部Ｌ１ｄ）で生じる凝縮水は、予熱器２Ｂの下流側すなわちドレン水排出部Ｌ１ｅにおいてドレン水と呼ばれる。

【0029】

一方、第１循環ラインＬ２は、予熱器２Ｂの第１入口２１に接続される液体供給部Ｌ２ａと、予熱器２Ｂ内であって第１入口２１と第１出口２２との間に設けられた第１熱交換部Ｌ２ｂとを含む。第１循環ラインＬ２は、予熱器２Ｂおよび蒸発器２Ａの外部に配置されて、予熱器２Ｂの第１出口２２と蒸発器２Ａの第２入口２３とに接続される中間部Ｌ２ｃを含む。第１循環ラインＬ２は、蒸発器２Ａ内であって第２入口２３と第２出口２４との間に設けられた第２熱交換部Ｌ２ｄと、蒸発器２Ａの第２出口２４に接続される気体供給部Ｌ２ｅとを含む。液体供給部Ｌ２ａの上流端は作動媒体ポンプ１０の吐出部に接続され、気体供給部Ｌ２ｅの下流端は膨張発電機３の入口部に接続されている。

【0030】

蒸発器２Ａがプレート式の熱交換器である場合、熱源ラインＬ１の第１熱交換部Ｌ１ｂおよび第１循環ラインＬ２の第２熱交換部Ｌ２ｄは、多数の伝熱プレートで仕切られた流路であり得る。予熱器２Ｂがプレート式の熱交換器である場合、熱源ラインＬ１の第２熱交換部Ｌ１ｄおよび第１循環ラインＬ２の第１熱交換部Ｌ２ｂは、多数の伝熱プレートで仕切られた流路であり得る。

【0031】

蒸発器２Ａが相変換タイプの熱交換であり、予熱器２Ｂが単相タイプの熱交換器であるので、これらには異なる設計が適用され得る。たとえば、蒸発器２Ａ内における流路の断面積は、予熱器２Ｂ内における流路の断面積より大きくてもよい。

【0032】

また、予熱器２Ｂには凝縮水が流れるため、予熱器２Ｂは、蒸発器２Ａよりも低い位置に設置され得る。たとえば、予熱器２Ｂの第２入口１３は、蒸発器２Ａの第１出口１２より低い位置に配置されている。この場合、熱源ラインＬ１の中間部Ｌ１ｃは、上下方向に延びる部分を含む。なお、バイナリー発電装置１においては、予熱器２Ｂが蒸発器２Ａとほぼ同じ高さに設けられてもよい。

【0033】

バイナリー発電装置１は、ドレン水排出部Ｌ１ｅに設けられた第１温度センサ（熱源状態取得部）３１および第１圧力センサ３２を備える。第１温度センサ３１は、ドレン水の状態として、ドレン水の温度を検出する。第１圧力センサ３２は、ドレン水の状態として、ドレン水の圧力を検出する。なお、第１圧力センサ３２が省略されてもよい。

【0034】

バイナリー発電装置１は、熱源ラインＬ１を流れる上記の流量を調整するための制御弁（蒸気流量調整機構）２６とコントローラ３０とを備えている。制御弁２６は、ドレン水排出部Ｌ１ｅに設けられており、その開度を調整自在な自動弁である。制御弁２６は、その開度を調整することにより、熱源ラインＬ１を流れる蒸気の流量を調整するように構成されている。制御弁２６のバルブとしての型式は特に限定されない。制御弁２６は、コントローラ３０によって制御されて、ドレン水の流量を変更可能なものであれば、どのようなバルブであってもよい。

【0035】

コントローラ３０は、第１温度センサ３１および第１圧力センサ３２から出力される検出値に基づいて、制御弁２６を制御し、蒸気の流量を調整する。コントローラ３０は、上記した各センサと通信可能である。コントローラ３０は、各センサからの出力信号を入力し、所定の処理を行い、制御弁２６を制御する。コントローラ３０は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、およびＲＡＭ(Random Access Memory)等のハードウェアと、ＲＯＭに記憶されたプログラム等のソフトウェアと、から構成されたコンピュータである。

【0036】

コントローラ３０は、蒸気の流量調整に必要となる温度閾値を記憶している。コントローラ３０は、高温側の温度閾値（第１温度閾値）Ｔ１と、低温側の温度閾値Ｔ２とを記憶していてもよい。温度閾値Ｔ１は、たとえば、ドレン水の圧力に応じた飽和温度よりも低い温度である。ドレン水排出部Ｌ１ｅ内におけるドレン水の圧力が大気圧（１ａｔｍ）である場合、温度閾値Ｔ１は１００℃であってもよく、９０℃であってもよい。温度閾値Ｔ２は、温度閾値Ｔ１よりも低い温度である。温度閾値Ｔ２は、温度閾値Ｔ１と等しくてもよい。ドレン水排出部Ｌ１ｅ内におけるドレン水の圧力が大気圧以上（１ａｔｍ以上）である場合、温度閾値Ｔ１は１００℃より大きくてよい。

【0037】

バイナリー発電装置１は、膨張発電機３や作動媒体ポンプ１０を制御する別のコントローラを備えてもよい。各ラインには、バルブ類やオリフィス等が設けられ得る。各ラインや機器類には、流量計、温度計、圧力計などの計器類が設けられ得る。別のコントローラは、計器類からの出力信号を入力し、所定の処理を行い、膨張発電機３、作動媒体ポンプ１０、およびバルブ類等を制御してもよい。上記したコントローラ３０がそのような機能を兼ね備えてもよい。

【0038】

以下、図２を参照して、コントローラ３０によって実行される制御処理（バイナリー発電方法）について説明する。以下に説明される処理は、バイナリー発電装置１の起動中、所定の周期をもってコントローラ３０により繰り返し実行される。

【0039】

図２に示されるように、コントローラ３０は、第１温度センサ３１および第１圧力センサ３２から出力される検出値（ドレン水の温度および圧力）を取得する（ステップＳ０１）。このステップＳ１において、コントローラ３０は、ドレン水の温度を含む熱源の状態を取得する（熱源状態取得工程）。取得される熱源状態としては、ドレン水の温度以外に、たとえばドレン水の圧力が挙げられる。

【0040】

続いて、コントローラ３０は、ドレン水の温度が温度閾値Ｔ１より小さいか否かを判断する（ステップＳ０２）。たとえば、温度閾値Ｔ１が１００℃であって、検出されたドレン水の温度が８５℃である場合、コントローラ３０はドレン水の温度が温度閾値Ｔ１より小さいと判断する（ステップＳ０２：ＹＥＳ）。続いて、コントローラ３０は、ドレン水の温度が温度閾値Ｔ２より大きいか否かを判断する（ステップＳ０３）。たとえば、温度閾値Ｔ２が７５℃であって、検出されたドレン水の温度が８５℃である場合、コントローラ３０はドレン水の温度が温度閾値Ｔ２より大きいと判断し（ステップＳ０３：ＹＥＳ）、処理を終了する。なお、ステップＳ０２，Ｓ０３において、コントローラ３０は、第１圧力センサ３２からの圧力の検出値を用いて温度の補正等を行ってもよい。

【0041】

ステップＳ０２において、温度閾値Ｔ１が１００℃であって、検出されたドレン水の温度が１０５℃である場合、コントローラ３０はドレン水の温度が温度閾値Ｔ１以上であると判断する（ステップＳ０２：ＮＯ）。そして、コントローラ３０は、制御弁２６を制御して開度を小さくし、蒸気の流量を減少させる蒸気量減少制御を行う（ステップＳ０４、蒸気流量調整工程）。その後、コントローラ３０は、ステップＳ０２の判断処理に戻る。

【0042】

ステップＳ０３において、温度閾値Ｔ２が７５℃であって、検出されたドレン水の温度が７０℃である場合、コントローラ３０はドレン水の温度が温度閾値Ｔ２以下であると判断する（ステップＳ０３：ＮＯ）。そして、コントローラ３０は、制御弁２６を制御して開度を大きくし、蒸気の流量を増大させる蒸気量増大制御を行う（ステップＳ０５、蒸気流量調整工程）。その後、コントローラ３０は、ステップＳ０２の判断処理に戻る。

【0043】

バイナリー発電装置１およびバイナリー発電方法によれば、第１温度センサ３１によって、熱源ラインＬ１におけるドレン水の状態が取得される。蒸発器２Ａおよび予熱器２Ｂで行われる熱交換に対して、熱源である蒸気の流量が多い場合には、蒸気の凝縮が不十分になり得る。その場合、蒸気が予熱器２Ｂの第２熱交換部Ｌ１ｄやドレン水排出部Ｌ１ｅに存在していることとなり、配管における騒音の発生や、配管の減肉が加速するといった問題が生じ得る。バイナリー発電装置１によれば、コントローラ３０によって、ドレン水の状態に基づいて蒸気の流量が調整されるので、蒸気の凝縮が不十分である場合に蒸気の流量を減少させる制御が行われる。よって、バイナリー発電装置１の運転状況に関わらず、予熱器２Ｂより下流側において蒸気とドレン水（凝縮水）の混相流となることが防止されており、安定的にドレン水を排出することができる。このように、バイナリー発電装置１では、蒸気の流量がアクティブにコントロールされる。蒸気の流量を制御することで、バイナリー発電装置１の起動停止時や、設計時の定格点と異なる運転を行う場合や、負荷変動が起こった場合等においても、ドレン水排出部Ｌ１ｅへの蒸気混入が防止される。さらには、不要な蒸気の消費を防止することができる。

【0044】

制御弁２６はドレン水排出部Ｌ１ｅに設けられる。制御弁２６が、蒸気の存在する部分、たとえば蒸気供給部Ｌ１ａ等に設けられた場合、蒸気の熱量を奪ってしまい、蒸気の温度が低下する可能性がある。これに対して、ドレン水排出部Ｌ１ｅでは熱量が低くなっているので、ドレン水排出部Ｌ１ｅに制御弁２６が設けられていると、エネルギー効率の観点においてトータルで有利である。

【0045】

コントローラ３０は、第１温度センサ３１が検出するドレン水の温度が温度閾値Ｔ１以上である場合に、蒸気の流量を減少させる蒸気量減少制御を行う。この場合、第１温度センサ３１が検出するドレン水の温度が高すぎる場合に、蒸気の流量が減少させられる。これにより、予熱器２Ｂの第２熱交換部Ｌ１ｄやドレン水排出部Ｌ１ｅではドレン水のみが存在し蒸気は存在しない状態を安定的に作りだすことができる。

【0046】

以下、第１実施形態とは異なる実施形態について説明する。ドレン水の温度を直接検出する方法以外にも、第２〜第４実施形態が提供されてもよい。第２〜第４実施形態は、いずれも、少なくとも熱源ラインＬ１の中間部Ｌ１ｃに設けられて中間部Ｌ１ｃ内の流体の温度、圧力または凝縮水の液位に関するパラメータを検出するセンサを備える。

【0047】

図３に示される第２実施形態に係るバイナリー発電装置１Ａは、第１実施形態の第１温度センサ３１および第１圧力センサ３２に代えて、熱源ラインＬ１の中間部Ｌ１ｃに設けられた第２温度センサ（熱源状態取得部）３１Ａおよび第２圧力センサ３２Ａを備える。第２温度センサ３１Ａおよび第２圧力センサ３２Ａは、中間部Ｌ１ｃにおける凝縮水の温度および圧力を検出する。

【0048】

バイナリー発電装置１Ａにおいて、コントローラ３０は、第２温度センサ３１Ａが検出する凝縮水の温度が第２温度閾値以上である場合に、蒸気の流量を減少させる蒸気量減少制御を行う。ここでの第２温度閾値は、蒸気飽和温度よりも多少低い温度であってよい。たとえば、第２温度閾値は、蒸気が凝縮して所定のサブクール度（過冷却度）をもった状態に相当する温度であってよい。コントローラ３０は、中間部Ｌ１ｃにおける流体の温度に基づいて、中間部Ｌ１ｃ内のある位置において蒸気が存在するか否か（すなわち蒸気の凝縮が完了しているか否か）を判断することができる。コントローラ３０によって実行される制御処理（バイナリー発電方法）は、図２に示される方法と同様である。

【0049】

バイナリー発電装置１Ａでは、コントローラ３０は、第２温度センサ３１Ａが検出する温度に基づいて、中間部Ｌ１ｃ内のある位置において蒸気が存在すると判断した場合に、蒸気の流量を減少させる蒸気量減少制御を行う。バイナリー発電装置１Ａでは、蒸発器２Ａと予熱器２Ｂとの間に位置する中間部Ｌ１ｃで蒸気または凝縮水に関するパラメータが検出されることにより、中間部Ｌ１ｃ内のある位置において蒸気が存在するか否か（すなわち蒸気の凝縮が完了しているか否か）を判断することができる。中間部内のある位置において蒸気が存在すると判断された場合に、蒸気の流量が減少させられる。これにより、予熱器２Ｂの第２熱交換部Ｌ１ｄやドレン水排出部Ｌ１ｅではドレン水のみが存在し蒸気は存在しない状態を安定的に作りだすことができる。言い換えれば、蒸発器２Ａでは蒸気の状態が維持され、予熱器２Ｂではドレン水（凝縮水）の状態が維持される。

【0050】

バイナリー発電装置１Ａによれば、バイナリー発電装置１と同様、安定的にドレン水を排出することができる。バイナリー発電装置１Ａでは、蒸気の流量がアクティブにコントロールされる。蒸気の流量を制御することで、バイナリー発電装置１Ａの起動停止時や、設計時の定格点と異なる運転を行う場合や、負荷変動が起こった場合等においても、ドレン水排出部Ｌ１ｅへの蒸気混入が防止される。さらには、不要な蒸気の消費を防止することができる。ドレン水排出部Ｌ１ｅに制御弁２６が設けられているので、エネルギー効率の観点においてトータルで有利である。

【0051】

図４に示される第３実施形態に係るバイナリー発電装置１Ｂは、中間部Ｌ１ｃおよびドレン水排出部Ｌ１ｅに接続されて予熱器２Ｂの前後における圧力差を検出する圧力差センサ（熱源状態取得部）３３を備える。バイナリー発電装置１Ｂにおいて、コントローラ３０は、圧力差センサ３３が検出する圧力差が圧力閾値以上である場合に、蒸気の流量を減少させる蒸気量減少制御を行う。予熱器２Ｂに蒸気（ガス）が流れると、圧力が急激に上昇すると考えられる。ここでの圧力閾値は、予熱器２Ｂの蒸気側の圧力損失として望ましいとされる値の２〜３倍であってよい。たとえば、圧力閾値は、数十〜１００ｋＰａ程度であってよい。コントローラ３０によって実行される制御処理（バイナリー発電方法）は、図２に示される方法と同様である。コントローラ３０は、中間部Ｌ１ｃとドレン水排出部Ｌ１ｅとの間における圧力差に基づいて、中間部Ｌ１ｃ内のある位置において蒸気が存在するか否か（すなわち蒸気の凝縮が完了しているか否か）を判断することができる。バイナリー発電装置１Ｂによっても、バイナリー発電装置１Ａと同様の作用・効果が得られる。

【0052】

図５に示される第４実施形態に係るバイナリー発電装置１Ｃは、中間部Ｌ１ｃに設けられて中間部Ｌ１ｃ内における凝縮水の液位を検出する液位センサ（熱源状態取得部）３４を備える。この場合、予熱器２Ｂは、蒸発器２Ａよりも低い位置に設置される。予熱器２Ｂの第２入口１３は、蒸発器２Ａの第１出口１２より低い位置に配置される。バイナリー発電装置１Ｃにおいて、コントローラ３０は、液位センサ３４が検出する凝縮水の液位が液位閾値より低い場合に、蒸気の流量を減少させる蒸気量減少制御を行う。液位閾値は、予熱器２Ｂの第２入口１３よりも上であって蒸発器２Ａの第１出口１２よりも下の任意の位置に設定されてよい。コントローラ３０によって実行される制御処理（バイナリー発電方法）は、図２に示される方法と同様である。コントローラ３０は、中間部Ｌ１ｃにおける凝縮水の液位に基づいて、中間部Ｌ１ｃ内のある位置において蒸気が存在するか否か（すなわち蒸気の凝縮が完了しているか否か）を判断することができる。バイナリー発電装置１Ｃによっても、バイナリー発電装置１Ａと同様の作用・効果が得られる。

【0053】

本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限られない。熱源ラインＬ１の中間部Ｌ１ｃにおいて凝縮水が所定のサブクール度をもつことを検出する他の手法が採用されてもよい。第１〜第４実施形態の熱源状態取得部が適宜組み合わされてもよい。蒸気流量調整機構としてバルブ機構以外の機構が採用されてもよい。コントローラ３０は、蒸気の流量を増大させる蒸気量増大制御を行わなくてもよい。すなわち、バイナリー発電方法における蒸気流量調整工程は、蒸気量一定制御と蒸気量減少制御のみを含み、蒸気量増大制御を含まなくてもよい。

【符号の説明】

【0054】

１ バイナリー発電装置
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ バイナリー発電装置
２Ａ 蒸発器
２Ｂ 予熱器
１１ 第１入口
１２ 第１出口
１３ 第２入口
１４ 第２出口
２６ 制御弁（蒸気流量調整機構）
３０ コントローラ
３１ 第１温度センサ
３１Ａ 第２温度センサ
３３ 圧力差センサ
３４ 液位センサ
Ｌ１ 熱源ライン
Ｌ１ａ 蒸気供給部
Ｌ１ｂ 第１熱交換部
Ｌ１ｃ 中間部
Ｌ１ｄ 第２熱交換部
Ｌ１ｅ ドレン水排出部
Ｌ２ 第１循環ライン（作動媒体ライン）
Ｌ３ 第２循環ライン（作動媒体ライン）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】