温度差発電装置
【課題】高い発電効率を実現することが可能な温度差発電装置を提供する。
【解決手段】温度差発電装置１Ａは、ヒートポンプ作動流体を圧縮する圧縮機３１と、蒸発器１２とタービン１３Ａとの間に設けられ、圧縮機３１で圧縮されたヒートポンプ作動流体と蒸発器１２で気化した発電作動流体とを熱交換することによって、発電作動流体を過熱してタービン１３Ａへ排出する過熱器３２と、過熱器３２から排出されたヒートポンプ作動流体を膨張させる膨張弁３３と、膨張弁３３から排出されたヒートポンプ作動流体と蒸発器３２から排出された熱源流体とを熱交換することによって、ヒートポンプ作動流体を加熱して圧縮機３１へ排出する熱回収器３４と、を備える。
【解決手段】温度差発電装置１Ａは、ヒートポンプ作動流体を圧縮する圧縮機３１と、蒸発器１２とタービン１３Ａとの間に設けられ、圧縮機３１で圧縮されたヒートポンプ作動流体と蒸発器１２で気化した発電作動流体とを熱交換することによって、発電作動流体を過熱してタービン１３Ａへ排出する過熱器３２と、過熱器３２から排出されたヒートポンプ作動流体を膨張させる膨張弁３３と、膨張弁３３から排出されたヒートポンプ作動流体と蒸発器３２から排出された熱源流体とを熱交換することによって、ヒートポンプ作動流体を加熱して圧縮機３１へ排出する熱回収器３４と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランキンサイクル、カリーナサイクル、ウエハラサイクル等といった外燃機関の理論サイクルを用いた温度差発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化対策として、二酸化炭素の排出量削減、省エネの重要性が増してきている昨今、地下から汲み出した地熱水、各種工場から排出される温排水を熱源として用いた温度差発電や、海洋表層における比較的高温の温海水と海洋深層における比較的低温の冷海水との温度差を用いた温度差発電が行われるようになってきている。
特許文献１には、外燃機関の理論サイクルの一種であるランキンサイクルの熱効率を向上した、いわゆるカリーナサイクルを用いた温度差発電装置が記載されている。また、特許文献２には、カリーナサイクルの熱効率をさらに向上した、いわゆるウエハラサイクルを用いた温度差発電装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５７−２００６０７号公報
【特許文献２】特開平７−９１３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これら従来の温度差発電装置は、熱源から供給される流体と発電作動流体とを蒸発器にて熱交換することによって発電作動流体を気化し、気化した発電作動流体がタービンを駆動することによって発電するようになっているが、蒸発器から排出されてタービンへ供給される発電作動流体の温度・圧力・エンタルピは、熱源から供給される流体の温度によって決まる。例えば、熱源から供給される流体の温度が２５〜２００℃の中低温である場合には、タービンへ供給される発電作動流体のエンタルピは小さく、タービン駆動前後での熱落差は小さくなるため、発電効率が低くなってしまう。
【０００５】
本発明は、前記した問題に鑑みて創案されたものであり、高い発電効率を実現することが可能な温度差発電装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明の温度差発電装置は、熱源から供給される熱源流体と発電作動流体とを熱交換することによって、前記発電作動流体を気化する蒸発器と、前記蒸発器に前記発電作動流体を供給するポンプと、前記蒸発器で気化した前記発電作動流体によって駆動するタービンと、前記タービンの駆動によって発電を行う発電機と、前記タービンから排出された前記発電作動流体を凝縮して前記ポンプへ排出する凝縮器と、を備える温度差発電装置であって、ヒートポンプ作動流体を圧縮する圧縮機と、前記蒸発器と前記タービンとの間に設けられ、前記圧縮機で圧縮された前記ヒートポンプ作動流体と前記蒸発器で気化した前記発電作動流体とを熱交換することによって、前記発電作動流体を過熱して前記タービンへ排出する過熱器と、前記過熱器から排出された前記ヒートポンプ作動流体を膨張させる膨張弁と、前記膨張弁から排出された前記ヒートポンプ作動流体と前記蒸発器から排出された前記熱源流体とを熱交換することによって、前記ヒートポンプ作動流体を加熱して前記圧縮機へ排出する熱回収器と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
かかる構成によると、蒸発器で発電作動流体に与えることができなかった熱を、熱回収器でヒートポンプ作動流体に回収し、過熱器において発電作動流体に与えるので、タービン入口における発電作動流体のエンタルピを増大させ、発電効率を高めることができる。
【０００８】
また、前記温度差発電装置は、前記ポンプと前記蒸発器との間に設けられ、前記過熱器から排出された前記ヒートポンプ作動流体と前記蒸発器へ供給される前記発電作動流体とを熱交換することによって、前記ヒートポンプ作動流体を加熱して前記蒸発器へ排出する再生器をさらに備える構成であってもよい。
【０００９】
かかる構成によると、再生器で予め加熱された発電作動流体を蒸発器へ供給するので、熱源から供給される熱源流体の流量を低減したり、より低温の熱源流体を用いたりすることができる。また、蒸発器１２を小型化することができる。
【００１０】
また、前記温度差発電装置は、前記タービンとして、直列に組まれた二つのタービンを備えるとともに、前記発電機として、前記二つのタービンにそれぞれ対応して設けられた二つの発電機を備え、前記凝縮器は、下流側の前記タービンと流体流通可能に接続されており、上流側の前記タービンから排出された前記発電作動流体と前記凝縮器で凝縮された前記発電作動流体とを熱交換し、熱交換されたこれらの前記発電作動流体を前記ポンプへ排出する加熱器と、上流側の前記タービンから排出された前記発電作動流体と前記過熱器から排出された前記ヒートポンプ作動流体とを熱交換することによって、前記発電作動流体を加熱して下流側の前記タービンへ排出する再熱器と、をさらに備える構成であってもよい。
【００１１】
かかる構成によると、再熱器で再加熱された発電作動流体を下流側のタービンへ供給するので、下流側の発電機における発電効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、温度差発電装置において高い発電効率を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る温度差発電装置を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に係る温度差発電装置を模式的に示す図である。
【図３】本発明の第三の実施形態に係る温度差発電装置を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第四の実施形態に係る温度差発電装置を模式的に示す図である。
【図５】本発明の第五の実施形態に係る温度差発電装置を模式的に示す図である。
【図６】本発明の第六の実施形態に係る温度差発電装置を模式的に示す図である。
【図７】本発明の第七の実施形態に係る温度差発電装置を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。同様の部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。各図において、各構成を繋ぐ実線は、各流体が流通するパイプである。
【００１５】
＜第一の実施形態＞
まず、本発明の第一の実施形態に係る温度差発電装置について、図１を参照して説明する。図１に示すように、本発明の第一の実施形態に係る温度差発電装置１Ａは、ランキンサイクルを用いた装置であって、ランキンサイクル回路の構成要素として、ポンプ１１Ａと、蒸発器１２と、タービン１３Ａと、発電機１４Ａと、凝縮器１５と、タンク１６Ａと、を備えるとともに、ヒートポンプ回路の構成要素として、圧縮機３１と、過熱器３２と、膨張弁３３と、熱回収器３４と、を備える。
【００１６】
≪ランキンサイクル回路≫
ポンプ１１Ａは、ランキンサイクル回路内の発電作動流体（例えば、低沸点媒体であるアンモニア、ペンタン等）の流れを発生するものであって、発電作動流体を蒸発器１２へ供給する。
【００１７】
すなわち、ポンプ１１Ａの下流側端部は、パイプを介して蒸発器１２に流体流通可能に接続されている。
【００１８】
蒸発器１２は、加熱用の熱源Ｈ１から供給された中低温（２５〜２００℃。好ましくは、７０〜２００℃。）の熱源流体（例えば、工場から排出された排気ガス等）と、ポンプ１１Ａから供給された発電作動流体と、を熱交換することによって、発電作動流体を加熱して気化する熱交換器である。熱交換後、熱源流体は、熱回収器３４へ排出され、気化した発電作動流体は、過熱器３２を介してタービン１３Ａへ排出される。
【００１９】
すなわち、蒸発器１２は、熱源流体が流通する流路と、発電作動流体が流通する流路と、を備えており、熱源流体用の流路の上流側端部は、パイプを介して熱源Ｈ１に流体流通可能に接続されており、熱源流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して熱回収器３４に流体流通可能に接続されている。また、発電作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介してポンプ１１Ａに流体流通可能に接続されており、発電作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して過熱器３２に流体流通可能に接続されている。
【００２０】
タービン１３Ａは、蒸発器１２から排出された発電作動流体（気化済み）によって回転駆動する翼状体である。タービン１３Ａを回転駆動させた発電作動流体は、凝縮器１５へ排出される。
【００２１】
すなわち、タービン１３Ａの上流側端部は、パイプを介して過熱器３２に流体流通可能に接続されており、タービン１３Ａの下流側端部は、パイプを介して凝縮器１５に流体流通可能に接続されている。
【００２２】
発電機１４Ａは、タービン１３Ａに連結されており、タービンの回転によって発電を行う装置である。
【００２３】
凝縮器１５は、タービン１３Ａから排出された発電作動流体と、冷却用の熱源Ｈ２から供給される冷却用流体（例えば、海水、冷却塔水等）と、を熱交換することによって、発電作動流体を冷却して凝縮する熱交換器である。熱交換後、発電作動流体は、タンク１６Ａへ排出される。
【００２４】
すなわち、凝縮器１５は、冷却用流体が流通する流路と、発電作動流体が流通する流路と、を備えており、冷却用流体用の流路の上流側端部は、パイプを介して熱源Ｈ２に流体流通可能に接続されており、冷却用流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して外部装置に流体流通可能に接続されている。また、発電作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介してタービン１３Ａに流体流通可能に接続されており、発電作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介してタンク１６Ａに流体流通可能に接続されている。
【００２５】
タンク１６Ａには、凝縮器１５から排出された発電作動流体が一時貯留される。タンク１６Ａ内の発電作動流体は、ポンプ１１Ａの駆動によって汲み出され、再度蒸発器１２へ供給される。
【００２６】
すなわち、タンク１６Ａの上流側端部は、パイプを介して凝縮器１５に流体流通可能に接続されており、タンク１６Ａの下流側端部は、パイプを介してポンプ１１Ａに流体流通可能に接続されている。
【００２７】
≪ヒートポンプ回路≫
圧縮機３１は、ヒートポンプ回路内のヒートポンプ作動流体（例えば、アンモニア、二酸化炭素等）の流れを発生するものであって、ヒートポンプ作動流体を圧縮し、蒸発器１２で気化した発電作動流体よりも高温にして過熱器３２へ供給する。
【００２８】
すなわち、圧縮機３１の下流側端部は、パイプを介して過熱器３２に流体流通可能に接続されている。
【００２９】
過熱器３２は、圧縮機３１から供給されるヒートポンプ作動流体と、蒸発器１２から排出された発電作動流体と、を熱交換することよって、蒸発器１２で気化した発電作動流体をさらに過熱する熱交換器である。熱交換後、ヒートポンプ作動流体は、膨張弁３３へ排出され、発電作動流体は、タービン１３Ａへ排出される。
【００３０】
すなわち、過熱器３２は、ヒートポンプ作動流体が流通する流路と、発電作動流体が流通する流路と、を備えており、ヒートポンプ作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介して圧縮機３１に流体流通可能に接続されており、ヒートポンプ作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して膨張弁３３に流体流通可能に接続されている。また、発電作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介して蒸発器１２に流体流通可能に接続されており、発電作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介してタービン１３Ａに流体流通可能に接続されている。
【００３１】
膨張弁３３は、過熱器３２から排出されたヒートポンプ作動流体を減圧して膨張（体積増加）させる弁である。膨張後、ヒートポンプ作動流体は、熱回収器３４へ排出される。
【００３２】
すなわち、膨張弁３３の上流側端部は、パイプを介して過熱器３２に流体流通可能に接続されており、膨張弁３３の下流側端部は、パイプを介して熱回収器３４に流体流通可能に接続されている。
【００３３】
熱回収器３４は、蒸発器１２から排出された熱源流体と、膨張弁３３から排出されたヒートポンプ作動流体と、を熱交換することによって、ヒートポンプ作動流体を加熱するとともに熱源流体を冷却する熱交換器である。熱交換後、ヒートポンプ作動流体は、圧縮機３１へ排出され、熱源流体は、外部へ排出される。
【００３４】
すなわち、熱回収器３４は、熱源流体が流通する流路と、ヒートポンプ作動流体が流通する流路と、を備えており、熱源流体用の流路の上流側端部は、パイプを介して蒸発器１２に流体流通可能に接続されており、熱源流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して外部装置に流体流通可能に接続されている。また、ヒートポンプ作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介して膨張弁３３に流体流通可能に接続されており、ヒートポンプ作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して圧縮機３１に流体流通可能に接続されている。
【００３５】
本発明の第一の実施形態に係る温度差発電装置１Ａにおいて、熱源Ｈ１から供給される熱源流体は、蒸発器１２→熱回収器３４の順に流れて外部へ排出される。また、熱源Ｈ２から供給される冷却用流体は、凝縮器１５を流れて外部へ排出される。また、発電作動流体は、ポンプ１１Ａ→蒸発器１２→過熱器３２→タービン１３Ａ→凝縮器１５→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順にランキンサイクル回路内を循環する。また、ヒートポンプ作動流体は、圧縮機３１→過熱器３２→膨張弁３３→熱回収器３４→圧縮機３１→・・・の順にヒートポンプ回路内を循環する。
【００３６】
圧縮機３１の圧縮効率が７０％、タービン１３Ａ及び発電機１４Ａの発電効率が１０％の場合には、ヒートポンプ回路の成績係数を１４．３（＝１÷０．７÷０．１）以上とする必要があり、この場合には、過熱器３２へ供給されるヒートポンプ作動流体の温度を４１℃、過熱器３２から排出されるヒートポンプ作動流体の温度を２０℃、とすることによって温度差発電装置１Ａを作動させることができる。
【００３７】
なお、本発明の第一の実施形態に係る温度差発電装置１Ａは、発電作動流体としてアンモニアを用いるとともにヒートポンプ作動流体としてアンモニアを用い、蒸発器１２に供給される熱源流体の温度を８５．０℃、過熱器３２に供給されるヒートポンプ作動流体の温度を１１０．０℃、過熱器３２から排出されるヒートポンプ作動流体の温度を８０．０℃、過熱器３２に供給される発電作動流体の温度を７５．０℃、過熱器３２から排出される発電作動流体の温度を１０５．０℃としたとき、（ヒートポンプ回路を有していない従来のランキンサイクルを用いた発電装置の発電効率を１００．０として換算したところ、）圧縮機３１での使用電力を差し引いて、最大で２０３．０の発電効率を得ることができる。
また、本発明の第一の実施形態に係る温度差発電装置１Ａは、発電作動流体としてアンモニアを用いるとともにヒートポンプ作動流体としてアンモニアを用い、蒸発器１２に供給される熱源流体の温度を８５．０℃、過熱器３２に供給されるヒートポンプ作動流体の温度を１２０．０℃、過熱器３２から排出されるヒートポンプ作動流体の温度を８２．６℃、過熱器３２に供給される発電作動流体の温度を７５．０℃、過熱器３２から排出される発電作動流体の温度を１１５．０℃としたとき、（ヒートポンプ回路を有していない従来のランキンサイクルを用いた発電装置の発電効率を１００．０として換算したところ、）圧縮機３１での使用電力を差し引いて、最大で２３０．９の発電効率を得ることができる。
【００３８】
本発明の第一の実施形態に係る温度差発電装置１Ａは、蒸発器１２で発電作動流体に与えることができなかった熱を、熱回収器３４でヒートポンプ作動流体に回収し、過熱器３２において発電作動流体に与えるので、タービン１３Ａ入口における発電作動流体のエンタルピを増大させ、発電効率を高めることができる。
【００３９】
＜第二の実施形態＞
続いて、本発明の第二の実施形態に係る温度差発電装置について、第一の実施形態に係る温度差発電装置１Ａとの相違点を中心に、図２を参照して説明する。図２に示すように、本発明の第二の実施形態に係る温度差発電装置１Ｂは、ランキンサイクルを用いた装置であって、ヒートポンプ回路の構成要素として、再生器３５をさらに備える。
【００４０】
再生器３５は、ポンプ１１Ａから排出された発電作動流体と、過熱器３２から排出されたヒートポンプ作動流体と、を熱交換することによって、発電作動流体を加熱する熱交換器である。熱交換後、発電作動流体は、蒸発器１２へ排出され、ヒートポンプ作動流体は、膨張弁３３へ排出される。
【００４１】
すなわち、再生器３５は、発電作動流体が流通する流路と、ヒートポンプ作動流体が流通する流路と、を備えており、発電作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介してポンプ１１Ａに流体流通可能に接続されており、発電作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して蒸発器１２に流体流通可能に接続されている。また、ヒートポンプ作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介して過熱器３２に流体流通可能に接続されており、ヒートポンプ作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して膨張弁３３に流体流通可能に接続されている。
【００４２】
本発明の第二の実施形態に係る温度差発電装置１Ｂにおいて、熱源Ｈ１から供給される熱源流体は、蒸発器１２→熱回収器３４の順に流れて外部へ排出される。また、熱源Ｈ２から供給される冷却用流体は、凝縮器１５を流れて外部へ排出される。また、発電作動流体は、ポンプ１１Ａ→再生器３５→蒸発器１２→過熱器３２→タービン１３Ａ→凝縮器１５→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順にランキンサイクル回路内を循環する。また、ヒートポンプ作動流体は、圧縮機３１→過熱器３２→再生器３５→膨張弁３３→熱回収器３４→圧縮機３１→・・・の順にヒートポンプ回路内を循環する。
【００４３】
なお、本発明の第二の実施形態に係る温度差発電装置１Ｂは、発電作動流体としてアンモニアを用いるとともにヒートポンプ作動流体としてアンモニアを用い、蒸発器１２に供給される熱源流体の温度を８５．０℃、過熱器３２に供給されるヒートポンプ作動流体の温度を１１０．０℃、過熱器３２から排出されるヒートポンプ作動流体の温度を８０．０℃、過熱器３２に供給される発電作動流体の温度を７５．０℃、過熱器３２から排出される発電作動流体の温度を１０５．０℃としたとき、（ヒートポンプ回路を有していない従来のランキンサイクルを用いた発電装置の発電効率を１００として換算したところ、）圧縮機３１での使用電力を差し引いて、最大で２０３．０の発電効率を得ることができる。
また、本発明の第二の実施形態に係る温度差発電装置１Ｂは、発電作動流体としてアンモニアを用いるとともにヒートポンプ作動流体としてアンモニアを用い、蒸発器１２に供給される熱源流体の温度を８５．０℃、過熱器３２に供給されるヒートポンプ作動流体の温度を１２０．０℃、過熱器３２から排出されるヒートポンプ作動流体の温度を８２．６℃、過熱器３２に供給される発電作動流体の温度を７５．０℃、過熱器３２から排出される発電作動流体の温度を１１５．０℃としたとき、（ヒートポンプ回路を有していない従来のランキンサイクルを用いた発電装置の発電効率を１００．０として換算したところ、）圧縮機３１での使用電力を差し引いて、最大で２３０．７の発電効率を得ることができる。
【００４４】
本発明の第二の実施形態に係る温度差発電装置１Ｂは、再生器３５で予め加熱された発電作動流体を蒸発器１２へ供給するので、熱源Ｈ１から供給される熱源流体の流量を低減したり、より低温の熱源流体を用いたりすることができる。また、蒸発器１２を小型化することができる。
【００４５】
＜第三の実施形態＞
続いて、本発明の第三の実施形態に係る温度差発電装置について、第一の実施形態に係る温度差発電装置１Ａとの相違点を中心に、図３を参照して説明する。図３に示すように、本発明の第三の実施形態に係る温度差発電装置１Ｃは、カリーナサイクルを用いた装置であって、カリーナサイクル回路の構成要素として、気液分離器１７と、再生器１８と、減圧弁１９と、吸収器２０と、をさらに備える。すなわち、ランキンサイクル回路にこれらの構成要素を追加したものが、カリーナサイクル回路である。
【００４６】
気液分離器１７は、蒸発器１２から排出された発電作動流体を、気体と液体とに分離するものである。分離後、気体（発電作動流体）は、過熱器３２へ排出され、液体（発電作動流体）は、再生器１８へ排出される。
【００４７】
すなわち、気液分離器１７の上流側端部は、パイプを介して蒸発器１２に流体流通可能に接続されており、気液分離器１７の下流側端部は、パイプを介して過熱器３２及び再生器１８に流体流通可能に接続されている。
【００４８】
再生器１８は、ポンプ１１Ａから排出された発電作動流体と、気液分離器１７から排出された液体（発電作動流体）と、を熱交換することによって、発電作動流体を加熱する熱交換器である。熱交換後、発電作動流体は、蒸発器１２へ排出され、液体（発電作動流体）は、減圧弁１９へ排出される。
【００４９】
すなわち、再生器１８は、発電作動流体が流通する流路と、液体（発電作動流体）が流通する流路と、を備えており、発電作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介してポンプ１１Ａに流体流通可能に接続されており、発電作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して蒸発器１２に流体流通可能に接続されている。また、液体（発電作動流体）用の流路の上流側端部は、パイプを介して気液分離器１７に流体流通可能に接続されており、液体（発電作動流体）用の流路の下流側端部は、パイプを介して減圧弁１９に流体流通可能に接続されている。
【００５０】
減圧弁１９は、再生器１８から排出された液体を減圧する弁である。減圧後、液体（発電作動流体）は、吸収器２０へ排出される。
【００５１】
すなわち、減圧弁１９の上流側端部は、パイプを介して再生器１８に流体流通可能に接続されており、減圧弁１９の下流側端部は、パイプを介して吸収器２０に流体流通可能に接続されている。
【００５２】
吸収器２０は、減圧弁１９から排出された液体（発電作動流体）をタービン１３Ａから排出された発電作動流体に吸収するものである。吸収後、発電作動流体は、凝縮器１５へ排出される。
【００５３】
すなわち、吸収器２０の上流側端部は、パイプを介してタービン１３Ａ及び減圧弁１９に流体流通可能に接続されており、吸収器２０の下流側端部は、パイプを介して凝縮器１５に流体流通可能に接続されている。
【００５４】
本発明の第三の実施形態に係る温度差発電装置１Ｃにおいて、熱源Ｈ１から供給される熱源流体は、蒸発器１２→熱回収器３４の順に流れて外部へ排出される。また、熱源Ｈ２から供給される冷却用流体は、凝縮器１５を流れて外部へ排出される。また、発電作動流体は、ポンプ１１Ａ→再生器１８→蒸発器１２→気液分離器１７→過熱器３２→タービン１３Ａ→吸収器２０→凝縮器１５→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順、又は、ポンプ１１Ａ→再生器１８→蒸発器１２→気液分離器１７→再生器１８→減圧弁１９→吸収器２０→凝縮器１５→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順にカリーナサイクル回路内を循環する。また、ヒートポンプ作動流体は、圧縮機３１→過熱器３２→膨張弁３３→熱回収器３４→圧縮機３１→・・・の順にヒートポンプ回路内を循環する。
【００５５】
なお、本発明の第三の実施形態に係る温度差発電装置１Ｃは、発電作動流体としてアンモニアと水との混合物を用いるとともにヒートポンプ作動流体としてアンモニアを用い、蒸発器１２に供給される熱源流体の温度を２８．０℃、過熱器３２に供給されるヒートポンプ作動流体の温度を６０．０℃、過熱器３２から排出されるヒートポンプ作動流体の温度を４０．０℃、過熱器３２に供給される発電作動流体の温度を２５．６℃、過熱器３２から排出される発電作動流体の温度を５５．０℃としたとき、（ヒートポンプ回路を有していない従来のカリーナサイクルを用いた発電装置の発電効率を１００．０として換算したところ、）圧縮機３１での使用電力を差し引いて、最大で１７６．０の発電効率を得ることができる。
また、本発明の第三の実施形態に係る温度差発電装置１Ｃは、発電作動流体としてアンモニアと水との混合物を用いるとともにヒートポンプ作動流体としてアンモニアを用い、蒸発器１２に供給される熱源流体の温度を２８．０℃、過熱器３２に供給されるヒートポンプ作動流体の温度を７０℃、過熱器３２から排出されるヒートポンプ作動流体の温度を４０．０℃、過熱器３２に供給される発電作動流体の温度を２５．６℃、過熱器３２から排出される発電作動流体の温度を６５．０℃としたとき、（ヒートポンプ回路を有していない従来のカリーナサイクルを用いた発電装置の発電効率を１００．０として換算したところ、）圧縮機３１での使用電力を差し引いて、最大で１９４．１の発電効率を得ることができる。
【００５６】
本発明の第三の実施形態に係る温度差発電装置１Ｃは、再生器１８で予め加熱された発電作動流体を蒸発器１２へ供給するので、熱源Ｈ１から供給される熱源流体の流量を低減したり、より低温の熱源流体を用いたりすることができる。
【００５７】
＜第四の実施形態＞
続いて、本発明の第四の実施形態に係る温度差発電装置について、第三の実施形態に係る温度差発電装置１Ｃとの相違点を中心に、図４を参照して説明する。図４に示すように、本発明の第四の実施形態に係る温度差発電装置１Ｄは、カリーナサイクルを用いた装置であって、ヒートポンプ回路の構成要素として、再生器３５をさらに備える。
【００５８】
再生器３５は、再生器１８から排出された発電作動流体と、過熱器３２から排出されたヒートポンプ作動流体と、を熱交換することによって、発電作動流体を加熱する熱交換器である。熱交換後、発電作動流体は、蒸発器１２へ排出され、ヒートポンプ作動流体は、膨張弁３３へ排出される。
【００５９】
すなわち、再生器３５は、発電作動流体が流通する流路と、ヒートポンプ作動流体が流通する流路と、を備えており、発電作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介して再生器１８に流体流通可能に接続されており、発電作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して蒸発器１２に流体流通可能に接続されている。また、ヒートポンプ作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介して過熱器３２に流体流通可能に接続されており、ヒートポンプ作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して膨張弁３３に流体流通可能に接続されている。
【００６０】
本発明の第四の実施形態に係る温度差発電装置１Ｄにおいて、熱源Ｈ１から供給される熱源流体は、蒸発器１２→熱回収器３４の順に流れて外部へ排出される。また、熱源Ｈ２から供給される冷却用流体は、凝縮器１５を流れて外部へ排出される。また、発電作動流体は、ポンプ１１Ａ→再生器１８→再生器３５→蒸発器１２→気液分離器１７→過熱器３２→タービン１３Ａ→吸収器２０→凝縮器１５→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順、又は、ポンプ１１Ａ→再生器１８→再生器３５→蒸発器１２→気液分離器１７→再生器１８→減圧弁１９→吸収器２０→凝縮器１５→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順にカリーナサイクル回路内を循環する。また、ヒートポンプ作動流体は、圧縮機３１→過熱器３２→再生器３５→膨張弁３３→熱回収器３４→圧縮機３１→・・・の順にヒートポンプ回路内を循環する。
【００６１】
なお、本発明の第四の実施形態に係る温度差発電装置１Ｄは、発電作動流体としてアンモニアと水との混合物を用いるとともにヒートポンプ作動流体としてアンモニアを用い、蒸発器１２に供給される熱源流体の温度を２８．０℃、過熱器３２に供給されるヒートポンプ作動流体の温度を６０．０℃、過熱器３２から排出されるヒートポンプ作動流体の温度を４０．０℃、過熱器３２に供給される発電作動流体の温度を２５．６℃、過熱器３２から排出される発電作動流体の温度を５５．０℃としたとき、（ヒートポンプ回路を有していない従来のカリーナサイクルを用いた発電装置の発電効率を１００．０として換算したところ、）圧縮機３１での使用電力を差し引いても、最大で１７８．２の発電効率を得ることができる。
また、本発明の第四の実施形態に係る温度差発電装置１Ｄは、発電作動流体としてアンモニアと水との混合物を用いるとともにヒートポンプ作動流体としてアンモニアを用い、蒸発器１２に供給される熱源流体の温度を２８．０℃、過熱器３２に供給されるヒートポンプ作動流体の温度を７０℃、過熱器３２から排出されるヒートポンプ作動流体の温度を４０．０℃、過熱器３２に供給される発電作動流体の温度を２５．６℃、過熱器３２から排出される発電作動流体の温度を６５．０℃としたとき、（ヒートポンプ回路を有していない従来のカリーナサイクルを用いた発電装置の発電効率を１００．０として換算したところ、）圧縮機３１での使用電力を差し引いて、最大で１９６．２の発電効率を得ることができる。
【００６２】
本発明の第四の実施形態に係る温度差発電装置１Ｄは、再生器３５で予め加熱された発電作動流体を蒸発器１２へ供給するので、熱源Ｈ１から供給される熱源流体の流量を低減したり、より低温の熱源流体を用いたりすることができる。また、蒸発器１２を小型化することができる。
【００６３】
＜第五の実施形態＞
続いて、本発明の第五の実施形態に係る温度差発電装置について、第三の実施形態に係る温度差発電装置１Ｃとの相違点を中心に、図５を参照して説明する。図５に示すように、本発明の第五の実施形態に係る温度差発電装置１Ｅは、ウエハラサイクルを用いた装置であって、ウエハラサイクル回路の構成要素として、タービン１３Ｅと、発電機１４Ｅと、タンク１６Ｅと、ポンプ１１Ｅと、加熱器２１と、をさらに備える。すなわち、カリーナサイクル回路にこれらの構成要素を追加したものが、ウエハラサイクル回路である。
【００６４】
タービン１３Ｅは、タービン１３Ａよりも上流側に設けられており、過熱器３２から排出された発電作動流体によって回転駆動する翼状体である。タービン１３Ｅを回転駆動させた発電作動流体の一部は、下流側のタービン１３Ａへ排出され、他部は、加熱器２１へ排出される。
【００６５】
すなわち、タービン１３Ｅの上流側端部は、パイプを介して過熱器３２に流体流通可能に接続されており、タービン１３Ｅの下流側端部は、パイプを介してタービン１３Ａ及び加熱器２１に流体流通可能に接続されている。
【００６６】
発電機１４Ｅは、タービン１３Ｅに連結されており、タービンの回転によって発電を行う装置である。
【００６７】
タンク１６Ｅには、凝縮器１５から排出された発電作動流体が一時貯留される。
【００６８】
すなわち、タンク１６Ｅの上流側端部は、パイプを介して凝縮器１５に流体流通可能に接続されており、タンク１６Ｅの下流側端部は、パイプを介してポンプ１１Ｅに流体流通可能に接続されている。
【００６９】
ポンプ１１Ｅは、ポンプ１１Ａとともにウエハラサイクル回路内の発電作動流体の流れを発生するものであって、タンク１６Ｅ内の発電作動流体を汲み出して加熱器２１へ供給する。
【００７０】
すなわち、ポンプ１１Ｅの上流側端部は、パイプを介してタンク１６Ｅに流体流通可能に接続されており、ポンプ１１Ｅの下流側端部は、パイプを介して加熱器２１に流体流通可能に接続されている。
【００７１】
加熱器２１は、タービン１３Ｅから排出された発電作動流体と、ポンプ１６Ｅから排出された発電作動流体と、を熱交換することによって、これらの温度差を低減する熱交換器である。熱交換後、これらの発電作動流体は、ともにタンク１６Ａへ排出される。
【００７２】
すなわち、加熱器２１は、タービン１３Ｅから排出された発電作動流体が流通する流路と、ポンプ１１Ｅから排出された発電作動流体が流通する流路と、を備えており、タービン１３Ｅから排出された発電作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介してタービン１３Ｅに流体流通可能に接続されており、タービン１３Ｅから排出された発電作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介してタンク１６Ａに流体流通可能に接続されている。また、ポンプ１１Ｅから排出された発電作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介してポンプ１１Ｅに流体流通可能に接続されており、ポンプ１１Ｅから排出された発電作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介してタンク１６Ａに流体流通可能に接続されている。
【００７３】
本発明の第五の実施形態に係る温度差発電装置１Ｅにおいて、熱源Ｈ１から供給される熱源流体は、蒸発器１２→熱回収器３４の順に流れて外部へ排出される。また、熱源Ｈ２から供給される冷却用流体は、凝縮器１５を流れて外部へ排出される。また、発電作動流体は、ポンプ１１Ａ→再生器１８→蒸発器１２→気液分離器１７→過熱器３２→タービン１３Ｅ→タービン１３Ａ→吸収器２０→凝縮器１５→タンク１６Ｅ→ポンプ１１Ｅ→加熱器２１→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順、ポンプ１１Ａ→再生器１８→蒸発器１２→気液分離器１７→過熱器３２→タービン１３Ｅ→加熱器２１→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順、又は、ポンプ１１Ａ→再生器１８→蒸発器１２→気液分離器１７→再生器１８→減圧弁１９→吸収器２０→凝縮器１５→タンク１６Ｅ→ポンプ１１Ｅ→加熱器２１→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順にウエハラサイクル回路内を循環する。また、ヒートポンプ作動流体は、圧縮機３１→過熱器３２→膨張弁３３→熱回収器３４→圧縮機３１→・・・の順にヒートポンプ回路内を循環する。
【００７４】
本発明の第五の実施形態に係る温度差発電装置１Ｅは、タービン及び発電機を二組（上流側のタービン１３Ｅ及び発電機１４Ｅ、下流側のタービン１３Ａ及び発電機１４Ａ）設けたので、発電効率をさらに高めることができる。
【００７５】
＜第六の実施形態＞
続いて、本発明の第六の実施形態に係る温度差発電装置について、第五の実施形態に係る温度差発電装置１Ｅとの相違点を中心に、図６を参照して説明する。図６に示すように、本発明の第六の実施形態に係る温度差発電装置１Ｆは、ウエハラサイクルを用いた装置であって、ヒートポンプ回路の構成要素として、再生器３５をさらに備える。
【００７６】
再生器３５は、再生器１８から排出された発電作動流体と、過熱器３２から排出されたヒートポンプ作動流体と、を熱交換することによって、発電作動流体を加熱する熱交換器である。熱交換後、発電作動流体は、蒸発器１２へ排出され、ヒートポンプ作動流体は、膨張弁３３へ排出される。
【００７７】
すなわち、再生器３５は、発電作動流体が流通する流路と、ヒートポンプ作動流体が流通する流路と、を備えており、発電作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介して再生器１８に流体流通可能に接続されており、発電作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して蒸発器１２に流体流通可能に接続されている。また、ヒートポンプ作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介して過熱器３２に流体流通可能に接続されており、ヒートポンプ作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して膨張弁３３に流体流通可能に接続されている。
【００７８】
本発明の第六の実施形態に係る温度差発電装置１Ｆにおいて、熱源Ｈ１から供給される熱源流体は、蒸発器１２→熱回収器３４の順に流れて外部へ排出される。また、熱源Ｈ２から供給される冷却用流体は、凝縮器１５を流れて外部へ排出される。また、発電作動流体は、ポンプ１１Ａ→再生器１８→再生器３５→蒸発器１２→気液分離器１７→過熱器３２→タービン１３Ｅ→タービン１３Ａ→吸収器２０→凝縮器１５→タンク１６Ｅ→ポンプ１１Ｅ→加熱器２１→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順、ポンプ１１Ａ→再生器１８→再生器３５→蒸発器１２→気液分離器１７→過熱器３２→タービン１３Ｅ→加熱器２１→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順、又は、ポンプ１１Ａ→再生器１８→再生器３５→蒸発器１２→気液分離器１７→再生器１８→減圧弁１９→吸収器２０→凝縮器１５→タンク１６Ｅ→ポンプ１１Ｅ→加熱器２１→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順にウエハラサイクル回路内を循環する。また、ヒートポンプ作動流体は、圧縮機３１→過熱器３２→再生器３５→膨張弁３３→熱回収器３４→圧縮機３１→・・・の順にヒートポンプ回路内を循環する。
【００７９】
本発明の第六の実施形態に係る温度差発電装置１Ｆは、再生器３５で予め加熱された発電作動流体を蒸発器１２へ供給するので、熱源Ｈ１から供給される熱源流体の流量を低減したり、より低温の熱源流体を用いたりすることができる。また、蒸発器１２を小型化することができる。
【００８０】
＜第七の実施形態＞
続いて、本発明の第七の実施形態に係る温度差発電装置について、第五の実施形態に係る温度差発電装置１Ｅとの相違点を中心に、図７を参照して説明する。図７に示すように、本発明の第七の実施形態に係る温度差発電装置１Ｇは、ウエハラサイクルを用いた装置であって、ヒートポンプ回路の構成要素として、再熱器３６をさらに備える。
【００８１】
再熱器３６は、上流側のタービン１３Ｅから排出された発電作動流体と、過熱器３２から排出されたヒートポンプ作動流体と、を熱交換することによって、発電作動流体を再加熱する熱交換器である。熱交換後、発電作動流体は、タービン１４Ｅへ排出され、ヒートポンプ作動流体は、膨張弁３３へ排出される。
【００８２】
すなわち、再熱器３６は、タービン１３Ｅから排出された発電作動流体が流通する流路と、過熱器３２から排出されたヒートポンプ作動流体が流通する流路と、を備えており、発電作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介してタービン１３Ｅに流体流通可能に接続されており、発電作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介してタービン１３Ａに流体流通可能に接続されている。また、ヒートポンプ作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介して過熱器３２に流体流通可能に接続されており、ヒートポンプ作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して膨張弁３３に流体流通可能に接続されている。
【００８３】
本発明の第七の実施形態に係る温度差発電装置１Ｇにおいて、熱源Ｈ１から供給される熱源流体は、蒸発器１２→熱回収器３４の順に流れて外部へ排出される。また、熱源Ｈ２から供給される冷却用流体は、凝縮器１５を流れて外部へ排出される。また、発電作動流体は、ポンプ１１Ａ→再生器１８→蒸発器１２→気液分離器１７→過熱器３２→タービン１３Ｅ→再熱器３６→タービン１３Ａ→吸収器２０→凝縮器１５→タンク１６Ｅ→ポンプ１１Ｅ→加熱器２１→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順、ポンプ１１Ａ→再生器１８→蒸発器１２→気液分離器１７→過熱器３２→タービン１３Ｅ→加熱器２１→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順、又は、ポンプ１１Ａ→再生器１８→蒸発器１２→気液分離器１７→再生器１８→減圧弁１９→吸収器２０→凝縮器１５→タンク１６Ｅ→ポンプ１１Ｅ→加熱器２１→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順にウエハラサイクル回路内を循環する。また、ヒートポンプ作動流体は、圧縮機３１→過熱器３２→再熱器３６→膨張弁３３→熱回収器３４→圧縮機３１→・・・の順にヒートポンプ回路内を循環する。
【００８４】
本発明の第七の実施形態に係る温度差発電装置１Ｆは、再熱器３６で再加熱された発電作動流体を下流側のタービン１３Ａへ供給するので、下流側の発電機１４Ａにおける発電効率を高めることができる。
【００８５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。例えば、第六の実施形態の温度差発電装置１Ｆに、第七の実施形態の温度差発電装置１Ｇにおける再熱器３６を追加することができる。また、温度差発電装置１Ａ〜１Ｇは、工場から排出された排気ガス、温排水等を熱源流体として用いる発電だけでなく、海洋表層における比較的高温の温海水を熱源流体として用いるとともに海洋深層における比較的低温の冷海水を冷却用流体として用いる海洋温度差発電、地下から汲み出した地熱、蒸気等を熱源流体として用いる地熱発電等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ 温度差発電装置
１１Ａ，１１Ｅ ポンプ
１２ 蒸発器
１３Ａ，１３Ｅ タービン
１４Ａ，１４Ｅ 発電機
１５ 凝縮器
１６Ａ，１６Ｅ タンク
１７ 気液分離器
１８ 再生器
１９ 減圧弁
２０ 吸収器
２１ 加熱器
３１ 圧縮機
３２ 過熱器
３３ 膨張弁
３４ 熱回収器
３５ 再生器
３６ 再熱器
Ｈ１，Ｈ２ 熱源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランキンサイクル、カリーナサイクル、ウエハラサイクル等といった外燃機関の理論サイクルを用いた温度差発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化対策として、二酸化炭素の排出量削減、省エネの重要性が増してきている昨今、地下から汲み出した地熱水、各種工場から排出される温排水を熱源として用いた温度差発電や、海洋表層における比較的高温の温海水と海洋深層における比較的低温の冷海水との温度差を用いた温度差発電が行われるようになってきている。
特許文献１には、外燃機関の理論サイクルの一種であるランキンサイクルの熱効率を向上した、いわゆるカリーナサイクルを用いた温度差発電装置が記載されている。また、特許文献２には、カリーナサイクルの熱効率をさらに向上した、いわゆるウエハラサイクルを用いた温度差発電装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５７−２００６０７号公報
【特許文献２】特開平７−９１３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これら従来の温度差発電装置は、熱源から供給される流体と発電作動流体とを蒸発器にて熱交換することによって発電作動流体を気化し、気化した発電作動流体がタービンを駆動することによって発電するようになっているが、蒸発器から排出されてタービンへ供給される発電作動流体の温度・圧力・エンタルピは、熱源から供給される流体の温度によって決まる。例えば、熱源から供給される流体の温度が２５〜２００℃の中低温である場合には、タービンへ供給される発電作動流体のエンタルピは小さく、タービン駆動前後での熱落差は小さくなるため、発電効率が低くなってしまう。
【０００５】
本発明は、前記した問題に鑑みて創案されたものであり、高い発電効率を実現することが可能な温度差発電装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明の温度差発電装置は、熱源から供給される熱源流体と発電作動流体とを熱交換することによって、前記発電作動流体を気化する蒸発器と、前記蒸発器に前記発電作動流体を供給するポンプと、前記蒸発器で気化した前記発電作動流体によって駆動するタービンと、前記タービンの駆動によって発電を行う発電機と、前記タービンから排出された前記発電作動流体を凝縮して前記ポンプへ排出する凝縮器と、を備える温度差発電装置であって、ヒートポンプ作動流体を圧縮する圧縮機と、前記蒸発器と前記タービンとの間に設けられ、前記圧縮機で圧縮された前記ヒートポンプ作動流体と前記蒸発器で気化した前記発電作動流体とを熱交換することによって、前記発電作動流体を過熱して前記タービンへ排出する過熱器と、前記過熱器から排出された前記ヒートポンプ作動流体を膨張させる膨張弁と、前記膨張弁から排出された前記ヒートポンプ作動流体と前記蒸発器から排出された前記熱源流体とを熱交換することによって、前記ヒートポンプ作動流体を加熱して前記圧縮機へ排出する熱回収器と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
かかる構成によると、蒸発器で発電作動流体に与えることができなかった熱を、熱回収器でヒートポンプ作動流体に回収し、過熱器において発電作動流体に与えるので、タービン入口における発電作動流体のエンタルピを増大させ、発電効率を高めることができる。
【０００８】
また、前記温度差発電装置は、前記ポンプと前記蒸発器との間に設けられ、前記過熱器から排出された前記ヒートポンプ作動流体と前記蒸発器へ供給される前記発電作動流体とを熱交換することによって、前記ヒートポンプ作動流体を加熱して前記蒸発器へ排出する再生器をさらに備える構成であってもよい。
【０００９】
かかる構成によると、再生器で予め加熱された発電作動流体を蒸発器へ供給するので、熱源から供給される熱源流体の流量を低減したり、より低温の熱源流体を用いたりすることができる。また、蒸発器１２を小型化することができる。
【００１０】
また、前記温度差発電装置は、前記タービンとして、直列に組まれた二つのタービンを備えるとともに、前記発電機として、前記二つのタービンにそれぞれ対応して設けられた二つの発電機を備え、前記凝縮器は、下流側の前記タービンと流体流通可能に接続されており、上流側の前記タービンから排出された前記発電作動流体と前記凝縮器で凝縮された前記発電作動流体とを熱交換し、熱交換されたこれらの前記発電作動流体を前記ポンプへ排出する加熱器と、上流側の前記タービンから排出された前記発電作動流体と前記過熱器から排出された前記ヒートポンプ作動流体とを熱交換することによって、前記発電作動流体を加熱して下流側の前記タービンへ排出する再熱器と、をさらに備える構成であってもよい。
【００１１】
かかる構成によると、再熱器で再加熱された発電作動流体を下流側のタービンへ供給するので、下流側の発電機における発電効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、温度差発電装置において高い発電効率を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る温度差発電装置を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に係る温度差発電装置を模式的に示す図である。
【図３】本発明の第三の実施形態に係る温度差発電装置を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第四の実施形態に係る温度差発電装置を模式的に示す図である。
【図５】本発明の第五の実施形態に係る温度差発電装置を模式的に示す図である。
【図６】本発明の第六の実施形態に係る温度差発電装置を模式的に示す図である。
【図７】本発明の第七の実施形態に係る温度差発電装置を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。同様の部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。各図において、各構成を繋ぐ実線は、各流体が流通するパイプである。
【００１５】
＜第一の実施形態＞
まず、本発明の第一の実施形態に係る温度差発電装置について、図１を参照して説明する。図１に示すように、本発明の第一の実施形態に係る温度差発電装置１Ａは、ランキンサイクルを用いた装置であって、ランキンサイクル回路の構成要素として、ポンプ１１Ａと、蒸発器１２と、タービン１３Ａと、発電機１４Ａと、凝縮器１５と、タンク１６Ａと、を備えるとともに、ヒートポンプ回路の構成要素として、圧縮機３１と、過熱器３２と、膨張弁３３と、熱回収器３４と、を備える。
【００１６】
≪ランキンサイクル回路≫
ポンプ１１Ａは、ランキンサイクル回路内の発電作動流体（例えば、低沸点媒体であるアンモニア、ペンタン等）の流れを発生するものであって、発電作動流体を蒸発器１２へ供給する。
【００１７】
すなわち、ポンプ１１Ａの下流側端部は、パイプを介して蒸発器１２に流体流通可能に接続されている。
【００１８】
蒸発器１２は、加熱用の熱源Ｈ１から供給された中低温（２５〜２００℃。好ましくは、７０〜２００℃。）の熱源流体（例えば、工場から排出された排気ガス等）と、ポンプ１１Ａから供給された発電作動流体と、を熱交換することによって、発電作動流体を加熱して気化する熱交換器である。熱交換後、熱源流体は、熱回収器３４へ排出され、気化した発電作動流体は、過熱器３２を介してタービン１３Ａへ排出される。
【００１９】
すなわち、蒸発器１２は、熱源流体が流通する流路と、発電作動流体が流通する流路と、を備えており、熱源流体用の流路の上流側端部は、パイプを介して熱源Ｈ１に流体流通可能に接続されており、熱源流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して熱回収器３４に流体流通可能に接続されている。また、発電作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介してポンプ１１Ａに流体流通可能に接続されており、発電作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して過熱器３２に流体流通可能に接続されている。
【００２０】
タービン１３Ａは、蒸発器１２から排出された発電作動流体（気化済み）によって回転駆動する翼状体である。タービン１３Ａを回転駆動させた発電作動流体は、凝縮器１５へ排出される。
【００２１】
すなわち、タービン１３Ａの上流側端部は、パイプを介して過熱器３２に流体流通可能に接続されており、タービン１３Ａの下流側端部は、パイプを介して凝縮器１５に流体流通可能に接続されている。
【００２２】
発電機１４Ａは、タービン１３Ａに連結されており、タービンの回転によって発電を行う装置である。
【００２３】
凝縮器１５は、タービン１３Ａから排出された発電作動流体と、冷却用の熱源Ｈ２から供給される冷却用流体（例えば、海水、冷却塔水等）と、を熱交換することによって、発電作動流体を冷却して凝縮する熱交換器である。熱交換後、発電作動流体は、タンク１６Ａへ排出される。
【００２４】
すなわち、凝縮器１５は、冷却用流体が流通する流路と、発電作動流体が流通する流路と、を備えており、冷却用流体用の流路の上流側端部は、パイプを介して熱源Ｈ２に流体流通可能に接続されており、冷却用流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して外部装置に流体流通可能に接続されている。また、発電作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介してタービン１３Ａに流体流通可能に接続されており、発電作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介してタンク１６Ａに流体流通可能に接続されている。
【００２５】
タンク１６Ａには、凝縮器１５から排出された発電作動流体が一時貯留される。タンク１６Ａ内の発電作動流体は、ポンプ１１Ａの駆動によって汲み出され、再度蒸発器１２へ供給される。
【００２６】
すなわち、タンク１６Ａの上流側端部は、パイプを介して凝縮器１５に流体流通可能に接続されており、タンク１６Ａの下流側端部は、パイプを介してポンプ１１Ａに流体流通可能に接続されている。
【００２７】
≪ヒートポンプ回路≫
圧縮機３１は、ヒートポンプ回路内のヒートポンプ作動流体（例えば、アンモニア、二酸化炭素等）の流れを発生するものであって、ヒートポンプ作動流体を圧縮し、蒸発器１２で気化した発電作動流体よりも高温にして過熱器３２へ供給する。
【００２８】
すなわち、圧縮機３１の下流側端部は、パイプを介して過熱器３２に流体流通可能に接続されている。
【００２９】
過熱器３２は、圧縮機３１から供給されるヒートポンプ作動流体と、蒸発器１２から排出された発電作動流体と、を熱交換することよって、蒸発器１２で気化した発電作動流体をさらに過熱する熱交換器である。熱交換後、ヒートポンプ作動流体は、膨張弁３３へ排出され、発電作動流体は、タービン１３Ａへ排出される。
【００３０】
すなわち、過熱器３２は、ヒートポンプ作動流体が流通する流路と、発電作動流体が流通する流路と、を備えており、ヒートポンプ作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介して圧縮機３１に流体流通可能に接続されており、ヒートポンプ作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して膨張弁３３に流体流通可能に接続されている。また、発電作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介して蒸発器１２に流体流通可能に接続されており、発電作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介してタービン１３Ａに流体流通可能に接続されている。
【００３１】
膨張弁３３は、過熱器３２から排出されたヒートポンプ作動流体を減圧して膨張（体積増加）させる弁である。膨張後、ヒートポンプ作動流体は、熱回収器３４へ排出される。
【００３２】
すなわち、膨張弁３３の上流側端部は、パイプを介して過熱器３２に流体流通可能に接続されており、膨張弁３３の下流側端部は、パイプを介して熱回収器３４に流体流通可能に接続されている。
【００３３】
熱回収器３４は、蒸発器１２から排出された熱源流体と、膨張弁３３から排出されたヒートポンプ作動流体と、を熱交換することによって、ヒートポンプ作動流体を加熱するとともに熱源流体を冷却する熱交換器である。熱交換後、ヒートポンプ作動流体は、圧縮機３１へ排出され、熱源流体は、外部へ排出される。
【００３４】
すなわち、熱回収器３４は、熱源流体が流通する流路と、ヒートポンプ作動流体が流通する流路と、を備えており、熱源流体用の流路の上流側端部は、パイプを介して蒸発器１２に流体流通可能に接続されており、熱源流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して外部装置に流体流通可能に接続されている。また、ヒートポンプ作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介して膨張弁３３に流体流通可能に接続されており、ヒートポンプ作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して圧縮機３１に流体流通可能に接続されている。
【００３５】
本発明の第一の実施形態に係る温度差発電装置１Ａにおいて、熱源Ｈ１から供給される熱源流体は、蒸発器１２→熱回収器３４の順に流れて外部へ排出される。また、熱源Ｈ２から供給される冷却用流体は、凝縮器１５を流れて外部へ排出される。また、発電作動流体は、ポンプ１１Ａ→蒸発器１２→過熱器３２→タービン１３Ａ→凝縮器１５→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順にランキンサイクル回路内を循環する。また、ヒートポンプ作動流体は、圧縮機３１→過熱器３２→膨張弁３３→熱回収器３４→圧縮機３１→・・・の順にヒートポンプ回路内を循環する。
【００３６】
圧縮機３１の圧縮効率が７０％、タービン１３Ａ及び発電機１４Ａの発電効率が１０％の場合には、ヒートポンプ回路の成績係数を１４．３（＝１÷０．７÷０．１）以上とする必要があり、この場合には、過熱器３２へ供給されるヒートポンプ作動流体の温度を４１℃、過熱器３２から排出されるヒートポンプ作動流体の温度を２０℃、とすることによって温度差発電装置１Ａを作動させることができる。
【００３７】
なお、本発明の第一の実施形態に係る温度差発電装置１Ａは、発電作動流体としてアンモニアを用いるとともにヒートポンプ作動流体としてアンモニアを用い、蒸発器１２に供給される熱源流体の温度を８５．０℃、過熱器３２に供給されるヒートポンプ作動流体の温度を１１０．０℃、過熱器３２から排出されるヒートポンプ作動流体の温度を８０．０℃、過熱器３２に供給される発電作動流体の温度を７５．０℃、過熱器３２から排出される発電作動流体の温度を１０５．０℃としたとき、（ヒートポンプ回路を有していない従来のランキンサイクルを用いた発電装置の発電効率を１００．０として換算したところ、）圧縮機３１での使用電力を差し引いて、最大で２０３．０の発電効率を得ることができる。
また、本発明の第一の実施形態に係る温度差発電装置１Ａは、発電作動流体としてアンモニアを用いるとともにヒートポンプ作動流体としてアンモニアを用い、蒸発器１２に供給される熱源流体の温度を８５．０℃、過熱器３２に供給されるヒートポンプ作動流体の温度を１２０．０℃、過熱器３２から排出されるヒートポンプ作動流体の温度を８２．６℃、過熱器３２に供給される発電作動流体の温度を７５．０℃、過熱器３２から排出される発電作動流体の温度を１１５．０℃としたとき、（ヒートポンプ回路を有していない従来のランキンサイクルを用いた発電装置の発電効率を１００．０として換算したところ、）圧縮機３１での使用電力を差し引いて、最大で２３０．９の発電効率を得ることができる。
【００３８】
本発明の第一の実施形態に係る温度差発電装置１Ａは、蒸発器１２で発電作動流体に与えることができなかった熱を、熱回収器３４でヒートポンプ作動流体に回収し、過熱器３２において発電作動流体に与えるので、タービン１３Ａ入口における発電作動流体のエンタルピを増大させ、発電効率を高めることができる。
【００３９】
＜第二の実施形態＞
続いて、本発明の第二の実施形態に係る温度差発電装置について、第一の実施形態に係る温度差発電装置１Ａとの相違点を中心に、図２を参照して説明する。図２に示すように、本発明の第二の実施形態に係る温度差発電装置１Ｂは、ランキンサイクルを用いた装置であって、ヒートポンプ回路の構成要素として、再生器３５をさらに備える。
【００４０】
再生器３５は、ポンプ１１Ａから排出された発電作動流体と、過熱器３２から排出されたヒートポンプ作動流体と、を熱交換することによって、発電作動流体を加熱する熱交換器である。熱交換後、発電作動流体は、蒸発器１２へ排出され、ヒートポンプ作動流体は、膨張弁３３へ排出される。
【００４１】
すなわち、再生器３５は、発電作動流体が流通する流路と、ヒートポンプ作動流体が流通する流路と、を備えており、発電作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介してポンプ１１Ａに流体流通可能に接続されており、発電作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して蒸発器１２に流体流通可能に接続されている。また、ヒートポンプ作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介して過熱器３２に流体流通可能に接続されており、ヒートポンプ作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して膨張弁３３に流体流通可能に接続されている。
【００４２】
本発明の第二の実施形態に係る温度差発電装置１Ｂにおいて、熱源Ｈ１から供給される熱源流体は、蒸発器１２→熱回収器３４の順に流れて外部へ排出される。また、熱源Ｈ２から供給される冷却用流体は、凝縮器１５を流れて外部へ排出される。また、発電作動流体は、ポンプ１１Ａ→再生器３５→蒸発器１２→過熱器３２→タービン１３Ａ→凝縮器１５→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順にランキンサイクル回路内を循環する。また、ヒートポンプ作動流体は、圧縮機３１→過熱器３２→再生器３５→膨張弁３３→熱回収器３４→圧縮機３１→・・・の順にヒートポンプ回路内を循環する。
【００４３】
なお、本発明の第二の実施形態に係る温度差発電装置１Ｂは、発電作動流体としてアンモニアを用いるとともにヒートポンプ作動流体としてアンモニアを用い、蒸発器１２に供給される熱源流体の温度を８５．０℃、過熱器３２に供給されるヒートポンプ作動流体の温度を１１０．０℃、過熱器３２から排出されるヒートポンプ作動流体の温度を８０．０℃、過熱器３２に供給される発電作動流体の温度を７５．０℃、過熱器３２から排出される発電作動流体の温度を１０５．０℃としたとき、（ヒートポンプ回路を有していない従来のランキンサイクルを用いた発電装置の発電効率を１００として換算したところ、）圧縮機３１での使用電力を差し引いて、最大で２０３．０の発電効率を得ることができる。
また、本発明の第二の実施形態に係る温度差発電装置１Ｂは、発電作動流体としてアンモニアを用いるとともにヒートポンプ作動流体としてアンモニアを用い、蒸発器１２に供給される熱源流体の温度を８５．０℃、過熱器３２に供給されるヒートポンプ作動流体の温度を１２０．０℃、過熱器３２から排出されるヒートポンプ作動流体の温度を８２．６℃、過熱器３２に供給される発電作動流体の温度を７５．０℃、過熱器３２から排出される発電作動流体の温度を１１５．０℃としたとき、（ヒートポンプ回路を有していない従来のランキンサイクルを用いた発電装置の発電効率を１００．０として換算したところ、）圧縮機３１での使用電力を差し引いて、最大で２３０．７の発電効率を得ることができる。
【００４４】
本発明の第二の実施形態に係る温度差発電装置１Ｂは、再生器３５で予め加熱された発電作動流体を蒸発器１２へ供給するので、熱源Ｈ１から供給される熱源流体の流量を低減したり、より低温の熱源流体を用いたりすることができる。また、蒸発器１２を小型化することができる。
【００４５】
＜第三の実施形態＞
続いて、本発明の第三の実施形態に係る温度差発電装置について、第一の実施形態に係る温度差発電装置１Ａとの相違点を中心に、図３を参照して説明する。図３に示すように、本発明の第三の実施形態に係る温度差発電装置１Ｃは、カリーナサイクルを用いた装置であって、カリーナサイクル回路の構成要素として、気液分離器１７と、再生器１８と、減圧弁１９と、吸収器２０と、をさらに備える。すなわち、ランキンサイクル回路にこれらの構成要素を追加したものが、カリーナサイクル回路である。
【００４６】
気液分離器１７は、蒸発器１２から排出された発電作動流体を、気体と液体とに分離するものである。分離後、気体（発電作動流体）は、過熱器３２へ排出され、液体（発電作動流体）は、再生器１８へ排出される。
【００４７】
すなわち、気液分離器１７の上流側端部は、パイプを介して蒸発器１２に流体流通可能に接続されており、気液分離器１７の下流側端部は、パイプを介して過熱器３２及び再生器１８に流体流通可能に接続されている。
【００４８】
再生器１８は、ポンプ１１Ａから排出された発電作動流体と、気液分離器１７から排出された液体（発電作動流体）と、を熱交換することによって、発電作動流体を加熱する熱交換器である。熱交換後、発電作動流体は、蒸発器１２へ排出され、液体（発電作動流体）は、減圧弁１９へ排出される。
【００４９】
すなわち、再生器１８は、発電作動流体が流通する流路と、液体（発電作動流体）が流通する流路と、を備えており、発電作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介してポンプ１１Ａに流体流通可能に接続されており、発電作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して蒸発器１２に流体流通可能に接続されている。また、液体（発電作動流体）用の流路の上流側端部は、パイプを介して気液分離器１７に流体流通可能に接続されており、液体（発電作動流体）用の流路の下流側端部は、パイプを介して減圧弁１９に流体流通可能に接続されている。
【００５０】
減圧弁１９は、再生器１８から排出された液体を減圧する弁である。減圧後、液体（発電作動流体）は、吸収器２０へ排出される。
【００５１】
すなわち、減圧弁１９の上流側端部は、パイプを介して再生器１８に流体流通可能に接続されており、減圧弁１９の下流側端部は、パイプを介して吸収器２０に流体流通可能に接続されている。
【００５２】
吸収器２０は、減圧弁１９から排出された液体（発電作動流体）をタービン１３Ａから排出された発電作動流体に吸収するものである。吸収後、発電作動流体は、凝縮器１５へ排出される。
【００５３】
すなわち、吸収器２０の上流側端部は、パイプを介してタービン１３Ａ及び減圧弁１９に流体流通可能に接続されており、吸収器２０の下流側端部は、パイプを介して凝縮器１５に流体流通可能に接続されている。
【００５４】
本発明の第三の実施形態に係る温度差発電装置１Ｃにおいて、熱源Ｈ１から供給される熱源流体は、蒸発器１２→熱回収器３４の順に流れて外部へ排出される。また、熱源Ｈ２から供給される冷却用流体は、凝縮器１５を流れて外部へ排出される。また、発電作動流体は、ポンプ１１Ａ→再生器１８→蒸発器１２→気液分離器１７→過熱器３２→タービン１３Ａ→吸収器２０→凝縮器１５→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順、又は、ポンプ１１Ａ→再生器１８→蒸発器１２→気液分離器１７→再生器１８→減圧弁１９→吸収器２０→凝縮器１５→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順にカリーナサイクル回路内を循環する。また、ヒートポンプ作動流体は、圧縮機３１→過熱器３２→膨張弁３３→熱回収器３４→圧縮機３１→・・・の順にヒートポンプ回路内を循環する。
【００５５】
なお、本発明の第三の実施形態に係る温度差発電装置１Ｃは、発電作動流体としてアンモニアと水との混合物を用いるとともにヒートポンプ作動流体としてアンモニアを用い、蒸発器１２に供給される熱源流体の温度を２８．０℃、過熱器３２に供給されるヒートポンプ作動流体の温度を６０．０℃、過熱器３２から排出されるヒートポンプ作動流体の温度を４０．０℃、過熱器３２に供給される発電作動流体の温度を２５．６℃、過熱器３２から排出される発電作動流体の温度を５５．０℃としたとき、（ヒートポンプ回路を有していない従来のカリーナサイクルを用いた発電装置の発電効率を１００．０として換算したところ、）圧縮機３１での使用電力を差し引いて、最大で１７６．０の発電効率を得ることができる。
また、本発明の第三の実施形態に係る温度差発電装置１Ｃは、発電作動流体としてアンモニアと水との混合物を用いるとともにヒートポンプ作動流体としてアンモニアを用い、蒸発器１２に供給される熱源流体の温度を２８．０℃、過熱器３２に供給されるヒートポンプ作動流体の温度を７０℃、過熱器３２から排出されるヒートポンプ作動流体の温度を４０．０℃、過熱器３２に供給される発電作動流体の温度を２５．６℃、過熱器３２から排出される発電作動流体の温度を６５．０℃としたとき、（ヒートポンプ回路を有していない従来のカリーナサイクルを用いた発電装置の発電効率を１００．０として換算したところ、）圧縮機３１での使用電力を差し引いて、最大で１９４．１の発電効率を得ることができる。
【００５６】
本発明の第三の実施形態に係る温度差発電装置１Ｃは、再生器１８で予め加熱された発電作動流体を蒸発器１２へ供給するので、熱源Ｈ１から供給される熱源流体の流量を低減したり、より低温の熱源流体を用いたりすることができる。
【００５７】
＜第四の実施形態＞
続いて、本発明の第四の実施形態に係る温度差発電装置について、第三の実施形態に係る温度差発電装置１Ｃとの相違点を中心に、図４を参照して説明する。図４に示すように、本発明の第四の実施形態に係る温度差発電装置１Ｄは、カリーナサイクルを用いた装置であって、ヒートポンプ回路の構成要素として、再生器３５をさらに備える。
【００５８】
再生器３５は、再生器１８から排出された発電作動流体と、過熱器３２から排出されたヒートポンプ作動流体と、を熱交換することによって、発電作動流体を加熱する熱交換器である。熱交換後、発電作動流体は、蒸発器１２へ排出され、ヒートポンプ作動流体は、膨張弁３３へ排出される。
【００５９】
すなわち、再生器３５は、発電作動流体が流通する流路と、ヒートポンプ作動流体が流通する流路と、を備えており、発電作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介して再生器１８に流体流通可能に接続されており、発電作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して蒸発器１２に流体流通可能に接続されている。また、ヒートポンプ作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介して過熱器３２に流体流通可能に接続されており、ヒートポンプ作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して膨張弁３３に流体流通可能に接続されている。
【００６０】
本発明の第四の実施形態に係る温度差発電装置１Ｄにおいて、熱源Ｈ１から供給される熱源流体は、蒸発器１２→熱回収器３４の順に流れて外部へ排出される。また、熱源Ｈ２から供給される冷却用流体は、凝縮器１５を流れて外部へ排出される。また、発電作動流体は、ポンプ１１Ａ→再生器１８→再生器３５→蒸発器１２→気液分離器１７→過熱器３２→タービン１３Ａ→吸収器２０→凝縮器１５→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順、又は、ポンプ１１Ａ→再生器１８→再生器３５→蒸発器１２→気液分離器１７→再生器１８→減圧弁１９→吸収器２０→凝縮器１５→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順にカリーナサイクル回路内を循環する。また、ヒートポンプ作動流体は、圧縮機３１→過熱器３２→再生器３５→膨張弁３３→熱回収器３４→圧縮機３１→・・・の順にヒートポンプ回路内を循環する。
【００６１】
なお、本発明の第四の実施形態に係る温度差発電装置１Ｄは、発電作動流体としてアンモニアと水との混合物を用いるとともにヒートポンプ作動流体としてアンモニアを用い、蒸発器１２に供給される熱源流体の温度を２８．０℃、過熱器３２に供給されるヒートポンプ作動流体の温度を６０．０℃、過熱器３２から排出されるヒートポンプ作動流体の温度を４０．０℃、過熱器３２に供給される発電作動流体の温度を２５．６℃、過熱器３２から排出される発電作動流体の温度を５５．０℃としたとき、（ヒートポンプ回路を有していない従来のカリーナサイクルを用いた発電装置の発電効率を１００．０として換算したところ、）圧縮機３１での使用電力を差し引いても、最大で１７８．２の発電効率を得ることができる。
また、本発明の第四の実施形態に係る温度差発電装置１Ｄは、発電作動流体としてアンモニアと水との混合物を用いるとともにヒートポンプ作動流体としてアンモニアを用い、蒸発器１２に供給される熱源流体の温度を２８．０℃、過熱器３２に供給されるヒートポンプ作動流体の温度を７０℃、過熱器３２から排出されるヒートポンプ作動流体の温度を４０．０℃、過熱器３２に供給される発電作動流体の温度を２５．６℃、過熱器３２から排出される発電作動流体の温度を６５．０℃としたとき、（ヒートポンプ回路を有していない従来のカリーナサイクルを用いた発電装置の発電効率を１００．０として換算したところ、）圧縮機３１での使用電力を差し引いて、最大で１９６．２の発電効率を得ることができる。
【００６２】
本発明の第四の実施形態に係る温度差発電装置１Ｄは、再生器３５で予め加熱された発電作動流体を蒸発器１２へ供給するので、熱源Ｈ１から供給される熱源流体の流量を低減したり、より低温の熱源流体を用いたりすることができる。また、蒸発器１２を小型化することができる。
【００６３】
＜第五の実施形態＞
続いて、本発明の第五の実施形態に係る温度差発電装置について、第三の実施形態に係る温度差発電装置１Ｃとの相違点を中心に、図５を参照して説明する。図５に示すように、本発明の第五の実施形態に係る温度差発電装置１Ｅは、ウエハラサイクルを用いた装置であって、ウエハラサイクル回路の構成要素として、タービン１３Ｅと、発電機１４Ｅと、タンク１６Ｅと、ポンプ１１Ｅと、加熱器２１と、をさらに備える。すなわち、カリーナサイクル回路にこれらの構成要素を追加したものが、ウエハラサイクル回路である。
【００６４】
タービン１３Ｅは、タービン１３Ａよりも上流側に設けられており、過熱器３２から排出された発電作動流体によって回転駆動する翼状体である。タービン１３Ｅを回転駆動させた発電作動流体の一部は、下流側のタービン１３Ａへ排出され、他部は、加熱器２１へ排出される。
【００６５】
すなわち、タービン１３Ｅの上流側端部は、パイプを介して過熱器３２に流体流通可能に接続されており、タービン１３Ｅの下流側端部は、パイプを介してタービン１３Ａ及び加熱器２１に流体流通可能に接続されている。
【００６６】
発電機１４Ｅは、タービン１３Ｅに連結されており、タービンの回転によって発電を行う装置である。
【００６７】
タンク１６Ｅには、凝縮器１５から排出された発電作動流体が一時貯留される。
【００６８】
すなわち、タンク１６Ｅの上流側端部は、パイプを介して凝縮器１５に流体流通可能に接続されており、タンク１６Ｅの下流側端部は、パイプを介してポンプ１１Ｅに流体流通可能に接続されている。
【００６９】
ポンプ１１Ｅは、ポンプ１１Ａとともにウエハラサイクル回路内の発電作動流体の流れを発生するものであって、タンク１６Ｅ内の発電作動流体を汲み出して加熱器２１へ供給する。
【００７０】
すなわち、ポンプ１１Ｅの上流側端部は、パイプを介してタンク１６Ｅに流体流通可能に接続されており、ポンプ１１Ｅの下流側端部は、パイプを介して加熱器２１に流体流通可能に接続されている。
【００７１】
加熱器２１は、タービン１３Ｅから排出された発電作動流体と、ポンプ１６Ｅから排出された発電作動流体と、を熱交換することによって、これらの温度差を低減する熱交換器である。熱交換後、これらの発電作動流体は、ともにタンク１６Ａへ排出される。
【００７２】
すなわち、加熱器２１は、タービン１３Ｅから排出された発電作動流体が流通する流路と、ポンプ１１Ｅから排出された発電作動流体が流通する流路と、を備えており、タービン１３Ｅから排出された発電作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介してタービン１３Ｅに流体流通可能に接続されており、タービン１３Ｅから排出された発電作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介してタンク１６Ａに流体流通可能に接続されている。また、ポンプ１１Ｅから排出された発電作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介してポンプ１１Ｅに流体流通可能に接続されており、ポンプ１１Ｅから排出された発電作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介してタンク１６Ａに流体流通可能に接続されている。
【００７３】
本発明の第五の実施形態に係る温度差発電装置１Ｅにおいて、熱源Ｈ１から供給される熱源流体は、蒸発器１２→熱回収器３４の順に流れて外部へ排出される。また、熱源Ｈ２から供給される冷却用流体は、凝縮器１５を流れて外部へ排出される。また、発電作動流体は、ポンプ１１Ａ→再生器１８→蒸発器１２→気液分離器１７→過熱器３２→タービン１３Ｅ→タービン１３Ａ→吸収器２０→凝縮器１５→タンク１６Ｅ→ポンプ１１Ｅ→加熱器２１→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順、ポンプ１１Ａ→再生器１８→蒸発器１２→気液分離器１７→過熱器３２→タービン１３Ｅ→加熱器２１→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順、又は、ポンプ１１Ａ→再生器１８→蒸発器１２→気液分離器１７→再生器１８→減圧弁１９→吸収器２０→凝縮器１５→タンク１６Ｅ→ポンプ１１Ｅ→加熱器２１→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順にウエハラサイクル回路内を循環する。また、ヒートポンプ作動流体は、圧縮機３１→過熱器３２→膨張弁３３→熱回収器３４→圧縮機３１→・・・の順にヒートポンプ回路内を循環する。
【００７４】
本発明の第五の実施形態に係る温度差発電装置１Ｅは、タービン及び発電機を二組（上流側のタービン１３Ｅ及び発電機１４Ｅ、下流側のタービン１３Ａ及び発電機１４Ａ）設けたので、発電効率をさらに高めることができる。
【００７５】
＜第六の実施形態＞
続いて、本発明の第六の実施形態に係る温度差発電装置について、第五の実施形態に係る温度差発電装置１Ｅとの相違点を中心に、図６を参照して説明する。図６に示すように、本発明の第六の実施形態に係る温度差発電装置１Ｆは、ウエハラサイクルを用いた装置であって、ヒートポンプ回路の構成要素として、再生器３５をさらに備える。
【００７６】
再生器３５は、再生器１８から排出された発電作動流体と、過熱器３２から排出されたヒートポンプ作動流体と、を熱交換することによって、発電作動流体を加熱する熱交換器である。熱交換後、発電作動流体は、蒸発器１２へ排出され、ヒートポンプ作動流体は、膨張弁３３へ排出される。
【００７７】
すなわち、再生器３５は、発電作動流体が流通する流路と、ヒートポンプ作動流体が流通する流路と、を備えており、発電作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介して再生器１８に流体流通可能に接続されており、発電作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して蒸発器１２に流体流通可能に接続されている。また、ヒートポンプ作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介して過熱器３２に流体流通可能に接続されており、ヒートポンプ作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して膨張弁３３に流体流通可能に接続されている。
【００７８】
本発明の第六の実施形態に係る温度差発電装置１Ｆにおいて、熱源Ｈ１から供給される熱源流体は、蒸発器１２→熱回収器３４の順に流れて外部へ排出される。また、熱源Ｈ２から供給される冷却用流体は、凝縮器１５を流れて外部へ排出される。また、発電作動流体は、ポンプ１１Ａ→再生器１８→再生器３５→蒸発器１２→気液分離器１７→過熱器３２→タービン１３Ｅ→タービン１３Ａ→吸収器２０→凝縮器１５→タンク１６Ｅ→ポンプ１１Ｅ→加熱器２１→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順、ポンプ１１Ａ→再生器１８→再生器３５→蒸発器１２→気液分離器１７→過熱器３２→タービン１３Ｅ→加熱器２１→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順、又は、ポンプ１１Ａ→再生器１８→再生器３５→蒸発器１２→気液分離器１７→再生器１８→減圧弁１９→吸収器２０→凝縮器１５→タンク１６Ｅ→ポンプ１１Ｅ→加熱器２１→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順にウエハラサイクル回路内を循環する。また、ヒートポンプ作動流体は、圧縮機３１→過熱器３２→再生器３５→膨張弁３３→熱回収器３４→圧縮機３１→・・・の順にヒートポンプ回路内を循環する。
【００７９】
本発明の第六の実施形態に係る温度差発電装置１Ｆは、再生器３５で予め加熱された発電作動流体を蒸発器１２へ供給するので、熱源Ｈ１から供給される熱源流体の流量を低減したり、より低温の熱源流体を用いたりすることができる。また、蒸発器１２を小型化することができる。
【００８０】
＜第七の実施形態＞
続いて、本発明の第七の実施形態に係る温度差発電装置について、第五の実施形態に係る温度差発電装置１Ｅとの相違点を中心に、図７を参照して説明する。図７に示すように、本発明の第七の実施形態に係る温度差発電装置１Ｇは、ウエハラサイクルを用いた装置であって、ヒートポンプ回路の構成要素として、再熱器３６をさらに備える。
【００８１】
再熱器３６は、上流側のタービン１３Ｅから排出された発電作動流体と、過熱器３２から排出されたヒートポンプ作動流体と、を熱交換することによって、発電作動流体を再加熱する熱交換器である。熱交換後、発電作動流体は、タービン１４Ｅへ排出され、ヒートポンプ作動流体は、膨張弁３３へ排出される。
【００８２】
すなわち、再熱器３６は、タービン１３Ｅから排出された発電作動流体が流通する流路と、過熱器３２から排出されたヒートポンプ作動流体が流通する流路と、を備えており、発電作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介してタービン１３Ｅに流体流通可能に接続されており、発電作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介してタービン１３Ａに流体流通可能に接続されている。また、ヒートポンプ作動流体用の流路の上流側端部は、パイプを介して過熱器３２に流体流通可能に接続されており、ヒートポンプ作動流体用の流路の下流側端部は、パイプを介して膨張弁３３に流体流通可能に接続されている。
【００８３】
本発明の第七の実施形態に係る温度差発電装置１Ｇにおいて、熱源Ｈ１から供給される熱源流体は、蒸発器１２→熱回収器３４の順に流れて外部へ排出される。また、熱源Ｈ２から供給される冷却用流体は、凝縮器１５を流れて外部へ排出される。また、発電作動流体は、ポンプ１１Ａ→再生器１８→蒸発器１２→気液分離器１７→過熱器３２→タービン１３Ｅ→再熱器３６→タービン１３Ａ→吸収器２０→凝縮器１５→タンク１６Ｅ→ポンプ１１Ｅ→加熱器２１→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順、ポンプ１１Ａ→再生器１８→蒸発器１２→気液分離器１７→過熱器３２→タービン１３Ｅ→加熱器２１→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順、又は、ポンプ１１Ａ→再生器１８→蒸発器１２→気液分離器１７→再生器１８→減圧弁１９→吸収器２０→凝縮器１５→タンク１６Ｅ→ポンプ１１Ｅ→加熱器２１→タンク１６Ａ→ポンプ１１Ａ→・・・の順にウエハラサイクル回路内を循環する。また、ヒートポンプ作動流体は、圧縮機３１→過熱器３２→再熱器３６→膨張弁３３→熱回収器３４→圧縮機３１→・・・の順にヒートポンプ回路内を循環する。
【００８４】
本発明の第七の実施形態に係る温度差発電装置１Ｆは、再熱器３６で再加熱された発電作動流体を下流側のタービン１３Ａへ供給するので、下流側の発電機１４Ａにおける発電効率を高めることができる。
【００８５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。例えば、第六の実施形態の温度差発電装置１Ｆに、第七の実施形態の温度差発電装置１Ｇにおける再熱器３６を追加することができる。また、温度差発電装置１Ａ〜１Ｇは、工場から排出された排気ガス、温排水等を熱源流体として用いる発電だけでなく、海洋表層における比較的高温の温海水を熱源流体として用いるとともに海洋深層における比較的低温の冷海水を冷却用流体として用いる海洋温度差発電、地下から汲み出した地熱、蒸気等を熱源流体として用いる地熱発電等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ 温度差発電装置
１１Ａ，１１Ｅ ポンプ
１２ 蒸発器
１３Ａ，１３Ｅ タービン
１４Ａ，１４Ｅ 発電機
１５ 凝縮器
１６Ａ，１６Ｅ タンク
１７ 気液分離器
１８ 再生器
１９ 減圧弁
２０ 吸収器
２１ 加熱器
３１ 圧縮機
３２ 過熱器
３３ 膨張弁
３４ 熱回収器
３５ 再生器
３６ 再熱器
Ｈ１，Ｈ２ 熱源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源から供給される熱源流体と発電作動流体とを熱交換することによって、前記発電作動流体を気化する蒸発器と、
前記蒸発器に前記発電作動流体を供給するポンプと、
前記蒸発器で気化した前記発電作動流体によって駆動するタービンと、
前記タービンの駆動によって発電を行う発電機と、
前記タービンから排出された前記発電作動流体を凝縮して前記ポンプへ排出する凝縮器と、
を備える温度差発電装置であって、
ヒートポンプ作動流体を圧縮する圧縮機と、
前記蒸発器と前記タービンとの間に設けられ、前記圧縮機で圧縮された前記ヒートポンプ作動流体と前記蒸発器で気化した前記発電作動流体とを熱交換することによって、前記発電作動流体を過熱して前記タービンへ排出する過熱器と、
前記過熱器から排出された前記ヒートポンプ作動流体を膨張させる膨張弁と、
前記膨張弁から排出された前記ヒートポンプ作動流体と前記蒸発器から排出された前記熱源流体とを熱交換することによって、前記ヒートポンプ作動流体を加熱して前記圧縮機へ排出する熱回収器と、
を備えることを特徴とする温度差発電装置。
【請求項２】
前記ポンプと前記蒸発器との間に設けられ、前記過熱器から排出された前記ヒートポンプ作動流体と前記蒸発器へ供給される前記発電作動流体とを熱交換することによって、前記ヒートポンプ作動流体を加熱して前記蒸発器へ排出する再生器をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の温度差発電装置。
【請求項３】
前記タービンとして、直列に組まれた二つのタービンを備えるとともに、前記発電機として、前記二つのタービンにそれぞれ対応して設けられた二つの発電機を備え、
前記凝縮器は、下流側の前記タービンと流体流通可能に接続されており、
上流側の前記タービンから排出された前記発電作動流体と前記凝縮器で凝縮された前記発電作動流体とを熱交換し、熱交換されたこれらの前記発電作動流体を前記ポンプへ排出する加熱器と、
上流側の前記タービンから排出された前記発電作動流体と前記過熱器から排出された前記ヒートポンプ作動流体とを熱交換することによって、前記発電作動流体を加熱して下流側の前記タービンへ排出する再熱器と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の温度差発電装置。
【請求項１】
熱源から供給される熱源流体と発電作動流体とを熱交換することによって、前記発電作動流体を気化する蒸発器と、
前記蒸発器に前記発電作動流体を供給するポンプと、
前記蒸発器で気化した前記発電作動流体によって駆動するタービンと、
前記タービンの駆動によって発電を行う発電機と、
前記タービンから排出された前記発電作動流体を凝縮して前記ポンプへ排出する凝縮器と、
を備える温度差発電装置であって、
ヒートポンプ作動流体を圧縮する圧縮機と、
前記蒸発器と前記タービンとの間に設けられ、前記圧縮機で圧縮された前記ヒートポンプ作動流体と前記蒸発器で気化した前記発電作動流体とを熱交換することによって、前記発電作動流体を過熱して前記タービンへ排出する過熱器と、
前記過熱器から排出された前記ヒートポンプ作動流体を膨張させる膨張弁と、
前記膨張弁から排出された前記ヒートポンプ作動流体と前記蒸発器から排出された前記熱源流体とを熱交換することによって、前記ヒートポンプ作動流体を加熱して前記圧縮機へ排出する熱回収器と、
を備えることを特徴とする温度差発電装置。
【請求項２】
前記ポンプと前記蒸発器との間に設けられ、前記過熱器から排出された前記ヒートポンプ作動流体と前記蒸発器へ供給される前記発電作動流体とを熱交換することによって、前記ヒートポンプ作動流体を加熱して前記蒸発器へ排出する再生器をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の温度差発電装置。
【請求項３】
前記タービンとして、直列に組まれた二つのタービンを備えるとともに、前記発電機として、前記二つのタービンにそれぞれ対応して設けられた二つの発電機を備え、
前記凝縮器は、下流側の前記タービンと流体流通可能に接続されており、
上流側の前記タービンから排出された前記発電作動流体と前記凝縮器で凝縮された前記発電作動流体とを熱交換し、熱交換されたこれらの前記発電作動流体を前記ポンプへ排出する加熱器と、
上流側の前記タービンから排出された前記発電作動流体と前記過熱器から排出された前記ヒートポンプ作動流体とを熱交換することによって、前記発電作動流体を加熱して下流側の前記タービンへ排出する再熱器と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の温度差発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２０８５６９（Ｐ２０１１−２０８５６９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７６８８６（Ｐ２０１０−７６８８６）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
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