JP2004286024A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 通常捨てられている熱源を発電に寄与せしめる。
【解決手段】 高温媒体との熱交換により冷媒を蒸発させる蒸発器１と、上記蒸発器１から供給される冷媒により駆動されるタービン発電機２、３と、上記タービン発電機２、３から排出される冷媒が冷温媒体との熱交換により冷媒を凝縮させる凝縮器５と、上記凝縮器５により凝縮された冷媒を上記蒸発器に供給するポンプ４とを有し、上記蒸発器１、タービン発電機２、３、凝縮器５及びポンプ４を内部に上記冷媒が封入されたクローズドサイクルライン１０で接続する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、余剰の熱源を利用した発電装置に関する。

今日では、太陽熱により水から温水を得て給湯や各種熱源として使用する、いわゆるソーラー給湯システムが各家庭や各種施設に普及し使用されている。

一方、太陽熱により作動流体を蒸発させ、これをタービンに供給することにより発電を行う技術も提供されている。例えば特開２０００−１１０５１５号公報には、その図１を参照して説明すると、ソーラコレクタ２４で加熱された熱媒を蓄熱材１８が収納されている蒸発器１４へ供給し、クローズドシステム１２内の作動流体を蒸発させタービン５０を駆動させ発電を行うという技術が開示されている。

一般に夏場の夕方以降の時間は、家族が会社や学校などから帰宅して、お風呂に入ったあとエアコンの効いた部屋で食事をしたり、くつろんだりする時間帯であり、上記ソーラー給湯システムと太陽熱発電をうまく組み合わせれば、お風呂等への給湯と併せてエアコンなどの電力を安く得ることが可能となる。
特開２０００−１１０５１５号公報

上記ソーラー給湯システムでは、夏場の暑い時分では８０度位にまで達する温水が得られるが、この温水が実際に使用されるときは、高くても、例えば家庭内であればお風呂で使用される４０度台であるため、この温水を水と混合させて適度な温度にまで下げているのが実態である。

また、温泉地において風呂や飲料水等として利用されていない温泉は、河川等に捨てられており、環境への配慮がなされていなかった。

さらに、ガスエンジンやコジェネ等による発電により仕事をした後の排熱や油圧装置を駆動するオイルが有する熱は捨てられており、大気温暖化の一因となっている。

本発明はこの実態に着目し、通常捨てられている熱源を発電に寄与せしめることにより、電力を供給できるシステムを提供するものである。

また、本発明は給湯として必要とされる温度以上の温水を発電に寄与せしめることにより、給湯と同時に家庭内や施設内の電源としての電力を供給できるシステムを提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明では、高温媒体との熱交換により冷媒を蒸発させる蒸発器と、上記蒸発器から供給される冷媒により駆動されるタービン発電機と、上記タービン発電機から排出される冷媒が冷温媒体との熱交換により冷媒を凝縮させる凝縮器と、上記凝縮器により凝縮された冷媒を上記蒸発器に供給するポンプとを有し、上記蒸発器、タービン発電機、凝縮器及びポンプを内部に上記冷媒が封入されたクローズドサイクルラインで接続することを特徴とする発電装置を提供するものである。

また、上記発電装置において、上記高温媒体が太陽熱の集熱・蓄熱システムより得られる温水であることを特徴とする発電装置を提供するものである。

また、上記発電装置において、上記高温媒体が温泉であることを特徴とする発電装置を提供するものである。

また、上記発電装置において、上記高温媒体が発電装置やオイルタンク等の排熱であることを特徴とする発電装置を提供するものである。

また、上記発電装置において、上記温水が給湯として必要とされる温度以上の温水であることを特徴とする発電装置を提供するものである。

また、上記発電装置において、上記凝縮器が地下帯水層に浸されていることを特徴とする発電装置を提供するものである。

また、上記発電装置において、上記蒸発器が地上側に設置される蓄熱部の温水との間で熱交換を行うことを特徴とする。

また、地熱により凝縮している冷媒を蒸発器に供給し、供給された冷媒を太陽熱の集熱・蓄熱システムにより得られる給湯用の温水との熱交換により蒸発させ、蒸発された冷媒をタービン発電機に供給することにより発電することを特徴とする発電方法を提供するものである。

また、地熱により凝縮している冷媒を蒸発させタービン発電機に供給する蒸発器へ、上記冷媒を蒸発させるための給湯用の温水を提供することを特徴とする太陽熱の集熱・蓄熱システムを提供するものである。

以上の発明の構成から、本発明にあっては次に列挙する効果が得られる。

本発明により、必要なときに冷媒ポンプを駆動させることにより、温水とともに電力も得ることができる。

本発明により、大気温暖化の原因となっていた排熱を活用し、電力を得ることができる。

本発明により、凝縮器が地下帯水層に浸されているので、冷媒を凝縮するためのランニングコストが発生しない。

以下、図面に示す発明を実施するための最良の形態により、本発明を詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態１を示すもので、９は建屋で、その屋根に太陽熱の集熱器部８が設置されている。集熱部８では、図示しないポンプにより地上側から供給される水を太陽熱により加熱し、温水となして図示しない蓄熱部へと回収させる。

１は蒸発器で、冷媒ポンプ４によりクローズドサイクルライン１０を介して供給される冷媒（液化状態）を、集熱部８から提供される温水との熱交換により蒸発させ、クローズドサイクルライン１０を介してタービン２へ供給する。

タービン２へ供給された蒸発した冷媒は作動流体としてタービン２を駆動した後、クローズドサイクルライン１０、地中管６を介して熱交換器５へ回収される。熱交換器５に回収された冷媒は地下帯水層７（地熱）との熱交換により凝縮され、冷媒ポンプ４により再び蒸発機へと供給される。なお、クローズドサイクルライン１０を循環する冷媒としては、地下帯水層７の温度（地域によっても異なるが年間を通して１８度前後）よりも高い低沸点を有し、購入が容易で安全性の高いもの、例えばフロンＲ４１０ａ、Ｒ１３４ａやアンモニア等が使用される。また、１１は室内などの所定場所に設置される集熱部８の温水の温度計である。

以上のような構成において、集熱部８の温水が所定温度を超えたことを温度計１１で確認し、図示しない制御装置により冷媒ポンプ４を駆動させてやれば、蒸発器１に供給される冷媒が蒸発し、タービン２を駆動して発電機３により電力を得ることができる。

得られる電力は、集熱能力等により異なるが、一般の家庭用であれば数Ｋｗの発電が可能である。従って、特に昼間のような集熱能力が高いときには、集熱部８で得られた温水を給湯として使用可能であることはもちろんのこと、同時に発電機３で得られる電力をエアコンその他の電力して使用することができるので、その分電気代を安くすることができる。

また、本実施形態では、タービン２から排出される冷媒を地下帯水層７で凝縮させているので、凝縮用の特別な媒体が不要なので冷媒を凝縮させるためのランニングコストが発生しないという効果もある。

また、熱交換器５としては一般の給湯器で使用されているプレート式熱交換器を地下帯水層７にそのまま浸して使用することができる。

なお、集熱部８の温水が所定温度以下（例えばお風呂のお湯として必要な４０度台以下）でも、冷媒の凝縮温度（２０度程度）との温度差があれば、冷媒ポンプ４を稼動させて発電することは可能であるが、温水の温度と冷媒の凝縮温度との温度差が小さくるほど発電効率は低くなる。

また、図示しない冷媒ポンプ４の制御装置に温水の温度を入力し、温水が所定以上のときに冷媒ポンプ４を駆動するようにすることもできる。

さらに、発電した電力を他者へ売電できることはいうまでもない。

図２は本発明の実施の形態２を示すもので、９は建屋で、その屋根に太陽熱の集熱器部８が設置されている。集熱部８では、水ポンプ１３により地上側から供給される水を太陽熱により加熱して温水となし、温水が所定温度になると蓄熱部１２へと回収させる。

１は蒸発器で、冷媒ポンプ４によりクローズドサイクルライン１０を介して供給される冷媒（液化状態）を、蓄熱部１２から提供される温水との熱交換により蒸発させ、クローズドサイクルライン１０を介してタービン２へ供給する。

タービン２へ供給された蒸発した冷媒は作動流体としてタービン２を駆動した後、クローズドサイクルライン１０、地中管６を介して熱交換器５へ回収される。熱交換器５に回収された冷媒は地下帯水層７（地熱）との熱交換により凝縮され、冷媒ポンプ４により再び蒸発機へと供給される。なお、クローズドサイクルライン１０を循環する冷媒としては、地下帯水層７の温度（地域によっても異なるが年間を通して１８度前後）よりも高い低沸点を有し、購入が容易で安全性の高いもの、例えばフロンＲ４１０ａ、Ｒ１３４ａやアンモニア等が使用される。また、１１は室内などの所定場所に設置される集熱部８の温水の温度計である。

以上のような構成においては、家族の多くが外出している昼間の間に集熱部８で高温に加熱された温水を蓄熱部１２に貯湯しておき、家族が帰宅する夕方以降に蓄熱部１２の温水が所定温度を超えていることを温度計１１で確認し、図示しない制御装置により冷媒ポンプ４を駆動させてやれば、蒸発器１に供給される冷媒が蒸発し、タービン２を駆動して発電機３により電力を得ることができる。従って、お風呂への給湯と同時にエアコンその他の電力として使用することができ、その分電気代を安くすることができる。

また、発電の継続により蓄熱部１２の温水の温度が所定温度（例えばお風呂のお湯として必要な４０度台）を下回りそうになれば、図示しない冷媒ポンプ４の制御装置により冷媒ポンプ４を停止させて発電を中止させることにより、蓄熱部１２の温水を所定温度以上に保持することができる。

また、本実施形態では、蒸発器１の位置が地上側に設置されている蓄熱部１２と同レベルにあるため、実施形態１に比べて冷媒ポンプ４の動力を小さくすることができる。

また、本実施形態についても段落番号００２６から００３０の記載に関しては実施形態１と同様の効果を有するものである。

図３は本発明の実施の形態３を示すもので、温泉の有効利用を図るものである。蒸発器１で冷媒ポンプ４によりクローズドサイクルライン１０を介して供給される冷媒（液化状態）を、温泉地で風呂や飲料として使用されなかった温泉１４との熱交換により蒸発させ、クローズドサイクルライン１０を介してタービン２へ供給する。

タービン２へ供給された蒸発した冷媒は作動流体としてタービン２を駆動した後、クローズドサイクルライン１０を経由し、熱交換器５へ回収される。熱交換器５に回収された冷媒は、河川１５より汲み上げ水ポンプ１６により汲み上げられ、配管１７を経由した水との熱交換により凝縮され、冷媒ポンプ４により再び蒸発器１へと供給される。なお、クローズドサイクルライン１０を循環する冷媒としては、河川１５よりも高い低沸点を有し、購入が容易で安全性の高いもの、例えばフロンＲ４１０ａ、Ｒ１３４ａやアンモニア等が使用される。熱交換器５に供給される水は、実施例1、２に記載の地下帯水層を用いることにより冷媒を凝縮させるためのランニングコスト発生しないという効果がある。

また、熱交換器５としては一般の給湯器で使用されているプレート式熱交換器を地下帯水層７にそのまま浸して使用することができる。

以上のような構成において、温泉１４から蒸発器１への入水を図示しないセンサ等により検知し、図示しない制御装置により冷媒ポンプ４を駆動させてやれば、蒸発器１に供給される冷媒が蒸発し、タービン２を駆動して発電機３により電力を得ることができる。

得られる電力は、温泉の量や地域により異なるが、タービン効率を０．８とした場合、夏場３ｋＷ（温泉温度４０℃、河川温度２５℃、温泉水流量８ｍ^３／時）、冬場６ｋＷ（温泉温度４０℃、河川温度℃、温泉水流量８ｍ^３／時）程度である。

したがって、従来捨てられていた使われない温泉から電力を得ることができる。また、風呂等に使われた温泉を本実施例にて使用することも可能である。

さらに、発電した電力を他者へ売電できることはいうまでもない。

図４は本発明の実施の形態４を示すもので、発電装置から排出される排熱の有効利用を図るものである。冷媒ポンプ４によりクローズドサイクルライン１０を介して供給される冷媒（液化状態）を、ガスエンジンやコジェネなどの発電装置１８から排出される排熱との熱交換により蒸発させ、クローズドサイクルライン１０を介してタービン２へ供給する。

タービン２へ供給された蒸発した冷媒は作動流体としてタービン２を駆動した後、クローズドサイクルライン１０を経由し、熱交換器５へ回収される。熱交換器５に回収された冷媒は、水道水１９より汲み上げ水ポンプ１６により汲み上げられ、配管１７を経由した水との熱交換により凝縮され、冷媒ポンプ４により再び蒸発器１へと供給される。なお、クローズドサイクルライン１０を循環する冷媒としては、水道水１９よりも高い低沸点を有し、購入が容易で安全性の高いもの、例えばフロンＲ４１０ａ、Ｒ１３４ａやアンモニア等が使用される。

熱交換器５に供給される水は、実施例1、２に記載の地下帯水層を用いることにより冷媒を凝縮させるためのランニングコスト発生しないという効果がある。また、熱交換器５としては一般の給湯器で使用されているプレート式熱交換器を地下帯水層７にそのまま浸して使用することができる。さらに、実施例３に記載の河川の水を使用できることは言うまでもない。

以上のような構成において、蒸発器１への発電装置１からの排熱を図示しないセンサ等により検知し、図示しない制御装置により冷媒ポンプ４を駆動させてやれば、蒸発器１に供給される冷媒が蒸発し、タービン２を駆動して発電機３により電力を得ることができる。

得られる電力は、発電装置１８の種類や地域により異なるが、ガスエンジンにおいてタービン効率を０．８とした場合、夏場３ｋＷ（ガスエンジンの排熱温度６５℃、排熱量３０ｋＷ、水道水温度２０℃）、冬場４ｋＷ（ガスエンジンの排熱温度６５℃、排熱量３０ｋＷ、水道水温度５℃）程度である。

また、本実施例において発電装置１８からの排熱を利用することを記載したが、新規に発電装置１８を設置するときに排熱利用システム２３を設けてもよいし、既設の発電装置１８に排熱利用システム２３を追加して設けてもよい。

本実施例によれば、従来捨てられていた発電装置の排熱から電力を得ることができ、環境に配慮した発電とすることができる。

また、冷媒を凝縮させる水道水は、シャワーや風呂の湯として利用できる。このとき、余ったお湯は、タンクなどに蓄えておいてもよい。

さらに、発電した電力を他者へ売電できることはいうまでもない。

図５は本発明の実施の形態５を示すもので、油圧装置２４のオイルタンク２０から排出される排熱の有効利用を図るものである。オイルタンク２０内に貯められたオイルはオイルポンプ２２よりオイルクーラ２１を介して図示しない油圧機器に供給され、オイルタンク２０に戻ってくる。油圧機器作動後のオイルは８０℃程度であり、オイルタンク２０内にて放熱され、さらにオイルクーラ２１にて冷却されたオイルが油圧機器に供給されている。冷媒ポンプ４によりクローズドサイクルライン１０を介して供給される冷媒（液化状態）を、オイルタンク２０から排出される排熱との熱交換により蒸発させ、クローズドサイクルライン１０を介してタービン２へ供給する。

タービン２へ供給された蒸発した冷媒は作動流体としてタービン２を駆動した後、クローズドサイクルライン１０を経由し、熱交換器５へ回収される。熱交換器５に回収された冷媒は、配管２３を経由した水道水１９との熱交換により凝縮され、冷媒ポンプ４により再び蒸発器１へと供給される。なお、クローズドサイクルライン１０を循環する冷媒としては、水道水１９よりも高い低沸点を有し、購入が容易で安全性の高いもの、例えばフロンＲ４１０ａ、Ｒ１３４ａやアンモニア等が使用される。

熱交換器５に供給される水は、実施例1、２に記載の地下帯水層を用いることにより冷媒を凝縮させるためのランニングコスト発生しないという効果がある。また、熱交換器５としては一般の給湯器で使用されているプレート式熱交換器を地下帯水層７にそのまま浸して使用することができる。さらに、実施例３に記載の河川の水を使用できることは言うまでもない。

以上のような構成において、オイルタンク２０内の図示しない温度計が所定温度以上になった場合、図示しない制御装置により冷媒ポンプ４を駆動させてやれば、蒸発器１に供給される冷媒が蒸発し、タービン２を駆動して発電機３により電力を得ることができる。

得られる電力は、油圧装置２４の種類や地域により異なるが、タービン効率を０．８とした場合、３ｋＷ（オイルタンクの排熱温度７５℃、排熱量３０ｋＷ、水道水温度３０℃）程度である。

また、本実施例において油圧装置２４のオイルタンク２０からの排熱を利用することを記載したが、新規に油圧装置２４を設置するときに排熱利用システム２３を設けてもよいし、既設の油圧装置２４に排熱利用システム２３を追加して設けてもよい。

本実施例によれば、従来捨てられていた油圧装置のオイルタンクから排出される排熱から電力を得ることができ、環境に配慮した発電とすることができる。

また、冷媒を凝縮させる水道水は、シャワーや風呂の湯として利用できる。このとき、余ったお湯は、タンクなどに蓄えておいてもよい。

さらに、発電した電力を他者へ売電できることはいうまでもない。

本発明の実施形態１に係る発電装置の構成図である。 本発明の実施形態２に係る発電装置の構成図である。 本発明の実施形態３に係る発電装置の構成図である。 本発明の実施形態４に係る発電装置の構成図である。 本発明の実施形態５に係る発電装置の構成図である。

符号の説明

１…蒸発器
２…タービン
３…発電機
４…冷媒ポンプ
５…熱交換器
６…地中管
７…地下帯水層
８…集熱部
９…建屋
１０…クローズドサイクルライン
１１…温度計
１２…蓄熱部

Claims (9)

1. 高温媒体との熱交換により冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   上記蒸発器から供給される冷媒により駆動されるタービン発電機と、
   上記タービン発電機から排出される冷媒が冷温媒体との熱交換により冷媒を凝縮させる凝縮器と、
   上記凝縮器により凝縮された冷媒を上記蒸発器に供給するポンプとを有し、
   上記蒸発器、タービン発電機、凝縮器及びポンプを内部に上記冷媒が封入されたクローズドサイクルラインで接続することを特徴とする発電装置。
2. 請求項１に記載の発電装置において、上記高温媒体が太陽熱の集熱・蓄熱システムより得られる温水であることを特徴とする発電装置。
3. 請求項１に記載の発電装置において、上記高温媒体が温泉であることを特徴とする発電装置。
4. 請求項１に記載の発電装置において、上記高温媒体が発電装置やオイルタンク等の排熱であることを特徴とする発電装置。
5. 請求項２に記載の発電装置において、上記温水が給湯として必要とされる温度以上の温水であることを特徴とする発電装置。
6. 請求項１に記載の発電装置において、上記凝縮器が地下帯水層に浸されていることを特徴とする発電装置。
7. 請求項１に記載の発電装置において、上記蒸発器が地上側に設置される蓄熱部の温水との間で熱交換を行うことを特徴とする発電装置。
8. 地熱により凝縮している冷媒を蒸発器に供給し、供給された冷媒を太陽熱の集熱・蓄熱システムにより得られる給湯用の温水との熱交換により蒸発させ、蒸発された冷媒をタービン発電機に供給することにより発電することを特徴とする発電方法。
9. 地熱により凝縮している冷媒を蒸発させタービン発電機に供給する蒸発器へ、上記冷媒を蒸発させるための給湯用の温水を提供することを特徴とする太陽熱の集熱・蓄熱システム。
   

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