JP2020029779A - バイナリー発電装置およびバイナリー発電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作動媒体の凝縮液が生じた場合でも、暖機運転の時間を短縮することができるバイナリー発電装置を提供する。【解決手段】バイナリー発電装置１Ａは、第１作動媒体ラインＬ２および第２作動媒体ラインＬ３と、蒸発器２と、タービン発電機３と、凝縮器４と、を備える。作動媒体ラインが、蒸発器２およびタービン発電機３を接続する気体供給部（第１配管）Ｌ２ｃと、タービン発電機３および凝縮器４を接続する気体排出部（第２配管）Ｌ３ａとを含む。気体排出部Ｌ３ａには、気体排出部Ｌ３ａ上の所定の第１接続点Ｐ１に接続されると共に第１接続点Ｐ１から下方に延び、第１作動媒体ラインＬ２のうちタービン発電機３よりも低い位置にある所定の第２接続点Ｐ２に接続される凝縮液用配管が設けられている。【選択図】図１

Description

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。

従来、特許文献１に記載されるように、発電サイクルとしてランキンサイクルを有する発電装置が知られている。この発電装置は、循環流路と、ポンプと、蒸発器と、膨張器と、発電機と、凝縮器とを備える。この発電装置は、膨張器を迂回するようにして循環流路に接続された迂回流路と、迂回流路に設けられた調整バルブと、循環流路において凝縮器とポンプの間に設けられたタンクとを更に備える。この発電装置では、制御部は、凝縮器を通過後の作動流体の圧力が圧力設定値よりも大きくなると、調整バルブを閉じて、ランキンサイクルを始動させる。また、タンク内に設けられた温度検出部によって検出される温度に応じて、制御部は、圧力設定値の大きさを変更する。これにより、冷却源の温度が低下した場合でも、ランキンサイクルを始動させることが可能となっている。

特開２０１７−７２０５４号公報

上記したように、バイナリー発電装置において、冷却源の温度が低下した場合の起動方法が検討されている。しかしながら、装置が停止している間に生じ得る液冷媒すなわち凝縮した作動媒体をいかに扱うかについての検討は、これまで不十分であった。たとえば、ランキンサイクルによる発電を行うバイナリー発電装置では、装置の停止時に、凝縮した作動媒体（凝縮液）が凝縮器から発電機に逆流することがあり、発電機の内部にその凝縮液が溜まってしまう。発電機が凝縮液で満たされている場合、発電機の回転抵抗が大きくなるため、効率的に発電を行うことができない。発電機に溜まった凝縮液を排出するためには、装置を起動する際、回転数を低くして暖機運転を行い、作動媒体を発電機から排出する必要がある。

特に、装置を長期間にわたって停止した際は、凝縮器または途中の配管の内面に生じた凝縮液が発電機に逆流してしまい、発電機の内部は完全に凝縮液で満たされてしまうこともあり得る。その場合、長時間の暖機運転が必要となる。暖機運転中は、発電できない（または発電できても発電量が少ない）ため、発電電力量が低下してしまう。本発明は、作動媒体の凝縮液が生じた場合でも、暖機運転の時間を短縮することができるバイナリー発電装置を提供することを目的とする。

本発明は、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蒸発器と、蒸発器の下流側において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発電機と、発電機の下流側において作動媒体ラインに設けられ、作動媒体を凝縮させる凝縮器と、を備え、作動媒体ラインが、蒸発器、発電機、および凝縮器を通って循環流路を形成しており、蒸発器および発電機を接続する第１配管と、発電機および凝縮器を接続する第２配管とを含み、第２配管には、第２配管上の所定の第１接続点に接続されると共に第１接続点から下方に延び、作動媒体ラインのうち発電機よりも低い位置にある所定の第２接続点に接続される凝縮液用配管が設けられている。

このバイナリー発電装置では、蒸発器で蒸発した作動媒体を用いて、発電機において発電が行われる。このバイナリー発電装置が運転後に停止すると、凝縮器、または、発電機および凝縮器を接続する第２配管の内面において、作動媒体が凝縮し得る。この凝縮液は、第２配管に設けられた凝縮液用配管に導入され得る。すなわち、凝縮液は、第１接続点から凝縮液用配管に導入される。凝縮液は、第２接続点の方へ流下するか、または凝縮液用配管の内部に貯留される。よって、凝縮液が発電機へ逆流することを防止できる。その結果、発電機の内部に滞留する凝縮液の量は減少し、暖機運転の時間が短縮される。

いくつかの態様において、凝縮液用配管は、第１配管上の第２接続点に接続されて、発電運転時または暖機運転時に発電機をバイパスするバイパス配管として用いられ、凝縮液用配管には制御弁が設けられ、発電運転時および暖機運転時を除く装置の停止時には、制御弁が開くように構成されている。この場合、凝縮液用配管は、発電運転時または暖機運転時にバイパス配管として用いられる。装置の停止時には制御弁が開くので、凝縮液用配管に導入された凝縮液は、第２接続点の方へ流下し、作動媒体ラインに戻される。このように、凝縮液が発電機とは違う経路に導かれ、発電機に凝縮液が溜まりにくくなっている。

いくつかの態様において、凝縮液用配管には制御弁が設けられ、発電運転時および暖機運転時を除く装置の停止時には制御弁が閉じ、発電運転前または暖機運転前には少なくとも一度制御弁が開くように構成されている。この場合、装置の停止時には制御弁が閉じるので、凝縮液用配管に導入された凝縮液は、凝縮液用配管の内部（すなわち制御弁の上流側）に貯留される。凝縮液用配管と制御弁とによって、凝縮液を貯留する言わばポケット部が形成される。また発電運転時または暖機運転時には制御弁は開くので、凝縮液用配管に貯留された凝縮液は、第２接続点の方へ流下し、作動媒体ラインに戻される。このように、凝縮液が発電機とは違う経路に導かれ、発電機に凝縮液が溜まりにくくなっている。

いくつかの態様において、発電機は凝縮器よりも低い位置に配置され、第２配管上の第１接続点は、発電機と同じ高さ又は発電機より高い位置に設けられる。凝縮器または第２配管の内面で生じた凝縮液は、凝縮器よりも低い位置に配置された発電機に逆流しやすいが、第２配管に凝縮液用配管が設けられるので、第２配管の途中で凝縮液を発電機とは違う経路に導くことができる。よって、凝縮液が発電機へ逆流することを好適に防止できる。

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発電を行うバイナリー発電方法であって、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蒸発器と、蒸発器の下流側において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発電機と、発電機の下流側において作動媒体ラインに設けられ、作動媒体を凝縮させる凝縮器と、を備え、作動媒体ラインが、蒸発器、発電機、および凝縮器を通って循環流路を形成しており、蒸発器および発電機を接続する第１配管と、発電機および凝縮器を接続する第２配管とを含み、第２配管上の所定の第１接続点に接続されると共に第１接続点から下方に延び、作動媒体ラインのうち発電機よりも低い位置にある所定の第２接続点に接続された凝縮液用配管が第２配管に設けられたバイナリー発電装置を用い、発電運転時および暖機運転時を除く装置の停止時に、第２配管に設けられた凝縮液用配管に作動媒体の凝縮液を導入する凝縮液導入工程を含む。

このバイナリー発電方法によれば、凝縮液導入工程において、装置の停止時に、第２配管に設けられた凝縮液用配管に作動媒体の凝縮液が導入され得る。その後、凝縮液は、第２接続点の方へ流下するか、または凝縮液用配管の内部に貯留される。よって、凝縮液が発電機へ逆流することを防止できる。その結果、発電機の内部に滞留する凝縮液の量は減少し、暖機運転の時間が短縮される。

本発明のいくつかの態様によれば、発電機の内部に滞留する凝縮液の量が減少し、暖機運転の時間が短縮される。

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。 本発明の第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。 本発明の第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。 本発明の第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。

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。

図１を参照して、第１実施形態に係るバイナリー発電装置１Ａについて説明する。バイナリー発電装置１Ａは、たとえば温水等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１Ａは、たとえば工場または温泉地等に設置されて、排熱または温泉等の熱エネルギーを利用して発電を行う。バイナリー発電装置１Ａ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１Ａでは、温水とバイナリー発電装置１Ａ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１Ａ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。

図１に示されるように、バイナリー発電装置１Ａは、蒸発器２と、タービン発電機（発電機）３と、凝縮器４とを備える。バイナリー発電装置１Ａは、これらの蒸発器２、タービン発電機３および凝縮器４を通って循環流路を形成する第１作動媒体ラインＬ２および第２作動媒体ラインＬ３と、この作動媒体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（作動媒体等）の流れの方向を基準とする。

第１作動媒体ラインＬ２および第２作動媒体ラインＬ３は、作動媒体が通る作動媒体ラインである。第１作動媒体ライン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作動媒体ラインＬ２の下流端はタービン発電機３の入口部に接続されている。第２作動媒体ラインＬ３の上流端はタービン発電機３の出口部に接続され、第２作動媒体ライン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。

蒸発器２は第１作動媒体ラインＬ２に設けられている。蒸発器２には、第１作動媒体ラインＬ２と熱源ラインＬ１とが通っている。蒸発器２は、温水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。作動媒体を蒸発させるための蒸発器２は、たとえば相変換タイプの熱交換器である。蒸発器２は、たとえば、プレート式の熱交換器である。蒸発器２は、たとえば向流式の熱交換器である。蒸発器２は、並流式の熱交換器であってもよい。

タービン発電機３は、蒸発器２の下流側において第１作動媒体ラインＬ２に接続されている。タービン発電機３は、たとえば１つ又は複数のタービンと、タービンに連結された発電機本体と、これらのタービンおよび発電機本体を収納するケース（またはケーシング）とを含んでいる（いずれも図示せず）。タービン発電機３は、蒸発器２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、発電機本体で発電を行う。発電機本体には、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、タービン発電機３が、タービン以外の膨張機を備えてもよい。タービン発電機３の膨張機は、ターボ型ではなく、スクリュー式の容積型膨張機であってもよい。

熱源ラインＬ１は、たとえば工場等の排熱を受け取るための熱交換器（図示せず）を通っており、循環流路を形成している。熱源ラインＬ１を介してバイナリー発電装置１Ａに供給された温水は、蒸発器２における熱交換を経て、その温水よりも低温の水になって排出される。

第１作動媒体ラインＬ２は、蒸発器２の入口に接続される液体供給部Ｌ２ａと、蒸発器２内に設けられた熱交換部Ｌ２ｂと、蒸発器２の出口に接続される気体供給部Ｌ２ｃ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Ｌ２ｃの下流端はタービン発電機３の入口部に接続されている。気体供給部Ｌ２ｃは、蒸発器２およびタービン発電機３を接続する第１配管である。

なお、バイナリー発電装置１Ａでは、１つの蒸発器２のみが設けられているが、１つの蒸発器２と１つの予熱器とが設けられてもよく、複数の蒸発器２が設けられてもよく、複数の予熱器が設けられてもよい。複数の蒸発器２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２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。

凝縮器４は、タービン発電機３の下流側において第２作動媒体ラインＬ３に設けられている。凝縮器４には、第２作動媒体ラインＬ３と冷却水ラインＬ４とが通っている。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。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。なお、バイナリー発電装置１Ａでは、１つの凝縮器４が設けられているが、複数の凝縮器４が設けられてもよい。

第２作動媒体ラインＬ３は、凝縮器４の入口に接続される気体排出部Ｌ３ａと、凝縮器４内に設けられた熱交換部Ｌ３ｂと、凝縮器４の出口に接続される液体回収部Ｌ３ｃとを含む。気体排出部Ｌ３ａの上流端はタービン発電機３の出口部に接続され、液体回収部Ｌ３ｃ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。気体排出部Ｌ３ａは、タービン発電機３および凝縮器４を接続する第２配管である。

作動媒体ポンプ１０は、所定の流量にて、作動媒体を蒸発器２およびタービン発電機３に送り、循環させることのできるポンプである。作動媒体ポンプ１０の型式は特に限定されないが、たとえば、渦巻型または容積型のポンプが用いられ得る。作動媒体ポンプ１０は、たとえば、起動時において、吸込み側の配管（すなわち第２作動媒体ラインＬ３）内に所定の高さの液溜まりを必要とする。たとえば、作動媒体ポンプ１０が渦巻型のポンプである場合には、作動媒体ポンプ１０の要求ヘッド（ＮＰＳＨｒｅｑ；required Net Positive Suction Head）は、比較的大きい。作動媒体ポンプ１０が容積型のポンプである場合には、作動媒体ポンプ１０の要求ヘッドは、比較的小さい。

バイナリー発電装置１Ａでは、上記した各機器および各配管が、たとえばユニット化されている。蒸発器２、タービン発電機３、凝縮器４および作動媒体ポンプ１０は、所定の位置関係をもって配置されている。たとえば、凝縮器４は、上記した各機器および各配管の中で、もっとも高い位置に配置される。凝縮器４よりも低い位置に、タービン発電機３が配置される。作動媒体ポンプ１０は、上記した各機器および各配管の中で、もっとも低い位置に配置される。凝縮器４と作動媒体ポンプ１０との間には、高低差が確保されている。タービン発電機３と作動媒体ポンプ１０との間に、たとえば蒸発器２が配置される。

バイナリー発電装置１Ａでは、運転を停止している間に装置内に発生し得る、作動媒体の凝縮液を考慮した装置上の工夫がなされている。すなわち、運転を再開しようとする際に、凝縮液が運転の妨げとならないよう、そしてより迅速な装置の立ち上げが可能となるよう、バイナリー発電装置１Ａはいくつかの特徴を有している。

バイナリー発電装置１Ａは、気体供給部Ｌ２ｃと気体排出部Ｌ３ａとに接続されて、タービン発電機３をバイパスするバイパス配管（凝縮液用配管）Ｌ１０を備える。より詳細には、気体排出部Ｌ３ａ上の第１接続点Ｐ１に、バイパス配管Ｌ１０の第１端が接続され、気体供給部Ｌ２ｃ上の第２接続点Ｐ２に、バイパス配管Ｌ１０の第２端が接続されている。第２接続点Ｐ２は、第１接続点Ｐ１よりも低い位置にある。バイパス配管Ｌ１０は、第１接続点Ｐ１において、気体排出部Ｌ３ａの側部または下部に接続される。バイナリー発電装置１Ａでは、第１接続点Ｐ１は、できるだけタービン発電機３の近くに配置される。バイパス配管Ｌ１０は、さらに、第１接続点Ｐ１から下方に延び、第２接続点Ｐ２に接続される。このバイパス配管Ｌ１０は、バイナリー発電装置１Ａの発電運転時または暖機運転時に、タービン発電機３をバイパスさせるための配管である。それに加えて、バイパス配管Ｌ１０は、バイナリー発電装置１Ａの停止時（発電運転時および暖機運転時を除く停止時）に、凝縮器４および気体排出部Ｌ３ａ内に生じる凝縮液を流下させるための配管である。

第１接続点Ｐ１および第２接続点Ｐ２の位置、および、バイパス配管Ｌ１０のレイアウトは適宜に設定され得るが、バイパス配管Ｌ１０は、第１接続点Ｐ１から第２接続点Ｐ２に向けて、水平な部分および下り勾配の部分のみから構成されてもよい。バイパス配管Ｌ１０は、第１接続点Ｐ１から第２接続点Ｐ２に向けて、上り勾配の部分を有してもよいが、その部分は、第１接続点Ｐ１よりも低く第２接続点Ｐ２よりも高い範囲に配置される。言い換えれば、バイパス配管Ｌ１０のうち、第１接続点Ｐ１がもっとも高い位置にあり、第２接続点Ｐ２がもっとも低い位置にある。

バイナリー発電装置１Ａは、凝縮液の移動を制御するためのコントローラ３０を備えている。コントローラ３０は、バイナリー発電装置１Ａが備える各センサからの出力信号に基づいて、各配管に設けられた各種の制御弁を制御する。バイナリー発電装置１Ａが備える各種のセンサおよび制御弁について説明すると、第１作動媒体ラインＬ２の気体供給部Ｌ２ｃには、第１温度センサ３３と第１圧力センサ３４とが設けられている。第１圧力センサ３４とタービン発電機３との間には、タービン入口弁４６が設けられている。第２作動媒体ラインＬ３のうち、液体回収部Ｌ３ｃには、第３温度センサ３６と第２圧力センサ３７とが設けられている。

バイパス配管Ｌ１０には、バイパス弁（制御弁）４７が設けられている。タービン入口弁４６およびバイパス弁４７は、開閉を切り替えることのできる自動弁であり、たとえば電磁弁である。タービン入口弁４６およびバイパス弁４７は、たとえば配管内を流れる作動媒体（作動媒体の蒸気または凝縮液）の流量を調整可能であってもよく、たとえば、それらの開度を調整自在な自動弁であってもよい。これらの制御弁のバルブとしての型式は、特に限定されない。開閉を切り替える、または流量を調整する等の目的に応じて、公知のバルブが適宜に用いられ得る。

コントローラ３０は、バイナリー発電装置１Ａにおける運転を全体的に制御すると共に、上記した各種の制御弁を制御する。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、たとえば、タービン入口弁４６およびバイパス弁４７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。

次に、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。まず、コントローラ３０は、暖機運転を開始する。暖機運転において、コントローラ３０は、たとえばタービン入口弁４６を半開とし、バイパス弁４７を半開または全開とする。暖機運転中は、タービン３ａが回転し得るが、発電機本体３ｂにおける発電量は定格の発電量には達しない。

コントローラ３０は、第１温度センサ３３から入力した作動媒体の温度、または、第１圧力センサ３４から入力した作動媒体の圧力が所定値以上になったと判断すると、通常の発電運転を開始する。コントローラ３０は、バイパス弁４７を閉じ、タービン入口弁４６を開く。作動媒体は、蒸発器２で蒸発させられ、タービン発電機３のタービンを回転させる。このとき、タービン発電機３における発電量は定格の発電量に達する。作動媒体は、凝縮器４において冷却され、凝縮液となる。

操作者によって装置を停止する旨の操作が行われると、コントローラ３０は、装置を停止させる。コントローラ３０は、装置の停止時には、バイパス弁４７を開く。装置が停止した後は、凝縮器４、蒸発器２、第１作動媒体ラインＬ２、および第２作動媒体ラインＬ３内の作動媒体の温度は、徐々に低下する。作動媒体は、凝縮液となり、低い方へ流れる。ここで、凝縮器４および気体排出部Ｌ３ａで生じた凝縮液は、第１接続点Ｐ１を経由してバイパス配管Ｌ１０内に導入される（凝縮液導入工程）。バイパス弁４７は開いているので、凝縮液は第２接続点Ｐ２を経由して第１作動媒体ラインＬ２の気体供給部Ｌ２ｃに流れ込む。このようにして、凝縮液がタービン発電機３へ逆流することが防止されている。

本実施形態のバイナリー発電装置１Ａおよびバイナリー発電方法では、蒸発器２で蒸発した作動媒体を用いて、タービン発電機３において発電が行われる。このバイナリー発電装置１Ａが運転後に停止すると、凝縮器４、または、タービン発電機３および凝縮器４を接続する気体排出部Ｌ３ａの内面において、作動媒体が凝縮し得る。この凝縮液は、凝縮液導入工程において、気体排出部Ｌ３ａに設けられたバイパス配管Ｌ１０に導入され得る。すなわち、凝縮液は、第１接続点Ｐ１からバイパス配管Ｌ１０に導入される。凝縮液は、第２接続点Ｐ２の方へ流下する。よって、凝縮液がタービン発電機３へ逆流することを防止できる。その結果、タービン発電機３の内部に滞留する凝縮液の量は減少し、暖機運転の時間が短縮される。

バイナリー発電装置１Ａの凝縮液用配管であるバイパス配管Ｌ１０は、発電運転時または暖機運転時にバイパス配管として用いられる。装置の停止時にはバイパス弁４７が開くので、バイパス配管Ｌ１０に導入された凝縮液は、第２接続点Ｐ２の方へ流下し、第１作動媒体ラインＬ２に戻される。このように、凝縮液がタービン発電機３とは違う経路に導かれ、タービン発電機３に凝縮液が溜まりにくくなっている。

凝縮器４または気体排出部Ｌ３ａの内面で生じた凝縮液は、凝縮器４よりも低い位置に配置されたタービン発電機３に逆流しやすいが、気体排出部Ｌ３ａにバイパス配管Ｌ１０が設けられるので、気体排出部Ｌ３ａの途中で凝縮液をタービン発電機３とは違う経路に導くことができる。よって、凝縮液がタービン発電機３へ逆流することを好適に防止できる。

続いて、図２を参照して、第２実施形態に係るバイナリー発電装置１Ｂについて説明する。このバイナリー発電装置１Ｂが第１実施形態のバイナリー発電装置１Ａと違う点は、液体回収部Ｌ３ｃの下流端に接続された凝縮液タンク２０と、気体排出部Ｌ３ａと凝縮液タンク２０とに接続された凝縮液用配管Ｌ２０とを備えた点である。より詳細には、気体排出部Ｌ３ａ上の第１接続点Ｐ１に、凝縮液用配管Ｌ２０の第１端が接続され、凝縮液タンク２０に設けられた第２接続点Ｐ２に、凝縮液用配管Ｌ２０の第２端が接続されている。この場合、凝縮液タンク２０は、第２作動媒体ラインＬ３の一部をなす。凝縮液タンク２０と作動媒体ポンプ１０とは、液体回収部Ｌ３ｄによって接続されている。第２接続点Ｐ２は、第１接続点Ｐ１よりも低い位置にある。凝縮液用配管Ｌ２０は、第１接続点Ｐ１において、気体排出部Ｌ３ａの側部または下部に接続される。バイナリー発電装置１Ｂでは、第１接続点Ｐ１は、できるだけタービン発電機３の近くに配置される。凝縮液用配管Ｌ２０は、さらに、第１接続点Ｐ１から下方に延び、第２接続点Ｐ２に接続される。この凝縮液用配管Ｌ２０は、バイナリー発電装置１Ｂの停止時（発電運転時および暖機運転時を除く停止時）に、凝縮器４および気体排出部Ｌ３ａ内に生じる凝縮液を貯留するための配管（液抜きライン）である。

なお、バイナリー発電装置１Ｂにおいて、バイナリー発電装置１Ａと同様のバイパス配管Ｌ１０が設けられている。バイパス配管Ｌ１０が気体排出部Ｌ３ａに接続される接続点は、気体排出部Ｌ３ａにおいて、第１接続点Ｐ１より下流側に位置してもよいし（図２参照）、第１接続点Ｐ１より上流側に位置してもよい。

第１接続点Ｐ１および第２接続点Ｐ２の位置、および、凝縮液用配管Ｌ２０のレイアウトは適宜に設定され得るが、凝縮液用配管Ｌ２０は、第１接続点Ｐ１から第２接続点Ｐ２に向けて、水平な部分および下り勾配の部分のみから構成されてもよい。凝縮液用配管Ｌ２０は、第１接続点Ｐ１から第２接続点Ｐ２に向けて、上り勾配の部分を有してもよいが、その部分は、第１接続点Ｐ１よりも低く第２接続点Ｐ２よりも高い範囲に配置される。言い換えれば、凝縮液用配管Ｌ２０のうち、第１接続点Ｐ１がもっとも高い位置にあり、第２接続点Ｐ２がもっとも低い位置にある。

凝縮液用配管Ｌ２０には、液溜め弁（制御弁）４９が設けられる。液溜め弁４９は、開閉を切り替えることのできる自動弁であり、たとえば電磁弁である。液溜め弁４９は、たとえば配管内を流れる作動媒体（凝縮液）の流量を調整可能であってもよく、たとえば、それらの開度を調整自在な自動弁であってもよい。これらの制御弁のバルブとしての型式は、特に限定されない。開閉を切り替える、または流量を調整する等の目的に応じて、公知のバルブが適宜に用いられ得る。

これらの凝縮液用配管Ｌ２０および液溜め弁４９は、ポケット部（液溜め部）を形成する。バイナリー発電装置１Ｂでは、操作者によって装置を停止する旨の操作が行われると、コントローラ３０は、装置を停止させる。コントローラ３０は、装置の停止時には、少なくとも所定時間、液溜め弁４９を閉じる。装置が停止している間、凝縮器４および気体排出部Ｌ３ａで生じた凝縮液は、第１接続点Ｐ１を経由して凝縮液用配管Ｌ２０内に導入される（凝縮液導入工程）。凝縮液用配管Ｌ２０の液溜め弁４９よりも上流側に、凝縮液が貯留される。コントローラ３０は、次に装置を起動する直前（暖機運転の開始前）に、液溜め弁４９を開け、凝縮液用配管Ｌ２０内の凝縮液を自重によって凝縮液タンク２０に流下させる。コントローラ３０は、所定時間経過後（凝縮液タンク２０に凝縮液が流下し終えた後）、液溜め弁４９を閉じる。なお、凝縮液用配管Ｌ２０に逆止弁を設けて、凝縮液タンク２０からの逆流を防止してもよい。このバイナリー発電装置１Ｂにおいても、装置の定義時にバイパス弁４７は開けられており、バイパス配管Ｌ１０を通じて凝縮液が流下し得る。

バイナリー発電装置１Ｂによれば、凝縮液は、気体排出部Ｌ３ａに設けられた凝縮液用配管Ｌ２０に導入され得る。すなわち、凝縮液は、第１接続点Ｐ１から凝縮液用配管Ｌ２０に導入される。凝縮液は、凝縮液用配管Ｌ２０の内部に貯留される。よって、凝縮液がタービン発電機３へ逆流することを防止できる。その結果、タービン発電機３の内部に滞留する凝縮液の量は減少し、暖機運転の時間が短縮される。

装置の停止時には所定時間、液溜め弁４９が閉じるので、凝縮液用配管Ｌ２０に導入された凝縮液は、凝縮液用配管Ｌ２０の内部（すなわち液溜め弁４９の上流側）に貯留される。凝縮液用配管Ｌ２０と液溜め弁４９とによって、凝縮液を貯留する言わばポケット部が形成される。また発電運転前または暖機運転前には少なくとも一度、制御弁は開くので、凝縮液用配管Ｌ２０に貯留された凝縮液は、第２接続点Ｐ２の方へ流下し、凝縮液タンク２０を経由して第２作動媒体ラインＬ３に戻される。このように、凝縮液がタービン発電機３とは違う経路に導かれ、タービン発電機３に凝縮液が溜まりにくくなっている。

図３を参照して、第３実施形態に係るバイナリー発電装置１Ｃについて説明する。このバイナリー発電装置１Ｃが第２実施形態のバイナリー発電装置１Ｂと違う点は、凝縮液タンク２０が省略された点と、凝縮液用配管Ｌ２０が、気体供給部Ｌ２ｃ上の第２接続点Ｐ２に接続された点である。このバイナリー発電装置１Ｃによっても、凝縮液用配管Ｌ２０と液溜め弁４９とによって、凝縮液を貯留する言わばポケット部が形成され、バイナリー発電装置１Ｂと同様の作用・効果が奏される。

図４を参照して、第４実施形態に係るバイナリー発電装置１Ｄについて説明する。このバイナリー発電装置１Ｄが第１実施形態のバイナリー発電装置１Ａと違う点は、タービン発電機３の出口と凝縮器４の入口とがほぼ同じ高さに位置している点である。すなわち、気体排出部Ｌ３ａの上流端と下流端とは、ほぼ同じ高さに位置している。作動媒体ポンプ１０が容積型のポンプであって作動媒体ポンプ１０の要求ヘッドが十部に小さく、凝縮器４を低く配置できる場合には、このような配置を採用しても、バイナリー発電装置１Ａと同様の作用・効果が得られる。なお、タービン発電機３から凝縮器４に向けての気体排出部Ｌ３ａを下り勾配としてもよい。その場合、タービン発電機３への凝縮液の流入をより効果的に防止できる。バイパス配管Ｌ１０は、第１接続点Ｐ１において、気体排出部Ｌ３ａの下部（下方）に接続されると、バイパス配管Ｌ１０への凝縮液の導入がスムーズとなり、より一層効果的である。このバイナリー発電装置１Ｄによっても、バイパス配管Ｌ１０によって、バイナリー発電装置１Ａと同様の作用・効果が奏される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。たとえば、第２実施形態のバイナリー発電装置１Ｂまたは第３実施形態のバイナリー発電装置１Ｃにおいて、装置の停止時に、液溜め弁４９を開いた状態に維持してもよい。熱源は、温水ではなく蒸気であってもよい。

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ バイナリー発電装置
２ 蒸発器
３ タービン発電機
４ 凝縮器
１０ 作動媒体ポンプ
２０ 凝縮液タンク
３０ コントローラ
４６ タービン入口弁
４７ バイパス弁（制御弁）
４９ 液溜め弁（制御弁）
Ｌ１ 熱源ライン
Ｌ２ 第１作動媒体ライン
Ｌ２ｃ 気体供給部（第１配管）
Ｌ３ 第２作動媒体ライン
Ｌ３ａ 気体排出部（第２配管）
Ｌ１０ バイパス配管（凝縮液用配管）
Ｌ２０ 凝縮液用配管
Ｐ１ 第１接続点
Ｐ２ 第２接続点

Claims (5)

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蒸発器と、
   前記蒸発器の下流側において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発電機と、
   前記発電機の下流側において前記作動媒体ラインに設けられ、前記作動媒体を凝縮させる凝縮器と、を備え、
   前記作動媒体ラインが、前記蒸発器、前記発電機、および前記凝縮器を通って循環流路を形成しており、前記蒸発器および前記発電機を接続する第１配管と、前記発電機および前記凝縮器を接続する第２配管とを含み、
   前記第２配管には、前記第２配管上の所定の第１接続点に接続されると共に前記第１接続点から下方に延び、前記作動媒体ラインのうち前記発電機よりも低い位置にある所定の第２接続点に接続される凝縮液用配管が設けられている、バイナリー発電装置。
2. 前記凝縮液用配管は、前記第１配管上の前記第２接続点に接続されて、発電運転時または暖機運転時に前記発電機をバイパスするバイパス配管として用いられ、
   前記凝縮液用配管には制御弁が設けられ、前記発電運転時および前記暖機運転時を除く装置の停止時には、前記制御弁が開くように構成されている、請求項１に記載のバイナリー発電装置。
3. 前記凝縮液用配管には制御弁が設けられ、発電運転時および暖機運転時を除く装置の停止時には前記制御弁が閉じ、前記発電運転前または前記暖機運転前には少なくとも一度前記制御弁が開くように構成されている、請求項１に記載のバイナリー発電装置。
4. 前記発電機は前記凝縮器よりも低い位置に配置され、前記第２配管上の前記第１接続点は、前記発電機と同じ高さ又は前記発電機より高い位置に設けられる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバイナリー発電装置。
5. 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方法であって、
   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蒸発器と、前記蒸発器の下流側において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発電機と、前記発電機の下流側において前記作動媒体ラインに設けられ、前記作動媒体を凝縮させる凝縮器と、を備え、前記作動媒体ラインが、前記蒸発器、前記発電機、および前記凝縮器を通って循環流路を形成しており、前記蒸発器および前記発電機を接続する第１配管と、前記発電機および前記凝縮器を接続する第２配管とを含み、前記第２配管上の所定の第１接続点に接続されると共に前記第１接続点から下方に延び、前記作動媒体ラインのうち前記発電機よりも低い位置にある所定の第２接続点に接続された凝縮液用配管が前記第２配管に設けられたバイナリー発電装置を用い、
   発電運転時および暖機運転時を除く装置の停止時に、前記第２配管に設けられた前記凝縮液用配管に前記作動媒体の凝縮液を導入する凝縮液導入工程を含む、バイナリー発電方法。

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