JP6161358B2 - 有機ランキンサイクルシステム - Google Patents

Description

本発明は、熱源と作動流体との間で熱交換を行い、作動流体を循環させるランキンサイクルシステムに関するものである。

熱源と作動流体との間で熱交換を行い、熱源で作動流体を加熱することで作動流体を蒸気として、当該蒸気を蒸気タービンに導入して発電するバイナリーサイクル方式の発電システムがある。バイナリーサイクル方式では、作動流体をランキンサイクルで循環させている。

バイナリーサイクル方式を用いた発電システムは、熱源として、地球を利用した地熱や、産業廃熱、空調設備の廃熱等を利用することができ、地上で燃料を燃焼させることがないため、ＣＯ₂排出量が極めて少なく、環境に優しい発電システムとなる。発電システムは、例えば、熱源として地熱を用いる場合、地熱流体を熱交換器に導き、熱交換器で地熱流体と作動流体との間で熱交換して熱だけを作動流体に回収して、地熱流体は全量地下へ還元する。発電システムは、地熱流体で加熱された作動流体の蒸気を、蒸気タービンに導入して発電する。

ここで、作動流体をランキンサイクルで循環させるバイナリーサイクル方式を用いた発電システムは、作動流体として、水以外の媒体（以下、本件では有機媒体ともいう。）を用いる場合がある。特許文献１には、低沸点媒体と高沸点媒体とを混合比を調整しながら利用する混合媒体発電システムが記載されている。またランキンサイクルを用いて作動流体を循環させるシステムでは、発電、つまり電気エネルギ以外の形態でエネルギを取り出すシステムもある。

特開２０１２−１２７２７６号公報

ここで、有機媒体を作動流体として用いるランキンサイクルシステム（本件において有機ランキンサイクルシステム）では、作動流体が水ではないため、システム内への充填や、使用した作動流体の回収に手間がかかる場合がある。このため、ハンドリング性に改善の余地がある。

本発明は、上記問題に鑑み、有機媒体を利用する場合でも、ハンドリングを容易かつ安全にすることができる有機ランキンサイクルシステムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するための本発明は、有機媒体を作動流体としてランキンサイクルで循環させる有機ランキンサイクルシステムであって、前記作動流体は、溶媒に溶解する物質であり、熱源と前記作動流体とで熱交換を行い、前記作動流体を加熱する熱交換器と、前記熱交換器で加熱された前記作動流体が供給され、前記作動流体を膨張させる膨張機構と、前記膨張機構を通過した前記作動流体を冷却し、液体の作動流体とする復水器と、前記復水器から供給される前記作動流体を加圧し、前記熱交換器に送液する送液ポンプと、
前記熱交換器、前記膨張機構、前記復水器及び前記送液ポンプを接続し、前記作動流体及び蒸気を流通させる循環経路と、前記循環経路に接続され、前記作動流体と前記溶媒とを混合した混合液体を前記循環経路に供給する作動流体供給機構と、前記循環経路に配置され、前記作動流体と前記溶媒とを分離する溶媒トラップと、前記溶媒トラップが分離した溶媒を回収する溶媒回収機構と、各部の動作を制御する制御装置と、を有することを特徴とする。

また、前記作動流体供給機構は、前記混合液体を貯留する混合液体タンクと、前記循環経路に連結され、前記混合液体タンクと着脱可能な連結端子と、を含み、前記混合液体タンクが前記連結端子を介して前記循環経路に着脱可能であることが好ましい。

また、前記溶媒回収機構は、前記循環経路と接続された回収ラインと、前記回収ラインを開閉させる回収弁と、前記回収ラインに接続され、前記溶媒を貯留させる回収タンクと、を有し、前記回収弁を開いて、前記溶媒トラップで分離された前記溶媒を、前記回収ラインを介して前記回収タンクに回収することが好ましい。

また、前記回収ラインは、前記循環経路の前記送液ポンプと前記熱交換器との間に接続されていることが好ましい。

また、前記作動流体の漏洩を検知する漏洩検知部と、前記循環経路に接続され、前記作動流体が流れる経路に前記溶媒を供給する溶媒供給機構と、をさらに有し、前記制御装置は、前記漏洩検知部で前記作動流体の漏洩を検知した場合、前記溶媒供給機構から前記循環経路に前記溶媒を供給することが好ましい。

また、前記作動流体は、溶媒よりも沸点の低い可燃性の媒体であり、前記制御装置は、前記溶媒を回収する場合、前記各部の動作を制御し、前記溶媒トラップの通過時の前記混合液体を、前記作動流体が気化し、前記溶媒が液化する条件とすることが好ましい。

また、前記作動流体は、アンモニアであり、前記溶媒は、水であることが好ましい。

前記作動流体は、メタノール、エタノール、プロパノールの少なくとも１つであり、前記溶媒は、水であることが好ましい。

本発明によれば、有機媒体を利用する場合でも、ハンドリングを容易かつ安全にすることができる。

図１は、本発明の有機ランキンサイクルシステムの一実施例に係る地熱発電システムを示す概略図である。 図２は、地熱発電システムの動作の一例を示すフローチャートである。 図３は、地熱発電システムの動作の一例を示すフローチャートである。 図４は、地熱発電システムの動作の一例を示すフローチャートである。 図５は、地熱発電システムの変形例を示す概略図である。

以下、本発明を実施するための実施例につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に記載した内容により限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

本発明の有機ランキンサイクルシステムを地熱発電システムに適用した場合について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の有機ランキンサイクルシステムの一実施例に係る地熱発電システムを示す概略図である。本実施例に係る地熱発電システム１０は、地熱の熱源流体１８で作動流体（作動媒体）１９を加熱し、加熱した作動流体１９により蒸気タービン１３を回転駆動することで発電を行うバイナリー方式の地熱発電システムである。地熱発電システム１０は、作動流体１９に対して、加圧、吸熱、断熱膨張、放熱を繰り返すランキンサイクルで作動流体１９を循環させ、断熱膨張工程の蒸気で蒸気タービン１３を回転させる。

図１に示すように、本実施例に係る地熱発電システム１０は、熱交換器（蒸発器）１２と、蒸気タービン１３と、発電機１４と、復水器１５と、冷却塔１６と、制御装置３０と、漏洩検知部３２と、溶媒回収機構４０と、溶媒供給機構５０と、作動流体供給機構６０と、溶媒トラップ７０と、送液ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３と、を備えている。また、地熱発電システム１０は、熱源流体１８を流通させる熱源流体供給ラインＬ１１と、作動流体１９を流通させる循環経路１１と、を有する。

循環経路１１は、作動流体供給ラインＬ１２と作動流体蒸気供給ラインＬ１３とを含み、熱交換器１２と、蒸気タービン１３と、復水器１５と、送液ポンプＰ１の間を接続し、この順で循環させる。また、循環経路１１は、送液ポンプＰ１と熱交換器１２とも接続しており、作動流体１９を送液ポンプＰ１から熱交換器１２に供給する。作動流体供給ラインＬ１２は、作動流体１９の流路であり、復水器１５と送液ポンプＰ１と熱交換器１２とを接続している。送液ポンプＰ１は、作動流体１９を復水器１５側から熱交換器１２側に送る。また、作動流体供給ラインＬ１２の送液ポンプＰ１と熱交換器１２との間には、作動流体１９の流量を調節可能な調節弁Ｖ１２とが配設されている。作動流体蒸気供給ラインＬ１３は、作動流体１９の蒸気である作動流体蒸気２３の流路であり、熱交換器１２と蒸気タービン１３と復水器１５とを接続している。

熱源流体１８としては、例えば、地熱蒸気、地熱水、地熱ガスまたはこれらの２種以上を含むものなどが挙げられる。作動流体１９は、作動流体供給ラインＬ１２を通って熱交換器１２に供給され、熱交換器１２において熱源流体１８と熱交換され、加熱される。なお、熱源流体１８、作動流体１９の供給量は、熱源流体供給ラインＬ１１、作動流体供給ラインＬ１２に設けた調節弁Ｖ１１，Ｖ１２により調整される。

作動流体１９としては、水以外の媒体（有機媒体）を用いることができる。ここで、作動流体１９は、水よりも沸点が低い媒体を用いることが好ましく、水よりも沸点の低い可燃性の媒体を用いることがより好ましい。作動流体は、各種炭化水素、具体的には、メタノール（沸点６５℃）、エタノール（沸点７８℃）、プロパノール（沸点８２℃か９７℃）、ペンタン（沸点３６℃）、イソペンタン（沸点２８℃）、ペンテン（沸点３７℃）、ヘキサン（沸点６９℃）、イソヘキサン（沸点７０℃）、ヘキセン（沸点６３℃）、メチルシクロブタン（沸点３６℃）、メチルシクロペンタン（沸点７２℃）、シクロペンタン（沸点４９℃）およびシクロヘキサン（沸点８１℃）のいずれか１つまたは混合物を用いることがより好ましい。また、作動流体１９としては、不燃性の媒体を用いてもよく、この場合、フロン、アンモニア等のような低沸点媒体が例示される。上記媒体を用いることで、効率よく熱交換を行うことができ、作動流体を円滑に循環させることができる。

ここで、本実施形態の作動流体１９は、溶媒に溶解する媒体（溶質）である。つまり、作動流体１９は、所定の媒体に溶ける性質の媒体である。なお、作動流体１９は、不燃性の溶媒に溶解する材料であることが好ましい。また、作動流体１９は、溶媒よりも気化しやすい材料、一例として沸点が低い材料であることが好ましい。作動流体１９と溶媒の組み合わせとしては、作動流体１９がアンモニアで、溶媒が水の組み合わせが例示される。また、作動流体１９がメタノール、エタノール、プロパノールの少なくとも１つで、溶媒は、水の組み合わせも例示される。本実施形態の地熱発電システム１０による溶媒の使用方法については、後述する。

熱交換器１２は、生産井戸（生産井）２１から噴出される熱源流体１８により作動流体１９を加熱して作動流体１９を蒸発させて蒸気とするものである。生産井戸２１より噴出した熱源流体１８は、熱源流体供給ラインＬ１１を通って熱交換器１２に通流され、熱交換器１２で作動流体１９と熱交換して作動流体１９を加熱した後、還元井戸（還元井）２２に戻される。また、熱交換器１２には、上述したように循環経路１１が接続されており、作動流体１９が供給される。

熱交換器１２は、熱源流体１８と作動流体１９とを熱交換できるものであればよく、例えば、外郭（シェル）内部の蒸発室を直列に貫通して熱源流体１８が通流するチューブを配管したシェル・アンド・チューブ型などが用いられる。

熱交換器（蒸発器）１２は、熱源流体１８と作動流体１９との間で熱交換を行い、熱源流体１８で作動流体１９を加熱する。作動流体１９は、熱交換器１２で熱源流体１８と熱交換し、加熱されることで蒸発（気化）し、高温の作動流体１９の蒸気（作動流体蒸気）２３となる。

蒸気タービン１３は、熱交換器１２で作動流体１９が加熱されることにより蒸気になった作動流体蒸気２３の圧力より回転力を得て、タービン軸２６が回転駆動する。発電機１４は、タービン軸２６に連結されており、タービン軸２６から回転力を得て駆動回転することにより、発電する。

復水器１５は、蒸気タービン１３の駆動源に用いられて蒸気タービン１３から排出された作動流体蒸気２３を冷却して復水２９にする。復水器１５には、冷却水２８が流れる冷却媒体供給ラインＬ１４と冷却媒体回収ラインＬ１５とを介して冷却塔１６が接続されている。復水器１５は、冷却水２８と作動流体蒸気２３との間で熱交換を行い、作動流体蒸気２３を冷却する。

具体的には、復水器１５は、冷却媒体供給ラインＬ１４を介して冷却塔１６から供給される冷却水２８によって作動流体蒸気２３を冷却することが可能になっており、冷却媒体供給ラインＬ１４上には、冷却水２８を冷却塔１６から復水器１５に供給する送液ポンプＰ２が配設されている。

また、復水器１５と冷却塔１６との間には、復水器１５での作動流体蒸気２３の冷却後の冷却水２８が流れる冷却媒体回収ラインＬ１５が配設されている。冷却塔１６は、冷却媒体回収ラインＬ１５で復水器１５から排出された冷却水２８を回収する。冷却塔１６は、ファン等の放熱機構を備えており、回収した冷却水２８を放熱機構で冷却し、冷却媒体供給ラインＬ１４を介して、復水器１５に供給する。

制御装置３０は、地熱発電システム１０の各部から情報を取得して処理し、各部の動作を制御する。制御装置３０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等を有する処理部や、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶部等を備えた公知の構成である。

漏洩検知部３２は、循環経路１１の外部に配置され、循環経路１１の近傍で作動流体１９の漏洩を検知する。本実施形態の漏洩検知部３２は、蒸気タービン１３の車室とタービン軸２６との間の近傍に取り付けられている。なお、漏洩検知部３２は、蒸気タービン１３の車室の連結部（上側の車室と下側の車室の連結部）に配置してもよい。また、循環経路１１の近傍であればよく、蒸気タービン１３の近傍以外に設けてもよい。また、漏洩検知部３２は、循環経路１１の複数箇所に設けてもよい。

漏洩検知部３２は、作動流体１９を検知するセンサであり、作動流体１９を検知することにより、循環経路１１から作動流体１９が漏洩しているかを検知する。ここで、地熱発電システム１０は、作動流体１９に被検知物質を添加し、漏洩検知部３２で被検知物質を検知するようにしてもよい。なお、漏洩検知部３２は、漏洩を検出することができればよく、検知対象の作動流体（または被検知物質）の有無を検出してもよいし、濃度を検出してもよいし、量を検出してもよい。漏洩検知部３２は、作動流体（または被検知物質）が大気中にある物質の場合、濃度や量を検出し、その変動によって漏洩を検出することが好ましい。

漏洩検知部３２は、地熱発電システム１０の各部を制御する制御装置３０に接続されており、漏洩検知部３２は、作動流体１９の漏洩を検知した信号を、制御装置３０に伝達する。地熱発電システム１０は、漏洩検知部３２で漏洩の有無を判定しても、制御装置３０で漏洩の有無を判定してもよい。

溶媒回収機構４０は、溶媒を回収する機構であり、循環経路１１に接続されている。なお、溶媒回収機構４０は、溶媒と作動流体が混合された液体を回収することもできる。溶媒回収機構４０は、回収タンク４１と、回収ライン４２と、回収弁４４と、送液ポンプＰ３と、を有する。回収タンク４１は、作動流体１９を貯留するタンクである。回収ライン４２は、作動流体供給ラインＬ１２と、回収タンク４１とを繋げる配管である。回収ライン４２は、作動流体供給ラインＬ１２の送液ポンプＰ１と調節弁Ｖ１２との間に接続されている。より具体的には、作動流体供給ラインＬ１２の送液ポンプＰ１と調節弁Ｖ１２との間の溶媒トラップ７０が設置されている位置に接続されている。回収弁４４は、回収ライン４２に設けられており、回収ライン４２の流路を開閉させる弁である。送液ポンプＰ３は、回収ライン４２に設けられている。送液ポンプＰ３は、作動流体供給ラインＬ１２から回収タンク４１に向けて、また、回収タンク４１から作動流体供給ラインＬ１２に向けて液体を送ることができる。溶媒回収機構４０は、回収弁４４を閉じることで、作動流体供給ラインＬ１２と回収ライン４２との間で流体が流れない状態となる。溶媒回収機構４０は、回収弁４４を開くことで、作動流体供給ラインＬ１２と回収タンク４１との間で流体が流れる状態となる。溶媒回収機構４０は、制御装置３０により動作が制御される。

溶媒供給機構５０は、溶媒を循環経路１１内に流入させる機構であり、循環経路１１に接続されている。溶媒供給機構５０は、溶媒貯蔵タンク５２と、溶媒供給ライン５４と、溶媒供給弁５６と、を有する。溶媒貯蔵タンク５２は、溶媒を貯留するタンクである。溶媒供給ライン５４は、作動流体供給ラインＬ１２と、溶媒貯蔵タンク５２とを繋げる配管である。溶媒供給ライン５４は、作動流体供給ラインＬ１２の調節弁Ｖ１２と熱交換器１２との間に接続されている。溶媒供給弁５６は、溶媒供給ライン５４に設けられており、溶媒供給ライン５４の流路を開閉させる弁である。溶媒供給機構５０は、溶媒供給弁５６を閉じることで、溶媒供給ライン５４及び溶媒貯蔵タンク５２から作動流体供給ラインＬ１２に向けて溶媒が流れない状態となる。溶媒供給機構５０は、溶媒供給弁５６を開くことで、溶媒供給ライン５４及び溶媒貯蔵タンク５２から作動流体供給ラインＬ１２に向けて溶媒が流れる状態となる。溶媒供給機構５０は、制御装置３０により動作が制御される。

作動流体供給機構６０は、循環経路１１に作動流体と溶媒を混合した混合液体を供給する機構であり、作動流体供給ラインＬ１２に接続されている。作動流体供給機構６０は、供給ライン６２と、連結端子６４と、混合液体供給ユニット６６と、を有する。供給ライン６２は、作動流体供給ラインＬ１２の復水器１５と送液ポンプＰ１との間に接続されている配管である。供給ライン６２は、一方の端部が、作動流体供給ラインＬ１２と接続され、他方の端部が連結端子６４と接続されている。連結端子６４は、混合液体供給ユニット６６の接続ライン６７と着脱可能に接続されるジョイントである。連結端子６４は、供給ライン６２に固定されており、ネジ等の締結機構で接続ライン６７と連結する。混合液体供給ユニット６６は、連結端子６４と着脱可能な機構であり、接続ライン６７と、混合液体タンク６８と、を有する。接続ライン６７は、連結端子６４と着脱可能な配管であり、混合液体タンク６８と接続されている。混合液体タンク６８は、作動流体と溶媒を混合した混合液体が貯留されたタンクである。作動流体供給機構６０は、混合液体が貯留された混合液体タンク６８を、連結端子６４を介して供給ライン６２に接続することで、作動流体供給ラインＬ１２に混合液体を供給する。

溶媒トラップ７０は、通過する流体のうち、溶媒を選択的に捕集する機構であり、作動流体供給ラインＬ１２の送液ポンプＰ１と調節弁Ｖ１２との間に配置されている。溶媒トラップ７０は、例えば液滴を捕集する機構であり、液体の状態で供給される溶媒を捕集する。このとき、地熱発電システム１０は、溶媒トラップ７０の通過時の作動流体１９を気体の状態とすることで、溶媒トラップ７０で捕集されずに通過させることができる。

次に、地熱発電システム１０の動作について説明する。地熱発電システム１０は、発電を行う場合、送液ポンプＰ１を駆動することにより、作動流体供給ラインＬ１２内の作動流体１９を、復水器１５から熱交換器１２に圧送する。これにより、復水器１５の作動流体１９は、加圧されて熱交換器１２に供給される。また、地熱発電システム１０は、作動流体供給ラインＬ１２に設けた調節弁Ｖ１２の開度や送液ポンプＰ１の駆動を調整することで、熱交換器１２への作動流体１９の供給量や供給時の圧力を調整することができる。

地熱発電システム１０は、熱交換器１２に供給された作動流体１９と、生産井戸２１より噴出して熱源流体供給ラインＬ１１を通って熱交換器１２に通流する熱源流体１８との間で熱交換を行う。これにより、作動流体１９は加熱され、高温の作動流体蒸気２３になる。また、熱交換器１２で作動流体１９と熱交換した熱源流体１８は、熱源流体供給ラインＬ１１を通り、還元井戸２２に流入する。また、地熱発電システム１０は、熱源流体供給ラインＬ１１に設けた調節弁Ｖ１１を調整することで、熱源流体供給ラインＬ１１を流れる熱源流体１８の流量を調整することができる。これにより、熱交換器１２で交換する熱量、つまり、作動流体１９の加熱量を調整することができる。

熱交換器１２で高温の蒸気になった作動流体蒸気２３は、作動流体蒸気供給ラインＬ１３を通って蒸気タービン１３に供給される。蒸気タービン１３では、作動流体蒸気２３の圧力によりタービン軸２６が回転駆動し、この回転駆動によって発電機１４が駆動回転することにより、発電機１４で発電が行われる。

蒸気タービン１３の駆動源に用いられた作動流体蒸気２３は、作動流体供給ラインＬ１２を通って、復水器１５に供給される。また、復水器１５には、冷却塔１６で冷却された冷却水２８が、送液ポンプＰ２で圧送されることにより冷却媒体供給ラインＬ１４を通って供給される。

復水器１５は、作動流体蒸気２３と冷却水２８とで熱交換を行い、作動流体蒸気２３を冷却して凝縮させることにより、復水２９にする。復水２９は、復水器１５から作動流体供給ラインＬ１２に流れ、送液ポンプＰ１によって再び熱交換器１２に供給される。循環経路１１では、これらのように作動流体１９に対して膨張と凝縮とを繰り返し行わせながら、作動流体１９を循環させる。地熱発電システム１０は、以上のように各部を動作し作動流体１９を循環させ、熱源流体１８の熱を作動流体１９で回収し、当該回収した熱エネルギで蒸気タービン１３を回転させて、発電を行う。

次に、地熱発電システム１０は、作動流体１９が循環経路１１を循環している間は、漏洩検知部３２によって、循環経路１１からの作動流体１９の漏洩を継続的に検知する。具体的には、地熱発電システム１０は、漏洩検知部３２によって被検知物質を検知する。漏洩検知部３２は、検出した結果を電気信号により制御装置３０に伝達する。制御装置３０は、作動流体１９の漏洩の有無に応じて、溶媒回収機構４０の回収弁４４や溶媒供給機構５０の溶媒供給弁５６の開閉制御を行う。制御装置３０は、作動流体１９の漏洩がない通常時、回収弁４４と溶媒供給弁５６を、共に閉じている。

次に、循環経路１１に作動流体を充填させる際の処理手順の概略について説明する。図２は、地熱発電システムの動作の一例を示すフローチャートである。図２に示す動作は、基本的に制御装置３０が各部の検出結果に基づいて処理を実行することで実現することができる。

まず、混合液体タンク６８に作動流体と溶媒を投入し、作動流体と溶媒とを混合する（ステップＳ１２）。この処理は、制御装置３０で制御を行わずに実行することができる。また、予め作動流体と溶媒とが混合された状態の混合液体が投入されてもよい。

次に、混合した液体（混合液体）を作動流体供給機構６０から作動流体供給ラインＬ１２に供給する（ステップＳ１４）。つまり、混合液体タンク６８に貯留した混合液体を作動流体供給ラインＬ１２に供給する。これにより、循環経路１１には、溶媒と作動流体１９の混合物が充填した状態となる。

次に、制御装置３０は、作動流体の循環を開始する（ステップＳ１６）。具体的に、溶媒と作動流体１９の混合物が充填した状態で、送液ポンプＰ１を駆動し、循環を開始する。次に、制御装置３０は、溶媒を回収する（ステップＳ１８）。具体的には、制御装置３０は、循環経路１１内で混合液体を循環させつつ、溶媒トラップ７０で溶媒を捕集し、捕集した溶媒を溶媒回収機構４０の回収タンク４１に送る。このとき、制御装置３０は、熱交換器１２、送液ポンプＰ１、復水器１５の動作を制御し、溶媒トラップ７０の通過時の混合液体の温度と圧力を調整することで、溶媒が液化し、かつ作動流体１９が気化した流体が溶媒トラップ７０を通過するようにする。また、溶媒回収機構４０は、回収弁４４を開き、送液ポンプＰ３で回収タンク４１に向かって流体を送ることで、捕集した溶媒トラップ７０を回収タンク４１に送ることができる。制御装置３０は、作動流体を循環しつつ溶媒の回収を行い、溶媒の回収が終了したら、本処理を終了する。地熱発電システム１０は、図２に示す処理を行うことで、循環経路１１内に作動流体１９が充填された状態とすることができる。

地熱発電システム１０は、作動流体１９を溶媒に混合した状態で循環経路１１に供給し、その後、溶媒を回収することで、循環経路１１に作動流体１９を充填することができる。地熱発電システム１０は、作動流体１９を溶媒に混合した状態で循環経路１１に供給できることで、作動流体１９の充填を簡単にすることができる。また、沸点が低く気体になりやすい作動流体の場合でも、溶媒に溶かして充填することで、作動流体の搬送を簡単にすることができる。これによりハンドリングしやすくなる。また、地熱発電システム１０は、溶媒を回収することで、循環経路１１に作動流体１９を充填することができるため、溶媒を用いても地熱発電システム１０の効率への影響は基本的に生じない。

次に、図３を用いて、メンテナンス等に作動流体を回収する処理について説明する。図３は、地熱発電システムの動作の一例を示すフローチャートである。制御装置３０は、作動流体供給ラインＬ１２に溶媒を供給する（ステップＳ２２）。制御装置３０は、溶媒回収機構４０及び溶媒供給機構５０の少なくとも一方を駆動させ、作動流体供給ラインＬ１２に溶媒を供給する。

次に、制御装置３０は、循環を開始する（ステップＳ２４）。具体的には、送液ポンプ
Ｐ１を駆動させ、循環経路１１内で流体を循環させる。このとき、送液ポンプＰ１での加圧等は基本的に行わずに、循環経路１１内を低圧、低温化する。これにより、循環経路１１内の作動流体１９を溶媒に溶解させる。

次に、制御装置３０は、溶媒回収機構４０の送液ポンプＰ３により作動流体供給ラインＬ１２の液体を回収タンク４１に送る（ステップＳ２６）ことで、作動流体１９と溶媒とが混合した液体を回収し（ステップＳ２８）、本処理を終了する。地熱発電システム１０は、回収弁４４を開き、送液ポンプＰ３で流体を作動流体供給ラインＬ１２から回収タンク４１に向けて送ることで、作動流体供給ラインＬ１２を通って送液ポンプＰ１から熱交換器１２に向けて供給される混合液体を回収タンク４１に流入させることで、循環経路１１内の流体を回収する。

地熱発電システム１０は、このように、メンテナンス時に循環経路１１に溶媒を供給し、作動流体１９を溶媒に溶かして、溶媒回収機構４０に回収することで、迅速かつ安全に循環経路１１内に作動流体１９が充填されていない状態とすることができる。また、地熱発電システム１０は、溶媒回収機構４０の作動流体１９を循環経路１１内に再び充填することで、回収した作動流体１９を有効活用することもできる。

次に、図４を用いて、漏洩検知部３２で検知した結果に対応する処理動作の一例を説明する。図４は、地熱発電システムの動作の一例を示すフローチャートである。制御装置３０は、漏洩検知部３２での検知結果に基づいて、作動流体１９の漏洩があるかを判定する（ステップＳ３２）。つまり、制御装置３０は、循環経路１１の外部に配設される漏洩検知部３２が、漏洩を検知したか否かに基づいて、作動流体１９の漏洩があるか否かを判定する。制御装置３０は、作動流体１９の漏洩はないと判定した場合（ステップＳ３２でＮｏ）、作動流体１９の漏洩があるか判定を再び行う（ステップＳ３２）。

次に、制御装置３０は、作動流体１９の漏洩があると判定した場合（ステップＳ３２でＹｅｓ）、溶媒供給弁５６を開く（ステップＳ３４）。地熱発電システム１０は、溶媒供給弁５６を開くことで、溶媒貯蔵タンク５２の溶媒が作動流体供給ラインＬ１２に流入する。循環経路１１に溶媒を供給することで、循環経路１１に充填される作動流体１９を溶媒に溶かすことができる。これにより。循環経路１１内の圧力及び温度を低減することができる。また循環経路１１内を循環する流体の液体の割合をより多くすることができる。

次に、制御装置３０は、回収弁４４を開き、送液ポンプＰ３で回収タンク４１に混合液体を回収し（ステップＳ３６）、本処理を終了する。地熱発電システム１０は、回収弁４４を開き、送液ポンプＰ３で流体を作動流体供給ラインＬ１２から回収タンク４１に向けて送ることで、作動流体供給ラインＬ１２を通って送液ポンプＰ１から熱交換器１２に向けて供給される混合液体のうち、少なくとも一部を回収タンク４１に流入させる。これにより、循環経路１１を循環する流体の量を減少させ、循環経路１１内の圧力を低減させる。また、圧力が低減することで作動流体１９の温度も低減される。また、熱交換器１１の上流側の作動流体１９を回収することで、液体の流体を回収タンク４１に回収することができる。これにより、作動流体１９を円滑に回収することができる。なお、このとき、溶媒とラップを通過する流体の温度を低くすることで、作動流体１９を回収ライン４２に流入させることができる。

地熱発電システム１０は、作動流体１９の漏洩を漏洩検知部３２で検知し、作動流体１９が漏洩した場合、溶媒回収機構４０と溶媒供給機構５０とを作動させることにより、地熱発電システム１０を安全に稼動させることができる。地熱発電システム１０は、溶媒供給機構５０で溶媒と作動流体１９とを混合し、溶媒回収機構４０で混合した流体を回収することで、循環経路１１内をより迅速に低温、低圧化することができる。これにより、循環経路１１と外との差圧を低減できるため、循環経路１１内の作動流体１９が漏洩している部分から漏洩する量を減らすことができる。

また、本実施形態の地熱発電システム１０は、熱交換器１２の上流側で作動流体１９を回収することで、液体で回収することができるため、より多くの量の作動流体１９を迅速に回収することができる。また、加圧する送液ポンプＰ１の下流側に設けることで、送液ポンプＰ１を溶媒回収機構４０の送液手段として用いることができ、作動流体１９を回収タンク４１に流入させやすくすることができる。

また、地熱発電システム１０は、回収タンク４１で回収した混合液体を、循環経路１１に供給する混合液体として、再利用することもできる。

ここで、本実施形態の地熱発電システム１０は、溶媒供給機構５０を設けたが、溶媒供給機構５０を備えていなくてもよい。また、地熱発電システム１０は、溶媒回収機構４０を溶媒供給機構５０として用いてもよい。具体的には、溶媒回収機構４０の回収弁４４を開いて送液ポンプＰ３で回収タンク４１から作動流体供給ラインＬ１２に送液することで、回収タンク４１の溶媒を作動流体供給ラインＬ１２に供給することができる。また、溶媒トラップ７０を設ける位置はこれに限定されない。溶媒トラップ７０は、溶媒と作動流体１９を分離することができればよい。復水器１５を溶媒トラップとして用いてもよい。

図５は、地熱発電システムの変形例を示す概略図である。図５に示す地熱発電システム１０ａは、溶媒回収機構４０ａの配置位置以外は、地熱発電システム１０と同様である。以下、地熱発電システム１０ａに特有の点を説明する。図５に示す地熱発電システム１０ａは、溶媒回収機構４０ａが作動流体蒸気供給ラインＬ１３の熱交換器１２と蒸気タービン１３との間に配置されている。具体的には、溶媒トラップ７０が作動流体蒸気供給ラインＬ１３の熱交換器１２と蒸気タービン１３との間に配置されている。なお、溶媒回収機構４０ａの構成及び各部の機能は、溶媒回収機構４０と同様であるので説明を省略する。溶媒回収機構４０ａは、熱交換器１２で加熱された作動流体及び溶媒が流れる流路に溶媒トラップ７０を配置することで、加熱され気化した作動流体が流れる流路で溶媒を回収することができ、効率よく溶媒を回収することができる。また、溶媒回収時に温度と圧力を制御することで、気化した作動流体と液体の溶媒が混合した流体が作動流体蒸気供給ラインＬ１３を流れるようにすることができる。これにより、液体の溶媒を効率よく回収することができる。

また、地熱発電システム１０は、溶媒回収機構を蒸気タービン１３の下流側に設けてもよい。また、地熱発電システムは、溶媒回収機構４０と溶媒回収機構４０ａの両方を備えていてもよい。溶媒回収機構を複数設置することで、使用状況や条件に合わせて溶媒を回収する位置を切り換えることができる。

本発明を地熱発電システムに適用した実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、作動流体１９を用いて熱源から熱を回収し、ランキンサイクルを用いて、作動流体１９を循環させ、作動流体１９の蒸気でタービンを回転させ、発電を行う各種システムに用いることができる。つまり、作動流体１９を加熱する熱源として、種々の機構の熱を用いることができる。熱源としては、例えば、舶用機械から生じる熱、工場の廃熱、ガスタービンの廃熱、太陽熱、産業廃棄物の燃焼により生ずる熱等を用いることができる。つまり、発電システムは、舶用機械から生じる熱、工場廃熱、ガスタービン廃熱、太陽熱、産業廃棄物の燃焼により生ずる熱、から発電を行うことができる。また、発電システムは、海洋温度差発電システムとすることもできる。この場合、熱源は、海洋表層の温水となる。また、冷却塔に換えて、深海の冷水による冷却機構を用いる。さらに、本実施形態では、有機ランキンサイクルシステムを発電システムに用いた場合として説明したが、膨張工程にタービンを配置し、タービンと発電機とを接続させて発電を行うシステム以外にも適用することができる。

１０，１０ａ 地熱発電システム
１１ 循環経路
１２ 熱交換器
１３ 蒸気タービン
１４ 発電機
１５ 復水器
１６ 冷却塔
１８ 熱源流体
１９ 作動流体
２１ 生産井戸（生産井）
２２ 還元井戸（還元井）
２３ 作動流体の蒸気（作動流体蒸気）
２６ タービン軸
２８ 冷却水
２９ 復水
３０ 制御装置
３２ 漏洩検知部
４０，４０ａ 溶媒回収機構
４１ 回収タンク
４２ 回収ライン
４４ 回収弁
５０ 溶媒供給機構
５２ 溶媒貯蔵タンク
５４ 溶媒供給ライン
５６ 溶媒供給弁
６０ 作動流体供給機構
６２ 供給ライン
６４ 連結端子
６６ 混合液体供給ユニット
６７ 接続ライン
６８ 混合液体タンク
７０ 溶媒トラップ
Ｌ１１ 熱源流体供給ライン
Ｌ１２ 作動流体供給ライン
Ｌ１３ 作動流体蒸気供給ライン
Ｌ１４ 冷却媒体供給ライン
Ｌ１５ 冷却媒体回収ライン
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ 送液ポンプ

Claims (8)

1. 有機媒体を作動流体としてランキンサイクルで循環させる有機ランキンサイクルシステムであって、
   前記作動流体は、溶媒に溶解する物質であり、
   熱源と前記作動流体とで熱交換を行い、前記作動流体を加熱する熱交換器と、
   前記熱交換器で加熱された前記作動流体が供給され、前記作動流体を膨張させる膨張機構と、
   前記膨張機構を通過した前記作動流体を冷却し、液体の作動流体とする復水器と、
   前記復水器から供給される前記作動流体を加圧し、前記熱交換器に送液する送液ポンプと、
   前記熱交換器、前記膨張機構、前記復水器及び前記送液ポンプを接続し、前記作動流体及び蒸気を流通させる循環経路と、
   前記循環経路に接続され、前記作動流体と前記溶媒とを混合した混合液体を前記循環経路に供給する作動流体供給機構と、
   前記循環経路に配置され、前記作動流体と前記溶媒とを分離する溶媒トラップと、
   前記溶媒トラップが分離した溶媒を回収する溶媒回収機構と、
   各部の動作を制御する制御装置と、を有し、
   前記溶媒回収機構は、前記循環経路において前記復水器と前記送液ポンプと前記熱交換器とを接続している作動流体供給ラインまたは前記熱交換器と前記膨張機構と前記復水器とを接続している作動流体蒸気供給ラインに接続された回収ラインと、前記回収ラインを開閉させる回収弁と、前記回収ラインに接続され、前記溶媒を貯留させる回収タンクと、を有し、前記回収弁を開いて、前記溶媒トラップで分離された前記溶媒を、前記回収ラインを介して前記回収タンクに回収することを特徴とする有機ランキンサイクルシステム。
2. 前記作動流体供給機構は、前記混合液体を貯留する混合液体タンクと、前記循環経路に連結され、前記混合液体タンクと着脱可能な連結端子と、を含み、前記混合液体タンクが前記連結端子を介して前記循環経路に着脱可能であることを特徴とする請求項１に記載の有機ランキンサイクルシステム。
3. 前記回収ラインは、前記循環経路における前記作動流体供給ラインの前記送液ポンプと前記熱交換器との間に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の有機ランキンサイクルシステム。
4. 前記制御装置は、前記熱交換器、前記送液ポンプ、前記復水器の動作を制御し、前記溶媒トラップの通過時の混合液体の温度と圧力を調整することで、前記溶媒が液化し、かつ前記作動流体が気化した流体が前記溶媒トラップを通過するようにすることを特徴とする請求項３に記載の有機ランキンサイクルシステム。
5. 前記作動流体の漏洩を検知する漏洩検知部と、
   前記循環経路に接続され、前記作動流体が流れる経路に前記溶媒を供給する溶媒供給機構と、をさらに有し、
   前記制御装置は、前記漏洩検知部で前記作動流体の漏洩を検知した場合、前記溶媒供給機構から前記循環経路に前記溶媒を供給することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の有機ランキンサイクルシステム。
6. 前記作動流体は、溶媒よりも沸点の低い可燃性の媒体であり、
   前記制御装置は、前記溶媒を回収する場合、前記各部の動作を制御し、前記溶媒トラップの通過時の前記混合液体を、前記作動流体が気化し、前記溶媒が液化する条件とすることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の有機ランキンサイクルシステム。
7. 前記作動流体は、アンモニアであり、
   前記溶媒は、水であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の有機ランキンサイクルシステム。
8. 前記作動流体は、メタノール、エタノール、プロパノールの少なくとも１つであり、
   前記溶媒は、水であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の有機ランキンサイクルシステム。

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