JP6207124B2 - バイナリー発電装置 - Google Patents

Description

プレート式熱交換器を蒸発器及び過熱器として用いたバイナリー発電装置に関する。

従来、蒸気タービンを回転させるほどの熱量を持たない低温の熱源から、その熱源よりも低沸点の作動媒体に熱を移動し、作動媒体を加熱・蒸発させ、その蒸気でタービン等を回すことで発電を行う発電装置として、バイナリー発電装置がある。
バイナリー発電装置は、作動媒体ポンプで昇圧された液状の作動媒体を熱源により蒸発させる蒸発器と、蒸気となった作動媒体を過熱させる過熱器と、この過熱器で高圧となった作動媒体ガスを膨張させると共に回転駆動力を発生させる膨張機と、この回転駆動力を用いて発電する発電機と、膨張機で低圧となった作動媒体ガスを冷却水によって作動媒体の熱を放出させるとともに液化させる凝縮器と、から構成されている。

このようなバイナリー発電装置の熱交換器にはシェルアンドチューブ型やプレートフィン型など様々な形式が用いられるが、中でもプレート式熱交換器は熱体積あたりの伝熱面積が大きく取れるため、熱交換効率が高く、バイナリー発電装置の小型化に貢献することになる。プレート式熱交換器とは、薄い伝熱プレート（伝熱板）を複数積層し、その伝熱プレート間にできた隙間を熱源と作動媒体とが交互に流れることによって、高効率な熱交換を行わせるものである。伝熱プレートには、ステンレス板やアルミニウム板等の薄板金属が用いられ、伝熱効果を高めるため、その表面にヘリンボーンパターンや波形パターンなどが形成されている。

プレート式熱交換器に関する技術として、特許文献１〜３に開示されたものがある。
特許文献１には、ガスケットを介して掌合して相互間に熱交換媒体用の交互の通路を形成しさらに前記通路へおよび該通路から媒体を導くための開口および隣接プレート間で相互に衝合して前記通路内に支持点を形成する波形部を備えた複数のプレートからなり、前記複数のプレートのうち少なくとも各外側端における一対の隣接プレートがそれらの周辺ならびに前記開口のまわりにおいて、さらに前記プレート間の前記支持点において恒久的に合体接合されているプレート式熱交換器が開示されている。

特許文献２には、積層された多数のプレート間に、一方が気液２相流冷媒である２種の流体が流通して熱交換が行われる熱交換通路を交互に形成し、プレートに形成した入口孔によって形成された入口通路から冷媒用熱交換通路に冷媒を流入させるプレート式熱交換器において、前記入口通路をプレートの積層方向において複数に分割し、流体分配問題の影響を受けない枚数のプレートずつに冷媒を分散して流入させるようにしたものが開示されている。

また、特許文献３には、第１のプレートと第２のプレートとの間の第１の流路を有し、この流路は第１の分配通路と、熱伝導通路と、第２の分配通路を有しており、熱伝導通路は、下側と上側の熱伝導通路に垂直方向に分割されており、下側の熱伝導通路は、複数の隣接している熱伝導ゾーンに水平方向に分割されており、下側の熱伝導通路のいずれかの熱伝導ゾーン内の尾根と溝との間の中間角度は、上側の熱伝導通路内の尾根と溝との間の中間角度よりも少なくとも３０°大きいプレート式熱交換器が開示されている。

特許文献２，３は、単にプレート式熱交換器の構成を開示するだけではなく、例えば、気液２相流の作動媒体であっても熱交換を促進させることができ、熱交換効率を高めることができる構成、技術を開示している。

特開昭６０−７１８９４号公報 特開２００２−３０３４９９号公報 特表２０１１−５２４５１３号公報

ところが、特許文献１の如き従来からあるプレート式熱交換器を、バイナリー発電装置の蒸発器及び過熱器に利用した場合、以下に述べるような問題が発生することが明らかとなってきている。
具体的には、バイナリー発電装置の蒸発器で蒸発した作動媒体は、温水などの熱源の流量や熱源の温度変化により、蒸発器出口における作動媒体内でのガスと液体の状態（クオリティ）が変化する。例えば、蒸発器に導入される温水の温度が変化した場合、作動媒体のクオリティは、０．６（作動媒体の約６割がガスの状態）〜１．０（作動媒体の全てがガスの状態）の間で変化することになる。

このとき、蒸発器の後段に配備されている過熱器が、特許文献１の如き従来のプレート式熱交換器である場合を考える。この過熱器に対し、クオリティ０．６〜１．０の気液２相流の状態の作動媒体が流入すると、作動流体は、圧力損失の少ない同一面側にある作動媒体の入口から出口へとプレート積層方向の手前側をショートパスする形で流れ出して（最短距離の流路で流れ出して）、プレート積層方向の奥側へと流れず、結果的に伝熱面積が減少した状態となり熱交換能力が低下することとなる。

すなわち、作動媒体は、過熱器の前側壁の下部に設けられた入口から過熱器の内部に入り、積層された伝熱プレート間の流路を上昇しながら過熱される。しかし、作動媒体の出口が入口と同一側壁（前側壁）にあるため、ガス状の作動媒体は主に圧力損失の少ないプレート積層方向の手前側を流れる。従って、熱負荷の増大に対応して、熱交換器の伝熱面積を増加、すなわち、プレート積層枚数を増加しても、過熱器の交換熱量は増加することはない。

このような問題に対し、特許文献２，３に開示された技術、すなわち、プレート式熱交換器において、蒸発器入口に様々な分配機構を設けることで作動媒体の分配性能の向上を図り、効率よく作動媒体を蒸発させる技術は対応可能であると思われる。事実、特許文献２，３のプレート式熱交換器は、冷凍機、ヒートポンプ等で多く使用されている。
しかしながら、バイナリー発電装置では、プレート式熱交換器の分配機構による圧力損失が過大となってしまうため、特許文献２，３に開示されたプレート式熱交換器を採用することは困難である。バイナリー発電装置では、膨張機前後の作動媒体の圧力差と発電量とが比例するため、圧力損失を伴う分配機構は発電量の低下に直結する。特に、低温排熱で駆動するバイナリー発電装置においては、熱源温度と冷却水温度の差が小さく圧力損失による発電量低下の影響が大きくなる。

本発明は、上記問題点に鑑み、気液２相流の作動媒体が流入されたとしても、圧力損失を起こすことなく確実に作動媒体を蒸気化乃至は過熱できるプレート式熱交換器を備え、ひいては発電効率の低下を招来しないバイナリー発電装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係るプレート式熱交換器は、熱源の熱により作動媒体を蒸発させる第１熱交換器と、前記第１熱交換器で蒸発した作動媒体を過熱させる第２熱交換器と、前記第２熱交換器で過熱された作動媒体の蒸気を膨張させて回転駆動力を発生する膨張機とを備え、前記回転駆動力を用いて発電機を駆動するバイナリー発電装置において、前記第２熱交換器は、プレートが積層されてなるプレート式熱交換器構造を有し、且つ作動媒体をプレートの積層方向に沿った一方側から流入させて、プレートの積層方向に沿った他方側から流出させるように構成されていることを特徴とする。

好ましくは、前記第２熱交換器は、プレートの積層方向に沿った一方側に設けられた一方側壁と、プレートの積層方向に沿った他方側に設けられた他方側壁とを有していて、前記一方側壁の下部に作動媒体が流入する流入口が形成され、前記他方側壁の上部に作動媒体が流出する流出口が形成されているとよい。
好ましくは、前記一方側壁の幅方向一方側に前記流入口が形成され、前記他方側壁の幅方向一方側又は他方側に前記流出口が形成されているとよい。

好ましくは、前記第１熱交換器が蒸発器であって、前記第２熱交換器が過熱器とされているとよい。
好ましくは、前記第２熱交換器は、第１熱交換器に隣接配備されているとよい。
好ましくは、前記第２熱交換器は、第１熱交換器と一体構造とされているとよい。
なお、本発明のバイナリー発電装置の最も好ましい形態は、熱源の熱により作動媒体を蒸発させる第１熱交換器と、前記第１熱交換器で蒸発した作動媒体を過熱させる第２熱交換器と、前記第２熱交換器で過熱された作動媒体の蒸気を膨張させて回転駆動力を発生する膨張機とを備え、前記回転駆動力を用いて発電機を駆動するバイナリー発電装置において、前記第２熱交換器は、プレートが積層されてなるプレート式熱交換器構造を有し、且つ作動媒体をプレートの積層方向に沿った一方側から流入させて、プレートの積層方向に沿った他方側から流出させるように構成されていて、前記第２熱交換器は、プレートの積層方向に沿った一方側に設けられた一方側壁と、プレートの積層方向に沿った他方側に設けられた他方側壁とを有していて、前記一方側壁の下部の幅方向一方側に、気液２相流である前記作動媒体が流入する流入口が形成され、前記他方側壁の上部の幅方向一方側に、前記作動媒体が流出する流出口が形成されていて、前記第２熱交換器の他方側壁に、温水である前記熱源の流入口が開口されていると共に、前記熱源の流入口の下側に前記熱源の流出口が開口されており、前記プレート間には前記作動媒体のみが流れる作動媒体流路と前記熱源のみが流れる熱源流路が交互に形成され、前記作動媒体の前記流入口および前記作動媒体流路と連通する孔が前記プレート下側に形成され、前記作動媒体の前記流出口および前記作動媒体流路と連通する孔が前記プレート上側に形成されていることを特徴とする。

本発明のバイナリー発電装置によれば、気液２相流の作動媒体が熱交換器（特に過熱器）に流入されたとしても、圧力損失を起こすことなく確実に作動媒体を蒸気化乃至は過熱でき、その結果、発電効率の低下を招来することはない。

本発明のバイナリー発電装置を示した図である。 本発明のバイナリー発電装置に用いる蒸発器と過熱器の構造、及び温水及び作動媒体の流れを示した図である。 本発明のバイナリー発電装置に用いる蒸発器と過熱器との接続方法を示した図である。 本発明のバイナリー発電装置に用いる過熱器の内部における作動媒体の流れを示した断面模式図である。 （ａ）は、従来の過熱器（プレート式熱交換器）の構造、及び温水及び作動媒体の流れを示した図であり、（ｂ）は、従来の過熱器の内部における作動媒体の流れを示した断面模式図である。

以下、本発明の実施形態を、図を参照しながら説明する。
本発明のバイナリー発電装置１は、蒸気タービンを回転させるほどの熱量を持たない低温の熱源Ｓと、低沸点の作動媒体Ｔを封入した循環サイクルとの間で熱交換し、この熱交換によって蒸発した作動媒体Ｔを用いて発電を行うものである。
図１に示すように、本発明のバイナリー発電装置１は、外部からの低温の熱源Ｓ（工場排熱や温泉からの温水）と熱交換を行うことで作動媒体Ｔを蒸気へと蒸発させる第１熱交換器（以下、蒸発器２と呼ぶ）と、この蒸発器２で生成された作動媒体Ｔの蒸気を過熱させる第２熱交換器（以下、過熱器３と呼ぶ）とを有する。さらに、過熱器３により過熱状態とされた作動媒体Ｔの蒸気を膨張させロータやスクリューを回転させることで回転駆動力を発生させる膨張機４と、膨張機４で発生した回転駆動力によって発電が行われる発電機５と、膨張機４で用いられた後、低圧となった作動媒体Ｔガスを液体の作動媒体Ｔに凝縮させる凝縮器６と、を備えている。

これらの蒸発器２、過熱器３、膨張機４、凝縮器６は、作動媒体Ｔを循環させる閉ループ状の循環配管７（作動媒体流路）により順に接続されており、この循環配管７には、蒸発器２→過熱器３→膨張機４→凝縮器６を経由して液体となった作動媒体Ｔ（低沸点の有機媒体、例えば、ペンタン、ヘキサンや代替フロン（Ｒ２４５ｆａ）など）を蒸発器２に再度送出する作動媒体ポンプ８が、備えられている。

斯かる構成のバイナリー発電装置１では、低温の熱源Ｓの熱により液体の作動媒体Ｔを蒸発させ、蒸気となった作動媒体Ｔを用いて膨張機４を駆動させて発電を行う。
具体的には、蒸発器２で熱源Ｓから熱を集熱し、集熱された熱を介して熱交換することで、液体の作動媒体Ｔを蒸発させ、蒸気の作動媒体Ｔを生成する。このとき、熱源Ｓの熱量や熱源Ｓの温度変化によって、蒸気となった作動媒体Ｔは、気液２相流（ガスと液体が混合された状態）となってしまう。そこで、蒸発器２の後方に過熱器３を配備させ、この過熱器３で確実に蒸気化された作動媒体Ｔは、循環配管７を通じて膨張機４に送られる。

膨張機４では、過熱器３で過熱状態とされた高圧の作動媒体Ｔの蒸気が膨張し、膨張前後の作動媒体Ｔの圧力差（高圧→低圧）を利用してロータやスクリューが回転し、回転駆動力を発生させている。膨張機４に接続された発電機５では、この回転駆動力を利用して発電が行われている。
発電機５で発電に用いられた低圧の作動媒体Ｔの蒸気は、膨張機４の出側の循環配管７を通じて凝縮器６に送出される。凝縮器６では、膨張機４から送出されてきた作動媒体Ｔの蒸気が、冷却水Ｗと熱交換され、液体の作動媒体Ｔに凝縮される。

凝縮器６で液体となった作動媒体Ｔは、作動媒体ポンプ８に送出される。この液体の作
動媒体Ｔは、作動媒体ポンプ８で昇圧され、循環配管７を通じて蒸発器２へと再度圧送される。
このようにして、作動媒体Ｔは、作動媒体ポンプ８→蒸発器２→過熱器３→膨張機４→凝縮器６→作動媒体ポンプ８の順に閉ループ状に形成された循環配管７を循環し、膨張機４に接続された発電機５で発電が行われる。

以上述べた構成、動作を行うバイナリー発電装置１においては、蒸発器２及び過熱器３の構成と、両器２，３の接続方法に特徴的な点を有する。それ故、以下、蒸発器２及び過熱器３に着目して説明を進める。なお、膨張機４、凝縮器６、作動媒体ポンプ８の構成は、従来のバイナリー発電装置１に用いられているものと略同じである。
説明にあたり、図２〜図５に上下方向、左右方向、前後方向を記している。この方向を用い、装置説明を行う。

図３に示す如く、本実施形態で用いられている蒸発器２は、立方体形状を呈しており、蒸発器２の一方側壁（以下、前側壁１５と呼ぶ）の左上側には、熱源Ｓの流入口１３が開口され、この熱源Ｓの流入口１３に熱源Ｓからの配管とが接続されており、蒸発器２の前側壁１５の左下側には、熱源Ｓの流出口１４が開口され、この熱源Ｓの流出口１４に熱源Ｓを外部へ排出する配管が接続されている。

次に、蒸発器２の前側壁１５の右下側には、作動媒体の流入口１１が形成され、この流入口に循環配管７が接続されている。この循環配管７を経由して液体の作動媒体Ｔが、蒸発器２に供給されている。蒸発器２の他方側壁（以下、後側壁１６と呼ぶ）の右上側には、作動媒体の流出口１２が形成され、この作動媒体の流出口１２に循環配管７が接続されている。前側壁１５及び後側壁１６の幅方向において、作動媒体の流入口１１と作動媒体の流出口１２とが互いに向かい合わないように配備されている。

従来の蒸発器３１（図５参照）では、蒸発器３１の「前側壁３４」の右上側に作動媒体の流出口３３が形成されているが、本実施形態の蒸発器２では、「後側壁１６」の右上側に作動媒体の流出口１２が形成されている。この点が特徴的な構成となっている。
図２に示すように、本実施形態の蒸発器２は、ステンレス板やアルミニウム板等の薄板金属製の伝熱プレート１７を複数枚（６枚）、前後方向に積層し、伝熱プレート１７の隙間を作動媒体Ｔと熱源Ｓが交互に流れることによって、熱交換を行うプレート式熱交換器である。プレート式熱交換器は、シェルアンドチューブ式熱交換器に比べて、体積あたりの伝熱面積が大きく取れるため、効率の良い熱交換ができると共に、バイナリー発電装置１の小型にすることができる。

６枚の伝熱プレートの内、前後方向で１枚目の伝熱プレート１７は、蒸発器２の前側壁１５を構成している。この前側壁１５の右下側には、作動媒体の流入口１１が形成されている。前後方向で６枚目の伝熱プレート１７は、蒸発器２の後側壁１６を構成している。この後側壁１６の右上側には、作動媒体の流出口１２が形成されている。
１枚目の伝熱プレート１７と２枚目の伝熱プレート１７の間に形成された空間は、第１流路であり、２枚目の伝熱プレート１７と３枚目の伝熱プレート１７の間に形成された空間は、第２流路である。以下同様に、第３流路〜第５流路が形成されている。図４では、第１流路を（１）で示し、同様に第２流路〜第５流路をそれぞれ（２）〜（５）で表記している。

蒸発器２の前側壁１５の右下側にある流入口１１から流入した作動媒体Ｔは、第１流路、第３流路、第５流路にそれぞれ分岐し上方へ流れてゆき、蒸発器２の後側壁１６の右上側にある流出口１２から外部へ流出する。同じように、熱源Ｓに関しては、蒸発器２の前側壁１５の左上側にある１３流入口から流入し、第２流路、第４流路、にそれぞれ分岐し下方へ流れてゆき、再び前方へ戻ってきて、蒸発器２の前側壁１５の左下側にある流出口１４から外部へ流出する。このように、作動媒体Ｔの流路と熱源Ｓの流路が交互に配置されていることで、熱交換が行われている。

各伝熱プレートの右上側及び右下側には、上記した作動媒体Ｔの流れを実現するために、第１流路、第３流路、第５流路のみに連通する孔が形成されている。各伝熱プレートの左上側及び左下側には、上記した熱源Ｓの流れを実現するために、第２流路、第４流路の
みに連通する孔が形成されている。なお、伝熱プレートの板中央部には、ヘリンボーンパターンや波形パターンが加工されており、伝熱効果を高めている。

一方、図３に示す如く、本実施形態で用いられている過熱器３は、上記に示した蒸発器２と同様な立方体形状を呈している。
過熱器３の他方側壁（以下、前側壁２５と呼ぶ）左上側には、熱源の流入口２３が開口され、この熱源の流入口２３に熱源Ｓからの配管とが接続されており、過熱器３の前側壁２５の左下側には、熱源の流出口２４が開口され、この熱源の流出口２４に熱源Ｓを外部へ排出する配管が接続されている。

次に、過熱器３の一方側壁（以下、後側壁２６と呼ぶ）の右下側には、蒸発器２で蒸気となった作動媒体の流入口２１が形成され、この流入口に蒸発器２の流出口からの循環配管７が接続されている。この循環配管７を経由して蒸気となった作動媒体Ｔが、過熱器３に供給されている。過熱器３の前側壁２５の右上側には、作動媒体の流出口２２が形成され、この流出口２２に循環配管７が接続されている。後側壁２６及び前側壁２５の幅方向において、作動媒体の流入口２１と作動媒体の流出口２２とが互いに向かい合わないように配備されている。

従来の過熱器３１（図５参照）では、過熱器３１の「前側壁３４」の右下側に作動媒体の流入３２が形成されているが、本実施形態の過熱器３では、「後側壁２６」の右下側に作動媒体の流入口２１が形成されている。この点が特徴的な構成となっている。
図２に示すように、本実施形態の過熱器３は、蒸発器２と同様の構造を有したプレート式熱交換器であり、ステンレス板やアルミニウム板等の薄板金属製の伝熱プレート２７を複数枚（６枚）、前後方向に積層し、伝熱プレート２７の隙間を作動媒体Ｔと熱源Ｓの流体が交互に流れることによって、熱交換を行うものとなっている。

６枚の伝熱プレート２７の内、前後方向で６枚目の伝熱プレート２７は、過熱器３の後側壁２６を形成している。この後側壁２６の右下側には、作動媒体の流入口２１が形成されている。前後方向で１枚目の伝熱プレート２７は、過熱器３の前側壁２５を形成している。この前側壁２５の右上側には、作動媒体の流出口２２が形成されている。
１枚目の伝熱プレート２７と２枚目の伝熱プレート２７の間に形成された空間は、第６流路であり、２枚目の伝熱プレート２７と３枚目の伝熱プレート２７の間に形成された空間は、第７流路である。以下同様に、第８流路〜第１０流路が形成されている。図４では、第６流路を（６）で表し、同様に第７流路〜第１０流路をそれぞれ（７）〜（１０）で表している。

過熱器３の後側壁２６の右下側にある流入口２１から流入した作動媒体Ｔは、第１０流路、第８流路、第６流路にそれぞれ分岐し上方へ流れてゆき、過熱器３の前側壁２５の右上側にある流出口２２から外部へ流出する。同じように、熱源Ｓに関しては、過熱器３の前側壁２５の左上側にある流入口２３から流入し、第９流路、第７流路、にそれぞれ分岐し下方へ流れてゆき、再び前方へ戻ってきて、過熱器３の前側壁２５の左下側にある流出口２４から外部へ流出する。このように、作動媒体Ｔの流路と熱源Ｓの流路が交互に配置されていることで、熱交換が行われている。

各伝熱プレート２７の右上側及び右下側には、上記した作動媒体Ｔの流れを実現するために、第１０流路、第８流路、第６流路のみに連通する孔が形成されている。各伝熱プレート２７の左上側及び左下側には、上記した熱源Ｓの流れを実現するために、第９流路、第７流路のみに連通する孔が形成されている。
ところで、過熱器３は、蒸発器２に隣接配備されていてもよく、蒸発器２と一体構造とされていたりしてもよい。

ところで、図５に示すように、従来からあるプレート式熱交換器３１を、バイナリー発電装置１の蒸発器２及び過熱器３に用いると、発電量が低下してしまうことが明らかとなっている。
なぜならば、低温の熱源Ｓの流量やその温度変化により、蒸発器２で蒸発した作動媒体Ｔはガスと液体の状態（クオリティ）が変化し、液体が含まれた気液２相流の作動媒体Ｔが生成されてしまう。このような状態の作動媒体Ｔが過熱器３１に流入すると、プレート
式熱交換器３１の前側壁３４の右下側にある作動媒体Ｔの流入口３２から、前側壁３４の右上側にある作動媒体Ｔの流出口３３へとショートパスする形で流れ出す（最短距離の流路で流れ出す）。詳しくは、図５（ｂ）に示している実線の矢印に沿うように作動媒体Ｔの蒸気だけが流れるようになる。また、図５（ｂ）に示す破線の矢印は、本来の作動媒体Ｔの流れを示している。

このとき、蒸気の作動媒体Ｔだけが、プレート式熱交換器３１の前側壁３４の流路や前側壁３４に近接した流路に流れ込んでしまい、正常な熱交換が行われなくなる。また、残留した液体の作動媒体Ｔがプレート式熱交換器３１内部に留まることで、プレート積層方向の奥側（後側壁３５）の流路が使用できなくなる。
これにより、従来からあるプレート式熱交換器３１は、伝熱面積が減少した状態となり、熱交換能力が低下する。

特に、このような現象がバイナリー発電装置１の過熱器３で発生してしまうと、発電量が低下してしまい問題となる。
そこで、図４に示すように、本発明のバイナリー発電装置１の蒸発器２は、前側壁１５の下側に作動媒体の流入口１１を設け、後側壁１６の上側に作動媒体の流出口１２を設けている。また、過熱器３は、後側壁２６の下側に作動媒体の流入口２１を設け、前側壁２５の上側に作動媒体の流出口２２を設けている。このように、作動媒体の流出口１２，２２を作動媒体の流入口１１，２１と異なった壁、且つ、対面しないように設けておくことで、図４に示している白抜きの矢印のように、作動媒体Ｔを下方から上方に向けて斜め（対角方向）に流すことができる。その結果、作動媒体Ｔが蒸発器２及び過熱器３の内部を隈無く流れると共に、圧力損失を起こすことなく確実に作動媒体Ｔを蒸気化できるようになっている。

本発明のバイナリー発電装置１に流れる作動媒体Ｔに基づいて、プレート式熱交換器の構造を有した蒸発器２及び過熱器３を、図２〜図４を参照しながら説明する。
図２〜図４に示すように、液体の作動媒体Ｔは、作動媒体ポンプ８から循環配管７を通じて圧送され、蒸発器２の前側壁１５の右下側に設けられた作動媒体の流入口１１から流入する。蒸発器２に流入した液体の作動媒体Ｔは、作動媒体の流入口１１を通じて第１流路、第３流路、第５流路へと分岐され流れ込む。

まず、第１流路に流れ込んだ液体の作動媒体Ｔは、第１流路に隣接している第２流路の熱源Ｓを利用して第１流路下部で熱交換を行い、蒸気の作動媒体Ｔとなる。蒸気となった作動媒体Ｔは、第１流路の上部に上昇し、２枚目の伝熱プレート１７の右上側に設けられた孔から外部（過熱器３）に流出する。
次に、第３流路に流れ込んだ液体の作動媒体Ｔは、第３流路に隣接している第２流路と第４流路の熱源Ｓを利用して第３流路下部で熱交換を行い、蒸気の作動媒体Ｔとなる。蒸気となった作動媒体Ｔは、第３流路の上部に上昇し、４枚目の伝熱プレート１７の右上側に設けられた孔から外部（過熱器３）に流出する。

最後に、第５流路に流れ込んだ液体の作動媒体Ｔは、第５流路に隣接している第４流路の熱源Ｓを利用して第５流路下部で熱交換を行い、蒸気の作動媒体Ｔとなる。蒸気となった作動媒体Ｔは、第５流路の上部に上昇し、６枚目の伝熱プレート１７の右上側に設けられた孔から外部（過熱器３）に流出する。
その結果、図４に示している白抜きの矢印のように、作動媒体Ｔは、蒸発器２内部を下方から上方に向けて斜め（対角方向）に流れるようになり、全ての伝熱プレート１７で効率的に熱交換が行われ、作動媒体Ｔを確実に蒸気化できるようになる。

第１流路，第３流路，第５流路で蒸気となった作動媒体Ｔは、連通した孔で合流し、蒸発器２の後側壁１６の右上側に設けられた作動媒体の流出口１２から循環配管７を通じて過熱器３へと送られる。
蒸気となった作動媒体Ｔは、蒸発器２の後方に循環配管７を通じて接続された過熱器３に流入する。過熱器３に流入した蒸気の作動媒体Ｔは、作動媒体の流入口２１を通じて第１０流路、第８流路、第６流路へと分岐され流れ込む。それぞれの流路に流れ込んだ液体の作動媒体Ｔは、第９流路、第７流路を流れる熱源Ｓの熱と熱交換し、過熱された蒸気の
作動媒体Ｔとなる。

例えば、第１０流路に流れ込んだ蒸気の作動媒体Ｔは、第１０流路で隣接している第９流路の熱源Ｓを利用して熱交換を行い、過熱された蒸気の作動媒体Ｔとなる。過熱された蒸気の作動媒体Ｔは、第１０流路の上部に上昇し、５枚目の伝熱プレート２７の右上側に設けられた孔から流出する。第８流路及び第６流路に流れる蒸気の作動媒体Ｔについても、第１０流路と同様に熱交換されていて、過熱された蒸気の作動媒体Ｔが生成される。

第１０流路，第８流路，第６流路で過熱された蒸気の作動媒体Ｔは、連通した孔で合流し、過熱器３の前側壁２５の右上側に設けられた作動媒体の流出口２２から循環配管７を通じて膨張機４へと送られる。
その結果、図４に示している白抜きの矢印のように、作動媒体Ｔは、過熱器３内部を下方から上方に向けて側面視斜め（対角方向）に流れるようになり、全ての伝熱プレート２７で効率的に熱交換が行われ、作動媒体Ｔを確実に過熱蒸気化できるようになる。

以上述べたように、本発明のバイナリー発電装置１では、過熱器３（第２熱交換器）において、作動媒体Ｔを伝熱プレート２７の積層方向に沿った一方側から流入させて、伝熱プレート２７の積層方向に沿った他方側から流出させるように構成することで、気液２相流の作動媒体Ｔが流入されたとしても、圧力損失を起こすことなく確実に作動媒体Ｔを蒸気化でき、ひいては発電効率の低下を招来しないことになる。

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。
例えば、本実施形態では、伝熱プレート１７が６枚となっているが、熱交換ができる流路が確保できていれば、伝熱プレート１７の枚数は問わない。
また、本実施形態の過熱器３に関しては、後側壁２６の右側（幅方向一方側）に流入口２１が形成され、前側壁２５の右側（幅方向他方側）に流出口２４が形成されているが、流出口２２は左側（幅方向他方側）に形成されていてもよい。このような流入口２１と流出口２２の位置関係は、蒸発器２でも同じである。

また、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１ バイナリー発電装置
２ 第１熱交換器（蒸発器）
３ 第２熱交換器（過熱器）
４ 膨張機
５ 発電機
６ 凝縮器
７ 循環配管（作動媒体）
８ 作動媒体ポンプ
１１ 作動媒体の流入口（蒸発器）
１２ 作動媒体の流出口（蒸発器）
１３ 熱源の流入口（蒸発器）
１４ 熱源の流出口（蒸発器）
１５ 前側壁（蒸発器）
１６ 後側壁（蒸発器）
１７ 伝熱プレート（蒸発器）
２１ 作動媒体の流入口（過熱器）
２２ 作動媒体の流出口（過熱器）
２３ 熱源の流入口（過熱器）
２４ 熱源の流出口（過熱器）
２５ 前側壁（過熱器）
２６ 後側壁（過熱器）
２７ 伝熱プレート（過熱器）
３１ 従来のプレート式熱交換器（蒸発器、過熱器）
３２ 作動媒体の流入口（従来型）
３３ 作動媒体の流出口（従来型）
３４ 前側壁（従来型）
３５ 後側壁（従来型）
Ｓ 熱源
Ｔ 作動媒体
Ｗ 冷却水

Claims (4)

1. 熱源の熱により作動媒体を蒸発させる第１熱交換器と、前記第１熱交換器で蒸発した作動媒体を過熱させる第２熱交換器と、前記第２熱交換器で過熱された作動媒体の蒸気を膨張させて回転駆動力を発生する膨張機とを備え、前記回転駆動力を用いて発電機を駆動するバイナリー発電装置において、
   前記第２熱交換器は、プレートが積層されてなるプレート式熱交換器構造を有し、且つ作動媒体をプレートの積層方向に沿った一方側から流入させて、プレートの積層方向に沿った他方側から流出させるように構成されていて、
   前記第２熱交換器は、プレートの積層方向に沿った一方側に設けられた一方側壁と、プレートの積層方向に沿った他方側に設けられた他方側壁とを有していて、
   前記一方側壁の下部の幅方向一方側に、気液２相流である前記作動媒体が流入する流入口が形成され、前記他方側壁の上部の幅方向一方側に、前記作動媒体が流出する流出口が形成されていて、
   前記第２熱交換器の他方側壁に、温水である前記熱源の流入口が開口されていると共に、前記熱源の流入口の下側に前記熱源の流出口が開口されており、
   前記プレート間には前記作動媒体のみが流れる作動媒体流路と前記熱源のみが流れる熱源流路が交互に形成され、
   前記作動媒体の前記流入口および前記作動媒体流路と連通する孔が前記プレート下側に形成され、
   前記作動媒体の前記流出口および前記作動媒体流路と連通する孔が前記プレート上側に形成されている
   ことを特徴とするバイナリー発電装置。
2. 前記第１熱交換器が蒸発器であって、前記第２熱交換器が過熱器とされていることを特徴とする特徴とする請求項１に記載のバイナリー発電装置。
3. 前記第２熱交換器は、第１熱交換器に隣接配備されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のバイナリー発電装置。
4. 前記第２熱交換器は、第１熱交換器と一体構造とされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のバイナリー発電装置。