JP6207124B2 - バイナリー発電装置 - Google Patents
バイナリー発電装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6207124B2 JP6207124B2 JP2012053208A JP2012053208A JP6207124B2 JP 6207124 B2 JP6207124 B2 JP 6207124B2 JP 2012053208 A JP2012053208 A JP 2012053208A JP 2012053208 A JP2012053208 A JP 2012053208A JP 6207124 B2 JP6207124 B2 JP 6207124B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- working medium
- heat exchanger
- heat
- plate
- flow path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012053208A JP6207124B2 (ja) | 2012-03-09 | 2012-03-09 | バイナリー発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012053208A JP6207124B2 (ja) | 2012-03-09 | 2012-03-09 | バイナリー発電装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013185788A JP2013185788A (ja) | 2013-09-19 |
JP6207124B2 true JP6207124B2 (ja) | 2017-10-04 |
Family
ID=49387372
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012053208A Expired - Fee Related JP6207124B2 (ja) | 2012-03-09 | 2012-03-09 | バイナリー発電装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6207124B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6433749B2 (ja) * | 2014-10-16 | 2018-12-05 | 株式会社神戸製鋼所 | 熱エネルギー回収装置 |
CN117928286B (zh) * | 2024-02-02 | 2024-06-28 | 安徽申隆机械制造科技有限公司 | 一种用于重载旋风汽水分离的板式换热器 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6176710A (ja) * | 1984-09-25 | 1986-04-19 | Hisaka Works Ltd | 排熱回収装置 |
JP3219380B2 (ja) * | 1997-07-28 | 2001-10-15 | オリオン機械株式会社 | プレート式熱交換器 |
JP2001280886A (ja) * | 2000-03-30 | 2001-10-10 | Hisaka Works Ltd | プレート式熱交換器 |
US8245491B2 (en) * | 2006-11-15 | 2012-08-21 | Modine Manufacturing Company | Heat recovery system and method |
-
2012
- 2012-03-09 JP JP2012053208A patent/JP6207124B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013185788A (ja) | 2013-09-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5862133B2 (ja) | 蒸気動力サイクルシステム | |
US9823025B2 (en) | Heat recovery system having a plate heat exchanger | |
JP5958819B2 (ja) | ヒートポンプシステムおよびそれを用いた冷却システム | |
JP4289412B2 (ja) | 外燃機関 | |
JP6376492B2 (ja) | 空冷ユニット | |
EP3088830A1 (en) | Plate heat exchanger and heat-pump-type outdoor device | |
JP2011085025A (ja) | 廃熱回生システム | |
JP2006322692A (ja) | 蒸気発生器、及び排熱発電装置 | |
JP5891614B2 (ja) | 廃熱発電装置 | |
JP2007278572A (ja) | 吸収式冷凍装置 | |
JP2008088892A (ja) | 非共沸混合媒体サイクルシステム | |
JP5672450B2 (ja) | 造水装置および造水方法 | |
JP6207124B2 (ja) | バイナリー発電装置 | |
JP6016935B2 (ja) | プレート式熱交換器及びこのプレート式熱交換器を備えた冷凍サイクル装置 | |
WO2016195022A1 (ja) | 熱利用装置 | |
WO2012067086A1 (ja) | 蒸発器 | |
JP7471844B2 (ja) | 蒸発器 | |
JP7493385B2 (ja) | 熱交換器及びバイナリー発電装置 | |
TW201520500A (zh) | 具預熱及蒸發功能的熱交換器、熱循環系統及其方法 | |
Walraven et al. | Optimization of the Energy Conversion Starting from Low-Temperature Heat | |
JP2017141692A (ja) | 廃熱回収装置 | |
JP2015062899A (ja) | 造水装置および造水方法 | |
JP6615522B2 (ja) | ランキンサイクルシステム | |
JP6599121B2 (ja) | 熱交換器及び廃熱回収装置 | |
JP2024007225A (ja) | バイナリ発電ユニット、及び、バイナリ発電システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140901 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150527 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150609 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150707 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20160209 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160428 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20160428 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20160512 |
|
A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20160729 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170613 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170905 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6207124 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |