JP6611309B2 - バイナリ発電・蓄電システム - Google Patents

Description

本発明は、バイナリ発電システムに関する。

従来、バイナリ発電装置が組み込まれたシステムとして、特許文献１に記載されたシステムが知られている。このシステムは、燃料を消費して温熱および電力を発生する熱電発生装置と、他所から供給される温熱を集める集熱装置と、熱電発生装置で発生した温熱および集熱装置で集めた温熱を温熱流体に保持させて流通させる温熱流通系統と、温熱を利用可能な熱利用装置と、温熱を利用して発電を行うバイナリ発電装置とを備えている。

熱電発生装置は、ガス、ガソリンまたは軽油などの燃料を消費してエンジンやタービンを駆動させ、発電機を運転させる。この発電に伴って発生した温熱は回収される。集熱装置は、太陽熱や地熱などの再生可能エネルギー、または、工場の排熱などの未利用エネルギーから、温熱を集める。バイナリ発電装置は、温熱流通系統から供給される温熱流体の温熱を利用し、その温熱流体よりも低い沸点を有する液体（低沸点流体）を循環させ、この液体を気化させることでタービンを回転させる。

特開２０１３−１２２２３９号公報

特許文献１に記載されたシステムでは、熱電発生装置を利用しているため、ガス、ガソリンまたは軽油などの燃料が必要とされる。そのため、システムは、たとえばガス系統に接続されている。バイナリ発電装置は比較的低温の温熱を用いて発電可能であるが、このシステムでは、熱電発生装置から温熱が回収されるために付加的に設けられているに過ぎない。また、熱電発生装置にバイナリ発電装置が付加されたシステムは、大がかりな装置構成となる。本発明は、燃料を必要とせず、バイナリ発電装置の利点をより一層生かすことのできるバイナリ発電システムを提供することを目的とする。

本発明は、を目的とする。

本発明の一態様に係るバイナリ発電・蓄電システムは、荷台を有する車両と、車両の荷台上に設置されて、熱源である流体から直接または熱交換器を介して熱を受け取った作動媒体が蒸発することで発電を行うバイナリ発電装置と、車両の荷台上に設置されると共に流体が流れる配管であって、熱交換器内またはバイナリ発電装置内に流通する流体ラインと、を有する移動可能なバイナリ発電システムと、バイナリ発電装置で発電した電力を蓄電する蓄電設備と、流体が流れる車両の外部の配管である外部流体ラインとを有する蓄電ステーションと、を備え、バイナリ発電システムの流体ラインは、一端に流体の導入口を有すると共に他端に流体の戻し口を有し、蓄電ステーションの外部流体ラインは、一端に流体の送水口を有すると共に他端に流体の戻り口を有し、導入口および戻し口には、送水口および戻り口がそれぞれ接続可能である。

このバイナリ発電システムによれば、車両の荷台上にバイナリ発電装置が設置され、流体が流れる流体ラインが、熱交換器内またはバイナリ発電装置内に流通する。流体ラインの流体の導入口および戻し口には、外部流体ラインが接続可能であることで、車両の外部から、荷台上の熱交換器またはバイナリ発電装置に流体を導入することができる。よって、熱源がある場所に車両が移動するだけで、熱交換器またはバイナリ発電装置に流体を導入でき、バイナリ発電装置による発電が可能となる。このように、たとえ燃料がない場所であっても、たとえば温水だけでも存在する場所であれば、そこへ車両を移動させることで発電が可能であるため、バイナリ発電装置の利点がより一層生かされる。

いくつかの態様において、蓄電ステーションの外部流体ラインには、送水口および導入口を介して流体ラインに流体を供給するための流体供給ポンプが設けられている。

いくつかの態様において、蓄電ステーションは、バイナリ発電システムのバイナリ発電装置における作動媒体の冷却および凝縮を行うための冷却水を供給する冷却システムを更に有し、冷却システムは、蓄電ステーションに設けられて、冷却水をバイナリ発電装置に供給するための冷却水供給ポンプを含む。

本発明のいくつかの態様によれば、たとえ燃料がない場所であっても、熱源である流体が存在する場所であれば、そこへ車両を移動させることで発電が可能である。よって、バイナリ発電装置の利点がより一層生かされる。

本発明の一実施形態に係るバイナリ発電システムの概略構成を示す図である。 図１のシステムに接続される補機類を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るバイナリ発電システムの概略構成を示す図である。 図３のシステムに接続される補機類を示す図である。

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および図２を参照して、一実施形態に係るバイナリ発電システム１について説明する。バイナリ発電システム１は、トラック（車両）２の荷台３上に、バイナリ発電装置４が設置された移動式のバイナリ発電車である。バイナリ発電システム１は、トラック２が走行することで移動可能になっており、たとえば温泉地等の温水が発生する場所（以下、発電場所という）に移動して、その発電場所でバイナリ発電を行う。

バイナリ発電システム１は、トラック２と、バイナリ発電装置４と、熱交換器６と、制御盤１０とを備えている。バイナリ発電装置４、熱交換器６、および制御盤１０は、トラック２の荷台３上に設置されている。なお、バイナリ発電装置４、熱交換器６、および制御盤１０は、その他の補機類とともに、共通ベース上に配置され得る。各装置および補機類が固定された共通ベースが、荷台３上に設置されてもよい。トラック２は、図示しないエンジンを冷却するためのラジエータ１２と、バッテリ１４とを有する。トラック２は、エンジンの回転によって発電可能なオルタネータ（発電機）を有してもよい。ラジエータ１２は、エンジン以外の冷却対象物を冷却するためのものであってもよい。

バイナリ発電装置４は、温泉水等の温水を熱源として発電を行うことができるように構成されている。バイナリ発電装置４は、たとえば５〜２０ｋＷ程度の出力で発電可能な小型の発電装置である。バイナリ発電装置４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。バイナリ発電装置４は、加熱され蒸発した作動媒体により回転させられるタービンを備えており、タービンの回転により発電を行う。バイナリ発電装置４に用いられる作動媒体は、たとえば不活性ガスである。バイナリ発電装置４内には、作動媒体を循環させるための循環ポンプ４ａが設けられている。

循環ポンプ４ａは、トラック２のエンジンの始動とともに、バッテリ１４に対して電気的に接続されて作動するようになっている。循環ポンプ４ａは、上記したオルタネータに対して、電気的に接続されてもよい。これにより、循環ポンプ４ａの起動のための電源をバッテリ１４または発電機から取得可能になっている。循環ポンプ４ａは、バイナリ発電装置４による発電が開始する以前から作動できるようになっている。

図示は省略されているが、バイナリ発電装置４は、作動媒体を加熱し蒸発させるための蒸発器と、作動媒体を冷却して凝縮させるための凝縮器とを備えている。また、バイナリ発電装置４には、ＡＣ−ＤＣコンバータ、系統連係コンバータ、および、絶縁トランス等の付属機器が接続される。

熱交換器６は、バイナリ発電装置４の前段に設置されている。熱交換器６は、たとえば、向流式の熱交換器である。熱交換器６内には、流体ラインＬ１の一部と、温水ラインＬ３の一部とが流通しており、これらの間で熱交換が行われる。流体ラインＬ１には、バイナリ発電装置４の熱源である温水が流れる。この温水は、発電場所において供給され得る。温水ラインＬ３には、バイナリ発電装置４の作動媒体との熱交換により作動媒体を蒸発させる温水が流れる。そのため、この温水ラインＬ３は、上記したバイナリ発電装置４の蒸発器を流通している。熱交換器６では、流体ラインＬ１を流れる温水と温水ラインＬ３を流れる温水との間で、熱交換が行われ、この熱交換によって温水ラインＬ３内の温水を加熱する。これにより、バイナリ発電装置４内の蒸発器において、作動媒体を蒸発させる。温水ラインＬ３には、熱交換器６とバイナリ発電装置４との間で温水を循環させる温水循環ポンプ１６が設けられている。温水循環ポンプ１６は、トラック２の荷台３上に設置されている。流体ラインＬ１および温水ラインＬ３には、温度計、流量計、および圧力計等が適宜設けられている。

制御盤１０は、バイナリ発電装置４、熱交換器６、およびポンプ類を制御する。また、制御盤１０は、バイナリ発電装置４で発電された電力を外部に送電する。

図２に示されるように、バイナリ発電システム１には、バイナリ発電システム１とは別体の冷却システム３０が適用され得る。冷却システム３０は、バイナリ発電システム１と連携して、バイナリ発電装置４における作動媒体の冷却および凝縮を行うための冷却水を供給するシステムである。発電場所を選ばないバイナリ発電システム１では、冷却水は、上水であってもよいし、河川水や海水等であってもよい。冷却システム３０は、トラック３２と、トラック３２の荷台３３上に設置された冷却塔３６、貯水タンク３８、および動力盤４０とを備える。このように、冷却システム３０もトラック３２を備えることで、バイナリ発電システム１と同様に移動可能になっている。

冷却塔３６は、冷却水によって作動媒体を冷却し、作動媒体を凝縮させる。より詳細には、バイナリ発電システム１のバイナリ発電装置４には、バイナリ発電装置４内の凝縮器を流通する冷却水ラインＬ４が設けられている。冷却水ラインＬ４は、その一端に冷却水導入口２３を有し、その他端に冷却水戻し口２４を有している。冷却水導入口２３および冷却水戻し口２４は、たとえばトラック２の荷台３の側方に露出しており、外部から配管を容易に接続できるようになっている。一方で、冷却塔３６には、送水管３６ａおよび戻り管３６ｂが設けられている。さらに、送水管３６ａの先端には冷却水送水口２７が設けられており、戻り管３６ｂの先端には冷却水戻り口２８が設けられている。これらの冷却水送水口２７および冷却水戻り口２８も、たとえばトラック３２の荷台３３の側方に露出しており、外部から配管を容易に接続できるようになっている。

冷却水導入口２３に冷却水送水口２７がホース等により接続され、冷却水戻し口２４に冷却水戻り口２８がホース等により接続される。これにより、バイナリ発電システム１および冷却システム３０の間で、温水ラインＬ３および冷却塔３６による閉じた冷却水の循環経路が形成される。冷却水ラインＬ４には、バイナリ発電装置４と冷却塔３６との間で冷却水を循環させる冷却水循環ポンプ１８が設けられている。冷却水循環ポンプ１８は、トラック２の荷台３上に設置されている。冷却水ラインＬ４には、温度計、流量計、および圧力計等が適宜設けられている。

冷却システム３０において、冷却塔３６には、冷却風を発生させて冷却塔３６内に送るための冷却ファン３６ｃが取り付けられている。冷却塔３６には、貯水タンク３８から冷却水が補給され得る。貯水タンク３８には、上水が補給され得る。冷却水として河川水や海水等を用いる場合には、貯水タンク３８には、取水用の水中ポンプ等が接続され得る。この水中ポンプで汲み上げた河川水や海水等が、貯水タンク３８に供給される。また、動力盤４０は、バイナリ発電システム１の制御盤１０に電力を供給する。

なお、バイナリ発電システム１には、冷却水ラインＬ４から分岐した冷却水分岐ラインＬ６に、膜ユニット８が設けられている。膜ユニット８は、冷却水ラインＬ４内の冷却水を飲料可能なレベルにまで濾過する。膜ユニット８としては、ＲＯ（Reverse Osmosis；逆浸透）膜またはＭＦ（Microfiltration；精密ろ過）膜が用いられ得る。たとえば、冷却水が塩分を含む場合には、ＲＯ膜が適用され得る。膜ユニット８には、飲料水が流れる飲料水ラインＬ７および膜濾過後の濃縮水が流れる濃縮水ラインＬ８が接続されている。膜ユニット８は、たとえば濾過ポンプを内蔵しており、制御盤１０に制御されることで作動する。すなわち、膜ユニット８の動力源は、バイナリ発電装置４または冷却システム３０の動力盤４０とすることができる。

飲料水ラインＬ７の先端には飲料水供給口２５が設けられており、濃縮水ラインＬ８の先端にはドレン排出口２６が設けられている。飲料水供給口２５およびドレン排出口２６は、たとえばトラック３２の荷台３３の側方に露出している。飲料水供給口２５が設けられることにより、たとえば災害発生時、バイナリ発電システム１が被災地に移動して発電を行った場合に、冷却システム３０との協働により飲料水を供給できるようになっている。また、ドレン排出口２６には、外部から配管を容易に接続できるようになっている。

図１に戻り、バイナリ発電システム１においては、熱源である温水が流れる流体ラインＬ１は、その一端に温水導入口２１を有し、その他端に温水戻し口２２を有している。温水導入口２１および温水戻し口２２は、たとえばトラック３２の荷台３３の側方に露出可能になっている。温水導入口２１および温水戻し口２２には、車両の外部の配管である外部流体ラインがそれぞれ接続可能になっている。これにより、バイナリ発電システム１は、発電場所において熱源を容易に取り込むことができるようになっている。なお、バイナリ発電システム１では、流体ラインＬ１にポンプは設けられておらず、外部（発電場所側）にポンプが設けられることを前提としているが、流体ラインＬ１に、温水を外部から吸い込む吸込ポンプが設けられてもよい。

さらに、流体ラインＬ１には、ラジエータ１２の冷却液ラインＬ１０が接続されている。ラジエータ１２は、冷却液がエンジンのジャケット水として機能してエンジンを冷却することで、昇温する。この昇温した冷却液が流体ラインＬ１内を流れることで、熱交換器６における熱交換に寄与する。

本実施形態のバイナリ発電システム１によれば、トラック２の荷台３上にバイナリ発電装置４が設置され、温泉水等の温水が流れる流体ラインＬ１が、熱交換器６内に流通する。流体ラインＬ１の温水導入口２１および温水戻し口２２には、外部流体ラインが接続可能であることで、トラック２の外部から、荷台３上の熱交換器６に温水を導入することができる。よって、熱源がある場所にトラック２が移動するだけで、熱交換器６に温水を導入でき、バイナリ発電装置４による発電が可能となる。したがって、たとえ燃料がない場所であっても、たとえば温水だけでも存在する場所であれば、そこへトラック２を移動させることで発電が可能である。バイナリ発電システム１は、複数の発電場所を巡回して、各地で発電を行うことができる。以上のように、ガスやガソリン等の燃料を必要としないバイナリ発電装置４の利点がより一層生かされている。このことは、たとえば災害発生時においても有利である。すなわち、温水等の熱源を持っている被災地にトラック２を移動させて発電を行うことで、燃料がない場合であっても、被災地に電力を供給できる。さらには、トラック２が走行可能であることにより、バイナリ発電装置４のメンテナンス時の輸送が容易である。

また、バイナリ発電システム１では、発電に係る設備としてバイナリ発電装置４のみが設けられている。すなわち、熱電発生装置（コージェネレーション）等が別途設けられることはない。よって、コンパクトな装置構成が実現される。コンパクトであるがゆえに、トラック２に対する搭載も可能になっている。

また、バイナリ発電システム１では、バイナリ発電装置４の循環ポンプ４ａの起動のための電源をバッテリ１４または発電機から取得するため、トラック２の持つ電気エネルギーを利用して、バイナリ発電装置４を稼働させることができる。このように、起動に必要な電源を外部に用意することは不要であるため、汎用性が高められている。

また、流体ラインＬ１にはラジエータ１２の冷却液ラインＬ１０が接続されているため、トラック２で発生し得る熱を利用できる。これにより、外部の熱源が不足する場合であっても、補助的な熱源を得ることができ、バイナリ発電装置４における発電量が増大する。

次に、図３および図４を参照して、他の実施形態について説明する。図３に示すバイナリ発電システム１Ａが、図１に示すバイナリ発電システム１と違う点は、荷台３上に、熱交換器６、温水循環ポンプ１６、冷却水循環ポンプ１８、および膜ユニット８が設けられていない点である。すなわち、バイナリ発電システム１Ａでは、動力を要する機器類が可能な限り省略されている。なお、荷台３上には、貯水タンク３８が設けられている。

一方で、バイナリ発電システム１Ａは、発電場所に設けられた蓄電ステーション５０と連携して、バイナリ発電を行う。蓄電ステーション５０には、熱交換器６、冷却システム３０、および動力盤４０に加え、蓄電設備６０が設置されている。熱交換器６には、熱源が通る熱源ラインＬ３０の一部と、温水が通る外部流体ライン２０の一部とが流通しており、これらの間で熱交換が行われる。外部流体ライン２０には、温水供給ポンプ４５が設けられる。外部流体ライン２０の一端には温水送水口４７が設けられ、他端には温水戻り口４８が設けられる。温水送水口４７は、バイナリ発電システム１Ａの温水導入口２１にホース等により接続され、温水戻り口４８は、バイナリ発電システム１Ａの温水戻し口２２にホース等により接続される。

この場合、熱交換器６において加熱される外部流体ライン２０内の温水が、バイナリ発電システム１Ａにとっての熱源となる。バイナリ発電装置４の作動媒体は、バイナリ発電装置４内の蒸発器において、温水導入口２１から導入された温水から直接に熱を受け取り、蒸発する。なお、蓄電ステーション５０に設けられた冷却塔３６には、冷却水をバイナリ発電装置４に供給するための冷却水供給ポンプ４６が設けられる。バイナリ発電システム１において説明した循環ポンプ４ａに対する電源供給機構（バッテリ１４等）や、バイナリ発電装置４に対する温水供給機構（ラジエータ１２および冷却液ラインＬ１０等）が、バイナリ発電システム１Ａに設けられてもよい。

このように、トラック２を備えて移動可能とされたバイナリ発電システム１Ａによっても、上記したバイナリ発電システム１と同様の作用・効果が奏される。しかも、蓄電ステーション５０には蓄電設備６０が備わっているため、バイナリ発電装置４で発電した電力を蓄電設備６０に蓄電することができる。したがって、バイナリ発電システム１Ａは、複数の発電場所を巡回しつつ電力を供給することも可能であり、より一層、非常用の電源としての価値が高まる。

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。バイナリ発電システム１に対して冷却システム３０が設けられず、他の冷却水源を用いてもよい。冷却水導入口２３に対して、河川水や海水等を汲み上げるポンプが接続されてもよい。バイナリ発電システム１Ａおよび蓄電ステーション５０に対しても、冷却水として上水を用いずに河川水や海水等を用いてもよく、その場合には、冷却塔３６または貯水タンク３８に、取水用の水中ポンプ等が接続されてもよい。

温水導入口２１や温水戻し口２２等の接続口は、荷台３の横に露出する場合に限られず、パネル内に収容されていてもよい。車両は、ガソリン車やディーゼル車である場合に限られず、電気自動車であってもよい。その場合、モータの冷却水をバイナリ発電装置４に利用してもよい。

１、１Ａ バイナリ発電システム
２ トラック（車両）
３ 荷台
４ バイナリ発電装置
４ａ 循環ポンプ
６ 熱交換器
１２ ラジエータ
１４ バッテリ
２１ 温水導入口
２２ 温水戻し口
３０ 冷却システム
５０ 蓄電ステーション
Ｌ１ 流体ライン
Ｌ１０ 冷却液ライン
Ｌ２０ 外部流体ライン

Claims (3)

1. 荷台を有する車両と、前記車両の前記荷台上に設置されて、熱源である流体から直接または熱交換器を介して熱を受け取った作動媒体が蒸発することで発電を行うバイナリ発電装置と、前記車両の前記荷台上に設置されると共に前記流体が流れる配管であって、前記熱交換器内または前記バイナリ発電装置内に流通する流体ラインと、を有する移動可能なバイナリ発電システムと、
   前記バイナリ発電装置で発電した電力を蓄電する蓄電設備と、前記流体が流れる前記車両の外部の配管である外部流体ラインとを有する蓄電ステーションと、を備え、
   前記バイナリ発電システムの前記流体ラインは、一端に前記流体の導入口を有すると共に他端に前記流体の戻し口を有し、
   前記蓄電ステーションの前記外部流体ラインは、一端に前記流体の送水口を有すると共に他端に前記流体の戻り口を有し、
   前記導入口および前記戻し口には、前記送水口および前記戻り口がそれぞれ接続可能である、バイナリ発電・蓄電システム。
2. 前記蓄電ステーションの前記外部流体ラインには、前記送水口および前記導入口を介して前記流体ラインに前記流体を供給するための流体供給ポンプが設けられている、請求項１に記載のバイナリ発電・蓄電システム。
3. 前記蓄電ステーションは、前記バイナリ発電システムの前記バイナリ発電装置における前記作動媒体の冷却および凝縮を行うための冷却水を供給する冷却システムを更に有し、
   前記冷却システムは、前記蓄電ステーションに設けられて、前記冷却水を前記バイナリ発電装置に供給するための冷却水供給ポンプを含む、請求項１または２に記載のバイナリ発電・蓄電システム。

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