JP6630227B2 - バイナリ発電システム - Google Patents

Description

本発明は、バイナリ発電システムおよびバイナリ発電方法に関する。

従来、低温廃熱から電力としてエネルギー回収するため、低沸点の作動媒体を用いたランキンサイクル装置が知られている。ランキンサイクル装置として、バイナリ発電装置が知られている。バイナリ発電装置の運転には、外部から供給される温水と冷却水が必要である。熱源である温水としては、温泉水が使用され得る。温泉水が使用される場合、熱交換を行う際に、温泉水に含まれる溶解成分が析出し、スケールが発生し得る。そのため、温泉水をバイナリ発電装置に直接流入させることは困難となる。

特許文献１には、スケールの付着量を低減することができるバイナリ発電装置が記載されている。この装置は、スケール生成成分を含有する温泉水等の熱水から蒸気を分離する気水分離器（蒸気分離部）を備えている。蒸気分離部で分離された蒸気によって加熱された熱水は貯湯槽に貯留され、貯湯槽内の熱水は循環させられる。循環流路に設けられた熱交換部において、作動媒体が蒸発し、バイナリ発電装置の発電部が駆動されることにより、発電が行われる。

特開２０１５−１３５０６３号公報

特許文献１に記載された装置のように、温泉水をバイナリ発電装置に直接流入させることなく、バイナリ発電装置の外部の熱交換器（間接熱交換器）を設置することで、バイナリ発電が可能である。しかしながら、気水分離器による熱利用は、現実的には難しい場合もあり、また熱量の効率面においても改善の余地がある。

温泉水を間接熱交換器に通し、温泉水を（気水分離することなく液体のまま）利用する場合、間接熱交換器にスケールが付着し得る。スケールが付着すると熱交換効率が低下し、その結果、発電量が低下し得る。そこで本発明者らは、温泉水を液体のまま利用する場合における、間接熱交換器にて発生するスケール対策を鋭意研究している。間接熱交換器におけるスケール洗浄を容易に行うことができるようにすることも考えられるが、温泉水に起因するスケールの付着が顕著な場合もあり、スケール洗浄を頻繁に行う必要が生じ得る。その結果、メンテナンスコストの増大が問題となる。

本発明は、間接熱交換器において温泉水等の溶解成分を含む流体を液体のまま利用する場合に、スケールの付着を低減することができるバイナリ発電システムおよびバイナリ発電方法を提供する。

本発明の一態様に係るバイナリ発電システムは、熱源であって溶解成分を含む第１流体を流通させるための第１流体ラインと、第１流体よりも溶解成分の少ない又は溶解成分を含まない第２流体を流通させるための第２流体循環ラインと、第１流体ラインおよび第２流体循環ラインに設けられ、第１流体と第２流体との間で熱交換を行うための間接熱交換器と、第２流体循環ラインに接続され、第１流体から間接熱交換器および第２流体を介して熱を受け取り蒸発した作動媒体によって発電を行うバイナリ発電装置と、第１流体ラインの間接熱交換器よりも上流側に設けられ、第１流体を通過させることができるスケール除去装置と、を備える。

このバイナリ発電システムによれば、第１流体を熱源として、間接熱交換器および第２流体を介して、バイナリ発電装置の作動媒体が蒸発し、バイナリ発電装置において発電が行われる。第２流体循環ラインを循環する第２流体は、溶解成分が比較的少ないか、又は溶解成分を含まないので、バイナリ発電装置の蒸発器などにおけるスケールの析出は抑えられている。一方で第１流体は溶解成分を含んでいるため、たとえば間接熱交換器や配管内においてスケールが析出し得る。間接熱交換器よりも上流側に設けられたスケール除去装置によって、第１流体に起因するスケール（スケール源となる溶解成分）は除去され得る。これにより、間接熱交換器や配管内等におけるスケールの付着を低減することができる。その結果として、発電量の低下を防止することができ、さらには間接熱交換器におけるスケール洗浄の頻度を下げることができる。

いくつかの態様において、バイナリ発電システムは、第１流体ラインの間接熱交換器よりも上流側において第１流体ラインから分岐すると共にその分岐箇所よりも下流側で第１流体ラインに接続され、スケール除去装置が設けられたスケール除去ラインと、第１流体ラインまたはスケール除去ラインに設けられ、スケール除去装置を通過する第１流体とスケール除去装置をバイパスする第１流体との流量比を調整可能な自動弁と、スケール除去装置と間接熱交換器との間に設けられ、第１流体の圧力を検出する圧力検出器と、圧力検出器によって検出された第１流体の圧力に基づいて自動弁を制御するコントローラと、を更に備える。

この構成によれば、コントローラによって、第１流体の圧力に基づいて自動弁が制御され、スケール除去装置を通過する第１流体とスケール除去装置をバイパスする第１流体との流量比が調整される。たとえば、第１流体の圧力が低いほど、スケール除去装置をバイパスする第１流体の比率を高めてもよい。また、第１流体の圧力が高まってきた場合には、スケール除去装置を通過する第１流体の比率を高めてもよい。このような制御により、最適なスケール除去制御が可能になる。

いくつかの態様において、バイナリ発電システムは、スケール除去装置と間接熱交換器との間において第１流体ラインから分岐すると共に第２流体循環ラインの間接熱交換器よりも下流側に接続され、間接熱交換器をバイパスするバイパスラインと、第１流体の流路を間接熱交換器とバイパスラインとに切替え可能な切替え弁と、スケール除去装置とバイパスラインの分岐箇所との間に設けられ、第１流体の圧力を検出する圧力検出器と、圧力検出器によって検出された第１流体の圧力に基づいて切替え弁を制御するコントローラと、を更に備える。

この構成によれば、コントローラによって、第１流体の圧力に基づいて切替え弁が制御され、第１流体の流路が間接熱交換器とバイパスラインとに切り替えられる。たとえば、第１流体の圧力が所定値よりも低い場合には、第１流体の流路をバイパスラインに切り替え、第１流体が間接熱交換器を通らないようにし、間接熱交換器を用いた熱交換を実施しないようにしてもよい。この場合、第１流体は直接バイナリ発電装置に流入する。たとえば、スケール除去装置の効果が十分に発揮できてスケールの付着がほとんど見られない場合には、第１流体を直接バイナリ発電装置に供給することができる。第１流体を直接発電に利用することによって、発電量の向上が見込まれる。なお、第１流体の圧力が所定値よりも高い場合には、第１流体の流路を間接熱交換器に切り替えてもよい。これにより、バイナリ発電装置をスケールから保護することができる。このような制御により、システム全体としての発電効率を高めることができる。

いくつかの態様において、バイナリ発電システムは、第１流体ラインの間接熱交換器よりも上流側において第１流体ラインから分岐すると共にその分岐箇所よりも下流側で第１流体ラインに接続され、スケール除去装置が設けられたスケール除去ラインと、第１流体ラインまたはスケール除去ラインに設けられ、スケール除去装置を通過する第１流体とスケール除去装置をバイパスする第１流体との流量比を調整可能な自動弁と、スケール除去ラインの接続箇所と間接熱交換器との間において第１流体ラインから分岐すると共に第２流体循環ラインの間接熱交換器よりも下流側に接続され、間接熱交換器をバイパスするバイパスラインと、第１流体の流路を間接熱交換器とバイパスラインとに切替え可能な切替え弁と、スケール除去装置とバイパスラインの分岐箇所との間に設けられ、第１流体の圧力を検出する圧力検出器と、圧力検出器によって検出された第１流体の圧力に基づいて、自動弁および切替え弁の少なくともいずれかを制御するコントローラと、を更に備える。

この構成によれば、コントローラによって、第１流体の圧力に基づいて自動弁が制御され、スケール除去装置を通過する第１流体とスケール除去装置をバイパスする第１流体との流量比が調整され得る。たとえば、第１流体の圧力が低いほど、スケール除去装置をバイパスする第１流体の比率を高めてもよい。また、第１流体の圧力が高まってきた場合には、スケール除去装置を通過する第１流体の比率を高めてもよい。さらには、コントローラによって、第１流体の圧力に基づいて切替え弁が制御され、第１流体の流路が間接熱交換器とバイパスラインとに切り替えられ得る。たとえば、第１流体の圧力が所定値よりも低い場合には、第１流体の流路をバイパスラインに切り替え、第１流体が間接熱交換器を通らないようにし、間接熱交換器を用いた熱交換を実施しないようにしてもよい。この場合、第１流体は直接バイナリ発電装置に流入する。たとえば、スケール除去装置の効果が十分に発揮できてスケールの付着がほとんど見られない場合には、第１流体を直接バイナリ発電装置に供給することができる。第１流体を直接発電に利用することによって、発電量の向上が見込まれる。なお、第１流体の圧力が所定値よりも高い場合には、第１流体の流路を間接熱交換器に切り替えてもよい。これにより、バイナリ発電装置をスケールから保護することができる。以上のような制御により、最適なスケール除去制御を可能としつつ、システム全体としての発電効率を高めることができる。

本発明のいくつかの態様によれば、間接熱交換器や配管内等におけるスケールの付着を低減することができる。

本発明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１のバイナリ発電システムの第１の運転制御例を示す図である。 図１のバイナリ発電システムの第２の運転制御例を示す図である。

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。

図１を参照して、本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。図１に示されるように、バイナリ発電システム１は、温泉水（第１流体）を熱源として利用し、発電を行うシステムである。バイナリ発電システム１は、たとえば源泉井戸等の源泉が引かれる場所と、温泉地の給湯先との間に設置され得る。バイナリ発電システム１は、温泉利用としては比較的高温の源泉を利用する。バイナリ発電システム１において利用され得る温泉水の温度は、たとえば、７０〜９５℃程度である。温泉水を貯留するための源泉タンク（図示せず）が設けられてもよい。

温泉水は、溶解成分を含んでいる。温泉水が含み得る溶解成分は、たとえば、硬度成分であるマグネシウムイオン（Ｍｇ^＋）やカルシウムイオン（Ｃａ^＋）、ケイ素イオン（Ｓｉ⁻）、または炭酸イオン（ＣＯ^２−）等である。これらのうち、正イオンと負イオンとが結合すると、コロイド粒子が生成され得る。コロイド粒子は、配管や間接熱交換器３内の流路の壁面に付着すると、徐々にスケール状となり、壁面にスケール（無機塩類化合物）が析出・付着し得る。このように、溶解成分は、スケールの発生要因となり得る。バイナリ発電システム１は、コントローラ１０（詳しくは後述される）の制御により、このようなスケールの析出・付着を最小限に抑えることができるようになっている。

バイナリ発電システム１は、温泉水との熱交換によりバイナリ発電装置４の熱源である温水（第２流体）を加熱するための１台の間接熱交換器３と、温水により加熱され蒸発した作動媒体によって発電を行う１台のバイナリ発電装置４と、作動媒体を冷却して凝縮させるための１台の冷却塔（冷却装置）７と、バイナリ発電によって熱利用された後の温泉水を貯留する貯湯槽８とを備えている。なお、これらの間接熱交換器３、バイナリ発電装置４、および冷却塔７の少なくとも１つが、複数台であってもよい。間接熱交換器３は、バイナリ発電装置４の外部の熱交換器であることを意味し、温泉水と、作動媒体ではない他の熱媒体（本実施形態では温水）との熱交換を行う。

バイナリ発電装置４における直接の熱源となる温水は、上記した温泉水よりも低い濃度の溶解成分を含む。すなわち、温水の溶解成分は、温泉水の溶解成分よりも少ない。温水として、水道水が用いられてもよい。温水は、溶解成分をほとんど含まないか、まったく含んでいなくてもよい。

バイナリ発電システム１は、温泉水を流通させるための温泉水ライン（第１流体ライン）Ｌ１と、温水を流通させるための温水循環ライン（第２流体循環ライン）Ｌ３と、を備えている。間接熱交換器３は、温泉水ラインＬ１および温水循環ラインＬ３に設けられている。温泉水ラインＬ１は、温泉水を間接熱交換器３に供給するための温泉水供給ラインＬ１ａと、間接熱交換器３で熱利用された後の温泉水を貯湯槽８に戻す温泉水戻りラインＬ１ｂとを有する。源泉井戸および間接熱交換器３は、温泉水供給ラインＬ１ａによって接続されている。間接熱交換器３および貯湯槽８は、温泉水戻りラインＬ１ｂによって接続されている。なお、「ライン」は、内部を流体が流れる配管を意味する。

温泉水供給ラインＬ１ａには、温泉水の供給流量を検出する第１流量検出器２１が設けられている。温泉水供給ラインＬ１ａには、温泉水の圧力を検出する第１圧力検出器４１が設けられている。第１流量検出器２１は、温泉水の供給流量を検出し、検出した供給流量をコントローラ１０に発信する。第１圧力検出器４１は、供給される温泉水の圧力を検出し、検出した圧力をコントローラ１０に発信する。温泉水供給ラインＬ１ａには、温泉水を間接熱交換器３に供給する供給ポンプや、温泉水の入口温度を検出する入口温度計（いずれも図示せず）が設けられてもよい。

温泉水供給ラインＬ１ａおよび温泉水戻りラインＬ１ｂは、間接熱交換器３内の熱交換部１３に接続されている。熱交換部１３の上流端には、温泉水供給ラインＬ１ａが接続され、熱交換部１３の下流端には、温泉水戻りラインＬ１ｂが接続されている。温泉水戻りラインＬ１ｂには、間接熱交換器３の下流側における温泉水の圧力を検出する第２圧力検出器４２が設けられている。第２圧力検出器４２は、温泉水の圧力を検出し、検出した圧力をコントローラ１０に発信する。温泉水戻りラインＬ１ｂには、温泉水の出口温度を検出する出口温度計や、温泉水の戻り流量を検出する出口流量計（いずれも図示せず）が設けられてもよい。

温水循環ラインＬ３は、温水をバイナリ発電装置４に供給するための温水供給ラインＬ３ａと、温水を間接熱交換器３に戻すための温水戻りラインＬ３ｂとを有する。間接熱交換器３およびバイナリ発電装置４は、温水供給ラインＬ３ａおよび温水戻りラインＬ３ｂによって接続されている。温水戻りラインＬ３ｂには、間接熱交換器３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１２が設けられている。

間接熱交換器３は、たとえば、向流式の熱交換器である。温水供給ラインＬ３ａおよび温水戻りラインＬ３ｂは、間接熱交換器３内の熱交換部１４に接続されている。熱交換部１４の下流端には、温水供給ラインＬ３ａが接続され、熱交換部１４の上流端には、温水戻りラインＬ３ｂが接続されている。なお、間接熱交換器３は、並流式の熱交換器であってもよい。間接熱交換器３では、温泉水と温水との間で熱交換が行われ、この熱交換によって加熱された温水は、バイナリ発電装置４の蒸発器において作動媒体を蒸発させる。

バイナリ発電装置４は、温泉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と発電機とを備えており、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は、屋外カバーとしての筐体６内に収容されている。なお、図示は省略されているが、バイナリ発電装置４には、蒸発器、凝縮器、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。

バイナリ発電装置４には、冷却水循環ラインＬ４を介して、冷却塔７が接続されている。冷却塔７で冷却された冷却水は、バイナリ発電装置４の凝縮器において作動媒体を凝縮させる。冷却水循環ラインＬ４には、冷却水を循環させる冷却水ポンプ１６が設けられる。冷却塔７には、冷却風を発生させて冷却塔７内に送るための冷却ファン１７が取り付けられている。冷却塔７には、補給水ラインＬ７ａと排水ラインＬ７ｂとが接続されている。補給水ラインＬ７ａを通じて、冷却塔７に補給水が供給される。排水ラインＬ７ｂを通じて、冷却塔７からドレン水やオーバーフロー水が排出される。

バイナリ発電システム１は、温泉水ラインＬ１の配管や間接熱交換器３内の流路（すなわち熱交換部１３）の壁面におけるスケールの析出・付着を抑えるためのスケール除去装置２０を備えている。スケール除去装置２０は、間接熱交換器３よりも上流側において、温泉水供給ラインＬ１ａに設けられている。スケール除去装置２０は、温泉水をスケール除去装置２０に通過させることができるように設けられている。

より詳細には、温泉水供給ラインＬ１ａには、スケール除去ラインＬ２が設けられており、このスケール除去ラインＬ２に、スケール除去装置２０が設けられている。スケール除去ラインＬ２は、温泉水供給ラインＬ１ａの間接熱交換器３よりも上流側において、温泉水供給ラインＬ１ａから分岐している。スケール除去ラインＬ２は、その分岐箇所よりも下流側で温泉水供給ラインＬ１ａに接続されている。言い換えれば、スケール除去ラインＬ２の一端（上流端）と、スケール除去ラインＬ２の他端（下流端）とは、温泉水供給ラインＬ１ａに接続されている。

スケール除去装置２０の型式は特に限定されない。スケール除去装置２０は、たとえば、カチオン帯電現象を利用した活水器であってもよい。この場合、スケール除去装置２０は、活水器本体、ストレーナ、および弁類等を含む。活水器に通水された温泉水に含まれるコロイド粒子（上述のとおり、硬度成分、ケイ素イオン、または炭酸イオン等からなる）は、カチオン水によって被われる。カチオン水によって被われたコロイド粒子は、互いに反発するため、スケール状にならない。また、配管や間接熱交換器３内の流路の壁面にも、カチオン被膜が形成される。これらの作用により、コロイド粒子が壁面に滞留しにくくなっており、スケールの発生が抑えられている。コロイド粒子は、スケールを形成しないまま、下流へと流れることになる。スケール除去装置２０は、電源などの動力源を必要としない。スケール除去装置は、上記した活水器に限られない。

温泉水供給ラインＬ１ａのうち、スケール除去ラインＬ２の分岐箇所と、その下流側にあるスケール除去ラインＬ２の合流箇所との間の部分は、スケール除去装置２０をバイパスさせるスケール除去バイパスラインＬ１ｃになっている。

このスケール除去バイパスラインＬ１ｃには、第１自動弁３１が設けられている。第１自動弁３１の型式は特に限定されないが、たとえば、第１自動弁３１としてバタフライ弁が採用され得る。第１自動弁３１は、温泉水供給ラインＬ１ａおよびスケール除去ラインＬ２における流量調整が可能なものであれば、どのような型式であってもよい。第１自動弁３１は、たとえば電動または空気作動式のアクチュエータを含んでいる。第１自動弁３１は、コントローラ１０によって制御されて、その弁体の開度が調整される。第１自動弁３１は、スケール除去装置２０を通過する温泉水と、スケール除去装置２０を通過せずバイパスする温泉水との流量比を調整可能である。

スケール除去ラインＬ２には、スケール除去装置２０の下流側において、スケール除去装置２０を通過した温泉水の流量を検出する第２流量検出器２２が設けられている。第２流量検出器２２は、スケール除去装置２０に対する温泉水の通過流量を検出し、検出した通過流量をコントローラ１０に発信する。

上記した第１流量検出器２１は、スケール除去ラインＬ２の分岐箇所よりも上流側に設けられている。上記した第１圧力検出器４１は、スケール除去ラインＬ２の合流箇所よりも下流側に設けられている。

バイナリ発電システム１は、温泉水および温水に対し、間接熱交換器３をバイパスさせるための供給側バイパスラインＬ８ａを備えている。供給側バイパスラインＬ８ａは、スケール除去ラインＬ２の合流箇所（接続箇所）と間接熱交換器３との間において温泉水供給ラインＬ１ａから分岐している。供給側バイパスラインＬ８ａは、温水供給ラインＬ３ａ（すなわち間接熱交換器３よりも下流側）に接続されている。言い換えれば、供給側バイパスラインＬ８ａの一端（上流端）は温泉水供給ラインＬ１ａに接続され、供給側バイパスラインＬ８ａの他端（下流端）は温水供給ラインＬ３ａに接続されている。

供給側バイパスラインＬ８ａの温泉水供給ラインＬ１ａからの分岐箇所には、第２自動弁３２が設けられている。供給側バイパスラインＬ８ａの温水供給ラインＬ３ａへの合流箇所には、第３自動弁３３が設けられている。第２自動弁３２および第３自動弁３３は、それぞれ、たとえば三方自動弁である。第２自動弁３２および第３自動弁３３は、たとえば電動または空気作動式のアクチュエータを含んでいる。第２自動弁３２および第３自動弁３３は、コントローラ１０によって制御されて、各弁体が移動することで流路が切り替えられる。第２自動弁３２および第３自動弁３３は、温泉水の供給流路を、間接熱交換器３と供給側バイパスラインＬ８ａとに切替え可能である。

上記した第１圧力検出器４１は、スケール除去ラインＬ２の合流箇所と、供給側バイパスラインＬ８ａの分岐箇所との間に設けられている。

バイナリ発電システム１は、バイナリ発電装置４における熱利用を終えた温泉水および温水に対しても、間接熱交換器３をバイパスさせるための戻り側バイパスラインＬ８ｂを備えている。戻り側バイパスラインＬ８ｂは、温水戻りラインＬ３ｂ（すなわち間接熱交換器３よりも上流側）から分岐している。戻り側バイパスラインＬ８ｂは、温泉水戻りラインＬ１ｂに接続されている。言い換えれば、戻り側バイパスラインＬ８ｂの一端（上流端）は温水戻りラインＬ３ｂに接続され、戻り側バイパスラインＬ８ｂの他端（下流端）は温泉水戻りラインＬ１ｂに接続されている。

戻り側バイパスラインＬ８ｂの温水戻りラインＬ３ｂからの分岐箇所には、第５自動弁３５が設けられている。戻り側バイパスラインＬ８ｂの温泉水戻りラインＬ１ｂへの合流箇所には、第４自動弁３４が設けられている。第５自動弁３５および第４自動弁３４は、それぞれ、たとえば三方自動弁である。第５自動弁３５および第４自動弁３４は、たとえば電動または空気作動式のアクチュエータを含んでいる。第５自動弁３５および第４自動弁３４は、コントローラ１０によって制御されて、各弁体が移動することで流路が切り替えられる。第５自動弁３５および第４自動弁３４は、温泉水の戻り流路を、間接熱交換器３と供給側バイパスラインＬ８ａとに切替え可能である。

上記した第２圧力検出器４２は、戻り側バイパスラインＬ８ｂの合流箇所よりも下流側に設けられている。

このように、供給側バイパスラインＬ８ａおよび戻り側バイパスラインＬ８ｂが設けられたバイナリ発電システム１は、温泉水と温水とが混合され得る構成になっている。

バイナリ発電システム１は、上述の弁類を制御するコントローラ１０を備えている。コントローラ１０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。バイナリ発電システム１は、第１流量検出器２１、第２流量検出器２２、第１圧力検出器４１、および第２圧力検出器４２のそれぞれと通信可能であり、これらの検出器から発信（出力）される流量または圧力を示す信号を受信（入力）する。また、コントローラ１０は、第１自動弁３１、第２自動弁３２、第３自動弁３３、第４自動弁３４、および第５自動弁３５をそれぞれ制御可能に構成されている。

続いて、バイナリ発電システム１におけるバイナリ発電方法について説明する。泉源井戸より、温泉水供給ラインＬ１ａを通じて、比較的高温の温泉水が供給される。たとえば、運転が始まって初期の期間では、コントローラ１０は、第１自動弁３１の開度を調整し、スケール除去装置２０を通過する温泉水と、スケール除去装置２０を通過せずバイパスする温泉水との流量比を、たとえば１０：０〜５：５程度とする。この際、コントローラ１０は、第１流量検出器２１および第２流量検出器２２によって検出される流量を監視し、フィードバック制御等を行ってもよい。また、コントローラ１０は、第２自動弁３２〜第５自動弁３５の弁体を制御し、温泉水が間接熱交換器３を流れるようにする。コントローラ１０は、第１圧力検出器４１および第２圧力検出器４２によって検出される圧力を常時監視する。

温泉水を温泉水ラインＬ１に流通させ、温水を温水循環ラインＬ３に流通させ、間接熱交換器３によって、温泉水と温水との間で熱交換を行うことにより、温泉水から間接熱交換器３および温水を介して作動媒体に熱を伝達し、作動媒体を蒸発させる。そして、蒸発した作動媒体により、タービンを回転させ、その回転により、発電機で発電を行う。

ここで、コントローラ１０は、たとえば、第１圧力検出器４１によって検出される温泉水の圧力が第１閾値よりも低い場合、図２に示されるように、スケール除去装置２０をバイパスする温泉水の比率を高める。なお、図２では、温泉水の流れが太い実線で示されている。また、第１圧力検出器４１によって検出される温泉水の圧力が第１閾値よりも高い場合には、スケール除去装置２０を通過する温泉水の比率を高める。このような制御により、最適なスケール除去制御が可能になる。なお、第１閾値は、予め定められた圧力範囲でもよいし、予め定められた一点の圧力値であってもよい。

さらに、コントローラ１０は、たとえば、第１圧力検出器４１によって検出される温泉水の圧力が第２閾値よりも低い場合には、図３に示されるように、温泉水の流路をバイパスラインに切り替え、温泉水が間接熱交換器３を通らないようにし、間接熱交換器３を用いた熱交換を実施しないようにしてもよい。なお、図３では、温泉水の流れが太い実線で示されている。この場合、温泉水は、温水と混合されて、直接バイナリ発電装置４に流入する。たとえば、スケール除去装置２０の効果が十分に発揮できてスケールの付着がほとんど見られない場合には、温泉水を直接バイナリ発電装置４に供給することができる。温泉水を直接発電に利用することによって、バイナリ発電システム１全体としての熱交換効率が高められ、発電量の向上が見込まれる。

第１圧力検出器４１によって検出される温泉水の圧力が第２閾値よりも高い場合には、温泉水の流路を間接熱交換器３に切り替えてもよい。これにより、温泉水がバイナリ発電装置４に直接供給されることを中止し、バイナリ発電装置４をスケールから保護することができる。このような制御により、システム全体としての発電効率を高めることができる。なお、第２閾値は、予め定められた圧力範囲でもよいし、予め定められた一点の圧力値であってもよい。

スケール除去装置２０をバイパス制御するための第１閾値と、間接熱交換器３をバイパス制御するための第２閾値とは、異なってもよいし、同じであってもよい。第１閾値および第２閾値が圧力範囲である場合、各範囲が重複してもよいし、重複しなくてもよい。

なお、コントローラ１０は、第１圧力検出器４１によって検出される圧力のみならず、第１圧力検出器４１によって検出される圧力と、第２圧力検出器４２によって検出される圧力との差を演算し、その圧力差に基づいて上記の各制御を行ってもよい。

以上説明したバイナリ発電システム１およびバイナリ発電方法によれば、温泉水を熱源として、間接熱交換器３および温水を介して、バイナリ発電装置４の作動媒体が蒸発し、バイナリ発電装置４において発電が行われる。温水循環ラインＬ３を循環する温水は、溶解成分が比較的少ないか、又は溶解成分を含まないので、バイナリ発電装置４の蒸発器などにおけるスケールの析出は抑えられている。一方で温泉水は溶解成分を含んでいるため、たとえば間接熱交換器３や温泉水供給ラインＬ１ａ等の配管内においてスケールが析出し得る。間接熱交換器３よりも上流側に設けられたスケール除去装置２０によって、温泉水に起因するスケールは除去され得る。これにより、間接熱交換器３の熱交換部１３や配管内等におけるスケールの付着を低減することができる。その結果として、発電量の低下を防止することができ、さらには間接熱交換器３におけるスケール洗浄の頻度を下げることができる。しかも、スケール除去装置２０は専用の動力を必要としないので、発電量を変化させることなく、スケール対策が実現されている。

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、上記実施形態では、スケール除去装置２０のバイパス制御と、間接熱交換器３のバイパス制御とを両方実施したが、コントローラ１０は、いずれか一方の制御のみを実施してもよい。

コントローラ１０がスケール除去装置２０のバイパス制御のみを実施する場合には、供給側バイパスラインＬ８ａおよび戻り側バイパスラインＬ８ｂが省略されると共に、第２自動弁３２〜第５自動弁３５が省略されてもよい。

コントローラ１０が間接熱交換器３のバイパス制御のみを実施する場合には、スケール除去ラインＬ２が省略されると共に、第１自動弁３１が省略されてもよい。その場合、スケール除去装置２０は、供給側バイパスラインＬ８ａ上に設けられ、常に温泉水の全量がスケール除去装置２０を通過してもよい。

コントローラ１０が間接熱交換器３のバイパス制御を実施する場合に、戻り側バイパスラインＬ８ｂが省略されてもよい。戻り側バイパスラインＬ８ｂに代えて、貯湯槽８以外の場所に温水を送る（または排出する）ラインが設けられてもよい。

スケール除去装置２０の通過流量を調整するための自動弁は、上記した第１自動弁３１に限られない。スケール除去ラインＬ２に流量調整用の自動弁が設けられてもよい。間接熱交換器３をバイパスさせるための自動弁は、上記した第２自動弁３２〜第５自動弁３５に限られない。各分岐箇所、各合流箇所において、三方弁ではなく、複数の二方弁が設けられてもよい。

さらには、スケール除去装置２０のバイパス制御と、間接熱交換器３のバイパス制御との両方を実施しなくてもよい。その場合、上述したコントローラ１０による各制御が省略されてもよい。その場合でも、上記したスケール除去装置２０によるスケールの付着低減効果が得られる。

１ バイナリ発電システム
３ 間接熱交換器
４ バイナリ発電装置
７ 冷却塔
１０ コントローラ
１２ 温水循環ポンプ
１６ 冷却水ポンプ
２０ スケール除去装置
２１ 第１流量検出器
２２ 第２流量検出器
３１ 第１自動弁（自動弁）
３２ 第２自動弁
３３ 第３自動弁
３４ 第４自動弁
３５ 第５自動弁
４１ 第１圧力検出器（圧力検出器）
４２ 第２圧力検出器
Ｌ１ 温泉水ライン（第１流体ライン）
Ｌ１ａ 温泉水供給ライン
Ｌ１ｂ 温泉水戻りライン
Ｌ１ｃ スケール除去バイパスライン
Ｌ２ スケール除去ライン
Ｌ３ 温水循環ライン（第２流体循環ライン）
Ｌ３ａ 温水供給ライン
Ｌ３ｂ 温水戻りライン
Ｌ４ 冷却水循環ライン
Ｌ７ａ 補給水ライン
Ｌ７ｂ 排水ライン
Ｌ８ａ 供給側バイパスライン（バイパスライン）
Ｌ８ｂ 戻り側バイパスライン

Claims (3)

1. 熱源であって溶解成分を含む第１流体を流通させるための第１流体ラインと、
   前記第１流体よりも前記溶解成分の少ない又は前記溶解成分を含まない第２流体を流通させるための第２流体循環ラインと、
   前記第１流体ラインおよび前記第２流体循環ラインに設けられ、前記第１流体と前記第２流体との間で熱交換を行うための間接熱交換器と、
   前記第２流体循環ラインに接続され、前記第１流体から前記間接熱交換器および前記第２流体を介して熱を受け取り蒸発した作動媒体によって発電を行うバイナリ発電装置と、
   前記第１流体ラインの前記間接熱交換器よりも上流側に設けられ、前記第１流体を通過させることができるスケール除去装置と、
   前記第１流体ラインの前記間接熱交換器よりも上流側において前記第１流体ラインから分岐すると共にその分岐箇所よりも下流側で前記第１流体ラインに接続され、前記スケール除去装置が設けられたスケール除去ラインと、
   前記第１流体ラインまたは前記スケール除去ラインに設けられ、前記スケール除去装置を通過する前記第１流体と前記スケール除去装置をバイパスする前記第１流体との流量比を調整可能な自動弁と、
   前記スケール除去装置と前記間接熱交換器との間に設けられ、前記第１流体の圧力を検出する圧力検出器と、
   前記圧力検出器によって検出された前記第１流体の圧力に基づいて前記自動弁を制御するコントローラと、を備える、バイナリ発電システム。
2. 熱源であって溶解成分を含む第１流体を流通させるための第１流体ラインと、
   前記第１流体よりも前記溶解成分の少ない又は前記溶解成分を含まない第２流体を流通させるための第２流体循環ラインと、
   前記第１流体ラインおよび前記第２流体循環ラインに設けられ、前記第１流体と前記第２流体との間で熱交換を行うための間接熱交換器と、
   前記第２流体循環ラインに接続され、前記第１流体から前記間接熱交換器および前記第２流体を介して熱を受け取り蒸発した作動媒体によって発電を行うバイナリ発電装置と、
   前記第１流体ラインの前記間接熱交換器よりも上流側に設けられ、前記第１流体を通過させることができるスケール除去装置と、
   前記スケール除去装置と前記間接熱交換器との間において前記第１流体ラインから分岐すると共に前記第２流体循環ラインの前記間接熱交換器よりも下流側に接続され、前記間接熱交換器をバイパスするバイパスラインと、
   前記第１流体の流路を前記間接熱交換器と前記バイパスラインとに切替え可能な切替え弁と、
   前記スケール除去装置と前記バイパスラインの分岐箇所との間に設けられ、前記第１流体の圧力を検出する圧力検出器と、
   前記圧力検出器によって検出された前記第１流体の圧力に基づいて前記切替え弁を制御するコントローラと、を備える、バイナリ発電システム。
3. 熱源であって溶解成分を含む第１流体を流通させるための第１流体ラインと、
   前記第１流体よりも前記溶解成分の少ない又は前記溶解成分を含まない第２流体を流通させるための第２流体循環ラインと、
   前記第１流体ラインおよび前記第２流体循環ラインに設けられ、前記第１流体と前記第２流体との間で熱交換を行うための間接熱交換器と、
   前記第２流体循環ラインに接続され、前記第１流体から前記間接熱交換器および前記第２流体を介して熱を受け取り蒸発した作動媒体によって発電を行うバイナリ発電装置と、
   前記第１流体ラインの前記間接熱交換器よりも上流側に設けられ、前記第１流体を通過させることができるスケール除去装置と、
   前記第１流体ラインの前記間接熱交換器よりも上流側において前記第１流体ラインから分岐すると共にその分岐箇所よりも下流側で前記第１流体ラインに接続され、前記スケール除去装置が設けられたスケール除去ラインと、
   前記第１流体ラインまたは前記スケール除去ラインに設けられ、前記スケール除去装置を通過する前記第１流体と前記スケール除去装置をバイパスする前記第１流体との流量比を調整可能な自動弁と、
   前記スケール除去ラインの接続箇所と前記間接熱交換器との間において前記第１流体ラインから分岐すると共に前記第２流体循環ラインの前記間接熱交換器よりも下流側に接続され、前記間接熱交換器をバイパスするバイパスラインと、
   前記第１流体の流路を前記間接熱交換器と前記バイパスラインとに切替え可能な切替え弁と、
   前記スケール除去装置と前記バイパスラインの分岐箇所との間に設けられ、前記第１流体の圧力を検出する圧力検出器と、
   前記圧力検出器によって検出された前記第１流体の圧力に基づいて、前記自動弁および前記切替え弁の少なくともいずれかを制御するコントローラと、を備える、バイナリ発電システム。

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