JP2017072124A - 排熱回収システム - Google Patents

Abstract

【課題】発電システムのエネルギ利用率を向上させる事が可能な排熱回収システムを提供する。【解決手段】一の実施形態によれば、排熱回収システムは、発電システムの排熱を回収する。発電システムは、第１熱源流体と、前記第１熱源流体の熱により加熱された第２熱源流体と、作動流体の内の少なくとも前記作動流体を搬送する流体流路と、前記作動流体を膨張させて回転駆動する膨張機と、前記作動流体を凝縮させる凝縮器とを具備する。排熱回収システムは、前記凝縮器に水を供給し、前記凝縮器内で前記作動流体を前記水により冷却し、前記凝縮器から排出された第１温度の前記水を搬送する水流路を具備する。排熱回収システムはさらに、前記水流路からの前記水を前記第１熱源流体、前記第２熱源流体、または前記作動流体を用いて加熱して、温水として使用される第２温度の前記水を製造するまたは蒸気を製造する加熱器を具備する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、排熱回収システムに関する。

図２５は、従来の発電システムの構成の第１の例を示す模式図である。

図２５の発電システムは、熱源流体加熱器１と、熱源流体ポンプ２と、熱源流体流路３と、蒸発器４と、作動流体ポンプ５と、作動流体流路６と、膨張機７と、発電機８と、凝縮器９と、冷却水ポンプ１１と、冷却水流路１２と、冷却塔１３と、ブロワ１４と、大気導入部１５とを具備している。

熱源流体は、熱源流体ポンプ２により熱源流体流路３を介して搬送され、熱源流体加熱器１により加熱される。熱源流体加熱器１の例は、木質チップ等のバイオマス燃料を燃焼させる小型バイオマスボイラであり、熱源流体の例は、気体または液体の水である。この場合、熱源流体加熱器１は、バイオマス燃料を燃焼させて発生させた燃焼排ガスにより液体の水を加熱し、液体の水を気体の水（蒸気）に変化させる。熱源流体加熱器１の別の例は、太陽熱集熱器であり、この場合の熱源流体の例は、熱媒油である。さらに、熱源流体加熱器１の別の例は、工場排熱等を回収する排熱回収器であり、この場合の熱源流体の例は、水である。熱源流体加熱器１から排出された熱源流体は、蒸発器４に流入し、蒸発器４内の作動流体を加熱する事で温度低下する。熱源流体は、熱源流体流路３を介して熱源流体加熱器１と蒸発器４との間を循環する。

液体の作動流体は、作動流体ポンプ５により作動流体流路６を介して搬送され、蒸発器４により加熱され、気体の作動流体に変化する。即ち、作動流体が蒸発する。作動流体の例は、フロン等の低沸点媒体である。蒸発器４から排出された作動流体は、膨張機７に流入し、膨張機７内で膨張し、膨張機７の回転軸を駆動させる。膨張器７の例は、タービンである。膨張機７の回転軸は発電機８に接続されており、回転軸の軸動力を用いて発電機８が発電する。作動流体は、その圧力及び温度が膨張器７内で低下し、膨張機７から排出され、凝縮器９に流入する。凝縮器９に流入した作動流体は、凝縮器９内の冷却水により冷却され、液体の作動流体に変化する。即ち、作動流体が凝縮する。作動流体は、作動流体流路６を介して蒸発器４、膨張機７、及び凝縮器９の間を循環する。

冷却水は、冷却水ポンプ１１により冷却水流路１２を介して搬送され、凝縮器９内で作動流体の凝縮熱により加熱される。凝縮器９から排出された冷却水は、冷却塔１３内の大気により冷却される。冷却水は、冷却水流路１２を介して凝縮器９と冷却塔１３との間を循環する。

ブロワ１４は、大気導入部１５から導入された大気を冷却塔１３に搬送する。この大気は、冷却水が吸収した凝縮熱により冷却塔１３内で加熱される。よって、作動流体の凝縮熱は、冷却水を介して大気に与えられ、大気により外部へ放出される。

なお、作動流体が循環するサイクルは、ランキンサイクルである。図２５の発電システムは、熱源流体と作動流体の２種類の熱媒体を用いているので、バイナリタービンシステムと呼ばれる。

図２６は、従来の発電システムの構成の第２の例を示す模式図である。図２６では、図２５に示す構成要素と同一または類似の構成要素には同一の符号を付し、図２５の説明と重複する説明は省略する（後述する第３及び第４の例でも同様）。

図２６の発電システムは、図２５に示す構成要素に加え、熱源流体加熱器２１と、熱源流体ポンプ２２と、熱源流体流路２３とを具備している。図２６の説明では、符号１〜３の構成要素を、第１の熱源流体加熱器１、第１の熱源流体ポンプ２、第１の熱源流体流路３と呼び、符号２１〜２３の構成要素を、第２の熱源流体加熱器２１、第２の熱源流体ポンプ２２、第２の熱源流体流路２３と呼ぶ。また、第１の熱源流体流路３を介して搬送される熱源流体を第１熱源流体と呼び、第２の熱源流体流路２３を介して搬送される熱源流体を第２熱源流体と呼ぶ。

第１熱源流体は、第１の熱源流体ポンプ２により第１の熱源流体流路３を介して搬送され、第１の熱源流体加熱器１により加熱される。第１の熱源流体加熱器１から排出された第１熱源流体は、第２の熱源流体加熱器２１に流入し、第２の熱源流体加熱器２１内の第２熱源流体を加熱する事で温度低下する。第１熱源流体は、第１の熱源流体流路３を介して第１の熱源流体加熱器１と第２の熱源流体加熱器２１との間を循環する。

第２熱源流体は、第２の熱源流体ポンプ２２により第２の熱源流体流路２３を介して搬送され、第２の熱源流体加熱器２１により加熱される。第２熱源流体の例は、熱媒油や水である。第２の熱源流体加熱器２１から排出された第２熱源流体は、蒸発器４に流入し、蒸発器４内の作動流体を加熱する事で温度低下する。第２熱源流体は、第２の熱源流体流路２３を介して第２の熱源流体加熱器２１と蒸発器４との間を循環する。

ここで、図２５と図２６の発電システムを比較する。

図２５では、熱源流体に含まれる成分によっては蒸発器４内に析出物が溜まっていくため、蒸発器４を頻繁に分解して清掃する必要がある。この場合、フロン等の低沸点媒体を含む作動流体流路６を分解する事になるので、分解は望ましくない。一方、図２６では、蒸発器４ではなく第２の熱源流体加熱器２１を分解して清掃する事になるので、作動流体流路６を分解する必要はない。

図２７は、従来の発電システムを説明するための補足図である。図２７は、説明の便宜上、図２５及び図２６の発電システムの一部を同じ図面で示している。

図２５では、熱源流体が循環しているが、図２７のように蒸発器４を通過するだけで循環しなくてもよい。この場合、熱源流体の例は、大地１０から湧き出る温泉水であり、発電システムは熱源流体加熱器１を具備していない。熱源流体が温泉水の場合、図２７の蒸発器４内に析出物が溜まりやすく、蒸発器４を頻繁に分解して清掃する必要がある。この際、この例では作動流体流路６を分解する事になる。

同様に、図２６では、第１熱源流体が循環しているが、図２７のように第２の熱源流体加熱器２１を通過するだけで循環しなくてもよい。この場合、第１熱源流体の例は、大地１０から湧き出る温泉水であり、発電システムは第１の熱源流体加熱器１を具備していない。熱源流体が温泉水の場合、図２７の第２の熱源流体加熱器２１内に析出物が溜まりやすく、第２の熱源流体加熱器２１を頻繁に分解して清掃する必要がある。この際、この例では作動流体流路６を分解する必要はない。

図２８は、従来の発電システムの構成の第３の例を示す模式図である。

図２８の発電システムは、図２５に示す熱源流体加熱器１、熱源流体ポンプ２、熱源流体流路３、蒸発器４、及び作動流体ポンプ５を具備していない。図２８の作動流体流路６を流れる作動流体の例は、地熱蒸気等の気体である。

気体の作動流体は、作動流体流路６から膨張機７に流入し、膨張機７の回転軸を駆動させる。発電機８は、この回転軸の軸動力を用いて発電する。作動流体はその後、膨張機７から作動流体流路６に排出され、凝縮器９に流入する。凝縮器９に流入した作動流体は、凝縮器９の冷却水により冷却され、液体の作動流体に変化し、地中に戻される。

図２９は、従来の発電システムの構成の第４の例を示す模式図である。

図２９の発電システムは、図２５に示す熱源流体加熱器１、熱源流体ポンプ２、及び熱源流体流路３を具備していない。図２９の蒸発器４の例は、木質チップ等のバイオマス燃料を燃焼させる小型バイオマスボイラであり、図２９の作動流体流路６を流れる作動流体の例は、気体または液体の水である。この場合、蒸発器４は、バイオマス燃料を燃焼させて発生させた燃焼排ガスにより液体の水を加熱し、液体の水を気体の水（蒸気）に変化させる。蒸発器４の別の例は、太陽熱を集熱する太陽熱集熱器であり、この場合の作動流体の例は、気体または液体のフロンである。さらに、蒸発器４の別の例は、工場排熱等を回収する排熱回収器であり、この場合の作動流体の例は、気体または液体の水である。

液体の作動流体は、作動流体ポンプ５により作動流体流路６を介して搬送され、蒸発器４により加熱され、気体の作動流体に変化する。蒸発器４から排出された作動流体は、膨張機７に流入し、膨張機７の回転軸を駆動させる。発電機８は、この回転軸の軸動力を用いて発電する。作動流体はその後、膨張機７から排出され、凝縮器９に流入する。凝縮器９に流入した作動流体は、凝縮器９の冷却水により冷却され、液体の作動流体に変化する。作動流体は、作動流体流路６を介して蒸発器４、膨張機７、及び凝縮器９の間を循環する。

特開２０１２−１２７２０１号公報

温泉熱、太陽熱、小型バイオマスボイラ、工場排熱、地熱蒸気などを熱源とするタービン発電では、蒸発器４の前後の温度差が小さく、膨張機７の前後の圧力差が小さい。さらには、膨張機７が寸法的に小型であるために、発電システムの発電効率やエネルギ利用率が低い。

発電効率とは、蒸発器４が作動流体に与える熱エネルギと、発電機８が発生する電気エネルギとの比率である（第１、第２、及び第４の例を参照）。ただし、第３の例の発電効率は、作動流体が最初に有する熱エネルギと、発電機８が発生する電気エネルギとの比率とする。

また、本明細書にてエネルギ利用率と呼称しているものは、熱源流体加熱器１が熱源流体に与える熱エネルギと、発電システムが利用するエネルギとの比率である（第１及び第２の例を参照）。ただし、第３の例のエネルギ利用率は、作動流体が最初に有する熱エネルギと、発電システムが利用するエネルギとの比率とする。また、第４の例のエネルギ利用率は、蒸発器４が作動流体に与える熱エネルギと、発電システムが利用するエネルギとの比率とする。発電システムが利用するエネルギの従来例は、発電機８が発生する電気エネルギである。

例えば、第１〜第４の例の発電効率は１０％以下であり、作動流体に与えられた熱エネルギの９０％以上が、作動流体の凝縮熱として冷却水に放出される。しかしながら、凝縮熱を回収した冷却水の温度は低く、利用価値が低い。例えば、冷却水として水道水を用いて凝縮熱を回収した場合の冷却水の温度は３０℃程度である。そのため、第１〜第４の例における作動流体の凝縮熱は捨てられている。

例えば、図２５の発電システム（第１の例）において、蒸発器４が作動流体に与える熱エネルギを１００とすると、熱源流体加熱器１が熱源流体に与える熱エネルギは約１００である。また、膨張機７の回転エネルギは約１０であり、発電機８が発生する電気エネルギは約１０である。ただし、ポンプ２、５、１１やブロワ１４の消費電力は無視する。よって、発電効率は約１０％（１０／１００）となり、エネルギ利用率は約１０％（１０／１００）となる。これは、図２６、図２８、図２９の発電システム（第２〜第４の例）でも同様である。

このように、温泉熱、太陽熱、小型バイオマスボイラ、工場排熱、地熱蒸気などを熱源とするタービン発電では、エネルギの無駄が多い。そのため、発電システムのエネルギ利用率を向上させて、エネルギの無駄を低減する事が望ましい。

そこで、本発明は、発電システムのエネルギ利用率を向上させる事が可能な排熱回収システムを提供する事を課題とする。

一の実施形態によれば、排熱回収システムは、発電システムの排熱を回収する。前記発電システムは、第１熱源流体を搬送する第１熱源流体流路と、前記第１熱源流体の熱により加熱された第２熱源流体を搬送する第２熱源流体流路と、作動流体を搬送する作動流体流路の内の少なくとも前記作動流体流路を具備し、前記作動流体は、前記第１または第２熱源流体を用いて前記作動流体を蒸発させる蒸発器を介してまたは介さずに搬送される、流体流路を具備する。前記発電システムはさらに、前記作動流体を膨張させて回転駆動する膨張機と、前記膨張機の回転軸に接続された発電機と、前記作動流体を凝縮させる凝縮器とを具備する。前記排熱回収システムは、前記凝縮器に水を供給し、前記凝縮器内で前記作動流体を前記水により冷却し、前記凝縮器から排出された第１温度の前記水を搬送する水流路を具備する。前記排熱回収システムはさらに、前記水流路からの前記水を前記第１熱源流体、前記第２熱源流体、または前記作動流体を用いて加熱して、温水として使用される第２温度の前記水を製造するまたは蒸気を製造する加熱器を具備する。

第１実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。 第２実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。 第３実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。 第４実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。 第５実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。 第６実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。 第７実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。 第８実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。 第９実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。 第９実施形態の変形例の発電システムの構成を示す模式図である。 第１０実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。 第１０実施形態の変形例の発電システムの構成を示す模式図である。 第１１実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。 第１２実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。 第１３実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。 第１４実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。 第１５実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。 第１６実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。 第１７実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。 第１８実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。 第１９実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。 第２０実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。 第２１実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。 第２２実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。 従来の発電システムの構成の第１の例を示す模式図である。 従来の発電システムの構成の第２の例を示す模式図である。 従来の発電システムを説明するための補足図である。 従来の発電システムの構成の第３の例を示す模式図である。 従来の発電システムの構成の第４の例を示す模式図である。 第１実施形態の発電システムを説明するための補足図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１〜図２４及び図３０では、図２５〜図２９に示す構成要素と同一または類似の構成要素には同一の符号を付し、図２５〜図２９の説明と重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。

図１の発電システムは、図２５の発電システムと同様に、熱源流体加熱器１、熱源流体ポンプ２、熱源流体流路３、蒸発器４、作動流体ポンプ５、作動流体流路６、膨張機７、発電機８、及び凝縮器９を具備している。図１の発電システムはさらに、発電システムの排熱を回収する排熱回収システムを構成する加熱器３１と、温水タンク３２と、水ポンプ３３と、水流路３４とを具備している。

熱源流体（第１熱源流体）は、熱源流体ポンプ２により熱源流体流路３を介して搬送され、熱源流体加熱器１により加熱される。本実施形態の熱源流体は、非化石燃料の熱源から熱を獲得する熱源流体加熱器１内で加熱される。このような熱源流体加熱器１の例は、バイオマス燃料を熱源とする小型バイオマスボイラ、太陽熱を熱源とする太陽熱集熱器、工場排熱を熱源とする排熱回収器などである。なお、工場排熱そのものは一般に化石燃料から得られるが、この化石燃料は熱源流体加熱器１内ではなく熱源流体加熱器１外で燃焼される。よって、工場排熱も、非化石燃料の熱源に分類される。熱源流体加熱器１から排出された熱源流体は、蒸発器４に流入し、蒸発器４内の作動流体を加熱する事で温度低下する。

なお、本実施形態の熱源流体は、図２７に示すように、大地１０から湧き出る温泉水としてもよい。この場合、図１の発電システムは、熱源流体加熱器１を具備していなくてもよい。本実施形態の熱源流体は、図２５のように循環していてもよいし、図２７のように循環していなくてもよい。これは、後述する第２〜第１０実施形態でも同様である。

液体の作動流体は、作動流体ポンプ５により作動流体流路６を介して搬送され、蒸発器４により加熱され、気体の作動流体に相変化する。作動流体の例は、フロン等の低沸点媒体である。蒸発器４から排出された作動流体は、膨張機７に流入し、膨張機７内で膨張し、膨張機７の回転軸を駆動させる。膨張機７の回転軸は発電機８に接続されており、回転軸の軸動力を用いて発電機８が発電する。作動流体は、その圧力及び温度が膨張器７内で低下し、膨張機７から排出され、凝縮器９に流入する。凝縮器９に流入した作動流体は、凝縮器９内の水により冷却され、液体の作動流体に相変化する。

この水は、水ポンプ３３により水流路３４を介して搬送され、凝縮器９内で作動流体の凝縮熱により加熱される。凝縮器９から排出された水は、水流路３４を介して搬送され、加熱器３１に供給される。

加熱器３１は、熱源流体流路３に設けられている。加熱器３１は、水流路３４からの水を熱源流体流路３の熱源流体を用いて加熱して、温水として使用される水を製造する。温水は、水流路３４を介して搬送され、温水タンク３２に貯蔵される。本実施形態の加熱器３１は、蒸発器４の下流を流れる熱源流体を用いて水を加熱する。蒸発器４から排出された熱源流体は、加熱器３１に流入し、加熱器３１内の水を加熱する事で温度低下する。熱源流体は、熱源流体流路３を介して熱源流体加熱器１、蒸発器４、及び加熱器３１の間を循環する。

本実施形態では、凝縮器９で排出される凝縮熱を冷却塔１３に与えずに、加熱器３１で加熱される前の水に与える。この水の例は、水道水である。また、貯蔵された温水の温度は例えば、一般的に利用可能な温水温度とされる６０℃である。この温水は、入浴施設やレストランの食器洗浄などに有効利用される。温水を病院のリネン洗濯に利用する場合には、温水を８０℃まで加熱する事が望ましい。本実施形態では、外界に捨てられる熱はないので、エネルギ利用率は１００％にまで向上する。

ここで、水ポンプ３３での水の温度を１５℃、凝縮器９により加熱された水の温度を３０℃、加熱器３１により加熱された水の温度を６０℃とする。３０℃は第１温度の例であり、６０℃は第２温度の例である。

この場合、熱源流体加熱器１が熱源流体に与える熱エネルギを１００とすると、発電機８が発生する電気エネルギ、凝縮器９が水に与える熱エネルギ、加熱器３１が水に与える熱エネルギはそれぞれ、３．６、３２．１、６４．３である。よって、エネルギ利用率は１００％（（３．６＋３２．１＋６４．３）／１００）となる。

図３０は、第１実施形態の発電システムを説明するための補足図である。

図３０の発電システムは、図１に示す構成要素に加え、冷却水ポンプ１１と、冷却水流路１２と、冷却塔１３と、ブロワ１４と、大気導入部１５とを具備している。

図３０では、水流路３４の水を加熱器３１のみで加熱し、凝縮器９では加熱しない。凝縮器９で排出される凝縮熱は、外界に捨てられる。この場合、上記の数値例によるエネルギ利用率は６８％（（３．６＋６４．３）／１００）となる。

以上のように、本実施形態の発電システムは、熱源流体流路３からの熱源流体を用いて第１温度の水を加熱して、温水として使用される第２温度の水を製造する。よって、本実施形態によれば、発電システムのエネルギ利用率を向上させる事が可能となる。

本実施形態は、熱源流体加熱器１内の熱源が高温熱源であっても適用可能だが、熱源流体加熱器１内の熱源がバイオマス燃料、太陽熱、工場排熱、温泉熱などの低温熱源の場合に効果的に適用可能である。また、本実施形態は、熱源が何であっても、蒸発器４の入口での熱源流体の温度が２００℃以下である場合に効果的に適用可能である。これは、後述する第２〜第２２実施形態でも同様である。理由は、熱源流体加熱器１内の熱源が低温熱源の場合には、発電効率がより低く、本実施形態を適用しない場合のエネルギ利用率が低いからである。本実施形態によれば、熱源流体加熱器１内の熱源が低温熱源の場合のエネルギ利用率を大きく向上させる事ができる。これは、後述する第２〜第２２実施形態でも同様である。

また、本実施形態の構成は、熱源流体流路３内での熱源流体の最高温度が２００℃以下である場合に効果的に適用可能である。

また、加熱器３１は、温水として使用される水を製造する代わりに、蒸気を製造してもよい。即ち、加熱器３１は、液体の水を製造する代わりに、気体の水を製造してもよい。この場合、温水タンク３２は例えば、蒸気を貯蔵、搬送、または利用する設備に置き換えられる。これは、後述する第２〜第２２実施形態でも同様である（ただし、第４及び第２０実施形態では、熱利用先３７が例えば、蒸気を貯蔵、搬送、または利用する設備に置き換えられる）。

（第２実施形態）
図２は、第２実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。図２では、図１に示す構成要素と同一または類似の構成要素には同一の符号を付し、図１の説明と重複する説明は省略する。これは、後述する第２〜第１０実施形態でも同様である。

第１実施形態の加熱器３１は、図１に示すように、蒸発器４の下流を流れる熱源流体を用いて水を加熱する。一方、第２実施形態の加熱器３１は、図２に示すように、蒸発器４の上流を流れる熱源流体を用いて水を加熱する。

本実施形態では、加熱器３１の入口における熱源流体の温度が、蒸発器４の入口における熱源流体の温度より高い。よって、本実施形態によれば、水をより高温まで加熱しやすくなる。一方、第１実施形態によれば、より多くの割合の熱エネルギを発電機９による発電に利用する事が可能となる。

（第３実施形態）
図３は、第３実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。

第１及び第２実施形態の蒸発器４と加熱器３１は、図１及び図２に示すように、熱源流体の流れに対して直列に配置されている。一方、第３実施形態の蒸発器４と加熱器３１は、図３に示すように、熱源流体の流れに対して並列に配置されている。

図３の熱源流体流路３は、蒸発器４が設けられた第１分岐流路３５と、加熱器３１が設けられた第２分岐流路３６とに分岐している。第１及び第２分岐流路３５、３６は、第１地点Ｐ_１で１本の流路Ｌ_１から分岐しており、第２地点Ｐ_２で１本の流路Ｌ_１に合流している。

本実施形態では、加熱器３１の入口における熱源流体の温度が、蒸発器４の入口における熱源流体の温度と等しい。よって、本実施形態によれば、作動流体と水の両方を高温まで加熱しやすくなる。

（第４実施形態）
図４は、第４実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。

図４では、温水タンク３２が熱利用先３７に置き換えられており、水流路３４が循環水流路３８に置き換えられている。

本実施形態の水は、水ポンプ３３により循環水流路３８を介して搬送され、凝縮器９内で作動流体の凝縮熱により加熱される。凝縮器９から排出された水は、循環水流路３８を介して搬送され、加熱器３１に供給される。加熱器３１は、熱源流体流路３からの熱源流体を用いてこの水を加熱して、温水として使用される水を製造する。温水は、循環水流路３８を介して搬送され、熱利用先３７に供給される。

熱利用先３７の例は、床暖房である。熱利用先３７に供給された水は、熱利用先３７で熱源として使用される事で温度低下する。熱利用先３７から排出された水は、循環水流路３８を介して搬送され、凝縮器９に再び供給される。このように、本実施形態の水は、循環水流路３８を介して凝縮器９、加熱器３１、及び熱利用先３７の間を循環する。なお、温水の代わりに蒸気を熱利用先３７に供給する場合には、熱利用先３７の例はスチーム式暖房である。

温水を入浴施設やレストランの食器洗浄に用いる場合には、温水は使い捨てとなる。一方、温水を床暖房に用いる場合には、温水は繰り返し使う事ができる。よって、本実施形態では、水を循環水流路３８により循環させる事で、限られた量の水を繰り返し使用する事が可能となる。なお、熱利用先３７は、床暖房やスチーム式暖房以外の設備でもよい。

（第５実施形態）
図５は、第５実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。

図５の熱源流体流路３は、蒸発器４が設けられた第１流路をバイパスする第１バイパス流路４４と、加熱器３１が設けられた第２流路をバイパスする第２バイパス流路４８とを具備している。図５の熱源流体流路３には、複数個の弁４１〜４３、４５〜４７が設けられている。

第１バイパス流路４４は、第１地点Ｐ_１で流路Ｌ_１から分岐し、第３地点Ｐ_３で流路Ｌ_１に合流している。第１地点Ｐ_１と第３地点Ｐ_３との間の流路Ｌ_１が、上記の第１流路である。弁４１は、第１地点Ｐ_１と蒸発器４との間の第１流路に設けられている。弁４２は、蒸発器４と第３地点Ｐ_３との間の第１流路に設けられている。弁４３は、第１バイパス流路４４に設けられている。

第２バイパス流路４８は、第４地点Ｐ_４で流路Ｌ_１から分岐し、第２地点Ｐ_２で流路Ｌ_１に合流している。第４地点Ｐ_４と第２地点Ｐ_２との間の流路Ｌ_１が、上記の第２流路である。弁４５は、第４地点Ｐ_４と加熱器３１との間の第２流路に設けられている。弁４６は、加熱器３１と第２地点Ｐ_２との間の第２流路に設けられている。弁４７は、第２バイパス流路４８に設けられている。

本実施形態では、発電と温水製造の両方を実施する際には、弁４１、４２、４５、４６を開き、弁４３、４７を閉じる。この場合、水は凝縮器９及び加熱器３１で加熱され、高温の温水になる。

また、発電のみを実施する際には、弁４１、４２、４７を開き、弁４３、４５、４６を閉じる。この場合、水は凝縮器９のみで加熱され、低温の温水になる。

また、温水製造のみを実施する際には、弁４３、４５、４６を開き、弁４１、４２、４７を閉じる。この場合、水は加熱器３１のみで加熱される。よって、この状況下で高温の温水を温度を下げないまま製造する場合には、温水の製造量が少なくなる。

以上のように、本実施形態によれば、第１及び第２バイパス流路４４、４８を用いる事で、発電及び温水製造に関する３種類の運転を選択する事が可能となる。なお、本実施形態では、発電システムに第１及び第２バイパス流路４４、４８の一方のみを設ける事で、２種類の運転を選択できるようにしてもよい。

（第６実施形態）
図６は、第６実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。

図６の発電システムは、図３に示す構成要素に加え、複数個の弁５１〜５４を具備している。弁５１は、第１地点Ｐ_１と蒸発器４との間の第１分岐流路３５に設けられている。弁５２は、蒸発器４と第２地点Ｐ_２との間の第１分岐流路３５に設けられている。弁５３は、第１地点Ｐ_１と加熱器３１との間の第２分岐流路３６に設けられている。弁５４は、加熱器３１と第２地点Ｐ_２との間の第２分岐流路３６に設けられている。

本実施形態では、発電と温水製造の両方を実施する際には、弁５１〜５４を開く。この場合、水は凝縮器９及び加熱器３１で加熱され、高温の温水になる。

また、発電のみを実施する際には、弁５１、５２を開き、弁５３、５４を閉じる。この場合、水は凝縮器９のみで加熱され、低温の温水になる。

また、温水製造のみを実施する際には、弁５３、５４を開き、弁５１、５２を閉じる。この場合、水は加熱器３１のみで加熱される。よって、この状況下で高温の温水を温度を下げないまま製造する場合には、温水の製造量が少なくなる。

以上のように、本実施形態によれば、第１及び第２分岐流路３７、３８を用いる事で、発電及び温水製造に関する３種類の運転を選択する事が可能となる。なお、本実施形態では、発電システムに弁５１、５２のペアと弁５３、５４のペアの一方のみを設ける事で、２種類の運転を選択できるようにしてもよい。

（第７実施形態）
図７は、第７実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。

図７の発電システムは、図１に示す構成要素に加え、熱源流体加熱器２１と、熱源流体ポンプ２２と、熱源流体流路２３とを具備している。図７の説明では、図２６の説明と同様に、符号１〜３の構成要素を、第１の熱源流体加熱器１、第１の熱源流体ポンプ２、第１の熱源流体流路３と呼び、符号２１〜２３の構成要素を、第２の熱源流体加熱器２１、第２の熱源流体ポンプ２２、第２の熱源流体流路２３と呼ぶ。また、第１の熱源流体流路３を介して搬送される熱源流体を第１熱源流体と呼び、第２の熱源流体流路２３を介して搬送される熱源流体を第２熱源流体と呼ぶ。

第１熱源流体は、第１の熱源流体ポンプ２により第１の熱源流体流路３を介して搬送され、第１の熱源流体加熱器１により加熱される。第１の熱源流体加熱器１から排出された第１熱源流体は、第２の熱源流体加熱器２１に流入し、第２の熱源流体加熱器２１内の第２熱源流体を加熱する事で温度低下する。

第２熱源流体は、第２の熱源流体ポンプ２２により第２の熱源流体流路２３を介して搬送され、第２の熱源流体加熱器２１により加熱される。第２の熱源流体加熱器２１から排出された第２熱源流体は、蒸発器４に流入し、蒸発器４内の作動流体を加熱する事で温度低下する。

液体の作動流体は、作動流体ポンプ５により作動流体流路６を介して搬送され、蒸発器４により加熱され、気体の作動流体に相変化する。作動流体の例は、フロン等の低沸点媒体である。蒸発器４から排出された作動流体は、膨張機７に流入し、膨張機７内で膨張し、膨張機７の回転軸を駆動させる。膨張機７の回転軸は発電機８に接続されており、回転軸の軸動力を用いて発電機８が発電する。作動流体は、その圧力及び温度が膨張器７内で低下し、膨張機７から排出され、凝縮器９に流入する。凝縮器９に流入した作動流体は、凝縮器９内の水により冷却され、液体の作動流体に相変化する。

この水は、水ポンプ３３により水流路３４を介して搬送され、凝縮器９内で作動流体の凝縮熱により加熱される。凝縮器９から排出された水は、水流路３４を介して搬送され、加熱器３１に供給される。

本実施形態では、加熱器３１は、第２の熱源流体流路２３に設けられている。加熱器３１は、水流路３４からの水を第２熱源流体を用いて加熱して、温水として使用される水を製造する。温水は、水流路３４を介して搬送され、温水タンク３２に貯蔵される。本実施形態の加熱器３１は、蒸発器４の下流を流れる第２熱源流体を用いて水を加熱する。蒸発器４から排出された第２熱源流体は、加熱器３１に流入し、加熱器３１内の水を加熱する事で温度低下する。第２熱源流体は、第２の熱源流体流路２３を介して第２の熱源流体加熱器２１、蒸発器４、及び加熱器３１の間を循環する。

ここで、図１と図７の発電システムを比較する。

図１では、熱源流体に含まれる成分によっては蒸発器４や加熱器３１内に析出物が溜まっていくため、蒸発器４や加熱器３１を頻繁に分解して清掃する必要がある。この場合、フロン等の低沸点媒体を含む作動流体流路６や、入浴施設やレストランの食器洗浄に利用される水流路３４を分解する事になるが、特に、作動流体流路６の分解は望ましくない。一方、図７では、蒸発器４や加熱器３１ではなく第２の熱源流体加熱器２１を分解して清掃する事になるので、作動流体流路６を分解する必要はない。

以上のように、本実施形態の発電システムは、第２熱源流体を用いて第１温度の水を加熱して、温水として使用される第２温度の水を製造する。よって、本実施形態によれば、発電システムのエネルギ利用率を向上させる事が可能となる。

なお、本実施形態の熱源流体加熱器２１、熱源流体ポンプ２２、熱源流体流路２３、及び加熱器３１は、第２〜第６実施形態のいずれかに適用してもよい。これは、後述する第８〜第１０実施形態の熱源流体加熱器２１、熱源流体ポンプ２２、熱源流体流路２３、及び加熱器３１についても同様である。

また、本実施形態の第２熱源流体は、第１熱源流体の熱により他の熱源流体を介さずに加熱されているが、第１熱源流体の熱により１種類以上の第３熱源流体を介して加熱されてもよい。即ち、本実施形態の第２熱源流体は、第１熱源流体の熱により直接的に加熱されてもよいし、第１熱源流体の熱により間接的に加熱されてもよい。これは、後述する第８〜第１０実施形態でも同様である。

また、本実施形態の第１熱源流体は、バイオマス燃料等の低温熱源の熱により他の熱源流体を介さずに加熱されているが、低温熱源の熱により１種類以上の第４熱源流体を介して加熱されてもよい。即ち、本実施形態の第１熱源流体は、低温熱源の熱により直接的に加熱されてもよいし、低温熱源の熱により間接的に加熱されてもよい。これは、後述する第８〜第１０実施形態でも同様である。

また、本実施形態の構成は、第２の熱源流体流路２３内での第２熱源流体の最高温度が例えば２００℃以下である場合に効果的に適用可能である。

（第８実施形態）
図８は、第８実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。図８では、図７に示す構成要素と同一または類似の構成要素には同一の符号を付し、図７の説明と重複する説明は省略する。これは、後述する第９及び第１０実施形態でも同様である。

本実施形態では、加熱器３１は、第１の熱源流体流路３に設けられている。加熱器３１は、水流路３４からの水を第１熱源流体を用いて加熱して、温水として使用される水を製造する。温水は、水流路３４を介して搬送され、温水タンク３２に貯蔵される。本実施形態の加熱器３１は、第２の熱源流体加熱器２１の下流を流れる第１熱源流体を用いて水を加熱する。第２の熱源流体加熱器２１から排出された第１熱源流体は、加熱器３１に流入し、加熱器３１内の水を加熱する事で温度低下する。第１熱源流体は、第１の熱源流体流路３を介して第１の熱源流体加熱器１、第２の熱源流体加熱器２１、及び加熱器３１の間を循環する。

第８実施形態の加熱器３１の入口における第１熱源流体の温度は、第７実施形態の加熱器３１の入口における第２熱源流体の温度より高い場合が多い。よって、第８実施形態によれば、水をより高温まで加熱しやすくなる。また、第８実施形態によれば、水流路３４を分解して清掃する必要がない。一方、第７実施形態によれば、より多くの割合の熱エネルギを発電機９による発電に利用する事が可能となる。

（第９実施形態）
図９は、第９実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。

第８実施形態の加熱器３１は、図８に示すように、第２の熱源流体加熱器２１の下流を流れる第１熱源流体を用いて水を加熱する。一方、第９実施形態の加熱器３１は、図９に示すように、第２の熱源流体加熱器２１の上流を流れる第１熱源流体を用いて水を加熱する。

本実施形態では、加熱器３１の入口における第１熱源流体の温度が、第２の熱源流体加熱器２１の入口における第１熱源流体の温度より高い。よって、本実施形態によれば、水をより高温まで加熱しやすくなる。一方、第８実施形態によれば、より多くの割合の熱エネルギを発電機９による発電に利用する事が可能となる。

図１０は、第９実施形態の変形例の発電システムの構成を示す模式図である。

第７実施形態の加熱器３１は、図７に示すように、蒸発器４の下流を流れる第２熱源流体を用いて水を加熱する。一方、本変形例の加熱器３１は、図１０に示すように、蒸発器４の上流を流れる第２熱源流体を用いて水を加熱する。

本変形例では、加熱器３１の入口における第２熱源流体の温度が、蒸発器４の入口における第２熱源流体の温度より高い。よって、本変形例によれば、水をより高温まで加熱しやすくなる。また、本変形例によれば、水流路３４を分解して清掃する必要がない。一方、第７実施形態によれば、より多くの割合の熱エネルギを発電機９による発電に利用する事が可能となる。

（第１０実施形態）
図１１は、第１０実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。

図１１の発電システムは、加熱器３１の代わりに、第１及び第２加熱器３１ａ、３１ｂを具備している。第１加熱器３１ａは、第１の熱源流体流路３に設けられている。第２加熱器３１ｂは、第２の熱源流体流路２３に設けられている。第１及び第２加熱器３１ａ、３１ｂは、第１温度の水を加熱して、温水として使用される第２温度の水を製造する。

第１熱源流体は、第１の熱源流体ポンプ２により第１の熱源流体流路３を介して搬送され、第１の熱源流体加熱器１により加熱される。第１の熱源流体加熱器１から排出された第１熱源流体は、第２の熱源流体加熱器２１に流入し、第２の熱源流体加熱器２１内の第２熱源流体を加熱する事で温度低下する。

第２熱源流体は、第２の熱源流体ポンプ２２により第２の熱源流体流路２３を介して搬送され、第２の熱源流体加熱器２１により加熱される。第２の熱源流体加熱器２１から排出された第２熱源流体は、蒸発器４に流入し、蒸発器４内の作動流体を加熱する事で温度低下する。

液体の作動流体は、作動流体ポンプ５により作動流体流路６を介して搬送され、蒸発器４により加熱され、気体の作動流体に相変化する。作動流体の例は、フロン等の低沸点媒体である。蒸発器４から排出された作動流体は、膨張機７に流入し、膨張機７内で膨張し、膨張機７の回転軸を駆動させる。膨張機７の回転軸は発電機８に接続されており、回転軸の軸動力を用いて発電機８が発電する。作動流体は、その圧力及び温度が膨張器７内で低下し、膨張機７から排出され、凝縮器９に流入する。凝縮器９に流入した作動流体は、凝縮器９内の水により冷却され、液体の作動流体に相変化する。

この水は、水ポンプ３３により水流路３４を介して搬送され、凝縮器９内で作動流体の凝縮熱により加熱される。凝縮器９から排出された水は、水流路３４を介して搬送され、第２加熱器３１ｂに供給される。凝縮器９の入口における水の温度は、例えば１５℃である。凝縮器９の出口における水の温度は、例えば３０℃である。３０℃は、第１温度の例である。

第２加熱器３１ｂは、水流路３４からの水を第２熱源流体を用いて加熱する。第２加熱器３１ｂにより加熱された水は、水流路３４を介して搬送され、第１加熱器３１ａに供給される。第１加熱器３１ａは、第２加熱器３１ｂの下流を流れる水を第１熱源流体を用いて加熱して、温水として使用される水を製造する。この温水の温度は、例えば６０℃である。６０℃は、第２温度の例である。温水は、水流路３４を介して搬送され、温水タンク３２に貯蔵される。

本実施形態の第１加熱器３１ａは、第２の熱源流体加熱器２１の下流を流れる第１熱源流体を用いて水を加熱する。第２の熱源流体加熱器２１から排出された第１熱源流体は、第１加熱器３１ａに流入し、第１加熱器３１ａ内の水を加熱する事で温度低下する。第１熱源流体は、第１の熱源流体流路３を介して第１の熱源流体加熱器１、第２の熱源流体加熱器２１、及び第１加熱器３１ａの間を循環する。

また、本実施形態の第２加熱器３１ｂは、蒸発器４の下流を流れる第２熱源流体を用いて水を加熱する。蒸発器４から排出された第２熱源流体は、第２加熱器３１ｂに流入し、第２加熱器３１ｂ内の水を加熱する事で温度低下する。第２熱源流体は、第２の熱源流体流路２３を介して第２の熱源流体加熱器２１、蒸発器４、及び第２加熱器３１ｂの間を循環する。

本実施形態では、第１加熱器３１ａが、第２加熱器３１ｂにより加熱され、第２加熱器３１ｂから流出する水を加熱する構成だが、第２加熱器３１ｂが、第１加熱器３１ａにより加熱され、第１加熱器３１ａから流出する水を加熱する流れ順番の構成にしてもよい。第１加熱器３１ａの出口における第１熱源流体の温度が、第２加熱器３１ｂの入口における第２熱源流体の温度より低い場合には、第１加熱器３１ａを第２加熱器３１ｂの下流に配置する事が望ましい。また、本実施形態では、第１及び第２加熱器３１ａ、３１ｂが水の流れに対して直列に配置されているが、第１及び第２加熱器３１ａ、３１ｂが水の流れに対して並列に配置されていてもよい。

図１２は、第１０実施形態の変形例の発電システムの構成を示す模式図である。

第１０実施形態の第１加熱器３１ａは、図１１に示すように、第２の熱源流体加熱器２１の下流を流れる第１熱源流体を用いて水を加熱する。一方、本変形例の第１加熱器３１ａは、図１２に示すように、第２の熱源流体加熱器２１の上流を流れる第１熱源流体を用いて水を加熱する。

また、第１０実施形態の第２加熱器３１ｂは、図１１に示すように、蒸発器４の下流を流れる第２熱源流体を用いて水を加熱する。一方、本変形例の第１加熱器３１ａは、図１２に示すように、蒸発器４の上流を流れる第２熱源流体を用いて水を加熱する。

このように、第１加熱器３１ａは、第２の熱源流体加熱器２１の下流に配置してもよいし、第２の熱源流体加熱器２１の上流に配置してもよい。同様に、第２加熱器３１ｂは、蒸発器４の下流に配置してもよいし、蒸発器４の上流に配置してもよい。また、第１及び第２加熱器３１ａ、３１ｂの一方を図１１のように配置し、第１及び第２加熱器３１ａ、３１ｂの他方を図１２のように配置してもよい。

本変形例では、第１加熱器３１ａが第２加熱器３１ｂの下流を流れる水を加熱しているが、第２加熱器３１ｂが第１加熱器３１ａの下流を流れる水を加熱してもよい。また、本変形例では、第１及び第２加熱器３１ａ、３１ｂが水の流れに対して直列に配置されているが、第１及び第２加熱器３１ａ、３１ｂが水の流れに対して並列に配置されていてもよい。

以上のように、本実施形態の発電システムは、加熱器３１の代わりに、第１及び第２加熱器３１ａ、３１ｂを具備している。このような構成を採用する場合には、発電システム内の熱交換器の個数は増加するが、加熱流体と被加熱流体の温度差を小さく設計できる。具体的には、第１熱源流体と第２熱源流体との温度差や、第２熱源流体と作動流体との温度差を小さく設計できる。よって、本実施形態によれば、水をより高温まで加熱しやすくなる。

また、図１１及び図１２における第１及び第２加熱器３１ａ、３１ｂは、温水として使用される水を製造する代わりに、蒸気を製造してもよい。即ち、第１及び第２加熱器３１ａ、３１ｂは、液体の水を製造する代わりに、気体の水を製造してもよい。この場合、温水タンク３２は例えば、蒸気を貯蔵、搬送、または利用する設備に置き換えられる。これは、後述する第１２、第１４、第１６、第１８、第２０、第２１、第２２実施形態の第３及び第４加熱器３１ｃ、３１ｄについても同様である（ただし、第２０実施形態では、熱利用先３７が例えば、蒸気を貯蔵、搬送、または利用する設備に置き換えられる）。

（第１１実施形態）
図１３は、第１１実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。

図１と図１３とを比較してみると、図１３の発電システムは、図１に示す熱源流体加熱器１、熱源流体ポンプ２、熱源流体流路３、蒸発器４、及び作動流体ポンプ５を具備していない。図１３の作動流体流路６を流れる作動流体の例は、地熱蒸気等の気体である。

図１３の作動流体流路６は、膨張機７や凝縮器９が設けられた第１流体流路６１と、加熱器３１が設けられた第２流体流路６２とに分岐している。第１及び第２流体流路６１、６２は、第５地点Ｐ_５で１本の流路Ｌ_２から分岐している。作動流体流路６を流れる気体の作動流体は、第５地点Ｐ_５で分流され、第１及び第２流体流路６１、６２に流入する。

第１流体流路６１に流入した作動流体は、膨張機７に導入され、膨張機７の回転軸を駆動させる。発電機８は、この回転軸の軸動力を用いて発電する。作動流体はその後、膨張機７から第１流体流路６１に排出され、凝縮器９に流入する。凝縮器９に流入した作動流体は、水流路３４からの水（冷却水）により冷却され、液体の作動流体に変化し、地中に戻される。

一方、第２流体流路６２に流入した作動流体は、加熱器３１に導入される。加熱器３１は、水流路３４からの水を第２流体流路６２の作動流体を用いて加熱して、温水として使用される水を製造する。温水は、水流路３４を介して搬送され、温水タンク３２に貯蔵される。一方、第２流体流路６２の作動流体は、加熱器３１内で水を加熱する事で温度低下して凝縮流体となり、地中に戻される。なお、この作動流体は、全部が凝縮されてもよいし、一部のみが凝縮されてもよいし、まったく凝縮されなくてもよい（後述する第１３、第１５、第１７実施形態でも同様）。

なお、第１流体流路６１の流体は、膨張機７に導入され作動流体として使用されているが、第２流体流路６２の流体は、作動流体として使用されていない。しかしながら、第２流体流路６２の流体は第１流体流路６１の流体と同じものであるから、本実施形態では、第１流体流路６２の流体も、第１流体流路６１の流体と同様に、作動流体と表記した。これは、後続の実施形態でも同様である。

本実施形態によれば、蒸発器４を具備しない発電システムにも加熱器３１を適用する事が可能となる。本実施形態の構成は、作動流体流路６内の作動流体の最高温度が２００℃以下であると、発電量に対する凝縮熱の割合が大きくなり効果的である。

（第１２実施形態）
図１４は、第１２実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。

図１４では、図１３の加熱器３１が、第３及び第４加熱器３１ｃ、３１ｄに置き換えられている。第３加熱器３１ｃは、第２流体流路６２に設けられている。第４加熱器３１ｄは、第２流体流路６２において第３加熱器３１ｃの下流に設けられている。

また、図１４の水流路３４は、凝縮器９が設けられた第１水流路６３と、第４加熱器３１ｄが設けられた第２水流路６４とに分岐している。第１及び第２水流路６３、６４は、第６地点Ｐ_６で１本の流路Ｌ_３から分岐しており、第７地点Ｐ_７で１本の流路Ｌ_３に合流している。水流路３４を流れる水は、第６地点Ｐ_６で第１及び第２水流路６３、６４に分流され、第７地点Ｐ_７で第１及び第２水流路６３、６４から合流している。第３加熱器３１ｃは、合流後の流路Ｌ_３（第３水流路）に設けられている。

第１流体流路６１に流入した作動流体は、膨張機７に導入され、膨張機７の回転軸を駆動させる。発電機８は、この回転軸の軸動力を用いて発電する。作動流体はその後、膨張機７から第１流体流路６１に排出され、凝縮器９に流入する。凝縮器９に流入した作動流体は、第１水流路６３からの水（冷却水）により冷却され、液体の作動流体に変化し、地中に戻される。

一方、第２流体流路６２に流入した作動流体は、第３加熱器３１ｃに導入され、次に第４加熱器３１ｄに導入される。第４加熱器３１ｄは、第２水流路６４からの水を第２流体流路６２の作動流体を用いて加熱する。凝縮器９から第１水流路６３に排出された水と、第４加熱器３１ｄから第２水流路６４に排出された水は、第７地点Ｐ_７で合流して、第３加熱器３１ｃに導入される。第３加熱器３１ｃは、この水を第２流体流路６２の作動流体を用いて加熱して、温水として使用される水を製造する。温水は、水流路３４を介して搬送され、温水タンク３２に貯蔵される。一方、第２流体流路６２の作動流体は、第３及び第４加熱器３１ｃ、３１ｄ内で水を加熱する事で温度低下して凝縮流体となり、地中に戻される。なお、この作動流体は、全部が凝縮されてもよいし、一部のみが凝縮されてもよいし、まったく凝縮されなくてもよい（後述する第１４、第１６、第１８、第２３、第２４実施形態でも同様）。

第１１実施形態では、加熱器３１から排出された作動流体の温度が、凝縮器９から排出された水の温度より高い場合がある。この場合、この作動流体の保有熱量をさらに採熱する事が可能である。一方、本実施形態では、第３加熱器３１ｃが作動流体の保有熱量を水により採熱し、第４加熱器３１ｄがこの作動流体の保有熱量をより低温の水により採熱している。よって、本実施形態によれば、作動流体の保有熱量を充分に採熱する事が可能となる。

（第１３実施形態）
図１５は、第１３実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。

図１と図１５とを比較してみると、図１５の発電システムは、図１に示す熱源流体加熱器１、熱源流体ポンプ２、及び熱源流体流路３を具備していない。図１５の蒸発器４の例は、バイオマス燃料を燃焼させる小型バイオマスボイラや、太陽熱を集熱する太陽熱集熱器や、工場排熱等を回収する排熱回収器である。作動流体の例は、気体または液体の水である。

図１５の作動流体流路６は、膨張機７や凝縮器９が設けられた第１流体流路６１と、加熱器３１が設けられた第２流体流路６２とに分岐している。第１及び第２流体流路６１、６２は、第５地点Ｐ_５で１本の流路Ｌ_２から分岐しており、第８地点Ｐ_８で１本の流路Ｌ_２に合流している。作動流体流路６を流れる作動流体は、第５地点Ｐ_５で第１及び第２流体流路６１、６２に分流され、第８地点Ｐ_８で第１及び第２流体流路６１、６２から合流している。蒸発器４や作動流体ポンプ５は、合流後の流路Ｌ_２（第３流体流路６６）に設けられている。また、第１流体流路６１には作動流体ポンプ６５が設けられている。

液体の作動流体は、作動流体ポンプ５により作動流体流路６を介して搬送され、蒸発器４により加熱され、気体の作動流体に変化する。蒸発器４から排出された気体の作動流体は、第５地点Ｐ_５で分流され、第１及び第２流体流路６１、６２に流入する。

第１流体流路６１に流入した作動流体は、膨張機７に導入され、膨張機７の回転軸を駆動させる。発電機８は、この回転軸の軸動力を用いて発電する。作動流体はその後、膨張機７から第１流体流路６１に排出され、凝縮器９に流入する。凝縮器９に流入した作動流体は、水流路３４からの水（冷却水）により冷却され、液体の作動流体に変化し、作動流体ポンプ６５により第８地点Ｐ_８に搬送される。

一方、第２流体流路６２に流入した作動流体は、加熱器３１に導入される。加熱器３１は、水流路３４からの水を第２流体流路６２の作動流体を用いて加熱して、温水として使用される水を製造する。温水は、水流路３４を介して搬送され、温水タンク３２に貯蔵される。一方、第２流体流路６２の作動流体は、加熱器３１内で水を加熱する事で温度低下して凝縮流体となり、第８地点Ｐ_８に排出される。

凝縮器９から第１流体流路６１に排出された作動流体と、加熱器３１から第２流体流路６２に排出された作動流体は、第８地点Ｐ_８で合流して、蒸発器４に導入される。このように、作動流体は、作動流体流路６を介して蒸発器４、膨張機７、凝縮器９、及び加熱器３１の間を循環する。なお、作動流体ポンプ６５は、第１流体流路６１から第８地点Ｐ_８に流入する作動流体の圧力と、第２流体流路６２から第８地点Ｐ_８に流入する作動流体の圧力とを等しくするまたは近付けるために必要に応じて設けられる。

本実施形態によれば、熱源流体加熱器１を具備しない発電システムにも加熱器３１を適用する事が可能となる。本実施形態は、蒸発器４内の熱源が高温熱源であっても適用可能だが、蒸発器４内の熱源がバイオマス燃料、太陽熱、工場排熱、温泉熱などの低温熱源の場合に効果的に適用可能である。これは、後述する第１４、第１７、第１８実施形態でも同様である。理由は、蒸発器４内の熱源が低温熱源の場合には、発電効率がより低く、本実施形態を適用しない場合のエネルギ利用率が低いからである。

本実施形態の構成は、作動流体流路６内での熱源流体の最高温度が例えば２００℃以下である場合に効果的に適用可能である。

（第１４実施形態）
図１６は、第１４実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。

図１６では、図１５の加熱器３１が、第３及び第４加熱器３１ｃ、３１ｄに置き換えられている。また、図１６の水流路３４は、凝縮器９が設けられた第１水流路６３と、第４加熱器３１ｄが設けられた第２水流路６４とに分岐している。これらの構成は、図１４に示す構成と同様である。

第１３実施形態では、加熱器３１から排出された作動流体の温度が、凝縮器９から排出された水の温度より高い場合がある。この場合、この作動流体の保有熱量をさらに採熱する事が可能である。一方、本実施形態では、第３加熱器３１ｃが作動流体の保有熱量を水により採熱し、第４加熱器３１ｄがこの作動流体の保有熱量をより低温の水により採熱している。よって、本実施形態によれば、作動流体の保有熱量を充分に採熱する事が可能となる。

（第１５実施形態）
図１７は、第１５実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。

図１３の作動流体流路６は、膨張機７や凝縮器９が設けられた第１流体流路６１と、加熱器３１が設けられた第２流体流路６２とに分岐している。一方、図１７の作動流体流路６は、膨張機７の排気口７ａから排気（排出）された作動流体を搬送し、凝縮器９が設けられた第４流体流路６７と、膨張機７の抽気口７ｂから抽気された作動流体を搬送し、加熱器３１が設けられた第５流体流路６８とを具備している。膨張機７の抽気口７ｂは、膨張機７の排気口７ａより前段に設けられている。

図１７の第４及び第５流体流路６７、６８の構成や機能は、図１３の第１及び第２流体流路６１、６２の構成や機能と同様である。よって、凝縮器９から排出された水が加熱器３１内の作動流体により加熱され、温水が製造される。本実施形態によれば、蒸発器４を具備しない発電システムにも加熱器３１を適用する事が可能となる。

膨張機７の抽気口７ｂにおける作動蒸気の温度や圧力は、膨張機７の入口における作動蒸気の温度や圧力より低くなる。本実施形態によれば、抽気口７ｂの位置を変更する事で加熱器３１用の作動蒸気の温度や圧力を変更する事が可能となる。また、本実施形態によれば、第１１実施形態に比べ、作動流体のエネルギをより多く発電に利用する事が可能となる。一方、第１１実施形態によれば、膨張機７に抽気口７ｂを設けずに加熱器３１を採用する事が可能となる。これは、前述した第１２〜第１４実施形態や、後述する第１６〜第２２実施形態でも同様である。

（第１６実施形態）
図１８は、第１６実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。

図１８では、図１４の第１及び第２流体流路６１、６２が第４及び第５流体流路６７、６８に置き換えられている。よって、凝縮器９が第４流体流路６７に設けられ、第３及び第４加熱器３１ｃ、３１ｄが第５流体流路６８に設けられている。

本実施形態によれば、第３及び第４加熱器３１ｃ、３１ｄにより作動流体の保有熱量を充分に採熱する事が可能となる。

（第１７実施形態）
図１９は、第１７実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。

図１９では、図１５の第１及び第２流体流路６１、６２が第４及び第５流体流路６７、６８に置き換えられている。よって、凝縮器９が第４流体流路６７に設けられ、加熱器３１が第５流体流路６８に設けられている。さらに、第４及び第５流体流路６７、６８が、第８地点Ｐ_８で１本の流路Ｌ_２に合流している。蒸発器４や作動流体ポンプ５は、合流後の流路Ｌ_２（第６流体流路６９）に設けられている。また、第４流体流路６７には作動流体ポンプ６５が設けられている。

本実施形態によれば、熱源流体加熱器１を具備しない発電システムにも加熱器３１を適用する事が可能となる。

（第１８実施形態）
図２０は、第１８実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。

図２０では、図１６の第１及び第２流体流路６１、６２が第４及び第５流体流路６７、６８に置き換えられている。よって、凝縮器９が第４流体流路６７に設けられ、第３及び第４加熱器３１ｃ、３１ｄが第５流体流路６８に設けられている。さらに、第４及び第５流体流路６７、６８が、第８地点Ｐ_８で１本の流路Ｌ_２に合流している。蒸発器４や作動流体ポンプ５は、合流後の流路Ｌ_２（第６流体流路６９）に設けられている。また、第４流体流路６７には作動流体ポンプ６５が設けられている。

本実施形態によれば、第３及び第４加熱器３１ｃ、３１ｄにより作動流体の保有熱量を充分に採熱する事が可能となる。

（第１９実施形態）
図２１は、第１９実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。

図１３の作動流体流路６は、第１及び第２流体流路６１、６２に分岐しており、第１流体流路６１に膨張機７や凝縮器９が設けられ、第２流体流路６２に加熱器３１が設けられている。一方、図２１の加熱器３１は、分岐のない作動流体流路６において膨張機７の上流に設けられている。図２１の加熱器３１は、膨張機７の上流の作動流体を用いて水流路３４の水を加熱し、作動流体を膨張機７へと排出する。

第１１実施形態では、加熱器３１から排出された作動流体の温度が、凝縮器９から排出された水の温度より高い場合がある。この場合、この作動流体の保有熱量をさらに採熱する事が可能である。一方、本実施形態では、加熱器３１が作動流体の保有熱量を所望量だけ採熱した後、この作動流体を膨張機７で使用して凝縮器９に排出している。よって、本実施形態によれば、作動流体の保有熱量を充分に採熱する事が可能となる。

なお、本実施形態の加熱器３１の配置は、第１１実施形態だけでなく第１３、第２０、第２１実施形態にも適用可能である。

（第２０実施形態）
図２２は、第２０実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。

図２２では、図１４の温水タンク３２が熱利用先３７に置き換えられ、図１４の水流路３４が循環水流路３８に置き換えられている。熱利用先３７と循環水流路３８の詳細は、図４と同様である。

例えば、温水（または蒸気）の代わりに作動流体を熱利用先３７に供給する事が考えられる。しかしながら、作動流体が地熱蒸気の場合には、作動流体が腐食性成分や土砂を含有する事が多い。この場合、作動流体から腐食性成分や土砂を取り除く等の対策が必要となる。一方、本実施形態によれば、作動流体の代わりに清浄な温水（または蒸気）を熱利用先３７に供給する事で、このような対策を不要とする事が可能となる。

本実施形態によれば、第４実施形態と同様に、温水（または蒸気）を繰り返し使う事が可能となる。なお、本実施形態の熱利用先３７及び循環水流路３８は、第１２実施形態だけでなく第１１、第１３〜第１９、第２１、第２２実施形態にも適用可能である。

（第２１実施形態）
図２３は、第２１実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。

図２３の発電システムは、図１４に示す構成要素に加えて、弁７１〜７６を具備している。弁７１は、第１流体流路６１において膨張機７の上流に設けられている。弁７２は、第２流体流路６２において第３加熱器３１ｃの上流に設けられている。弁７３は、第１水流路６３において凝縮器９の上流に設けられている。弁７４は、第２水流路６４において第４加熱器３１ｄの上流に設けられている。弁７５は、第１流体流路６１において凝縮器９の下流に設けられている。弁７６は、第２流体流路６２において第４加熱器３１ｄの下流に設けられている。

発電システムで発電のみを実施する場合には、弁７１、７３、７５を開き、弁７２を閉じる。この際、弁７４は閉じる事が望ましいが、弁７６は開いても閉じてもよい。この場合、水流路３４の水は凝縮器９のみにより加熱されるため、低温の温水となる。また、弁６１の開度を調節する事で発電機８の発電量を調節する事ができ、弁６３の開度を調節する事で水流路３４の水の流量を調節する事ができる。

発電システムで温水製造のみを実施する場合には、弁７２、７４、７６を開き、弁７１を閉じる。この際、弁７３は閉じる事が望ましいが、弁７５は開いても閉じてもよい。この場合、弁７４の開度を調節する事で水流路３４の水の流量（即ち温水流量）を調節する事ができ、弁７２の開度を調節する事で温水の温度や熱量を調節する事ができる。

発電システムで発電と温水製造の両方を実施する場合には、弁７１〜７６のすべてを開く。この場合、弁７１〜７４の開度を調節する事で、発電機８の発電量や、温水の流量、温度、熱量を調節する事ができる。

なお、本実施形態では、弁７４〜７６は設置しなくてもよいが、流路管理のために設置する事が望ましい。

以上のように、本実施形態によれば、弁７１〜７６により発電システムの３種類の運転を選択する事が可能となる。即ち、発電のみを実施するか、温水製造のみを実施するか、発電と温水製造の両方を実施するかを選択する事が可能となる。また、本実施形態によれば、発電機８の発電量や、温水の流量、温度、熱量を調節する事が可能となる。

なお、本実施形態の弁７１〜７６は、第１２実施形態だけでなく第１１、第１３、第１４、第２０実施形態にも適用可能である。

（第２２実施形態）
図２４は、第２２実施形態の発電システムの構成を示す模式図である。

図２４の発電システムは、図１８に示す構成要素に加えて、弁７３、７４と弁７７、７８とを具備している。弁７３は、上述のように、第１水流路６３において凝縮器９の上流に設けられている。弁７４は、上述のように、第２水流路６４において第４加熱器３１ｄの上流に設けられている。弁７７は、第５流体流路６８において第３加熱器３１ｃの上流に設けられている。弁７８は、第５流体流路６８において第４加熱器３１ｄの下流に設けられている。

発電システムで発電のみを実施する場合には、弁７３を開き、弁７７、７８を閉じる。この際、弁７４は閉じる事が望ましい。この場合、水流路３４の水は凝縮器９のみにより加熱されるため、低温の温水となる。

発電システムで発電と温水製造の両方を実施する場合において、温水製造を重視しない場合には、弁７３、７７、７８を開き、弁７４を閉じる。この場合、水流路３４の水は、凝縮器９及び第３加熱器３１ｃのみにより加熱される。

発電システムで発電と温水製造の両方を実施する場合において、温水製造を重視する場合には、弁７３、７４、７７、７８のすべてを開く。この場合、水流路３４の水は、凝縮器９、第３加熱器３１ｃ、及び第４加熱器３１ｄにより加熱される。

なお、本実施形態では、弁７３、７４、７８は設置しなくてもよいが、流路管理のために設置する事が望ましい。

以上のように、本実施形態によれば、弁７３、７４、７７、７８により発電システムの３種類の運転を選択する事が可能となる。また、本実施形態によれば、これらの弁により発電機８の発電量や、温水の流量、温度、熱量を調節する事が可能となる。

なお、本実施形態の弁７３、７４、７７、７８は、第１６実施形態だけでなく第１５、第１７、第１８実施形態にも適用可能である。

１：熱源流体加熱器、２：熱源流体ポンプ、３：熱源流体流路、
４：蒸発器、５：作動流体ポンプ、６：作動流体流路、
７：膨張機、７ａ：排気口、７ｂ：抽気口、８：発電機、９：凝縮器、１０：大地、
１１：冷却水ポンプ、１２：冷却水流路、１３：冷却塔、
１４：ブロワ、１５：大気導入部、
２１：熱源流体加熱器、２２：熱源流体ポンプ、２３：熱源流体流路、
３１：加熱器、３１ａ：第１加熱器、３１ｂ：第２加熱器、
３１ｃ：第３加熱器、３１ｄ：第４加熱器、３２：温水タンク、
３３：水ポンプ、３４：水流路、３５：第１分岐流路、３６：第２分岐流路、
３７：熱利用先、３８：循環水流路、
４１、４２、４３：弁、４４：第１バイパス流路、
４５、４６、４７：弁、４８：第２バイパス流路、
５１、５２、５３、５４：弁、
６１：第１流体流路、６２：第２流体流路、６３：第１水流路、６４：第２水流路、
６５：作動流体ポンプ、６６：第３流体流路、
６７：第４流体流路、６８：第５流体流路、６９：第６流体流路、
７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８：弁

Claims (20)

1. 第１熱源流体を搬送する第１熱源流体流路と、前記第１熱源流体の熱により加熱された第２熱源流体を搬送する第２熱源流体流路と、作動流体を搬送する作動流体流路の内の少なくとも前記作動流体流路を具備し、前記作動流体は、前記第１または第２熱源流体を用いて前記作動流体を蒸発させる蒸発器を介してまたは介さずに搬送される、流体流路と、
   前記作動流体を膨張させて回転駆動する膨張機と、
   前記膨張機の回転軸に接続された発電機と、
   前記作動流体を凝縮させる凝縮器と、
   を具備する発電システムの排熱を回収する排熱回収システムであって、
   前記凝縮器に水を供給し、前記凝縮器内で前記作動流体を前記水により冷却し、前記凝縮器から排出された第１温度の前記水を搬送する水流路と、
   前記水流路からの前記水を前記第１熱源流体、前記第２熱源流体、または前記作動流体を用いて加熱して、温水として使用される第２温度の前記水を製造するまたは蒸気を製造する加熱器と、
   を具備する事を特徴とする排熱回収システム。
2. 前記加熱器は、前記蒸発器の下流または上流の前記第１または第２熱源流体を用いて前記水を加熱する事を特徴とする、請求項１に記載の排熱回収システム。
3. 前記第１または第２熱源流体流路は、前記蒸発器が設けられた第１分岐流路と、前記加熱器が設けられた第２分岐流路とに分岐している事を特徴とする、請求項１に記載の排熱回収システム。
4. 前記第１分岐流路に設けられた第１弁と、前記第２分岐流路に設けられた第２弁の少なくともいずれかを具備する事を特徴とする、請求項３に記載の排熱回収システム。
5. 前記第１または第２熱源流体流路は、前記蒸発器が設けられた第１流路をバイパスする第１バイパス流路と、前記加熱器が設けられた第２流路をバイパスする第２バイパス流路の少なくともいずれかを具備する事を特徴とする、請求項１に記載の排熱回収システム。
6. 前記発電システムはさらに、前記第１熱源流体の熱により前記第２熱源流体を加熱する熱源流体加熱器を具備し、
   前記加熱器は、前記熱源流体加熱器の下流または上流の前記第１熱源流体を用いて前記水を加熱する事を特徴とする、請求項１に記載の排熱回収システム。
7. 前記加熱器として、前記第１熱源流体の熱により前記水を加熱する第１加熱器と、前記第２熱源流体の熱により前記水を加熱する第２加熱器とを具備する事を特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の排熱回収システム。
8. 前記第１及び第２加熱器の一方は、前記第１及び第２加熱器の他方により加熱され、前記第１及び第２加熱器の前記他方から流出する前記水を加熱する事を特徴とする、請求項７に記載の排熱回収システム。
9. 前記作動流体流路は、前記膨張機及び前記凝縮器が設けられた第１流体流路と、前記加熱器が設けられた第２流体流路とに分岐している事を特徴とする、請求項１に記載の排熱回収システム。
10. 前記第１及び第２流体流路は、前記蒸発器が設けられた第３流体流路に合流しており、前記第３流体流路は、前記第１及び第２流体流路に分岐している、請求項９に記載の排熱回収システム。
11. 前記作動流体流路は、前記膨張機の排気口から排気された前記作動流体を搬送し、前記凝縮器が設けられた第４流体流路と、前記膨張機の抽気口から抽気された前記作動流体を搬送し、前記加熱器が設けられた第５流体流路とを具備する事を特徴とする、請求項１に記載の排熱回収システム。
12. 前記第４及び第５流体流路は、前記蒸発器が設けられた第６流体流路に合流しており、前記第６流体流路は、前記膨張機に前記作動流体を搬送する、請求項１１に記載の排熱回収システム。
13. 前記第１または第４流体流路に設けられた弁と、前記第２または第５流体流路に設けられた弁の少なくともいずれかを具備する事を特徴とする、請求項９から１２のいずれか１項に記載の排熱回収システム。
14. 前記加熱器として、前記第２または第５流体流路に設けられた第３加熱器と、前記第２または第５流体流路において前記第３加熱器の下流に設けられた第４加熱器とを具備する事を特徴とする、請求項９から１３のいずれか１項に記載の排熱回収システム。
15. 前記水流路は、前記凝縮器が設けられた第１水流路と、前記第４加熱器が設けられた第２水流路とに分岐しており、前記第１及び第２水流路は、前記第３加熱器が設けられた第３水流路に合流している、請求項１４に記載の排熱回収システム。
16. 前記第１水流路に設けられた弁と、前記第２水流路に設けられた弁の少なくともいずれかを具備する事を特徴とする、請求項１４または１５に記載の排熱回収システム。
17. 前記加熱器は、前記膨張機の上流の前記作動流体を用いて前記水を加熱する事を特徴とする、請求項１に記載の排熱回収システム。
18. 前記水流路は、前記加熱器と前記凝縮器との間で前記水を循環させる事を特徴とする、請求項１から１７のいずれか１項に記載の排熱回収システム。
19. 前記第１熱源流体、前記第２熱源流体、または前記作動流体の最高温度は、２００℃以下である事を特徴とする、請求項１から１８のいずれか１項に記載の排熱回収システム。
20. 前記第１熱源流体は、温泉水、または、非化石燃料の熱源から熱を獲得する熱源流体加熱器内で加熱された流体である事を特徴とする、請求項１から１９のいずれか１項に記載の排熱回収システム。

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