WO2016136246A1 - 発電システム - Google Patents

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fluid
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松田　一夫
松本　忠士
寿英 平井
田中　智史
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Chiyoda Corp
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    • F28F2275/04—Fastening; Joining by brazing

Definitions

  • the present invention relates to a power generation system that generates power by a thermoelectric element using a temperature difference between a high-temperature fluid and a low-temperature fluid that is supplied, and that discharges by adjusting at least one of the high-temperature fluid and the low-temperature fluid to a predetermined temperature.
  • thermoelectric element that converts thermal energy into electrical energy by the Seebeck effect
  • Patent Document 1 a thermoelectric element is sandwiched between a pair of plates having thermal conductivity to form a plate-like thermoelectric generator unit, a plurality of plate-like thermoelectric generator units are stacked, and a high temperature is applied between adjacent plate-like thermoelectric generator units. A hot fluid passage through which fluid flows and a cold fluid passage through which cold fluid flows are formed.
  • Such a power generation system is incorporated in a power plant and uses steam after passing through a steam turbine as a high-temperature fluid. Since this power generation system generates power using exhaust heat in the plant, the energy efficiency of the entire plant can be improved.
  • Thermoelectric elements have a small electromotive force per element, and are used by connecting many elements in series. However, when the number of thermoelectric elements is increased, the amount of heat exchange between the high temperature fluid and the low temperature fluid increases while passing through the power generation system, and the temperature difference generated in the thermoelectric elements decreases. Since the electromotive force of a thermoelectric element changes depending on the temperature difference generated at both ends, the power generation efficiency per element decreases when the temperature difference is small, and the cost of the power generation system relative to the amount of power generation is reduced. To increase.
  • thermoelectric elements included in the power generation system suppress heat exchange between the high temperature fluid and the low temperature fluid, and maintain a large temperature difference generated between the individual thermoelectric elements.
  • the amount of heat exchange in the power generation element is small, it becomes impossible to sufficiently cool the discharged high temperature fluid or heat the low temperature fluid, that is, to adjust the temperature.
  • an object of the present invention is to improve the power generation efficiency per thermoelectric element in a power generation system including thermoelectric elements, and to enable temperature adjustment of discharged high-temperature fluid or low-temperature fluid. .
  • the present invention is a power generation system (1), which includes a power generation module (2) including thermoelectric elements (7A, 7B), a heat exchanger (3), and a high-temperature fluid inlet (4A). ) And a hot fluid outlet (4B), and a hot fluid passage (4) connected between the hot fluid inlet and the hot fluid outlet to the power generation module and the heat exchanger, a cold fluid inlet (5A), and A cryogenic fluid outlet (5B) having a cryogenic fluid passage (5) connected to the power generation module and the heat exchanger between the cryogenic fluid inlet and the cryogenic fluid outlet, the cryogenic fluid passage comprising: A low temperature side bypass passage (5F) that bypasses the power generation module, and a low temperature side flow rate adjustment valve (50) that adjusts the flow rate of the low temperature fluid flowing into the power generation module; Characterized in that the degree of opening controlled based on the temperature difference between the hot fluid and cold fluid immediately after passing through the serial power generation module.
  • the high-temperature fluid is supplied by the heat exchanger provided on the downstream side of the power generation module. Cooling or heating the cryogenic fluid can be discharged outside the power generation system. That is, even when the temperature difference between the high-temperature fluid and the low-temperature fluid in the power generation module is maintained relatively large to improve the power generation efficiency in each thermoelectric element, the power generation system is configured by adjusting the temperature of the high-temperature fluid or the low-temperature fluid in the heat exchanger. Can be discharged outside.
  • the power generation system of the present invention can be applied to parts where fluid cooling or heating is required in various plants, and can be used in place of a conventional heat exchange system.
  • the power generation system of the present invention can be constructed by adding a power generation module upstream of the conventional heat exchange system, and can be easily applied to existing facilities.
  • the configuration of the apparatus can be simplified.
  • the high temperature fluid and the low temperature fluid are supplied to the power generation module before the heat exchanger, the temperature difference between the high temperature fluid and the low temperature fluid in the power generation module can be increased.
  • the flow rate of the low temperature fluid supplied to the power generation module is adjusted so that the temperature difference between the high temperature fluid and the low temperature fluid at the outlet of the power generation module exceeds a predetermined value. Can be maintained.
  • the high-temperature fluid passage has a high-temperature side bypass passage (4F) that bypasses the power generation module and a high-temperature side flow control valve (55) that adjusts the flow rate of the high-temperature fluid flowing into the power generation module.
  • the opening degree of the high temperature side flow rate control valve is preferably controlled based on a temperature difference between the high temperature fluid and the low temperature fluid immediately after passing through the power generation module.
  • the flow rate of the high temperature fluid supplied to the power generation module is adjusted so that the temperature difference between the high temperature fluid and the low temperature fluid at the outlet of the power generation module is adjusted. It can be maintained above a predetermined value.
  • a power generation system (1) which is a power generation module (2) including thermoelectric elements (7A, 7B), a heat exchanger (3), and a high-temperature fluid inlet (4A).
  • a hot fluid passage (4) connected to the power generation module and the heat exchanger between the hot fluid inlet and the hot fluid outlet, a cold fluid inlet (5A) and a cold fluid
  • a cryogenic fluid passage (5) provided with a fluid outlet (5B) and connected to the power generation module and the heat exchanger between the cryogenic fluid inlet and the cryogenic fluid outlet,
  • a high-temperature-side bypass passage (4F) that bypasses the power generation module; and a high-temperature-side flow rate adjustment valve (55) that adjusts the flow rate of the high-temperature fluid flowing into the power generation module.
  • the high temperature side bypass passage (4G) may bypass the power generation module and the heat exchanger.
  • the high-temperature fluid when the temperature of the high-temperature fluid is low, the high-temperature fluid can be discharged outside without passing through the power generation module and the heat exchanger.
  • thermoelectric fluid 141, 151
  • temperature regulators 141, 151
  • the power generation module it is preferable to further include temperature regulators (141, 151) provided in a portion of the high-temperature fluid passage between the high-temperature fluid inlet and the power generation module to adjust the temperature of the high-temperature fluid.
  • the temperature of the high-temperature fluid supplied to the power generation module can be adjusted. This prevents a high-temperature fluid having an excessively high temperature from being supplied to the power generation module and prevents damage to the thermoelectric element due to heat.
  • the temperature controller (151) is connected to a branch passage branched from the low-temperature fluid passage, and mixes a low-temperature fluid supplied through the branch passage with a high-temperature fluid. It is good to adjust the temperature.
  • the temperature of the high temperature fluid can be lowered efficiently.
  • it is suitable when there is no problem even if a high-temperature fluid and a low-temperature fluid are mixed, for example, when the high-temperature fluid and the low-temperature fluid are the same type of fluid (both are aqueous solutions such as water).
  • the temperature controller (141) is connected to a branch passage branched from the low temperature fluid passage, and the low temperature fluid supplied through the branch passage and the high temperature fluid are not mixed with each other.
  • the temperature of the hot fluid may be adjusted by heat exchange.
  • the temperature of the high temperature fluid can be lowered while avoiding mixing of the high temperature fluid and the low temperature fluid.
  • the high-temperature fluid is an organic solution such as hydrocarbon and the low-temperature fluid is an aqueous solution such as water.
  • the temperature of the cryogenic fluid at the cryogenic fluid outlet may be 60 ° C. or less.
  • the power generation module may be formed such that a high-temperature fluid and a low-temperature fluid are opposed to each other with the thermoelectric element interposed therebetween.
  • the temperature difference distribution between the high-temperature fluid and the low-temperature fluid in each part of the power generation module becomes uniform, and the power generation efficiency by the thermoelectric element is improved.
  • Exploded perspective view of the power generation module according to the first embodiment Exploded perspective view of a plate unit according to the first embodiment Sectional drawing of the electric power generation module which concerns on 1st Embodiment
  • the (A) block diagram and (B) graph which show the temperature change in the electric power generation system which concerns on 1st Embodiment (A) Block diagram and (B) graph showing temperature change in power generation system according to comparative example
  • Block diagram showing a power generation system according to a fourth embodiment Block diagram showing a power generation system according to a fifth embodiment Block diagram showing a power generation system according to a sixth embodiment Block diagram showing a power generation system according to a seventh embodiment
  • the block diagram which shows the example which applied the power generation system which concerns on embodiment to an oil refinery plant The block diagram which shows the example which applied the power generation system which concerns on embodiment to the power plant
  • the block diagram which shows the example which applied the electric power generation system which concerns on embodiment to the regasification installation of LNG The block diagram which shows the example which applied the power generation system which concerns on embodiment to the reactor
  • the power generation system 1 includes a power generation module 2, a heat exchanger 3, and a high temperature fluid passage 4 and a low temperature fluid passage 5 connected to the power generation module 2 and the heat exchanger 3.
  • the high-temperature fluid passage 4 includes a high-temperature fluid inlet 4A serving as a high-temperature fluid inlet to the power generation system 1 and a high-temperature fluid outlet 4B serving as a high-temperature fluid discharge port from the power generation system 1. Between the fluid outlet 4B, it is connected to the power generation module 2 and the heat exchanger 3.
  • the low-temperature fluid passage 5 includes a low-temperature fluid inlet 5A serving as a low-temperature fluid inlet to the power generation system 1 and a low-temperature fluid outlet 5B serving as a low-temperature fluid discharge port from the power generation system 1. Between the fluid outlet 5B, it is connected to the power generation module 2 and the heat exchanger 3.
  • the high-temperature fluid passage 4 includes a passage 4C that connects the high-temperature fluid inlet 4A and the power generation module 2, a passage 4D that connects the power generation module 2 and the heat exchanger 3, the heat exchanger 3 and the high-temperature fluid. And a passage 4E connecting the outlet 4B. That is, the high-temperature fluid passage 4 connects the power generation module 2 and the heat exchanger 3 in series, and the high-temperature fluid flows in the order of the power generation module 2 and the heat exchanger 3.
  • the cryogenic fluid passage 5 includes a passage 5C that connects the cryogenic fluid inlet 5A and the power generation module 2, a passage 5D that connects the power generation module 2 and the heat exchanger 3, the heat exchanger 3 and the cryogenic fluid. And a passage 5E connecting the outlet 5B. That is, the low-temperature fluid passage 5 connects the power generation module 2 and the heat exchanger 3 in series, and the low-temperature fluid flows in the order of the power generation module 2 and the heat exchanger 3.
  • the low-temperature fluid passage 5 has a bypass passage 5F connected to the passage 5C and the passage 5D so as to bypass the power generation module 2.
  • the power generation module 2 includes thermoelectric elements 7A and 7B that convert thermal energy into electrical energy by the Seebeck effect.
  • the thermoelectric element 7A is a plurality of p-type semiconductors
  • the thermoelectric element 7B is a plurality of n-type semiconductors.
  • the thermoelectric elements 7A and 7B may be made of metal.
  • thermoelectric elements 7A and 7B are combined to form a subunit 8.
  • the subunit 8 has two plates 9A and 9B.
  • the plurality of thermoelectric elements 7A and 7B are disposed between the two plates 9A and 9B.
  • the plates 9A and 9B are preferably formed from a material having high thermal conductivity.
  • the plurality of thermoelectric elements 7A and 7B are arranged in a plane so as to be along the plates 9A and 9B between the two plates 9A and 9B.
  • the end portion of the thermoelectric element 7A disposed on the one plate 9A side is connected to the end portion disposed on the one plate 9A side of the adjacent thermoelectric element 7B by the electrode 13, and the other plate 9B side of the thermoelectric element 7A side.
  • thermoelectric element 7A and 7B form a series of electric circuits.
  • the connection method of each thermoelectric element 7A, 7B can be arbitrarily selected, such as series or parallel.
  • the plurality of thermoelectric elements 7A and 7B included in one plate unit 12 are connected to each other in series, and the lead wire 15 is connected to the electrodes 13 that form both ends of the electric circuit. Yes.
  • An insulator 16 is provided between the two plates 9A and 9B and the electrode 13, between the electrodes 13, and between the thermoelectric elements 7A and 7B.
  • the edges of both plates 9A and 9B are coupled to each other except for the portion where the lead wire 15 is drawn.
  • the joining method of both plates 9A and 9B may be, for example, a pressure joining method.
  • the plurality of subunits 8 formed as described above are arranged between the two plates 11A and 11B, and constitute the plate unit 12 together with both plates 11A and 11B.
  • Each subunit 8 is disposed such that the plates 9A and 9B are in contact with the plates 11A and 11B.
  • Each subunit 8 is connected to a respective lead wire 15 to form a series of electric circuits.
  • the connection method of each subunit 8 can be arbitrarily selected, such as serial or parallel. In this embodiment, each subunit 8 is connected so as to be in series with each other.
  • the edges of both plates 11A and 11B are coupled to each other except for the portion that leads out the lead wire 15 from the subunit 8 arranged at the end of the circuit.
  • the joining method of both plates 9A and 9B may be, for example, a pressure joining method.
  • thermoelectric elements 7A and 7B are combined into a subunit 8, and this subunit 8 is disposed between the two plates 11A and 11B.
  • the plates 9A and 9B are omitted,
  • the thermoelectric elements 7A and 7B may be disposed inside the plates 11A and 11B via the insulator 16.
  • a first hole 21 and a second hole 22 penetrating both plates 11A and 11B in the thickness direction are formed in the upper edge portion of both plates 11A and 11B joined to each other.
  • a third hole 23 and a fourth hole 24 penetrating the plates 11A and 11B in the thickness direction are formed in the lower edge portions of the plates 11A and 11B that are coupled to each other. Since the first to fourth holes 21 to 24 are coupled to the portion where the plates 11A and 11B are coupled to each other, the first to fourth holes 21 to 24 are isolated from the space where the thermoelectric elements 7A and 7B are disposed between the plates 11A and 11B. Yes.
  • a gasket is interposed between the plates 11A and 11B, and the space in which the thermoelectric elements 7A and 7B are arranged and the first to fourth holes 21 to 24 may be partitioned in a liquid-tight manner. .
  • the power generation module 2 includes a plurality of plate units 12 stacked on the front and rear sides, a front end plate 26 disposed on the front side of the plate unit 12 disposed on the front side, and a rear side of the plate unit 12 disposed on the rear side.
  • the rear end plate 27 arranged on the side and between the plate units 12, the plate unit 12 arranged on the foremost side and the front end plate 26, and the plate unit 12 and the rear end plate 27 arranged on the most rear side Gaskets 30A, 30B, 30C disposed between the two.
  • a front outer plate 31 is disposed on the front side of the front end plate 26, and a rear outer plate 32 is disposed on the rear side of the rear end plate 27.
  • the front outer plate 31 and the rear outer plate 32 are coupled by a plurality of tie rods (not shown) extending in the front-rear direction, and the front end plate 26, the plurality of plate units 12, the rear end plate 27, and the gaskets 30A, 30B, 30C are The front outer plate 31 and the rear outer plate 32 are sandwiched in the front-rear direction.
  • the front end plate 26 has a connection hole 35 penetrating in the thickness direction at a portion facing the first to fourth holes 21 to 24.
  • the front outer plate 31 has a high temperature fluid inlet hole 36 at a portion facing the first hole 21, a low temperature fluid outlet hole 37 at a portion opposite to the second hole 22, and a high temperature fluid outlet hole 38 at a portion opposite to the third hole 23.
  • a cryogenic fluid inlet hole 39 is provided in a portion facing the fourth hole 24.
  • the high temperature fluid inlet hole 36, the low temperature fluid outlet hole 37, the high temperature fluid outlet hole 38, and the low temperature fluid inlet hole 39 penetrate the front outer plate 31 in the thickness direction.
  • the gaskets 30A, 30B, and 30C include three types of first to third gaskets 30A to 30C.
  • the plate units 12 are first, second,... N in ascending order from the front side (n is an odd number in this embodiment).
  • the first gasket 30 ⁇ / b> A is interposed between the front surface of the odd-numbered plate unit 12 and the rear surface of the even-numbered plate unit 12 or the rear surface of the front end plate 26.
  • the second gasket 30 ⁇ / b> B is interposed between the rear surface of the odd-numbered plate unit 12 and the front surface of the even-numbered plate unit 12 or the front surface of the rear end plate 27.
  • the third gasket 30 ⁇ / b> C is interposed between the rear surface of the front outer plate 31 and the front surface of the front end plate 26.
  • the first gasket 30A has a low-temperature connection passage 41B that connects the second holes 22 and the fourth holes 24 of the plate units 12 together with the rear surface of the even-numbered plate units 12 and the front surface of the odd-numbered plate units 12. And a high-temperature main passage 42 ⁇ / b> A that connects both the first holes 21 and the third holes 23 of both plate units 12.
  • the first gasket 30A includes the rear surface of the front end plate 26 and the front surface of the odd-numbered plate unit 12 as well as the second hole 22 and the connection hole 35 facing the second hole 22, and the fourth hole 24 and the fourth hole.
  • connection passage 41B for connecting the connection holes 35 opposed to 24, the first hole 21, the third hole 23, the connection hole 35 opposed to the first hole 21, and the connection hole 35 opposed to the third hole 23, respectively.
  • a high-temperature main passage 42A connecting the two.
  • the high temperature main passage 42 ⁇ / b> A is formed so as to cover most of the main surface of the plate unit 12.
  • the second gasket 30B is a high-temperature connection passage 42B that connects the first holes 21 and the third holes 23 of the plate units 12 together with the rear surface of the odd-numbered plate units 12 and the front surface of the even-numbered plate units 12. And a low-temperature main passage 41 ⁇ / b> A that connects both the second holes 22 and the fourth holes 24 of both plate units 12. Further, the second gasket 30B forms a low-temperature main passage 41A connecting the second hole 22 and the fourth hole 24 together with the rear surface of the odd-numbered plate unit 12 and the front surface of the rear end plate 27, and the first hole 21 and The third hole 23 is closed.
  • the low temperature main passage 41 ⁇ / b> A is formed so as to cover most of the main surface of the plate unit 12.
  • the high-temperature fluid inlet hole 36 and the high-temperature fluid outlet hole 38 are connected to each other via the high-temperature connection passage 42B, the first hole 21, the high-temperature main passage 42A, and the third hole 23, and the high-temperature fluid passage 4 Part of Similarly, the low temperature fluid inlet hole 39 and the low temperature fluid outlet hole 37 are connected to each other via the low temperature connection passage 41B, the fourth hole 24, the low temperature main passage 41A, and the second hole 22, and Parts. Further, the hot fluid passage 4 is disposed on one of the front and rear surfaces of each plate unit 12, and the cryogenic fluid passage 5 is disposed on the other.
  • the high-temperature fluid flowing through the high-temperature fluid passage 4 flows from one side to the bottom of the plate unit 12 (see the white arrow in FIG. 2), and the low-temperature fluid flowing through the low-temperature fluid passage 5 from the other side of the plate unit 12 from below. It flows upward (see the black arrow in FIG. 2), and the high-temperature fluid and the low-temperature fluid become counterflows via the plate unit 12.
  • the heat exchanger 3 has a passage through which the high-temperature fluid flows and a passage through which the low-temperature fluid flows, and exchanges heat between the high-temperature fluid and the low-temperature fluid.
  • the heat exchanger 3 may be a known heat exchanger 3 such as a plate heat exchanger or a spiral heat exchanger.
  • the passage through which the high-temperature fluid flows and the passage through which the low-temperature fluid flow are arranged so that the high-temperature fluid and the low-temperature fluid are opposed to each other.
  • the hot fluid inlet hole 36 of the power generation module 2 is connected to the passage 4C
  • the hot fluid outlet hole 38 is connected to the passage 4D
  • the cold fluid inlet hole 39 is connected to the passage 5C
  • the cold fluid outlet hole 37 is connected to the passage 5D. Has been.
  • a flow rate adjusting valve 50 is provided in the bypass passage 5F.
  • the flow rate adjusting valve 50 adjusts the flow rate of the low temperature fluid flowing through the bypass passage 5F by opening and closing. That is, the flow rate adjustment valve 50 adjusts the flow rate of the low-temperature fluid flowing into the power generation module 2 by opening and closing.
  • a high temperature side temperature sensor 51 is provided at the outlet portion of the power generation module 2 in the passage 4D of the high temperature fluid passage 4, and a low temperature side temperature sensor 52 is provided at the outlet portion of the power generation module 2 in the passage 5D of the low temperature fluid passage 5. It has been.
  • the low temperature side temperature sensor 52 is provided in a portion of the passage 5D on the upstream side of the portion where the downstream end of the bypass passage 5F is connected.
  • the power generation system 1 also has a control device (not shown) that controls the flow rate adjustment valve 50.
  • Detection signals from the high temperature side temperature sensor 51 and the low temperature side temperature sensor 52 are input to the control device, and a temperature difference ⁇ T between the high temperature fluid and the low temperature fluid at the outlet of the power generation module 2 is calculated based on these detection signals. .
  • the control device sets a target opening degree of the flow rate adjustment valve 50 based on the calculated temperature difference ⁇ T, and controls the flow rate adjustment valve 50 to be opened and closed.
  • the control device 53 closes the flow rate adjustment valve 50 when the temperature difference ⁇ T is equal to or larger than a predetermined threshold value, and when the temperature difference ⁇ T is smaller than the threshold value, the flow rate adjustment valve 50 is set so that the opening degree increases as the temperature difference ⁇ T decreases.
  • thermoelectric elements 7A and 7B in the plate unit 12 when the high-temperature fluid flows on one side of the plate unit 12 and the low-temperature fluid flows on the other side of the plate unit 12, the end portions on the one side of the thermoelectric elements 7A and 7B in the plate unit 12 are It becomes high temperature with respect to the end portion on the other side surface, and a temperature difference is generated between the thermoelectric elements 7A and 7B. Thereby, an electromotive force is generated in the thermoelectric elements 7A and 7B by the Seebeck effect. The electromotive force generated by the thermoelectric elements 7A and 7B is proportional to the temperature difference generated in the thermoelectric elements 7A and 7B.
  • the temperature of the high temperature fluid at the inlet (hot fluid inlet hole 36) of the power generation system 1 is T 1 in , and the outlet of the power generation module 2 (high temperature fluid outlet hole 38, heat exchanger 3).
  • the temperature of the hot fluid at the inlet is T1 x
  • the temperature of the hot fluid at the outlet of the power generation system 1 is T1 out
  • the temperature of the cold fluid at the inlet of the power generation system 1 is T2 in
  • the temperature of the cryogenic fluid at the outlet of the power generation module 2 iscold fluid outlet hole 37, the inlet of the heat exchanger 3) T2 x
  • the temperature of the cryogenic fluid at the outlet of the power generation system 1 (the outlet of the heat exchanger 3) Is T2 out .
  • the temperature difference ⁇ T is set to 30 ° C. or higher, preferably 50 ° C. or higher.
  • the temperature difference ⁇ T can be changed by the temperature and flow rate of the hot fluid and the cold fluid.
  • the amount of heat lost by the high-temperature fluid in the power generation module 2 is Q g
  • the amount of heat lost by the high-temperature fluid in the heat exchanger 3 is Q c
  • Heat Q g where the power generation module 2 loses high temperature fluid, the amount of heat Q1 receiving the cryogen by heat conduction, the thermoelectric elements 7A by thermal conduction, joined 7B, the amount of heat Q2 is converted into electricity, the thermoelectric element 7A, the current 7B This is the sum of the Joule heat Q3 generated by flowing and the amount of heat Q4 radiated from the power generation module 2.
  • the amount of heat Q5 that contributes to the temperature rise of the low-temperature fluid is a total value of the amount of heat Q1 and Joule heat Q3 received by the low-temperature fluid by heat conduction.
  • FIG. 6 shows a power generation system 1 in which the heat exchanger 3 is omitted and only the power generation module 2 is provided as a comparative example of the power generation system 1 according to the present embodiment.
  • the temperatures T1 in , T2 in , T1 out of the power generation system 1 according to the present embodiment are the temperatures of the hot fluid and the cold fluid at the inlet of the power generation system 1 according to the comparative example, and the temperatures of the hot fluid and the cold fluid at the outlet of the power generation system 1.
  • T2 is the same value as out .
  • the temperature difference ⁇ T2 (T1 out ⁇ T2 out ) at the outlet of the power generation module 2 of the high temperature fluid and the low temperature fluid is obtained.
  • the temperature difference ⁇ T at the outlet of the power generation module 2 in the power generation system 1 according to the present embodiment is larger than the temperature difference ⁇ T2 at the outlet of the power generation module 2 according to the comparative example, power generation per one thermoelectric element 7A, 7B.
  • the amount increases.
  • the temperature T2 x of the low temperature fluid at the outlet of the power generation module 2 according to the present embodiment is lower than the temperature T2 out of the low temperature fluid at the outlet of the power generation module 2 according to the comparative example, and the amount of heat Q5 received by the low temperature fluid is small. Therefore, the power generation efficiency of the power generation system 1 according to the present embodiment is improved as compared with the comparative example.
  • the power generation system 1 according to the first embodiment includes the heat exchanger 3 on the downstream side of the power generation module 2, an outlet of the power generation system 1 is maintained while maintaining a large temperature difference between the high temperature fluid and the low temperature fluid in the power generation module 2.
  • the temperature of the high-temperature fluid in can be lowered to a predetermined value or less. Therefore, in the plant etc., the power generation system 1 according to the present embodiment can be replaced with a place where only the heat exchanger 3 has been conventionally used.
  • the electric power generation system 1 which concerns on this embodiment can be formed by adding a thermoelectric module to the upstream of the place where only the heat exchanger 3 was conventionally used.
  • the flow rate adjustment valve 50 is controlled based on the temperature difference ⁇ T between the high temperature fluid and the low temperature fluid at the outlet of the power generation module 2, and the flow rate of the low temperature fluid passing through the power generation module 2 is controlled.
  • the temperature difference ⁇ T between the high temperature fluid and the low temperature fluid is maintained at a predetermined threshold value or more, and the thermoelectric elements 7A and 7B perform power generation in an efficient state. Thereby, even when the temperature and flow rate of the high-temperature fluid and the low-temperature fluid flowing into the power generation system 1 fluctuate, the power generation module 2 can generate power in an efficient state.
  • the power generation systems according to the following second to seventh embodiments are different from the power generation system 1 according to the first embodiment in the configuration of the high-temperature fluid passage and the low-temperature fluid passage.
  • the same components as those of the power generation system 1 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the power generation system 100 according to the second embodiment includes a passage 4C and a passage 4D so that the high-temperature fluid passage 4 bypasses the power generation module 2 as compared with the power generation system 1 according to the first embodiment.
  • the difference is that it has a bypass passage 4F connected to.
  • the low temperature fluid passage 5 of the power generation system 100 is different in that the bypass passage 5F and the flow rate adjustment valve 50 are omitted.
  • a flow rate adjustment valve 55 is provided in the bypass passage 4F.
  • the flow rate adjustment valve 55 adjusts the flow rate of the high-temperature fluid flowing through the bypass passage 4F by opening and closing. That is, the flow rate adjustment valve 55 adjusts the flow rate of the high-temperature fluid flowing into the power generation module 2 by opening and closing.
  • the flow rate adjusting valve 55 is controlled by the control device based on the temperature difference ⁇ T between the high temperature fluid and the low temperature fluid at the outlet of the power generation module 2.
  • the power generation system 100 can adjust the flow rate of the high-temperature fluid supplied to the power generation module 2 by the flow rate adjustment valve 55 even when the temperature and flow rate of the high-temperature fluid and the low-temperature fluid flowing into the power generation system 100 vary. Accordingly, the temperature difference ⁇ T between the high temperature fluid and the low temperature fluid at the outlet of the power generation module 2 is maintained at a predetermined value, and the power generation module 2 can perform power generation in an efficient state.
  • the power generation system 110 has a passage 4C and a passage 4D so that the high-temperature fluid passage 4 bypasses the power generation module 2 as compared with the power generation system 1 according to the first embodiment.
  • the difference is that it has a bypass passage 4F connected to each other.
  • a flow rate adjustment valve 55 is provided in the bypass passage 4F.
  • the flow rate adjusting valve 50 is controlled by the control device based on the temperature difference ⁇ T between the high temperature fluid and the low temperature fluid at the outlet of the power generation module 2.
  • the power generation system 110 adjusts the flow rates of the high temperature fluid and the low temperature fluid supplied to the power generation module 2 by the flow rate control valves 50 and 55 even when the temperature and flow rate of the high temperature fluid and the low temperature fluid flowing into the power generation system 110 fluctuate. be able to.
  • the power generation system 120 has a passage such that the high-temperature fluid passage 4 bypasses the power generation module 2 and the heat exchanger 3 as compared with the power generation system 1 according to the first embodiment.
  • the difference is that a bypass passage 4G is connected to 4C and the passage 4E.
  • a flow rate adjustment valve 55 is provided in the bypass passage 4G.
  • the flow rate adjustment valve 55 adjusts the flow rate of the high-temperature fluid flowing through the bypass passage 4F by opening and closing.
  • the flow rate adjusting valve 55 is controlled by the control device based on the temperature difference ⁇ T between the high temperature fluid and the low temperature fluid at the outlet of the power generation module 2.
  • the power generation system 130 according to the fifth embodiment is different from the power generation system 1 according to the first embodiment in that each of the high-temperature fluid passage 4 and the low-temperature fluid passage 5 includes the power generation module 2 and the heat exchange.
  • the difference is that the devices 3 are connected in parallel.
  • the high-temperature fluid passage 4 includes a passage 4H connecting the high-temperature fluid inlet 4A and the power generation module 2, a passage 4J connecting the power generation module 2 and the high-temperature fluid outlet 4B, and a passage connecting the passage 4H and the heat exchanger 3. 4K and a passage 4L connecting the heat exchanger 3 and the passage 4J.
  • the passage 4K, the heat exchanger 3, and the passage 4L constitute a series of bypass passages that bypass the power generation module 2.
  • a flow rate adjusting valve 131 is provided at a portion on the downstream side (the power generation module 2 side) of the passage 4H where the passage 4K is connected.
  • a high temperature side temperature sensor 51 is provided on the upstream side (power generation module 2 side) portion of the passage 4J where the passage 4L is connected.
  • the low temperature fluid passage 5 includes a passage 5H connecting the low temperature fluid inlet 5A and the power generation module 2, a passage 5J connecting the power generation module 2 and the low temperature fluid outlet 5B, and a passage connecting the passage 5H and the heat exchanger 3. 5K, and a passage 5L connecting the heat exchanger 3 and the passage 5J.
  • the passage 5K, the heat exchanger 3, and the passage 5L constitute a series of bypass passages that bypass the power generation module 2.
  • a flow rate adjusting valve 132 is provided in the passage 5K.
  • a low temperature side temperature sensor 52 is provided on the upstream side (the power generation module 2 side) portion of the passage 5J where the passage 5L is connected.
  • the flow control valves 131 and 132 are controlled by the control device based on the temperature difference ⁇ T between the high temperature fluid and the low temperature fluid at the outlet of the power generation module 2.
  • the power generation system 140 according to the sixth embodiment is different from the power generation system 1 according to the first embodiment in that a temperature regulator 141 is provided in the passage 4 ⁇ / b> C of the high-temperature fluid passage 4.
  • the temperature controller 141 is a device that adjusts the high-temperature fluid supplied to the power generation system 140 to a temperature suitable for the power generation module 2.
  • the temperature controller 141 is a known counter-flow heat exchanger, and the high-temperature fluid supplied to the high-temperature fluid inlet 4A and the low-temperature fluid supplied to the low-temperature fluid inlet 5A are mixed with each other. Heat exchange is performed in an unsuitable manner.
  • the temperature controller 141 is connected to the high-temperature fluid inlet 4A by a passage 4C1 that forms an upstream portion of the passage 4C of the high-temperature fluid passage 4, and is connected to the power generation module 2 by a passage 4C2 that forms a downstream portion of the passage 4C.
  • the low-temperature fluid passage 5 is connected to the power generation module 2 by a passage 5D1 forming an upstream portion of the passage 5D, and is connected to the heat exchanger 3 by a passage 5D2 forming a downstream portion of the passage 5D.
  • the passage 5C and the passage 5D1 are connected to each other by a bypass passage 5D3 that bypasses the power generation module 2.
  • a flow rate adjustment valve 142 that changes the flow rate of the low-temperature fluid flowing into the power generation module 2 is provided in the bypass passage 5D3.
  • An inlet temperature sensor 143 that detects the temperature of the high-temperature fluid flowing into the power generation module 2 is provided at the inlet portion of the power generation module 2 in the passage 4C2.
  • the control device of the power generation system 140 controls the flow rate adjustment valve 142 based on the detection signal of the inlet temperature sensor 143. For example, when the temperature of the high-temperature fluid flowing into the power generation module 2 is equal to or higher than a predetermined value, the control device opens the flow rate control valve 142 and increases the opening degree as the temperature increases.
  • thermoelectric elements 7A and 7B of the power generation module 2 may be deformed or damaged when exposed to an excessively high temperature exceeding the operating temperature range. However, in the power generation system 140, the temperature of the high-temperature fluid flowing into the power generation module 2 is high. Since it is controlled by the temperature regulator 141, the thermoelectric elements 7A and 7B are prevented from being damaged. Cooling by the temperature controller 141 is applied when the high-temperature fluid is, for example, steam such as thermal oil or hydrocarbon, high-temperature steam, or the like.
  • the power generation system 150 according to the seventh embodiment differs from the power generation system 140 according to the sixth embodiment in the configuration of the temperature regulator 151 and the configuration of the passage 5C.
  • the passage 5C includes a passage 5C1 that connects the cryogenic fluid inlet 5A and the power generation module 2, and a passage 5C2 that connects the passage 5C1 and the temperature regulator 151.
  • a flow rate adjustment valve 152 that changes the flow rate of the low-temperature fluid flowing into the temperature regulator 141 is provided in the passage 5C2.
  • the temperature controller 151 mixes the low temperature fluid supplied by the passage 5C2 with the high temperature fluid flowing from the passage 4C1 to the passage 4C2, and cools the high temperature fluid.
  • the control device of the power generation system 150 controls the flow rate adjustment valve 152 based on the detection signal of the inlet temperature sensor 143.
  • this embodiment can be applied when a high temperature fluid and a low temperature fluid can be mixed, for example, can be used when a high temperature fluid is steam and a low temperature fluid is water.
  • the oil refinery plant 200 includes a heating furnace 201 that heats crude oil, and a distillation apparatus 202 (distillation tower) that distills the crude oil heated in the heating furnace 201.
  • the power generation system 1 is provided on the downstream side of the distillation apparatus 202 and is used as a heat exchanger that cools any component (for example, heavy oil, light oil, kerosene, gasoline, etc.) in the crude oil separated in the distillation apparatus 202. .
  • the hot fluid inlet 4A of the power generation system 1 is connected to a passage through which an arbitrary component distilled in the distillation apparatus 202 flows, and the cold fluid inlet 5A of the power generation system 1 is connected to a cooling water passage.
  • the arbitrary component separated by passing through the distillation apparatus 202 is cooled by passing through the power generation system 1, and the power generation system 1 generates power using a part of the heat amount of the arbitrary component.
  • the cold fluid inlet 5A of the power generation system 1 may be connected to a passage through which crude oil before being sent to the heating furnace 201 flows, instead of the cooling water passage.
  • the crude oil is heated using the heat amount of any component that has passed through the distillation apparatus 202, so that the energy efficiency in the oil refining plant 200 is improved.
  • a heating device 203 that performs heating with electric power is provided on the heating furnace 201 or a passage through which crude oil flows, and the electric power generated by the power generation system 1 is supplied to the heating device 203.
  • the heating device 203 may be a heating device using resistance heating, for example. According to this configuration, the energy efficiency in the oil refining plant 200 is improved.
  • a heat exchanger or a heater that performs heating by fuel combustion may be applied instead of the heating device 203 that performs heating by electric power.
  • a power plant 300 includes a boiler 301 that heats water and generates steam, a steam turbine 302 that is driven by steam generated by the boiler 301, and a generator that is driven by the steam turbine 302. 303 and a condenser 304 that cools and condenses the steam that has passed through the steam turbine 302.
  • the power generation system 1 according to the present embodiment is provided between the steam turbine 302 and the condenser 304, and is used as a heat exchanger that cools the steam.
  • the hot fluid inlet 4 ⁇ / b> A of the power generation system 1 is connected to a passage through which the steam that has passed through the steam turbine 302 flows, and the cold fluid inlet 5 ⁇ / b> A of the power generation system 1 is connected to a cooling water passage common to the condenser 304. That is, the steam that has passed through the steam turbine 302 is used as a high-temperature fluid, and the cooling water used for the condenser 304 is used as a low-temperature fluid.
  • the cooling water may be seawater, for example.
  • the steam that has passed through the steam turbine 302 is cooled by passing through the power generation system 1, and the power generation system 1 generates power by using a part of the heat amount of the steam. Since the power generation system generates power by using the heat quantity of steam that is normally discarded in the condenser 304, the energy efficiency of the power plant 300 can be improved.
  • the LNG regasification facility 400 includes an LNG tank 401 that stores LNG, and a seawater vaporizer 402 that vaporizes LNG.
  • the seawater vaporizer 402 is a device that exchanges heat between seawater and LNG and vaporizes LNG by the heat of seawater.
  • the power generation system 1 according to the present embodiment is provided between the LNG tank 401 and the seawater vaporizer 402, and is used as the heat exchanger 3 that raises the temperature of the LNG.
  • the high-temperature fluid inlet 4A of the power generation system 1 is connected to a seawater passage common to the seawater vaporizer 402, and the low-temperature fluid inlet 5A of the power generation system 1 is connected to a passage through which LNG from the LNG tank 401 flows. That is, seawater is used as a high temperature fluid and LNG is used as a low temperature fluid. The LNG is heated by passing through the power generation system 1, and the power generation system 1 generates power using a temperature difference between seawater and LNG.
  • the reaction facility 500 is a facility that reacts various raw materials to generate products.
  • the reaction facility 500 includes a raw material tank 501, a heater 502, and a reactor 503.
  • the power generation system 1 can be applied to various chemical industrial plants having a reaction facility 500 such as petrochemical industry, natural gas chemical industry, coal chemical industry, and polymer chemical industry.
  • the raw material tank 501 is a tank for storing raw materials.
  • the heater 502 heats the raw material supplied from the raw material tank 501 to the reactor 503.
  • the heater 502 is, for example, an electric heater or a heat exchanger.
  • the reactor 503 is a container that performs an exothermic reaction or an endothermic reaction.
  • the power generation system 1 is provided on the downstream side of the reactor 503, and is used as a heat exchanger that cools the product generated in the reactor 503.
  • the hot fluid inlet 4A of the power generation system 1 is connected to the outlet of the reactor 503, and the cold fluid inlet 5A of the power generation system 1 is connected to the cooling water passage.
  • the product is cooled by passing through the power generation system 1.
  • the power generation system 1 generates power using the temperature difference between the product and the cooling water.
  • the heater 502 is an electric heater
  • the electric power generated by the power generation system 1 is supplied to the heater 502 and used to heat the raw material.
  • the dehydrogenation reaction facility 600 is a facility that generates hydrogen and an aromatic compound from a hydrogenated aromatic compound.
  • the hydrogenated aromatic compound include benzene, toluene, and naphthalene
  • examples of the aromatic compound include cyclohexane, methylcyclohexane, and tetralin.
  • the dehydrogenation reaction facility 600 includes a hydrogenated aromatic compound tank 601, a heater 602, a dehydrogenation reactor 603, a gas-liquid separator 604, a hydrogen tank 605, and an aromatic compound tank 606.
  • the hydrogenated aromatic compound tank 601 is a tank for storing a hydrogenated aromatic compound as a raw material.
  • the heater 602 heats the hydrogenated aromatic compound supplied from the hydrogenated aromatic compound tank 601 to the dehydrogenation reactor 603.
  • the heater 602 is, for example, an electric heater or a heat exchanger.
  • the dehydrogenation reactor 603 is a reaction vessel filled with a dehydrogenation catalyst that separates a hydrogenated aromatic compound into hydrogen and an aromatic compound.
  • the hydrogenated aromatic compound heated by the heater 602 is decomposed by the dehydrogenation reactor 603 and sent to the gas-liquid separator 604 as a mixture of hydrogen and the aromatic compound.
  • the gas-liquid separator 604 separates hydrogen that is a gas and aromatic compounds that are a liquid. Hydrogen separated by the gas-liquid separator 604 is stored in the hydrogen tank 605, and the aromatic compound is stored in the aromatic compound tank 606.
  • the power generation system 1 is provided between the dehydrogenation reactor 603 and the gas-liquid separation device 604 and is used as a heat exchanger that cools the hydrogen and aromatic compounds generated in the dehydrogenation reactor 603. Is done.
  • the hot fluid inlet 4A of the power generation system 1 is connected to the outlet of the dehydrogenation reactor 603, and the cold fluid inlet 5A of the power generation system 1 is connected to the cooling water passage. Hydrogen and aromatic compounds are cooled by passing through the power generation system 1, and gaseous aromatic compounds are condensed.
  • the power generation system 1 generates power using a temperature difference between hydrogen and aromatic compounds and cooling water.
  • the heater 602 is an electric heater, the electric power generated by the power generation system 1 is supplied to the heater 602 and used to heat the hydrogenated aromatic compound.
  • the flow rate adjustment valve (50, 60, etc.) is controlled by the control device based on the temperature difference ⁇ T between the high temperature fluid and the low temperature fluid at the outlet of the power generation module 2.
  • the temperature of the low temperature fluid at the outlet of the power generation module 2 may be controlled to be 60 ° C. or less. In this case, the temperature rise of the liquid in the low temperature fluid passage 5 is suppressed, and the generation of algae is suppressed.

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Abstract

【課題】　発電効率が良く、従来の熱交換に置換可能な発電システムを提供する。 【解決手段】　発電システム１であって、熱電素子７Ａ、７Ｂを備えた発電モジュール２と、熱交換器３と、高温流体入口４Ａ及び高温流体出口４Ｂを備え、高温流体入口及び高温流体出口の間において発電モジュール及び熱交換器に接続された高温流体通路４と、低温流体入口５Ａ及び低温流体出口５Ｂを備え、低温流体入口及び低温流体出口の間において発電モジュール及び熱交換器に接続された低温流体通路５とを有し、低温流体通路は、発電モジュールを迂回する低温側バイパス通路５Ｆと、発電モジュールに流入する低温流体の流量を調節する低温側流量調節弁５０とを有し、低温側流量調節弁は、発電モジュールを通過した直後の高温流体及び低温流体の温度差に基づいて開度が制御される。

Description

発電システム
　本発明は、供給される高温流体及び低温流体の温度差を利用して熱電素子により発電すると共に、高温流体及び低温流体の少なくとも一方を所定の温度に調節して排出する発電システムに関する。
　ゼーベック効果によって熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子を利用して発電システムを構成したものがある（例えば、特許文献１）。特許文献１では、熱伝導性を有する一対のプレートによって熱電素子を挟み込んでプレート状熱発電ユニットを形成し、プレート状熱発電ユニットを複数積層して、隣り合うプレート状熱発電ユニットの間に高温流体が流れる高温流体通路及び低温流体が流れる低温流体通路を形成している。このような発電システムは、発電プラントに組み込まれ、蒸気タービンを通過した後の水蒸気を高温流体として利用している。この発電システムは、プラントにおける排熱を利用して発電するため、プラント全体のエネルギー効率を高めることができる。
特開２００９－８１９７０号公報
　熱電素子は、１つの素子当りの起電力が小さいため、多数の素子を直列接続して使用される。しかしながら、熱電素子の数を増やすと発電システムを通過する間に高温流体及び低温流体間の熱交換量が大きくなり、熱電素子に生じる温度差が小さくなる。熱電素子は、両端に生じる温度差の大きさに応じて起電力が変化するため、温度差が小さい状態で使用すると、１つの素子当りの発電効率が低下し、発電量に対する発電システムのコストが増加する。そのため、発電効率の観点からは、発電システムに含まれる熱電素子の数を減らして高温流体及び低温流体間の熱交換を抑制し、個々の熱電素子に生じる温度差を大きく維持することが好ましい。しかしながら、この場合には発電素子での熱交換量が小さくなるため、排出される高温流体の冷却又は低温流体の加熱、すなわち温度調節を十分に行うことができなくなる。
　本発明は、以上の背景を鑑み、熱電素子を備えた発電システムにおいて、熱電素子当たりの発電効率を向上させると共に、排出される高温流体又は低温流体の温度調節を可能にすることを課題とする。
　上記課題を解決するために、本発明は発電システム（１）であって、熱電素子（７Ａ、７Ｂ）を備えた発電モジュール（２）と、熱交換器（３）と、高温流体入口（４Ａ）及び高温流体出口（４Ｂ）を備え、前記高温流体入口及び前記高温流体出口の間において前記発電モジュール及び前記熱交換器に接続された高温流体通路（４）と、低温流体入口（５Ａ）及び低温流体出口（５Ｂ）を備え、前記低温流体入口及び前記低温流体出口の間において前記発電モジュール及び前記熱交換器に接続された低温流体通路（５）とを有し、前記低温流体通路は、前記発電モジュールを迂回する低温側バイパス通路（５Ｆ）と、前記発電モジュールに流入する低温流体の流量を調節する低温側流量調節弁（５０）とを有し、前記低温側流量調節弁は、前記発電モジュールを通過した直後の高温流体及び低温流体の温度差に基づいて開度が制御されることを特徴とする。
　この構成によれば、発電モジュールにおける高温流体及び低温流体の温度差を維持するために両者の熱交換量を小さくする場合にも、発電モジュールの下流側に設けられた熱交換器によって高温流体を冷却し、又は低温流体を加熱して、発電システムの外部に排出することができる。すなわち、発電モジュールにおける高温流体及び低温流体の温度差を比較的大きく維持して各熱電素子における発電効率を向上させる場合にも、熱交換器において高温流体又は低温流体の温度を調節して発電システムの外部に排出することができる。そのため、本発明の発電システムは、各種プラントにおいて流体の冷却又は加熱が必要な部分に適用することができ、従来の熱交換システムに置換して使用することができる。また、本発明の発電システムは、従来の熱交換システムの上流側に発電モジュールを追加することによっても構築することができ、既存設備への適用が容易である。また、発電システムでは、発電モジュール及び熱交換器において共通の高温流体及び低温流体を使用するため、装置の構成を簡素にすることができる。また、高温流体及び低温流体は、熱交換器の前に発電モジュールに供給されるため、発電モジュールにおける高温流体及び低温流体の温度差を大きくすることができる。また、高温流体及び低温流体の流量や温度が変化する場合にも、発電モジュールに供給する低温流体の流量を調節して、発電モジュールの出口における高温流体及び低温流体の温度差を所定値以上に維持することができる。
　上記の発明において、前記高温流体通路は、前記発電モジュールを迂回する高温側バイパス通路（４Ｆ）と、前記発電モジュールに流入する高温流体の流量を調節する高温側流量調節弁（５５）とを有し、前記高温側流量調節弁は、前記発電モジュールを通過した直後の高温流体及び低温流体の温度差に基づいて開度が制御されるとよい。
　この構成によれば、高温流体及び低温流体の流量や温度が変化する場合にも、発電モジュールに供給する高温流体の流量を調節して、発電モジュールの出口における高温流体及び低温流体の温度差を所定値以上に維持することができる。
　また、本発明の他の側面は、発電システム（１）であって、熱電素子（７Ａ、７Ｂ）を備えた発電モジュール（２）と、熱交換器（３）と、高温流体入口（４Ａ）及び高温流体出口（４Ｂ）を備え、前記高温流体入口及び前記高温流体出口の間において前記発電モジュール及び前記熱交換器に接続された高温流体通路（４）と、低温流体入口（５Ａ）及び低温流体出口（５Ｂ）を備え、前記低温流体入口及び前記低温流体出口の間において前記発電モジュール及び前記熱交換器に接続された低温流体通路（５）とを有し、前記高温流体通路は、前記発電モジュールを迂回する高温側バイパス通路（４Ｆ）と、前記発電モジュールに流入する高温流体の流量を調節する高温側流量調節弁（５５）とを有し、前記高温側流量調節弁は、前記発電モジュールを通過した直後の高温流体及び低温流体の温度差に基づいて開度が制御されることを特徴とする。
　上記の発明において、前記高温側バイパス通路（４Ｇ）は、前記発電モジュール及び前記熱交換器を迂回してもよい。
　この構成によれば、高温流体の温度が低い場合には、高温流体を発電モジュール及び熱交換器に通過させずに外部に排出することができる。
　上記の発明において、前記高温流体通路における前記高温流体入口と前記発電モジュールとの間の部分に設けられ、高温流体の温度を調節する温度調節器（１４１、１５１）を更に有するとよい。
　この構成によれば、発電モジュールに供給する高温流体の温度を調節することができる。これにより、過度に温度が高い高温流体が発電モジュールに供給されることが防止され、熱に伴う熱電素子の損傷が防止される。
　上記の発明において、前記温度調節器（１５１）は、前記低温流体通路から分岐した分岐通路に接続され、前記分岐通路を介して供給される低温流体と、高温流体とを混合することによって高温流体の温度を調節するとよい。
　この構成によれば、効率良く高温流体の温度を低下させることができる。例えば、高温流体及び低温流体が混合されても問題がない場合、例えば、高温流体及び低温流体が同種の流体である場合（共に水等の水溶液である場合）に適している。
　上記の発明において、前記温度調節器（１４１）は、前記低温流体通路から分岐した分岐通路に接続され、前記分岐通路を介して供給される低温流体と、高温流体とを互いに混ざり合わない状態で熱交換させることによって高温流体の温度を調節するとよい。
　この構成によれば、高温流体と低温流体との混合を避けつつ、高温流体の温度を低下させることができる。例えば、高温流体が炭化水素等の有機溶液であり、低温流体が水等の水溶液である場合に適している。
　上記の発明において、前記低温流体出口における低温流体の温度が６０℃以下であるとよい。
　この構成によれば、低温流体通路内の液温の上昇が抑制され、藻等の発生による低温流体通路の閉塞が抑制される。
　上記の発明において、前記発電モジュールは、高温流体及び低温流体が前記熱電素子を挟んで対向流となるように形成されているとよい。
　この構成によれば、発電モジュールの各部における高温流体と低温流体との温度差の分布が均質になり、熱電素子による発電の効率が向上する。
　以上の構成によれば、発電効率が良く、従来の熱交換システムに置換可能な発電システムを提供することができる。
第１実施形態に係る発電システムを示すブロック図 第１実施形態に係る発電モジュールの分解斜視図 第１実施形態に係るプレートユニットの分解斜視図 第１実施形態に係る発電モジュールの断面図 第１実施形態に係る発電システムにおける温度変化を示す（Ａ）ブロック図、及び（Ｂ）グラフ 比較例に係る発電システムにおける温度変化を示す（Ａ）ブロック図、及び（Ｂ）グラフ 第２実施形態に係る発電システムを示すブロック図 第３実施形態に係る発電システムを示すブロック図 第４実施形態に係る発電システムを示すブロック図 第５実施形態に係る発電システムを示すブロック図 第６実施形態に係る発電システムを示すブロック図 第７実施形態に係る発電システムを示すブロック図 実施形態に係る発電システムを石油精製プラントに適用した例を示すブロック図 実施形態に係る発電システムを発電プラントに適用した例を示すブロック図 実施形態に係る発電システムをＬＮＧの再ガス化設備に適用した例を示すブロック図 実施形態に係る発電システムを反応装置に適用した例を示すブロック図 実施形態に係る発電システムを水素化芳香族化合物の脱水素反応設備に適用した例を示すブロック図
　以下、図面を参照して、本発明に係る発電システムの実施形態について説明する。
　（第１実施形態）
　図１に示すように、発電システム１は、発電モジュール２と、熱交換器３と、発電モジュール２及び熱交換器３に接続された高温流体通路４及び低温流体通路５とを有する。高温流体通路４は、発電システム１への高温流体の流入口となる高温流体入口４Ａと、発電システム１からの高温流体の排出口となる高温流体出口４Ｂとを備え、高温流体入口４Ａ及び高温流体出口４Ｂの間において発電モジュール２及び熱交換器３に接続されている。低温流体通路５は、発電システム１への低温流体の流入口となる低温流体入口５Ａと、発電システム１からの低温流体の排出口となる低温流体出口５Ｂとを備え、低温流体入口５Ａ及び低温流体出口５Ｂの間において発電モジュール２及び熱交換器３に接続されている。
　本実施形態では、高温流体通路４は、高温流体入口４Ａと発電モジュール２とを接続する通路４Ｃと、発電モジュール２と熱交換器３とを接続する通路４Ｄと、熱交換器３と高温流体出口４Ｂとを接続する通路４Ｅとを有する。すなわち、高温流体通路４は、発電モジュール２と熱交換器３とを直列に接続し、高温流体は発電モジュール２、熱交換器３の順に流れる。
　本実施形態では、低温流体通路５は、低温流体入口５Ａと発電モジュール２とを接続する通路５Ｃと、発電モジュール２と熱交換器３とを接続する通路５Ｄと、熱交換器３と低温流体出口５Ｂとを接続する通路５Ｅとを有する。すなわち、低温流体通路５は、発電モジュール２と熱交換器３とを直列に接続し、低温流体は発電モジュール２、熱交換器３の順に流れる。また、低温流体通路５は、発電モジュール２を迂回するように通路５Ｃと通路５Ｄとに接続されたバイパス通路５Ｆを有する。
　図３及び図４に示すように、発電モジュール２は、ゼーベック効果によって熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子７Ａ、７Ｂを有している。本実施形態では、熱電素子７Ａは複数のｐ型半導体であり、熱電素子７Ｂは複数のｎ型半導体である。他の実施形態では、熱電素子７Ａ、７Ｂは金属から形成されてもよい。
　熱電素子７Ａ、７Ｂは、複数個が組み合わされてサブユニット８を形成している。サブユニット８は、２枚のプレート９Ａ、９Ｂを有する。複数の熱電素子７Ａ、７Ｂは、２枚のプレート９Ａ、９Ｂの間に配置されている。プレート９Ａ、９Ｂは、熱伝導率が高い材料から形成されることが好ましい。複数の熱電素子７Ａ、７Ｂは、２枚のプレート９Ａ、９Ｂの間において各プレート９Ａ、９Ｂに沿うように平面状に配置される。熱電素子７Ａの一方のプレート９Ａ側に配置される端部は、隣り合う熱電素子７Ｂの一方のプレート９Ａ側に配置される端部と電極１３によって接続され、熱電素子７Ａの他方のプレート９Ｂ側に配置される端部は、他の隣り合う熱電素子７Ｂの他方のプレート９Ｂ側に配置される端部と電極１３によって接続されている。これにより、複数の熱電素子７Ａ、７Ｂは、一連の電気回路を形成する。各熱電素子７Ａ、７Ｂの接続方法は、直列や並列等、任意に選択することができる。本実施形態では、１つのプレートユニット１２に含まれる複数の熱電素子７Ａ、７Ｂは、互いに直列となるように接続され、電気回路の両端を形成する電極１３には、リード線１５が接続されている。
　２枚のプレート９Ａ、９Ｂと電極１３との間、各電極１３間、各熱電素子７Ａ、７Ｂ間には絶縁体１６が設けられている。両プレート９Ａ、９Ｂの縁部は、リード線１５を引き出す部分を除いて互いに結合されている。両プレート９Ａ、９Ｂの結合方法は、例えば加圧接合法であってよい。
　以上のように形成された複数のサブユニット８は、２枚のプレート１１Ａ、１１Ｂの間に配置され、両プレート１１Ａ、１１Ｂと共にプレートユニット１２を構成する。各サブユニット８は、各プレート９Ａ、９Ｂがプレート１１Ａ、１１Ｂと接触するように配置される。各サブユニット８は、それぞれのリード線１５が接続され、一連の電気回路を形成する。各サブユニット８の接続方法は、直列や並列等、任意に選択することができる。本実施形態では、各サブユニット８は、互いに直列となるように接続されている。両プレート１１Ａ、１１Ｂの縁部は、回路の端部に配置されたサブユニット８からのリード線１５を引き出す部分を除いて互いに結合されている。両プレート９Ａ、９Ｂの結合方法は、例えば加圧接合法であってよい。
　本実施形態では、熱電素子７Ａ、７Ｂを組み合わせてサブユニット８とし、このサブユニット８を２枚のプレート１１Ａ、１１Ｂ間に配置したが、他の実施形態では、プレート９Ａ、９Ｂを省略し、プレート１１Ａ、１１Ｂの内側に絶縁体１６を介して熱電素子７Ａ、７Ｂを配置してもよい。
　図２に示すように、両プレート１１Ａ、１１Ｂの互いに結合された上縁部には、両プレート１１Ａ、１１Ｂを厚み方向に貫通する第１孔２１及び第２孔２２が形成されている。同様に、両プレート１１Ａ、１１Ｂの互いに結合された下縁部には、両プレート１１Ａ、１１Ｂを厚み方向に貫通する第３孔２３及び第４孔２４が形成されている。第１～第４孔２１～２４は、両プレート１１Ａ、１１Ｂが互いに結合された部分に結合されているため、両プレート１１Ａ、１１Ｂ間の熱電素子７Ａ、７Ｂが配置された空間と隔離されている。他の実施形態では、両プレート１１Ａ、１１Ｂ間にガスケットを介装し、熱電素子７Ａ、７Ｂが配置された空間と、第１～第４孔２１～２４とを液密に区画してもよい。
　発電モジュール２は、前後に積層された複数個のプレートユニット１２と、最も前側に配置されたプレートユニット１２の前側に配置された前端プレート２６と、最も後側に配置されたプレートユニット１２の後側に配置された後端プレート２７と、各プレートユニット１２の間、最も前側に配置されたプレートユニット１２と前端プレート２６の間、及び最も後側に配置されたプレートユニット１２と後端プレート２７の間に配置されたガスケット３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃとを有する。前端プレート２６の前側には前アウタプレート３１が配置され、後端プレート２７の後側には後アウタプレート３２が配置されている。前アウタプレート３１と後アウタプレート３２とは前後に延びる複数のタイロッド（図示省略）によって結合され、前端プレート２６、複数枚のプレートユニット１２、後端プレート２７、及び各ガスケット３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃは、前アウタプレート３１及び後アウタプレート３２によって前後方向から挟持されている。
　前端プレート２６は、第１～第４孔２１～２４と対向する部分に、厚み方向に貫通する接続孔３５を有する。前アウタプレート３１は、第１孔２１と対向する部分に高温流体入口孔３６、第２孔２２と対向する部分に低温流体出口孔３７、第３孔２３と対向する部分に高温流体出口孔３８、第４孔２４と対向する部分に低温流体入口孔３９を有する。高温流体入口孔３６、低温流体出口孔３７、高温流体出口孔３８、及び低温流体入口孔３９は、前アウタプレート３１を厚み方向に貫通する。
　ガスケット３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃは、第１～第３ガスケット３０Ａ～３０Ｃの３種類を含む。各プレートユニット１２を前側から昇順に第１、第２、...第ｎとする（本実施形態ではｎは奇数とする）。第１ガスケット３０Ａは、奇数番のプレートユニット１２の前面と、偶数番のプレートユニット１２の後面又は前端プレート２６の後面との間のそれぞれに介装されている。第２ガスケット３０Ｂは、奇数番のプレートユニット１２の後面と、偶数番のプレートユニット１２の前面又は後端プレート２７の前面との間のそれぞれに介装されている。第３ガスケット３０Ｃは、前アウタプレート３１の後面と前端プレート２６の前面との間に介装されている。
　第１ガスケット３０Ａは、偶数番のプレートユニット１２の後面及び奇数番のプレートユニット１２の前面と共に、両プレートユニット１２の第２孔２２同士、及び第４孔２４同士をそれぞれ接続する低温接続通路４１Ｂと、両プレートユニット１２の両第１孔２１及び両第３孔２３の全てを接続する高温主通路４２Ａとを形成する。同様に、第１ガスケット３０Ａは、前端プレート２６の後面及び奇数番のプレートユニット１２の前面と共に、第２孔２２と第２孔２２に対向する接続孔３５、及び第４孔２４と第４孔２４に対向する接続孔３５をそれぞれ接続する低温接続通路４１Ｂと、第１孔２１、第３孔２３、第１孔２１と対向する接続孔３５、第３孔２３と対向する接続孔３５の全てを接続する高温主通路４２Ａとを形成する。高温主通路４２Ａは、プレートユニット１２の主面の大部分を覆うように形成される。
　第２ガスケット３０Ｂは、奇数番のプレートユニット１２の後面及び偶数番のプレートユニット１２の前面と共に、両プレートユニット１２の第１孔２１同士、及び第３孔２３同士をそれぞれ接続する高温接続通路４２Ｂと、両プレートユニット１２の両第２孔２２及び両第４孔２４の全てを接続する低温主通路４１Ａとを形成する。また、第２ガスケット３０Ｂは、奇数番のプレートユニット１２の後面及び後端プレート２７の前面と共に、第２孔２２及び第４孔２４を接続する低温主通路４１Ａを形成し、第１孔２１及び第３孔２３を閉塞する。低温主通路４１Ａは、プレートユニット１２の主面の大部分を覆うように形成される。
　第３ガスケット３０Ｃは、前アウタプレート３１の後面及び前端プレート２６と共に、高温流体入口孔３６及び高温流体出口孔３８とそれぞれ対向する接続孔３５と接続する高温接続通路４２Ｂと、低温流体入口孔３９及び低温流体出口孔３７とそれぞれ対向する接続孔３５と接続する低温接続通路４１Ｂとを形成する。
　以上の構成により、高温流体入口孔３６と高温流体出口孔３８とは、高温接続通路４２Ｂ、第１孔２１、高温主通路４２Ａ、及び第３孔２３を介して互いに接続され、高温流体通路４の一部を構成する。同様に、低温流体入口孔３９と低温流体出口孔３７とは、低温接続通路４１Ｂ、第４孔２４、低温主通路４１Ａ、及び第２孔２２を介して互いに接続され、低温流体通路５の一部を構成する。また、各プレートユニット１２の前面及び後面の一方には高温流体通路４が配置され、他方には低温流体通路５が配置される。高温流体通路４を流れる高温流体はプレートユニット１２の一側面を上から下に流れ（図２中の白抜き矢印参照）、低温流体通路５を流れる低温流体はプレートユニット１２の他側面を下から上に流れ（図２中の黒色矢印参照）、高温流体と低温流体とはプレートユニット１２を介して対向流となる。
　熱交換器３は、高温流体が流れる通路と、低温流体が流れる通路とを有し、高温流体と低温流体との間で熱交換させる。熱交換器３は、例えばプレート式熱交換器やスパイラル式熱交換器等の公知の熱交換器３であってよい。高温流体が流れる通路と低温流体が流れる通路とは、高温流体及び低温流体が対向流となるように配置されている。
　発電モジュール２の高温流体入口孔３６は通路４Ｃに接続され、高温流体出口孔３８は通路４Ｄに接続され、低温流体入口孔３９は通路５Ｃに接続され、低温流体出口孔３７は通路５Ｄに接続されている。
　バイパス通路５Ｆには、流量調節弁５０が設けられている。流量調節弁５０は、開閉することによって、バイパス通路５Ｆを流れる低温流体の流量を調節する。すなわち、流量調節弁５０は、開閉することによって、発電モジュール２に流入する低温流体の流量を調節する。
　高温流体通路４の通路４Ｄにおける発電モジュール２の出口部分には、高温側温度センサ５１が設けられ、低温流体通路５の通路５Ｄにおける発電モジュール２の出口部分には、低温側温度センサ５２が設けられている。なお、低温側温度センサ５２は、通路５Ｄにおいて、バイパス通路５Ｆの下流端が接続された部分よりも上流側の部分に設けられている。また、発電システム１は、流量調節弁５０を制御する制御装置（不図示）を有する。制御装置には、高温側温度センサ５１及び低温側温度センサ５２の検出信号が入力され、これらの検出信号に基づいて、発電モジュール２の出口における高温流体と低温流体との温度差ΔＴを算出する。そして、制御装置は、算出した温度差ΔＴに基づいて流量調節弁５０の目標開度を設定し、流量調節弁５０を開閉制御する。制御装置５３は、例えば温度差ΔＴが所定の閾値以上の場合に流量調節弁５０を閉じ、温度差ΔＴが閾値より小さい場合に温度差ΔＴが小さくなるほど開度が大きくなるように流量調節弁５０を制御する。
　発電モジュール２において、高温流体がプレートユニット１２の一側面側を流れ、低温流体がプレートユニット１２の他側面側を流れると、プレートユニット１２内の熱電素子７Ａ、７Ｂの一側面側の端部が他側面側の端部に対して高温になり、熱電素子７Ａ、７Ｂに温度差が生じる。これにより、ゼーベック効果によって熱電素子７Ａ、７Ｂに起電力が発生する。熱電素子７Ａ、７Ｂが発生する起電力は、熱電素子７Ａ、７Ｂに生じる温度差に比例する。
　図５に示すように、発電システム１における、発電システム１の入口（高温流体入口孔３６）における高温流体の温度をＴ１ｉｎ、発電モジュール２の出口（高温流体出口孔３８、熱交換器３の入口）における高温流体の温度をＴ１ｘ、発電システム１の出口（熱交換器３の出口）における高温流体の温度をＴ１ｏｕｔ、発電システム１の入口（低温流体入口孔３９）における低温流体の温度をＴ２ｉｎ、発電モジュール２の出口（低温流体出口孔３７、熱交換器３の入口）における低温流体の温度をＴ２ｘ、発電システム１の出口（熱交換器３の出口）における低温流体の温度をＴ２ｏｕｔとする。
　発電モジュール２の出口における高温流体及び低温流体の温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１ｘ－Ｔ２ｘ）は、所定値以上となるように設定されている。温度差ΔＴは、３０℃以上、好ましくは５０℃以上に設定されている。温度差ΔＴは、高温流体及び低温流体の温度及び流量によって変化させることができる。
　発電システム１では、発電モジュール２において高温流体が失う熱量がＱｇ、熱交換器３において高温流体が失う熱量がＱｃとなり、システム全体で高温流体が失う熱量がＱ０（＝Ｑｇ＋Ｑｃ）となる。発電モジュール２において高温流体が失う熱量Ｑｇは、熱伝導によって低温流体が受け取る熱量Ｑ１、熱伝導によって熱電素子７Ａ、７Ｂに加わり、電気に変換される熱量Ｑ２、熱電素子７Ａ、７Ｂに電流が流れることによって発生するジュール熱Ｑ３、及び発電モジュール２から放熱される熱量Ｑ４の総和となる。低温流体の昇温に寄与する熱量Ｑ５は、熱伝導によって低温流体が受け取る熱量Ｑ１及びジュール熱Ｑ３の合計値である。低温流体が受け取る熱量Ｑ５（＝Ｑ１＋Ｑ３）は、低温流体の発電モジュール２における入口温度Ｔ２ｉｎ及び出口温度Ｔ２ｘを測定することによって得ることができる。本実施形態では、発電モジュール２における発電効率η（％）は、低温流体が受け取る熱量Ｑ５を基準として、η＝Ｑ２／（Ｑ５＋Ｑ２）と定義する。
　図６に、本実施形態に係る発電システム１の比較例として、熱交換器３を省略し、発電モジュール２のみとした発電システム１を示す。比較例に係る発電システム１の入口における高温流体及び低温流体の温度、発電システム１の出口における高温流体及び低温流体の温度を本実施形態に係る発電システム１の温度Ｔ１ｉｎ、Ｔ２ｉｎ、Ｔ１ｏｕｔ、Ｔ２ｏｕｔと同じ値とする。この場合、比較例に係る発電システム１では、高温流体及び低温流体の発電モジュール２の出口における温度差ΔＴ２（Ｔ１ｏｕｔ－Ｔ２ｏｕｔ）となる。本実施形態に係る発電システム１での発電モジュール２の出口における温度差ΔＴは、比較例に係る発電モジュール２の出口における温度差ΔＴ２よりも大きくなるため、１つの熱電素子７Ａ、７Ｂ当りの発電量が増加する。また、本実施形態に係る発電モジュール２の出口における低温流体の温度Ｔ２ｘは、比較例に係る発電モジュール２の出口における低温流体の温度Ｔ２ｏｕｔよりも低くなり、低温流体が受け取る熱量Ｑ５が小さくなるため、本実施形態に係る発電システム１は比較例よりも発電効率が向上する。
　第１実施形態に係る発電システム１は、発電モジュール２の下流側に熱交換器３を有するため、発電モジュール２における高温流体と低温流体との温度差を大きく維持しつつ、発電システム１の出口における高温流体の温度を所定値以下まで低下させることができる。そのため、プラント等において、従来、熱交換器３のみが使用されていた場所に、本実施形態に係る発電システム１を置換することができる。また、プラント等において、従来、熱交換器３のみが使用されていた場所の上流側に熱電モジュールを追加することによって、本実施形態に係る発電システム１を形成することができる。
　また、発電モジュール２の出口における高温流体と低温流体との温度差ΔＴに基づいて流量調節弁５０が制御され、発電モジュール２を通過する低温流体の流量が制御されるため、発電モジュール２の出口における高温流体と低温流体との温度差ΔＴが所定の閾値以上に維持され、熱電素子７Ａ、７Ｂが効率の良い状態で発電を行う。これにより、発電システム１に流入する高温流体及び低温流体の温度及び流量が変動する場合にも、発電モジュール２は効率の良い状態で発電を行うことができる。
　以下の第２～第７実施形態に係る発電システムは、第１実施形態に係る発電システム１と比較して、高温流体通路及び低温流体通路の構成が異なる。第２～第７実施形態に係る発電システムの構成のうち、第１実施形態に係る発電システム１と同様のものは、同一の符号を付して説明を省略する。
　（第２実施形態）
　図７に示すように、第２実施形態に係る発電システム１００は、第１実施形態に係る発電システム１と比べて、高温流体通路４が発電モジュール２を迂回するように通路４Ｃと通路４Ｄとに接続されたバイパス通路４Ｆを有する点が異なる。また、発電システム１００の低温流体通路５において、バイパス通路５Ｆ及び流量調節弁５０が省略されている点が異なる。
　バイパス通路４Ｆには、流量調節弁５５が設けられている。流量調節弁５５は、開閉することによって、バイパス通路４Ｆを流れる高温流体の流量を調節する。すなわち、流量調節弁５５は、開閉することによって、発電モジュール２に流入する高温流体の流量を調節する。流量調節弁５５は、制御装置によって、発電モジュール２の出口における高温流体と低温流体との温度差ΔＴに基づいて制御される。
　発電システム１００は、発電システム１００に流入する高温流体及び低温流体の温度及び流量が変動する場合にも、流量調節弁５５によって発電モジュール２に供給する高温流体の流量を調節することができる。これにより、発電モジュール２の出口における高温流体と低温流体との温度差ΔＴが所定の値に維持され、発電モジュール２は効率の良い状態で発電を行うことができる。
　（第３実施形態）
　図８に示すように、第３実施形態に係る発電システム１１０は、第１実施形態に係る発電システム１と比べて、高温流体通路４が、発電モジュール２を迂回するように通路４Ｃと通路４Ｄとに接続されたバイパス通路４Ｆを有する点が異なる。バイパス通路４Ｆには流量調節弁５５が設けられている。流量調節弁５０は、制御装置によって、発電モジュール２の出口における高温流体と低温流体との温度差ΔＴに基づいて制御される。
　発電システム１１０は、発電システム１１０に流入する高温流体及び低温流体の温度及び流量が変動する場合にも、流量調節弁５０、５５によって発電モジュール２に供給する高温流体及び低温流体の流量を調節することができる。
　（第４実施形態）
　図９に示すように、第４実施形態に係る発電システム１２０は、第１実施形態に係る発電システム１と比べて、高温流体通路４が発電モジュール２及び熱交換器３を迂回するように通路４Ｃと通路４Ｅとに接続されたバイパス通路４Ｇを有する点が異なる。バイパス通路４Ｇには、流量調節弁５５が設けられている。流量調節弁５５は、開閉することによって、バイパス通路４Ｆを流れる高温流体の流量を調節する。流量調節弁５５は、制御装置によって、発電モジュール２の出口における高温流体と低温流体との温度差ΔＴに基づいて制御される。
　（第５実施形態）
　図１０に示すように、第５実施形態に係る発電システム１３０は、第１実施形態に係る発電システム１と比べて、高温流体通路４及び低温流体通路５のそれぞれが、発電モジュール２及び熱交換器３を並列に接続している点が異なる。高温流体通路４は、高温流体入口４Ａと発電モジュール２とを接続する通路４Ｈと、発電モジュール２と高温流体出口４Ｂとを接続する通路４Ｊと、通路４Ｈと熱交換器３とを接続する通路４Ｋと、熱交換器３と通路４Ｊとを接続する通路４Ｌとを有する。通路４Ｋ、熱交換器３、及び通路４Ｌは、発電モジュール２を迂回する一連のバイパス通路を構成する。通路４Ｈの通路４Ｋが接続された部分よりも下流側（発電モジュール２側）の部分には、流量調節弁１３１が設けられている。通路４Ｊの通路４Ｌが接続された部分よりも上流側（発電モジュール２側）の部分には、高温側温度センサ５１が設けられている。
　低温流体通路５は、低温流体入口５Ａと発電モジュール２とを接続する通路５Ｈと、発電モジュール２と低温流体出口５Ｂとを接続する通路５Ｊと、通路５Ｈと熱交換器３とを接続する通路５Ｋと、熱交換器３と通路５Ｊとを接続する通路５Ｌとを有する。通路５Ｋ、熱交換器３、及び通路５Ｌは、発電モジュール２を迂回する一連のバイパス通路を構成する。通路５Ｋには、流量調節弁１３２が設けられている。通路５Ｊの通路５Ｌが接続された部分よりも上流側（発電モジュール２側）の部分には、低温側温度センサ５２が設けられている。流量調節弁１３１、１３２は、制御装置によって、発電モジュール２の出口における高温流体と低温流体との温度差ΔＴに基づいて制御される。
　（第６実施形態）
　図１１に示すように、第６実施形態に係る発電システム１４０は、第１実施形態に係る発電システム１と比べて、高温流体通路４の通路４Ｃに温度調節器１４１が設けられている点が異なる。温度調節器１４１は、発電システム１４０に供給された高温流体を発電モジュール２に適した温度に調節する装置である。第６実施形態では、温度調節器１４１は、公知の対向流式の熱交換器であり、高温流体入口４Ａに供給された高温流体と、低温流体入口５Ａに供給された低温流体とが互いに混ざり合わない態様で熱交換させる。
　温度調節器１４１は、高温流体通路４の通路４Ｃの上流側部分をなす通路４Ｃ１によって高温流体入口４Ａと接続され、通路４Ｃの下流側部分をなす通路４Ｃ２によって発電モジュール２と接続されている。また、低温流体通路５の通路５Ｄの上流側部分をなす通路５Ｄ１によって発電モジュール２と接続され、通路５Ｄの下流側部分をなす通路５Ｄ２によって熱交換器３と接続されている。通路５Ｃと通路５Ｄ１とは、発電モジュール２を迂回するバイパス通路５Ｄ３によって互いに接続されている。バイパス通路５Ｄ３には、発電モジュール２に流入する低温流体の流量を変化させる流量調節弁１４２が設けられている。
　通路４Ｃ２の発電モジュール２の入口部分には、発電モジュール２に流入する高温流体の温度を検出する入口温度センサ１４３が設けられている。発電システム１４０の制御装置は、入口温度センサ１４３の検出信号に基づいて流量調節弁１４２を制御する。制御装置は、例えば、発電モジュール２に流入する高温流体の温度が所定値以上の場合に、流量調節弁１４２を開き、温度が高くなるほど開度を大きくする。
　発電モジュール２の熱電素子７Ａ、７Ｂは、使用温度域を超えた過度な高温に曝された場合に変形や損傷する虞があるが、発電システム１４０では発電モジュール２に流入する高温流体の温度が温度調節器１４１によって制御されるため、熱電素子７Ａ、７Ｂの損傷が防止される。温度調節器１４１による冷却は、高温流体が例えばサーマルオイルや炭化水素等の蒸気、高温スチーム等である場合に適用される。
　（第７実施形態）
　図１２に示すように、第７実施形態に係る発電システム１５０は、第６実施形態に係る発電システム１４０と比べて、温度調節器１５１の構成、及び通路５Ｃの構成が異なる。通路５Ｃは、低温流体入口５Ａと発電モジュール２とを接続する通路５Ｃ１と、通路５Ｃ１と温度調節器１５１とを接続する通路５Ｃ２とを有する。通路５Ｃ２には、温度調節器１４１に流入する低温流体の流量を変化させる流量調節弁１５２が設けられている。温度調節器１５１は、通路５Ｃ２によって供給される低温流体を、通路４Ｃ１から通路４Ｃ２に流れる高温流体に混合して、高温流体を冷却する。発電システム１５０の制御装置は、入口温度センサ１４３の検出信号に基づいて流量調節弁１５２を制御する。なお、本実施形態は、高温流体及び低温流体が混合可能な場合に適用することができ、例えば、高温流体がスチーム、低温流体が水である場合等に用いることができる。
　次に、以上の第１～第７実施形態の発電システムの各種プラントへの適用例について説明する。以下の例では、第１実施形態に係る発電システム１を適用した例を示すが、第２～第７実施形態に係る発電システム１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０も同様に適用することができる。
　（石油精製プラントへの適用例）
　図１３に示すように、石油精製プラント２００は、原油を加熱する加熱炉２０１と、加熱炉２０１において加熱された原油を蒸留する蒸留装置２０２（蒸留塔）とを有する。発電システム１は、蒸留装置２０２の下流側に設けられ、蒸留装置２０２において分離された原油中の任意の成分（例えば、重油、軽油、灯油、ガソリン等）を冷却する熱交換器として使用される。発電システム１の高温流体入口４Ａは、蒸留装置２０２において蒸留された任意の成分が流れる通路に接続され、発電システム１の低温流体入口５Ａは冷却水通路に接続される。蒸留装置２０２を通過して分離された任意の成分は、発電システム１を通過することによって冷却され、発電システム１は任意の成分が有する熱量の一部を利用して発電を行う。
　また、発電システム１の低温流体入口５Ａは冷却水通路に代えて、加熱炉２０１に送られる前の原油が流れる通路に接続されてもよい。この場合、発電システム１において、蒸留装置２０２を通過した任意の成分が有する熱量を利用して原油が加熱されるため、石油精製プラント２００におけるエネルギー効率が向上する。
　また、加熱炉２０１又は原油が流れる通路上に、電力によって加熱を行う加熱装置２０３を設け、この加熱装置２０３に発電システム１によって発電された電力を供給する。加熱装置２０３は、例えば抵抗加熱を利用した加熱装置であってよい。この構成によれば、石油精製プラント２００におけるエネルギー効率が向上する。なお、他の実施形態では、電力によって加熱を行う加熱装置２０３に代えて、熱交換器や燃料燃焼によって加熱を行う加熱器等を適用してもよい。
　（発電プラントへの適用例）
　図１４に示すように、発電プラント３００は、水を加熱し、蒸気を生成するボイラー３０１と、ボイラー３０１で生成された蒸気によって駆動される蒸気タービン３０２と、蒸気タービン３０２によって駆動される発電機３０３と、蒸気タービン３０２を通過した蒸気を冷却し、凝縮する復水器３０４とを有する。本実施形態に係る発電システム１は、蒸気タービン３０２と復水器３０４との間に設けられ、蒸気を冷却する熱交換器として使用される。発電システム１の高温流体入口４Ａは、蒸気タービン３０２を通過した蒸気が流れる通路に接続され、発電システム１の低温流体入口５Ａは復水器３０４と共通の冷却水通路に接続される。すなわち、蒸気タービン３０２を通過した蒸気を高温流体として使用し、復水器３０４に使用する冷却水を低温流体として使用する。冷却水は、例えば海水であってよい。蒸気タービン３０２を通過した蒸気は、発電システム１を通過することによって冷却され、発電システム１は蒸気が有する熱量の一部を利用して発電を行う。発電システムは、通常であれば復水器３０４において捨てられる蒸気の熱量を利用して発電を行うため、発電プラント３００のエネルギー効率を向上させることができる。
　（ＬＮＧの再ガス化設備への適用例）
　図１５に示すように、ＬＮＧの再ガス化設備４００は、ＬＮＧを貯留するＬＮＧタンク４０１と、ＬＮＧを気化する海水気化器４０２とを有する。海水気化器４０２は、海水とＬＮＧとを熱交換させ、海水の熱によってＬＮＧを気化させる装置である。本実施形態に係る発電システム１は、ＬＮＧタンク４０１と海水気化器４０２との間に設けられ、ＬＮＧを昇温する熱交換器３として使用される。発電システム１の高温流体入口４Ａは海水気化器４０２と共通の海水通路に接続され、発電システム１の低温流体入口５ＡはＬＮＧタンク４０１からのＬＮＧが流れる通路に接続される。すなわち、海水を高温流体として使用し、ＬＮＧを低温流体として使用する。ＬＮＧは、発電システム１を通過することによって昇温され、発電システム１は海水とＬＮＧとの温度差を利用して発電を行う。
　（反応設備への適用例）
　図１６に示すように、反応設備５００は、各種原料を反応させて生成物を生成する設備である。反応設備５００は、原料タンク５０１、加熱器５０２、反応器５０３を有する。発電システム１は、反応設備５００を有する石油化学工業、天然ガス化学工業、石炭化学工業、高分子化学工業等の各種化学工業プラントに適用することができる。
　原料タンク５０１は、原料を貯留するタンクである。加熱器５０２は、原料タンク５０１から反応器５０３に供給される原料を加熱する。加熱器５０２は、例えば、電気ヒータや熱交換器等である。また、反応器５０３は、発熱反応又は吸熱反応を行う容器である。
　本実施形態に係る発電システム１は、反応器５０３の下流側に設けられ、反応器５０３において生成された生成物を冷却する熱交換器として使用される。発電システム１の高温流体入口４Ａは反応器５０３の出口に接続され、発電システム１の低温流体入口５Ａは冷却水通路に接続される。生成物は、発電システム１を通過することによって冷却される。発電システム１は、生成物と冷却水との温度差を利用して発電を行う。一例として加熱器５０２が電気ヒータである場合、発電システム１が発電した電力は、加熱器５０２に供給され、原料を加熱するために使用される。
　（脱水素反応設備への適用例）
　図１７に示すように、脱水素反応設備６００は、水素化芳香族化合物から水素と芳香族化合物とを生成する設備である。水素化芳香族化合物には、例えばベンゼンやトルエン、ナフタレン等が含まれ、芳香族化合物にはシクロヘキサンやメチルシクロヘキサン、テトラリン等が含まれる。脱水素反応設備６００は、水素化芳香族化合物タンク６０１、加熱器６０２、脱水素反応器６０３、気液分離装置６０４、水素タンク６０５、芳香族化合物タンク６０６を有する。
　水素化芳香族化合物タンク６０１は、原料である水素化芳香族化合物を貯留するタンクである。加熱器６０２は、水素化芳香族化合物タンク６０１から脱水素反応器６０３に供給される水素化芳香族化合物を加熱する。加熱器６０２は、例えば、電気ヒータや熱交換器等である。脱水素反応器６０３は、水素化芳香族化合物を水素と芳香族化合物とに分離する脱水素触媒が充填された反応容器である。加熱器６０２で加熱された水素化芳香族化合物は、脱水素反応器６０３で分解され、水素と芳香族化合物との混合物として気液分離装置６０４に送られる。気液分離装置６０４は、気体である水素と、液体である芳香族化合物とを分離する。気液分離装置６０４によって分離された水素は水素タンク６０５に貯留され、芳香族化合物は芳香族化合物タンク６０６に貯留される。
　本実施形態に係る発電システム１は、脱水素反応器６０３と気液分離装置６０４との間に設けられ、脱水素反応器６０３において生成された水素及び芳香族化合物を冷却する熱交換器として使用される。発電システム１の高温流体入口４Ａは脱水素反応器６０３の出口に接続され、発電システム１の低温流体入口５Ａは冷却水通路に接続される。水素及び芳香族化合物は、発電システム１を通過することによって冷却され、気体の芳香族化合物が凝縮される。発電システム１は、水素及び芳香族化合物と冷却水との温度差を利用して発電を行う。一例として加熱器６０２が電気ヒータである場合、発電システム１が発電した電力は、加熱器６０２に供給され、水素化芳香族化合物を加熱するために使用される。
　以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記の各実施形態では、流量調節弁（５０、６０等）は、制御装置によって、発電モジュール２の出口における高温流体と低温流体との温度差ΔＴに基づいて制御される構成としたが、これに加えて発電モジュール２の出口における低温流体の温度が６０℃以下となるように制御されてもよい。この場合、低温流体通路５における液体の温度上昇が抑制され、藻の発生が抑制される。
　１，１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０...発電システム、２...発電モジュール、３...熱交換器、４...高温流体通路、４Ａ...高温流体入口、４Ｂ...高温流体出口、４Ｆ，４Ｇ...バイパス通路、５...低温流体通路、５Ａ...低温流体入口、５Ｂ...低温流体出口、５Ｆ...バイパス通路、７Ａ...熱電素子、７Ｂ...熱電素子、１１...プレート、１２...プレートユニット、１３...電極、１５...リード線、１６...絶縁体、３０...ガスケット、５０，５５，１４２，１５２...流量調節弁、５１...高温側温度センサ、５２...低温側温度センサ、１４１，１５１...温度調節器、１４３...入口温度センサ、２００...石油精製プラント、２０１...加熱炉、２０２...蒸留装置、２０３...加熱装置、３００...発電プラント、３０１...ボイラー、３０２...蒸気タービン、３０３...発電機、３０４...復水器、４００...再ガス化設備、４０１...ＬＮＧタンク、４０２...海水気化器、６００...脱水素反応設備、６０１...水素化芳香族化合物タンク、５０１...原料タンク、５０２...加熱器、５０３...反応器、６０２...加熱器、６０３...脱水素反応器、６０４...気液分離装置、６０５...水素タンク、６０６...芳香族化合物タンク

Claims (9)

  1. 　熱電素子を備えた発電モジュールと、
    　熱交換器と、
    　高温流体入口及び高温流体出口を備え、前記高温流体入口及び前記高温流体出口の間において前記発電モジュール及び前記熱交換器に接続された高温流体通路と、
    　低温流体入口及び低温流体出口を備え、前記低温流体入口及び前記低温流体出口の間において前記発電モジュール及び前記熱交換器に接続された低温流体通路とを有し、
    　前記低温流体通路は、前記発電モジュールを迂回する低温側バイパス通路と、前記発電モジュールに流入する低温流体の流量を調節する低温側流量調節弁とを有し、
    　前記低温側流量調節弁は、前記発電モジュールを通過した直後の高温流体及び低温流体の温度差に基づいて開度が制御されることを特徴とする発電システム。
  2. 　前記高温流体通路は、前記発電モジュールを迂回する高温側バイパス通路と、前記発電モジュールに流入する高温流体の流量を調節する高温側流量調節弁とを有し、
    　前記高温側流量調節弁は、前記発電モジュールを通過した直後の高温流体及び低温流体の温度差に基づいて開度が制御されることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
  3. 　熱電素子を備えた発電モジュールと、
    　熱交換器と、
    　高温流体入口及び高温流体出口を備え、前記高温流体入口及び前記高温流体出口の間において前記発電モジュール及び前記熱交換器に接続された高温流体通路と、
    　低温流体入口及び低温流体出口を備え、前記低温流体入口及び前記低温流体出口の間において前記発電モジュール及び前記熱交換器に接続された低温流体通路とを有し、
    　前記高温流体通路は、前記発電モジュールを迂回する高温側バイパス通路と、前記発電モジュールに流入する高温流体の流量を調節する高温側流量調節弁とを有し、
    　前記高温側流量調節弁は、前記発電モジュールを通過した直後の高温流体及び低温流体の温度差に基づいて開度が制御されることを特徴とする発電システム。
  4. 　前記高温側バイパス通路は、前記発電モジュール及び前記熱交換器を迂回することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の発電システム。
  5. 　前記高温流体通路における前記高温流体入口と前記発電モジュールとの間の部分に設けられ、高温流体の温度を調節する温度調節器を更に有することを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１つの項に記載の発電システム。
  6. 　前記温度調節器は、前記低温流体通路から分岐した分岐通路に接続され、前記分岐通路を介して供給される低温流体と、高温流体とを混合することによって高温流体の温度を調節することを特徴とする請求項５に記載の発電システム。
  7. 　前記温度調節器は、前記低温流体通路から分岐した分岐通路に接続され、前記分岐通路を介して供給される低温流体と、高温流体とを互いに混ざり合わない状態で熱交換させることによって高温流体の温度を調節することを特徴とする請求項５に記載の発電システム。
  8. 　前記低温流体出口における低温流体の温度が６０℃以下であることを特徴とする請求項１～請求項７のいずれか１つの項に記載の発電システム。
  9. 　前記発電モジュールは、高温流体及び低温流体が前記熱電素子を挟んで対向流となるように形成されていることを特徴とする請求項１～請求項８のいずれか１つの項に記載の発電システム。
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