発電システム
【課題】作動媒体の大気中への漏洩を抑制しつつ発電機本体の温度上昇を抑制できる発電システムを提供する。
【解決手段】膨張機本体３０と発電機本体４０を連結した状態で筐体５０内に収容し、この筐体５０に、膨張機本体３０が収容される第１空間５１ａと発電機本体４０が収容される第２空間５４ａとを区画する隔壁部５６を設け、隔壁部５６に、第１空間５１ａと第２空間５４ａとを連通して第１空間５１ａで膨張した蒸気を第２空間５４ａに導くための蒸気導出部５６ｂを設けるとともに、凝縮器から排出された液状の作動媒体をこの蒸気導出部５６ｂの第２空間５４ａ側の出口に向かって噴射する噴射装置を設ける。
【解決手段】膨張機本体３０と発電機本体４０を連結した状態で筐体５０内に収容し、この筐体５０に、膨張機本体３０が収容される第１空間５１ａと発電機本体４０が収容される第２空間５４ａとを区画する隔壁部５６を設け、隔壁部５６に、第１空間５１ａと第２空間５４ａとを連通して第１空間５１ａで膨張した蒸気を第２空間５４ａに導くための蒸気導出部５６ｂを設けるとともに、凝縮器から排出された液状の作動媒体をこの蒸気導出部５６ｂの第２空間５４ａ側の出口に向かって噴射する噴射装置を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気を利用して発電を行う発電装置を備える発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、低温の廃熱から動力を回収するための発電システムとして、沸点の低い作動媒体を廃熱により蒸発させてこの作動媒体の蒸気により膨張機本体を回転駆動させるとともに、この膨張機本体の回転に伴い発電機本体を回転させることで発電を行うバイナリー発電システムが知られている。
【０００３】
また、このような発電システムにおいて、前記作動媒体の大気中への漏洩を抑制するべく、前記膨張機本体と発電機本体とが互いに連結された状態で共通の筐体に収容されたいわゆる密閉式（半密閉式ともいう）のシステムの開発が行われている。前記膨張機本体と前記発電機本体とが個別の筐体に収容されてこれらの連結部分が各筐体に形成された開口部を通って各筐体の内外に延びている場合では、前記膨張機本体側の筐体内から前記開口部と前記連結部分との間の隙間を通って前記作動媒体が筐体外の大気中等に漏洩するおそれがあるが、前記密閉式の発電システムでは、発電機本体と膨張機本体とが連結された状態で共通の筐体内に収容されているので、前記作動媒体が筐体外の大気中等へ漏洩するのが抑制される。しかしながら、この密閉式の発電システムでは、発電機本体単体を冷却するのが困難になり、発電効率が悪化するという問題がある。
【０００４】
これに対して、特許文献１には、前記発電機本体が、前記膨張機本体と連結される回転子とこの回転子の周囲に配置される固定子とからなり、前記発電機本体のうち前記回転子のみが前記筐体内に収容されて、前記発電機本体の固定子が筐体の外側に配置された発電システムが開示されている。
【０００５】
この発電システムでは、前記固定子が筐体の外側に配置されているため、この固定子を比較的容易に冷却することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−９８９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献１に開示されている従来の発電システムでは、発電機本体のうち前記固定子のみが筐体内に収容されて、この筐体の外壁によって固定子と前記回転子とが隔離されている。そのため、前記回転子の回転に伴って前記固定子で電気エネルギが生成されるように、前記筐体の外壁うち前記固定子と回転子とを隔てる部分をアモルファス半磁性体等により構成せねばならず、構造が複雑になるとともに、コスト面で不利になる。
【０００８】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡単な構造で、作動媒体の大気中等への漏洩を抑制しつつ発電機本体を冷却して発電効率を高く維持することのできる発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明による発電システムは、所定の熱源により液状の作動媒体を蒸発させて蒸気を生成する蒸発器と、前記蒸発器で生成された蒸気を利用して発電を行う発電装置と、前記発電装置で発電に利用された蒸気を凝縮させて、前記蒸発器に供給される液状の作動媒体を生成する凝縮器と、前記凝縮器から排出された液状の作動媒体を前記発電装置に供給する冷却用媒体供給装置とを備え、前記発電装置は、前記蒸気の膨張を伴いつつこの蒸気により回転駆動される膨張機本体と、当該膨張機本体に連結されて前記張機本体の回転に伴い回転する発電機本体と、これら膨張機本体と発電機本体とをこれらが互いに連結された状態で収容する筐体とを有し、前記筐体は、前記膨張機本体が収容される第１空間と前記発電機本体が収容される第２空間とを区画する隔壁部を有し、前記隔壁部は、前記第１空間と前記第２空間とを連通して前記第１空間で膨張した蒸気を前記第２空間に導くための蒸気導出部と、前記膨張機本体と前記発電機本体との連結部分が収容される連結部分収容部とを有し、前記筐体には、前記蒸発器から前記蒸気を吸込んで当該蒸気を前記膨張機本体に供給する吸込み部と、前記第２空間で前記発電機本体を冷却した蒸気を前記凝縮器側に流出させる流出部とが形成されており、前記冷却用媒体供給装置は、前記凝縮器の下流側と前記筐体とを接続して前記凝縮器から排出された液状の作動媒体を前記筐体側に導く冷却用ラインと、この冷却用ラインにより導かれた前記液状の作動媒体を前記第２空間に噴射可能な噴射装置とを備え、前記噴射装置は、前記冷却用ラインにより導かれた液状の作動媒体を前記蒸気導出部の第２空間側の出口付近に向かって噴射する。
【００１０】
この発電システムでは、膨張機本体と発電機本体とが連結された状態で共通の筐体内に収容されている。そのため、膨張機本体に供給された作動媒体が膨張機本体と発電機本体との連結部分周りから筐体外に漏洩するのが抑えられる。
【００１１】
しかも、前記膨張機本体が収容される前記第１空間と前記発電機本体が収容される前記第２空間とは前記蒸気導出部により連通されているので、この蒸気導出部により前記第１空間の膨張後の蒸気が前記第２空間に導かれる。そのため、発電機本体全体を前記筐体内に収容した状態で、この膨張後の低温化した蒸気により第２空間に収容された発電機本体を冷却することができ、発電機本体の温度上昇を抑制して発電機本体の発電効率の悪化を抑制することができる。
【００１２】
さらに、この発電システムでは、凝縮器から排出された液状の作動媒体が前記冷却用ラインにより筐体側に導かれ、この導かれた液状の作動媒体が前記噴射装置により前記蒸気導出部の第２空間側の出口付近に向かって噴射されるので、前記膨張後の蒸気全体をこの液状の作動媒体の気化潜熱を利用してより一層低温化することができる。そのため、このより低温化した蒸気によって前記発電機本体を効率よく冷却することができる。
【００１３】
本発明において、前記凝縮器と前記蒸発器との間に設けられて、前記凝縮器から排出された前記液状の作動媒体を前記蒸発器へ圧送するポンプを備え、前記冷却用ラインは、前記ポンプの下流側と前記筐体とを接続するのが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、前記凝縮器から排出された作動媒体を前記凝縮器へ圧送するためのポンプを利用して、前記液状の作動媒体を容易に前記第２空間に供給することができる。
【００１５】
また、前記噴射装置は、前記液状の作動媒体を微粒化して前記蒸気導出部の第２空間側の出口付近に向かって噴射するのが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、前記第２空間に供給される液状の作動媒体の表面積が大きくなり、この液状の作動媒体と前記蒸気導出部によって第２空間に導出された蒸気との接触面積が大きくなる。そのため、前記液状の作動媒体により前記蒸気をより一層低温化して、この低温化された作動媒体により前記発電機本体をより効率よく冷却することができる。
【００１７】
また、前記発電機本体は、特定方向に延びる回転軸と、前記膨張機本体の回転に伴い当該回転軸を中心として回転する回転子と、当該回転子から前記特定方向と略直交する方向に離間した位置に配置される固定子とを有し、前記蒸気導出部は、前記第２空間のうち前記発電機本体よりも前記特定方向一方側の部分と前記第１空間とを連通しており、前記流出部は、前記第２空間のうち前記発電機本体よりも前記特定方向他方側の部分に開口しているのが好ましい。
【００１８】
この構成では、前記蒸気導出部と前記流出部とが前記発電機本体を挟んで前記第２空間の特定方向両側部分にそれぞれ設けられているので、前記蒸気導出部により第２空間に導かれた前記蒸気は、この蒸気導出部側から前記回転子と前記固定子との隙間を通って前記流出部側に移動する。そのため、この蒸気を回転子と固定子の前記特定方向全体にわたって接触させることができ、この回転子および固定子を効率よく冷却することができる。
【００１９】
この場合において、前記固定子は、前記回転子の回転径方向外側に設けられるとともに、前記特定方向に延びる外側面を有し、前記筐体は、前記固定子の外側面との間で前記特定方向に延びて、前記第２空間のうち前記発電機本体よりも前記特定方向一方側の部分と他方側の部分とを連通する連通部を有するのが好ましい。
【００２０】
この構成では、前記蒸気導出部により前記第２空間に導かれた前記蒸気が、前記回転子と固定子との間の隙間に加えて前記連通部を通って、前記流出部側に移動する。そのため、この蒸気と固定子および回転子との接触面積がより広くなり、より一層効率よく発電機本体を冷却することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明によれば、作動媒体の大気中等への漏洩を抑制しつつ、発電機本体を効率よく冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態による発電システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示す発電装置の構成を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態による発電システム１の構成を示す図である。この発電システム１は、沸点の低い作動媒体を利用して、低温の廃熱から動力を回収するバイナリー発電方式の発電システムとして構成されている。前記作動媒体としては、例えば、R245faが挙げられる。
【００２５】
前記発電システム１は、作動媒体が循環する循環ライン２上に、蒸発器１０と、発電装置２０と、凝縮器７０と、ポンプ８０とを備える。また、発電システム１は、冷却用ライン９２と、液体を霧状に噴射可能な噴霧ノズル（噴射装置）９４とからなる冷却用媒体供給装置９０を備える。
【００２６】
前記蒸発器１０は、前記作動媒体の蒸気を生成するためのものである。この蒸発器１０は、前記循環ライン２を通じて前記凝縮器３０から送られた作動媒体を廃熱により蒸発させる。この蒸発器１０は、外部から供給された温水や加熱空気といった前記作動媒体の沸点よりも高い温度を有する流体と前記作動媒体とを間接的に接触させることで、前記作動媒体を蒸発させる。この蒸発器１０で生成された蒸気は、前記発電装置２０に送られる。
【００２７】
前記発電装置２０は、前記蒸発器１０から供給された蒸気を利用して発電を行うためのものである。この発電装置２０の詳細は後述するが、この発電装置２０は、スクリュ式膨張機（膨張機本体）３０と、発電機（発電機本体）４０とを有しており、前記スクリュ式膨張機３０が前記作動媒体の蒸気により回転駆動されるのに伴い前記発電機４０が回転して発電する。この発電装置２０で発電に利用された蒸気は、前記凝縮器７０に送られる。
【００２８】
前記凝縮器７０は、前記発電装置２０から供給された前記作動媒体の蒸気を冷却して、この蒸気を液化させるためのものである。本実施形態では、この凝縮器７０は、低温の冷却水と前記作動媒体とを間接的に接触させることで、前記作動媒体を冷却する。この凝縮器７０から排出される液状の作動媒体は、この凝縮器７０と前記蒸発器１０との間に設けられたポンプ８０により、この凝縮器７０から前記蒸発器１０へ圧送される。前記蒸発器１０へ圧送された液状の作動媒体は、再び蒸発器１０で蒸発される。
【００２９】
このようにして、本発電システム１では、作動媒体が、循環ライン２を通じて、前記蒸発器１０から前記発電装置２０に供給され、発電装置２０から前記凝縮器７０に供給され、その後、凝縮器７０からポンプ８０を介して蒸発器１０に戻るという循環回路が構成されている。そして、作動媒体がこの循環回路を循環することで廃熱から電気エネルギが生成される。
【００３０】
前記冷却用ライン９２は、前記循環ライン２のポンプ８０の下流側、より詳細には、このポンプ８０と前記蒸発器１０との間の部分と、前記発電装置２０の後述する発電機本体収容部５４とを接続している。この冷却用ライン９２には、前記凝縮器７０で凝縮した液状の作動媒体の一部が前記ポンプ８０により送り込まれる。この送り込まれた液状の作動媒体の一部は、前記冷却用ライン９２を通って前記発電機本体収容部５４側に導かれる。
【００３１】
前記噴霧ノズル９４は、前記発電機本体収容部５４に取り付けられている。この噴霧ノズル９４は、前記冷却用ライン９２に接続された状態で、前記発電機本体収容部５４内に臨んでいる。この噴霧ノズル９４は、前記冷却用ライン９２を通って前記発電機本体収容部５４側に導かれた前記液状の作動媒体を微粒化して、この作動媒体を前記発電機本体収容部５４内に霧状に噴射する。
【００３２】
次に、前記発電装置２０の詳細について説明する。図２は、この発電装置２０の構成を示す概略断面図である。
【００３３】
前記発電装置２０は、前述のように、前記スクリュ式膨張機３０と発電機４０とに加えて、これらスクリュ式膨張機３０と発電機４０とを連結された状態で収容する筐体５０と、油回収装置６０とを有している。
【００３４】
前記スクリュ式膨張機３０は、互いに噛み合って回転する一対のスクリュロータ３２と、これらスクリュロータ３２を回転可能に支持するスクリュロータ支持部３４とを有している。これらスクリュロータ３２は、前記蒸発器１０から前記発電装置２０に供給された蒸気により、この蒸気を膨張させつつ所定の回転軸周りに回転する。
【００３５】
前記発電機４０は、所定の回転軸周りに回転する略円柱状のロータ（回転子）４２と、このロータ４２の回転径方向外側に配置されてこのロータ４２を囲むステータ（固定子）４４とを有している。前記ステータ４４は、前記ロータ４２の円柱面を構成する外側面から径方向外側すなわち回転軸方向と直交する方向に離間した位置に配置されており、ステータ４４とロータ４２との間にはロータ４２の回転軸方向に延びる隙間４６が形成されている。
【００３６】
前記スクリュ式膨張機３０と前記発電機４０とは、前記スクリュロータ３２の一方の回転中心線と前記ロータ４２の回転中心線とが同一の直線となるように配置されている。前記一方のスクリュロータ３２と前記ロータとは回転軸３２ａを共有している。前記スクリュ式膨張機３０と前記発電機４０とは、この回転軸３２ａの両端に配置されてこの回転軸３２ａにより連結されており、この回転軸３２ａがこれらスクリュ式膨張機３０と発電機４０とを連結する連結部分を構成している。前記発電機４０は、前記スクリュ式膨張機３０が蒸気の供給を受けて回転して前記回転軸３２ａが回転するに伴い前記ロータ４２が回転することで、電気エネルギを生成する。
【００３７】
前記筐体５０は、前記スクリュ式膨張機３０が収容される第１空間５１ａと前記発電機４０が収容される第２空間５４ａとを区画する隔壁部５６を有している。具体的には、前記筐体５０は、前記隔壁部５６を共有して内側に前記第１空間５１ａが形成される膨張機本体収容部５１と前記第２空間５４ａが形成される発電機本体収容部５４とを有している。前記膨張機本体収容部５１は、前記回転軸３２ａと平行な方向に延びる中空の略円柱状を有している。前記発電機本体収容部５４は、前記回転軸３２ａと平行な方向に延びる中空の略円柱状を有している。この膨張機本体収容部５１と発電機本体収容部５４とは、前記回転軸３２ａと平行な方向に並んでいる。以下、この回転軸３２ａ方向を前後方向といい、前記膨張機本体収容部５１側を前方、前記発電機本体収容部５４側を後方という。前記隔壁部５６は、前記膨張機本体収容部５１の後端部と、前記発電機本体収容部５４の前端部とにより構成されており、前後方向と略直交する方向に延びている。
【００３８】
前記膨張機本体収容部５１の内部空間である第１空間５１ａの前側部分には、前記スクリュロータ支持部３４が収容されており、この膨張機本体収容部５１の前側部分は、スクリュロータ支持部収容部５２として機能している。前記第１空間５１ａの後側部分には、前記スクリュロータ３２が収容されており、この膨張機本体収容部５１の後側部分はスクリュロータ収容部５３として機能している。前記スクリュロータ収容部５３は前記スクリュロータ支持部収容部５２よりも大径であって、前記スクリュロータ収容部５３の前端面５３ｂは、このスクリュロータ支持部収容部５２の外周面よりも径方向外側に延びている。前記膨張機本体収容部５１の外周端には、前方に突出して前記油回収装置６０の後述する油回収部ケース６２が連結されるケース連結部５１ｂが設けられている。
【００３９】
前記スクリュロータ収容部５３は、前記蒸発器１０から前記蒸気を吸い込んでこの蒸気を前記スクリュロータ３２に供給する吸込み部５３ｃを有している。この吸込み部５３ｃは、前記蒸発器１０から前記蒸気が流入する後述する第２蒸気案内管６８の内部と前記第１空間５１ａより詳細には前記スクリュロータ収容部５３の内部空間５３ａとを連通している。この吸込み部５３ｃは、前記スクリュロータ収容部５３の前端面５３ｂから前記スクリュロータ３２の前端部分まで延びている。前記蒸発器１０から排出された蒸気はこの吸込み部５３ｃにより前記スクリュロータ３２の前端部分に供給される。このスクリュロータ３２の前端部分に供給された蒸気は、前記スクリュロータ３２を回転させて膨張しつつ後方に移動する。
【００４０】
前記隔壁部５６は、この隔壁部５６を前後方向に貫通して前記スクリュロータ収容部５３の内部空間５３ａと前記発電機本体収容部５４の内部空間すなわち前記第２空間５４ａとをそれぞれ連通する回転軸連通部（連結部分収容部）５６ａと蒸気導出部５６ｂとを有している。
【００４１】
前記回転軸連通部５６ａ内には、前記回転軸３２ａが挿通、収容されている。この回転軸３２ａは、この回転軸連通部５６ａを介して、前記スクリュロータ収容部５３の内部空間５３ａに収容された前記スクリュロータ３２と前記第２空間５４ａに収容された前記発電機４０とにわたって延びている。この回転軸３２ａは、この回転軸連通部５６ａ内において軸受けにより回転可能に支持されている。
【００４２】
前記蒸気導出部５６ｂの前端部は、前記スクリュロータ３２の後端部分と対向している。この蒸気導出部５６ｂには、前記スクリュロータ３２で膨張した前記蒸気が流入する。この蒸気は、前記蒸気導出部５６ｂを通って前記第２空間５４ａに流入する。このように、この蒸気導出部５６ｂは、前記第１空間５１ａ、より詳細には、前記スクリュロータ収容部５３の内部空間５３ａの膨張後の蒸気を前記第２空間５４ａに導く。
【００４３】
前記発電機本体収容部５４は、複数の保持壁５４ｄと、流出部５４ｆと、噴霧ノズル取付部５４ｈとを有している。
【００４４】
前記発電機本体４０は、前記発電機本体収容部５４の内部空間すなわち前記第２空間５４ａのうち、前後方向の中央付近に配置されており、この第２空間５４ａには、前記発電機本体４０よりも前方の発電機前方空間５４ｂと前記発電機本体４０よりも後方の発電機後方空間５４ｃが形成されている。前述のように、前記蒸気導出部５６ｂが設けられた前記隔壁部５６は前記発電機本体収容部５４の前端部で構成されており、この蒸気導出部５６ｂは前記第２空間５４ａのうちの前記発電機前方空間５４ｂと前記スクリュロータ収容部５３の内部空間５３ａとを連通している。そのため、前記スクリュロータ３２で膨張した前記蒸気は、前記蒸気導出部５６ｂにより、前記発電機前方空間５４ｂに導出される。
【００４５】
前記噴霧ノズル取付部５４ｈは、発電機本体収容部５４の内外を連通している。この噴霧ノズル取付部５４ｈには、前記噴霧ノズル９４が取り付けられている。この噴霧ノズル取付部５４ｈは、前記発電機本体収容部５４のうち前記発電機本体４０よりも前方に設けられている。前記噴霧ノズル９４は、この噴霧ノズル取付部５４ｈに、前述のように、前記冷却用ライン９２に接続された状態で発電機本体収容部５４内、より詳細には、前記発電機前方空間５４ｂに臨む姿勢で取り付けられている。この噴霧ノズル９４から噴射された霧状の作動媒体は、前記蒸気導出部５６ｂによりこの発電機前方空間５４ｂに導出された膨張後の蒸気と接触する。この接触により、前記霧状の作動媒体は気化し、この気化熱により前記膨張後の蒸気は冷却される。
【００４６】
さらに、前記噴霧ノズル取付部５４ｈは、前記蒸気導出部５６ｂの発電機本体収容部５４側の出口、すなわち、発電機本体収容部５４のうちこの蒸気導出部５６ｂが開口する部分の近傍に設けられている。また、前記噴霧ノズル９４は、その噴霧口が前記蒸気導出部５６ｂの発電機本体収容部５４側の出口を向きこの出口に向かって霧状の作動媒体を噴射する姿勢で、この噴霧ノズル取付部５４ｈに取り付けられている。そのため、この噴霧ノズル９４により噴射された霧状の作動媒体は、前記発電機前方空間５４ｂに導出された膨張後の蒸気がこの発電機前方空間５４ｂで拡散する前に、この蒸気と接触する。この接触により、前記膨張後の蒸気全体は均一に冷却される。
【００４７】
前記保持壁５４ｄは、前記発電機４０を保持するためのものである。これら保持壁５４ｄは、周方向に互いに離間する位置において、前記発電機本体収容部５４の内周面から径方向内側に突出して前記ステータ４４の外周面に沿って前後方向に延びる形状を有している。これら保持壁５４ｄは、前記ステータ４４の外周面と当接しており、この当接により、前記発電機４０はこれら保持壁５４ｄにより保持されている。一方、前記発電機本体収容部５４の内周面のうちこれら保持壁５４ｄ間の部分は、前記ステータ４４の外周面と径方向に離間しており、各保持壁５４ｄとステータ４４の外周面との間には、前記発電機前方空間５４ｂと前記発電機後方空間５４ｃとを連通する連通部５４ｅが形成されている。
【００４８】
前記連通部５４ｅは、前記蒸気が通過可能な形状を有しており、前記蒸気導出部５６ｂにより前記発電機前方空間５４ｂに導出されて前記霧状の作動媒体により冷却された前記蒸気の一部は、この連通部５４ｅを通って、ステータ４４の外周面と接触しつつ、前記発電機後方空間５４ｃに流入する。ここで、前述のように、前記発電機４０のロータ４２とステータ４４との間には前後方向に延びる隙間４６が形成されており、前記蒸気導出部５６ｂにより前記発電機前方空間５４ｂに導出された前記蒸気の残りは、この隙間４６を通ってこれらロータ４２とステータ４４と接触しつつ前記発電機後方空間５４ｃに流入する。
【００４９】
前記流出部５４ｆは、前記発電機本体収容部５４の内部空間すなわち前記第２空間５４ａの蒸気を前記凝縮器７０に排出させるためのものである。この流出部５４ｆは、前記発電機本体収容部５４の後端部に設けられており、前記発電機後方空間５４ｃに開口している。前記蒸気導出部５６ｂにより前記発電機前方空間５４ｂに導出されて前記霧状の作動媒体により冷却された蒸気は、前記連通部５４ｅ等を通って前記発電機後方空間５４ｂに流入した後、この流出部５４ｆにより前記凝縮器７０側に排出される。
【００５０】
なお、本実施形態では、前記流出部５４ｆには、オイルフィルタ５４ｇが取付けられており、前記発電機後方空間の蒸気は、このオイルフィルタ５４ｇを通過して、含有しているオイルが除去された後、前記凝縮器７０側に排出される。
【００５１】
前記油回収装置６０は、前記蒸発器１０から排出された蒸気に含有している油を除去して、この油が除去された蒸気を前記スクリュロータ３２に供給するためのものである。この油回収装置６０は、油回収部ケース６２と、フィルタ６４と、第１蒸気案内管６６と、第２蒸気案内管６８とを有している。
【００５２】
前記油回収部ケース６２は、前後方向に延びる有底の略円筒状を有している。この油回収部ケース６２の開口側の外周端は前記膨張機本体収容部５１のケース連結部５１ｂに連結されており、この油回収部ケース６２はこのケース連結部５１ｂから前方に延びている。この油回収部ケース６２の内側には、前記膨張機本体収容部５１の一部が収容されている。前記発電装置２０のケーシング２２は、この油回収部ケース６２と前記筐体５０とによって構成されている。
【００５３】
前記フィルタ６４は前記蒸気から油を除去するためのものである。このフィルタ６４は、前記油回収部ケース６２内において前記膨張機本体収容部５１よりも前側部分に設けられており、この油回収部ケース６２の前後方向と直交する面のほぼ全体にわたって設けられている。
【００５４】
前記第１蒸気案内管６６は、前記蒸発器１０から排出された蒸気を前記フィルタ６４に案内するためのものである。この第１蒸気案内管６６は、前記油回収部ケース６２の前端に設けられた底部６２ａの略中央に形成された貫通孔６２ｂ内に固定されており、この底部６２ａから前記フィルタ６４の後端まで前後方向に延びている。この第１蒸気案内管６６は、前記蒸発器１０に連通しており、前記蒸発器１０から排出された前記蒸気は、この第１蒸気案内管６６を通って前記フィルタ６４の後方に流入する。
【００５５】
前記第２蒸気案内管６８は、前記フィルタ６４を通過して油が除去された後の前記蒸気を前記吸込み部５３ｃに案内するためのものである。この第２蒸気案内管６８は、前記フィルタ６４の後端から前記吸込み部５３ｃまで前後方向に延びている。前記第１蒸気案内管６６を通って前記フィルタ６４の後方に流入した蒸気は、このフィルタ６４を通って前方に移動した後、再び、このフィルタ６４を通って後方に移動して、この第２蒸気案内管６８に流入する。この第２蒸気案内管６８に流入した蒸気は、この第２蒸気案内管６８を通って前記吸込み部５３ｃに流入する。なお、前記フィルタ６４において分離された油は前記油回収部ケース６２の下部に溜まる。この油回収部ケース６２の下部に貯留している油は図示しない油供給装置により前記スクリュロータ収容部５３内に供給される。また、この油は前記回転軸連通部５６ａに供給されて前記回転軸３２ａの周囲をオイルシールする。
【００５６】
以上のように構成された本発電装置２０では、前記蒸発器１０から供給された蒸気は、前記油分離装置６０において油分離された後、前記吸込み部５３ｃにより前記第１空間５１ａより詳細にはスクリュロータ収容部５３の内部空間５３ａに収容されている前記スクリュロータ３２に供給される。このスクリュロータ３２に供給された蒸気は、前記スクリュロータ収容部５３内において、スクリュロータ３２を回転させつつ膨張する。この膨張後の蒸気は、前記蒸気導出部５６ｂにより前記発電機本体収容部５４の内部空間すなわち前記第２空間５４ａに導出される。なお、この膨張後の蒸気の一部は、前記隔壁部５６に形成された前記回転軸連通部５６ａを通ってスクリュロータ収容部５３からこのスクリュロータ収容部５３外に流出しようとするが、この回転軸連通部５６ａは前記スクリュロータ収容部５３の内部空間５３ａと前記第２空間５４ａとを連通しており、この蒸気は筐体５０外へ漏洩することなくこの第２空間５４ａに流入する。
【００５７】
前記蒸気導出部５６ｂによりこの第２空間５４ａに導出された蒸気は、前記噴霧ノズル９４から噴射された霧状の作動媒体と接触して冷却された後、前記ロータ４２とステータ４４との間の隙間４６と前記連通部５４ｅを通過した後、前記流出部５４ｆから前記凝縮器７０に排出される。ここで、この第２空間５４ａに導出された蒸気は、前記スクリュロータ３２で膨張されることで低温化した上に、前記霧状の作動媒体と接触することで冷却されており、十分に低温化している。そのため、この十分に低温化した蒸気が前記ロータ４２とステータ４４との間の隙間４６および前記連通部５４ｅすなわち発電機４０の外周部分を通過することで、このロータ４２とステータ４４とを含む発電機４０は確実に冷却される。
【００５８】
なお、この凝縮器７０に排出された蒸気は、凝縮器７０において液状の作動媒体となった後、前記ポンプ８０により、再び、前記循環ライン２側すなわち前記蒸発器１０内に圧送されるとともに、前記冷却用ライン９２側すなわち発電装置２０側に圧送される。
【００５９】
このように、本発電システム１では、前記スクリュロータ３２に供給された作動媒体がスクリュロータ３２と発電機４０との連結部分である回転軸３２ａの周囲から大気中といった筐体５０外に漏洩するのが抑えられつつ、スクリュロータ３２で膨張、低温化した蒸気を利用して発電機４０の温度上昇を抑制することができる。特に、前記蒸気導部５６ｂの発電機本体収容部５４側の出口に向かって凝縮器７０から排出された液状の作動媒体が霧状で噴射されて、前記スクリュロータ３２で膨張、低温化した蒸気が、この作動媒体の気化により均一に冷却されてさらに低温化されているので、前記発電機４０の温度上昇をより確実に抑制することができる。
【００６０】
ここで、前記連通部５４ｅは省略可能である。ただし、前記ステータ４４の外周面と発電機本体収容部５４の内周面との間で、前後方向に延びて前記発電機前方空間５４ｂと発電機後方空間５４ｃとを連通する連通部５４ｅを設ければ、前記発電機前方空間５４ｂに導出された膨張後の蒸気をステータ４４の外周面に沿って通過させてステータ４４と蒸気との接触面積を増加させることができるため、発電機４０を効率よく冷却することができる。
【００６１】
また、前記噴霧ノズル９４に代えて、前記液状の作動媒体を霧状にすることなく前記第２空間５４ｂに噴射する噴射装置を用いてもよい。ただし、噴霧ノズル９４を設けて、液状の作動媒体を霧状にして噴射すれば、液状の作動媒体の表面積が大きくなり、この液状の作動媒体と前記蒸気導出部５６ｂから供給された膨張後の蒸気との接触面積が増加して、この膨張後の蒸気を効率よく冷却することができる。
【００６２】
また、本発明において、前記膨張機本体はスクリュ式膨張機に限らない。
【符号の説明】
【００６３】
１、１０１ 発電システム
１０ 蒸発器
２０ 発電装置
３０ スクリュ式膨張機（圧縮機本体）
４０ 発電機（発電機本体）
４２ ステータ（固定子）
４４ ロータ（回転子）
５０ 筐体
５１ 膨張機本体収容部
５１ａ 第１空間
５４ 発電機本体収容部
５４ａ 第２空間
５４ｅ 連通部
５６ 隔壁部
５６ａ 回転軸連通部（連結部分収容部）
５６ｂ 蒸気導出部
５３ｃ 吸込み部
５４ｆ 流出部
７０ 凝縮器
８０ ポンプ
９２ 冷却用ライン
９４ 噴霧ノズル（噴射装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気を利用して発電を行う発電装置を備える発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、低温の廃熱から動力を回収するための発電システムとして、沸点の低い作動媒体を廃熱により蒸発させてこの作動媒体の蒸気により膨張機本体を回転駆動させるとともに、この膨張機本体の回転に伴い発電機本体を回転させることで発電を行うバイナリー発電システムが知られている。
【０００３】
また、このような発電システムにおいて、前記作動媒体の大気中への漏洩を抑制するべく、前記膨張機本体と発電機本体とが互いに連結された状態で共通の筐体に収容されたいわゆる密閉式（半密閉式ともいう）のシステムの開発が行われている。前記膨張機本体と前記発電機本体とが個別の筐体に収容されてこれらの連結部分が各筐体に形成された開口部を通って各筐体の内外に延びている場合では、前記膨張機本体側の筐体内から前記開口部と前記連結部分との間の隙間を通って前記作動媒体が筐体外の大気中等に漏洩するおそれがあるが、前記密閉式の発電システムでは、発電機本体と膨張機本体とが連結された状態で共通の筐体内に収容されているので、前記作動媒体が筐体外の大気中等へ漏洩するのが抑制される。しかしながら、この密閉式の発電システムでは、発電機本体単体を冷却するのが困難になり、発電効率が悪化するという問題がある。
【０００４】
これに対して、特許文献１には、前記発電機本体が、前記膨張機本体と連結される回転子とこの回転子の周囲に配置される固定子とからなり、前記発電機本体のうち前記回転子のみが前記筐体内に収容されて、前記発電機本体の固定子が筐体の外側に配置された発電システムが開示されている。
【０００５】
この発電システムでは、前記固定子が筐体の外側に配置されているため、この固定子を比較的容易に冷却することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−９８９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献１に開示されている従来の発電システムでは、発電機本体のうち前記固定子のみが筐体内に収容されて、この筐体の外壁によって固定子と前記回転子とが隔離されている。そのため、前記回転子の回転に伴って前記固定子で電気エネルギが生成されるように、前記筐体の外壁うち前記固定子と回転子とを隔てる部分をアモルファス半磁性体等により構成せねばならず、構造が複雑になるとともに、コスト面で不利になる。
【０００８】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡単な構造で、作動媒体の大気中等への漏洩を抑制しつつ発電機本体を冷却して発電効率を高く維持することのできる発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明による発電システムは、所定の熱源により液状の作動媒体を蒸発させて蒸気を生成する蒸発器と、前記蒸発器で生成された蒸気を利用して発電を行う発電装置と、前記発電装置で発電に利用された蒸気を凝縮させて、前記蒸発器に供給される液状の作動媒体を生成する凝縮器と、前記凝縮器から排出された液状の作動媒体を前記発電装置に供給する冷却用媒体供給装置とを備え、前記発電装置は、前記蒸気の膨張を伴いつつこの蒸気により回転駆動される膨張機本体と、当該膨張機本体に連結されて前記張機本体の回転に伴い回転する発電機本体と、これら膨張機本体と発電機本体とをこれらが互いに連結された状態で収容する筐体とを有し、前記筐体は、前記膨張機本体が収容される第１空間と前記発電機本体が収容される第２空間とを区画する隔壁部を有し、前記隔壁部は、前記第１空間と前記第２空間とを連通して前記第１空間で膨張した蒸気を前記第２空間に導くための蒸気導出部と、前記膨張機本体と前記発電機本体との連結部分が収容される連結部分収容部とを有し、前記筐体には、前記蒸発器から前記蒸気を吸込んで当該蒸気を前記膨張機本体に供給する吸込み部と、前記第２空間で前記発電機本体を冷却した蒸気を前記凝縮器側に流出させる流出部とが形成されており、前記冷却用媒体供給装置は、前記凝縮器の下流側と前記筐体とを接続して前記凝縮器から排出された液状の作動媒体を前記筐体側に導く冷却用ラインと、この冷却用ラインにより導かれた前記液状の作動媒体を前記第２空間に噴射可能な噴射装置とを備え、前記噴射装置は、前記冷却用ラインにより導かれた液状の作動媒体を前記蒸気導出部の第２空間側の出口付近に向かって噴射する。
【００１０】
この発電システムでは、膨張機本体と発電機本体とが連結された状態で共通の筐体内に収容されている。そのため、膨張機本体に供給された作動媒体が膨張機本体と発電機本体との連結部分周りから筐体外に漏洩するのが抑えられる。
【００１１】
しかも、前記膨張機本体が収容される前記第１空間と前記発電機本体が収容される前記第２空間とは前記蒸気導出部により連通されているので、この蒸気導出部により前記第１空間の膨張後の蒸気が前記第２空間に導かれる。そのため、発電機本体全体を前記筐体内に収容した状態で、この膨張後の低温化した蒸気により第２空間に収容された発電機本体を冷却することができ、発電機本体の温度上昇を抑制して発電機本体の発電効率の悪化を抑制することができる。
【００１２】
さらに、この発電システムでは、凝縮器から排出された液状の作動媒体が前記冷却用ラインにより筐体側に導かれ、この導かれた液状の作動媒体が前記噴射装置により前記蒸気導出部の第２空間側の出口付近に向かって噴射されるので、前記膨張後の蒸気全体をこの液状の作動媒体の気化潜熱を利用してより一層低温化することができる。そのため、このより低温化した蒸気によって前記発電機本体を効率よく冷却することができる。
【００１３】
本発明において、前記凝縮器と前記蒸発器との間に設けられて、前記凝縮器から排出された前記液状の作動媒体を前記蒸発器へ圧送するポンプを備え、前記冷却用ラインは、前記ポンプの下流側と前記筐体とを接続するのが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、前記凝縮器から排出された作動媒体を前記凝縮器へ圧送するためのポンプを利用して、前記液状の作動媒体を容易に前記第２空間に供給することができる。
【００１５】
また、前記噴射装置は、前記液状の作動媒体を微粒化して前記蒸気導出部の第２空間側の出口付近に向かって噴射するのが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、前記第２空間に供給される液状の作動媒体の表面積が大きくなり、この液状の作動媒体と前記蒸気導出部によって第２空間に導出された蒸気との接触面積が大きくなる。そのため、前記液状の作動媒体により前記蒸気をより一層低温化して、この低温化された作動媒体により前記発電機本体をより効率よく冷却することができる。
【００１７】
また、前記発電機本体は、特定方向に延びる回転軸と、前記膨張機本体の回転に伴い当該回転軸を中心として回転する回転子と、当該回転子から前記特定方向と略直交する方向に離間した位置に配置される固定子とを有し、前記蒸気導出部は、前記第２空間のうち前記発電機本体よりも前記特定方向一方側の部分と前記第１空間とを連通しており、前記流出部は、前記第２空間のうち前記発電機本体よりも前記特定方向他方側の部分に開口しているのが好ましい。
【００１８】
この構成では、前記蒸気導出部と前記流出部とが前記発電機本体を挟んで前記第２空間の特定方向両側部分にそれぞれ設けられているので、前記蒸気導出部により第２空間に導かれた前記蒸気は、この蒸気導出部側から前記回転子と前記固定子との隙間を通って前記流出部側に移動する。そのため、この蒸気を回転子と固定子の前記特定方向全体にわたって接触させることができ、この回転子および固定子を効率よく冷却することができる。
【００１９】
この場合において、前記固定子は、前記回転子の回転径方向外側に設けられるとともに、前記特定方向に延びる外側面を有し、前記筐体は、前記固定子の外側面との間で前記特定方向に延びて、前記第２空間のうち前記発電機本体よりも前記特定方向一方側の部分と他方側の部分とを連通する連通部を有するのが好ましい。
【００２０】
この構成では、前記蒸気導出部により前記第２空間に導かれた前記蒸気が、前記回転子と固定子との間の隙間に加えて前記連通部を通って、前記流出部側に移動する。そのため、この蒸気と固定子および回転子との接触面積がより広くなり、より一層効率よく発電機本体を冷却することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明によれば、作動媒体の大気中等への漏洩を抑制しつつ、発電機本体を効率よく冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態による発電システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示す発電装置の構成を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態による発電システム１の構成を示す図である。この発電システム１は、沸点の低い作動媒体を利用して、低温の廃熱から動力を回収するバイナリー発電方式の発電システムとして構成されている。前記作動媒体としては、例えば、R245faが挙げられる。
【００２５】
前記発電システム１は、作動媒体が循環する循環ライン２上に、蒸発器１０と、発電装置２０と、凝縮器７０と、ポンプ８０とを備える。また、発電システム１は、冷却用ライン９２と、液体を霧状に噴射可能な噴霧ノズル（噴射装置）９４とからなる冷却用媒体供給装置９０を備える。
【００２６】
前記蒸発器１０は、前記作動媒体の蒸気を生成するためのものである。この蒸発器１０は、前記循環ライン２を通じて前記凝縮器３０から送られた作動媒体を廃熱により蒸発させる。この蒸発器１０は、外部から供給された温水や加熱空気といった前記作動媒体の沸点よりも高い温度を有する流体と前記作動媒体とを間接的に接触させることで、前記作動媒体を蒸発させる。この蒸発器１０で生成された蒸気は、前記発電装置２０に送られる。
【００２７】
前記発電装置２０は、前記蒸発器１０から供給された蒸気を利用して発電を行うためのものである。この発電装置２０の詳細は後述するが、この発電装置２０は、スクリュ式膨張機（膨張機本体）３０と、発電機（発電機本体）４０とを有しており、前記スクリュ式膨張機３０が前記作動媒体の蒸気により回転駆動されるのに伴い前記発電機４０が回転して発電する。この発電装置２０で発電に利用された蒸気は、前記凝縮器７０に送られる。
【００２８】
前記凝縮器７０は、前記発電装置２０から供給された前記作動媒体の蒸気を冷却して、この蒸気を液化させるためのものである。本実施形態では、この凝縮器７０は、低温の冷却水と前記作動媒体とを間接的に接触させることで、前記作動媒体を冷却する。この凝縮器７０から排出される液状の作動媒体は、この凝縮器７０と前記蒸発器１０との間に設けられたポンプ８０により、この凝縮器７０から前記蒸発器１０へ圧送される。前記蒸発器１０へ圧送された液状の作動媒体は、再び蒸発器１０で蒸発される。
【００２９】
このようにして、本発電システム１では、作動媒体が、循環ライン２を通じて、前記蒸発器１０から前記発電装置２０に供給され、発電装置２０から前記凝縮器７０に供給され、その後、凝縮器７０からポンプ８０を介して蒸発器１０に戻るという循環回路が構成されている。そして、作動媒体がこの循環回路を循環することで廃熱から電気エネルギが生成される。
【００３０】
前記冷却用ライン９２は、前記循環ライン２のポンプ８０の下流側、より詳細には、このポンプ８０と前記蒸発器１０との間の部分と、前記発電装置２０の後述する発電機本体収容部５４とを接続している。この冷却用ライン９２には、前記凝縮器７０で凝縮した液状の作動媒体の一部が前記ポンプ８０により送り込まれる。この送り込まれた液状の作動媒体の一部は、前記冷却用ライン９２を通って前記発電機本体収容部５４側に導かれる。
【００３１】
前記噴霧ノズル９４は、前記発電機本体収容部５４に取り付けられている。この噴霧ノズル９４は、前記冷却用ライン９２に接続された状態で、前記発電機本体収容部５４内に臨んでいる。この噴霧ノズル９４は、前記冷却用ライン９２を通って前記発電機本体収容部５４側に導かれた前記液状の作動媒体を微粒化して、この作動媒体を前記発電機本体収容部５４内に霧状に噴射する。
【００３２】
次に、前記発電装置２０の詳細について説明する。図２は、この発電装置２０の構成を示す概略断面図である。
【００３３】
前記発電装置２０は、前述のように、前記スクリュ式膨張機３０と発電機４０とに加えて、これらスクリュ式膨張機３０と発電機４０とを連結された状態で収容する筐体５０と、油回収装置６０とを有している。
【００３４】
前記スクリュ式膨張機３０は、互いに噛み合って回転する一対のスクリュロータ３２と、これらスクリュロータ３２を回転可能に支持するスクリュロータ支持部３４とを有している。これらスクリュロータ３２は、前記蒸発器１０から前記発電装置２０に供給された蒸気により、この蒸気を膨張させつつ所定の回転軸周りに回転する。
【００３５】
前記発電機４０は、所定の回転軸周りに回転する略円柱状のロータ（回転子）４２と、このロータ４２の回転径方向外側に配置されてこのロータ４２を囲むステータ（固定子）４４とを有している。前記ステータ４４は、前記ロータ４２の円柱面を構成する外側面から径方向外側すなわち回転軸方向と直交する方向に離間した位置に配置されており、ステータ４４とロータ４２との間にはロータ４２の回転軸方向に延びる隙間４６が形成されている。
【００３６】
前記スクリュ式膨張機３０と前記発電機４０とは、前記スクリュロータ３２の一方の回転中心線と前記ロータ４２の回転中心線とが同一の直線となるように配置されている。前記一方のスクリュロータ３２と前記ロータとは回転軸３２ａを共有している。前記スクリュ式膨張機３０と前記発電機４０とは、この回転軸３２ａの両端に配置されてこの回転軸３２ａにより連結されており、この回転軸３２ａがこれらスクリュ式膨張機３０と発電機４０とを連結する連結部分を構成している。前記発電機４０は、前記スクリュ式膨張機３０が蒸気の供給を受けて回転して前記回転軸３２ａが回転するに伴い前記ロータ４２が回転することで、電気エネルギを生成する。
【００３７】
前記筐体５０は、前記スクリュ式膨張機３０が収容される第１空間５１ａと前記発電機４０が収容される第２空間５４ａとを区画する隔壁部５６を有している。具体的には、前記筐体５０は、前記隔壁部５６を共有して内側に前記第１空間５１ａが形成される膨張機本体収容部５１と前記第２空間５４ａが形成される発電機本体収容部５４とを有している。前記膨張機本体収容部５１は、前記回転軸３２ａと平行な方向に延びる中空の略円柱状を有している。前記発電機本体収容部５４は、前記回転軸３２ａと平行な方向に延びる中空の略円柱状を有している。この膨張機本体収容部５１と発電機本体収容部５４とは、前記回転軸３２ａと平行な方向に並んでいる。以下、この回転軸３２ａ方向を前後方向といい、前記膨張機本体収容部５１側を前方、前記発電機本体収容部５４側を後方という。前記隔壁部５６は、前記膨張機本体収容部５１の後端部と、前記発電機本体収容部５４の前端部とにより構成されており、前後方向と略直交する方向に延びている。
【００３８】
前記膨張機本体収容部５１の内部空間である第１空間５１ａの前側部分には、前記スクリュロータ支持部３４が収容されており、この膨張機本体収容部５１の前側部分は、スクリュロータ支持部収容部５２として機能している。前記第１空間５１ａの後側部分には、前記スクリュロータ３２が収容されており、この膨張機本体収容部５１の後側部分はスクリュロータ収容部５３として機能している。前記スクリュロータ収容部５３は前記スクリュロータ支持部収容部５２よりも大径であって、前記スクリュロータ収容部５３の前端面５３ｂは、このスクリュロータ支持部収容部５２の外周面よりも径方向外側に延びている。前記膨張機本体収容部５１の外周端には、前方に突出して前記油回収装置６０の後述する油回収部ケース６２が連結されるケース連結部５１ｂが設けられている。
【００３９】
前記スクリュロータ収容部５３は、前記蒸発器１０から前記蒸気を吸い込んでこの蒸気を前記スクリュロータ３２に供給する吸込み部５３ｃを有している。この吸込み部５３ｃは、前記蒸発器１０から前記蒸気が流入する後述する第２蒸気案内管６８の内部と前記第１空間５１ａより詳細には前記スクリュロータ収容部５３の内部空間５３ａとを連通している。この吸込み部５３ｃは、前記スクリュロータ収容部５３の前端面５３ｂから前記スクリュロータ３２の前端部分まで延びている。前記蒸発器１０から排出された蒸気はこの吸込み部５３ｃにより前記スクリュロータ３２の前端部分に供給される。このスクリュロータ３２の前端部分に供給された蒸気は、前記スクリュロータ３２を回転させて膨張しつつ後方に移動する。
【００４０】
前記隔壁部５６は、この隔壁部５６を前後方向に貫通して前記スクリュロータ収容部５３の内部空間５３ａと前記発電機本体収容部５４の内部空間すなわち前記第２空間５４ａとをそれぞれ連通する回転軸連通部（連結部分収容部）５６ａと蒸気導出部５６ｂとを有している。
【００４１】
前記回転軸連通部５６ａ内には、前記回転軸３２ａが挿通、収容されている。この回転軸３２ａは、この回転軸連通部５６ａを介して、前記スクリュロータ収容部５３の内部空間５３ａに収容された前記スクリュロータ３２と前記第２空間５４ａに収容された前記発電機４０とにわたって延びている。この回転軸３２ａは、この回転軸連通部５６ａ内において軸受けにより回転可能に支持されている。
【００４２】
前記蒸気導出部５６ｂの前端部は、前記スクリュロータ３２の後端部分と対向している。この蒸気導出部５６ｂには、前記スクリュロータ３２で膨張した前記蒸気が流入する。この蒸気は、前記蒸気導出部５６ｂを通って前記第２空間５４ａに流入する。このように、この蒸気導出部５６ｂは、前記第１空間５１ａ、より詳細には、前記スクリュロータ収容部５３の内部空間５３ａの膨張後の蒸気を前記第２空間５４ａに導く。
【００４３】
前記発電機本体収容部５４は、複数の保持壁５４ｄと、流出部５４ｆと、噴霧ノズル取付部５４ｈとを有している。
【００４４】
前記発電機本体４０は、前記発電機本体収容部５４の内部空間すなわち前記第２空間５４ａのうち、前後方向の中央付近に配置されており、この第２空間５４ａには、前記発電機本体４０よりも前方の発電機前方空間５４ｂと前記発電機本体４０よりも後方の発電機後方空間５４ｃが形成されている。前述のように、前記蒸気導出部５６ｂが設けられた前記隔壁部５６は前記発電機本体収容部５４の前端部で構成されており、この蒸気導出部５６ｂは前記第２空間５４ａのうちの前記発電機前方空間５４ｂと前記スクリュロータ収容部５３の内部空間５３ａとを連通している。そのため、前記スクリュロータ３２で膨張した前記蒸気は、前記蒸気導出部５６ｂにより、前記発電機前方空間５４ｂに導出される。
【００４５】
前記噴霧ノズル取付部５４ｈは、発電機本体収容部５４の内外を連通している。この噴霧ノズル取付部５４ｈには、前記噴霧ノズル９４が取り付けられている。この噴霧ノズル取付部５４ｈは、前記発電機本体収容部５４のうち前記発電機本体４０よりも前方に設けられている。前記噴霧ノズル９４は、この噴霧ノズル取付部５４ｈに、前述のように、前記冷却用ライン９２に接続された状態で発電機本体収容部５４内、より詳細には、前記発電機前方空間５４ｂに臨む姿勢で取り付けられている。この噴霧ノズル９４から噴射された霧状の作動媒体は、前記蒸気導出部５６ｂによりこの発電機前方空間５４ｂに導出された膨張後の蒸気と接触する。この接触により、前記霧状の作動媒体は気化し、この気化熱により前記膨張後の蒸気は冷却される。
【００４６】
さらに、前記噴霧ノズル取付部５４ｈは、前記蒸気導出部５６ｂの発電機本体収容部５４側の出口、すなわち、発電機本体収容部５４のうちこの蒸気導出部５６ｂが開口する部分の近傍に設けられている。また、前記噴霧ノズル９４は、その噴霧口が前記蒸気導出部５６ｂの発電機本体収容部５４側の出口を向きこの出口に向かって霧状の作動媒体を噴射する姿勢で、この噴霧ノズル取付部５４ｈに取り付けられている。そのため、この噴霧ノズル９４により噴射された霧状の作動媒体は、前記発電機前方空間５４ｂに導出された膨張後の蒸気がこの発電機前方空間５４ｂで拡散する前に、この蒸気と接触する。この接触により、前記膨張後の蒸気全体は均一に冷却される。
【００４７】
前記保持壁５４ｄは、前記発電機４０を保持するためのものである。これら保持壁５４ｄは、周方向に互いに離間する位置において、前記発電機本体収容部５４の内周面から径方向内側に突出して前記ステータ４４の外周面に沿って前後方向に延びる形状を有している。これら保持壁５４ｄは、前記ステータ４４の外周面と当接しており、この当接により、前記発電機４０はこれら保持壁５４ｄにより保持されている。一方、前記発電機本体収容部５４の内周面のうちこれら保持壁５４ｄ間の部分は、前記ステータ４４の外周面と径方向に離間しており、各保持壁５４ｄとステータ４４の外周面との間には、前記発電機前方空間５４ｂと前記発電機後方空間５４ｃとを連通する連通部５４ｅが形成されている。
【００４８】
前記連通部５４ｅは、前記蒸気が通過可能な形状を有しており、前記蒸気導出部５６ｂにより前記発電機前方空間５４ｂに導出されて前記霧状の作動媒体により冷却された前記蒸気の一部は、この連通部５４ｅを通って、ステータ４４の外周面と接触しつつ、前記発電機後方空間５４ｃに流入する。ここで、前述のように、前記発電機４０のロータ４２とステータ４４との間には前後方向に延びる隙間４６が形成されており、前記蒸気導出部５６ｂにより前記発電機前方空間５４ｂに導出された前記蒸気の残りは、この隙間４６を通ってこれらロータ４２とステータ４４と接触しつつ前記発電機後方空間５４ｃに流入する。
【００４９】
前記流出部５４ｆは、前記発電機本体収容部５４の内部空間すなわち前記第２空間５４ａの蒸気を前記凝縮器７０に排出させるためのものである。この流出部５４ｆは、前記発電機本体収容部５４の後端部に設けられており、前記発電機後方空間５４ｃに開口している。前記蒸気導出部５６ｂにより前記発電機前方空間５４ｂに導出されて前記霧状の作動媒体により冷却された蒸気は、前記連通部５４ｅ等を通って前記発電機後方空間５４ｂに流入した後、この流出部５４ｆにより前記凝縮器７０側に排出される。
【００５０】
なお、本実施形態では、前記流出部５４ｆには、オイルフィルタ５４ｇが取付けられており、前記発電機後方空間の蒸気は、このオイルフィルタ５４ｇを通過して、含有しているオイルが除去された後、前記凝縮器７０側に排出される。
【００５１】
前記油回収装置６０は、前記蒸発器１０から排出された蒸気に含有している油を除去して、この油が除去された蒸気を前記スクリュロータ３２に供給するためのものである。この油回収装置６０は、油回収部ケース６２と、フィルタ６４と、第１蒸気案内管６６と、第２蒸気案内管６８とを有している。
【００５２】
前記油回収部ケース６２は、前後方向に延びる有底の略円筒状を有している。この油回収部ケース６２の開口側の外周端は前記膨張機本体収容部５１のケース連結部５１ｂに連結されており、この油回収部ケース６２はこのケース連結部５１ｂから前方に延びている。この油回収部ケース６２の内側には、前記膨張機本体収容部５１の一部が収容されている。前記発電装置２０のケーシング２２は、この油回収部ケース６２と前記筐体５０とによって構成されている。
【００５３】
前記フィルタ６４は前記蒸気から油を除去するためのものである。このフィルタ６４は、前記油回収部ケース６２内において前記膨張機本体収容部５１よりも前側部分に設けられており、この油回収部ケース６２の前後方向と直交する面のほぼ全体にわたって設けられている。
【００５４】
前記第１蒸気案内管６６は、前記蒸発器１０から排出された蒸気を前記フィルタ６４に案内するためのものである。この第１蒸気案内管６６は、前記油回収部ケース６２の前端に設けられた底部６２ａの略中央に形成された貫通孔６２ｂ内に固定されており、この底部６２ａから前記フィルタ６４の後端まで前後方向に延びている。この第１蒸気案内管６６は、前記蒸発器１０に連通しており、前記蒸発器１０から排出された前記蒸気は、この第１蒸気案内管６６を通って前記フィルタ６４の後方に流入する。
【００５５】
前記第２蒸気案内管６８は、前記フィルタ６４を通過して油が除去された後の前記蒸気を前記吸込み部５３ｃに案内するためのものである。この第２蒸気案内管６８は、前記フィルタ６４の後端から前記吸込み部５３ｃまで前後方向に延びている。前記第１蒸気案内管６６を通って前記フィルタ６４の後方に流入した蒸気は、このフィルタ６４を通って前方に移動した後、再び、このフィルタ６４を通って後方に移動して、この第２蒸気案内管６８に流入する。この第２蒸気案内管６８に流入した蒸気は、この第２蒸気案内管６８を通って前記吸込み部５３ｃに流入する。なお、前記フィルタ６４において分離された油は前記油回収部ケース６２の下部に溜まる。この油回収部ケース６２の下部に貯留している油は図示しない油供給装置により前記スクリュロータ収容部５３内に供給される。また、この油は前記回転軸連通部５６ａに供給されて前記回転軸３２ａの周囲をオイルシールする。
【００５６】
以上のように構成された本発電装置２０では、前記蒸発器１０から供給された蒸気は、前記油分離装置６０において油分離された後、前記吸込み部５３ｃにより前記第１空間５１ａより詳細にはスクリュロータ収容部５３の内部空間５３ａに収容されている前記スクリュロータ３２に供給される。このスクリュロータ３２に供給された蒸気は、前記スクリュロータ収容部５３内において、スクリュロータ３２を回転させつつ膨張する。この膨張後の蒸気は、前記蒸気導出部５６ｂにより前記発電機本体収容部５４の内部空間すなわち前記第２空間５４ａに導出される。なお、この膨張後の蒸気の一部は、前記隔壁部５６に形成された前記回転軸連通部５６ａを通ってスクリュロータ収容部５３からこのスクリュロータ収容部５３外に流出しようとするが、この回転軸連通部５６ａは前記スクリュロータ収容部５３の内部空間５３ａと前記第２空間５４ａとを連通しており、この蒸気は筐体５０外へ漏洩することなくこの第２空間５４ａに流入する。
【００５７】
前記蒸気導出部５６ｂによりこの第２空間５４ａに導出された蒸気は、前記噴霧ノズル９４から噴射された霧状の作動媒体と接触して冷却された後、前記ロータ４２とステータ４４との間の隙間４６と前記連通部５４ｅを通過した後、前記流出部５４ｆから前記凝縮器７０に排出される。ここで、この第２空間５４ａに導出された蒸気は、前記スクリュロータ３２で膨張されることで低温化した上に、前記霧状の作動媒体と接触することで冷却されており、十分に低温化している。そのため、この十分に低温化した蒸気が前記ロータ４２とステータ４４との間の隙間４６および前記連通部５４ｅすなわち発電機４０の外周部分を通過することで、このロータ４２とステータ４４とを含む発電機４０は確実に冷却される。
【００５８】
なお、この凝縮器７０に排出された蒸気は、凝縮器７０において液状の作動媒体となった後、前記ポンプ８０により、再び、前記循環ライン２側すなわち前記蒸発器１０内に圧送されるとともに、前記冷却用ライン９２側すなわち発電装置２０側に圧送される。
【００５９】
このように、本発電システム１では、前記スクリュロータ３２に供給された作動媒体がスクリュロータ３２と発電機４０との連結部分である回転軸３２ａの周囲から大気中といった筐体５０外に漏洩するのが抑えられつつ、スクリュロータ３２で膨張、低温化した蒸気を利用して発電機４０の温度上昇を抑制することができる。特に、前記蒸気導部５６ｂの発電機本体収容部５４側の出口に向かって凝縮器７０から排出された液状の作動媒体が霧状で噴射されて、前記スクリュロータ３２で膨張、低温化した蒸気が、この作動媒体の気化により均一に冷却されてさらに低温化されているので、前記発電機４０の温度上昇をより確実に抑制することができる。
【００６０】
ここで、前記連通部５４ｅは省略可能である。ただし、前記ステータ４４の外周面と発電機本体収容部５４の内周面との間で、前後方向に延びて前記発電機前方空間５４ｂと発電機後方空間５４ｃとを連通する連通部５４ｅを設ければ、前記発電機前方空間５４ｂに導出された膨張後の蒸気をステータ４４の外周面に沿って通過させてステータ４４と蒸気との接触面積を増加させることができるため、発電機４０を効率よく冷却することができる。
【００６１】
また、前記噴霧ノズル９４に代えて、前記液状の作動媒体を霧状にすることなく前記第２空間５４ｂに噴射する噴射装置を用いてもよい。ただし、噴霧ノズル９４を設けて、液状の作動媒体を霧状にして噴射すれば、液状の作動媒体の表面積が大きくなり、この液状の作動媒体と前記蒸気導出部５６ｂから供給された膨張後の蒸気との接触面積が増加して、この膨張後の蒸気を効率よく冷却することができる。
【００６２】
また、本発明において、前記膨張機本体はスクリュ式膨張機に限らない。
【符号の説明】
【００６３】
１、１０１ 発電システム
１０ 蒸発器
２０ 発電装置
３０ スクリュ式膨張機（圧縮機本体）
４０ 発電機（発電機本体）
４２ ステータ（固定子）
４４ ロータ（回転子）
５０ 筐体
５１ 膨張機本体収容部
５１ａ 第１空間
５４ 発電機本体収容部
５４ａ 第２空間
５４ｅ 連通部
５６ 隔壁部
５６ａ 回転軸連通部（連結部分収容部）
５６ｂ 蒸気導出部
５３ｃ 吸込み部
５４ｆ 流出部
７０ 凝縮器
８０ ポンプ
９２ 冷却用ライン
９４ 噴霧ノズル（噴射装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の熱源により液状の作動媒体を蒸発させて蒸気を生成する蒸発器と、
前記蒸発器で生成された蒸気を利用して発電を行う発電装置と、
前記発電装置で発電に利用された蒸気を凝縮させて、前記蒸発器に供給される液状の作動媒体を生成する凝縮器と、
前記凝縮器から排出された液状の作動媒体を前記発電装置に供給する冷却用媒体供給装置とを備え、
前記発電装置は、前記蒸気の膨張を伴いつつこの蒸気により回転駆動される膨張機本体と、当該膨張機本体に連結されて前記張機本体の回転に伴い回転する発電機本体と、これら膨張機本体と発電機本体とをこれらが互いに連結された状態で収容する筐体とを有し、
前記筐体は、前記膨張機本体が収容される第１空間と前記発電機本体が収容される第２空間とを区画する隔壁部を有し、
前記隔壁部は、前記第１空間と前記第２空間とを連通して前記第１空間で膨張した蒸気を前記第２空間に導くための蒸気導出部と、前記膨張機本体と前記発電機本体との連結部分が収容される連結部分収容部とを有し、
前記筐体には、前記蒸発器から前記蒸気を吸込んで当該蒸気を前記膨張機本体に供給する吸込み部と、前記第２空間で前記発電機本体を冷却した蒸気を前記凝縮器側に流出させる流出部とが形成されており、
前記冷却用媒体供給装置は、前記凝縮器の下流側と前記筐体とを接続して前記凝縮器から排出された液状の作動媒体を前記筐体側に導く冷却用ラインと、この冷却用ラインにより導かれた前記液状の作動媒体を前記第２空間に噴射可能な噴射装置とを備え、
前記噴射装置は、前記冷却用ラインにより導かれた液状の作動媒体を前記蒸気導出部の第２空間側の出口付近に向かって噴射することを特徴とする発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の発電システムにおいて、
前記凝縮器と前記蒸発器との間に設けられて、前記凝縮器から排出された前記液状の作動媒体を前記蒸発器へ圧送するポンプを備え、
前記冷却用ラインは、前記ポンプの下流側と前記筐体とを接続することを特徴とする発電システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発電システムにおいて、
前記噴射装置は、前記液状の作動媒体を微粒化して前記蒸気導出部の第２空間側の出口付近に向かって噴射することを特徴とする発電システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の発電システムにおいて、
前記発電機本体は、特定方向に延びる回転軸と、前記膨張機本体の回転に伴い当該回転軸を中心として回転する回転子と、当該回転子から前記特定方向と略直交する方向に離間した位置に配置される固定子とを有し、
前記蒸気導出部は、前記第２空間のうち前記発電機本体よりも前記特定方向一方側の部分と前記第１空間とを連通しており、
前記流出部は、前記第２空間のうち前記発電機本体よりも前記特定方向他方側の部分に開口していることを特徴とする発電システム。
【請求項５】
請求項４に記載の発電システムにおいて、
前記固定子は、前記回転子の回転径方向外側に設けられるとともに、前記特定方向に延びる外側面を有し、
前記筐体は、前記固定子の外側面との間で前記特定方向に延びて、前記第２空間のうち前記発電機本体よりも前記特定方向一方側の部分と他方側の部分とを連通する連通部を有することを特徴とする発電システム。
【請求項１】
所定の熱源により液状の作動媒体を蒸発させて蒸気を生成する蒸発器と、
前記蒸発器で生成された蒸気を利用して発電を行う発電装置と、
前記発電装置で発電に利用された蒸気を凝縮させて、前記蒸発器に供給される液状の作動媒体を生成する凝縮器と、
前記凝縮器から排出された液状の作動媒体を前記発電装置に供給する冷却用媒体供給装置とを備え、
前記発電装置は、前記蒸気の膨張を伴いつつこの蒸気により回転駆動される膨張機本体と、当該膨張機本体に連結されて前記張機本体の回転に伴い回転する発電機本体と、これら膨張機本体と発電機本体とをこれらが互いに連結された状態で収容する筐体とを有し、
前記筐体は、前記膨張機本体が収容される第１空間と前記発電機本体が収容される第２空間とを区画する隔壁部を有し、
前記隔壁部は、前記第１空間と前記第２空間とを連通して前記第１空間で膨張した蒸気を前記第２空間に導くための蒸気導出部と、前記膨張機本体と前記発電機本体との連結部分が収容される連結部分収容部とを有し、
前記筐体には、前記蒸発器から前記蒸気を吸込んで当該蒸気を前記膨張機本体に供給する吸込み部と、前記第２空間で前記発電機本体を冷却した蒸気を前記凝縮器側に流出させる流出部とが形成されており、
前記冷却用媒体供給装置は、前記凝縮器の下流側と前記筐体とを接続して前記凝縮器から排出された液状の作動媒体を前記筐体側に導く冷却用ラインと、この冷却用ラインにより導かれた前記液状の作動媒体を前記第２空間に噴射可能な噴射装置とを備え、
前記噴射装置は、前記冷却用ラインにより導かれた液状の作動媒体を前記蒸気導出部の第２空間側の出口付近に向かって噴射することを特徴とする発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の発電システムにおいて、
前記凝縮器と前記蒸発器との間に設けられて、前記凝縮器から排出された前記液状の作動媒体を前記蒸発器へ圧送するポンプを備え、
前記冷却用ラインは、前記ポンプの下流側と前記筐体とを接続することを特徴とする発電システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発電システムにおいて、
前記噴射装置は、前記液状の作動媒体を微粒化して前記蒸気導出部の第２空間側の出口付近に向かって噴射することを特徴とする発電システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の発電システムにおいて、
前記発電機本体は、特定方向に延びる回転軸と、前記膨張機本体の回転に伴い当該回転軸を中心として回転する回転子と、当該回転子から前記特定方向と略直交する方向に離間した位置に配置される固定子とを有し、
前記蒸気導出部は、前記第２空間のうち前記発電機本体よりも前記特定方向一方側の部分と前記第１空間とを連通しており、
前記流出部は、前記第２空間のうち前記発電機本体よりも前記特定方向他方側の部分に開口していることを特徴とする発電システム。
【請求項５】
請求項４に記載の発電システムにおいて、
前記固定子は、前記回転子の回転径方向外側に設けられるとともに、前記特定方向に延びる外側面を有し、
前記筐体は、前記固定子の外側面との間で前記特定方向に延びて、前記第２空間のうち前記発電機本体よりも前記特定方向一方側の部分と他方側の部分とを連通する連通部を有することを特徴とする発電システム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１４７５６７（Ｐ２０１２−１４７５６７Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３９２７（Ｐ２０１１−３９２７）
【出願日】平成２３年１月１２日（２０１１．１．１２）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１２日（２０１１．１．１２）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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