発電システム
【課題】 発電システムにおいて、発電機から発生する熱を効率的に外部に放出する。
【解決手段】本発明の発電システム１は、作動媒体Ｔを蒸発器２、発電装置３、凝縮器４に循環させつつ発電を行う発電システム１であって、発電装置３が膨張機８と発電機本体１０と筐体１１とを有しており、筐体１１は蒸発器２から蒸気を膨張機駆動部に導入するための導入部２２と、膨張機駆動部が収容される第１空間１３と回転子９が収容される第２空間１４とを隔離状態で画成するための隔壁部１２と、作動媒体Ｔを凝縮器４に排出するための流出部２８とを有し、隔壁部１２は、第１空間１３と第２空間１４とを連通すると共に第１空間１３で膨張して減温した蒸気を第２空間１４に導く蒸気導出部２６と、回転軸１８を支持する軸受が収容される軸受収容部１７とを有しており、蒸気導出部２６と流出部２８との間に発電機本体１０の回転子９が配備されている。
【解決手段】本発明の発電システム１は、作動媒体Ｔを蒸発器２、発電装置３、凝縮器４に循環させつつ発電を行う発電システム１であって、発電装置３が膨張機８と発電機本体１０と筐体１１とを有しており、筐体１１は蒸発器２から蒸気を膨張機駆動部に導入するための導入部２２と、膨張機駆動部が収容される第１空間１３と回転子９が収容される第２空間１４とを隔離状態で画成するための隔壁部１２と、作動媒体Ｔを凝縮器４に排出するための流出部２８とを有し、隔壁部１２は、第１空間１３と第２空間１４とを連通すると共に第１空間１３で膨張して減温した蒸気を第２空間１４に導く蒸気導出部２６と、回転軸１８を支持する軸受が収容される軸受収容部１７とを有しており、蒸気導出部２６と流出部２８との間に発電機本体１０の回転子９が配備されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱源から回収される熱を利用して発電を行う発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工場の廃熱や地熱のように蒸気タービンを回転できるほどの熱量を持たない低温の熱源から熱を回収して発電を行う発電システムとして、バイナリー発電が行われている。
このバイナリー発電では、低沸点の作動媒体を蒸発させて、この作動媒体の蒸気により発電装置を駆動させ、発電が行われる（図４参照）。
【０００３】
このようなバイナリー発電において、発電装置は、タービンやスクリュロータで構成された膨張機と発電機本体とが回転する回転軸で互いに連結されており、膨張機と発電機本体との間にメカニカルシールなどを設けても作動媒体の漏洩を完全に防止することは非常に困難である。
そこで、バイナリー発電を行う発電システムでは、発電装置全体を筐体の内部に密閉状態で収容する方式（密閉式）が採用されることがある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、膨脹機関に、回転子の周囲に固定子を配してなる発電機を直結させた発電装置において、前記膨脹機関の駆動軸を保持するシール部から発電機側の回転子に至る周囲空間を密閉すると共に、該密閉空間の外周側に固定子を配置し、該固定子と回転子間が、前記密閉空間を形成する隔壁の一部をなすキャンを介して対面配置した密閉型発電装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
ところで、特許文献１の発電システムでは、発電装置が収容される筐体の密閉性が高められているので、作動媒体が大気中へ漏洩する心配はほとんどない。その反面で、発電装置で発生した熱も筐体から放出されにくくなっており、発電装置の作動温度も高くなる傾向がある。
特に、発電装置の発電機本体には、ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石のように温度が上昇すると減磁する永久磁石が用いられており、発電装置の作動温度が高くなると発電効率が大きく低下してしまう虞がある。また、このような作動温度の上昇により永久磁石の温度が一定のレベルを超えると、その永久磁石を構成する小さな磁石は方向性が悪くなり、それぞれ勝手な運動を起こす。この温度をキュリー点と呼ぶ。磁石をキュリー点以上に加熱し、室温まで戻すと完全に磁力を失い、所定の発電効率を達成できなくなり、発電装置自体を取り替えなくてはならなくなる。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、大気中へ作動媒体が漏洩することを確実に抑制できるものでありながら、内部に蓄積された熱により故障したり発電効率が低下したりすることのない発電装置を備えた発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明は次の技術的手段を講じている。
すなわち、本発明の発電システムは、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、を備えていて、前記作動媒体を蒸発器から発電装置及び凝縮器を経由して蒸発器に帰還させつつ発電装置で発電を行う発電システムであって、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軸を駆動させる膨張機駆動部を有する膨張機と、前記膨張機駆動部に回転軸を介して連結されて当該回転軸の回転に伴い回転する回転子を有する発電機本体と、前記膨張機駆動部及び回転子を収容する筐体と、を有しており、前記筐体は、前記蒸発器から蒸気を膨張機駆動部に導入するための導入部と、前記
膨張機駆動部が収容される第１空間と前記回転子が収容される第２空間とを隔離状態で画成するための隔壁部と、前記作動媒体を凝縮器に排出するための流出部とを有し、前記隔壁部は、前記第１空間と第２空間とを連通すると共に前記第１空間で膨張して減温した蒸気を前記第２空間に導く蒸気導出部と、前記回転軸を支持する軸受が収容される軸受収容部とを有しており、前記蒸気導出部と流出部との間に、前記発電機本体の回転子が配備されていることを特徴とするものである。
【０００９】
なお、前記膨張機駆動部と回転子とは、水平方向に沿って配備された回転軸を介して連結されており、前記流出部は、前記回転軸の軸心の延長線上に位置する前記筐体の壁面に形成されているのが好ましい。
また、前記流出部は、前記第２空間の底部における筐体内壁面を高さ方向で含む位置に開口するように前記筐体の壁面（下部壁面）に形成されているのが好ましい。
【００１０】
さらに、前記第２空間の底部における筐体内壁面は、前記流出部へ向けて下る傾斜面となるように形成されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の発電システムによれば、大気中へ作動媒体が漏洩することを抑制できるものでありながら、内部に蓄積された熱により発電効率が低下したり破損したりすることを防止しつつ、確実な発電を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の発電システムの全体構成を示す配管図である。
【図２】第１実施形態の発電装置の断面図である。
【図３】第２実施形態の発電装置の断面図である。
【図４】従来の発電システムの全体構成を示す配管図である。
【図５】本発明の発電システムで発電を行った際に作動媒体がどのように熱力学的に状態変化するかを示した図（モリエル線図）である。
【図６】第３実施形態の発電装置の第２空間の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１実施形態］
以下、本発明に係る発電システム１の第１実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
図１に示すように、本発明の発電システム１は、工場の廃熱や地熱のように低温（例えば１５０℃以下）の熱源から熱を回収して発電を行うものである。
このような低温の熱源は、水の熱サイクルだけで発電できるほどの熱量は有していないので、例えばＲ２４５ｆａ等の水より低沸点の有機媒体（フロン等）などを作動媒体Ｔとして用いて、この作動媒体Ｔの熱サイクルを利用し発電を行う必要がある。それゆえ、本発明の発電システム１のように２つの熱サイクルを併用し発電を行うものを、バイナリーサイクル（Binary-Cycle）発電と呼ぶ。
【００１４】
以降の発電システム１は、Ｒ２４５ｆａ（1,1,1,3,3-Pentafluoropropaneを主体とする有機冷媒）を作動媒体Ｔとして用いたものである。
第１実施形態の発電システム１は、熱源により液状の作動媒体Ｔを蒸発させてガス状の作動媒体Ｔを生成する蒸発器２と、この蒸発器２で生成された蒸気を利用して発電を行う発電装置３と、この発電装置３で発電に利用された蒸気を凝縮させて、蒸発器２に供給される液状の作動媒体Ｔを生成する凝縮器４とを備えている。
【００１５】
これら蒸発器２、発電装置３、凝縮器４は、作動媒体Ｔを循環させる循環配管５（循環ライン）により接続されており、この循環配管５の経路上には、作動媒体Ｔを循環させるポンプ６が配備されている。このポンプ６により作動媒体Ｔを一方向に向かって送りつつ、作動媒体Ｔを蒸発器２、発電装置３、凝縮器４の順番に循環させる閉ループ状の構成とされている。
【００１６】
以下、第１実施形態の発電システム１を構成する蒸発器２、発電装置３、凝縮器４及びポンプ６について順に精説する。
図１に示す如く、蒸発器２は、循環配管５内を流れる作動媒体Ｔを気化させる役割を有している。蒸発器２の１次側には、工場からの排水や地下から湧き出る温水などが供給さ
れており、２次側には作動媒体Ｔが供給されるようになっている。蒸発器２内では、１次側に供給された熱源と２次側に供給された作動媒体Ｔとの間で熱交換が行われて、ガス状の作動媒体Ｔ（蒸気）が生成される。
【００１７】
２次側に供給される作動媒体Ｔは、ポンプ６を介して凝縮器４から送られてくるものであり、上述したＲ２４５ｆａを用いた場合であれば２０〜５０℃の液体となっている。一方、１次側に供給される温水などの加熱媒体は、作動媒体Ｔの沸点よりも高温（例えば５０〜１５０℃）となっており、作動媒体Ｔを十分に蒸発させることができる。この蒸発器２で生成した蒸気は発電装置３に送られる。
【００１８】
発電装置３は、蒸発器２で生成された蒸気を利用して発電を行うものである。この発電装置３は、膨張を伴う蒸気により回転駆動されるスクリュロータ７（膨張機駆動部）を有する膨張機８と、このスクリュロータ７の回転力を利用して発電を行う回転子９を有する発電機本体１０と、を有している。
蒸発器２で生成された蒸気は、循環配管５を通り膨張機８へと送られスクリュロータ７を回転させる。この回転駆動力により回転子９が回転し、発電機本体１０で発電が行われる。このようにして発電に用いられた蒸気は、凝縮器４に送られる。
【００１９】
なお、この発電装置３の詳細な構成については後述する。
凝縮器４は、発電装置３で発電に利用された蒸気を１次側に供給して、２次側に供給される冷却水との間に熱交換を行って、蒸気を凝縮させることにより液状の作動媒体Ｔを生成するものである。
この１次側に供給される冷却水は、０〜４０℃となっており、作動媒体Ｔの蒸気を沸点以下の温度に冷却（凝縮）して液状の作動媒体Ｔを生成することができる。
【００２０】
ポンプ６は、凝縮器４で生成された液状の作動媒体Ｔを圧送して、蒸発器２に送り出すものである。
ところで、上述した発電システム１においては、作動媒体Ｔとして有機媒体が用いられており、これらは可燃性を有したり環境に有害であったりするため、当該作動媒体Ｔを大気中へ漏洩するのは好ましくない。それゆえ、従来の発電システム１は密閉方式の発電装置３を備えていることが多かった。
【００２１】
この密閉方式を採用することにより、作動媒体Ｔが大気中へ漏洩する心配はほとんどなくなるが、その反面で発電装置３で発生した熱が筐体１１から放出されにくくなり、発電装置３の作動温度も高くなってしまう傾向がある。
この問題に対応するために、本発明の発電システム１、特に発電装置３は、作動媒体Ｔの蒸気を膨張機８のスクリュロータ７を駆動回転させるためだけでなく、この蒸気を回転子９を備えた発電機本体１０へも導入し、発電機本体１０を冷却させることを特徴としている。そのために、膨張機８を通過した作動媒体Ｔの蒸気を発電機本体１０へ導く流路が筐体１１内に備えられている。
【００２２】
以下、発電装置３の詳細について述べる。
図２に示すように、発電装置３は、横倒円筒形状とされた筐体１１を有している。この筐体１１は、水平方向に長い、例えば断面円形の中空容器とされている。なお、以下では、図２の左右方向、上下方向を、それぞれ発電装置３の左右方向、上下方向として説明する。また本第１実施形態では、発電装置３の左右方向が水平方向に沿うように設置するものとおく。
【００２３】
この筐体１１の左側壁１１Ｌには、蒸発器２からの作動媒体を発電装置３内へ取り込むための導入部２２が設けられており、換言すると作動媒体をスクリュロータ７、７（膨張機駆動部）に導入する（作用させる）ための導入部２２（詳細は後述）が設けられており、この筐体１１の右側壁１１Ｒには、当該発電装置３内の作動媒体を凝縮器４へ送り出すための流出部２８（詳細は後述）が設けられている。
【００２４】
筐体１１の内部は作動媒体Ｔを収納可能な空洞とされており、この空洞とされた内部空間の左右方向の中央部には、上下に延びる隔壁部１２が形成されている。この隔壁部１２によって、筐体１１の内部空間は、第１空間１３（図２での左空間）と第２空間１４（図２での右空間）とに画成されている。
この隔壁部１２の上下方向中央部には、第１空間１３と第２空間１４とを連通する連通孔１５が、水平方向（図２の紙面貫通方向）に並んで２つ形成されている。それぞれの連通孔１５の部分には、ベアリング等の軸受部１６を格納する軸受収容部１７が設けられている。
【００２５】
各連通孔１５には、軸心が左右方向を向くように回転軸１８が挿通されており、この回転軸１８は軸受部１６により回転自在に支持されている。回転軸１８は、その一方端が第１空間１３の中央部に位置し、他方端が第２空間１４の中央部に位置する程度の長さとされている。
図２に示すように、回転軸１８の一方端（左端部）には、互いに噛み合って回転する一対のスクリュロータ７、７（膨張機駆動部）が設けられている。このスクリュロータ７の外周面には、螺旋状にねじれた形状に形成されたスクリュフライト１９が設けられている。このスクリュロータ７、７は、それらを取り囲むような筒状に形成され且つ隔壁部１２から第１空間１３内に突出状に設けられた筒状周壁内によって形成されたロータ収容室２０内に回転自在に収容されるものとなっている。このロータ収容室２０は第１空間１３の一部を構成しており、筒状周壁で取り囲まれたスクリュロータ７、７のスクリュフライト１９に作動媒体Ｔの蒸気を吹き付けることで、スクリュロータ７が回転し回転軸１８に回転駆動力が発生する。
【００２６】
なお、このスクリュロータ７は、上述した軸受部１６とは別に設けられた第２軸受部２９によっても回転自在に支持されている。第２軸受部２９は、スクリュロータ７の左側（反回転軸側）に設けられており、軸受部１６と第２軸受部２９との間にスクリュロータ７が挟み込まれた形で配備されている。
このように、第１空間１３内にスクリュロータ７が配備されることで、第１空間１３側が膨張機８とされている。
【００２７】
一方、図２に示すように、回転軸１８の他方端には、回転軸１８に固定されて同伴回転する回転子９（ロータ）が設けられている。この回転子９の径外側であって筐体１１の内壁面には固定子２１（ステータ）が配備されている。
回転子９は、ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石などの永久磁石から構成されており、固定子２１は金属の導線を巻線したコイルから構成されている。この固定子２１は、回転子９の回転を阻害することがないように、回転子９の外周面から径方向に一定の距離をあけて配備されており、回転子９と対面するように配備されている。スクリュロータ７の回転に合わせて回転子９が固定子２１に対して回転することで電力が生成される。
【００２８】
このように、第２空間１４内に固定子２１とこの固定子２１内で回転する回転子９とが配備されることで第２空間１４側が発電機本体１０とされている。
ところで、スクリュロータ７に作動媒体Ｔの蒸気を吹き付けて膨張機８を動作させるためには、第１空間１３内に作動媒体Ｔを導き入れる必要がある。そのために、筐体１１には、上述したように蒸発器２で生成された蒸気を第１空間１３（ロータ収容室２０）に収容されたスクリュロータ７、７（膨張機駆動部）導入する（作用させる）ための導入部２２が設けられている。
【００２９】
詳しくは、導入部２２は、蒸発器２から排出された蒸気をフィルタ２３が内装された第１空間１３に案内する第１導入管２４と、フィルタ２３を通過して異物が除去された後の蒸気を、第１空間１３及び第１空間１３の一部を構成するロータ収容室２０に案内する第２導入管２５と、を有している。
第１導入管２４は、筐体１１の左側壁１１Ｌの上下中央部に固定されており、この第１空間１３内を左右方向に延びている。この第１導入管２４には蒸発器２側からの循環配管５がつながっていて、蒸発器２から排出された蒸気がこの第１導入管２４を通ってフィルタ２３が内装された第１空間１３に流入する。
【００３０】
一方、第２導入管２５は、フィルタ２３を通過して異物が除去された後の蒸気をスクリュロータ７、７（膨張機駆動部）が収容された第１空間１３であるロータ収容室２０内に案内するものであり、換言すれば、異物が除去された後の蒸気を一対のスクリュロータ７、７（膨張機駆動部）に導入する（作用させる）ものである。この第２導入管２５は、フ
ィルタ２３からロータ収容室２０までを左右方向に延びるように架設されている。
【００３１】
なお、フィルタ２３において分離された異物は筐体１１の下部に溜まる。異物は図示しない排出手段によって筐体１１内から排出される。
図２に示す如く、蒸気導出部２６は、作動媒体Ｔを流通できるように隔壁部１２に穿孔された流通路であり、第１空間１３を構成するロータ収容室２０と第２空間１４との双方に連通している。この蒸気導出部２６は、第１空間１３におけるロータ収容室２０で膨張し減温された作動媒体Ｔの蒸気を、隔壁部１２の右側に位置する第２空間１４に導くものである。この蒸気導出部２６は、隔壁部１２における軸受収容部１７のやや下方に形成されており、隔壁部１２の上下中央部側を通って作動媒体Ｔの蒸気を第２空間１４に流通できるようになっている。
【００３２】
蒸気導出部２６を通って第２空間１４に導入された作動媒体Ｔの蒸気は、回転子９や固定子２１の外表面に沿うように流れることとなる。本実施形態の場合、固定子２１の反回転子側に対する作動媒体Ｔの導入を促進するために、固定子側流通部２７が形成されている。
固定子側流通部２７は、筐体１１の内壁面と固定子２１との間に貫通状に形成された流通路であり、左右方向を向くように複数形成されている。それ故、固定子側流通部２７を通過する作動媒体Ｔは、筐体１１の内周壁近傍を沿うように流れることになる。
【００３３】
流出部２８は、筐体１１の右側壁１１Ｒの上下方向中央部に設けられた貫通孔である。言い換えれば、流出部２８は、回転軸１８の軸心の延長線上に位置する筐体１１の右壁面に形成された穿孔である。
この流出部２８には、凝縮器４側に向かう循環配管５が連通している。固定子側流通部２７などを流通して、固定子２１や回転子９を冷却した後の作動媒体Ｔの蒸気は、流出部２８を介して凝縮器４側に流出させられるようになっている。
【００３４】
この流出部２８には、凝縮器４に送られる蒸気から異物を除去できるように、フィルタ２３が取り付けられていてもよい。
以上まとめるならば、本発明の発電装置３は、蒸気の膨張を伴いつつこの蒸気により回転軸１８を駆動させる膨張機駆動部を有する膨張機８と、膨張機駆動部に回転軸１８を介して連結されて当該回転軸１８の回転に伴い回転する回転子９を有する発電機本体１０と、膨張機駆動部及び回転子９を収容する筐体１１と、を有するものであって、筐体１１は、蒸発器２から蒸気を膨張機駆動部に導入するための導入部２２と、膨張機駆動部が収容される第１空間１３と回転子９が収容される第２空間１４とを隔離状態で画成するための隔壁部１２と、作動媒体を凝縮器に排出するための流出部とを有するものとなっている。
【００３５】
さらに、隔壁部１２は、第１空間１３と第２空間１４とを連通すると共に第１空間１３で膨張して減温した蒸気を第２空間１４に導く蒸気導出部２６と、回転軸１８を支持する軸受が収容される軸受収容部１７とを有している。加えて、蒸気導出部２６と流出部２８との間に、発電機本体１０の回転子９が配備された構成となっている。
この発電装置３が、熱源により液状の作動媒体Ｔを蒸発させて蒸気を生成する蒸発器２と、蒸気を凝縮させて、蒸発器２に供給される液状の作動媒体Ｔを生成する凝縮器４と、ポンプ６とが設けられた循環配管５上に配備され、当該発電装置３で発電を行う発電システム１が構成されるものとなっている。
【００３６】
次に、上述した構成を備える発電システム１を用いて発電を行う方法、言い換えれば本発明の発電システム１を用いた発電方法について、説明する。
図１に示すように、第１実施形態の発電システム１では、低温の熱源（図例では温水）から供給される熱を利用して、蒸発器２で液状の作動媒体Ｔの蒸発が行われる。このとき、図５の（４）→（１）に示すように、液状の作動媒体Ｔは、等圧的に膨張して蒸発（気化）する。このようにして蒸発器２で生成された蒸気は、循環配管５に沿って発電装置３に送られる。
【００３７】
発電装置３では、蒸発器２から送られてきて且つ導入部２２を通過して第１空間１３に入った蒸気を、第１空間１３の一部を構成するロータ収容室２０に取り込み、このロータ収容室２０に収容された膨張機８のスクリュロータ７に作動媒体Ｔを吹き付ける。この蒸
気の持つ運動エネルギによりスクリュロータ７が回転する。このとき、図５の（１）→（２）に示すように、作動媒体Ｔの蒸気はエンタルピーがΔｈだけ下がり、作動媒体Ｔの蒸気はΔｈに対応して減温（冷却）される。
【００３８】
このようにして膨張機８でスクリュロータ７を回転駆動すると共に減温された作動媒体Ｔ（例えば、５０℃程度）は、蒸気導出部２６を通過して、発電機本体１０の回転子９が収容されている第２空間１４に送られる。
この第２空間１４では、スクリュロータ７に対して回転軸１８を介して連結された回転子９が固定子２１に対して回転し、電気エネルギが生成される（発電が行われる）。
【００３９】
ところで、発電動作を行っている際には、発生した電流により固定子２１が加熱されることとなる。しかし、第２空間１４では、第１空間１３で減温された低温の作動媒体Ｔが蒸気導出部２６を通って流れ込み、上述した固定子側流通部２７を通って固定子２１の周囲に回り込むように流れて、高温となった固定子２１が優先的に冷却される。
このような第１空間１３から第２空間１４への蒸気の流入は、回転軸１８を支持する軸受部１６を介して行われるのではなく、斯かる目的のために別途形成された蒸気導出部２６を介して行われる。
【００４０】
ところで、図２の例では、流出部２８や蒸気導出部２６は回転軸１８に近い位置に形成されて、第２空間１４の中央付近に位置している。それに比して、固定子側流通部２７は筐体１１の近傍に形成され、第２空間１４の周縁に位置している。そのため、作動媒体Ｔは、蒸気導出部２６→固定子側流通部２７→流出部２８と大きく蛇行して流れ、発電機本体１０の回転子９や固定子２１の周囲を包み込み、確実に冷却を行うようになる。この冷却作用により、発電機本体１０の発電効率を安定化させることが可能となり、温度上昇が原因で発生する発電機の故障を防止することが可能となる。
【００４１】
固定子２１や回転子９を冷却した蒸気は、流出部２８を介して外部へ出て、凝縮器４に送られる。
凝縮器４では、図５の（２）→（３）に示すように蒸気が液化され、ポンプ６により、図５の（３）→（４）に示す如く加圧される。
このように本発明の発電サイクルでは、図５のカルノーサイクルに従って作動媒体Ｔが熱力学的に状態変化を繰り返し、発電が行われる。
［第２実施形態］
次に、図３を用いて、第２実施形態の発電システム１を説明する。
【００４２】
図３に示すように、第２実施形態の発電システム１に備えられた発電装置３は、流出部２８が、第２空間１４の底部内壁面と流出部２８の開口縁とが、少なくとも底部内壁面の最も低い位置で連続するように筐体１１の右側壁１１Ｒの下部に形成されている。換言すると、第２実施形態の流出部２８の開口における下端が第２空間１４の底部内壁面と面一で同じ高さになっていている。この点、第１実施形態の発電システム１の発電装置３において、流出部２８が回転軸１８を右側（第２空間１４から外部を向く方向）に延長した部分に形成されている構成とは、大きく異なっている。
【００４３】
すなわち、第２実施形態の流出部２８は、第２実施形態の発電システム１に備えられた発電装置３は、流出部２８が、第２空間１４の底部における筐体内壁面を高さ方向で含む位置に開口するように筐体の壁面に形成されているため、第２空間１４で作動媒体が液化した場合でも、第２空間１４の底部に溜まった液状の作動媒体Ｔをそのまま底面に沿って流出部２８へ流し込み、外部へ（凝縮器側へ）排出することができるようになっている。また、作動媒体に潤滑油が含まれている場合にも、この潤滑油が流出部２８を介して筐体１１内からスムーズに外部に排出される。ただし、この場合は流出部２８から凝縮器までの間に油分離器を設ける必要がある。
以上のことから、第２実施形態では、液化した作動媒体や潤滑油が第２空間１４に貯まることはなく、貯まった液体で発電機本体１０の回転子９の回転が阻害されることがない。
【００４４】
なお、他の構成や奏する作用効果は第１実施形態と略同様であるため、詳細な説明は省略する。
［第３実施形態］
次に、図６を用いて、第３実施形態の発電システム１を説明する。
図６に示すように、第３実施形態の発電システム１に備えられた発電装置３は、筐体１１の底面（下側の内壁面）、言い換えれば第２空間１４の底部における筐体内壁面が流出部２８へ向けて下る傾斜面となるように形成されている。
【００４５】
具体的には、この第３実施形態の発電装置３では、筐体１１の底面のうち右側壁１１Ｒに近い部分は隔壁部１２に近い側に比べて下方に位置しており、この底面は左から右に向かうにつれて下方に向かってなだらかに傾斜するようになっていて、最も下方に下がった位置に流出部２８が設けられている。この流出部２８には、作動媒体から異物を除去するフィルタ２３などが設けられていてもよい。
【００４６】
それゆえ、第２空間１４において作動媒体が液化したものや潤滑油が発生したとしても、これらの液体は流出部２８へ向かって下方傾斜する傾斜面に沿って流れ下り、図３に示す例と比べ、よりスムーズに筐体１１の外部に排出される。
以上のことから、第３実施形態では、液化した作動媒体や潤滑油が第２空間１４から外部へ速やかに排出されるので、これらの液体が第２空間１４に貯まることはなく、貯まった液体で発電機本体１０の回転子９の回転が阻害されることがない。
【００４７】
なお、他の構成や奏する作用効果は第１実施形態や第２実施形態と略同様であるため、詳細な説明は省略する。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【００４８】
例えば、上記実施形態では、膨張機８としてスクリュロータ７を回転駆動させるスクリュ式のものを挙げたが、膨張機８としてはレシプロ式や遠心式を用いることもできる。
【符号の説明】
【００４９】
１ 発電システム
２ 蒸発器
３ 発電装置
４ 凝縮器
５ 循環配管
６ ポンプ
７ スクリュロータ（膨張機駆動部）
８ 膨張機
９ 回転子
１０ 発電機本体
１１ 筐体
１１Ｌ 筐体の左側壁
１１Ｒ 筐体の右側壁
１２ 隔壁部
１３ 第１空間
１４ 第２空間
１５ 連通孔
１６ 軸受部
１７ 軸受収容部
１８ 回転軸
１９ スクリュフライト
２０ ロータ収容室
２１ 固定子
２２ 導入部
２３ フィルタ
２４ 第１導入管
２５ 第２導入管
２６ 蒸気導出部
２７ 固定子側流通部
２８ 流出部
２９ 第２軸受部
Ｔ 作動媒体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱源から回収される熱を利用して発電を行う発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工場の廃熱や地熱のように蒸気タービンを回転できるほどの熱量を持たない低温の熱源から熱を回収して発電を行う発電システムとして、バイナリー発電が行われている。
このバイナリー発電では、低沸点の作動媒体を蒸発させて、この作動媒体の蒸気により発電装置を駆動させ、発電が行われる（図４参照）。
【０００３】
このようなバイナリー発電において、発電装置は、タービンやスクリュロータで構成された膨張機と発電機本体とが回転する回転軸で互いに連結されており、膨張機と発電機本体との間にメカニカルシールなどを設けても作動媒体の漏洩を完全に防止することは非常に困難である。
そこで、バイナリー発電を行う発電システムでは、発電装置全体を筐体の内部に密閉状態で収容する方式（密閉式）が採用されることがある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、膨脹機関に、回転子の周囲に固定子を配してなる発電機を直結させた発電装置において、前記膨脹機関の駆動軸を保持するシール部から発電機側の回転子に至る周囲空間を密閉すると共に、該密閉空間の外周側に固定子を配置し、該固定子と回転子間が、前記密閉空間を形成する隔壁の一部をなすキャンを介して対面配置した密閉型発電装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
ところで、特許文献１の発電システムでは、発電装置が収容される筐体の密閉性が高められているので、作動媒体が大気中へ漏洩する心配はほとんどない。その反面で、発電装置で発生した熱も筐体から放出されにくくなっており、発電装置の作動温度も高くなる傾向がある。
特に、発電装置の発電機本体には、ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石のように温度が上昇すると減磁する永久磁石が用いられており、発電装置の作動温度が高くなると発電効率が大きく低下してしまう虞がある。また、このような作動温度の上昇により永久磁石の温度が一定のレベルを超えると、その永久磁石を構成する小さな磁石は方向性が悪くなり、それぞれ勝手な運動を起こす。この温度をキュリー点と呼ぶ。磁石をキュリー点以上に加熱し、室温まで戻すと完全に磁力を失い、所定の発電効率を達成できなくなり、発電装置自体を取り替えなくてはならなくなる。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、大気中へ作動媒体が漏洩することを確実に抑制できるものでありながら、内部に蓄積された熱により故障したり発電効率が低下したりすることのない発電装置を備えた発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明は次の技術的手段を講じている。
すなわち、本発明の発電システムは、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、を備えていて、前記作動媒体を蒸発器から発電装置及び凝縮器を経由して蒸発器に帰還させつつ発電装置で発電を行う発電システムであって、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軸を駆動させる膨張機駆動部を有する膨張機と、前記膨張機駆動部に回転軸を介して連結されて当該回転軸の回転に伴い回転する回転子を有する発電機本体と、前記膨張機駆動部及び回転子を収容する筐体と、を有しており、前記筐体は、前記蒸発器から蒸気を膨張機駆動部に導入するための導入部と、前記
膨張機駆動部が収容される第１空間と前記回転子が収容される第２空間とを隔離状態で画成するための隔壁部と、前記作動媒体を凝縮器に排出するための流出部とを有し、前記隔壁部は、前記第１空間と第２空間とを連通すると共に前記第１空間で膨張して減温した蒸気を前記第２空間に導く蒸気導出部と、前記回転軸を支持する軸受が収容される軸受収容部とを有しており、前記蒸気導出部と流出部との間に、前記発電機本体の回転子が配備されていることを特徴とするものである。
【０００９】
なお、前記膨張機駆動部と回転子とは、水平方向に沿って配備された回転軸を介して連結されており、前記流出部は、前記回転軸の軸心の延長線上に位置する前記筐体の壁面に形成されているのが好ましい。
また、前記流出部は、前記第２空間の底部における筐体内壁面を高さ方向で含む位置に開口するように前記筐体の壁面（下部壁面）に形成されているのが好ましい。
【００１０】
さらに、前記第２空間の底部における筐体内壁面は、前記流出部へ向けて下る傾斜面となるように形成されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の発電システムによれば、大気中へ作動媒体が漏洩することを抑制できるものでありながら、内部に蓄積された熱により発電効率が低下したり破損したりすることを防止しつつ、確実な発電を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の発電システムの全体構成を示す配管図である。
【図２】第１実施形態の発電装置の断面図である。
【図３】第２実施形態の発電装置の断面図である。
【図４】従来の発電システムの全体構成を示す配管図である。
【図５】本発明の発電システムで発電を行った際に作動媒体がどのように熱力学的に状態変化するかを示した図（モリエル線図）である。
【図６】第３実施形態の発電装置の第２空間の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１実施形態］
以下、本発明に係る発電システム１の第１実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
図１に示すように、本発明の発電システム１は、工場の廃熱や地熱のように低温（例えば１５０℃以下）の熱源から熱を回収して発電を行うものである。
このような低温の熱源は、水の熱サイクルだけで発電できるほどの熱量は有していないので、例えばＲ２４５ｆａ等の水より低沸点の有機媒体（フロン等）などを作動媒体Ｔとして用いて、この作動媒体Ｔの熱サイクルを利用し発電を行う必要がある。それゆえ、本発明の発電システム１のように２つの熱サイクルを併用し発電を行うものを、バイナリーサイクル（Binary-Cycle）発電と呼ぶ。
【００１４】
以降の発電システム１は、Ｒ２４５ｆａ（1,1,1,3,3-Pentafluoropropaneを主体とする有機冷媒）を作動媒体Ｔとして用いたものである。
第１実施形態の発電システム１は、熱源により液状の作動媒体Ｔを蒸発させてガス状の作動媒体Ｔを生成する蒸発器２と、この蒸発器２で生成された蒸気を利用して発電を行う発電装置３と、この発電装置３で発電に利用された蒸気を凝縮させて、蒸発器２に供給される液状の作動媒体Ｔを生成する凝縮器４とを備えている。
【００１５】
これら蒸発器２、発電装置３、凝縮器４は、作動媒体Ｔを循環させる循環配管５（循環ライン）により接続されており、この循環配管５の経路上には、作動媒体Ｔを循環させるポンプ６が配備されている。このポンプ６により作動媒体Ｔを一方向に向かって送りつつ、作動媒体Ｔを蒸発器２、発電装置３、凝縮器４の順番に循環させる閉ループ状の構成とされている。
【００１６】
以下、第１実施形態の発電システム１を構成する蒸発器２、発電装置３、凝縮器４及びポンプ６について順に精説する。
図１に示す如く、蒸発器２は、循環配管５内を流れる作動媒体Ｔを気化させる役割を有している。蒸発器２の１次側には、工場からの排水や地下から湧き出る温水などが供給さ
れており、２次側には作動媒体Ｔが供給されるようになっている。蒸発器２内では、１次側に供給された熱源と２次側に供給された作動媒体Ｔとの間で熱交換が行われて、ガス状の作動媒体Ｔ（蒸気）が生成される。
【００１７】
２次側に供給される作動媒体Ｔは、ポンプ６を介して凝縮器４から送られてくるものであり、上述したＲ２４５ｆａを用いた場合であれば２０〜５０℃の液体となっている。一方、１次側に供給される温水などの加熱媒体は、作動媒体Ｔの沸点よりも高温（例えば５０〜１５０℃）となっており、作動媒体Ｔを十分に蒸発させることができる。この蒸発器２で生成した蒸気は発電装置３に送られる。
【００１８】
発電装置３は、蒸発器２で生成された蒸気を利用して発電を行うものである。この発電装置３は、膨張を伴う蒸気により回転駆動されるスクリュロータ７（膨張機駆動部）を有する膨張機８と、このスクリュロータ７の回転力を利用して発電を行う回転子９を有する発電機本体１０と、を有している。
蒸発器２で生成された蒸気は、循環配管５を通り膨張機８へと送られスクリュロータ７を回転させる。この回転駆動力により回転子９が回転し、発電機本体１０で発電が行われる。このようにして発電に用いられた蒸気は、凝縮器４に送られる。
【００１９】
なお、この発電装置３の詳細な構成については後述する。
凝縮器４は、発電装置３で発電に利用された蒸気を１次側に供給して、２次側に供給される冷却水との間に熱交換を行って、蒸気を凝縮させることにより液状の作動媒体Ｔを生成するものである。
この１次側に供給される冷却水は、０〜４０℃となっており、作動媒体Ｔの蒸気を沸点以下の温度に冷却（凝縮）して液状の作動媒体Ｔを生成することができる。
【００２０】
ポンプ６は、凝縮器４で生成された液状の作動媒体Ｔを圧送して、蒸発器２に送り出すものである。
ところで、上述した発電システム１においては、作動媒体Ｔとして有機媒体が用いられており、これらは可燃性を有したり環境に有害であったりするため、当該作動媒体Ｔを大気中へ漏洩するのは好ましくない。それゆえ、従来の発電システム１は密閉方式の発電装置３を備えていることが多かった。
【００２１】
この密閉方式を採用することにより、作動媒体Ｔが大気中へ漏洩する心配はほとんどなくなるが、その反面で発電装置３で発生した熱が筐体１１から放出されにくくなり、発電装置３の作動温度も高くなってしまう傾向がある。
この問題に対応するために、本発明の発電システム１、特に発電装置３は、作動媒体Ｔの蒸気を膨張機８のスクリュロータ７を駆動回転させるためだけでなく、この蒸気を回転子９を備えた発電機本体１０へも導入し、発電機本体１０を冷却させることを特徴としている。そのために、膨張機８を通過した作動媒体Ｔの蒸気を発電機本体１０へ導く流路が筐体１１内に備えられている。
【００２２】
以下、発電装置３の詳細について述べる。
図２に示すように、発電装置３は、横倒円筒形状とされた筐体１１を有している。この筐体１１は、水平方向に長い、例えば断面円形の中空容器とされている。なお、以下では、図２の左右方向、上下方向を、それぞれ発電装置３の左右方向、上下方向として説明する。また本第１実施形態では、発電装置３の左右方向が水平方向に沿うように設置するものとおく。
【００２３】
この筐体１１の左側壁１１Ｌには、蒸発器２からの作動媒体を発電装置３内へ取り込むための導入部２２が設けられており、換言すると作動媒体をスクリュロータ７、７（膨張機駆動部）に導入する（作用させる）ための導入部２２（詳細は後述）が設けられており、この筐体１１の右側壁１１Ｒには、当該発電装置３内の作動媒体を凝縮器４へ送り出すための流出部２８（詳細は後述）が設けられている。
【００２４】
筐体１１の内部は作動媒体Ｔを収納可能な空洞とされており、この空洞とされた内部空間の左右方向の中央部には、上下に延びる隔壁部１２が形成されている。この隔壁部１２によって、筐体１１の内部空間は、第１空間１３（図２での左空間）と第２空間１４（図２での右空間）とに画成されている。
この隔壁部１２の上下方向中央部には、第１空間１３と第２空間１４とを連通する連通孔１５が、水平方向（図２の紙面貫通方向）に並んで２つ形成されている。それぞれの連通孔１５の部分には、ベアリング等の軸受部１６を格納する軸受収容部１７が設けられている。
【００２５】
各連通孔１５には、軸心が左右方向を向くように回転軸１８が挿通されており、この回転軸１８は軸受部１６により回転自在に支持されている。回転軸１８は、その一方端が第１空間１３の中央部に位置し、他方端が第２空間１４の中央部に位置する程度の長さとされている。
図２に示すように、回転軸１８の一方端（左端部）には、互いに噛み合って回転する一対のスクリュロータ７、７（膨張機駆動部）が設けられている。このスクリュロータ７の外周面には、螺旋状にねじれた形状に形成されたスクリュフライト１９が設けられている。このスクリュロータ７、７は、それらを取り囲むような筒状に形成され且つ隔壁部１２から第１空間１３内に突出状に設けられた筒状周壁内によって形成されたロータ収容室２０内に回転自在に収容されるものとなっている。このロータ収容室２０は第１空間１３の一部を構成しており、筒状周壁で取り囲まれたスクリュロータ７、７のスクリュフライト１９に作動媒体Ｔの蒸気を吹き付けることで、スクリュロータ７が回転し回転軸１８に回転駆動力が発生する。
【００２６】
なお、このスクリュロータ７は、上述した軸受部１６とは別に設けられた第２軸受部２９によっても回転自在に支持されている。第２軸受部２９は、スクリュロータ７の左側（反回転軸側）に設けられており、軸受部１６と第２軸受部２９との間にスクリュロータ７が挟み込まれた形で配備されている。
このように、第１空間１３内にスクリュロータ７が配備されることで、第１空間１３側が膨張機８とされている。
【００２７】
一方、図２に示すように、回転軸１８の他方端には、回転軸１８に固定されて同伴回転する回転子９（ロータ）が設けられている。この回転子９の径外側であって筐体１１の内壁面には固定子２１（ステータ）が配備されている。
回転子９は、ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石などの永久磁石から構成されており、固定子２１は金属の導線を巻線したコイルから構成されている。この固定子２１は、回転子９の回転を阻害することがないように、回転子９の外周面から径方向に一定の距離をあけて配備されており、回転子９と対面するように配備されている。スクリュロータ７の回転に合わせて回転子９が固定子２１に対して回転することで電力が生成される。
【００２８】
このように、第２空間１４内に固定子２１とこの固定子２１内で回転する回転子９とが配備されることで第２空間１４側が発電機本体１０とされている。
ところで、スクリュロータ７に作動媒体Ｔの蒸気を吹き付けて膨張機８を動作させるためには、第１空間１３内に作動媒体Ｔを導き入れる必要がある。そのために、筐体１１には、上述したように蒸発器２で生成された蒸気を第１空間１３（ロータ収容室２０）に収容されたスクリュロータ７、７（膨張機駆動部）導入する（作用させる）ための導入部２２が設けられている。
【００２９】
詳しくは、導入部２２は、蒸発器２から排出された蒸気をフィルタ２３が内装された第１空間１３に案内する第１導入管２４と、フィルタ２３を通過して異物が除去された後の蒸気を、第１空間１３及び第１空間１３の一部を構成するロータ収容室２０に案内する第２導入管２５と、を有している。
第１導入管２４は、筐体１１の左側壁１１Ｌの上下中央部に固定されており、この第１空間１３内を左右方向に延びている。この第１導入管２４には蒸発器２側からの循環配管５がつながっていて、蒸発器２から排出された蒸気がこの第１導入管２４を通ってフィルタ２３が内装された第１空間１３に流入する。
【００３０】
一方、第２導入管２５は、フィルタ２３を通過して異物が除去された後の蒸気をスクリュロータ７、７（膨張機駆動部）が収容された第１空間１３であるロータ収容室２０内に案内するものであり、換言すれば、異物が除去された後の蒸気を一対のスクリュロータ７、７（膨張機駆動部）に導入する（作用させる）ものである。この第２導入管２５は、フ
ィルタ２３からロータ収容室２０までを左右方向に延びるように架設されている。
【００３１】
なお、フィルタ２３において分離された異物は筐体１１の下部に溜まる。異物は図示しない排出手段によって筐体１１内から排出される。
図２に示す如く、蒸気導出部２６は、作動媒体Ｔを流通できるように隔壁部１２に穿孔された流通路であり、第１空間１３を構成するロータ収容室２０と第２空間１４との双方に連通している。この蒸気導出部２６は、第１空間１３におけるロータ収容室２０で膨張し減温された作動媒体Ｔの蒸気を、隔壁部１２の右側に位置する第２空間１４に導くものである。この蒸気導出部２６は、隔壁部１２における軸受収容部１７のやや下方に形成されており、隔壁部１２の上下中央部側を通って作動媒体Ｔの蒸気を第２空間１４に流通できるようになっている。
【００３２】
蒸気導出部２６を通って第２空間１４に導入された作動媒体Ｔの蒸気は、回転子９や固定子２１の外表面に沿うように流れることとなる。本実施形態の場合、固定子２１の反回転子側に対する作動媒体Ｔの導入を促進するために、固定子側流通部２７が形成されている。
固定子側流通部２７は、筐体１１の内壁面と固定子２１との間に貫通状に形成された流通路であり、左右方向を向くように複数形成されている。それ故、固定子側流通部２７を通過する作動媒体Ｔは、筐体１１の内周壁近傍を沿うように流れることになる。
【００３３】
流出部２８は、筐体１１の右側壁１１Ｒの上下方向中央部に設けられた貫通孔である。言い換えれば、流出部２８は、回転軸１８の軸心の延長線上に位置する筐体１１の右壁面に形成された穿孔である。
この流出部２８には、凝縮器４側に向かう循環配管５が連通している。固定子側流通部２７などを流通して、固定子２１や回転子９を冷却した後の作動媒体Ｔの蒸気は、流出部２８を介して凝縮器４側に流出させられるようになっている。
【００３４】
この流出部２８には、凝縮器４に送られる蒸気から異物を除去できるように、フィルタ２３が取り付けられていてもよい。
以上まとめるならば、本発明の発電装置３は、蒸気の膨張を伴いつつこの蒸気により回転軸１８を駆動させる膨張機駆動部を有する膨張機８と、膨張機駆動部に回転軸１８を介して連結されて当該回転軸１８の回転に伴い回転する回転子９を有する発電機本体１０と、膨張機駆動部及び回転子９を収容する筐体１１と、を有するものであって、筐体１１は、蒸発器２から蒸気を膨張機駆動部に導入するための導入部２２と、膨張機駆動部が収容される第１空間１３と回転子９が収容される第２空間１４とを隔離状態で画成するための隔壁部１２と、作動媒体を凝縮器に排出するための流出部とを有するものとなっている。
【００３５】
さらに、隔壁部１２は、第１空間１３と第２空間１４とを連通すると共に第１空間１３で膨張して減温した蒸気を第２空間１４に導く蒸気導出部２６と、回転軸１８を支持する軸受が収容される軸受収容部１７とを有している。加えて、蒸気導出部２６と流出部２８との間に、発電機本体１０の回転子９が配備された構成となっている。
この発電装置３が、熱源により液状の作動媒体Ｔを蒸発させて蒸気を生成する蒸発器２と、蒸気を凝縮させて、蒸発器２に供給される液状の作動媒体Ｔを生成する凝縮器４と、ポンプ６とが設けられた循環配管５上に配備され、当該発電装置３で発電を行う発電システム１が構成されるものとなっている。
【００３６】
次に、上述した構成を備える発電システム１を用いて発電を行う方法、言い換えれば本発明の発電システム１を用いた発電方法について、説明する。
図１に示すように、第１実施形態の発電システム１では、低温の熱源（図例では温水）から供給される熱を利用して、蒸発器２で液状の作動媒体Ｔの蒸発が行われる。このとき、図５の（４）→（１）に示すように、液状の作動媒体Ｔは、等圧的に膨張して蒸発（気化）する。このようにして蒸発器２で生成された蒸気は、循環配管５に沿って発電装置３に送られる。
【００３７】
発電装置３では、蒸発器２から送られてきて且つ導入部２２を通過して第１空間１３に入った蒸気を、第１空間１３の一部を構成するロータ収容室２０に取り込み、このロータ収容室２０に収容された膨張機８のスクリュロータ７に作動媒体Ｔを吹き付ける。この蒸
気の持つ運動エネルギによりスクリュロータ７が回転する。このとき、図５の（１）→（２）に示すように、作動媒体Ｔの蒸気はエンタルピーがΔｈだけ下がり、作動媒体Ｔの蒸気はΔｈに対応して減温（冷却）される。
【００３８】
このようにして膨張機８でスクリュロータ７を回転駆動すると共に減温された作動媒体Ｔ（例えば、５０℃程度）は、蒸気導出部２６を通過して、発電機本体１０の回転子９が収容されている第２空間１４に送られる。
この第２空間１４では、スクリュロータ７に対して回転軸１８を介して連結された回転子９が固定子２１に対して回転し、電気エネルギが生成される（発電が行われる）。
【００３９】
ところで、発電動作を行っている際には、発生した電流により固定子２１が加熱されることとなる。しかし、第２空間１４では、第１空間１３で減温された低温の作動媒体Ｔが蒸気導出部２６を通って流れ込み、上述した固定子側流通部２７を通って固定子２１の周囲に回り込むように流れて、高温となった固定子２１が優先的に冷却される。
このような第１空間１３から第２空間１４への蒸気の流入は、回転軸１８を支持する軸受部１６を介して行われるのではなく、斯かる目的のために別途形成された蒸気導出部２６を介して行われる。
【００４０】
ところで、図２の例では、流出部２８や蒸気導出部２６は回転軸１８に近い位置に形成されて、第２空間１４の中央付近に位置している。それに比して、固定子側流通部２７は筐体１１の近傍に形成され、第２空間１４の周縁に位置している。そのため、作動媒体Ｔは、蒸気導出部２６→固定子側流通部２７→流出部２８と大きく蛇行して流れ、発電機本体１０の回転子９や固定子２１の周囲を包み込み、確実に冷却を行うようになる。この冷却作用により、発電機本体１０の発電効率を安定化させることが可能となり、温度上昇が原因で発生する発電機の故障を防止することが可能となる。
【００４１】
固定子２１や回転子９を冷却した蒸気は、流出部２８を介して外部へ出て、凝縮器４に送られる。
凝縮器４では、図５の（２）→（３）に示すように蒸気が液化され、ポンプ６により、図５の（３）→（４）に示す如く加圧される。
このように本発明の発電サイクルでは、図５のカルノーサイクルに従って作動媒体Ｔが熱力学的に状態変化を繰り返し、発電が行われる。
［第２実施形態］
次に、図３を用いて、第２実施形態の発電システム１を説明する。
【００４２】
図３に示すように、第２実施形態の発電システム１に備えられた発電装置３は、流出部２８が、第２空間１４の底部内壁面と流出部２８の開口縁とが、少なくとも底部内壁面の最も低い位置で連続するように筐体１１の右側壁１１Ｒの下部に形成されている。換言すると、第２実施形態の流出部２８の開口における下端が第２空間１４の底部内壁面と面一で同じ高さになっていている。この点、第１実施形態の発電システム１の発電装置３において、流出部２８が回転軸１８を右側（第２空間１４から外部を向く方向）に延長した部分に形成されている構成とは、大きく異なっている。
【００４３】
すなわち、第２実施形態の流出部２８は、第２実施形態の発電システム１に備えられた発電装置３は、流出部２８が、第２空間１４の底部における筐体内壁面を高さ方向で含む位置に開口するように筐体の壁面に形成されているため、第２空間１４で作動媒体が液化した場合でも、第２空間１４の底部に溜まった液状の作動媒体Ｔをそのまま底面に沿って流出部２８へ流し込み、外部へ（凝縮器側へ）排出することができるようになっている。また、作動媒体に潤滑油が含まれている場合にも、この潤滑油が流出部２８を介して筐体１１内からスムーズに外部に排出される。ただし、この場合は流出部２８から凝縮器までの間に油分離器を設ける必要がある。
以上のことから、第２実施形態では、液化した作動媒体や潤滑油が第２空間１４に貯まることはなく、貯まった液体で発電機本体１０の回転子９の回転が阻害されることがない。
【００４４】
なお、他の構成や奏する作用効果は第１実施形態と略同様であるため、詳細な説明は省略する。
［第３実施形態］
次に、図６を用いて、第３実施形態の発電システム１を説明する。
図６に示すように、第３実施形態の発電システム１に備えられた発電装置３は、筐体１１の底面（下側の内壁面）、言い換えれば第２空間１４の底部における筐体内壁面が流出部２８へ向けて下る傾斜面となるように形成されている。
【００４５】
具体的には、この第３実施形態の発電装置３では、筐体１１の底面のうち右側壁１１Ｒに近い部分は隔壁部１２に近い側に比べて下方に位置しており、この底面は左から右に向かうにつれて下方に向かってなだらかに傾斜するようになっていて、最も下方に下がった位置に流出部２８が設けられている。この流出部２８には、作動媒体から異物を除去するフィルタ２３などが設けられていてもよい。
【００４６】
それゆえ、第２空間１４において作動媒体が液化したものや潤滑油が発生したとしても、これらの液体は流出部２８へ向かって下方傾斜する傾斜面に沿って流れ下り、図３に示す例と比べ、よりスムーズに筐体１１の外部に排出される。
以上のことから、第３実施形態では、液化した作動媒体や潤滑油が第２空間１４から外部へ速やかに排出されるので、これらの液体が第２空間１４に貯まることはなく、貯まった液体で発電機本体１０の回転子９の回転が阻害されることがない。
【００４７】
なお、他の構成や奏する作用効果は第１実施形態や第２実施形態と略同様であるため、詳細な説明は省略する。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【００４８】
例えば、上記実施形態では、膨張機８としてスクリュロータ７を回転駆動させるスクリュ式のものを挙げたが、膨張機８としてはレシプロ式や遠心式を用いることもできる。
【符号の説明】
【００４９】
１ 発電システム
２ 蒸発器
３ 発電装置
４ 凝縮器
５ 循環配管
６ ポンプ
７ スクリュロータ（膨張機駆動部）
８ 膨張機
９ 回転子
１０ 発電機本体
１１ 筐体
１１Ｌ 筐体の左側壁
１１Ｒ 筐体の右側壁
１２ 隔壁部
１３ 第１空間
１４ 第２空間
１５ 連通孔
１６ 軸受部
１７ 軸受収容部
１８ 回転軸
１９ スクリュフライト
２０ ロータ収容室
２１ 固定子
２２ 導入部
２３ フィルタ
２４ 第１導入管
２５ 第２導入管
２６ 蒸気導出部
２７ 固定子側流通部
２８ 流出部
２９ 第２軸受部
Ｔ 作動媒体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、を備えていて、前記作動媒体を蒸発器から発電装置及び凝縮器を経由して蒸発器に帰還させつつ発電装置で発電を行う発電システムであって、
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軸を駆動させる膨張機駆動部を有する膨張機と、前記膨張機駆動部に回転軸を介して連結されて当該回転軸の回転に伴い回転する回転子を有する発電機本体と、前記膨張機駆動部及び回転子を収容する筐体と、を有しており、
前記筐体は、前記蒸発器から蒸気を膨張機駆動部に導入するための導入部と、前記膨張機駆動部が収容される第１空間と前記回転子が収容される第２空間とを隔離状態で画成するための隔壁部と、前記作動媒体を凝縮器に排出するための流出部とを有し、
前記隔壁部は、前記第１空間と第２空間とを連通すると共に前記第１空間で膨張して減温した蒸気を前記第２空間に導く蒸気導出部と、前記回転軸を支持する軸受が収容される軸受収容部とを有しており、
前記蒸気導出部と流出部との間に、前記発電機本体の回転子が配備されていることを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記膨張機駆動部と回転子とは、水平方向に沿って配備された回転軸を介して連結されており、
前記流出部は、前記回転軸の軸心の延長線上に位置する前記筐体の壁面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記流出部は、前記第２空間の底部における筐体内壁面を高さ方向で含む位置に開口するように前記筐体の壁面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項４】
前記第２空間の底部における筐体内壁面は、前記流出部へ向けて下る傾斜面となるように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の発電システム。
【請求項１】
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、を備えていて、前記作動媒体を蒸発器から発電装置及び凝縮器を経由して蒸発器に帰還させつつ発電装置で発電を行う発電システムであって、
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軸を駆動させる膨張機駆動部を有する膨張機と、前記膨張機駆動部に回転軸を介して連結されて当該回転軸の回転に伴い回転する回転子を有する発電機本体と、前記膨張機駆動部及び回転子を収容する筐体と、を有しており、
前記筐体は、前記蒸発器から蒸気を膨張機駆動部に導入するための導入部と、前記膨張機駆動部が収容される第１空間と前記回転子が収容される第２空間とを隔離状態で画成するための隔壁部と、前記作動媒体を凝縮器に排出するための流出部とを有し、
前記隔壁部は、前記第１空間と第２空間とを連通すると共に前記第１空間で膨張して減温した蒸気を前記第２空間に導く蒸気導出部と、前記回転軸を支持する軸受が収容される軸受収容部とを有しており、
前記蒸気導出部と流出部との間に、前記発電機本体の回転子が配備されていることを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記膨張機駆動部と回転子とは、水平方向に沿って配備された回転軸を介して連結されており、
前記流出部は、前記回転軸の軸心の延長線上に位置する前記筐体の壁面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記流出部は、前記第２空間の底部における筐体内壁面を高さ方向で含む位置に開口するように前記筐体の壁面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項４】
前記第２空間の底部における筐体内壁面は、前記流出部へ向けて下る傾斜面となるように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の発電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２０７８２７（Ｐ２０１２−２０７８２７Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７２３７０（Ｐ２０１１−７２３７０）
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【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１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【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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