(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動媒体を蒸発させる蒸発器と、
膨張機ハウジングを有し、油で潤滑され、前記蒸発器において蒸発した前記作動媒体の膨張力を回転力に変換し、膨張した前記作動媒体を排気流路を介して排出する膨張機と、
前記膨張機から排出された前記作動媒体から油を分離する油分離器と、
前記油分離器で油を分離した前記作動媒体を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器で凝縮した前記作動媒体を加圧して前記蒸発器に環流させる循環ポンプと、
前記膨張機の膨張機ハウジングに一体に接続された発電機ハウジングを有し、前記膨張機によって駆動される回転子および固定子を収容した発電機室を備える発電機と、
前記油分離器が分離した前記油を加圧して油供給流路を介して前記膨張機に環流させる油ポンプと、
前記油ポンプの下流にて前記油供給流路から分岐し、油制御弁が介設され、前記発電機ハウジングに設けられた油供給口に潤滑油を供給する冷却油流路と、
前記固定子の温度を検出する温度センサとを有し、
前記温度センサの検出値が所定温度より高い場合には、前記油制御弁を開放し、前記油ポンプが加圧した油の一部を、前記発電機室に供給し、前記回転子および固定子を冷却し、前記排気流路に排出することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記発電機室の底部の前記回転子の回転軸方向の一端側に、前記排気流路に連通する油排出口が形成され、前記発電機室の前記回転子の回転軸方向の他端側に、前記油を供給するための油供給口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記発電機は、冷却水が挿通されるジャケットを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記発電機ハウジングの外形が略直方体状であり、
前記発電機ハウジングには、前記回転子の回転軸と略平行な４つの面に沿って延伸して両端に開口を形成する複数の貫通穴からなる冷却水路が設けられ、
前記開口のいくつかを冷却水を給排水するための水入口および水出口とし、他の前記開口を封止したことを特徴とする請求項１または２に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランキンサイクルを用いた発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸発器、膨張機、凝縮器および循環ポンプを介設した流路に封入した作動媒体を循環させることで、蒸発器で受け取った熱エネルギーを膨張機において回転力に変換するランキンサイクルを用いた発電装置が公知である。
【０００３】
一般に、発電機において、巻線温度が過度に上昇すると、発電効率が低下する。そのため、ランキンサイクルを用いた発電装置でも、発電機の冷却を行うことが望ましい。発電機を冷却する方法としては、発電機のハウジングに水冷ジャケットを設けて、冷却水を挿通することによってハウジングを介して内部の巻線を冷却する方法が考えられる。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されているように、発電機の固定子と回転子との間にキャンを挿入した場合、水冷ジャケットによる冷却だけでは、回転子の温度上昇を十分に抑制することができない。
【０００５】
特許文献２には、循環ポンプで加圧した作動媒体の一部を発電機のジャケットに挿通する発明が記載されている。この構成では、発電機を冷却した作動媒体を凝縮器に環流させる必要があるので配管が複雑になり、また、循環ポンプや凝縮器の負荷が大きくなるので発電効率が低下するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−９８９０２号公報
【特許文献２】特開２００４−３５３５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記問題点に鑑みて、本発明は、発電機を冷却できる発電効率の高い発電装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明による発電装置は、作動媒体を蒸発させる蒸発器と、膨張機ハウジングを有し、油で潤滑され、前記蒸発器において蒸発した前記作動媒体の膨張力を回転力に変換し、膨張した前記作動媒体を排気流路を介して排出する膨張機と、前記膨張機から排出された前記作動媒体から油を分離する油分離器と、前記油分離器で油を分離した前記作動媒体を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で凝縮した前記作動媒体を加圧して前記蒸発器に環流させる循環ポンプと、前記膨張機の膨張機ハウジングに一体に接続された発電機ハウジングを有し、前記膨張機によって駆動される回転子および固定子を収容した発電機室を備える発電機と、前記油分離器が分離した前記油を加圧して油供給流路を介して前記膨張機に環流させる油ポンプと、前記油ポンプの下流にて前記油供給流路から分岐し、油制御弁が介設され、前記発電機ハウジングに設けられた油供給口に潤滑油を供給する冷却油流路と、前記固定子の温度を検出する温度センサとを有し、前記温度センサの検出値が所定温度より高い場合には、前記油制御弁を開放し、前記油ポンプが加圧した油の一部を、前記発電機室に供給し、前記回転子および固定子を冷却し、前記排気流路に排出するものとする。
【０００９】
この構成によれば、油によって発電機の回転子および固定子を直接冷却するので、冷却効率が高い。また、発電機の冷却に作動媒体を使用しないので、ランキンサイクルの熱効率を悪化させず、冷媒配管も複雑化しない。
【００１１】
また、固定子の温度が高いときだけ、発電機室に油を供給して冷却するので、固定子の温度を所定温度以下に保持できる。
【００１２】
また、本発明の発電装置において、前記発電機室の底部の前記回転子の回転軸方向の一端側に、前記排気流路に連通する油排出口が形成され、前記発電機室の前記回転子の回転軸方向の他端側に、前記油を供給するための油供給口が形成されていてもよい。
【００１３】
この構成によれば、圧力差によって、油が回転子と固定子との間を通過するので、冷却効率が高い。
【００１４】
また、本発明の発電装置において、前記発電機は、冷却水が挿通されるジャケットを備えてもよい。
【００１５】
この構成によれば、ジャケットを使用した水冷も併用するので、冷却能力が高い。
【００１６】
また、本発明の発電装置において、前記発電機ハウジングの外形が略直方体状であり、前記発電機ハウジングには、前記回転子の回転軸と略平行な４つの面に沿って延伸して両端に開口を形成する複数の貫通穴からなる冷却水路が設けられ、前記開口のいくつかを冷却水を給排水するための水入口および水出口とし、他の前記開口を封止してもよい。
【００１７】
この構成によれば、冷却水路の加工が非常に容易である。また、発電機ハウジングの外部に位置する、冷却水の管路等の設計上の自由度が高い。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、発電機の回転子および固定子を油によって直設冷却するので、冷却効率が高く、装置の構成も複雑にならない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態の発電装置の構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態の発電装置の構成図である。
【図３】図２の発電機ハウジングの水入口における軸直角断面図である。
【図４】図２の発電機ハウジングの水出口における軸直角断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る発電装置は、蒸発器１とスクリュ膨張機２と、油分離器３と、凝縮器４と、循環ポンプ５とを介設してなり、作動媒体（例えばＲ２４５ｆａ）が封入された循環流路６を有する。スクリュ膨張機２は、発電機７を駆動するようになっている。
【００２１】
スクリュ膨張機２は、膨張機ハウジング８の中に雌雄一対のスクリュロータ９を収容し、給気流路１０から蒸発器１で熱源と熱交換して蒸発させられた作動媒体が供給され、作動媒体の膨張力をスクリュロータ９の回転力に変換し、膨張して圧力が低下した作動媒体を排気流路１１から排出する。
【００２２】
また、スクリュ膨張機２は、潤滑油によって潤滑およびシールを行う油潤滑式スクリュ膨張機であり、給気流路１０やスクリュロータ９の軸受等に潤滑油が供給されるようになっている。よって、排気流路１１から排出される作動媒体には潤滑油が含まれており、油分離器３は、作動媒体から潤滑油を分離するために設けられている。そして、油分離器３で分離した潤滑油は、油ポンプ１２によって加圧されて油供給流路１３を介して、スクリュ膨張機２に再供給されるようになっている。
【００２３】
油分離器３で潤滑油が分離除去された作動媒体は、凝縮器４において冷却源によって冷却されることにより凝縮する。凝縮した作動媒体は、循環ポンプ５によって加圧されて蒸発器１に再供給される。
【００２４】
発電機７は、スクリュ膨張機２の膨張機ハウジング８に一体に接続された発電機ハウジング１４を有し、発電機ハウジング１４によって画定され、膨張機ハウジング８によって一端が封止された発電機室１５の中に、固定子１６および回転子１７を収容している。回転子１７の軸は、スクリュロータ９の一方の軸と一体である。また、発電機ハウジング１４の外側には、冷却水が挿通される冷却ジャケット１８が設けられている。
【００２５】
発電機室１５を回転子１７の回転軸方向の一端側で封止する膨張機ハウジング８には、発電機室１５の底部と排気流路１１とを連通させる油排出口１９が設けられている。また、発電機ハウジング１４には、回転子１７の回転軸方向の他端側の上部において発電機室１５に開口する油供給口２０が設けられている。
【００２６】
油供給口２０には、油供給流路１３から分岐し、油制御弁２１が介設された冷却油流路２２を介して、潤滑油が供給されるようになっている。油制御弁２１は、固定子１６の温度を検出するように配設された温度センサ２３の検出値が設定温度に達すると開放される。
【００２７】
つまり、発電機７の固定子１６および回転子１７は、先ずは冷却ジャケットを挿通する冷却水によって発電機ハウジング１４を介して間接的に冷却される。そして、固定子１６の温度が高くなると、油供給口２０から潤滑油が供給されるので、固定子１６および回転子１７は、潤滑油に直接接触してさらに冷却される。このため、固定子１６のさらなる温度上昇が防止されるので、温度センサ２３の検出値は、略その設定値以下に維持される。
【００２８】
発電機室１５に供給された潤滑油は、固定子１６と回転子１７との間を通って、発電機室１５内を横断し、油排出口１９から排気流路１１に流出する。そして、発電機室１５から流出した潤滑油は、作動媒体によって、スクリュ膨張機２に供給された潤滑油とともに、油分離器３に運ばれて作動媒体から分離される。したがって、本発明では、潤滑油を発電機室１５から油ポンプ１２に環流させるために専用の流路を設ける必要がない。
【００２９】
本発明では、発電機７の冷却のために作動媒体を使用しないので、作動媒体のランキンサイクルの熱効率に影響を与えない。また、凝縮器４や循環ポンプ５等の構成要素に、ランキンサイクルの負荷以上に大きな容量を要求されることもなく、装置がコスト高にならない。
【００３０】
本実施形態では、発電機７の冷却のために、冷却ジャケット１８に挿通する水冷も併用するが、冷却ジャケット１８を省略して、潤滑油のみで発電機７を冷却してもよい。また、固定子１６と回転子１７との間にキャンを挿入する場合には、油排出口１９および油供給口２０をキャンの内側の空間に開口するように設け、固定子１６を主に冷却ジャケットによって冷却し、回転子１７を主に潤滑油によって冷却するようにしてもよい。
【００３１】
続いて、図２乃至４に、本発明の第２実施形態の発電装置を示す。尚、本実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。図３および４は、図２の発電装置の発電機ハウジング１４の軸直角方向の断面図である。
【００３２】
上記第１実施形態においては、発電機ハウジング１４の外側に冷却水が挿通される冷却ジャケット１８が設けられていたが、本実施形態においては、発電機ハウジング１４の外形が略直方体状に形成され、その発電機ハウジング１４に、冷却ジャケット１８を設ける替わりに、冷却水が挿通される複数の円柱状の穴からなる冷却水路２４が形成されている。冷却水路２４は、水入口２５および水出口２６を有しており、図３および図４は、水入口および水出口における断面を示す。
【００３３】
図３および４に示すように、冷却水路２４は、略直方体状に形成された発電機ハウジング１４の面のうち、発電機７の回転子１７の回転軸と略平行な径方向に位置する４つの面が互いに交差する角に沿って延伸する４本の接続流路２４ａと、各面に沿って回転軸と直角な方向に延伸し、互いに交差するとともに接続流路２４ａと交差する周回流路２４ｂとからなる。周回流路２４ｂは、発電機ハウジング１４を貫通して、両端が開口を形成するように形成されている。周回流路２４ｂの両端の開口は、水入口２５および水出口２６となるものを残して、プラグ２７によって封止されている。水入口２５と水出口２６とは、対角線上に位置するように選択することが好ましい。
【００３４】
図３および４に矢印で示すとおり、冷却水は、水入口２５から発電機ハウジング１４に導入される。次いで、冷却水は、接続流路２４ａを介して１０本の周回流路２４ｂに分配され、発電機ハウジング１４の径方向の４つの面を通過して、別の接続流路２４ａに合流する。冷却水は、水出口２６から発電機ハウジング１４の外部に導出される。
【００３５】
本発明の第１実施形態においては、発電機ハウジング１４の外側に冷却ジャケット１８が設けられていた。この冷却ジャケット１８によって高い冷却の効果を望めるが、冷却ジャケット１８の加工には難がある。これに対し、上述のとおり、本実施形態においては、発電機ハウジング１４が略直方体に形成され、その発電機ハウジング１４に、冷却ジャケット１８に替えて、冷却水が挿通される冷却水路２４が形成されている。本実施形態のようなキリ穴形状の冷却水路２４は、加工が非常に容易である。また、プラグ２７の設け方次第で、水入口２５および水出口２６の位置を自由に変更でき、また水入口２５を複数設けたり、水出口２６を複数設けたりすることもできるので、発電機ハウジング１４の外部に位置する、冷却水の管路等の設計上の自由度が高い。
【００３６】
尚、本実施形態では発電機ハウジング１４が略直方体に形成されている。そのため、本発明の第１実施形態であって、且つ、発電機ハウジング１４が略円筒形に形成されているものに比して、本実施形態のものは、発電機ハウジング１４の厚みを一部大きくせざるを得ない。これにより、冷却の効果の低減や、発電機ハウジング１４の重量の増加が見込まれるが、それらを抑制・解消するため、発電機ハウジング１４を、アルミニウム等の軽量で熱伝導率の高い素材で形成することが好ましい。
【符号の説明】
【００３７】
１…蒸発器
２…スクリュ膨張機
３…油分離器
４…凝縮器
５…循環ポンプ
６…循環流路
７…発電機
８…膨張機ハウジング
９…スクリュロータ
１０…給気流路
１１…排気流路
１２…油ポンプ
１３…油供給流路
１４…発電機ハウジング
１５…発電機室
１６…固定子
１７…回転子
１８…冷却ジャケット
１９…油排出口
２０…油供給口
２１…油制御弁
２２…冷却油流路
２３…温度センサ
２４…冷却水路
２４ａ…接続流路
２４ｂ…周回流路
２５…水入口
２６…水出口
２７…プラグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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