(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発器において外部から供給される加熱媒体によって作動媒体を蒸発させ、蒸発した作動媒体を発電機を接続した膨張機に導入して、前記膨張機において作動媒体の熱膨張力を回転力に変換することによって前記発電機を駆動して発電し、前記膨張機から排出された作動媒体を凝縮器に導入し、前記凝縮器において外部から供給される冷却媒体によって作動媒体を冷却して凝縮させ、凝縮した作動媒体を循環ポンプによって加圧して前記蒸発器に再供給する発電装置において、
前記循環ポンプが吐出した作動媒体の一部を、前記循環ポンプを駆動する電動機を通して前記蒸発器に供給することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
蒸発器において外部から供給される加熱媒体によって作動媒体を蒸発させ、蒸発した作動媒体を発電機を接続した膨張機に導入して、前記膨張機において作動媒体の熱膨張力を回転力に変換することによって前記発電機を駆動して発電し、前記膨張機から排出された作動媒体を凝縮器に導入し、前記凝縮器において外部から供給される冷却媒体によって作動媒体を冷却して凝縮させ、凝縮した作動媒体を循環ポンプによって加圧して前記蒸発器に再供給する発電装置において、
前記凝縮器で凝縮した作動媒体の一部を、前記循環ポンプを駆動する電動機を通して前記循環ポンプに吸い込ませることを特徴とする発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電装置、特に、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】
近年、省エネルギーの観点から、工場等の各種の設備からのいわゆる「排熱」を回収し、その回収された「排熱」のエネルギーを利用して発電を行なう発電装置へのニーズが高まっている。「排熱」は、一般的な発電装置に用いられる水蒸気タービンを駆動するための水蒸気を生成できる程には高温でない場合が多いため、低温の熱によって発電できる発電装置が求められている。
【０００３】
そのような発電装置として、例えば特許文献１に記載されているような、低沸点の作動媒体を蒸発させる蒸発器と、作動媒体蒸気に膨張仕事をさせて発電機を駆動するタービン等の膨張機と、作動媒体蒸気を凝縮させるための凝縮器と、作動媒体を加圧して蒸発器に再供給するための循環ポンプとを直列に接続した閉ループ内で作動媒体を循環させるランキンサイクル熱機関を構成するバイナリ発電装置が知られている。
【０００４】
このようなバイナリ発電装置では、通常、循環ポンプを電動機で駆動する。したがって、発電装置全体の効率を高めるためには、循環ポンプの電動機の効率を高く維持する必要がある。電動機は、その電力損失により発熱するが、温度が過度に上昇すると効率が低下するため、冷却する必要がある。
【０００５】
熱サイクル全般において、低温の動作媒体の一部を分流して、電動機に挿通することにより電動機を冷却することが行われている。ランキンサイクル熱機関においては、凝縮器で凝縮され、循環ポンプにより吐出された作動媒体の一部を電動機に供給すれば、電動機を冷却できる。
【０００６】
しかしながら、その場合、電動機を冷却した作動媒体は、電動機内での圧力損失により圧力が低下するため、もはや循環ポンプの下流側、ひいては蒸発器に供給することはできない。したがって、電動機を冷却した作動媒体は、凝縮器の上流側に環流させるしかないが、それにより、膨張機を駆動する動作媒体の流量が低下するという問題が生じる。また、その場合、熱媒体が電動機から受け取った熱も、凝縮器で廃棄することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１０３０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記問題点に鑑みて、本発明は、循環ポンプの電動機を冷却することによって熱を回収し、発電に利用できる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】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明による発電装置の第１の態様は、蒸発器において外部から供給される加熱媒体によって作動媒体を蒸発させ、蒸発した作動媒体を発電機を接続した膨張機に導入して、前記膨張機において作動媒体の熱膨張力を回転力に変換することによって前記発電機を駆動して発電し、前記膨張機から排出された作動媒体を凝縮器に導入し、前記凝縮器において外部から供給される冷却媒体によって作動媒体を冷却して凝縮させ、凝縮した作動媒体を循環ポンプによって加圧して前記蒸発器に再供給する発電装置において、前記循環ポンプが吐出した作動媒体の一部を、前記循環ポンプを駆動する電動機を通して前記蒸発器に供給するものとする。
【００１０】
また、本発明による発電装置の第２の態様は、蒸発器において外部から供給される加熱媒体によって作動媒体を蒸発させ、蒸発した作動媒体を発電機を接続した膨張機に導入して、前記膨張機において作動媒体の熱膨張力を回転力に変換することによって前記発電機を駆動して発電し、前記膨張機から排出された作動媒体を凝縮器に導入し、前記凝縮器において外部から供給される冷却媒体によって作動媒体を冷却して凝縮させ、凝縮した作動媒体を循環ポンプによって加圧して前記蒸発器に再供給する発電装置において、前記凝縮器で凝縮した作動媒体の一部を、前記循環ポンプを駆動する電動機を通して前記循環ポンプに吸い込ませるものとする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の第１および第２の態様の発電装置では、ランキンサイクルを循環する作動媒体の一部が、循環ポンプの電動機を通過するので、電動機を冷却した作動媒体を蒸発器に供給することができる。これにより、電動機から回収した熱エネルギーも膨張機を駆動するために用いることができるので熱効率が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】参考例１の発電装置の構成図である。
【図２】参考例２の発電装置の構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態の発電装置の構成図である。
【図４】本発明の第２実施形態の発電装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。先ず、図１に、参考例１の発電装置１の構成を示す。発電装置１は、蒸発器２、発電機３が接続されたスクリュ膨張機４、凝縮器５および循環ポンプ６が介設された閉じた流路に、作動媒体（例えばＲ２４５ｆａ等のフロン系熱媒体）が封入されたランキンサイクル熱機関からなるバイナリ発電システムである。
【００１４】
蒸発器２は、装置外部の熱源から供給される加熱媒体（例えば坑井から採取される蒸気やボイラで製造した蒸気）と熱交換して、作動媒体を蒸発させる熱交換器である。
【００１５】
蒸発器２において蒸発した作動媒体は、発電機３が接続されたスクリュ膨張機４に導入され、スクリュ膨張機４内で膨張することにより、スクリュ膨張機４を回転駆動し、発電機３を回して発電する。スクリュ膨張機４で膨張して圧力が低下した状態で排出される作動媒体は、凝縮器５に導入される。
【００１６】
凝縮器５は、発電装置１の外部の冷却源から供給される冷却媒体（例えば河川やクーリングタワーから供給される冷却水）と熱交換することによって作動媒体を冷却して凝縮させる熱交換器である。
【００１７】
凝縮器５で凝縮して液体となった作動媒体は、循環ポンプ６によって加圧されて蒸発器２に再供給されるが、循環ポンプ６が吐出した作動媒体は、その全量が、循環ポンプ６を駆動する電動機７を通過して、蒸発器２に再供給されるようになっている。
【００１８】
循環ポンプ６は、所定の圧力まで加圧する必要があるため、インペラをロータとして備える遠心ポンプ等の非容積式ポンプや、ギアポンプ等の容積式ポンプであることが好ましい。また、電動機７は、回転数制御されてもよい。例えば、蒸発器２における作動媒体の液面の高さを一定に保つように、電動機７の回転数をフィードバック制御することで、スクリュ膨張機４に供給される作動媒体の熱エネルギーを一定に保つことができる。
【００１９】
本参考例１では、作動媒体の全量を、電動機７を通して蒸発器２に再供給するので、凝縮器５によって冷却された作動媒体により電動機７を冷却して、電動機７の過熱による効率低下を防止できる。
【００２０】
また、蒸発器２に供給される作動媒体は、電動機７を冷却することによって電動機７から熱エネルギーを回収しているので、その分だけ蒸発器２において作動媒体を蒸発させるために必要な熱エネルギーが少なくて済む。つまり、電動機７から回収した熱エネルギーの分だけスクリュ膨張機４を駆動する作動媒体の循環流量を多くして、発電量を大きくすることができる。
【００２１】
電動機７は、固定子および回転子を収容する内部空間を作動媒体が流れるようにしてもよく、ケーシングに設けたジャケットを作動媒体が流れるようにしてもよい。
【００２２】
続いて、図２に、参考例２の発電装置１ａの構成を示す。本参考例２の説明において、参考例１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。
【００２３】
本参考例２の発電装置１ａにおいて、凝縮器５で凝縮した作動媒体は、その全量が、電動機７を通して循環ポンプ６に吸い込まれ、循環ポンプ６が吐出した作動媒体が、直接、蒸発器２に供給されるようになっている。
【００２４】
本参考例２の発電装置１ａでも、参考例１の発電装置１と同様に、電動機７の過熱による効率低下を防止し、電動機７の冷却によって得た熱エネルギーをスクリュ膨張機４の駆動に利用することができるので、発電効率が高い。
【００２５】
なお、上述の参考例１の発電装置１では循環ポンプ６が吐出した作動媒体の全量が、さらに参考例２の発電装置１ａでは凝縮器５で凝縮した作動媒体の全量が、電動機７を通じるように構成しているが、それぞれの作動媒体の一部のみが電動機７を通じるように構成してもよい。
【００２６】
例えば、図３に、本発明の第１実施形態の発電装置１ｂの構成を示す。本実施形態は、上述の参考例１の発電装置１と殆ど同じ構成を備えるが、その発電装置１の構成に加え、電動機７の上流、下流の流路を接続し、オリフィス８を介設したバイパス流路９を備えている。
【００２７】
電動機７を通じる作動媒体によって、電動機７の内部での動力のロスが発生する恐れが若干あるが、このように循環ポンプ６が吐出した作動媒体の全量ではなく、その一部のみを電動機７に通じるように構成することで、その動力のロスの低減を図ることができる。
【００２８】
図４に、本発明の第２実施形態の発電装置１ｃの構成を示す。本実施形態は、参考例２の発電装置１ａの構成に加え、やはり、電動機７の上流、下流の流路を接続し、オリフィス８を介設したバイパス流路９を備えている。本実施形態においても、凝縮器５で凝縮した作動媒体の全量ではなく、その一部のみを電動機７に通じるように構成することで、動力のロスの低減を図ることができる。
【００２９】
なお、バイパス流路９に介設されたオリフィス８に替え、開閉弁や、開度の調整可能な流量調整弁を設けてもよい。それら、開閉弁、流量調整弁の開閉制御によって、電動機７に通じる作動媒体の流量、電動機７を通じずにバイパス流路９を通じる作動媒体の流量を適宜、変更することが可能となる。
【符号の説明】
【００３０】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ…発電装置
２…蒸発器
３…発電機
４…スクリュ膨張機
５…凝縮器
６…循環ポンプ
７…電動機
８…オリフィス
９…バイパス流路
【図１】
0005592305.tif 000002
【図２】
0005592305.tif 000003
【図３】
0005592305.tif 000004
【図４】
0005592305.tif 000005