(57)【要約】【課題】マグネットカップリングの脱調を防止する。【解決手段】一端にタービン１４が設けられ、他端に複数の駆動側磁石３４が配置され、タービンと共に回転する駆動側回転軸３２と、複数の駆動側磁石と隔壁３７を介して対向する複数の受動側磁石３８が配置される支持部材３６を一端に設け、タービンの回転出力を駆動側回転軸との間に作用する伝達トルクを介して発電機１６に伝達する受動側回転軸４０と、駆動側回転軸と受動側回転軸とのねじれ角を検出するねじれ角検出部１１２と、マグネットカップリングの伝達トルクの最大値となる許容トルクを設定する許容トルク設定部１１６と、少なくともねじれ角に基づいて伝達トルクが前記許容トルクの範囲内にあるか否かを判定するトルク適性判定部１１８と、トルク適性判定部で伝達トルクが許容トルクを越えると判定されると、タービンの回転出力を低減させる負荷調整部１２０と、を備える。【選択図】図２
2014125991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体により回転するタービンが一端に設けられる駆動側回転軸の他端に複数の駆動側磁石が配置され、該複数の駆動側磁石と隔壁を介して対向する複数の受動側磁石が配置される支持部材を一端に設けられる受動側回転軸に、前記隔壁を介して前記駆動側磁石と前記受動側磁石との間に作用する伝達トルクを伝えるマグネットカップリングで前記タービンの回転出力を発電機に伝達する排熱回収発電装置の運転監視システムであって、
前記駆動側回転軸と前記受動側回転軸とのねじれ角を検出するねじれ角検出部と、
前記マグネットカップリングの伝達トルクの最大値となる許容トルクを設定する許容トルク設定部と、
少なくとも前記ねじれ角に基づいて、前記伝達トルクが前記許容トルクの範囲内にあるか否かを判定するトルク適性判定部と、
前記トルク適性判定部で前記伝達トルクが前記許容トルクを越えると判定されると、前記タービンの回転出力を低減させる負荷調整部と、を備えることを特徴とする排熱回収発電装置の運転監視システム。
【請求項２】
前記駆動側磁石及び前記受動側磁石の近傍の温度を測定する温度センサと、
前記温度センサの測定結果に基づいて、少なくとも前記駆動側磁石及び前記受動側磁石何れかの温度による磁力変化を示す温度特性を判定する温度特性判定部と、を更に備え、
前記許容トルク設定部は、少なくとも前記温度特性に基づいて、前記許容トルクを設定することを特徴とする請求項１に記載の排熱回収発電装置の運転監視システム。
【請求項３】
前記駆動側回転軸の一部に設けた被検知体を検出して前記駆動側回転軸の回転に応じたパルス波形を計測する駆動側センサと、
前記受動側回転軸の一部に設けた被検知体を検出して前記受動側回転軸の回転に応じたパルス波形を計測する受動側センサと、を更に備え、
前記ねじれ角検出部は、前記駆動側センサと前記受動側センサでそれぞれ計測した前記パルス波形の位相差に基づいて、前記ねじれ角を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の排熱回収発電装置の運転監視システム。
【請求項４】
前記駆動側回転軸の他端側又は前記支持部材の何れかに前記受動側磁石又は前記駆動側磁石の磁力を検出する磁力センサを更に備え、
前記ねじれ角検出部は、前記磁力センサが検出する前記受動側磁石又は前記駆動側磁石の磁力変化に基づいて、前記ねじれ角を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の排熱回収発電装置の運転監視システム。
【請求項５】
前記支持部材の外側に前記受動側磁石と前記駆動側磁石との間で発生する漏れ磁力を検出する外部磁力センサを更に備え、
前記ねじれ角検出部は、前記外部磁力センサで検出する前記漏れ磁力に基づいて、前記ねじれ角を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の排熱回収発電装置の運転監視システム。
【請求項６】
前記タービンに送る前記作動流体の流量を調整する流量調整部が更に備わり、
前記負荷調整部は、前記流量調整部を制御することによって、前記作動流体の流量を調整することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の排熱回収発電装置の運転監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネットカップリングでタービンの回転出力を発電機に伝達して電力を発生させる排熱回収発電装置の運転監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＣＯ２排出削減の社会的、国策的ニーズに基づいて、各種産業用プラント、船舶や車両用の動力源の排ガス等の排熱を回収して発電する技術として、有機ランキンサイクル（ Organic Rankine Cycle ）によって発電する排熱回収発電装置がある。例えば、船舶用の排熱回収発電装置では、ディーゼルエンジンから排出される排ガスの熱によって、水よりも沸点の低い代替フロン（例えば、Ｒ２４５ｆａ）等の有機流体を加圧した状態で加熱して沸騰させ、その蒸気によってタービンを駆動し、発電を行っている。このように、水よりも沸点の低い有機流体をタービン駆動用の作動流体とすることにより、１５０℃以下の比較的温度の低い排熱まで回収して発電エネルギーに変換できるため、排熱回収発電装置による発電効率が向上する。
【０００３】
上記の排熱回収発電装置では、タービンの回転軸がハウジングの隔壁を貫通して隔壁の外部に導設されるため、タービンを回転させる作動流体である代替フロンが回転軸とその軸受との間から外部に漏れるおそれがある。当該作動流体の外部漏れを防止するために、駆動側から受動側に非接触式で回転力を伝達できるマグネットカップリングを用いて、気密性を保持したまま回転力を伝達する技術が開発されている。マグネットカップリングは、許容トルクを超えて使用すると、駆動側から受動側への接続がスリッピングする脱調が起きる。当該脱調が起きると、駆動側の回転を伝達不能になり、また、タービンがオーバースピードとなり装置が損傷するおそれがある。マグネットカップリングの動力伝動部の脱調を防止する従来技術として、駆動側と受動側のそれぞれにセンサとセンサ感知体を設けて、動力伝動時の動作を監視する運転監視装置が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−１６４０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている回転伝動機構における運転監視装置では、スリッピングを防止するために、駆動側と受動側のそれぞれにセンサとセンサ感知体を設けて動力伝動時の運転動作を監視している。しかしながら、センサによる位相差の検出結果に基づいて、スリッピング防止するための具体的な方策について言及していない。
【０００６】
マグネットカップリングは、上述したように、許容トルクを超えて使用すると、脱調する危険性がある。すなわち、マグネットカップリングで動力伝動する際には、動力の駆動側と受動側との間に作用する伝達トルクが最大トルク値となる許容トルクを越えない範囲で使用することが重要となる。
【０００７】
例えば、駆動側のインナー軸外周面と受動側のアウター支持部材の内周面の周方向に、永久磁石をＮ極とＳ極のそれぞれ１０個ずつを交互になるように設けると、図１４に示すように、インナーとアウターとのねじれ角が１８度のときに、伝達トルクが最大値となる。すなわち、動力の駆動側と受動側とのねじれ角が１８度を越えると、双方間に作用する伝達トルクが下がり、脱調するリスクが高まる。このことから、駆動側と受動側との間のねじれ角が最大トルク値Ｍ１を示すねじれ角を閾値として、この閾値を越えない範囲にマグネットカップリングの動力伝動動作を制御することが必要となる。
【０００８】
また、マグネットカップリングは、図１５に示すように、マグネットの温度上昇により、許容トルクが低下することが判明している。排熱回収発電装置のタービンからの動力伝動の際に、熱が発生することから、マグネットカップリングでの動力伝動の際に脱調するリスクが高まる。すなわち、マグネットカップリングの温度特性を踏まえて、排熱回収発電装置の動作時における温度上昇による許容トルク低下の対策も必要となる。
【０００９】
本発明は、従来の回転伝動機構における運転監視装置が有する上記課題に鑑みてなされたものであり、動力の駆動側と受動側との間に作用する伝達トルクと温度特性を踏まえて、マグネットカップリングの脱調を防止可能な、新規かつ改良された排熱回収発電装置の運転監視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】
【００１０】
本発明の一態様は、作動流体により回転するタービンが一端に設けられる駆動側回転軸の他端に複数の駆動側磁石が配置され、該複数の駆動側磁石と隔壁を介して対向する複数の受動側磁石が配置される支持部材を一端に設けられる受動側回転軸に、前記隔壁を介して前記駆動側磁石と前記受動側磁石との間に作用する伝達トルクを伝えるマグネットカップリングで前記タービンの回転出力を発電機に伝達する排熱回収発電装置の運転監視システムであって、前記駆動側回転軸と前記受動側回転軸とのねじれ角を検出するねじれ角検出部と、前記マグネットカップリングの伝達トルクの最大値となる許容トルクを設定する許容トルク設定部と、少なくとも前記ねじれ角に基づいて、前記伝達トルクが前記許容トルクの範囲内にあるか否かを判定するトルク適性判定部と、前記トルク適性判定部で前記伝達トルクが前記許容トルクを越えると判定されると、前記タービンの回転出力を低減させる負荷調整部と、を備えることを特徴とする排熱回収発電装置の運転監視システムに関係する。
【００１１】
本発明の一態様によれば、マグネットカップリングのインナーとアウターとの間に作用する伝達トルクが許容トルクを超えると、伝達トルクが下がるように、タービンの回転出力を低減させるので、マグネットカップリングの脱調を防止できる。
【００１２】
このとき、本発明の一態様では、前記駆動側磁石及び前記受動側磁石の近傍の温度を測定する温度センサと、前記温度センサの測定結果に基づいて、少なくとも前記駆動側磁石及び前記受動側磁石何れかの温度による磁力変化を示す温度特性を判定する温度特性判定部と、を更に備え、前記許容トルク設定部は、少なくとも前記温度特性に基づいて、前記許容トルクを設定することとしてもよい。
【００１３】
このようにすれば、マグネットカップリングの磁力の温度特性も踏まえた上で許容トルクを越えないようにマグネットカップリングの駆動伝達を制御するので、マグネットカップリングの脱調を防止できる。
【００１４】
また、本発明の一態様では、前記駆動側回転軸の一部に設けた被検知体を検出して前記駆動側回転軸の回転に応じたパルス波形を計測する駆動側センサと、前記受動側回転軸の一部に設けた被検知体を検出して前記受動側回転軸の回転に応じたパルス波形を計測する受動側センサと、を更に備え、前記ねじれ角検出部は、前記駆動側センサと前記受動側センサでそれぞれ計測した前記パルス波形の位相差に基づいて、前記ねじれ角を検出することとしてもよい。
【００１５】
このようにすれば、駆動側センサと受動側センサで計測したパルス波形の位相差に基づいて、駆動側回転軸と受動側回転軸とのねじれ角を検出することができる。
【００１６】
また、本発明の一態様では、前記駆動側回転軸の他端側又は前記支持部材の何れかに前記受動側磁石又は前記駆動側磁石の磁力を検出する磁力センサを更に備え、前記ねじれ角検出部は、前記磁力センサが検出する前記受動側磁石又は前記駆動側磁石の磁力変化に基づいて、前記ねじれ角を検出することとしてもよい。
【００１７】
このようにすれば、磁力センサで検出した磁力の変化に基づいて、駆動側回転軸と受動側回転軸とのねじれ角を検出することができる。
【００１８】
また、本発明の一態様では、前記支持部材の外側に前記受動側磁石と前記駆動側磁石との間で発生する漏れ磁力を検出する外部磁力センサを更に備え、前記ねじれ角検出部は、前記外部磁力センサで検出する前記漏れ磁力に基づいて、前記ねじれ角を検出することとしてもよい。
【００１９】
このようにすれば、外部磁気センサで検出した漏れ磁力の変化に基づいて、駆動側回転軸と受動側回転軸とのねじれ角を検出することができる。
【００２０】
また、本発明の一態様では、前記タービンに送る前記作動流体の流量を調整する流量調整部が更に備わり、前記負荷調整部は、前記流量調整部を制御することによって、前記作動流体の流量を調整することとしてもよい。
【００２１】
このようにすれば、マグネットカップリングのインナーとアウターとの間に作用する伝達トルクが許容トルクを超えると、作動流体の流量を調整することによって、タービンの回転出力を低減させるので、マグネットカップリングの脱調を防止できる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように本発明によれば、マグネットカップリングの温度特性を踏まえて、マグネットカップリングが伝達する動力の駆動側と受動側との間に作用する伝達トルクに基づいて、発電機の負荷を調整するので、マグネットカップリングの脱調を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の排熱回収発電装置の運転監視システムが適用される排熱回収発電装置の概略構成図である。
【図２】本発明の排熱回収発電装置の運転監視システムの第１の実施形態の概略構成図である。
【図３】本実施形態の排熱回収発電装置の運転監視システムにおける回転パルス波形からねじれ角検出の動作を説明する図である。
【図４】本実施形態の排熱回収発電装置の運転監視システムで使用されるマグネットカップリングの温度特性を示すマップの一例である。
【図５】本実施形態の排熱回収発電装置の運転監視システムによる運転監視の動作を説明するフローチャートである。
【図６】本実施形態の排熱回収発電装置の運転監視システムで温度変化がない場合における発電機への負荷変動動作を説明する図である。
【図７】本実施形態の排熱回収発電装置の運転監視システムで温度変化がある場合における発電機への負荷変動動作を説明する図である。
【図８】本発明の排熱回収発電装置の運転監視システムの第２の実施形態の概略構成図である。
【図９】本実施形態の排熱回収発電装置の運転監視システムによる運転監視の動作を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明の排熱回収発電装置の運転監視システムの第３の実施形態の概略構成図である。
【図１１】本実施形態の排熱回収発電装置の運転監視システムによる漏れ磁力を検出する動作を説明する図である。
【図１２】本実施形態におけるマグネットカップリングの漏れ磁力がある場合と無い場合における磁力波形を示す図である。
【図１３】本実施形態の排熱回収発電装置の運転監視システムによる運転監視の動作を説明するフローチャートである。
【図１４】マグネットカップリングのねじれ角とトルクとの関係を示す図である。
【図１５】マグネットカップリングに備わる永久磁石の温度と伝達トルクとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００２５】
（排熱回収発電装置の構成）
まず、本発明の排熱回収発電装置の運転監視システムの各実施形態で適用される排熱回収発電装置の構成について、図面を使用しながら説明する。図１は、本発明の排熱回収発電装置の運転監視システムが適用される排熱回収発電装置の概略構成図である。本実施形態では、船舶のディーゼルエンジンの排ガスの排熱を回収して発電する排熱回収発電装置を例に説明する。なお、本発明の排熱回収発電装置の運転監視システムは、船舶の排ガス以外にも、マグネットカップリングでタービンの回転出力を発電機側に伝達するものであれば、各種産業用プラントや車両用の動力源の排ガス等の排熱を回収して発電する排熱回収発電装置にも適用できる。
【００２６】
本発明の排熱回収発電装置１０は、ランキンサイクルを用いた温度差発電装置（バイナリー発電装置）である。配管２６−１を流れる高温蒸気を介して、加熱用熱交換器１２（後述）において不図示の船舶用ディーゼルエンジン等で発生した高温の排ガスの排熱を受け取る。その排熱は、水よりも沸点の低い代替フロン等の有機流体を加圧した状態で加熱して沸騰させ、その蒸気を作動流体としてタービンを駆動し、発電を行っている。一方、排熱回収発電装置１０での発電により発生した熱は、放熱用熱交換器１８（後述）において、海水で冷却される。
【００２７】
排熱回収発電装置１０は、図１に示すように、加熱用熱交換器１２、タービン１４、発電機１６、放熱用熱交換器１８、ポンプ２０、インバータ２２、配管２４−１〜２４−４、マグネットカップリング３０、流量調整バルブ５０を備える。
【００２８】
加熱用熱交換器１２は、蒸発器としての機能を果たす熱交換器である。加熱用熱交換器１２の高温側に供給されるものは、加熱用配管２６−１を介して供給される高温蒸気である。高温蒸気は、ディーゼルエンジンの排ガスで発生した排熱を吸収して高温になっているボイラーの蒸気である。そして、配管２４−１から送られる作動流体は、加熱用配管２６−１から送られる高温蒸気と熱交換を行ない、昇温されて等圧加熱、蒸発、過熱され、気相で高圧、高温の第１状態の作動流体となる。第１状態の作動流体は、配管２４−２へ送出される。
【００２９】
タービン１４は、配管２４−２経由で供給される気相で高圧、高温の第２状態の作動流体を断熱膨張させて、そのとき仕事を得る。その仕事により、タービン１４が回転する。そして、第２状態の作動流体は、気相で低圧、低温の第３状態の作動流体となる。タービン１４は、発電機１６とマグネットカップリング３０を介して同軸に連結されている。第３状態の作動流体は、配管２４−３へ送出される。
【００３０】
放熱用熱交換器１８は、凝縮器としての機能を果たす熱交換器である。放熱用熱交換器１８の高温側に供給されるものは、配管２４−３経由で供給される第３状態の作動流体である。放熱用熱交換器１８の低温側に供給されるものは、海水である。すなわち、排熱回収発電装置１０の耐圧容器の外側に配管が飛び出しており、その配管の周囲を流れる海水、湖水又は川水がその配管内を流れる第３状態の作動流体を冷却する。そして、第３状態の作動流体は、海水と熱交換を行ない、等圧で冷却されて、液相で低圧、低温の第４状態の作動流体となる。第４状態の作動流体は、配管２４−４へ送出される。
【００３１】
ポンプ２０は、配管２４−４経由で供給される液相で低圧、低温の第４状態の作動流体を加圧して、液相で高圧、やや高温の第１状態の作動流体とする。第１状態の作動流体は、配管２４−１へ送出される。発電機１６は、タービン１４の回転により回転し、発電を行なう。発電機１６は、同期発電機や誘導発電機に例示される。発電された電力は、インバータ２２により所定の直流電力に変換されて、船舶の各種動作等に用いられる。
【００３２】
マグネットカップリング３０は、排ガスの排熱によって生成される作動流体により回転するタービン１４の回転出力を発電機１６に伝達する動力伝達機構である。本発明の排熱回収発電装置の運転監視システムでは、タービン１４の回転出力を発電機１６に伝達するマグネットカップリング３０のスリッピング、脱調を防止するためのシステムである。すなわち、本発明の排熱回収発電装置の運転監視システムにおける第１の実施形態のシステム１００では、マグネットカップリング３０の伝達トルクを監視しながら、適宜、タービン１４に送る作動流体の流量を調整する流量調整バルブ５０を制御して、マグネットカップリングの脱調を防止する。
【００３３】
なお、作動流体としては、水よりも沸点の低い代替フロンやアンモニア、プロパンガス等が例示される。代替フロンとしては、Ｒ１３４ａ、Ｒ２４５ｆａ、ＨＣＦＣ−１２３（ＣＦ３ＣＨＣｌ２）、ＨＣＦＣ−１４１ｂ（ＣＨ３ＣＣｌ２Ｆ）、ＨＣＦＣ−２２５ｃａ（ＣＨ３ＣＦ２ＣＨＣｌ２）、ＨＣＦＣ−２２５ｃｂ（ＣＣｌＦ２ＣＦ２ＣＨＣｌＦ）等が例示される。
【００３４】
（第１の実施形態）
次に、本発明の排熱回収発電装置の運転監視システムの第１の実施形態の構成について、図面を使用しながら説明する。図２は、本発明の排熱回収発電装置の運転監視システムの第１の実施形態の概略構成図である。
【００３５】
本実施形態の排熱回収発電装置の運転監視システム１００は、流量調整部５０、タービン１４、駆動側回転軸３２、マグネットカップリング３０、受動側回転軸４０、減速ギア４２、４４、発電機側回転軸４６、発電機１６、中央制御装置１１０、記憶部１２２を備える。
【００３６】
マグネットカップリング３０は、タービン１４の回転出力を発電機１６に伝達するための動力伝動機構である。本実施形態では、マグネットカップリング３０は、タービン１４の駆動側回転軸３２の他端側に配置される複数の駆動側磁石３４が、隔壁３７を介して受動側回転軸４０の一端側に配置される複数の受動側磁石３８と対向される構成となっている。すなわち、駆動側磁石３４が設けられている駆動側回転軸３２の他端側をマグネットカップリングのインナーとし、受動側磁石３８が設けられている受動側回転軸４０の一端側をマグネットカップリングのアウターとする。なお、マグネットカップリング３０の周辺は、風損による発熱対策として、代替フロン等の冷媒で冷却している。
【００３７】
駆動側磁石３４は、一端にタービン１４が設けられ、タービンと共に回転する駆動側回転軸３２の他端側の外周面に複数配置されている。受動側磁石３８は、駆動側磁石３４と非磁性体の隔壁３７を介して対向するように、受動側回転軸４０の一端に設けられる支持部材３６に複数配置される。マグネットカップリング３０は、先端側のタービン１４の回転出力を駆動側回転軸３６の他端側に配置される駆動側磁石３４と、受動側回転軸４０の先端側の支持部材３６に配置される受動側磁石３８との間に作用する伝達トルクを受動側回転軸４０に伝達する。そして、受動側回転軸４０の回転出力は、減速ギア４２、４４で減速されて、発電機側回転軸４６を介して、発電機に伝達される。本実施形態では、受動側回転軸４０は、減速ギア４２の減速ピニオン軸である。
【００３８】
なお、本実施形態では、マグネットカップリング３０は、駆動側回転軸３２の他端側に配置される駆動側磁石３４を受動側磁石３８が配置される支持部材３６が隔壁３７を介して外から覆うイン・アウトタイプのものであるが、円盤状のディスクタイプのものでもよい。また、図２では、受動側回転軸４０は、減速ギア４２、４４、発電機側回転軸４６を介して、発電機１６に回転出力を減速させて伝達する構成となっているが、受動側回転軸４０の回転出力を発電機１６に直接伝達する構成としてもよい。
【００３９】
本実施形態の排熱回収発電装置の運転監視システム１００では、駆動側回転軸３２と受動側回転軸４０とのねじれ角を検出して、その検出したねじれ角に基づいて、マグネットカップリング３０の伝達トルクを確認して、その脱調防止を図ることを特徴とする。すなわち、本実施形態では、駆動側回転軸３２と受動側回転軸４０とのねじれ角を検出するために、駆動側センサ１０２と、受動側センサ１０４がそれぞれ駆動側回転軸側と、受動側回転軸側に設けられている。
【００４０】
駆動側センサ１０２は、駆動側回転軸３２の一部に設けた被検知体となる切り欠き部３３を検出することによって、駆動側回転軸３２の回転に応じたパルス波形を計測する渦電流式ＧＡＰセンサである。受動側センサ１０４は、受動側回転軸４０の一部に設けた被検知体となる切り欠き部４１を検出して受動側回転軸４０の回転パルスを計測する渦電流式ＧＡＰセンサである。なお、本実施形態では、駆動側回転軸３２及び受動側回転軸４０の回転動作のキーフェーザーとして、切り欠き部３３、４１を設けているが、駆動側センサ１０２、受動側センサ１０４の被検知体は、キーフェーザーとなるものであれば、他の形態のものでもよい。
【００４１】
また、本実施形態では、駆動側磁石３４と受動側磁石３８の近傍の温度を測定する温度センサ１０６が更に設けられている。すなわち、マグネットカップリング３０の周辺温度を熱電対等の温度センサ１０６で計測して、運転中の温度変化を監視する。
【００４２】
本実施形態では、駆動側センサ１０２と、受動側センサ１０４の検出結果を元に、中央制御装置１１０で駆動側回転軸３２と受動側回転軸４０とのねじれ角を検出する。そして、温度センサ１０６で検出したマグネットカップリング３０の温度特性も踏まえて、マグネットカップリング３０の伝達トルクの適性を判定する。その後、中央制御装置１１０は、当該判定結果に基づいて、タービン１４への作用流体Ｆ１の流量を調整する流量調整部となるバルブ５０を調整する。そして、中央制御装置１１０は、タービン１４への作用流体Ｆ１の流量を調整することによって、発電機１６への負荷を調整して、マグネットカップリング３０の脱調を防止している。
【００４３】
本実施形態では、中央制御装置１１０は、図２に示すように、ねじれ角検出部１１２と、温度特性判定部１１４と、許容トルク設定部１１６と、トルク適性判定部１１８と、負荷調整部１２０とを備える。
【００４４】
ねじれ角検出部１１２は、駆動側回転軸３２と受動側回転軸４０とのねじれ角を検出する。本実施形態では、ねじれ角検出部１１２は、図３に示すように、駆動側センサ１０２と受動側センサ１０４でそれぞれ計測したパルス波形Ｐｉｎ、Ｐｏｕｔの位相差θに基づいて、無負荷時の位相差をねじれ角ゼロの基準として、運転時の位相差をねじれ角として検出する。このようにして、マグネットカップリング３０のインナーとなる駆動側回転軸３２の他端と、アウターとなる受動側回転軸４０の一端との位相を計測して、ねじれ角を求める。
【００４５】
温度特性判定部１１４は、温度センサ１０６の測定結果に基づいて、少なくとも駆動側磁石３４及び前記受動側磁石３８の何れかの温度による磁力変化を示す温度特性を判定する。マグネットカップリング３０を構成する駆動側磁石３４と受動側磁石３８は、永久磁石であり、前述したように、温度の上昇に伴って磁力が下がるので、許容トルクが低下する（図１５参照）。このため、本実施形態では、事前にマグネットカップリング３０の温度特性を踏まえて、マグネットカップリング３０の周辺温度によって許容トルクを設定する。
【００４６】
許容トルク設定部１１６は、マグネットカップリング３０の伝達トルクの最大値となる許容トルクを設定する。マグネットカップリング３０の許容トルクは、少なくともマグネットカップリング３０に配置される永久磁石３４、３８の個数と配置、及びマグネットカップリング３０が使用される温度に基づいて定められる。本実施形態では、マグネットカップリング３０の温度特性を示す指標として、図４に示すように、マグネットカップリング３０を構成する永久磁石３４、３８の温度に応じて、通常運転範囲Ｒ１と運転条件調整領域Ｒ２を分けるマップが記憶部１２２に保存されている。上述したように、マグネットカップリング３０を構成する永久磁石３４、３８は、温度の上昇に伴って磁力が下がるので、許容トルクが低下する。このため、本実施形態では、マグネットカップリング３０の許容トルクを設定する際には、図４に示すような温度特性マップを用いて、マグネットカップリング３０が使用される温度条件における許容トルクを設定する。
【００４７】
トルク適性判定部１１８は、マグネットカップリング３０の伝達トルクが許容トルクの範囲内にあるか否かを判定する。本実施形態では、トルク適性判定部１１８は、ねじれ角検出部１１２で検出されたねじれ角が、許容トルク時のねじれ角より大きいか否かに基づいて、マグネットカップリング３０の伝達トルクが許容トルクの範囲内にあるか否かを判定する。すなわち、トルク適性判定部１１８は、伝達トルクが最大となる許容トルクを示すときのねじれ角を閾値として、マグネットカップリング３０の伝達トルクが許容トルクの範囲内にあるか否かを判定する。
【００４８】
負荷調整部１２０は、トルク適性判定部１１８で伝達トルクが許容トルクを越えると判定されると、タービン１４の回転出力を低減させる。本実施形態では、負荷調整部１２０は、タービン１４に送る作動流体Ｆ１の流量を調整する流量調整部５０を制御することによって、作動流体Ｆ１の流量を調整する。このように、マグネットカップリング３０のインナーとアウターとの間に作用する伝達トルクが許容トルクを超えると、作動流体の流量を調整することによって、タービン１４の回転出力を低減させて、マグネットカップリング３０の脱調を防止する。すなわち、本実施形態では、タービン１４のガバナ調整をすることによって発電機１６の負荷を調整し、マグネットカップリング３０の脱調を防止する。換言すると、ねじれ角が許容値を超えると、伝達トルクが低下するように運転条件を調整して、脱調を未然に防ぐ。
【００４９】
上述したように、本実施形態では、マグネットカップリング３０のインナーとアウターとの間に作用する伝達トルクが許容トルクを超えると、伝達トルクが下がるように、タービン１４の回転出力を低減させるので、マグネットカップリング３０の脱調を防止できる。また、マグネットカップリング３０の磁力の温度特性も踏まえた上で、マグネットカップリング３０の許容トルクを越えないように、マグネットカップリング３０の駆動伝達を制御することにより、マグネットカップリング３０の脱調を防止する。すなわち、マグネットカップリング３０の温度変化をフィードフォワード制御することによって、発電機１６の負荷調整を行うので、温度変化も踏まえた上でマグネットカップリング３０の脱調のリスクをより確実に低減できる。
【００５０】
次に、本実施形態の排熱回収発電装置の運転監視システムによる運転監視の動作について、図面を使用しながら説明する。図５は、本実施形態の排熱回収発電装置の運転監視システムによる運転監視の動作を説明するフローチャートである。
【００５１】
まず、タービン１４の定格回転数を設定してから（工程Ｓ１１）、発電機１６の負荷を負荷調整部１２０で設定して（工程Ｓ１２）、排熱回収発電装置１０の定格運転を開始する。
【００５２】
次に、マグネットカップリング３０のインナー側となる駆動側回転軸３２（タービン軸）と、アウター側となる受動側回転軸４０の支持部材３６（減速機ピニオン軸）それぞれの軸の回転パルスを計測する（工程Ｓ１３）。回転パルスの計測方法としては、例えば、各軸３２、４０に設けた切り欠き３３、４１や段差を渦電流式のGAPセンサで検出し、各軸３２、４０の回転に応じたパルス波形を計測する。そして、無負荷時の位相差を基準として運転時の位相差をねじれ角として求める。
【００５３】
工程Ｓ１３でねじれ角を検出したら、次に、マグネットカップリング３０の周辺温度を熱電対等の温度センサ１０６で計測して（工程Ｓ１４）、排熱回収発電装置１０の運転中の温度変化を監視する。その後、マグネットカップリング３０の伝達トルクが許容トルクの範囲内となる許容値内にあるか否かが判定される（工程Ｓ１５）。工程Ｓ１５で伝達トルクが許容値内にあると判定されると、排熱回収発電装置１０の運転継続の要否が確認され（工程Ｓ１６）、運転継続が必要な場合は、工程Ｓ１２に戻り、運転継続が不要な場合は、排熱回収発電装置１０の運転を終了する。
【００５４】
一方、工程Ｓ１５で伝達トルクが許容値内にないと判定されると、発電機１６の負荷設定値を補正する（工程Ｓ１７）。具体的には、マグネットカップリング３０のねじれ角が閾値となる許容値を超えると、発電機１６の負荷を下げるように負荷設定値を補正する。このように、マグネットカップリング３０の伝達トルクが許容値内にないと判定されると、発電機１６の負荷を下げることによって、マグネットカップリング３０の伝達トルクが許容トルクを越えることが無くなるので、マグネットカップリング３０の脱調を防止できる。
【００５５】
ここで、工程Ｓ１４で温度変化が検出されない場合、図６に示すように、排熱回収発電装置１０が定格運転に入った後は、マグネットカップリング３０のねじれ角の許容値に上限Ａ１max、下限Ａ１minを設ける。そして、工程S１７で上限値Ａ１maxを超えると発電機負荷を下げ、下限値Ａ１minを下回ると発電機負荷を上げることで、排熱回収発電装置１０の最大伝達動力の付近での連続運転を可能にする。すなわち、マグネットカップリング３０のねじれ角の許容値の上限値Ａ１max、下限値Ａ１minとの間になるように、マグネットカップリング３０の伝達トルクを調整することによって、マグネットカップリング３０を脱調させることなく、発電機１６が定格運転に移行した後の運転を安定化できる。このため、排熱回収発電装置１０の発電効率を向上させることができる。
【００５６】
一方、工程Ｓ１４で温度変化が検出される場合、図７に示すように、排熱回収発電装置１０が定格運転に入った後は、マグネットカップリング３０のねじれ角の許容値に上限Ａ２max、下限Ａ２minを設ける。そして、工程S１７で上限値Ａ２maxを超えると発電機負荷を下げ、下限値Ａ２minを下回ると発電機負荷を上げることで、排熱回収発電装置１０の最大伝達動力の付近での連続運転を可能にする。このとき、ねじれ角の許容値は、マグネットカップリング３０の周辺温度により可変できるものとする。
【００５７】
例えば、図７に示すように、マグネットカップリング３０の温度が上昇傾向にあれば（符合Ｔ１）、発電機の負荷を低い値にする（符号Ｐ１）。このように、発電機の負荷を下げることによって、マグネットカップリング３０のねじれ角の許容値の上限値Ａ２max、下限値Ａ２minとの間になるように、マグネットカップリング３０の伝達トルクを調整する。このため、マグネットカップリング３０の温度上昇による磁力低下に伴って、マグネットカップリング３０が脱調する危険性を回避できる。すなわち、温度変化をフィードフォワードで発電機の負荷調整を行うことで、急激な温度上昇によりマグネットカップリングの磁力（伝達トルク）が低下して、脱調する危険性を防止することができる。
【００５８】
一方、マグネットカップリング３０の温度が下降傾向にあれば（符合Ｔ２）、発電機の負荷を高い値にする（符号Ｐ２）。このように、発電機の負荷を上げることによって、マグネットカップリング３０のねじれ角の許容値の上限値Ａ２max、下限値Ａ２minとの間になるように（符号Ｑ２）、マグネットカップリング３０の伝達トルクを調整する。このため、マグネットカップリング３０の温度下降による磁力上昇に伴って、マグネットカップリング３０が脱調する危険性を回避できる。すなわち、温度変化をフィードフォワードで発電機の負荷調整を行うことで、急激な温度下降によりマグネットカップリングの磁力（伝達トルク）が上昇して、脱調する危険性を防止することができる。
【００５９】
このように、本実施形態では、温度変化の履歴によりマグネットカップリング３０のねじれ角が許容値の上限値Ａ２max、下限値Ａ２minとの間になるように、マグネットカップリング３０の伝達トルクを調整して、マグネットカップリング３０の脱調を防止する。すなわち、マグネットカップリング３０の温度変化をフィードフォワードで発電機の負荷調整を行うことで、発電機１６が定格運転に移行した後の運転を装置最大の伝達動力付近で安定化できるので、排熱回収発電装置１０の発電効率を向上させることができる。
【００６０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の排熱回収発電装置の運転監視システムの第２の実施形態の構成について、図面を使用しながら説明する。図８は、本発明の排熱回収発電装置の運転監視システムの第２の実施形態の概略構成図である。
【００６１】
本実施形態では、マグネットカップリング２３０のねじれ角計測方法が第１の実施形態と異なる。すなわち、図８に示す排熱回収発電装置の運転監視システム２００では、マグネットカップリング２３０のアウター側の支持部材２３６に磁力センサ２０２が埋め込まれている。そして、マグネットカップリング２３０の捩れに伴って、磁力センサ２０２がインナー側の駆動側回転軸２３２の駆動側磁石２３４の位相変化による磁力変化を検出して、マグネットカップリング２３０のねじれ角を求める。
【００６２】
本実施形態では、磁力センサ２０２の検出結果を元に、中央制御装置２１０のねじれ角検出部２１２が駆動側回転軸２３２と受動側回転軸２４０とのねじれ角を検出する。そして、温度特性判定部２１４で判定したマグネットカップリング２３０の温度特性も踏まえて、トルク適性判定部２１８が伝達トルクの適性を判定する。その後、中央制御装置２１０の負荷調整部２２０は、当該判定結果に基づいて、タービン１４への作用流体Ｆ１の流量を調整する流量調整部となるバルブ２５０を調整する。そして、中央制御装置２１０は、タービン１４への作用流体Ｆ１の流量を調整することによって、発電機１６への負荷を調整して、マグネットカップリング２３０の脱調を防止している。すなわち、本実施形態では、中央制御装置２１０は、第１の実施形態と同様に、ねじれ角検出部２１２と、温度特性判定部２１４と、許容トルク設定部２１６と、トルク適性判定部２１８と、負荷調整部２２０とを備え、第１の実施形態と同様に機能する。
【００６３】
なお、図８では、アウター側の支持部材２３６に磁力センサ２０２を埋め込んでいるが、インナー側に磁力センサを埋め込んで、アウター側の受動側磁石２３８位相変化による磁力変化を検出してもよい。すなわち、相手側の磁力や磁石位置を計測することによって、マグネットカップリング２３０のねじれ角を求めるようにして、マグネットカップリング２３０のねじれることで相手側の磁石の位相が変わることによる磁力変化を検出できるようになっていればよい。
【００６４】
このように、本実施形態では、マグネットカップリング２３０のインナー又はアウターの何れか一方のみに磁力センサ２０２を設けることで、当該磁力センサ２０２で検出した磁力の変化に基づいて、マグネットカップリング２３０のねじれ角を検出できる。また、本実施形態では、アウター側から計測することでセンサ取出し部のシールが不要となるので、メンテナンスが容易となる。さらに、温度センサ２０６も設けているので、事前にマグネットカップリング２３０の温度特性から、マグネットカップリング２３０の周辺温度により許容トルクを設定することが出来るので、マグネットカップリング２３０の温度特性も踏まえた脱調防止ができる。
【００６５】
次に、本実施形態の排熱回収発電装置の運転監視システムによる運転監視の動作について、図面を使用しながら説明する。図９は、本実施形態の排熱回収発電装置の運転監視システムによる運転監視の動作を説明するフローチャートである。
【００６６】
まず、タービン１４の定格回転数を設定してから（工程Ｓ２１）、発電機１６の負荷を負荷調整部２２０で設定して（工程Ｓ２２）、排熱回収発電装置１０の定格運転を開始する。
【００６７】
次に、磁力センサ２０２がマグネットカップリング２３０の捩れに伴ってインナー側の駆動側回転軸２３２の駆動側磁石２３４の位相変化による磁力変化を検出して、マグネットカップリング２３０のねじれ角を検出する（工程Ｓ２３）。
【００６８】
工程Ｓ２３でねじれ角を検出したら、次に、マグネットカップリング２３０の周辺温度を熱電対等の温度センサ２０６で計測して（工程Ｓ２４）、排熱回収発電装置１０の運転中の温度変化を監視する。その後、マグネットカップリング２３０の伝達トルクが許容トルクの範囲内となる許容値内にあるか否かが判定される（工程Ｓ２５）。工程Ｓ２５で伝達トルクが許容値内にあると判定されると、排熱回収発電装置１０の運転継続の要否が確認され（工程２６）、運転継続が必要な場合は、工程Ｓ２２に戻り、運転継続が不要な場合は、排熱回収発電装置１０の運転を終了する。
【００６９】
一方、工程Ｓ２５で伝達トルクが許容値内にないと判定されると、発電機１６の負荷設定値を補正する（工程Ｓ２７）。具体的には、マグネットカップリング２３０のねじれ角が閾値となる許容値を超えると、発電機１６の負荷を下げるように負荷設定値を補正する。このように、マグネットカップリング２３０の伝達トルクが許容値内にないと判定されると、発電機１６の負荷を下げることによって、マグネットカップリング２３０の伝達トルクが許容トルクを越えることが無くなるので、マグネットカップリング２３０の脱調を防止できる。
【００７０】
また、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、温度変化の履歴によりマグネットカップリング２３０のねじれ角が許容値の上限値、下限値との間になるように、マグネットカップリング２３０の伝達トルクを調整して、マグネットカップリング２３０の脱調を防止する。すなわち、マグネットカップリング２３０の温度変化をフィードフォワードで発電機の負荷調整を行うことで、発電機１６が定格運転に移行した後の運転を装置最大の伝達動力付近で安定化できるので、排熱回収発電装置１０の発電効率を向上させることができる。
【００７１】
（第３の実施形態）
次に、本発明の排熱回収発電装置の運転監視システムの第３の実施形態の構成について、図面を使用しながら説明する。図１０は、本発明の排熱回収発電装置の運転監視システムの第３の実施形態の概略構成図である。
【００７２】
本実施形態では、マグネットカップリング３３０のねじれ角計測方法が第１及び第２の実施形態と異なる。すなわち、図１０に示す排熱回収発電装置の運転監視システム３００では、マグネットカップリング３３０のアウター側の支持部材３３６の外側に受動側磁石３３８と駆動側磁石３３４との間で発生する漏れ磁力を検出する外部磁力センサ３０２が設けられている。
【００７３】
すなわち、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、マグネットカップリング３３０が捩れると、アウター側の受動側磁石３３８−１、３３８−２、３３８−３がインナー側の駆動側磁石３３４−１、３３４−２、３３４−３からずれる。このため、図１２に示すように、外部磁力センサ３０２で検出される磁力波形が捩れ前の波形Ｗ１から捩れ後の波形Ｗ２に変化する。本実施形態では、外部磁力センサ３０２がマグネットカップリング３３０の外側より漏れ磁力の変化を計測するので、ねじれ角検出部３１２は、外部磁力センサ３０２で検出する漏れ磁力の変化に基づいて、マグネットカップリング３３０のねじれ角を求める。このように、本実施形態では、外部からのマグネットカップリング３３０のねじれ角を計測できるので、センサ取出し部のシール及び設置が容易になる。
【００７４】
本実施形態では、外部磁力センサ３０２の検出結果を元に、中央制御装置３１０のねじれ角検出部３１２が駆動側回転軸３３２と受動側回転軸３４０とのねじれ角を検出する。そして、温度特性判定部３１４で判定したマグネットカップリング３３０の温度特性も踏まえて、トルク適性判定部３１８が伝達トルクの適性を判定する。その後、中央制御装置３１０の負荷調整部３２０は、当該判定結果に基づいて、タービン１４への作用流体Ｆ１の流量を調整する流量調整部となるバルブ３５０を調整する。そして、中央制御装置３１０は、タービン１４への作用流体Ｆ１の流量を調整することによって、発電機１６への負荷を調整して、マグネットカップリング３３０の脱調を防止している。すなわち、本実施形態では、中央制御装置３１０は、第１及び第２の実施形態と同様に、ねじれ角検出部３１２と、温度特性判定部３１４と、許容トルク設定部３１６と、トルク適性判定部３１８と、負荷調整部３２０とを備え、第１及び第２の実施形態と同様に機能する。
【００７５】
次に、本実施形態の排熱回収発電装置の運転監視システムによる運転監視の動作について、図面を使用しながら説明する。図１３は、本実施形態の排熱回収発電装置の運転監視システムによる運転監視の動作を説明するフローチャートである。
【００７６】
まず、タービン１４の定格回転数を設定してから（工程Ｓ３１）、発電機１６の負荷を負荷調整部３２０で設定して（工程Ｓ３２）、排熱回収発電装置１０の定格運転を開始する。
【００７７】
次に、磁力センサ３０２がマグネットカップリング３３０の捩れに伴って、外部磁力センサ３０２が漏れ磁力変化を検出して、マグネットカップリング３３０のねじれ角を検出する（工程Ｓ３３）。
【００７８】
工程Ｓ３３でねじれ角を検出したら、次に、マグネットカップリング３３０の周辺温度を熱電対等の温度センサ３０６で計測して（工程Ｓ３４）、排熱回収発電装置１０の運転中の温度変化を監視する。その後、マグネットカップリング３３０の伝達トルクが許容トルクの範囲内となる許容値内にあるか否かが判定される（工程Ｓ３５）。工程Ｓ３５で伝達トルクが許容値内にあると判定されると、排熱回収発電装置１０の運転継続の要否が確認され（工程３６）、運転継続が必要な場合は、工程Ｓ３２に戻り、運転継続が不要な場合は、排熱回収発電装置１０の運転を終了する。
【００７９】
一方、工程Ｓ３５で伝達トルクが許容値内にないと判定されると、発電機１６の負荷設定値を補正する（工程Ｓ３７）。具体的には、マグネットカップリング３３０のねじれ角が閾値となる許容値を超えると、発電機１６の負荷を下げるように負荷設定値を補正する。このように、マグネットカップリング３３０の伝達トルクが許容値内にないと判定されると、発電機１６の負荷を下げることによって、マグネットカップリング３３０の伝達トルクが許容トルクを越えることが無くなるので、マグネットカップリング３３０の脱調を防止できる。
【００８０】
また、本実施形態では、第１及び第２の実施形態と同様に、温度変化の履歴によりマグネットカップリング３３０のねじれ角が許容値の上限値、下限値との間になるように、マグネットカップリング３３０の伝達トルクを調整して、マグネットカップリング３３０の脱調を防止する。すなわち、マグネットカップリング３３０の温度変化をフィードフォワードで発電機の負荷調整を行うことで、発電機１６が定格運転に移行した後の運転を装置最大の伝達動力付近で安定化できるので、排熱回収発電装置１０の発電効率を向上させることができる。
【００８１】
なお、上記のように本発明の各実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。
【００８２】
例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、排熱回収発電装置、及び排熱回収発電装置の運転監視システムの構成、動作も本発明の各実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１０        排熱回収発電装置
１２        加熱用熱交換器
１４        タービン
１６        発電機
１８        放熱用熱交換器
２０        ポンプ
２２        インバータ
２４−１〜２４−４    配管
３０        マグネットカップリング
３２        駆動側回転軸
３４        駆動側磁石
３６        支持部材
３７        隔壁
３８        受動側磁石
４０        受動側回転軸
４６        発電機側回転軸
５０        流量調整部（流量調整バルブ）
１００      運転監視システム
１１０      中央制御装置
１１２      ねじれ角検出部
１１４      温度特性判定部
１１６      許容トルク設定部
１１８      トルク適性判定部
１２０      負荷調整部
１２２      記憶部
Ｆ１        作動流体
【図１】
2014125991.tif 000003
【図２】
2014125991.tif 000004
【図３】
2014125991.tif 000005
【図４】
2014125991.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2014125991.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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