(57)【要約】【課題】媒体再循環ポンプを省略しながら強制循環と同等の小型化が可能で、信頼性が高く、小型かつ安価な排熱動力回収装置を提供すること。【解決手段】蒸気発生器１と、タービン２と、凝縮器３と、媒体循環ポンプ５とを備え、これらの機器を配管６で接続し、蒸気発生器１とタービン２の間に気液分離器７を具備する熱動力回収装置であって、気液分離器７の分離作動媒体液を配管１１を通して凝縮器３に導くとともに、該分離作動媒体液と媒体循環ポンプ５で蒸気発生器１に送る作動媒体液との間で熱交換を行なう熱交換器１２を設け、凝縮器３と熱交換器１２の配管中に流量制御手段としてオリフィス１５を設けた。【選択図】図３
2006037852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排熱を回収して作動媒体の高圧蒸気を生成する蒸気発生器と、該高圧蒸気を膨張させるタービンと、該タービンからの低圧蒸気を凝縮する凝縮器と、作動媒体を循環させる媒体循環ポンプとを備え、これらの機器を配管で接続し、前記蒸気発生器と前記タービンの間に気液分離器を具備する排熱動力回収装置であって、
前記気液分離器の分離作動媒体液を配管を通して凝縮器に導くとともに、該分離作動媒体液と前記媒体循環ポンプで前記蒸気発生器に送る作動媒体液との間で熱交換を行なう熱交換器を設けたことを特徴とする排熱動力回収装置。
【請求項２】
請求項１に記載の動力回収装置において、
前記熱交換器から前記凝縮器へ至る配管途中に、流量制御手段を設けたことを特徴とする排熱動力回収装置。
【請求項３】
排熱を回収して作動媒体の高圧蒸気を生成する蒸気発生器と、該高圧蒸気を膨張させるタービンと、該タービンから低圧蒸気を凝縮する凝縮器と、作動媒体を循環させる媒体循環ポンプとを備え、これらの機器を配管で接続し、前記蒸気発生器と前記タービンの間に気液分離器を具備する排熱動力回収装置であって、
前記媒体循環ポンプから蒸気発生器へ送られる媒体液を駆動液とするエゼクタを設け、該エゼクタの吸込み口を前記気液分離器の液取り出し口に配管で接続したことを特徴とする排熱動力回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱機関等からの排熱から動力を回収する排熱動力回収装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱機関を用いた、小容量の排熱から動力を回収する動力回収装置として、図１に示す構成のものがある。図示するように、動力回収装置は蒸気発生器１０１、タービン１０２、凝縮器１０３、バッファタンク１０４、媒体循環ポンプ１０５を備え、これらの機器を配管１０６で接続して構成されている。そして蒸気発生器１０１とタービンの間に気液分離器１０７が配置されている。なお、１０８は三方弁、１０９は逆止弁である。
【０００３】
熱機関から排熱は蒸気発生器１０１で熱回収され作動媒体の高圧蒸気を生成する。該高圧蒸気はタービン１０２に供給された、該タービン１０２を駆動し低圧となった作動媒体蒸気は凝縮器１０３で外部冷媒（例えば冷却水）で冷却され作動媒体凝縮液となる。該凝縮液はバッファタンク１０４に収容され、媒体循環ポンプ１０５で蒸気発生器１０１に送られる。
【０００４】
上記構成の動力回収装置では、設置スペースやコストの面から、熱交換器の小型化が要求される。しかし、熱交換器、特に蒸気発生器１０１（若しくはボイラ）を小型化すると、蒸気発生器１０１内の媒体の流速が上昇し、蒸気発生器１０１内を循環する媒体の圧力損失が大きくなり、自然循環で循環させることが難しくなる。即ち、気液分離器１０７を有する動力回収装置では、分離された作動媒体液を蒸気発生器内１０１に戻す（再循環させる）のに必要な液柱高さが高くなり、これを確保できなくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように気液分離器１０７で分離された作動媒体液を蒸気発生器１０１内に戻すのに必要な液柱高さを確保できない場合、図２に示すように、気液分離器１０７内の作動媒体液を強制的に蒸気発生器１０１内に戻す、媒体再循環ポンプ１１０を用いることが一般的である。一般に媒体再循環ポンプ１１０は、気液分離器１０７で分離された作動媒体液を蒸気発生器１０１内部（下部）に圧送するものである。しかし、再循環ポンプ１１０は高温、かつ飽和圧力に近い作動媒体液を吸込み、循環させる必要があるため、耐熱性が必要で、且つ、ＮＰＳＨ（吸込実揚程）が低い特性が必要であるため高価になり、また設けた場合でも、運転時のキャビテ−ションなどの問題を生じる場合がある。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、媒体再循環ポンプを省略しながら強制循環と同等の小型化が可能で、信頼性が高く、小型かつ安価な排熱動力回収装置を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、安価で、信頼性の高い作動媒体の強制循環を実現することにより、小型且つ安価な排熱動力回収装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、排熱を回収して作動媒体の高圧蒸気を生成する蒸気発生器と、該高圧蒸気を膨張させるタービンと、該タービンからの低圧蒸気を凝縮する凝縮器と、作動媒体を循環させる媒体循環ポンプとを備え、これらの機器を配管で接続し、前記蒸気発生器と前記タービンの間に気液分離器を具備する排熱動力回収装置であって、前記気液分離器の分離作動媒体液を配管を通して凝縮器に導くとともに、該分離作動媒体液と前記媒体循環ポンプで前記蒸気発生器に送る作動媒体液との間で熱交換を行なう熱交換器を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の動力回収装置において、前記熱交換器から前記凝縮器へ至る配管途中に、流量制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、排熱を回収して作動媒体の高圧蒸気を生成する蒸気発生器と、該高圧蒸気を膨張させるタービンと、該タービンから低圧蒸気を凝縮する凝縮器と、作動媒体を循環させる媒体循環ポンプとを備え、これらの機器を配管で接続し、前記蒸気発生器と前記タービンの間に気液分離器を具備する排熱動力回収装置であって、前記媒体循環ポンプから蒸気発生器へ送られる媒体液を駆動液とするエゼクタを設け、該エゼクタの吸込み口を前記気液分離器の液取り出し口に配管で接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、気液分離器の分離作動媒体液を配管を通して凝縮器に導くとともに、該分離作動媒体液と媒体循環ポンプで蒸気発生器に送る作動媒体液との間で熱交換を行なう熱交換器を設けたので、下記のように効果が得られる。
【００１２】
（１）従来例のように媒体再循環ポンプを用いた場合、該媒体再循環ポンプのＮＰＳＨを確保するため、気液分離器からポンプまでの高さを、一般に１ｍ程度取らなければならないが、本発明によればその必要が無く、装置を大幅に小型化ができる。
【００１３】
（２）本発明では、媒体再循環ポンプを使用しないから、従来の例で発生する可能性のある、キャビテーションなどのトラブルを発生しない。
【００１４】
（３）高温で運転可能な高価な媒体再循環ポンプが不要であるので、製造コストが安価となる。
【００１５】
（４）媒体再循環ポンプのキャビテーションを防ぐため、気液分離器の分離液の液面レベル等を監視・制御しなくてもよく、装置の信頼性の向上と、低廉化に寄与する。
【００１６】
（５）蒸気発生器に入る作動媒体液が熱交換器を介して予熱されるため、伝熱性能の低い、顕熱の加熱量が少なくなり、蒸気発生器が小型化できる。
【００１７】
（６）蒸気発生器内の顕熱の加熱を効率よく行なうため、蒸気発生器の前に予熱器を設けた場合でも、本願発明によれば、予熱器を小型化できる。水などの熱輸送媒体により作動媒体液を加熱する予熱器と比べ、本発明で用いる熱交換器は加熱側及び非加熱側の媒体流量が双方とも小さいため、全体として装置を小型化できる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、熱交換器から凝縮器へ至る配管途中に流量制御手段（例えばオリフィス）を設けるので、仮に気液分離器の分離作動媒体液の量が少なくなり、作動媒体蒸気が熱交換器に入り込み、更に凝縮器に流入しようとしたとき、蒸気の比容積が大きいため圧損が増大し、流量を自然に抑えることができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、媒体循環ポンプから蒸気発生器へ送られる媒体液を駆動液とするエゼクタを設け、該エゼクタの吸込み口を前記気液分離器の液取り出し口に配管で接続したので、下記のように効果が得られる。
【００２０】
（１）媒体再循環ポンプを用いた場合、該媒体再循環ポンプのＮＰＳＨを確保するため、気液分離器からポンプまでの高さを、一般に１ｍ程度取らなければならないが、本発明によればその必要がなく、装置を大幅に小型化ができる。
【００２１】
（２）高温で運転可能な高価な媒体再循環ポンプが不要であるので、製造コストが安価となる。
【００２２】
（３）気液分離器で分離された、再循環作動媒体液が何等かの理由でなくなった場合、ポンプの場合はキャビテーションを生じる可能性があるが、エゼクタではその恐れがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基いて説明する。
【実施例１】
【００２４】
図３は本発明に係る排熱動力回収装置の構成を示す図である。図３に本排熱動力回収装置は蒸気発生器１、タービン２、凝縮器３、バッファタンク４、媒体循環ポンプ５を備え、これらの機器を配管６で接続して構成されている。そして蒸気発生器１とタービンの間に気液分離器７が配置され、気液分離器７の分離液を配管１１を通して凝縮器３に導くとともに、該分離液と媒体循環ポンプ５で蒸気発生器１に送る作動媒体との間で熱交換を行なう熱交換器１２を設け、更に配管１１の熱交換器１２と凝縮器３との間に流量制御手段としてオリフィス１５を設けている。なお、図中、８は三方弁、９は逆止弁、１０は予熱器である。
【００２５】
予熱器１０では熱機関からの熱源水Ｗと媒体循環ポンプ５により送られてきた作動媒体液との間で熱交換が行なわれ、該作動媒体液は加熱され蒸気発生器１に入る。該蒸気発生器１でこの加熱された作動媒体液と熱源水との間で熱交換が行なわれ、作動媒体液は高圧の作動媒体蒸気となる。この高圧の作動媒体蒸気はタービン２に供給され、該タービン２を駆動し低圧となった作動媒体蒸気は凝縮器３で外部冷媒（例えば冷却水）で冷却され凝縮し作動媒体液となる。該凝縮した作動媒体液はバッファタンク４に収容され、媒体循環ポンプ５で蒸気発生器１に送られる。気液分離器７で分離された作動凝縮液は熱交換器１２で媒体循環ポンプ５により蒸気発生器１に送られてきた作動媒体液との間で熱交換が行なわれ、加熱されて凝縮器３に送られる。
【００２６】
従来のように気液分離器１０７で分離した作動媒体液を媒体再循環ポンプ１１０を用いて蒸気発生器１０１に送るように構成した場合（図２参照）は、上述のように媒体再循環ポンプのＮＰＳＨを確保するため、気液分離器１０７から媒体再循環ポンプ１１０までの高さを、一般に１ｍ程度取らなければならないが、本実施形態例では、上記のように気液分離器７で分離した作動媒体液を熱交換器１２を通して熱回収して凝縮器３に送るように構成しているので、その必要が無く、装置を大幅に小型化ができる。
【００２７】
また、本実施形態例では、媒体再循環ポンプを使用しないから、キャビテーションの発生というトラブルが起らないし、高温で運転可能な高価な媒体再循環ポンプを使用しない分、製造コストが安価となる。また、気体液分離器７の分離液面等を監視・制御しなくてもよく、装置の信頼性の向上と、低廉化に寄与する。また、気液分離器７で分離した作動媒体液により熱交換器１２を介して蒸気発生器１に入る作動媒体液が予熱されるため、伝熱性能の低い、顕熱の加熱量が少なくなり、蒸気発生器１もしくは予熱器１０を小型化できる。
【００２８】
また、熱交換器１２から凝縮器３へ至る配管中に流量制御手段としてオリフィス１５を設けるので、仮に気液分離器７の分離作動媒体液の量が少なくなり、作動媒体蒸気が熱交換器１２に入り込み、更に凝縮器３に流入しようとしたとき、作動媒体蒸気の比容積が大きいため圧損が増大し、流量を自然に抑えることができる。
【実施例２】
【００２９】
図４は本発明に係る排熱動力回収装置の構成を示す図である。図４に示す排熱動力回収装置が図３に示す排熱動力回収装置の構成と異なる点は、媒体循環ポンプ５から蒸気発生器１へ送られる媒体液を駆動液とするエゼクタ１３を設け、該エゼクタ１３の吸込み口１３ａを気液分離器７の液取り出し口７ａに配管１４で接続した点であり、他の構成は図３と同一である。このようにエゼクタ１３を設けることにより、媒体循環ポンプ５により凝縮器３から蒸気発生器１に送られる作動媒体液の運動エネルギーにより、気液分離器の分離作動媒体液はエゼクタ１３に吸込まれ、媒体循環ポンプ５により送られる作動媒体液とともに蒸気発生器１内を循環する。
【００３０】
上記のように蒸気発生器１へ送られる媒体液を駆動液とするエゼクタ１３を設け、媒体再循環ポンプを省略することにより、上記実施例１の場合と同様、装置を大幅に小型化、キャビテーションなどのトラブルする恐れがなく、製造コストが安価となる。
【００３１】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来の排熱動力回収装置の構成を示す図である。
【図２】従来の排熱動力回収装置の構成を示す図である。
【図３】本発明に係る排熱動力回収装置の構成を示す図である。（実施例１）
【図４】本発明に係る排熱動力回収装置の構成を示す図である。（実施例２）
【符号の説明】
【００３３】
１      蒸気発生器
２      タービン
３      凝縮器
４      バッファタンク
５      媒体循環ポンプ
６      配管
７      気液分離器
８      三方弁
９      逆止弁
１０    予熱器
１１    配管
１２    熱交換器
１３    エゼクタ
１４    配管
１５    オリフィス
【図１】
2006037852.tif 000003
【図２】
2006037852.tif 000004
【図３】
2006037852.tif 000005
【図４】
2006037852.tif 000006