(57)【要約】      （修正有）【課題】駆動時の振動、騒音を防止し、装置の小型化を促進し、装置の耐久性、信頼性を向上した発電装置を低コストで提供する。【解決手段】作動媒体を蒸発可能な熱源、蒸発された作動媒体を膨張させる膨張機、膨張機からの作動媒体を凝縮させる凝縮器、凝縮器からの作動媒体を熱源へと循環させるポンプを備えたランキンサイクルであって、膨張機に発電機を連結して作動媒体の膨張仕事を電力として出力させるようにした発電装置において、発電機の駆動軸の両端に膨張機を連結し、各膨張器および発電機をそれぞれ独立した室に収納し、このうち熱源で蒸発された作動媒体が導入される一方の膨張器が収納される第１室と、一方の膨張機により膨張された作動媒体をさらに膨張させる他方の膨張器が収納される第２室とを互いに連通するとともに、第１室と発電機の収納される第３室とを遮断し、かつ、第２室と第３室とを連通したことを特徴とする発電装置。【選択図】図１
2006200434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動媒体を蒸発可能な熱源、蒸発された作動媒体を膨張させる膨張機、該膨張機からの作動媒体を凝縮させる凝縮器、該凝縮器からの作動媒体を前記熱源へと循環させるポンプを備えたランキンサイクルであって、前記膨張機に発電機を連結して作動媒体の膨張仕事を電力として出力させるようにした発電装置において、前記発電機の駆動軸の両端に膨張機を連結し、各膨張器および発電機をそれぞれ独立した室に収納し、このうち前記熱源で蒸発された作動媒体が導入される一方の膨張器が収納される第１室と、前記一方の膨張機により膨張された作動媒体をさらに膨張させる他方の膨張器が収納される第２室とを互いに連通するとともに、前記第１室と発電機の収納される第３室とを遮断し、かつ、第２室と第３室とを連通したことを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記各膨張器および発電機が一つのハウジングに収納されている、請求項１の発電装置。
【請求項３】
前記第３室の底部に作動媒体を外部に導出する出口部が設けられている、請求項１または２の発電装置。
【請求項４】
前記第１室と第２室とが連通路を介して連通されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の発電装置。
【請求項５】
前記第１室と第３室とがメカニカルシールまたはリップシールで遮断されている、請求項１ないし４のいずれかに記載の発電装置。
【請求項６】
前記第１室に収納される一方の膨張機の容積が、前記第２室に収納される他方の膨張機の容積よりも小さく設定されている、請求項１ないし５のいずれかに記載の発電装置。
【請求項７】
前記膨張機がスクロール型膨張機からなる、請求項１ないし６のいずれかに記載の発電装置。
【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利用した発電装置に関し、とくにサイクル内に複数の膨張機が組み込まれた発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、作動媒体としての流体を循環させる回路を有し、流体を加圧する加圧手段、加熱する加熱手段を有し、加圧／加熱された流体が供給され膨張仕事による出力が取り出される膨張機、該膨張機で仕事をした流体を再び凝縮する凝縮器、凝縮した流体を加圧手段に送還するポンプを有するランキンサイクルを構成し、該ランキンサイクルの膨張機に発電機を連結した発電装置はよく知られている（たとえば、特許文献１）。
【０００３】
また、発電装置の省部品化、コンパクト化を達成するために、膨張機と発電機とを共通の駆動軸に連結した提案（たとえば、特許文献２）、あるいは流体の膨張率を増大し動力取り出し効率を向上すべく複数の膨張機、発電機を同一駆動軸上に配列し各膨張機内で流体を段階的に膨張させる提案もなされている（たとえば、特許文献３、４、５、６）。
【特許文献１】実公昭６２−２２４１号公報
【特許文献２】特開平６−１５９０１５号公報
【特許文献３】特開２００３−１０６１０８号公報
【特許文献４】特開昭５６−１６５７０１号公報
【特許文献５】特開昭５７−３０３号公報
【特許文献６】特開昭５７−３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献３のような発電装置においては、発電機の駆動軸の片側に複数の膨張機が連結されているので、駆動軸の片側にのみ膨張機からの応力が集中し、発電装置の駆動時における振動、騒音が増大するおそれがある。また、うず巻体の中央から作動媒体が流入され、膨張された作動媒体がうず巻体の側部から流出されるスクロール型膨張機を直列的に接続すると作動媒体の配管経路が複雑化するため装置全体が大型化するおそれがある。また、発電に伴い発電機は多かれ少なかれ加熱されることになるが、特許文献４ないし６に記載の装置においては、いずれか一方の膨張機において膨張され、未だ高温の作動媒体が発電機側に直接流入されるため、発電機は一層加熱され易い状態にある。発電機が過熱されると発電機の耐久性、信頼性等に悪影響を与えるおそれもある。
【０００５】
そこで本発明の課題は、駆動時における振動、騒音を防止しつつ、装置の小型化を促進し、しかも装置の耐久性、信頼性を向上できる発電装置を低コストで提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る発電装置は、作動媒体を蒸発可能な熱源、蒸発された作動媒体を膨張させる膨張機、該膨張機からの作動媒体を凝縮させる凝縮器、該凝縮器からの作動媒体を前記熱源へと循環させるポンプを備えたランキンサイクルであって、前記膨張機に発電機を連結して作動媒体の膨張仕事を電力として出力させるようにした発電装置において、前記発電機の駆動軸の両端に膨張機を連結し、各膨張器および発電機をそれぞれ独立した室に収納し、このうち前記熱源で蒸発された作動媒体が導入される一方の膨張器が収納される第１室と、前記一方の膨張機により膨張された作動媒体をさらに膨張させる他方の膨張器が収納される第２室とを互いに連通するとともに、前記第１室と発電機の収納される第３室とを遮断し、かつ、第２室と第３室とを連通したことを特徴とするものからなる。このような構成においては、発電機の駆動軸の両端に膨張機が設けられているので、膨張機の駆動に伴う応力は駆動軸の両端から作用する。したがって、作動媒体の膨張率を増大し動力取り出し効率を向上しつつ、装置駆動時における振動、騒音を大幅に低減できる。また、上記構成においては、熱源で膨張された高温の作動媒体は、まず、第１室内に流入し一方の膨張機により所定の膨張比まで膨張される。次に、一方の膨張機により膨張された作動媒体は、第２室内に流入し他方の膨張機により所定の膨張比まで膨張される。さらに、他方の膨張機により膨張された作動媒体は、発電機が収納される第３室を介して凝縮器へと送られる。したがって、作動媒体は、一方の膨張機および他方の膨張機で十分膨張され低温になった状態で第３室内に流入することになるので、第３室内に収納される発電機が効果的に冷却され該発電機の過熱を確実に防止できる。
【０００７】
上記各膨張機および発電機は、一つのハウジング内に収納されることが好ましい。つまり、一つのハウジング内の略中央に第３室を設け、該第３室の両側に第１室、第２室を配置すれば、発電機の駆動軸の両端に膨張機を連結し、各膨張器および発電機をそれぞれ独立した室に収納することができる。また、膨張機および発電機を一つのハウジング内に収納すれば装置の小型化を促進できる。
【０００８】
上記発電機を効率的に冷却するためには、第３室の上部に第２室からの作動媒体の入口部が開口され、下部に作動媒体を外部に導出する出口部が設けられていることが好ましい。この様な構成においては、入口部から第３室内に流入された作動媒体は、該第３室内を隈なく通過した後出口部から外部に導出されるので、発電機の冷却効率を向上できる。また、第３室の底部に出口部を設ければ、仮に作動媒体が液化した場合であっても円滑に外部に導出することができる。
【０００９】
上記第１室と第２室とは、たとえば連通路を介して連通することができる。連通路は、各室が区画されるハウジング内に設けることも可能であるが、ハウジングの外部に連通路を設けてもよい。
【００１０】
上記第１室と第３室とを遮断する方法はとくに限定されるものではなく、メカニカルシール、リップシール等を用いることができる。
【００１１】
本発明においては、作動媒体は一方の膨張機で膨張された後、さらに他方の膨張機で膨張される。このため、両膨張機に供給される作動媒体の循環重量は同じであるが、ガス密度が異なる。したがって、上記第１室に収納される一方の膨張機の容積は、前記第２室に収納される他方の膨張機の容積よりも小さく設定されていることが好ましい。このように構成すれば、他方の膨張機における圧損を抑制しつつ、効率よく作動媒体を膨張させることができる。
【００１２】
上記一方の膨張機および他方の膨張機はとくに限定されるものではないが、たとえばスクロール型膨張機を適用することができる。
【発明の効果】
【００１３】
上記のような本発明に係る発電装置によれば、発電機の駆動軸の両端に膨張機が連結されているので、装置の駆動に伴う膨張機からの応力は駆動軸の両端から作用する。したがって、装置の駆動時における振動、騒音を防止することができる。また、従来の装置に比べ膨張機をコンパクトに配置することができるので、装置全体の小型化を達成することができる。さらに、発電機が効率よく冷却されるので、発電機の過熱が防止され装置の耐久性、信頼性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る発電装置の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る発電装置を示している。図において、１は発電装置を示している。発電装置１は、作動媒体（たとえば、冷媒）を蒸発可能な熱源として太陽光集熱器２と、該太陽光集熱器２で蒸発された作動媒体を膨張させる膨張機３、４と、該膨張機３、４からの作動媒体を凝縮させる凝縮器５と、該凝縮器５からの作動媒体を熱源としての太陽光集熱器２へと送還させるポンプ６を有している。そして、これら機器を備えた作動媒体の循環回路７はランキンサイクルとして構成されている。
【００１５】
太陽光集熱器２から膨張機３、４へ至る作動媒体の流路の途中には制御弁１０が設けられており、膨張機３に供給される流体量が制御されるようになっている。
【００１６】
膨張機３、４は、発電機８の駆動軸９の両端に連結されており、膨張機３および膨張機４による作動媒体の膨張仕事が発電機８を介して電力として出力されるようになっている。本実施態様においては、図３に示すように膨張機３、４はスクロール型膨張機から構成されている。また、膨張機３、４および発電機８はハウジング１１内に収納されている。ハウジング１１は膨張機３が収納される第１室１２、膨張機４が収納される第２室１３、発電機８が収納される第３室１４に区画されている。
【００１７】
図３に示すように第２室１３と第３室１４は入口部としての通路１５を介して互いに連通されている。通路１５は第３室１４の周方向に複数開口されている。また、第３室１４の底部には流体の出口部としての通路１６が開口されている。
【００１８】
一方、第１室１２と第３室１４との間はリップシール１７により遮断されている。
【００１９】
また、第１室１２と第２室１３は連通路１８を介して連通されている。第１室１２内に収納された膨張機３により膨張された流体は、連通路１８を介して第２室１３に収納された膨張機４によりさらに膨張された後、通路１５から第３室１４内に流入しさらに通路１６を介して凝縮器５へと送られるようになっている。なお、本実施態様においては、第１室１２と第２室１３とを連通する連通路１８はハウジング１１内に設けられているが、図２に示すようにハウジング１１の外側に設けてもよい。
【００２０】
膨張機３は、固定スクロール１９と可動スクロール２０とが互いに角度をずらせて噛み合わされたスクロール型膨張機から構成されている。可動スクロール２０の底板２３には偏心ブッシュ２４を介して駆動軸９の一端に連結されている。また、可動スクロール２０の底板２３の外縁にはボールベアリング２５が設けられている。膨張機３の略中央から流入した流体の膨張に伴い可動スクロール２０が旋回する。そして、徐々に膨張された作動媒体は、両スクロール１９、２０の噛み合わせ端部から流出し連通路１８を介して第２室１３内に収納された膨張機４の略中央から流入されるようになっている。
【００２１】
膨張機４は、固定スクロール２１と可動スクロール２２とが互いに角度をずらせて噛み合わされたスクロール型膨張機から構成されている。可動スクロール２２の底板２６には偏心ブッシュ２７を介して駆動軸９の他端に連結されている。また、可動スクロール２２の底板２６の外縁にはボールベアリング２８が設けられている。膨張機４の略中央から流入した流体の膨張に伴い可動スクロール２２が旋回する。そして、徐々に膨張された作動媒体は、両スクロール２１、２２の噛み合わせ端部から流出し通路１５を介して第３室１４内に流入されるようになっている。
【００２２】
本実施態様においては、可動スクロール２０、２２の旋回運動に伴い発電機８の駆動軸９が回転し、該駆動軸９とロータ２３が一体に回転し発電機８により発電されるようになっている。また、本実施態様においては、図３に示すように膨張機３の容積よりも膨張機４の容積の方が大きく設定されている。なお、本実施態様においては、膨張機３、４の固定スクロール１９、２１はハウジング１１に一体に形成されている。
【００２３】
発電機８は、駆動軸９と一体に回転するロータ２３と、該ロータ２３の周囲に設けられたステータ２４とを有している。
【００２４】
本実施態様においては、発電機８の駆動軸９の両端に膨張機３、４が設けられているので、膨張機３、４の駆動に伴う応力は駆動軸９の両端から作用する。したがって、作動媒体の膨張率を増大し動力取り出し効率を向上しつつ、装置駆動時における振動、騒音を大幅に低減できる。また、熱源としての太陽光集熱器２で膨張された高温の作動媒体は、まず、第１室１２内に流入し一方の膨張機３により所定の膨張比まで膨張される。次に、一方の膨張機３により膨張された作動媒体は、第２室１３内に流入し他方の膨張機４により所定の膨張比まで膨張される。さらに、他方の膨張機４により膨張された作動媒体は、発電機が収納される第３室１４を介して凝縮器へと送られる。したがって、作動媒体は、一方の膨張機３および他方の膨張機４で十分膨張され低温になった状態で第３室１４内に流入することになるので、第３室１４内に収納される発電機８が効果的に冷却され発電機８の過熱を確実に防止できる。
【００２５】
また、本実施態様においては、一つのハウジング１１内の略中央に第３室１４が設けられ、該第３室１４の両側に第１室１２、第２室１３が配置されているので、発電機８の駆動軸９の両端に膨張機３、４を連結し、各膨張器３、４および発電機８をそれぞれ独立した室に収納することができる。したがって、膨張機３、４および発電機８を一つのハウジング１１内に収納することが可能となり装置の小型化が促進されている。
【００２６】
また、本実施態様においては、第３室１４の上部に第２室１３からの作動媒体の入口部としての通路１５が開口され、下部に作動媒体を外部に導出する出口部としての通路１６が設けられている。したがって、通路１５から第３室１４内に流入された作動媒体は、該第３室１４内を隈なく通過した後通路１６から外部に導出されるので、発電機８の冷却効率を向上できる。また、第３室１４の下部に通路１６が設けられるので、仮に作動媒体が液化した場合であっても円滑に外部に導出することができる。
【００２７】
さらに、本実施態様においては、膨張機３の容積よりも膨張機４の容積の方が大きく設定されている。つまり、作動媒体は一方の膨張機３で膨張された後、さらに他方の膨張機４で膨張される。このため、両膨張機３、４に供給される作動媒体の循環重量は同じであるが、ガス密度が異なることになる。したがって、上記第１室１２に収納される一方の膨張機３の容積を、前記第２室１３に収納される他方の膨張機４の容積よりも小さく設定さすれば、他方の膨張機４における圧損を抑制しつつ、効率よく作動媒体を膨張させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係る発電装置は、太陽熱、地熱等多様な熱源を利用して発電するシステムに適用可能であり、また、作動媒体も、ランキンサイクルを形成できるものであればあらゆる媒体の使用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施態様に係る発電装置の概略機器系統図である。
【図２】本発明の別の実施態様に係る発電装置の概略機器系統図である。
【図３】図１、２の発電装置のハウジング部の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  発電装置
２  太陽光集熱器
３、４  膨張機
５  凝縮器
６  ポンプ
７  循環回路
８  発電機
９  駆動軸
１０  制御弁
１１  ハウジング
１２  第１室
１３  第２室
１４  第３室
１５、１６  通路
１７  リップシール
１８  連通路
１９、２１  固定スクロール
２０、２２  可動スクロール
２３、２６  底板
２４、２７  偏心ブッシュ
２５、２８  ボールベアリング
【図１】
2006200434.tif 000003
【図２】
2006200434.tif 000004
【図３】
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