(57)【要約】【課題】    低温度の熱源流体を使って発電する場合、タービン前後の温度差は、熱源流体の出口温度と冷却流体の入口温度以下であるために、熱源流体と冷却流体の熱交換器前後の温度差は小さく設定される。この場合、大量の熱源流体と冷却流体が必要となる。同時に、熱源流体の温度低下量が小さく、出口温度の制御は困難である。例えば、源泉の温度が高い温泉の場合、その源泉を使って発電を行っても、発電ユニットから出てくる温度は高いため、冷却する必要がある。【解決手段】    複数の蒸発器と発電タービンの組合せユニットに熱源流体をシリーズに流すことにより、ユニット数の倍率で発電ユニット前後の温度差が大きくなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器を介して熱源流体で作動流体が加熱、冷却され、作動流体で発電タービンが駆動されて発電される発電システムにおいて、複数の少なくとも蒸発器と発電タービンが一対で構成された発電ユニットで構成され、熱源流体が複数の蒸発器にシリーズに供給されることを特徴とする発電タービンシステム。
【請求項２】
熱交換器を介して熱源流体で作動流体が加熱、冷却され、作動流体で発電タービンが駆動されて発電される発電システムにおいて、複数の少なくとも蒸発器と発電タービンが一対で構成された発電ユニットで構成され、熱源流体が複数の蒸発器にシリーズに、冷却水が凝縮器にシリーズに供給されることを特徴とする発電タービンシステム。
【請求項３】
請求項１又は２において、、作動流体に水が、軸受としてガス軸受が採用され、タービン動翼と回転子が一体化されていることを特徴とする発電タービンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  低温熱源を利用し、多段の蒸発器と発電タービンを有する発電ユニット
【背景技術】
【０００２】      地球温暖化防止の有力な手段として、大量に排出されている低温の熱を発電に利用することが望まれている。そのような発電に利用されるシステムとして、各種の冷媒を用いたバイナリーサイクル発電が開発、利用されている。【０００３】    バイナリーサイクルの作動流体として、フロン系の冷媒、アンモニア、アンモニア水の混合媒体、炭化水素系の冷媒などが採用されている。フロン系の冷媒は、地球温暖化係数が大きく、その量を減少させる努力がなされている。アンモニアは、強い刺激臭、毒性、爆発性を有しており、防爆仕様、漏れなどに対する構造的な工夫、厳しい管理が必要であり、製造及び運用コストが高くなる。アンモニア水の混合冷媒は、アンモニアの課題に加えて、強い腐食性を有しており、使用材料が限定され、コストアップの要因となっている。【０００４】    炭化水素系の冷媒は、少量使うものとして欧州などで冷蔵庫などに採用されているが、発電装置のように大量に使用する場合は、爆発などの危険性があり、防爆仕様となることなどからコストが高くなる。
バイナリーサイクルは、作動流体に問題があるために、採用は難しく、特に、人の居住空間、ホテル、旅館、公共場所に近接しておくことは難しい。【０００５】    低温熱源を更に有効利用する方法として、発電後の熱水を給湯に利用することが考えられている。この場合、発電に利用した後の温度を所定の温度に制御可能であることが望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】    小規模の発電ユニットの設置場所は、発電電力の消費場所、即ち居住空間、職場、ホテル、旅館、公共の場所など人間が存在する場所の近くに設置することが望まれており、現状のバイナリー発電システムには、フロン系の冷媒、アンモニア、アンモニア水の混合媒体、炭化水素系の冷媒などが採用されており、消費場所に近接して設置することは難しい。【０００７】    低温度差発電システムは、熱効率が低いため、発電に使用した後の熱も利用することが望ましいが、現状の発電システムでは、排出される熱水などの温度を制御することは難しく、利用前後の温度差は１０度程度と小さいものである。【０００８】    例えば、温泉水は、適温の５０程度まで海水や真水で冷却されており、源泉の温度が高い場合は、発電に使用した後も利用しない場合と同様に冷却が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】    作動流体として、水を使用する。【００１０】    蒸発器と発電タービンの組み合わせた複数のユニットで構成し、熱源流体を複数の蒸発器にシリーズに流す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】    実施例１及び実施例２に共通の発電ユニット１０００の構成を図１に示す。熱水入口１１０から入った熱水によって作動流体は蒸発器２００内で加熱され、蒸発器出口管２１０、セパレータ２２０、タービン入口管３１０を通って、タービン３００へと入り、タービンを駆動後にタービン出口管３２０から排出される。タービン排出管３２０から凝縮器４００へと入った作動流体は、冷却水で冷却、凝縮後に配水管５２０、液溜５３０を通ってポンプ５４０で昇圧されて、蒸発器２００へと戻る。
【００１２】    冷却水は、凝縮器入口管４１０から入り、分配管４４０で二つの凝縮器４００に分配され、凝縮器４００を出た後、再び合流、凝縮器出口管４２０から排出される。
発電ユニット１０００と２０００の構成は、同じものであるが、発電タービン３００の内部に組み込まれたタービンのノズル３３２と動翼３３３の大きさが異なり、それに伴うスクロール３３１等の周辺部品のサイズも異なっている。
【００１３】    実施例１の構成を図２に示す。この図は、発電ユニット１０００及び２０００の２ユニットの構成例について説明するが、更に多くの構成の場合も容易に理解できるので、３ユニット以上についての説明は割愛する。
発電ユニット１０００と２０００間の熱水配管３０００と冷却水配管４０００がシリーズに接続されたものであり、従来の発電装置の前後の熱水温度差が約２倍なる。
【００１４】    実施例２の構成を図３に示す。実施例２は、冷却水配管４０００をパラレルに配管したものである。
【００１５】    図４に発電タービン３００の構成を示す。スクロール３３１に入った作動流体は、ノズル３３２で加速され、作動流体により動翼３３３が駆動される。動翼３３３は回転子３７０と一体化されており、動翼３３３で回転子３７０が駆動され、ステータ３８０に巻かれた巻線に電流が流れる。
【００１６】    回転子３７０は、スラスト軸受３４０、ジャーナル軸受３５０で支持されており、スラスト軸受３４０とジャーナル軸受３５０は、作動流体を潤滑材とするガス軸受である。これらの軸受の負荷能力向上と冷却機能維持のため、ケーシング３６０内の圧力が高くなるように制御されている。
【００１７】    ケーシング３６０内の圧力は、ケーシング３６０内と凝縮器４００とが接続される配管の入口に設けられた調圧弁３９０にて調整される。
【発明の効果】
【００１６】    作動流体として水が採用されたことにより、温暖化係数０の発電装置となり、電力消費地に隣接して設置されたとしても、人や動物に対して危険性が無い。
【００１７】    軸受としてガス軸受が採用されているので、作動流体である水の中に、油等の不純物が混入して、凝縮圧力の低下、熱交換器効率の低下などの問題が生じることは無い。
【００１７】    熱水配管が複数の蒸発器にシリーズに配管されており、蒸発器の数に比例して発電装置前後の温度差が大きくなる。
【００１８】    図５は、実施例１の効果の推定計算結果を図示したものであり、横軸に熱水と冷却水のエンタルピー差を、縦軸に温度を取ったものである。発電装置の場合、熱水の出口温度と冷却水出口温度の差から数度小さな温度差がタービンの入口出口温度差であるので、図５の条件では、最大でも１８度程度となる。
【００１９】    実施例１の場合は、図５に示すように、１段目の温度差が３５度、２段目の温度差が１７度であり、熱利用率が大きい。
【００２０】    熱水、冷却水共に、入口出口の温度差が大きくなっており、両方共に流量が少なくでき、高出力化され、ポンプ動力も小さくなる。
【００２１】    図６に実施例２の効果の推定計算結果を示す。冷却水をパラレルに挿入することにより、１段目の温度差を大きく取ることができ、高出力化が図られる。
【００２２】    実施例１及び２において、熱水入口温度８５℃の場合、熱水出口温度は、約５０℃であり、温泉などで熱水の温度を給湯に適する温度まで下げることが可能であることがわかる。即ち、発電と同時に、源泉の温度を適温に下げて給湯でき、源泉の冷却に必要な設備が不要になる。
【００２３】    源泉の冷却設備費、発電電力の売電費の両方が同時に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  発電ユニットの構成説明図
【図２】  実施例１の構成
【図３】  実施例２の構成
【図４】  発電タービンの構造
【図５】  実施例１の効果推定計算結果
【図６】  実施例２の効果推定計算結果
【符号の説明】
【００２４】１１０、１１１、１１２    熱水入口
１２０、１２１、１２２    熱水出口
２００    蒸発器
２１０    蒸発器出口管
２２０    セパレータ
３００    発電タービン
３１０    タービン入口管
３２０    タービン出口管
３３１    スクロール
３３２    ノズル
３３３    動翼
３４０    スラスト軸受
３５０    ジャーナル軸受
３６０    ケーシング
３７０    回転子
３８０    ステータ
３９０    調圧弁
４００    凝縮器
４１０、４１１、４１２    凝縮器入口管
４２０、４２１、４２２    凝縮器入口管
４３０    集合管
４４０    分配管
５２０    排水管
５３０    液溜
５４０    ポンプ
５５０    送水管
７００    台板
１０００    １号機
２０００    ２号機
３０００    熱水連通管
４０００    冷水連通管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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