排熱発電装置
【課題】簡単な制御で作動媒体蒸気が気液分離器から熱回収器や凝縮器に吹きぬけることを防止すると共に、蒸気発生器１０１内の作動媒体循環量を概略適切に制御できる排熱発電装置。
【解決手段】蒸気発生器１１と、タービン１３と、凝縮器１５と、作動媒体循環ポンプ１６を備え、これら機器を作動媒体循環路１７で接続し、蒸気発生器１１とタービン１３の間に気液分離器１８を配置し、タービン１３で発電機１２を駆動する排熱発電装置において、凝縮器１５ら蒸気発生器１１に作動媒体を循環させる循環量を制御する循環量制御手段を設けると共に、気液分離器１８内の分離液面を検出する液面検出器２３を設け、気液分離器１８で分離された分離液２０６をオリフィス２１及び制御弁２２等から成る流量制御手段を介して凝縮器１５に導くと共に、液面検出手段２３で検出する気液分離器１８内の分離液面が所定のレベルとなるように作動媒体の循環量を制御する。
【解決手段】蒸気発生器１１と、タービン１３と、凝縮器１５と、作動媒体循環ポンプ１６を備え、これら機器を作動媒体循環路１７で接続し、蒸気発生器１１とタービン１３の間に気液分離器１８を配置し、タービン１３で発電機１２を駆動する排熱発電装置において、凝縮器１５ら蒸気発生器１１に作動媒体を循環させる循環量を制御する循環量制御手段を設けると共に、気液分離器１８内の分離液面を検出する液面検出器２３を設け、気液分離器１８で分離された分離液２０６をオリフィス２１及び制御弁２２等から成る流量制御手段を介して凝縮器１５に導くと共に、液面検出手段２３で検出する気液分離器１８内の分離液面が所定のレベルとなるように作動媒体の循環量を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比較的低温の排熱を熱源として発電を行ない、電力を回収する排熱発電装置に関するものであり、特に容易かつ効果的な作動媒体の循環量制御に関するもので、発電装置の高性能化及び特に蒸気発生器の小型化を図ることのできる排熱発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排熱発電装置として図１に示す構成のものがある。図示するように排熱発電層は蒸気発生器１０１、タービン１０２、凝縮器１０３、バッファタンク１０４、作動媒体循環ポンプ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】
排熱源から排熱媒体（例えば温水）２０１は蒸気発生器１０１で熱回収され、作動媒体の高圧作動媒体蒸気２０３を生成する。該高圧作動媒体蒸気２０３はタービン１０２に供給され、タービン１０２を駆動し、該タービン１０２により図示しない発電機を駆動する。タービン１０２を駆動して低圧となった低圧作動媒体蒸気２０４は凝縮器１０３で外部冷却媒体（例えば冷却水）２０２で冷却され作動媒体の凝縮液となる。該凝縮液はバッファタンク１０４に収容され、作動媒体循環ポンプ１０５で蒸気発生器１０１に送られる。
【０００４】
上記構成の排熱発電装置では、設置スペースやコスト面から、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を有する排熱発電装置では、分離された分離液（作動媒体液）２０６を蒸気発生器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。
【０００５】
上記のように気液分離器１０７で分離された分離液２０６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１２０を用いることが一般的である。一般に媒体再循環ポンプ１２０は、気液分離器１０７で分離された分離液（作動媒体液）２０６を蒸気発生器１０１内部（下部）に圧送するものである。しかし、媒体再循環ポンプ１２０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、運転時のキャビテーションなどの問題が生じることがある。なお、図２において、図１と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す、以下他の図面においても同様とする。
【０００６】
上記問題に対処するため、図３に示す構成の排熱発電装置が本特許出願の発明者らによって提案されている。この排気発電装置は、図３に示するように気液分離器１０７において分離された作動媒体液を配管１０６を介して凝縮器１０３に導き、且つ、作動媒体戻し配管１１０に熱回収器１１１を設け、該熱回収器１１１に作動媒体循環ポンプ１０５で蒸気発生器１０１に送る凝縮液（作動媒体液）２０５を送り、気液分離器１０７からの分離液（作動媒体液）２０６が有する熱で蒸気発生器１０１に送る作動媒体液を加熱し、熱回収している。このように熱回収器１１１で気液分離器１０７からの作動媒体液の熱を回収することで、作動媒体再循環ポンプ等を設けず、効率をあまり低下させず装置を小型化している。つまり、熱回収器１１１を設けることで効率低下を抑制しながら、小型化を達成している。なお、図３において、１１２はオリフィス、１１３は予熱器である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図３に示す構成の排熱発電装置においても、気液分離器１０７内の液面が無くなり（分離液２０６が無くなり）、蒸気発生器１０１で発生した作動媒体蒸気が熱回収器１１１或いは凝縮器１０３に抜けてしまう、いわゆる吹き抜けが生じると、排熱発電装置の出力が大きく低下するため、気液分離器１０７内の分離液２０６の液面を一定範囲に制御し、吹き抜けることを防止しなければならない。これは、熱回収器１１１を設けず気液分離器１０７内の分離液を凝縮器１０３に送ろうとする場合であっても同様である。
【０００８】
もう少し詳述すると、気液分離器１０７内の液面が失われて作動媒体蒸気が熱回収器１１１に入ると、作動媒体蒸気は熱回収器１１１内で凝縮する。この熱は、蒸気発生器１０１に送られる作動媒体液を加熱し、熱回収しているため、熱の損失としては少ないが、タービン１０２に導入される蒸気量が、吹き抜けた蒸気量だけ低下することと、蒸気発生器１０１に導入される作動媒体の温度が上昇して蒸気発生器１０１の伝熱温度差が低下し、出力低下を招く。熱回収器１１１が無い場合や、凝縮器１０３まで蒸気が抜けてしまう場合は、効率が低下することは言うまでもない。
【０００９】
また、蒸気発生器１０１の伝熱効率は、一般に内部の作動媒体流量が多いほどよくなるが、作動媒体量が多すぎれば気化しない作動媒体が増え、かえって蒸気発生量が低下したり、作動媒体を循環させるために補機動力が多くなったりする。即ち、蒸気発生器１０１内の作動媒体の循環量には最適値があるが、一般には発生蒸気量に対して１０〜２０％程度多く循環させることが適当である。しかし、作動媒体の循環量を、最適値に制御するのは容易ではない。なぜならば、蒸気発生量はその時々の温度条件、圧力条件により変化する上に、蒸気発生量は計測が難しい。蒸気発生量を回収熱量などで代替する場合も、やや容易であるが同様である。
【００１０】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、簡単な制御で作動媒体蒸気が気液分離器から熱回収器や凝縮器に吹きぬけることを防止すると共に、蒸気発生器１０１内の作動媒体循環量を概略適切に制御できる排熱発電装置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】
【００１１】
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作動媒体蒸気を生成する蒸気発生器と、該高圧作動媒体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作動媒体循環ポンプを備え、これら機器を作動媒体循環路で接続し、前記蒸気発生器と前記タービンの間に気液分離器を配置し、前記タービンで発電機を駆動するように構成した排熱発電装置において、前記凝縮器から前記蒸気発生器に作動媒体を循環させる循環量を制御する循環量制御手段を設けると共に、前記気液分離器内の分離液面を検出する液面検出手段を設け、前記気液分離器で分離された分離液を流量制御手段を介して凝縮器に導くと共に、前記液面検出手段で検出する気液分離器内の分離液面が所定のレベルとなるように前記循環量制御手段により作動媒体の循環量を制御することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の排熱発電装置において、前記気液分離器から前記凝縮器に前記分離液を導く経路に、該分離液と該凝縮器から前記蒸気発生器に送られる作動媒体とで熱交換させる熱交換器である熱回収器を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、気液分離器の分離液を流量制御手段を介して凝縮器に導くと共に、液面検出手段で検出する気液分離器内の分離液面が所定のレベルとなるように循環量制御手段により作動媒体の循環量を制御するので、気液分離器内の液面が常に所定のレベルにあるため作動媒体蒸気が吹きぬけなくなり、作動媒体蒸気が無駄になることがなく、作動媒体の循環量を適切な量に維持することが可能となる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、気液分離器から凝縮器に前記分離液を導く経路に、該分離液と該凝縮器から前記蒸気発生器に送られる作動媒体とで熱交換させる熱交換器である熱回収器を設けたので、気液分離器の作動媒体分離液を蒸気発生器に戻す高価な再循環ポンプを用いることがなく、装置を小型化できると共に、ギャビテ−ション等のトラブルか発生することない。また熱回収器で蒸気発生器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、蒸気発生器が小型化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図４は本発明に係る排熱発電装置の概略システム構成を示す図である。この排熱発電装置は、クローズドシステムの発電装置であり、所謂ランキンサイクルを利用した発電装置である。本発電装置は、外部排熱源からの排熱媒体（例えば、２００℃〜４００℃程度の排ガス或いは６０℃〜１００℃の排温水等）２０１の排熱を回収して作動媒体の高圧作動媒体蒸気２０３を発生する蒸気発生器１１と、該高圧作動媒体蒸気２０３を膨張させることにより駆動するタービン（膨張機）１３と該タービン１３に駆動される発電機１２を備えたタービン発電機１４と、前記タービン１３を駆動した後の低圧作動媒体蒸気２０４を外部冷却媒体（例えば冷却水や外気等）２０２にて冷却して凝縮液２０５とする凝縮器１５と、該凝縮器１５にて凝縮した凝縮液２０５を加圧して前記蒸気発生器１１に送り込む作動媒体循環ポンプ１６を備え、これらを蒸気発生器１１、タービン１３、凝縮器１５、及び作動媒体循環ポンプ１６を作動媒体循環路１７で接続している。
【００１６】
ここで、作動媒体として、低沸点媒体であるＨＦＣ１２３或いはトリフルオロエタノール（ＣＦ3ＣＨ2ＯＨ）等を用いている。これにより、比較的低温（２００℃〜４００℃程度）の排ガス或いは比較的低温（６０℃〜１００℃）の排温水等の比較的低温の熱源を利用して、これらの熱を先ず作動媒体の高圧作動媒体蒸気２０３に変換し、これによりタービン発電機１４の発電機１２に直結したタービン１３を回転駆動して発電を行なうことができる。ここで、作動媒体は、低沸点媒体としたが、高沸点媒体であってもよい。
【００１７】
上記排熱発電装置において、作動媒体循環ポンプ１６で、凝縮器１５の作動媒体の凝縮液２０５を蒸気発生器１１に送り込む。該凝縮液２０５は蒸気発生器１１で排熱媒体２０１の熱エネルギーを受け、沸騰蒸発して高圧作動媒体蒸気２０３となる。この高圧作動媒体蒸気２０３はタービン発電機１４の発電機１２に直結したタービン１３に送り込まれ、ここで高圧作動媒体蒸気の膨張によりタービン１３を駆動して発電機１２を駆動（回転）させて発電する。タービン１３から排出された低圧作動媒体蒸気２０４は凝縮器１５にて、冷却水等の外部冷却媒体２０２で冷却され、凝縮し、必要に応じて過冷却器（図示せず）で冷却され、凝縮液２０５となって作動媒体循環ポンプ１６に吸引され、クローズとシステムを一巡する。
【００１８】
蒸気発生器１１とタービン発電機１４のタービン１３とを接続する作動媒体循環路１７には、気液分離器１８を設け、該気液分離器１８で分離された作動媒体の分離液２０６を作動媒体戻し配管１９を介して熱回収器２０の加熱側（被回収側）に導き、更にオリフィス２１及び制御弁２２を介して凝縮器１５へと導いている。熱回収器２０被加熱側（回収側）には作動媒体循環ポンプ１６により蒸気発生器１１に送られる凝縮器１５からの凝縮液（作動媒体液）２０５が流れており、該凝縮液２０５は気液分離器１８からの分離液２０６で加熱（熱回収）され、蒸気発生器１１へと送られる。オリフィス２１は、細管、若しくは熱回収器２０の圧力損失で代用することもできる。また、熱回収器２０は省略してもよい。なお、４５は蒸気発生器１１の出口の高圧作動媒体蒸気２０３の圧力を検出する圧力計、４６は高圧作動媒体蒸気２０３の温度を検出する温度計、４７はバイパス弁、４８は遮断弁である。
【００１９】
熱回収器２０を用いる場合は、オリフィス２１は熱回収器２０の凝縮器１５寄りとすることが、オリフィス２１を流れる作動媒体（液）が気化（フラッシュ）しなくなるため好ましい。ここで、気液分離器１８からの分離液２０６が熱回収器２０で十分に冷却されていれば、凝縮器１５に戻すことに代えて、作動媒体循環ポンプ１６の吸込口に戻すと、更に熱の損失を少なくできる。凝縮器１５に代えて、作動媒体循環路１７を含む作動媒体循環系統の低圧の部分であれば、どこに戻しても良い。
【００２０】
気液分離器１８には液面検出器２３を設け、気液分離器１８内の分離液２０６の液面の上昇と下降を検出できるようにしている。また、蒸気発生器１１に作動媒体（液）を供給する作動媒体循環ポンプ１６はインバータにより回転速度を任意に制御できるようにしている。これにより、蒸気発生器１１への作動媒体の送り量を自在に制御できる。作動媒体の送り量を自在に制御する手段としては、このインバータとポンプの組み合せに代えて可変速のポンプを用いてもよいし、またポンプの吐出口に制御弁等を設けてもよい。
【００２１】
ここでは、気液分離器１８に設けた液面検出器２３の液面レベルの測定結果により、凝縮器１５から蒸気発生器１１への作動媒体の供給量を制御するようにしている。即ち、気液分離器１８内の分離液２０６の液面の上昇を検出した場合は、作動媒体循環ポンプ１６の回転速度を下げて送り量を減じ、降下を検出した場合は、作動媒体循環ポンプ１６の回転速度を上げて送り量を増すように制御している。これにより、まず、気液分離器１８内の分離液２０６の液面は所定のレベルに保たれ、蒸気発生器１１で発生した蒸気が、凝縮器１５等に吹き抜けることが無くなる。このようにして、気液分離器１８内の分離液２０６の液面が一定に保たれている条件での、蒸気発生量と蒸気発生器１１への作動媒体の凝縮液２０５の供給量の関係を考察する。
【００２２】
蒸気発生器１１に供給された凝縮液（作動媒体液）２０５は、一部は気化して作動媒体蒸気（高圧作動媒体蒸気２０３）となり、気液分離器１８で気化した作動媒体は作動媒体蒸気と作動媒体液（分離液２０６）に分離され、作動媒体蒸気はタービン発電機１４のタービン１３に送られ、作動媒体液は作動媒体戻し配管から熱回収器２０とオリフィス２１及び制御弁２２を経由して凝縮器１５に戻される。ここでタービン１３は出入口の蒸気の圧力差で駆動されるが、当然、圧力差が大きければ蒸気流量が増し、小さければ減じる。厳密には発電機１２の回転速度やトルク等の関係もあるが、概略、タービン１３を通過する作動媒体蒸気の流量は、圧力差に比例すると考えて差し支えない。従って、蒸気発生器１１の蒸気発生量はタービン１３の出入口の圧力差に比例するとして良い。
【００２３】
また、熱回収器２０及びオリフィス２１を通過して凝縮器１５に戻される作動媒体液（分離液２０６）の流量は、オリフィス２１前後の圧力差の平方根に比例するが、オリフィス２１の前後の圧力差は実務上、タービン１３の出入口の圧力差と同じと考えてよい。従って、蒸気発生器１１の出口と凝縮器１５との圧力差（タービン出入口圧力差）を横軸にとり、作動媒体蒸気流量と分離液流量（質量流量）とその合計を図示すれば、図５に示すようになる。
【００２４】
上記のように、気液分離器１８内の分離液２０６の液面が所定のレベルに維持されているなら、蒸気発生器１１に送られる作動媒体の流量は、図５に示すように分離液流量Ａと作動媒体蒸気流量Ｂの合計流量Ｃと等しい。従って、合計流量Ｃが、常に発生蒸気量に対して１０〜２０％多くなるように、オリフィス２１の径を設計すれば、蒸気発生器１１には、常に発生蒸気量より１０〜２０％多くの作動媒体が供給されることとなり、作動媒体の供給量が常に適切に保たれることとなる。
【００２５】
なお、気液分離器１８の分離液２０６の液面により作動媒体の供給量を制御する場合、液面レベルを液面検出器２３でアナログ値で検出できるのであれば、所謂ＰＩＤ制御等により作動媒体循環ポンプ１６の回転速度を制御してもよいが、一般的なレベルスイッチ等で、液面の低下と上昇を検知する場合であれば、次のように制御すると液面の変動を小さく抑えることができる。
【００２６】
（１）分離液２０６の液面の上昇を検知している間は、作動媒体循環ポンプ１６の回転速度を一定量減じる。下降を検知している間は、作動媒体循環ポンプ１６の回転速度を一定量増す。
【００２７】
（２）分離液２０６の液面の上昇を検知した場合、検知している間は、作動媒体循環ポンプ１６の回転速度を一定時間毎に一定量ずつ暫減する。下降を検知した場合、検知している間は、作動媒体循環ポンプ１６の回転速度を一定時間毎に一定量ずつ暫増する。
【００２８】
（３）分離液２０６の液面が適正範囲に戻った場合、上記（２）で加えた修正量の半量を戻す。即ち、（２）で回転速度を増加させた場合、増加させた量の半量を減じる。回転速度を減少させた場合、減少させた量の半量を増す。
【００２９】
上記のように制御すると、液面検出器２３に高価なアナログ式の液面検出器を用いなくとも、ある程度安定した液面の維持が可能となる。なお、上記（３）では、減じる場合であっても、増す場合であっても、半量ではなく、上記（２）で加えた修正量に概比例した値であればよく、減じる場合と増す場合で違う比例定数としても良い。また、増減した量に関わらず固定値としても良い。
【００３０】
なお、本実施形態例では、気液分離器１８の分離液２０６の液面付近に潤滑油が蓄積することがあるので、後に詳述するようにこれを集めて潤滑油系統に戻す、潤滑油戻し配管４４を設けている。本排熱発電装置の場合、作動媒体循環路１７を含む作動媒体系統に潤滑油が混入すると、潤滑油は蒸気発生器１１内で加熱されても気化せずに残留するために、気液分離器１８の液面付近に溜まりやすい。従って気液分離器１８内の液面を一定に保つように運転している本排熱発電装置では、後に詳述するように気液分離器１８の分離液２０６の液面付近から制御弁４９により定期的に潤滑油を回収することで、作動媒体系統に混入した潤滑油を回収することも容易となる。この場合、溜まった潤滑油が、発電装置の停止中などに凝縮器に戻ってしまうことを防止するため、制御弁２２を自動弁とし、装置の停止中や、何らかの理由で気液分離器１８内の液面が低下した場合には閉止することとすると良い。
【００３１】
なお、本実施形態では、凝縮器１５の出口にも液面検出器２４を設けている。これは、凝縮器１５内の作動媒体が無くなり、作動循環ポンプにキャビテーションが発生することを防止するためのものである。具体的には凝縮器１５内の作動媒体がなくなった場合、作動媒体循環ポンプ１６の回転速度を落とすか、停止して、凝縮器１５内の液面が回復するのを待つ。
【００３２】
図４に示す構成の排熱発電装置において、タービン発電機１４の主軸は軸受２５、２６により支持されている。そして各軸受２５、２６には、潤滑油供給ポンプ２７により潤滑油タンク２８に貯留された潤滑油２０７が加圧され各軸受２５、２６に潤滑油循環経路３４及び制御弁５０を通って供給される。各軸受２５、２６を潤滑・冷却した潤滑油は加熱され昇温して潤滑油受皿２９、３０に貯留され、潤滑油循環経路３４を通って潤滑油タンク２８に戻るようになっている。なお、潤滑油循環経路３４の潤滑油供給ポンプ２７の出口側には、ゴミ取り用の潤滑油フィルタ３２や流量計３３が設けられている。また、潤滑油タンク２８内と凝縮器１５内は作動媒体蒸気戻し管３７により制御弁３８を介して連通している。また、潤滑油タンク２８内とタービン発電機１４内は均圧配管５１及び制御弁５２を介して連通している。
【００３３】
潤滑油供給ポンプ２７の吐出口側の配管（潤滑油循環経路３４）には、温度調節器（装置）３１が配置され、該温度調節器３１に冷却媒体として作動媒体循環ポンプ１６により凝縮器１５からの凝縮液２０５を冷却媒体配管３５を通して供給し、加熱媒体として蒸気発生器１１からの高圧作動媒体蒸気２０３を加熱媒体配管３９を通して供給することで、軸受２５、２６に供給する潤滑油の温度を望ましい範囲に維持するようになっている。温度調節器３１から軸受２５、２６の間に、潤滑油２０７の温度を計測する機器（温度計等）を設け、潤滑油２０７の温度が一定の値より上昇したら、加熱媒体配管３９に設けられた制御弁４０を閉じの方向に開度調整し、潤滑油２０７の温度が一定の値より下降したら、冷却媒体配管３５の制御弁４１を閉じ方向に開度調整する等、制御弁４０、４１によって温度を調整できるようになっている。
【００３４】
ここで、潤滑油２０７の温度を計測する機器（温度計等）を設ける位置は、温度調節器３１から軸受２５、２６の間が望ましいが、軸受２５、２６と潤滑油タンク２８との間であってもよい。温度調節器３１に供給された凝縮器１５からの凝縮液２０５は作動媒体戻し配管３６を通って凝縮器１５に戻される。該作動媒体戻し配管３６には流量を制御するオリフィス５３が設けられている。
【００３５】
また、本排熱発電装置においては、タービン発電機１４の軸受２５、２６に潤滑油を供給する潤滑油循環経路３４に潤滑油タンク２８を設けると共に、該潤滑油タンク２８内に一体として形成された油再生器４２を設け、上部に一体として形成された油滴分離器４３を設けている。タービン発電機１４の軸受２５、２６を冷却・潤滑して昇温した潤滑油２０７は油再生器４２に導かれ、潤滑油タンク２８内の気相と接触することで、潤滑油２０７中に含まれる作動媒体は気化し、分離される。潤滑油２０７中の作動媒体を気化させるためには、潤滑油２０７の温度が高い方が望ましく、油再生器４２内の圧力が低いほうが望ましい。
【００３６】
潤滑油循環系統の中で、潤滑油２０７の温度が最も高くなるのは、軸受２５、２６を冷却した直後であるので、油再生器４２は軸受２５、２６からの潤滑油２０７が戻る部分に設けるのが望ましく、更に、油再生器４２は凝縮器１５とを連通させることが望ましく、ここで作動媒体蒸気戻し管３７で凝縮器１５内と潤滑油タンク２８内とが連通されている。また、上記温度調節器３１で、潤滑油２０７の温度を望ましい範囲に保つようにしている。気化した作動媒体は、油滴分離器４３で油滴が除去され、作動媒体蒸気戻し管３７及び制御弁３８を通して、凝縮器１５に戻される。
【００３７】
気液分離器１８で分離された分離液２０６は作動媒体は作動媒体戻し配管１９を通して凝縮器１５に送られ、該分離液２０６に混入している潤滑油は、蒸気発生器１１で加熱されても気化しないため、気液分離器１８で作動媒体蒸気から分離され、作動媒体戻し配管１９及び凝縮器１５を通して蒸気発生器１１の入口に戻される。従って、通常の運転中では、作動媒体中に混入した潤滑油は、蒸気発生器１１に集まることになり、その濃度が最も高くなるのは気液分離器１８で高圧作動媒体蒸気２０３と分離された作動媒体液（分離液２０６）となる。そこで本排熱発電装置では気液分離器１８の分離液２０６の液面周辺に集まる潤滑油を定期的に制御弁４９の開閉層さにより潤滑油戻し配管４４を通して潤滑油タンク２８の油再生器４２に戻すことにより潤滑油２０７を回収している。
【００３８】
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】
【００３９】
【図１】従来の排熱発電装置の構成例を示す図である。
【図２】従来の排熱発電装置の構成例を示す図である。
【図３】従来の排熱発電装置の構成例を示す図である。
【図４】本発明に係る排熱発電装置の構成例を示す図である。
【図５】本発明に係る排熱発電装置のタービン出入口圧力差と作動媒体流量の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１１ 蒸気発生器
１２ 発電機
１３ タービン
１４ タービン発電機
１５ 凝縮器
１６ 作動媒体循環ポンプ
１７ 作動媒体循環路
１８ 気液分離器
１９ 作動媒体戻し配管
２０ 熱回収器
２１ オリフィス
２２ 制御弁
２３ 液面検出器
２４ 液面検出器
２５ 軸受
２６ 軸受
２７ 潤滑油供給ポンプ
２８ 潤滑油タンク
２９ 潤滑油受皿
３０ 潤滑油受皿
３１ 温度調節器
３２ 潤滑油フィルタ
３３ 流量計
３４ 潤滑油循環経路
３５ 冷却媒体配管
３６ 作動媒体戻し配管
３７ 作動媒体蒸気戻し管
３８ 制御弁
３９ 加熱媒体配管
４０ 制御弁
４１ 制御弁
４２ 油再生器
４３ 油滴分離器
４４ 潤滑油戻し配管
４５ 圧力計
４６ 温度計
４７ バイパス弁
４８ 遮断弁
４９ 制御弁
５０ 制御弁
５１ 均圧配管
５２ 制御弁
５３ オリフィス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比較的低温の排熱を熱源として発電を行ない、電力を回収する排熱発電装置に関するものであり、特に容易かつ効果的な作動媒体の循環量制御に関するもので、発電装置の高性能化及び特に蒸気発生器の小型化を図ることのできる排熱発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排熱発電装置として図１に示す構成のものがある。図示するように排熱発電層は蒸気発生器１０１、タービン１０２、凝縮器１０３、バッファタンク１０４、作動媒体循環ポンプ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】
排熱源から排熱媒体（例えば温水）２０１は蒸気発生器１０１で熱回収され、作動媒体の高圧作動媒体蒸気２０３を生成する。該高圧作動媒体蒸気２０３はタービン１０２に供給され、タービン１０２を駆動し、該タービン１０２により図示しない発電機を駆動する。タービン１０２を駆動して低圧となった低圧作動媒体蒸気２０４は凝縮器１０３で外部冷却媒体（例えば冷却水）２０２で冷却され作動媒体の凝縮液となる。該凝縮液はバッファタンク１０４に収容され、作動媒体循環ポンプ１０５で蒸気発生器１０１に送られる。
【０００４】
上記構成の排熱発電装置では、設置スペースやコスト面から、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を有する排熱発電装置では、分離された分離液（作動媒体液）２０６を蒸気発生器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。
【０００５】
上記のように気液分離器１０７で分離された分離液２０６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１２０を用いることが一般的である。一般に媒体再循環ポンプ１２０は、気液分離器１０７で分離された分離液（作動媒体液）２０６を蒸気発生器１０１内部（下部）に圧送するものである。しかし、媒体再循環ポンプ１２０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、運転時のキャビテーションなどの問題が生じることがある。なお、図２において、図１と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す、以下他の図面においても同様とする。
【０００６】
上記問題に対処するため、図３に示す構成の排熱発電装置が本特許出願の発明者らによって提案されている。この排気発電装置は、図３に示するように気液分離器１０７において分離された作動媒体液を配管１０６を介して凝縮器１０３に導き、且つ、作動媒体戻し配管１１０に熱回収器１１１を設け、該熱回収器１１１に作動媒体循環ポンプ１０５で蒸気発生器１０１に送る凝縮液（作動媒体液）２０５を送り、気液分離器１０７からの分離液（作動媒体液）２０６が有する熱で蒸気発生器１０１に送る作動媒体液を加熱し、熱回収している。このように熱回収器１１１で気液分離器１０７からの作動媒体液の熱を回収することで、作動媒体再循環ポンプ等を設けず、効率をあまり低下させず装置を小型化している。つまり、熱回収器１１１を設けることで効率低下を抑制しながら、小型化を達成している。なお、図３において、１１２はオリフィス、１１３は予熱器である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図３に示す構成の排熱発電装置においても、気液分離器１０７内の液面が無くなり（分離液２０６が無くなり）、蒸気発生器１０１で発生した作動媒体蒸気が熱回収器１１１或いは凝縮器１０３に抜けてしまう、いわゆる吹き抜けが生じると、排熱発電装置の出力が大きく低下するため、気液分離器１０７内の分離液２０６の液面を一定範囲に制御し、吹き抜けることを防止しなければならない。これは、熱回収器１１１を設けず気液分離器１０７内の分離液を凝縮器１０３に送ろうとする場合であっても同様である。
【０００８】
もう少し詳述すると、気液分離器１０７内の液面が失われて作動媒体蒸気が熱回収器１１１に入ると、作動媒体蒸気は熱回収器１１１内で凝縮する。この熱は、蒸気発生器１０１に送られる作動媒体液を加熱し、熱回収しているため、熱の損失としては少ないが、タービン１０２に導入される蒸気量が、吹き抜けた蒸気量だけ低下することと、蒸気発生器１０１に導入される作動媒体の温度が上昇して蒸気発生器１０１の伝熱温度差が低下し、出力低下を招く。熱回収器１１１が無い場合や、凝縮器１０３まで蒸気が抜けてしまう場合は、効率が低下することは言うまでもない。
【０００９】
また、蒸気発生器１０１の伝熱効率は、一般に内部の作動媒体流量が多いほどよくなるが、作動媒体量が多すぎれば気化しない作動媒体が増え、かえって蒸気発生量が低下したり、作動媒体を循環させるために補機動力が多くなったりする。即ち、蒸気発生器１０１内の作動媒体の循環量には最適値があるが、一般には発生蒸気量に対して１０〜２０％程度多く循環させることが適当である。しかし、作動媒体の循環量を、最適値に制御するのは容易ではない。なぜならば、蒸気発生量はその時々の温度条件、圧力条件により変化する上に、蒸気発生量は計測が難しい。蒸気発生量を回収熱量などで代替する場合も、やや容易であるが同様である。
【００１０】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、簡単な制御で作動媒体蒸気が気液分離器から熱回収器や凝縮器に吹きぬけることを防止すると共に、蒸気発生器１０１内の作動媒体循環量を概略適切に制御できる排熱発電装置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】
【００１１】
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作動媒体蒸気を生成する蒸気発生器と、該高圧作動媒体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作動媒体循環ポンプを備え、これら機器を作動媒体循環路で接続し、前記蒸気発生器と前記タービンの間に気液分離器を配置し、前記タービンで発電機を駆動するように構成した排熱発電装置において、前記凝縮器から前記蒸気発生器に作動媒体を循環させる循環量を制御する循環量制御手段を設けると共に、前記気液分離器内の分離液面を検出する液面検出手段を設け、前記気液分離器で分離された分離液を流量制御手段を介して凝縮器に導くと共に、前記液面検出手段で検出する気液分離器内の分離液面が所定のレベルとなるように前記循環量制御手段により作動媒体の循環量を制御することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の排熱発電装置において、前記気液分離器から前記凝縮器に前記分離液を導く経路に、該分離液と該凝縮器から前記蒸気発生器に送られる作動媒体とで熱交換させる熱交換器である熱回収器を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、気液分離器の分離液を流量制御手段を介して凝縮器に導くと共に、液面検出手段で検出する気液分離器内の分離液面が所定のレベルとなるように循環量制御手段により作動媒体の循環量を制御するので、気液分離器内の液面が常に所定のレベルにあるため作動媒体蒸気が吹きぬけなくなり、作動媒体蒸気が無駄になることがなく、作動媒体の循環量を適切な量に維持することが可能となる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、気液分離器から凝縮器に前記分離液を導く経路に、該分離液と該凝縮器から前記蒸気発生器に送られる作動媒体とで熱交換させる熱交換器である熱回収器を設けたので、気液分離器の作動媒体分離液を蒸気発生器に戻す高価な再循環ポンプを用いることがなく、装置を小型化できると共に、ギャビテ−ション等のトラブルか発生することない。また熱回収器で蒸気発生器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、蒸気発生器が小型化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図４は本発明に係る排熱発電装置の概略システム構成を示す図である。この排熱発電装置は、クローズドシステムの発電装置であり、所謂ランキンサイクルを利用した発電装置である。本発電装置は、外部排熱源からの排熱媒体（例えば、２００℃〜４００℃程度の排ガス或いは６０℃〜１００℃の排温水等）２０１の排熱を回収して作動媒体の高圧作動媒体蒸気２０３を発生する蒸気発生器１１と、該高圧作動媒体蒸気２０３を膨張させることにより駆動するタービン（膨張機）１３と該タービン１３に駆動される発電機１２を備えたタービン発電機１４と、前記タービン１３を駆動した後の低圧作動媒体蒸気２０４を外部冷却媒体（例えば冷却水や外気等）２０２にて冷却して凝縮液２０５とする凝縮器１５と、該凝縮器１５にて凝縮した凝縮液２０５を加圧して前記蒸気発生器１１に送り込む作動媒体循環ポンプ１６を備え、これらを蒸気発生器１１、タービン１３、凝縮器１５、及び作動媒体循環ポンプ１６を作動媒体循環路１７で接続している。
【００１６】
ここで、作動媒体として、低沸点媒体であるＨＦＣ１２３或いはトリフルオロエタノール（ＣＦ3ＣＨ2ＯＨ）等を用いている。これにより、比較的低温（２００℃〜４００℃程度）の排ガス或いは比較的低温（６０℃〜１００℃）の排温水等の比較的低温の熱源を利用して、これらの熱を先ず作動媒体の高圧作動媒体蒸気２０３に変換し、これによりタービン発電機１４の発電機１２に直結したタービン１３を回転駆動して発電を行なうことができる。ここで、作動媒体は、低沸点媒体としたが、高沸点媒体であってもよい。
【００１７】
上記排熱発電装置において、作動媒体循環ポンプ１６で、凝縮器１５の作動媒体の凝縮液２０５を蒸気発生器１１に送り込む。該凝縮液２０５は蒸気発生器１１で排熱媒体２０１の熱エネルギーを受け、沸騰蒸発して高圧作動媒体蒸気２０３となる。この高圧作動媒体蒸気２０３はタービン発電機１４の発電機１２に直結したタービン１３に送り込まれ、ここで高圧作動媒体蒸気の膨張によりタービン１３を駆動して発電機１２を駆動（回転）させて発電する。タービン１３から排出された低圧作動媒体蒸気２０４は凝縮器１５にて、冷却水等の外部冷却媒体２０２で冷却され、凝縮し、必要に応じて過冷却器（図示せず）で冷却され、凝縮液２０５となって作動媒体循環ポンプ１６に吸引され、クローズとシステムを一巡する。
【００１８】
蒸気発生器１１とタービン発電機１４のタービン１３とを接続する作動媒体循環路１７には、気液分離器１８を設け、該気液分離器１８で分離された作動媒体の分離液２０６を作動媒体戻し配管１９を介して熱回収器２０の加熱側（被回収側）に導き、更にオリフィス２１及び制御弁２２を介して凝縮器１５へと導いている。熱回収器２０被加熱側（回収側）には作動媒体循環ポンプ１６により蒸気発生器１１に送られる凝縮器１５からの凝縮液（作動媒体液）２０５が流れており、該凝縮液２０５は気液分離器１８からの分離液２０６で加熱（熱回収）され、蒸気発生器１１へと送られる。オリフィス２１は、細管、若しくは熱回収器２０の圧力損失で代用することもできる。また、熱回収器２０は省略してもよい。なお、４５は蒸気発生器１１の出口の高圧作動媒体蒸気２０３の圧力を検出する圧力計、４６は高圧作動媒体蒸気２０３の温度を検出する温度計、４７はバイパス弁、４８は遮断弁である。
【００１９】
熱回収器２０を用いる場合は、オリフィス２１は熱回収器２０の凝縮器１５寄りとすることが、オリフィス２１を流れる作動媒体（液）が気化（フラッシュ）しなくなるため好ましい。ここで、気液分離器１８からの分離液２０６が熱回収器２０で十分に冷却されていれば、凝縮器１５に戻すことに代えて、作動媒体循環ポンプ１６の吸込口に戻すと、更に熱の損失を少なくできる。凝縮器１５に代えて、作動媒体循環路１７を含む作動媒体循環系統の低圧の部分であれば、どこに戻しても良い。
【００２０】
気液分離器１８には液面検出器２３を設け、気液分離器１８内の分離液２０６の液面の上昇と下降を検出できるようにしている。また、蒸気発生器１１に作動媒体（液）を供給する作動媒体循環ポンプ１６はインバータにより回転速度を任意に制御できるようにしている。これにより、蒸気発生器１１への作動媒体の送り量を自在に制御できる。作動媒体の送り量を自在に制御する手段としては、このインバータとポンプの組み合せに代えて可変速のポンプを用いてもよいし、またポンプの吐出口に制御弁等を設けてもよい。
【００２１】
ここでは、気液分離器１８に設けた液面検出器２３の液面レベルの測定結果により、凝縮器１５から蒸気発生器１１への作動媒体の供給量を制御するようにしている。即ち、気液分離器１８内の分離液２０６の液面の上昇を検出した場合は、作動媒体循環ポンプ１６の回転速度を下げて送り量を減じ、降下を検出した場合は、作動媒体循環ポンプ１６の回転速度を上げて送り量を増すように制御している。これにより、まず、気液分離器１８内の分離液２０６の液面は所定のレベルに保たれ、蒸気発生器１１で発生した蒸気が、凝縮器１５等に吹き抜けることが無くなる。このようにして、気液分離器１８内の分離液２０６の液面が一定に保たれている条件での、蒸気発生量と蒸気発生器１１への作動媒体の凝縮液２０５の供給量の関係を考察する。
【００２２】
蒸気発生器１１に供給された凝縮液（作動媒体液）２０５は、一部は気化して作動媒体蒸気（高圧作動媒体蒸気２０３）となり、気液分離器１８で気化した作動媒体は作動媒体蒸気と作動媒体液（分離液２０６）に分離され、作動媒体蒸気はタービン発電機１４のタービン１３に送られ、作動媒体液は作動媒体戻し配管から熱回収器２０とオリフィス２１及び制御弁２２を経由して凝縮器１５に戻される。ここでタービン１３は出入口の蒸気の圧力差で駆動されるが、当然、圧力差が大きければ蒸気流量が増し、小さければ減じる。厳密には発電機１２の回転速度やトルク等の関係もあるが、概略、タービン１３を通過する作動媒体蒸気の流量は、圧力差に比例すると考えて差し支えない。従って、蒸気発生器１１の蒸気発生量はタービン１３の出入口の圧力差に比例するとして良い。
【００２３】
また、熱回収器２０及びオリフィス２１を通過して凝縮器１５に戻される作動媒体液（分離液２０６）の流量は、オリフィス２１前後の圧力差の平方根に比例するが、オリフィス２１の前後の圧力差は実務上、タービン１３の出入口の圧力差と同じと考えてよい。従って、蒸気発生器１１の出口と凝縮器１５との圧力差（タービン出入口圧力差）を横軸にとり、作動媒体蒸気流量と分離液流量（質量流量）とその合計を図示すれば、図５に示すようになる。
【００２４】
上記のように、気液分離器１８内の分離液２０６の液面が所定のレベルに維持されているなら、蒸気発生器１１に送られる作動媒体の流量は、図５に示すように分離液流量Ａと作動媒体蒸気流量Ｂの合計流量Ｃと等しい。従って、合計流量Ｃが、常に発生蒸気量に対して１０〜２０％多くなるように、オリフィス２１の径を設計すれば、蒸気発生器１１には、常に発生蒸気量より１０〜２０％多くの作動媒体が供給されることとなり、作動媒体の供給量が常に適切に保たれることとなる。
【００２５】
なお、気液分離器１８の分離液２０６の液面により作動媒体の供給量を制御する場合、液面レベルを液面検出器２３でアナログ値で検出できるのであれば、所謂ＰＩＤ制御等により作動媒体循環ポンプ１６の回転速度を制御してもよいが、一般的なレベルスイッチ等で、液面の低下と上昇を検知する場合であれば、次のように制御すると液面の変動を小さく抑えることができる。
【００２６】
（１）分離液２０６の液面の上昇を検知している間は、作動媒体循環ポンプ１６の回転速度を一定量減じる。下降を検知している間は、作動媒体循環ポンプ１６の回転速度を一定量増す。
【００２７】
（２）分離液２０６の液面の上昇を検知した場合、検知している間は、作動媒体循環ポンプ１６の回転速度を一定時間毎に一定量ずつ暫減する。下降を検知した場合、検知している間は、作動媒体循環ポンプ１６の回転速度を一定時間毎に一定量ずつ暫増する。
【００２８】
（３）分離液２０６の液面が適正範囲に戻った場合、上記（２）で加えた修正量の半量を戻す。即ち、（２）で回転速度を増加させた場合、増加させた量の半量を減じる。回転速度を減少させた場合、減少させた量の半量を増す。
【００２９】
上記のように制御すると、液面検出器２３に高価なアナログ式の液面検出器を用いなくとも、ある程度安定した液面の維持が可能となる。なお、上記（３）では、減じる場合であっても、増す場合であっても、半量ではなく、上記（２）で加えた修正量に概比例した値であればよく、減じる場合と増す場合で違う比例定数としても良い。また、増減した量に関わらず固定値としても良い。
【００３０】
なお、本実施形態例では、気液分離器１８の分離液２０６の液面付近に潤滑油が蓄積することがあるので、後に詳述するようにこれを集めて潤滑油系統に戻す、潤滑油戻し配管４４を設けている。本排熱発電装置の場合、作動媒体循環路１７を含む作動媒体系統に潤滑油が混入すると、潤滑油は蒸気発生器１１内で加熱されても気化せずに残留するために、気液分離器１８の液面付近に溜まりやすい。従って気液分離器１８内の液面を一定に保つように運転している本排熱発電装置では、後に詳述するように気液分離器１８の分離液２０６の液面付近から制御弁４９により定期的に潤滑油を回収することで、作動媒体系統に混入した潤滑油を回収することも容易となる。この場合、溜まった潤滑油が、発電装置の停止中などに凝縮器に戻ってしまうことを防止するため、制御弁２２を自動弁とし、装置の停止中や、何らかの理由で気液分離器１８内の液面が低下した場合には閉止することとすると良い。
【００３１】
なお、本実施形態では、凝縮器１５の出口にも液面検出器２４を設けている。これは、凝縮器１５内の作動媒体が無くなり、作動循環ポンプにキャビテーションが発生することを防止するためのものである。具体的には凝縮器１５内の作動媒体がなくなった場合、作動媒体循環ポンプ１６の回転速度を落とすか、停止して、凝縮器１５内の液面が回復するのを待つ。
【００３２】
図４に示す構成の排熱発電装置において、タービン発電機１４の主軸は軸受２５、２６により支持されている。そして各軸受２５、２６には、潤滑油供給ポンプ２７により潤滑油タンク２８に貯留された潤滑油２０７が加圧され各軸受２５、２６に潤滑油循環経路３４及び制御弁５０を通って供給される。各軸受２５、２６を潤滑・冷却した潤滑油は加熱され昇温して潤滑油受皿２９、３０に貯留され、潤滑油循環経路３４を通って潤滑油タンク２８に戻るようになっている。なお、潤滑油循環経路３４の潤滑油供給ポンプ２７の出口側には、ゴミ取り用の潤滑油フィルタ３２や流量計３３が設けられている。また、潤滑油タンク２８内と凝縮器１５内は作動媒体蒸気戻し管３７により制御弁３８を介して連通している。また、潤滑油タンク２８内とタービン発電機１４内は均圧配管５１及び制御弁５２を介して連通している。
【００３３】
潤滑油供給ポンプ２７の吐出口側の配管（潤滑油循環経路３４）には、温度調節器（装置）３１が配置され、該温度調節器３１に冷却媒体として作動媒体循環ポンプ１６により凝縮器１５からの凝縮液２０５を冷却媒体配管３５を通して供給し、加熱媒体として蒸気発生器１１からの高圧作動媒体蒸気２０３を加熱媒体配管３９を通して供給することで、軸受２５、２６に供給する潤滑油の温度を望ましい範囲に維持するようになっている。温度調節器３１から軸受２５、２６の間に、潤滑油２０７の温度を計測する機器（温度計等）を設け、潤滑油２０７の温度が一定の値より上昇したら、加熱媒体配管３９に設けられた制御弁４０を閉じの方向に開度調整し、潤滑油２０７の温度が一定の値より下降したら、冷却媒体配管３５の制御弁４１を閉じ方向に開度調整する等、制御弁４０、４１によって温度を調整できるようになっている。
【００３４】
ここで、潤滑油２０７の温度を計測する機器（温度計等）を設ける位置は、温度調節器３１から軸受２５、２６の間が望ましいが、軸受２５、２６と潤滑油タンク２８との間であってもよい。温度調節器３１に供給された凝縮器１５からの凝縮液２０５は作動媒体戻し配管３６を通って凝縮器１５に戻される。該作動媒体戻し配管３６には流量を制御するオリフィス５３が設けられている。
【００３５】
また、本排熱発電装置においては、タービン発電機１４の軸受２５、２６に潤滑油を供給する潤滑油循環経路３４に潤滑油タンク２８を設けると共に、該潤滑油タンク２８内に一体として形成された油再生器４２を設け、上部に一体として形成された油滴分離器４３を設けている。タービン発電機１４の軸受２５、２６を冷却・潤滑して昇温した潤滑油２０７は油再生器４２に導かれ、潤滑油タンク２８内の気相と接触することで、潤滑油２０７中に含まれる作動媒体は気化し、分離される。潤滑油２０７中の作動媒体を気化させるためには、潤滑油２０７の温度が高い方が望ましく、油再生器４２内の圧力が低いほうが望ましい。
【００３６】
潤滑油循環系統の中で、潤滑油２０７の温度が最も高くなるのは、軸受２５、２６を冷却した直後であるので、油再生器４２は軸受２５、２６からの潤滑油２０７が戻る部分に設けるのが望ましく、更に、油再生器４２は凝縮器１５とを連通させることが望ましく、ここで作動媒体蒸気戻し管３７で凝縮器１５内と潤滑油タンク２８内とが連通されている。また、上記温度調節器３１で、潤滑油２０７の温度を望ましい範囲に保つようにしている。気化した作動媒体は、油滴分離器４３で油滴が除去され、作動媒体蒸気戻し管３７及び制御弁３８を通して、凝縮器１５に戻される。
【００３７】
気液分離器１８で分離された分離液２０６は作動媒体は作動媒体戻し配管１９を通して凝縮器１５に送られ、該分離液２０６に混入している潤滑油は、蒸気発生器１１で加熱されても気化しないため、気液分離器１８で作動媒体蒸気から分離され、作動媒体戻し配管１９及び凝縮器１５を通して蒸気発生器１１の入口に戻される。従って、通常の運転中では、作動媒体中に混入した潤滑油は、蒸気発生器１１に集まることになり、その濃度が最も高くなるのは気液分離器１８で高圧作動媒体蒸気２０３と分離された作動媒体液（分離液２０６）となる。そこで本排熱発電装置では気液分離器１８の分離液２０６の液面周辺に集まる潤滑油を定期的に制御弁４９の開閉層さにより潤滑油戻し配管４４を通して潤滑油タンク２８の油再生器４２に戻すことにより潤滑油２０７を回収している。
【００３８】
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】
【００３９】
【図１】従来の排熱発電装置の構成例を示す図である。
【図２】従来の排熱発電装置の構成例を示す図である。
【図３】従来の排熱発電装置の構成例を示す図である。
【図４】本発明に係る排熱発電装置の構成例を示す図である。
【図５】本発明に係る排熱発電装置のタービン出入口圧力差と作動媒体流量の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１１ 蒸気発生器
１２ 発電機
１３ タービン
１４ タービン発電機
１５ 凝縮器
１６ 作動媒体循環ポンプ
１７ 作動媒体循環路
１８ 気液分離器
１９ 作動媒体戻し配管
２０ 熱回収器
２１ オリフィス
２２ 制御弁
２３ 液面検出器
２４ 液面検出器
２５ 軸受
２６ 軸受
２７ 潤滑油供給ポンプ
２８ 潤滑油タンク
２９ 潤滑油受皿
３０ 潤滑油受皿
３１ 温度調節器
３２ 潤滑油フィルタ
３３ 流量計
３４ 潤滑油循環経路
３５ 冷却媒体配管
３６ 作動媒体戻し配管
３７ 作動媒体蒸気戻し管
３８ 制御弁
３９ 加熱媒体配管
４０ 制御弁
４１ 制御弁
４２ 油再生器
４３ 油滴分離器
４４ 潤滑油戻し配管
４５ 圧力計
４６ 温度計
４７ バイパス弁
４８ 遮断弁
４９ 制御弁
５０ 制御弁
５１ 均圧配管
５２ 制御弁
５３ オリフィス
【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作動媒体蒸気を生成する蒸気発生器と、該高圧作動媒体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作動媒体循環ポンプを備え、これら機器を作動媒体循環路で接続し、前記蒸気発生器と前記タービンの間に気液分離器を配置し、前記タービンで発電機を駆動するように構成した排熱発電装置において、
前記凝縮器から前記蒸気発生器に作動媒体を循環させる循環量を制御する循環量制御手段を設けると共に、前記気液分離器内の分離液面を検出する液面検出手段を設け、
前記気液分離器で分離された分離液を流量制御手段を介して凝縮器に導くと共に、前記液面検出手段で検出する気液分離器内の分離液面が所定のレベルとなるように前記循環量制御手段により作動媒体の循環量を制御することを特徴とする排熱発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排熱発電装置において、
前記気液分離器から前記凝縮器に前記分離液を導く経路に、該分離液と該凝縮器から前記蒸気発生器に送られる作動媒体とで熱交換させる熱交換器である熱回収器を設けたことを特徴とする排熱発電装置。
【請求項１】
排熱を回収して作動媒体の高圧作動媒体蒸気を生成する蒸気発生器と、該高圧作動媒体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作動媒体循環ポンプを備え、これら機器を作動媒体循環路で接続し、前記蒸気発生器と前記タービンの間に気液分離器を配置し、前記タービンで発電機を駆動するように構成した排熱発電装置において、
前記凝縮器から前記蒸気発生器に作動媒体を循環させる循環量を制御する循環量制御手段を設けると共に、前記気液分離器内の分離液面を検出する液面検出手段を設け、
前記気液分離器で分離された分離液を流量制御手段を介して凝縮器に導くと共に、前記液面検出手段で検出する気液分離器内の分離液面が所定のレベルとなるように前記循環量制御手段により作動媒体の循環量を制御することを特徴とする排熱発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排熱発電装置において、
前記気液分離器から前記凝縮器に前記分離液を導く経路に、該分離液と該凝縮器から前記蒸気発生器に送られる作動媒体とで熱交換させる熱交換器である熱回収器を設けたことを特徴とする排熱発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−３１６７６７（Ｐ２００６−３１６７６７Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１４２９１２（Ｐ２００５−１４２９１２）
【出願日】平成１７年５月１６日（２００５．５．１６）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月１６日（２００５．５．１６）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
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