CN104870759A - 发电系统、发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发电系统(20A)，其具备：介质循环回路(22)，其使介质循环；循环泵(23)；蒸发器(25)，其通过热量可能变动的外部的热源使介质蒸发；膨胀器(26)，其被在蒸发器(25)中蒸发的介质驱动；冷凝器(27)，其使从膨胀器(26)排出的介质冷凝；发电机(28)，其被膨胀器(26)驱动而进行发电；冷却系统(30)，其通过从冷凝器(27)的下游侧导出的介质来冷却发电机(28)；以及气液分离器(31)，其使由于在冷却系统(30)中流通对发电机(28)进行冷却而被加热的介质气液分离，且使介质的气相在冷凝器(27)的上游侧流入介质循环回路(22)，使介质的液相在冷凝器(27)的下游侧流入介质循环回路(22)。

Description

发电系统、发电方法

技术领域

本发明涉及一种将来自船舶、工厂、燃气轮机等的废热、地热、太阳能、海洋温差等作为热源进行发电的发电系统、发电方法。

本申请以2012年12月28日在日本申请的特愿2012-288963号为基础而要求优先权，并在本发明中援引其内容。

背景技术

近年来，从能量的有效利用、环境保护等角度出发，作为将来自船舶、工厂、燃气轮机等的废热、地热、太阳能、海洋温差等作为热源进行发电的系统，研究了一种兰肯循环式的发电系统。此时，在利用上述这样的热源的情况下，作为介质，例如使用沸点比水低的介质，具体而言使用氟氩化合物类介质等有机流体。

在这样的发电系统1中，如图5所示，通过循环泵6使介质在具有蒸发器2、涡轮3、冷凝器4的循环回路5内循环。而且，将从上述这样的热源回收了热量的载热体送入蒸发器2，使其与介质进行热交换，从而使介质蒸发气化。

被气化后的介质在涡轮3中膨胀从而旋转驱动主轴3a，由此驱动发电机7。在涡轮3中膨胀了的介质在冷凝器4中冷凝，并向循环泵6循环。

然而，为了实现发电系统的小型化，要求将涡轮3、发电机7小型化。若欲在小型化的发电机7中确保与以往同等的发电量，则需要使涡轮3以及发电机7的旋转高速化。

但是，特别是由于因发电机7的旋转的高速化造成热损失的增大、因小型化造成放热面积的减小，从而发电机7的各部的温度上升，由此存在形成发电机7的电缆包覆、漆膜、绝缘纸等劣化，导致其绝缘寿命缩短的可能。因此，期望冷却发电机7。

对此，专利文献1中公开了通过经过涡轮的介质来冷却发电机的结构。

另外，在专利文献2中，公开了通过从循环泵出口侧导出的介质的一部分冷却发电机的结构。

【在先技术文献】

【专利文献】

专利文献1：美国专利申请公开第2007/0063594号说明书

专利文献2：日本特开2004-353571号公报

发明内容

【发明要解决的课题】

然而，在使用沸点较低的介质作为介质的情况下，有时介质会由于冷却发电机7而温度上升造成其一部分气化的情况。

在介质的一部分气化的状态下，将介质向循环泵6供给时，循环泵6的介质送出效率会大幅受损。其结果为，存在发电机7的发电效率也降低的可能性。

本发明提供一种能够避免发电效率的降低并且能够可靠地冷却发电机的发电系统、发电方法。

【用于解决课题的方案】

根据本发明的第一方式，发电系统的特征在于，具备：介质循环回路，其使介质循环；循环泵，其对所述介质进行加压并使之在所述介质循环回路内循环；蒸发器，其通过热源使加压后的所述介质蒸发；膨胀器，其被在所述蒸发器中蒸发的所述介质驱动；冷凝器，其使从所述膨胀器排出的所述介质冷凝；发电机，其被所述膨胀器驱动而进行发电；冷却系统，其通过从所述冷凝器的下游侧导出的所述介质来冷却所述发电机；以及气液分离器，其使由于在所述冷却系统中流通对所述发电机进行冷却而被加热的所述介质气液分离，且使所述介质的气相在所述冷凝器的上游侧流入所述介质循环回路，使所述介质的液相在所述冷凝器的下游侧流入所述介质循环回路。

根据这样的发电系统，通过从冷凝器的下游侧向冷却系统导出的介质lai冷却发电机。在由于冷却发电机而使得介质被加热时，有时介质的一部分会气化。因此，在气液分离机中使介质的气相与液相分离，使介质的气相在冷凝器的上游侧流入介质循环回路，使液相在冷凝器的下游侧流入介质循环回路，能够防止气液混合的介质流入循环泵而导致发电效率降低。

另外，可以采取如下的方式，即，所述冷却系统具备调节送入所述发电机的所述介质的流量的流量调节阀，所述流量调节阀以使所述介质在所述发电机中气化的方式调节所述介质的流量。

当介质在发电机中气化时，利用该气化热，能够进一步高效地冷却发电机。

另外，可以采取如下的方式，即，所述循环泵与所述发电机的旋转轴设置在同一轴上。

由此，不需要用于驱动循环泵的电机等，另外，循环泵的动力损失减少。

这里，只要所述冷却系统处于所述冷凝器的下游侧，则可以在任意的位置导出所述介质，例如，所述冷却系统可以从所述循环泵的下游侧导出所述介质。

另外，可以采取如下的方式，即，所述冷却系统从所述循环泵的上游侧导出所述介质，并且具备对导出的所述介质加压的泵。

由此，即使是从循环泵的上游侧换句话说介质循环回路中介质的压力最低的位置导出的介质，通过利用泵使其压力提高，由此能够确保冷却系统中的介质的流动。

另外，可以采取如下的方式，即，所述气液分离器使所述介质的气相在所述蒸发器的下游侧流入所述介质循环回路。

根据本发明的第二方式，本发明涉及一种发电方法，其对介质进行加压并使之在介质循环回路内循环，利用热源使加压后的所述介质蒸发，通过蒸发后的所述介质使膨胀器旋转从而驱动发电机进行发电，所述发电方法包括：通过从所述冷凝器的下游侧导出的所述介质来冷却所述发电机的工序；以及使由于冷却所述发电机而被加热的所述介质气液分离，且使所述介质的气相在所述冷凝器的上游侧流入所述介质循环回路，使所述介质的液相在所述冷凝器的下游侧流入所述介质循环回路的工序。

【发明效果】

根据上述的发电系统以及发电方法，能够避免发电效率的降低并且能够可靠地冷却发电机。

附图说明

图1为表示本发明的第一实施方式的发电系统的结构的图。

图2为表示本发明的第一实施方式的发电系统的变形例的结构的图。

图3为表示本发明的第二实施方式的发电系统的结构的图。

图4为表示发电系统的其他示例的结构的图。

图5为表示以往的发电系统的结构的图。

具体实施方式

以下，参照附图，对用于实施本发明的发电系统的方式进行说明。然而，本发明不仅限定于这些实施方式。

(第一实施方式)

如图1所示，发电系统20A具备：从来自船舶、工厂、燃气轮机等的废热、地热、太阳能、海洋温差等热源送入载热体的载热体回路21、使通过与该载热体回路21的载热体进行热交换而得到热能的介质(介质)循环的介质循环回路22。

这里，作为介质循环回路22的介质，例如，能够使用沸点较低而容易气化的介质、具体而言沸点比水低的介质、HFC-134a、HFC-245fa、HFO-1234yf、HFO-1234ze这种氟氩化合物类介质等、以及氟氩化合物类介质中的沸点比水低的介质。

载热体回路21供给从热源回收热量而得到的蒸气、水(热水)等载热体。

介质循环回路22中具备循环泵23、蒸发器25、涡轮(膨胀器)26、冷凝器27。

循环泵23通过压缩并送出介质，以介质依次经过蒸发器25、涡轮26、冷凝器27的方式，使介质在介质循环回路22内循环。

蒸发器25为使载热体回路21的载热体与介质循环回路22的介质进行热交换的装置，蒸发器25通过与由载热体回路21供给的载热体(外部的热源)的热交换而对加压后的介质进行加热而使之蒸发。

涡轮26通过介质在涡轮室内膨胀，从而绕主轴26a的轴线旋转驱动该主轴26a。在该主轴26a上连结有发电机28的转子(未图示)，该转子(未图示)与发电机28的定子(未图示)对置且被旋转驱动。由此，在发电机28中输出交流电流。

在所述发电系统20A中，在冷凝器27的下游侧且在循环泵23的下游侧(循环泵23与冷凝器27之间)，设置有从介质循环回路22分支的管路(冷却系统)30。该管路30经过发电机28而连接于气液分离器31。

在发电机28中，通过管路30供给的介质所通过的介质流路(未图示)形成在壳体等上。

气液分离器31将介质分离成气相与液相，连通于该气液分离器31内的气相的气管33在涡轮26的出口侧连接于介质循环回路22，连通于气液分离器31内的液相的液管34在冷凝器27的出口侧连接于介质循环回路22。

在这样的结构的发电系统20A中，经过了循环泵23的介质的一部分通过管路30从介质循环回路22导出，而送入发电机28。被送入的介质通过发电机的介质流路(未图示)，从而将发电机28冷却。这里，通过冷却发电机28而使得介质被加热，因此有时介质的一部分会气化。

对发电机28进行冷却后的介质在气液分离器31中被气液分离成气相与液相。

介质的气相经由气管33而在冷凝器27的上游侧流入介质循环回路22，从而流入经过涡轮26的膨胀工序而气化后的介质。另外，介质的液相经由液管34而在冷凝器27的下游侧被送入介质循环回路22，与在冷凝27中液化后的介质汇合。

如上所述，能够利用在介质循环回路22中循环的介质的一部分来冷却发电机28。而且，此时，即使介质在发电机28中气化，其气相在介质循环回路22中与气化了的介质汇合，剩下的液相在介质循环回路22中与液化了的介质汇合。因此，在发电机28中一部分气化了的介质在冷凝器27中液化然后被送入循环泵23。其结果为，在循环泵23介质送出效率不会受损，能够防止发电机28的发电效率的降低，还能够进行发电机28的可靠的冷却。

(第一实施方式的变形例)

在所述第一实施方式中示出的结构的发电系统20A中，也可以在管路30中设置调节向发电机28送入的介质的流量的流量调节阀40。

在该情况下，优选为，通过控制部50的控制来调节流量调节阀40的开度，以使得介质在冷却发电机28时气化。对于该流量调节阀40的开度调节，例如，在发电机28的出口侧测量介质的温度或压力、或者发电机28自身的温度，根据其测量结果，控制部50能够通过参照预先设定的温度或压力与流量调节阀40的开度的相关数据来确定流量调节阀40的开度。

由此，介质在发电机28中蒸发时的气化热也能够用于发电机28的冷却，从而能够进一步高效地进行发电机28的冷却。

另外，在控制部50中，还能够进行如下的控制，即，对送入蒸发器25的介质量进行监视，在该介质量变小时，拧动流量调节阀40，增加送入蒸发器25的介质量。

另外，在上述实施方式中，将管路30设为在循环泵23的下游侧从介质循环回路22分支，然而也可以代替该方式，如图2所示的发电系统20A’那样，使管路30在冷凝器27的下游侧且循环泵23的上游侧从介质循环回路22分支，而将介质导出。

需要说明的是，在这样的结构中，流入管路30的介质在循环泵23之前，在介质循环回路22中为最低压，因此，优选为，在管路30中具备泵41，在通过该泵41对介质进行加压后向发电机28供给。

(第二实施方式)

接下来，对本发明的发电系统的第二实施方式进行说明。需要说明的是，在以下说明的第二实施方式中，对与所述第一实施方式共同的结构在图中标注相同的附图标记并省略其说明。

如图3所示，本实施方式的发电系统20B所具备的设备类的基本的结构与上述第一实施方式的发电装置20A共同。在该发电系统20B中，循环泵23以与发电机28的旋转轴28a同轴的方式配置，且通过该旋转轴28a的旋转而被驱动。

此时，循环泵23也可以经由变速机连接于发电机28的旋转轴28a。

在这样的结构的发电系统20B中，也与上述第一实施方式的发电系统20A相同，循环泵23中的介质送出效率不会受损，能够防止发电机28的发电效率的降低，还能够进行发电机28的可靠的冷却。

另外，通过以与发电机28的旋转轴28a同轴的方式设置循环泵23，从而不需要用于驱动循环泵23的电机等，因此减少了循环泵23的动力损失，能够提高发电机28的发电效率。

需要说明的是，通过使该循环泵23经由变速机连接于发电机28的旋转轴28a，还能够应对高速旋转的涡轮26以及发电机28。

需要说明的是，在上述第二实施方式所示的结构中，也可以设为如下的结构，即，如图2所示，使管路30在冷凝器27的下游侧且循环泵23的上游侧从介质循环回路22分支而导出介质。

(其他的变形例)

需要说明的是，本发明的发电系统不限定于参照附图说明的上述的各实施方式，在其技术范围内可以考虑各种变形例。

例如，使介质的气相从气液分离器31的气相在冷凝器27的上游侧流入介质循环回路22，然而不限定于此，也可以使介质的气相在蒸发器25的下游侧流入介质循环回路22。

另外，能够采用如下的结构，即，如图4所示的发电系统20C那样，介质循环回路22在经过了循环泵23后，通过发电机28而到达蒸发器25。

由此，将从循环泵23送出的全部介质向发电机28的介质流路(未图示)供给而冷却发电机28。

在这样的结构中，也能够可靠地冷却发电机28。

例如，在上述各实施方式的发电系统20A、20A’、20B、20C中，将来自船舶、工厂、燃气轮机等的废热、地热、太阳能、海洋温差等作为热源而用于发电，然而该热源的种类不限。

另外，在上述各实施方式中，作为膨胀器而例示了涡轮26，然而也可以代替涡轮26而采用涡旋式的膨胀器等。

除此以外，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够取舍选择上述各实施方式中列举的结构、或适当变更为其他的结构。

工业实用性

根据上述的发电系统以及发电方法，能够避免发电效率的降低并且能够可靠地冷却发电机。

【附图标记说明】

20A、20A’、20B、20C  发电系统

21  载热体回路

22  介质循环回路

23  循环泵

25  蒸发器

26  涡轮(膨胀器)

26a  主轴

27  冷凝器

28  发电机

30  管路(冷却系统)

31  气液分离器

33  气管

34  液管

40  流量调节阀

41  泵

50  控制部

Claims (7)

1.一种发电系统，具备：

介质循环回路，其使介质循环；

循环泵，其对所述介质进行加压并使之在所述介质循环回路内循环；

蒸发器，其通过热源使加压后的所述介质蒸发；

膨胀器，其被在所述蒸发器中蒸发的所述介质驱动；

冷凝器，其使从所述膨胀器排出的所述介质冷凝；

发电机，其被所述膨胀器驱动而进行发电；

冷却系统，其通过从所述冷凝器的下游侧导出的所述介质来冷却所述发电机；以及

气液分离器，其使由于在所述冷却系统中流通对所述发电机进行冷却而被加热的所述介质气液分离，且使所述介质的气相在所述冷凝器的上游侧流入所述介质循环回路，使所述介质的液相在所述冷凝器的下游侧流入所述介质循环回路。

2.根据权利要求1所述的发电系统，其中，

所述冷却系统具备调节送入所述发电机的所述介质的流量的流量调节阀，

所述流量调节阀以使所述介质在所述发电机中气化的方式调节所述介质的流量。

3.根据权利要求1或2所述的发电系统，其中，

所述循环泵与所述发电机的旋转轴设置在同一轴上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的发电系统，其中，

所述冷却系统从所述循环泵的下游侧导出所述介质。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的发电系统，其中，

所述冷却系统从所述循环泵的上游侧导出所述介质，并且具备对导出的所述介质进行加压的泵。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的发电系统，其中，

所述气液分离器使所述介质的气相在所述蒸发器的下游侧流入所述介质循环回路。

7.一种发电方法，其对介质进行加压并使之在介质循环回路内循环，利用热源使加压后的所述介质蒸发，通过蒸发后的所述介质使膨胀器旋转从而驱动发电机进行发电，所述发电方法包括：

通过从所述冷凝器的下游侧导出的所述介质来冷却所述发电机的工序；以及

使由于冷却所述发电机而被加热的所述介质气液分离，且使所述介质的气相在所述冷凝器的上游侧流入所述介质循环回路，使所述介质的液相在所述冷凝器的下游侧流入所述介质循环回路的工序。