DE112012002650T5

DE112012002650T5 - Abwärmestromerzeuger

Info

Publication number: DE112012002650T5
Application number: DE112012002650.0T
Authority: DE
Inventors: Toshio Takahashi; Hirohisa Wakisaka; Kouichi Machida
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Rotating Machinery Engineering Co Ltd
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2014-03-20
Also published as: CN103608550A; US20140110945A1; WO2013002123A1; US9376938B2; JP2013007366A; CN103608550B; JP5834538B2

Abstract

Der Abwärmestromerzeuger (G) weist auf: einem Verdampfer (1), welcher ausgestaltet ist, Dampf eines Arbeitsmediums zu erzeugen, eine Stromerzeugungsvorrichtung (2, 2a, 2b), welche ausgestaltet ist, beim Expandieren des Dampfes elektrische Energie zu erzeugen, einen Verdichter (3), welcher ausgestaltet ist, den Dampf zu verdichten, welcher die Stromerzeugungsvorrichtung (2, 2a, 2b) durchlaufen hat, eine Pumpe (5), welche ausgestaltet ist, das Arbeitsmedium, welches bei dem Verdichter verdichtet worden ist, an den Verdampfer weiterzuleiten. Ein unterer Bereich (BT) der Stromerzeugungsvorrichtung (2, 2a, 2b) weist eine Auslassöffnung (8) auf, welche ausgestaltet ist, das Arbeitsmedium, welches innerhalb der Stromerzeugungsvorrichtung (2, 2a, 2b) verflüssigt worden ist, nach außen davon auszugeben. Ein Auslassrohr (6) ist vorgesehen, bei dem ein Ende davon mit der Auslassöffnung (8) verbunden ist, und ein anderes Ende davon in einem Kanal für das Arbeitsmedium zwischen dem Verdichter (3) und der Pumpe (5) angeordnet ist.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Abwärmestromerzeuger, welcher elektrischen Strom mittels Abwärmeenergie erzeugt.
Die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-142093 , welche am 27. Juni 2011 angemeldet worden ist, wird beansprucht und deren Inhalt durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
Stand der Technik
Herkömmlicherweise wird die Abwärmeenergie, welche von einer Fabrik, einer Verbrennungsanlage oder dergleichen abgegeben wird, wiedergewonnen, um eine Stromerzeugung durchzuführen. Die elektrische Energie, welche von der Stromerzeugung erhalten wurde, wird wiederverwendet und dadurch die Energieeinsparung verbessert. Bei solch einer Fabrik oder Anlage, wird die Abwärme von ungefähr 300°C oder mehr (1000°C für manche Fälle) für die Stromerzeugung verwendet, da ein Hochdruckdampf, welcher zum Treiben eines Stromerzeugungsaggregats verwendet wird, einfach erzeugt werden kann. Andererseits wird ein großer Teil der Abwärme niedriger Temperatur von 300°C oder weniger noch in die Atmosphäre freigegeben. Wenn die Abwärmeenergie, welche bei meisten Fällen herkömmlicherweise nicht wiedergewonnen wird, wiedergewonnen wird, um elektrischen Strom zu erzeugen, kann eine weitere Energieersparnis erreicht werden.
Das nachstehend angeführte Patentdokument 1 zeigt einen Abwärmestromerzeuger, welcher elektrischen Strom mittels Abwärme niedriger Temperatur von 300°C oder weniger über einen Rankine-Prozess erzeugt, welcher ein Arbeitsmedium mit einem niedrigen Siedepunkt verwendet. Das nachstehend angeführte Patentdokument 2 offenbart einen Turbinengenerator mit einem Aufbau, bei dem der Turbinenrotor einer axialen Turbine und der Rotor eines Generators direkt miteinander verbunden sind und diese drehbar von ölgeschmierten Lager unterstützt werden. Der Turbinengenerator, welcher in dem Patentdokument 2 offenbart ist, kann bei dem Abwärmestromerzeuger verwendet werden, welcher in dem Patentdokument 1 offenbart ist.
Stand der Technik
Patentdokument

[Patentdokument 1] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2000-110514
[Patentdokument 2] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2004-346839

Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Es ist wohlbekannt, dass Turbinen grob in axiale Turbinen, bei denen das Fluid in axialer Richtung fließt, und in radiale Turbinen klassifiziert werden, bei denen das Fluid da drin in radialer Richtung fließt und das Fluid davon in radialer Richtung freigegeben wird. Allgemein ist eine radiale Turbine für eine Turbine mit einer mittleren Kapazität oder einer großen Kapazität geeignet, und eine radiale Turbine weist eine hohe Effizienz auf, da der Betrag der Energierückgewinnung aus dem Fluid groß ist. Außerdem hat ein Turbinengenerator mit einer radialen Turbine weiterhin den Vorteil, dass dessen Größe verkleinert und dessen Struktur vereinfacht werden kann.
Bei dem Abwärmestromerzeuger, welcher solch einen Turbinengenerator zu dem Zeitpunkt des Startens dessen Betriebs verwendet, weist der Turbinengenerator eine Temperatur nahe der normalen Temperatur auf. Wenn das Arbeitsmedium, welches von der Abwärme erhitzt worden ist, in den Turbinengenerator fließt, wird das Arbeitsmedium bei dem Turbinengehäuse oder dergleichen gekühlt, um verflüssigt zu werden, und es kann im Inneren (ein Turbinenbereich oder ein Generatorbereich) des Turbinengenerators gesammelt werden. In diesem Fall kann das Arbeitsmedium (das verflüssigte Arbeitsmedium), welches in dem Inneren des Turbinengenerators gesammelt worden ist, mit einem Rotor (einem Turbinenrotor oder einem Generatorenrotor) zusammenstoßen und dadurch kann der Verlust erhöht oder ein mechanischer Bruch verursacht werden.
Wenn die Lager, welche einen Rotor des Turbinengenerators unterstützen, ölgeschmierte Lager sind kann durch die Zirkulation des Schmieröls das verflüssigte Arbeitsmedium, welches im Inneren des Turbinengenerators zurückbleibt, zusammen mit dem Schmieröl einfach nach außerhalb der Stromerzeugungsvorrichtung ausgegeben werden. Wenn allerdings die Lager, welche kein Schmieröl verwenden, wie z. B. fettgeschmierte Lager, Gaslager oder Magnetlager verwendet wurden, kann ein Mittel erforderlich werden, um das innerhalb der Stromerzeugungsvorrichtung verflüssigte Arbeitsmedium nach außerhalb der Stromerzeugungsvorrichtung auszugeben, da ein Mechanismus zur Zirkulation des Schmieröls wie z. B. die ölgeschmierte Lager nicht vorgesehen sind.
Die vorliegende Erfindung wurde Berücksichtigung dieser Umstände durchgeführt und hat als Aufgabe, einen Abwärmestromerzeuger bereitzustellen, welcher einfach ein innerhalb der Stromerzeugungsvorrichtung verflüssigtes Arbeitsmedium nach außerhalb der Stromerzeugungsvorrichtung ausgeben kann.
Lösung der Aufgabe
Um diese Aufgaben zu lösen weist nach einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein Abwärmestromerzeuger auf: einen Verdampfer, welcher ausgestaltet ist, Abwärmeenergie zu sammeln und Dampf eines Arbeitsmediums zu erzeugen, eine Stromerzeugungsvorrichtung, welche ausgestaltet ist, beim Expandieren des Dampfes elektrische Energie zu erzeugen, einen Verdichter, welcher ausgestaltet ist, den Dampf zu verdichten, welcher die Stromerzeugungsvorrichtung durchlaufen hat, und eine Pumpe, welche ausgestaltet ist, das Arbeitsmedium, welches bei dem Verdichter verdichtet worden ist, an den Verdampfer weiterzuleiten. Ein unterer Bereich der Stromerzeugungsvorrichtung weist eine Auslassöffnung auf, welche ausgestaltet ist, das Arbeitsmedium, welches innerhalb der Stromerzeugungsvorrichtung verflüssigt worden ist, nach außen davon auszugeben. Außerdem ist ein Auslassrohr vorgesehen, bei dem ein Ende davon mit der Auslassöffnung verbunden ist, welche in der Stromerzeugungsvorrichtung gebildet worden ist, und ein anderes Ende davon in einem Kanal für das Arbeitsmedium zwischen dem Verdichter und der Pumpe angeordnet ist. Nach einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung bei dem Abwärmestromerzeuger nach dem ersten Gesichtspunkt ist eine Ventilvorrichtung vorgesehen, um einen Durchgang in dem Auslassrohr zu öffnen oder zu schließen. Nach einem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung bei dem Abwärmestromerzeuger nach dem zweiten Gesichtspunkt ist die Ventilvorrichtung ausgestaltet, um den Durchgang in dem Auslassrohr zu der Zeit, wenn der Betrieb gestartet wird, zu öffnen und den Durchgang während des Betriebes zu schließen.
Nach einem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung bei dem Abwärmestromerzeuger nach einem der ersten bis dritten Gesichtspunkte weist die Stromerzeugungsvorrichtung auf: ein Laufrad, welches ausgestaltet ist, drehend von dem Dampf angetriebenen zu werden, einen Generator, welcher elektrische Energie zu erzeugt, indem er von der Drehantriebskraft des Laufrads angetrieben wird, eine Drehwelle, welche die Drehantriebskraft von dem Laufrad auf den Generator überträgt, ein Gehäuse, welches mindestens das Laufrad und den Generator aufnimmt. Außerdem weist das Gehäuse eine erste Kammer mit dem Laufrad, eine zweite Kammer mit dem Generator und eine Kommunikationsöffnung auf, welche ausgestaltet ist, das verflüssigte Arbeitsmedium von der ersten Kammer zu der zweiten Kammer zu leiten.
Nach einem fünften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung bei dem Abwärmestromerzeuger nach dem vierten Gesichtspunkt weist die zweite Kammer des Gehäuses einen Führungskanal auf, welcher ausgestaltet ist, das Arbeitsmedium, welches innerhalb der Stromerzeugungsvorrichtung verflüssigt worden ist, an den unteren Bereich zu leiten.
Nach einem sechsten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung bei dem Abwärmestromerzeuger nach dem fünften Gesichtspunkt ist der Führungskanal angeordnet, um von einem oberen Ende zu einem unteren Ende der zweiten Kammer in einem Zustand zu führen, bei dem die Stromerzeugungsvorrichtung so angeordnet ist, dass die Drehwelle parallel zu einer vertikalen Richtung ist.
Nach einem siebten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung bei dem Abwärmestromerzeuger nach dem fünften Gesichtspunkt ist der Führungskanal angeordnet, um an einem Boden der zweiten Kammer in einem Zustand geneigt zu sein, bei dem die Stromerzeugungsvorrichtung so angeordnet ist, dass die Drehwelle parallel zu einer horizontalen Richtung ist.
Nach einem achten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung bei dem Abwärmestromerzeuger nach dem ersten Gesichtspunkt ist eine Speichereinheit zum Speichern des Arbeitsmediums in dem Kanal zwischen dem Verdichter und der Pumpe vorgesehen, und ist das andere Ende des Auslassrohres mit der Speichereinheit verbunden.
Wirkungen der Erfindung
Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Auslassöffnung, welche verwendet wird, um ein innerhalb der Stromerzeugungsvorrichtung verflüssigtes Arbeitsmedium nach außen davon abzugeben, in einem Bodenbereich der Stromerzeugungsvorrichtung gebildet und ist ein Auslassrohr vorgesehen, welches die Auslassöffnung der Stromerzeugungsvorrichtung und einen Kanal für das Arbeitsmedium verbindet, welcher zwischen einem Verdichter und einer Pumpe angeordnet ist. Demzufolge kann das innerhalb der Stromerzeugungsvorrichtung verflüssigte Arbeitsmedium einfach nach außerhalb der Stromerzeugungsvorrichtung ausgegeben werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockschaltbild, welches schematisch einen Gesamtaufbau eines Abwärmestromerzeuger nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Querschnittsansicht, welche einen Aufbau eines Expansionsturbinengenerators zeigt, der in dem Abwärmestromerzeuger nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
3 ist eine Draufsicht auf ein spiralförmiges Gehäuse, welches in dem Expansionsturbinengenerator nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
4 ist eine Draufsicht auf ein Lagerunterstützungsteil, welches in dem Expansionsturbinengenerator nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in der 2.
6 ist eine Querschnittsansicht, welche einen Aufbau eines Expansionsturbinengenerators zeigt, der in einem Abwärmestromerzeuger nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
7 ist eine Querschnittsansicht, welche einen Aufbau eines Expansionsturbinengenerators zeigt, der in einem Abwärmestromerzeuger nach einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachfolgend werden Abwärmestromerzeuger bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Die 1 ist ein Blockschaltbild, welches schematisch einen Gesamtaufbau eines Abwärmestromerzeuger bei einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in der 1 dargestellt ist, weist ein Abwärmestromerzeuger G dieses Ausführungsbeispiels auf: einen Verdampfer 1, einen Expansionsturbinengenerator 2 (Stromerzeugungsaggregat), einen Verdichter 3, einen Vorratsbehälter 4 (Speichereinheit), eine Pumpe 5, ein Auslassrohr 6 und ein Solenoidventil 7 (Ventilvorrichtung) auf. Der Abwärmestromerzeuger G ist ein Stromerzeuger, welcher einen Rankine-Prozess verwendet, und er erzeugt elektrischen Strom mittels der Abwärmeenergie einer Abwärme niedriger Temperatur von ungefähr 300°C oder weniger (in der 1 als „Wärmequelle” beschrieben), welche von einer Fabrik oder einer Verbrennungsanlage oder dergleichen freigegeben wird.
Der Verdampfer 1 gewinnt die Abwärme niedriger Temperatur, welche von einer Fabrik oder einer Verbrennungsanlage oder dergleichen freigegeben wird, wieder und erzeugt den Dampf eines Arbeitsmediums. Der Expansionsturbinengenerator 2 erzeugt elektrischen Strom, während der Dampf expandiert, welcher bei dem Verdampfer 1 erzeugt worden ist. Ein Bodenbereich (BT) des Expansionsturbinengenerators 2 weist eine Auslassöffnung 8 auf, welche verwendet wird, um ein innerhalb der Stromerzeugungsvorrichtung verflüssigtes Arbeitsmedium nach außerhalb davon auszugeben. Ein Ende (erstes Ende) des Auslassrohres 6 ist mit der Auslassöffnung 8 verbunden. Nachfolgend wird weiterhin der Aufbau des Expansionsturbinengenerators 2 im Detail beschrieben.
Der Verdichter 3 kühlt mit einem Kühlmedium wie z. B. einem Kühlmittel den Dampf, welcher den Expansionsturbinengenerator 2 durchlaufen hat, um den Dampf zu verdichten (Verflüssigung). Der Vorratsbehälter 4 ist ein Behälter, welcher vorrübergehend das Arbeitsmedium speichert, welches in dem Verdichter 3 verdichtet worden ist. Das andere Ende (zweites Ende) des Auslassrohres 6 ist mit dem oberen Teil des Vorratsbehälters 4 verbunden. Die Pumpe 5 legt einen Druck an das Arbeitsmedium, welches vorrübergehend in dem Vorratsbehälter 4 gespeichert ist, nachdem es in dem Verdichter 3 verdichtet worden ist, und leitet das Arbeitsmedium an den Verdampfer 1.
Das Auslassrohr 6 ist vorgesehen, um das innerhalb des Expansionsturbinengenerators 2 verflüssigte Arbeitsmedium an den Vorratsbehälter 4 zu leiten. Ein Ende des Auslassrohrs 6 ist mit der Auslassöffnung 8 verbunden, welche in dem Expansionsturbinengenerator 2 gebildet ist, und dessen anderes Ende ist mit dem oberen Teil des Vorratsbehälters 4 verbunden ist. Weiterhin ist es bevorzugt, dass das eine Ende des Auslassrohrs 6, welches mit der Auslassöffnung 8 des Expansionsturbinengenerators 2 verbunden ist, an einer höheren Position (eine höhere Position als die vertikale Richtung) als dessen anderes Ende, welches mit dem Vorratsbehälter 4 verbunden ist, angebracht ist. In diesem Fall ist es möglich, ein Rückfließen des verflüssigten Arbeitsmediums in den Expansionsturbinengenerator 2 zu verhindern und das Arbeitsmedium in den Vorratsbehälter 4 geeignet fließen zu lassen.
Das Solenoidventil 7 ist an dem Auslassrohr 6 angebracht und wird von einer (nicht dargestellten) Steuerung gesteuert. Das bedeutet, dass das Solenoidventil 7 ausgestaltet ist, den Durchgang des Auslassrohrs 6 zu öffnen oder zu schließen. Das Solenoidventil 7 ist vorgesehen, um den Fluss des Dampfes des Arbeitsmediums von dem Expansionsturbinengenerator 2 über das Auslassrohr 6 an den Vorratsbehälter 4 zu verhindern, wobei der Fluss aufgrund der Druckunterschiede zwischen beiden Enden des Auslassrohrs 6 (der Unterschied zwischen dem internen Druck des Expansionsturbinengenerators 2 und dem internen Druck des Vorratsbehälters 4) während des Betriebs des Abwärmestromerzeugers G verursacht wird. Dies bedeutet, dass das Solenoidventil 7 hauptsächlich dafür vorgesehen ist, einen Verlust aufgrund dieses Flusses des Arbeitsmediums zu verhindern.
Als Arbeitsmedium, welches bei dem Abwärmestromerzeuger G mit den obigen Aufbau verwendet wird, wird bevorzugt ein Arbeitsmedium verwendet, bei dem dessen Siedepunkt (der Siedepunkt unter Atmosphärendruck) höher als 35°C ist. Selbst wenn in diesem Fall eine Abwärme niedriger Temperatur von 300°C oder weniger verwendet wird, kann der Dampf des Arbeitsmediums erzeugt werden und es ist somit möglich, effizient elektrischen Strom mit der Abwärmeenergie von einer Abwärme mit solch einer niedrigen Temperatur zu erzeugen. Außerdem ist es bevorzugt, dass der maximale interne Druck der Vorrichtung während des Betriebes niedriger oder gleich 1 MPa (G) (1 MPa Überdruck) ist. Indem ein niedriger Druck in der gesamten Vorrichtung aufrechterhalten wird, ist es für diesen Fall möglich, einen niedrigen internen Druck des Expansionsturbinengenerators 2 aufrechtzuerhalten.
Wenn ein niedriger interner Druck des Expansionsturbinengenerators 2 aufrechterhalten wird, da nicht ein hoher Druck an das Gehäuse des Expansionsturbinengenerators 2, des Verdampfers 1 oder des Verdichters 3 angelegt wird, ist es möglich, eine höhere Sicherheit zu gewährleisten. Da außerdem die Stärke des obigen Gehäuses oder dergleichen nicht übermäßig zu vergrößert werden braucht, ist es möglich, einen synergetischen Effekt zu erreichen, durch den es möglich ist, die Vorrichtung mit niedrigen Kosten herzustellen. Als das obige Arbeitsmedium kann Hydrofluorether (HFE), Fluorkohlenstoff, Fluorketon, Perfluorpolyether oder dergleichen verwendet werden.
Bei dem Abwärmestromerzeuger G mit den obigen Aufbau befördert die Pumpe 5 das flüssige Arbeitsmedium an den Verdampfer 1, wird das Arbeitsmedium mittels der Abwärmeenergie niedriger Temperatur (Wärmequelle) gekocht und verdampft, welche dem Verdampfer 1 zugeführt worden ist, und dadurch wird dessen Dampf erzeugt. Der Dampf, welcher bei dem Verdampfer 1 erzeugt worden ist, wird dem Expansionsturbinengenerator 2 zugeführt und treibt den Expansionsturbinengenerator 2, während der Dampf expandiert wird, wodurch die Stromerzeugung bei dem Expansionsturbinengenerator 2 durchgeführt wird. Der Dampf, welcher den Expansionsturbinengenerator 2 durchlaufen hat, wird bei dem Verdichter 3 mit dem Kühlmedium gekühlt und dadurch verdichtet (Verflüssigung). Das Arbeitsmedium, welches von dem Verdichter 3 verdichtet worden ist, wird vorübergehend in dem Vorratsbehälter 4 gespeichert und danach von der Pumpe 5 mit Druck beaufschlagt, um wieder an den Verdampfer 1 befördert zu werden. Durch Wiederholen der Verdampfung und der Verdichtung des Arbeitsmediums bei dem Abwärmestromerzeuger G wird auf diese Weise die Stromerzeugung mittels der Abwärmeenergie mit der Abwärme niedriger Temperatur durchgeführt.
Wenn der Betrieb des Abwärmestromerzeugers G gestartet wird, wird das Solenoidventil 7 von der (nicht dargestellten) Steuerung gesteuert, um den Durchgang des Auslassrohrs 6 zu öffnen. Selbst wenn der Dampf des Arbeitsmediums, welcher bei dem Verdampfer 1 erzeugt worden ist und welcher den Expansionsturbinengenerator 2 durchlaufen hat, gekühlt und verflüssigt wird, wird dadurch das verflüssigte Arbeitsmedium von der Auslassöffnung 8, welche in dem Bodenbereich BT des Expansionsturbinengenerators 2 gebildet ist, über das Auslassrohr 6 an den Vorratsbehälter 4 ausgegeben. Demzufolge ist es möglich zu verhindern, dass das Arbeitsmedium (das verflüssigte Arbeitsmedium), welches im Inneren des Expansionsturbinengenerators 2 angesammelt worden ist, mit einem Rotor des Expansionsturbinengenerators 2 zusammenstößt, und damit einen Anstieg des Verlustes oder einen mechanischen Bruch zu verhindern.
Wenn sich der Abwärmestromerzeuger G im Betrieb befindet, wird das Solenoidventil von der (nicht dargestellten) Steuerung gesteuert, um den Durchgang des Auslassrohres 6 zu schließen. Dadurch wird der Verlust aufgrund des Flusses des Dampfes des Arbeitsmediums von dem Expansionsturbinengenerator 2 über das Auslassrohr 6 an den Vorratsbehälter 4 verhindert. Da der Expansionsturbinengenerator 2 von dem Arbeitsmedium erwärmt wird, welches in dem Abwärmestromerzeuger G zirkuliert, wenn sich der Abwärmestromerzeuger G im Betrieb befindet, wird das Arbeitsmedium selten innerhalb des Expansionsturbinengenerators 2 verflüssigt. Anders als bei dem Start des Betriebs, braucht demzufolge das verflüssigte Arbeitsmedium von dem Expansionsturbinengenerator 2 nicht ausgegeben zu werden und somit kann das Auslassrohr 6 geschlossen werden.
Als Nächstes wird der Expansionsturbinengenerator 2, welcher in dem Abwärmestromerzeuger G enthalten ist, im Detail beschrieben. Die 2 ist eine Querschnittsansicht, welche einen Aufbau eines Expansionsturbinengenerators zeigt, der in dem Abwärmestromerzeuger nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Wie in der 2 gezeigt ist, weist der Expansionsturbinengenerator 2 ein Laufrad 11, einen Generator 12, eine Drehwelle 13, Lager 14a und 14b, und ein Gehäuse 15 auf. Der Expansionsturbinengenerator 2 ist so angeordnet, dass die Achsenrichtung der Drehwelle 13 parallel zu der vertikalen Richtung (Aufwärts- und Abwärtsrichtung) ist.
Das Laufrad 11 ist ein Drehschieber, welcher von bei dem Verdampfer 1 erzeugten Dampf drehend angetrieben wird. Insbesondere wird das Laufrad 11 drehend von dem Dampf getrieben, welcher von außerhalb davon in der radialen Richtung zugeführt wird, es gibt den expandierten Dampf von einer Seite davon in die Drehachsenrichtung frei. Der Generator 12 wird mittels der Drehantriebskraft des Laufrads 11 angetrieben und erzeugt elektrische Energie, wie z. B. einen Dreiphasen-Wechselstrom. Der Generator 12 weist insbesondere einen Rotor 12a mit Permanentmagneten und einen Stator mit Wicklungen auf. Diese Permanentmagneten sind an der äußeren Umfangsfläche des Rotors 12a angeordnet und diese Wicklungen sind an der inneren Umfangsfläche des Stators 12b angeordnet, um der äußeren Umfangsfläche des Rotors 12a gegenüber zu liegen. Der Rotor 12a wird von der Drehantriebskraft des Laufrads 11 angetrieben und die relative Position zwischen dem Rotor 12a und dem Stator 12b um die Drehachse wird verändert, wodurch die Stromerzeugung durchgeführt wird.
Die Drehwelle 13 ist ein Wellenelement, welches verwendet wird, um die Drehantriebskraft des Laufrads 11 an den Generator 12 zu übertragen, und welches so angeordnet ist, dass deren Achsenrichtung parallel zu der vertikalen Richtung (Aufwärts- und Abwärtsrichtung) ist. Die Drehwelle 13 ist vorgesehen, um sich in der Drehachsenrichtung des Laufrades 11 zu erstrecken, und sie wird in den Rotor 12a des Generators 12 eingeführt, um daran befestigt zu werden. Außerdem wird das Laufrad 11 an das obere Teil der Drehwelle 13 mit einer Befestigungsschraube oder dergleichen befestigt. Demzufolge drehen sich das Laufrad 11, der Rotor 12a des Generators und die Drehwelle 13 einstückig um die Drehachse.
Die Lager 14a und 14b sind in dem Gehäuse 15 vorgesehen und unterstützen drehend die Drehwelle 13, welche parallel zu der vertikalen Richtung (Aufwärts- und Abwärtsrichtung) angeordnet ist. Das bedeutet, dass die Drehwelle 13 drehend von dem Gehäuse 15 über die Lager 14a und 14b in einem Zustand unterstützt wird, bei dem die Drehwelle parallel zu der vertikalen Richtung ist. Insbesondere unterstützt das Lager 14a den oberen Teil der Drehwelle 13, an welcher das Laufrad 11 befestigt ist, und unterstützt das Lager 14 den unteren Teil der Drehwelle 13.
Die Lager 14a und 14b sind Wälzlager, und genauer sind es Schrägkugellager. Allerdings sind die Lager 14 nicht auf die Schrägkugellager beschränkt, sondern können Lager wie Rillenkugellager oder Kegelrollenlager sein, die sowohl eine radiale Last als auch eine Drucklast tragen können. Ferner können die Lager 14a und 14b fettgeschmierte Lager sein, welche Fett verwenden, um eine gleichmäßige Drehung zu erhalten, und es können auch kontaktlose Lager wie beispielsweise Gaslager oder Magnetlager sein.
Das Gehäuse 15 weist ein spiralförmiges Gehäuse 15a, einen Gehäusekörper 15b, Lagerunterstützungsteile 15c und 15d und dergleichen auf. Das Gehäuse 15 nimmt das Laufrad 11, den Generator 12 und die Drehwelle 13 auf und bildet die äußere Gestalt des Abwärmestromerzeugers G. Bei dem Gehäuse 15 enthält eine Kammer S1 (erste Kammer), welche von dem spiralförmigen Gehäuse 15a und dem Lagerunterstützungsteil 15c gebildet wird, das Laufrad 11, und eine Kammer S2 (zweite Kammer), welche von dem Gehäusekörper 12b und den Lagerunterstützungsteilen 15c und 15d gebildet wird, enthält den Generator 12. Das bedeutet, dass das Gehäuse 15 die Kammern S1 und S2 aufweist.
Die 3 ist eine Draufsicht auf das spiralförmige Gehäuse, welches in dem Expansionsturbinengenerator nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Weiterhin ist die 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in der 3. Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, weist das spiralförmige Gehäuse 15a einen Einlass A1, eine spiralförmige Kammer A2 und einen Auslass A3 auf. Das spiralförmige Gehäuse 15a wird bereitgestellt, um den Umfang des Laufrades 11 in einem Zustand zu umgeben, bei dem dessen Teil über das Laufrad 11 geöffnet ist.
Der Einlass A1 ist das Teil, in welches der Dampf des Arbeitsmedium zugeführt wird, wobei der Dampf bei dem Verdampfer 1 erzeugt worden ist und verwendet wird, um drehend das Laufrad 11 anzutreiben. Der Einlass A1 ist so angeordnet, dass dessen Öffnungsrichtung (die Zuflussrichtung des Arbeitsmediums) parallel zu der horizontalen Richtung ist. Die spiralförmige Kammer A2 ist in einer ringförmigen Gestalt gebildet, welche das Laufrad 11 um deren Drehachse in einem Zustand umkreist, bei dem ein Ende der spiralförmigen Kammer mit dem Einlass A1 verbunden ist. Die spiralförmige Kammer A2 führt den Dampf, welcher von dem Einlass A1 zugeführt worden ist, dem Laufrad 11 zu. Der Auslass A3 ist das Teil, von dem der expandierte Dampf, welcher drehend das Laufrad 11 angetrieben hat, nach außen freigegeben wird und es ist über dem Laufrad 11 angeordnet.
Der Gehäusekörper 15b ist ein im Wesentlichen zylindrisches Teil, in welchem die Kammer S2 (die Kammer, welche von dem Gehäusekörper 15b und den Lagerunterstützungsteilen 15c und 15d gebildet wird) den Generator 12 und einen Teil der Drehwelle 13 enthält. Eine Rille, welche den Führungskanal C1 bildet, welcher das innerhalb der Kammer S2 verflüssigte Arbeitsmedium an den Bodenbereich BT des Expansionsturbinengenerators 2 führt, ist an jeder der Positionen (z. B. 3 Positionen) an der inneren Umfangsoberfläche des Gehäusekörpers 15b gebildet. Die Rillen sind so gebildet, um sich von dem oberen Ende bis zu dem unteren Ende der Kammer S2 in der Achsenrichtung der Drehwelle 13 zu erstrecken. Der Stator 12b des Generators 12 ist an der inneren Umfangsoberfläche des Gehäusekörpers 15b über im Wesentlichen dessen gesamten inneren Umfangsoberfläche befestigt, und dadurch werden die Führungskanäle C1 zwischen dem Gehäusekörper 15b und der äußeren Umfangsoberfläche des Stators 12b gebildet. Das bedeutet, dass die Führungskanäle C1 von diesen Rillen des Gehäusekörpers 15b und der äußeren Umfangsoberfläche des Stators 12b gebildet werden und angeordnet sind, um von dem oberen Ende zu dem unteren Ende der Kammer S2 zu führen.
Der Gehäusekörper 15b weist ein Anschlussteil 16 auf, welches verwendet wird, um die elektrische Leistung, welche bei dem Expansionsturbinengenerator 2 erzeugt wird, davon nach außen auszugeben. Von außerhalb des Expansionsturbinengenerators 2 sind (nicht dargestellte) Kabel mit dem Anschlussteil 16 verbunden und dadurch wird die elektrische Leistung, welche bei dem Expansionsturbinengenerator 2 erzeugt wird, nach außen über die Kabel ausgegeben. Außerdem ist das Anschlussteil 16 elektrisch über eine Verdrahtung mit den Wicklungen verbunden, welche in dem Stator 12b vorgesehen sind.
Da der Dampf in den Expansionsturbinengenerator 2 zugeführt wird, muss das Gehäuse 15 eine abgedichtete Struktur aufweisen. Dementsprechend ist es bevorzugt, dass ein hermetisches Anschlussteil, welches die Verbindungsteile abdichten kann, als das Anschlussteil 16 verwendet wird. Wie oben beschrieben, ist es außerdem bevorzugt, dass der interne Druck der Vorrichtung auf weniger als 1 MPa (G) eingestellt wird. Wenn der Expansionsturbinengenerator 2 eine hermetische Struktur aufweist, wird der interne Druck des Gehäuses im Allgemeinen gleich ungefähr dem Zwischendruck zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck der Turbine sein. Wenn der maximale interne Druck der Vorrichtung während des Betriebes auf weniger als 1 MPa (G) eingestellt wird, kann demzufolge der interne Druck des Gehäuses 15 auf weniger als 1 MPa (G) eingestellt werden.
Die 4 ist eine Draufsicht auf das Lagerunterstützungsteil 15c, welches in dem Expansionsturbinengenerator 2 bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Wie in den 1 und 4 dargestellt ist, wird das das Lagerunterstützungsteil 15c in einer kreisförmigen Plattengestalt gebildet und dessen Mittenbereich weist eine Öffnung H1 auf, in welche die Drehwelle 13 eingeführt ist. Die Lager 14a sind an dem Mittenbereich an der unteren Oberfläche des Lagerunterstützungsteils 15c angebracht. Der Mittenbereich in der oberen Oberfläche des Lagerunterstützungsteils 15c weist einen konkaven Bereich M1 auf, wobei der konkave Bereich in Draufsicht in kreisförmiger Gestalt gebildet ist, und er gebildet ist, um nach unten gedrückt zu werden, so dass der Boden des Laufrades 11 da drin angeordnet ist.
Eine Rille M2 ist innerhalb des konkaven Bereiches M1 gebildet, wobei die Rille M2 in einer ringförmigen Gestalt gebildet ist, welche die Öffnung H1 umkreist, und sie wird verwendet, um das Arbeitsmedium (das verflüssigte Arbeitsmedium) zu sammeln, welches sich in dem konkaven Bereich M1 angesammelt hat. Weiterhin ist eine Kommunikationsöffnung H2, welche von der oberen Oberfläche zu der unteren Oberfläche des Lagerunterstützungsteils 15c führt, an jeder der Positionen (z. B. 3 Positionen) in der Rille gebildet. Die Kommunikationsöffnungen H2 kommunizieren sowohl mit der Kammer S1, in welche das Laufrad 11 aufgenommen ist, als auch mit der Kammer S2, in welche der Generator 12 aufgenommen ist, und führen das verflüssigte Arbeitsmedium von der Kammer S1 an die Kammer S2. Da die Kommunikationsöffnungen H2 in der Rille M2 innerhalb des konkaven Bereiches M1, in welchem der Boden des Laufrades 11 angeordnet ist, gebildet werden, sind außerdem die Kommunikationsöffnungen H2 unter dem Laufrad 11 angeordnet.
Eine Abschrägung TP ist an der äußeren Kante in der oberen Oberfläche des Lagerunterstützungsteils 15c über dessen gesamten Umfang gebildet, wobei der Grad der Abschrägung TP allmählich geringer von der Position nahe der Mitte des Lagerunterstützungsteils 15c zu dessen äußerer Kante wird. Indem die Abschrägung TP gebildet wird, ohne soweit wie möglich die Effizienz des Expansionsturbinengenerators 2 zu verschlechtern, ist es möglich, zu verhindern, dass das innerhalb der spiralförmigen Kammer A2 verflüssigte Arbeitsmedium in den konkaven Bereich M1 (der Bereich, in welchem der Boden des Laufrades 11 angeordnet ist) fließt, und einen Verlustanstieg oder einen mechanischen Bruch aufgrund dieses Flusses zu verhindern.
Um zu verhindern, dass das innerhalb der spiralförmigen Kammer A2 verflüssigte Arbeitsmedium in den konkaven Bereich M1 fließt, ist es nur notwendig, ein unebenes Teil (z. B. ein Teil, welches in der vertikalen Richtung vorsteht) in der äußeren Kante in der oberen Oberfläche des Lagerunterstützungsteils 15c zu bilden. Wenn solch ein unebenes Teil gebildet wird, dann wird allerdings der Fluss des Teils des Arbeitsmediums, welches in die spiralförmige Kammer A2 geführt wurde, von dem unebenen Teil blockiert, und dadurch kann sich die Antriebseffizienz des Laufrades verschlechtern. Daher wird die Abschrägung in der äußeren Kante in der oberen Oberfläche des Lagerunterstützungsteils 15c gebildet. Wenn außerdem eine Verschlechterung der Effizienz hingenommen wird, kann ein unebenes Teil, wie z. B. ein in der vertikalen Richtung vorstehendes Teil an der äußeren Kante in der oberen Oberfläche des Lagerunterstützungsteils 15c gebildet werden.
Bei dem Lagerunterstützungsteil 15c ist eine von dessen Seiten abnehmbar mit dem spiralförmigen Gehäuse 15a mit Befestigungsschrauben oder dergleichen verbunden oder die andere von dessen Seiten ist abnehmbar mit dem Gehäusekörper 15b mit Befestigungsschrauben oder dergleichen verbunden. Die Lager 14a sind in dem Mittenbereich in der unteren Oberfläche des Lagerunterstützungsteils 15c vorgesehen und die Drehwelle 13 wird drehend von den Lagern 14a in einem Zustand unterstützt, bei welchen die Drehwelle 13 durch die Öffnung H1 geht, welche in dem Lagerunterstützungsteil 15c gebildet ist.
Das Lagerunterstützungsteil 15d ist in einer zylindrischen Gestalt mit einem Boden gebildet, welcher die Lager 14b unterstützt. Das Lagerunterstützungsteil 15d weist ein zylindrisches Teil P1 und ein Bodenteil P2 auf. Das Lagerunterstützungsteil 15d ist an der gegenüberliegenden Seite des Gehäusekörpers 15b von der Seite vorgesehen, an welche das Lagerunterstützungsteil 15c angebracht ist. Das Bodenteil P2 des Lagerunterstützungsteils 15d ist mittels Befestigungsschrauben abnehmbar derart angebracht, dass das zylindrische Teil innerhalb des Gehäusekörpers 15 angeordnet ist.
Die Lager 14b sind in der Kammer S3 vorgesehen, welche innerhalb des zylindrischen Teils P1 des Lagerunterstützungsteils 15d gebildet ist, und sie sind nahe der Öffnung des zylindrischen Teils P1 angeordnet. Die Drehwelle 13 wird drehend von den Lager 14b in einem Zustand unterstützt, bei dem ein Teil der Drehwelle 13 in die Kammer S3 eingeführt ist.
Eine Vorspannfeder 17, die die Lager 14b in Richtung auf die Lager 14a drückt, ist in der Kammer S3 des Lagerunterstützungsteils 15d vorgesehen. Da außerdem die Lager 14b mit den Lager 14a über die Drehwelle 13 verbunden sind, wird die Druckkraft der Vorspannfeder 17 nicht nur auf die Lager 14b, sondern auch auf die Lager 14a übertragen und die Druckkraft (das heißt die Vorspannung) wird auf beide Lager 14a und 14b in der Drehachsenrichtung angelegt. Da wie oben beschrieben die Lager 14a und 14 Schrägkugellager sind, werden die Wälzkörper (Kugeln) an den geeigneten Positionen gehalten, wenn eine geeignete Vorspannung da dran in Drehachsenrichtung angelegt wird, und von der Drehung verursachte Schwingungen oder Geräusche werden verringert.
Die 5 ist eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie B-B in der 2. Wie in den 2 und 5 dargestellt ist, ist ein Führungskanal C2 bei jeder der Positionen (3 Positionen in der 5) in dem zylindrischen Teil P1 des Lagerunterstützungsteils 15d gebildet. Die Führungskanäle C2 sind Kanäle, welche das verflüssigte Arbeitsmedium, welches in der Kammer S2 angesammelt worden ist, an die Kammer S3 innerhalb des zylindrischen Teil P1 führen. Die Führungskanäle C2 sind in Draufsicht radial von der Mitte des zylindrischen Teils P1 ausgebildet. Außerdem ist die Auslassöffnung 8 in der Mitte des Bodenteils P2 des Lagerunterstützungsteils 15d gebildet. Demzufolge wird das verflüssigte Arbeitsmedium über die Führungskanäle C2 in die Kammer S3 geführt und danach wird es über die Auslassöffnung 8 nach außerhalb des Expansionsturbinengenerators 2 ausgegeben.
Wenn der Dampf, der im Verdampfer 1 erzeugt worden ist, dem Expansionsturbinengenerator 2 mit dem obigen Aufbau zugeführt wird, wird der Dampf von dem Einlass A1 des spiralförmigen Gehäuses 15a durch die spiralförmige Kammer A2 dem Laufrad 11 zugeführt, und dadurch wird das Laufrad 11 drehend angetrieben. Nachdem der expandierte Dampf das Laufrad 11 drehend angetrieben hat, wird er von dem Auslass A3 nach außerhalb des Expansionsturbinengenerators 2 freigegeben und danach dem Verdichter 3 zugeführt.
Wenn das Laufrad 11 drehend angetrieben wird, wird die Drehantriebskraft davon dem Generator 12 über die Drehwelle 13 übertragen, und der Rotor 12a des Generators 12 wird zusammen mit dem Laufrad 11 und der Welle 13 gedreht. Das Laufrad 11, der Rotor 12a des Generators 12 und die Drehwelle 13 werden mit einer hohen Drehzahl von etwa mehreren Zehntausend Umdrehungen pro Minute durch den Dampf von dem Verdampfer 1 gedreht. Wenn der Rotor 12a gedreht wird, wird die relative Position zwischen dem Rotor 12a und dem Stator 12b um die Drehachse verändert, wodurch eine elektrische Leistung wie z. B. ein Dreiphasen-Wechselstrom erzeugt wird. Die erzeugte elektrische Leistung wird an der Außenseite der Expansionsturbinengenerator über das Anschlussteil 16 und (nicht gezeigte) Kabel ausgegeben.
Zu der Zeit des Startens des Betriebs des Abwärmestromerzeugers G befindet sich der Expansionsturbinengenerator 2 in einem Zustand, bei welchem er nicht von dem Arbeitsmedium erwärmt ist, welches in dem Abwärmestromerzeuger G zirkuliert. Wenn der Dampf des in den Verdampfer 1 erzeugten Arbeitsmediums dem Expansionsturbinengenerator 2 zugeführt wird, wird der Dampf am spiralförmigen Gehäuse 15a oder dergleichen gekühlt, und kann dadurch verflüssigt werden. Weiterhin kann das Arbeitsmedium, welches innerhalb des Expansionsturbinengenerators 2 zurückgeblieben ist, verflüssigt werden, während der Abwärmestromerzeuger G angehalten wird, und es kann sich innerhalb des Expansionsturbinengenerators 2 ansammeln. Auf diese Weise besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass zu der Zeit des Startens des Betriebs des Abwärmestromerzeugers G das verflüssigte Arbeitsmedium sich in dem Expansionsturbinengenerator 2 angesammelt hat.
Wenn das Arbeitsmedium, welches innerhalb der spiralförmigen Kammer A2 des spiralförmigen Gehäuses 15a verflüssigt worden ist, über die Abschrägung TP geht, welche an der äußeren Kante in der oberen Oberfläche des Lagerunterstützungsteils 15d gebildet worden ist, und in den konkaven Bereich M1 (siehe 4) fließt, wird das Arbeitsmedium in der ringförmigen Rille M2 gesammelt, welche innerhalb des konkaven Bereichs M1 gebildet ist. Das in der Rille M2 gesammelte Arbeitsmedium wird über die Kommunikationsöffnungen H2 der Kammer S2 zugeführt, in welcher der Generator 12 angeordnet ist. Das der Kammer S2 zugeführte Arbeitsmedium wird dem Bodenbereich BT des Expansionsturbinengenerators 2 über die Führungskanäle C1 zugeführt, welche zwischen dem Gehäusekörper 15b und dem Stator 12b des Generators 12 gebildet werden.
Das Arbeitsmedium, welche dem Bodenbereich BT zugeführt worden ist, wird über die Führungskanäle C2 in die Kammer S3 innerhalb des zylindrischen Teils des Lagerunterstützungsteils 15c geführt und danach über die Auslassöffnung 8 nach außerhalb des Expansionsturbinengenerators 2 ausgegeben. Da zu der Zeit des Startens des Betriebes des Abwärmestromerzeugers G das Solenoidventil 7 gesteuert wird, um den Durchgang des Auslassrohrs 6 zu öffnen, wird das Arbeitsmedium, welches von dem Expansionsturbinengenerator 2 ausgegeben worden ist, über das Auslassrohr 6 in den Vorratsbehälter 4 ausgegeben. Da außerdem das Solenoidventil 7, wenn der Abwärmestromerzeuger G im Betrieb ist, gesteuert wird, um den Durchgang des Auslassrohrs 6 zu schließen, wird das Ausgeben des verflüssigten Arbeitsmediums von dem Expansionsturbinengenerator 2 nicht durchgeführt.
Wie oben für dieses Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, ist die Auslassöffnung 8, welche verwendet wird, um das innerhalb des Expansionsturbinengenerators 2 verflüssigte Arbeitsmedium nach außerhalb abzugeben, in dem Bodenbereich BT des Expansionsturbinengenerators 2 gebildet, und das Auslassrohr 6, welches die Auslassöffnung 8 des Expansionsturbinengenerators 2 und den Vorratsbehälter 4 verbindet, ist vorgesehen. Dadurch kann das Arbeitsmedium, welches in dem Expansionsturbinengenerator 2 verflüssigt worden ist, einfach nach außerhalb des Expansionsturbinengenerators 2 ausgegeben werden.
Da weiterhin bei diesem Ausführungsbeispiel das Solenoidventil 7 vorgesehen ist, welches verwendet wird, um den Durchgang des Auslassrohrs 6 zu öffnen oder zu schließen, kann das verflüssigte Arbeitsmedium aus der Auslassöffnung 8 des Expansionsturbinengenerators 2 in den Vorratsbehälter 4 zu der Zeit des Startens des Betriebs des Abwärmestromerzeugers G geleitet werden, und andererseits kann der Fluss des Dampfes des Arbeitsmediums über das Auslassrohr 6 während des Betriebs des Abwärmestromerzeugers G blockiert werden.
Daher kann ein Verlust während des Betriebs des Abwärmestromerzeugers G verringert werden.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Als Nächstes wird ein Abwärmestromerzeuger bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nachfolgend beschrieben. Der Gesamtaufbau des Abwärmestromerzeugers bei diesem Ausführungsbeispiel ist ähnlich dem des Abwärmestromerzeugers G bei dem in der 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel, allerdings unterscheidet er sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, das ein Expansionsturbinengenerator 2a, welcher in der 6 gezeigt ist, anstelle des Expansionsturbinengenerators 2 da enthalten ist. Die 6 ist eine Querschnittsansicht, welche den Aufbau des Expansionsturbinengenerators zeigt, welcher in dem Abwärmestromerzeuger bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
In der folgenden Beschreibung werden die Bauteile, welche gleich den Bauteilen bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung wird ausgelassen.
Wie in der 6 gezeigt ist, ist der wesentliche Aufbau des Expansionsturbinengenerators 2a der Gleiche wie der des in der 2 gezeigten Expansionsturbinengenerators 2. Allerdings ist der Expansionsturbinengenerator 2a so angeordnet, dass die Achsenrichtung der Drehwelle 13 parallel zu der horizontalen Richtung ist. Daher unterscheidet sich die Struktur des Ausgebens der innerhalb des Expansionsturbinengenerators 2a verflüssigten Arbeitsmediums geringfügig von der des Expansionsturbinengenerators 2. Außerdem ist der Expansionsturbinengenerator 2a so angeordnet, dass der Einlass A1 des spiralförmigen Gehäuses 15a nach unten in der vertikalen Richtung liegt. Daher bildet bei dem Expansionsturbinengenerator 2a ein Teil des Gehäuses 15, welches nahe dem Einlass A1 des spiralförmigen Gehäuses 15a angeordnet ist, den Bodenbereich BT des Expansionsturbinengenerators 2a. Das heißt, dass der untere Teil in der vertikalen Richtung des Expansionsturbinengenerators 2a dem Bodenbereich BT entspricht.
Der Expansionsturbinengenerator 2a weist einen Gehäusekörper 21 anstelle des Gehäusekörpers 15b auf und er weist ein Lagerunterstützungsteil 22 anstelle des Lagerunterstützungsteils 15d auf. Das heißt, dass das Gehäuse des Expansionsturbinengenerators 2a das spiralförmige Gehäuse 15s, den Gehäusekörper 21, das Lagerunterstützungsteil 15c, das Lagerunterstützungsteil 22 und dergleichen aufweist.
Die innere Umfangsoberfläche des Gehäusekörpers 21 weist keine Rillen auf, welche die Führungskanäle C1 bilden (siehe 2). Hingegen weist der Bereich des Gehäusekörpers 21, welcher dem Bodenbereich BT des Expansionsturbinengenerators 2a entspricht, Führungskanäle C3 und Auslassöffnungen 8 (zwei Auslassöffnungen 8 in der 6) auf. Die Führungskanäle C3 sind gebildet, um sich in der radialen Richtung (z. B. die radiale Richtung des Rotors 12a) an der Innenseite des Gehäusekörpers 21 zu erstrecken. Die Führungskanäle C3 verbinden die Kammer S2 (die Kammer S21, welche von dem Gehäusekörper 21 und den Lagerunterstützungsteil 15c gebildet wird) und eine Auslassöffnung 8, welche in dem Gehäusekörper 21 gebildet ist.
Die andere Auslassöffnung 8 ist in dem Bodenbereich BT des Expansionsturbinengenerators 2a gebildet, um mit der Kammer S2 (die Kammer S22, welche von dem Gehäusekörper 21 und den Lagerunterstützungsteil 22 gebildet wird) mit außerhalb davon zu kommunizieren. Der Expansionsturbinengenerator 2a weist nicht die in der 2 dargestellten Führungskanäle auf, und in diesem Fall kann der Dampf des Arbeitsmediums von der Kammer S21 zu der Kammer S22 über einen Spalt (einen Luftspalt) zwischen dem Rotor 12a und dem Stator 12b, welche den Generator 12 bilden, geleitet werden, um verflüssigt zu werden. Daher wird die andere Auslassöffnung 8 gebildet, so dass die Kammer S22 und das Äußere davon miteinander kommunizieren. Außerdem wird jede der zwei Auslassöffnungen 8, welche in dem Bodenbereich des Expansionsturbinengenerators 2a gebildet sind, mit dem in der 1 gezeigten Auslassrohr 6 verbunden.
Das Lagerunterstützungsteil 22 ist in einer zylindrischen Gestalt mit einem Boden gebildet, welcher die Lager 14b ähnlich dem in der 2 gezeigten Lagerunterstützungsteil 15d unterstützt. Andererseits unterscheidet sich das Lagerunterstützungsteil 22 von dem in der 2 gezeigten Lagerunterstützungsteil 15d darin, dass die Auslassöffnung 8 und die Führungskanäle C2 in dem Lagerunterstützungsteil 15d nicht gebildet sind. Außerdem unterscheidet sich das Lagerunterstützungsteil 22 von dem in der 2 gezeigten Lagerunterstützungsteil 15 auch darin, dass die Kammer S3, welche in dem zylindrischen Teil P1 des Lagerunterstützungsteils 15d gebildet ist, nur bei dem Teil, bei welchen die Lager 14b unterstützt werden, gebildet ist.
Wenn der Abwärmestromerzeuger G im Betrieb ist, arbeitet der Expansionsturbinengenerator 2a mit diesem Aufbau ähnlich wie der in der 2 gezeigte Expansionsturbinengenerator 2. Außerdem kann zu der Zeit des Startens des Betriebs des Abwärmestromerzeugers in einem Zustand, bei dem der Expansionsturbinengenerator 2a nicht von dem Arbeitsmedium, welches in dem Abwärmestromerzeuger G zirkuliert, erwärmt worden ist, der Dampf an dem spiralförmigen Gehäuse 15a oder dergleichen gekühlt werden, um verflüssigt zu werden, wenn der Dampf des Arbeitsmediums, welcher bei dem Verdampfer 1 erzeugt worden ist, dem Expansionsturbinengenerator 2a zugeführt wird.
Das Arbeitsmedium, welches nahe dem Einlass A1 des spiralförmigen Gehäuse 15a verflüssigt worden ist, fließt abwärts von dem Einlass A1, welcher angeordnet ist, nach unten in der vertikalen Richtung zu zeigen, und kehrt zu dem Verdampfer 1 zurück. Andererseits wird das Arbeitsmedium, welches innerhalb der spiralförmigen Kammer A2 des spiralförmigen Gehäuses 15a verflüssigt worden ist und danach in den konkaven Bereich M1 (siehe 4) fließt, welcher in dem Lagerunterstützungsteil 15c gebildet ist, in der ringförmigen Rille M2 gesammelt, welche innerhalb des konkaven Bereiches M1 gebildet ist, und es wird über die Kommunikationsöffnungen H2 an die Kammer S2 (die Kammer S21) geführt, welche den Generator aufweist. Das Arbeitsmedium, welches an die Kammer S2 (die Kammer S21) geführt worden ist, wird dem Bodenbereich BT des Expansionsturbinengenerators 2a über den Führungskanal C3 zugeführt, welcher in dem Gehäusekörper 21 gebildet ist, und es wird von der Auslassöffnung 8 nach außerhalb des Expansionsturbinengenerators 2a ausgegeben.
Wenn das Arbeitsmedium innerhalb der Kammer S2 (der Kammer S22) des Expansionsturbinengenerators 2a zu der Zeit, wenn der Betrieb des Abwärmestromerzeugers G angehalten wird, zurückbleibt, kann das Arbeitsmedium verflüssigt werden, um in der Kammer S2 (der Kammer S22) gesammelt zu werden, wenn die Temperatur des Expansionsturbinengenerators 2a abfällt. Das verflüssigte Arbeitsmedium wird nach außerhalb des Expansionsturbinengenerators 2a über die Auslassöffnung 8 ausgegeben, welche die Kammer S2 (die Kammer S22) mit der Außenseite verbindet. Das Arbeitsmedium, welches von den zwei Auslassöffnungen 8 ausgegeben worden ist, wird dem Vorratsbehälter 4 über das in der 1 gezeigte Auslassrohr 6 zugeführt.
Wie oben beschrieben ist, wird bei diesem Ausführungsbeispiel der Expansionsturbinengenerator 2a verwendet, welcher einen Aufbau und eine Struktur aufweist, welche sich von denen des in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Expansionsturbinengenerators 2 unterscheiden. Allerdings weist bei diesem Ausführungsbeispiel ähnlich dem in der 2 gezeigten Expansionsturbinengenerator 2 der Bodenbereich des Expansionsturbinengenerators 2a die Auslassöffnung 8 auf, und das Auslassrohr 6 ist vorgesehen, welches die Auslassöffnung 8 des Expansionsturbinengenerators 2a und den Vorratsbehälter 4 verbindet. Daher kann das Arbeitsmedium, welches innerhalb des Expansionsturbinengenerators 2a verflüssigt worden ist, einfach nach außerhalb des Expansionsturbinengenerators 2a ausgegeben werden. Da außerdem das Solenoidventil 7, welches den Durchgang des Auslassrohrs 6 öffnet und schließt, bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, kann der Verlust während des Betriebes des Abwärmestromerzeugers G verringert werden.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Als Nächstes wird ein Abwärmestromerzeuger bei einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der Gesamtaufbau des Abwärmestromerzeugers bei diesem Ausführungsbeispiel ist ähnlich dem des Abwärmestromerzeugers G bei dem in der 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel, allerdings unterscheidet er sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, das ein in der 7 gezeigter Expansionsturbinengenerator 2b anstelle des Expansionsturbinengenerators 2 in dem Abwärmestromerzeuger enthalten ist. Die 7 ist eine Querschnittsansicht, welche den Aufbau des Expansionsturbinengenerators in dem Abwärmestromerzeuger bei dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
In der folgenden Beschreibung werden die Bauteile, welche gleich den Bauteilen bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung wird ausgelassen.
Wie in der 7 gezeigt ist, ist ähnlich dem in der 6 gezeigten Expansionsturbinengenerator 2a der Expansionsturbinengenerator 2b so angeordnet, dass der Einlass A1 der spiralförmigen Gehäuses 15a nach unten in der vertikalen Richtung zeigt und dass die Achsenrichtung der Drehwelle 13 parallel zu der horizontalen Richtung ist. Der Expansionsturbinengenerator 2b hat den Aufbau, welcher ungefähr dem des in der 6 gezeigten Expansionsturbinengenerators 2a ähnlich ist, aber er unterscheidet sich darin, dass ein Gehäusekörper 31 anstelle des Gehäusekörpers 21 vorgesehen ist. Das bedeutet, dass das Gehäuse 15 des Expansionsturbinengenerators 2b das spiralförmige Gehäuse 15a, den Gehäusekörper 31, das Lagerunterstützungsteil 15c, das Lagerunterstützungsteil 22 und dergleichen aufweist.
Der Gehäusekörper 31 weist nicht den Führungskanal C3 und die Auslassöffnung 8 (siehe 6) in dem Expansionsturbinengenerator 2a auf. Andererseits weist die innere Umfangsfläche des Gehäusekörpers 31, welcher nahe dem Bodenbereich BT des Expansionsturbinengenerators 2b angeordnet ist, eine Rille auf, welche einen Führungskanal C4 bildet, welcher mit der Kammer S21 und der Kammer S22 kommuniziert. Der Führungskanal C4 ist ausgestaltet, um geneigt zu sein, so dass dessen Niveau allmählich von der Kammer S21 zu der Kammer S22 niedriger wird. Außerdem können Rillen, welche die Führungskanäle C4 bilden, in der inneren Umfangsoberfläche nahe dem Bodenbereich BT des Expansionsturbinengenerators 2b gebildet werden.
Wenn die Temperatur des Expansionsturbinengenerators 2b abfällt, da bei dem Expansionsturbinengenerator 2b mit diesem Aufbau der Betrieb des Abwärmestromerzeugers G angehalten worden ist, kann das Arbeitsmedium, welches in der Kammer S2 (den Kammern S21 und S22) des Expansionsturbinengenerators 2b zurückgeblieben ist, verflüssigt werden. Das Arbeitsmedium, welches in der Kammer 21 verflüssigt worden ist, wird der Kammer S22 über den abfallenden Führungskanal C4 zugeführt und danach über die Auslassöffnung 8 nach außerhalb des Expansionsturbinengenerators 2b zusammen mit dem Arbeitsmedium ausgegeben, welches in der Kammer S22 verflüssigt worden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist außerdem die Auslassöffnung 8 gebildet, um mit der Kammer S22 und außerhalb des Expansionsturbinengenerators 2b zu kommunizieren, und sie ist z. B. unter dem Lagerunterstützungsteil 22 (das heißt, dem Bodenbereich BT) angeordnet. Zu der Zeit des Startens des Betriebs des Abwärmestromerzeugers G wird das Solenoidventil 7 gesteuert, um den Durchgang des Auslassrohrs 6 zu öffnen, wodurch das Arbeitsmedium, welches nach außerhalb des Expansionsturbinengenerators 2b ausgegeben worden ist, dem Vorratsbehälter 4 zugeführt wird.
Wie oben beschrieben ist, hat der Expansionsturbinengenerator 2b bei diesem Ausführungsbeispiel einen Aufbau, welcher sich geringfügig von dem des Expansionsturbinengenerators 2a (siehe 6) unterscheidet, welcher bei dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird. Allerdings weist bei diesem Ausführungsbeispiel ähnlich dem in der 6 gezeigten Expansionsturbinengenerator 2a der Bodenbereich BT des Expansionsturbinengenerators 2b die Auslassöffnung 8 auf, und das Auslassrohr 6 ist vorgesehen, welches die Auslassöffnung 8 des Expansionsturbinengenerators 2b und den Vorratsbehälter 4 verbindet. Daher kann das Arbeitsmedium, welches innerhalb des Expansionsturbinengenerators 2b verflüssigt worden ist, einfach nach außerhalb des Expansionsturbinengenerators 2b ausgegeben werden. Da außerdem das Solenoidventil 7, welches den Durchgang des Auslassrohrs 6 öffnet oder schließt, bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, kann der Verlust während des Betriebs des Abwärmestromerzeugers G verringert werden.
Vorstehend sind die Abwärmestromerzeuger für die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben worden, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche beschränkt. Die Gestalt, die Kombination oder dergleichen von jedem in diesen Ausführungsbeispielen gezeigten Bauteil ist nur veranschaulichend und Hinzufügungen, Auslassungen, Ersetzungen, oder sonstige Änderungen an dem Aufbau können innerhalb des Umfangs angepasst werden, ohne von dem Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Zum Beispiel ist bei diesen Ausführungsbeispielen das andere Ende des Auslassrohrs 6 mit dem Vorratsbehälter 4 verbunden, aber das andere Ende des Auslassrohrs 6 kann mit einem Kanal zwischen dem Verdichter 3 und der Pumpe 5 (z. B. einem Auslassteil des Verdichters 3 oder einem Einlassteil der Pumpe 5) verbunden sein. Außerdem kann der Vorratsbehälter 4 weggelassen werden, wenn er nicht notwendig ist.
Bei diesen Ausführungsbeispielen wird das Solenoidventil 7 als die Ventilvorrichtung verwendet, welche den Durchgang des Auslassrohres 6 öffnet oder schließt, aber ein anderes Ventil als ein Solenoidventil (z. B eine mechanische Ventilvorrichtung) kann verwendet werden. Weiterhin kann die vorliegende Erfindung für einen Aufbau mit einem Radialturbinengenerator wie einem Kreiselexpansionsturbinengenerator oder einem Diagonalflussexpansionsturbinengenerator als Energieerzeugungseinrichtung verwendet werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann für einen Abwärmestromerzeuger angewendet werden, welcher elektrische Energie mittels Abwärmeenergie erzeugt.
Bezugszeichenliste

1: Verdampfer
2, 2a, 2b: Expansionsturbinengenerator (Stromerzeugungsvorrichtung)
3: Verdichter
4: Vorratsbehälter
5: Pumpe
6: Auslassöffnung
7: Solenoidventil (Ventilvorrichtung)
8: Auslassöffnung
11: Laufrad
12: Generator
13: Drehwelle
15: Gehäuse
BT: Bodenbereich
C1, C4: Führungskanal
G: Abwärmestromerzeuger
H2: Kommunikationsöffnung
S1, S2: Kammer

Claims

Abwärmestromerzeuger aufweisend: einen Verdampfer, welcher ausgestaltet ist, Abwärmeenergie zu sammeln und Dampf eines Arbeitsmediums zu erzeugen, eine Stromerzeugungsvorrichtung, welche ausgestaltet ist, beim Expandieren des Dampfes elektrische Energie zu erzeugen, einen Verdichter, welcher ausgestaltet ist, den Dampf zu verdichten, welcher die Stromerzeugungsvorrichtung durchlaufen hat, eine Pumpe, welche ausgestaltet ist, das Arbeitsmedium, welches bei dem Verdichter verdichtet worden ist, an den Verdampfer weiterzuleiten, wobei ein Bodenbereich der Stromerzeugungsvorrichtung eine Auslassöffnung aufweist, welche ausgestaltet ist, das Arbeitsmedium, welches innerhalb der Stromerzeugungsvorrichtung verflüssigt worden ist, nach außerhalb davon auszugeben, und ein Auslassrohr vorgesehen ist, bei dem ein Ende davon mit der Auslassöffnung verbunden ist, welche in der Stromerzeugungsvorrichtung gebildet worden ist, und ein anderes Ende davon in einem Kanal für das Arbeitsmedium zwischen dem Verdichter und der Pumpe angeordnet ist.
Abwärmestromerzeuger nach Anspruch 1, wobei eine Ventilvorrichtung vorgesehen ist, um einen Durchgang in dem Auslassrohr zu öffnen oder zu schließen.
Abwärmestromerzeuger nach Anspruch 2, wobei die Ventilvorrichtung ausgestaltet ist, um den Durchgang in dem Auslassrohr zu der Zeit, wenn der Betrieb gestartet wird, zu öffnen und den Durchgang während des Betriebes zu schließen.
Abwärmestromerzeuger nach Anspruch 1, wobei die Stromerzeugungsvorrichtung aufweist: ein Laufrad, welches ausgestaltet ist, drehend von dem Dampf angetriebenen zu werden, einen Generator, welcher ausgestaltet ist, elektrische Energie zu erzeugen, indem er von der Drehantriebskraft des Laufrads angetrieben wird, eine Drehwelle, welche ausgestaltet ist, um die Drehantriebskraft von dem Laufrad auf den Generator zu übertragen, ein Gehäuse, welches eine erste Kammer mit dem Laufrad, eine zweite Kammer mit dem Generator und eine Kommunikationsöffnung aufweist, welche ausgestaltet ist, das verflüssigte Arbeitsmedium von der ersten Kammer zu der zweiten Kammer zu leiten.
Abwärmestromerzeuger nach Anspruch 4, wobei die zweite Kammer des Gehäuses einen Führungskanal aufweist, welcher ausgestaltet ist, das Arbeitsmedium, welches innerhalb der Stromerzeugungsvorrichtung verflüssigt worden ist, an den Bodenbereich zu leiten.
Abwärmestromerzeuger nach Anspruch 5, wobei der Führungskanal angeordnet ist, um von einem oberen Ende zu einem unteren Ende der zweiten Kammer in einem Zustand zu führen, bei dem die Stromerzeugungsvorrichtung so angeordnet ist, dass die Drehwelle parallel zu einer vertikalen Richtung ist.
Abwärmestromerzeuger nach Anspruch 5, wobei der Führungskanal angeordnet ist, um an einem Boden der zweiten Kammer in einem Zustand geneigt zu sein, bei dem die Stromerzeugungsvorrichtung so angeordnet ist, dass die Drehwelle parallel zu einer horizontalen Richtung ist.
Abwärmestromerzeuger nach Anspruch 1, wobei eine Speichereinheit zum Speichern des Arbeitsmediums in dem Kanal zwischen dem Verdichter und der Pumpe vorgesehen ist, und das andere Ende des Auslassrohres mit der Speichereinheit verbunden ist.