JP2005256752A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油系統には作動媒体が入り込んでくることを前提に、潤滑油系統からの作動媒体の分離、作動媒体系への回収ができる機能を具備する発電装置を提供すること。
【解決手段】蒸気発生器３１にて外部熱源からの熱で発生した作動媒体蒸気を、膨張機２０に導き発電機１０を駆動し、凝縮器３２にて外部からの冷却媒体にて冷却して凝縮させ、該凝縮作動媒体液を作動媒体循環ポンプ３３にて蒸気発生器３１に送り込むように構成した発電装置３０において、膨張機２０のロータと発電機１０のロータとを同一軸に取付け、該発電機内に該発電機のロータの両側を支持する潤滑油軸受を設け、潤滑油が循環する潤滑油系統に、潤滑油タンク２４と潤滑油循環ポンプ２５を設け、潤滑油タンク２４底部と凝縮器３２とを接続し、潤滑油タンク中間高さと潤滑油循環ポンプ２５の吸込口とを接続した。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱エネルギーを電力に変換する発電装置に係り、特に膨張機（蒸気タービン）、発電機の潤滑油系に特徴を有する発電装置に関するものである。

蒸気発生器、凝縮器、膨張機（蒸気タービン）、これらを結ぶ配管経路、該配管経路に封入した作動媒体、及び膨張機により駆動される発電機を具備し、蒸気発生器にて外部熱源からの熱で発生した作動媒体蒸気を、膨張機に導き発電機を駆動し、該作動媒体蒸気を蒸気凝縮器にて外部からの冷却媒体にて冷却して凝縮させ、該凝縮作動媒体液を作動媒体循環ポンプにて蒸気発生器に送り込むように構成した発電装置において、膨張機、発電機の軸受には、通常潤滑油を用いて潤滑する軸受が使用され、潤滑油は潤滑油系統により循環させて使用している。この潤滑油系統に作動媒体が入り込んでくると、潤滑油系統から潤滑油が溢れ出すような事態も発生するので、作動媒体系と潤滑油系との分離を精密な隙間管理やラビリンス等で行っているが、これらを完全に分離することはできなかった。

特開平１１−２２３１０６号公報

このように、作動媒体系統と潤滑油系統とを分離していても、起動時或いは停止時に、潤滑油と作動媒体の温度、圧力の違いにより、潤滑油系統に作動媒体が入り込んでくることがある。作動媒体は蒸気の状態で入り込んでも、冷却している発電機ステーター部で凝縮液化し、或いは装置停止中の温度低下により凝縮液化する。作動媒体の液比重が潤滑油より大きい場合、これをそのまま放置していると、次第に作動媒体液の量が増え、潤滑油系統から潤滑油が溢れ出し、潤滑油系統から潤滑油がなくなるような事態も発生する。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、潤滑油系統には作動媒体が入り込んでくることを前提に、潤滑油系統からの作動媒体の分離、作動媒体系への回収ができる機能を具備する発電装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、蒸気発生器、凝縮器、膨張機、これらを結ぶ配管経路、該配管経路に封入した作動媒体、及び膨張機により駆動される発電機を具備し、蒸気発生器にて外部熱源からの熱で発生した作動媒体蒸気を、膨張機に導き発電機を駆動し、該作動媒体蒸気を凝縮器にて外部からの冷却媒体にて冷却して凝縮させ、該凝縮作動媒体液を作動媒体循環ポンプにて蒸気発生器に送り込むように構成した発電装置において、膨張機のロータと発電機のロータとを支持する潤滑油軸受を該発電機内に設け、潤滑油が循環する潤滑油系統に、潤滑油タンクと潤滑油循環ポンプを設け、潤滑油タンク底部と凝縮器から作動媒体ポンプまでの作動媒体が流れる流路である凝縮器系とを接続し、潤滑油タンク中間高さと潤滑油循環ポンプの吸込口とを接続したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発電装置において、潤滑油タンクには液面センサーを設け、該潤滑油タンク底部と凝縮器系とを接続する配管中に液面センサーからの信号を基に制御する液面制御弁を設けたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発電装置において、潤滑油タンク底部と凝縮器系とを接続する配管を下向きに凸状の液シール管としたことを特徴とする。

一般に、潤滑油は作動媒体液より液比重が小さく、潤滑油タンク内に潤滑油と作動媒体液が存在すると、両者は若干量互いに溶解するが、全体として潤滑油が上部に、作動媒体液が下部に位置することになる。請求項１に記載の発明では、潤滑油が循環する潤滑油系統に、潤滑油タンクと潤滑油循環ポンプを設け、該潤滑油タンク底部と凝縮器系とを接続し、潤滑油タンク中間高さと潤滑油循環ポンプの吸込口とを接続することにより、潤滑油タンクの下部に位置する作動媒体液を底部から取り出して凝縮器系に戻し、潤滑油循環ポンプにより潤滑油タンク中間高さ位置から潤滑油を取り出して潤滑油系統に戻すことができる。作動媒体を取り出すタイミングとしては、潤滑油タンク内の液面が上昇した場合とする。請求項２に記載の発明では、接続する配管中に液面制御弁を設け、液面センサーからの信号を基に該液面制御弁を操作して、作動媒体を凝縮器系に戻している。また、請求項３に記載の発明では、潤滑油タンク底部と凝縮器系とを接続する配管を下向きに凸の液シール管（Ｕシール管）として、作動媒体液と潤滑油の液比重の違いにより、作動媒体を凝縮器系に戻している。

請求項１に記載の発明によれば、上記のように潤滑油が循環する潤滑油系統に、潤滑油タンクと潤滑油循環ポンプを設け、該潤滑油タンク底部と凝縮器系とを接続し、潤滑油タンク中間高さと潤滑油循環ポンプの吸込み部とを接続することにより、作動媒体を凝縮器系に戻し、潤滑油を潤滑油系に戻すことができる。従って、潤滑油系統に作動媒体が流れ込んで潤滑油が無くなるという恐れはなくなる。

請求項２に記載の発明によれば、上記のように潤滑油タンク底部と凝縮器系とを接続する配管中に液面センサーからの信号を基に制御する液面制御弁を設けたので、作動媒体を凝縮器系統に戻し、潤滑油を潤滑油系統に戻すことができる。

請求項３に記載の発明によれば、潤滑油タンク底部と凝縮器系とを接続する配管を下向きに凸の液シール管とすることにより、液比重の違いにより作動媒体を凝縮器系統に戻し、潤滑油を潤滑油系統に戻すことができる。

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１は本発明に係る発電装置に用いる発電機と膨張機（蒸気タービン）の構成を示す断面図である。図１において、１０は発電機、２０は膨張機である。発電機１０はケーシング１１内に嵌入固定されたステータ１２と該ステータ１２内を回転するロータ１３を具備している。膨張機２０はケーシング２１と、該ケーシング２１内を回転するロータ（回転翼）２２を具備する。発電機１０のロータ１３は潤滑油を用いる軸受１４、１５を介してケーシング１１内に回転自在に支持されている。発電機１０のロータ１３と膨張機２０のロータ２２は同一軸１６に取付けられ、膨張機２０のロータ２２は発電機１０側の軸受１５で支持されている。

発電機１０のロータ／ステータ室（ケーシング１１内）と膨張機２０との間のシールには、ラビリンスシール１７が用いられている。発電機１０のケーシング１１の軸受１４、１５の下方には該軸受１４、１５から滴下する潤滑油を収容する潤滑油タンク１８、１８が設けられている。該ケーシング１１の潤滑油タンク１８、１８に溜まった潤滑油及び作動媒体は配管２３を通って潤滑油タンク２４に導かれ、該潤滑油タンク２４の潤滑油層Ａ（作動媒体層Ｂの上にある）の潤滑油は潤滑油循環ポンプ２５により配管２６を通って強制的に軸受１４、１５に供給されるようになっている。該潤滑油循環ポンプ２５の吸込口は潤滑油タンク２４の中間高さに接続されている。

膨張機２０のケーシング２１の蒸気入口２１ａに作動媒体の高圧蒸気を導入することにより、ロータ（回転翼）２２が回転し、発電機１０のローター１３が回転駆動される。膨張機２０のロータ（回転翼）２２の回転に供された作動媒体蒸気は、蒸気出口２１ｂから排出され、後述の凝縮器へと送り込まれる。

図２は本発明に係る発電装置の構成例を示す図である。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。図２に示すように、本発電装置３０は、蒸気発生器３１、凝縮器３２、膨張機（蒸気タービン）２０、作動媒体循環ポンプ３３、バルブ３４、これらを結ぶ配管経路３５、該配管経路３５に封入した作動媒体、及び膨張機２０により駆動される発電機１０を具備する構成である。

上記構成の発電装置３０において、作動媒体循環ポンプ３３で作動媒体液を蒸気発生器３１に送り込む。該蒸気発生器３１で作動媒体液は外部からの廃熱源等の熱エネルギー、例えば温水３６からの熱を受け、沸騰蒸発し高圧の作動媒体蒸気となる。該作動媒体蒸気は膨張機２０に送り込まれ、ここで発電機１０を駆動し発電する。膨張機２０から排出される作動媒体蒸気は凝縮器３２に導かれ、該凝縮器３２で冷却源、例えば冷却水３７の冷熱で冷却され凝縮する。凝縮した作動媒体液は作動媒体循環ポンプ３３に吸引されてクローズドシステムを一巡する。なお、凝縮器３２の下部に作動媒体の過冷却器を設ける場合もある。

発電機１０の軸受の１４、１５（図１参照）は潤滑油で潤滑されている。該軸受１４、１５を潤滑した潤滑油はケーシング１１の底部に設けた潤滑油タンク１８、１８内に滴下し収容される。該潤滑油タンク１８、１８内には、潤滑油の他に、膨張機２０からラビリンスシール１７を通って発電機１０のケーシング１１内に漏れ、ステータ１２の冷却熱等で冷却され凝縮した作動媒体液も溜まる。油タンク１８内の作動媒体液と潤滑油は配管２３を通って、潤滑油タンク２４内に導かれる。潤滑油タンク２４内には図１に示すように、下部に作動媒体液層Ｂが、その上に潤滑油層Ａができ、両液体の界面ができる。潤滑油循環ポンプ２５で、潤滑油タンク２４内の潤滑油のみを軸受１４、１５に供給するためには、潤滑油の量を、潤滑油循環ポンプ２５の吸込口から液面制御する液面までの体積以上に保有する必要がある。液面制御は油面検出センサを設け、該油面検出センサの出力で液面制御弁４１を操作して作動媒体液を凝縮器３２に戻している。但し、潤滑油タンク２４の下面から前記液面までの体積以上に潤滑油を入れると、作動媒体系である配管３９に潤滑油が流れ込む。

上記液面制御の代りに、作動媒体液層Ｂと潤滑油層Ａの界面で作動するレベルスイッチを設け、該界面位置が潤滑油循環ポンプ２５の吸込口より下になるようにしてもよい。なお、発電機１０のケーシング１１に設けた潤滑油タンク１８の深さを充分にとれる場合は、潤滑油タンク１８に油面検出センサ４２を設け、該油面検出センサ４２の出力により液面制御弁４１を操作するようにし、潤滑油タンク２４を省略してもよい。

図３は、本発明に係る発電装置の他の構成例を示す図である。図３において、図１及び図２と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。図示するように、本発電装置３０は、潤滑油タンク２４の底部と凝縮器３２とを接続する配管３９を下向きに凸状の液シール管（Ｕシール管）４０としている。このようにＵシール管４０を用いることにより、作動媒体液と潤滑油の液比重の違いにより、作動媒体液を凝縮器３２に戻すことができる。作動媒体液の戻し位置と潤滑油循環ポンプ２５の吸込口の関係から、潤滑油量を決めることで、作動媒体液層Ｂと潤滑油層Ａの界面を潤滑油循環ポンプ２５の吸込口よりも下に位置するようにして、液面制御弁を省いている。なお、図２、図３において、発電機１０のロータ室と凝縮器３２の蒸気部を連絡管３５で接続して、均圧化を図っている。

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。

本発明に係る発電装置に用いる発電機と膨張機の構成を示す断面図である。 本発明に係る発電装置の構成例を示す図である。（実施例１） 本発明に係る発電装置の構成例を示す図である。（実施例２）

符号の説明

１０ 発電機
１１ ケーシング
１２ ステータ
１３ ロータ
１４ 軸受
１５ 軸受
１６ 軸
１７ ラビリンスシール
１８ 潤滑油タンク
２０ 膨張機（蒸気タービン）
２１ ケーシング
２２ ロータ（回転翼）
２３ 配管
２４ 潤滑油タンク
２５ 潤滑油循環ポンプ
２６ 配管
３０ 発電装置
３１ 蒸発器
３２ 凝縮器
３３ 作動媒体循環ポンプ
３４ バルブ
３５ 配管経路
３６ 温水
３７ 冷却水
３８ 配管
３９ 配管
４０ 液シール管
４１ 液面制御弁
４２ 油面検出センサ

Claims (3)

1. 蒸気発生器、凝縮器、膨張機、これらを結ぶ配管経路、該配管経路に封入した作動媒体、及び前記膨張機により駆動される発電機を具備し、前記蒸気発生器にて外部熱源からの熱で発生した作動媒体蒸気を、前記膨張機に導き前記発電機を駆動し、該膨張機からの作動媒体蒸気を前記凝縮器にて外部からの冷却媒体にて冷却して凝縮させ、該凝縮作動媒体液を作動媒体循環ポンプにて前記蒸気発生器に送り込むように構成した発電装置において、
   前記膨張機のロータ軸、前記発電機のロータ軸を支持する潤滑油軸受を該発電機内に設け、
   前記潤滑油が循環する潤滑油系統に、潤滑油タンクと潤滑油循環ポンプを設け、
   前記潤滑油タンク底部と前記凝縮器から前記作動媒体ポンプまでの前記作動媒体が流れる流路である凝縮器系とを接続し、
   前記潤滑油タンク中間高さと前記潤滑油循環ポンプの吸込口とを接続したことを特徴とする発電装置。
2. 請求項１に記載の発電装置において、
   前記潤滑油タンクには液面センサーを設け、該潤滑油タンク底部と凝縮器系とを接続する配管中に前記液面センサーからの信号を基に制御する液面制御弁を設けたことを特徴とする発電装置。
3. 請求項１に記載の発電装置において、
   前記潤滑油タンク底部と凝縮器系とを接続する配管を下向きに凸状の液シール管としたことを特徴とする発電装置。

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