JP2005264863A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電装置に外気が漏れ込み、循環する作動媒体に入り込んだとしても、外気により発電機が腐食を受けることがない発電装置を提供すること、および、作動媒体に入り込んだ外気などの不凝縮ガスを分離する機能を有する発電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】加熱媒体Ｈと熱交換することにより作動媒体Ｍを蒸発させる蒸気発生器１０と、蒸発した作動媒体を膨張させて機械的動力を得る膨張機２０と、膨張した作動媒体を、冷却媒体Ｃと熱交換して凝縮させる凝縮器４０と、凝縮器に設けられ、外部にガスを排出する抽気装置５０と、膨張機と共に密封され、膨張機によりロータを回転して交流電圧を発電する発電機３０と、ロータを収納するロータ室と、膨張機から凝縮器に至る作動媒体の流路６２あるいは凝縮器の上部とを連接する配管７１とを備える発電装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱エネルギを電力に変換する発電装置に関し、特に、外部供給源から供給される熱エネルギを用いる発電装置に関する。

作動媒体を加熱し蒸気を発生させ、蒸気のエネルギにより膨張機を駆動し、発電機で発電をする発電装置において、熱源として例えば排ガスなどの外部からの熱エネルギを利用する場合に、装置を小型化するために、アルコールなどの蒸気圧の低い作動媒体を用いる発電装置が提案されている。（特許文献１参照）

膨張機内には作動媒体が流れ、また、発電機内、特に発電を行う、ロータとステータなどの発電機部分を収納するロータ室内も一般的に作動媒体で満たされている。ロータやステータは、作動媒体によって腐食することはないが、大気に触れると酸化される鉄などの素材で製造されている。そのため、発電容量の小さな発電装置においては、作動媒体の漏洩防止および外気の漏れ込み防止のために、膨張機と発電機とを一体に密封した構造とする。
特開２０００−１１０５１４号公報（第２頁、図１）

しかし、作動媒体が常温で大気圧以下となる発電装置においては、操作ミスあるいは気密不良などで、外気が発電装置に漏れ込み、作動媒体に混入することがある。発電機と作動媒体が流れる膨張機とは、ラビリンスなどでシールされているが、ラビリンスを経由して外気が発電機のロータ室内に入り込むこともある。発電機のロータ室に外気が入り込み、排出されない状態を放置すると、発電機部分が酸化による劣化を生ずることがある。特に、ステータが腐食により損傷したまま運転を続けると、発電機が崩壊し、作動媒体の種類によっては爆発を起こす危険性もある。また、作動媒体中に外気あるいは熱交換器類の鋼材の腐食により生じたガスなどの不凝縮ガスが混在すると、特に大気圧より低い圧力で運転される場合に、凝縮器に集まるので、同一量（モル数）の不凝縮ガスが混入しても凝縮伝熱に与える影響が大きくなる。

そこで本発明は、発電装置に外気が漏れ込み、循環する作動媒体に入り込んだとしても、外気により発電機が腐食を受けることがない発電装置を提供すること、および、作動媒体に入り込んだ外気などの不凝縮ガスを分離する機能を有する発電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る発電装置は、例えば図１に示すように、加熱媒体Ｈと熱交換することにより作動媒体Ｍを蒸発させる蒸気発生器１０と；蒸発した作動媒体Ｍを膨張させて機械的動力を得る膨張機２０と；膨張した作動媒体Ｍを、冷却媒体Ｃと熱交換して凝縮させる凝縮器４０と；凝縮器４０に設けられ、外部にガスを排出する抽気装置５０と；膨張機２０と共に密封され、膨張機２０によりロータ３１（図２参照）を回転して交流電圧を発電する発電機３０と；ロータ３１を収納するロータ室３６と、膨張機２０から凝縮器４０に至る作動媒体Ｍの流路６２とあるいは凝縮器４０の上部とを連接する配管７１とを備える。

このように構成すると、ロータ室に外気が入り込んでも、圧力のより低い凝縮器との間に配管が連接されるので、外気は、凝縮器に吸引され、ロータ室内に留まることがない。配管は、凝縮器ではなく、膨張機から凝縮器に至る作動媒体の流路に接続しても、圧力が低いので、ロータ室内から外気を吸引する。したがって、ロータやステータなどのロータ室内の発電機部分が酸化することがなく、劣化などの損傷を受けることが防止される。なお、「ロータ室と凝縮器の上部とを連接する」とは、ロータ室内と凝縮器内を連接し、凝縮器の上部に接続していることをいい、例えばロータ室を冷却するためにロータ室の外部に接続しているだけの配管は含まない。また、「凝縮器の上部」とは、凝縮器において、凝縮した作動媒体が液として通常運転で貯留する最高液面より高い位置をいう。

請求項２に記載の発明に係る発電装置は、例えば図１に示すように、請求項１に記載の発電装置において、配管７１に、気液分離器７３を備える。

このように構成すると、ガスに随伴してロータ室から凝縮器に向けて配管を流れる潤滑油が、気液分離器で捕捉される。よって、作動媒体中に潤滑油が混入することが防止され、また、潤滑油の減少が防止される。

また、請求項３に記載の発明に係る発電装置は、例えば図３に示すように、加熱媒体Ｈと熱交換することにより作動媒体Ｍを蒸発させる蒸気発生器１０と；蒸発した作動媒体Ｍを膨張させて機械的動力を得る膨張機２０と；膨張した作動媒体Ｍを、冷却媒体Ｃと熱交換して凝縮させる凝縮器４０と；膨張機２０と共に密封され、膨張機２０によりロータを回転して交流電圧を発電する発電機３０と；凝縮した作動媒体Ｍを蒸気発生器１０に移送する作動媒体ポンプ６０と；凝縮器４０からガスを吸引する吸引移動装置１０１と；吸引移動装置１０１で吸引されたガスを貯留する抽気タンク１１１、１１３とを備える。

このように構成すると、作動媒体中に漏れ込んだ外気等の不凝縮ガスは、圧力の最も低くなる凝縮器に凝集し、また外気は凝縮することなくガスとして凝集するので、作動媒体が蒸発・膨張・冷却・凝縮される作動媒体循環系から不凝縮ガスが分離され、抽気タンクに集積される。

また、請求項４に記載の発明に係る発電装置は、例えば図３に示すように、請求項３に記載の発電装置において、吸引移動装置１０１が、作動媒体ポンプ６０から吐出される作動媒体Ｍで駆動されるエジェクタである。

このように構成すると、エジェクタによりガスが吸引されるので、ガスを吸引するためのポンプ等を備える必要がなく、エネルギ消費を抑えることができる。

また、請求項５に記載の発明に係る発電装置は、例えば図３に示すように、請求項３または請求項４に記載の発電装置において、抽気タンク１１１の下部と、凝縮器４０から作動媒体ポンプ６０に至る作動媒体Ｍの流路６３あるいは凝縮器４０の下部とを連接する配管１１８を備える。

このように構成すると、不凝縮ガスと共に吸引された作動媒体が抽気タンク内で凝縮し、凝縮した作動媒体が作動媒体循環系に戻される。また、吸引移動装置をエジェクタとした場合に、エジェクタの駆動液として用いた作動媒体も作動媒体循環系に戻される。

本発明による発電装置によれば、発電装置に外気が漏れ込み、循環する作動媒体に入り込んだとしても、外気を抽気し、外気により発電機が腐食を受けることがない発電装置を提供することができ、また、作動媒体に入り込んだ外気などの不凝縮ガスを分離する機能を有する発電装置を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一または相当する装置等には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

先ず、図１のブロック図を参照して、本発明の第１の実施の形態である発電装置１の構成について説明する。図１は、発電装置１のシステム構成を表すブロック図である。発電装置１は、加熱媒体Ｈと熱交換することにより作動媒体Ｍを蒸発させる蒸気発生器１０と、蒸発した作動媒体Ｍを膨張させて機械的動力を得る膨張機２０と、膨張した作動媒体Ｍを、冷却媒体Ｃと熱交換して凝縮させる凝縮器４０とを備える。凝縮器４０には、その中に凝集したガスを外部に排出する抽気装置５０が設けられる。ここで、作動媒体Ｍは、ジクロロトリフルオロエタンＲ１２３、フッ化アルコールとするのが低温（約４０℃）で蒸発するので好ましいが、これらに限られることはなく、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、アルコールでもよく、水でもよい。また、加熱媒体Ｈは、作動媒体Ｍを蒸発させる熱を有していればよく、焼却炉の排ガスなどでよい。特に、加熱媒体Ｈとして２００〜４００℃程度のの焼却炉の排ガスあるいは１００〜１５０℃程度のの排温水などの比較的低温の熱源を用いるときには、低温で蒸発する作動媒体Ｍが適している。また、冷却媒体Ｃは、作動媒体Ｍを凝縮させるための低温であればよく、冷却水などが用いられる。

発電装置１には、蒸気発生器１０から膨張機２０への作動媒体Ｍの流路としての配管６１と、膨張機２０から凝縮器４０への作動媒体Ｍの流路としての配管６２と、凝縮器４０から蒸気発生器１０への作動媒体Ｍの流路としての配管６３とが敷設される。配管６１には、仕切弁６５が配設される。また、配管６３には、作動媒体ポンプ６０および作動媒体ポンプ６０の吐出側にチェッキ弁６６が配設される。更に、配管６３には、蒸気発生器１０に入る作動媒体Ｍを加熱媒体Ｈで加熱する予熱器１１も配設されるが、予熱器１１は配設されなくてもよい。蒸気発生器１０と仕切弁６５の間の配管６１から分岐配管６４が凝縮器４０に接続され、分岐配管６４上には、仕切弁６７が配設される。

膨張機２０には、膨張機２０と共に密封され、膨張機２０によりロータ３１（図２参照）を回転して交流電圧を発電する発電機３０が接続する。発電機３０には、潤滑油を循環する潤滑油配管８１が連接し、潤滑油配管８１には潤滑油ポンプ８０が配設される。また、潤滑油ポンプ８０の吐出側に熱交換器７９が配設され、凝縮器４０を出た作動媒体Ｍと熱交換をする。すなわち、凝縮器４０と作動媒体ポンプ６０の間の配管６３に、作動媒体Ｍを取り出す配管７６が接続する。

配管７６は、ポンプ７５を有し、ポンプ７５から熱交換器７９に至る。熱交換器７９から、発電機３０の周囲を経由して凝縮器４０に至る。なお、配管７６は、配管として発電機３０の周囲に張り巡らされずに、発電機３０の周囲にジャケットを形成し、ジャケット中を作動媒体Ｍが流れる構成としてもよい。ここで、配管７６は、発電機３０のロータ室３６の周囲に張り巡らされあるいはロータ室３６の周囲に形成されたジャケットに接続しても、ロータ室と接続するものではない。また、配管７６は、配管６３の作動媒体ポンプ６０の吐出側から分岐してもよい。その場合には、ポンプ７５が不要になるが、調整弁を用いて配管７６に流れる作動媒体Ｍの流量を調整する。

蒸気発生器１０と仕切弁６５の間の配管６１からは、配管６８が分岐し、ロータ室３６に接続する。配管６８には、仕切弁６９が配設される。なお、配管６８と分岐管６４とは、配管６１上においていずれが上流側（蒸気発生器１０側）であってもよい。

ここで、図２の部分断面図を参照して、膨張機２０と発電機３０の構造を説明する。膨張機２０は、蒸気発生器１０で加熱され蒸発した作動媒体Ｍを導入する吸気ノズル２３と、羽根車２１と、膨張して羽根車２１を回転させた作動媒体Ｍが流出する吐出ノズル２４を備える。羽根車２１は、シャフト２２により回動自在に支承されている。シャフト２２は、発電機３０内へ嵌入しており、発電機３０内で、２つのベアリング３３、３４により支承されている。ベアリング３３、３４の間のシャフト２２に、ロータ３１が固定される。ロータ３１の廻りには、ロータ３１と接触しない位置に、ステータ３２が配設されて、ロータ３１の回動により発電する。ロータ３１とステータ３２およびベアリング３３、３４は、膨張機２０とは仕切られた空間であるロータ室３６に収納されている。ロータ室３６と膨張機２０との仕切をシャフト２２が貫通する部分は、ラビリンス３５によりシールされ、作動媒体Ｍが膨張機２０からロータ室３６に流入しない構造となっている。潤滑油配管８１は、ロータ室３６の下部に設けられた潤滑油溜から潤滑油Ｌを抽出し、潤滑油ポンプ８０で圧送し、ベアリング３３、３４に潤滑油Ｌを供給する。ベアリング３３、３４に供給された潤滑油Ｌは、ベアリング３３、３４から潤滑油溜に滴下し、貯留される。ロータ室３６の上部には、配管７１が接続される。

図１に戻って、発電装置１の説明を続ける。配管７１は、発電機３０のロータ室３６から凝縮器４０の上部に接続する。配管７１上には、気液分離器７３が配設される。気液分離器７３から、配管７４が発電機３０に接続され、分離された液成分（潤滑油）を発電機３０に戻す構成となっている。また、配管７１上には、仕切弁７２が配設される。図１では、気液分離器７３が仕切弁７２の上流側（ロータ室３６側）に配設されているが、順序は逆でもよい。なお、配管７１は、凝縮器４０の上部ではなく、配管６２に接続してもよい。

凝縮器４０は、膨張機２０を出た作動媒体Ｍを収容する容器であり、作動媒体Ｍを冷却管を流れる冷却媒体Ｃで冷却する熱交換器でもある。冷却された作動媒体Ｍは凝縮し、液体となって、凝縮器４０の下部に貯留する。

凝縮器４０には、抽気装置５０が備えられる。抽気装置５０は、不凝縮ガスを抽気をするための真空ポンプ５２と抽気されるガスを冷却する冷却器５１を備え、凝縮器４０から冷却器５１、真空ポンプ５２を抽気配管５３が接続する。ここで、不凝縮ガスとは、作動媒体Ｍと異なり、所定の温度圧力となっても凝縮することなく、作動媒体として作用しないガスをいい、フランジ接続部などから漏れ込んだ外気や熱交換器類の鋼材の腐食などにより生じたガスなどである。冷却器５１には、凝縮器４０に流入する冷却媒体Ｃの流路９５から分岐した配管９７が接続し、また、冷却器５１から出た冷却媒体Ｃを、凝縮器４０から流出する冷却媒体Ｃの流路９６に戻す配管９８が接続する。更に、冷却器５１の下端から凝縮器４０の抽気配管が接続するより下部に至る配管５４が接続する。なお、冷却器５１に導入する冷却媒体Ｃは、配管９５ではなく、別のルートで導入してもよく、また、冷却媒体Ｃとは異なる冷却媒体を用いてもよい。

凝縮器４０の下部に貯留する液体の作動媒体Ｍは、配管６３を通って、予熱器１１を経由して、蒸気発生器１０に送られる。予熱器１１は、凝縮器４０から流出した作動媒体Ｍと加熱媒体Ｈとの熱交換器である。加熱媒体Ｈは、蒸気発生器１０に加熱媒体Ｈを送る配管９１から分岐した配管９３を通って予熱器１１に送られる。また、予熱器１１から、蒸気発生器１０から流出する加熱媒体Ｈの配管９２に、配管９４が接続される。

蒸気発生器１０は、作動媒体Ｍを蒸発させる容器で、加熱媒体Ｈで作動媒体Ｍを加熱する熱交換器でもある。配管６３から導入された液体の作動媒体Ｍを蒸気発生器１０に貯留し、作動媒体Ｍが貯留する位置に、加熱媒体Ｈが流れる加熱管を配設し、熱交換をして、作動媒体Ｍを加熱し、蒸発させる。

続いて、図１のブロック図を参照して、発電装置１の作用について説明する。凝縮器４０で凝縮し、液として貯留する作動媒体Ｍは作動媒体ポンプ６０により吸い込まれ配管６３を通って予熱器１１に送られる。なお、チェッキ弁６６は、作動流体Ｍが逆流するのを防止する。排ガスなどの高温の加熱媒体Ｈは配管９１より発電装置１に流入する。加熱媒体Ｈは、その一部が配管９３を通って予熱器１１に送られる。予熱器１１では、高温の加熱媒体Ｈにより、作動媒体Ｍは加熱される。しかし予熱器１１では、作動媒体Ｍの温度が上昇するだけで、蒸発することはない。

予熱器１１で加熱され温度が上昇した作動媒体Ｍは、蒸気発生器１０に送られる。蒸気発生器１０には、配管９１を通って流入した加熱媒体Ｈが加熱管を流れている。蒸気発生器１０において、作動媒体Ｍは、加熱管を流れる加熱媒体Ｈにより加熱され、蒸発する。作動媒体Ｍとしてへプタンを用いた場合、通常蒸気発生器１０で温度８０℃、圧力５７ｋＰａ程度の蒸気とされる。

蒸発した作動媒体Ｍは、配管６１を通って、膨張機２０に流入する。膨張機２０で作動媒体Ｍは膨張し、羽根車２１（図２参照）を回動させる。すなわち、作動媒体Ｍが膨張することにより、機械的動力に変換される。羽根車２１が回動することによりシャフト２２（図２参照）が回動し、ロータ３１（図２参照）が回動する。その結果、ステータ３２（図２参照）に電流が流れる。なお、作動媒体Ｍは、ラビリンス３５（図２参照）によりシールされるため、ロータ室３６（図２参照）には基本的に流れない。作動媒体としてへプタンを用いた場合、通常膨張機２０の出口で圧力１２ｋＰａ程度の蒸気になる。

膨張機２０を出た作動媒体Ｍは、配管６２を通って、凝縮器４０へ送られる。凝縮器４０では、冷脚媒体Ｃが配管９６から冷却管に流れ、作動媒体Ｍを冷却する。作動媒体Ｍは、冷却されることにより凝縮し、凝縮した液体は、凝縮器４０の下部に貯留される。貯留した液が滞留する部分は、凝縮器４０の下部であり、冷却管は液面より上方に配設され、蒸気の作動媒体Ｍを冷却し、凝縮させる。作動媒体としてへプタンを用いた場合、凝縮器４０内は、凝縮されることにより、温度４０℃、圧力１２ｋＰａ程度となり、作動媒体Ｍは凝縮する。凝縮器４０に貯留された作動媒体Ｍは、再び、作動媒体ポンプ６０に吸い込まれることにより、発電装置１内を循環する。

以上説明した、作動媒体Ｍの循環において、作動媒体Ｍは大気圧より低い圧力となっている。そのため、機器や配管の接続不良があった場合には、作動媒体Ｍが漏れ出すのではなく、外気が漏れ込んでしまう。漏れ込んだ外気などの不凝縮ガスは、圧力の低い凝縮器４０内に集積し、そこで滞留する。そこで、滞留した不凝縮ガスを抽気装置５０で系外へ排除する。凝縮器４０の内圧が大気圧より低いので、真空ポンプ５２により抽気する。特に不凝縮ガスが集まり易い、作動媒体Ｍが凝縮器４０へ導入され冷却媒体と接触する冷却管の周囲から抽気するのがよい。すなわち、抽気配管５３は、冷却管の近傍で開口し、吸引ノズルを構成するのがよい。抽気配管５３に吸引されたガスには、作動媒体Ｍの蒸気も混在する。そこで、冷却器５１にて、吸引されたガスを冷却する。冷却器５１には、配管９５から分岐した配管９７を通って冷却媒体Ｃが導入され、冷却媒体Ｃにより吸引されたガスが冷却される。冷却されることにより、吸引されたガス中の作動媒体Ｍの蒸気は凝縮し、液体となって、配管５４を流下し凝縮器４０に戻される。作動媒体Ｍを除去されたガスが、冷却器５１を通過して、真空ポンプ５２により排出される。そのため、作動媒体Ｍを減少させずに、不凝縮ガスだけを排出することができる。

分岐配管６４は、起動運転などで、膨張機２０の羽根車を回動することなく作動媒体Ｍを発電装置１内で循環するときに、作動媒体Ｍを流通するための配管である。すなわち、通常運転中には使用されず、仕切弁６７を閉とし、仕切弁６５が開とされている。分岐配管６４に作動媒体Ｍを流通するときには、仕切弁６５を閉とし、仕切弁６７を開とする。また、配管６８について、通常運転時には基本的に流体は流れない。すなわち、仕切弁６９は閉じられている。配管６８の作用については、起動運転のところで説明する。

次に、配管７６は、作動媒体Ｍを発電機３０に送り、冷却するための配管である。すなわち、凝縮器４０で冷却され凝縮した作動媒体Ｍの温度は、４０℃であり、ロータ３２（図２参照）の回動により発熱する発電機３０を冷却する。ポンプ７５により凝縮器４０に貯留される作動媒体Ｍを吸い込み、発電機３０の周囲に張り巡らされた配管７６あるいは発電機３０の周囲に形成されたジャケット中に作動媒体Ｍを流通することにより、発電機３０を冷却する。発電機３０を冷却し、温度が上昇した作動媒体Ｍは、凝縮器４０に送られ、膨張機２０から送られた蒸気の作動媒体Ｍと一緒に冷却され、液として貯留される。

配管７６には、熱交換器７９が配設される。熱交換器７９は、作動媒体Ｍで潤滑油Ｌを冷却するための熱交換器である。潤滑油Ｌは、発電機３０のベアリング３３、３４（図２参照）を潤滑している。

ここで、図１および図２を参照して、発電機３０内に漏れ込んだ不凝縮ガスについて説明する。前述のように、発電機３０内には蒸気の作動媒体Ｍが充満しており、循環する作動媒体Ｍは、ラビリンス３５によりシールされ、基本的には発電機３０のロータ室３６内には入り込まない。しかし、ラビリンス３５を通過して、僅かな作動媒体Ｍがロータ室３６に漏れ込む。作動媒体Ｍには、不凝縮ガスが混入していることもあり、その結果として、ロータ室３６内に不凝縮ガスが集積することもある。ロータ室３６と凝縮器４０とは、配管７１により連接されている。ロータ室３６内は、膨張機２０における作動媒体Ｍの圧力と同じになる。ここで、膨張機２０において、作動媒体Ｍの圧力は、例えば、５７ｋＰａから１２ｋＰａに、減少するが、ロータ室３６内の圧力は、変動する圧力の中間的な圧力になっている。よって、凝縮器４０の方が低圧であるため、ロータ室３６内から凝縮器４０に向けて作動媒体Ｍおよび混在する不凝縮ガスが流れる。作動媒体Ｍが流れるために、配管７１は凝縮器４０で貯留する液の液面より上方に接続する。好ましくは、配管６２が接続する位置と同じあるいはそれ以上の高さとする。配管７１が配管６２に接続されても、ロータ室３６内の方が、膨張機２０の出口の圧力（変動する圧力の最低側）と同じ配管６２内の圧力より高いので、ロータ室３６内から配管６２に向けて作動媒体Ｍおよび混在する不凝縮ガスが流れる。なお、配管７１上の仕切弁７２は、通常運転時は開かれている。

なお、ロータ室３６内では、潤滑油Ｌがベアリング３３、３４に供給されており、ベアリング３３、３４は高速で回転しているので、潤滑油Ｌが飛散する。飛散した潤滑油Ｌも作動媒体Ｍに随伴して配管７１に流れ込む。そこで、配管７１上の気液分離器７３にて、液体の潤滑油Ｌが分離され、配管７４を通って、ロータ室３６内に戻される。

凝縮器４０に流れた不凝縮ガスを含む作動媒体Ｍは、膨張機２０から送られた作動媒体Ｍと一緒に冷却され、液として貯留される。また、不凝縮ガスは、抽気装置５０により、系外へ排出される。

続いて、発電装置１の起動運転について説明する。起動運転においては、蒸気発生器１０から送出される作動媒体Ｍの温度・圧力が所定の値（例えば、温度が運転温度−１０℃）に達しないと、膨張機２０で羽根車（図２参照）をまわし、発電を開始することができないので、作動媒体Ｍを膨張機２０には流さずに、早く所定の温度・圧力に上昇させる。そのため、仕切弁６５を閉じる。その上で、仕切弁６７を開いて、作動媒体Ｍを凝縮器４０に導いて循環させてもよいし、あるいは、仕切弁６７も閉じて作動媒体Ｍを循環させずに加熱してもよい。なお、この間は、凝縮器４０に冷却媒体Ｃを導入せずに運転し、作動媒体Ｍの温度上昇を速める。

運転停止中は、仕切弁６９および仕切弁７２は閉じ、ロータ室３６内に外気等が混入することを防止している。しかし、外気等の不凝縮ガスが僅かに集積することもある。そこで、起動時に、仕切弁６９および仕切弁７２を開き、作動媒体Ｍを配管６８からロータ室３６を通って配管７１そして凝縮器４０と流通させ、ロータ室３６内の外気を強制掃気する。この起動時の強制掃気の間は、シャフト２１およびロータ３１（図２参照）は回動していないので、潤滑油Ｌを循環させる必要はない。そのために、この強制掃気においては、配管７１に流れる作動媒体Ｍ中に潤滑油Ｌが混入することがない。所定の時間（例えば１分間）、あるいは、蒸気発生器１０から送出される作動媒体Ｍの温度・圧力が所定の値（例えば、温度が運転温度−５℃）になるまでの間、この作動媒体Ｍの流通を行う。その後、仕切弁６９と仕切弁７２を閉じ、通常運転中に定期的に仕切弁６９と仕切弁７２とを開いて、強制的に掃気を行う。あるいは、通常運転中に仕切弁６９を閉じ、仕切弁７２は開いたままとし、前述のとおり、ラビリンス３５（図２参照）から漏れ込む不凝縮ガスを含む作動媒体Ｍを凝縮器４０に送ってもよい。

発電装置１においては、ロータ室３６と、凝縮器４０の上部あるいは配管６２との間に配管７６が敷設されるので、外気が発電機３０に漏れこんでも、ロータ室３６から作動粒体Ｍと共に凝縮器４０に流れ、凝縮器４０から抽気装置５０により系外へ排出される。また、蒸気発生器１０から膨張機２０に至る配管６１より分岐し、ロータ室３６に至る配管６８が敷設されるので、起動運転時にロータ室３６内を強制掃気することができる。したがって、ロータ室３６内に外気が集積することがなく、ロータ３１、ステータ３２などの腐食が防止される。また、作動媒体Ｍ中に漏れ込んだ不凝縮ガスは、抽気装置５０により系外へ排除される。

続いて、図３のブロック図を参照して、本発明の第２の実施の形態である発電装置１００の構成について説明する。図３は、発電装置１００のシステム構成を表すブロック図である。発電装置１００の基本構成は、発電装置１（図１参照）と類似しており、同一の機器には同一の番号を付し、重複した説明は省略する。発電装置１００では、抽気装置５０（図１参照）に代わり、吸引移動装置としてのエジェクタ１０１、抽気タンク１１１、１１３および真空ポンプ１１５を備えている。

エジェクタ１０１は、作動媒体ポンプ６０の吐出側の配管６３から分岐した配管１０２、凝縮器４０中の冷却媒体Ｃが流れる冷却管の近くに開口する配管１０３およびエジェクタ１０１と抽気タンク１１１とを連接する配管１０４とに接続している。ここで、配管１０３の開口位置は、凝縮器４０に貯留する液の液面より上方（凝縮器４０の上部）である。すなわち、配管１０３は、蒸気としての作動媒体Ｍ中に開口する。配管１０２を作動媒体ポンプ６０の吐出側の配管６３から分岐することにより、作動媒体ポンプ６０で加圧された作動媒体をエジェクタ１０１の駆動に用いることができるが、配管１０２を凝縮器４０の下部（液が貯留する部分）あるいは配管６３の作動媒体ポンプ６０の吸込側に接続し、配管１０２にポンプを設置してもよい。このようにすると、エジェクタ１０１の運転を、蒸気発生器１０等の運転と別に行うことができる。配管１０３には、チェッキ弁１０５が配設される。チェッキ弁１０５を配設すると、凝縮器４０からエジェクタ１０１への流れの逆流を防止することができるが、チェッキ弁１０５は配設されなくてもよい。

発電装置１００では、２基の抽気タンク１１１、１１３を備えるが、抽気タンクは１基でもよいし、３基以上備えていてもよい。２基の抽気タンク１１１、１１３の間は、配管で連接され、該配管には仕切弁１１２が配設される。また、抽気タンク１１１には液面計１１６が設置される。抽気タンク１１１下部から凝縮器４０へ配管１１８が接続される。凝縮器４０において配管１１８が接続される位置は、抽気タンク１１１下部よりも低い位置とすると、抽気タンク１１１で凝縮した作動媒体Ｍが凝縮器４０へ流れるので、好ましい。配管１１８は、途中にＵ字管を有し、液シールする構成とする。なお、液シールではなく、仕切弁を配設してもよい。また、配管１１８は、凝縮器４０と接続せずに、配管６３の凝縮器４０と作動媒体ポンプ６０との間に接続してもよい。配管１１８のＵ字管には、液面計１１７が設置される。抽気タンク１１１には、冷却媒体Ｃの配管１１９が接続される。すなわち、抽気タンク１１１内を冷却媒体Ｃにより冷却する。なお、配管１１９は、凝縮器４０に至る冷却媒体Ｃの配管９５、９６から分岐してもよいし、他から冷却媒体Ｃを搬送してもよい。あるいは、冷却媒体Ｃ以外の冷却媒体を流通してもよい。

抽気タンク１１３と真空ポンプ１１５の吸込口と間は、配管で連接され、該配管には仕切弁１１４が配設される。真空ポンプ１１５の吐出側は、大気に開放される。

不凝縮ガスは、発電装置１００のシステムで最も低圧となる凝縮器４０に集まり、その中でも、低温の冷却媒体Ｃと接触する冷却管の周囲に集まる。そこで、冷却管の近くに開口した配管１０３を介して、不凝縮ガスを含む作動媒体Ｍを吸引し、不凝縮ガスを循環する作動媒体Ｍから分離する。作動媒体ポンプ６０で加圧された作動媒体Ｍは、配管１０２を通ってエジェクタ１０１内で小口のノズル１０１ａから噴出される。エジェクタ１０１では、ノズル１０１ａから噴出される作動媒体Ｍにより、圧力が低下し、配管１０３を介して凝縮器４０から不凝縮ガスを含む作動媒体Ｍを吸引する。このように、作動媒体ポンプ６０で加圧された作動媒体Ｍで駆動されるエジェクタ１０１により凝縮器４０から不凝縮ガスを含む作動媒体を吸引するので、吸引するためのポンプ等を備える必要がなく、エネルギ消費を抑えることができる。更に、エジェクタ１０１が作動媒体Ｍで駆動し、後述のように、作動媒体Ｍはエジェクタ１０１を流れた後に抽気タンク１１１で凝縮され凝縮器４０に戻されるので、作動媒体Ｍの減少も防ぐことができる。

エジェクタ１０１を出た不凝縮ガスを含む作動媒体Ｍは、配管１０４を通って、抽気タンク１１１に送られる。抽気タンク１１１では、冷却媒体Ｃにより不凝縮ガスを含む作動媒体Ｍが冷却されることにより、作動媒体Ｍは凝縮し、抽気タンク１１１の下部に流れる。抽気タンク１１１の下部に流れた作動媒体Ｍは、配管１１８により凝縮器４０に戻される。ここで、配管１１８がＵ字管により液シールされているので、凝縮器４０から抽気タンク１１１への作動媒体Ｍの逆流は生じない。特に、発電装置１００の運転停止中においても、液シールにより外気が作動媒体Ｍの循環系に入り込むことがない。不凝縮ガスは、抽気タンク１１１に集積される。ここで、抽気タンク１１３との間の仕切弁１１２は開かれており、不凝縮ガスは抽気タンク１１３にも集積される。なお、通常運転中は仕切弁１１４を閉じておき、不凝縮ガスは２基の抽気タンク１１１、１１３に集積される。

不凝縮ガスの集積量が多くなると、配管１１８のＵ字管の抽気タンク１１１側の液面が不凝縮ガスに押され、下がる。そこで、Ｕ字管に設置された液面計１１７あるいは抽気タンク１１１に設置された液面計１１６で液面を計測することにより、不凝縮ガスの集積を検知できる。なお、不凝縮ガスの集積は、抽気タンク１１１に備えた圧力計により圧力を測定して、検知してもよい。

不凝縮ガスが所定量以上に集積されたならば、不凝縮ガスを大気に放出する。そのために、仕切弁１１４を開き、真空ポンプ１１５により抽気タンク１１３に集積した不凝縮ガスを排出する。その際、仕切弁１１２を閉じておくと、作動媒体Ｍの排出を抑制できる。すなわち、最大でも抽気タンク１１３内の作動媒体Ｍが放出されるだけである。より完全に不凝縮ガスを排出するためには、仕切弁１１２をも開放した状態で真空ポンプ１１５により抽気タンク１１３から不凝縮ガスを排出する。この場合には、不凝縮ガスの排出につれ、配管１１８から液が抽気タンク１１１に上昇してくるので液面計１１７あるいは液面計１１６で不凝縮ガスの排出を検知することができる。

なお、作動媒体ポンプ６０の吐出圧が高く、エジェクタ１０１の小口のノズル１０１ａから噴出される作動媒体Ｍにより、抽気タンク１１１、１１３内の圧力を大気圧以上にできる場合には、真空ポンプ１１５を備えずに、不凝縮ガスを大気へ排出することができる。すなわち、先ず不図示の仕切弁で抽気タンク１１１から凝縮器４０への配管１１８の流れを止め、抽気タンク１１１、１１３の内圧を高める。ここで、凝縮器４０からエジェクタ１０１への配管１０３にチェッキ弁１０５が配設されているので、エジェクタ１０１から凝縮器４０への逆流が起こらず、抽気タンク１１１、１１３の内圧を高めるのに好適である。次に、仕切弁１１２を閉じ、仕切弁１１４を開くことにより、作動媒体Ｍの排出を抑制して、抽気タンク１１３に集積された不凝縮ガスを排出することができる。

以上説明したように、発電装置１００では、循環する作動媒体Ｍに入り込んだ外気などの不凝縮ガスを効果的に、循環する作動媒体Ｍから分離し、排出することができる。

続いて、図４のブロック図を参照して、本発明の第３の実施の形態である発電装置２００の構成について説明する。図４は、発電装置２００のシステム構成を表すブロック図である。発電装置２００の基本構成は、発電装置１（図１参照）あるいは発電装置１００（図３参照）と類似しており、同一の機器には同一の番号を付し、重複した説明は省略する。発電装置２００では、発電装置１００のエジェクタ１０１（図３参照）に代わり、圧縮機２０１を備えている。また、抽気タンク２１１は１基であり、真空ポンプ１５（図３参照）は備えていない。

圧縮機２０１の吸込口には、配管２０２が接続し、、配管２０２の他端は凝縮器４０の冷却管の近くに開口する。吸引した不凝縮ガスを含む作動媒体Ｍは、圧縮機２０１から吐出され、抽気タンク２１１に貯留される。圧縮機２０１の吐出口には、配管２０４が接続し、抽気タンク２１１に連接している。配管２０４にはチェッキ弁２０５が配設され、抽気タンク２１１から圧縮機２０１を介して凝縮器４０への流れを遮断する。抽気タンク２１１の下部には、配管２０６が接続し、凝縮器４０の下部と連接している。配管２０６には仕切弁２０７が配設されている。

抽気タンク２１１の上部には配管２１２が接続し、配管２１２には仕切弁２１３が設置され、その先は大気開放されている。抽気タンク２１１には液面計２１６と圧力計２１７が設置されている。また、抽気タンク２１１には、冷却媒体Ｃの配管２１９が接続される。すなわち、抽気タンク２１１内を冷却媒体Ｃにより冷却する。なお、配管２１９は、凝縮器４０に至る冷却媒体Ｃの配管９５、９６から分岐してもよいし、他から冷却媒体Ｃを搬送してもよい。あるいは、冷却媒体Ｃ以外の冷却媒体を流通してもよい。

圧縮機２０１を運転すると、凝縮器４０の冷却管の近くに開口した配管２０２を介して、不凝縮ガスを含む作動媒体Ｍを吸引する。吸引した不凝縮ガスを含む作動媒体Ｍは、圧縮機２０１から吐出され、抽気タンク２１１に貯留される。このように、不凝縮ガスを循環する作動媒体Ｍから分離する。圧縮機２０１を用いているので、作動媒体Ｍを循環する運転に関わらず、不凝縮ガスを含む作動媒体Ｍを吸引することができる。

抽気タンク２１１では、冷却媒体Ｃにより不凝縮ガスを含む作動媒体Ｍが冷却され、作動媒体Ｍは凝縮し、抽気タンク２１１の下部に流れる。抽気タンク２１１の下部に流れた作動媒体Ｍは、配管２０６により凝縮器４０に戻される。ここで、仕切弁２０７は、通常運転時は開いておく。なお、配管２０６を配管１１８（図３参照）のようにＵ字管として液シールしてもよい。仕切弁２１３は通常運転時は閉じておき、作動媒体Ｍの蒸気が大気へ放出されることを防ぐのが好ましい。不凝縮ガスは、ガスとして抽気タンク２１１内に集積する。

不凝縮ガスの集積量が多くなると、抽気タンク２１１内の圧力が上昇するので、圧力計２１７により圧力を測定して、不凝縮ガスの集積量が検知される。あるいは、抽気タンク２１１内の液面が低下するので、液面計２１６により液面を測定して、不凝縮ガスの集積量を検知してもよい。

不凝縮ガスが所定量以上に集積されたならば、不凝縮ガスを大気に放出する。そのために、仕切弁２１２を開放する。圧縮機２０１により抽気タンク２１１内が大気圧以上に加圧されると、仕切弁２１２を開くことにより、抽気タンク２１１内に集積した不凝縮ガスを排出することができる。その際、仕切弁２０７は閉じておく。仕切弁２０７を閉じておくことにより、凝縮器４０内が大気圧以下であっても、外気が逆流することを防止できる。また、配管２０４には、チェッキ弁２０５が配設されているので、配管２０４、２０２を通って逆流することも防止される。なお、圧縮機２０１により抽気タンク２１１内が大気圧以上に加圧されない場合には、発電装置１００のように真空ポンプを備えて（図３参照）、抽気タンク２１１内の不凝縮ガスを排出する。

以上説明したように、発電装置２００では、循環する作動媒体Ｍに入り込んだ外気などの不凝縮ガスを効果的に、循環する作動媒体Ｍから分離し、排出することができる。

本発明の第１の実施の形態である発電装置の構成を示すブロック図である。 膨張機と発電機の構成を説明する部分断面図である。 本発明の第２の実施の形態である発電装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態である発電装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 本発明の第１の実施の形態である発電装置
１０ 蒸気発生器
１１ 予熱器
２０ 膨張機
２１ 羽根車
２２ シャフト
２３ 吸気ノズル
２４ 吐出ノズル
３０ 発電機
３１ ロータ
３２ ステータ
３３、３４ ベアリング
３５ ラビリンス
３６ ロータ室
４０ 凝縮器
５０ 抽気装置
５１ 冷却器
５２ 真空ポンプ
６０ 作動媒体ポンプ
６５ 、６７、６９ 仕切弁
７３ 気液分離器
１００ 本発明の第２の実施の形態である発電装置
１０１ エジェクタ（吸引移動装置）
１０５ チェッキ弁
１１１、１１３ 抽気タンク
１１５ 真空ポンプ
１１２、１１４ 仕切弁
１１６、１１７ 液面計
２００ 本発明の第３の実施の形態である発電装置
２０１ 圧縮機
２０５ チェッキ弁
２０７、２１３ 仕切弁
２１１ 抽気タンク
２１６ 液面計
２１７ 圧力計
Ｃ 冷却媒体
Ｈ 加熱媒体
Ｌ 潤滑油
Ｍ 作動媒体

Claims (5)

1. 加熱媒体と熱交換することにより作動媒体を蒸発させる蒸気発生器と；
   前記蒸発した作動媒体を膨張させて機械的動力を得る膨張機と；
   前記膨張した作動媒体を、冷却媒体と熱交換して凝縮させる凝縮器と；
   前記凝縮器に設けられ、外部にガスを排出する抽気装置と；
   前記膨張機と共に密封され、前記膨張機によりロータを回転して交流電圧を発電する発電機と；
   前記ロータを収納するロータ室と、前記膨張機から前記凝縮器に至る前記作動媒体の流路とあるいは前記凝縮器の上部とを連接する配管とを備える；
   発電装置。
2. 前記配管に、気液分離器を備える；
   請求項１に記載の発電装置。
3. 加熱媒体と熱交換することにより作動媒体を蒸発させる蒸気発生器と；
   前記蒸発した作動媒体を膨張させて機械的動力を得る膨張機と；
   前記膨張した作動媒体を、冷却媒体と熱交換して凝縮させる凝縮器と；
   前記膨張機と共に密封され、前記膨張機によりロータを回転して交流電圧を発電する発電機と；
   前記凝縮した作動媒体を前記蒸気発生器に移送する作動媒体ポンプと；
   前記凝縮器からガスを吸引する吸引移動装置と；
   前記吸引移動装置で吸引されたガスを貯留する抽気タンクとを備える；
   発電装置。
4. 前記吸引移動装置が、前記作動媒体ポンプから吐出される作動媒体で駆動されるエジェクタである；
   請求項３に記載の発電装置。
5. 前記抽気タンクの下部と、前記凝縮器から前記作動媒体ポンプに至る作動媒体の流路あるいは前記凝縮器の下部とを連接する配管を備える；
   請求項３または請求項４に記載の発電装置。
   
   

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