JP2006029125A - Regenerative cycle generating set - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば太陽光等の自然界で発生する熱や内燃機関の廃熱等を熱源として利用する再生サイクル発電装置に関するものである。 The present invention relates to a regenerative cycle power generation apparatus that uses, for example, heat generated in nature such as sunlight or waste heat of an internal combustion engine as a heat source.
従来、再生サイクルを用いた発電装置としては、作動流体を所定の熱源により加熱して蒸発させる流体蒸発器と、流体蒸発器によって蒸発した作動流体の膨張により動力を発生する第1のタービンと、第1のタービンから流出する一部の作動流体の膨張により動力を発生する第2のタービンと、第2のタービンから流出する作動流体を凝縮させる凝縮器と、凝縮器から流出する作動流体を第1のタービンから流出する他の一部の作動流体によって加熱する加熱器と、凝縮器から流出する作動流体を吸入して加熱器側に吐出する第1のポンプと、加熱器から流出する作動流体を吸入して流体蒸発器側に吐出する第2のポンプとを備え、第1及び第2のタービンによって発電機を駆動するようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, as a power generation device using a regeneration cycle, a fluid evaporator that heats and evaporates a working fluid with a predetermined heat source, a first turbine that generates power by expansion of the working fluid evaporated by the fluid evaporator, A second turbine generating power by expansion of a part of the working fluid flowing out from the first turbine, a condenser for condensing the working fluid flowing out from the second turbine, and a working fluid flowing out from the condenser A heater that is heated by another part of the working fluid that flows out of the turbine, a first pump that sucks the working fluid that flows out of the condenser and discharges it to the heater side, and a working fluid that flows out of the heater And a second pump for discharging the gas to the fluid evaporator side, and a generator is driven by first and second turbines (see, for example, Patent Document 1). ).
また、比較的小規模の装置の場合は、タービンに代わる動力発生機として、一対のスクロール部材間に作動流体を流入させ、作動流体の膨張によって一方のスクロール部材を回転させるようにした、いわゆるスクロール型膨張機を用いたものが知られている(例えば、特許文献2参照。)。
ところで、前述のように再生サイクルを用いた発電装置では、第1のタービンから膨張途中の作動流体の一部を取出し、この作動流体によって流体蒸発器に戻される作動流体を加熱することにより、凝縮器で外部に捨てられる熱量の割合が減少し、いわゆるランキンサイクル(単純サイクル)よりも熱効率を向上させることができる。しかしながら、再生サイクルでは、流体蒸発器に戻される作動流体を加熱するように構成している分、製造コストが高くつくため、小規模の発電装置では製造コストの増加に見合う熱効率の向上が図れないという問題点があった。 By the way, in the power generation apparatus using the regeneration cycle as described above, a part of the working fluid that is being expanded is taken out from the first turbine, and the working fluid that is returned to the fluid evaporator by the working fluid is heated to condense. The ratio of the amount of heat that is discarded to the outside by the vessel is reduced, and the thermal efficiency can be improved as compared with the so-called Rankine cycle (simple cycle). However, in the regeneration cycle, since the working fluid that is returned to the fluid evaporator is heated, the manufacturing cost increases. Therefore, the small-scale power generation device cannot improve the thermal efficiency commensurate with the increase in manufacturing cost. There was a problem.
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小規模であっても製造コストの増加に見合う十分な熱効率の向上を図ることのできる再生サイクル発電装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a regenerative cycle power generation apparatus capable of improving the thermal efficiency sufficiently to meet the increase in manufacturing cost even if it is a small scale. There is to do.
本発明は前記目的を達成するために、作動流体を所定の熱源により加熱して蒸発させる流体蒸発器と、流体蒸発器によって蒸発した作動流体の膨張により動力を発生する第1の動力発生機と、第1の動力発生機から流出する一部の作動流体の膨張により動力を発生する第2の動力発生機と、第2の動力発生機から流出する作動流体を凝縮させる凝縮器と、凝縮器から流出する作動流体を第1の動力発生機から流出する他の一部の作動流体によって加熱する加熱器と、凝縮器から流出する作動流体を吸入して加熱器側に吐出する第1のポンプと、加熱器から流出する作動流体を吸入して流体蒸発器側に吐出する第2のポンプとを備え、第1及び第2の動力発生機によって発電機を駆動するようにした再生サイクル発電装置において、前記凝縮器から流出する作動流体を第2の動力発生機から流出する作動流体によって加熱する加熱器を備えている。 In order to achieve the above object, the present invention provides a fluid evaporator that heats and evaporates a working fluid with a predetermined heat source, and a first power generator that generates power by expansion of the working fluid evaporated by the fluid evaporator, A second power generator for generating power by expansion of a part of the working fluid flowing out from the first power generator, a condenser for condensing the working fluid flowing out from the second power generator, and a condenser A heater that heats the working fluid flowing out from the first power generator with another working fluid flowing out from the first power generator, and a first pump that sucks the working fluid flowing out from the condenser and discharges it to the heater side And a second pump that sucks the working fluid flowing out of the heater and discharges it to the fluid evaporator side, and drives the generator by the first and second power generators. In the condenser And a heater for heating the working fluid flowing out of the working fluid et flowing out from the second power generator.
これにより、凝縮器から流出する作動流体が第1の動力発生機から流出する一部の作動流体によって加熱されるとともに、凝縮器から流出する作動流体が第2の動力発生機から流出する作動流体によって加熱されることから、第1の動力発生機から流出した作動流体の熱のみならず、第2の動力発生機から流出した作動流体の熱も流体蒸発器側に回収することができる。 Thereby, the working fluid flowing out from the condenser is heated by a part of the working fluid flowing out from the first power generator, and the working fluid flowing out from the condenser flows out from the second power generator. Therefore, not only the heat of the working fluid flowing out from the first power generator, but also the heat of the working fluid flowing out from the second power generator can be recovered on the fluid evaporator side.
本発明によれば、第1の動力発生機から流出した作動流体の熱のみならず、第2の動力発生機から流出した作動流体の熱も流体蒸発器側に回収することができるので、凝縮器で外部に捨てられる熱量の割合を大幅に減少させることができ、小規模であっても製造コストの増加に見合う十分な熱効率の向上を図ることができる。 According to the present invention, not only the heat of the working fluid flowing out from the first power generator, but also the heat of the working fluid flowing out from the second power generator can be recovered to the fluid evaporator side. The ratio of the amount of heat thrown away to the outside by the vessel can be greatly reduced, and even with a small scale, sufficient thermal efficiency can be improved to meet the increase in manufacturing cost.
図1は本発明の第1の実施形態を示すもので、再生サイクル発電装置の概略構成図である。 FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention and is a schematic configuration diagram of a regeneration cycle power generation apparatus.
この再生サイクル発電装置は、所定の作動流体(例えばイソブタン)を蒸発させる流体蒸発器1と、流体蒸発器1によって蒸発した作動流体により回転する第1の動力発生機としての第1のタービン2と、第1のタービン2から流出する一部の作動流体により回転する第2の動力発生機としての第2のタービン3と、第2のタービン3から流出する作動流体を凝縮させる凝縮器4と、凝縮器4から流出する作動流体を第1のタービン2から流出する一部の作動流体によって加熱する第1の加熱器5と、凝縮器4から流出する作動流体を第2のタービン3から流出する作動流体によって加熱する第2の加熱器6と、第1の加熱器5の流出側に設けられた混合器7と、凝縮器4から流出する作動流体を吸入して第2の加熱器5側に吐出する第1のポンプ8と、混合器7から流出する作動流体を吸入して流体蒸発器1側に吐出する第2のポンプ9とを備え、第1及び第2のタービン2,3によって第1及び第2の発電機G1 ,G2 をそれぞれ駆動するように構成されている。
The regeneration cycle power generation apparatus includes a
流体蒸発器1は、太陽光から収集した熱により作動流体を加熱して蒸発させる周知の機器からなり、その流出側には流量調整弁1aが設けられている。
The
第1のタービン2は、作動流体の流入側を流体蒸発器1側に接続され、その回転軸には第1の発電機G1 が連結されている。
In the
第2のタービン3は、作動流体の流入側を第1のタービン2の流出側回路から分岐する流入側回路に接続され、その回転軸には第2の発電機G2 が連結されている。
The
凝縮器4は第2のタービン3の流出側に接続され、内部を流通する作動流体を外部の熱媒体との熱交換により冷却して凝縮させるようになっている。
The
第1の加熱器5は、第1のタービン2の流出側回路と第1の加熱器5の流出側回路に接続され、これらの回路を流通する作動流体を互いに熱交換することにより、第1の加熱器5流出する作動流体を第1のタービン2から流出する一部の作動流体によって加熱するようになっている。
The
第2の加熱器6は、第2のタービン3の流出側回路と凝縮器4の流出側回路に接続され、これらの回路を流通する作動流体を互いに熱交換することにより、凝縮器4から流出する作動流体を第2のタービン3から流出する作動流体によって加熱するようになっている。
The
混合器7は、第1のタービン2側から第1の加熱器5を流通した作動流体と、第2の加熱器6側から第1の加熱器5を流通した作動流体とを合流させるようになっており、その内部は液状の作動流体を貯溜可能に形成されている。
The
第1のポンプ8は、駆動モータ(図示せず)の回転数を制御することにより流量を調整可能な周知の機器からなり、凝縮器4と第2の加熱器6との間に設けられている。
The
第2のポンプ9は第1のポンプ10と同様、駆動モータ(図示せず)の回転数を制御することにより流量を調整可能な周知の機器からなり、混合器7と流体蒸発器1との間に設けられている。
Similarly to the
以上のように構成された再生サイクル発電装置においては、流体蒸発器1で加熱されて蒸発した作動流体が第1のタービン2に流入し、第1のタービン2内で膨張する。また、第1のタービン2から流出した作動流体の一部が第2のタービン3に流入し、第2のタービン3内で膨張する。これにより、各タービン2,3が作動流体の膨張により回転し、各タービン2,3によって各発電機G1 ,G2 が駆動される。次に、第2のタービン3から流出した作動流体は、第2の加熱器6の一方の流路を流通した後、凝縮器4によって凝縮する。凝縮器4から流出した作動流体は第1のポンプ8に吸入されて第2の加熱器6側に吐出され、第2の加熱器6の他方の流路を流通して第1の加熱器5に流入する。その際、第2の加熱器6では、凝縮器4側から流入する作動流体が第2のタービン3側から流入する作動流体によって加熱される。また、第2の加熱器6から流出した凝縮器4側の作動流体は第1の加熱器5を流通した後、混合器7に流入する。その際、第1の加熱器5では、第2の加熱器6側から流入する作動流体が第1のタービン2側から流入する一部の作動流体によって加熱され、第1のタービン2側から流入した作動流体は混合器7に流入する。そして、混合器7から流出した作動流体が第2のポンプ9に吸入されて流体蒸発器1側に吐出され、流体蒸発器1によって再び蒸発する。
In the regeneration cycle power generation apparatus configured as described above, the working fluid heated and evaporated by the
このように、本実施形態では、凝縮器4から流出する作動流体を第1のタービン2から流出する一部の作動流体によって加熱する第1の加熱器5に加え、凝縮器4から流出する作動流体を第2のタービン3から流出する作動流体によって加熱する第2の加熱器6を備えているので、各タービン2,3から流出した作動流体の熱を第2の加熱器6のみならず第1の加熱器5によっても流体蒸発器1側に回収することができる。これにより、凝縮器4で外部に捨てられる熱量の割合を大幅に減少させることができ、小規模であっても製造コストの増加に見合う十分な熱効率の向上を図ることができる。
Thus, in this embodiment, in addition to the
図2及び図3は第2の実施形態を示すもので、図2は再生サイクル発電装置の概略構成図、図3は温度−エントロピ線図である。尚、前記実施形態と同等の構成部分には同一の符号を付して示す。 2 and 3 show a second embodiment, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a regeneration cycle power generation device, and FIG. 3 is a temperature-entropy diagram. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and shown to the component equivalent to the said embodiment.
本実施形態の再生サイクル発電装置は、各タービン2,3に流入する作動流体を蒸発させる第1の流体蒸発器10と、第1のタービン2から第2のタービン3に流入する作動流体を加熱する第2の流体蒸発器11を備え、第1の流体蒸発器10は前記実施形態の流体蒸発器1と同等のものである。
The regeneration cycle power generator of the present embodiment heats the
第2の流体蒸発器11は第1のタービン2の流出側回路に設けられ、図示しない高温の熱源(例えば、他の機器の廃熱等)によって作動流体を加熱するようになっている。尚、第2の流体蒸発器11としては、第1の流体蒸発器10のように太陽光を熱源とするものであってもよい。
The second fluid evaporator 11 is provided in the outflow side circuit of the
本実施形態の再生サイクル発電装置においては、前記実施形態と同様、第1及び第2のタービン2,3によって第1及び第2の発電機G1 ,G2 がそれぞれ駆動される。その際、第1のタービン2から第2のタービン3に流入する作動流体が第2の流体蒸発器11によって再加熱されることから、第2のタービン3に常に高温高圧の作動流体を流入させることができ、装置全体としての熱効率をより一層向上させることができる。例えば、図3(a) に示す再生サイクルように本実施形態の第2の流体蒸発器11に相当する構成を有しない場合に比べ、図3(b) に示す本実施形態の構成においては、第2の流体蒸発器11の再加熱により工程CからDまで温度を上昇させることができ、その分だけ熱効率を高めることができる。
In the regeneration cycle power generator of this embodiment, the first and second generators G1 and G2 are driven by the first and
尚、前記実施形態では、第1及び第2のタービン2,3を第1及び第2の発電機G1 ,G2 にそれぞれ連結するようにしたものを示したが、図4の第3の実施形態に示すように第1及び第2のタービン2,3を一台の発電機Gの回転軸に互いに同軸状に連結するようにしてもよい。この場合、一台の発電機Gを第1及び第2のタービン2,3によって駆動することができるので、装置全体の小型化を図ることができる。
In the above embodiment, the first and
また、前記実施形態のように第1及び第2の動力発生機として周知のタービン2,3を用いることにより、常に高い動力を得ることができるが、小規模の装置の場合は、第1及び第2の動力発生機として周知のスクロール型膨張機を用いることにより、小型で低コストな装置を実現することができる。
Further, by using the well-known
更に、前記実施形態では、熱源に太陽光を用いる流体蒸発器1を示したが、例えば地熱、火力、内燃機関やボイラの廃熱等、他の熱源を用いるものであってもよい。
Furthermore, in the said embodiment, although the
1…流体蒸発器、2…第1のタービン、3…第2のタービン、4…凝縮器、5…第1の加熱器、6…第2の加熱器、8…第1のポンプ、9…第2のポンプ、10…第1の流体蒸発器、11…第2の流体蒸発器、G…発電機、G1 …第1の発電機、G2 …第2の発電機。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記凝縮器から流出する作動流体を第2の動力発生機から流出する作動流体によって加熱する加熱器を備えた
ことを特徴とする再生サイクル発電装置。 A fluid evaporator that heats and evaporates the working fluid with a predetermined heat source, a first power generator that generates power by expansion of the working fluid evaporated by the fluid evaporator, and one that flows out of the first power generator A second power generator that generates power by expansion of the working fluid in the section, a condenser that condenses the working fluid that flows out from the second power generator, and a first power that generates the working fluid that flows out from the condenser A heater for heating with some other working fluid flowing out from the machine, a first pump for sucking the working fluid flowing out from the condenser and discharging it to the heater side, and a working fluid flowing out from the heater And a second pump that discharges to the fluid evaporator side, wherein the generator is driven by the first and second power generators.
A regeneration cycle power generator comprising a heater for heating the working fluid flowing out from the condenser with the working fluid flowing out from the second power generator.
ことを特徴とする請求項1記載の再生サイクル発電装置。 The regenerative cycle power generator according to claim 1, further comprising a fluid evaporator that heats the working fluid flowing from the first power generator to the second power generator by a predetermined heat source.
ことを特徴とする請求項1または2記載の再生サイクル発電装置。 The regenerative cycle power generator according to claim 1 or 2, wherein the first and second power generators are coaxially connected to a rotating shaft of a generator.
ことを特徴とする請求項1、2または3記載の再生サイクル発電装置。 The regenerative cycle power generator according to claim 1, 2, or 3, wherein a turbine is used as the first and second power generators.
ことを特徴とする請求項1、2または3記載の再生サイクル発電装置。 The regenerative cycle power generator according to claim 1, 2, or 3, wherein a scroll type expander is used as the first and second power generators.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004205590A JP2006029125A (en) | 2004-07-13 | 2004-07-13 | Regenerative cycle generating set |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012527395A (en) * | 2009-05-22 | 2012-11-08 | サソール テクノロジー(プロプライエタリー)リミテッド | Process for co-production of syngas and electricity |
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2004
- 2004-07-13 JP JP2004205590A patent/JP2006029125A/en active Pending
Cited By (2)
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JP2012527395A (en) * | 2009-05-22 | 2012-11-08 | サソール テクノロジー(プロプライエタリー)リミテッド | Process for co-production of syngas and electricity |
US9021814B2 (en) | 2009-05-22 | 2015-05-05 | Sasol Technology (Proprietary) Limited | Process for co-producing synthesis gas and power |
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