JP2006112262A - Expander and rankine system using this expander - 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、内燃機関やボイラの廃熱、工場廃熱等を熱源として蒸発した流体によって動力を発生する膨張機及びこれを用いたランキンシステムに関するものである。 The present invention relates to an expander that generates power by a fluid evaporated using heat generated in nature such as sunlight, waste heat of an internal combustion engine or boiler, factory waste heat, etc. as a heat source, and a Rankine system using the expander. is there.
従来、この種のランキンシステムとしては、作動流体を所定の熱源により加熱して蒸発させる蒸発器と、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タービン等の動力発生機と、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吸入して蒸発器側に吐出するポンプとを備え、動力発生機によって発電機を駆動するとともに、凝縮器を流通する作動流体の熱により給湯や暖房に用いる温水を生成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, this type of Rankine system includes an evaporator that heats and evaporates a working fluid by a predetermined heat source, a power generator such as a turbine that generates power by expansion of the working fluid evaporated by the evaporator, and power generation. It is equipped with a condenser that condenses the working fluid flowing out from the machine and a pump that sucks the working fluid flowing out from the condenser and discharges it to the evaporator side. The power generator drives the generator and distributes the condenser. There is known one that generates hot water used for hot water supply or heating by the heat of the working fluid (see, for example, Patent Document 1).
前記ランキンシステムでは、一台の膨張機で発電を行う場合、発電能力が不足する場合が多く、しかも膨張機の回転数が高回転になり易いため、膨張機への負荷が過大になるという問題点がある。 In the Rankine system, when power is generated by a single expander, the power generation capacity is often insufficient, and the rotation speed of the expander tends to be high, so the load on the expander becomes excessive. There is a point.
また、二台の発電機に連結された二台の膨張機を直列に接続し、一方の膨張機で膨張した流体を一方の膨張機から他方の膨張機に流入させ、他方の膨張機で更に膨張させることにより、各膨張機によって各発電機を駆動するようにしたものも提案されている。更に、給湯能力の不足時に給湯側への作動流体の熱量を増加させたい場合など、一方の膨張機のみを使用できるように他方の膨張機の流入側にバイパス回路を接続したものが提案されている。 In addition, two expanders connected to two generators are connected in series, and the fluid expanded in one expander is caused to flow from one expander to the other expander, and further in the other expander. There has also been proposed an apparatus in which each generator is driven by each expander by being expanded. Furthermore, there is a proposal that a bypass circuit is connected to the inflow side of the other expander so that only one of the expanders can be used, such as when it is desired to increase the amount of heat of the working fluid to the hot water supply side when the hot water supply capacity is insufficient. Yes.
また、互いに同軸に連結された二つの膨張機構を一体に備え、各膨張機構によって発電機を駆動することにより、二台分の膨張機の能力を備えつつ小型化を可能としたスクロール型膨張機が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
しかしながら、前述のように二台の膨張機を用いる場合には、一台の膨張機を用いる場合に比べて発電能力を高めることができるが、膨張機の台数が多くなるとともに、他方の膨張機の流入側にバイパス回路を接続しているため、システム全体が大型化するという問題点があった。 However, as described above, when two expanders are used, the power generation capacity can be increased as compared with the case where one expander is used, but the number of expanders increases and the other expander increases. Since the bypass circuit is connected to the inflow side, the entire system becomes large.
また、二つの膨張機構を一体に備えた膨張機では、二つの膨張機構を互いに同軸に連結しているため、例えば給湯能力の不足時に一方の膨張機構のみの運転に切換えることができず、発電と給湯の使用状況に的確に対応することができないという問題点があった。 In addition, in an expander that is integrally provided with two expansion mechanisms, the two expansion mechanisms are coaxially connected to each other. For example, when the hot water supply capacity is insufficient, it is not possible to switch to the operation of only one expansion mechanism. And there was a problem that it was not possible to accurately respond to the usage of hot water.
更に、何れの膨張機においても、膨張機に別途発電機を連結しているため、膨張機及び発電機の設置スペースをそれぞれ必要とし、発電装置全体として十分な小型化を図ることができないという問題点があった。この場合、膨張機と発電機とを別部品からなる回転軸や歯車等の動力伝達機構を介して連結する必要があり、構造が複雑でコストが高くつくという問題点もあった。 Furthermore, in any expander, since a separate generator is connected to the expander, a space for installing the expander and the generator is required, and the power generator as a whole cannot be sufficiently downsized. There was a point. In this case, it is necessary to connect the expander and the generator via a power transmission mechanism such as a rotating shaft and gears which are separate parts, and there is a problem that the structure is complicated and the cost is high.
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、二つの膨張機構のうち一方のみによる運転をバイパス回路を用いることなく行うことができ、しかも別体の発電機を動力伝達機構を介して連結する必要のない膨張機及びこれを用いたランキンシステム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 perform operation by only one of the two expansion mechanisms without using a bypass circuit, and a separate generator It is an object of the present invention to provide an expander that does not need to be connected via a power transmission mechanism and a Rankine system using the expander.
本発明は前記目的を達成するために、膨張機本体の一端側に配置され、膨張機本体内の一端側に流入した流体の膨張により回転軸を回転させる第1の膨張機構と、膨張機本体の他端側に配置され、膨張機本体内の他端側に流入した流体の膨張により回転軸を回転させる第2の膨張機構とを備えた膨張機において、前記膨張機本体の一端側に一体に設けられ、第1の膨張機構の回転軸によって駆動される第1の発電機と、膨張機本体の他端側に一体に設けられ、第2の膨張機構の回転軸によって駆動される第2の発電機とを備えている。 In order to achieve the above object, the present invention provides a first expansion mechanism that is disposed on one end side of an expander body and rotates a rotating shaft by expansion of a fluid flowing into one end side of the expander body, and an expander body. And a second expansion mechanism that rotates the rotating shaft by expansion of the fluid that has flowed into the other end of the expander body, and is integrated with one end of the expander body. And a second generator that is integrally provided on the other end side of the expander body and that is driven by the rotation shaft of the second expansion mechanism. With a generator.
これにより、第1の膨張機構の回転軸によって第1の発電機が駆動され、第2の膨張機構の回転軸によって第2の発電機が駆動されることから、各膨張機構のうち一方のみに流体を流入させることにより、一方の膨張機構のみによる運転がバイパス回路を用いることなく可能となる。また、膨張機本体の一端側及び他端側にそれぞれ第1及び第2の膨張機構によって駆動される第1及び第2の発電機が一体に設けられることから、別体の発電機を動力伝達機構を介して連結する必要がない。 As a result, the first generator is driven by the rotating shaft of the first expansion mechanism, and the second generator is driven by the rotating shaft of the second expansion mechanism. By allowing the fluid to flow in, operation using only one expansion mechanism is possible without using a bypass circuit. In addition, since the first and second generators driven by the first and second expansion mechanisms are integrally provided on one end side and the other end side of the expander main body, power is transmitted to separate generators. There is no need to connect through a mechanism.
また、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蒸発器と、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動力発生機と、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吸入して蒸発器側に吐出するポンプとを備え、動力発生機を駆動源として発電を行うランキンシステムにおいて、前記動力発生機として前記構成の膨張機を用いている。 In order to achieve the above object, the present invention provides an evaporator that heats and evaporates a working fluid with a predetermined heat source, a power generator that generates power by expansion of the working fluid evaporated by the evaporator, In the Rankine system comprising a condenser for condensing the working fluid flowing out from the machine and a pump for sucking the working fluid flowing out from the condenser and discharging it to the evaporator side, and generating electric power using the power generator as a drive source, The expander of the said structure is used as a motive power generator.
これにより、動力発生機として前記構成の膨張機が用いられることから、前述と同様、一方の膨張機構による運転がバイパス回路を用いることなく可能になるとともに、膨張機に別体の発電機を動力伝達機構を介して連結する必要がない。 As a result, since the expander having the above-described configuration is used as a power generator, operation by one expansion mechanism can be performed without using a bypass circuit as described above, and a separate generator can be powered by the expander. There is no need to connect via a transmission mechanism.
本発明によれば、二つの膨張機構のうち一方の膨張機構による運転をバイパス回路を用いることなく行うことができるので、システム全体の小型化を図ることができるとともに、使用状況に的確に対応することができる。また、別体の発電機を動力伝達機構を介して連結する必要がないので、構造の簡素化及び低コスト化を図ることができる。 According to the present invention, since the operation by one of the two expansion mechanisms can be performed without using a bypass circuit, the entire system can be reduced in size, and the use situation can be appropriately handled. be able to. Moreover, since it is not necessary to connect a separate generator via a power transmission mechanism, the structure can be simplified and the cost can be reduced.
図1乃至図4は本発明の一実施形態を示すもので、図1は膨張機の側面断面図、図2はその要部分解側面断面図、図3はロータ及び磁石の正面図、図4はランキンシステムの概略構成図である。 1 to 4 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a side sectional view of an expander, FIG. 2 is an exploded side sectional view of an essential part thereof, FIG. 3 is a front view of a rotor and a magnet, and FIG. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a Rankine system.
本実施形態のランキンシステムは、作動流体を蒸発させる蒸発器1と、蒸発器1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動力発生機としての膨張機2と、膨張機2から流出する作動流体を凝縮させる凝縮器3と、凝縮器3から流出した作動流体を吸入して蒸発器1側に吐出するポンプ4と、凝縮器3に作動流体と熱交換する熱媒体を流通する熱媒体回路5と、蒸発器1の下流側流路から分岐するバイパス流路6と、熱媒体回路5を流通する熱媒体の加熱によって温水を生成する給湯器7と、給湯器7内の流体を加熱可能な補助ヒータ8とを備え、膨張機2を駆動源として発電するようになっている。
The Rankine system of this embodiment includes an
蒸発器1は内部を流通する作動流体を外部の熱媒体(水、ブライン等)との熱交換によって蒸発させるように構成され、熱媒体は図示しない所定の熱源(例えば太陽光等の自然エネルギー、工場廃熱等)から熱媒体回路1aを介して供給されるようになっている。
The
膨張機2は後述するスクロール型膨張機からなり、作動流体の流入側を蒸発器1に接続され、その流出側を凝縮器3に接続されている。
The
凝縮器3は内部を流通する作動流体を熱媒体回路5の熱媒体(水、ブライン等)との熱交換によって凝縮させるように構成されている。
The
ポンプ4は作動流体を圧送する周知の機器からなり、蒸発器1と凝縮器3との間に設けられている。
The
熱媒体回路5は凝縮器3及び給湯器7に熱媒体を循環するように構成され、凝縮器3の流入側には熱媒体循環用のポンプ5aが設けられている。
The
バイパス流路6は一端を蒸発器1と膨張機2との間の流路に接続され、その他端は凝縮器3の上流側に接続されている。バイパス流路6の一端には流路切換弁としての三方弁6aが設けられ、蒸発器1から流出した作動流体を三方弁6aによって任意にバイパス流路6に流通させるようになっている。
One end of the
給湯器7は、温水Aを貯溜するタンク7aと、タンク7a内に配設された熱媒体回路5の一部からなる加熱部7bと、タンク7a内の温水を外部に吐出する吐出弁7cとから構成され、吐出弁7cから所定温度の温水を任意に吐出可能になっている。
The
補助ヒータ8は給湯器7のタンク7a内に設けられた電熱線からなり、図示しない電源から任意に通電可能になっている。
The
次に、前記ランキンシステムに用いる膨張機2について説明する。即ち、この膨張機2は、中空状に形成された膨張機本体2aと、膨張機本体2aの一端側に配置された第1の膨張機構2bと、膨張機本体2aの他端側に配置された第2の膨張機構2cと、膨張機本体2aの一端側に配置された第1の発電機2dと、膨張機本体2aの他端側に配置された第2の発電機2eとを備えている。
Next, the
膨張機本体2aは、軸方向両端を開口した円筒状の第1のハウジング11と、第1のハウジング11の両端開口部をそれぞれ閉塞する一対の第2のハウジング12とからなり、第1及び第2のハウジング11,12は図示しないボルトによって互いに連結されている。第2のハウジング12の一端側には軸方向に円筒状に延出する延出部12aが設けられ、その他端面の径方向一端側には径方向に延びる長孔12bが設けられている。
The expander body 2a includes a cylindrical
第1のハウジング11の軸方向中央側の上部には、第1の膨張機構2b側に流体を流入させる第1の流入口11aと、第2の膨張機構2c側に流体を流入させる第2の流入口11bが設けられ、第1及び第2の流入口11a,11bは互いに膨張機本体2aの軸方向に近接して配置されている。また、第1のハウジング11の軸方向中央側の下部には、第1の膨張機構2b側から流体を流出させる第1の流出口11cと、第2の膨張機構2c側から流体を流出させる第2の流出口11dが設けられ、第1及び第2の流出口11c,11dは互いに膨張機本体2aの軸方向に近接して配置されている。第1のハウジング11内はその軸方向中央に設けた仕切壁11eによって軸方向一端側と他端側に仕切られており、仕切壁11eの軸方向一端側と他端側にはそれぞれ第1及び第2の流入口11a,11bに連通する流入室11fが設けられている。また、第1のハウジング11の周面には第1及び第2の膨張機構2b,2cにそれぞれ対応する流出孔11gが設けられ、各流出孔11gは第1及び第2の流出口11c,11dにそれぞれ連通している。第1のハウジング11には第1及び第2の流入口11a,11bに連通する第1の配管接続部材13が取付けられており、第1の配管接続部材13には外部配管が接続される一つの接続口13aが設けられている。また、第1のハウジング11には第1及び第2の流出口11c,11dに連通する第2の配管接続部材14が取付けられており、第2の配管接続部材14には外部配管が接続される一つの接続口14aが設けられている。更に、第1のハウジング11には第2の流入口11bを開閉する開閉弁15が設けられ、開閉弁15を閉鎖すると、第1の配管接続部材13から流入する流体が第1の流入口11aのみに流入するようになっている。この場合、開閉弁15は、例えばソレノイド等の駆動機構によって自動で開閉するように構成されたものでもよいが、手動で開閉するものであってもよい。
A first inflow port 11a for allowing fluid to flow into the first expansion mechanism 2b side and a second for flowing fluid into the second expansion mechanism 2c side at the upper part on the axially central side of the
第1及び第2の膨張機構2b,2cは、膨張機本体2a内に互いに軸方向に対向して配置された固定スクロール部材20及び可動スクロール部材30と、可動スクロール部材30の偏心揺動運動によって回転する回転軸としての出力シャフト40とからそれぞれ構成されている。
The first and second expansion mechanisms 2b and 2c are formed by an eccentric rocking motion of the
固定スクロール部材20は第1のハウジング11の他端側に固定され、その一端面には可動スクロール部材30に対向する渦巻体20aが設けられている。また、固定スクロール部材20の径方向中央には第1のハウジング11の流入室11fの流体を流通する流通孔20bが設けられている。
The fixed
可動スクロール部材30は一端面に固定スクロール部材30に対向する渦巻体30aを有し、可動スクロール部材30の渦巻体30aは固定スクロール部材20の渦巻体20aに偏心揺動可能に噛み合っている。可動スクロール部材30の他端面の径方向一端側には第2のハウジング12の長孔12bに径方向に移動自在に係合する係合ピン31が設けられ、係合ピン31と長孔12bとの係合により可動スクロール部材30の自転が規制されるようになっている。また、可動スクロール部材30の他端面中央にはボス部30bが設けられ、ボス部30b内には偏心ブシュ32が回動自在に設けられている。偏心ブシュ32の一端側には出力シャフト40と同軸状をなす支軸32aが突設され、支軸32aには静バランスを修正するためのバランスウエイト33が取付けられている。
The
出力シャフト40は一端側を第1のハウジング11の延出部12aの内周面に回動自在に支持され、その他端側に設けた大径部40aを第1のハウジング11内に回動自在に支持されている。大径部40aの径方向中央には偏心ブシュ32の支軸32aが回動自在に挿入され、大径部40aの径方向一端側には偏心ブシュ32の径方向一端側に回動自在に係合する偏心ピン40bが突設されている。また、出力シャフト40の一端にはネジ部40cが設けられている。
One end side of the
第1及び第2の発電機2d,2eは、膨張機本体2aの一端側に固定された発電コイル51と、発電コイル51の周囲に環状に配置された複数の磁石52と、出力シャフト40によって各磁石52と一体に回転する回転体としての円筒状のロータ53とからなる。
The first and second generators 2d and 2e are composed of a
発電コイル51は環状に形成されたステータ54に巻装されており、ステータ54の内周面側には第1のハウジング11の延出部12aが挿入されている。ステータ54には軸方向に延びる複数のボルト挿通孔54aが周方向に間隔をおいて設けられ、各ボルト挿通孔54aに挿入された複数のボルト55を第2のハウジング12のネジ孔12cに螺合することにより、ステータ54が第1のハウジング11に固定されている。
The
各磁石52はフェライト磁石等の永久磁石からなり、それぞれロータ53の内周面に沿って湾曲するように形成されている。各磁石52はロータ53の周方向に配列され、ロータ53の内周面に固定されている。
Each
ロータ53は軸方向一端側を開口しており、その内側に発電コイル51を収容可能に形成されている。ロータ53の他端面中央には出力シャフト40の一端側を挿通する孔53aが設けられ、孔53aを挿通した出力シャフト40のネジ部40cにナット56を螺合することにより、ロータ53が出力シャフト40に固定されている。
The
ここで、前記ランキンシステムの動作について説明する。即ち、前記ランキンシステムにおいて発電及び給湯を行う場合は、膨張機2の開閉弁15を開放するとともに、第2の三方弁6aによって蒸発器1の下流側を膨張機2に連通する。これにより、蒸発器1で加熱されて蒸発した作動流体が膨張機2の各膨張機構2b,2cに流入し、各膨張機構2b,2c内で膨張する。その際、各膨張機構2b,2cが作動流体の膨張により回転し、膨張機2の第1及び第2の発電機2d,2eが駆動される。膨張機2から流出した作動流体は凝縮器3に流入し、凝縮器3によって凝縮する。その際、凝縮器3内を流通する作動流体は熱媒体回路5の熱媒体と熱交換され、この熱交換により加熱された熱媒体が熱媒体回路5を介して給湯器7の加熱部7bを流通し、タンク7a内の温水Aが加熱部7bを流通する熱媒体によって加熱される。その際、補助ヒータ8を作動することにより、補助ヒータ8によってもタンク7a内の温水Aが加熱される。一方、凝縮器3から流出した作動流体はポンプ4に吸入されて蒸発器1側に吐出され、蒸発器1によって再び蒸発する。
Here, the operation of the Rankine system will be described. That is, when power generation and hot water supply are performed in the Rankine system, the open /
また、前記発電及び給湯を行う際に、膨張機2の開閉弁15を閉鎖すると、膨張機2に流入する作動流体が第1の膨張機構2bのみに流入し、第1の発電機2dのみによる発電が行われる。これにより、各膨張機構2b,2cの両方で作動流体を膨張させる場合よりも膨張機2の流出側の温度が高くなり、熱媒体回路5の熱媒体に加わる熱量が増加する。
Further, when the on-off
更に、前記ランキンシステムにおいて給湯のみを行う場合は、三方弁6aによって蒸発器1の下流側をバイパス流路6に連通する。これにより、蒸発器1から流出した作動流体がバイパス流路6を介して凝縮器3の上流側に流入し、前述と同様、凝縮器3で加熱された熱媒体が熱媒体回路5を介して給湯器7の加熱部7bを流通し、タンク7a内の温水Aが加熱部6bを流通する熱媒体によって加熱される。その際、補助ヒータ8を作動することにより、補助ヒータ8によってもタンク7a内の温水Aが加熱される。
Furthermore, when only the hot water supply is performed in the Rankine system, the downstream side of the
次に、前記ランキンシステムにおける膨張機2の動作について説明する。即ち、蒸発器1で蒸発した作動流体が膨張機2の第1の配管接続部材13に流入すると、作動流体が第1及び第2の流入口11a,11bに流入し、それぞれ第1及び第2の膨張機構2b,2cで膨張する。この場合、作動流体が流入室11f及び流通孔20bを介して各スクロール部材20,30間に流入すると、作動流体が各渦巻体20a,30a間で膨張し、可動スクロール部材30が各渦巻体20a,30a間の容積を拡大させるように係合ピン31を中心に偏心揺動運動を行う。これにより、可動スクロール部材30のボス部30b内の偏心ブシュ32が支軸32aを中心に回転するとともに、偏心ブシュ32に係合する偏心ピン40bが偏心ブシュ32によって出力シャフト40の軸線Aを中心に回転し、偏心ピン40bによって出力シャフト40が回転する。第1及び第2の膨張機構2b,2cの出力シャフト40が回転すると、第1及び第2の発電機2d,2eのロータ53がそれぞれ出力シャフト40と一体に回転し、各磁石52が発電コイル51の周囲を出力シャフト40を中心に公転する。これにより、発電コイル51に各磁石52の磁束による交番電圧が誘起されて電力が発生する。また、第1及び第2の膨張機構2b,2cで膨張した作動流体は、第1及び第2の流出口11c,11dから第2の配管接続部材14を介して外部に流出する。
Next, the operation of the
このように、本実施形態の膨張機によれば、第1及び第2の発電機2eを第1及び第2の膨張機構2b,2cの回転軸によって駆動するようにしたので、各膨張機構2b,2cのうち一方のみによる運転をバイパス回路を用いることなく行うことができ、システム全体の小型化を図ることができる。また、膨張機本体2aの一端側に第1の発電機2dを一体に設けるとともに、その他端側には第2の発電機2eを一体に設けたので、別体の発電機を動力伝達機構を介して連結する必要がなく、構造の簡素化及び低コスト化を図ることができる。この場合、膨張機及び発電機の設置スペースをそれぞれ必要としないので、ランキンシステム全体の小型化を図ることができる。更に、第1及び第2の膨張機構2b,2cを並列に接続することができるので、第1及び第2の発電機2d,2eの回転数を常に均一にすることができる。これにより、直列に接続した場合のように各発電機の回転アンバランスにより一方の発電機のみが高回転になることがなく、耐久性の面で好都合である。 As described above, according to the expander of the present embodiment, the first and second generators 2e are driven by the rotation shafts of the first and second expansion mechanisms 2b and 2c. , 2c can be operated without using a bypass circuit, and the entire system can be downsized. Further, since the first generator 2d is integrally provided on one end side of the expander body 2a and the second generator 2e is integrally provided on the other end side, the power transmission mechanism is connected to a separate generator. Therefore, the structure can be simplified and the cost can be reduced. In this case, since the installation space for the expander and the generator is not required, the Rankine system as a whole can be reduced in size. Furthermore, since the first and second expansion mechanisms 2b and 2c can be connected in parallel, the rotation speeds of the first and second generators 2d and 2e can always be made uniform. Thereby, only one generator does not become high rotation by rotation imbalance of each generator like the case where it connects in series, and it is convenient in terms of durability.
更に、第1及び第2の発電機2d,2eを、膨張機本体2aに固定された発電コイル51と、発電コイル51の周囲に環状に配置された複数の磁石52と、出力シャフト40によって各磁石52と一体に回転するロータ53とからそれぞれ構成したので、構造の簡単な磁石発電機を一体に構成することができ、小型化及び低コスト化に極めて有利である。
Further, each of the first and second generators 2d and 2e is divided into a
また、第1及び第2の膨張機構2b,2cを、膨張機本体2a内に配置された固定スクロール部材20と、固定スクロール部材20との間に流入した流体の膨張によって偏心揺動することにより出力シャフト40を回転させる可動スクロール部材30とからそれぞれ構成したので、小型で効率のよいスクロール型膨張機を構成することができ、実用化に際して極めて有利である。
Further, the first and second expansion mechanisms 2b and 2c are eccentrically oscillated by the expansion of the fluid flowing between the
更に、膨張機本体2aの第1のハウジング11に、第1の膨張機構2b側に流体を流入させる第1の流入口11aと、第2の膨張機構2c側に流体を流入させる第2の流入口11bとを設け、第1及び第2の流入口11a,11bを互いに近接して配置したので、流入側の外部配管を容易に接続することができる。この場合、配管との接続口13aを第1及び第2の流入口11a,11bのそれぞれに連通するように形成したので、外部配管を分岐させずに接続することができ、配管の簡素化を図ることができる。
Furthermore, the first inflow port 11a that allows fluid to flow into the
また、膨張機本体2aの第1のハウジング11に、第1の膨張機構2b側から流出する第1の流出口11cと、第2の膨張機構2c側から流出する第2の流出口11dとを設け、第1及び第2の流出口11c,11dを互いに近接して配置したので、前述と同様、流入側の外部配管を容易に接続することができる。この場合、配管との接続口14aを第1及び第2の流出口11c,11dのそれぞれに連通するように形成したので、外部配管を分岐させずに接続することができ、配管の簡素化を図ることができる。
Further, a first outlet 11c flowing out from the first expansion mechanism 2b side and a second outlet 11d flowing out from the second expansion mechanism 2c side are provided in the
更に、膨張機本体2aに第2の流入口11bを任意に開閉する開閉弁15を設けたので、開閉弁15を閉じて第2の流入口11bへの作動流体の流入を遮断することにより、作動流体を第1の流入口11aのみに流入させて第1の膨張機構2b及び第1の発電機2dのみによる発電を行うことができる。これにより、必要に応じて第1及び第2の発電機2dによる発電と、第1の発電機2dのみによる発電とを切換えることができ、常に効率的な運転が可能となる。この場合、膨張機本体2aに設けた開閉弁15によって第2の流入口11bを開閉するようにしたので、例えば外部の配管に高価な三方弁や電磁弁を設けて第2の流入口11bへの流路を開閉する場合に比べ、構造の簡素化及び低コスト化を図ることができる。
Furthermore, since the on-off
また、本実施形態のランキンシステムは、凝縮器3に作動流体と熱交換する熱媒体を流通する熱媒体回路5と、熱媒体回路5を流通する熱媒体によってタンク7a内の温水Aを加熱する給湯器7とを備えているので、凝縮器3の作動流体から吸収した凝縮熱を利用して給湯器7の温水Aを生成することができ、作動流体の熱を発電及び給湯にそれぞれ効率的に利用することができる。
Moreover, the Rankine system of this embodiment heats the hot water A in the tank 7a by the
更に、蒸発器1から流出した作動流体を三方弁6aにより流路を切換えてバイパス流路6に流通させることにより、膨張機2を介さずに凝縮器3に流入させるようにしたので、より高温の作動流体によって給湯器7の温水Aを加熱することができ、必要な温度の温水を迅速に生成することができる。
Furthermore, since the working fluid flowing out of the
尚、前記実施形態では、膨張機2としてスクロール型の構成からなるものを示したが、例えばピストン及び傾斜板を用いたレシプロ型膨張機等、他のタイプの膨張機と同等の構造によって第1及び第2の膨張機構を構成することも可能である。
In the above embodiment, the
また、前記実施形態では、給湯器7を備えたランキンシステムに膨張機2を用いたものを示したが、発電のみを行う構成のランキンシステムに用いるようにしてもよい。
Moreover, although the thing using the
1…蒸発器、2…膨張機、2a…膨張機本体、2b…第1の膨張機構、2c…第2の膨張機構、2d…第1の発電機、2e…第2の発電機、3…凝縮器、4…ポンプ、5…熱媒体回路、6…バイパス回路、6a…三方弁、7…給湯器、11a…第1の流入口、11b…第2の流入口、11c…第1の流出口、11d…第2の流出口、13a…第1の接続口、14a…第2の接続口、20…固定スクロール部材、30…可動スクロール部材、40…出力シャフト、51…発電コイル、52…磁石、53…ロータ。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記膨張機本体の一端側に一体に設けられ、第1の膨張機構の回転軸によって駆動される第1の発電機と、
膨張機本体の他端側に一体に設けられ、第2の膨張機構の回転軸によって駆動される第2の発電機とを備えた
ことを特徴とする膨張機。 A first expansion mechanism that is disposed on one end side of the expander body and rotates a rotation shaft by expansion of fluid that has flowed into one end side in the expander body, and disposed on the other end side of the expander body. In an expander comprising a second expansion mechanism that rotates a rotating shaft by expansion of fluid that has flowed into the other end of the inside,
A first generator provided integrally on one end side of the expander body and driven by a rotating shaft of a first expansion mechanism;
An expander comprising: a second generator provided integrally with the other end of the expander body and driven by a rotation shaft of a second expansion mechanism.
第2の発電機を、膨張機本体の他端側に固定された発電コイルと、発電コイルの周囲に環状に配置された複数の磁石と、第2の膨張機構の回転軸によって各磁石と一体に回転する回転体とから構成した
ことを特徴とする請求項1記載の膨張機。 The first generator is integrated with each magnet by a power generation coil fixed to one end of the expander body, a plurality of magnets arranged in an annular shape around the power generation coil, and a rotation shaft of the first expansion mechanism. It consists of a rotating body that rotates,
The second generator is integrated with each magnet by a power generation coil fixed to the other end of the expander body, a plurality of magnets arranged annularly around the power generation coil, and a rotation shaft of the second expansion mechanism. The expander according to claim 1, wherein the expander is configured of a rotating body that rotates in a rotating manner.
ことを特徴とする請求項1または2記載の膨張機。 A movable scroll that rotates the rotating shaft by causing the first and second expansion mechanisms to swing eccentrically by expansion of a fluid that flows between the fixed scroll member disposed in the expander body and the fixed scroll member. The expander according to claim 1, wherein each of the expanders is constituted by a member.
第1及び第2の流入口を互いに近接して配置した
ことを特徴とする請求項1、2または3記載の膨張機。 The expander body is provided with a first inlet for allowing fluid to flow into the first expansion mechanism, and a second inlet for allowing fluid to flow into the second expansion mechanism,
The expander according to claim 1, 2 or 3, wherein the first and second inflow ports are arranged close to each other.
ことを特徴とする請求項4記載の膨張機。 The expander according to claim 4, wherein a connection port with a pipe through which a fluid flows into the expander main body is formed so as to communicate with each of the first and second inflow ports.
ことを特徴とする請求項4または5記載の膨張機。 The expander according to claim 4 or 5, wherein an opening / closing valve is provided in at least one of the first and second inflow ports.
第1及び第2の流入口を互いに近接して配置した
ことを特徴とする請求項1、2、3、4、5または6記載の膨張機。 The expander body is provided with a first outlet that allows fluid to flow out from the first expansion mechanism side, and a second outlet that allows fluid to flow out from the second expansion mechanism side,
The expander according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, wherein the first and second inflow ports are arranged close to each other.
ことを特徴とする請求項7記載の膨張機。 8. The expander according to claim 7, wherein a connection port with a pipe through which a fluid flows out from the expander main body is formed so as to communicate with each of the first and second outflow ports.
前記動力発生機として請求項1、2または3に記載の膨張機を用いた
ことを特徴とするランキンサイクル発電装置。 An evaporator that heats and evaporates the working fluid with a predetermined heat source; a power generator that generates power by expansion of the working fluid evaporated by the evaporator; and a condenser that condenses the working fluid flowing out of the power generator; In the Rankine system that includes a pump that sucks the working fluid flowing out of the condenser and discharges it to the evaporator side, and generates power using a power generator as a drive source,
The expander according to claim 1, 2, or 3 is used as the power generator. A Rankine cycle power generator.
熱媒体回路を流通する熱媒体によって他の所定の流体を加熱する高温流体生成器とを備えた
ことを特徴とする請求項9記載のランキンシステム。 A heat medium circuit for circulating a heat medium that exchanges heat with the working fluid in the condenser;
The Rankine system according to claim 9, further comprising a high-temperature fluid generator that heats another predetermined fluid by a heat medium that circulates in the heat medium circuit.
蒸発器から流出した作動流体をバイパス流路に任意に流通させる流路切換弁とを備えた
ことを特徴とする請求項10記載のランキンシステム。 A bypass flow path having one end connected to the flow path between the evaporator and the power generator and the other end connected to the inflow side of the condenser;
The Rankine system according to claim 10, further comprising a flow path switching valve that allows the working fluid flowing out of the evaporator to freely flow through the bypass flow path.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2004298550A JP2006112262A (en) | 2004-10-13 | 2004-10-13 | Expander and rankine system using this expander |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010116667A1 (en) * | 2009-03-30 | 2010-10-14 | サンデン株式会社 | Fluid machine, and refrigerant circuit and waste heat utilization device using the fluid machine |
JP2019015228A (en) * | 2017-07-06 | 2019-01-31 | いすゞ自動車株式会社 | Rankine cycle system and method for controlling the same |
-
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- 2004-10-13 JP JP2004298550A patent/JP2006112262A/en active Pending
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