JP2007006683A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発電機を損傷から保護しつつ、他の用途に利用しうる有効な電気エネルギを増大させる発電装置を提供すること。
【解決手段】 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を凝縮させる凝縮器４０と、膨張機２０で得られた機械的動力で発電する発電機３０と、発電機３０で発電した電力により作動し、冷却媒体Ｃを凝縮器４０に導入する冷却媒体導入手段４１と、膨張機２０及び発電機３０の回転速度が所定の値を超えないように冷却媒体導入手段４１に送電する電力を小さくする制御装置６０とを備える発電装置１とすると、凝縮器４０における作動媒体Ｍの凝縮温度を調節して膨張機２０の機械的動力を調節できて発電機３０を損傷から保護することができ、発電装置内で消費する電力の割合が小さくなるから有効な電気エネルギが増大する。
【選択図】 図１

Description

本発明は発電装置に関し、特に発電機を損傷から保護しつつ、他の用途に利用しうる有効な電気エネルギを増大させる発電装置に関するものである。

エネルギの有効利用が喫緊の課題となっている今日において、未利用エネルギを有効活用できる装置として、ランキンサイクルを利用したクローズドシステムで、排熱を利用して作動媒体を蒸発させ、作動媒体の蒸気を蒸気タービンに供給し発電機を駆動して電力を得る廃熱発電装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

他方、このような発電装置における発電量は、周囲の環境温度によって変動し得る。すなわち、周囲の環境温度が低下（上昇）すると蒸気タービンで利用できるエネルギ（タービン出入口のエンタルピ差）が増加（減少）し、発電機の駆動力が増加（減少）するために発電量が変動する場合がある。一般に、発電機は、一時的に突入する可能性があるような、発電装置で考え得る最大仕事量に対する仕様で設計製造されているわけではない。したがって、環境温度が非常に低下した場合には、発電機への機械的仕事が発電容量を超える場合がある。発電機に最大容量以上の機械的仕事を与えた場合、発電機の電流過大に起因する発熱や温度上昇により運転不能（場合によっては焼損に至る）となったり、発電機のロータとステータ間のトルクが不足しロータが高速回転して過回転速度による軸受けの焼損に至る場合がある。

一般的な発電装置では、熱源熱量あるいは燃料の供給量を削減して発電装置への入熱量を制限することにより発電量を減らし、発電機保護を図っていた。作動媒体の蒸発に必要な熱を特に限定しない一般的な発電装置においては、価値ある熱量を無駄に消費しないことが好ましい。
特開２０００−１１０５１４号公報（第２頁、図１）

しかし、排熱を用いた発電装置では、供給される排熱をできるだけ利用し発電するのが望ましく、発電装置に投入する排熱量を節約する必要はない。また、利用する排熱がエンジンのジャケット温水のように所定の温度まで降下させて還す必要がある場合、熱量を利用し切らないと利用し切れなかった熱量をエネルギを使ってでも除去する必要がある。発電装置への入熱量を制限して発電機の保護を図る場合、発電装置から取り出せる、他の用途に利用しうる有効なエネルギの減少という犠牲を伴って発電装置を保護していることになる。

本発明は上述の課題に鑑み、発電機を損傷から保護しつつ、他の用途に利用しうる有効な電気エネルギを増大させ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に、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との熱交換により作動媒体Ｍを蒸発させる蒸気発生器１０と；蒸気発生器１０で蒸発した作動媒体Ｍを膨張させて機械的動力を得る膨張機２０と；冷却媒体Ｃとの熱交換により膨張機２０で膨張した作動媒体Ｍを凝縮させる凝縮器４０と；膨張機２０で得られた機械的動力により駆動されて発電する発電機３０と；発電機３０で発電した電力により作動し、冷却媒体Ｃを凝縮器４０に導入する冷却媒体導入手段４１と；膨張機２０及び発電機３０の運転条件が所定の値を超えないように冷却媒体導入手段４１に送電する電力を制御する制御装置６０とを備える。典型的には、膨張機２０及び発電機３０の回転速度、あるいは発電機３０の発電電力が所定の値を超えないように、冷却媒体導入手段４１に送電する電力を小さくする。

このように構成すると、膨張機及び発電機の運転条件が所定の値を超えないように冷却媒体導入手段に送電する電力を制御するので、凝縮器における作動媒体の凝縮温度を調節して膨張機の機械的動力を調節することができ、発電機を損傷から保護することができる。典型的には、膨張機及び発電機の回転速度、あるいは発電機の発電電力が所定の値を超えないように、冷却媒体導入手段に送電する電力を小さくするので、発電機で発電した電力のうち発電装置内で消費する電力の割合が小さくなり、発電装置から取り出せる他の用途に利用できる有効な電気エネルギを増大させることができる。

また、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１において、発電機３０で発電した電流を検知する電流検知器８１、発電機３０で発電した電力を検知する電力検知器８２、発電機３０が有するステータコイルの温度を検知するコイル温度検知器８３、発電機３０が有するロータの回転速度を検知する速度検知器８４、作動媒体Ｍの凝縮温度を検知する凝縮温度検知器８５、及び凝縮器４０に導入される冷却媒体Ｃの温度を検知する冷却媒体温度検知器８６のうち少なくとも１つの検知器を備え；制御装置６０が、前記検知器により検知した値に基づいて冷却媒体導入手段４１に送電する電力を制御するように構成されている。

このように構成すると、前記いずれかの検知器で検知した値で膨張機及び発電機の運転条件が所定の値を超えないように制御することができ、実用上差し支えない範囲で制御の簡略化を図ることができる。

また、請求項３に記載の発明に係る発電装置は、例えば図１に示すように、請求項１又は請求項２に記載の発電装置１において、蒸気発生器１０で蒸発した作動媒体Ｍを、膨張機２０をバイパスして凝縮器４０に導入するバイパス流路５６を備え；制御装置６０が、膨張機２０及び発電機３０の運転条件が所定の値を超えないように蒸気発生器１０で蒸発した作動媒体Ｍをバイパス流路５６を介して凝縮器４０に導入するように構成されている。

このように構成すると、膨張機及び発電機の運転条件が所定の値を超えないように蒸気発生器で蒸発した作動媒体をバイパス流路を介して凝縮器に導入するので、発電機を過回転速度から回避して、損傷から保護する措置に対する応答が早くなる。

上記目的を達成するために、請求項４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との熱交換により作動媒体Ｍを蒸発させる蒸気発生器１０と；蒸気発生器１０で蒸発した作動媒体Ｍを膨張させて機械的動力を得る膨張機２０と；冷却媒体Ｃとの熱交換により膨張機２０で膨張した作動媒体Ｍを凝縮させる凝縮器４０と；膨張機２０で得られた機械的動力により駆動されて発電する発電機３０と；発電機３０で発電した電力あるいは商用電力により作動し、加熱媒体Ｈを蒸発器１０に導入する加熱媒体導入手段１６と；膨張機２０及び発電機３０の運転条件が所定の値を超えないように加熱媒体導入手段１６に送電する電力を制御する制御装置６０とを備える。典型的には、膨張機２０及び発電機３０の回転速度、あるいは発電機３０の発電電力が所定の値を超えないように、加熱媒体導入手段１６に送電する電力を小さくする。

このように構成すると、膨張機及び発電機の運転条件が所定の値を超えないように加熱媒体導入手段に送電する電力を制御するので、蒸気発生器で蒸発する作動媒体の量を調節し膨張機で利用できるエネルギを調節して膨張機の機械的動力を調節することができ、発電機を損傷から保護することができる。

また、請求項５に記載の発明に係る発電装置は、例えば図１に示すように、請求項４に記載の発電装置１において、加熱媒体Ｈが気体である。

このように構成すると、加熱媒体導入手段の消費動力が大きくなり、加熱媒体導入手段に送電する電力を制御する効果が大きくなる。

本発明によれば、膨張機及び発電機の運転条件が所定の値を超えないように冷却媒体導入手段に送電する電力を制御するので、凝縮器における作動媒体の凝縮温度を調節して膨張機の機械的動力を調節することができ、発電機を損傷から保護することができる。典型的には、膨張機及び発電機の回転速度、あるいは発電機の発電電力が所定の値を超えないように、冷却媒体導入手段に送電する電力を小さくするので、発電機で発電した電力のうち発電装置内で消費する電力の割合が小さくなり、発電装置から取り出せる他の用途に利用できる有効な電気エネルギを増大させることができる。また、膨張機及び発電機の運転条件が所定の値を超えないように加熱媒体導入手段に送電する電力を制御する場合は、蒸気発生器で蒸発する作動媒体の量を調節し膨張機で利用できるエネルギを調節して膨張機の機械的動力を調節することができ、発電機を損傷から保護することができる。

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、互いに同一又は相当する装置には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。

図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る発電装置の構成を説明する。図１は、発電装置１の構成を説明するブロック図である。
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、膨張機２０とシャフトを介して接続され膨張機２０からの機械的動力により駆動されて交流電力Ｅａを発電する発電機３０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、冷却媒体Ｃを凝縮器４０に導入する冷却媒体導入手段４１と、制御装置６０とを備えている。

ここで、作動媒体として、沸点が４０℃前後のジクロロトリフルオロエタンＨＣＦＣ１２３あるいはトリフルオロエタノールＣＦ_３ＣＨ_２ＯＨ等を用いると、２００〜４００℃程度の排ガスあるいは１００〜１５０℃の排温水など比較的低温度の熱源を利用して、これらの熱エネルギをまず作動媒体Ｍの高圧蒸気に変換し、これにより膨張機２０で発電機３０に直結したタービン（不図示）を回転駆動し、発電を行うことができる。また、圧力が高くなるので、膨張機２０などのコンパクト化が図れる。ただし、作動媒体Ｍは、これらに限られることはなく、ペンタフルオロプロパンＲ２４５ｆａ等のその他のフロン類、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、アルコール等でもよく、水でもよい。また、加熱媒体Ｈは、焼却炉の排ガス、排温水、エンジンのジャケット温水等、作動媒体Ｍを蒸発させる熱を有していればよい。発電装置１は、加熱媒体Ｈを蒸気発生器１０に圧送する加熱媒体搬送機１６を備えており、加熱媒体搬送機１６は、発電機３０で発電した電力あるいは商用電力により作動するように構成されている。なお、冷却媒体Ｃについては、後述する。

蒸気発生器１０と膨張機２０とは、蒸発した作動媒体Ｍの流路である配管５３で接続されている。配管５３には、蒸発した作動媒体Ｍの流れを遮断し、開度を調節することにより流量を調節することができる仕切弁５１が配設されている。膨張機２０と凝縮器４０とは、膨張した作動媒体Ｍの流路である配管５４で接続されている。凝縮器４０と蒸気発生器１０とは、凝縮した作動媒体Ｍの流路である配管５５で接続されている。配管５５には、凝縮した作動媒体Ｍを蒸気発生器１０に向かって圧送する作動媒体ポンプ５０が配設されている。また、蒸気発生器１０と仕切弁５１との間の配管５３と凝縮器４０とは、膨張機２０をバイパスして凝縮器４０に蒸発した作動媒体Ｍを導入するバイパス配管５６で接続されている。バイパス配管５６には、蒸発した作動媒体Ｍの流れを遮断し、開度を調節することにより流量を調節することができるバイパス仕切弁５２が配設されている。

発電機３０は、電気ケーブルを介して、発電した交流電力Ｅａを直流電力Ｅｄに変換する整流器６１と接続されている。整流器６１は、電気ケーブルを介して、直流電力Ｅｄを交流電力Ｐｇに変換するインバータ６２と接続されている。また、本実施の形態では、インバータ６２は、電気ケーブルを介して、系統電力を供給する商用電源と系統連系している。また、発電機３０には、軸受けに送る潤滑油を循環する油配管３４が接続され、油配管３４には油を循環させる油ポンプ３２が配設されている。また、油配管３４には油を冷却するオイルクーラー３３が配設されている。オイルクーラー３３には油を冷却するための油冷却用媒体Ｍ１を流す油冷却用配管３５が接続されている。本実施の形態では、油冷却用媒体Ｍ１として、凝縮器４０で凝縮した作動媒体Ｍの一部を分流して用いている。油冷却用配管３５は、作動媒体ポンプ５０の二次側の配管５５及び凝縮器４０に接続されている。

発電装置１は、凝縮器４０への冷却媒体Ｃの導入を行う冷却媒体導入手段４１を備えている。本実施の形態では、冷却媒体導入手段４１は、冷却媒体としての冷却水Ｃを凝縮器４０に圧送する冷却水ポンプ４３と、冷却水Ｃを冷却する冷却塔４２とを含んで構成されている。冷却塔４２のファン４２ｆ及び冷却水ポンプ４３は、それぞれ不図示の電気ケーブルを介してインバータ６２と接続されており、発電機３０で発電した電力あるいは商用電力を受電して作動するように構成されている。このように、冷却媒体導入手段４１は、冷却媒体Ｃを、凝縮機４０内の作動媒体Ｍを凝縮させるのに必要な冷熱量を保有するように調整して、凝縮器４０に導入するものである。

また、発電装置１は、発電機３０で発電した電流の強さを検知する電流検知器８１と、整流器６１で変換された直流の電圧の大きさを検知する直流電圧検知器８８とを備えている。また、発電機３０で発電した電力の大きさを検知する電力検知器８２を備えてもよい。電流検知器８１、直流電圧検知器８８、電力検知器８２（備える場合）は、制御装置６０の内部に設けられている。さらに、上述の検知器に代えて、又は上述の検知器と共に、発電機３０が有するステータコイルの温度を検知するコイル温度検知器８３、発電機３０が有するロータの回転速度を検知する速度検知器８４、及び凝縮器４０に導入される冷却媒体Ｃの温度を検知する冷却媒体温度検知器８６を備えていてもよい。これらの検知器は、膨張機２０及び発電機３０の回転速度、あるいは発電機３０の発電電力が所定の値を超えないように、機器の状態を把握するためのものである。

発電装置１が備える検知器を、電流検知器８１とすると、過電流か否かを直接検知することができる。電力検知器８２とすると、発電機３０で発電された電気エネルギの量を検知することができる。なお、電力の値は、電流値と電圧値とから算出するようにしてもよい。また、コイル温度検知器８３とすると、発電機３０の温度を直接検知することができるので、過昇温防止の対応がしやすくなる。速度検知器８４とすると、発電機３０の過回転速度防止の観点から、回転速度を直接検知することができる。なお、ロータの回転速度と発電電力の周波数には相関関係があることから、ロータの速度を検知する代わりに発電電力の周波数を検知してもよく、速度検知器の概念には周波数検知器も含むものとする。また、冷却媒体温度検知器８６とすると、簡便な手段で作動媒体Ｍのおおよその凝縮温度を検知することができる。なお、冷却媒体Ｃを外気と熱交換する場合は、外気温によって冷却水温度を求めてもよく、冷却媒体温度検知器の概念には外気温を検知する外気温度検知器９３も含むものとする。

また、発電装置１は、作動媒体Ｍの蒸気の温度を検知する蒸気温度検知器９１と、作動媒体Ｍの蒸気の圧力を検知する蒸気圧力検知器９２と、凝縮器４０で凝縮した作動媒体Ｍの圧力を作動媒体Ｍの飽和液の温度から検知するための凝縮温度検知器８５とを備えている。蒸気温度検知器９１と蒸気圧力検知器９２とは一体に構成されていてもよい。簡易的には作動媒体Ｍの温度あるいは圧力の一方を検知するように構成しても差し支えない。また、凝縮温度検知器８５に代えて凝縮圧力検知器９５を設け、直接作動媒体Ｍの凝縮圧力を求めてもよい。また、蒸気温度検知器９１に代えて熱源温度検知器９４で加熱媒体Ｈの温度を検知して、これから作動媒体Ｍの蒸気の温度を算出してもよい。蒸気温度検知器９１、蒸気圧力検知器９２、凝縮温度検知器８５（凝縮圧力検知器９５）から膨張機２０前後のエンタルピ差（ｈ３−ｈ４）を求めることができる。

制御装置６０は、典型的には、整流器６１、インバータ６２、電流検知器８１、直流電圧検知器８８を含んで構成されている。また、ファン４２ｆや冷却水ポンプ４３の回転速度を設計値の範囲内で増減することができるように構成されている。また、仕切弁５１及びバイパス仕切弁５２のそれぞれと不図示の信号ケーブルで接続されており、これらに開閉信号を送信して開閉させることができるように構成されている。また、各検知器８２〜８６、９１〜９５と不図示の信号ケーブルで接続されており、各検知器８２〜８６、９１〜９５で検知した値を取り入れることができるように構成されている。

次に図１及び図２を参照して、発電装置１の作用について説明する。
図２は、作動媒体Ｍの状態の変化を説明するＰ−ｈ線図（圧力Ｐを縦軸に、エンタルピｈを横軸にとったもの）である。また、図２中の曲線は、作動媒体Ｍのかわき度０及びかわき度１の状態点を結んだものである。なお、以下では、膨張機２０がタービン（不図示）を備えるものとして、また、加熱媒体Ｈがエンジンのジャケット温水であるとして説明を行う。
蒸気発生器１０、膨張機２０、凝縮器４０及びそれらを連接する配管５３、５４、５５は、作動媒体Ｍのクローズドシステムを構成し、発電装置１はランキンサイクルを行って、膨張機２０で得られた機械的駆動力で駆動される発電機３０にて発電を行う。

液体の作動媒体Ｍは、作動媒体ポンプ５０にて蒸気発生器１０に圧送される（状態１→状態２）。蒸気発生器１０に流入した作動媒体Ｍは、ジャケット温水Ｈとの間で熱交換が行われて飽和蒸気あるいは過熱蒸気となる（状態２→状態３）。蒸気となった作動媒体Ｍは、膨張機２０に流入する。ここで、定常運転時は、仕切弁５１が開、バイパス仕切弁５２が閉となっている。したがって、作動媒体蒸気Ｍのすべてが膨張機２０に流入する。膨張機２０に流入した作動媒体蒸気Ｍは、タービンを通して断熱膨張する（状態３→状態４）。このとき、タービンの動翼が作動媒体Ｍにより回転させられて機械的動力が得らる（熱エネルギから機械エネルギへの変換）。得られた機械的動力により膨張機２０に接続された発電機３０が駆動されて、発電機３０が発電を行う（機械エネルギから電気エネルギへの変換）。膨張機２０で得られる機械的動力は、膨張機２０前後の作動媒体Ｍのエンタルピの差（ｈ３−ｈ４：熱落差）により変動する。エンタルピ差が大きければ大きな機械的動力が得られ、エンタルピ差が小さければ得られる機械的動力も小さくなる。膨張機２０で膨張した作動媒体Ｍは、凝縮器４０に流入して冷却水Ｃとの間で熱交換が行われて凝縮し、液体の作動媒体Ｍとなる（状態４→状態１）。液体に戻った作動媒体Ｍは、作動媒体ポンプ５０にて再び蒸気発生器１０に圧送され、以下同様のサイクルを行う。

発電機３０で発電した交流電力Ｅａは、整流器６１に送られて直流電力Ｅｄに変換された後、インバータ６２に送られて交流電力Ｐｇに変換されることにより、周波数が商用電源の系統電力と同調される。インバータ６２で調整された交流電力Ｐｇは、系統連系して、ファン４２ｆ及び冷却水ポンプ４３や、電力負荷（不図示）に送電される。ファン４２ｆ及び冷却水ポンプ４３は、発電機３０での発電がない場合は商用電源から電力の供給を受けて作動する。厳密にいえば、系統連系した後の交流電力は、発電機３０で発電したものか商用電源から供給されたものか区別することはできないが、概念として、発電機３０で発電した電力から発電装置１内で消費する電力を差し引いた残りの電力が、発電装置１から取り出せる、発電装置１外の電力負荷で利用できる有効な電力ということになる。なお、発電装置１内で消費する電力は、直流電力を直接あるいは冷却媒体導入手段用インバータ（不図示）経由で供給しても差し支えない。

蒸気発生器１０で作動媒体Ｍと熱交換して温度が下がったジャケット温水Ｈは、不図示のエンジンに導かれてエンジンの冷却に利用され、温度が上昇したのち発電装置１の熱源として再び蒸気発生器１０に導入される。また、凝縮器４０で作動媒体Ｍと熱交換して温度が上昇した冷却水Ｃは、冷却塔４２で熱を大気に排出して温度が低下し、冷却水ポンプ４３にて再び凝縮器４０に圧送される。ここで、ジャケット温水Ｈの温度はほとんど変動がなくほぼ一定であるので、蒸気発生器１０における作動媒体Ｍの蒸発温度はほぼ一定となる。他方、冷却水Ｃの温度は、外気温等の周囲の環境条件の変動により変化する。

外気温が低下すると凝縮器４０に圧送される冷却水Ｃの温度が低くなり、これに伴って凝縮器４０における作動媒体Ｍの凝縮温度が低下する。これを図２でみると、状態４が、状態４より圧力が低くエンタルピが小さい状態４’に移動している。図２から明らかなように、外気温の低下に伴い凝縮器４０における凝縮温度が低下して、作動媒体Ｍのサイクルが状態４から状態４’に移ると、エンタルピ差、すなわち、機械的動力に変換される熱エネルギが増大する。熱エネルギが増大してタービンの仕事が増大すると発電機３０の駆動力も増大することとなる。発電機３０は、発電装置１で想定しうる最大仕事量に耐えられる仕様にはなっていない。仮に発電装置１で想定しうる最大仕事量に耐えられる仕様とすると、まれにしか生じない事態のために多大なコストをかけて発電機を製作することとなり不経済である。他方、発電機３０に許容量以上の機械的仕事を与えた場合、電流過大による発熱や温度上昇が生じて運転不能に陥ったり、発電機のロータとステータとの間のトルクが不足してロータが高速回転となって過回転速度による軸受けの焼損に至ることがある。たとえ経済性を考慮しても、このような発電機３０の損傷を回避する必要がある。

発電装置１は、発電機３０の損傷を回避するために以下のような制御を行う。制御装置６０は、電流検知器８１で発電機３０が発電した電流の値を検知し、発電機３０の最大許容電流値に余裕分を見込んだ所定の値を超えそうになったら、冷却塔４２のファン４２ｆの、回転速度の減少や台数制御等を行い、及び／又は冷却水ポンプ４３の回転速度を減少させる。ファン４２ｆの回転速度の減少や台数制御を行うと、冷却塔４２で除去される冷却水Ｃ中の熱量が減少するので凝縮器４０に圧送される冷却水Ｃの温度が上昇する。冷却水ポンプ４３の回転速度が減少すると、凝縮器４０に圧送される冷却水Ｃの流量が減少する。冷却水Ｃの温度が上昇したり流量が減少すると、凝縮器４０の作動媒体Ｍの凝縮温度が上昇する。作動媒体Ｍの凝縮温度が上昇するとエンタルピ差が減少するので（図２参照）、膨張機２０で得られる機械的動力も少なくなり、ひいては発電機３０における発電量も減少して、発電機３０を温度上昇や焼損といった損傷から保護することができる。

同時に、ファン４２ｆの回転速度の減少や台数制御等、及び／又は冷却水ポンプ４３の回転速度の減少は、ファン４２ｆ及び／又は冷却水ポンプ４３への送電量の減少を伴う。ファン４２ｆ及び冷却水ポンプ４３は、発電機３０で発電した電力により作動するので、これらの消費電力が少なくなれば、発電装置１外へ送電できる電力、すなわち、他の用途に利用できる有効な電力が増大することとなる。特にファン４２ｆの動力は、発電機３０が発電する電力の約１０％を占める場合もあるので、この動力を削減する意義は大きい。

このとき、ファン４２ｆの回転速度の減少や台数制御等、及び／又は冷却水ポンプ４３の回転速度の減少を行っても、凝縮器４０における作動媒体Ｍの凝縮温度の低下に反映されるまでにはある程度の時間を要するので、発電機３０の発電電流が増大するペースの方が大きい場合がある。このような場合、制御装置６０は、バイパス仕切弁５２を開方向に開度調整して、作動媒体Ｍの蒸気の一部をバイパス流路５６を通し、膨張機２０をバイパスして凝縮器４０に流入させる。このようにすると、膨張機２０のタービンを通過する作動媒体Ｍの蒸気の量が減少するので、時間を要さずにタービンの機械的動力を制限することができ、発電機３０における発電量も減少して、発電機３０を温度上昇や焼損といった損傷から保護することができる。なお、仕切弁５１の開度調整を併用しても差し支えない。

ただし、作動媒体Ｍの蒸気のバイパスによる発電機３０の保護は、ファン４２ｆや冷却水ポンプ４３の動力削減にならないので緊急避難的な使用にとどめ、可能な限りファン４２ｆや冷却水ポンプ４３への送電を減少させることにより発電機３０を損傷から保護して、有効な電気エネルギを増大させることが好ましい。したがって、一旦開としたバイパス仕切弁５２を徐々に閉めてエンタルピ差調整機能をファン４２ｆや冷却水ポンプ４３に移行するようにするとよい。また、ファン４２ｆや冷却水ポンプ４３で調整しきれない分をバイパス仕切弁５２で受け持つようにするとよい。

以上の説明のように、加熱媒体Ｈをエンジンのジャケット温水とした場合、蒸気発生器１０への加熱媒体Ｈの導入量を減少させることによる膨張機２０の機械的動力の減少を考慮しなかった。ジャケット温水Ｈの蒸気発生器１０への導入量を減少させてジャケット温水Ｈと作動媒体Ｍとの交換熱量が少なくなると、ジャケット温水Ｈが十分に冷却されずにエンジンを冷却することができなくなり、この場合は別途エネルギを使ってでもジャケット温水を冷却しなければならないからである。しかし、加熱媒体Ｈを焼却炉の排ガス、排温水等、所定の温度に低下させる必要がないものの場合、加熱媒体搬送機１６の回転速度を減少させることにより、蒸気発生器１０の導入する加熱媒体Ｈの流量を減少させてもよい。このようにすると、加熱媒体Ｈと作動媒体Ｍとの交換熱量が減少し、作動媒体Ｍの蒸気発生量が減少するからタービンの機械的動力を制限することができ、発電機３０における発電量も減少して、発電機３０を温度上昇や焼損といった損傷から保護することができると共に、加熱媒体搬送機１６への送電を減少するので有効に利用可能な電気エネルギが増大する。この場合、冷却媒体導入手段４１の制御、及び／又は、仕切弁５１及びバイパス仕切弁５２の開度調整を併用してもよいことはいうまでもない。

次に図３を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る発電装置２について説明する。図３は、発電装置２の構成を説明するブロック図である。以下、発電装置１と発電装置２との相違点を主に説明し、共通部分の説明は省略する。
発電装置２は、凝縮器４０が空冷で構成されている。したがって、冷却媒体Ｃは空気となる。また、冷却媒体導入手段４１が空冷ファン４５で構成されている。その他の構成は発電装置１と同様である。

発電装置２の作用は、発電機３０の保護のために送電を制限する先が、発電装置１におけるファン４２ｆ及び冷却水ポンプ４３に代えて、空冷ファン４５となる以外は、発電装置１と同じである。すなわち、外気温が低下して、凝縮器４０における作動媒体Ｍの温度が低下してタービン前後のエンタルピ差が増大することにより膨張機２０のタービンの仕事が増大すると、発電機３０の駆動力も増大する。これに伴う発電機３０の損傷を防止するため、制御装置６０は、電流検知器８１で発電機３０が発電した電流の値を検知し、所定の値を超えそうになったら、空冷ファン４５の回転速度の減少や台数制御等を行い、凝縮器４０における作動媒体Ｍの凝縮温度を上昇させる。このように膨張機２０前後における作動媒体Ｍのエンタルピ差を減少させて膨張機２０で得られる機械的動力を減少させ、発電機３０における発電量も減少させて、発電機３０を温度上昇や焼損といった損傷から保護する。このとき、空冷ファン４５の回転速度の減少や台数制御等のため、空冷ファン４５への送電量を減少させるので、発電装置２から取り出される有効な電気エネルギが増大する。なお、空冷ファン４５の回転速度の減少や台数制御で、凝縮器４０における作動媒体Ｍの凝縮温度低下が発電機３０の発電量の抑制に追従できない場合は、仕切弁５１及びバイパス仕切弁５２の開度調整を併用してもよいことは、発電装置１と同様である。また、加熱媒体Ｈが焼却炉の排ガス、排温水等、所定の温度に低下させる必要がないものの場合、加熱媒体搬送機１６の回転速度を減少させてもよいことはいうまでもない。

次に、そのものの図示はしないが、本発明の第３の実施の形態に係る発電装置を、図１を参照して説明する。第３の実施の形態に係る発電装置として、発電装置１の構成において、冷却媒体Ｃとして海水や河川水を用い、冷却塔４２を省略するように構成してもよい。この場合、冷却媒体導入手段４１は、冷却水ポンプ４３となる。このように構成すると、一般的に必要な動力がポンプよりも大きいファンを省略することができるので、有効に利用できる電気エネルギが増大する。

以上の説明では、電流検知器８１で検知した値に基づいて冷却媒体導入手段４１への送電や、仕切弁５１及びバイパス仕切弁５２の開度、加熱媒体搬送機１６への送電を制御することとしたが、他の検知器８２〜８６で検知した値に基づいて制御してもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る発電装置の構成を示すブロック図である。 作動媒体Ｍの状態の変化を説明するＰ−ｈ線図である。 本発明の第２の実施の形態に係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 発電装置
１０ 蒸気発生器
２０ 膨張機
３０ 発電機
４０ 凝縮器
４１ 冷却媒体導入手段
５６ バイパス流路
６０ 制御装置
８１ 電流検知器
８２ 電力検知器
８３ コイル温度検知器
８４ 速度検知器
８５ 凝縮温度検知器
８６ 冷却媒体温度検知器
Ｃ 冷却媒体
Ｈ 加熱媒体
Ｍ 作動媒体

Claims (5)

1. 加熱媒体との熱交換により作動媒体を蒸発させる蒸気発生器と；
   前記蒸気発生器で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；
   冷却媒体との熱交換により前記膨張機で膨張した作動媒体を凝縮させる凝縮器と；
   前記膨張機で得られた機械的動力により駆動されて発電する発電機と；
   前記発電機で発電した電力あるいは商用電力により作動し、前記冷却媒体を前記凝縮器に導入する冷却媒体導入手段と；
   前記膨張機及び前記発電機の運転条件が所定の値を超えないように前記冷却媒体導入手段に送電する電力を制御する制御装置とを備える；
   発電装置。
2. 前記発電機で発電した電流を検知する電流検知器、前記発電機で発電した電力を検知する電力検知器、前記発電機が有するステータコイルの温度を検知するコイル温度検知器、前記発電機が有するロータの回転速度を検知する速度検知器、前記作動媒体の凝縮温度を検知する凝縮温度検知器、及び前記凝縮器に導入される冷却媒体の温度を検知する冷却媒体温度検知器のうち少なくとも１つの検知器を備え；
   前記制御装置が、前記検知器により検知した値に基づいて前記冷却媒体導入手段に送電する電力を制御するように構成された；
   請求項１に記載の発電装置。
3. 前記蒸気発生器で蒸発した作動媒体を、前記膨張機をバイパスして前記凝縮器に導入するバイパス流路を備え；
   前記制御装置が、前記膨張機及び前記発電機の運転条件が所定の値を超えないように前記蒸気発生器で蒸発した作動媒体を前記バイパス流路を介して前記凝縮器に導入するように構成された；
   請求項１又は請求項２に記載の発電装置。
4. 加熱媒体との熱交換により作動媒体を蒸発させる蒸気発生器と；
   前記蒸気発生器で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；
   冷却媒体との熱交換により前記膨張機で膨張した作動媒体を凝縮させる凝縮器と；
   前記膨張機で得られた機械的動力により駆動されて発電する発電機と；
   前記発電機で発電した電力あるいは商用電力により作動し、前記加熱媒体を前記蒸発器に導入する加熱媒体導入手段と；
   前記膨張機及び前記発電機の運転条件が所定の値を超えないように前記加熱媒体導入手段に送電する電力を制御する制御装置とを備える；
   発電装置。
5. 前記加熱媒体が気体である、請求項４に記載の発電装置。
   

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