JP2007327359A

JP2007327359A - 排熱発電装置、及びその運転方法

Info

Publication number: JP2007327359A
Application number: JP2006157397A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Uchimura; 知行内村; Osayuki Inoue; 修行井上; Kiichi Irie; 毅一入江; Tetsuya Endo; 哲也遠藤
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2006-06-06
Filing date: 2006-06-06
Publication date: 2007-12-20

Abstract

【課題】既存の作動媒体や潤滑油を用い発電機の軸受の潤滑ができ、運転中並びに停止中に電力等を用いて作動媒体の潤滑油中の溶解を抑制する必要のない排熱発電装置、及びその運転方法を提供すること。
【解決手段】蒸気発生器１１、タービン発電機１３、凝縮器１４、作動媒体循環ポンプ１５を備えた排熱発電装置において、タービン発電機１３の軸受２３，２４を潤滑した潤滑油１１０が、潤滑油戻り配管２７及び／又は潤滑油タンク２８に潤滑油１１０と潤滑油加熱媒体である温水１００との間で熱交換を行い潤滑油１１０を加熱する潤滑油加熱器２９と、加熱されて気化した該潤滑油中の作動媒体を分離除去し潤滑油を再生させる潤滑油再生手段（油滴再生器３０、油滴分離器３１）と、潤滑油供給ポンプ３４により軸受２３，２４に供給される潤滑油１１０を冷却する潤滑油冷却器３５を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、比較的低温の排熱等を回収して、この熱エネルギーを電力に変換する排熱発電装置及びその運転方法に関し、特にタービン発電機の軸受の潤滑に用いる潤滑油と作動媒体とが混合した場合に、その作動媒体と潤滑油とを分離する技術を備えた排熱発電装置及びその運転方法に関するものである。

温度が２００〜４００℃程度の排ガス或いは温度が６０〜１００℃の排温水等比較的低温度の廃熱を有効に発電電力として回収することが試みられている（例えば、特許文献１及び２）。このような低温度の廃熱回収は、所謂ランキンサイクル等を利用したクローズドシステムの発電装置として実現可能である。即ち、蒸気発生器、タービン発電機、凝縮器、作動媒体循環ポンプを備え、熱源として比較的温度の低い温水等の排熱媒体を前記蒸気発生器に導入し、凝縮器から作動媒体循環ポンプにより蒸気発生器に導いた作動媒体液を加熱し蒸発させ、発生した作動媒体蒸気をタービン発電機のタービンに導きその発電機を駆動し、タービンから排出される作動媒体蒸気を凝縮器に戻す構成で実現できる。装置のコンパクト化のため、作動媒体として水ではなく、低沸点の作動媒体が用いられている（例えば特許文献１参照）。

上述したクローズドシステムの発電装置におけるタービン発電機の軸受の潤滑は、通常潤滑油を用いて行っている。この場合潤滑油を、軸受を冷却するのに必要な温度に維持することと、潤滑油に必要な粘度に維持することが、発電装置の重要な技術的課題である。潤滑油は、潤滑油が作動サイクル中に滞留しないように、媒体と相溶性を有することが望ましい。しかし相溶性を有すると、停止中や運転中に潤滑油中に除々に作動媒体が溶解し、その粘度が低下してゆく。潤滑油の粘度の低下は、軸受の故障や、寿命の低下を招く。

排熱発電装置の逆サイクルを有する冷凍機では、これらに対応する技術は確立されている。作動媒体は潤滑油温度が低いと溶解しやすく、高いと気化しやすい。また、作動媒体圧力が低いと媒体が気化しやすく、高いと溶解しやすい。潤滑油は軸受を冷却するときに加熱されて温度が上昇するが、冷凍機では蒸発器の露点温度が５℃程度であるので、潤滑油温度が必要以上に低下しないように潤滑油の冷却量を制御すれば、あまり潤滑油の温度を高温にしなくとも、潤滑油の媒体濃度はあまり上がらず、粘度も維持される。
特開２０００−１１０５１４号公報特表２００１−５２５５１２号公報

排熱発電装置ではもっとも低圧となる凝縮器でも露点温度が３５℃程度と高い。このため、潤滑油には作動媒体が溶解しやすく、粘度が低下しやすくなる。冷凍機と同様の原理で作動媒体の濃度を下げようとすると、潤滑油の温度を高くする必要があるため冷却に支障をきたす。また、潤滑油の温度上昇がさらに粘度の低下を招き、軸受の潤滑にも支障をきたす。

また、タービン発電機が運転を始めれば、軸受が潤滑油の加熱源となるので運転を維持できるが、停止中に潤滑油に溶解した作動媒体を分離しないとタービン発電機の運転ができない。冷凍機では停止中は電気ヒーターなどにより潤滑油を加熱し、作動媒体の潤滑油中への溶解を防止しているが、排熱発電装置は、停止中に潤滑油を加熱するためだけに電力を消費することは、排熱を電力として回収する排熱発電装置の目的上、まず許されない。

従来の技術の延長でこれらの課題を解決するためには、これらの温度条件に適合する新たな潤滑油を開発するか、作動媒体との相溶性の無い潤滑油を用いて、その循環及び回収の技術を確立するなどの必要がある。また、ヒーターにより加熱する場合は、ヒーターの駆動に一定の電力が必要であった。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、既存の作動媒体や潤滑油を用い発電機の軸受の潤滑ができ、運転中並びに停止中に電力等を用いて作動媒体の潤滑油中の溶解を抑制する必要のない排熱発電装置、及びその運転方法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、タービン発電機、凝縮器、作動媒体循環ポンプを備え、熱源として排熱媒体を前記蒸気発生器に導入し、前記凝縮器から前記作動媒体循環ポンプにより該蒸気発生器に導いた作動媒体液を加熱し蒸発させ、発生した作動媒体蒸気をタービン発電機のタービンに導き発電機を駆動し、該タービンから排出される作動媒体蒸気を前記凝縮器に戻すように構成した排熱発電装置において、前記タービン発電機の軸受を潤滑する潤滑油を貯留する潤滑油タンクと、該潤滑油タンク内の潤滑油を前記軸受に供給する潤滑油供給ポンプを備え、前記軸受を潤滑した潤滑油は再び前記潤滑油タンクに貯留されるようになっており、前記潤滑油と潤滑油加熱媒体との間で熱交換を行い該潤滑油を加熱する潤滑油加熱手段と、加熱されて気化した該潤滑油中の作動媒体を分離除去し潤滑油を再生させる潤滑油再生手段と、前記潤滑油供給ポンプにより前記軸受に供給される潤滑油を冷却する潤滑油冷却手段を設けたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の排熱発電装置において、前記潤滑油加熱手段は、前記潤滑油中に溶解している作動媒体が気化・分離して該潤滑油が再生される再生最低温度を算出し、該潤滑油の温度が該再生最低温度を下回らないように加熱熱量を制御することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の排熱発電装置において、前記潤滑油冷却手段は、前記軸受に供給される潤滑油が所定の粘度を維持する最高温度を算出し、該潤滑油の給油温度が該最高温度を上回らないように冷却冷熱量を制御することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の排熱発電装置において、前記潤滑油加熱手段の潤滑油加熱媒体として、前記蒸気発生器の加熱源である排熱媒体又は該蒸気発生器で発生した作動媒体蒸気を用いることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の排熱発電装置において、前記潤滑油加熱手段の潤滑油加熱媒体として、該潤滑油加熱手段で加熱され溶解した作動媒体を気化し分離した後の潤滑油を用いると共に、該加熱された潤滑油を更に加熱する潤滑油補助加熱手段を設けたことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の排熱発電装置の運転方法において、前記潤滑油加熱手段又は前記潤滑油補助加熱手段の潤滑油加熱媒体として前記蒸気発生器の加熱源である排熱媒体を用いると共に、該排熱媒体の温度が前記潤滑油中に溶解している作動媒体を気化し分離させるのに必要な温度を下回らないように発電サイクルの前記作動媒体の循環量を制御することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の排熱発電装置の運転方法において、前記タービン発電機を運転する前に前記潤滑油タンク内の潤滑油を前記潤滑油加熱手段及び／又は前記潤滑油補助加熱手段で加熱しながら循環させ、規定温度に達するまで前記タービン発電機を運転しないことを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の排熱発電装置の運転方法において、前記潤滑油タンク内の潤滑油が前記規定温度に達するまでの間、前記作動媒体の循環を停止することを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項６に記載の排熱発電装置の運転方法において、前記タービン発電機を運転する前に前記潤滑油タンク内の潤滑油を前記潤滑油加熱手段及び／又は前記潤滑油補助加熱手段で加熱しながら循環させると共に、該潤滑油の温度が作動媒体圧力から決定される規定値に達するまで該加熱を継続し、該規定値に達するまで前記タービン発電機を運転しないことを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項６に記載の排熱発電装置の運転方法において、前記タービン発電機を運転する前に前記潤滑油タンク内の潤滑油を前記潤滑油加熱手段及び／又は前記潤滑油補助加熱手段で加熱しながら循環させると共に、該潤滑油タンク内の圧力が規定値に達するまで該加熱を継続し、該規定値に達するまで前記タービン発電機を運転しないことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、軸受を潤滑した潤滑油は潤滑油加熱手段で加熱されその中に溶解している作動媒体は気化し、潤滑油再生手段で除去され、再生された潤滑油が冷却手段で冷却され所定の粘度を有した状態でタービン発電機の軸受に供給できるから、既存の作動媒体や潤滑油を用いて排熱発電装置のタービン発電機の軸受の潤滑が可能となり、運転中並びに停止中に電力等を用いて作動媒体の潤滑油中への溶解を抑制する必要がない。よって、安価な発電装置を提供することができる。

請求項２に記載の発明によれば、潤滑油加熱手段は、潤滑油中に溶解している作動媒体が気化・分離して該潤滑油が再生される再生最低温度を算出し、該潤滑油の温度が該再生最低温度を下回らないように加熱熱量を制御するので、潤滑油中に溶解している作動媒体が気化・分離して除去され潤滑油は再生される。

請求項３に記載の発明によれば、潤滑油冷却手段は、軸受に供給される潤滑油が所定の粘度を維持する最高温度を算出し、該潤滑油の給油温度が該最高温度を上回らないように冷却冷熱量を制御するので、軸受には所定の粘度を有する潤滑油を供給できる。

請求項４に記載の発明によれば、潤滑油加熱手段の潤滑油加熱媒体として、蒸気発生器の加熱源である排熱媒体又は該蒸気発生器で発生した作動媒体蒸気を用いるので、潤滑油加熱のために電力等のエネルギーを消費することなく、ランニングコストを低減できる。

請求項５に記載の発明によれば、潤滑油加熱手段の潤滑油加熱媒体として、該潤滑油加熱手段で加熱され溶解した作動媒体を気化し分離した後の潤滑油を用いると共に、該加熱された潤滑油を更に潤滑油補助加熱手段で加熱するので、効率よく潤滑油を加熱できる。

請求項６に記載の発明によれば、潤滑油加熱手段又は潤滑油補助加熱手段の潤滑油加熱媒体として蒸気発生器の加熱源である排熱媒体を用いると共に、排熱媒体の温度が潤滑油中に溶解している作動媒体を気化し分離させるのに必要な温度を下回らないように発電サイクルの作動媒体の循環量を制御するので、潤滑油中に溶解している作動媒体を常に気化し分離除去させ再生した潤滑油を軸受に供給できる排熱発電装置の運転方法を提供できる。

請求項７に記載の発明によれば、タービン発電機を運転する前に潤滑油タンク内の潤滑油を潤滑油加熱手段及び／又は潤滑油補助加熱手段で加熱しながら循環させ、規定温度に達するまでタービン発電機を運転しないので、タービン発電機の軸受に作動媒体が多く溶解し、粘度の低下した潤滑油が供給された状態で運転されるということはなく、軸受の故障や寿命の短縮を回避できる。

請求項８に記載の発明によれば、潤滑油タンク内の潤滑油が規定温度に達するまでの間、作動媒体の循環を停止するので、凝縮器内圧が低く維持され、潤滑油中の作動媒体を効率よく気化し分離することができる。従って、軸受の故障や寿命の短縮を回避できる。

請求項９に記載の発明によれば、タービン発電機を運転する前に潤滑油タンク内の潤滑油を潤滑油加熱手段及び／又は潤滑油補助加熱手段で加熱しながら循環させると共に、該潤滑油の温度が作動媒体圧力から決定される規定値に達するまで該加熱を継続し、該規定値に達するまでタービン発電機を運転しないので、タービン発電機の軸受に作動媒体が多く溶解し、粘度の低下した潤滑油が供給された状態で運転されるということはない。従って、軸受の故障や寿命の短縮を回避できる。

請求項１０に記載の発明によれば、タービン発電機を運転する前に潤滑油タンク内の潤滑油を潤滑油加熱手段及び／又は潤滑油補助加熱手段で加熱しながら循環させると共に、該潤滑油タンク内の圧力が規定値に達するまで該加熱を継続し、該規定値に達するまでタービン発電機を運転しないので、タービン発電機の軸受に作動媒体が多く溶解し、粘度の低下した潤滑油が供給された状態で運転されるということはない。従って、軸受の故障や寿命の短縮を回避できる。

以下、本願発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る排熱発電装置の構成例（第１実施形態例）を示す図である。本排熱発電装置は、蒸気発生器１１、気液分離器１２、タービン発電機１３、凝縮器１４、作動媒体循環ポンプ１５を備え、これらを作動媒体配管経路２０で接続している。熱源として温水１００を蒸気発生器１１に導入し、凝縮器１４から作動媒体循環ポンプ１５により蒸気発生器１１に導いた作動媒体液１０２を加熱し蒸発させ、発生した作動媒体蒸気１０１を気液分離器１２に導き、該気液分離器１２で作動媒体蒸気１０１中の作動媒体液滴を分離し除去する。分離された作動媒体液１０２は媒体再循環配管１７を通って蒸気発生器１１に戻る。

気液分離器１２で液滴が除去された作動媒体蒸気１０１は３方向弁からなる主蒸気弁１６を通ってタービン発電機１３のタービン１８に供給され、該タービン１８を回転させる。該タービン１８の回転力により発電機１９が駆動され電力を発電する。タービン１８を出た作動媒体蒸気１０１は凝縮器１４に導入され、該凝縮器１４に供給される冷却水１０３との間で熱交換が行われ、凝縮して作動媒体液１０２となる。これにより作動媒体は作動媒体配管経路２０を一巡する。なお、２１は作動媒体蒸気１０１をタービン１８をバイパスして凝縮器１４に送るタービンバイパス配管であり、２２は凝縮器１４内で凝縮した作動媒体液の液位を検出する液面検出器である。

発電機１９の回転軸を支持する軸受２３、２４を潤滑した潤滑油１１０は、潤滑油受皿２５、２６で受けられ、潤滑油戻り配管２７を通って潤滑油タンク２８に導かれる。潤滑油戻り配管２７の途中には潤滑油１１０を加熱する潤滑油加熱器２９が設けられ、潤滑油１１０は加熱され、潤滑油タンク２８に導かれる。この加熱により潤滑油１１０に含まれる作動媒体は蒸発し作動媒体蒸気１０１となって潤滑油１１０と伴に潤滑油タンク２８内に流入する。

潤滑油タンク２８内には油滴再生器３０と油滴分離器３１を具備する潤滑油再生手段が配置されており、潤滑油タンク２８内に流入した潤滑油１１０は該油滴再生器３０を通って流下し下方に貯留している潤滑油１１０に合流する。また、上記加熱により蒸発した潤滑油蒸気は油滴分離器３１で捕捉され、下方に流下する。また、潤滑油タンク２８内に流入した作動媒体蒸気１０１は均圧管３２を通って凝縮器１４に流れ込む。潤滑油タンク２８内の潤滑油１１０は潤滑油供給ポンプ３４により潤滑油供給配管３３を通って発電機１９の軸受２３，２４に供給されるようになっている。潤滑油供給配管３３の途中には潤滑油冷却器３５、潤滑油フィルタ３６が設けられており、潤滑油１１０は潤滑油冷却器３５で後に詳述するように、所定粘度を有するように冷却され、３方向切替弁３７を通り、潤滑油フィルタ３６を通って供給される。

なお、３８は潤滑油１１０を潤滑油タンク２８に戻す潤滑油バイパス配管、３９は潤滑油タンク２８内の圧力Ｐを検出する圧力検出器、４０は潤滑油タンク２８内の潤滑油１１０の温度Ｔｔを検出する温度検出器、４１は潤滑油供給配管３３を通って軸受２３、２４に供給される潤滑油１１０の温度Ｔｓを検出する温度検出器である。また、潤滑油タンク２８内とタービン発電機１３のケーシング内は均圧管４２で接続されている。

潤滑油１１０を加熱するために潤滑油加熱器２９に供給される潤滑油加熱媒体には、蒸気発生器１１に加熱源として供給される温水１００か、蒸気発生器１１で発生した作動媒体蒸気１０１が好ましい。ここでは温水１００を使用している。潤滑油１１０を加熱する熱量（加熱熱量）は、潤滑油加熱器２９に供給する潤滑油加熱媒体である温水１００の流量を制御することで制御することができる。潤滑油冷却器３５に供給する潤滑油冷却媒体としては、凝縮器１４で液化され、作動媒体循環ポンプ１５で加圧された作動媒体液１０２を用いる。潤滑油１１０を冷却する冷熱量（冷却冷熱量）は、潤滑油冷却器３５に供給する作動媒体液１０２の流量を制御することで制御できる。

本排熱発電装置では、装置の運転状態で温水１００が供給されると、該温水の温度が規定値以上であることを確認した上で、先ず潤滑油加熱器２９に温水１００を供給する。次いで、潤滑油タンク２８内に潤滑油１１０を潤滑油供給ポンプ３４により、３方向切替弁３７及び潤滑油バイパス配管３８を通して循環させ、潤滑油１１０を加熱する。この間、作動媒体配管経路２０を通る作動媒体（作動媒体液１０２、作動媒体蒸気１０１）の循環を禁止し、可能であれば凝縮器１４に冷却水１０３を通水して凝縮器１４内の圧力を低く保つ。これにより均圧管３２を通って潤滑油タンク２８内の圧力も低く保たれ、潤滑油の再生（潤滑油中に溶解している作動媒体の気化・分離除去）が促進される。

潤滑油の温度が規定値以上に達するか、或いは潤滑油供給ポンプ３４の吐出圧力が規定値以上に達したら、潤滑油１１０の再生が完了、即ち潤滑油１１０中の作動媒体は蒸発除去されたものとして、作動媒体循環ポンプ１５を運転して作動媒体の作動媒体配管経路２０を通る循環を開始すると共に、潤滑油冷却器３５に凝縮器１４の作動媒体液１０２を導いて潤滑油１１０を冷却し、タービン発電機１３の発電機１９の軸受２３，２４の潤滑に必要な粘度が確保されるようにする。この間も、潤滑油加熱器２９による潤滑油１１０の加熱油の加熱は続けるが、装置停止中（作動媒体の循環停止中）に潤滑油１１０に溶解した作動媒体を除去する潤滑油１１０の再生と、装置運転中（作動媒体の循環中）の作動媒体の潤滑油１１０への溶解防止とで、潤滑油１１０の加熱温度は異なる温度としてよい。潤滑油１１０の温度、圧力等の条件、その他のタービン発電機１３のタービン１８の運転条件が確保された場合、主蒸気弁１６をタービンバイパス配管２１側からタービン１８側に切り替え、蒸気発生器１１からの作動媒体蒸気をタービン１８に供給する。

図２は本発明に係る排熱発電装置の他の構成例（第２実施形態例）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。本排熱発電装置では、タービン発電機１３の軸受から潤滑油１１０が戻る潤滑油戻り配管２７の途中に潤滑油加熱器２９を設け、これに潤滑油加熱媒体として、潤滑油タンク２８から潤滑油供給ポンプ３４に導かれる潤滑油１１０を導入して加熱する。加熱された潤滑油１１０は、潤滑油補助加熱器４３で加熱される。本排熱発電装置では、潤滑油補助加熱器４３の熱源として、蒸気発生器１１に導入される温水１００を用いている。潤滑油１１０の加熱熱量は、潤滑油補助加熱器４３に通水される温水１００の流量を制御することによって制御する。潤滑油供給配管３３には潤滑油冷却器３５が設けられ、潤滑油冷却媒体としては、凝縮器１４で液化され作動媒体循環油ポンプ１５で加圧された作動媒体液１０２を用いる。潤滑油１１０の冷却冷熱量は潤滑油冷却器３５に導く作動媒体液１０２の流量で制御する。

本排熱発電装置での動作は、図１の排熱発電装置と略同一である。即ち、装置の運転状態で温水１００が供給されると、該温水の温度が規定値以上であることを確認した上で、先ず潤滑油補助加熱器４３に温水１００を供給する。次いで、潤滑油タンク２８内の潤滑油１１０を潤滑油供給ポンプ３４により、３方向切替弁３７及び潤滑油バイパス配管３８を通して循環させる。この時潤滑油タンク２８の潤滑油１１０で潤滑油加熱器２９を通る軸受２３、２４からの潤滑油１１０を加熱する。この間、作動媒体配管経路２０を通る作動媒体の循環を禁止し、可能であれば凝縮器１４に冷却水１０３を通水して凝縮器１４内の圧力を低く保つ。これにより均圧管３２を通って潤滑油タンク２８内の圧力も低く保たれ、潤滑油の再生が促進される。

潤滑油の温度が規定値以上に達するか、或いは潤滑油供給ポンプ３４の吐出圧力が規定値以上に達したら、潤滑油の再生が完了、即ち潤滑油１１０中の作動媒体は蒸発除去されたものとして、作動媒体循環ポンプ１５を運転して媒体の循環を開始すると共に、潤滑油冷却器３５に凝縮器１４からの作動媒体液１０２を導いて潤滑油１１０を冷却し、タービン発電機１３の発電機１９の軸受２３，２４の潤滑に必要な粘度が確保されるようにする。潤滑油１１０の温度、圧力等の条件、その他のタービン発電機１３のタービン１８の運転条件が確保された場合、主蒸気弁１６をタービンバイパス配管２１側からタービン１８側に切り替え、蒸気発生器１１からの作動媒体蒸気１０１をタービン１８に供給する。

図３は本発明に係る排熱発電装置の他の構成例（第３実施形態例）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。本排熱発電装置では、タービン発電機１３の軸受から潤滑油１１０が戻る潤滑油戻り配管２７の途中に潤滑油加熱器２９を設け、これに潤滑油加熱媒体として、潤滑油タンク２８から潤滑油供給ポンプ３４に導かれる潤滑油１１０を導入して加熱する。加熱された潤滑油１１０は、潤滑油タンク２８内に設けられた、潤滑油再生器４４に導かれ、潤滑油補助加熱器４５上に散布され更に加熱される。潤滑油再生器４４は、潤滑油１１０を潤滑油タンク２８内の気相に接触させながら潤滑油補助加熱器４５で加熱する熱交換器であり、潤滑油１１０は潤滑油補助加熱器４５で加熱されることにより、その中に溶解している作動媒体が気化する。

本排熱発電装置では、潤滑油補助加熱器４５の加熱源として、蒸気発生器１１に導入される温水１００を用いている。潤滑油１１０の加熱熱量は、潤滑油補助加熱器４５に導入する温水１００の流量を制御することで制御できる。

本排熱発電装置での動作は、図１及び図２の排熱発電装置と略同一である。即ち、装置の運転状態で温水１００が供給されると、該温水の温度が規定値以上であることを確認した上で、先ず潤滑油補助加熱器４５に温水１００を供給する。次いで、潤滑油タンク２８内の潤滑油１１０を潤滑油供給ポンプ３４により、３方向切替弁３７及び潤滑油バイパス配管３８を通して循環させ、潤滑油１１０を加熱する。この間、作動媒体配管経路２０を通る作動媒体の循環を禁止し、可能であれば凝縮器１４に冷却水１０３を通水して凝縮器１４内の圧力を低く保つ。これにより均圧管３２を通って潤滑油タンク２８内の圧力も低く保たれ、潤滑油の再生が促進される。

〔潤滑油の加熱及び冷却制御〕
上記第１乃至第３実施形態例の共通の課題として、潤滑油１１０の加熱する熱量（加熱熱量）の制御と、冷却する冷熱量（冷却冷熱量）の制御とを行わなければならない。最終的に制御すべき対象は、潤滑油１１０の給油温度と粘度であるが、特に粘度は計測が困難な物理量であるので、これに代わる制御量を用いるのがよい。

本実施形態例では、
Ｔｓ：潤滑油１１０の給油温度
Ｔｔ：潤滑油タンク２８内の潤滑油温度、若しくは潤滑油加熱器２９（若しくは潤滑油補助加熱器４３）の潤滑油出口温度（以下、潤滑油再生露点とする）
Ｐ：潤滑油タンク２８内の媒体露点若しくは圧力（以下、潤滑油再生露点とする）の三者を、それぞれ温度検出器４１、温度検出器４０、圧力検出器３９で計測し、これらの計測値を基に制御を行なっている。なお、それぞれの物理量は、凝縮器１４内の圧力や潤滑油１１０の温度等、相当する物理量で代替或いは推測してもよい。

以上から、潤滑油供給配管３３を通してタービン発電機１３の発電機１９の軸受２３，２４に給油される潤滑油１１０の粘度を求めるなどして、これを一定とするように潤滑油の加熱熱量及び冷却冷熱量を制御するようにしてもよいが、給油する潤滑油１１０の粘度は潤滑油１１０の給油温度Ｔｓと媒体濃度から求め、媒体濃度は潤滑油再生温度と潤滑油再生露点から求める必要があり、つまり共に２変数関数であるので、それぞれの目標を設定する計算は煩雑となる。これを簡略な計算で加熱熱量と冷却冷熱量を制御し、必要な粘度を確保する。以下その方法を例示する。

（潤滑油の給油温度一定制御）
［概要］
・潤滑油１１０の給油温度Ｔｓが常に一定となるように、潤滑油１１０の冷却冷熱量を制御する。
・潤滑油再生露点Ｐから、潤滑油再生温度の目標値を決定し、潤滑油の加熱熱量を制御する。

［詳細］
・潤滑油１１０の給油温度Ｔｓが一定になるように（温度検出器４１の検出値が一定）になるように、潤滑油冷却器３５の冷却冷熱量、即ち、凝縮器１４からの作動媒体液１０２の導入流量を制御する。
・給油温度（目標給油温度でよい）から、必要な潤滑油１１０の粘度より、許容可能な作動媒体の濃度を算出する。これは、潤滑油１１０の目標給油温度と必要な潤滑油の粘度が一定であれば、一定値となる。
・許容可能な作動媒体濃度と、潤滑油タンク２８内の作動媒体の露点から、再生に必要な潤滑油の温度を算出する。これは、許容可能な作動媒体の濃度が決まっていれば、媒体の露点から一意に求められる。これは非線形であるが、いわゆるテーブル演算等により容易に求めることができる。
・潤滑油タンク２８若しくは潤滑油加熱器２９（若しくは潤滑油補助加熱器４３）の出口温度が、再生に必要な潤滑油温度を下回らないよう、潤滑油１１０の加熱熱量を制御する。

ここで、潤滑油１１０の給油温度Ｔｓが目標値以下であれば、粘度が上がる方向であるから支障はない。潤滑油タンク２８内の潤滑油温度Ｔｔが目標値以上であれば、作動媒体濃度は下がる方向であるから支障はない。

（作動媒体露点基準制御）
［概要］
・潤滑油再生露点Ｐから、潤滑油再生温度の目標値を決定し、潤滑油１１０の加熱熱量を制御する。
・潤滑油再生露点Ｐから、潤滑油給油温度の目標値を決定し、潤滑油１１０の冷却冷熱量を制御する。

［詳細］
・潤滑油タンク２８内（均圧管３２により均圧されている場合は、凝縮器１４内でも可）の作動媒体の露点から、潤滑油タンク２８内の潤滑油１１０の目標温度を算出する。これは、潤滑油１１０の露点に一定の温度差を加えた値で差し支えないが、テーブル演算等により求めてもよい。
・上記作動媒体の露点及び潤滑油の潤滑油タンク２８内の目標温度から、潤滑油の濃度を算出し、規定の粘度を得るための必要な潤滑油温度の上限を求め、これを基に潤滑油の給油目標温度を決定する。
なお、この場合目標温度は作動媒体の露点から計算されるため、潤滑油１１０の潤滑油タンク２８内の目標温度及び潤滑油１１０の給油目標温度は、全て露点のみから一意に決定できる。

［発電サイクルの作動媒体循環量の制御］
上記のように潤滑油１１０の温度を制御する上では、潤滑油加熱媒体の温度が重要である。潤滑油加熱媒体として作動媒体を気化分離させた後の潤滑油タンク２８内の潤滑油１１０を用いる場合、潤滑油補助加熱器４３、４５に電熱器等を用いれば特に問題はないが、潤滑油加熱器２９若しくは潤滑油補助加熱器４３、４５の加熱源として温水１００等を用いる場合温水温度が低下すると潤滑油１１０が加熱不足となり、潤滑油１１０中の作動媒体濃度が上昇して潤滑に支障を生じる場合がある。

これを防止するためには、温水１００の温度が下がらないように温水温度を制御することが良いが、その一つの方法として、発電サイクルの作動媒体配管経路２０を循環する作動媒体（作動媒体液１０２、作動媒体蒸気１０１）の循環量を制御することで、排熱発電装置の回収熱量を制御する方法がある。上記第１乃至第３実施形態例のいずれにおいても、発電サイクル中を循環する作動媒体量を制御することで、排熱発電装置の回収熱量を制御することができる。

上記構成の排熱発電装置の熱回収量Ｑは、作動媒体蒸気１０１の比エンタルピをｈ２、作動媒体液の比エンタルピをｈ１、作動媒体の質量流量をｗとすると、
Ｑ＝（ｈ２−ｈ１）×Ｗ
と表すことができるが、（ｈ２−ｈ１）はほとんどが作動媒体の気化熱であり、略一定と見て差し支えない。従って、回収熱量は作動媒体の循環量に比例すると見てよく、作動媒体の循環量を制御する（作動媒体循環ポンプ１５の回転速度を上下させる）ことで、回収熱量を制御容易に制御できる。

一般にも排熱発電装置の回収熱量が排熱源の排熱量を上回ると温水温度は低下し、逆に回収熱量が排熱源の排熱量を下回ると温水温度は上昇する。従って、温水１００の温度が目標温度（必要な潤滑再生温度から求める）を下回った場合、作動媒体循環ポンプ１５の回転速度を制限し、作動媒体の循環量を低下させることで回収熱量を減じて温水１００の温度を回復させ、潤滑油１１０の再生を継続させることができる。

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、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。なお、直接明細書及び図面に記載のない何れの形状・構造・材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、排熱発電装置の具体的な構成は、各実施形態に示すものには限定されず、本発明の範囲内であれば、適宜他の構成を採用することが可能である。また、上記実施形態例では蒸気発生器の加熱源として温水を用いる例を示しが、加熱源は温水に限定されるものではなく、他の排熱媒体でもよい。

本発明に係る排熱発電装置の構成例を示す図である。（第１実施形態例）本発明に係る排熱発電装置の構成例を示す図である。（第２実施形態例）本発明に係る排熱発電装置の構成例を示す図である。（第３実施形態例）

符号の説明

１１蒸気発生器
１２気液分離器
１３タービン発電機
１４凝縮器
１５作動媒体循環ポンプ
１６主蒸気弁
１７媒体再循環配管
１８タービン
１９発電機
２０作動媒体配管経路
２１タービンバイパス配管
２２液面検出器
２３軸受
２４軸受
２５潤滑油受皿
２６潤滑油受皿
２７潤滑油戻り配管
２８潤滑油タンク
２９潤滑油加熱器
３０油滴再生器
３１油滴分離器
３２均圧管
３３潤滑油供給配管
３４潤滑油供給ポンプ
３５潤滑油冷却器
３６潤滑油フィルタ
３７３方向切替弁
３８潤滑油バイパス配管
３９圧力検出器
４０温度検出器
４１温度検出器
４２均圧管
４３潤滑油補助加熱器
４４潤滑油再生器
４５潤滑油補助加熱器

Claims

蒸気発生器、タービン発電機、凝縮器、作動媒体循環ポンプを備え、熱源として排熱媒体を前記蒸気発生器に導入し、前記凝縮器から前記作動媒体循環ポンプにより該蒸気発生器に導いた作動媒体液を加熱し蒸発させ、発生した作動媒体蒸気をタービン発電機のタービンに導き発電機を駆動し、該タービンから排出される作動媒体蒸気を前記凝縮器に戻すように構成した排熱発電装置において、
前記タービン発電機の軸受を潤滑する潤滑油を貯留する潤滑油タンクと、該潤滑油タンク内の潤滑油を前記軸受に供給する潤滑油供給ポンプを備え、前記軸受を潤滑した潤滑油は再び前記潤滑油タンクに貯留されるようになっており、
前記潤滑油と潤滑油加熱媒体との間で熱交換を行い該潤滑油を加熱する潤滑油加熱手段と、加熱されて気化した該潤滑油中の作動媒体を分離除去し潤滑油を再生させる潤滑油再生手段と、前記潤滑油供給ポンプにより前記軸受に供給される潤滑油を冷却する潤滑油冷却手段を設けたことを特徴とする排熱発電装置。
請求項１に記載の排熱発電装置において、
前記潤滑油加熱手段は、前記潤滑油中に溶解している作動媒体が気化・分離して該潤滑油が再生される再生最低温度を算出し、該潤滑油の温度が該再生最低温度を下回らないように加熱熱量を制御することを特徴とする排熱発電装置。
請求項１又は２に記載の排熱発電装置において、
前記潤滑油冷却手段は、前記軸受に供給される潤滑油が所定の粘度を維持する最高温度を算出し、該潤滑油の給油温度が該最高温度を上回らないように冷却冷熱量を制御することを特徴とする排熱発電装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の排熱発電装置において、
前記潤滑油加熱手段の潤滑油加熱媒体として、前記蒸気発生器の加熱源である排熱媒体又は該蒸気発生器で発生した作動媒体蒸気を用いることを特徴とする排熱発電装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の排熱発電装置において、
前記潤滑油加熱手段の潤滑油加熱媒体として、該潤滑油加熱手段で加熱され溶解した作動媒体を気化し分離した後の潤滑油を用いると共に、該加熱された潤滑油を更に加熱する潤滑油補助加熱手段を設けたことを特徴とする排熱発電装置。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の排熱発電装置の運転方法において、
前記潤滑油加熱手段又は前記潤滑油補助加熱手段の潤滑油加熱媒体として前記蒸気発生器の加熱源である排熱媒体を用いると共に、該排熱媒体の温度が前記潤滑油中に溶解している作動媒体を気化し分離させるのに必要な温度を下回らないように発電サイクルの前記作動媒体の循環量を制御することを特徴とする排熱発電装置の運転方法。
請求項６に記載の排熱発電装置の運転方法において、
前記タービン発電機を運転する前に前記潤滑油タンク内の潤滑油を前記潤滑油加熱手段及び／又は前記潤滑油補助加熱手段で加熱しながら循環させ、規定温度に達するまで前記タービン発電機を運転しないことを特徴とする排熱発電装置の運転方法。
請求項７に記載の排熱発電装置の運転方法において、
前記潤滑油タンク内の潤滑油が前記規定温度に達するまでの間、前記作動媒体の循環を停止することを特徴とする排熱発電装置の運転方法。
請求項６に記載の排熱発電装置の運転方法において、
前記タービン発電機を運転する前に前記潤滑油タンク内の潤滑油を前記潤滑油加熱手段及び／又は前記潤滑油補助加熱手段で加熱しながら循環させると共に、該潤滑油の温度が作動媒体圧力から決定される規定値に達するまで該加熱を継続し、該規定値に達するまで前記タービン発電機を運転しないことを特徴とする排熱発電装置の運転方法。
請求項６に記載の排熱発電装置の運転方法において、
前記タービン発電機を運転する前に前記潤滑油タンク内の潤滑油を前記潤滑油加熱手段及び／又は前記潤滑油補助加熱手段で加熱しながら循環させると共に、該潤滑油タンク内の圧力が規定値に達するまで該加熱を継続し、該規定値に達するまで前記タービン発電機を運転しないことを特徴とする排熱発電装置の運転方法。