JP2008008218A

JP2008008218A - 発電装置及びその運転方法

Info

Publication number: JP2008008218A
Application number: JP2006180115A
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: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-01-17

Abstract

【課題】簡単な構成で経済性を損なわずに、故障や停電などの不具合の発生によってタービン発電機への潤滑油供給圧力が低下した場合でも潤滑油の供給を継続できる発電装置及びその運転方法を提供する。
【解決手段】蒸気発生器１０で発生した作動媒体蒸気を蒸気タービン２１に送る作動媒体蒸気流通経路５０を備えると共に、タービン発電機２０に供給する潤滑油を循環流通させる潤滑油循環経路４０を備えた発電装置において、蒸気発生器１０又は作動媒体蒸気流通経路５０と潤滑油循環経路４０とを連通する作動媒体圧供給経路６０を設けると共に、作動媒体圧供給経路６０に閉止弁６１を設置し、潤滑油循環経路４０の潤滑油供給圧力が低下した場合に、閉止弁６１を開くことで潤滑油循環経路４０に作動媒体蒸気の圧力をかけてタービン発電機２０への潤滑油の供給を継続できるように構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、蒸気発生器による熱源媒体と作動媒体液との熱交換で発生した作動媒体蒸気でタービン発電機を駆動して電力を得る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などに潤滑油を供給する潤滑油供給機構を備えた発電装置及びその運転方法に関するものである。

２００〜４００℃程度の排ガスあるいは６０〜１００℃の排温水など比較的低温の排熱を熱源として電力を回収できる小型の発電装置の開発が試みられている。この発電装置には、ランキンサイクル等を利用した作動媒体循環型の発電装置が用いられる（特許文献１，２）。図１は、この種の従来の発電装置の構成例を示す図である。同図に示す発電装置は、熱源装置５から供給される温水などの熱源媒体６を蒸気発生器１０に受け入れて、熱源媒体６と凝縮器１２からの作動媒体液との熱交換で高圧の作動媒体蒸気を発生させ、気液分離器１１で未気化の作動媒体液滴を分離除去した後、この作動媒体蒸気を作動媒体蒸気配管５０を通してタービン発電機２０の蒸気タービン２１に導入し、発電機２２を駆動して電力を回収する。蒸気タービン２１を出た低圧の作動媒体蒸気は、凝縮器１２で冷却水などの冷却媒体８との熱交換によって液化され、作動媒体液循環ポンプ１３で与圧されて、再び蒸気発生器１０へ導かれる。この発電装置の作動媒体にはフロン、水、アンモニア、炭化水素類、炭酸ガス、アルコール類などの水よりも低沸点の媒体が使用される。

一方この発電装置には、タービン発電機２０に潤滑油を供給する潤滑油供給機構が設けられている。この潤滑油供給機構は、タービン発電機２０に供給する潤滑油を循環流通させる潤滑油循環経路４０に設置された潤滑油タンク３１と主油ポンプ（潤滑油ポンプ）３２とを備えており、潤滑油タンク３１内の潤滑油が主油ポンプ３２で送られてタービン発電機２０の軸受２３などに供給されるようになっている。軸受２３などを潤滑した潤滑油は再び潤滑油タンク３１に戻されて循環する。潤滑油は、タービン発電機２０の軸受２３の固体接触を防止すると共に、軸受２３及びその周囲を冷却する役割も担っている。

そしてこの発電装置では、潤滑油循環経路４０に漏れなどの異常が生じたり、主油ポンプ３２が故障したり、停電などの不具合が発生するなどして潤滑油循環経路４０の潤滑油供給圧力が低下した場合には、作動媒体蒸気配管５０に設けた蒸気止め弁５１を閉じて直ちに蒸気タービン２１の運転を停止する動作に入ることで、タービン発電機２０の故障を未然に防ぐようにしている。しかしながら蒸気タービン２１には回転体としての慣性があるので、瞬時に運転を停止することはできず、作動媒体蒸気の供給を停止する時間も含めると、数分間あるいは短くても十数秒間は残余回転が続いてしまう。したがってタービン発電機２０の軸受２３などの各部に損傷を与えないためには、蒸気タービン２１の残余回転中にも潤滑油の供給を継続することが必要となる。

そこで従来の発電装置では、主油ポンプ３２に補助油ポンプ（補助潤滑油ポンプ）３３を併設している。これにより、潤滑油供給圧力が低下した場合に蒸気タービン２１が完全に停止するまでの間、補助油ポンプ３３を運転することで、タービン発電機２０への潤滑油の供給を継続できるようにしている。また、停電の際にも潤滑油の供給を継続できるように、補助油ポンプ３３の運転に必要な電力を供給可能な非常用電源装置（図示せず）を設置している場合もある。
特開２０００−１１０５１４号公報特表２００１−５２５５１２号公報

しかしながら、上記のように主油ポンプ３２と補助油ポンプ３３の両方を設けると、発電装置の製造コストが嵩み経済性を損なう原因となる。また補助油ポンプ３３を設けていても、動力系統に停電などの電気的な事故が発生した場合には、潤滑油の供給を継続できなくなるので、タービン発電機２０を損傷する危険が残ってしまう。また停電等に備えるために別途の非常用電源装置を設けたり、予め複数の異なる動力系統の電源を確保しておくことも、発電装置を構成する上で経済性を損なう要因となるのであまり望ましくない。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、簡単な構成で発電装置の経済性を損なわずに、故障や停電などの不具合の発生によってタービン発電機への潤滑油供給圧力が低下した場合でも潤滑油の供給を継続でき、タービン発電機を安全に停止させることが可能な発電装置及びその運転方法を提供することにある。

上記課題を解決するため本願の請求項１に記載の発明は、蒸気発生器、タービン発電機、凝縮器、作動媒体液循環ポンプを備え、前記蒸気発生器に熱源媒体を導入し、前記凝縮器から前記作動媒体液循環ポンプにより前記蒸気発生器に導いた作動媒体を前記熱源媒体で加熱し蒸発させ、発生した作動媒体蒸気を作動媒体蒸気流通経路を通してタービン発電機に導き、該タービン発電機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する共に、前記タービン発電機に供給する潤滑油を循環流通させる潤滑油循環経路と、該潤滑油循環経路に設置した潤滑油ポンプとを備えた発電装置において、前記蒸気発生器又は作動媒体蒸気流通経路と前記潤滑油循環経路とを連通する作動媒体圧供給経路を設けると共に、該作動媒体圧供給経路に閉止弁を設置し、前記潤滑油循環経路の潤滑油供給圧力が低下した場合に、前記閉止弁を開くことで前記潤滑油循環経路に前記作動媒体蒸気の圧力をかけてタービン発電機への潤滑油の供給を継続するように構成したことを特徴とする。

本願の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発電装置において、前記潤滑油循環経路は、潤滑油を貯留する潤滑油タンクと、該潤滑油タンクの潤滑油を前記タービン発電機に送る潤滑油送り配管と、前記タービン発電機から前記潤滑油タンクに潤滑油を戻す潤滑油戻し配管とを備えると共に、前記作動媒体圧供給経路を前記潤滑油送り配管に合流させ、前記潤滑油循環経路の潤滑油供給圧力が低下した場合に、前記閉止弁を開くことで、前記潤滑油送り配管内の潤滑油をタービン発電機へ供給するように構成したことを特徴とする。

本願の請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発電装置において、前記潤滑油循環経路は、潤滑油を貯留する潤滑油タンクと、該潤滑油タンクの潤滑油を前記タービン発電機に送る潤滑油送り配管と、前記タービン発電機から前記潤滑油タンクに潤滑油を戻す潤滑油戻し配管とを備えると共に、前記作動媒体圧供給経路を、前記潤滑油戻し配管もしくは潤滑油タンクもしくは前記潤滑油送り配管に合流させ、前記潤滑油循環経路の潤滑油供給圧力が低下した場合に、前記閉止弁を開くことで、前記潤滑油戻し配管内あるいは潤滑油タンク内の潤滑油をタービン発電機へ逆流させて供給するように構成したことを特徴とする。

本願の請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発電装置において、前記閉止弁を、非通電時に自動的に開く構成の自動弁としたことを特徴とする。

本願の請求項５に記載の発明は、熱源媒体との熱交換で作動媒体蒸気を発生する蒸気発生器と、前記作動媒体蒸気で駆動する蒸気タービンを有するタービン発電機と、前記タービン発電機に供給する潤滑油を流通させる潤滑油循環経路とを備えた発電装置の運転方法であって、前記タービン発電機の運転中に前記潤滑油循環経路の潤滑油供給圧力が低下した場合に、前記タービン発電機の運転が停止するまでの間、前記潤滑油循環経路に前記蒸気発生器で発生した作動媒体蒸気の圧力をかけて前記タービン発電機への潤滑油の供給を継続することを特徴とする発電装置の運転方法にある。

本願の請求項１に記載の発明によれば、蒸気発生器又は作動媒体蒸気流通経路と潤滑油循環経路とを連通する作動媒体圧供給経路を設けると共に、該作動媒体圧供給経路に閉止弁を設置し、潤滑油循環経路の潤滑油供給圧力が低下した場合に、閉止弁を開くことで潤滑油循環経路に作動媒体蒸気の圧力をかけてタービン発電機への潤滑油の供給を継続するように構成したことで、潤滑油供給圧力が低下した場合に軸受等の各部に損傷を与えずにタービン発電機を安全に停止させることができる機構を、従来の発電装置が採用していた補助潤滑油ポンプや非常用電源装置などを設けずに実現できるので、発電装置の構成を簡単にすることができ、且つ発電装置の経済性を損なわずこれを安価に製作することができるようになる。

本願の請求項２に記載の発明によれば、潤滑油送り配管内の潤滑油をタービン発電機へ供給するように構成したので、潤滑油供給圧力が低下した場合に、作動媒体蒸気圧力によるタービン発電機への潤滑油の供給を迅速に開始することが可能となるので、軸受等の各部に損傷を与えずにタービン発電機を安全に停止させることができる。

本願の請求項３に記載の発明によれば、潤滑油戻し配管内あるいは潤滑油タンク内の潤滑油をタービン発電機へ逆流させて供給するように構成したので、潤滑油供給圧力が低下した場合に、作動媒体蒸気圧力によるタービン発電機への潤滑油の供給を迅速に開始することが可能となるので、軸受等の各部に損傷を与えずにタービン発電機を安全に停止させることができる。

本願の請求項４に記載の発明によれば、閉止弁を、非通電時に自動的に開く構成の自動弁としたことで、停電により潤滑油ポンプが停止した場合に、閉止弁が自動的に開いて蒸気タービンへの潤滑油の供給を継続することが可能となる。これにより、従来の発電装置が備えていた停電時に補助潤滑油ポンプを駆動する非常用電源などの設備を設けずに済むので、発電装置の構成を簡単にすることができ、且つ発電装置の経済性を損なわずこれを安価に製作することができる。

本願の請求項５に記載の発明によれば、タービン発電機の運転中に潤滑油循環経路の潤滑油供給圧力が低下した場合に、タービン発電機の運転が停止するまでの間、潤滑油循環経路に蒸気発生器で発生した作動媒体蒸気の圧力をかけてタービン発電機への潤滑油の供給を継続するので、従来の発電装置の運転のように補助潤滑油ポンプを用いずに、軸受等の各部に損傷を与えることなくタービン発電機を安全に停止させることが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の各実施形態の図面及びその説明においては、図１に示す従来例と共通する構成部分には同一の符号を付し、以下ではその詳細な説明は省略する。

〔第１実施形態〕
図２及び図３は、本発明の第１実施形態にかかる発電装置の構成例を示す図である。図２に示す発電装置は、熱源媒体６との熱交換で作動媒体蒸気を発生する蒸気発生器１０と、作動媒体蒸気で駆動する蒸気タービン２１を有するタービン発電機２０と、蒸気発生器１０で発生した作動媒体蒸気を蒸気タービン２１に送る作動媒体蒸気配管（作動媒体蒸気流通経路）５０とを備えている。作動媒体蒸気配管５０は、蒸気発生器１０の下流側に設けた気液分離器１１と蒸気タービン２１とを連通接続していて、その途中には、作動媒体蒸気の供給・停止を行う蒸気止め弁５１と、作動媒体蒸気の供給流量を調節する蒸気加減弁５２とが設置されている。

一方、潤滑油供給機構が備える潤滑油循環経路４０は、潤滑油タンク３１からタービン発電機２０の軸受２３へ潤滑油を送る潤滑油送り配管４１と、軸受２３から出た潤滑油を潤滑油タンク３１に戻す潤滑油戻し配管４２とを備えている。潤滑油送り配管４１には、潤滑油タンク３１内の潤滑油をタービン発電機２０の軸受２３へ送る主油ポンプ（潤滑油ポンプ）３２が設置されている。また潤滑油タンク３１には、作動媒体分離器３１ａが併設されている。この作動媒体分離器３１ａは、潤滑油タンク３１に蓄えられている潤滑油を温水等の加熱源によって加熱することで、潤滑油中に過剰に溶け込んでいる作動媒体を蒸発させて潤滑油の粘度の低下を防止するものである。この作動媒体分離器３１ａの加熱源は温水に限らず、それ以外にも蒸気発生器１０で発生した作動媒体蒸気や電気ヒータ等を加熱源としてもよい。また潤滑油タンク３１と作動媒体分離器３１ａとは別個に設置することもできる。潤滑油から蒸発分離した作動媒体は、潤滑油タンク３１と凝縮器１２とを連通する作動媒体戻し配管４３を経由して凝縮器１２に導入される。潤滑油タンク３１内は、この作動媒体戻し配管４３によって凝縮器１２内の圧力とほぼ均圧している。

また潤滑油送り配管４１の主油ポンプ３２の下流側には、潤滑油冷却器３４が設置されている。潤滑油は温度が高くなると粘度が低くなるため、潤滑油冷却器３４で潤滑に適した温度まで冷却される。潤滑油冷却器３４には、凝縮器１２で液化した作動媒体液を導入する作動媒体液導入配管３５が設置されていて、作動媒体液で潤滑油を冷却するようになっている。なおこれ以外にも冷却水で冷却することもできる。ただし本発電装置の冷却水として開放型冷却塔から供給される冷却水を利用している場合には、潤滑油冷却器３４内が汚れるおそれがあるのでこれを潤滑油冷却器３４の冷却媒体として使用することは避ける方がよい。

そしてこの発電装置では、作動媒体蒸気配管５０と潤滑油送り配管４１とを連通する作動媒体圧供給配管（作動媒体圧供給経路）６０を設けると共に、該作動媒体圧供給配管６０に閉止弁６１を設置している。作動媒体圧供給配管６０は、具体的には、作動媒体蒸気配管５０の気液分離器１１と蒸気止め弁５１の間の位置に設けた分岐点６２から分岐し、潤滑油送り配管４１の主油ポンプ３２及び潤滑油冷却器３４よりも下流側の位置に設けた合流点６３に合流接続している。一方、潤滑油送り配管４１には、タービン発電機２０に供給される潤滑油の供給圧力を検出する油圧検出装置４４が設置されている。閉止弁６１は、この油圧検出装置４４で検出された潤滑油供給圧力値に応じて開閉制御されるようになっている。また、作動媒体蒸気配管５０に設置した蒸気止め弁５１も油圧検出装置４４で検出された潤滑油供給圧力値に応じて開閉制御できるようになっている。

一例として、この発電装置で作動媒体にＨＦＣ２４５ｆａを使用した場合、８３℃の温水で蒸気発生器１０を加熱すると、０．５４Ｍｐａ（Ｇ）で７２℃の作動媒体蒸気が発生して蒸気タービン２１に供給される。蒸気タービン２１を駆動して膨張した作動媒体蒸気は、凝縮器１２で水温３２℃の冷却水によって冷却されると、４５℃（０．１９Ｍｐａ（Ｇ））で凝縮して作動媒体液となり、作動媒体液循環ポンプ１３によって昇圧されて、再び蒸気発生器１０へ供給される。

ここで、発電装置の運転中に潤滑油供給圧力の低下が検出された場合に、タービン発電機２０の運転が完全に停止するまでの手順を説明する。この発電装置では、通常の運転中には閉止弁６１を閉止しておくことで、作動媒体蒸気流通経路５０と潤滑油循環経路４０とを切り離した状態にしておく。そして潤滑油循環経路４０に潤滑油の漏れ等の異常が生じたり、主油ポンプ３２が故障したり、停電などの事態が発生した場合に、油圧検出装置４４が潤滑油供給圧力の低下を検出したら、直ちに蒸気止め弁５１を閉じることで蒸気タービン２１を停止する動作に入ると共に、作動媒体圧供給配管６０の閉止弁６１を開く。これにより、蒸気発生器１０における蒸発圧力相当の蒸気圧（０．５４Ｍｐａ（Ｇ））が潤滑油送り配管４１内の潤滑油にかかり、この作動媒体蒸気の圧力と、凝縮器１２内の圧力（０．１９Ｍｐａ（Ｇ））に均圧されている潤滑油タンク３１内の圧力との差圧によって潤滑油送り配管４１内の潤滑油が押し出されてタービン発電機２０の軸受２３に供給される。このようにしてタービン発電機２０への潤滑油の供給を継続することができる。

この発電装置に用いる作動媒体と潤滑油は、冷凍機などに使用されるフロンと冷凍機油のように相溶性があるものを組み合わせて用いるのが好ましい。作動媒体と潤滑油が相溶性のない組み合わせであると、潤滑油供給圧力の低下の際に上記のように作動媒体蒸気圧力を用いて潤滑油の供給を行った場合、潤滑油循環経路４０中に混入した作動媒体が、後に潤滑油循環経路４０内に溜まるなどして回収が困難になるおそれがあるためである。

発電容量が２０ｋＷ程度の発電装置が備えるタービン発電機２０では、潤滑油の流量が２ｌｉｔ／ｍｉｎ程度なので、作動媒体圧供給配管６０の合流点６３よりも下流側の潤滑油送り配管４１内に存在している潤滑油だけでも、蒸気タービン２１の残余回転が停止するまでの間は、潤滑油の供給を継続することが可能となる。例えば、作動媒体圧供給配管６０に減圧機構（図示せず）を設けて、供給される作動媒体蒸気の圧力を通常の運転状態での潤滑油供給圧力（０．４Ｍｐａ（Ｇ））まで減圧すれば、作動媒体圧供給配管６０の合流点６３よりも下流側の潤滑油送り配管４１に、２ｌｉｔの潤滑油が存在していれば、１分間の潤滑油の供給を行うことが可能となる。発電容量が２０ｋＷ程度のタービン発電機２０では、蒸気止め弁５１の閉止による作動媒体蒸気の供給停止と、発電機２２に電気ヒータなどの電気負荷を接続することによる電気的制動を併用することによって、停止動作の開始から約１５秒以内には蒸気タービン２１を完全に停止させることができるので、その間は軸受２３に潤滑油を供給することが十分に可能となる。

また、潤滑油送り配管４１が内径１５ｍｍ（断面積１．７８ｃｍ²）の配管である場合は、潤滑油送り配管４１の管路長１ｍあたりに１７８ｃｃの潤滑油が存在する。一方、上記のように、作動媒体圧供給配管６０で供給される作動媒体蒸気の圧力を通常の運転状態の潤滑油供給圧である０．４Ｍｐａ（Ｇ）まで減圧すれば、蒸気タービン２１の停止までの間に供給する潤滑油として約５００ｃｃの潤滑油が潤滑油送り配管４１内に存在していれば足りるので、作動媒体圧供給配管６０の合流点６３よりも下流側の潤滑油送り配管４１は約３ｍの管路長があれば良いことになる。

上記の試算では、蒸気タービン２１の通常の運転状態で軸受２３が受ける負荷を基準として必要な潤滑油の量を算出しているが、蒸気タービン２１の停止動作中における減速時の短時間かつ低負荷状態の運転では、供給する潤滑油の量を通常の運転状態よりも大幅に削減できるため、上記の減圧機構を使用して作動媒体蒸気の圧力を通常の運転状態での潤滑油供給圧である０．４Ｍｐａ（Ｇ）よりもさらに低い圧力まで減圧すれば、潤滑油の供給可能時間をより長くしたり、合流点６３の下流側の潤滑油送り配管４１内に必要な潤滑油の量を少なくしたりすることが可能となる。潤滑油の供給量は、潤滑油供給圧力と凝縮器１２内の圧力の差圧の平方根にほぼ比例するので、例えばこの差圧を７０％程度に減らせば、潤滑油の供給量をほぼ半分に絞ることができる。

なお、潤滑油送り配管４１における潤滑油タンク３１と合流点６３との間の任意の位置に閉止弁３６を設置し、作動媒体蒸気の圧力が潤滑油送り配管４１にかかる場合にこの閉止弁３６を閉止することで、潤滑油送り配管４１内の潤滑油が潤滑油タンク３１へ逆流することを防止しても良い。また閉止弁３６に代えて、図示は省略するが逆止弁を設置することでも潤滑油の逆流を防止できる。

図２では、作動媒体圧供給配管６０の合流点６３を潤滑油冷却器３４よりも下流側に設けているが、これ以外にも、図３に示すように潤滑油冷却器３４の上流側に合流点６３を設ければ、潤滑油冷却器３４内に溜まっている潤滑油も作動媒体蒸気圧で押し出して供給できるので、供給可能な潤滑油の量を増やすことができる。また図３に示すように、潤滑油をろ過する潤滑油フィルタ３７を、潤滑油送り配管４１における作動媒体圧供給配管６０との合流点６３よりも下流側の位置に設置すれば、潤滑油フィルタ３７に含まれている潤滑油も作動媒体蒸気圧で押し出して供給できるので、その分供給可能な潤滑油の量を増やすことができる。

また作動媒体圧供給配管６０の閉止弁６１として、非通電時に自動的に開く構成の自動弁（具体的には、通電時に閉じる構成の電磁弁やスプリングリターン機構を有する電動弁など）を用いれば、停電などで補機類の動力が失われて主油ポンプ３２が停止した場合に、自動的かつ即座に作動媒体蒸気圧力を潤滑油循環経路４０にかけることができる。これにより停電などの電気系統の不具合が起こった場合でも、タービン発電機２０への潤滑油の供給を継続できるので、軸受２３などの各部が損傷を受ける危険をさらに減ずることができる。また、従来の発電装置が備えていた補助油ポンプを駆動する非常用電源装置などの設備を設けずに済むので、発電装置の構成を簡単にすることができ、且つ発電装置の経済性を損なわず安価に製作することができる。

以上のように本発電装置では、作動媒体蒸気配管５０と潤滑油送り配管４１を連通する作動媒体圧供給配管６０を設けると共に、該作動媒体圧供給配管６０に閉止弁６１を設置し、潤滑油循環経路４０の潤滑油供給圧力が低下した場合に、閉止弁６１を開くことで潤滑油送り配管４１に作動媒体蒸気の圧力をかけてタービン発電機２０への潤滑油の供給を継続するように構成した。これにより、軸受２３等の各部に損傷を与えずにタービン発電機２０を安全に停止させることができる機構を、従来の発電装置が採用していた補助油ポンプを設けずに実現しているので、発電装置の構成を簡単にすることができ、且つ発電装置を安価に製作できる。特に、小容量の蒸気タービンを用いた小型の発電装置に本機構を採用すれば、その経済性を損なわずに済む。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態にかかる発電装置を説明する。以下の本発明の第２実施形態の説明においては、下記で説明する以外の事項については第１実施形態と同じである。他の実施形態においても同様とする。図４及び図５は、本発明の第２実施形態にかかる発電装置の構成例を示す図である。図４に示す発電装置は、作動媒体圧供給配管６０の合流点６３からタービン発電機２０の軸受２３へ至る潤滑油送り配管４１の途中に油溜まり４５を設けることで、潤滑油送り配管４１中の潤滑油の保有量を増やし、タービン発電機２０への潤滑油の供給時間を長くできるように構成したものである。この場合は、油溜まり４５が容量１Ｌ程度の小さなものでも、油溜まり４５から供給される潤滑油の流量を絞る図示しない絞り機構などを設け、通常運転時の半分程度まで潤滑油の供給流量を少なくすれば、約１分間は潤滑油の供給が可能となる。また油溜まり４５に代えて、潤滑油送り配管４１の一部を他の部分よりも太い径に形成することで、その部分に潤滑油が多く溜まるように構成しても、同様の効果を得ることができる。

本実施形態では、図４に示すように作動媒体圧供給配管６０の合流点６３を油溜まり４５の上流側の潤滑油送り配管４１に設ける以外にも、図５に示すように合流点６３を油溜まり４５自体に設けることも可能である。ただし油溜まり４５内では、底部に潤滑油が溜まると共に、潤滑油に溶解していない作動媒体蒸気が潤滑油の上部の空間に溜まるので、油溜まり４５自体に合流点６３を設ける場合は、合流点６３を油溜まり４５内の上部に開口して設けると共に、潤滑油送り配管４１の接続部４１ａを油溜まり４５の下部に開口して設けるようにする。これにより、潤滑油送り配管４１内への作動媒体の流入を最小限に抑えることができるので、潤滑油循環経路４０への作動媒体の混入を極力防ぐことができる。

油溜まり４５への潤滑油の補給は、蒸気タービン２１の運転時あるいは停止時に主油ポンプ３２による潤滑油の供給で行うことができる。その場合、作動媒体圧供給配管６０の合流点６３が油溜まり４５の上部に開口していれば、油溜まり４５に潤滑油を補給する際に、潤滑油によって油溜まり４５中の作動媒体蒸気を作動媒体圧供給配管６０へ押し戻すことで作動媒体蒸気を抜くことが可能である。発電装置の停止中など蒸気発生器１０内の圧力が低い場合には、作動媒体圧供給配管６０の閉止弁６１を開くことで、油溜まり４５中の作動媒体を抜くことができる。

また、図４に示すように油溜まり４５と凝縮器１２とを連通する作動媒体戻し配管４６を設けると共に、この作動媒体戻し配管４６に閉止弁４７を設置してもよい。これにより、油溜まり４５に潤滑油を補給する際に閉止弁４７を開くことで、油溜まり４５中の作動媒体を作動媒体戻し配管４６を介して凝縮器１２へ抜きながら潤滑油を補給することが可能となる。これは発電装置の運転時あるいは停止時のいずれにも行うことができる。なお、油溜まり４５と凝縮器１２を連通する場合は、図４に示すように油溜まり４５と凝縮器１２を直接連通する以外にも、図５に示すように作動媒体戻し配管４３で凝縮器１２と連通している潤滑油タンク３１を経由させて連通すれば、作動媒体循環系統への潤滑油の混入を極力防止することができる。

さらに、図４及び図５に示すように油溜まり４５に液面監視装置４８を設けることで、油溜まり４５内の潤滑油の液量を監視でき、潤滑油の補給の必要の有無を判断できると共に、潤滑油を補給する際の補給の完了も検出することができる。これにより、油溜まり４５に潤滑油を補給し過ぎることで作動媒体戻し配管４６などの作動媒体を抜く経路に潤滑油が入り込むことを防止でき、作動媒体循環系統に潤滑油を混入させずに済む。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態にかかる発電装置を説明する。図６及び図７は、本発明の第３実施形態にかかる発電装置の構成例を示す図である。図６に示す発電装置では、上記の第２実施形態の発電装置が備える油溜まり４５に代えて、作動媒体圧供給配管６０が合流する合流点６３を潤滑油タンク３１に設けることで、潤滑油タンク３１を油溜まりとして用いるように構成している。この場合、潤滑油タンク３１と凝縮器１２を連通している作動媒体戻し配管４３に自動弁などの閉止弁４９を設け、潤滑油供給圧力が低下した場合にこの閉止弁４９が閉じるように設定しておく。このように構成することで、通常の運転時は、潤滑油タンク３１と凝縮器１２とが作動媒体戻し配管４３で連通されていて、潤滑油タンク３１内で蒸発した作動媒体蒸気が凝縮器１２に戻されているが、潤滑油供給圧力が低下した場合には、作動媒体圧供給配管６０の閉止弁６１が開かれると共に、作動媒体戻し配管４３の閉止弁４９が閉じられることで、作動媒体蒸気の圧力が潤滑油タンク３１に供給されるようになっている。これにより潤滑油タンク３１から押し出された潤滑油が主油ポンプ３２を通過してタービン発電機２０の軸受２３に供給される。

この場合には、図６に示すように潤滑油戻し配管４２の途中に逆止弁（もしくは自動弁）５５を設けることで、潤滑油タンク３１からタービン発電機２０への潤滑油の逆流を防止する。一方で、主油ポンプ３２をバイパスするバイパス配管５６を設けると共に、該バイパス配管５６に逆止弁（もしくは自動弁）５７を設置しておくことで、潤滑油タンク３１内あるいは主油ポンプ３２より上流側の潤滑油送り配管４１内にある潤滑油をタービン発電機２０の軸受２３に供給しやすくすることも可能である。

また、図６に示すように作動媒体圧供給配管６０を潤滑油タンク３１に合流させる以外にも、図７に示すように作動媒体圧供給配管６０を作動媒体戻し配管４３に合流させ、閉止弁６１に代えて、合流点６３にその流路を切り換えて開閉する切換弁５８を設け、潤滑油供給圧力が低下した場合に切換弁５８を切り換えるように設定することもできる。このように構成した場合、通常運転時は作動媒体戻し配管４３で潤滑油タンク３１と凝縮器１２を連通しておくことで、潤滑油タンク３１内で蒸発した作動媒体蒸気を凝縮器１２に戻しているが、潤滑油供給圧力が低下した場合には、切換弁５８の流路が切り換わることで作動媒体蒸気の圧力が潤滑油タンク３１に供給される。

〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態にかかる発電装置を説明する。図８は、本発明の第４実施形態にかかる発電装置の構成例を示す図である。同図に示す発電装置は、第３実施形態の図７に示す発電装置が備える潤滑油戻し配管４２に設けた逆止弁５５の設置を省略すると共に、潤滑油タンク３１から出る作動媒体送り配管４１に、潤滑油供給圧力が低下した場合に閉じるように設定した自動弁５９を設けたものである。この発電装置では、潤滑油供給圧力が低下した場合に、切換弁５８を切り換えて潤滑油タンク３１に作動媒体蒸気圧力をかけると、潤滑油タンク３１や潤滑油戻し配管４２内の潤滑油が潤滑油戻し配管４２を逆流する。この逆流した潤滑油がタービン発電機２０の軸受２３の室内に充満することで、軸受２３の損傷を未然に防止することができる。

この場合、上記のように逆流した潤滑油がタービン発電機２０の軸受２３の室内に充満するため、潤滑油の一部が軸受２３のシール部から作動媒体循環系統に漏れ出すこともあり得るが、漏れ出した潤滑油を回収する機構は発電装置が通常具備している機構であるし、このような潤滑油の逆流が生じるのは、主油ポンプ３２の故障や停電などの非常時に潤滑油供給圧力が低下した場合であるから、作動媒体循環系統への多少の潤滑油の漏れ出しは軸受２３の損傷等に比べれば許容可能な事象である。なお本実施形態の発電装置では、図示は省略するがタービン発電機２０の軸受２３の室内や潤滑油戻し配管４２の一部などに、潤滑油が逆流した際に一定量の潤滑油を貯留できる箇所を予め設けておくことが望ましい。

図８では、作動媒体圧供給配管６０を合流させる合流点６３を作動媒体戻し配管４３に設けた場合を示しているが、作動媒体圧供給配管６０を合流させる合流点６３は、図８に示す以外にも、図示は省略するが潤滑油戻し配管４２の任意の位置や潤滑油タンク３１自体などに設けてもよいし、これら潤滑油戻し配管４２や潤滑油タンク３１よりも下流側の潤滑油送り配管４１に設けることも可能である。

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、発電装置の具体的な構成は、上記の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も可能である。また、各実施形態で示した発電装置が備える弁の種類は一例であり、各弁は、それと同等の機能を備えている弁であれば、他の種類の弁に置き換えることも可能である。また自動弁などを手動で開閉する弁に置き換えることも可能である。

上記の各実施形態では、作動媒体圧供給配管６０が分岐する分岐点６２を作動媒体蒸気配管５０に設けた場合を説明したが、分岐点６２は、これ以外にも蒸気発生器１０内で発生した作動媒体蒸気を直接抽出できるように蒸気発生器１０に設けてもよい。また、作動媒体圧供給配管６０が潤滑油循環経路４０に合流する合流点６３も、上記実施形態に示した位置には限定されず、それ以外にも、蒸気タービン２１の運転停止までの残余回転中に十分な潤滑油を供給可能な位置であれば、潤滑油循環経路４０の他の位置に設けることも可能である。また上記の各実施形態では、潤滑油をタービン発電機２０の軸受２３に供給する場合を説明したが、潤滑油は軸受２３のみならずタービン発電機２０の他の潤滑を要する機構部分に供給するものでもよい。

従来の発電装置の構成例を示す図である。本発明の第１実施形態にかかる発電装置の構成例を示す図である。本発明の第１実施形態にかかる発電装置の他の構成例を示す図である。本発明の第２実施形態にかかる発電装置の構成例を示す図である。本発明の第２実施形態にかかる発電装置の他の構成例を示す図である。本発明の第３実施形態にかかる発電装置の構成例を示す図である。本発明の第３実施形態にかかる発電装置の他の構成例を示す図である。本発明の第４実施形態にかかる発電装置の構成例を示す図である。

符号の説明

５熱源装置
６熱源媒体
８冷却媒体
１０蒸気発生器
１１気液分離器
１２凝縮器
１３作動媒体液循環ポンプ
２０タービン発電機
２１蒸気タービン
２２発電機
２３軸受
３１潤滑油タンク
３１ａ作動媒体分離器
３２主油ポンプ（潤滑油ポンプ）
３４潤滑油冷却器
３５作動媒体液導入配管
３６閉止弁
３７潤滑油フィルタ
４０潤滑油循環経路
４１潤滑油送り配管
４２潤滑油戻し配管
４３作動媒体戻し配管
４４油圧検出装置
４６作動媒体戻し配管
４７閉止弁
４８液面監視装置
４９閉止弁
５０作動媒体蒸気配管（作動媒体蒸気流通経路）
５１蒸気止め弁
５２蒸気加減弁
５５逆止弁（もしくは自動弁）
５６バイパス配管
５７逆止弁（もしくは自動弁）
５８切換弁
５９自動弁
６０作動媒体圧供給配管（作動媒体圧供給経路）
６１閉止弁
６２分岐点
６３合流点

Claims

蒸気発生器、タービン発電機、凝縮器、作動媒体液循環ポンプを備え、前記蒸気発生器に熱源媒体を導入し、前記凝縮器から前記作動媒体液循環ポンプにより前記蒸気発生器に導いた作動媒体液を前記熱源媒体で加熱し蒸発させ、発生した作動媒体蒸気を作動媒体蒸気流通経路を通してタービン発電機に導き、該タービン発電機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する共に、前記タービン発電機に供給する潤滑油を循環流通させる潤滑油循環経路と、該潤滑油循環経路に設置した潤滑油ポンプとを備えた発電装置において、
前記蒸気発生器又は作動媒体蒸気流通経路と前記潤滑油循環経路とを連通する作動媒体圧供給経路を設けると共に、該作動媒体圧供給経路に閉止弁を設置し、前記潤滑油循環経路の潤滑油供給圧力が低下した場合に、前記閉止弁を開くことで前記潤滑油循環経路に前記作動媒体蒸気の圧力をかけてタービン発電機への潤滑油の供給を継続するように構成したことを特徴とする発電装置。
請求項１に記載の発電装置において、
前記潤滑油循環経路は、潤滑油を貯留する潤滑油タンクと、該潤滑油タンクの潤滑油を前記タービン発電機に送る潤滑油送り配管と、前記タービン発電機から前記潤滑油タンクに潤滑油を戻す潤滑油戻し配管とを備えると共に、前記作動媒体圧供給経路を前記潤滑油送り配管に合流させ、
前記潤滑油循環経路の潤滑油供給圧力が低下した場合に、前記閉止弁を開くことで、前記潤滑油送り配管内の潤滑油をタービン発電機へ供給するように構成したことを特徴とする発電装置。
請求項１に記載の発電装置において、
前記潤滑油循環経路は、潤滑油を貯留する潤滑油タンクと、該潤滑油タンクの潤滑油を前記タービン発電機に送る潤滑油送り配管と、前記タービン発電機から前記潤滑油タンクに潤滑油を戻す潤滑油戻し配管とを備えると共に、前記作動媒体圧供給経路を、前記潤滑油戻し配管もしくは潤滑油タンクもしくは前記潤滑油送り配管に合流させ、
前記潤滑油循環経路の潤滑油供給圧力が低下した場合に、前記閉止弁を開くことで、前記潤滑油戻し配管内あるいは潤滑油タンク内の潤滑油をタービン発電機へ逆流させて供給するように構成したことを特徴とする発電装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発電装置において、
前記閉止弁を、非通電時に自動的に開く構成の自動弁としたことを特徴とする発電装置。
熱源媒体との熱交換で作動媒体蒸気を発生する蒸気発生器と、前記作動媒体蒸気で駆動する蒸気タービンを有するタービン発電機と、前記タービン発電機に供給する潤滑油を流通させる潤滑油循環経路とを備えた発電装置の運転方法であって、
前記タービン発電機の運転中に前記潤滑油循環経路の潤滑油供給圧力が低下した場合に、前記タービン発電機の運転が停止するまでの間、前記潤滑油循環経路に前記蒸気発生器で発生した作動媒体蒸気の圧力をかけて前記タービン発電機への潤滑油の供給を継続することを特徴とする発電装置の運転方法。