JP2008261234A - Gas seal mechanism and power system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide technology avoiding problems such as air pollution caused by seal gas discharged to the outside, malfunction of a power generator connected to an output shaft, and performance deterioration of a steam turbine caused by mixing of working vapor into the seal gas, in the gas seal mechanism of the steam turbine rotatively driven by working vapor obtained by heating a solution of a non-azeotropic medium mixture made by mixing water and ammonia. <P>SOLUTION: This gas seal mechanism is equipped with: a water vapor introducing means X to introduce water vapor as the seal gas, in an inside gas seal part 61a disposed on the steam turbine 2 side in a gas seal part 61; and an air introducing means Y to introduce air A as the seal gas in an outside gas seal part 61b disposed on the further external side than the inside gas seal part 61a in the gas seal part 61, and a drain part 62 to exhaust the seal gas is disposed in the gas seal part 61. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、水とアンモニアとを混合してなる非共沸混合媒体の溶液を加熱してなる作動蒸気により回転駆動する蒸気タービンにおいて、前記蒸気タービンの出力軸と当該出力軸を回転自在に支持する軸受部材との隙間のガスシール部にシールガスを導入して、前記蒸気タービン側の作動蒸気が前記隙間を通じて外部へ放出されることを防止するガスシール機構に関する。   The present invention relates to a steam turbine that is rotationally driven by working steam obtained by heating a solution of a non-azeotropic mixture medium obtained by mixing water and ammonia, and rotatably supports the output shaft of the steam turbine and the output shaft. The present invention relates to a gas seal mechanism that introduces a seal gas into a gas seal portion in a gap with a bearing member to prevent the working steam on the steam turbine side from being released to the outside through the gap.

発電用のエンジンなどから排出される排熱を回収して、発電機等を駆動するための軸動力を得るための動力システムが知られている。
この種の動力システムは、上記作動蒸気発生器において、エンジン排ガス等の排熱により供給ポンプにより供給された所定の溶液を加熱して作動蒸気を発生し、上記蒸気タービンにおいて、その作動蒸気により得た軸動力により発電機等を駆動し、上記復水器において、蒸気タービンを回転駆動した後に流出した作動蒸気を溶液に復水させるという動力回路を備える。
There is known a power system for recovering exhaust heat discharged from a power generation engine or the like to obtain shaft power for driving a generator or the like.
This kind of power system generates a working steam by heating a predetermined solution supplied by a supply pump by exhaust heat such as engine exhaust gas in the working steam generator, and obtained by the working steam in the steam turbine. The above-described condenser is provided with a power circuit that condenses the working steam that has flowed out after the steam turbine is rotationally driven into the solution.

更に、上記動力システムとして、エンジン排ガスとして排出される高温排熱や、エンジン冷却水として排出される低温排熱等の、2種類の排熱から効果的に軸動力を得ることができる動力システムとして、アンモニアと水とを混合してなる水−アンモニア系の非共沸混合媒体を用い、吸収式冷凍機の原理を利用したものが知られている(例えば、特許文献1及び非特許文献1を参照。)。
この種の動力システムは、復水器で復水したアンモニア濃度が高い濃溶液を、濃溶液流路に設けられた供給ポンプにより昇圧して再生器に送出し、その濃溶液を再生器において原動機の低温排熱(冷却水)により加熱して濃溶液からアンモニア蒸気を分離してアンモニア濃度が低い希溶液とし、その希溶液を希溶液流路に設けられた減圧部により減圧して復水器に送出するという再生回路を備え、更に、その再生器で分離したアンモニア蒸気を蒸気タービンに供給される作動蒸気に合流させるように構成されている。
そして、このような動力システムにおいて、再生器で分離した高濃度のアンモニア蒸気については、一部を作動蒸気発生器に供給される直前の溶液に吸収させ、更に残部を蒸気タービンに供給される直前の作動蒸気に加える形態で、蒸気タービンに供給される前の非共沸混合媒体に合流させることで、蒸気タービンの軸出力を増加させることができ、これは、再生器に供給した低温排熱の熱エネルギを、蒸気タービンの軸動力に変換して回収し得ることを意味する。
また、上述したような動力システムを適用して、蒸気タービンの軸出力により数1000kW以下の発電を行う場合には、小型の蒸気タービンを高速(例えば数万rpm)で回転駆動させて、高効率化が図られる。
Furthermore, as the power system, a power system that can effectively obtain shaft power from two types of exhaust heat, such as high-temperature exhaust heat exhausted as engine exhaust gas and low-temperature exhaust heat exhausted as engine cooling water. In addition, a system using a water-ammonia non-azeotropic mixed medium obtained by mixing ammonia and water and utilizing the principle of an absorption refrigerator is known (for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). reference.).
In this type of power system, a concentrated solution having a high ammonia concentration condensed by a condenser is boosted by a supply pump provided in a concentrated solution flow path and sent to a regenerator, and the concentrated solution is driven by a regenerator. Is heated by low-temperature exhaust heat (cooling water) to separate ammonia vapor from the concentrated solution to form a diluted solution having a low ammonia concentration, and the diluted solution is depressurized by a decompression section provided in the diluted solution flow path. The ammonia vapor separated by the regenerator is joined to the working steam supplied to the steam turbine.
In such a power system, a part of the high-concentration ammonia vapor separated by the regenerator is absorbed in the solution immediately before being supplied to the working steam generator, and the remainder is immediately before being supplied to the steam turbine. By adding to the non-azeotropic mixing medium before being supplied to the steam turbine in the form added to the working steam of the steam turbine, the shaft output of the steam turbine can be increased, which is the low-temperature exhaust heat supplied to the regenerator. It is possible to convert the heat energy of the steam into shaft power of the steam turbine and recover it.
In addition, when the power system as described above is applied to generate power of several thousand kW or less by the shaft output of the steam turbine, a small steam turbine is rotationally driven at a high speed (for example, tens of thousands of rpm) to achieve high efficiency. Is achieved.

そして、このように高速で回転駆動する蒸気タービンにおいて、蒸気タービン側の作動蒸気が隙間を通じて外部へ放出されることを防止するためのシール機構として、蒸気タービンの出力軸と当該出力軸を回転自在に支持する軸受部材との隙間のガスシール部に、所定のシールガスを導入する所謂ガスシール機構が知られている(例えば、特許文献2,3,4を参照。)。   In such a steam turbine that rotates at high speed, the output shaft of the steam turbine and the output shaft can be freely rotated as a seal mechanism for preventing the working steam on the steam turbine side from being discharged to the outside through the gap. A so-called gas seal mechanism is known in which a predetermined seal gas is introduced into a gas seal portion in a gap with a bearing member that is supported by the bearing member (see, for example, Patent Documents 2, 3, and 4).

上記特許文献2に記載のガスシール機構では、空気圧縮機で圧縮した空気を、上記ガスシール部に導入するように構成されている。
一方、上記特許文献3及び4に記載のガスシール機構では、蒸気タービンの作動蒸気としてアンモニア等の低沸点媒体の蒸気を利用する場合において、その蒸気タービンの入口側の作動蒸気の一部を取り出して、その取り出した蒸気を、上記ガスシール部に導入するように構成されている。
更に、上記特許文献3に記載のガスシール機構では、高速で回転駆動する蒸気タービンの出力軸を蒸気タービンの出力軸と当該出力軸を回転自在に支持する軸受部材が、ガスシール部に高圧蒸気を導入することで、出力軸を浮遊支持する静圧軸受(気体軸受)として機能するように構成されている。
The gas seal mechanism described in Patent Document 2 is configured to introduce air compressed by an air compressor into the gas seal portion.
On the other hand, in the gas seal mechanism described in Patent Documents 3 and 4, when steam of a low boiling point medium such as ammonia is used as the working steam of the steam turbine, a part of the working steam on the inlet side of the steam turbine is taken out. The extracted steam is introduced into the gas seal portion.
Further, in the gas seal mechanism described in Patent Document 3, the output shaft of the steam turbine that is driven to rotate at high speed is supported by an output shaft of the steam turbine and a bearing member that rotatably supports the output shaft. In this way, it is configured to function as a hydrostatic bearing (gas bearing) for floatingly supporting the output shaft.

特開2005−171891号公報JP 2005-171891 A 特開2002−30903号公報JP 2002-30903 A 特開2001−174098号公報JP 2001-174098 A 特開2006−63958号公報JP 2006-63958 A 「アンモニアを使用したガスエンジン排熱利用技術の開発」藤本洋、薬師寺新吾、2005年6月28日、機械学会 第10回動力エネルギ技術シンポジウム 講演論文集 OS4−05"Development of gas engine exhaust heat utilization technology using ammonia" Hiroshi Fujimoto, Shingo Yakushiji, June 28, 2005, 10th Symposium on Power Energy Technology Symposium OS4-05

しかしながら、上述したような従来のガスシール機構では、例えば、ガスシール部に導入されたシールガスとしての低沸点媒体の蒸気が、軸線方向に沿って外部に放出されることで、大気汚染や出力軸に連結された発電機の故障等の問題が懸念され、一方、ガスシール部に導入されたシールガスとしての空気が、軸線方向に沿って内側にある蒸気タービンの作動蒸気に混入されることで、当該蒸気タービンの性能低下が発生することが懸念される。   However, in the conventional gas seal mechanism as described above, for example, the vapor of the low boiling point medium as the seal gas introduced into the gas seal portion is discharged to the outside along the axial direction, thereby causing air pollution and output. There is concern about problems such as failure of the generator connected to the shaft, while air as seal gas introduced into the gas seal section is mixed into the working steam of the steam turbine located inside along the axial direction. Therefore, there is a concern that performance degradation of the steam turbine may occur.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、水とアンモニアとを混合してなる非共沸混合媒体の溶液を加熱してなる作動蒸気により回転駆動する蒸気タービンのガスシール機構において、シールガスの外部への放出による大気汚染や出力軸に連結された発電機の故障、シールガスの作動蒸気への混入による蒸気タービンの性能低下等の問題を回避することができる技術を提供する点にある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a steam turbine that is rotationally driven by working steam formed by heating a solution of a non-azeotropic mixed medium formed by mixing water and ammonia. In the gas seal mechanism, problems such as air pollution due to discharge of the seal gas to the outside, failure of the generator connected to the output shaft, deterioration of the performance of the steam turbine due to mixing of the seal gas into the working steam can be avoided. The point is to provide technology.

上記目的を達成するための本発明に係るガスシール機構は、水とアンモニアとを混合してなる非共沸混合媒体の溶液を加熱してなる作動蒸気により回転駆動する蒸気タービンにおいて、前記蒸気タービンの出力軸と当該出力軸を回転自在に支持する軸受部材との隙間のガスシール部にシールガスを導入して、前記蒸気タービン側の作動蒸気が前記隙間を通じて外部へ放出されることを防止するガスシール機構であって、その第1特徴構成は、前記ガスシール部における前記蒸気タービン側に配置された内側ガスシール部に、前記シールガスとして水蒸気を導入する水蒸気導入手段と、
前記ガスシール部における前記内側ガスシール部よりも前記外部側に配置された外側ガスシール部に、前記シールガスとして空気を導入する空気導入手段とを備え、
前記ガスシール部に、前記シールガスを排出するドレン部が配置されている点にある。
In order to achieve the above object, a gas seal mechanism according to the present invention comprises a steam turbine that is rotationally driven by a working steam formed by heating a solution of a non-azeotropic mixed medium obtained by mixing water and ammonia. The seal gas is introduced into the gas seal portion in the gap between the output shaft of the gas turbine and the bearing member that rotatably supports the output shaft, and the steam on the steam turbine side is prevented from being discharged to the outside through the gap. A gas seal mechanism, the first characteristic configuration of which is a water vapor introducing means for introducing water vapor as the seal gas into an inner gas seal portion arranged on the steam turbine side in the gas seal portion,
An air introduction means for introducing air as the seal gas to the outer gas seal portion disposed on the outer side of the inner gas seal portion in the gas seal portion;
A drain portion for discharging the seal gas is disposed in the gas seal portion.

上記ガスシール機構の第1特徴構成によれば、蒸気タービンの出力軸とその軸受部材との隙間のガスシール部において、蒸気タービン側から出力軸の軸線方向に沿って順に、上記内側ガスシール部と上記外側ガスシール部とが並設されることになり、更に、上記水蒸気導入手段により上記内側ガスシール部に水蒸気が導入され、上記空気導入手段により上記外側ガスシール部に空気が導入されることになる。
よって、上記内側ガスシール部の軸線方向に沿って外側に配置された外側ガスシール部に空気が導入されることで、その内側ガスシール部に導入された水蒸気が、その外側ガスシール部を超えて外部に放出されることを抑制することができ、その水蒸気の外側への放出による大気汚染や出力軸に連結された発電機の故障等の問題を回避することができる。尚、上記内側ガスシール部に導入された水蒸気の一部が、その内側ガスシール部の内側に流出して蒸気タービン側の作動蒸気に混入されたとしても、そもそもその作動蒸気が水とアンモニアとを混合してなる非共沸混合媒体の溶液を加熱してなる作動蒸気であることから、蒸気タービンの性能は殆ど低下しない。
一方、上記外側ガスシール部の軸線方向に沿って内側に配置された内側ガスシール部に水蒸気が導入されることで、上記外側ガスシール部に導入された空気が、その内側ガスシール部を超えて蒸気タービンの作動蒸気に混入されることを抑制することができ、その空気の作動蒸気への混入による蒸気タービンの性能低下の発生を回避することができる。尚、上記外側ガスシール部に導入された空気の一部が、その外側ガスシール部の外側に流出して外部に放出されたとしても、それが空気であることから、大気汚染や発電機の故障等の問題はない。
According to the first characteristic configuration of the gas seal mechanism, in the gas seal portion in the gap between the output shaft of the steam turbine and the bearing member, the inner gas seal portion is sequentially formed from the steam turbine side along the axial direction of the output shaft. And the outer gas seal portion are juxtaposed, and further, water vapor is introduced into the inner gas seal portion by the water vapor introducing means, and air is introduced into the outer gas seal portion by the air introducing means. It will be.
Therefore, when air is introduced into the outer gas seal portion disposed outside along the axial direction of the inner gas seal portion, the water vapor introduced into the inner gas seal portion exceeds the outer gas seal portion. Therefore, problems such as air pollution due to the release of the water vapor to the outside and the failure of the generator connected to the output shaft can be avoided. Even if a part of the water vapor introduced into the inner gas seal part flows out into the inner gas seal part and is mixed into the working steam on the steam turbine side, the working steam is essentially water and ammonia. Since the steam is a working steam formed by heating a solution of a non-azeotropic mixture medium, the performance of the steam turbine is hardly deteriorated.
On the other hand, when water vapor is introduced into the inner gas seal portion disposed inside along the axial direction of the outer gas seal portion, the air introduced into the outer gas seal portion exceeds the inner gas seal portion. Therefore, it is possible to prevent the steam from being mixed into the working steam of the steam turbine, and it is possible to avoid the deterioration of the performance of the steam turbine due to the mixing of the air into the working steam. In addition, even if a part of the air introduced into the outer gas seal part flows out to the outside of the outer gas seal part and is released to the outside, it is air. There is no problem such as failure.

本発明に係るガスシール機構の第2特徴構成は、上記第1特徴構成に加えて、前記ドレン部が、前記内側ガスシール部と前記外側ガスシール部との間に位置する点にある。   The second characteristic configuration of the gas seal mechanism according to the present invention is that, in addition to the first characteristic configuration, the drain portion is located between the inner gas seal portion and the outer gas seal portion.

上記ガスシール機構の第2特徴構成によれば、上記内側ガスシール部から外側に流出する水蒸気が、その内側ガスシール部の外側に配置されたドレン部を通じてドレンガスとして排出されることになるので、その水蒸気がそのドレン部よりも更に外側に配置された外側ガスシール部を越えて外部に放出されることを一層抑制することができる。
一方、上記外側ガスシール部から内側に流出する空気が、その外側ガスシール部の内側に配置されたドレン部を通じてドレンガスとして排出されることになるので、その空気がそのドレン部よりも更に内側に配置された内側ガスシール部を越えて蒸気タービンの作動蒸気に混入されることを一層抑制することができる。
According to the second characteristic configuration of the gas seal mechanism, the water vapor flowing out from the inner gas seal portion is discharged as drain gas through the drain portion arranged outside the inner gas seal portion. It is possible to further suppress the water vapor from being discharged to the outside beyond the outer gas seal portion disposed outside the drain portion.
On the other hand, the air flowing out from the outer gas seal portion is discharged as drain gas through the drain portion arranged inside the outer gas seal portion, so that the air is further inside the drain portion. It can suppress further that it mixes with the working steam of a steam turbine beyond the arranged inner gas seal part.

本発明に係るガスシール機構の第3特徴構成は、上記第1乃至上記第2の何れかの特徴構成に加えて、前記内側ガスシール部と前記外側ガスシール部との間に、前記出力軸に設けられたスラストプレートを、前記軸受部材に設けられたスラスト軸受面に対して軸線方向に沿って内向きに当接させた状態で収容するスラストプレート収容部が配置されている点にある。   According to a third characteristic configuration of the gas seal mechanism according to the present invention, in addition to any one of the first to second characteristic configurations, the output shaft is provided between the inner gas seal portion and the outer gas seal portion. The thrust plate accommodating portion is disposed for accommodating the thrust plate provided in the state in which the thrust plate is in contact with the thrust bearing surface provided in the bearing member inward along the axial direction.

上記ガスシール機構の第3特徴構成によれば、内側ガスシール部と外側ガスシール部との間に配置されたスラストプレート収容部において、出力軸に設けられたスラストプレートと軸受部材に設けられたスラスト軸受面との当接部により、上記内側ガスシール部と上記外側ガスシール部とが隔離されることになるので、内側ガスシール部の水蒸気がそれを超えて外側に流出することを一層抑制し、更に、外側ガスシール部の空気がそれを超えて内側に流出することを一層抑制することができる。   According to the third characteristic configuration of the gas seal mechanism, in the thrust plate housing portion disposed between the inner gas seal portion and the outer gas seal portion, the thrust plate provided on the output shaft and the bearing member are provided. Since the inner gas seal part and the outer gas seal part are separated by the contact part with the thrust bearing surface, the water vapor from the inner gas seal part is further prevented from flowing out to the outside. Furthermore, it is possible to further suppress the air in the outer gas seal portion from flowing out to the inside.

本発明に係るガスシール機構の第4特徴構成は、上記第1乃至上記第3の何れかの特徴構成に加えて、前記軸受部材が、前記水蒸気導入手段により前記内側ガスシール部に高圧水蒸気を導入することで、前記出力軸を浮遊支持する静圧軸受として機能する点にある。   According to a fourth characteristic configuration of the gas seal mechanism according to the present invention, in addition to any of the first to third characteristic configurations, the bearing member supplies high-pressure steam to the inner gas seal portion by the steam introduction means. By being introduced, the output shaft functions as a hydrostatic bearing that supports the output shaft in a floating manner.

上記ガスシール機構の第4特徴構成によれば、上記水蒸気導入手段が高圧水蒸気を内側ガスシール部に導入することで上記静圧軸受として機能する上記軸受部材により、高速で回転駆動する蒸気タービンの出力軸を、簡単且つ適切に回転自在に支持することができる。   According to the fourth characteristic configuration of the gas seal mechanism, the steam introducing means introduces high-pressure steam into the inner gas seal portion, whereby the bearing member that functions as the hydrostatic bearing is used to rotate the steam turbine that rotates at high speed. The output shaft can be supported so as to be rotatable easily and appropriately.

上記目的を達成するための本発明に係る動力システムは、水とアンモニアとを混合してなる非共沸混合媒体の溶液を原動機の高温排熱により加熱して前記作動蒸気を発生する作動蒸気発生器と、前記作動蒸気発生器から供給された前記作動蒸気により回転駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンから流出した前記作動蒸気を冷却して前記溶液に復水させる復水器と、前記復水器から供給された前記溶液を前記作動蒸気発生器に供給する供給ポンプとを配置してなる動力回路と、
アンモニア濃度が高い濃溶液を前記原動機の低温排熱により加熱して、前記濃溶液からアンモニア蒸気を分離してアンモニア濃度が低い希溶液とする再生器と、前記復水器から前記再生器へ向けて前記濃溶液が流通する濃溶液流路において前記濃溶液を昇圧して前記再生器に送出する循環ポンプと、前記再生器から前記復水器へ向けて前記希溶液が流通する希溶液流路において前記希溶液を減圧して前記復水器に送出する減圧部とを配置してなる再生回路とを備えて、
前記再生器で分離した前記アンモニア蒸気を、前記蒸気タービンに供給される前の前記非共沸混合媒体に合流させるように構成された動力システムであって、その第1特徴構成は、前記蒸気タービンの出力軸と当該出力軸を回転自在に支持する軸受部材との隙間のガスシール部にシールガスを導入して、前記蒸気タービン側の作動蒸気が前記隙間を通じて外部へ放出されることを防止するガスシール機構として、上記第1乃至上記第4の何れかの特徴構成を有するガスシール機構を備えた点にある。
In order to achieve the above object, a power system according to the present invention comprises a working steam generating system that generates a working steam by heating a solution of a non-azeotropic mixed medium obtained by mixing water and ammonia by high-temperature exhaust heat from a prime mover. A steam turbine that is rotationally driven by the working steam supplied from the working steam generator, a condenser that cools the working steam flowing out of the steam turbine and condenses it into the solution, and the condensate A power circuit comprising a supply pump for supplying the solution supplied from the vessel to the working steam generator;
A regenerator in which a concentrated solution having a high ammonia concentration is heated by low-temperature exhaust heat from the prime mover to separate ammonia vapor from the concentrated solution to form a dilute solution having a low ammonia concentration, and from the condenser to the regenerator A circulating pump for boosting the concentrated solution and sending it to the regenerator in a concentrated solution channel through which the concentrated solution flows, and a dilute solution channel through which the diluted solution flows from the regenerator to the condenser And a regeneration circuit comprising a decompression unit that decompresses the dilute solution and delivers it to the condenser,
A power system configured to join the ammonia vapor separated by the regenerator to the non-azeotropic mixed medium before being supplied to the steam turbine, the first characteristic configuration of which is the steam turbine The seal gas is introduced into the gas seal portion in the gap between the output shaft of the gas turbine and the bearing member that rotatably supports the output shaft, and the steam on the steam turbine side is prevented from being discharged to the outside through the gap. As the gas seal mechanism, the gas seal mechanism having any one of the first to fourth characteristic configurations is provided.

上記動力システムの第1特徴構成によれば、水とアンモニアとを混合してなる非共沸混合媒体を利用し、上記動力回路及び上記再生回路を備えることで、原動機の高温排熱や低温排熱の2種類の排熱から効果的に軸動力を得るにあたり、本発明に係るガスシール機構を好適に適用することができ、シールガスの外部への放出による大気汚染や出力軸に連結された発電機の故障、シールガスの作動蒸気への混入による蒸気タービンの性能低下等の問題を回避することができる。   According to the first characteristic configuration of the power system, the non-azeotropic mixture medium obtained by mixing water and ammonia is used, and the power circuit and the regeneration circuit are provided. In obtaining shaft power effectively from two types of exhaust heat, the gas seal mechanism according to the present invention can be suitably applied, and it is connected to the air pollution caused by discharge of the seal gas to the outside or to the output shaft. It is possible to avoid problems such as a malfunction of the generator and a deterioration in the performance of the steam turbine due to the mixing of the seal gas into the working steam.

本発明に係る動力システムの第2特徴構成は、上記第1特徴構成に加えて、前記水蒸気導入手段が、前記希溶液流路から取り出した希溶液を前記原動機の高温排熱により加熱してアンモニア濃度が低い水蒸気を発生させ、当該発生した水蒸気を前記内側ガスシール部に導入する点にある。   According to a second characteristic configuration of the power system according to the present invention, in addition to the first characteristic configuration, the water vapor introducing means heats the dilute solution taken out from the dilute solution flow path by the high-temperature exhaust heat of the prime mover, thereby adding ammonia. The point is that water vapor having a low concentration is generated, and the generated water vapor is introduced into the inner gas seal portion.

上記動力システムの第2特徴構成によれば、上記水蒸気導入手段により、別途水や熱源を追加する必要がなく、上記再生回路における希溶液流路から取り出した希溶液と上記動力回路における原動機の高温排熱とを利用して、ガスシール機構の内側ガスシール部に水蒸気を導入することができる。
即ち、上記希溶液を上記高温排熱で加熱することで、アンモニア濃度が低い水蒸気を発生させることができ、その水蒸気をガスシール機構の内側ガスシール部に導入することができる。
According to the second characteristic configuration of the power system, there is no need to add water or a heat source separately by the water vapor introducing means, and the high temperature of the prime mover in the power circuit and the dilute solution taken out from the dilute solution flow path in the regeneration circuit. Water vapor can be introduced into the inner gas seal portion of the gas seal mechanism using the exhaust heat.
That is, by heating the dilute solution with the high-temperature exhaust heat, water vapor having a low ammonia concentration can be generated, and the water vapor can be introduced into the inner gas seal portion of the gas seal mechanism.

本発明に係る動力システムの第3特徴構成は、上記第第2特徴構成に加えて、前記原動機がエンジンであると共に、前記エンジンの排ガスを脱硝処理して排出する脱硝処理部を備え、
前記ドレン部から排出されたドレンガスを、前記脱硝処理部の入口側に流入させる点にある。
The power system according to the third aspect of the present invention includes, in addition to the second characteristic configuration, a denitration processing unit that denitrates and discharges the exhaust gas of the engine while the prime mover is an engine.
The drain gas discharged from the drain portion is allowed to flow into the inlet side of the denitration processing portion.

上記動力システムの第4特徴構成によれば、アンモニア濃度が低い希溶液を加熱してなる水蒸気を内側ガスシール部に導入する場合において、ドレン部から排出されたドレンガスに含まれるアンモニアを、そのまま大気に放出せずに、エンジン排ガスと共に上記脱硝処理部に通過させることで無害化することができる。   According to the fourth characteristic configuration of the power system, when water vapor obtained by heating a dilute solution having a low ammonia concentration is introduced into the inner gas seal portion, the ammonia contained in the drain gas discharged from the drain portion is used as it is in the atmosphere. It is possible to render it harmless by letting it pass through the denitration section together with the engine exhaust gas without being released into the exhaust gas.

本発明に係る動力システムの第4特徴構成は、上記第1乃至上記第3の何れかの特徴構成に加えて、前記原動機が、過給機を有するエンジンであり、
前記空気導入手段が、前記過給機で加圧された空気を取り出し、当該取り出した空気を前記外側ガスシール部に導入するように構成されている点にある。
A fourth characteristic configuration of the power system according to the present invention is an engine in which the prime mover includes a supercharger in addition to any of the first to third characteristic configurations described above.
The air introduction means is configured to take out the air pressurized by the supercharger and introduce the taken-out air into the outer gas seal portion.

上記動力システムの第4特徴構成によれば、上記空気導入手段により、別途空気圧縮機等を追加する必要がなく、上記エンジンの過給機の下流側から取り出した加圧後の空気を、ガスシール機構の外側ガスシール部に導入することができる。   According to the fourth characteristic configuration of the power system, it is not necessary to add an additional air compressor or the like by the air introduction unit, and the pressurized air taken out from the downstream side of the supercharger of the engine is gas. It can be introduced into the outer gas seal portion of the seal mechanism.

本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
尚、図1は、動力システムの概略構成図であり、図2は、当該動力システムに設けられたガスシール機構の側断面図である。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a schematic configuration diagram of the power system, and FIG. 2 is a side sectional view of a gas seal mechanism provided in the power system.

先ず、動力システムの基本構成について、図1に基づいて説明する。
動力システムは、原動機としてのエンジン21から排出されるエンジン排ガスEの排熱を高温排熱とし、エンジン21を冷却するエンジン冷却水JWの排熱を低温排熱として、これらエンジン排ガスEとエンジン冷却水JWとから効率良く排熱回収して、蒸気タービン2により発電機80を駆動するための軸動力を出力するサイクルを利用するように構成されている。
First, the basic configuration of the power system will be described with reference to FIG.
The power system uses the exhaust heat of the engine exhaust gas E discharged from the engine 21 as a prime mover as high-temperature exhaust heat, and the exhaust heat of the engine coolant JW that cools the engine 21 as low-temperature exhaust heat. It is configured to use a cycle in which exhaust heat is efficiently recovered from the water JW and shaft power for driving the generator 80 by the steam turbine 2 is output.

そして、この動力システムには、夫々の詳細構成については後述するが、作動蒸気発生器1と蒸気タービン2と復水器3と供給ポンプ14及び16とを配置してなる動力回路30が備えられている。以下、その動力回路30の詳細構成について説明する。
上記作動蒸気発生器1は、排気路23を通じてエンジン21から供給されたエンジン排ガスEとの熱交換により作動流体の溶液Lを加熱して作動流体の作動蒸気Sを発生する。
上記蒸気タービン2は、上記作動蒸気発生器1から作動蒸気流入路11を通じて供給された作動蒸気Sにより出力軸2bを回転駆動する。そして、この蒸気タービン2の出力軸2bにより出力される回転動力は、発電機80を駆動するための駆動源として利用される。
The power system includes a power circuit 30 including a working steam generator 1, a steam turbine 2, a condenser 3, and supply pumps 14 and 16, which will be described later in detail. ing. Hereinafter, the detailed configuration of the power circuit 30 will be described.
The working steam generator 1 generates the working steam S by heating the working fluid solution L by heat exchange with the engine exhaust gas E supplied from the engine 21 through the exhaust passage 23.
The steam turbine 2 rotationally drives the output shaft 2 b with the working steam S supplied from the working steam generator 1 through the working steam inflow passage 11. The rotational power output from the output shaft 2 b of the steam turbine 2 is used as a drive source for driving the generator 80.

上記復水器3は、上記蒸気タービン2から流出し作動蒸気流出路12を通じて供給された作動蒸気Sを冷却水との熱交換により冷却して溶液Lに復水させる。また、この復水器3には、冷却水C1が通流する冷却管3aが配設され、その冷却管3a内に冷却水C1が通流することにより、作動蒸気S及び溶液Lと冷却水C1との間の熱交換が行われ、作動蒸気Sが凝縮して溶液Lに混合されるときに生じる凝縮潜熱及び混合熱が冷却水C1により回収することができる。   The condenser 3 cools the working steam S that has flowed out of the steam turbine 2 and supplied through the working steam outflow passage 12 by heat exchange with cooling water, and condenses it into the solution L. Further, the condenser 3 is provided with a cooling pipe 3a through which the cooling water C1 flows, and the cooling water C1 flows through the cooling pipe 3a, whereby the working steam S, the solution L, and the cooling water are supplied. Heat exchange with C1 is performed, and latent heat of condensation and mixed heat generated when the working steam S is condensed and mixed with the solution L can be recovered by the cooling water C1.

上記供給ポンプ14及び16は、復水器3から供給された溶液Lを流路13及び15を通じて作動蒸気発生器1に供給する。詳しくは、上記供給ポンプ14は、復水器3から後述する吸収器5に溶液Lを供給するものであり、上記供給ポンプ16は、その吸収器5から作動蒸気発生器1に溶液Lを供給するものである。
そして、この動力回路30では、作動流体が、作動蒸気発生器1、蒸気タービン2、復水器3、供給ポンプ14、吸収器5、供給ポンプ16の順に夫々を循環することになる。
The supply pumps 14 and 16 supply the solution L supplied from the condenser 3 to the working steam generator 1 through the flow paths 13 and 15. Specifically, the supply pump 14 supplies the solution L from the condenser 3 to the absorber 5 to be described later, and the supply pump 16 supplies the solution L from the absorber 5 to the working steam generator 1. To do.
In the power circuit 30, the working fluid circulates through the working steam generator 1, the steam turbine 2, the condenser 3, the supply pump 14, the absorber 5, and the supply pump 16 in this order.

更に、動力システムには、冷媒としてのアンモニアと、当該アンモニアを吸収可能な吸収液としての水との水−アンモニア系等の非共沸混合媒体を作動流体として用い、吸収式冷凍機の原理を利用して、上記エンジン排ガスEの排熱である高温排熱及び上記エンジン冷却水JWの排熱である低温排熱の2種類の排熱を効果的に回収するために、再生器4と循環ポンプ17と減圧弁20とを配置してなる再生回路35とが備えられている。以下、その上記再生回路35の詳細構成について説明する。   Furthermore, the power system uses a non-azeotropic mixture medium such as a water-ammonia system of ammonia as a refrigerant and water as an absorbing solution capable of absorbing the ammonia as a working fluid, and the principle of an absorption refrigeration machine. In order to effectively recover two types of exhaust heat, high-temperature exhaust heat that is exhaust heat of the engine exhaust gas E and low-temperature exhaust heat that is exhaust heat of the engine cooling water JW, the regenerator 4 and the circulation A regeneration circuit 35 in which the pump 17 and the pressure reducing valve 20 are arranged is provided. Hereinafter, a detailed configuration of the reproduction circuit 35 will be described.

上記再生器4は、アンモニア濃度が高い濃溶液L1をエンジン21の低温排熱であるエンジン冷却水JWにより加熱して、当該濃溶液L1からアンモニア蒸気Saを分離してアンモニア濃度が低い希溶液L2とする。また、この再生器4には、エンジン冷却水JWが通流する加熱管4aが配設され、その加熱管4a内に、エンジン21との間でポンプ24により循環されるエンジン冷却水JWを通流させることにより、作動流体の溶液Lとエンジン冷却水JWとの熱交換が行われる。   The regenerator 4 heats the concentrated solution L1 having a high ammonia concentration by the engine cooling water JW, which is the low-temperature exhaust heat of the engine 21, and separates the ammonia vapor Sa from the concentrated solution L1, thereby diluting the diluted solution L2 having a low ammonia concentration. And The regenerator 4 is provided with a heating pipe 4a through which the engine cooling water JW flows, and the engine cooling water JW circulated by the pump 24 between the heating pipe 4a and the engine 21 is passed through the heating pipe 4a. By flowing, the heat exchange between the working fluid solution L and the engine coolant JW is performed.

上記循環ポンプ17は、復水器3から再生器4へ向けてアンモニア濃度が高い濃溶液L1が流通する濃溶液流路18において濃溶液L1を昇圧して再生器4に送出する。
上記減圧弁20(減圧部の一例)は、再生器4から復水器3へ向けて希溶液L2が流通する希溶液流路19において希溶液L2を減圧して復水器3に送出する。
The circulation pump 17 boosts the concentrated solution L1 in the concentrated solution channel 18 through which the concentrated solution L1 having a high ammonia concentration flows from the condenser 3 toward the regenerator 4 and sends the concentrated solution L1 to the regenerator 4.
The pressure reducing valve 20 (an example of a pressure reducing unit) depressurizes the dilute solution L2 in the dilute solution flow path 19 through which the dilute solution L2 flows from the regenerator 4 toward the condenser 3 and sends it to the condenser 3.

即ち、復水器3で蒸気タービン2から供給された作動蒸気Sが混合された後の比較的アンモニア濃度が高い濃溶液L1は、復水器3から濃溶液流路18を通じて循環ポンプ17により昇圧された後に再生器4に供給され、一方、再生器4でアンモニア蒸気Saが分離された後の比較的アンモニア濃度が低い希溶液L2は、再生器4から希溶液流路19を通じて減圧弁20により減圧された後に復水器3に供給されることで、高圧の再生器4と低圧の復水器3との間で、圧力差を維持しながら溶液Lが循環されることになる。   That is, the concentrated solution L1 having a relatively high ammonia concentration after the working steam S supplied from the steam turbine 2 in the condenser 3 is mixed is pressurized by the circulation pump 17 from the condenser 3 through the concentrated solution flow path 18. On the other hand, the dilute solution L2 having a relatively low ammonia concentration after the ammonia vapor Sa is separated by the regenerator 4 is supplied from the regenerator 4 through the dilute solution flow path 19 by the pressure reducing valve 20. By being supplied to the condenser 3 after being decompressed, the solution L is circulated between the high pressure regenerator 4 and the low pressure condenser 3 while maintaining the pressure difference.

更に、動力システムは、この再生回路35において再生器4で分離したアンモニア蒸気Saを、動力回路30において蒸気タービン2に供給される作動流体に合流させることで、蒸気タービン2の軸出力を増加させて、再生器4にエンジン冷却水JWの排熱として供給した低温排熱の熱エネルギを、蒸気タービン2の軸動力に変換して回収するように構成されており、以下、その詳細構成について説明する。   Further, the power system increases the shaft output of the steam turbine 2 by joining the ammonia vapor Sa separated by the regenerator 4 in the regeneration circuit 35 to the working fluid supplied to the steam turbine 2 in the power circuit 30. The heat energy of the low-temperature exhaust heat supplied to the regenerator 4 as exhaust heat of the engine cooling water JW is converted into shaft power of the steam turbine 2 and recovered, and the detailed configuration will be described below. To do.

動力システムは、再生器4で分離されアンモニア蒸気流路10に流出したアンモニア蒸気Saの少なくとも一部を、供給ポンプ14から作動蒸気発生器1に供給される溶液Lに吸収させる吸収器5が備えられている。
即ち、吸収器5において、復水器3から供給ポンプ14により流路13を通じて供給された作動流体の溶液Lに、アンモニア蒸気流路10から分岐する分岐路10aを通じて供給されたアンモニア蒸気Saが吸収されて、アンモニア濃度が非常に高い作動流体の溶液Lが生成され、その溶液Lが供給ポンプ16により一層加圧され流路15を通じて作動蒸気発生器1に供給される。
よって、再生器4で分離されたアンモニア蒸気Saが比較的低圧であっても、この吸収器5でその低圧のアンモニア蒸気Saを良好に溶液に吸収させることができ、更には、当該作動蒸気発生器1で高濃度の溶液Lにより多くのエンジン排ガスEの熱を回収することができるので、蒸気タービン2に多くの作動蒸気Sを供給して蒸気タービン2の軸出力を増加させることができる。
The power system includes an absorber 5 that absorbs at least a part of the ammonia vapor Sa separated by the regenerator 4 and flowing into the ammonia vapor flow path 10 into the solution L supplied to the working steam generator 1 from the supply pump 14. It has been.
That is, in the absorber 5, the ammonia vapor Sa supplied through the branch passage 10 a branched from the ammonia vapor passage 10 is absorbed into the working fluid solution L supplied from the condenser 3 through the passage 13 by the supply pump 14. Thus, a working fluid solution L having a very high ammonia concentration is generated, and the solution L is further pressurized by the supply pump 16 and supplied to the working steam generator 1 through the flow path 15.
Therefore, even if the ammonia vapor Sa separated by the regenerator 4 is at a relatively low pressure, the absorber 5 can absorb the low-pressure ammonia vapor Sa satisfactorily into the solution, and further, the generation of the working steam can be performed. Since the heat of a large amount of engine exhaust gas E can be recovered by the high-concentration solution L in the vessel 1, a large amount of working steam S can be supplied to the steam turbine 2 to increase the shaft output of the steam turbine 2.

更に、作動蒸気発生器1において、排気路23を流通するエンジン排ガスEは溶液Lに熱を与えることで温度が低下する。即ち、排気路23における作動蒸気発生器1の入口側と出口側との温度差は、作動蒸気発生器1におけるエンジン排ガスEに対する熱回収量に略比例する。
そして、作動蒸気発生器1は、吸収器5においてアンモニア濃度が高くなった溶液Lを、排気路23の下流側から上流側に向けて流通させて、排気路23を流通するエンジン排ガスEの熱を当該溶液Lに与えるように構成されている。
よって、作動蒸気発生器1において、排気路23における下流側(作動蒸気発生器1に対するエンジン排ガスEの出口側)付近では、溶液Lに高濃度に含まれるアンモニアが比較的低温のエンジン排ガスEとの熱交換により良好に蒸発するので、蒸気タービン2に対して多くの作動蒸気Sを供給することができ、更に、排気路23における上流側のエンジン排ガスEの温度が一定である場合でも下流側のエンジン排ガスEの温度を充分に低下させることができることから、作動蒸気発生器1におけるエンジン排ガスEに対する熱回収量を増加させることができる。
Further, in the working steam generator 1, the temperature of the engine exhaust gas E flowing through the exhaust passage 23 is lowered by applying heat to the solution L. That is, the temperature difference between the inlet side and the outlet side of the working steam generator 1 in the exhaust passage 23 is substantially proportional to the heat recovery amount for the engine exhaust gas E in the working steam generator 1.
Then, the working steam generator 1 circulates the solution L having a high ammonia concentration in the absorber 5 from the downstream side to the upstream side of the exhaust passage 23 to heat the engine exhaust gas E flowing through the exhaust passage 23. To the solution L.
Therefore, in the working steam generator 1, in the vicinity of the downstream side in the exhaust passage 23 (the outlet side of the engine exhaust gas E with respect to the working steam generator 1), ammonia contained in the solution L at a high concentration is compared with the engine exhaust gas E having a relatively low temperature. Therefore, a large amount of working steam S can be supplied to the steam turbine 2, and even if the temperature of the engine exhaust gas E on the upstream side in the exhaust passage 23 is constant, the downstream side Since the temperature of the engine exhaust gas E can be sufficiently reduced, the amount of heat recovered from the engine exhaust gas E in the working steam generator 1 can be increased.

更に、吸収器5には、冷却水C2が通流する冷却管5aが配設され、その冷却管5a内に冷却水C2が通流することにより、アンモニア蒸気Sa及び溶液Lと冷却水C2との間の熱交換が行われ、アンモニア蒸気Saが溶液Lに吸収されるときに生じる吸収熱が冷却水C2により回収することができる。
また、一般的に吸収器5が復水器3よりも高温であることから、当該吸収器5に供給する冷却水C2は、上述した復水器3で熱回収した後の冷却水C1とすることができる。尚、復水器3と吸収器5とに冷却水C1,C2を個別に供給しても構わない。
Further, the absorber 5 is provided with a cooling pipe 5a through which the cooling water C2 flows, and when the cooling water C2 flows through the cooling pipe 5a, the ammonia vapor Sa and the solution L and the cooling water C2 Heat exchange between the two is performed, and the absorption heat generated when the ammonia vapor Sa is absorbed by the solution L can be recovered by the cooling water C2.
Moreover, since the absorber 5 is generally hotter than the condenser 3, the cooling water C2 supplied to the absorber 5 is the cooling water C1 after heat recovery by the condenser 3 described above. be able to. Note that the cooling water C1 and C2 may be separately supplied to the condenser 3 and the absorber 5.

更に、動力システムは、再生器4で分離されアンモニア蒸気流路10に流出したアンモニア蒸気Saの少なくとも一部を、蒸気タービン2の低圧段2aに供給するように構成されている。
即ち、上記吸収器5で溶液Lに吸収し得なかったアンモニア蒸気Saの残部が、アンモニア蒸気流路10から分岐する分岐路10bを通じて、蒸気タービン2の低圧段2aに供給される。
よって、再生器4で分離されたアンモニア蒸気Saが比較的低圧であっても、その低圧のアンモニア蒸気Saを良好に比較的低圧な蒸気タービン2の低圧段2aに供給して、蒸気タービン2の軸出力を増加させることができる。
Further, the power system is configured to supply at least a part of the ammonia vapor Sa separated by the regenerator 4 and flowing out to the ammonia vapor flow path 10 to the low pressure stage 2 a of the steam turbine 2.
That is, the remainder of the ammonia vapor Sa that could not be absorbed in the solution L by the absorber 5 is supplied to the low-pressure stage 2 a of the steam turbine 2 through the branch passage 10 b branched from the ammonia vapor passage 10.
Therefore, even if the ammonia vapor Sa separated by the regenerator 4 is at a relatively low pressure, the low-pressure ammonia vapor Sa is supplied to the low-pressure stage 2a of the steam turbine 2 at a relatively low pressure, and the steam turbine 2 The shaft output can be increased.

更に、この動力システムは、その蒸気タービン2の出力軸2bと当該出力軸2bを回転自在に支持する軸受部材60との隙間のガスシール部61にシールガスを導入して、蒸気タービン2側の作動蒸気Sが隙間を通じて外部へ放出されることを防止するためのガスシール機構が設けられている。
そして、このガスシール機構は、発電機80において数1000kW以下の発電を行うべく、小型の蒸気タービン2を非常に高速(例えば数万rpm)で回転駆動させる場合でも、シールガスの外部への放出による大気汚染や出力軸2bに連結された発電機80の故障、シールガスの作動蒸気Sへの混入による蒸気タービン2の性能低下等の問題を回避するように構成されている。以下、このガスシール機構の詳細構成について、図2に基づいて説明する。
Furthermore, this power system introduces a seal gas into the gas seal portion 61 in the gap between the output shaft 2b of the steam turbine 2 and the bearing member 60 that rotatably supports the output shaft 2b, so that the steam turbine 2 side A gas seal mechanism is provided for preventing the working steam S from being discharged outside through the gap.
This gas seal mechanism releases the seal gas to the outside even when the small steam turbine 2 is rotationally driven at a very high speed (for example, tens of thousands of rpm) so that the generator 80 can generate power of several thousand kW or less. The system is configured to avoid problems such as air pollution due to the above, failure of the generator 80 connected to the output shaft 2b, and deterioration of the performance of the steam turbine 2 due to mixing of the seal gas into the working steam S. Hereinafter, the detailed configuration of the gas seal mechanism will be described with reference to FIG.

図2に示すように、ガスシール機構には、ガスシール部61における蒸気タービン2側に配置された内側ガスシール部61aに、詳細については後述するが若干のアンモニアを含む水蒸気Swをシールガスとして導入する水蒸気導入手段Xが備えられている。
尚、この水蒸気導入手段Xは、回転駆動する出力軸2bの蒸気タービン2側(即ち、図2では出力軸2bの左側)に外嵌されたスラストプレート63の外面と軸受部材60の内面との隙間を上記内側ガスシール部61aとし、その内側ガスシール部61aに水蒸気Swを供給する水蒸気導入路42により構成されている。
尚、この軸受部材60は、上記水蒸気導入手段Xにより内側ガスシール部61aに高圧で水蒸気Swを導入することで、高速で回転駆動する出力軸2bを浮遊支持する静圧軸受として機能するように構成されている。
As shown in FIG. 2, the gas seal mechanism includes an inner gas seal portion 61a disposed on the steam turbine 2 side of the gas seal portion 61. As will be described in detail later, water vapor Sw containing some ammonia is used as a seal gas. A water vapor introducing means X to be introduced is provided.
The water vapor introducing means X is formed between the outer surface of the thrust plate 63 and the inner surface of the bearing member 60 that are externally fitted to the steam turbine 2 side of the output shaft 2b that is rotationally driven (that is, the left side of the output shaft 2b in FIG. The gap is defined as the inner gas seal portion 61a, and is constituted by a water vapor introduction passage 42 for supplying the water vapor Sw to the inner gas seal portion 61a.
The bearing member 60 functions as a hydrostatic bearing that floats and supports the output shaft 2b that is driven to rotate at a high speed by introducing the steam Sw at a high pressure into the inner gas seal portion 61a by the steam introduction means X. It is configured.

更に、ガスシール機構には、ガスシール部61における上記内側ガスシール部61aよりも外部側に配置された外側ガスシール部61bに、シールガスとして空気Aを導入する空気導入手段Yが備えられている。
尚、この空気導入手段Yは、軸受部材60と回転駆動する出力軸2bの上記スラストプレート63よりも発電機80側(即ち、図2では出力軸2bの右側)に外嵌されたスリーブ67の外面と軸受部材60の内面との隙間を上記外側ガスシール部61bとし、その外側ガスシール部61bに空気Aを供給する空気導入路45により構成されている。
Further, the gas seal mechanism is provided with an air introduction means Y for introducing air A as a seal gas into the outer gas seal portion 61b disposed outside the inner gas seal portion 61a in the gas seal portion 61. Yes.
The air introduction means Y is formed by a sleeve 67 that is externally fitted to the generator 80 side (that is, the right side of the output shaft 2b in FIG. 2) from the thrust plate 63 of the output shaft 2b that is rotationally driven with the bearing member 60. A gap between the outer surface and the inner surface of the bearing member 60 is defined as the outer gas seal portion 61b, and is configured by an air introduction path 45 that supplies air A to the outer gas seal portion 61b.

そして、このように構成されたガスシール機構では、上記内側ガスシール部61aの軸線方向に沿って外側(図2では右側)に配置された外側ガスシール部61bに空気Aが導入されることで、内側ガスシール部61aに導入された水蒸気Swが、その外側ガスシール部61bを超えて外部に放出されることが抑制されて、その水蒸気Swの外側への放出による大気汚染や出力軸2bに連結された発電機80の故障等が回避されている。   And in the gas seal mechanism comprised in this way, air A is introduce | transduced into the outer gas seal part 61b arrange | positioned along the axial direction of the said inner gas seal part 61a on the outer side (right side in FIG. 2). The water vapor Sw introduced into the inner gas seal portion 61a is suppressed from being discharged to the outside beyond the outer gas seal portion 61b, and air pollution caused by the discharge of the water vapor Sw to the outside or the output shaft 2b. A failure or the like of the connected generator 80 is avoided.

一方、上記外側ガスシール部61bの軸線方向に沿って内側(図2では左側)に配置された内側ガスシール部61aに水蒸気Swが導入されることで、外側ガスシール部61bに導入された空気Aが、その内側ガスシール部61aを超えて蒸気タービン2の作動蒸気Sに混入されることが抑制されて、その空気Aの作動蒸気Sへの混入による蒸気タービン2の性能低下の発生が回避されている。   On the other hand, the air introduced into the outer gas seal portion 61b by introducing the water vapor Sw into the inner gas seal portion 61a disposed on the inner side (left side in FIG. 2) along the axial direction of the outer gas seal portion 61b. A is suppressed from being mixed into the working steam S of the steam turbine 2 beyond the inner gas seal portion 61a, and the performance deterioration of the steam turbine 2 due to the mixing of the air A into the working steam S is avoided. Has been.

尚、上記内側ガスシール部61aに導入された水蒸気Swの一部が、その内側ガスシール部61aの内側に流出して蒸気タービン2側の作動蒸気Sに混入されたとしても、そもそもその作動蒸気Sが水とアンモニアとを混合してなる非共沸混合媒体の溶液Lを加熱してなる作動蒸気Sであることから、蒸気タービン2の性能は殆ど低下しない。
一方、上記外側ガスシール部61bに導入された空気Aの一部が、その外側ガスシール部61bの外側に流出して外部に放出されたとしても、それが空気Aであることから、大気汚染や発電機80の故障等の問題はない。
Even if a part of the water vapor Sw introduced into the inner gas seal portion 61a flows out into the inner gas seal portion 61a and is mixed into the working steam S on the steam turbine 2 side, the working steam is originally. Since S is the working steam S obtained by heating the solution L of the non-azeotropic mixture medium obtained by mixing water and ammonia, the performance of the steam turbine 2 hardly decreases.
On the other hand, even if a part of the air A introduced into the outer gas seal portion 61b flows out to the outside of the outer gas seal portion 61b and is released to the outside, it is the air A. There is no problem such as failure of the generator 80.

上記出力軸2bには、出力軸2bを外嵌する筒状部位と当該筒状部位の発電機80側の端部から径外方向に延出するフランジ状部位とからなるスラストプレート63が、当該出力軸2bと共に回転駆動するように設けられている。
一方、軸受部材60の内側ガスシール部61aと外側ガスシール部61bとの間には、出力軸2bに設けられたスラストプレート63を、当該軸受部材60に設けられたスラスト軸受面64に対して軸線方向に沿って内向き(即ち蒸気タービン2に向かう方向)に当接させた状態で収容するスラストプレート収容部65が配置されている。
よって、そのスラストプレート収容部65では、スラストプレート63とスラスト軸受面64との当接部により、内側ガスシール部61aと外側ガスシール部61bとが隔離されることで、水蒸気Swの発電機80側への流出及び空気Aの蒸気タービン2側への流出が一層抑制されている。
The output shaft 2b includes a thrust plate 63 including a cylindrical portion that externally fits the output shaft 2b and a flange-shaped portion that extends radially outward from an end of the cylindrical portion on the generator 80 side. It is provided so as to be rotationally driven together with the output shaft 2b.
On the other hand, between the inner gas seal portion 61 a and the outer gas seal portion 61 b of the bearing member 60, a thrust plate 63 provided on the output shaft 2 b is disposed with respect to the thrust bearing surface 64 provided on the bearing member 60. A thrust plate accommodating portion 65 is disposed that accommodates in an inward contact state along the axial direction (that is, a direction toward the steam turbine 2).
Therefore, in the thrust plate housing portion 65, the inner gas seal portion 61a and the outer gas seal portion 61b are isolated by the contact portion between the thrust plate 63 and the thrust bearing surface 64, so that the generator 80 of the water vapor Sw is generated. Outflow to the side and outflow of air A to the steam turbine 2 side are further suppressed.

上記ガスシール部61には、上記水蒸気Swや上記空気AのシールガスをドレンガスDとして外部に排出するドレン部62が配置されており、そのドレン部62は、内側ガスシール部61aと外側ガスシール部61bとの間に位置している。
よって、内側ガスシール部61aから発電機80側に向けて流れる水蒸気Sw、及び、外側ガスシール部61bから蒸気タービン2側に向けて流れる空気Aの夫々が、内側ガスシール部61aと外側ガスシール部61bとの間に位置するドレン部62を通じてドレンガスDとして排出されることになり、水蒸気Swの発電機80側への流出及び空気Aの蒸気タービン2側への流出が一層抑制されている。
The gas seal portion 61 is provided with a drain portion 62 that discharges the steam Sw or the seal gas of the air A as a drain gas D to the outside. The drain portion 62 includes an inner gas seal portion 61a and an outer gas seal. It is located between the part 61b.
Therefore, each of the water vapor Sw flowing from the inner gas seal portion 61a toward the generator 80 side and the air A flowing from the outer gas seal portion 61b toward the steam turbine 2 side are respectively connected to the inner gas seal portion 61a and the outer gas seal. It will be discharged as drain gas D through the drain part 62 located between the parts 61b, and the outflow of the water vapor Sw to the generator 80 side and the outflow of the air A to the steam turbine 2 side are further suppressed.

更に、上記ドレン部62は、当然1つでも構わないが、本実施形態では、スラストプレート収容部65よりも蒸気タービン2側に位置する内側ドレン部62aと、スラストプレート収容部65に位置する外側ドレン部62bとが設けられている。
よって、内側ガスシール部61aから発電機80側に向けて流れる水蒸気Swは主に内側ドレン部62aを通じて内側ドレンガスDaとして外部に排出され、一方、外側ガスシール部61bから蒸気タービン2側に向けて流れる空気Aは主に外側ドレン部62bを通じて外側ドレンガスDbとして外部に排出されることになる。尚、この夫々のドレンガスDa,Dbは、個別に処理しても、夫々を合流させて同時に処理しても構わない。
Further, the number of the drain portions 62 may naturally be one, but in this embodiment, the inner drain portion 62a located on the steam turbine 2 side with respect to the thrust plate housing portion 65 and the outer side located on the thrust plate housing portion 65. A drain portion 62b is provided.
Therefore, the water vapor Sw flowing from the inner gas seal portion 61a toward the generator 80 side is mainly discharged to the outside as the inner drain gas Da through the inner drain portion 62a, and on the other hand, from the outer gas seal portion 61b toward the steam turbine 2 side. The flowing air A is mainly discharged to the outside as the outer drain gas Db through the outer drain portion 62b. Each of the drain gases Da and Db may be processed individually or may be combined and processed at the same time.

上記のように構成されたガスシール機構を、上述した動力システムに採用するにあたり、シールガスとしての水蒸気Sw及び空気Aの供給、ドレン部62でのドレンガスDの排出を、適切に行うための構成を備えている。以下、その動力システムの特徴構成について、図1に基づいて説明する。   In adopting the gas seal mechanism configured as described above in the power system described above, a configuration for appropriately supplying the water vapor Sw and the air A as the seal gas and discharging the drain gas D in the drain part 62 It has. Hereinafter, the characteristic configuration of the power system will be described with reference to FIG.

図1及び図2に示す動力システムでは、上述ガスシール機構における水蒸気導入手段Xが、再生回路35における希溶液流路19から取り出した希溶液L2をエンジン21の高温排熱であるエンジン排ガスEにより加熱してアンモニア濃度が低い水蒸気Swを発生させ、その発生した水蒸気Swを、ガスシール機構における内側ガスシール部61aに導入するように構成されている。   In the power system shown in FIGS. 1 and 2, the water vapor introducing means X in the gas seal mechanism uses the engine exhaust gas E, which is the high-temperature exhaust heat of the engine 21, to remove the dilute solution L2 taken out from the dilute solution flow path 19 in the regeneration circuit 35. Heat is generated to generate water vapor Sw having a low ammonia concentration, and the generated water vapor Sw is introduced into the inner gas seal portion 61a of the gas seal mechanism.

即ち、上記水蒸気導入手段Xは、上記希溶液流路19における減圧弁20の上流側に接続されて当該希溶液流路19から希溶液L2の一部が流入する希溶液取出流路41と、排気路23の作動蒸気発生器1よりも上流側を流通する高温のエンジン排ガスEとの熱交換により希溶液取出流路41を通じて供給された希溶液L2を加熱して若干のアンモニアを含む水蒸気Swを発生する水蒸気発生器40と、当該水蒸気発生器40が発生した水蒸気Swをガスシール機構における内側ガスシール部61aに導入する水蒸気導入路42とを備えて構成されている。
したがって、この動力システムでは、ガスシール機構で利用する水蒸気Swを発生させるために、別途水や熱源を追加する必要がない。
That is, the water vapor introducing means X is connected to the upstream side of the pressure reducing valve 20 in the dilute solution flow path 19 and a dilute solution take-out flow path 41 into which a part of the dilute solution L2 flows from the dilute solution flow path 19; Water vapor Sw containing some ammonia by heating the dilute solution L2 supplied through the dilute solution take-off channel 41 by heat exchange with the high-temperature engine exhaust gas E flowing upstream of the working steam generator 1 in the exhaust passage 23. And a water vapor introduction path 42 for introducing the water vapor Sw generated by the water vapor generator 40 into the inner gas seal portion 61a of the gas seal mechanism.
Therefore, in this power system, it is not necessary to add water or a heat source separately in order to generate the water vapor Sw used in the gas seal mechanism.

上記内側ガスシール部61aに若干のアンモニアを含む水蒸気Swを導入することにより、ドレン部62から排出されるドレンガスDには若干のアンモニアが含まれることになる。
そこで、エンジン21の排気路23には、エンジン排ガスEを脱硝処理する脱硝触媒26(脱硝処理部の一例)が設けられており、更に、ドレン部62に接続されたドレン流路47の他端側を排気路23における脱硝触媒26の上流側に接続することで、ドレン部62から排出されたドレンガスDが脱硝触媒26の入口側に流入されている。
したがって、上記ドレンガスDは、そのまま大気に放出されずに、エンジン排ガスEと共に上記脱硝触媒26を通過して無害化された後に放出されることになる。
By introducing the water vapor Sw containing a little ammonia into the inner gas seal part 61a, the drain gas D discharged from the drain part 62 contains a little ammonia.
Therefore, the exhaust passage 23 of the engine 21 is provided with a denitration catalyst 26 (an example of a denitration treatment unit) for denitrating the engine exhaust gas E, and further, the other end of the drain channel 47 connected to the drain unit 62. The drain gas D discharged from the drain part 62 flows into the inlet side of the denitration catalyst 26 by connecting the side to the upstream side of the denitration catalyst 26 in the exhaust passage 23.
Accordingly, the drain gas D is not released into the atmosphere as it is, but is discharged after detoxifying the engine exhaust gas E through the denitration catalyst 26.

更に、エンジン21が、吸気路22に取り込まれた空気Aを加圧して燃焼室(図示せず)に供給するための過給機25を有しており、更に、上述ガスシール機構における空気導入手段Yが、その過給機25で加圧された空気Aを取り出し、当該取り出した空気Aを、ガスシール機構における外側ガスシール部61bに導入するように構成されている。
即ち、上記空気導入手段Yは、吸気路22における過給機25の下流側に接続されて当該吸気路22から加圧された空気Aの一部が流入し、その空気Aをガスシール機構における外側ガスシール部61bに導入する空気導入路45を備えて構成されている。
したがって、この動力システムでは、ガスシール機構で利用する空気Aを加圧するために、別途空気圧縮機等を追加する必要がない。
Furthermore, the engine 21 has a supercharger 25 for pressurizing the air A taken into the intake passage 22 and supplying it to the combustion chamber (not shown). The means Y is configured to take out the air A pressurized by the supercharger 25 and introduce the taken out air A into the outer gas seal portion 61b in the gas seal mechanism.
That is, the air introduction means Y is connected to the downstream side of the supercharger 25 in the intake passage 22 and a part of the air A pressurized from the intake passage 22 flows in, and the air A is used in the gas seal mechanism. An air introduction path 45 is provided to be introduced into the outer gas seal portion 61b.
Therefore, in this power system, it is not necessary to add a separate air compressor or the like in order to pressurize the air A used in the gas seal mechanism.

〔別実施形態〕
(1)上記実施形態では、蒸気タービン2の軸動力により発電機80を駆動するように構成したが、本発明において、蒸気タービン2の軸動力は、例えば圧縮式ヒートポンプの圧縮動力等のように、別の用途に利用しても構わない。
[Another embodiment]
(1) In the above embodiment, the generator 80 is driven by the shaft power of the steam turbine 2, but in the present invention, the shaft power of the steam turbine 2 is, for example, the compression power of a compression heat pump. It may be used for other purposes.

(2)上記実施の形態では、再生器4で分離したアンモニア蒸気Saの少なくとも一部を、吸収器5により供給ポンプ14から作動蒸気発生器1に供給される溶液Lに吸収させるように構成したり、蒸気タービン2の低圧段2aに供給するように構成したが、別に、当該アンモニア蒸気Saを蒸気タービン2に供給される作動流体に合流させるものであれば、これらの構成を適宜改変しても構わない。 (2) In the above embodiment, at least a part of the ammonia vapor Sa separated by the regenerator 4 is absorbed by the solution L supplied from the supply pump 14 to the working steam generator 1 by the absorber 5. However, if the ammonia vapor Sa is combined with the working fluid supplied to the steam turbine 2, these configurations are modified as appropriate. It doesn't matter.

(3)上記実施の形態では、作動蒸気発生器1及び再生器4の高温排熱及び低温排熱の温熱源を、エンジン21の排熱としたが、燃料電池の排熱等の別の排熱を温熱源として利用しても構わない。 (3) In the above embodiment, the heat source of the high-temperature exhaust heat and the low-temperature exhaust heat of the working steam generator 1 and the regenerator 4 is the exhaust heat of the engine 21, but another exhaust such as exhaust heat of the fuel cell is used. Heat may be used as a heat source.

本発明に係るガスシール機構は、シールガスの外部への放出による大気汚染や出力軸に連結された発電機の故障、シールガスの作動蒸気への混入による蒸気タービンの性能低下等の問題を回避することができるものとして有効に利用可能である。   The gas seal mechanism according to the present invention avoids problems such as air pollution due to release of the seal gas to the outside, failure of the generator connected to the output shaft, and deterioration of the performance of the steam turbine due to mixing of the seal gas into the working steam. It can be used effectively as something that can be done.

動力システムの概略構成図Schematic configuration diagram of power system ガスシール機構の側断面図Side view of gas seal mechanism

符号の説明Explanation of symbols

1:作動蒸気発生器
2b:出力軸
2:蒸気タービン
3:復水器
4:再生器
14,16:供給ポンプ
17:循環ポンプ
18:濃溶液流路
20:減圧弁
21:エンジン(原動機)
25:過給機
26:脱硝触媒(脱硝処理部)
30:動力回路
35:再生回路
60:軸受部材
61:ガスシール部
61b:外側ガスシール部
61a:内側ガスシール部
62:ドレン部
63:スラストプレート
64:スラスト軸受面
65:スラストプレート収容部
A:空気
D:ドレンガス
Db:外側ドレンガス
E:エンジン排ガス(高温排熱)
JW:エンジン冷却水(低温排熱)
L:溶液
L1:濃溶液
L2:希溶液
S:作動蒸気
Sw:水蒸気
X:水蒸気導入手段
Y:空気導入手段
1: Working steam generator 2b: Output shaft 2: Steam turbine 3: Condenser 4: Regenerator 14, 16: Supply pump 17: Circulation pump 18: Concentrated solution flow path 20: Pressure reducing valve 21: Engine (motor)
25: Supercharger 26: Denitration catalyst (denitration processing section)
30: Power circuit 35: Regeneration circuit 60: Bearing member 61: Gas seal part 61b: Outer gas seal part 61a: Inner gas seal part 62: Drain part 63: Thrust plate 64: Thrust bearing surface 65: Thrust plate housing part A: Air D: Drain gas Db: Outer drain gas E: Engine exhaust gas (high temperature exhaust heat)
JW: Engine cooling water (low temperature exhaust heat)
L: Solution L1: Concentrated solution L2: Dilute solution S: Working steam Sw: Steam X: Steam introduction means Y: Air introduction means

Claims (8)

水とアンモニアとを混合してなる非共沸混合媒体の溶液を加熱してなる作動蒸気により回転駆動する蒸気タービンにおいて、前記蒸気タービンの出力軸と当該出力軸を回転自在に支持する軸受部材との隙間のガスシール部にシールガスを導入して、前記蒸気タービン側の作動蒸気が前記隙間を通じて外部へ放出されることを防止するガスシール機構であって、
前記ガスシール部における前記蒸気タービン側に配置された内側ガスシール部に、前記シールガスとして水蒸気を導入する水蒸気導入手段と、
前記ガスシール部における前記内側ガスシール部よりも前記外部側に配置された外側ガスシール部に、前記シールガスとして空気を導入する空気導入手段とを備え、
前記ガスシール部に、前記シールガスを排出するドレン部が配置されているガスシール機構。
In a steam turbine that is rotationally driven by working steam formed by heating a solution of a non-azeotropic mixture medium obtained by mixing water and ammonia, an output shaft of the steam turbine and a bearing member that rotatably supports the output shaft; A gas seal mechanism that introduces a seal gas into the gas seal portion of the gap to prevent the working steam on the steam turbine side from being released to the outside through the gap,
Water vapor introducing means for introducing water vapor as the seal gas into the inner gas seal portion disposed on the steam turbine side in the gas seal portion;
An air introduction means for introducing air as the seal gas to the outer gas seal portion disposed on the outer side of the inner gas seal portion in the gas seal portion;
A gas seal mechanism in which a drain portion for discharging the seal gas is disposed in the gas seal portion.
前記ドレン部が、前記内側ガスシール部と前記外側ガスシール部との間に位置する請求項1に記載のガスシール機構。   The gas seal mechanism according to claim 1, wherein the drain portion is located between the inner gas seal portion and the outer gas seal portion. 前記内側ガスシール部と前記外側ガスシール部との間に、前記出力軸に設けられたスラストプレートを、前記軸受部材に設けられたスラスト軸受面に対して軸線方向に沿って内向きに当接させた状態で収容するスラストプレート収容部が配置されている請求項1又は2に記載のガスシール機構。   Between the inner gas seal portion and the outer gas seal portion, a thrust plate provided on the output shaft abuts inward along an axial direction with respect to a thrust bearing surface provided on the bearing member. The gas seal mechanism according to claim 1 or 2, wherein a thrust plate accommodating portion that is accommodated in a state in which the gas is sealed is disposed. 前記軸受部材が、前記水蒸気導入手段により前記内側ガスシール部に高圧水蒸気を導入することで、前記出力軸を浮遊支持する静圧軸受として機能する請求項1〜3の何れか一項に記載のガスシール機構。   The said bearing member functions as a static pressure bearing which floats and supports the said output shaft by introduce | transducing high-pressure water vapor | steam into the said inner side gas-seal part by the said water vapor | steam introduction means. Gas seal mechanism. 水とアンモニアとを混合してなる非共沸混合媒体の溶液を原動機の高温排熱により加熱して前記作動蒸気を発生する作動蒸気発生器と、前記作動蒸気発生器から供給された前記作動蒸気により回転駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンから流出した前記作動蒸気を冷却して前記溶液に復水させる復水器と、前記復水器から供給された前記溶液を前記作動蒸気発生器に供給する供給ポンプとを配置してなる動力回路と、
アンモニア濃度が高い濃溶液を前記原動機の低温排熱により加熱して、前記濃溶液からアンモニア蒸気を分離してアンモニア濃度が低い希溶液とする再生器と、前記復水器から前記再生器へ向けて前記濃溶液が流通する濃溶液流路において前記濃溶液を昇圧して前記再生器に送出する循環ポンプと、前記再生器から前記復水器へ向けて前記希溶液が流通する希溶液流路において前記希溶液を減圧して前記復水器に送出する減圧部とを配置してなる再生回路とを備えて、
前記再生器で分離した前記アンモニア蒸気を、前記蒸気タービンに供給される前の前記非共沸混合媒体に合流させるように構成された動力システムであって、
前記蒸気タービンの出力軸と当該出力軸を回転自在に支持する軸受部材との隙間のガスシール部にシールガスを導入して、前記蒸気タービン側の作動蒸気が前記隙間を通じて外部へ放出されることを防止するガスシール機構として、請求項1〜4の何れか一項に記載のガスシール機構を備えた動力システム。
A working steam generator that generates a working steam by heating a solution of a non-azeotropic mixed medium formed by mixing water and ammonia by high-temperature exhaust heat of a prime mover, and the working steam supplied from the working steam generator A steam turbine that is driven by rotation, a condenser that cools the working steam flowing out of the steam turbine and condenses it into the solution, and supplies the solution supplied from the condenser to the working steam generator A power circuit in which a supply pump is arranged;
A regenerator in which a concentrated solution having a high ammonia concentration is heated by low-temperature exhaust heat from the prime mover to separate ammonia vapor from the concentrated solution to form a dilute solution having a low ammonia concentration, and from the condenser to the regenerator A circulating pump for boosting the concentrated solution and sending it to the regenerator in a concentrated solution channel through which the concentrated solution flows, and a dilute solution channel through which the diluted solution flows from the regenerator to the condenser And a regeneration circuit comprising a decompression unit that decompresses the dilute solution and delivers it to the condenser,
A power system configured to join the ammonia vapor separated by the regenerator to the non-azeotropic mixed medium before being supplied to the steam turbine,
Seal gas is introduced into a gas seal portion in a gap between the output shaft of the steam turbine and a bearing member that rotatably supports the output shaft, and the working steam on the steam turbine side is released to the outside through the gap. The power system provided with the gas seal mechanism as described in any one of Claims 1-4 as a gas seal mechanism which prevents this.
前記水蒸気導入手段が、前記希溶液流路から取り出した希溶液を前記原動機の高温排熱により加熱してアンモニア濃度が低い水蒸気を発生させ、当該発生した水蒸気を前記内側ガスシール部に導入する請求項5に記載の動力システム。   The water vapor introducing means heats the dilute solution taken out from the dilute solution flow path by high-temperature exhaust heat of the prime mover to generate water vapor having a low ammonia concentration, and introduces the generated water vapor into the inner gas seal portion. Item 6. The power system according to Item 5. 前記原動機がエンジンであると共に、前記エンジンの排ガスを脱硝処理して排出する脱硝処理部を備え、
前記ドレン部から排出されたドレンガスを、前記脱硝処理部の入口側に流入させる請求項6に記載の動力システム。
The prime mover is an engine, and includes a denitration processing unit that denitrates and discharges exhaust gas from the engine,
The power system according to claim 6, wherein drain gas discharged from the drain part is caused to flow into an inlet side of the denitration processing part.
前記原動機が、過給機を有するエンジンであり、
前記空気導入手段が、前記過給機で加圧された空気を取り出し、当該取り出した空気を前記外側ガスシール部に導入するように構成されている請求項5〜7の何れか一項に記載の動力システム。
The prime mover is an engine having a supercharger;
The said air introduction means is comprised so that the air pressurized with the said supercharger may be taken out, and the said taken-out air may be introduce | transduced into the said outer side gas seal part. Power system.
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