JP2012127231A - Rankine cycle system and power generation system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Rankine cycle system for dispensing with an oil pump.SOLUTION: This Rankine cycle system 1 includes: a circulating flow passage 7 for interposing a screw expander 2 for converting expansion force of a heating medium into torque by supplying the heating medium and lubricating oil, a condenser 3 for cooling and liquefying the heating medium delivered from the screw expander 2, a circulating pump 4 for pressurizing the heating medium liquefied in the condenser 3, a separating tank 5 for storing the heating medium discharged from the circulating pump 4 in a pressurized state and separating the lubricating oil included in the heating medium by a specific gravity difference, and an evaporator 6 for resupplying the heating medium to the screw expander 2 by evaporating by heating the heating medium of separating the lubricating oil by the separating tank 5; and an oil feeding flow passage 8 for resupplying the lubricating oil separated from the heating medium by the separating tank 5 to the screw expander 2.

Description

本発明は、ランキンサイクルシステムおよびランキンサイクルシステムを用いた発電システムに関する。   The present invention relates to a Rankine cycle system and a power generation system using the Rankine cycle system.

例えば、特許文献1に記載されているように、加圧された液相の熱媒を蒸発器(加熱器)において熱源との熱交換によって加熱し、加熱した熱媒の膨張力によって膨張機を駆動して発電機を回し、膨張機から吐出された熱媒を冷却して液化し、ポンプによって液化した熱媒を再加圧して蒸発器に再供給するランキンサイクルを利用したバイナリ発電システムが公知である。   For example, as described in Patent Document 1, a pressurized liquid-phase heat medium is heated by heat exchange with a heat source in an evaporator (heater), and the expander is heated by the expansion force of the heated heat medium. A binary power generation system using a Rankine cycle that drives and rotates the generator, cools and liquefies the heat medium discharged from the expander, re-pressurizes the heat medium liquefied by the pump, and re-supplies it to the evaporator is known It is.

膨張機として、潤滑およびシールのために潤滑油を用いるスクリュ膨張機を使用することも一般的であるが、従来は、特許文献1にも記載されているように、スクリュ膨張機から排気された熱媒から気液分離器を用いて潤滑油を分離し、分離した潤滑油を油ポンプによってスクリュ膨張機に再供給していた。   Although it is also common to use a screw expander that uses lubricating oil for lubrication and sealing as an expander, conventionally, as described in Patent Document 1, the screw expander is exhausted. Lubricating oil was separated from the heat medium using a gas-liquid separator, and the separated lubricating oil was resupplied to the screw expander by an oil pump.

スクリュ膨張機と機械的によく似た構成の圧縮機の場合には、吐出したガスから分離した潤滑油を吐出したガスの圧力によって再供給できるが、スクリュ膨張機の場合は、給気圧力の方が排気圧力よりも高いため、専用の油ポンプで再加圧することが必要とされるからである。   In the case of a compressor that is mechanically similar to a screw expander, it can be re-supplied by the pressure of the gas discharged from the lubricant separated from the discharged gas, but in the case of a screw expander, the supply air pressure This is because it is higher than the exhaust pressure, and it is necessary to repressurize with a dedicated oil pump.

また、特許文献1では、スクリュ膨張機のロータ室に、潤滑油を排出するための廃油口を設けて潤滑油を回収している。この場合、潤滑油だけでなく熱媒までもが回収流路に流出しないように、ある程度の背圧を加える必要がある。しかしながら、回収流路の背圧が高すぎると、潤滑油が逆流して廃油口が開口する空間の圧力を上昇させ、膨張工程における圧力こう配に部分的な逆転が生じて、スクリュロータの回転を妨げる逆方向の駆動力を発生させてしまう。このため、潤滑油の回収流路の圧力を厳密に制御できなければ、発電システムの効率が低下するという問題が生じる。   Moreover, in patent document 1, the waste oil port for discharging | emitting lubricating oil is provided in the rotor chamber of the screw expander, and lubricating oil is collect | recovered. In this case, it is necessary to apply a certain amount of back pressure so that not only the lubricating oil but also the heat medium does not flow out into the recovery flow path. However, if the back pressure in the recovery flow path is too high, the lubricating oil will flow backward, increasing the pressure in the space where the waste oil port opens, causing a partial reversal of the pressure gradient in the expansion process, and rotating the screw rotor. The driving force in the opposite direction is prevented. For this reason, if the pressure of the lubricating oil recovery passageway cannot be strictly controlled, there arises a problem that the efficiency of the power generation system is lowered.

また、ランキンサイクルにおいて、蒸発器とスクリュ膨張機との間に気液分離器を設置すれば、スクリュ膨張機に供給される熱媒と等しい圧力を有する潤滑油が得られるので、専用の油ポンプを設けなくてもよい。しかしながら、その場合、潤滑油も蒸発器を通過することになり、蒸発器における熱交換の効率が低下するという問題が生じるため、上述の油ポンプを用いたシステムとすることが一般的である。   In the Rankine cycle, if a gas-liquid separator is installed between the evaporator and the screw expander, lubricating oil having a pressure equal to the heat medium supplied to the screw expander can be obtained. May not be provided. However, in that case, since the lubricating oil also passes through the evaporator, there arises a problem that the efficiency of heat exchange in the evaporator is lowered, so that a system using the above-described oil pump is generally used.

特開昭60−56104号公報JP 60-56104 A

前記問題点に鑑みて、本発明の課題は、油ポンプの不要なランキンサイクルシステムおよびランキンサイクル発電システムを提供することを課題とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a Rankine cycle system and a Rankine cycle power generation system that do not require an oil pump.

前記課題を解決するために、本発明によるランキンサイクルシステムは、熱媒および潤滑油が供給され、前記熱媒の膨張力を回転力に変換するスクリュ膨張機と、前記スクリュ膨張機から吐出された熱媒を冷却して液化する凝縮器と、前記凝縮器において液化した熱媒を加圧する循環ポンプと、前記循環ポンプが吐出した熱媒を加圧状態のまま貯留して、前記熱媒に含まれる前記潤滑油を比重差によって分離する分離タンクと、前記分離タンクによって前記潤滑油を分離した前記熱媒を加熱し、蒸発させてから前記スクリュ膨張機に再供給する蒸発器とが介設された循環流路、および、前記分離タンクによって前記熱媒から分離された前記潤滑油を前記スクリュ膨張機に再供給する給油流路を有するものとする。   In order to solve the above problems, a Rankine cycle system according to the present invention is supplied with a heat medium and a lubricating oil, and is discharged from the screw expander that converts the expansion force of the heat medium into a rotational force, and the screw expander. A condenser that cools and liquefies the heat medium, a circulation pump that pressurizes the heat medium liquefied in the condenser, and stores the heat medium discharged from the circulation pump in a pressurized state, and is included in the heat medium. A separation tank that separates the lubricating oil by specific gravity difference, and an evaporator that heats and evaporates the heat medium from which the lubricating oil has been separated by the separation tank and then re-feeds the screw expander. And an oil supply passage for re-supplying the lubricating oil separated from the heat medium by the separation tank to the screw expander.

この構成によれば、分離タンクは、熱媒と潤滑油とを比重によって分離するので、その構成が簡単である。また、分離タンクで分離した潤滑油もスクリュ膨張機に供給される熱媒と同じ圧力を有するので、専用のポンプを必要とせずにスクリュ膨張機にそのまま供給できる。   According to this configuration, since the separation tank separates the heat medium and the lubricating oil by specific gravity, the configuration is simple. Further, since the lubricating oil separated in the separation tank also has the same pressure as the heat medium supplied to the screw expander, it can be supplied to the screw expander without requiring a dedicated pump.

また、本発明のランキンサイクルシステムにおいて、前記給油流路は、前記潤滑油を加熱する熱交換器を備えてもよい。   In the Rankine cycle system of the present invention, the oil supply passage may include a heat exchanger that heats the lubricating oil.

この構成によれば、スクリュ膨張機において、潤滑油が熱媒の熱を奪って、熱媒の膨張力、ひいては、スクリュ膨張機の回転エネルギーを減少させることがない。   According to this configuration, in the screw expander, the lubricating oil does not take the heat of the heat medium and does not reduce the expansion force of the heat medium, and hence the rotational energy of the screw expander.

また、本発明のランキンサイクルシステムにおいて、前記給油流路は、前記潤滑油の全量を前記スクリュ膨張機の給気側の軸受に供給してもよい。   In the Rankine cycle system of the present invention, the oil supply passage may supply the entire amount of the lubricating oil to a supply-side bearing of the screw expander.

この構成によれば、給気される熱媒と同じ圧力の潤滑油を、給気側の軸受に供給するので、圧力差による損失が生じず、軸受を潤滑した潤滑油は、熱媒と共にロータ室を介して排気側の軸受にも供給されるので、スクリュ膨張機の各部に個別に潤滑油を供給する必要がない。   According to this configuration, since the lubricating oil having the same pressure as the supplied heat medium is supplied to the bearing on the air supply side, loss due to the pressure difference does not occur, and the lubricating oil that lubricated the bearing can be used together with the heat medium in the rotor. Since it is also supplied to the bearing on the exhaust side through the chamber, it is not necessary to supply lubricating oil to each part of the screw expander individually.

また、本発明のランキンサイクルシステムにおいて、前記スクリュ膨張機は、前記軸受に供給した前記潤滑油の全量を、前記熱媒と共に排出してもよい。   In the Rankine cycle system of the present invention, the screw expander may discharge the entire amount of the lubricating oil supplied to the bearing together with the heating medium.

この構成によれば、潤滑油を途中で排出しないので、膨張行程における圧力こう配に逆転が生じず、効率が高い。   According to this configuration, since the lubricating oil is not discharged halfway, the pressure gradient in the expansion stroke is not reversed, and the efficiency is high.

また、本発明による発電システムは、上記ランキンサイクルシステムのいずれかを有し、前記スクリュ膨張機によって発電機を駆動するものとする。   A power generation system according to the present invention includes any one of the Rankine cycle systems described above, and the generator is driven by the screw expander.

この構成によれば、工場排熱等の比較的低温の熱源によって、一般的な油潤滑式スクリュ膨張機を用いる簡素なシステムによって効率的に発電できる。   According to this configuration, power can be efficiently generated by a simple system using a general oil-lubricated screw expander with a relatively low-temperature heat source such as factory exhaust heat.

また、本発明の発電システムにおいて、前記スクリュ膨張機のケーシングと前記発電機のケーシングとが一体化され、前記スクリュ膨張機から排気された前記熱媒が、前記発電機の内部空間を通して前記循環流路に流出してもよい。   In the power generation system of the present invention, the casing of the screw expander and the casing of the generator are integrated, and the heat medium exhausted from the screw expander passes through the internal space of the generator. May flow into the road.

この構成によれば、膨張することによりスクリュ膨張機を駆動して温度低下した熱媒によって発電機の巻線を冷却して、発電機の効率低下を防止できる。   According to this configuration, the coil winding of the generator is cooled by the heat medium whose temperature has decreased by driving the screw expander by expanding, and the efficiency of the generator can be prevented from decreasing.

本発明の第1実施形態のランキンサイクル発電システムである。It is a Rankine cycle power generation system of a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態のランキンサイクル発電システムである。It is a Rankine cycle power generation system of a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態のランキンサイクル発電システムである。It is a Rankine cycle power generation system of a 3rd embodiment of the present invention.

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の第1実施形態であるランキンサイクル発電システム1の構成を示す。ランキンサイクル発電システム1は、例えば従来廃棄されていた低圧蒸気のような工場排熱等を熱源とし、その熱を回収して発電し、電気エネルギーとして回収するためのシステムである。   Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of a Rankine cycle power generation system 1 according to the first embodiment of the present invention. The Rankine cycle power generation system 1 is a system for recovering electric power by using, for example, factory exhaust heat such as low-pressure steam that has been conventionally discarded as a heat source, recovering the heat, and generating electric energy.

ランキンサイクル発電システム1は、スクリュ膨張機2、凝縮器3、循環ポンプ4、分離タンク5および蒸発器6を介設してなり、熱媒(例えばR245fa)を封入した循環流路7と、分離タンク5の上部をスクリュ膨張機2の給油を要する部位に接続する給油流路8とを有する。スクリュ膨張機2の出力軸9には、発電機10が接続されている。   The Rankine cycle power generation system 1 includes a screw expander 2, a condenser 3, a circulation pump 4, a separation tank 5, and an evaporator 6, and a circulation channel 7 enclosing a heat medium (for example, R245fa) and a separation It has the oil supply flow path 8 which connects the upper part of the tank 5 to the site | part which requires oil supply of the screw expander 2. As shown in FIG. A generator 10 is connected to the output shaft 9 of the screw expander 2.

スクリュ膨張機2は、ケーシング内に形成したロータ室に雌雄一対のスクリュロータを収容してなり、ロータ室をスクリュロータによって区分して形成した膨張空間内において熱媒を膨張させることにより、スクリュロータを回転させる。また、スクリュ膨張機2は、供給された潤滑油によって、スクリュロータ間およびスクリュロータとケーシングとの間の潤滑およびシールを行うように構成されている。また、スクリュロータの軸受も、潤滑油が供給されることによって摩耗を防止するようになっている。したがって、スクリュ膨張機から排気される熱媒は、潤滑油を含んだものとなる。   The screw expander 2 accommodates a pair of male and female screw rotors in a rotor chamber formed in a casing, and expands a heat medium in an expansion space formed by dividing the rotor chamber by a screw rotor, whereby the screw rotor. Rotate. Further, the screw expander 2 is configured to perform lubrication and sealing between the screw rotors and between the screw rotor and the casing by the supplied lubricating oil. Further, the screw rotor bearing is also prevented from being worn by the supply of lubricating oil. Therefore, the heat medium exhausted from the screw expander contains lubricating oil.

凝縮器3は、クーリングタワーで製造される冷却水のような極めて安価な冷熱源によって、熱媒を冷却して液化させる熱交換器である。循環ポンプ4は、凝縮器3において液化した熱媒を、スクリュ膨張機2への供給圧力まで再加圧する。   The condenser 3 is a heat exchanger that cools and liquefies the heat medium with a very inexpensive cold heat source such as cooling water produced in a cooling tower. The circulation pump 4 repressurizes the heat medium liquefied in the condenser 3 up to the supply pressure to the screw expander 2.

加圧された熱媒は、分離タンク5に導入され、分離タンク内に一定時間滞留する。分離タンク5において、液相の熱媒は、非常に流速が低い状態で貯留されるので、含まれている潤滑油の液滴が比重差によって浮き上がる。例えば、熱媒(R245fa)の比重は、1300kg/mであるのに対し、潤滑油の比重は、900kg/mである。 The pressurized heat medium is introduced into the separation tank 5 and stays in the separation tank for a certain time. In the separation tank 5, the liquid-phase heat medium is stored at a very low flow rate, so that the contained lubricating oil droplets rise due to the specific gravity difference. For example, the specific gravity of the heat medium (R245fa) is 1300 kg / m 3 , whereas the specific gravity of the lubricating oil is 900 kg / m 3 .

このようにして、分離タンク5において潤滑油が分離された液相の熱媒は、蒸発器6において熱源との熱交換によって加熱され、飽和蒸気となってスクリュ膨張機2に供給される。   In this way, the liquid-phase heat medium from which the lubricating oil is separated in the separation tank 5 is heated by heat exchange with the heat source in the evaporator 6, and is supplied to the screw expander 2 as saturated steam.

また、分離タンク5において分離された潤滑油は、給油流路8を介してスクリュ膨張機2に再供給される。給油流路8に、オリフィスや絞り弁等を設けて、スクリュ膨張機2への供給潤滑油の流量を調整してもよい。また、スクリュ膨張機2の複数の部位に給油する場合、部位毎に必要な流量の潤滑油を供給できるように、給油流路8の分岐流路にオリフィスや絞り弁等を設けてもよい。   Further, the lubricating oil separated in the separation tank 5 is supplied again to the screw expander 2 via the oil supply passage 8. An orifice, a throttle valve, or the like may be provided in the oil supply passage 8 to adjust the flow rate of the lubricating oil supplied to the screw expander 2. In addition, when supplying oil to a plurality of parts of the screw expander 2, an orifice, a throttle valve, or the like may be provided in the branch flow path of the oil supply flow path 8 so that the required amount of lubricating oil can be supplied to each part.

本実施形態において、蒸発器6は、潤滑油を分離した後の純粋な熱媒のみを加熱するので、蒸発器6を熱媒の加熱に最適化して設計することにより、最大限の熱回収を可能にできる。   In the present embodiment, the evaporator 6 heats only the pure heat medium after separating the lubricating oil. Therefore, the evaporator 6 is designed to be optimized for heating the heat medium, thereby maximizing heat recovery. It can be made possible.

また、分離タンク5は、気液分離器のように複雑な構造を必要とせず、単純な容器でよいので、安価であり、メンテナンスも不要である。   Further, the separation tank 5 does not require a complicated structure like a gas-liquid separator and may be a simple container, so it is inexpensive and does not require maintenance.

さらに、分離タンク5は、熱媒および分離された潤滑油を循環ポンプ4によって加圧された後の圧力に保つので、給油流路8からスクリュ膨張機2に供給される潤滑油の圧力は、蒸発器6を介してスクリュ膨張機2に供給される熱媒の圧力と等しい。このため、分離タンク5で分離した潤滑油は、それ以上加圧しなくてもスクリュ膨張機2に導入できる。   Further, since the separation tank 5 maintains the pressure after the heat medium and the separated lubricating oil are pressurized by the circulation pump 4, the pressure of the lubricating oil supplied from the oil supply passage 8 to the screw expander 2 is It is equal to the pressure of the heat medium supplied to the screw expander 2 via the evaporator 6. For this reason, the lubricating oil separated in the separation tank 5 can be introduced into the screw expander 2 without further pressurization.

続いて、図2に、本発明の第2実施形態であるランキンサイクル発電システム1aの構成を示す。尚、本実施形態について、第1実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。本実施形態のランキンサイクル発電システム1aは、給油流路8に、蒸発器6において熱媒を加熱するのと同じ熱源によって潤滑油を加熱するための熱交換器11が設けられている。   Then, in FIG. 2, the structure of the Rankine cycle power generation system 1a which is 2nd Embodiment of this invention is shown. In addition, about this embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as 1st Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted. In the Rankine cycle power generation system 1a of this embodiment, the oil supply passage 8 is provided with a heat exchanger 11 for heating the lubricating oil by the same heat source that heats the heat medium in the evaporator 6.

これにより、潤滑油の温度を高くするので、スクリュ膨張機2の内部において、潤滑油が熱媒を冷却して、膨張力を減少させることがなく、エネルギー変換効率(発電効率)を高くできる。   As a result, the temperature of the lubricating oil is increased, so that the lubricating oil cools the heat medium inside the screw expander 2 and the expansion force is not reduced, so that the energy conversion efficiency (power generation efficiency) can be increased.

さらに、図3に、発明の第3実施形態であるランキンサイクル発電システム21の構成を示す。本実施形態のランキンサイクル発電システム21は、スクリュ膨張機22と、発電機23と、凝縮器24と、循環ポンプ25と、分離タンク26と、蒸発器27とが介設され、熱媒を封入した循環流路28と、分離タンク26で分離された潤滑油をスクリュ膨張機22に再供給する給油流路29とを有する。   Further, FIG. 3 shows a configuration of a Rankine cycle power generation system 21 which is the third embodiment of the invention. The Rankine cycle power generation system 21 of this embodiment includes a screw expander 22, a generator 23, a condenser 24, a circulation pump 25, a separation tank 26, and an evaporator 27, and encloses a heat medium. And the oil supply passage 29 for re-supplying the lubricating oil separated in the separation tank 26 to the screw expander 22.

スクリュ膨張機22は、膨張機ケーシング30に形成したロータ室31に、スクリュロータ32を収容し、スクリュロータ32の回転軸33を、膨張機ケーシング30に形成した軸受室34,35に収容した軸受36,37によって支持している。熱媒は、循環流路28から、給気流路38を通してロータ室31に供給され、ロータ室31で膨張することによりスクリュロータ32を回転駆動した熱媒は、排気流路39から排気される。   The screw expander 22 accommodates a screw rotor 32 in a rotor chamber 31 formed in the expander casing 30, and a bearing in which a rotation shaft 33 of the screw rotor 32 is accommodated in bearing chambers 34 and 35 formed in the expander casing 30. 36, 37. The heat medium is supplied from the circulation flow path 28 to the rotor chamber 31 through the air supply flow path 38, and the heat medium that rotationally drives the screw rotor 32 by expanding in the rotor chamber 31 is exhausted from the exhaust flow path 39.

発電機23は、膨張機ケーシング30に一体に接続された発電機ケーシング40の内部空間41に、回転子42および固定子43を収容してなる。回転子42は、内部空間41まで延伸するスクリュロータ32の回転軸33に設けられており、スクリュロータ32とともに回転することによって、固定子43に電力を生じさせる。発電機23の内部空間41は、スクリュ膨張機22の排気側の軸受室35および排気流路39に連通している。これによりスクリュ膨張機22から発電機23の内部空間41に排気された熱媒は、発電機ケーシング40に設けた排気口44から循環流路28に流出する。   The generator 23 includes a rotor 42 and a stator 43 accommodated in an internal space 41 of a generator casing 40 that is integrally connected to the expander casing 30. The rotor 42 is provided on the rotating shaft 33 of the screw rotor 32 extending to the internal space 41, and generates electric power in the stator 43 by rotating together with the screw rotor 32. The internal space 41 of the generator 23 communicates with the bearing chamber 35 and the exhaust passage 39 on the exhaust side of the screw expander 22. As a result, the heat medium exhausted from the screw expander 22 to the internal space 41 of the generator 23 flows out from the exhaust port 44 provided in the generator casing 40 to the circulation passage 28.

給油流路29は、スクリュ膨張機22の給気側の軸受室34のみに接続されており、分離タンク26で分離された潤滑油の全量を給気側の軸受36に供給するようになっている。給気側の軸受室34に供給された潤滑油は、回転軸33と膨張機ケーシング30との隙間、および、スクリュロータ32の給気側の端面と膨張機ケーシング30との隙間を通して、スクリュロータ32の歯溝(膨張機ケーシング30の内壁とスクリュロータ32の歯とによって画定される空間)に流入する。   The oil supply passage 29 is connected only to the supply-side bearing chamber 34 of the screw expander 22 and supplies the entire amount of lubricating oil separated by the separation tank 26 to the supply-side bearing 36. Yes. The lubricating oil supplied to the supply-side bearing chamber 34 passes through the clearance between the rotary shaft 33 and the expander casing 30 and the clearance between the supply-side end surface of the screw rotor 32 and the expander casing 30. It flows into 32 tooth spaces (a space defined by the inner wall of the expander casing 30 and the teeth of the screw rotor 32).

この歯溝がスクリュロータ32の回転によって排気側に到達すると、潤滑油の大半は、熱媒とともに、排気流路39を通して発電機23の内部空間41に排気され、循環流路28に流出する。しかしながら、スクリュロータ32の歯溝の潤滑油の一部は、熱媒の一部とともに、スクリュロータ32の排気側の端面と膨張機ケーシング30との隙間、および、回転軸33と膨張機ケーシング30との隙間を通して、排気側の軸受室35に流入する。軸受室35に流入した潤滑油は、排気側の軸受37を潤滑し、熱媒とともに、発電機23の内部空間41を通して循環流路28に流出する。   When this tooth groove reaches the exhaust side by the rotation of the screw rotor 32, most of the lubricating oil is exhausted into the internal space 41 of the generator 23 through the exhaust passage 39 together with the heat medium, and flows out to the circulation passage 28. However, part of the lubricating oil in the tooth grooves of the screw rotor 32 is part of the heat medium, the gap between the end surface on the exhaust side of the screw rotor 32 and the expander casing 30, and the rotary shaft 33 and the expander casing 30. Through the gap to the exhaust-side bearing chamber 35. The lubricating oil that has flowed into the bearing chamber 35 lubricates the exhaust-side bearing 37 and flows out together with the heat medium into the circulation passage 28 through the internal space 41 of the generator 23.

本実施形態では、スクリュ膨張機22のロータ室31において膨張することによって圧力および温度が低下した熱媒によって、発電機23の回転子42および固定子43を冷却するので、発電機23の発電効率の低下を防止できる。   In the present embodiment, since the rotor 42 and the stator 43 of the generator 23 are cooled by the heat medium whose pressure and temperature are reduced by expanding in the rotor chamber 31 of the screw expander 22, the power generation efficiency of the generator 23 is increased. Can be prevented.

また、本実施形態のように、潤滑油の全量を給気側の軸受室34に供給し、供給した潤滑油の全量を熱媒とともに循環流路28に流出させ、スクリュ膨張機の膨張行程の途中において、潤滑油を供給および排出しないようにすることで、スクリュ膨張機の内部において熱媒の圧力こう配に逆転を生じさせないようにでき、熱エネルギーを効率よく回転エネルギーに変換でき、ひいては、発電効率を向上させられる。   Further, as in the present embodiment, the entire amount of the lubricating oil is supplied to the bearing chamber 34 on the supply side, and the entire amount of the supplied lubricating oil is discharged to the circulation flow path 28 together with the heat medium, so that the expansion stroke of the screw expander is increased. By not supplying and discharging the lubricating oil in the middle, it is possible to prevent the pressure gradient of the heat medium from being reversed inside the screw expander, so that the heat energy can be efficiently converted into rotational energy, and thus power generation. Efficiency can be improved.

本発明は、発電システムだけでなく、ランキンサイクルによって熱エネルギーを回転エネルギーに変換するシステムに広く適用でき、例えば、スクリュ膨張機によってコンプレッサを駆動するランキンサイクルシステム等にも利用できる。   The present invention can be widely applied not only to a power generation system but also to a system that converts thermal energy into rotational energy by a Rankine cycle, and can be used, for example, in a Rankine cycle system that drives a compressor by a screw expander.

1,1a,21…ランキンサイクル発電システム
2,22…スクリュ膨張機
3,24…凝縮器
4,25…循環ポンプ
5,26…分離タンク
6,27…蒸発器
7,28…循環流路
8,29…給油流路
10,23…発電機
11…熱交換器
30…膨張機ケーシング
31…ロータ室
32…スクリュロータ
33…回転軸
34,35…軸受室
36,37…軸受
38…給気流路
39…排気流路
40…発電機ケーシング
41…内部空間
42…回転子
43…固定子
44…排気口
1, 1a, 21 ... Rankine cycle power generation system 2, 22 ... Screw expander 3, 24 ... Condenser 4, 25 ... Circulation pump 5, 26 ... Separation tank 6, 27 ... Evaporator 7, 28 ... Circulation flow path 8, DESCRIPTION OF SYMBOLS 29 ... Oil supply flow path 10, 23 ... Generator 11 ... Heat exchanger 30 ... Expander casing 31 ... Rotor chamber 32 ... Screw rotor 33 ... Rotating shaft 34, 35 ... Bearing chamber 36, 37 ... Bearing 38 ... Supply air flow path 39 ... exhaust flow path 40 ... generator casing 41 ... internal space 42 ... rotor 43 ... stator 44 ... exhaust port

Claims (6)

熱媒および潤滑油が供給され、前記熱媒の膨張力を回転力に変換するスクリュ膨張機と、
前記スクリュ膨張機から吐出された熱媒を冷却して液化する凝縮器と、
前記凝縮器において液化した熱媒を加圧する循環ポンプと、
前記循環ポンプが吐出した熱媒を加圧状態のまま貯留して、前記熱媒に含まれる前記潤滑油を比重差によって分離する分離タンクと、
前記分離タンクによって前記潤滑油を分離した前記熱媒を加熱し、蒸発させてから前記スクリュ膨張機に再供給する蒸発器とが介設された循環流路、および、
前記分離タンクによって前記熱媒から分離された前記潤滑油を前記スクリュ膨張機に再供給する給油流路を有することを特徴とするランキンサイクルシステム。
A screw expander that is supplied with a heat medium and lubricating oil and converts the expansion force of the heat medium into a rotational force;
A condenser that cools and liquefies the heat medium discharged from the screw expander;
A circulation pump for pressurizing the heat medium liquefied in the condenser;
A separation tank that stores the heat medium discharged by the circulation pump in a pressurized state and separates the lubricating oil contained in the heat medium by a specific gravity difference;
A circulation flow path provided with an evaporator that heats and evaporates the heat medium from which the lubricating oil has been separated by the separation tank and then re-feeds the screw expander;
A Rankine cycle system comprising an oil supply passage for re-supplying the lubricating oil separated from the heat medium by the separation tank to the screw expander.
前記給油流路は、前記潤滑油を加熱する熱交換器を備えることを特徴とする請求項1に記載のランキンサイクルシステム。   The Rankine cycle system according to claim 1, wherein the oil supply passage includes a heat exchanger that heats the lubricating oil. 前記給油流路は、前記潤滑油の全量を前記スクリュ膨張機の給気側の軸受に供給することを特徴とする請求項1または2に記載のランキンサイクルシステム。   The Rankine cycle system according to claim 1 or 2, wherein the oil supply passage supplies the entire amount of the lubricating oil to a bearing on an air supply side of the screw expander. 前記スクリュ膨張機は、前記軸受に供給した前記潤滑油の全量を、前記熱媒と共に排出することを特徴とする請求項3に記載のランキンサイクルシステム。   The Rankine cycle system according to claim 3, wherein the screw expander discharges the entire amount of the lubricating oil supplied to the bearing together with the heat medium. 請求項1から4のいずれかに記載のランキンサイクルシステムを有し、前記スクリュ膨張機によって発電機を駆動することを特徴とする発電システム。   5. A power generation system comprising the Rankine cycle system according to claim 1, wherein a power generator is driven by the screw expander. 前記スクリュ膨張機のケーシングと前記発電機のケーシングとが一体化され、前記スクリュ膨張機から排気された前記熱媒が、前記発電機の内部空間を通して前記循環流路に流出することを特徴とする請求項5に記載の発電システム。   A casing of the screw expander and a casing of the generator are integrated, and the heat medium exhausted from the screw expander flows out into the circulation channel through an internal space of the generator. The power generation system according to claim 5.
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