JP2019027338A - Rankine cycle device - Google Patents

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JP2019027338A JP2017146334A JP2017146334A JP2019027338A JP 2019027338 A JP2019027338 A JP 2019027338A JP 2017146334 A JP2017146334 A JP 2017146334A JP 2017146334 A JP2017146334 A JP 2017146334A JP 2019027338 A JP2019027338 A JP 2019027338A
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修 小須田
Osamu Kosuda
修 小須田
引地 巧
Takumi Hikichi
巧 引地
英俊 田口
Hidetoshi Taguchi
英俊 田口
雅章 長井
Masaaki Nagai
雅章 長井
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Abstract

To provide a technology suitable to supply gaseous working fluid to a gas bearing in a state of securing rotational power, in an expander.SOLUTION: An internal space 104 of a first container 112d of an expander 112 stores an expansion mechanism 112a, a dynamo 116, a rotational shaft 112b and a gas bearing 112c. A first circulation passage 201 where working fluid flows, and a second circulation passage 202 where working fluid flows are provided. In the first circulation passage 201, a pump 115, a first connection point p1, an evaporator 111, a first inlet 105i, the expansion mechanism 112a, a first outlet 105o, and a condenser 113 are arranged in this order. In the second circulation passage 202, the pump 115, the first connection pint p1, a second container 112e, a second inlet 106i, the internal space 104, a second outlet 106o, and the condenser 113 are arranged in this order. Between working fluid in the second container 112e and the dynamo 116, heat is exchanged.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、ランキンサイクル装置に関する。   The present disclosure relates to a Rankine cycle device.

気体軸受を用いたランキンサイクル装置について、種々の検討が行われている。特許文献1には、そのような装置の一例が開示されている。   Various studies have been conducted on Rankine cycle devices using gas bearings. Patent Document 1 discloses an example of such an apparatus.

図6は、特許文献1のランキンサイクル装置のシステム図である。この装置は、ボイラー9と、過熱器10と、膨張機2と、復水器7と、ポンプ8と、を有している。   FIG. 6 is a system diagram of the Rankine cycle device of Patent Document 1. This apparatus has a boiler 9, a superheater 10, an expander 2, a condenser 7, and a pump 8.

ボイラー9は、蒸気発生手段である。ボイラー9は、作動流体を加熱及び沸騰させる。これにより、作動流体は、飽和蒸気になる。次に、過熱器10は、作動流体を過熱蒸気にする。次に、膨張機2は、作動流体を断熱膨張させる。これにより、作動流体は、低圧飽和蒸気となる。また、膨張機2のタービンが回転する。次に、復水器7は、作動流体を凝縮させる。次に、ポンプ8は、作動流体を加圧する。加圧された作動流体は、再びボイラー9に流入する。   The boiler 9 is a steam generation means. The boiler 9 heats and boils the working fluid. As a result, the working fluid becomes saturated steam. Next, the superheater 10 turns the working fluid into superheated steam. Next, the expander 2 adiabatically expands the working fluid. Thereby, the working fluid becomes low-pressure saturated steam. Moreover, the turbine of the expander 2 rotates. Next, the condenser 7 condenses the working fluid. Next, the pump 8 pressurizes the working fluid. The pressurized working fluid flows into the boiler 9 again.

図7は、膨張機2等の構造図である。膨張機2は、遠心式の膨張機である。過熱器10で過熱蒸気となった作動流体は、蒸気入口57を経由して、タービン55に供給される。タービン55は、作動流体を断熱膨張させる。これにより、作動流体は、飽和蒸気となる。飽和蒸気となった作動流体は、蒸気出口58を経由して復水器7に流入する。   FIG. 7 is a structural diagram of the expander 2 and the like. The expander 2 is a centrifugal expander. The working fluid that has become superheated steam in the superheater 10 is supplied to the turbine 55 via the steam inlet 57. The turbine 55 adiabatically expands the working fluid. As a result, the working fluid becomes saturated steam. The working fluid that has become saturated steam flows into the condenser 7 via the steam outlet 58.

膨張機ケーシング56、膨張機バックケーシング27及び膨張機軸受52は、膨張室を形成している。この膨張室内で、タービン55は高速回転する。膨張機2のシャフトすなわちタービン軸53の一端には、タービン55が固定されている。タービン軸53は、膨張機軸受52及び膨張機スラスト軸受51によって支持されている。   The expander casing 56, the expander back casing 27, and the expander bearing 52 form an expansion chamber. In this expansion chamber, the turbine 55 rotates at a high speed. A turbine 55 is fixed to one end of the shaft of the expander 2, that is, the turbine shaft 53. The turbine shaft 53 is supported by an expander bearing 52 and an expander thrust bearing 51.

両軸受52、51は、静圧気体軸受である。両軸受52、51とタービン軸53との間には、隙間がある。ボイラー9で生成された飽和蒸気は、軸受蒸気導管60及び蒸気通路54を経由して、上記隙間に導入される。この飽和蒸気は、両軸受52、51の作動流体として用いられる。作動流体は、軸受の絞り部及び軸の間の空隙部と、隣接部空間70と、低圧蒸気導管59とを流れ、蒸気出口58に至る。   Both bearings 52 and 51 are static pressure gas bearings. There is a gap between the bearings 52 and 51 and the turbine shaft 53. The saturated steam generated in the boiler 9 is introduced into the gap via the bearing steam conduit 60 and the steam passage 54. This saturated steam is used as a working fluid for both bearings 52 and 51. The working fluid flows through the gap between the throttle and shaft of the bearing, the adjacent space 70 and the low pressure steam conduit 59 to the steam outlet 58.

特開平2−050055号公報JP-A-2-050055

しかしながら、本発明者らの検討によれば、特許文献1の技術には、膨張機において回転動力を確保する観点から、改善の余地がある。   However, according to studies by the present inventors, there is room for improvement in the technique of Patent Document 1 from the viewpoint of securing rotational power in the expander.

本開示は、膨張機において回転動力を確保しつつ気体軸受に気体状態の作動流体を供給するのに適した技術を提供することを目的とする。   An object of the present disclosure is to provide a technique suitable for supplying a working fluid in a gaseous state to a gas bearing while securing rotational power in an expander.

本開示は、
ランキンサイクル装置であって、
前記ランキンサイクル装置は、ポンプと、蒸発器と、膨張機と、凝縮器と、を含み、
前記膨張機は、膨張機構と、発電機と、回転軸と、気体軸受と、第1容器と、第2容器と、を含み、
前記発電機は、回転子と、固定子と、を含み、
前記回転軸は、前記膨張機構と前記回転子とを連結し、
前記気体軸受は、前記回転軸を支持し、
前記第1容器は、内部空間と、第1入口と、第1出口と、第2入口と、第2出口と、を含み、
前記内部空間は、前記膨張機構、前記発電機、前記回転軸及び前記気体軸受を収納し、
前記第2容器は、前記第1容器に取り付けられており、
前記ランキンサイクル装置では、作動流体が流れる第1循環経路と、前記作動流体が流れる第2循環経路と、が構成されており、
前記第1循環経路において、前記ポンプと、第1接続点と、前記蒸発器と、前記第1入口と、前記膨張機構と、前記第1出口と、前記凝縮器と、がこの順に現れ、
前記第2循環経路において、前記ポンプと、前記第1接続点と、前記第2容器と、前記第2入口と、前記内部空間と、前記第2出口と、前記凝縮器と、がこの順に現れ、
前記第2容器における前記作動流体と前記発電機とが熱交換を行う、ランキンサイクル装置を提供する。
This disclosure
Rankine cycle device,
The Rankine cycle device includes a pump, an evaporator, an expander, and a condenser.
The expander includes an expansion mechanism, a generator, a rotating shaft, a gas bearing, a first container, and a second container,
The generator includes a rotor and a stator,
The rotating shaft connects the expansion mechanism and the rotor,
The gas bearing supports the rotating shaft,
The first container includes an internal space, a first inlet, a first outlet, a second inlet, and a second outlet,
The internal space houses the expansion mechanism, the generator, the rotating shaft, and the gas bearing,
The second container is attached to the first container;
In the Rankine cycle device, a first circulation path through which the working fluid flows and a second circulation path through which the working fluid flows are configured,
In the first circulation path, the pump, the first connection point, the evaporator, the first inlet, the expansion mechanism, the first outlet, and the condenser appear in this order,
In the second circulation path, the pump, the first connection point, the second container, the second inlet, the internal space, the second outlet, and the condenser appear in this order. ,
A Rankine cycle device in which the working fluid in the second container and the generator exchange heat is provided.

本開示に係る技術は、膨張機において回転動力を確保しつつ気体軸受に気体状態の作動流体を供給するのに適している。   The technology according to the present disclosure is suitable for supplying a working fluid in a gaseous state to a gas bearing while securing rotational power in the expander.

実施の形態1に係るランキンサイクル装置の構成図Configuration diagram of Rankine cycle device according to Embodiment 1 実施の形態2に係るランキンサイクル装置の構成図Configuration diagram of Rankine cycle device according to Embodiment 2 実施の形態3に係るランキンサイクル装置の構成図Configuration diagram of Rankine cycle device according to Embodiment 3 実施の形態4に係るランキンサイクル装置の構成図Configuration diagram of Rankine cycle device according to Embodiment 4 減圧器の作用を説明するためのモリエル線図Mollier diagram for explaining the operation of the decompressor 特許文献1のランキンサイクル装置のシステム図System diagram of Rankine cycle device of Patent Document 1 特許文献1の膨張機等の構造図Structure diagram of expander etc. in Patent Document 1

(本発明者らによる知見)
特許文献1のランキンサイクル装置では、ボイラー9において、作動流体に熱が与えられ、作動流体が飽和蒸気となる。そして、その熱を有したままの状態で、飽和蒸気が、軸受蒸気導管60を経由して、両軸受52、51に供給される。
(Knowledge by the present inventors)
In the Rankine cycle device of Patent Document 1, in the boiler 9, heat is applied to the working fluid, and the working fluid becomes saturated steam. Then, the saturated steam is supplied to both the bearings 52 and 51 via the bearing steam conduit 60 while maintaining the heat.

しかしながら、そのようにすると、ボイラー9で発生した熱の一部が、タービン55に供給されず、気体軸受に供給される作動流体の気化に利用されることになる。このため、この気化に利用された熱の分だけタービン55で得られる回転動力が低下する。   However, if it does in that way, a part of heat which generate | occur | produced in the boiler 9 will not be supplied to the turbine 55, but will be utilized for vaporization of the working fluid supplied to a gas bearing. For this reason, the rotational power obtained by the turbine 55 is reduced by the amount of heat used for the vaporization.

本開示は、膨張機において回転動力を確保しつつ気体軸受に気体状態の作動流体を供給するのに適した技術を提供することを目的とする。   An object of the present disclosure is to provide a technique suitable for supplying a working fluid in a gaseous state to a gas bearing while securing rotational power in an expander.

本開示の第1態様は、
ランキンサイクル装置であって、
前記ランキンサイクル装置は、ポンプと、蒸発器と、膨張機と、凝縮器と、を含み、
前記膨張機は、膨張機構と、発電機と、回転軸と、気体軸受と、第1容器と、第2容器と、を含み、
前記発電機は、回転子と、固定子と、を含み、
前記回転軸は、前記膨張機構と前記回転子とを連結し、
前記気体軸受は、前記回転軸を支持し、
前記第1容器は、内部空間と、第1入口と、第1出口と、第2入口と、第2出口と、を含み、
前記内部空間は、前記膨張機構、前記発電機、前記回転軸及び前記気体軸受を収納し、
前記第2容器は、前記第1容器に取り付けられており、
前記ランキンサイクル装置では、作動流体が流れる第1循環経路と、前記作動流体が流れる第2循環経路と、が構成されており、
前記第1循環経路において、前記ポンプと、第1接続点と、前記蒸発器と、前記第1入口と、前記膨張機構と、前記第1出口と、前記凝縮器と、がこの順に現れ、
前記第2循環経路において、前記ポンプと、前記第1接続点と、前記第2容器と、前記第2入口と、前記内部空間と、前記第2出口と、前記凝縮器と、がこの順に現れ、
前記第2容器における前記作動流体と前記発電機とが熱交換を行う、ランキンサイクル装置を提供する。
The first aspect of the present disclosure is:
Rankine cycle device,
The Rankine cycle device includes a pump, an evaporator, an expander, and a condenser.
The expander includes an expansion mechanism, a generator, a rotating shaft, a gas bearing, a first container, and a second container,
The generator includes a rotor and a stator,
The rotating shaft connects the expansion mechanism and the rotor,
The gas bearing supports the rotating shaft,
The first container includes an internal space, a first inlet, a first outlet, a second inlet, and a second outlet,
The internal space houses the expansion mechanism, the generator, the rotating shaft, and the gas bearing,
The second container is attached to the first container;
In the Rankine cycle device, a first circulation path through which the working fluid flows and a second circulation path through which the working fluid flows are configured,
In the first circulation path, the pump, the first connection point, the evaporator, the first inlet, the expansion mechanism, the first outlet, and the condenser appear in this order,
In the second circulation path, the pump, the first connection point, the second container, the second inlet, the internal space, the second outlet, and the condenser appear in this order. ,
A Rankine cycle device in which the working fluid in the second container and the generator exchange heat is provided.

第1態様によれば、第2循環経路により、ポンプから第1接続点を介して第2容器へと液体の作動流体を供給することができる。第2容器は第1容器に取り付けられており、第1容器の内部空間には発電機が収納されている。このため、第2容器における作動流体と発電機との間で熱交換を行うことができる。この熱交換により、発電機を冷却し、作動流体を加熱及び気化させることができる。また、第2循環経路により、第2容器から第1容器の内部空間へと、気体状態の作動流体を供給することができる。このため、内部空間に収納された気体軸受に、気体状態の作動流体を供給することができる。   According to the first aspect, the liquid working fluid can be supplied from the pump to the second container through the first connection point by the second circulation path. The second container is attached to the first container, and a generator is accommodated in the internal space of the first container. For this reason, heat exchange can be performed between the working fluid in the second container and the generator. By this heat exchange, the generator can be cooled and the working fluid can be heated and vaporized. Moreover, the working fluid in a gaseous state can be supplied from the second container to the internal space of the first container through the second circulation path. For this reason, the working fluid in a gaseous state can be supplied to the gas bearing accommodated in the internal space.

このように、第1態様によれば、気体状態の作動流体を気体軸受に供給することができる。しかも、作動流体を気化させるのに、蒸発器の熱ではなく、発電機の熱を用いることができる。このため、膨張機構において回転動力が確保され易い。以上の理由で、第1態様に係る技術は、膨張機において回転動力を確保しつつ気体軸受に気体状態の作動流体を供給するのに適している。また、発電機における発電量を確保することにも適している。   Thus, according to the first aspect, the working fluid in the gas state can be supplied to the gas bearing. Moreover, not the heat of the evaporator but the heat of the generator can be used to vaporize the working fluid. For this reason, rotational power is easily secured in the expansion mechanism. For the above reasons, the technology according to the first aspect is suitable for supplying a working fluid in a gaseous state to a gas bearing while securing rotational power in the expander. Moreover, it is suitable also for ensuring the electric power generation amount in a generator.

本開示の第2態様は、第1態様に加え、
前記ランキンサイクル装置は、気液分離器を含み、
前記ランキンサイクル装置では、前記作動流体が流れる第3循環経路が構成されており、
前記第2循環経路において、前記ポンプと、前記第1接続点と、前記第2容器と、前記気液分離器の入口と、前記気液分離器の気体出口と、前記第2入口と、前記内部空間と、前記第2出口と、前記凝縮器と、がこの順に現れ、
前記第3循環経路において、前記ポンプと、前記第1接続点と、前記第2容器と、前記気液分離器の前記入口と、前記気液分離器の液出口と、前記凝縮器と、がこの順に現れる、ランキンサイクル装置を提供する。
The second aspect of the present disclosure includes, in addition to the first aspect,
The Rankine cycle device includes a gas-liquid separator,
In the Rankine cycle device, a third circulation path through which the working fluid flows is configured,
In the second circulation path, the pump, the first connection point, the second container, the inlet of the gas-liquid separator, the gas outlet of the gas-liquid separator, the second inlet, An internal space, the second outlet, and the condenser appear in this order,
In the third circulation path, the pump, the first connection point, the second container, the inlet of the gas-liquid separator, the liquid outlet of the gas-liquid separator, and the condenser are: A Rankine cycle device that appears in this order is provided.

発電機の発電量が小さい期間においては、発電機の発熱量が小さくなる。この期間では、第2容器から流出した作動流体は、気液二相状態となり得る。このような場合であっても、第2態様の気液分離器によれば、気液二相状態の作動流体を、気体状態の作動流体と液体状態の作動流体とに分離することができる。そして、気体状態の作動流体を、気体軸受に供給することができる。   During the period when the power generation amount of the generator is small, the heat generation amount of the generator is small. In this period, the working fluid flowing out from the second container can be in a gas-liquid two-phase state. Even in such a case, according to the gas-liquid separator of the second aspect, the gas-liquid two-phase working fluid can be separated into the gas-state working fluid and the liquid-state working fluid. And the working fluid of a gaseous state can be supplied to a gas bearing.

本開示の第3態様は、第1態様又は第2態様に加え、
前記ランキンサイクル装置は、再熱器を含み、
前記再熱器は、熱付与路と、熱回収路と、を含み、
前記第1循環経路において、前記ポンプと、前記第1接続点と、前記熱回収路と、前記蒸発器と、前記第1入口と、前記膨張機構と、前記第1出口と、前記熱付与路と、前記凝縮器と、がこの順に現れ、
前記第2循環経路において、前記ポンプと、前記第1接続点と、前記第2容器と、前記第2入口と、前記内部空間と、前記第2出口と、前記熱付与路と、前記凝縮器と、がこの順に現れ、
前記熱付与路における前記作動流体と前記熱回収路における前記作動流体とが熱交換を行う、ランキンサイクル装置を提供する。
In the third aspect of the present disclosure, in addition to the first aspect or the second aspect,
The Rankine cycle device includes a reheater,
The reheater includes a heat application path and a heat recovery path,
In the first circulation path, the pump, the first connection point, the heat recovery path, the evaporator, the first inlet, the expansion mechanism, the first outlet, and the heat application path. And the condenser appear in this order,
In the second circulation path, the pump, the first connection point, the second container, the second inlet, the internal space, the second outlet, the heat application path, and the condenser And appear in this order,
A Rankine cycle device is provided in which the working fluid in the heat application path and the working fluid in the heat recovery path exchange heat.

第3態様では、第2容器で加熱された作動流体が、第1容器の内部空間を経由して、再熱器の熱付与路に流入する。再熱器では、熱回収路における作動流体と熱付与路における作動流体との間で熱交換が行われる。この熱交換により、熱回収路における作動流体が加熱される。加熱された作動流体は、蒸発器及び膨張機構へと流れていく。このため、熱回収路で作動流体に与えられた熱の分だけ、膨張機構で得られる回転動力を増加させることができる。また、この分だけ、発電機における発電量を増加させることができる。このように、第3態様によれば、発電機の熱を、回転動力増加及び発電量増加に寄与させることができる。   In the third aspect, the working fluid heated in the second container flows into the heat application path of the reheater via the internal space of the first container. In the reheater, heat is exchanged between the working fluid in the heat recovery path and the working fluid in the heat application path. By this heat exchange, the working fluid in the heat recovery path is heated. The heated working fluid flows to the evaporator and the expansion mechanism. For this reason, the rotational power obtained by the expansion mechanism can be increased by the amount of heat given to the working fluid in the heat recovery path. Moreover, the power generation amount in the generator can be increased by this amount. Thus, according to the 3rd aspect, the heat of a generator can be contributed to rotation power increase and power generation amount increase.

本開示の第4態様は、第1態様〜第3態様のいずれか1つに加え、
前記ランキンサイクル装置は、減圧器を含み、
前記第2循環経路において、前記ポンプと、前記第1接続点と、前記減圧器と、前記第2容器と、前記第2入口と、前記内部空間と、前記第2出口と、前記凝縮器と、がこの順に現れる、ランキンサイクル装置を提供する。
According to a fourth aspect of the present disclosure, in addition to any one of the first aspect to the third aspect,
The Rankine cycle device includes a decompressor,
In the second circulation path, the pump, the first connection point, the decompressor, the second container, the second inlet, the internal space, the second outlet, and the condenser , Appear in this order, and a Rankine cycle device is provided.

第4態様の減圧器によれば、第2容器に、減圧した作動流体を供給することができる。この減圧により、作動流体の飽和温度が下がる。ここで、飽和温度は、作動流体が蒸発を開始する温度を指す。飽和温度が下がっているため、第2容器における作動流体は、発電機から与えられる熱が比較的小さい場合であっても、気化することができる。このため、第4態様によれば、発電機の発熱が小さく発電機の温度が低い期間においても、第2容器における作動流体を気化させ易い。   According to the decompressor of the fourth aspect, the decompressed working fluid can be supplied to the second container. This decompression reduces the saturation temperature of the working fluid. Here, the saturation temperature refers to a temperature at which the working fluid starts to evaporate. Since the saturation temperature is lowered, the working fluid in the second container can be vaporized even when the heat given from the generator is relatively small. For this reason, according to the 4th aspect, it is easy to vaporize the working fluid in a 2nd container also in the period when the heat_generation | fever of a generator is small and the temperature of a generator is low.

本開示の第5態様は、第1態様〜第4態様のいずれか1つに加え、
前記ランキンサイクル装置は、前記回転軸の軸方向に垂直な断面であって、前記発電機と、前記第1容器を構成する壁と、前記第2容器とがこの順に並ぶ断面を有する、ランキンサイクル装置を提供する。
According to a fifth aspect of the present disclosure, in addition to any one of the first aspect to the fourth aspect,
The Rankine cycle device has a cross section perpendicular to the axial direction of the rotating shaft, and has a cross section in which the generator, a wall constituting the first container, and the second container are arranged in this order. Providing equipment.

第5態様によれば、第2容器における作動流体と発電機との間で熱交換を好適に行うことができる。   According to the fifth aspect, heat exchange can be suitably performed between the working fluid in the second container and the generator.

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施の形態に限定されない。   Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. The present disclosure is not limited to the following embodiment.

(実施の形態1)
図1は、実施の形態1におけるランキンサイクル装置200の構成図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a Rankine cycle device 200 according to the first embodiment.

ランキンサイクル装置200では、作動流体が流れる。作動流体としては、有機作動流体を好適に使用できる。有機作動流体として、ハロゲン化炭化水素、炭化水素、アルコール等が挙げられる。ハロゲン化炭化水素として、R−123、R−245fa、R−1233zd、R−365mfc等が挙げられる。炭化水素として、プロパン、ブタン、ペンタン、イソペンタン等のアルカンが挙げられる。アルコールとして、エタノール等が挙げられる。これらの有機作動流体は、単独で使用してもよいし、2種類以上の混合物を使用してもよい。   In the Rankine cycle apparatus 200, a working fluid flows. An organic working fluid can be suitably used as the working fluid. Examples of the organic working fluid include halogenated hydrocarbons, hydrocarbons, alcohols and the like. Examples of the halogenated hydrocarbon include R-123, R-245fa, R-1233zd, R-365mfc, and the like. Examples of the hydrocarbon include alkanes such as propane, butane, pentane, and isopentane. Examples of the alcohol include ethanol. These organic working fluids may be used alone or in combination of two or more.

ランキンサイクル装置200は、ポンプ115と、蒸発器111と、膨張機112と、凝縮器113と、を含んでいる。ランキンサイクル装置200は、第1温度センサ151と、第2温度センサ152と、第3温度センサ153と、を含んでいる。ランキンサイクル装置200は、第1弁141と、第2弁142と、第3弁143と、第4弁144と、を含んでいる。ランキンサイクル装置200は、ヒーター119を含んでいる。ランキンサイクル装置200は、制御装置150を含んでいる。   Rankine cycle apparatus 200 includes a pump 115, an evaporator 111, an expander 112, and a condenser 113. Rankine cycle apparatus 200 includes a first temperature sensor 151, a second temperature sensor 152, and a third temperature sensor 153. Rankine cycle apparatus 200 includes a first valve 141, a second valve 142, a third valve 143, and a fourth valve 144. Rankine cycle apparatus 200 includes a heater 119. Rankine cycle device 200 includes a control device 150.

蒸発器111は、熱源(図示省略)で生成された熱エネルギーを吸収する熱交換器である。蒸発器111は、例えばフィンチューブ熱交換器であり、熱源ガスの経路上に位置するように配置されている。熱源ガスとランキンサイクル装置200の作動流体とが蒸発器111において熱交換する。これにより、作動流体が加熱され、蒸発する。この加熱には、例えば、工場、焼却炉等の施設から排出された廃熱エネルギーを利用することができる。   The evaporator 111 is a heat exchanger that absorbs heat energy generated by a heat source (not shown). The evaporator 111 is, for example, a fin tube heat exchanger, and is disposed so as to be located on the path of the heat source gas. Heat exchange between the heat source gas and the working fluid of the Rankine cycle apparatus 200 is performed in the evaporator 111. As a result, the working fluid is heated and evaporated. For this heating, for example, waste heat energy discharged from facilities such as factories and incinerators can be used.

膨張機112は、膨張機構112aと、発電機116と、回転軸112bと、少なくとも1つの気体軸受112cと、第1容器112dと、第2容器112eと、を含んでいる。   The expander 112 includes an expansion mechanism 112a, a generator 116, a rotating shaft 112b, at least one gas bearing 112c, a first container 112d, and a second container 112e.

膨張機構112aは、作動流体を膨張させる。これにより、作動流体の膨張エネルギーが、回転動力に変換される。   The expansion mechanism 112a expands the working fluid. Thereby, the expansion energy of the working fluid is converted into rotational power.

発電機116は、回転子116aと、固定子116bと、を含んでいる。典型的には、固定子116bは、回転子116aの近傍に設けられる。図1の例では、固定子116bは、回転子116aを取り囲んでいる。また、固定子116bは、第1容器112dに固定されている。発電機116は、例えば、永久磁石同期発電機である。   The generator 116 includes a rotor 116a and a stator 116b. Typically, the stator 116b is provided in the vicinity of the rotor 116a. In the example of FIG. 1, the stator 116b surrounds the rotor 116a. The stator 116b is fixed to the first container 112d. The generator 116 is, for example, a permanent magnet synchronous generator.

回転軸112bは、膨張機構112aと回転子116aとを連結している。このため、膨張機構112aで得られた回転動力により、膨張機構112aとともに、回転軸112b及び回転子116aが回転する。回転子116aが回転すると、回転磁界が発生する。回転磁界が発生すると、固定子116bにおいて電気が発生する。このようにして、膨張機構112aによって発電機116が駆動され、発電機112において発電がなされる。固定子116bにおいて発生した電気は、固定子116bに接続された配線を通じて、外部に供給される。   The rotation shaft 112b connects the expansion mechanism 112a and the rotor 116a. For this reason, the rotating shaft 112b and the rotor 116a rotate with the expansion mechanism 112a by the rotational power obtained by the expansion mechanism 112a. When the rotor 116a rotates, a rotating magnetic field is generated. When the rotating magnetic field is generated, electricity is generated in the stator 116b. In this way, the generator 116 is driven by the expansion mechanism 112a, and the generator 112 generates power. Electricity generated in the stator 116b is supplied to the outside through wiring connected to the stator 116b.

少なくとも1つの気体軸受112cは、回転軸112bを支持している。具体的には、少なくとも1つの気体軸受112cは、回転軸112bを回転自在に支持している。   At least one gas bearing 112c supports the rotating shaft 112b. Specifically, the at least one gas bearing 112c rotatably supports the rotating shaft 112b.

本実施の形態では、気体軸受112cは複数存在する。複数の気体軸受112cは、少なくとも1つのラジアル気体軸受と、少なくとも1つのスラスト気体軸受と、を含んでいる。図1の例では、ラジアル気体軸受の数は2つであり、スラスト気体軸受の数は1つである。ただし、ラジアル気体軸受及びスラスト気体軸受の位置及び数は、これに限定されない。   In the present embodiment, there are a plurality of gas bearings 112c. The plurality of gas bearings 112c include at least one radial gas bearing and at least one thrust gas bearing. In the example of FIG. 1, the number of radial gas bearings is two, and the number of thrust gas bearings is one. However, the position and number of the radial gas bearing and the thrust gas bearing are not limited to this.

ラジアル気体軸受は、回転軸112bを、回転軸112bの半径方向から支持している。スラスト気体軸受は、回転軸112bを、回転軸112bの軸方向から支持している。2つのラジアル気体軸受は、回転子116aの回転軸112bへの取り付け位置近傍に設けられている。回転軸112bの軸方向に関し、2つのラジアル気体軸受は、回転子116aからみて互いに反対側に位置している。回転軸112bの軸方向に関し、スラスト気体軸受は、膨張機構112aと回転子116aの間に設けられている。   The radial gas bearing supports the rotating shaft 112b from the radial direction of the rotating shaft 112b. The thrust gas bearing supports the rotating shaft 112b from the axial direction of the rotating shaft 112b. The two radial gas bearings are provided in the vicinity of the attachment position of the rotor 116a to the rotating shaft 112b. With respect to the axial direction of the rotating shaft 112b, the two radial gas bearings are located on opposite sides of the rotor 116a. With respect to the axial direction of the rotating shaft 112b, the thrust gas bearing is provided between the expansion mechanism 112a and the rotor 116a.

なお、膨張機112が有する気体軸受112cの数は1つであってもよい。膨張機112は、気体軸受112cと、気体軸受ではない軸受と、を有していてもよい。   Note that the number of gas bearings 112c included in the expander 112 may be one. The expander 112 may have a gas bearing 112c and a bearing that is not a gas bearing.

気体軸受の形式には、動圧式と静圧式がある。動圧式の気体軸受は、回転軸の回転により発生する動圧により、回転軸を支持する。静圧式の気体軸受には、軸受の外部から継続して気体が供給される。静圧式の気体軸受は、この供給気体の静圧により、回転軸を支持する。気体軸受112cとして、動圧式の気体軸受を用いることができる。また、気体軸受112cとして、静圧式の気体軸受を用いることもできる。   There are two types of gas bearings: dynamic pressure type and static pressure type. The dynamic pressure type gas bearing supports the rotating shaft by dynamic pressure generated by the rotation of the rotating shaft. Gas is continuously supplied to the hydrostatic gas bearing from the outside of the bearing. The static pressure type gas bearing supports the rotating shaft by the static pressure of the supply gas. A dynamic pressure type gas bearing can be used as the gas bearing 112c. Moreover, a static pressure type gas bearing can also be used as the gas bearing 112c.

本実施の形態によれば、気体軸受112cの周囲を気体とすることができる。これにより、気体軸受112cの周囲の液体が異常圧縮して気体軸受112cが焼きつく事態を防止できる。この効果は、気体軸受112cの形式が静圧式の場合にも動圧式の場合にも発揮され得る。気体軸受112cの周囲を気体とすることができる理由については後述する。   According to the present embodiment, the gas bearing 112c can be surrounded by gas. Accordingly, it is possible to prevent a situation in which the liquid around the gas bearing 112c is abnormally compressed and the gas bearing 112c is burned. This effect can be exhibited both when the type of the gas bearing 112c is a static pressure type and a dynamic pressure type. The reason why the surroundings of the gas bearing 112c can be gas will be described later.

第1容器112dは、内部空間104と、第1入口105iと、第1出口105oと、第2入口106iと、第2出口106oと、を含んでいる。第1入口105i、第1出口105o、第2入口106i及び第2出口106oは、それぞれ、内部空間104と連通している。   The first container 112d includes an internal space 104, a first inlet 105i, a first outlet 105o, a second inlet 106i, and a second outlet 106o. The first inlet 105i, the first outlet 105o, the second inlet 106i, and the second outlet 106o communicate with the internal space 104, respectively.

内部空間104は、膨張機構112a、発電機116、回転軸112b及び少なくとも1つの気体軸受112cを収納している。   The internal space 104 houses the expansion mechanism 112a, the generator 116, the rotating shaft 112b, and at least one gas bearing 112c.

第2容器112eは、第1容器112dに取り付けられている。第2容器112eの詳細については後述する。   The second container 112e is attached to the first container 112d. Details of the second container 112e will be described later.

膨張機112は、例えば、容積型又は速度型の膨張機である。容積型の膨張機として、スクロール膨張機、ロータリ膨張機、スクリュー膨張機、往復膨張機等が挙げられる。速度型の膨張機は、いわゆる膨張タービンである。   The expander 112 is, for example, a volume type or a speed type expander. Examples of positive displacement expanders include scroll expanders, rotary expanders, screw expanders, and reciprocating expanders. The speed type expander is a so-called expansion turbine.

凝縮器113は、膨張機112から吐出された高温の作動流体を、作動流体の温度より低い温度の空気、水等の他の冷却媒体により冷却する。凝縮器113として、フィンチューブ熱交換器、プレート式熱交換器、二重管式熱交換器等の公知の熱交換器を使用できる。   The condenser 113 cools the high-temperature working fluid discharged from the expander 112 with another cooling medium such as air or water having a temperature lower than that of the working fluid. As the condenser 113, a well-known heat exchanger such as a finned tube heat exchanger, a plate heat exchanger, or a double tube heat exchanger can be used.

凝縮器113の種類は、冷却する媒体の種類に応じて適切に選択される。冷却する媒体が水等の液体のとき、プレート式熱交換器又は二重管式熱交換器を凝縮器113に好適に使用できる。冷却する媒体が空気等の気体のとき、フィンチューブ熱交換器を凝縮器113に好適に使用できる。   The type of the condenser 113 is appropriately selected according to the type of the medium to be cooled. When the medium to be cooled is a liquid such as water, a plate heat exchanger or a double tube heat exchanger can be suitably used for the condenser 113. When the medium to be cooled is a gas such as air, a finned tube heat exchanger can be suitably used for the condenser 113.

ポンプ115は、電動式のポンプである。ポンプ115は、液体の作動流体を循環させることができる。具体的に、ポンプ115は、凝縮器113から流出した作動流体を吸い込み、加圧する。これにより、加圧された作動流体が蒸発器111に供給される。   The pump 115 is an electric pump. The pump 115 can circulate a liquid working fluid. Specifically, the pump 115 sucks and pressurizes the working fluid that has flowed out of the condenser 113. Thereby, the pressurized working fluid is supplied to the evaporator 111.

ポンプ115として、一般的な容積型又は速度型のポンプを使用できる。容積型のポンプとして、ピストンポンプ、ギヤポンプ、ベーンポンプ、ロータリポンプ等が挙げられる。速度型のポンプとして、遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプ等が挙げられる。   As the pump 115, a general positive displacement type or speed type pump can be used. Examples of the positive displacement pump include a piston pump, a gear pump, a vane pump, and a rotary pump. Examples of the speed type pump include a centrifugal pump, a mixed flow pump, and an axial flow pump.

ポンプ115は、膨張機112とは連結されていない。つまり、ポンプ115の回転軸と膨張機112の回転軸112bとは切り離されている。このため、ポンプ115は、膨張機112から独立して動作できる。   The pump 115 is not connected to the expander 112. That is, the rotating shaft of the pump 115 and the rotating shaft 112b of the expander 112 are separated. For this reason, the pump 115 can operate independently of the expander 112.

ランキンサイクル装置200では、作動流体が流れる第1循環経路201が構成されている。第1循環経路201において、ポンプ115と、第1接続点p1と、蒸発器111と、第1入口105iと、膨張機構112aと、第1出口105oと、凝縮器113と、がこの順に現れる。具体的には、第1循環経路201において、ポンプ115と、第1接続点p1と、蒸発器111と、第2温度センサ152と、第2接続点p2と、第1弁141と、第1入口105iと、膨張機構112aと、第1出口105oと、第3接続点p3と、第4接続点p4と、凝縮器113と、第1温度センサ151と、がこの順に現れる。ランキンサイクル装置200におけるこれらの要素の接続には、複数の配管が用いられている。   In the Rankine cycle device 200, a first circulation path 201 through which a working fluid flows is configured. In the first circulation path 201, the pump 115, the first connection point p1, the evaporator 111, the first inlet 105i, the expansion mechanism 112a, the first outlet 105o, and the condenser 113 appear in this order. Specifically, in the first circulation path 201, the pump 115, the first connection point p1, the evaporator 111, the second temperature sensor 152, the second connection point p2, the first valve 141, and the first The inlet 105i, the expansion mechanism 112a, the first outlet 105o, the third connection point p3, the fourth connection point p4, the condenser 113, and the first temperature sensor 151 appear in this order. A plurality of pipes are used to connect these elements in the Rankine cycle apparatus 200.

以下、第1循環経路201において現れる要素について、さらに説明する。   Hereinafter, elements appearing in the first circulation path 201 will be further described.

第2温度センサ152は、第1循環経路201における蒸発器111の出口と膨張機112の第1入口105iの間の部分に存する作動流体の温度Teを検出する。本実施の形態の第2温度センサ152は、作動流体に接触することによって温度Teを直接的に検出するものである。ただし、第2温度センサ152は、第1循環経路201を形成する壁の温度を検出することによって温度Teを間接的に検出するものであってもよい。壁は、典型的には配管によって構成される。なお、「第1循環経路201における蒸発器111の出口と膨張機112の第1入口105iの間の部分」は、蒸発器111の出口及び膨張機112の第1入口105iを含む。   The second temperature sensor 152 detects the temperature Te of the working fluid existing in a portion between the outlet of the evaporator 111 and the first inlet 105 i of the expander 112 in the first circulation path 201. The second temperature sensor 152 of the present embodiment detects the temperature Te directly by contacting the working fluid. However, the second temperature sensor 152 may indirectly detect the temperature Te by detecting the temperature of the wall forming the first circulation path 201. The wall is typically constituted by piping. The “portion between the outlet of the evaporator 111 and the first inlet 105i of the expander 112 in the first circulation path 201” includes the outlet of the evaporator 111 and the first inlet 105i of the expander 112.

第2温度センサ152の位置は、第2温度センサ152が温度Teを検出できる位置であれば、特に限定されない。第2温度センサ152は、蒸発器111の出口と膨張機112の第1入口105iの間の上記部分におけるいずれかの箇所に設けられ得る。また、第2温度センサ152は、該部分を形成する壁のいずれかの箇所に設けられ得る。膨張機112の配線と第2温度センサ152の配線とを近づけてこれらの配線を取り扱い易くする観点からは、第2温度センサ152を第1入口105iに設けることができる。   The position of the second temperature sensor 152 is not particularly limited as long as the second temperature sensor 152 can detect the temperature Te. The second temperature sensor 152 may be provided at any point in the above portion between the outlet of the evaporator 111 and the first inlet 105 i of the expander 112. Further, the second temperature sensor 152 can be provided at any location on the wall forming the portion. From the viewpoint of making the wiring of the expander 112 close to the wiring of the second temperature sensor 152 and making these wirings easy to handle, the second temperature sensor 152 can be provided at the first inlet 105i.

第2温度センサ152は、温度Teを表す信号(検出信号)を制御装置150に送信する。   The second temperature sensor 152 transmits a signal (detection signal) representing the temperature Te to the control device 150.

第1弁141は、第1循環経路201のうち蒸発器111の出口と第1入口105iの間の部分に現れる。具体的には、第1弁141は、第1循環経路201のうち第2接続点p2と第1入口105iの間の部分に現れる。第1弁141は、開度を変更可能な弁である。第1弁141の開度を変更することによって、第1入口105iを介して膨張機112の膨張機構112aに供給する作動流体の流量を調節できる。ただし、第1弁141として電磁式の開閉弁を用いてもよい。   The first valve 141 appears in a portion of the first circulation path 201 between the outlet of the evaporator 111 and the first inlet 105i. Specifically, the first valve 141 appears in a portion of the first circulation path 201 between the second connection point p2 and the first inlet 105i. The first valve 141 is a valve whose opening degree can be changed. By changing the opening degree of the first valve 141, the flow rate of the working fluid supplied to the expansion mechanism 112a of the expander 112 through the first inlet 105i can be adjusted. However, an electromagnetic on-off valve may be used as the first valve 141.

第1弁141によれば、膨張機112の膨張機構112aへの作動流体の供給量を制御することができる。第1弁141を膨張機供給制御弁141と称することができる。   According to the first valve 141, the supply amount of the working fluid to the expansion mechanism 112a of the expander 112 can be controlled. The first valve 141 can be referred to as an expander supply control valve 141.

なお、本明細書では、「開度」とは、弁を全開にしたときに作動流体が通る通路の断面積を100%としたときの、作動流体が通る通路の断面積を百分率で表したものである。   In this specification, the “opening degree” is expressed as a percentage of the cross-sectional area of the passage through which the working fluid passes when the cross-sectional area of the passage through which the working fluid passes is 100% when the valve is fully opened. Is.

第1温度センサ151は、第1循環経路201における凝縮器113の出口とポンプ115の入口の間の部分に存する作動流体の温度Tpを検出する。本実施の形態の第1温度センサ151は、作動流体に接触することによって温度Tpを直接的に検出するものである。ただし、第1温度センサ151は、第1循環経路201を形成する壁の温度を検出することによって温度Tpを間接的に検出するものであってもよい。壁は、典型的には配管によって構成される。なお、「第1循環経路201における凝縮器113の出口とポンプ115の入口の間の部分」は、凝縮器113の出口及びポンプ115の入口を含む。   The first temperature sensor 151 detects the temperature Tp of the working fluid existing in a portion between the outlet of the condenser 113 and the inlet of the pump 115 in the first circulation path 201. The first temperature sensor 151 according to the present embodiment directly detects the temperature Tp by contacting the working fluid. However, the first temperature sensor 151 may indirectly detect the temperature Tp by detecting the temperature of the wall forming the first circulation path 201. The wall is typically constituted by piping. The “portion between the outlet of the condenser 113 and the inlet of the pump 115 in the first circulation path 201” includes the outlet of the condenser 113 and the inlet of the pump 115.

第1温度センサ151の位置は、第1温度センサ151が温度Tpを検出できる位置であれば、特に限定されない。第1温度センサ151は、凝縮器113の出口とポンプ115の入口の間の上記部分におけるいずれかの箇所に設けられ得る。また、第1温度センサ151は、該部分を形成する壁のいずれかの箇所に設けられ得る。   The position of the first temperature sensor 151 is not particularly limited as long as the first temperature sensor 151 can detect the temperature Tp. The first temperature sensor 151 may be provided at any point in the above portion between the outlet of the condenser 113 and the inlet of the pump 115. Further, the first temperature sensor 151 can be provided at any location on the wall forming the portion.

第1温度センサ151は、温度Tpの検出信号を制御装置150に送信する。   The first temperature sensor 151 transmits a detection signal of the temperature Tp to the control device 150.

ランキンサイクル装置200では、作動流体が流れる第4循環経路204も構成されている。第4循環経路204において、ポンプ115と、第1接続点p1と、蒸発器111と、第2接続点p2と、第2弁142と、第3接続点p3と、凝縮器113と、がこの順に現れる。   In the Rankine cycle device 200, a fourth circulation path 204 through which the working fluid flows is also configured. In the fourth circulation path 204, the pump 115, the first connection point p1, the evaporator 111, the second connection point p2, the second valve 142, the third connection point p3, and the condenser 113 are Appear in order.

第4循環経路204は、第2接続点p2から第2弁142を経由して第3接続点p3に延びる部分を有している。この部分は、膨張機112を迂回しつつ、第2接続点p2と第3接続点p3とを接続している。この部分を、バイパス経路131と称することができる。第2弁142をバイパス弁142と称することができる。バイパス弁142の上流端は、第2接続点p2に接続されている。バイパス弁142の下流端は、第3接続点p3に接続されている。バイパス経路131においてバイパス弁142が現れる。   The fourth circulation path 204 has a portion extending from the second connection point p2 to the third connection point p3 via the second valve 142. This portion connects the second connection point p2 and the third connection point p3 while bypassing the expander 112. This part can be referred to as a bypass path 131. The second valve 142 can be referred to as a bypass valve 142. The upstream end of the bypass valve 142 is connected to the second connection point p2. The downstream end of the bypass valve 142 is connected to the third connection point p3. A bypass valve 142 appears in the bypass path 131.

第2弁142は、開度を変更可能な弁である。第2弁142の開度を変更することによって、膨張機112をバイパスする作動流体の流量を調節できる。ただし、第2弁142として電磁式の開閉弁を用いてもよい。   The second valve 142 is a valve whose opening degree can be changed. By changing the opening degree of the second valve 142, the flow rate of the working fluid that bypasses the expander 112 can be adjusted. However, an electromagnetic on-off valve may be used as the second valve 142.

ランキンサイクル装置200では、作動流体が流れる第2循環経路202も構成されている。第2循環経路202において、ポンプ115と、第1接続点p1と、第2容器112eと、第2入口106iと、内部空間104と、第2出口106oと、凝縮器113と、がこの順に現れる。具体的には、第2循環経路202において、ポンプ115と、第1接続点p1と、第2容器112eと、第3弁143と、ヒーター119と、第3温度センサ153と、第2入口106iと、内部空間104と、第2出口106oと、第4弁144と、第4接続点p4と、凝縮器113と、がこの順に現れる。   In the Rankine cycle device 200, a second circulation path 202 through which the working fluid flows is also configured. In the second circulation path 202, the pump 115, the first connection point p1, the second container 112e, the second inlet 106i, the internal space 104, the second outlet 106o, and the condenser 113 appear in this order. . Specifically, in the second circulation path 202, the pump 115, the first connection point p1, the second container 112e, the third valve 143, the heater 119, the third temperature sensor 153, and the second inlet 106i. The internal space 104, the second outlet 106o, the fourth valve 144, the fourth connection point p4, and the condenser 113 appear in this order.

第2循環経路202により、ポンプ115から流出した作動流体の一部が、第1接続点p1を経由して、第2容器112eの内部空間に流入する。第2容器112eにおける作動流体と発電機116とは、熱交換を行う。この熱交換により、発電機116が冷却される。また、この熱交換により、第2容器112eにおける作動流体を加熱及び気化させることができる。そして、第2循環経路202により、第2容器112eから第1容器112dの内部空間104へと、気体状態の作動流体を供給することができる。このため、内部空間104に収納された気体軸受112cに、気体状態の作動流体を供給することができる。   Part of the working fluid that has flowed out of the pump 115 flows into the internal space of the second container 112e via the first connection point p1 by the second circulation path 202. The working fluid in the second container 112e and the generator 116 exchange heat. The generator 116 is cooled by this heat exchange. Moreover, the working fluid in the second container 112e can be heated and vaporized by this heat exchange. Then, the working fluid in the gaseous state can be supplied from the second container 112e to the internal space 104 of the first container 112d through the second circulation path 202. For this reason, the working fluid in a gaseous state can be supplied to the gas bearing 112 c housed in the internal space 104.

なお、本実施の形態では、仕切り112pが、内部空間104を、第1領域104aと第2領域104bとに仕切っている。第1領域104aは、膨張機構112aを収納している。第1領域104aにおいて、第1循環経路201のうち第1容器112d内の部分が構成されている。第2領域104bは、発電機116を収納している。また、第2領域104bは、膨張機112が有する気体軸受112cの少なくとも1つ(典型的には全て)を収納している。第2領域104bにおいて、第2循環経路202のうち第1容器112d内の部分が構成されている。仕切り112pによって、第1循環経路201と第2循環経路202との間の作動流体の漏れが抑制される。   In the present embodiment, the partition 112p partitions the internal space 104 into the first region 104a and the second region 104b. The first region 104a houses the expansion mechanism 112a. In the first region 104a, a portion of the first circulation path 201 in the first container 112d is configured. The second region 104b houses the generator 116. The second region 104b houses at least one (typically all) of the gas bearings 112c included in the expander 112. In the second region 104b, a portion of the second circulation path 202 in the first container 112d is configured. The partition 112p suppresses leakage of the working fluid between the first circulation path 201 and the second circulation path 202.

仕切り112pの具体的構成は、特に限定されない。一具体例では、仕切り112pは、回転軸112bが貫通する穴を有する仕切板を含んでいる。この具体例では、仕切板の穴を規定する周壁と回転軸112bとの間には、隙間がある。このため、回転軸112bは、仕切板に接触することなく回転することができる。仕切り112pは、この隙間を介した作動流体の漏れが小さくなるように、リップシール等のシールをさらに含んでいてもよい。   The specific configuration of the partition 112p is not particularly limited. In one specific example, the partition 112p includes a partition plate having a hole through which the rotating shaft 112b passes. In this specific example, there is a gap between the peripheral wall that defines the hole of the partition plate and the rotating shaft 112b. For this reason, the rotating shaft 112b can rotate without contacting the partition plate. The partition 112p may further include a seal such as a lip seal so that the leakage of the working fluid through the gap is reduced.

本実施の形態では、ランキンサイクル装置200は、回転軸112bの軸方向に垂直な断面であって、発電機116と、第1容器112dを構成する壁と、第2容器112eとがこの順に並ぶ断面を有する。このため、第2容器112eにおける作動流体と発電機116との間で熱交換を好適に行うことができる。   In the present embodiment, Rankine cycle apparatus 200 has a cross section perpendicular to the axial direction of rotating shaft 112b, and generator 116, a wall constituting first container 112d, and second container 112e are arranged in this order. It has a cross section. For this reason, heat exchange can be suitably performed between the working fluid in the second container 112e and the generator 116.

具体的には、固定子116bは、回転子116aの周囲に位置している。そして、第2容器112eにおける作動流体と固定子116bとが、熱交換を行う。また、ランキンサイクル装置200は、回転軸112bの軸方向に垂直な断面であって、回転子116aと、固定子116bと、第1容器112dを構成する壁と、第2容器112eとがこの順に並ぶ断面を有する。   Specifically, the stator 116b is located around the rotor 116a. Then, the working fluid in the second container 112e and the stator 116b perform heat exchange. The Rankine cycle device 200 has a cross section perpendicular to the axial direction of the rotating shaft 112b, and the rotor 116a, the stator 116b, the wall constituting the first container 112d, and the second container 112e are in this order. It has a lined cross section.

典型的には、第2容器112eの内部空間の体積は、第1容器112dの内部空間104の体積よりも小さい。本実施の形態では、第2容器112eは、筒状形状を有している。第2容器112eは、第1容器112dを隙間なく取り囲んでいてもよい。第2容器112eとして、冷却ジャケット形式のものを使用することができる。   Typically, the volume of the internal space of the second container 112e is smaller than the volume of the internal space 104 of the first container 112d. In the present embodiment, the second container 112e has a cylindrical shape. The second container 112e may surround the first container 112d without a gap. As the second container 112e, a cooling jacket type can be used.

図1の例では、回転軸112bの軸方向に関し、第2容器112eは、発電機116と(具体的には固定子116bと)少なくとも部分的に重複し、気体軸受112cと重複しない位置にある。このような位置によれば、第2容器112eにおける作動流体と発電機116(具体的には固定子116b)との間で熱交換を好適に行うことができる。   In the example of FIG. 1, the second container 112e is at least partially overlapped with the generator 116 (specifically, the stator 116b) and not overlapped with the gas bearing 112c with respect to the axial direction of the rotating shaft 112b. . According to such a position, heat exchange can be suitably performed between the working fluid in the second container 112e and the generator 116 (specifically, the stator 116b).

また、本実施の形態では、回転軸112bの軸方向に関し、膨張機112が有する気体軸受112cの少なくとも1つ(具体的には全て)が、第2入口106iと第2出口106oの間の位置にある。このようにすれば、気体軸受112cに作動流体を好適に供給することができる。なお、「第2入口106iと第2出口106oの間の位置」は、第2入口106iの位置及び第2出口106oの位置を含む。   In the present embodiment, at least one (specifically, all) of the gas bearings 112c included in the expander 112 is located between the second inlet 106i and the second outlet 106o in the axial direction of the rotating shaft 112b. It is in. In this way, the working fluid can be suitably supplied to the gas bearing 112c. The “position between the second inlet 106i and the second outlet 106o” includes the position of the second inlet 106i and the position of the second outlet 106o.

気体状態の作動流体は、気体軸受112cに供給された後に、第2出口106oを介して内部空間104から排出される。その後、作動流体は、凝縮器113に流入する。   The working fluid in a gaseous state is discharged from the internal space 104 through the second outlet 106o after being supplied to the gas bearing 112c. Thereafter, the working fluid flows into the condenser 113.

第2循環経路202のうち、第1接続点p1から第2容器112eに延びる部分では、発電機116の冷却に用いられる作動流体が流れる。この部分を、冷却経路132と称することができる。冷却経路132の上流端は、第1接続点p1に接続されている。冷却経路132の下流端は、第2容器112eに接続されている。   In the portion of the second circulation path 202 extending from the first connection point p1 to the second container 112e, the working fluid used for cooling the generator 116 flows. This portion can be referred to as a cooling path 132. The upstream end of the cooling path 132 is connected to the first connection point p1. The downstream end of the cooling path 132 is connected to the second container 112e.

第2循環経路202のうち、第2容器112eから第1容器112dの第2入口106iに延びる部分により、気体状態の作動流体が内部空間104に供給される。この部分を、気体供給経路133と称することができる。気体供給経路133の上流端は、第2容器112eに接続されている。気体供給経路133の下流端は、第2入口106iに接続されている。気体供給経路133において、第3弁143と、ヒーター119と、第3温度センサ153とが、現れる。具体的に、これらの要素が、この順で、気体供給経路133において現れる。   A portion of the second circulation path 202 extending from the second container 112e to the second inlet 106i of the first container 112d supplies the gaseous working fluid to the internal space 104. This portion can be referred to as a gas supply path 133. The upstream end of the gas supply path 133 is connected to the second container 112e. The downstream end of the gas supply path 133 is connected to the second inlet 106i. In the gas supply path 133, a third valve 143, a heater 119, and a third temperature sensor 153 appear. Specifically, these elements appear in the gas supply path 133 in this order.

第3弁143は、開度を変更可能な弁である。第3弁143の開度を変更することによって、気体供給経路133を流れる作動流体の流量を調節できる。ただし、第3弁143として電磁式の開閉弁を用いてもよい。   The third valve 143 is a valve whose opening degree can be changed. By changing the opening degree of the third valve 143, the flow rate of the working fluid flowing through the gas supply path 133 can be adjusted. However, an electromagnetic on-off valve may be used as the third valve 143.

第3弁143によれば、第1容器112dの内部空間104への気体状態の作動流体の供給量を制御することができる。第3弁143を、気体供給制御弁143と称することができる。   According to the third valve 143, the supply amount of the working fluid in a gaseous state to the internal space 104 of the first container 112d can be controlled. The third valve 143 can be referred to as a gas supply control valve 143.

ヒーター119は、気体供給経路133を流れる作動流体を加熱する。ヒーター119は、気体供給経路133を形成する配管の内部に設けられていてもよい。この場合、直接的に作動流体を加熱することができる。また、ヒーター119は、この配管の外部に設けられていてもよい。この場合、配管を通じて間接的に作動流体を加熱することができる。   The heater 119 heats the working fluid flowing through the gas supply path 133. The heater 119 may be provided inside a pipe that forms the gas supply path 133. In this case, the working fluid can be heated directly. The heater 119 may be provided outside the pipe. In this case, the working fluid can be heated indirectly through the piping.

膨張機112を運転していないときには、発電機116は発熱しない。このため、第2容器112eにおいて、作動流体は気化しない。仮に、第2容器112eから気体軸受112cに液体の作動流体を供給したとする。この状態で膨張機112が運転されると、気体軸受112cにおいて焼きつきが発生するおそれがある。そこで、本実施の形態では、膨張機112の運転開始から発電機116の熱により第2容器112eにおいて気体状態の作動流体が生成されるまでの期間において、ヒーター119により作動流体を加熱する。これにより、この期間においても、第1容器112dに気体状態の作動流体を供給することができる。   When the expander 112 is not operated, the generator 116 does not generate heat. For this reason, the working fluid is not vaporized in the second container 112e. Suppose that a liquid working fluid is supplied from the second container 112e to the gas bearing 112c. When the expander 112 is operated in this state, there is a possibility that seizure occurs in the gas bearing 112c. Therefore, in the present embodiment, the working fluid is heated by the heater 119 during the period from the start of the operation of the expander 112 until the working fluid in the gaseous state is generated in the second container 112e by the heat of the generator 116. Thereby, the working fluid in a gaseous state can be supplied to the first container 112d even during this period.

第3温度センサ153は、気体供給経路133に存する作動流体の温度Tgを検出する。本実施の形態の第3温度センサ153は、作動流体に接触することによって温度Tgを直接的に検出するものである。ただし、第3温度センサ153は、気体供給経路133を形成する壁の温度を検出することによって温度Tgを間接的に検出するものであってもよい。壁は、典型的には配管によって構成される。   The third temperature sensor 153 detects the temperature Tg of the working fluid existing in the gas supply path 133. The third temperature sensor 153 of the present embodiment directly detects the temperature Tg by contacting the working fluid. However, the third temperature sensor 153 may indirectly detect the temperature Tg by detecting the temperature of the wall forming the gas supply path 133. The wall is typically constituted by piping.

第3温度センサ153の位置は、第3温度センサ153が温度Tgを検出できる位置であれば、特に限定されない。第3温度センサ153は、気体供給経路133におけるいずれかの箇所に設けられ得る。また、第3温度センサ153は、該部分を形成する壁のいずれかの箇所に設けられ得る。   The position of the third temperature sensor 153 is not particularly limited as long as the third temperature sensor 153 can detect the temperature Tg. The third temperature sensor 153 can be provided at any location in the gas supply path 133. Further, the third temperature sensor 153 can be provided at any location on the wall forming the portion.

本実施の形態の気体供給経路133では、第3温度センサ153は、ヒーター119よりも下流側にある。このため、第3温度センサ153により、ヒーター119による加熱量を確認することができる。   In the gas supply path 133 of the present embodiment, the third temperature sensor 153 is on the downstream side of the heater 119. For this reason, the amount of heating by the heater 119 can be confirmed by the third temperature sensor 153.

第3温度センサ153は、温度Tgを表す信号(検出信号)を制御装置150に送信する。   The third temperature sensor 153 transmits a signal (detection signal) indicating the temperature Tg to the control device 150.

第2循環経路202のうち、第1容器112dの第2出口106oから第4接続点p4に延びる部分により、気体状態の作動流体が内部空間104から排出される。この部分を、気体排出経路134と称することができる。気体排出経路134の上流端は、第2出口106oに接続されている。気体排出経路134の下流端は、第4接続点p4に接続されている。また、気体排出経路134において、第4弁144が現れる。   The working fluid in the gaseous state is discharged from the internal space 104 by the portion of the second circulation path 202 that extends from the second outlet 106o of the first container 112d to the fourth connection point p4. This portion can be referred to as a gas exhaust path 134. The upstream end of the gas discharge path 134 is connected to the second outlet 106o. The downstream end of the gas discharge path 134 is connected to the fourth connection point p4. Further, the fourth valve 144 appears in the gas discharge path 134.

第4弁144は、開度を変更可能な弁である。第4弁144の開度を変更することによって、気体排出流路134を流れる作動流体の流量を調節できる。ただし、第4弁144として電磁式の開閉弁を用いてもよい。   The fourth valve 144 is a valve whose opening degree can be changed. By changing the opening degree of the fourth valve 144, the flow rate of the working fluid flowing through the gas discharge channel 134 can be adjusted. However, an electromagnetic on-off valve may be used as the fourth valve 144.

第4弁144によれば、第1容器112dの第2出口106oからの気体状態の作動流体の排出量を制御することができる。第4弁144を、気体排出制御弁144と称することができる。   According to the fourth valve 144, the discharge amount of the working fluid in a gaseous state from the second outlet 106o of the first container 112d can be controlled. The fourth valve 144 can be referred to as a gas discharge control valve 144.

本実施の形態では、気体排出経路134の接続先である第4接続点p4は、第1循環経路201のうち第3接続点p3と凝縮器113の入口の間の部分にある。このようにすれば、第1出口105oを通じて第1容器112dの内部空間104から流出する作動流体の流れを妨げ難い。ただし、第4接続点p4は、第1循環経路201のうち第1出口105oと凝縮器113の入口の間の任意の部分に設定され得る。また、第4接続点p4は、バイパス経路131のうち第2弁142の出口と第3接続点p3の間の任意の部分に設定され得る。   In the present embodiment, the fourth connection point p4, which is the connection destination of the gas discharge path 134, is in the portion between the third connection point p3 and the inlet of the condenser 113 in the first circulation path 201. In this way, it is difficult to hinder the flow of the working fluid flowing out from the internal space 104 of the first container 112d through the first outlet 105o. However, the fourth connection point p4 can be set at any part of the first circulation path 201 between the first outlet 105o and the inlet of the condenser 113. Further, the fourth connection point p4 can be set at any part of the bypass path 131 between the outlet of the second valve 142 and the third connection point p3.

制御装置150は、第1温度センサ151の検出温度Tp、第2温度センサ152の検出温度Te及び第3温度センサ153の検出温度Tgを、それぞれ、信号として取得する。制御装置150は、これらの信号を用いてランキンサイクル装置200の構成要素を制御することができる。また、制御装置150は、発電機116の発電量に基づいて、ランキンサイクル装置200の構成要素を制御することができる。   The control device 150 acquires the detected temperature Tp of the first temperature sensor 151, the detected temperature Te of the second temperature sensor 152, and the detected temperature Tg of the third temperature sensor 153 as signals. The control device 150 can control the components of the Rankine cycle device 200 using these signals. Further, the control device 150 can control the components of the Rankine cycle device 200 based on the power generation amount of the generator 116.

例えば、制御装置150は、検出温度Tpに基づいて、ポンプ115の回転数を増減させたり、膨張機112の回転数を増減させたり、凝縮器113における作動流体の冷却量を増減させたりする。また、制御装置150は、検出温度Tpに基づいて、第2容器112eに流入する作動流体の温度を推測する。制御装置150は、推測された温度に基づいて、第3弁143及び第4弁144の開度を調整する。これらの開度の調整を通じて、第2容器112eにおける発電機116の冷却量が制御され得る。一具体例では、制御装置150は、第1温度センサ151の検出温度Tpが低いときほど、第3弁143及び第4弁144の開度を小さくする。   For example, the control device 150 increases or decreases the rotation speed of the pump 115, increases or decreases the rotation speed of the expander 112, or increases or decreases the cooling amount of the working fluid in the condenser 113 based on the detected temperature Tp. In addition, the control device 150 estimates the temperature of the working fluid flowing into the second container 112e based on the detected temperature Tp. The control device 150 adjusts the opening degrees of the third valve 143 and the fourth valve 144 based on the estimated temperature. Through the adjustment of the opening, the cooling amount of the generator 116 in the second container 112e can be controlled. In one specific example, the control device 150 decreases the opening degree of the third valve 143 and the fourth valve 144 as the detected temperature Tp of the first temperature sensor 151 is lower.

また、例えば、制御装置150は、検出温度Teが予め設定された閾値温度を超えたときに、第3弁143(及び第4弁144)を開き、ヒーター119による加熱を開始させる。これにより、内部空間104内の気体軸受112cに、気体状態の作動流体が供給され始める。   For example, when the detected temperature Te exceeds a preset threshold temperature, the control device 150 opens the third valve 143 (and the fourth valve 144) and starts heating by the heater 119. Thereby, the working fluid in a gaseous state starts to be supplied to the gas bearing 112 c in the internal space 104.

また、例えば、制御装置150は、検出温度Tgが予め設定された閾値温度を超えたときに、第1弁141を開き、膨張機112の運転を開始させる。制御装置150は、検出温度Tgに基づいて、ヒーター119の加熱量を制御する。   For example, the control device 150 opens the first valve 141 and starts the operation of the expander 112 when the detected temperature Tg exceeds a preset threshold temperature. The control device 150 controls the heating amount of the heater 119 based on the detected temperature Tg.

発電機116の発電量に基づいた制御について、説明する。一例では、発電量に応じて、第3弁143の開度を調整する。具体的には、発電量が大きいときほど、第3弁143の開度を大きくする。このようにすれば、発電量が大きいときほど、気体供給経路133を流れる作動流体の流量が大きくなる。これにより、発電機116の温度が過度に上昇することを防止することができる。   Control based on the power generation amount of the generator 116 will be described. In one example, the opening degree of the third valve 143 is adjusted according to the amount of power generation. Specifically, the opening degree of the third valve 143 is increased as the power generation amount is larger. By doing so, the flow rate of the working fluid flowing through the gas supply path 133 increases as the power generation amount increases. Thereby, it can prevent that the temperature of the generator 116 rises excessively.

また、このように第3弁143の開度を制御しつつ、第4弁144の開度を発電機116の発電量に応じて制御することもできる。具体的には、発電量が大きいときほど、第4弁144の開度を大きくすることができる。これにより、気体供給経路133を流れる作動流体の流量増加に伴って第1容器112dの内部空間104の圧力が上昇し続ける事態を回避することができる。   Further, the opening degree of the fourth valve 144 can be controlled according to the amount of power generated by the generator 116 while controlling the opening degree of the third valve 143 in this way. Specifically, the opening degree of the fourth valve 144 can be increased as the power generation amount increases. Thereby, it is possible to avoid a situation in which the pressure in the internal space 104 of the first container 112d continues to rise as the flow rate of the working fluid flowing through the gas supply path 133 increases.

上述のように、第1循環経路201では、ポンプ115は、作動流体を圧送し、循環させる。蒸発器111は、熱源からの熱を用いて作動流体を加熱する。これにより、作動流体が気体、具体的には過熱蒸気の状態となる。膨張機112には、過熱蒸気の作動流体が流入する。流入した作動流体は、膨張機112内で断熱膨張する。これにより、膨張機112の膨張機構112aに駆動力が生じ、膨張機構112aが動作する。つまり、膨張機構112aによって、膨張エネルギーが機械エネルギーへと変換される。膨張機構112aの動作に伴い、発電機116が動作し、発電する。つまり、発電機116によって、機械エネルギーが電気エネルギーへと変換される。要するに、膨張機構112a及び発電機116によって、膨張エネルギーが電気エネルギーへと変換される。凝縮器113は、冷却空気、冷却水等を用いて、膨張機構112aから吐出された作動流体を冷却する。これにより、作動流体が凝縮して液体の状態となる。液体の作動流体は、ポンプ115に吸い込まれる。   As described above, in the first circulation path 201, the pump 115 pumps and circulates the working fluid. The evaporator 111 heats the working fluid using heat from the heat source. Thereby, a working fluid will be in the state of gas, specifically superheated steam. A working fluid of superheated steam flows into the expander 112. The inflowing working fluid is adiabatically expanded in the expander 112. Thereby, a driving force is generated in the expansion mechanism 112a of the expander 112, and the expansion mechanism 112a operates. That is, the expansion energy is converted into mechanical energy by the expansion mechanism 112a. Along with the operation of the expansion mechanism 112a, the generator 116 operates to generate power. That is, mechanical energy is converted into electric energy by the generator 116. In short, the expansion mechanism 112a and the generator 116 convert the expansion energy into electric energy. The condenser 113 cools the working fluid discharged from the expansion mechanism 112a using cooling air, cooling water, or the like. As a result, the working fluid is condensed into a liquid state. The liquid working fluid is sucked into the pump 115.

第2循環経路202の一部は、第1循環経路201の一部と重複している。第2循環経路202では、ポンプ115から流出した液体状態の作動流体の一部が、第1接続点p1及び冷却経路132を経由して、第2容器112eに流入する。第2容器112eにおける作動流体と発電機116とが、熱交換を行う。熱交換後で得られた気体状態の作動流体は、気体供給経路133を経由して、第1容器112dの内部空間104に流入し、気体軸受112cに供給される。その後、作動流体は、気体排出経路134を経由して、凝縮器113に流入する。凝縮器113は、膨張機構112aを通過した作動流体とともに、第2容器112eを通過した作動流体を冷却する。第3弁143及び第4弁144を開くことにより、ポンプ115の出口における作動流体の圧力と凝縮器113の入口における作動流体の圧力との差に基づいて、作動流体が第2循環経路202を循環することができる。   A part of the second circulation path 202 overlaps with a part of the first circulation path 201. In the second circulation path 202, a part of the working fluid in a liquid state flowing out from the pump 115 flows into the second container 112e via the first connection point p1 and the cooling path 132. The working fluid in the second container 112e and the generator 116 exchange heat. The working fluid in a gaseous state obtained after the heat exchange flows into the internal space 104 of the first container 112d via the gas supply path 133 and is supplied to the gas bearing 112c. Thereafter, the working fluid flows into the condenser 113 via the gas discharge path 134. The condenser 113 cools the working fluid that has passed through the second container 112e together with the working fluid that has passed through the expansion mechanism 112a. By opening the third valve 143 and the fourth valve 144, the working fluid passes through the second circulation path 202 based on the difference between the pressure of the working fluid at the outlet of the pump 115 and the pressure of the working fluid at the inlet of the condenser 113. Can circulate.

発電機116では、電気エネルギーが生成される際に、鉄損及び銅損が発生する。これらの損失は、熱エネルギーとなる。つまり、これらの損失に相当するエネルギーの分だけ、発電機116で熱が発生し、発電機116の温度が上昇する。この温度上昇を放置し続けると、発電機116を構成する部材の材料が熱で劣化したり、同部材が破損したりするおそれがある。しかしながら、本実施の形態では、第2容器112eにおける作動流体と発電機116との間の熱交換により、発電機116が冷却される。このため、発電機116の構成部材の劣化及び破損を防止することができる。   In the generator 116, when electric energy is generated, iron loss and copper loss occur. These losses become thermal energy. That is, heat is generated in the generator 116 by the amount of energy corresponding to these losses, and the temperature of the generator 116 rises. If this temperature rise is left unattended, the material of the members constituting the generator 116 may be deteriorated by heat, or the members may be damaged. However, in the present embodiment, the generator 116 is cooled by heat exchange between the working fluid in the second container 112e and the generator 116. For this reason, deterioration and breakage of the constituent members of the generator 116 can be prevented.

一方、第2容器112eにおける作動流体と発電機116との間の熱交換により、第2容器112eにおける作動流体は、加熱され、気化する。これにより、膨張機112の収容空間104に存する気体軸受112cに、気体状態の作動流体を供給することが可能となる。   On the other hand, the working fluid in the second container 112e is heated and vaporized by heat exchange between the working fluid in the second container 112e and the generator 116. Thereby, it becomes possible to supply the working fluid in a gaseous state to the gas bearing 112 c existing in the accommodation space 104 of the expander 112.

気体軸受112cに供給された作動流体は、気体排出経路134を経由して、第1容器112dの内部空間104の外に排出される。これにより、内部空間104の圧力が上昇し、ポンプ115の出口と内部空間104との間の圧力差がなくなり、内部空間104への作動流体供給が不可能となる事態を回避することができる。   The working fluid supplied to the gas bearing 112c is discharged out of the internal space 104 of the first container 112d via the gas discharge path 134. Thereby, the pressure of the internal space 104 rises, the pressure difference between the outlet of the pump 115 and the internal space 104 is eliminated, and the situation where the working fluid cannot be supplied to the internal space 104 can be avoided.

以上のように、本実施の形態によれば、第2循環経路202により、ポンプ115から第1接続点p1を介して第2容器112eへと液体の作動流体を供給することができる。第2容器112eは第1容器112dに取り付けられており、第1容器112dの内部空間104には発電機116が収納されている。このため、第2容器112eにおける作動流体と発電機116との間で熱交換を行うことができる。この熱交換により、発電機116を冷却し、作動流体を加熱及び気化させることができる。また、第2循環経路202により、第2容器112eから第1容器112dの内部空間104へと、気体状態の作動流体を供給することができる。このため、内部空間104に収納された気体軸受112cに、気体状態の作動流体を供給することができる。   As described above, according to the present embodiment, the liquid working fluid can be supplied from the pump 115 to the second container 112e via the first connection point p1 by the second circulation path 202. The second container 112e is attached to the first container 112d, and the generator 116 is accommodated in the internal space 104 of the first container 112d. For this reason, heat exchange can be performed between the working fluid in the second container 112e and the generator 116. By this heat exchange, the generator 116 can be cooled, and the working fluid can be heated and vaporized. Further, the working fluid in a gaseous state can be supplied from the second container 112e to the internal space 104 of the first container 112d by the second circulation path 202. For this reason, the working fluid in a gaseous state can be supplied to the gas bearing 112 c housed in the internal space 104.

このように、本実施の形態によれば、気体状態の作動流体を気体軸受112cに供給することができる。しかも、作動流体を気化させるのに、蒸発器111の熱ではなく、発電機116の熱を用いることができる。このため、膨張機構112aにおいて回転動力が確保され易い。以上の理由で、本実施の形態に係る技術は、膨張機112において回転動力を確保しつつ気体軸受112cに気体状態の作動流体を供給するのに適している。また、発電機116における発電量を確保することにも適している。   Thus, according to this Embodiment, the working fluid of a gaseous state can be supplied to the gas bearing 112c. Moreover, not the heat of the evaporator 111 but the heat of the generator 116 can be used to vaporize the working fluid. For this reason, it is easy to ensure rotational power in the expansion mechanism 112a. For the above reasons, the technology according to the present embodiment is suitable for supplying the working fluid in the gaseous state to the gas bearing 112c while securing the rotational power in the expander 112. It is also suitable for securing the amount of power generated by the generator 116.

(実施の形態2)
次に、実施の形態2のランキサイクル装置について説明する。図2は実施の形態2におけるランキンサイクル装置300の構成図である。実施の形態2では、実施の形態1と共通する部分については、説明を省略することがある。
(Embodiment 2)
Next, the Rankine cycle apparatus of Embodiment 2 is demonstrated. FIG. 2 is a configuration diagram of Rankine cycle apparatus 300 according to the second embodiment. In the second embodiment, description of parts common to the first embodiment may be omitted.

ランキンサイクル装置300は、ヒーター119を有していない。一方、ランキンサイクル装置300は、気液分離器117を含んでいる。また、ランキンサイクル装置300は、第5弁145と、第6弁146と、を含んでいる。   Rankine cycle apparatus 300 does not have heater 119. On the other hand, the Rankine cycle apparatus 300 includes a gas-liquid separator 117. The Rankine cycle device 300 includes a fifth valve 145 and a sixth valve 146.

本実施の形態のランキンサイクル装置300では、第1循環経路201において、ポンプ115と、第1接続点p1と、蒸発器111と、第5接続点p5と、第2温度センサ152と、第2接続点p2と、第1入口105iと、膨張機構112aと、第1出口105oと、第3接続点p3と、第6接続点p6と、第4接続点p4と、凝縮器113と、第1温度センサ151と、がこの順に現れる。   In the Rankine cycle device 300 of the present embodiment, in the first circulation path 201, the pump 115, the first connection point p1, the evaporator 111, the fifth connection point p5, the second temperature sensor 152, and the second Connection point p2, first inlet 105i, expansion mechanism 112a, first outlet 105o, third connection point p3, sixth connection point p6, fourth connection point p4, condenser 113, first The temperature sensor 151 appears in this order.

ランキンサイクル装置300では、第2循環経路202に代えて、第2循環経路302が構成されている。第2循環経路302は、作動流体が流れる経路である。第2循環経路302において、ポンプ115と、第1接続点p1と、第2容器112eと、気液分離器117の入口117iと、気液分離器117の気体出口117ogと、第2入口106iと、内部空間104と、第2出口106oと、凝縮器113と、がこの順に現れる。具体的には、第2循環経路302において、ポンプ115と、第1接続点p1と、第2容器112eと、入口117iと、気体出口117ogと、第3温度センサ153と、第3弁143と、第2入口106iと、内部空間104と、第2出口106oと、第4弁144と、第4接続点p4と、凝縮器113と、がこの順に現れる。   In the Rankine cycle device 300, a second circulation path 302 is configured instead of the second circulation path 202. The second circulation path 302 is a path through which the working fluid flows. In the second circulation path 302, the pump 115, the first connection point p1, the second container 112e, the inlet 117i of the gas-liquid separator 117, the gas outlet 117og of the gas-liquid separator 117, and the second inlet 106i The internal space 104, the second outlet 106o, and the condenser 113 appear in this order. Specifically, in the second circulation path 302, the pump 115, the first connection point p1, the second container 112e, the inlet 117i, the gas outlet 117og, the third temperature sensor 153, the third valve 143, The second inlet 106i, the internal space 104, the second outlet 106o, the fourth valve 144, the fourth connection point p4, and the condenser 113 appear in this order.

ランキンサイクル装置300では、作動流体が流れる第3循環経路303が構成されている。第3循環経路303において、ポンプ115と、第1接続点p1と、第2容器112eと、気液分離器117の入口117iと、気液分離器117の液出口117olと、凝縮器113と、がこの順に現れる。具体的には、第3循環経路303において、ポンプ115と、第1接続点p1と、第2容器112eと、気液分離器117の入口117iと、気液分離器117の液出口117olと、第5弁145と、第6接続点p6と、凝縮器113と、がこの順に現れる。   In the Rankine cycle device 300, a third circulation path 303 through which the working fluid flows is configured. In the third circulation path 303, the pump 115, the first connection point p1, the second container 112e, the inlet 117i of the gas-liquid separator 117, the liquid outlet 117ol of the gas-liquid separator 117, the condenser 113, Appear in this order. Specifically, in the third circulation path 303, the pump 115, the first connection point p1, the second container 112e, the inlet 117i of the gas-liquid separator 117, the liquid outlet 117ol of the gas-liquid separator 117, The fifth valve 145, the sixth connection point p6, and the condenser 113 appear in this order.

気液分離器117には、入口117iから、気液二相状態の作動流体が流入し得る。気液分離器117は、この作動流体を、気体状態の作動流体と液体状態の作動流体とに分離する。気体状態の作動流体は、気体出口117ogから流出する。液体状態の作動流体は、液出口117olから流出する。   A gas-liquid two-phase working fluid can flow into the gas-liquid separator 117 from the inlet 117i. The gas-liquid separator 117 separates this working fluid into a gaseous working fluid and a liquid working fluid. The working fluid in the gas state flows out from the gas outlet 117 og. The working fluid in a liquid state flows out from the liquid outlet 117ol.

第3循環経路303のうち、液出口117olから第6接続点p6に延びる部分により、液体状態の作動流体が気液分離器117から排出される。この部分を、液体排出経路135と称することができる。液体排出経路135の上流端は、液出口117olに接続されている。液体排出経路135の下流端は、第6接続点p6に接続されている。液体排出経路135において、第5弁145が現れる。   The working fluid in the liquid state is discharged from the gas-liquid separator 117 by the portion of the third circulation path 303 that extends from the liquid outlet 117ol to the sixth connection point p6. This portion can be referred to as a liquid discharge path 135. The upstream end of the liquid discharge path 135 is connected to the liquid outlet 117ol. The downstream end of the liquid discharge path 135 is connected to the sixth connection point p6. A fifth valve 145 appears in the liquid discharge path 135.

第5弁145は、開度を変更可能な弁である。第5弁145の開度を変更することによって、液体排出経路135を流れる作動流体の流量を調節できる。ただし、第5弁145として電磁式の開閉弁を用いてもよい。   The fifth valve 145 is a valve whose opening degree can be changed. By changing the opening degree of the fifth valve 145, the flow rate of the working fluid flowing through the liquid discharge path 135 can be adjusted. However, an electromagnetic on-off valve may be used as the fifth valve 145.

第5弁145によれば、気液分離器117の液出口117olからの液体状態の作動流体の排出量を制御することができる。第5弁145を、液体排出制御弁145と称することができる。   According to the fifth valve 145, the discharge amount of the working fluid in a liquid state from the liquid outlet 117ol of the gas-liquid separator 117 can be controlled. The fifth valve 145 can be referred to as a liquid discharge control valve 145.

本実施の形態では、液体排出経路135の接続先である第6接続点p6は、第1循環経路201のうち第3接続点p3と凝縮器113の入口の間の部分にある。このようにすれば、第1出口105oを通じて第1容器112dの内部空間104から流出する作動流体の流れを妨げ難い。ただし、第6接続点p6は、第1循環経路201のうち第1出口105oと凝縮器113の入口の間の任意の部分に設定され得る。また、第6接続点p6は、バイパス経路131のうち第2弁142の出口と第3接続点p3の間の任意の部分に設定され得る。   In the present embodiment, the sixth connection point p6, which is the connection destination of the liquid discharge path 135, is in the portion between the third connection point p3 and the inlet of the condenser 113 in the first circulation path 201. In this way, it is difficult to hinder the flow of the working fluid flowing out from the internal space 104 of the first container 112d through the first outlet 105o. However, the sixth connection point p6 can be set at any part of the first circulation path 201 between the first outlet 105o and the inlet of the condenser 113. Further, the sixth connection point p6 can be set at any part of the bypass path 131 between the outlet of the second valve 142 and the third connection point p3.

第5弁145を開くことにより、ポンプ115の出口における作動流体の圧力と凝縮器113の入口における作動流体の圧力との差に基づいて、第3循環経路303を作動流体が循環することができる。   By opening the fifth valve 145, the working fluid can circulate through the third circulation path 303 based on the difference between the pressure of the working fluid at the outlet of the pump 115 and the pressure of the working fluid at the inlet of the condenser 113. .

第5弁145の開度は、気液分離器117に溜まった液体状態の作動流体が排出されるように制御される。具体的には、液体状態の作動流体が多くなる条件においては、第5弁145の開度を大きくする。より具体的には、第3温度センサ153の検出温度Tgが低いときほど、第5弁145の開度を大きくする。第5弁145の開度の制御は、制御装置150が担う。   The opening degree of the fifth valve 145 is controlled such that the working fluid in the liquid state accumulated in the gas-liquid separator 117 is discharged. Specifically, the opening degree of the fifth valve 145 is increased under the condition that the working fluid in the liquid state increases. More specifically, the opening degree of the fifth valve 145 is increased as the detected temperature Tg of the third temperature sensor 153 is lower. The control device 150 is responsible for controlling the opening degree of the fifth valve 145.

ランキンサイクル装置300では、作動流体が流れる第5循環経路305が構成されている。第5循環経路305において、ポンプ115と、第1接続点p1と、蒸発器111と、第5接続点p5と、第6弁146と、第1容器112dの第3入口107iと、内部空間104と、第2出口106oと、凝縮器113と、がこの順に現れる。具体的には、第5循環経路305において、ポンプ115と、第1接続点p1と、蒸発器111と、第5接続点p5と、第6弁146と、第3入口107iと、内部空間104と、第2出口106oと、第4弁144と、第4接続点p4と、凝縮器113と、がこの順に現れる。   In the Rankine cycle device 300, a fifth circulation path 305 in which the working fluid flows is configured. In the fifth circulation path 305, the pump 115, the first connection point p1, the evaporator 111, the fifth connection point p5, the sixth valve 146, the third inlet 107i of the first container 112d, and the internal space 104. Then, the second outlet 106o and the condenser 113 appear in this order. Specifically, in the fifth circulation path 305, the pump 115, the first connection point p1, the evaporator 111, the fifth connection point p5, the sixth valve 146, the third inlet 107i, and the internal space 104 The second outlet 106o, the fourth valve 144, the fourth connection point p4, and the condenser 113 appear in this order.

第5循環経路305のうち、第5接続点p5から第3入口107iに延びる部分により、内部空間104を予熱するための気体状態の作動流体が内部空間104に供給される。この部分を、予熱気体供給経路136と称することができる。予熱気体供給経路136の上流端は、第5接続点p5に接続されている。予熱気体供給経路136の下流端は、第3入口107iに接続されている。予熱気体供給経路136において、第6弁146が現れる。   A working fluid in a gaseous state for preheating the internal space 104 is supplied to the internal space 104 by a portion of the fifth circulation path 305 extending from the fifth connection point p5 to the third inlet 107i. This portion can be referred to as a preheated gas supply path 136. The upstream end of the preheating gas supply path 136 is connected to the fifth connection point p5. The downstream end of the preheating gas supply path 136 is connected to the third inlet 107i. A sixth valve 146 appears in the preheating gas supply path 136.

第6弁146は、開度を変更可能な弁である。第6弁146の開度を変更することによって、予熱気体供給経路136を流れる作動流体の流量を調節できる。ただし、第6弁146として電磁式の開閉弁を用いてもよい。   The sixth valve 146 is a valve whose opening degree can be changed. By changing the opening degree of the sixth valve 146, the flow rate of the working fluid flowing through the preheating gas supply path 136 can be adjusted. However, an electromagnetic on-off valve may be used as the sixth valve 146.

第6弁146によれば、上記の予熱用の気体状態の作動流体の内部空間104への供給量を制御することができる。第6弁146を、予熱気体供給制御弁146と称することができる。   According to the sixth valve 146, the amount of the preheating gas working fluid supplied to the internal space 104 can be controlled. The sixth valve 146 may be referred to as a preheated gas supply control valve 146.

本実施の形態では、予熱気体供給経路136の接続先である第5接続点p5は、第1循環経路201のうち蒸発器111の出口と第2接続点p2の間の部分にある。ただし、第5接続点p5は、第1循環経路201のうち蒸発器111の出口と第1入口105iの間の任意の部分に設定され得る。また、第5接続点p5は、バイパス経路131のうち第2接続点p2と第2弁142の入口の間の任意の部分に設定され得る。   In the present embodiment, the fifth connection point p5, which is the connection destination of the preheating gas supply path 136, is in the portion between the outlet of the evaporator 111 and the second connection point p2 in the first circulation path 201. However, the fifth connection point p5 can be set at any part of the first circulation path 201 between the outlet of the evaporator 111 and the first inlet 105i. Further, the fifth connection point p5 can be set at any part of the bypass path 131 between the second connection point p2 and the inlet of the second valve 142.

第6弁146を開くことにより、蒸発器111の出口における作動流体の圧力と凝縮器113の入口における作動流体の圧力との差に基づいて、第5循環経路305を作動流体が循環することができる。   By opening the sixth valve 146, the working fluid may circulate through the fifth circulation path 305 based on the difference between the pressure of the working fluid at the outlet of the evaporator 111 and the pressure of the working fluid at the inlet of the condenser 113. it can.

膨張機112を運転していないときには、発電機116は発熱しない。このため、第2容器112eにおいて、作動流体は気化しない。仮に、第2容器112eから気体軸受112cに液体の作動流体を供給したとする。この状態で膨張機112が運転されると、気体軸受112cにおいて焼きつきが発生するおそれがある。そこで、本実施の形態では、膨張機112の運転開始から発電機116の熱により第2容器112eにおいて気体状態の作動流体が生成されるまでの期間において、予熱気体供給経路136を通じて第1容器112dの内部空間104に気体状態の作動流体を供給する。これにより、この期間においても、第1容器112dの内部空間104に気体状態の作動流体を供給することができる。なお、本実施の形態では、この期間においては第3弁143の開度をゼロにする。   When the expander 112 is not operated, the generator 116 does not generate heat. For this reason, the working fluid is not vaporized in the second container 112e. Suppose that a liquid working fluid is supplied from the second container 112e to the gas bearing 112c. When the expander 112 is operated in this state, there is a possibility that seizure occurs in the gas bearing 112c. Therefore, in the present embodiment, during the period from the start of operation of the expander 112 to the generation of the working fluid in the gaseous state in the second container 112e due to the heat of the generator 116, the first container 112d is passed through the preheating gas supply path 136. A working fluid in a gaseous state is supplied to the internal space 104. Thereby, the working fluid in a gaseous state can be supplied to the internal space 104 of the first container 112d even during this period. In the present embodiment, the opening degree of the third valve 143 is set to zero during this period.

発電機116での発電開始から時間が経過すると、発電機116で安定して熱が発生するようになる。この熱によって、第2容器112eにおける作動流体が加熱され、気体供給経路133を経由して内部空間104へと気化した作動流体が安定して供給されるようになる。そのような供給ができるようになったと判断された後に、予熱気体供給経路136を通じた内部空間104への気体供給量を徐々に減らしていく。また、そのように判断された後に、気体供給経路133を通じた内部空間104への気体供給量を徐々に増やしていく。   When time elapses from the start of power generation by the generator 116, heat is stably generated by the generator 116. With this heat, the working fluid in the second container 112e is heated, and the working fluid vaporized into the internal space 104 via the gas supply path 133 is stably supplied. After it is determined that such supply can be performed, the gas supply amount to the internal space 104 through the preheating gas supply path 136 is gradually reduced. In addition, after such a determination is made, the gas supply amount to the internal space 104 through the gas supply path 133 is gradually increased.

予熱気体供給経路136及び第6弁146は、実施の形態1及び3にも適用可能である。   The preheating gas supply path 136 and the sixth valve 146 are also applicable to the first and third embodiments.

実施の形態2においても、実施の形態1と同様、第2循環経路302により、気体状態の作動流体が第1容器112dの内部空間104に供給される。さらに、実施の形態2では、発電機116の発熱量が小さい場合に備えて、気液分離器117が設けられている。発電機116の発熱量が小さいと、第2容器112eから流出する作動流体は、完全な気体状態とならず、液体を含む状態となり得る。そのような場合に、気液分離器117は、作動流体を、気体状態の作動流体と液体状態の作動流体とに分離する。気体状態の作動流体は、第1容器112dの内部空間104に供給される。液体状態の作動流体は、液体排出経路135を経由して凝縮器113に供給される。そして、凝縮器113は、この作動流体を、膨張機構112aを通過した作動流体及び第2容器112eを通過した作動流体とともに冷却する。   Also in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the working fluid in a gaseous state is supplied to the internal space 104 of the first container 112d through the second circulation path 302. Further, in the second embodiment, a gas-liquid separator 117 is provided in preparation for a case where the amount of heat generated by the generator 116 is small. When the calorific value of the generator 116 is small, the working fluid flowing out from the second container 112e may not be in a completely gaseous state but may include a liquid. In such a case, the gas-liquid separator 117 separates the working fluid into a gaseous working fluid and a liquid working fluid. The working fluid in a gaseous state is supplied to the internal space 104 of the first container 112d. The working fluid in a liquid state is supplied to the condenser 113 via the liquid discharge path 135. The condenser 113 cools the working fluid together with the working fluid that has passed through the expansion mechanism 112a and the working fluid that has passed through the second container 112e.

発電機116の発電量が小さい期間においては、発電機116の発熱量が小さくなる。この期間では、第2容器112eから流出した作動流体は、気液二相状態となり得る。このような場合であっても、実施の形態2の気液分離器117によれば、気液二相状態の作動流体を、気体状態の作動流体と液体状態の作動流体とに分離することができる。そして、気体状態の作動流体を、気体軸受112cに供給することができる。   During a period when the power generation amount of the generator 116 is small, the heat generation amount of the generator 116 is small. In this period, the working fluid flowing out from the second container 112e can be in a gas-liquid two-phase state. Even in such a case, according to the gas-liquid separator 117 of the second embodiment, the working fluid in the gas-liquid two-phase state can be separated into the working fluid in the gas state and the working fluid in the liquid state. it can. And the working fluid in a gaseous state can be supplied to the gas bearing 112c.

(実施の形態3)
次に、実施の形態3のランキサイクル装置について説明する。図3は実施の形態3におけるランキンサイクル装置400の構成図である。実施の形態3では、実施の形態1と共通する部分については、説明を省略することがある。
(Embodiment 3)
Next, the Rankine cycle apparatus of Embodiment 3 is demonstrated. FIG. 3 is a configuration diagram of Rankine cycle apparatus 400 according to the third embodiment. In the third embodiment, description of portions common to the first embodiment may be omitted.

ランキンサイクル装置400は、再熱器118を含んでいる。再熱器118は、熱回収路118aと、熱付与路118bと、を含んでいる。再熱器118では、熱回収路118aにおける作動流体と熱付与路118bにおける作動流体とが熱交換を行う。熱回収路118aには、相対的に低温の作動流体が流入する。熱付与路118bには、相対的に高温の作動流体が流入する。   Rankine cycle apparatus 400 includes a reheater 118. The reheater 118 includes a heat recovery path 118a and a heat application path 118b. In the reheater 118, the working fluid in the heat recovery path 118a exchanges heat with the working fluid in the heat application path 118b. A relatively low temperature working fluid flows into the heat recovery path 118a. A relatively high temperature working fluid flows into the heat application path 118b.

ランキンサイクル装置400では、第1循環経路201に代えて、第1循環経路401が構成されている。第1循環経路401は、作動流体が流れる経路である。第1循環経路401において、ポンプ115と、第1接続点p1と、熱回収路118aと、蒸発器111と、第1入口105iと、膨張機構112aと、第1出口105oと、熱付与路118bと、凝縮器113と、がこの順に現れる。具体的には、第1循環経路401において、ポンプ115と、第1接続点p1と、熱回収路118aと、蒸発器111と、第2温度センサ152と、第2接続点p2と、第1入口105iと、膨張機構112aと、第1出口105oと、第3接続点p3と、第4接続点p4と、熱付与路118bと、凝縮器113と、第1温度センサ151と、がこの順に現れる。   In the Rankine cycle device 400, a first circulation path 401 is configured instead of the first circulation path 201. The first circulation path 401 is a path through which the working fluid flows. In the first circulation path 401, the pump 115, the first connection point p1, the heat recovery path 118a, the evaporator 111, the first inlet 105i, the expansion mechanism 112a, the first outlet 105o, and the heat application path 118b. And the condenser 113 appear in this order. Specifically, in the first circulation path 401, the pump 115, the first connection point p1, the heat recovery path 118a, the evaporator 111, the second temperature sensor 152, the second connection point p2, and the first connection point p1 The inlet 105i, the expansion mechanism 112a, the first outlet 105o, the third connection point p3, the fourth connection point p4, the heat application path 118b, the condenser 113, and the first temperature sensor 151 are arranged in this order. appear.

ランキンサイクル装置400では、第2循環経路202に代えて、第2循環経路402が構成されている。第2循環経路402は、作動流体が流れる経路である。第2循環経路402において、ポンプ115と、第1接続点p1と、第2容器112eと、第2入口106iと、内部空間104と、第2出口106oと、熱付与路118bと、凝縮器113と、がこの順に現れる。具体的には、第2循環経路402において、ポンプ115と、第1接続点p1と、第2容器112eと、第3弁143と、ヒーター119と、第3温度センサ153と、第2入口106iと、内部空間104と、第2出口106oと、第4弁144と、第4接続点p4と、熱付与路118bと、凝縮器113と、がこの順に現れる。   In the Rankine cycle device 400, a second circulation path 402 is configured instead of the second circulation path 202. The second circulation path 402 is a path through which the working fluid flows. In the second circulation path 402, the pump 115, the first connection point p1, the second container 112e, the second inlet 106i, the internal space 104, the second outlet 106o, the heat application path 118b, and the condenser 113 are provided. And appear in this order. Specifically, in the second circulation path 402, the pump 115, the first connection point p1, the second container 112e, the third valve 143, the heater 119, the third temperature sensor 153, and the second inlet 106i. The internal space 104, the second outlet 106o, the fourth valve 144, the fourth connection point p4, the heat application path 118b, and the condenser 113 appear in this order.

本実施の形態では、再熱器118は、第1循環経路401内の温度が異なる地点の作動流体同士で熱交換を行ういわゆる内部熱交換器である。再熱器118として、例えば、プレート式熱交換器を使用できる。   In the present embodiment, the reheater 118 is a so-called internal heat exchanger that performs heat exchange between working fluids at different points in the first circulation path 401. As the reheater 118, for example, a plate heat exchanger can be used.

本実施の形態では、気体排出経路134の接続先である第4接続点p4は、第1循環経路401のうち第3接続点p3と熱付与路118bの入口の間の部分にある。このようにすれば、第1容器112dの内部空間104から第2出口106oを介して流出した作動流体が熱付与路118bに供給される。そして、この作動流体と熱回収路118aにおける作動流体とが熱交換することができる。また、このようにすれば、第1出口105oを通じて第1容器112dの内部空間104から流出する作動流体の流れを妨げ難い。ただし、第4接続点p4は、第1循環経路401のうち第1出口105oと熱付与路118bの入口の間の任意の部分に設定され得る。また、第4接続点p4は、バイパス経路131のうち第2弁142の出口と第3接続点p3の間の任意の部分に設定され得る。   In the present embodiment, the fourth connection point p4, which is the connection destination of the gas discharge path 134, is in the portion of the first circulation path 401 between the third connection point p3 and the inlet of the heat application path 118b. In this way, the working fluid flowing out from the internal space 104 of the first container 112d through the second outlet 106o is supplied to the heat applying path 118b. The working fluid and the working fluid in the heat recovery path 118a can exchange heat. In this way, it is difficult to hinder the flow of the working fluid flowing out from the internal space 104 of the first container 112d through the first outlet 105o. However, the fourth connection point p4 can be set at any part of the first circulation path 401 between the first outlet 105o and the inlet of the heat application path 118b. Further, the fourth connection point p4 can be set at any part of the bypass path 131 between the outlet of the second valve 142 and the third connection point p3.

以上のように、本実施の形態では、第2容器112eで加熱された作動流体が、第1容器112dの内部空間104を経由して、再熱器118の熱付与路118bに流入する。再熱器118では、熱付与路118bにおける作動流体と熱回収路118aにおける作動流体との間で熱交換が行われる。この熱交換により、熱回収路118aにおける作動流体が加熱される。加熱された作動流体は、蒸発器111及び膨張機構112aへと流れていく。このため、熱回収路118aで作動流体に与えられた熱の分だけ、膨張機構112aで得られる回転動力を増加させることができる。また、この分だけ、発電機116における発電量を増加させることができる。このように、本実施の形態によれば、発電機の熱を、回転動力増加及び発電量増加に寄与させることができる。   As described above, in the present embodiment, the working fluid heated in the second container 112e flows into the heat application path 118b of the reheater 118 via the internal space 104 of the first container 112d. In the reheater 118, heat is exchanged between the working fluid in the heat application path 118b and the working fluid in the heat recovery path 118a. By this heat exchange, the working fluid in the heat recovery path 118a is heated. The heated working fluid flows to the evaporator 111 and the expansion mechanism 112a. For this reason, the rotational power obtained by the expansion mechanism 112a can be increased by the amount of heat given to the working fluid in the heat recovery path 118a. Further, the amount of power generation in the generator 116 can be increased by this amount. Thus, according to this Embodiment, the heat of a generator can be contributed to rotation power increase and electric power generation amount increase.

なお、再熱器118は、実施の形態2及び4にも適用できる。   The reheater 118 can also be applied to the second and fourth embodiments.

(実施の形態4)
次に、実施の形態4のランキサイクル装置について説明する。図4は実施の形態4におけるランキンサイクル装置500の構成図である。実施の形態4では、実施の形態2と共通する部分については、説明を省略することがある。
(Embodiment 4)
Next, the Rankine cycle apparatus of Embodiment 4 is demonstrated. FIG. 4 is a configuration diagram of a Rankine cycle apparatus 500 according to the fourth embodiment. In the fourth embodiment, description of parts common to the second embodiment may be omitted.

ランキンサイクル装置500は、減圧器147を含んでいる。減圧器147は、冷却経路132において現れる。   The Rankine cycle apparatus 500 includes a decompressor 147. The decompressor 147 appears in the cooling path 132.

第2循環経路302に代えて、第2循環経路502が構成されている。第2循環経路502は、作動流体が流れる経路である。第2循環経路502において、ポンプ115と、第1接続点p1と、減圧器147と、第2容器112eと、第2入口106iと、内部空間104と、第2出口106oと、凝縮器113と、がこの順に現れる。具体的には、第2循環経路502において、ポンプ115と、第1接続点p1と、減圧器147と、第2容器112eと、入口117iと、気体出口117ogと、第3温度センサ153と、第3弁143と、第2入口106iと、内部空間104と、第2出口106oと、第4弁144と、第4接続点p4と、凝縮器113と、がこの順に現れる。   Instead of the second circulation path 302, a second circulation path 502 is configured. The second circulation path 502 is a path through which the working fluid flows. In the second circulation path 502, the pump 115, the first connection point p1, the decompressor 147, the second container 112e, the second inlet 106i, the internal space 104, the second outlet 106o, and the condenser 113 , Appear in this order. Specifically, in the second circulation path 502, the pump 115, the first connection point p1, the decompressor 147, the second container 112e, the inlet 117i, the gas outlet 117og, the third temperature sensor 153, The third valve 143, the second inlet 106i, the internal space 104, the second outlet 106o, the fourth valve 144, the fourth connection point p4, and the condenser 113 appear in this order.

ランキンサイクル装置500では、第3循環経路303に代えて、第3循環経路503が構成されている。第3循環経路503は、作動流体が流れる経路である。第3循環経路503において、ポンプ115と、第1接続点p1と、減圧器147と、第2容器112eと、気液分離器117の入口117iと、気液分離器117の液出口117olと、凝縮器113と、がこの順に現れる。具体的には、第3循環経路503において、ポンプ115と、第1接続点p1と、減圧器147と、第2容器112eと、気液分離器117の入口117iと、気液分離器117の液出口117olと、第5弁145と、第6接続点p6と、凝縮器113と、がこの順に現れる。   In the Rankine cycle device 500, a third circulation path 503 is configured instead of the third circulation path 303. The third circulation path 503 is a path through which the working fluid flows. In the third circulation path 503, the pump 115, the first connection point p1, the decompressor 147, the second container 112e, the inlet 117i of the gas-liquid separator 117, the liquid outlet 117ol of the gas-liquid separator 117, The condenser 113 appears in this order. Specifically, in the third circulation path 503, the pump 115, the first connection point p1, the decompressor 147, the second container 112e, the inlet 117i of the gas-liquid separator 117, and the gas-liquid separator 117 The liquid outlet 117ol, the fifth valve 145, the sixth connection point p6, and the condenser 113 appear in this order.

減圧器147により、減圧された作動流体を第2容器112eに供給することができる。減圧器147としては、減圧弁及びキャピラリーチューブが例示される。減圧器147として減圧弁を用いる場合には、減圧弁の開度を変更することによって、減圧量を調整することができる。   The decompressor 147 can supply the decompressed working fluid to the second container 112e. Examples of the pressure reducer 147 include a pressure reducing valve and a capillary tube. When a pressure reducing valve is used as the pressure reducing device 147, the amount of pressure reduction can be adjusted by changing the opening of the pressure reducing valve.

減圧器147の作用について、図5のモリエル線図を用いて説明する。図5では、減圧器147がある場合とない場合との相違が示されている。図5の横軸は、エンタルピーhを指す。図5の縦軸は、圧力Pを指す。   The operation of the decompressor 147 will be described with reference to the Mollier diagram of FIG. FIG. 5 shows the difference between the case with and without the pressure reducer 147. The horizontal axis in FIG. 5 indicates the enthalpy h. The vertical axis in FIG.

図5において、点A3は、ポンプ115の入口における作動流体の状態を表す。点B1は、ポンプ115の出口の作動流体の状態を表す。図5に示すように、ポンプ115により、作動流体の圧力は、圧力P3から圧力P1まで昇圧する。 In FIG. 5, a point A3 represents the state of the working fluid at the inlet of the pump 115. Point B1 represents the state of the working fluid at the outlet of the pump 115. As shown in FIG. 5, the pressure of the working fluid is increased from the pressure P 3 to the pressure P 1 by the pump 115.

減圧器147がない場合、第2容器112eには、圧力P1の作動流体が供給される。ここで、発電機116から第2容器112eにおける作動流体に、熱量Q=hC−hBが与えられるとする。点C1は、この熱量Qが与えられた後の作動流体の状態を表す。点C1は、飽和液線よりも左の領域にある。このことは、第2容器112eで作動流体が気化していないことを意味する。つまり、このことは、第2容器112eの出口における作動流体が液体状態に維持されていることを意味する。 When the decompressor 147 is not provided, the working fluid having the pressure P 1 is supplied to the second container 112e. Here, it is assumed that the heat quantity Q = h C −h B is given from the generator 116 to the working fluid in the second container 112e. Point C1 represents the state of the working fluid after the amount of heat Q is given. Point C1 is in the region to the left of the saturated liquid line. This means that the working fluid is not vaporized in the second container 112e. That is, this means that the working fluid at the outlet of the second container 112e is maintained in a liquid state.

点C1の状態にある作動流体を気体状態とするには、第3弁143、第4弁144及び第5弁145の開度を減少させることが考えられる。このようにすれば、冷却経路132における作動流体の流量が減少する。作動流体の流量が減少することによって、発電機116による、第2容器112eにおける作動流体の単位質量当たりの加熱量が増加する。そして、作動流体の温度の上昇幅が大きくなる。ただし、このようにする場合、作動流体の温度がT1以上となるまでは、作動流体は気体状態にならない。このため、温度TgがT1以上となるまで、第1容器112dに気体状態の作動流体を供給することができない。 In order to change the working fluid in the state of the point C <b> 1 to a gas state, it is conceivable to reduce the opening degrees of the third valve 143, the fourth valve 144, and the fifth valve 145. In this way, the flow rate of the working fluid in the cooling path 132 is reduced. As the flow rate of the working fluid decreases, the amount of heating per unit mass of the working fluid in the second container 112e by the generator 116 increases. And the rise of the temperature of a working fluid becomes large. However, in this case, the working fluid does not enter a gaseous state until the temperature of the working fluid reaches T 1 or more. Therefore, until the temperature Tg is above T 1, it is impossible to supply the working fluid in a gaseous state to the first container 112d.

これに対し、本実施の形態では、減圧器147により、冷却経路132を流れる作動流体の圧力を、P1からP2まで減圧させることができる。図5の点B2は、この減圧後の作動流体の状態を表す。この減圧により得られた圧力P2の作動流体が、第2容器112eに供給される。発電機116から第2容器112eにおける作動流体に、熱量Q=hC−hBが与えられるとする。点C2は、この熱量Qが与えられた後の作動流体の状態を表す。点C2は、飽和液線と飽和気線に挟まれた気液二相の領域内にある。このことは、第2容器112eの出口における作動流体が気液二相状態にあることを意味する。この気液二相状態の作動流体は、点D2に示される気体状態の作動流体と、点D2‘に示される液体状態の作動流体と、を含んでいる。点D2の気体状態の作動流体は、気液分離器117によって抽出され得る。 In contrast, in the present embodiment, the pressure of the working fluid flowing through the cooling path 132 can be reduced from P 1 to P 2 by the pressure reducer 147. Point B2 in FIG. 5 represents the state of the working fluid after the pressure reduction. The working fluid having the pressure P 2 obtained by this decompression is supplied to the second container 112e. It is assumed that the amount of heat Q = h C −h B is given from the generator 116 to the working fluid in the second container 112e. Point C2 represents the state of the working fluid after the amount of heat Q is given. The point C2 is in the gas-liquid two-phase region sandwiched between the saturated liquid line and the saturated air line. This means that the working fluid at the outlet of the second container 112e is in a gas-liquid two-phase state. The gas-liquid two-phase working fluid includes a gas-state working fluid indicated by a point D2 and a liquid-state working fluid indicated by a point D2 ′. The working fluid in the gaseous state at the point D2 can be extracted by the gas-liquid separator 117.

以上の説明から理解されるように、減圧器147を用いれば、第2容器112eの出口における作動流体の温度が比較的低い場合であっても、第2容器112eにおいて作動流体を気化させることができる。このため、第2容器112eにおける作動流体との発電機116と熱交換量が比較的小さい場合であっても、気体状態の作動流体を気体軸受112cに供給することができる。   As understood from the above description, when the pressure reducer 147 is used, the working fluid can be vaporized in the second container 112e even when the temperature of the working fluid at the outlet of the second container 112e is relatively low. it can. For this reason, even when the amount of heat exchange with the generator 116 and the working fluid in the second container 112e is relatively small, the working fluid in a gaseous state can be supplied to the gas bearing 112c.

以上のように、本実施の形態の減圧器147によれば、第2容器112eに、減圧した作動流体を供給することができる。この減圧により、作動流体の飽和温度が下がる。ここで、飽和温度は、作動流体が蒸発を開始する温度を指す。飽和温度が下がっているため、第2容器112eにおける作動流体は、発電機116から与えられる熱が比較的小さい場合であっても、気化することができる。このため、本実施の形態によれば、発電機116の発熱が小さく発電機116の温度が低い期間においても、第2容器112eにおける作動流体を気化させ易い。   As described above, according to the decompressor 147 of the present embodiment, the decompressed working fluid can be supplied to the second container 112e. This decompression reduces the saturation temperature of the working fluid. Here, the saturation temperature refers to a temperature at which the working fluid starts to evaporate. Since the saturation temperature is lowered, the working fluid in the second container 112e can be vaporized even when the heat given from the generator 116 is relatively small. For this reason, according to this Embodiment, it is easy to vaporize the working fluid in the 2nd container 112e also in the period when the heat_generation | fever of the generator 116 is small and the temperature of the generator 116 is low.

なお、減圧器147は、実施の形態1及び3にも適用できる。   The decompressor 147 can also be applied to the first and third embodiments.

また、冷却経路132に、減圧器147とともに又は減圧器147に代えて、開閉弁を設けてもよい。ここで、開閉弁は、その開度が0%及び100%の2つから選択される弁である。このようにすれば、第2循環経路502の作動流体の流れを遮断することができる。開閉弁は、実施の形態1〜3にも適用できる。   Further, an on-off valve may be provided in the cooling path 132 together with the pressure reducer 147 or instead of the pressure reducer 147. Here, the on-off valve is a valve whose opening degree is selected from two of 0% and 100%. In this way, the flow of the working fluid in the second circulation path 502 can be blocked. The on-off valve can also be applied to the first to third embodiments.

上記実施の形態に係るランキンサイクル装置は、作動流体によって熱を回収し、回収した熱を利用する熱回収システムに適用できる。また、このランキンサイクル装置は、CHPシステム等のコジェネレーションシステムにも適用できる。   The Rankine cycle device according to the above embodiment can be applied to a heat recovery system that recovers heat with a working fluid and uses the recovered heat. This Rankine cycle device can also be applied to a cogeneration system such as a CHP system.

104 内部空間
104a,104b 領域
105i,106i,107i,117i 入口
105o,106o,117og,117ol 出口
111 蒸発器
112 膨張機
112a 膨張機構
112b 回転軸
112c 気体軸受
112d,112e 容器
112p 仕切り
113 凝縮器
115 ポンプ
116 発電機
116a 回転子
116b 固定子
117 気液分離器
118 再熱器
118a 熱回収路
118b 熱付与路
119 ヒーター
131,132,133,134,135,136,201,202,204,302,303,305,401,402,502,503 経路
141,142,143,144,145,146 弁
147 減圧器
150 制御装置
151,152,153 温度センサ
200,300,400,500 ランキンサイクル装置
p1,p2,p3,p4,p5,p6 接続点
104 Internal space 104a, 104b Regions 105i, 106i, 107i, 117i Inlet 105o, 106o, 117og, 117ol Outlet 111 Evaporator 112 Expander 112a Expansion mechanism 112b Rotating shaft 112c Gas bearing 112d, 112e Container 112p Partition 113 Condenser 115 Pump 116 Generator 116a Rotor 116b Stator 117 Gas-liquid separator 118 Reheater 118a Heat recovery path 118b Heat application path 119 Heater 131, 132, 133, 134, 135, 136, 201, 202, 204, 302, 303, 305 , 401, 402, 502, 503 Route 141, 142, 143, 144, 145, 146 Valve 147 Pressure reducer 150 Controller 151, 152, 153 Temperature sensor 200, 300, 400, 50 0 Rankine cycle device p1, p2, p3, p4, p5, p6 Connection point

Claims (5)

ランキンサイクル装置であって、
前記ランキンサイクル装置は、ポンプと、蒸発器と、膨張機と、凝縮器と、を含み、
前記膨張機は、膨張機構と、発電機と、回転軸と、気体軸受と、第1容器と、第2容器と、を含み、
前記発電機は、回転子と、固定子と、を含み、
前記回転軸は、前記膨張機構と前記回転子とを連結し、
前記気体軸受は、前記回転軸を支持し、
前記第1容器は、内部空間と、第1入口と、第1出口と、第2入口と、第2出口と、を含み、
前記内部空間は、前記膨張機構、前記発電機、前記回転軸及び前記気体軸受を収納し、
前記第2容器は、前記第1容器に取り付けられており、
前記ランキンサイクル装置では、作動流体が流れる第1循環経路と、前記作動流体が流れる第2循環経路と、が構成されており、
前記第1循環経路において、前記ポンプと、第1接続点と、前記蒸発器と、前記第1入口と、前記膨張機構と、前記第1出口と、前記凝縮器と、がこの順に現れ、
前記第2循環経路において、前記ポンプと、前記第1接続点と、前記第2容器と、前記第2入口と、前記内部空間と、前記第2出口と、前記凝縮器と、がこの順に現れ、
前記第2容器における前記作動流体と前記発電機とが熱交換を行う、ランキンサイクル装置。
Rankine cycle device,
The Rankine cycle device includes a pump, an evaporator, an expander, and a condenser.
The expander includes an expansion mechanism, a generator, a rotating shaft, a gas bearing, a first container, and a second container,
The generator includes a rotor and a stator,
The rotating shaft connects the expansion mechanism and the rotor,
The gas bearing supports the rotating shaft,
The first container includes an internal space, a first inlet, a first outlet, a second inlet, and a second outlet,
The internal space houses the expansion mechanism, the generator, the rotating shaft, and the gas bearing,
The second container is attached to the first container;
In the Rankine cycle device, a first circulation path through which the working fluid flows and a second circulation path through which the working fluid flows are configured,
In the first circulation path, the pump, the first connection point, the evaporator, the first inlet, the expansion mechanism, the first outlet, and the condenser appear in this order,
In the second circulation path, the pump, the first connection point, the second container, the second inlet, the internal space, the second outlet, and the condenser appear in this order. ,
The Rankine cycle apparatus in which the working fluid and the generator in the second container exchange heat.
前記ランキンサイクル装置は、気液分離器を含み、
前記ランキンサイクル装置では、前記作動流体が流れる第3循環経路が構成されており、
前記第2循環経路において、前記ポンプと、前記第1接続点と、前記第2容器と、前記気液分離器の入口と、前記気液分離器の気体出口と、前記第2入口と、前記内部空間と、前記第2出口と、前記凝縮器と、がこの順に現れ、
前記第3循環経路において、前記ポンプと、前記第1接続点と、前記第2容器と、前記気液分離器の前記入口と、前記気液分離器の液出口と、前記凝縮器と、がこの順に現れる、請求項1に記載のランキンサイクル装置。
The Rankine cycle device includes a gas-liquid separator,
In the Rankine cycle device, a third circulation path through which the working fluid flows is configured,
In the second circulation path, the pump, the first connection point, the second container, the inlet of the gas-liquid separator, the gas outlet of the gas-liquid separator, the second inlet, An internal space, the second outlet, and the condenser appear in this order,
In the third circulation path, the pump, the first connection point, the second container, the inlet of the gas-liquid separator, the liquid outlet of the gas-liquid separator, and the condenser are: The Rankine cycle apparatus according to claim 1, which appears in this order.
前記ランキンサイクル装置は、再熱器を含み、
前記再熱器は、熱付与路と、熱回収路と、を含み、
前記第1循環経路において、前記ポンプと、前記第1接続点と、前記熱回収路と、前記蒸発器と、前記第1入口と、前記膨張機構と、前記第1出口と、前記熱付与路と、前記凝縮器と、がこの順に現れ、
前記第2循環経路において、前記ポンプと、前記第1接続点と、前記第2容器と、前記第2入口と、前記内部空間と、前記第2出口と、前記熱付与路と、前記凝縮器と、がこの順に現れ、
前記熱付与路における前記作動流体と前記熱回収路における前記作動流体とが熱交換を行う、請求項1又は2に記載のランキンサイクル装置。
The Rankine cycle device includes a reheater,
The reheater includes a heat application path and a heat recovery path,
In the first circulation path, the pump, the first connection point, the heat recovery path, the evaporator, the first inlet, the expansion mechanism, the first outlet, and the heat application path. And the condenser appear in this order,
In the second circulation path, the pump, the first connection point, the second container, the second inlet, the internal space, the second outlet, the heat application path, and the condenser And appear in this order,
The Rankine cycle apparatus according to claim 1 or 2, wherein the working fluid in the heat application path and the working fluid in the heat recovery path exchange heat.
前記ランキンサイクル装置は、減圧器を含み、
前記第2循環経路において、前記ポンプと、前記第1接続点と、前記減圧器と、前記第2容器と、前記第2入口と、前記内部空間と、前記第2出口と、前記凝縮器と、がこの順に現れる、請求項1〜3のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
The Rankine cycle device includes a decompressor,
In the second circulation path, the pump, the first connection point, the decompressor, the second container, the second inlet, the internal space, the second outlet, and the condenser The Rankine cycle apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein, appear in this order.
前記ランキンサイクル装置は、前記回転軸の軸方向に垂直な断面であって、前記発電機と、前記第1容器を構成する壁と、前記第2容器とがこの順に並ぶ断面を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。   The Rankine cycle device has a cross section perpendicular to the axial direction of the rotating shaft, wherein the generator, a wall constituting the first container, and the second container are arranged in this order. Rankine cycle apparatus as described in any one of 1-4.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210143172A (en) 2019-03-26 2021-11-26 고쿠리츠다이가쿠호우징 카가와다이가쿠 Anti-obesity activator and method for suppressing obesity using allitol as an active ingredient
WO2022048175A1 (en) * 2020-09-02 2022-03-10 珠海格力电器股份有限公司 Gas supply system of gas bearing for compressor, operation method and refrigeration system

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