JP5081894B2

JP5081894B2 - 発電装置

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Publication number: JP5081894B2
Application number: JP2009283182A
Authority: JP
Inventors: 省二吉村
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2029-12-14
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Description

本発明は、バイナリー発電に用いられる発電装置に関するものである。

特許文献１に示すように、給油式のスクリュ膨張機（スクリュタービン）で発電機を駆動するようにしたバイナリー発電装置が知られている。図６に示すように、そのバイナリー発電装置１００では、スクリュ膨張機１０１のスクリュロータ１０２のロータ軸１０３と発電機１０４とが連結された発電装置本体１０５、油分離タンク１０６、凝縮器１０７、作動媒体用ポンプ１０８、蒸発器１０９、油サービスタンク１１０、油タンク１１１、および、油用ポンプ１１２を備えている。

スクリュ膨張機１０１は、作動媒体入口１１３を通して送られた作動媒体をスクリュロータ１０２で膨張させ、作動媒体出口１１４から排出する。また、スクリュ膨張機１０１では、油入口１１５からロータ軸１０３を支持する軸受１１６に油が供給され、油出口１１７と連通した作動媒体出口１１４から油が排出されるとともに、作動媒体入口１１３と連通した油入口１１５からスクリュロータ１０２の外周面に油が供給され油出口１１７と連通した作動媒体出口１１４から油が排出される。作動媒体出口１１４から排出された作動媒体および油は、混合物となって油分離タンク１０６へと送られる。油分離タンク１０６では、混合物を油と作動媒体に分離する。油分離タンク１０６で分離された作動媒体は凝縮器１０７で液化し、作動媒体用ポンプ１０８により蒸発器１０９へと送られる。作動媒体は蒸発器１０９により蒸発し、スクリュ膨張機１０１の作動媒体入口１１３へと送られる。また、油分離タンク１０６の油排出口１１８から油タンク１１１へ油が送られる。油は、油タンク１１１から油用ポンプ１１２によりスクリュ膨張機１０１の油入口１１５及び軸受１１６へと送られる。また、バイナリー発電装置１００には、油分離タンク１０６の入口の上流側と油排出口１１８の下流側に接続された油供給ライン１１９に油サービスタンク１１０が介設され、前記入口の上流側と油排出口１１８の下流側との圧力差に応じて、油サービスタンク１１０から油タンク１１１に油が補給されるようになっている。

しかしながら、スクリュ膨張機１０１の油出口１１７は、油入口１１５と比較して低圧になっているため、油出口１１７の下流である油タンク１１１からスクリュ膨張機１０１へ油を供給するのに油用ポンプ１１２が必要となる。また、油分離タンク１０６の大きさは、ガスの流速、または体積流量に依存（例えば、ガスの流速、または体積流量にほぼ比例）する。上述したように、スクリュ膨張機１０１の作動媒体出口１１４は、作動媒体入口１１３と比較して低圧であり、油分離タンク１０６に流入するガスの体積流量が多くなるため、油分離タンク１０６の大きさを大きくする必要があり、バイナリー発電装置１００として大型化してしまうという問題があった。

特開平１１−１０１１０６号公報

本発明は、油ポンプ等の油供給手段を設けることなくスクリュ膨張機に油を供給することができ、装置を小型化できる発電装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明の発電装置は、互いに咬み合うスクリュロータにより形成され作動媒体を膨張させる膨張空間と、前記膨張空間と連通する作動媒体入口および作動媒体出口と、前記スクリュロータのロータ軸を支持する軸受と、前記膨張空間または前記軸受に油を供給する油入口と、前記膨張空間または前記軸受から油を排出する油出口とを有するスクリュ膨張機と、前記スクリュロータのロータ軸と接続される発電機と、前記作動媒体出口および前記油出口と接続され、前記作動媒体出口からの作動媒体と前記油出口からの油とを送流する本体出口側ラインと、前記本体出口側ラインに介設された凝縮器と、前記本体出口側ラインと接続され、前記本体出口側ラインにより送流される作動媒体と油との混合物を圧送するポンプと、前記ポンプにより圧送される混合物中の作動媒体を蒸発させる蒸発器とを備え、前記蒸発器からの作動媒体を前記作動媒体入口に循環供給するとともに前記蒸発器からの油を前記油入口に循環供給する発電装置において、前記蒸発器と前記スクリュ膨張機との間に、作動媒体と油とに分離し、分離した作動媒体を収容する作動媒体収容部と分離した油を収容する油収容部とを有する油分離タンクを介設し、前記油分離タンクの油収容部と前記スクリュ膨張機の油入口とを接続し、前記油入口は、前記軸受と連通する第１油入口と前記膨張空間と連通する第２油入口とからなり、前記油分離タンクの作動媒体収容部と前記スクリュ膨張機の作動媒体入口との間に上流側の圧力が下流側の圧力より大きな値となるように上流側の圧力と下流側の圧力とを調整する圧力調整手段を介設するようにした。

この構成によれば、作動媒体は、作動媒体入口に供給され、スクリュロータの膨張空間で膨張した後、作動媒体入口の作動媒体より低圧となって作動媒体出口から排出される。作動媒体出口から排出され、本体出口側ラインにより送流された作動媒体は、凝縮器で凝縮した後、ポンプにより蒸発器へと圧送される。蒸発器で作動媒体は蒸発する。ポンプに昇圧されるので油分離タンクの内部の圧力は作動媒体出口より高くなる。油入口の油は、スクリュロータの内部へ供給され、油出口へ流れる。油出口の油は、作動媒体出口の作動媒体との混合物となって本体出口側ラインにより送流され、凝縮器を通りポンプへ送られる。混合物は、ポンプによって蒸発器を通り油分離タンクへと圧送される。油分離タンクでは、作動媒体と油とに分離され、作動媒体は作動媒体収容部に収容され、油は油収容部に収容される。油分離タンクの油収容部の油は、圧力差により油入口へと流れる。

この構成によれば、油分離タンクの内部は、ポンプにより作動媒体出口からの混合物が圧送されるため、作動媒体出口と比較して圧力が高くなっている。油分離タンクの油収容部とスクリュ膨張機の第１油入口および第２油入口とは接続されている。第１油入口は、軸受を介して油出口と連通している。油出口は作動媒体出口と連通している。油分離タンクの油収容部と油出口との間には圧力差があるため、油分離タンクの油収容部から油出口側へ油が流れる。したがって、油ポンプ等の油供給手段を設けることなくスクリュロータのロータ軸を支持する軸受に油分離タンクから油を供給することができる。また、圧力調整手段により圧力調整手段の上流側の圧力が下流側の圧力より大きな値となるように上流側の圧力と下流側の圧力とを調整する。圧力調整手段の上流側は油タンクと連通しているので、油分離タンクの圧力は圧力調整手段の上流側の圧力とほぼ同じ値となる。圧力調整手段の下流側は作動媒体入口を介して第１油入口と連通しているので、第１油入口の圧力は、圧力調整手段の下流側の圧力とほぼ同じ値となる。油分離タンクの油収容部と第１油入口との間には圧力差があるため、油分離タンクの油収容部から第１油入口側へ油が流れる。したがって、油ポンプ等の油供給手段を設けることなく第１油入口と連通する作動媒体入口から膨張空間に油分離タンクから油を供給することができる。

前記油入口は、前記軸受と連通することが好ましい。この構成によれば、油分離タンクの内部は、ポンプにより作動媒体出口からの混合物が圧送されるため、作動媒体出口と比較して圧力が高くなっている。油分離タンクの油収容部とスクリュ膨張機の油入口とは接続されている。油入口は、軸受を介して油出口と連通している。油出口は作動媒体出口と連通している。油分離タンクの油収容部と油出口との間には圧力差があるため、油分離タンクの油収容部から油出口側へ油が流れる。したがって、油ポンプ等の油供給手段を設けることなくスクリュロータのロータ軸を支持する軸受に油分離タンクから油を供給することができる。

前記油入口は、前記膨張空間と連通し、前記油分離タンクの作動媒体収容部と前記スクリュ膨張機の作動媒体入口との間に上流側の圧力と下流側の圧力とを調整する圧力調整手段を介設することが好ましい。この構成によれば、圧力調整手段により圧力調整手段の上流側の圧力が下流側の圧力より大きな値となるように上流側の圧力と下流側の圧力とを調整する。圧力調整手段の上流側は油タンクと連通しているので、油分離タンクの圧力は圧力調整手段の上流側の圧力とほぼ同じ値となる。圧力調整手段の下流側は作動媒体入口を介して油入口と連通しているので、油入口の圧力は、圧力調整手段の下流側の圧力とほぼ同じ値となる。油分離タンクの油収容部と油入口との間には圧力差があるため、油分離タンクの油収容部から油入口側へ油が流れる。したがって、油ポンプ等の油供給手段を設けることなく油入口と連通する作動媒体入口から膨張空間に油分離タンクから油を供給することができる。

前記凝縮器から前記蒸発器側へ送流される前記混合物と前記油分離タンクから前記油入口を通して前記軸受に供給される油とが熱交換する熱交換器を設けることが好ましい。この構成によれば、凝縮器から蒸発器側へ送流される混合物と油分離タンクから油入口側へ送流される油とが熱交換器により熱交換する。つまり、蒸発器で加熱され、油分離タンクを通って油入口側へ送流される油は、凝縮器から蒸発器側へ送流される混合物に対して、相対的に高温になっているため、凝縮器から蒸発器側へ送流される混合物により冷却される。したがって、装置内部の作動媒体および油の混合物を利用した簡易な構成により、油入口に供給する油を冷却できる。これにより、軸受に供給する油の粘度を適正に維持、ひいては軸受の十分な潤滑を維持できる。

前記ポンプと前記蒸発器との間に分岐部を設け、該分岐部と前記スクリュロータの膨張空間と連通する前記油入口とを接続することが好ましい。この構成によれば、ポンプにより圧送される混合物を、蒸発器に圧送するとともに、分岐部を通してスクリュロータの膨張空間と連通する油入口に圧送する。これにより、油ポンプ等の油供給手段を設けることなく混合物を構成する油を油入口を通してスクリュ膨張機の膨張空間に供給することができる。

前記蒸発器の上流側に、前記ポンプにより圧送される混合物を加熱する予熱器を設けるとともに、生産井からの気体および液体を含む混合物を気体と液体とに分離し、前記気体を収容する気体収容部と該気体収容部の下方に位置し前記液体を収容する液体収容部とを有する気液分離器を設け、前記気液分離器の気体収容部から気体を前記蒸発器に送気し、前記蒸発器で前記気体との熱交換により前記混合物を蒸発させ、前記蒸発器からの気体、液体、または、気液混合物と前記気液分離器の液体収容部からの液体とを合流させて前記予熱器に送流し、前記予熱器で前記合流させた液体、または、気液混合物と前記ポンプにより圧送される混合物とを熱交換した後、前記予熱器から還元井に気液混合物を送出することが好ましい。この構成によれば、気液分離器で生産井からの気体および液体を分離した後、相対的に低温である液体を予熱器に送流し蒸発器に送られる混合物を加熱する。相対的に高温である気体を蒸発器に送気し、ポンプにより圧送され予熱器で加熱される混合物を蒸発器で蒸発させる。蒸発器に送られる混合物は、予熱器で予め加熱され昇温しているので、蒸発器において、より確実に蒸発することができる。

前記本体出口側ラインと前記ポンプの出口と接続されたポンプ出口側ラインに接続され、開閉弁が介設された戻し流路を設けることが好ましい。この構成によれば、戻し流路の開閉弁を開弁することにより、ポンプにより圧送されるポンプ出口側ラインの混合物は、本体出口側ラインへと戻される。このようにして、ポンプ出口側ラインから供給する作動媒体の供給量が過剰である場合に、その供給量を是正することができる。

本発明によれば、ポンプの下流に油分離タンクを設けることにより、作動媒体出口からの混合物をポンプにより昇圧して油分離タンクに送流することができる。油分離タンクの内部とスクリュ膨張機の油入口との間の圧力差により、スクリュ膨張機の油入口に油ポンプ等の油の供給手段を設けることなく油を供給することができる。また、ポンプの下流に油分離タンクを設けることにより、本体出口側ラインに設ける場合と比較して大型化させずに済むので装置を小型化できる。また、軸受およびスクリュロータの膨張空間の両方に油を供給する場合には、スクリュ膨張機ひいては発電機を駆動する作動媒体の圧力が低下するのを抑えることができるため、動力の損失を軽減できる。

本発明の第１実施形態の発電装置の概略図。本発明の第２実施形態の発電装置の概略図。参考例の発電装置の概略図。本発明の第３実施形態の発電装置の概略図。本発明の第４実施形態の発電装置の概略図。従来の発電装置の概略図。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

図１は、本発明の第１実施形態の発電装置１０を示す。この発電装置１０は、スクリュ膨張機１１、発電機１２、凝縮器１３、ポンプ１４、蒸発器１５、および、油分離タンク１６を備えている。

スクリュ膨張機１１は、互いに咬み合う雌雄一対のスクリュロータ１７を備えている。図１では、ケーシング１８の内部に回転可能に収容された雌雄一対のスクリュロータ１７の内の、発電機１２と接続された側のスクリュロータ１７のみが表れている。スクリュロータ１７には、回転軸方向の両側へ延びるロータ軸１９が設けられている。発電機１２側のロータ軸１９は、ケーシング１８の発電機１２側の面を貫通して外側へ突出している。スクリュロータ１７の両側のロータ軸１９，１９は、それぞれ軸受２０，２０により支持されている。スクリュ膨張機１１には、雌雄一対のスクリュロータ１７とそのスクリュロータ１７を収容するケーシングにより作動媒体を膨張させる膨張空間が形成されている。本実施形態における作動媒体は、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）である。作動媒体には、タービン油等の油が混入されている。スクリュ膨張機１１には、この膨張空間と連通する作動媒体入口２１と作動媒体出口２２とが設けられている。なお、膨張空間には、スクリュロータ１７が回転し、作動媒体を膨張させる過程で、直接には作動媒体入口２１と作動媒体出口２２とに連通しない空間も形成されるが、ここでは簡単のため、作動媒体入口２１と作動媒体出口２２は、膨張空間と連通すると記す。スクリュ膨張機１１には、各軸受２０，２０と連通し、軸受２０に給油する第１油入口２３，２３がそれぞれ設けられている。スクリュ膨張機１１には、作動媒体入口２１に開口して、ロータ外周面、ひいては膨張空間に給油する第２油入口２４が設けられている。スクリュ膨張機１１では、作動媒体入口２１の圧力より作動媒体出口２２の圧力の方が低くなっているため、性能低下を回避する点で、第２油入口２４は、作動媒体入口２１に設けるのが望ましい。第２油入口２４は、上述のとおり、作動媒体入口２１に開口しているので、膨張空間と連通しているともいえる。スクリュ膨張機１１には、各軸受２０，２０から油を排出する第１油出口２５，２５がそれぞれ設けられている。第１油出口２５，２５は、作動媒体出口２２に開口して設けられている。スクリュ膨張機１１のロータ外周面、ひいては膨張空間からの油を排出する第２油出口２６は、作動媒体出口２２と同一である。

発電機１２は、電磁誘導を利用し、ロータ（図示せず）とステータ（図示せず）との相互作用により電気エネルギーを得る装置である。発電機１２のロータ軸は、スクリュ膨張機１１のケーシング１８を貫通して外側に突出したロータ軸１９と、図示しない増減速機械（歯車機構）や、カップリングを介して接続されている。発電機１２は、スクリュ膨張機１１のロータ軸１９が回転駆動することにより、機械的エネルギーを電気エネルギーに変換している。スクリュ膨張機１１と発電機１２は、発電ユニットＧを構成している。

スクリュ膨張機１１の作動媒体出口２２には、本体出口側ライン２７が接続されている。本体出口側ライン２７には、気体を液化させる凝縮器１３が介設されている。

凝縮器１３の出口は、ポンプ１４の入口と接続されている。ポンプ１４は、本体出口側ライン２７により送流された作動媒体と油との混合物を圧送する。

ポンプ１４の出口は、ポンプ１４により圧送された混合物中の作動媒体を蒸発して気化させる蒸発器１５と接続されている。

蒸発器１５の下流には、作動媒体と油の混合物を作動媒体と油とに分離する油分離タンク１６が設けられている。蒸発器１５の出口は、油分離タンク１６と油分離タンク１６の上方部分で接続されている。油分離タンク１６は、分離した作動媒体を収容する作動媒体収容部２８と分離した油を収容する油収容部２９とを備えている。本実施形態において、作動媒体収容部２８は、油分離タンク１６内部の上方部分であり、油収容部２９は作動媒体収容部２８より下方部分である。油分離タンク１６は、旋回流を形成して油を遠心分離するタイプのもの、エレメントで油を捕捉するもの等他のタイプのものを採用してもよい。

油分離タンク１６の作動媒体収容部２８は、作動媒体供給流路３０によりスクリュ膨張機１１の作動媒体入口２１と接続されている。作動媒体供給流路３０には、上流側（油分離タンク１６側）の圧力と下流側（作動媒体入口２１側）の圧力とを調整する絞り機構（圧力調整手段）３１が介設されている。絞り機構３１は、絞り機構３１の上流側の圧力をＰｓ１、下流側の圧力Ｐｓ２とすると、Ｐｓ１＞Ｐｓ２となるように調整される。

油分離タンク１６の油収容部２９は、軸受用油供給流路３２により第１油入口２３，２３と接続されている。軸受用油供給流路３２には、逆止弁等の弁を介設してもよい。また、油分離タンク１６の油収容部２９は、膨張機本体用油供給流路３３により、第２油入口２４と接続されている。膨張機本体用油供給流路３３には、逆止弁等の弁を介設してもよい。

以上の構成からなる発電装置１０の動作について説明する。

スクリュ膨張機１１は、作動媒体入口２１を通して送られた作動媒体をスクリュロータ１７の膨張空間で膨張させ、作動媒体出口２２から排出する。また、スクリュ膨張機１１は、第１油入口２３からロータ軸１９を支持する軸受２０に油を供給し、第１油出口２５と連通した作動媒体出口２２から油を排出するとともに、作動媒体入口２１と連通した第２油入口２４からスクリュロータ１７の外周面、ひいては膨張空間に油を供給し第２油出口２６と連通した作動媒体出口２２から油を排出する。本実施形態において、軸受２０の周囲の圧力は、略大気圧となっている。作動媒体出口２２から排出された作動媒体および油は、作動媒体が気体状態であり、かつ、油はミスト状（粒状、液体）である混合物となって本体出口側ライン２７により凝縮器１３へ送流される。本実施形態において、本体出口側ライン２７の圧力は、０．１６ＭＰａである。凝縮器１３では、混合物の気体の作動媒体が液化する。そして、凝縮器１３から作動媒体と油の両方が液体となっている混合物が、ポンプ１４に送られる。ポンプ１４は、混合物を昇圧し蒸発器１５へ圧送する。本実施形態において、ポンプ１４と蒸発器１５の間の圧力は、０．８ＭＰａである。蒸発器１５では、ポンプ１４により圧送された混合物は、高温流体（例えば、蒸気）と熱交換し昇温する。その結果、混合物のうち、作動媒体は気体状態となるが、油はミスト状（粒状、液体）のままである。そして、蒸発器１５からの作動媒体と油の混合物は、油分離タンク１６へと送られる。本実施形態において、蒸発器１５と油分離タンク１６の間の圧力は、０．８ＭＰａから蒸発器１５で生じた圧力損失αを減じたものである。油分離タンク１６では、重力により気体状態の作動媒体と液体状態の油の混合物を油と作動媒体に分離する。作動媒体は作動媒体収容部２８に収容され、油は、油収容部２９に収容される。

作動媒体供給流路３０の絞り機構３１を、Ｐｓ１（上流側の圧力）＞Ｐｓ２（下流側の圧力）となるように調整して一定時間経過すると、作動媒体供給流路３０の絞り機構３１の上流側と接続された油分離タンク１６の内部の圧力はＰｓ１とほぼ同じ値となる。そして、作動媒体供給流路３０の絞り機構３１の下流側と接続されたスクリュ膨張機１１の作動媒体入口２１の圧力はＰｓ２とほぼ同じ値となる。つまり、油分離タンク１６の内部の圧力は、スクリュ膨張機１１の作動媒体入口２１と連通する第２油入口２４の圧力より高い。したがって、油分離タンク１６で分離された作動媒体は、作動媒体収容部２８から作動媒体供給流路３０へ送られるとともに、油分離タンク１６の油収容部２９の油は、第２油入口２４へ供給される。

一方、第１油出口２５を介して作動媒体出口２２と連通する第１油入口２３における圧力も油分離タンク１６における圧力に対して相対的に低くなっている。したがって、油分離タンク１６の油収容部２９から油の一部を第１油入口２３へ供給することができる。

ポンプ１４の下流に油分離タンク１６を設けることにより、作動媒体出口２２からの混合物をポンプ１４により昇圧して油分離タンク１６に送流することができる。油分離タンク１６の内部とスクリュ膨張機１１の油入口２３，２４との間の圧力差により、スクリュ膨張機１１の油入口２３，２４に油ポンプ等の油の供給手段を設けることなく油を供給することができる。また、ポンプ１４の下流に油分離タンク１６を設けることにより、本体出口側ライン２７に設ける場合と比較して大型化させずに済むので装置を小型化できる。また、軸受２０およびスクリュロータ１７の膨張空間の両方に油を供給する場合には、スクリュ膨張機１１ひいては発電機１２を駆動する作動媒体の圧力が低下するのを抑えることができるため、動力の損失を軽減できる。

なお、通常、油分離タンク１６に供給される油混じりの作動媒体の体積流量は、スクリュ膨張機１１の作動媒体出口２２側における作動媒体の体積流量の数分の１（例えば約１／５）程度となる。上述のとおり、所望する油分離の効果を得るために、油分離タンク１６の大きさは、ガスの流速（あるいは体積流量）にほぼ比例した大きさとする必要がある。そうすると、本発明のように、油分離タンク１６をスクリュ膨張機１１の作動媒体入口２１側に設けると、作動媒体出口２２に設けた場合に比して、その大きさは、数分の１程度に抑えることができる。

図２は、本発明の第２実施形態の発電装置１０を示す。本実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。

発電装置１０には、第１実施形態の構成に加えて、凝縮器１３から蒸発器１５側へ送流される作動媒体と油の混合物と、油分離タンク１６から軸受用油供給流路３２により第１油入口２３側へ送流される油とが熱交換する熱交換器３４が設けられている。

発電装置１０の運転中には、蒸発器１５で加熱され、油分離タンク１６を通って第１油入口２３側へ送流される油は、凝縮器１３から蒸発器１５側へ送流される混合物に対して、相対的に高温になっている。そのため、凝縮器１３から蒸発器１５側へ送流される混合物と油分離タンク１６から軸受用油供給流路３２により第１油入口２３側へ送流される油とが熱交換器３４により熱交換する。その結果、油分離タンク１６から軸受用油供給流路３２により第１油入口２３側へ送流される油は、凝縮器１３から蒸発器１５側へ送流される混合物により冷却される。したがって、発電装置１０内部の作動媒体および油の混合物を利用した簡易な構成により、第１油入口２３に供給する油を冷却できる。これにより、軸受２０に供給する油の粘度を適正に維持、ひいては軸受２０の十分な潤滑を維持できる。

図３は、参考例の発電装置１０を示す。該参考例において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。

発電装置１０は、第１実施形態の構成に対して、絞り機構３１、および、膨張機本体用油供給流路３３が設けられていない。ポンプ１４と蒸発器１５との間に分岐部３５が設けられている。分岐部３５は、作動媒体入口２１と接続されている。

本実施形態において、ポンプ１４と蒸発器１５の間の分岐部３５の圧力は、０．８ＭＰａである。蒸発器１５と油分離タンク１６の間の圧力は、０．８ＭＰａから蒸発器１５で生じた圧力損失αを減じたものである。油分離タンク１６の圧力は、その圧力値に対して更に若干低い値（０．８−α−β）（ＭＰａ）となる。油分離タンク１６は、スクリュ膨張機１１の作動媒体入口２１と連通しているので、作動媒体入口２１の圧力は（０．８−α−β）ＭＰａである。したがって、分岐部３５と作動媒体入口２１との間で圧力差が生じる。その結果、ポンプ１４により圧送される混合物は、蒸発器１５に圧送されるとともに、分岐部３５を通してスクリュ膨張機１１の作動媒体入口２１に圧送される。これにより、油ポンプ等の油供給手段を設けることなく混合物を構成する油を作動媒体入口２１を通してスクリュ膨張機１１の膨張空間に供給することができる。そして、供給された油により、スクリュロータ１７を潤滑するとともに、スクリュ膨張機１１の膨張空間においてシールを形成する。これにより、スクリュ膨張機１１の性能を維持できる。本実施形態では、絞り機構３１を設ける必要がないので、スクリュ膨張機１１ひいては発電機１２を駆動する作動媒体の圧力を低下させることがないため、動力上のロスが軽減される。なお、液体状態の作動媒体も作動媒体入口２１を通してスクリュ膨張機１１の膨張空間に供給されるが問題はない。

図４は、本発明の第３実施形態の発電装置１０を示す。本実施形態は、第２実施形態を地熱バイナリー発電の設備に適用したものである。本実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。

発電装置１０には、第１実施形態の構成に加えて、蒸発器１５の上流側に、ポンプ１４により圧送される混合物を加熱する予熱器３６が設けられている。

地中から導かれている生産井からの気体および液体を含む混合物を気体と液体とに分離する気液分離器３７が設けられている。気液分離器３７は、前記気体を収容する気体収容部３８と該気体収容部３８の下方に位置し前記液体を収容する液体収容部３９とを備えている。気液分離器３７の気体収容部３８は、順に、蒸発器１５および予熱器３６と接続され、還元井を介して地中に導かれている。気液分離器３７の液体収容部３９は、予熱器３６と蒸発器１５との間で気体収容部３８からの流路と合流するように接続されている。

本実施形態において、第２実施形態と同様に、熱交換器３４が設けられている。また、凝縮器１３は、空冷式の凝縮器である。

生産井から噴出される気体（蒸気）および液体（熱水）を含む混合物は、気液分離器３７で気体と液体とに分離される。そして、気体は気体収容部３８に収容され、液体は液体収容部３９に収容される。気液分離器３７の気体収容部３８から気体を蒸発器１５に送気し、蒸発器１５で前記気体との熱交換によりポンプ１４により圧送される混合物を蒸発させるとともに、蒸発器１５からの気体、液体、または、気液混合物と気液分離器３７の液体収容部３９からの液体とを合流させて予熱器３６に送流し、予熱器３６で合流させた液体、または、気液混合物とポンプ１４により圧送された混合物とを熱交換した後、予熱器３６から地中に導かれている還元井に気液混合物を送出する。

このように、相対的に低温である液体を予熱器３６に送流して予熱器３６で予め加熱し、相対的に高温である気体を蒸発器１５に送気することにより蒸発器１５に送られた混合物をより確実に蒸発させることができる。

図５は、本発明の第４実施形態の発電装置１０を示す。本実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。

本体出口側ライン２７と、ポンプ１４の出口および蒸発器１５とを接続する流路であるポンプ出口側ライン４０に、開閉弁４１が介設された戻し流路４２が設けられている。

ポンプ出口側ライン４０に設けられた図示しない流量計によって、作動媒体の供給量が過剰であると判断された場合には、戻し流路４２の開閉弁４１を開弁する。これにより、ポンプ１４により圧送されたポンプ出口側ライン４０の混合物は、本体出口側ライン２７へと戻される。このようにして、ポンプ出口側ライン４０から供給する作動媒体の供給量が過剰である場合に、その供給量を是正することができる。

１０発電装置
１１スクリュ膨張機
１２発電機
１３凝縮器
１４ポンプ
１５蒸発器
１６油分離タンク
１７スクリュロータ
１８ケーシング
１９ロータ軸
２０軸受
２１作動媒体入口
２２作動媒体出口
２３第１油入口
２４第２油入口
２５第１油出口
２６第２油出口
２７本体出口側ライン
２８作動媒体収容部
２９油収容部
３０作動媒体供給流路
３１絞り機構（圧力調整手段）
３２軸受用油供給流路
３３膨張機本体用油供給流路
３４熱交換器
３５分岐部
３６予熱器
３７気液分離器
３８気体収容部
３９液体収容部
４０ポンプ出口側ライン
４１開閉弁
４２戻し流路
Ｇ発電ユニット

Claims

互いに咬み合うスクリュロータにより形成され作動媒体を膨張させる膨張空間と、
前記膨張空間と連通する作動媒体入口および作動媒体出口と、
前記スクリュロータのロータ軸を支持する軸受と、
前記膨張空間または前記軸受に油を供給する油入口と、
前記膨張空間または前記軸受から油を排出する油出口と
を有するスクリュ膨張機と、
前記スクリュロータのロータ軸と接続される発電機と、
前記作動媒体出口および前記油出口と接続され、前記作動媒体出口からの作動媒体と前記油出口からの油とを送流する本体出口側ラインと、
前記本体出口側ラインに介設された凝縮器と、
前記本体出口側ラインと接続され、前記本体出口側ラインにより送流される作動媒体と油との混合物を圧送するポンプと、
前記ポンプにより圧送される混合物中の作動媒体を蒸発させる蒸発器と
を備え、
前記蒸発器からの作動媒体を前記作動媒体入口に循環供給するとともに前記蒸発器からの油を前記油入口に循環供給する発電装置において、
前記蒸発器と前記スクリュ膨張機との間に、作動媒体と油とに分離し、分離した作動媒体を収容する作動媒体収容部と分離した油を収容する油収容部とを有する油分離タンクを介設し、
前記油分離タンクの油収容部と前記スクリュ膨張機の油入口とを接続し、
前記油入口は、前記軸受と連通する第１油入口と前記膨張空間と連通する第２油入口とからなり、
前記油分離タンクの作動媒体収容部と前記スクリュ膨張機の作動媒体入口との間に上流側の圧力が下流側の圧力より大きな値となるように上流側の圧力と下流側の圧力とを調整する圧力調整手段を介設したことを特徴とする発電装置。
前記凝縮器から前記蒸発器側へ送流される前記混合物と前記油分離タンクから前記油入口を通して前記軸受に供給される油とが熱交換する熱交換器を設けたことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
前記蒸発器の上流側に、前記ポンプにより圧送される混合物を加熱する予熱器を設けるとともに、
生産井からの気体および液体を含む混合物を気体と液体とに分離し、前記気体を収容する気体収容部と該気体収容部の下方に位置し前記液体を収容する液体収容部とを有する気液分離器を設け、
前記気液分離器の気体収容部から気体を前記蒸発器に送気し、前記蒸発器で前記気体との熱交換により前記混合物を蒸発させ、前記蒸発器からの気体、液体、または、気液混合物と前記気液分離器の液体収容部からの液体とを合流させて前記予熱器に送流し、前記予熱器で前記合流させた液体、または、気液混合物と前記ポンプにより圧送される混合物とを熱交換した後、前記予熱器から還元井に気液混合物を送出することを特徴とする請求項１または２に記載の発電装置。
前記本体出口側ラインと前記ポンプの出口と接続されたポンプ出口側ラインに接続され、開閉弁が介設された戻し流路を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発電装置。