JP5302443B2 - Power generator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power generation apparatus capable of suppressing a drain generated from steam upon generation. <P>SOLUTION: The power generation apparatus 20 generates electricity using supplied steam, and exhausts the steam used in generation. The power generation apparatus 20 includes: a positive displacement expander 22 that generates power in response to a displacement change of an expansion chamber 40 caused by a pressure of steam introduced to the expansion chamber 40; a generator 24 that is connected to the positive displacement expander 22 via a power transmission device 64 such that power from the positive displacement expander 22 is transmitted; and a drain prevention device 58 for preventing drain generated from the supplied steam by allowing the steam to pass through the positive displacement expander 22. <P>COPYRIGHT: (C)2012,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、供給された蒸気から動力(駆動力)を得る駆動源によって、発電機を駆動する発電装置に関し、特に駆動源として容積型膨張機を用いて発電機を駆動する発電装置に関する。   The present invention relates to a power generator that drives a generator by a drive source that obtains power (driving force) from supplied steam, and more particularly to a power generator that drives a generator using a positive displacement expander as a drive source.

工場等の蒸気プロセスにおいて、蒸気の余剰な圧力差を利用して発電を行う発電装置としては、特許文献1に記載された以下の発電装置が知られている。   The following power generation devices described in Patent Document 1 are known as power generation devices that perform power generation using an excess pressure difference of steam in a steam process in a factory or the like.

この発電装置は、上流側の蒸気源(ボイラ等)から供給された蒸気から動力を得る駆動源としてのスクリュ膨張機と、このスクリュ膨張機から前記動力が伝達されるように当該スクリュ膨張機に連結される発電機とを備える。前記スクリュ膨張機は、容積型膨張機であり、膨張室に導入(供給)された前記蒸気の圧力による当該膨張室の容積変化に応じて回転力(動力)を得るものである。   This power generator includes a screw expander as a drive source that obtains power from steam supplied from an upstream steam source (boiler, etc.), and the screw expander so that the power is transmitted from the screw expander. And a generator to be connected. The screw expander is a positive displacement expander, and obtains rotational force (power) according to a change in volume of the expansion chamber due to the pressure of the steam introduced (supplied) into the expansion chamber.

この容積型膨張機では、当該容積型膨張機の上流側(入口)と下流側(出口)との前記蒸気の圧力差を効率よく回転力に変換することが可能であり、従来の蒸気タービン式の駆動源に比べて低圧の蒸気から効率よく発電機を駆動するための回転力(動力)を得ることができる。そのため、前記容積型膨張機を用いた発電装置を前記蒸気プロセス中に配置することで、中小規模の製造工場における小型ボイラー等を蒸気源とした低圧の蒸気、例えば、10気圧未満の蒸気を用いた蒸気プロセスであっても高効率な発電を行うことが可能となる。   In this positive displacement expander, it is possible to efficiently convert the steam pressure difference between the upstream side (inlet) and the downstream side (outlet) of the positive displacement expander into a rotational force. As compared with the driving source, a rotational force (power) for efficiently driving the generator can be obtained from low-pressure steam. Therefore, by arranging a power generation device using the positive displacement expander in the steam process, low-pressure steam using a small boiler or the like in a small-scale manufacturing factory as a steam source, for example, steam of less than 10 atmospheres is used. It is possible to perform highly efficient power generation even in the case of a steam process.

特開2007−74894号公報JP 2007-74894 A

前記のように蒸気から動力を得る容積型膨張機においては、蒸気の有するエネルギーを発電機を駆動する回転力(動力)等に変換して用いるため、当該容積型膨張機を通過することで蒸気の有するエネルギーが減少する。そのため、通常、前記容積型膨張機を通過した蒸気からは当該蒸気の一部が凝縮してドレンが発生する。特に、蒸気の有するエネルギーを効率よく前記動力に変換して発電機を駆動することのできる前記容積型膨張機においては、通過した前記蒸気のエネルギーの減少が大きく、そのためドレンの発生が多くなる。   In the positive displacement expander that obtains power from steam as described above, the energy of the steam is converted into rotational force (power) that drives the generator and used. The energy of has decreased. Therefore, usually, a part of the steam is condensed from the steam that has passed through the positive displacement expander, and drainage is generated. In particular, in the positive displacement expander that can efficiently convert the energy of steam into the motive power to drive the generator, the energy of the steam that has passed through is greatly reduced, and therefore, the generation of drain increases.

このように発生した前記ドレンがドレンセパレータ等によって取り除かれると、前記容積型膨張機の下流側のプロセス(製造プロセス等)に供給される蒸気量が減少する。そのため、前記蒸気プロセスにおいて、余剰蒸気のない状態で前記発電装置が用いられた場合には前記減少分の蒸気を追加する必要が生じる。このように前記蒸気プロセスに新たに蒸気を追加する場合、この蒸気を発生させるために燃料等が別途必要となり、前記蒸気プロセスの経済性が低下する。   When the drain thus generated is removed by a drain separator or the like, the amount of steam supplied to a process (manufacturing process or the like) on the downstream side of the positive displacement expander decreases. Therefore, in the steam process, when the power generation device is used in a state where there is no surplus steam, it is necessary to add the reduced steam. When steam is newly added to the steam process as described above, fuel or the like is separately required to generate the steam, and the economic efficiency of the steam process is lowered.

そこで、本発明は、発電の際に蒸気から発生するドレンを抑制することができる発電装置を提供することを課題とする。   Then, this invention makes it a subject to provide the electric power generating apparatus which can suppress the drain which generate | occur | produces from a vapor | steam in the case of electric power generation.

そこで、上記課題を解消すべく、本発明に係る発電装置は、供給された蒸気によって発電し、発電に利用された前記蒸気を排出する発電装置であって、膨張室に導入された前記蒸気の圧力による当該膨張室の容積変化に応じて動力を発生する容積型膨張機と、前記容積型膨張機からの前記動力が伝達されるように動力伝達手段を介して当該容積型膨張機に連結される発電機と、前記供給された蒸気が前記容積型膨張機を通過することで当該蒸気から発生するドレンを抑制するためのドレン抑制手段とを備えることを特徴とする。   Therefore, in order to solve the above problems, a power generation device according to the present invention is a power generation device that generates power using supplied steam and discharges the steam used for power generation, and is configured to supply the steam introduced into the expansion chamber. A positive displacement expander that generates power in response to a change in the volume of the expansion chamber due to pressure, and the positive displacement expander is connected to the positive displacement expander via a power transmission unit so that the power from the positive displacement expander is transmitted. And a drain suppressing means for suppressing the drain generated from the steam when the supplied steam passes through the positive displacement expander.

かかる構成によれば、当該発電装置に供給された蒸気によって前記容積型膨張機が動力を発生させ、この動力が当該容積型膨張機に連結された前記発電機に伝達されることで当該発電装置が発電する。   According to such a configuration, the positive displacement expander generates power by the steam supplied to the power generation device, and the power is transmitted to the power generator connected to the positive displacement expander, thereby generating the power generation device. Will generate electricity.

このとき、前記蒸気においては、前記容積型膨張機を通過する、換言すると前記膨張室の容積変化によって膨張過程を経ることで当該蒸気の有するエネルギーが減少するが、前記ドレン抑制手段によって当該蒸気からのドレンの発生が抑制される。即ち、前記蒸気からのドレンの発生を抑制しつつ発電することが可能となる。   At this time, in the steam, the energy of the steam decreases by passing through the positive displacement expander, in other words, through the expansion process due to the volume change of the expansion chamber. The generation of drain is suppressed. That is, it is possible to generate power while suppressing the generation of drain from the steam.

本発明に係る発電装置においては、前記容積型膨張機は、スクリュ膨張機である構成が好ましい。   In the power generator according to the present invention, the positive displacement expander is preferably a screw expander.

かかる構成とすることで、湿り蒸気や腐蝕性ガス等からのエネルギー回収も可能となり、当該発電装置における作動流体の制約が少なくなる。また、前記スクリュ膨張機は、回転容積型の流体機械であるため、容積型でありながら取り扱い流量が多く、出力が他の容積型膨張機に比べ大きくなる。そのため、小型でありながら効率よく発電することが可能となる。   By adopting such a configuration, it is possible to recover energy from wet steam, corrosive gas, and the like, and the working fluid restriction in the power generation apparatus is reduced. In addition, since the screw expander is a rotary displacement type fluid machine, it has a large handling flow rate even though it is a displacement type, and its output is larger than that of other displacement type expanders. Therefore, it is possible to generate power efficiently while being small.

また、前記ドレン抑制手段は、前記容積型膨張機の下流側の流路に設けられ、通過する前記蒸気が絞り膨張される絞り膨張手段であってもよい。この場合、前記絞り膨張手段は、減圧弁である構成が好ましい。   Further, the drain suppressing means may be a throttle expansion means that is provided in a flow path on the downstream side of the positive displacement expander so that the passing steam is throttled and expanded. In this case, the throttle expansion means is preferably a pressure reducing valve.

かかる構成によれば、前記容積型膨張機の下流側において、前記容積型膨張機の下流側圧力(出口圧力)から前記流路の下流側のプロセスが必要とする圧力(以下、単に「プロセス側圧力」とも称する。)に前記絞り膨張手段により減圧する際に前記蒸気中に発生していたドレンを再蒸発させ、ドレンの発生を抑制することが可能となる。   According to such a configuration, on the downstream side of the positive displacement expander, the pressure required by the process downstream of the positive displacement expander from the downstream pressure (exit pressure) (hereinafter simply referred to as “process side”). Also referred to as “pressure”), it is possible to re-evaporate the drain generated in the steam when the pressure is reduced by the expansion means, thereby suppressing the generation of the drain.

即ち、前記絞り膨張手段を設けることで、前記蒸気がこの絞り膨張手段を通過する際に絞り膨張作用により比エンタルピーが一定の状態で前記蒸気が減圧されて前記容積型膨張機の出口圧力からプロセス側圧力まで減圧される。この減圧の際に前記蒸気の乾き度が向上して湿り蒸気状態から乾き蒸気状態に向けて前記蒸気の状態量が変化する。即ち、前記容積型膨張機を通過した蒸気中にドレンが発生していた場合、このドレンが再蒸発する。そのため前記絞り膨張手段を設けることで前記容積型膨張機を通過した蒸気からのドレンの発生を抑制しつつ前記蒸気の圧力をプロセス側圧力に調整することが可能となる。   That is, by providing the throttle expansion means, when the steam passes through the expansion means, the steam is decompressed in a state where the specific enthalpy is constant due to the expansion action of the steam, and the process is started from the outlet pressure of the positive displacement expander. The pressure is reduced to the side pressure. During the decompression, the dryness of the steam is improved, and the state quantity of the steam changes from the wet steam state to the dry steam state. That is, when drain is generated in the steam that has passed through the positive displacement expander, the drain is re-evaporated. Therefore, by providing the throttle expansion means, it becomes possible to adjust the pressure of the steam to the process side pressure while suppressing the generation of drain from the steam that has passed through the positive displacement expander.

特に、前記絞り膨張手段を開度調整可能な前記減圧弁で構成することで、前記容積型膨張機に供給される蒸気の流量変動やプロセス側圧力の変動があった場合でも、前記減圧弁を調整することにより前記容積型膨張機の出口圧力を調整し、前記蒸気を当該絞り膨張手段を通過させることで過熱蒸気又は飽和蒸気に状態変化させると共にプロセス側圧力まで減圧することが可能となる。   In particular, by configuring the throttle expansion means with the pressure reducing valve whose opening degree can be adjusted, the pressure reducing valve can be operated even when there is a fluctuation in the flow rate of steam supplied to the positive displacement expander or a fluctuation in process side pressure. By adjusting the pressure, the outlet pressure of the positive displacement expander is adjusted, and by passing the steam through the throttle expansion means, it is possible to change the state to superheated steam or saturated steam and to reduce the pressure to the process side pressure.

また、上流側からの蒸気の流量変動やプロセス側圧力の変動がほとんどない前記蒸気プロセスにおいては、前記絞り膨張手段は、絞り弁又は前記流路に形成された絞り部であってもよい。このように前記絞り膨張手段が開度調整できない前記絞り弁又は前記絞り部で構成されても、前記絞り弁又前記絞り部によって前記容積型膨張機の出口圧力とプロセス側圧力とが、前記同様、前記蒸気が当該絞り弁又は当該絞り部を通過することで過熱蒸気又は飽和蒸気と状態変化するような圧力比となるように流路の開度を設定しておくことで、ドレンの発生を抑制すると共にプロセス側圧力への調整が可能となる。   Further, in the steam process in which there is almost no fluctuation in the steam flow rate or process side pressure from the upstream side, the throttle expansion means may be a throttle valve or a throttle part formed in the flow path. Thus, even if the throttle expansion means is constituted by the throttle valve or the throttle portion whose opening degree cannot be adjusted, the outlet pressure and the process side pressure of the positive displacement expander are the same as those described above by the throttle valve or the throttle portion. By setting the opening degree of the flow path so that the steam has a pressure ratio that changes state with superheated steam or saturated steam by passing through the throttle valve or the throttle part, generation of drain is prevented. It is possible to suppress and adjust to the process side pressure.

また、前記ドレン抑制手段は、ノズル部に供給される蒸気を用いて負圧を発生させてこの負圧によって吸引部から他の蒸気を吸引するエジェクタと、前記容積型膨張機の上流側の流路から分岐した分岐流路と、前記容積型膨張機の下流側に接続された排出流路と、で構成され、前記エジェクタは、前記ノズル部に前記分岐流路が接続されると共に前記吸引部には前記排出流路が接続される構成であってもよい。この場合、前記分岐流路には流量調整弁が設けられる構成が好ましい。   In addition, the drain suppressing means generates a negative pressure using steam supplied to the nozzle portion, and sucks other steam from the suction portion by this negative pressure, and a flow upstream of the positive displacement expander. A branch flow path branched from the path; and a discharge flow path connected to the downstream side of the positive displacement expander. The ejector is connected to the nozzle section and the suction section. May be configured to be connected to the discharge channel. In this case, it is preferable that the branch flow path is provided with a flow rate adjustment valve.

前記容積型膨張機を通過する際の膨張過程で前記蒸気が凝縮されてドレンが一端発生するが、このドレンは、前記排出流路を経て前記エジェクタの吸引部から吸引され、前記容積型膨張機の上流側の前記流路から分流して当該エジェクタのノズル部において過熱蒸気状態となった蒸気と混合されて再度蒸発し、蒸気となる。その結果、当該発電装置全体としては、前記蒸気からのドレンの発生が抑制される。   In the expansion process when passing through the positive displacement expander, the steam is condensed and drain is generated. This drain is sucked from the suction portion of the ejector via the discharge flow path, and the positive displacement expander. The steam is diverted from the flow path on the upstream side and mixed with the steam that is in the superheated steam state in the nozzle portion of the ejector, and is evaporated again to become steam. As a result, the generation of drain from the steam is suppressed as the entire power generation apparatus.

さらに、前記容積型膨張機の排出流路内の前記蒸気は、前記エジェクタによって昇圧されてプロセス側に排出される。即ち、前記容積型膨張機の出口圧力をプロセス側圧力よりも低くすることができる。そのため、前記容積型膨張機の入口圧力と出口圧力との圧力差を蒸気源から供給される蒸気の圧力とプロセス側圧力との圧力差よりも大きくすることが可能となる。そのため、当該発電装置に供給される前記蒸気が有するエネルギーを最大限仕事(動力)として回収することが可能となり、発電効率がより向上する。   Further, the steam in the discharge flow path of the positive displacement expander is pressurized by the ejector and discharged to the process side. That is, the outlet pressure of the positive displacement expander can be made lower than the process side pressure. Therefore, the pressure difference between the inlet pressure and the outlet pressure of the positive displacement expander can be made larger than the pressure difference between the pressure of the steam supplied from the steam source and the process side pressure. Therefore, it becomes possible to collect | recover the energy which the said steam supplied to the said electric power generating apparatus has as work (power) to the maximum, and electric power generation efficiency improves more.

また、前記分岐流路に前記流量調整弁が設けられることで、前記ノズル部に供給される前記蒸気の流量が調整可能となり、前記排出流路内の前記蒸気の圧力(前記容積型膨張機の出口圧力)と前記エジェクタの下流側の蒸気の圧力(プロセス側圧力)との圧力差の調整が容易となる。   Further, by providing the flow rate adjustment valve in the branch flow path, the flow rate of the steam supplied to the nozzle portion can be adjusted, and the pressure of the steam in the discharge flow path (of the positive displacement expander) It is easy to adjust the pressure difference between the outlet pressure) and the pressure of the steam on the downstream side of the ejector (process side pressure).

また、前記ドレン抑制手段は、前記容積型膨張機の下流側の流路に設けられた圧縮機で構成され、この圧縮機は、前記動力伝達手段に連結されて駆動される構成であってもよい。   Further, the drain suppressing means is constituted by a compressor provided in a flow path on the downstream side of the positive displacement expander, and the compressor may be connected to the power transmission means and driven. Good.

かかる構成によれば、前記容積型膨張機を通過する際の膨張過程で前記蒸気が凝縮されてドレンが一端発生するが、このドレンは、前記容積型膨張機から排出された蒸気と共に前記圧縮機内に導入され、当該圧縮機内で圧縮されることで再蒸発して蒸気となる。その結果、当該発電装置全体としては、前記蒸気からのドレンの発生が抑制される。   According to such a configuration, the steam is condensed in the expansion process when passing through the positive displacement expander, and drain is generated at one end. This drain is contained in the compressor together with the steam discharged from the positive displacement expander. And is re-evaporated into steam by being compressed in the compressor. As a result, the generation of drain from the steam is suppressed as the entire power generation apparatus.

また、前記圧縮機により前記容積型膨張機から排出された蒸気の圧力を上昇させることができるため、プロセス側圧力よりも前記容積型膨張機の出口圧力を低くすることができる。即ち、前記同様、前記容積型膨張機の入口圧力と出口圧力との圧力差を蒸気源から供給される蒸気の圧力とプロセス側圧力との圧力差よりも大きくすることが可能となる。そのため、当該発電装置に供給される前記蒸気が有するエネルギーを最大限仕事(動力)として回収することが可能となり、発電効率がより向上する。   Further, since the pressure of the steam discharged from the positive displacement expander can be increased by the compressor, the outlet pressure of the positive displacement expander can be made lower than the process side pressure. That is, as described above, the pressure difference between the inlet pressure and the outlet pressure of the positive displacement expander can be made larger than the pressure difference between the pressure of the steam supplied from the steam source and the process side pressure. Therefore, it becomes possible to collect | recover the energy which the said steam supplied to the said electric power generating apparatus has as work (power) to the maximum, and electric power generation efficiency improves more.

この場合、前記動力伝達手段は、前記容積型膨張機と前記発電機とを連結する回転駆動軸で構成され、前記圧縮機は、前記回転駆動軸に連結されている構成であってもよい。   In this case, the power transmission means may be constituted by a rotary drive shaft that connects the positive displacement expander and the generator, and the compressor may be connected to the rotary drive shaft.

かかる構成によれば、前記回転駆動軸を介して前記容積型膨張機と発電機とが連結されているため、複数の部材を介して前記動力が伝達される場合に比べ、前記動力の機械損失を小さくすることができる。そのため、発電効率がより向上する。   According to this configuration, since the positive displacement expander and the generator are connected via the rotary drive shaft, the mechanical loss of the power is greater than when the power is transmitted via a plurality of members. Can be reduced. Therefore, the power generation efficiency is further improved.

また、前記回転駆動軸のような簡単な構成とすることで、当該動力伝達手段において故障が発生し難く且つメンテナンスも容易になる。   Further, by adopting a simple configuration such as the rotary drive shaft, the power transmission means is unlikely to fail and maintenance is facilitated.

また、前記動力伝達手段は、複数の歯車によって構成され、前記圧縮機は、外部から動力を得るための歯車を有し、この歯車が前記複数の歯車のいずれかに噛み合うように配置される構成であってもよい。   The power transmission means is constituted by a plurality of gears, and the compressor has a gear for obtaining power from the outside, and the gear is arranged so as to mesh with any of the plurality of gears. It may be.

かかる構成によれば、各歯車のギア比を設定することで所望の前記圧縮機の出口圧力(プロセス側圧力)及び所望の前記容積型膨張機の出口圧力を容易に得ることが可能となる。そのため、前記容積型膨張機の入口圧力と出口圧力との圧力差を所望の圧力差に設定すると共にプロセス側圧力も所望の圧力とすることができる。   According to such a configuration, it is possible to easily obtain a desired outlet pressure (process side pressure) of the compressor and a desired outlet pressure of the positive displacement expander by setting the gear ratio of each gear. Therefore, the pressure difference between the inlet pressure and the outlet pressure of the positive displacement expander can be set to a desired pressure difference, and the process side pressure can also be set to a desired pressure.

また、前記圧縮機は、スクリュ圧縮機で構成されることで当該圧縮機内に多少の液体が導入されたとしても故障し難くなる。そのため、前記容積型膨張機とスクリュ圧縮機との間の流路には、前記容積型膨張機を通過する際に凝縮した前記蒸気を飛散させるためのドレン飛散器が設けられてもよく、また、前記容積型膨張機とスクリュ圧縮機との間の流路には、前記蒸気を構成する液体を当該流路内に注入するための液体注入装置が設けられてもよい。   Moreover, even if a certain amount of liquid is introduced in the said compressor, it becomes difficult to break down because the said compressor is comprised with a screw compressor. Therefore, the flow path between the positive displacement expander and the screw compressor may be provided with a drain diffuser for scattering the vapor condensed when passing through the positive displacement expander. In the flow path between the positive displacement expander and the screw compressor, a liquid injection device for injecting the liquid constituting the vapor into the flow path may be provided.

このようなドレン飛散器が設けられることで、前記容積型膨張機での膨張過程で一旦蒸気が凝縮して発生したドレンが前記流路内で液膜となっても、この液膜が当該流路内の蒸気中に飛散されることで前記圧縮機内での前記ドレンの再蒸発が容易になる。その結果、ドレンの発生がより抑制される。   By providing such a drain scattering device, even if the drain that is generated once the vapor is condensed during the expansion process in the positive displacement expander becomes a liquid film in the flow path, the liquid film is in the flow. The drain re-evaporation in the compressor is facilitated by being scattered in the steam in the passage. As a result, the generation of drain is further suppressed.

また、前記液体注入装置によって液体が注入されることで、プロセス側に供給される蒸気量を増加させることが可能となる。   In addition, the amount of vapor supplied to the process side can be increased by injecting the liquid by the liquid injection device.

以上より、本発明によれば、発電の際に蒸気から発生するドレンを抑制することができる発電装置を提供することができる。   As mentioned above, according to this invention, the electric power generating apparatus which can suppress the drain generate | occur | produced from a vapor | steam in the case of electric power generation can be provided.

第1実施形態に係る蒸気プロセス全体の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the whole steam process which concerns on 1st Embodiment. 同実施形態に係る発電装置における概略構成図である。It is a schematic block diagram in the electric power generating apparatus which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係るスクリュ膨張機における(a)は部分断面平面図であり、(b)は部分断面側面図であり、(c)は図3(a)におけるA−A断面図である。(A) in the screw expander which concerns on the same embodiment is a fragmentary sectional top view, (b) is a fragmentary sectional side view, (c) is AA sectional drawing in Fig.3 (a). 同実施形態に係るスクリュ膨張機における(a)及び(b)は、膨張室の容積変化を示すための一対のスクリュローターの斜視図である。(A) And (b) in the screw expander which concerns on the embodiment is a perspective view of a pair of screw rotor for showing the volume change of an expansion chamber. 同実施形態に係る発電装置における(a)は蒸気の状態変化を示す図であり、(b)はスクリュ膨張機の出口圧力を変更した場合の蒸気の状態変化を示す図である。(A) in the electric power generating apparatus which concerns on the embodiment is a figure which shows the state change of a vapor | steam, (b) is a figure which shows the state change of a vapor | steam when changing the exit pressure of a screw expander. 第2実施形態に係る発電装置における図2の点線で囲まれた部分に相当する部分の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the part corresponded to the part enclosed with the dotted line of FIG. 2 in the electric power generating apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 同実施形態に係るエジェクタの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the ejector which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係るスクリュ膨張機の出口圧力を入口圧力からの圧力差で表したときの理論発電量を示す図である。It is a figure which shows the theoretical electric power generation when the outlet pressure of the screw expander which concerns on the embodiment is represented by the pressure difference from inlet pressure. 第3実施形態に係る発電装置における図2の点線で囲まれた部分に相当する部分の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the part corresponded to the part enclosed with the dotted line of FIG. 2 in the electric power generating apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 図9に示される第3実施形態の変形例を示す図であって、(a)は発電機の両側にスクリュ膨張機とスクリュ圧縮機を配置した状態を示す概略構成図であり、(b)は連結管にドレンセパレータと液体注入装置とを設けた状態を示す概略構成図であり、(c)は連結管にドレン飛散器と液体注入装置とを設けた状態を示す概略構成図である。It is a figure which shows the modification of 3rd Embodiment shown by FIG. 9, Comprising: (a) is a schematic block diagram which shows the state which has arrange | positioned the screw expander and the screw compressor on both sides of a generator, (b) FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a state in which a drain separator and a liquid injection device are provided in a connecting pipe, and FIG. 3C is a schematic configuration diagram showing a state in which a drain scattering device and a liquid injection device are provided in the connection pipe. 図9に示される第3実施形態の変形例を示す図であって、動力伝達手段が複数の歯車で構成された状態を示す概略構成図である。It is a figure which shows the modification of 3rd Embodiment shown by FIG. 9, Comprising: It is a schematic block diagram which shows the state in which the power transmission means was comprised with several gears.

以下、本発明の第1実施形態について、図1及び図2を参照しつつ説明する。   Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

本実施形態に係る発電装置20は、ボイラー等の蒸気源(蒸気発生手段)10で生成されて蒸気利用設備(以下、単に「プロセス」とも称する。)12で利用させる蒸気のエネルギーを利用して発電を行う装置である。   The power generation apparatus 20 according to the present embodiment uses steam energy generated by a steam source (steam generating means) 10 such as a boiler and used in steam utilization equipment (hereinafter also simply referred to as “process”) 12. It is a device that generates electricity.

蒸気源10とプロセス12とは、蒸気が流通する主配管14によって接続されている。この主配管14には、コントロール弁16が設けられている。   The steam source 10 and the process 12 are connected by a main pipe 14 through which steam flows. The main pipe 14 is provided with a control valve 16.

プロセス12は、例えば給湯器、暖房機、乾燥機、洗浄装備、殺菌器等の蒸気を利用する設備である。また、コントロール弁16は、発電装置20で発電を行わない場合には減圧弁として働き、発電装置20で発電を行う場合には主配管14を閉塞する弁である。   Process 12 is equipment using steam, such as a water heater, a heater, a dryer, a washing equipment, and a sterilizer. The control valve 16 functions as a pressure reducing valve when the power generation device 20 does not generate power, and closes the main pipe 14 when the power generation device 20 generates power.

発電装置20は、蒸気源10から供給される蒸気の圧力を下流側のプロセス12が必要とする圧力(以下、単に「プロセス側圧力」とも称する。)に減圧する際に、この蒸気減圧時の圧力差を利用して発電を行う装置である。具体的には、容積型膨張機22、発電機24、周波数変換器26、コントローラ28等を備えており、これらはケーシング30内に収納されている。   When the pressure of the steam supplied from the steam source 10 is reduced to a pressure required by the downstream process 12 (hereinafter, also simply referred to as “process side pressure”), the power generation apparatus 20 It is a device that generates power using the pressure difference. Specifically, a positive displacement expander 22, a generator 24, a frequency converter 26, a controller 28, and the like are provided, and these are accommodated in a casing 30.

容積型膨張機22は、内部に形成された膨張室に導入された蒸気(流体)の圧力による当該膨張室の容積変化に応じて動力を発生する膨張機である。本実施形態においては、スクリュ膨張機(いわゆるスクリューエキスパンダ)22が用いられ、このスクリュ膨張機22は、回転容積型の流体機械である。   The positive displacement expander 22 is an expander that generates power in accordance with the volume change of the expansion chamber due to the pressure of the steam (fluid) introduced into the expansion chamber formed inside. In the present embodiment, a screw expander (so-called screw expander) 22 is used, and the screw expander 22 is a rotary displacement type fluid machine.

詳細には、図3(a)乃至図4(b)にも示されるように、スクリュ膨張機22は、内部にローター室32が形成された膨張機ケーシング34とローター室32内に回転可能に配置される雄雌一対のスクリュローター36,38とを備える。これら雌及び雄のスクリュローター36,38は、互いに逆方向の螺旋状の羽根36a,38aを備えている。また、互いに回転軸36b、38bが平行となるように膨張機ケーシング34のローター室32内に配置されている。膨張室40は、各ローター36,38の羽根36a,38aと膨張機ケーシング34とで囲まれることで形成されている(図4(a)及び図4(b)の斜線部参照)。後述するようにこの膨張室40内に蒸気が導入されて膨張することで当該膨張室40の容積が増大して各スクリュローター36,38が回転する。膨張機ケーシング34には、スクリュローター36(又は38)の軸方向の一方側端部に蒸気が供給される入口(給気ポート)42が形成され、他方側端部に膨張過程を経た蒸気が排出される出口(排気ポート)44が形成されている。   Specifically, as shown in FIGS. 3A to 4B, the screw expander 22 is rotatable in the expander casing 34 in which the rotor chamber 32 is formed and the rotor chamber 32. And a pair of male and female screw rotors 36 and 38 to be arranged. These female and male screw rotors 36, 38 are provided with spiral blades 36a, 38a in opposite directions. Moreover, it arrange | positions in the rotor chamber 32 of the expander casing 34 so that the rotating shafts 36b and 38b may become mutually parallel. The expansion chamber 40 is formed by being surrounded by the blades 36a and 38a of the rotors 36 and 38 and the expander casing 34 (see the hatched portions in FIGS. 4A and 4B). As will be described later, when steam is introduced into the expansion chamber 40 and expands, the volume of the expansion chamber 40 increases and the screw rotors 36 and 38 rotate. In the expander casing 34, an inlet (air supply port) 42 to which steam is supplied is formed at one end in the axial direction of the screw rotor 36 (or 38), and steam that has undergone an expansion process is formed at the other end. A discharge outlet (exhaust port) 44 is formed.

スクリュ膨張機22の入口42には供給管46が接続され、出口44には排出管48が接続されている。供給管46は、主配管14におけるコントロール弁16の上流側に接続され、また排出管48は、主配管14におけるコントロール弁16の下流側に接続されている。これにより、蒸気源10で生成された蒸気がスクリュ膨張機22に供給され、このスクリュ膨張機22から排出された蒸気が主配管14に戻されるようになっている。   A supply pipe 46 is connected to the inlet 42 of the screw expander 22, and a discharge pipe 48 is connected to the outlet 44. The supply pipe 46 is connected to the upstream side of the control valve 16 in the main pipe 14, and the discharge pipe 48 is connected to the downstream side of the control valve 16 in the main pipe 14. Thereby, the steam generated by the steam source 10 is supplied to the screw expander 22, and the steam discharged from the screw expander 22 is returned to the main pipe 14.

供給管46には、上流側から順に供給蒸気仕切弁(開閉弁)50、ドレンセパレータ52及び緊急遮断弁54が設けられている。供給蒸気仕切弁50は、供給管46におけるケーシング30の外側近傍に設けられている。ドレンセパレータ52は、供給管46を流れる蒸気からドレンを分離するためのものである。緊急遮断弁54は、供給管46を完全に閉塞するものであり、コントローラ28によって開閉制御可能となっている。   The supply pipe 46 is provided with a supply steam gate valve (open / close valve) 50, a drain separator 52, and an emergency shut-off valve 54 in order from the upstream side. The supply steam gate valve 50 is provided near the outside of the casing 30 in the supply pipe 46. The drain separator 52 is for separating drain from the steam flowing through the supply pipe 46. The emergency shut-off valve 54 completely closes the supply pipe 46 and can be opened and closed by the controller 28.

排出管48におけるケーシング30の外側近傍には、排出蒸気仕切弁(開閉弁)56が設けられている。この排出蒸気仕切弁56と供給管46の供給蒸気仕切弁50とは、主配管14を流れる蒸気を供給管46へ導入(供給)するか否かを切り換える切換手段を構成している。即ち、蒸気源10で生成された蒸気をそのままプロセス12へ供給するときには、これら両方の蒸気仕切弁50,56を閉じてコントロール弁16を開き、蒸気を利用した発電を行うときにはこれら両方の蒸気仕切弁50,56を開いてコントロール弁16を閉じる。尚、これら両方の蒸気仕切弁50,56は、それぞれ全開及び全閉の二状態に切り換え可能な仕切弁、開度調整可能な仕切弁のいずれによって構成されてもよい。また、切換手段として、蒸気仕切弁に代えて、三方切換弁を配設してもよい。この場合、三方切換弁は、主配管14と供給管46との接続部及び主配管14と排出管48との接続部に配設される。この場合、コントロール弁16は、単に通過する蒸気の圧力を減圧する減圧弁に変更されてもよい。   A discharge steam gate valve (open / close valve) 56 is provided near the outside of the casing 30 in the discharge pipe 48. The exhaust steam gate valve 56 and the supply steam gate valve 50 of the supply pipe 46 constitute switching means for switching whether or not the steam flowing through the main pipe 14 is introduced (supplied) to the supply pipe 46. That is, when the steam generated in the steam source 10 is supplied to the process 12 as it is, both the steam gate valves 50 and 56 are closed and the control valve 16 is opened. The valves 50 and 56 are opened and the control valve 16 is closed. Both of these steam gate valves 50 and 56 may be configured by either a gate valve that can be switched to a fully open state or a fully closed state, or a gate valve that can be adjusted in opening. Further, as the switching means, a three-way switching valve may be provided instead of the steam gate valve. In this case, the three-way switching valve is disposed at a connection portion between the main pipe 14 and the supply pipe 46 and a connection portion between the main pipe 14 and the discharge pipe 48. In this case, the control valve 16 may be changed to a pressure reducing valve that simply reduces the pressure of the passing steam.

また、排出管48におけるスクリュ膨張機22の出口44から排出蒸気仕切弁56までの間にドレン抑制減圧弁58が設けられている。このドレン抑制減圧弁58は、排出管48を流れる蒸気が当該ドレン抑制減圧弁58を通過する際に絞り膨張される減圧弁であり、本実施形態においては後述するようにスクリュ膨張機22を通過した蒸気から発生するドレンを抑制するドレン抑制手段を構成している。   Further, a drain suppression pressure reducing valve 58 is provided between the outlet 44 of the screw expander 22 and the discharge steam gate valve 56 in the discharge pipe 48. The drain suppression pressure reducing valve 58 is a pressure reducing valve that is squeezed and expanded when the steam flowing through the discharge pipe 48 passes through the drain suppression pressure reducing valve 58. In this embodiment, the drain suppression pressure reducing valve 58 passes through the screw expander 22 as described later. The drain suppressing means for suppressing the drain generated from the generated steam is configured.

さらに、排出管48において、スクリュ膨張機22の出口44からドレン抑制減圧弁58までの間に第1圧力計60が設けられ、ドレン抑制減圧弁58から排出蒸気仕切弁56までの間に第2圧力計62が設けられている。第1圧力計60は、スクリュ膨張機22の出口44からドレン抑制減圧弁58までの排出管48内を流れる蒸気の圧力を計測する圧力計であり、第2圧力計62は、ドレン抑制減圧弁58から排出蒸気仕切弁56までの排出管48内を流れる蒸気の圧力を計測する圧力計である。   Further, in the discharge pipe 48, a first pressure gauge 60 is provided between the outlet 44 of the screw expander 22 and the drain suppression pressure reducing valve 58, and a second pressure gauge 60 is provided between the drain suppression pressure reducing valve 58 and the discharge steam gate valve 56. A pressure gauge 62 is provided. The first pressure gauge 60 is a pressure gauge that measures the pressure of steam flowing in the discharge pipe 48 from the outlet 44 of the screw expander 22 to the drain suppression pressure reducing valve 58, and the second pressure gauge 62 is a drain suppression pressure reducing valve. It is a pressure gauge that measures the pressure of steam flowing in the discharge pipe 48 from 58 to the discharge steam gate valve 56.

これら第1及び第2圧力計60,62で計測された排出管48内の各圧力データはコントローラ28に送られ、後述するようにこの圧力データに基づいてコントローラ28が発電機24の回転数制御及び/又はドレン抑制減圧弁58の制御(開度調整)を行う。   Each pressure data in the discharge pipe 48 measured by the first and second pressure gauges 60 and 62 is sent to the controller 28, and the controller 28 controls the rotational speed of the generator 24 based on the pressure data as will be described later. And / or the drain suppression pressure reducing valve 58 is controlled (opening adjustment).

発電機24は、動力伝達手段64を介してスクリュ膨張機22に連結されている。具体的には、発電機24の回転軸が回転駆動軸64を介してスクリュ膨張機22の回転軸36b(又は38b)と連結されている。従って、スクリュ膨張機22が供給された蒸気のエネルギーを回転動力に変換すると、この回転動力が回転駆動軸64を介して発電機24の回転軸に伝達され、発電機24において発電が行われる。   The generator 24 is connected to the screw expander 22 via a power transmission means 64. Specifically, the rotating shaft of the generator 24 is connected to the rotating shaft 36b (or 38b) of the screw expander 22 via the rotation drive shaft 64. Therefore, when the energy of the steam supplied to the screw expander 22 is converted into rotational power, this rotational power is transmitted to the rotational shaft of the generator 24 via the rotational drive shaft 64, and power is generated in the generator 24.

発電機24で発電された電気は、周波数変換器26に送られる。この周波数変換器26は、発電機24で発電された電気の周波数を変換するものであり、例えば30〜120Hzの電気をAC50又は60Hzの商用周波数の電気に変換する。   The electricity generated by the generator 24 is sent to the frequency converter 26. The frequency converter 26 converts the frequency of electricity generated by the generator 24, and converts, for example, electricity of 30 to 120 Hz into electricity having a commercial frequency of AC 50 or 60 Hz.

コントローラ28は、第1圧力計60で計測した圧力データに基づく発電機24の回転数制御、第2圧力計62で計測した圧力データに基づくドレン抑制減圧弁58の制御、緊急遮断弁54の開閉等の発電装置20を構成する各要素の動作制御等を行うものである。   The controller 28 controls the rotational speed of the generator 24 based on the pressure data measured by the first pressure gauge 60, controls the drain suppression pressure reducing valve 58 based on the pressure data measured by the second pressure gauge 62, and opens / closes the emergency shut-off valve 54. The operation control of each element constituting the power generation device 20 is performed.

第1実施形態に係る発電装置20は、以上の構成からなり、次に、この発電装置20の動作について説明する。   The power generator 20 according to the first embodiment has the above-described configuration. Next, the operation of the power generator 20 will be described.

ボイラー等の蒸気源10の駆動によって生成された蒸気は、主配管14を流れてコントロール弁16で減圧された後、下流側のプロセス12へ供給される。そして、発電を行う場合には、供給管46の供給蒸気仕切弁50及び排出管48の排出蒸気仕切弁56を開くと共にコントロール弁16を閉じ、これにより、蒸気源10で生成されて主配管14を流れてきた蒸気が供給管46へ供給される。   The steam generated by driving the steam source 10 such as a boiler flows through the main pipe 14, is decompressed by the control valve 16, and is then supplied to the downstream process 12. When power generation is performed, the supply steam gate valve 50 of the supply pipe 46 and the discharge steam gate valve 56 of the discharge pipe 48 are opened and the control valve 16 is closed, whereby the main pipe 14 is generated by the steam source 10. The steam that has flowed through is supplied to the supply pipe 46.

主配管14から供給管46へ供給された蒸気は、スクリュ膨張機22の入口(給気ポート)42から内部に導入される。導入された蒸気は、雄雌一対のスクリュローター36,38及び膨張機ケーシング34で構成される膨張室40の壁を均等に押し退けようとする(図4(a)参照)。膨張機ケーシング34は固定されており、回転体である雄雌一対のスクリュローター36,38の羽根36a,38aの裏側(出口44側)が表側(入口42側)に比べて低圧となっているためこの羽根36a,38aの表側と裏側との差圧によって両方のスクリュローター36,38がそれぞれ回転する(図4(a)の矢印参照)。両方のスクリュローター36,38がそれぞれ回転するのに伴って膨張室40の閉じ込み容積が増大し(図4(a)及び図4(b)の斜線部参照)、同時に蒸気も膨張して容積最大となったところでスクリュ膨張機22の出口(排気ポート)44に達し、膨張室40内での閉じ込みが開放されて排出される。この動作が連続することで回転動力が発生し、回転駆動軸64を介して発電機24に伝達され、発電機24の回転軸を回転させる。   The steam supplied from the main pipe 14 to the supply pipe 46 is introduced into the inside through an inlet (air supply port) 42 of the screw expander 22. The introduced steam tends to push the wall of the expansion chamber 40 composed of the pair of male and female screw rotors 36 and 38 and the expander casing 34 evenly (see FIG. 4A). The expander casing 34 is fixed, and the back side (exit 44 side) of the blades 36a and 38a of a pair of male and female screw rotors 36 and 38, which are rotating bodies, has a lower pressure than the front side (inlet 42 side). Therefore, both screw rotors 36 and 38 rotate by the pressure difference between the front side and the back side of the blades 36a and 38a (see arrows in FIG. 4A). As both screw rotors 36 and 38 rotate, the confining volume of the expansion chamber 40 increases (see the shaded area in FIGS. 4A and 4B), and the steam also expands at the same time. When the maximum is reached, the outlet (exhaust port) 44 of the screw expander 22 is reached, and the confinement in the expansion chamber 40 is released and discharged. As this operation continues, rotational power is generated and transmitted to the generator 24 via the rotational drive shaft 64 to rotate the rotational shaft of the generator 24.

発電機24は、その回転軸がスクリュ膨張機22から伝達された回転動力によって回転することで発電する。この発電機24で生成された電気は、周波数変換器26に送られる。そしてこの周波数変換器26で前記のように商用周波数の電流に変換され、変圧器66を経て系統68に送られる。   The generator 24 generates electric power by rotating its rotating shaft by the rotational power transmitted from the screw expander 22. The electricity generated by the generator 24 is sent to the frequency converter 26. The frequency converter 26 converts the current into a commercial frequency current as described above, and sends the current to the system 68 via the transformer 66.

一方、スクリュ膨張機22から排出された蒸気は、排出管48を流れてドレン抑制減圧弁58を通過する。このとき、蒸気は絞り膨張されてプロセス側圧力まで減圧された後、排出管48を流れて主配管14に戻され、下流側のプロセス12へ供給される。   On the other hand, the steam discharged from the screw expander 22 flows through the discharge pipe 48 and passes through the drain suppression pressure reducing valve 58. At this time, the steam is squeezed and expanded to be reduced to the process side pressure, then flows through the discharge pipe 48, is returned to the main pipe 14, and is supplied to the downstream process 12.

前記ドレン抑制減圧弁58での減圧では、排出管48内の圧力をプロセス側圧力とするために、第2圧力計62での計測に基づいてドレン抑制減圧弁58の制御が行われる。具体的には、第2圧力計62で計測した圧力データがコントローラ28に送られ、この圧力データに基づくコントローラ28からの指令でドレン抑制減圧弁58の開度調整が行われ、ドレン抑制減圧弁58を通過後の蒸気の圧力が減圧されてプロセス側圧力となる。   In the pressure reduction by the drain suppression pressure reducing valve 58, the drain suppression pressure reducing valve 58 is controlled based on the measurement by the second pressure gauge 62 in order to set the pressure in the discharge pipe 48 to the process side pressure. Specifically, the pressure data measured by the second pressure gauge 62 is sent to the controller 28, and the opening degree of the drain suppression pressure reducing valve 58 is adjusted by a command from the controller 28 based on this pressure data. The pressure of the steam after passing through 58 is reduced to a process side pressure.

このとき、ドレン抑制減圧弁58の上流側の圧力、即ち、スクリュ膨張機22の出口44での圧力(出口圧力)は、ドレン抑制減圧弁58が設けられることでプロセス側圧力よりも高くなっている。そして、スクリュ膨張機22に供給される蒸気量(蒸気の流量)が変動した場合にはスクリュ膨張機22の回転数を制御して排出される蒸気量を制御することで当該スクリュ膨張機22の出口圧力が一定に保たれる。   At this time, the pressure on the upstream side of the drain suppression pressure reducing valve 58, that is, the pressure at the outlet 44 of the screw expander 22 (outlet pressure) becomes higher than the process side pressure by providing the drain suppression pressure reducing valve 58. Yes. When the amount of steam supplied to the screw expander 22 (steam flow rate) fluctuates, the number of steam discharged by controlling the number of revolutions of the screw expander 22 is controlled. The outlet pressure is kept constant.

このスクリュ膨張機22の回転数制御は、第1圧力計60での計測に基づいて発電機24の回転数を制御することによって行われる。即ち、発電機24の回転軸とスクリュ膨張機22の回転軸36b(又は38b)とは回転駆動軸64で連結されているため、発電機24の回転数を制御することでスクリュ膨張機22の回転数が制御される。   The rotational speed control of the screw expander 22 is performed by controlling the rotational speed of the generator 24 based on the measurement by the first pressure gauge 60. That is, since the rotating shaft of the generator 24 and the rotating shaft 36b (or 38b) of the screw expander 22 are connected by the rotation drive shaft 64, the rotation speed of the generator 24 is controlled to control the screw expander 22's rotation speed. The rotation speed is controlled.

具体的には、前記蒸気量の変動等によるスクリュ膨張機22の出口圧力の変動を第1圧力計60で計測し、その圧力データがコントローラ28に送られる。コントローラ28は、この圧力データに基づいてスクリュ膨張機22の出口圧力が所望の圧力となる回転数を算出する。さらに、スクリュ膨張機22の回転数が前記算出した回転数となる発電機24の回転数を算出し、この回転数となるように発電機24に指令を送る。このように制御することで、スクリュ膨張機22に供給される蒸気量の変動があっても、スクリュ膨張機22の出口圧力が所望の圧力(一定圧力)となるように、スクリュ膨張機22の回転数制御が行われる。   Specifically, the fluctuation of the outlet pressure of the screw expander 22 due to the fluctuation of the steam amount is measured by the first pressure gauge 60, and the pressure data is sent to the controller 28. The controller 28 calculates the rotation speed at which the outlet pressure of the screw expander 22 becomes a desired pressure based on this pressure data. Further, the number of rotations of the generator 24 is calculated so that the number of rotations of the screw expander 22 is the calculated number of rotations, and a command is sent to the generator 24 so that the number of rotations is the same. By controlling in this way, even if the amount of steam supplied to the screw expander 22 varies, the outlet pressure of the screw expander 22 is set to a desired pressure (constant pressure). Rotational speed control is performed.

前記のスクリュ膨張機22における所望の出口圧力は、以下のようにして導出される。ここで、スクリュ膨張機22の入口圧力をP1、スクリュ膨張機22における膨張室40の開放直前の当該膨張室40内の圧力をP2、プロセス側圧力をP3、スクリュ膨張機22の出口圧力(前記所望の出口圧力)をP4とする。また、プロセス12で必要とされている蒸気が飽和蒸気の場合について説明する。   The desired outlet pressure in the screw expander 22 is derived as follows. Here, the inlet pressure of the screw expander 22 is P1, the pressure in the expansion chamber 40 immediately before opening the expansion chamber 40 in the screw expander 22 is P2, the process side pressure is P3, the outlet pressure of the screw expander 22 (the above-mentioned The desired outlet pressure is P4. The case where the steam required in the process 12 is saturated steam will be described.

スクリュ膨張機22に供給された蒸気は、当該スクリュ膨張機22を通過することで膨張過程を経てP1からP2に減圧される。このときの蒸気の状態量の変化は、図5(a)に示す矢印QS1のように変化する。この膨張過程を経た蒸気は、スクリュ膨張機22の膨張室40が開放されることでP2からP4に昇圧される。このときの前記状態量の変化は、図5(a)に示す矢印QS2のように変化する。そして、圧力がP4となった蒸気は、ドレン抑制減圧弁58を通過して絞り膨張されることでP4からP3に減圧される。このとき、蒸気は、絞り膨張作用により図5(a)に示す矢印QS3のように比エンタルピーが一定の状態で圧力が低下する。このように蒸気の圧力がP3に減圧されたときに状態量の変化の矢印QS3と圧力P3との交点が飽和蒸気線上に位置するようにP4の圧力が設定される。   The steam supplied to the screw expander 22 passes through the screw expander 22 and is decompressed from P1 to P2 through an expansion process. The change in the state quantity of the steam at this time changes as indicated by an arrow QS1 shown in FIG. The steam that has undergone this expansion process is boosted from P2 to P4 when the expansion chamber 40 of the screw expander 22 is opened. The change in the state quantity at this time changes as indicated by an arrow QS2 shown in FIG. Then, the steam whose pressure becomes P4 is reduced in pressure from P4 to P3 by passing through the drain suppression pressure reducing valve 58 and being expanded by expansion. At this time, the pressure of the steam decreases with a constant specific enthalpy as indicated by an arrow QS3 shown in FIG. Thus, when the steam pressure is reduced to P3, the pressure of P4 is set so that the intersection of the state quantity change arrow QS3 and the pressure P3 is located on the saturated steam line.

尚、プロセス12で必要とされる蒸気が乾き蒸気の場合は、図5(a)に示す矢印QS3がP3に到達する前に飽和蒸気線と交差する、即ち、図5(b)に示されるように、矢印QS3と圧力P3との交点が飽和蒸気線よりも上側(乾き蒸気側)の領域に位置するようにP4の値が設定されればよい。   When the steam required in the process 12 is dry steam, the arrow QS3 shown in FIG. 5A intersects with the saturated steam line before reaching P3, that is, as shown in FIG. 5B. Thus, the value of P4 should just be set so that the intersection of arrow QS3 and pressure P3 may be located in the area | region (dry steam side) above a saturated vapor line.

以上説明したように、本実施形態によれば、ドレン抑制減圧弁58(絞り膨張手段)を設けることで、蒸気がこのドレン抑制減圧弁58を通過する際に絞り膨張作用により比エンタルピーが一定の状態で当該蒸気が減圧されてスクリュ膨張機22の出口圧力P4からプロセス側圧力P3まで減圧される。この減圧の際に蒸気の乾き度が向上して湿り蒸気状態から乾き蒸気状態に向けて蒸気の状態量が変化する。即ち、スクリュ膨張機22を通過した蒸気中にドレンが発生していた場合、このドレンが再蒸発する。そのためドレン抑制減圧弁58を設けることでスクリュ膨張機22を通過した蒸気からのドレンの発生を抑制しつつ前記蒸気の圧力P4をプロセス側圧力P3に調整(減圧)することが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, by providing the drain suppression pressure reducing valve 58 (throttle expansion means), when the steam passes through the drain suppression pressure reducing valve 58, the specific enthalpy is constant due to the expansion expansion action. In this state, the steam is decompressed and decompressed from the outlet pressure P4 of the screw expander 22 to the process side pressure P3. During this decompression, the dryness of the steam is improved and the state quantity of the steam changes from the wet steam state to the dry steam state. That is, when drain is generated in the steam that has passed through the screw expander 22, the drain is re-evaporated. Therefore, by providing the drain suppression pressure reducing valve 58, it becomes possible to adjust (depressurize) the pressure P4 of the steam to the process side pressure P3 while suppressing the generation of drain from the steam that has passed through the screw expander 22.

また、絞り膨張手段を開度調整可能なドレン抑制減圧弁58で構成することで、スクリュ膨張機22に供給される蒸気量の変動やプロセス側圧力P3の変動があった場合でも、ドレン抑制減圧弁58を制御することによりスクリュ膨張機22の出口圧力を調整し、蒸気を当該ドレン抑制減圧弁58を通過させることで過熱蒸気又は飽和蒸気に状態変化させると共にプロセス側圧力P3まで減圧することが可能となる。   Further, the throttle expansion means is constituted by a drain suppression pressure reducing valve 58 whose opening degree can be adjusted, so that even when there is a change in the amount of steam supplied to the screw expander 22 or a change in the process side pressure P3, the drain suppression pressure reduction. By controlling the valve 58, the outlet pressure of the screw expander 22 is adjusted, and the state of steam is changed to superheated steam or saturated steam by passing through the drain suppression pressure reducing valve 58, and the pressure is reduced to the process side pressure P3. It becomes possible.

尚、本実施形態においては、ドレン抑制手段としてドレン抑制減圧弁58が用いられているが、蒸気源10からの蒸気量の変動やプロセス側圧力P3の変動がほとんどない場合においては、前記絞り膨張手段は、絞り弁又は排出管48に形成された絞り部で構成されてもよい。   In the present embodiment, the drain suppression pressure reducing valve 58 is used as the drain suppression means. However, when there is almost no variation in the amount of steam from the steam source 10 or variation in the process side pressure P3, the throttle expansion is performed. The means may comprise a throttle valve or a throttle formed in the discharge pipe 48.

このように前記絞り膨張手段が開度調整できない前記絞り弁又は前記絞り部で構成されても、前記絞り弁又前記絞り部によってスクリュ膨張機22の出口圧力P4とプロセス側圧力P3とが、前記同様、蒸気が当該絞り弁又は当該絞り部を通過することで過熱蒸気又は飽和蒸気と状態変化するような圧力比となるように排出管48の開度(絞り度)を設定しておくことで、ドレンの発生を抑制すると共にプロセス側圧力P3への調整が可能となる。   Thus, even if the throttle expansion means is constituted by the throttle valve or the throttle portion whose opening degree cannot be adjusted, the outlet pressure P4 and the process side pressure P3 of the screw expander 22 are reduced by the throttle valve or the throttle portion. Similarly, by setting the opening degree (throttle degree) of the exhaust pipe 48 so that the pressure ratio is such that the steam changes state with superheated steam or saturated steam when passing through the throttle valve or the throttle part. In addition, the generation of drain can be suppressed and the adjustment to the process side pressure P3 becomes possible.

次に、本発明の第2実施形態について図6も参照しつつ説明するが、上記第1実施形態と同様の構成には同一符号を用いると共に詳細な説明を省略し、異なる構成ついてのみ詳細に説明する。図6は、発電装置20における図2の点線で囲まれた部分に相当する部分を示す概略構成図である。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6 as well. However, the same reference numerals are used for the same components as those in the first embodiment, and a detailed description is omitted, and only different components are described in detail. explain. FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a portion corresponding to the portion surrounded by the dotted line in FIG.

本実施形態に係る発電装置20においては、ドレン抑制手段は、エジェクタ70と分岐管72と吸引用排出管74とで構成されている。エジェクタ70は、図7にも示されるように、供給される流体(蒸気)を絞り膨張させて負圧を発生させるノズル部76と、前記負圧によって他の流体(蒸気)を吸引する吸引部78と、ノズル部76及び吸引部78からの流体を混合した後、排出するディフューザ部80とがエジェクタ本体81に設けられることで構成されている。   In the power generation device 20 according to the present embodiment, the drain suppression means is configured by an ejector 70, a branch pipe 72, and a suction discharge pipe 74. As shown in FIG. 7, the ejector 70 includes a nozzle portion 76 that squeezes and expands the supplied fluid (steam) to generate a negative pressure, and a suction unit that sucks another fluid (steam) by the negative pressure. 78 and a diffuser portion 80 that discharges the fluid from the nozzle portion 76 and the suction portion 78 and mixes the fluid from the nozzle portion 76 and the suction portion 78 is provided in the ejector body 81.

エジェクタ70のノズル部76にはスクリュ膨張機22の上流側の供給管46から分岐している分岐管72が接続されている。この分岐管72の途中には、当該分岐管72内を流れる蒸気量を調整するための流量調整弁82が設けられている。また、エジェクタ70の吸引部78には吸引用排出管74が接続されており、この吸引用排出管74の他端はスクリュ膨張機22の出口44に接続されている。また、ディフューザ部80には排出管48が接続されている。   A branch pipe 72 branched from the supply pipe 46 on the upstream side of the screw expander 22 is connected to the nozzle portion 76 of the ejector 70. In the middle of the branch pipe 72, a flow rate adjusting valve 82 for adjusting the amount of steam flowing through the branch pipe 72 is provided. A suction discharge pipe 74 is connected to the suction portion 78 of the ejector 70, and the other end of the suction discharge pipe 74 is connected to the outlet 44 of the screw expander 22. A discharge pipe 48 is connected to the diffuser unit 80.

吸引用排出管74には第3圧力計84が設けられ、排出管48には第4圧力計86が設けられている。これら第3及び第4圧力計で計測された圧力データは、コントローラ28に送られる。   The suction discharge pipe 74 is provided with a third pressure gauge 84, and the discharge pipe 48 is provided with a fourth pressure gauge 86. The pressure data measured by the third and fourth pressure gauges is sent to the controller 28.

次に、この発電装置20の動作について説明する。蒸気源10から供給された蒸気は、主配管14から供給管46に供給され、スクリュ膨張機22の入口42から内部に供給される。そして、第1実施形態同様、スクリュ膨張機22において膨張室40の容積変化によって動力が得られ、この動力が発電機24に伝達されて発電が行われる。この発電により生成された電気も前記第1実施形態同様に周波数変換器26で周波数が商用周波数に変換され、変圧器66で変圧されて系統68に送られる。また、発電に利用された蒸気は、スクリュ膨張機22から排出され、吸引用排出管74を流れてエジェクタ70に吸引される。   Next, operation | movement of this electric power generating apparatus 20 is demonstrated. The steam supplied from the steam source 10 is supplied from the main pipe 14 to the supply pipe 46 and is supplied to the inside from the inlet 42 of the screw expander 22. As in the first embodiment, power is obtained by changing the volume of the expansion chamber 40 in the screw expander 22, and this power is transmitted to the generator 24 to generate power. The electricity generated by this power generation is also converted to a commercial frequency by the frequency converter 26 as in the first embodiment, transformed by the transformer 66, and sent to the system 68. Further, the steam used for power generation is discharged from the screw expander 22, flows through the suction discharge pipe 74, and is sucked into the ejector 70.

一方、供給管46に供給された蒸気の一部は、スクリュ膨張機22の上流側で分岐管72に分流され、エジェクタ70のノズル部76に供給される。このノズル部76に供給される蒸気の圧力は、スクリュ膨張機22の入口圧力P1と等しくなる。ノズル部76からエジェクタ本体81の内部に噴出される蒸気は、当該ノズル部76で絞り膨張されて過熱蒸気状態となる。このようにノズル部76から噴出された蒸気によってエジェクタ本体81内に負圧が発生し、この負圧によって吸引部78に接続された吸引用排出管74内の蒸気が吸引される。これら噴出された蒸気と吸引された蒸気とは混合され、ディフューザ部80から排出管48に排出される。   On the other hand, a part of the steam supplied to the supply pipe 46 is diverted to the branch pipe 72 on the upstream side of the screw expander 22 and supplied to the nozzle portion 76 of the ejector 70. The pressure of the steam supplied to the nozzle portion 76 becomes equal to the inlet pressure P1 of the screw expander 22. The steam ejected from the nozzle portion 76 into the ejector main body 81 is squeezed and expanded by the nozzle portion 76 to be in a superheated steam state. Thus, a negative pressure is generated in the ejector main body 81 by the steam ejected from the nozzle portion 76, and the steam in the suction discharge pipe 74 connected to the suction portion 78 is sucked by this negative pressure. The jetted steam and the sucked steam are mixed and discharged from the diffuser portion 80 to the discharge pipe 48.

このとき、吸引用排出管74に設けられた第3圧力計で計測した圧力データと、排出管48に設けられた第4圧力計86で計測した圧力データとから、コントローラ28がエジェクタ70の吸引部78の圧力(スクリュ膨張機22の出口圧力)P2とディフューザ部80の圧力(排出管48の圧力)との圧力差を算出する。そして、コントローラ28によって前記圧力差が適正な圧力差となるように流量調整弁82が制御される。   At this time, the controller 28 suctions the ejector 70 from the pressure data measured by the third pressure gauge provided in the suction discharge pipe 74 and the pressure data measured by the fourth pressure gauge 86 provided in the discharge pipe 48. The pressure difference between the pressure in the section 78 (the outlet pressure of the screw expander 22) P2 and the pressure in the diffuser section 80 (the pressure in the discharge pipe 48) is calculated. The flow rate adjustment valve 82 is controlled by the controller 28 so that the pressure difference becomes an appropriate pressure difference.

具体的には、例えば、前記のエジェクタ70を用い、スクリュ膨張機22に供給される蒸気量が3.0t/h、スクリュ膨張機22の入口圧力P1が0.7MPa、プロセス側圧力P3が0.2MPaのとき、吸引用排出管74内の圧力P2が0.1MPaとなるように制御される。このとき、ノズル部76を通過する蒸気量は、1.2t/h程度となる。   Specifically, for example, using the ejector 70 described above, the amount of steam supplied to the screw expander 22 is 3.0 t / h, the inlet pressure P1 of the screw expander 22 is 0.7 MPa, and the process side pressure P3 is 0. When the pressure is 2 MPa, the pressure P2 in the suction discharge pipe 74 is controlled to be 0.1 MPa. At this time, the amount of steam passing through the nozzle portion 76 is about 1.2 t / h.

エジェクタ70から排出管48に排出された蒸気は主配管14に戻り、下流側のプロセス12へ供給される。   The steam discharged from the ejector 70 to the discharge pipe 48 returns to the main pipe 14 and is supplied to the downstream process 12.

以上説明したように、本実施形態によれば、スクリュ膨張機22を通過する際の膨張過程で蒸気が凝縮されてドレンが一端発生するが、このドレンは、吸引用排出管74を経てエジェクタ70の吸引部78から吸引され、分岐管72から供給されてノズル部76において過熱蒸気状態となった蒸気と混合されることで再蒸発して蒸気となる。その結果、当該発電装置20全体としては、蒸気からのドレンの発生が抑制される。   As described above, according to the present embodiment, steam is condensed in the expansion process when passing through the screw expander 22 to generate one end of the drain. This drain passes through the suction discharge pipe 74 and is ejected by the ejector 70. Is sucked from the suction part 78 and supplied from the branch pipe 72 and mixed with the steam in the superheated steam state in the nozzle part 76 to re-evaporate to become steam. As a result, the generation of drain from the steam is suppressed as the entire power generation apparatus 20.

スクリュ膨張機22下流側の吸引用排出管74内の蒸気は、エジェクタ70によって昇圧されてプロセス12側(排出管48)に排出される。即ち、スクリュ膨張機22の出口圧力P2をプロセス側圧力P3よりも低くすることができる。そのため、スクリュ膨張機22の入口圧力P1と出口圧力P2との圧力差を蒸気源10から供給される蒸気の圧力P1とプロセス側圧力P3との圧力差よりも大きくすることが可能となる。そのため、発電装置20では、当該発電装置20に供給される蒸気が有するエネルギーを最大限仕事(動力)として回収することが可能となり、発電効率がより向上する。   The vapor in the suction discharge pipe 74 on the downstream side of the screw expander 22 is pressurized by the ejector 70 and discharged to the process 12 side (discharge pipe 48). That is, the outlet pressure P2 of the screw expander 22 can be made lower than the process side pressure P3. Therefore, the pressure difference between the inlet pressure P1 and the outlet pressure P2 of the screw expander 22 can be made larger than the pressure difference between the steam pressure P1 supplied from the steam source 10 and the process side pressure P3. Therefore, in the power generation device 20, it is possible to recover the energy of the steam supplied to the power generation device 20 as a maximum work (power), and the power generation efficiency is further improved.

具体的には、ドレン抑制手段としてエジェクタ70を用いた場合に、図8から、例えば、圧力差が0.5MPaから0.6MPaになることで約50%の発電出力が増加することがわかる。ここで、図8は、本実施形態に係る発電装置20において前記のエジェクタ70を用い、スクリュ膨張機22に供給される蒸気量が3.0t/h、このスクリュ膨張機22内で蒸気の圧力がP1からP2に減圧される際のスクリュ膨張機22の変換効率が70%、スクリュ膨張機22の入口圧力P1が0.7Pa、プロセス側圧力P3が0.2MPaとした場合に、スクリュ膨張機22の出口圧力P2を前記入口圧力P1からの圧力差で表したときの発電量を示す。   Specifically, when the ejector 70 is used as the drain suppressing means, it can be seen from FIG. 8 that, for example, the power generation output increases by about 50% when the pressure difference is changed from 0.5 MPa to 0.6 MPa. Here, FIG. 8 shows that the above-described ejector 70 is used in the power generation apparatus 20 according to this embodiment, the amount of steam supplied to the screw expander 22 is 3.0 t / h, and the pressure of the steam in the screw expander 22 When the conversion efficiency of the screw expander 22 when the pressure is reduced from P1 to P2 is 70%, the inlet pressure P1 of the screw expander 22 is 0.7 Pa, and the process side pressure P3 is 0.2 MPa, the screw expander The power generation amount when 22 outlet pressures P2 are expressed by a pressure difference from the inlet pressure P1 is shown.

本実施形態のように分岐管72に流量調整弁82が設けられることで、ノズル部76に供給される蒸気量が調整可能となり、吸引用排出管74内の圧力(スクリュ膨張機22の出口圧力)P2とエジェクタ70の下流側の圧力(プロセス側圧力)P3との圧力差の調整が容易となる。   By providing the flow adjustment valve 82 in the branch pipe 72 as in the present embodiment, the amount of steam supplied to the nozzle portion 76 can be adjusted, and the pressure in the suction discharge pipe 74 (the outlet pressure of the screw expander 22) can be adjusted. ) It is easy to adjust the pressure difference between P2 and the pressure (process side pressure) P3 on the downstream side of the ejector 70.

しかし、蒸気源10から供給される蒸気量が一定で、且つプロセス側圧力が変動しない場合には、前記P2とP3との圧力差が一定となるため分岐管72に流量調整弁82がなくてもよい。   However, when the amount of steam supplied from the steam source 10 is constant and the process side pressure does not fluctuate, the pressure difference between the P2 and P3 is constant, so the branch pipe 72 does not have the flow control valve 82. Also good.

次に、本発明の第3実施形態について図9も参照しつつ説明するが、上記第1及び第2実施形態と同様の構成には同一符号を用いると共に詳細な説明を省略し、異なる構成ついてのみ詳細に説明する。この図9も図6同様に発電装置20における図2の点線で囲まれた部分に相当する部分を示す概略構成図である。   Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9 as well. The same reference numerals are used for the same components as those in the first and second embodiments, and a detailed description thereof is omitted. Only the details will be described. 9 is also a schematic configuration diagram showing a portion corresponding to the portion surrounded by the dotted line in FIG.

本実施形態に係る発電装置20においては、ドレン抑制手段は、圧縮機90で構成されている。この圧縮機90は、スクリュ膨張機と同様の構成で、雌雄一対のスクリュローター36,38の回転方向が逆回転であるスクリュ圧縮機である。   In the power generation apparatus 20 according to the present embodiment, the drain suppression unit is configured by the compressor 90. The compressor 90 is a screw compressor having a configuration similar to that of a screw expander, in which the rotation direction of a pair of male and female screw rotors 36 and 38 is reverse.

このスクリュ圧縮機90は、スクリュ膨張機22の下流側に設けられ、スクリュ膨張機22の出口44とスクリュ圧縮機90の入口とが連結管92で連結されている。また、スクリュ圧縮機90の出口は、排出管48に接続されている。このように連結されることで、スクリュ膨張機22から排出された蒸気がスクリュ圧縮機90で圧縮されて昇圧された後、排出管48に排出される。   The screw compressor 90 is provided on the downstream side of the screw expander 22, and the outlet 44 of the screw expander 22 and the inlet of the screw compressor 90 are connected by a connecting pipe 92. The outlet of the screw compressor 90 is connected to the discharge pipe 48. By being connected in this way, the steam discharged from the screw expander 22 is compressed by the screw compressor 90 and pressurized, and then discharged to the discharge pipe 48.

また、このスクリュ圧縮機90は、スクリュ膨張機22から発電機24に動力を伝達する回転駆動軸64に連結されている。具体的には、スクリュ圧縮機90の一方のスクリュローター36(又は38)の回転軸36b(又は38b)と回転駆動軸64とが共通の軸で構成され、スクリュ圧縮機90がスクリュ膨張機22と発電機24との中間位置に配置されている。   The screw compressor 90 is coupled to a rotary drive shaft 64 that transmits power from the screw expander 22 to the generator 24. Specifically, the rotation shaft 36b (or 38b) of one screw rotor 36 (or 38) of the screw compressor 90 and the rotation drive shaft 64 are configured by a common shaft, and the screw compressor 90 is configured by the screw expander 22. And the generator 24.

また、スクリュ圧縮機90の下流側の排出管48には第5圧力計94が設けられており、この圧力計94で計測された圧力データは、コントローラ28に送られる。   The discharge pipe 48 on the downstream side of the screw compressor 90 is provided with a fifth pressure gauge 94, and pressure data measured by the pressure gauge 94 is sent to the controller 28.

次に、この発電装置20の動作について説明する。蒸気源10から供給された蒸気は、主配管14から供給管46に供給され、スクリュ膨張機22の入口42から内部に供給される。そして、第1実施形態同様、スクリュ膨張機22において膨張室40の容積変化によって動力が得られ、この動力が発電機24に伝達されて発電が行われる。この発電により生成された電気も前記第1実施形態同様に周波数変換器26で周波数が商用周波数に変換され、変圧器66で変圧されて系統68に送られる。また、発電に利用された蒸気は、前記膨張過程で当該蒸気のエネルギーを回転動力に変換されることで蒸気源10から供給された蒸気の圧力P1からスクリュ膨張機22の出口圧力P2にまで減圧されてスクリュ膨張機22から排出される。この排出された蒸気は、連結管92を流れてスクリュ圧縮機90に供給される。   Next, operation | movement of this electric power generating apparatus 20 is demonstrated. The steam supplied from the steam source 10 is supplied from the main pipe 14 to the supply pipe 46 and is supplied to the inside from the inlet 42 of the screw expander 22. As in the first embodiment, power is obtained by changing the volume of the expansion chamber 40 in the screw expander 22, and this power is transmitted to the generator 24 to generate power. The electricity generated by this power generation is also converted to a commercial frequency by the frequency converter 26 as in the first embodiment, transformed by the transformer 66, and sent to the system 68. The steam used for power generation is reduced in pressure from the steam pressure P1 supplied from the steam source 10 to the outlet pressure P2 of the screw expander 22 by converting the energy of the steam into rotational power in the expansion process. And is discharged from the screw expander 22. The discharged steam flows through the connecting pipe 92 and is supplied to the screw compressor 90.

スクリュ圧縮機90では、連結管92によってスクリュ膨張機22から供給された蒸気が圧縮され、スクリュ膨張機22の出口圧力P2からプロセス側圧力P3まで昇圧される。このとき、スクリュ圧縮機90は、回転駆動軸64から駆動力を得て前記圧縮を行っている。   In the screw compressor 90, the steam supplied from the screw expander 22 is compressed by the connecting pipe 92, and the pressure is increased from the outlet pressure P2 of the screw expander 22 to the process side pressure P3. At this time, the screw compressor 90 obtains a driving force from the rotary drive shaft 64 and performs the compression.

そして、圧縮された蒸気は、スクリュ圧縮機90から排出管48に排出される。この排出された蒸気の圧力が第5圧力計94で計測され、この計測によって得られた圧力データに基づいてコントローラ28が発電機24の回転数を制御し、プロセス側圧力P3を所望の圧力に調整する。   The compressed steam is discharged from the screw compressor 90 to the discharge pipe 48. The pressure of the discharged steam is measured by the fifth pressure gauge 94, and the controller 28 controls the rotational speed of the generator 24 based on the pressure data obtained by this measurement, so that the process side pressure P3 is set to a desired pressure. adjust.

詳細には、スクリュ膨張機22とスクリュ圧縮機90とが回転駆動軸64で連結されているため回転数が同一となる。また、回転駆動軸64には発電機24も連結されている。そのため、発電機24の回転数を制御することで、スクリュ膨張機22及びスクリュ圧縮機90の回転数制御を同時に行うことができる。尚、このときのスクリュ膨張機22の入口圧力P1と出口圧力P2の比、及びスクリュ圧縮機90の入口圧力P2と出口圧力P3の比は、共に設計値(設計膨張比及び設計圧縮比)と同じになっている。   Specifically, since the screw expander 22 and the screw compressor 90 are connected by the rotation drive shaft 64, the rotation speed is the same. The generator 24 is also connected to the rotary drive shaft 64. Therefore, the rotational speed control of the screw expander 22 and the screw compressor 90 can be performed simultaneously by controlling the rotational speed of the generator 24. At this time, the ratio of the inlet pressure P1 and the outlet pressure P2 of the screw expander 22 and the ratio of the inlet pressure P2 and the outlet pressure P3 of the screw compressor 90 are both designed values (designed expansion ratio and designed compression ratio). It is the same.

スクリュ圧縮機90から排出管48に排出された蒸気は主配管14に戻り、下流側のプロセス12へ供給される。   The steam discharged from the screw compressor 90 to the discharge pipe 48 returns to the main pipe 14 and is supplied to the downstream process 12.

以上説明したように、本実施形態によれば、スクリュ膨張機22を通過する際の膨張過程で蒸気が凝縮されてドレンが一端発生するが、このドレンは、スクリュ膨張機22から排出された蒸気と共にスクリュ圧縮機90内に導入され、当該スクリュ圧縮機90内で圧縮されることで再蒸発して蒸気となる。その結果、当該発電装置20全体としては、蒸気からのドレンの発生が抑制される。   As described above, according to the present embodiment, the steam is condensed in the expansion process when passing through the screw expander 22 to generate one end of the drain. This drain is the steam discharged from the screw expander 22. At the same time, it is introduced into the screw compressor 90 and compressed in the screw compressor 90 to re-evaporate into steam. As a result, the generation of drain from the steam is suppressed as the entire power generation apparatus 20.

また、スクリュ圧縮機90によりスクリュ膨張機22から排出された蒸気の圧力を上昇させることができるため、プロセス側圧力P3よりもスクリュ膨張機22の出口圧力P2を低くすることができる。即ち、第2実施形態同様、スクリュ膨張機22の入口圧力P1と出口圧力P2との圧力差を蒸気源10から供給される蒸気の圧力P1とプロセス側圧力P3との圧力差よりも大きくすることが可能となる。そのため、当該発電装置20に供給される蒸気が有するエネルギーを最大限仕事(動力)として回収することが可能となり、発電効率がより向上する。   Moreover, since the pressure of the vapor | steam discharged | emitted from the screw expander 22 by the screw compressor 90 can be raised, the exit pressure P2 of the screw expander 22 can be made lower than the process side pressure P3. That is, as in the second embodiment, the pressure difference between the inlet pressure P1 and the outlet pressure P2 of the screw expander 22 is made larger than the pressure difference between the steam pressure P1 supplied from the steam source 10 and the process side pressure P3. Is possible. Therefore, it is possible to recover the energy of the steam supplied to the power generation device 20 as a maximum work (power), and the power generation efficiency is further improved.

また、本実施形態においては、スクリュ膨張機22と発電機24とスクリュ圧縮機90とが共通の回転駆動軸64によって連結されている。そのため、複数の部材を介してクスリュ膨張機22からの動力が発電機24とスクリュ圧縮機90に伝達される場合に比べ、前記動力の機械損失を小さくすることができ、発電効率がより向上する。また、前記動力を伝達する手段として回転駆動軸64のような簡単な構成とすることで、当該動力伝達手段において故障が発生し難く且つメンテナンスも容易になる。   In the present embodiment, the screw expander 22, the generator 24, and the screw compressor 90 are connected by a common rotary drive shaft 64. Therefore, compared with the case where the power from the screw expander 22 is transmitted to the generator 24 and the screw compressor 90 via a plurality of members, the mechanical loss of the power can be reduced, and the power generation efficiency is further improved. . Further, by adopting a simple configuration such as the rotary drive shaft 64 as means for transmitting the power, it is difficult for the power transmission means to fail and maintenance is facilitated.

尚、本発明の発電装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   In addition, the electric power generating apparatus of this invention is not limited to the said embodiment, Of course, a various change can be added in the range which does not deviate from the summary of this invention.

例えば、第3実施形態においては、回転駆動軸64に沿って、順にスクリュ膨張機22、スクリュ圧縮機90及び発電機24が配置されているが、これに限定される必要はなく、図10(a)に示されるように、回転駆動軸64に沿って、スクリュ膨張機22、発電機24及びスクリュ圧縮機90の順で配置されてもよい。このような順に配置されても、それぞれが共通の回転駆動軸64で連結されることで、いずれか1つの回転数を制御することで、他の2つの回転数の制御を同時に行うことが可能となる。従って、ケーシング30内のスペース等により必要に応じて前記順序を入れ換えて配置すればよい。   For example, in the third embodiment, the screw expander 22, the screw compressor 90, and the generator 24 are sequentially arranged along the rotation drive shaft 64, but the present invention is not limited to this, and FIG. As shown in a), the screw expander 22, the generator 24, and the screw compressor 90 may be arranged in this order along the rotational drive shaft 64. Even if they are arranged in this order, each of them is connected by a common rotational drive shaft 64, so that it is possible to control the other two rotational speeds simultaneously by controlling any one rotational speed. It becomes. Therefore, the order may be changed as necessary depending on the space in the casing 30 or the like.

また、第3実施形態において、連結管92にドレン飛散器96が設けられてもよい(図10(c)参照)。このドレン飛散器96は、蒸気が膨張過程で凝縮したドレンを飛散させ、再び蒸気中に分散させるためのものである。このようなドレン飛散器96が連結管92に設けられることで、スクリュ膨張機22での膨張過程で一旦蒸気が凝縮して発生したドレンが連結管92内で液膜となっても、この液膜が当該連結管92内の蒸気中に飛散されることでスクリュ圧縮機90内での前記ドレンの再蒸発が容易になる。   In the third embodiment, a drain scattering device 96 may be provided in the connecting pipe 92 (see FIG. 10C). This drain scattering device 96 is for scattering the drain condensed steam in the expansion process and dispersing it again in the steam. By providing such a drain scattering device 96 in the connecting pipe 92, even if the drain once generated by the condensation of steam in the expansion process in the screw expander 22 becomes a liquid film in the connecting pipe 92, this liquid The membrane is scattered in the steam in the connecting pipe 92, so that the drain can be easily re-evaporated in the screw compressor 90.

また、第3実施形態において、図10(b)に示されるように、連結管92に液体注入装置98が設けられてもよい。この液体注入装置98は、連結管92内に蒸気を構成する液体を注入するためのものである。このような液体注入装置98が連結管92に設けられ、前記液体が連結管92内に注入されることで、プロセス12に供給される蒸気量を増加させることが可能となる。この場合、連結管92にドレンセパレータ100を設けることで、連結管92内の蒸気からドレンを分離して排出した後、液体注入装置98によって前記液体を注入するようにしてもよい。また、液体注入装置98を設けることなく連結管92にドレンセパレータ100のみを設けることで、プロセス12において過熱蒸気を得ることができる。   In the third embodiment, as shown in FIG. 10B, a liquid injection device 98 may be provided in the connecting pipe 92. The liquid injection device 98 is for injecting a liquid constituting the vapor into the connecting pipe 92. Such a liquid injection device 98 is provided in the connecting pipe 92, and the liquid is injected into the connecting pipe 92, whereby the amount of vapor supplied to the process 12 can be increased. In this case, by providing the drain separator 100 in the connection pipe 92, the liquid may be injected by the liquid injection device 98 after the drain is separated and discharged from the vapor in the connection pipe 92. Further, by providing only the drain separator 100 in the connecting pipe 92 without providing the liquid injection device 98, superheated steam can be obtained in the process 12.

尚、圧縮機が容積型圧縮機(第3実施形態においては、スクリュ圧縮機90)で構成されることで、当該圧縮機内に前記液体注入装置98等からの液体が導入されても故障し難くなる。   In addition, since the compressor is composed of a positive displacement compressor (screw compressor 90 in the third embodiment), even if liquid from the liquid injection device 98 or the like is introduced into the compressor, it is difficult to break down. Become.

これらドレン飛散器96と液体注入装置98とは、図10(b)に示されるように、連結管92に設けられてもよい。このように両方が連結管92に設けられることで、連結管92内で液膜となったドレンがスクリュ圧縮機90で再蒸発し易くなると共に、プロセス12に供給する蒸気量を増加させることができる。   The drain scattering device 96 and the liquid injection device 98 may be provided in the connection pipe 92 as shown in FIG. By providing both in the connecting pipe 92 in this way, the drain that has become a liquid film in the connecting pipe 92 can be easily re-evaporated by the screw compressor 90, and the amount of steam supplied to the process 12 can be increased. it can.

第3実施形態において、スクリュ膨張機22で発生した動力(回転動力)を発電機24及びスクリュ圧縮機90に伝達するための動力伝達手段として、回転駆動軸64が用いられているがこれに限定される必要はなく、図11に示されるように、複数の歯車102,102,…によって構成されてもよい。この場合、圧縮機90は外部からの動力を得るための歯車104を有し、この歯車104が複数の歯車102,102,…のいずれかに噛み合うように配置されればよい。尚、図11においては、これら複数の歯車102,102,…及びスクリュ圧縮機90の有する歯車104は、減速機106を構成している。   In the third embodiment, the rotational drive shaft 64 is used as power transmission means for transmitting the power (rotational power) generated by the screw expander 22 to the generator 24 and the screw compressor 90, but the present invention is not limited to this. It is not necessary to be made, and as shown in FIG. 11, it may be constituted by a plurality of gears 102, 102,. In this case, the compressor 90 has a gear 104 for obtaining power from the outside, and the gear 104 may be disposed so as to mesh with any of the plurality of gears 102, 102,. In FIG. 11, the plurality of gears 102, 102,... And the gear 104 included in the screw compressor 90 constitute a speed reducer 106.

前記動力伝達手段が前記のように構成されることで、各歯車102,104のギア比を設定することで所望のスクリュ圧縮機90の出口圧力(プロセス側圧力)P3及び所望のスクリュ膨張機22の出口圧力P2を容易に得ることが可能となる。そのため、スクリュ膨張機22の入口圧力P1と出口圧力P2との圧力差を所望の圧力差に設定すると共にプロセス側圧力P3も所望の圧力とすることができる。   By configuring the power transmission means as described above, setting the gear ratio of the gears 102 and 104 allows the desired outlet pressure (process side pressure) P3 of the screw compressor 90 and the desired screw expander 22 to be set. It is possible to easily obtain the outlet pressure P2. Therefore, the pressure difference between the inlet pressure P1 and the outlet pressure P2 of the screw expander 22 can be set to a desired pressure difference, and the process side pressure P3 can also be set to a desired pressure.

さらに、種々の歯車の組み合わせによりスクリュ膨張機22、発電機24及びスクリュ圧縮機90の配置の自由度が向上する。また、歯車の組み合わせを変更可能な機構(変速機構等)としてもよい。この場合、蒸気源10から供給される蒸気量の変動やプロセス側圧力の変動に合わせて各部位での圧力P1,P2,P3が適正な圧力(スクリュ膨張機22における設計膨張比及びスクリュ圧縮機90における設計圧縮比)となるよう、スクリュ膨張機22、発電機24及びスクリュ圧縮機90の回転数がそれぞれ適した回転数となるように歯車の組み合わせを変更するような制御がコントローラ28により行われる。   Furthermore, the freedom degree of arrangement | positioning of the screw expander 22, the generator 24, and the screw compressor 90 improves by the combination of various gears. Moreover, it is good also as a mechanism (transmission mechanism etc.) which can change the combination of a gearwheel. In this case, the pressures P1, P2, and P3 at each part are appropriate pressures (design expansion ratio and screw compressor in the screw expander 22) in accordance with fluctuations in the amount of steam supplied from the steam source 10 and process side pressure. The controller 28 performs control such that the combination of gears is changed so that the rotation speeds of the screw expander 22, the generator 24, and the screw compressor 90 become appropriate rotation speeds so that the design compression ratio at 90 can be obtained. Is called.

10 蒸気源
12 プロセス
14 主配管
16 コントロール弁
20 発電装置
22 スクリュ膨張機(容積型膨張機)
24 発電機
40 膨張室
58 ドレン抑制減圧弁(ドレン抑制手段)
64 回転駆動軸(動力伝達手段)
70 エジェクタ
72 分岐管(分岐流路)
74 吸引用排出管
76 ノズル部
78 吸引部
82 流量調整弁
90 スクリュ圧縮機(圧縮機)
96 ドレン飛散器
98 液体注入装置
102 歯車
104 歯車
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Steam source 12 Process 14 Main piping 16 Control valve 20 Electric power generation device 22 Screw expander (volume type expander)
24 Generator 40 Expansion chamber 58 Drain suppression pressure reducing valve (Drain suppression means)
64 Rotation drive shaft (power transmission means)
70 Ejector 72 Branch pipe (Branch channel)
74 Suction discharge pipe 76 Nozzle part 78 Suction part 82 Flow rate adjusting valve 90 Screw compressor (compressor)
96 Drain scattering device 98 Liquid injection device 102 Gear 104 Gear

Claims (3)

供給された蒸気によって発電し、発電に利用された前記蒸気を排出する発電装置であって、
膨張室に導入された前記蒸気の圧力による当該膨張室の容積変化に応じて動力を発生する容積型膨張機と、
前記容積型膨張機からの前記動力が伝達されるように動力伝達手段を介して当該容積型膨張機に連結される発電機と、
前記供給された蒸気が前記容積型膨張機を通過することで当該蒸気から発生するドレンを抑制するためのドレン抑制手段と、を備え、
前記ドレン抑制手段は、ノズル部に供給される蒸気を用いて負圧を発生させてこの負圧によって吸引部から他の蒸気を吸引するエジェクタと、前記容積型膨張機の上流側の流路から分岐した分岐流路と、前記容積型膨張機の下流側に接続された排出流路と、を有し、
前記エジェクタは、前記ノズル部に前記分岐流路が接続されると共に前記吸引部には前記排出流路が接続されることを特徴とする発電装置。
A power generation device that generates electric power with supplied steam and discharges the steam used for power generation,
A positive displacement expander that generates power in response to a change in volume of the expansion chamber due to the pressure of the steam introduced into the expansion chamber;
A generator coupled to the positive displacement expander via power transmission means so that the power from the positive displacement expander is transmitted;
A drain suppression means for suppressing drainage generated from the steam when the supplied steam passes through the positive displacement expander;
The drain suppressing means generates a negative pressure using steam supplied to the nozzle portion, and sucks other steam from the suction portion by this negative pressure, and a flow path upstream of the positive displacement expander. A branched flow path branched and a discharge flow path connected to the downstream side of the positive displacement expander,
The power generator according to claim 1, wherein the ejector is connected to the branch passage in the nozzle portion and to the discharge passage in the suction portion.
前記分岐流路には流量調整弁が設けられることを特徴とする請求項1に記載の発電装置。   The power generation device according to claim 1, wherein a flow rate adjusting valve is provided in the branch flow path. 前記容積型膨張機は、スクリュ膨張機であ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。 Positive displacement expander, power generator according to claim 1 or 2, characterized in that a screw expander.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014111900A (en) * 2012-12-05 2014-06-19 Tlv Co Ltd Screw type steam expansion device
JPWO2015133428A1 (en) * 2014-03-06 2017-04-06 株式会社テイエルブイ Steam system
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS455043Y1 (en) * 1966-03-03 1970-03-10
JPS6331202U (en) * 1986-08-19 1988-02-29
HUT47173A (en) * 1988-08-19 1990-01-30 Energiagazdalkodasi Intezet Apparatus for replacing the feedwater of power plant
JPH09228806A (en) * 1996-02-27 1997-09-02 Toshiba Corp Air bleed type steam turbine plant
JP4970868B2 (en) * 2005-08-11 2012-07-11 株式会社神戸製鋼所 Power generator

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