JP5447677B2 - 廃熱発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱エネルギーを用いて発電を行う廃熱発電装置に関する。

従来から、工場や焼却施設等で放出される熱エネルギー（廃熱）を回収して発電が行われており、この発電によって得られた電気エネルギーが再利用されることで省エネルギーが図られている。このような工場や施設では、発電機を駆動するため、高圧の蒸気を生成しやすいということから約３００℃以上（場合によっては１０００℃近く）の廃熱が発電に用いられており、約３００℃以下の低温廃熱はその多くが依然として大気中に放出されていた。よって、従来は殆ど回収されていなかった低温廃熱の熱エネルギーを回収して発電を行えば、更なる省エネルギーを実現することができると考えられている。

以下の特許文献１には、低沸点作動媒体を用いたランキンサイクルによって、３００℃以下の低温廃熱の熱エネルギーを用いて発電を行う廃熱発電装置が開示されている。また、以下の特許文献２には、タービンに直結された発電機と、潤滑油を循環させてタービン及び発電機の回転体を支持する軸受を潤滑する潤滑装置とを備え、以下の特許文献１に開示された廃熱発電装置に適したタービン発電機が開示されている。

特開２０００−１１０５１４号公報 特許第４３１１９８２号公報

ところで、低温廃熱の熱エネルギーを用いた発電は、上述した特許文献１等に開示された低沸点作動媒体を用いたランキンサイクルのみがあれば行うことが可能である。また、低温廃熱の場合、温度差が低いことからランキンサイクルでのエネルギー回収効率が低くなる。そのため、低温廃熱から電力を回収するためには、経済的成立性から装置自体のコストを低く抑えることが求められる。コストを抑える観点からは、ランキンサイクルに直接的に関係する機器（具体的には、低温廃熱の熱エネルギーで蒸気を発生する廃熱回収器、蒸気によって駆動されるタービン発電機、タービン発電機を通過した蒸気を凝縮液化する凝縮器、及び低沸点作動媒体を循環させるポンプ等）のみを設けて、ランキンサイクルに直接的には関係しない付随的な機器は極力省く必要がある。

上述した特許文献２は、上述した特許文献１に開示された廃熱発電装置に適したタービン発電装置を開示してはいるものの、潤滑油を循環させる必要があることから、エジェクタ、潤滑油タンク、送液ポンプ、及び配管等が必要になる。この結果として、ランキンサイクルには直接的には関係しない付随的な機器が増加して構成が複雑化するとともにコストが上昇してしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、構成の複雑化及びコストの上昇を招くことなく効率的に低温廃熱の熱エネルギーを用いて発電を行うことができる廃熱発電装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、廃熱発電装置（Ｇ）は、熱エネルギーを回収して作動媒体の蒸気を生成する蒸発器（１）と、前記蒸気を膨張させつつ発電を行う発電装置（２）と、前記発電装置を通過した蒸気を凝縮する凝縮器（３）と、前記凝縮器で凝縮された作動媒体を前記蒸発器に向けて送出するポンプ（４）と、前記発電装置に設けられている軸受の潤滑に用いるグリースを、前記発電装置に供給するグリース供給装置（５）と、を備える。
この場合、前記作動媒体は、沸点が３５℃以上の媒体であり、運転中の装置内部の圧力は、１ＭＰａ（Ｇ）（ゲージ圧で１ＭＰａ）以下であることが望ましい。
また、前記発電装置が、前記蒸気により回転駆動されるインペラ（１１）と、前記インペラの回転駆動力により駆動されて発電を行う発電機（１２）と、前記インペラの回転駆動力を前記発電機に伝達する回転軸（１３）と、前記回転軸を回転可能に支持する軸受（１４ａ、１４ｂ）と、少なくとも前記発電機及び前記回転軸を収容し、前記グリース供給装置からのグリースを前記軸受に供給するグリース流路（１８、１９、３０）が形成されたケーシング（１５）と、を備えてもよい。
また、前記グリース流路が、前記回転軸の回転軸線周りに環状に形成された環状流路（１８ａ）と、一端が前記環状流路に連通するとともに他端が前記グリース供給装置のグリース供給口（Ｃ１、Ｃ２）に連通する流路（１８、１９）とからなってもよい。
また、前記グリース流路が、一端が前記軸受の側面側に配設されるとともに他端が前記グリース供給装置のグリース供給口に連通してもよい。
また、前記グリース流路が、Ｌ字形状に形成されていてもよい。
また、前記ケーシングが密閉構造とされており、前記グリース供給装置が、前記ケーシングの内部圧力に打ち勝つ圧力で前記グリースを加圧して前記発電装置に供給することが望ましい。
また、前記グリース供給装置を制御する制御装置をさらに備え、前記制御装置は、前記グリース供給装置が定期的に一定の量のグリースを前記発電機に供給するように制御してもよい。
また、前記制御装置は、前記グリース供給装置が供給するグリースの供給量を前記発電装置の発電量に応じて調整してもよい。

本発明によれば、グリース供給装置から供給されるグリースを用いて発電機に設けられている軸受の潤滑を行っており、従来のように潤滑油を循環させる構成が不要であるため、構成の複雑化及びコストの上昇を招くことなく効率的に低温廃熱の熱エネルギーを用いて発電を行うことができる。
加えて、グリースが安定的に供給されるように装置内部の圧力を低く抑えているため、発電装置のケーシングや蒸発器及び凝縮器にも高い圧力がかからず、安全で且つコストを低く抑えて廃熱発電装置を製造することも可能である。

本発明の一実施形態における廃熱発電装置の全体構成の概要を示すブロック図である。 本発明の一実施形態における廃熱発電装置が備えるタービン発電機及びグリース供給装置の構成を示す図である。 図２中のＡ−Ａ線の断面矢視図である。 本発明の一実施形態における廃熱発電装置の制御システムの概要を示すブロック図である。 本発明の一実施形態における廃熱発電装置に設けられるタービン発電機のグリース流路の変形例を示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態における廃熱発電装置について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態における廃熱発電装置の全体構成の概要を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の廃熱発電装置Ｇは、蒸発器１、タービン発電機２（発電装置）、凝縮器３、ポンプ４、及びグリース供給装置５を備えるランキンサイクルを利用した発電装置であり、工場や焼却施設等から放出される約３００℃以下の低温廃熱（図１では「熱源」と表記）の熱エネルギーを用いて発電を行う。

蒸発器１は、工場等から放出される低温廃熱を回収して作動媒体の蒸気を生成する。タービン発電機２は、蒸発器１で生成された蒸気を膨張させつつ発電を行う。尚、タービン発電機２の詳細な構成については後述する。凝縮器３は、タービン発電機２を通過した後の蒸気を冷却水等の冷却媒体にて冷却して凝縮させる。ポンプ４は、凝縮器３で凝縮された作動媒体を加圧して蒸発器１に向けて送出する。

グリース供給装置５は、タービン発電機２に設けられている軸受の潤滑に用いるグリースを、タービン発電機２に供給する。軸受の潤滑に潤滑油を用いずに、グリースを用いるのは、極力構成を簡略化してコストの上昇を抑えるためである。つまり、潤滑油を用いた場合には、潤滑油を循環させる必要があるために構成の複雑化及びコストの上昇を招いてしまうことから、循環させる必要のないグリースを用いることによって、構成の簡略化及びコストの抑制を図っている。

以上の構成の廃熱発電装置Ｇで用いられる作動媒体は、沸点（大気圧条件下における沸点）が３５℃を超える媒体を用い、且つ運転中の装置内部の圧力が最大で１ＭＰａ（Ｇ）（ゲージ圧で１ＭＰａ）以下であるのが望ましい。その理由は、約３００℃以下の低温廃熱の熱エネルギーを利用した発電を可能とするため、低温廃熱から蒸気の作成を可能にするとともに、装置全体の圧力を低く抑えることで、タービン発電機２の内部圧力を低く抑えることになり、グリース供給装置５からタービン発電機２に供給されるグリースの分離（基油と増ちょう剤への分離）を防止するためである。このことにより複雑な油潤滑機構でなく、安価なグリス潤滑にてタービンを安定的に駆動することが可能となる。
加えて、グリスを安定的に供給するために装置内部の圧力を低く抑えた結果、タービン発電機２のケーシングや蒸発器１及び凝縮器２にも高い圧力がかからないため、安全でかつコストを低く抑えて廃熱発電装置Ｇを製造することも可能となるという相乗的な効果も発揮できる。具体的な作動媒体としては、ハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）、フルオロカーボン、フルオロケトン、パーフルオロポリエーテル等を用いることができる。

上記構成の廃熱発電装置Ｇにおいて、ポンプ４によって作動媒体が蒸発器１に送出されてくると、作動媒体は蒸発器１に導入される低温廃熱（熱源）の熱エネルギーによって沸騰蒸発し、これにより蒸気が生成される。蒸発器１で生成された蒸気は、タービン発電機２に供給されて膨張しつつタービン発電機２を駆動し、これによってタービン発電機２で発電が行われる。タービン発電機２を介した蒸気は凝縮器３で冷却媒体によって冷却されることにより凝縮する。凝縮器３によって凝縮された作動媒体は、ポンプ４によって加圧されて再び蒸発器１に向けて送出される。このように、廃熱発電装置Ｇ内で作動媒体の蒸発及び凝縮が繰り返されることにより、低温廃熱の熱エネルギーを用いた発電が行われる。

次に、廃熱発電装置Ｇに設けられるタービン発電機２及びグリース供給装置５について詳細に説明する。図２は、本発明の一実施形態における廃熱発電装置が備えるタービン発電機及びグリース供給装置の構成を示す図である。尚、図２においては、タービン発電機２については側断面図で図示しており、グリース供給装置５については一部を切り欠いた側面図で図示している。尚、グリース供給装置５は、タービン発電機２の近傍に配設されていれば良く、タービン発電機２に取り付けられている必要は必ずしもない。

図２に示す通り、タービン発電機２は、インペラ１１、発電機１２、回転軸１３、軸受１４ａ，１４ｂ、及びケーシング１５を備える。インペラ１１は、蒸発器１で生成された蒸気により回転駆動される回転翼である。具体的に、径方向外側から供給される蒸気により回転駆動され、その回転軸線方向の一方側から膨張した蒸気を送り出す。

発電機１２は、インペラ１１の回転駆動力により駆動され、例えば三相交流を発電する。具体的に、発電機１２は、外周面に沿って配列された複数の永久磁石を有するロータ１２ａと、ロータ１２ａの外周面に対向するように内周面に配列された複数のコイルを有するステータ１２ｂとを備えている。インペラ１１の回転駆動力によりロータ１２ａが駆動されて、ロータ１２ａとステータ１２ｂとの回転軸線の周りにおける相対的な位置が変化することで発電が行われる。

回転軸１３は、インペラ１１の回転駆動力を発電機１２に伝達するための軸部材である。この回転軸１３は、インペラ１１の回転軸線方向に延びて設けられており、発電機１２のロータ１２ａに挿通されて固定されている。また、回転軸１３の一端部にはインペラ１１がネジ止め等で固定されている。このため、インペラ１１、発電機１２のロータ１２ａ、及び回転軸１３は、回転軸線の周りで一体的に回転する。

軸受１４ａ，１４ｂは、ケーシング１５に設置されており、回転軸１３を回転可能に支持する。つまり、回転軸１３は、軸受１４を介してケーシング１５に回転可能に支持されている。これらの軸受１４ａ，１４ｂは、転がり軸受であり、より詳細にはアンギュラ玉軸受である。尚、軸受１４はアンギュラ玉軸受に限定されず、深溝玉軸受や円錐ころ軸受等のラジアル荷重及びスラスト荷重の何れをも支持できる軸受を用いても良い。

軸受１４ａはインペラ１１が固定された回転軸１３の一端部側を支持しており、軸受１４ｂは回転軸１３の他端部側を支持している。これら軸受１４ａ，１４ｂには、グリース供給装置５からのグリースがそれぞれ供給される。このグリースは、軸受１４ａ，１４ｂの円滑な回転を維持する。尚、軸受１４ａ，１４ｂに対するグリースの供給方法の詳細については後述する。

ケーシング１５は、インペラ１１、発電機１２及び回転軸１３を収容するとともに、タービン発電機２の外形を構成する。このケーシング１５は、スクロールケーシング１５ａ、ケーシング本体１５ｂ、及び軸受支持部１５ｃ，１５ｄを備えている。スクロールケーシング１５ａは、吸入口Ａ１、スクロール室Ａ２、ノズルＡ３、及び排出口Ａ４が形成されており、インペラ１１の一方側を囲むように設けられる。

吸入口Ａ１は、蒸発器１で生成されてインペラ１１を回転駆動する蒸気が導入される部位である。スクロール室Ａ２は、インペラ１１を囲んで環状に形成されており、一端が吸入口Ａ１に接続され、他端がノズルＡ３に連通する流路である。ノズルＡ３は、インペラ１を囲んで環状に形成されており、スクロール室Ａ２を介した蒸気が導入される流路である。尚、ノズルレスでも膨張タービンを構成することは可能である。排出口Ａ４は、インペラ１１を回転駆動した後の膨張した蒸気を外部に排出する部位である。

ケーシング本体１５ｂは、発電機１２及び回転軸１３を収容する略円筒形状の部材である。このケーシング本体１５ｂには、タービン発電機２で発電された電力を外部に取り出すためのコネクタ１６が形成されている。タービン発電機２の外部からコネクタ１６にケーブル（図示省略）が接続されることにより、タービン発電機２で発電された電力がケーブルを介して外部に取り出される。尚、コネクタ１６とステータ１２ｂに設けられたコイルは、所定の配線によって電気的に接続されている。

タービン発電機２には蒸気が供給されており、ケーシング１５を密閉構造とする必要があることから、コネクタ１６として接続部分を密閉できるハーメチックコネクタが用いられる。尚、装置の内部圧力は、１ＭＰａ（Ｇ）未満にするのが望ましい。これは、グリース供給装置５からタービン発電機２に供給されるグリースの分離を防止するためである。尚、ハーメチック構造とした場合、ケーシング内部は一般的にはタービンの入口圧力（吸入口Ａ１での圧力）と出口圧力（排出口Ａ４での圧力）の中間圧力程度になる。よって、運転中の装置内部の最高圧力を１ＭＰａ（Ｇ）以下になるようにすることで、ケーシング内部は１ＭＰａ（Ｇ）未満にすることが可能である。

軸受支持部１５ｃは、軸受１４ａを支持する円板状に形成された部材である。この軸受支持部１５ｃは、一側面にスクロールケーシング１５ａが締結ボルト等を用いて着脱可能に取り付けられ、他側面にケーシング本体１５ｂが締結ボルト等を用いて着脱可能に取り付けられる。軸受１４ａは軸受支持部１５ｃの中央部に設置されており、回転軸１３は軸受支持部１５ｃを貫通した状態で軸受１４ａに回転可能に支持されている。

軸受支持部１５ｄは、軸受１４ｂを支持する有底の円筒状に形成された部材である。この軸受支持部１５ｄは、ケーシング本体１５ｂの軸受支持部１５ｃが取り付けられる側とは反対側に、円筒部Ｐがケーシング本体１５ｂ内に配設されるように、その底部Ｂが締結ボルト等を用いて着脱可能に取り付けられる。軸受１４ｂは軸受支持部１５ｄの円筒部Ｐ内における空間Ｓの開口部の近傍に配置されており、回転軸１３はその一部が空間Ｓに挿入された状態で軸受１４ｂに回転可能に支持されている。

軸受支持部１５ｄの空間Ｓ内には、軸受１４ｂを軸受１４ａ側に向かって付勢する予圧バネ１７が設けられている。尚、軸受１４ｂは回転軸１３を介して軸受１４ａと連結されているため、予圧バネ１７の付勢力は軸受１４ｂだけでなく軸受１４ａにも伝わり、軸受１４ａ，１４ｂの双方に対して回転軸線方向の付勢力（即ち、予圧）が加えられる。前述した通り、軸受１４ａ，１４ｂはアンギュラ玉軸受であることから、回転軸線方向に適切な予圧が加えられることで、転動体（玉）が適切な位置に保持され、回転に伴う振動や騒音等が低減される。

軸受支持部１５ｃ，１５ｄには、軸受１４ａ，１４ｂに対してグリースを供給するグリース流路１８，１９（流路）がそれぞれ形成されている。軸受支持部１５ｃに形成されたグリース流路１８は、一端が軸受支持部１５ｃの中心部に配置された軸受１４ａの外周近傍に配設され、他端が軸受支持部１５ｃの外周上に設けられたグリース供給口Ｃ１に連通する流路である。これに対し、軸受支持部１５ｄに形成されたグリース流路１９は、一端が軸受支持部１５ｄの円筒部Ｐ内における空間Ｓに配置された軸受１４ｂの外周近傍に配設され、他端が軸受支持部１５ｄの底部Ｂに設けられたグリース供給口Ｃ２に連通する流路である。

グリース供給装置５は、ケーシング１５の外部に設置され、軸受１４ａ，１４ｂにグリースを供給する。このグリース供給装置５の内部には、グリースが充填された一対のシリンジ２１が収容されている。また、グリース供給装置５の内部には、シリンジ２１を動作させる駆動装置（図示省略）が設けられており、この駆動装置の作動によってシリンジ２１が動作し、シリンジ２１内のグリースを加圧して供給できる。前述した通り、ケーシング１５は密閉構造であり、内部圧力は１ＭＰａ（Ｇ）未満である。このため、グリース供給装置５は、グリースをタービン発電機２の軸受１４ａ，１４ｂに供給するために、ケーシング１５の内部圧力に打ち勝つ圧力でグリースを加圧する必要がある。

一対のシリンジ２１には、それぞれ第１供給管２２及び第２供給管２３が接続されている。第１供給管２２は、一方のシリンジ２１と軸受支持部１５ｃのグリース供給口Ｃ１とを互いに連結している。また、第２供給管２３は、他方のシリンジ２１と軸受支持部１５ｄのフリース供給口Ｃ２とを互いに連結している。このため、グリース供給装置５の作動によって、タービン発電機２が備える軸受１４ａ，１４ｂの双方にグリースが供給される。

図３は、図２中のＡ−Ａ線の断面矢視図である。図３に示す通り、軸受支持部１５ｃには、軸受１４ａを囲むように環状流路１８ａが形成されている。図２を用いて説明したグリース流路１８は、一端が環状流路１８ａに連通し、他端が軸受支持部１５ｃの外周上に設けられたグリース供給口Ｃ１に連通している。このため、グリース供給口Ｃ１からグリース流路１８を介して供給されるグリースは、環状流路１８ａによって軸受１４ａの径方向外側の全周に亘って配される。

また、軸受１４ａの外輪には、径方向に向けて貫通する複数の貫通孔Ｈが形成されている（図３においては４箇所）。よって、環状流路１８ａ内のグリースが、複数の貫通孔Ｈを介して軸受１４ａの内部（外輪と内輪との間）に供給され、転動体（玉）の円滑な転動を維持することが可能となる。
尚、軸受支持部１５ｄには、軸受１４ｂを囲むように環状流路１８ａと同様の環状流路が形成されており、軸受１４ｂの外輪には、貫通孔Ｈと同様の貫通孔が形成されている。このため、グリース供給口Ｃ２からグリース流路１９を介して供給された環状流路内のグリースが、複数の貫通孔を介して軸受１４ｂの内部（外輪と内輪との間）に供給され、転動体（玉）の円滑な転動を維持することが可能となる。

図４は、本発明の一実施形態における廃熱発電装置の制御システムの概要を示すブロック図である。図４に示す通り、廃熱発電装置Ｇは、グリース供給装置５を制御する制御部６（制御装置）をさらに備えている。制御部６は、グリース供給装置５に対して制御信号を出力しており、グリース供給装置５の動作を制御してタービン発電機２へのグリースの供給量を調整できる。

制御部６は、グリース供給装置５が定期的に一定の量のグリースをタービン発電機２に供給するように制御する。また、制御部６は、供給１回あたりのグリースの量が微小な量となるようにグリース供給装置５を制御している。
タービン発電機２に設けられた軸受（軸受１４ａ，１４ｂ）に新たに供給されるグリースは、よく攪拌されていないことから高いちょう度を有している。高いちょう度を有するグリースが軸受に供給されると、軸受の回転に対する抵抗となり、この抵抗のため軸受や軸受内のグリースの温度が上昇する。新たに供給されるグリースの量が多いほど、軸受や軸受内のグリースの温度は大きく上昇する。軸受やグリースには適正な使用温度が定められており、この使用温度を超えて使用するとグリースの劣化が進み軸受の寿命が減少する。そのため、新たなグリースを軸受に供給したときの温度上昇を上記適正使用温度以下に抑えることが必要となる。制御部６は、グリース供給時の温度上昇を抑制するため、供給１回あたりのグリースの量が微小な量となるようにグリース供給装置５を制御している。なお、供給１回あたりのグリースの供給量は、軸受やグリースの適正使用温度や、軸受の大きさ（収容されるグリースの量）から適宜設定される。

また、グリースにおける基油が蒸発することから、軸受内のグリースの量は次第に減少する。そのため、定期的にグリースを軸受に供給する必要がある。グリースを供給する間隔の設定方法としては以下の方法が挙げられる。
軸受にグリースを供給した後、無給油で回転させた場合に、軸受の寿命（焼き付き）に到達するまでの時間を無給油耐久時間とする。この無給油耐久時間の間に軸受内のグリースが全て入れ替わるような供給量でグリースを供給すれば、軸受の焼き付きを防止できる。よって、軸受に収容される全グリース量に対する上記１回あたりのグリースの供給量の割合と、無給油耐久時間に対するグリース供給間隔の割合とが等しくなるような供給間隔を算出する。制御部６は、算出された供給間隔毎に微小な量のグリースを供給するように、グリース供給装置５を制御している。

また、制御部６には、タービン発電機２の動作信号（例えば発電電圧等の、タービン発電機２の発電量を示す信号）が入力されており、この動作信号に応じてグリースの供給量を調整してもよい。
タービン発電機２の回転速度が高くなれば、その発電量は増える。換言すれば、タービン発電機２の発電量が増加していれば、高い回転速度で軸受が回転している。軸受の回転速度が高くなれば、グリースは激しく攪拌され、基油が蒸発しやすくなる。すなわち、グリースの消費量が増えることから、グリースの供給量を増やす必要がある。制御部６は、タービン発電機２の発電量が高くなるに従い、グリースの供給間隔を短くしてその供給量を増やすように、グリース供給装置５を制御している。

なお、図２に示す通り、軸受１４ａは蒸発器１で生成された蒸気が供給されるスクロールケーシング１５ａの近傍に設けられているため、軸受１４ａの温度は軸受１４ｂよりも高くなる。そのため、制御部６が、軸受１４ｂに供給されるグリースの量よりも、軸受１４ａに供給されるグリースの量が多くなるように制御してもよい。

上記構成のタービン発電機２において、蒸発器１で生成された蒸気が供給されると、スクロールケーシング１５ａの吸入口Ａ１からスクロール室Ａ２を介してノズルＡ３に導入される。ノズルＡ３に導入された蒸気は圧縮されて圧力が上昇し、この圧力が上昇した蒸気によってインペラ１１が回転駆動される。尚、インペラ１１を回転駆動した後の膨張した蒸気は排出口Ａ４から外部に排出され、凝縮器３に導かれる。

インペラ１１が回転駆動されると、その回転駆動力が回転軸１３によって発電機１２に伝達され、発電機１２のロータ１２ａがインペラ１１及び回転軸１３と一体的に回転する。ロータ１２ａが回転すると、ロータ１２ａとステータ１２ｂとの回転軸線の周りにおける相対的な位置が変化し、これによって例えば三相交流が発電される。発電された電力は、コネクタ１６及び不図示のケーブルを介して外部に取り出される。

蒸気によって、インペラ１１、発電機１２のロータ１２ａ、及び回転軸１３は高速で回転する（例えば、数万ｒｐｍ）。これに伴って軸受１４ａ，１４ｂも高速で回転し、軸受１４ａ，１４ｂに供給されたグリースは攪拌される。また、インペラ１１における流動の損失や発電機１２の動作を原因として熱が生じる。この熱は軸受１４ａ，１４ｂに伝わり、軸受１４ａ，１４ｂに供給されたグリースの温度は上昇する。このような回転による攪拌や熱の影響により、グリースが変質・劣化し、基油である潤滑油が枯渇する可能性がある。
グリースの潤滑油が枯渇すれば、軸受１４ａ，１４ｂの焼き付きが生じる可能性がある。

しかしながら、本実施形態では、グリース供給装置５が設けられており、しかもタービン発電機２には、軸受１４ａ，１４ｂに対してグリースを供給するためのグリース流路１８，１９が形成されている。よって、一定量のグリースを定期的に軸受１４ａ，１４ｂに対して供給すれば、軸受１４ａ，１４ｂの円滑な回転を維持しつつ焼き付き等の不具合を防止することができる。
また、制御部６が、供給１回あたりのグリースの量が微小な量となるようにグリース供給装置５を制御しているため、グリース供給時における軸受１４ａ，１４ｂの温度上昇を抑制することができる。

このように、本実施形態では、グリース供給装置５から供給されるグリースを用いて軸受１４ａ，１４ｂの潤滑を行っている。このため、本実施形態では、従来のように潤滑油を循環させる必要がなく、エジェクタ、潤滑油タンク、送液ポンプ、及び配管等の潤滑油を循環させる構成が不要になるため、構成の複雑化及びコストの上昇を招くことなく効率的に低温廃熱の熱エネルギーを用いて発電を行うことができる。

また、タービン発電機２の製造時又はメンテナンス時には、インペラ１１、発電機１２、回転軸１３、軸受１４ａ，１４ｂ、及びケーシング１５等を組み立てる組立作業が実施される。このとき、軸受１４ａ，１４ｂにグリースを供給するための供給管等がケーシング１５内に設けられる場合には、このような供給管の配設、引き回し及び接続といった作業が発生し、タービン発電機２の組立の手間が増大する可能性がある。

しかしながら、本実施形態では、グリースを軸受１４ａ，１４ｂに供給するグリース流路１８，１９が、ケーシング１５に形成されている。このため、タービン発電機２の組立作業においては、ケーシング１５に形成されたグリース流路１８，１９内に所定量のグリースを充填し、ケーシング１５に対して回転軸１３、軸受１４ａ，１４ｂ等を順次設置すればタービン発電機２の組立作業は完了する。よって、供給管の配設、引き回し及び接続といった作業が不要となり、タービン発電機２の製造時又はメンテナンス時における組立の手間を削減できる。

以上、本発明の一実施形態における廃熱発電装置について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、グリース供給口Ｃ１，Ｃ２にそれぞれ連通したグリース流路１８，１９と、軸受１４ａ，１４ｂの周囲に設けられた環状流路とによってグリースを軸受１４ａ，１４ｂに供給する例について説明した。しかしながら、環状流路１８を形成するスペースがない場合には、軸受１４ａ，１４ｂの側方（軸受の中心軸線方向での一方の側）からグリースを供給しても良い。

図５は、本発明の一実施形態における廃熱発電装置に設けられるタービン発電機のグリース流路の変形例を示す断面図である。尚、図４では、軸受１４ａについて説明するが、軸受１４ｂについても同様である。図４に示すグリース流路３０は、一端が軸受１４の側面側に配設されるとともに他端がグリース供給口Ｃ１（図４では図示せず）に連通するＬ字形状に形成された流路である。なお、グリース流路３０は、一端が軸受１４の側面側に配設されるとともに他端がグリース供給口Ｃ１に連通していれば良く、Ｌ字形状以外の形状に形成されていても良い。

このため、グリース供給口Ｃ１からグリース流路３０を介して供給されるグリースは、軸受１４ａの側方側から軸受１４ａの内部（外輪と内輪との間）に供給され、転動体（玉）の円滑な転動を維持することが可能となる。尚、図４に示す例では、軸受１４ａに対してグリースは１箇所（グリース流路の３０の一端）のみから供給される訳であるが、転動体が転動することでグリースが軸受１４ａの全体に行き渡るため問題は生じない。

さらに、グリース流路３０が軸受１４の側面側からグリースを供給することで、グリース供給時における軸受１４やその内部のグリースの温度上昇を抑制することも可能となる。
上述したように、ちょう度の高い新たなグリースが軸受１４に供給されると軸受１４の温度が上昇する。軸受１４の外周側から貫通孔Ｈを介してグリースが供給されると、ちょう度の高いグリースが軸受１４の転動体に直接接触し、軸受１４の温度上昇が大きくなる可能性がある。一方、グリースを軸受１４の側面側から供給すると、軸受１４の側面側と転動体との間にはグリースが保持される空間が存在するため、ちょう度の高い新たなグリースが転動体に直接接触することを避けることができ、グリース供給時の温度上昇を緩和することができる。

また、上記実施形態では、タービン発電機２の設置する向きに関しては特に記載されていないが、回転軸１３が鉛直方向に沿って延び、発電機１２よりもインペラ１１が鉛直方向上側に位置するようにタービン発電機２が設置されても良い。
インペラ１１周辺での圧力は、一般的にはタービンの入口圧力（吸入口Ａ１での圧力）と出口圧力（排出口Ａ４での圧力）の中間圧力程度になる。インペラ１１周辺での圧力よりも排出口Ａ４での圧力が低いため、インペラ１１は排出口Ａ４側（すなわち鉛直方向上側）に引き寄せられる。一方、重力のためインペラ１１には鉛直方向下向きの力が加えられる。圧力の差による力と重力とを相殺することができるため、軸受１４に加えられるスラスト荷重を軽減することができ、軸受１４の寿命を延ばすことができる。

また、上記実施形態では、遠心式膨張タービンを膨張機として用いる発電装置を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明は、スクリュー方式の膨張機やロータリー方式の膨張機を備える発電装置にも適用可能である。
さらに、上記実施形態では、廃熱発電装置Ｇは工場や焼却施設等から放出される約３００℃以下の低温廃熱の熱エネルギーを用いて発電しているが、低温廃熱のみに限定されるわけではなく、本発明は熱エネルギーを用いて発電する一般的な発電装置に適用することができる。

１ 蒸発器
２ タービン発電機
３ 凝縮器
４ ポンプ
５ グリース供給装置
１１ インペラ
１２ 発電機
１３ 回転軸
１４ａ，１４ｂ軸受
１５ ケーシング
１８，１９ グリース流路
１８ａ 環状流路
３０ グリース流路
Ｇ 廃熱発電装置
Ｃ１，Ｃ２ グリース供給口

Claims (9)

1. 熱エネルギーを回収して作動媒体の蒸気を生成する蒸発器と、
   前記蒸気を膨張させつつ発電を行う発電装置と、
   前記発電装置を通過した蒸気を凝縮する凝縮器と、
   前記凝縮器で凝縮された作動媒体を前記蒸発器に向けて送出するポンプと、
   前記発電装置に設けられている軸受の潤滑に用いるグリースを、前記発電装置に供給するグリース供給装置と、
   前記発電装置に対する前記グリースの供給量が、無給油状態となった前記軸受が寿命に到達するまでの時間である無給油耐久時間の間に前記軸受内のグリースが全て入れ替わる供給量となるように前記グリース供給装置を制御する制御装置と、を備える廃熱発電装置。
2. 前記作動媒体は、沸点が３５℃以上の媒体であり、
   運転中の装置内部の圧力は、ゲージ圧で１ＭＰａ以下である請求項１に記載の廃熱発電装置。
3. 前記発電装置は、前記蒸気により回転駆動されるインペラと、
   前記インペラの回転駆動力により駆動されて発電を行う発電機と、
   前記インペラの回転駆動力を前記発電機に伝達する回転軸と、
   前記回転軸を回転可能に支持する軸受と、
   少なくとも前記発電機及び前記回転軸を収容し、前記グリース供給装置からのグリースを前記軸受に供給するグリース流路が形成されたケーシングと、を備える請求項１又は請求項２に記載の廃熱発電装置。
4. 前記グリース流路は、前記回転軸の回転軸線周りに環状に形成された環状流路と、
   一端が前記環状流路に連通するとともに他端が前記グリース供給装置のグリース供給口に連通する流路と、からなる請求項３に記載の廃熱発電装置。
5. 前記グリース流路は、一端が前記軸受の側面側に配設されるとともに他端が前記グリース供給装置のグリース供給口に連通する請求項３に記載の廃熱発電装置。
6. 前記グリース流路は、Ｌ字形状に形成されている請求項５に記載の廃熱発電装置。
7. 前記ケーシングは密閉構造とされており、
   前記グリース供給装置は、前記ケーシングの内部圧力に打ち勝つ圧力で前記グリースを加圧して前記発電装置に供給する請求項３から請求項６の何れか一項に記載の廃熱発電装置。
8. 前記制御装置は、前記グリース供給装置が定期的に一定の量のグリースを前記発電機に供給するように制御する請求項１から請求項７の何れか一項に記載の廃熱発電装置。
9. 前記制御装置は、前記グリース供給装置が供給するグリースの供給量を前記発電機の発電量に応じて調整する請求項８に記載の廃熱発電装置。

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