JP5494502B2 - Turbine device and waste heat recovery system - Google Patents

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Description

本発明は、タービン装置および廃熱回収システムに関する。   The present invention relates to a turbine apparatus and a waste heat recovery system.

従来、内燃機関の稼動に伴う廃熱を回収するランキンサイクルが知られている。このようなランキンサイクルには、例えば、エンジンの水冷冷却系統を密閉構造として沸騰冷却を行うようにし、エンジンにおける廃熱によって気化した冷媒、すなわち蒸気によって膨張器(例えば、蒸気タービン)を駆動して、その蒸気の持つ熱エネルギを電気エネルギ等に変換して回収するものがある。   Conventionally, a Rankine cycle that recovers waste heat associated with the operation of an internal combustion engine is known. In such a Rankine cycle, for example, boiling cooling is performed by using a water cooling cooling system of the engine as a closed structure, and an expander (for example, a steam turbine) is driven by refrigerant vaporized by waste heat in the engine, that is, steam. Some of them recover the thermal energy of the steam by converting it into electrical energy or the like.

ランキンサイクルにおける蒸気タービンは、羽根車部の回転エネルギを動力回収部へと伝達する動力回収軸を備えている。そして、動力回収軸の軸受部(例えばベアリング)には摩擦力をより低減するための潤滑油を介在させている(図5参照)。このような蒸気タービンを備えたランキンサイクルシステムが、例えば特許文献1に開示されている。   The steam turbine in the Rankine cycle includes a power recovery shaft that transmits the rotational energy of the impeller unit to the power recovery unit. And the lubricating oil for reducing a frictional force is interposed in the bearing part (for example, bearing) of a power recovery shaft (refer FIG. 5). A Rankine cycle system including such a steam turbine is disclosed in, for example, Patent Document 1.

また、その他本発明と関連性があると考えられる技術が特許文献2および3に開示されている。   Further, Patent Documents 2 and 3 disclose other technologies that are considered to be related to the present invention.

特開2004−211636号公報JP 2004-2111636 A 特開2010−203347号公報JP 2010-203347 A 特開平08−158876号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-158876

このようなランキンサイクルシステムでは、蒸気タービンの羽根車部の上流側の圧力と下流側の圧力によって規定される圧力比が大きいほどタービン効率が向上する、すなわち、羽根車部の圧力がより低圧であるほどタービン効率が向上することが知られている。そのため、羽根車部を収納するタービン室内を外部よりも低圧に管理することでランキンサイクルシステムの高効率化が図られている。しかしながら、タービン室内外に圧力差を設けると、動力回収軸の軸受部に存在する潤滑油がより低圧のタービン室側へ吸引されるために、潤滑油がシール部の僅かなクリアランスを通じてタービン室側へ徐々に流出してしまう。このような潤滑油の流出が進行すると、動力回収軸の軸受部の摩擦力が徐々に増大してタービン効率が低下したり、場合によっては軸受部に焼付きが生じたりしてしまう。   In such Rankine cycle system, the higher the pressure ratio defined by the upstream pressure and the downstream pressure of the impeller portion of the steam turbine, the higher the turbine efficiency, that is, the lower the impeller portion pressure. It is known that the turbine efficiency is improved. Therefore, the Rankine cycle system is made highly efficient by managing the turbine chamber housing the impeller part at a lower pressure than the outside. However, if a pressure difference is provided outside and inside the turbine chamber, the lubricating oil present in the bearing portion of the power recovery shaft is sucked into the lower pressure turbine chamber side. Will gradually flow out. When the outflow of such lubricating oil proceeds, the frictional force of the bearing portion of the power recovery shaft gradually increases to lower the turbine efficiency, and in some cases, seizure occurs in the bearing portion.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、タービン室側へ潤滑油が流出することを抑制することができるタービン装置および廃熱回収システムを提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of this point, and it aims at providing the turbine apparatus and waste heat recovery system which can suppress that lubricating oil flows out into the turbine chamber side.

上記目的を達成するために、本発明のタービン装置は、外部から供給される流体のエネルギによって回転する羽根車部と、前記羽根車部を収納し、外部の圧力よりも低圧に管理されたタービン室と前記羽根車部の回転を前記タービン室の外部へ伝達する動力回収軸と、前記タービン室と外部との間にある前記動力回収軸の一部を潤滑油を介して軸支する軸受部と、前記タービン室と前記軸受部との間をシールするシール部と、前記軸受部に存在する潤滑油が前記シール部よりも前記タービン室側へ流出することを抑制する抑制手段と、を備え、前記抑制手段が、送風翼であることを特徴とする。
上記の構成により、送風翼によって軸受部に存在する潤滑油がタービン室側へ流出することを抑制することができる。
In order to achieve the above object, a turbine apparatus according to the present invention includes an impeller unit that is rotated by the energy of fluid supplied from the outside, and a turbine that houses the impeller unit and is managed at a lower pressure than the external pressure. A power recovery shaft for transmitting the rotation of the chamber and the impeller portion to the outside of the turbine chamber, and a bearing portion for supporting a part of the power recovery shaft between the turbine chamber and the outside via lubricating oil And a sealing portion that seals between the turbine chamber and the bearing portion, and a suppression means that suppresses the lubricant oil existing in the bearing portion from flowing out to the turbine chamber side than the seal portion. The suppression means is a blower blade.
With the above configuration, it is possible to suppress the lubricating oil present in the bearing portion from flowing out to the turbine chamber side by the blower blades.

特に、本発明のタービン装置は、前記送風翼が、前記シール部と前記軸受部との間の前記動力回収軸に設けられ、前記シール部側から前記軸受部側に向かう流体の流れを生じさせる構成とすることができる。
上記の構成により、シール部と軸受部との間の動力回収軸に設けられた送風翼がシール部側から軸受部側に向かう流体の流れを生じさせるために、シール部側への潤滑油の移動が抑制される。よって、タービン室側へ潤滑油が流出することを抑制することができる。
In particular, in the turbine apparatus of the present invention, the blower blade is provided in the power recovery shaft between the seal portion and the bearing portion, and causes a fluid flow from the seal portion side toward the bearing portion side. It can be configured.
With the above configuration, the blower blade provided on the power recovery shaft between the seal portion and the bearing portion generates a flow of fluid from the seal portion side to the bearing portion side. Movement is suppressed. Therefore, it is possible to prevent the lubricating oil from flowing out to the turbine chamber side.

また、本発明のタービン装置は、前記送風翼が、前記羽根車部と前記シール部との間の前記動力回収軸に設けられ、前記タービン室側から前記シール部側に向かう流体の流れを生じさせる構成とすることができる。
上記の構成により、羽根車部とシール部との間の動力回収軸に設けられた送風翼がタービン室側からシール部側に向かう流体の流れを生じさせるために、タービン室側への潤滑油の移動が抑制される。よって、タービン室側へ潤滑油が流出することを抑制することができる。
In the turbine apparatus of the present invention, the blower blade is provided in the power recovery shaft between the impeller portion and the seal portion, and generates a flow of fluid from the turbine chamber side toward the seal portion side. It can be set as the structure made to do.
With the above configuration, the blower blades provided on the power recovery shaft between the impeller portion and the seal portion generate a fluid flow from the turbine chamber side toward the seal portion side, so that the lubricating oil to the turbine chamber side Movement is suppressed. Therefore, it is possible to prevent the lubricating oil from flowing out to the turbine chamber side.

そして、本発明は、請求項1から4のいずれか1項記載のタービン装置を備えた廃熱回収システムである。   And this invention is a waste-heat recovery system provided with the turbine apparatus of any one of Claim 1 to 4.

本発明のタービン装置および廃熱回収システムによれば、タービン室側へ潤滑油が流出することを抑制することができる。   According to the turbine device and the waste heat recovery system of the present invention, it is possible to prevent the lubricating oil from flowing out to the turbine chamber side.

実施例の廃熱回収システムの一構成例を示した図である。It is the figure which showed one structural example of the waste heat recovery system of an Example. 実施例の膨張器の一構成例を示した図である。It is the figure which showed one structural example of the expander of an Example. 実施例の膨張器の要部断面を示した図である。It is the figure which showed the principal part cross section of the expander of an Example. 実施例の膨張器の要部断面を示した図である。It is the figure which showed the principal part cross section of the expander of an Example. 従来の蒸気タービンの一構成例を示した図である。It is the figure which showed one structural example of the conventional steam turbine.

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明のタービン装置を備えた廃熱回収システム1の一構成例を示した図である。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a waste heat recovery system 1 including a turbine device of the present invention.

図1に示す廃熱回収システム1は、内部で冷媒が沸騰することにより冷却されるエンジン50を備えている。エンジン50は、シリンダブロック51とシリンダヘッド52を備える。シリンダブロック51及びシリンダヘッド52の内部にはウォータジャケット511、521が形成されており、このウォータジャケット内を流通する冷媒が沸騰することによってエンジン50の冷却が行われる。このときエンジン50は、蒸気を発生させる。エンジン50は、更に、燃焼室で発生した排気ガスをエンジン50の外部へと導く排気通路18を備える。エンジン50のシリンダヘッド52には、ウォータジャケット511、521と連通する蒸気通路3の一端が接続されている。   A waste heat recovery system 1 shown in FIG. 1 includes an engine 50 that is cooled by boiling a refrigerant therein. The engine 50 includes a cylinder block 51 and a cylinder head 52. Water jackets 511 and 521 are formed inside the cylinder block 51 and the cylinder head 52, and the engine 50 is cooled by boiling the refrigerant circulating in the water jacket. At this time, the engine 50 generates steam. The engine 50 further includes an exhaust passage 18 that guides exhaust gas generated in the combustion chamber to the outside of the engine 50. One end of a steam passage 3 communicating with the water jackets 511 and 521 is connected to the cylinder head 52 of the engine 50.

蒸気通路3には、気液分離器4が配設されている。気液分離器4は、ウォータジャケット511、521から供給された冷媒を、気化冷媒である蒸気と液化冷媒とに分離する。すなわち、エンジン50側から気液混合状態で気液分離器4に流入した冷媒は、気液分離器4内で気相(蒸気)と液相(液化冷媒)とに分離される。気液分離器4の下端部には、冷媒循環路5の一端が接続されている。この冷媒循環路5の他端はシリンダブロック51内のウォータジャケット511に接続されている。また、冷媒循環路5には、エンジン50内に液化冷媒を圧送する第1ウォータポンプ6が配設されている。この第1ウォータポンプ6は、いわゆるメカ式であり、エンジン50が備えるクランクシャフトを駆動源としている。この第1ウォータポンプ6により、液化冷媒が、エンジン50と気液分離器4との間を循環する。   A gas-liquid separator 4 is disposed in the steam passage 3. The gas-liquid separator 4 separates the refrigerant supplied from the water jackets 511 and 521 into vapor that is a vaporized refrigerant and a liquefied refrigerant. That is, the refrigerant that has flowed into the gas-liquid separator 4 in the gas-liquid mixed state from the engine 50 side is separated into the gas phase (vapor) and the liquid phase (liquefied refrigerant) in the gas-liquid separator 4. One end of the refrigerant circulation path 5 is connected to the lower end of the gas-liquid separator 4. The other end of the refrigerant circulation path 5 is connected to a water jacket 511 in the cylinder block 51. Further, a first water pump 6 that pumps the liquefied refrigerant into the engine 50 is disposed in the refrigerant circulation path 5. The first water pump 6 is a so-called mechanical type and uses a crankshaft provided in the engine 50 as a drive source. The first water pump 6 circulates the liquefied refrigerant between the engine 50 and the gas-liquid separator 4.

蒸気通路3には、過熱器8が設けられている。過熱器8には、主として気液分離器4において分離された蒸気が供給される。過熱器8は、下側に蒸発部8aを備え、その上側に過熱部8bを備えている。過熱器8には、排気通路18が引き込まれている。排気通路18の内部には、エンジン50で発生した排気ガスが流通する。排気通路18は、排気ガスが過熱部8b、蒸発部8aの順に通過するように過熱器8を貫通している。蒸発部8aには、液化冷媒通路7の一端が接続されている。排気ガスは、気液分離器4を通過した蒸気と熱交換をする。液化冷媒通路7の他端は、気液分離器4の下端部に接続されている。液化冷媒通路7には開閉弁7aが設けられている。この開閉弁7aの開閉状態によって、気液分離器4から蒸発部8aへの液化冷媒の供給状態が決定される。蒸発部8aに供給された液化冷媒は、過熱部8bで蒸気を過熱した後の排気ガスの熱によって、蒸気化することができる。これにより、蒸気発生量が増大すると共に、蒸気の過熱度が向上し、廃熱回収効率が向上する。過熱部8bの上端部には、蒸気排出管3aが設けられている。蒸気排出管3aの先端部には、ノズル9が設けられている。   A superheater 8 is provided in the steam passage 3. The steam separated in the gas-liquid separator 4 is mainly supplied to the superheater 8. The superheater 8 includes an evaporation unit 8a on the lower side and a superheating unit 8b on the upper side. An exhaust passage 18 is drawn into the superheater 8. Inside the exhaust passage 18, exhaust gas generated by the engine 50 flows. The exhaust passage 18 passes through the superheater 8 so that the exhaust gas passes through the superheater 8b and the evaporator 8a in this order. One end of the liquefied refrigerant passage 7 is connected to the evaporation unit 8a. The exhaust gas exchanges heat with the steam that has passed through the gas-liquid separator 4. The other end of the liquefied refrigerant passage 7 is connected to the lower end of the gas-liquid separator 4. The liquefied refrigerant passage 7 is provided with an on-off valve 7a. The supply state of the liquefied refrigerant from the gas-liquid separator 4 to the evaporation unit 8a is determined by the open / close state of the open / close valve 7a. The liquefied refrigerant supplied to the evaporation unit 8a can be vaporized by the heat of the exhaust gas after the vapor is superheated by the superheating unit 8b. Thereby, while generating amount of steam increases, the superheat degree of steam improves and waste heat recovery efficiency improves. A steam exhaust pipe 3a is provided at the upper end of the superheated part 8b. A nozzle 9 is provided at the tip of the steam discharge pipe 3a.

蒸気排出管3aの下流には、本発明のタービン装置の一実施例である膨張器10が配設されている。膨張器10は、過熱器8から供給された気化冷媒、すなわち蒸気によって駆動されてエネルギ回収を行う。なお、膨張器10の詳細な構成については後述する。   An expander 10 which is an embodiment of the turbine apparatus of the present invention is disposed downstream of the steam discharge pipe 3a. The expander 10 is driven by vaporized refrigerant supplied from the superheater 8, that is, steam, and performs energy recovery. The detailed configuration of the expander 10 will be described later.

膨張器10のケース101は、蒸気を排出する排出口105を備えている。排出口105には、蒸気排出通路11の一端が接続されている。蒸気排出通路11の他端はコンデンサ12に接続されている。蒸気排出通路11は、膨張器10より排出された蒸気をコンデンサ12に導入する。コンデンサ12は、膨張器10を通過した蒸気を凝縮して液化冷媒を生成する。コンデンサ12は、ファン13による送風を受けて、効率よく蒸気を冷却、凝縮することができる。コンデンサ12の下部にはコンデンサ12において生成された液化冷媒を貯留する凝縮水タンク14が設置されている。   The case 101 of the expander 10 includes a discharge port 105 that discharges steam. One end of the steam discharge passage 11 is connected to the discharge port 105. The other end of the steam discharge passage 11 is connected to a capacitor 12. The steam discharge passage 11 introduces the steam discharged from the expander 10 into the condenser 12. The condenser 12 condenses the vapor that has passed through the expander 10 to generate a liquefied refrigerant. The condenser 12 receives the air blown by the fan 13 and can efficiently cool and condense the steam. A condensed water tank 14 for storing the liquefied refrigerant generated in the capacitor 12 is installed below the capacitor 12.

凝縮水タンク14の下流側には、凝縮水タンク14内に一旦貯留された液化冷媒をエンジン50側へ再循環させる液化冷媒通路15が設けられている。液化冷媒通路15は、冷媒循環路5の第1ウォータポンプ6の上流側に接続されている。また、液化冷媒通路15には第2ウォータポンプ16が配設されている。この第2ウォータポンプ16は、電気式のベーンポンプとなっている。第2ウォータポンプ16が稼動状態となると、凝縮水タンク14内の液化冷媒が冷媒循環路5へ供給される。これにより、凝縮水タンク14内の液化冷媒がウォータジャケット511又は気液分離器4に供給することができる。凝縮水タンク14内の液化冷媒は、ウォータジャケット511、521、気液分離器4内の冷媒の状態に応じて、ウォータジャケット511及び気液分離器4のいずれにも流入することができる。第2ウォータポンプ16の下流には、冷媒の逆流を回避するための一方弁17が配設されている。以上のように、廃熱回収システム1は、冷媒が循環する経路を備えている。   A liquefied refrigerant passage 15 for recirculating the liquefied refrigerant once stored in the condensed water tank 14 to the engine 50 side is provided on the downstream side of the condensed water tank 14. The liquefied refrigerant passage 15 is connected to the upstream side of the first water pump 6 in the refrigerant circuit 5. A second water pump 16 is disposed in the liquefied refrigerant passage 15. The second water pump 16 is an electric vane pump. When the second water pump 16 is in an operating state, the liquefied refrigerant in the condensed water tank 14 is supplied to the refrigerant circulation path 5. Thereby, the liquefied refrigerant in the condensed water tank 14 can be supplied to the water jacket 511 or the gas-liquid separator 4. The liquefied refrigerant in the condensed water tank 14 can flow into either the water jacket 511 or the gas-liquid separator 4 according to the state of the refrigerant in the water jackets 511 and 521 and the gas-liquid separator 4. A one-way valve 17 for avoiding the back flow of the refrigerant is disposed downstream of the second water pump 16. As described above, the waste heat recovery system 1 includes a path through which the refrigerant circulates.

以下に、膨張器10の詳細な構成について説明する。図2は、実施例1の膨張器10の一構成例を示した図である。図2に示すように、膨張器10は、タービン室102およびギア室103を含むケース101と、ケース101のタービン室102に収納されるタービン104とを備えた蒸気タービンである。また、膨張器10は、シール部108とベアリング110との間のタービンシャフト106に送風翼111を備える点で、図5に示した従来の蒸気タービンと相違している。   Below, the detailed structure of the expander 10 is demonstrated. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the inflator 10 according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the expander 10 is a steam turbine including a case 101 including a turbine chamber 102 and a gear chamber 103 and a turbine 104 housed in the turbine chamber 102 of the case 101. Further, the expander 10 is different from the conventional steam turbine shown in FIG. 5 in that the turbine shaft 106 between the seal portion 108 and the bearing 110 is provided with the blower blades 111.

ノズル9は、蒸気通路3を通じて供給された蒸気がタービン104に向かって噴射されるように、ケース101のタービン室102に連結している。これにより、タービン104は、蒸気通路3を通じて供給された蒸気によって回転駆動される。タービン104と接触した後の蒸気は、タービン室102の排出口105から蒸気排出通路11へと排出される。タービン104の回転力は、タービン104の回転中心近傍に連結するタービンシャフト106を通じて、ギア室103に収納されたギア部107へと伝達される。ギア部107は、ギア比率の異なる複数枚のギアが咬み合わさって構成されており、タービンシャフト106を通じて伝達されたタービン104の回転の比率を変更した後に、図示しない発電機等に伝達する。
なお、タービン104は、本発明の羽根車部の一構成例である。また、タービンシャフト106は、本発明の動力回収軸の一構成例である。
The nozzle 9 is connected to the turbine chamber 102 of the case 101 so that the steam supplied through the steam passage 3 is injected toward the turbine 104. Thereby, the turbine 104 is rotationally driven by the steam supplied through the steam passage 3. The steam after coming into contact with the turbine 104 is discharged from the discharge port 105 of the turbine chamber 102 to the steam discharge passage 11. The rotational force of the turbine 104 is transmitted to the gear portion 107 accommodated in the gear chamber 103 through the turbine shaft 106 connected to the vicinity of the rotation center of the turbine 104. The gear unit 107 is configured by meshing a plurality of gears having different gear ratios, and after changing the rotation ratio of the turbine 104 transmitted through the turbine shaft 106, transmits it to a generator (not shown) or the like.
The turbine 104 is an example of the configuration of the impeller unit of the present invention. The turbine shaft 106 is an example of the configuration of the power recovery shaft of the present invention.

タービン室102とタービンシャフト106の軸受部分との間は、シール部108によってシールされている。同様に、ギア室103とタービンシャフト106の軸受部分との間は、シール部109によってシールされている。シール部108及び109は、ギア室103内に侵入した外気がタービン室102内に侵入することを抑制する。そのため、タービン室102内の圧力を外気圧よりも低圧に管理することができる。よって、タービン104をより低圧に保持することができることから、タービン104の上流側の圧力と下流側の圧力によって規定される圧力比がより大きくなるために、膨張器10のエネルギ回収効率がより向上する。また、シール部108及び109は、ノズル9から供給される蒸気がギア室103に侵入することを抑制する。更に、シール部108は、後述するベアリング110の潤滑油がタービン室102内に流出することを抑制する。   A seal portion 108 seals between the turbine chamber 102 and the bearing portion of the turbine shaft 106. Similarly, the gap between the gear chamber 103 and the bearing portion of the turbine shaft 106 is sealed by a seal portion 109. The seal portions 108 and 109 prevent the outside air that has entered the gear chamber 103 from entering the turbine chamber 102. Therefore, the pressure in the turbine chamber 102 can be managed to be lower than the external atmospheric pressure. Therefore, since the turbine 104 can be held at a lower pressure, the pressure ratio defined by the pressure on the upstream side and the pressure on the downstream side of the turbine 104 becomes larger, so that the energy recovery efficiency of the expander 10 is further improved. To do. Further, the seal portions 108 and 109 prevent the vapor supplied from the nozzle 9 from entering the gear chamber 103. Furthermore, the seal part 108 suppresses the lubricating oil of the bearing 110 described later from flowing into the turbine chamber 102.

タービンシャフト106の軸受部分には、ベアリング110が設けられている。ベアリング110は、シール部108と109との間にあるタービンシャフト106の一部を軸支している。ベアリング110には、タービンシャフト106の回転時に生じる摩擦力をより低減しつつ、回転時の摩擦熱を効率的に冷却するための潤滑油が潤滑している。つまり、ベアリング110は、シール部108と109との間にあるタービンシャフト106の一部を潤滑油を介して軸支している。
なお、ベアリング110は、本発明の軸受部の一構成例である。
A bearing 110 is provided at a bearing portion of the turbine shaft 106. The bearing 110 supports a part of the turbine shaft 106 between the seal portions 108 and 109. The bearing 110 is lubricated with lubricating oil for efficiently cooling the frictional heat during rotation while further reducing the frictional force generated when the turbine shaft 106 rotates. That is, the bearing 110 pivotally supports a part of the turbine shaft 106 between the seal portions 108 and 109 via the lubricating oil.
The bearing 110 is a configuration example of the bearing portion of the present invention.

送風翼111の詳細な構成について説明する。図3は、実施例1の膨張器10の要部断面を示した図である。送風翼111は、シール部108とベアリング110との間のタービンシャフト106に設けられた複数枚の羽根であって、タービンシャフト106とともに回転運動する。送風翼111は、シール部108とベアリング110との間に設けられた収納部112に回転自由に収納されている。送風翼111は、回転時に周囲(収納部112)の流体(空気等の気体)をベアリング110側に送風するよう所定の角度を付与されている。これによって、送風翼111はその回転時にシール部108側、すなわちタービン室102側からベアリング110側に向かう所定の気体の流れを生じさせる。   A detailed configuration of the blower blade 111 will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a main part of the inflator 10 according to the first embodiment. The blower blade 111 is a plurality of blades provided on the turbine shaft 106 between the seal portion 108 and the bearing 110, and rotates together with the turbine shaft 106. The blower blade 111 is rotatably housed in a housing portion 112 provided between the seal portion 108 and the bearing 110. The blower blade 111 is given a predetermined angle so as to blow a surrounding fluid (gas such as air) toward the bearing 110 when rotating. Thereby, the blower blade 111 generates a predetermined gas flow from the seal portion 108 side, that is, from the turbine chamber 102 side to the bearing 110 side when rotating.

前述のように、廃熱回収システム1のエネルギ回収効率をより向上させるために、膨張器10はタービン室102内の圧力が外気圧よりも低圧に管理されている。一方、タービン室102以外(例えばギア室103や軸受部分)は外気圧と同等の圧力であるために、ケース101内部で所定の圧力差が生じている。そのため、より高圧の軸受部分に設けられたベアリング110に存在する潤滑油がより低圧のタービン室102側へ吸引されるために、シール部108の僅かなクリアランスを通じてタービン室102側へ徐々に流出してしまう。このような潤滑油の流出が進行すると、ベアリング110の摩擦力が徐々に増大してタービン効率が低下したり、場合によってはベアリング110に焼付きが生じたりしてしまう。
そこで、本実施例の膨張器10は、タービンシャフト106とともに回転運動し、回転時にシール部108側からベアリング110側に向かう気体の流れを生じさせる送風翼111を設けている。この送風翼111の回転時に生じる気体の流れによってシール部108側の媒質(気体)の密度が低下する、すなわちシール部108側の圧力が低下するために、シール部108のタービン室102側とベアリング110側との圧力差がより小さくなる。このように、シール部108前後の圧力差をより小さくすることができることから、ベアリング110に存在する潤滑油がタービン室102側へ流出することを抑制することができる。
As described above, in order to further improve the energy recovery efficiency of the waste heat recovery system 1, the expander 10 is managed so that the pressure in the turbine chamber 102 is lower than the external pressure. On the other hand, since the pressure other than the turbine chamber 102 (for example, the gear chamber 103 and the bearing portion) is equal to the outside air pressure, a predetermined pressure difference is generated inside the case 101. Therefore, since the lubricating oil present in the bearing 110 provided in the higher pressure bearing portion is sucked to the lower pressure turbine chamber 102 side, it gradually flows out to the turbine chamber 102 side through a slight clearance of the seal portion 108. End up. When the outflow of such lubricating oil proceeds, the frictional force of the bearing 110 gradually increases and the turbine efficiency decreases, and in some cases, the bearing 110 is seized.
Therefore, the expander 10 of the present embodiment is provided with a blower blade 111 that rotates together with the turbine shaft 106 and generates a gas flow from the seal portion 108 side toward the bearing 110 side during rotation. The density of the medium (gas) on the seal portion 108 side is reduced by the gas flow generated when the blower blades 111 are rotated, that is, the pressure on the seal portion 108 side is lowered. The pressure difference from the 110 side becomes smaller. Thus, since the pressure difference before and behind the seal portion 108 can be further reduced, it is possible to suppress the lubricating oil present in the bearing 110 from flowing out to the turbine chamber 102 side.

この場合、送風翼111と収納部112とのクリアランスは、送風翼111が適切に回転可能な範囲でより小さく設定するほうが望ましい。また、送風翼111は複数枚の羽根を組み合わせた構成に限られずに、タービンシャフト106の回転運動に連動してシール部108側からベアリング110側に向かう所定の気体の流れを生じさせる任意の構成を採用することができる。
なお、送風翼111は、本発明の抑制手段の一構成例である。
In this case, it is desirable to set the clearance between the blower blade 111 and the storage portion 112 to be smaller as long as the blower blade 111 can appropriately rotate. In addition, the blower blade 111 is not limited to a configuration in which a plurality of blades are combined, and any configuration that generates a predetermined gas flow from the seal portion 108 side toward the bearing 110 side in conjunction with the rotational motion of the turbine shaft 106. Can be adopted.
The blower blade 111 is an example of the configuration of the suppression means of the present invention.

以上のように、本実施例の廃熱回収システムは、タービンを収納し、外圧より低圧に管理されたタービン室と、タービンシャフトの一部を潤滑油を介して軸支するベアリングと、タービンシャフトとともに回転運動し、回転時にシール部側からベアリング側に向かう気体の流れを生じさせる送風翼を備えた膨張器を有することにより、送風翼の回転時に生じる気体の流れによってシール部前後の圧力差をより小さくすることができる。よって、ベアリングに存在する潤滑油がタービン室側へ流出することを抑制することができる。   As described above, the waste heat recovery system of the present embodiment includes a turbine chamber in which a turbine is housed and managed at a pressure lower than the external pressure, a bearing that supports a part of the turbine shaft via lubricating oil, and a turbine shaft. The pressure difference between the front and rear of the seal portion is caused by the flow of the gas generated when the blower blades are rotated. It can be made smaller. Therefore, it is possible to suppress the lubricating oil present in the bearing from flowing out to the turbine chamber side.

つづいて、本発明の実施例2について説明する。本実施例の廃熱回収システム2は、膨張器10に代えて、ケース201のタービン室202内に送風翼211および送風ガイド212を備えた膨張器20を有している点で廃熱回収システム1と相違している。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. The waste heat recovery system 2 of the present embodiment has a waste heat recovery system in that it has an expander 20 including a blower blade 211 and a blower guide 212 in the turbine chamber 202 of the case 201 instead of the expander 10. 1 and different.

膨張器20の構造について詳細に説明する。図4は、実施例2の膨張器20の要部断面を示した図である。なお、実施例1と同様の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。   The structure of the inflator 20 will be described in detail. FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a main part of the expander 20 according to the second embodiment. In addition, about the component similar to Example 1, the same reference number is attached | subjected in drawing and the detailed description is abbreviate | omitted.

膨張器20は、ケース201のタービン室202内に送風翼211および送風ガイド212を備えている。送風翼211は、タービン104とシール部108との間のタービンシャフト106に設けられた複数枚の羽根であって、タービンシャフト106とともに回転運動する。送風翼211は、回転時に周囲(タービン室202)の流体(空気・蒸気等の気体)をシール部108側(ベアリング110側)に送風するよう所定の角度を付与されている。これによって、送風翼211はその回転時にタービン室202側からシール部108側、すなわちベアリング110側に向かう所定の気体の流れを生じさせる。   The expander 20 includes a blower blade 211 and a blower guide 212 in the turbine chamber 202 of the case 201. The blower blades 211 are a plurality of blades provided on the turbine shaft 106 between the turbine 104 and the seal portion 108, and rotate together with the turbine shaft 106. The blower blade 211 is given a predetermined angle so as to blow the surrounding fluid (gas such as air or steam) to the seal portion 108 side (bearing 110 side) during rotation. As a result, the blower blade 211 generates a predetermined gas flow from the turbine chamber 202 side toward the seal portion 108 side, that is, the bearing 110 side when rotating.

送風ガイド212は、送風翼211とシール部108との間に設けられている。送風ガイド212は、送風翼211側からシール部108側に向かって擂鉢状に傾斜しており、送風翼211の回転時に生じる気体の流れをタービンシャフト106とシール部108とのクリアランス部分へ案内する。送風ガイド212は、複数の足部によってシール部108側のタービン室202壁面に取り付けられており、足部の間を気体が通過可能な構成となっている。   The air blowing guide 212 is provided between the air blowing blade 211 and the seal portion 108. The air blowing guide 212 is inclined in a bowl shape from the air blowing blade 211 side toward the seal portion 108 side, and guides the gas flow generated when the air blowing blade 211 rotates to the clearance portion between the turbine shaft 106 and the sealing portion 108. . The air blowing guide 212 is attached to the wall surface of the turbine chamber 202 on the seal portion 108 side by a plurality of feet, and is configured to allow gas to pass between the feet.

タービンシャフト106とシール部108及び109との間には、タービンシャフト106を適切に回転させるための僅かなクリアランスが存在している。そのため、タービンシャフト106とシール部108との間の僅かなクリアランスを通じて、より高圧の軸受部分に設けられたベアリング110に存在する潤滑油がより低圧のタービン室202側へ徐々に流出してしまう。
そこで、本実施例の膨張器20は、タービンシャフト106とともに回転運動し、回転時にタービン室202側からシール部108側に向かう気体の流れを生じさせる送風翼211を設けている。この送風翼211の回転時に生じる気体の流れがシール部108に衝突し、その流れ方向が曲げられることで生じる淀み点圧によって、シール部108側の圧力が上昇する。そのため、シール部108のタービン室202側とベアリング110側との圧力差がより小さくなる。このように、シール部108前後の圧力差をより小さくすることができることから、タービンシャフト106とシール部108とのクリアランス部分から潤滑油がタービン室202側に移動することを抑制することができる。すなわち、タービン室202側へ潤滑油が流出することを抑制することができる。
更に、本実施例の膨張器20は、送風翼211の回転時に生じる気体の流れをタービンシャフト106とシール部108とのクリアランス部分へ案内する送風ガイド212を備えている。これによって、シール部108のタービン室202側とベアリング110側との圧力差がより小さくなることから、タービンシャフト106とシール部108とのクリアランス部分から潤滑油がタービン室202側に移動することをより適切に抑制することができる。
There is a slight clearance between the turbine shaft 106 and the seals 108 and 109 to allow the turbine shaft 106 to rotate properly. Therefore, through a slight clearance between the turbine shaft 106 and the seal portion 108, the lubricating oil present in the bearing 110 provided in the higher pressure bearing portion gradually flows out to the lower pressure turbine chamber 202 side.
Therefore, the expander 20 of the present embodiment is provided with a blower blade 211 that rotates with the turbine shaft 106 and generates a gas flow from the turbine chamber 202 side toward the seal portion 108 side during rotation. The gas flow generated when the blower blade 211 rotates collides with the seal portion 108, and the pressure on the seal portion 108 side is increased by the stagnation point pressure generated by bending the flow direction. Therefore, the pressure difference between the turbine chamber 202 side and the bearing 110 side of the seal portion 108 becomes smaller. Thus, since the pressure difference before and after the seal portion 108 can be further reduced, it is possible to suppress the lubricating oil from moving from the clearance portion between the turbine shaft 106 and the seal portion 108 to the turbine chamber 202 side. That is, it is possible to suppress the lubricating oil from flowing out to the turbine chamber 202 side.
Furthermore, the expander 20 of the present embodiment includes a blower guide 212 that guides a gas flow generated when the blower blade 211 rotates to a clearance portion between the turbine shaft 106 and the seal portion 108. As a result, the pressure difference between the turbine chamber 202 side and the bearing 110 side of the seal portion 108 becomes smaller, so that the lubricating oil moves from the clearance portion between the turbine shaft 106 and the seal portion 108 to the turbine chamber 202 side. It can suppress more appropriately.

この場合、実施例1と同様に、送風翼111は複数枚の羽根を組み合わせた構成に限られずに、タービンシャフト106の回転運動に連動してシール部108側に向かう所定の気体の流れを生じさせる任意の構成を採用することができる。また、送風ガイド212を設けない構成であってもよい。
なお、送風翼211は、本発明の抑制手段の一構成例である。
In this case, as in the first embodiment, the blower blade 111 is not limited to a configuration in which a plurality of blades are combined, but generates a predetermined gas flow toward the seal portion 108 in conjunction with the rotational movement of the turbine shaft 106. Any configuration can be employed. Moreover, the structure which does not provide the ventilation guide 212 may be sufficient.
The blower blade 211 is an example of the configuration of the suppressing means of the present invention.

以上のように、本実施例の廃熱回収システムは、ケースのタービン室内に、タービンシャフトとともに回転運動し、回転時にタービン室側からシール部側に向かう気体の流れを生じさせる送風翼を備えた膨張器を有することにより、送風翼の回転時に生じる気体の流れによってシール部前後の圧力差をより小さくすることができる。よって、タービンシャフトとシール部とのクリアランス部分から潤滑油がタービン室側に移動することを抑制することができる。   As described above, the waste heat recovery system of the present embodiment includes the blower blade that rotates in the turbine chamber of the case together with the turbine shaft and generates a gas flow from the turbine chamber side toward the seal portion side during rotation. By having the expander, the pressure difference before and after the seal portion can be further reduced by the gas flow generated when the blower blades rotate. Therefore, it can suppress that lubricating oil moves to the turbine chamber side from the clearance part of a turbine shaft and a seal part.

更に、本実施例の膨張器は、送風翼の回転時に生じる気体の流れをタービンシャフトとシール部とのクリアランス部分へ案内する送風ガイドを備えることにより、シール部前後の圧力差をより小さくすることができる。よって、タービンシャフトとシール部とのクリアランス部分から潤滑油がタービン室側に移動することをより適切に抑制することができる。   Furthermore, the expander of the present embodiment further includes a blower guide for guiding the gas flow generated when the blower blades rotate to the clearance portion between the turbine shaft and the seal portion, thereby further reducing the pressure difference before and after the seal portion. Can do. Therefore, it can suppress more appropriately that lubricating oil moves to the turbine chamber side from the clearance part of a turbine shaft and a seal part.

上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   The above embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to these, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims.

例えば、送風翼は、機械式または電動により、タービンシャフトの回転から独立して回転することでタービン室側からベアリング側に向かう気体の流れを生じさせる構成であっても良い。   For example, the structure which produces the gas flow which goes to a bearing side from a turbine chamber side by rotating independently from rotation of a turbine shaft may be sufficient as a ventilation blade.

また、本発明の抑制手段としては、回転運動する羽根車に限られずに、タービン室側からベアリング側に向かう所定の気体の流れを生じさせる任意の構成を採用することができる。   Further, the suppression means of the present invention is not limited to the impeller that rotates, and any configuration that generates a predetermined gas flow from the turbine chamber side toward the bearing side can be employed.

1,2 廃熱回収システム
10,20 膨張器(タービン装置)
50 エンジン
102,202 タービン室
104 タービン(羽根車部)
106 タービンシャフト(動力回収軸)
108,109 シール部
110 ベアリング(軸受部)
111,211 送風翼(抑制手段)
212 送風ガイド

1, 2 Waste heat recovery system 10, 20 Expander (turbine device)
50 Engine 102, 202 Turbine chamber 104 Turbine (impeller)
106 Turbine shaft (power recovery shaft)
108,109 Sealing part 110 Bearing (Bearing part)
111, 211 Blower (Suppression means)
212 Air guide

Claims (4)

外部から供給される流体のエネルギによって回転する羽根車部と、
前記羽根車部を収納し、外部の圧力よりも低圧に管理されたタービン室と
前記羽根車部の回転を前記タービン室の外部へ伝達する動力回収軸と、
前記タービン室と外部との間にある前記動力回収軸の一部を潤滑油を介して軸支する軸受部と、
前記タービン室と前記軸受部との間をシールするシール部と、
前記軸受部に存在する潤滑油が前記シール部よりも前記タービン室側へ流出することを抑制する抑制手段と、を備え、
前記抑制手段は、送風翼であることを特徴とするタービン装置。
An impeller rotating by the energy of fluid supplied from the outside;
A turbine chamber that houses the impeller part and is managed at a pressure lower than an external pressure; and a power recovery shaft that transmits the rotation of the impeller part to the outside of the turbine chamber;
A bearing portion that supports a part of the power recovery shaft between the turbine chamber and the outside via lubricating oil;
A seal portion that seals between the turbine chamber and the bearing portion;
Suppression means for suppressing the lubricant present in the bearing portion from flowing out to the turbine chamber side than the seal portion, and
The turbine device characterized in that the suppression means is a blower blade.
前記送風翼は、前記シール部と前記軸受部との間の前記動力回収軸に設けられ、前記シール部側から前記軸受部側に向かう流体の流れを生じさせることを特徴とする請求項1記載のタービン装置。   The said blower blade is provided in the said power recovery shaft between the said seal part and the said bearing part, and produces the flow of the fluid which goes to the said bearing part side from the said seal part side. Turbine equipment. 前記送風翼は、前記羽根車部と前記シール部との間の前記動力回収軸に設けられ、前記タービン室側から前記シール部側に向かう流体の流れを生じさせることを特徴とする請求項1記載のタービン装置。   The air blower blade is provided on the power recovery shaft between the impeller part and the seal part, and generates a flow of fluid from the turbine chamber side toward the seal part side. The turbine device described. 請求項1から3のいずれか1項記載のタービン装置を備えた廃熱回収システム。

A waste heat recovery system comprising the turbine device according to any one of claims 1 to 3.

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