JP5540660B2 - Heat recovery system for rotating machine - Google Patents

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Description

本発明は、回転機の熱回収システムに関するものである。   The present invention relates to a heat recovery system for a rotating machine.

特許文献1には、発電機や電動機等の回転機を冷却した後のオイル(冷媒)を効率良く冷却し、オイルクーラの小型化、圧力損失の低減を図る冷却構造が開示されている。
この冷却構造は、ハウジングの壁内に補助冷媒を循環させ、ハウジングの内部空間の主冷媒と熱交換させることにより、主冷媒の温度を低下させる構成となっている。
Patent Document 1 discloses a cooling structure that efficiently cools oil (refrigerant) after cooling a rotating machine such as a generator or an electric motor, thereby reducing the size of the oil cooler and reducing pressure loss.
This cooling structure is configured to reduce the temperature of the main refrigerant by circulating the auxiliary refrigerant in the wall of the housing and exchanging heat with the main refrigerant in the internal space of the housing.

特開2004−260966号公報JP 2004-260966 A

ところで、回転機の冷却には、上記のように水や油等の冷媒による冷却手法、また、自然風冷、強制風冷等の冷却手法が、一般的に採用されている。しかしながら、回転機の冷却により冷媒が得た熱は、回収することなくそのまま廃棄(放熱)されており、廃棄した熱分の損失が生まれ、回転機のシステム全体効率を低下させているという問題がある。   By the way, for cooling the rotating machine, a cooling method using a refrigerant such as water or oil as described above, or a cooling method such as natural air cooling or forced air cooling is generally employed. However, the heat obtained by the refrigerant due to the cooling of the rotating machine is discarded (radiated) without being recovered, resulting in a loss of the discarded heat and reducing the overall efficiency of the rotating machine. is there.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、システム全体効率が向上する回転機の熱回収システムの提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a heat recovery system for a rotating machine that improves the overall system efficiency.

上記の課題を解決するために、本発明は、所定の熱源と供給された液体との間で熱交換させて蒸気を生成する熱交換器と、上記蒸気の供給により回転力を得るタービンが連結されたロータを有する回転機と、上記タービンを通過した上記蒸気を凝縮して上記液体とさせる凝縮器と、上記凝縮器から上記熱交換器に供給される上記液体の一部を、冷媒として上記回転機に供給して冷却する冷却装置と、上記回転機を通過して熱回収した上記冷媒を、上記熱交換器に供給する供給装置とを有する回転機の熱回収システムを採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、熱交換器で生成した蒸気でタービンに回転力を与え、その蒸気を凝縮器により液化させる。そして、液化して熱交換器に戻る一部を、冷媒として回転機に供給して冷却すると共に、回転機において仕事をせずに銅損及び鉄損として熱となった損失分をその冷媒に回収させる。この回転機で熱を得た冷媒は、熱交換器において、凝縮器から直接戻る液体と比べて少ない熱量で蒸気となる。それをタービンに供給して回転機に仕事をさせることにより、システム全体効率を向上させる。
In order to solve the above problems, the present invention connects a heat exchanger that generates heat by exchanging heat between a predetermined heat source and a supplied liquid, and a turbine that obtains rotational force by supplying the steam. A rotating machine having a rotor formed thereon, a condenser that condenses the vapor that has passed through the turbine to form the liquid, and a part of the liquid that is supplied from the condenser to the heat exchanger as the refrigerant. A heat recovery system for a rotating machine having a cooling device that supplies and cools the rotating machine and a supply device that supplies the refrigerant that has passed through the rotating machine and recovered heat to the heat exchanger is adopted.
By adopting this configuration, in the present invention, the steam generated by the heat exchanger is used to apply a rotational force to the turbine, and the steam is liquefied by the condenser. Then, a part of the liquid that returns to the heat exchanger is supplied to the rotating machine as a refrigerant to be cooled, and the loss generated as heat as copper loss and iron loss without working in the rotating machine is used as the refrigerant. Collect. The refrigerant that has obtained heat by the rotating machine becomes steam with a smaller amount of heat in the heat exchanger than the liquid that returns directly from the condenser. By supplying it to the turbine and causing the rotating machine to work, the overall system efficiency is improved.

また、本発明においては、上記供給装置は、上記熱交換器における上記液体の蒸発プロセスの中段に上記冷媒を供給するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、回転機で熱を得た冷媒は、熱交換器において、凝縮器から直接戻る液体と比べて少ない熱量で蒸気となるため、蒸発プロセスの中段において合流させることで、蒸気生成の効率化を図る。
Moreover, in this invention, the said supply apparatus employ | adopts the structure of supplying the said refrigerant | coolant to the middle stage of the said liquid evaporation process in the said heat exchanger.
By adopting this configuration, in the present invention, the refrigerant that has obtained heat in the rotating machine becomes steam with a smaller amount of heat than the liquid that returns directly from the condenser in the heat exchanger, so it joins in the middle stage of the evaporation process. By doing so, the efficiency of steam generation will be improved.

また、本発明においては、上記供給装置から上記熱交換器へ向かう冷媒供給経路から分岐させた上記冷媒の一部を、上記タービンに供給する第2供給装置を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、回転機において発生した熱によって回転機が低効率となったり、回転機が損傷する前に、回転機に供給した冷媒を蒸発させ、蒸発せん熱により冷却させるとともに、熱で蒸気となった冷媒を直接タービンに供給して回転機に仕事をさせることにより、システム全体効率を向上させる。
Moreover, in this invention, the structure of having the 2nd supply apparatus which supplies a part of said refrigerant | coolant branched from the refrigerant | coolant supply path which goes to the said heat exchanger from the said supply apparatus to the said turbine is employ | adopted.
By adopting this configuration, in the present invention, before the rotating machine becomes inefficient due to the heat generated in the rotating machine, or before the rotating machine is damaged, the refrigerant supplied to the rotating machine is evaporated, While cooling, the refrigerant converted into heat is directly supplied to the turbine to cause the rotating machine to work, thereby improving the overall system efficiency.

それゆえ、本発明においては、上記第2供給装置は、上記回転機を通過して熱回収した上記冷媒の温度及び圧力の少なくともいずれか一方に基づいて、上記冷媒供給経路から分岐して上記タービンへ向かう第2冷媒供給経路を開放あるいは閉塞する開閉装置を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、温度、圧力から冷媒が蒸気となったか否かを判断し、運転開始時など液体状態の冷媒のタービンへの供給を防止して、冷媒が蒸気となった適切なタイミングで冷媒をタービンに供給することができる。
Therefore, in the present invention, the second supply device branches from the refrigerant supply path based on at least one of the temperature and pressure of the refrigerant that has passed through the rotary machine and recovered heat, and the turbine A configuration is adopted in which an opening / closing device that opens or closes the second refrigerant supply path toward is provided.
By adopting this configuration, in the present invention, it is determined whether or not the refrigerant has become vapor from the temperature and pressure, and the supply of liquid refrigerant to the turbine is prevented, such as at the start of operation. The refrigerant can be supplied to the turbine at the appropriate timing.

また、本発明においては、上記タービンは、多段タービンであり、上記第2供給装置は、上記冷媒を上記タービンの中段に供給するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、回転機で熱を得て蒸気となった冷媒は、熱交換器からタービンに供給される蒸気と比べて温度及び圧力が低いため、その圧力及び温度が同程度になる多段タービンの中段で合流させることで、タービンの回転駆動を効率よくアシストすることができる。
Moreover, in this invention, the said turbine is a multistage turbine, and the said 2nd supply apparatus employ | adopts the structure of supplying the said refrigerant | coolant to the middle stage of the said turbine.
By adopting this configuration, in the present invention, the refrigerant that has obtained heat from the rotating machine and turned into steam has a lower temperature and pressure than the steam supplied from the heat exchanger to the turbine. By merging at the middle stage of the multi-stage turbine, the rotational drive of the turbine can be assisted efficiently.

また、本発明においては、上記回転機は、発電機あるいは電動機からなるという構成を採用する。   Moreover, in this invention, the said rotary machine employ | adopts the structure that consists of a generator or an electric motor.

本発明によれば、所定の熱源と供給された液体との間で熱交換させて蒸気を生成する熱交換器と、上記蒸気の供給により回転力を得るタービンが連結されたロータを有する回転機と、上記タービンを通過した上記蒸気を凝縮して上記液体とさせる凝縮器と、上記凝縮器から上記熱交換器に供給される上記液体の一部を、冷媒として上記回転機に供給して冷却する冷却装置と、上記回転機を通過して熱回収した上記冷媒を、上記熱交換器に供給する供給装置とを有する回転機の熱回収システムを採用し、熱交換器で生成した蒸気でタービンに回転力を与え、その蒸気を凝縮器により液化させる。そして、液化して熱交換器に戻る一部を、冷媒として回転機に供給して冷却すると共に、回転機において仕事をせずに熱となった損失分をその冷媒に回収させる。この回転機で熱を得た冷媒は、熱交換器において、凝縮器から直接戻る液体と比べて少ない熱量で蒸気となる。それをタービンに供給して回転機に仕事をさせることにより、システム全体効率を向上させる。
このように、本発明では、システム全体効率が向上する回転機の熱回収システムが得られる。また、本発明では、タービンに回転力を与える媒体と回転機を冷却する媒体とを共通化することで、冷却構造の小型化、ひいてはシステム全体の小型化を図ることができる。
According to the present invention, a rotary machine having a heat exchanger that generates heat by exchanging heat between a predetermined heat source and a supplied liquid, and a rotor to which a turbine that obtains rotational force by supplying the steam is connected. A condenser that condenses the vapor that has passed through the turbine to form the liquid, and a part of the liquid that is supplied from the condenser to the heat exchanger is supplied as a refrigerant to the rotating machine for cooling. The steam is generated by the heat generated in the heat exchanger, using a heat recovery system of the rotating machine having a cooling device for cooling and a supply device for supplying the refrigerant recovered through the rotating machine to the heat exchanger. Is given a rotational force, and the vapor is liquefied by a condenser. Then, a part that returns to the heat exchanger after being liquefied is supplied to the rotating machine as a refrigerant to be cooled, and the loss of heat that is not worked in the rotating machine is recovered by the refrigerant. The refrigerant that has obtained heat by the rotating machine becomes steam with a smaller amount of heat in the heat exchanger than the liquid that returns directly from the condenser. By supplying it to the turbine and causing the rotating machine to work, the overall system efficiency is improved.
Thus, in the present invention, a heat recovery system for a rotating machine that improves the overall system efficiency can be obtained. Further, in the present invention, the cooling structure can be downsized and the entire system can be downsized by sharing the medium that gives the rotational force to the turbine and the medium that cools the rotating machine.

本発明の実施形態における発電機システムを示す構成図である。It is a block diagram which shows the generator system in embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態の回転機の熱回収システムについて図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、本実施形態の回転機として、発電機を適用した場合を例示して説明する。
図1は、本発明の実施形態における発電機システム1を示す構成図である。
本実施形態の発電機システム(回転機の熱回収システム)1は、熱交換器10と、発電機20と、凝縮器30と、発電機冷却装置(冷却装置)40と、第1冷媒供給装置(供給装置)50と、第2冷媒供給装置(第2供給装置)60とを有する。本実施形態の発電機システム1は、車両等に搭載され、各構成機器間において媒体(冷媒)を流通させることで発電と冷却とを実施するシステムを構成する。
Hereinafter, a heat recovery system for a rotating machine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, a case where a generator is applied as the rotating machine of the present embodiment will be described as an example.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a generator system 1 according to an embodiment of the present invention.
A generator system (rotary heat recovery system) 1 according to the present embodiment includes a heat exchanger 10, a generator 20, a condenser 30, a generator cooling device (cooling device) 40, and a first refrigerant supply device. (Supply device) 50 and a second refrigerant supply device (second supply device) 60. The generator system 1 according to the present embodiment is mounted on a vehicle or the like, and constitutes a system that performs power generation and cooling by circulating a medium (refrigerant) between the constituent devices.

熱交換器10は、所定の熱源と供給された冷媒との間で熱交換させて、冷媒を気化させて蒸気を生成するものである。本実施形態における熱源としては、例えば車両の発熱部(ラジエータ)の熱源を用いる。また、本実施形態における冷媒としては、沸点が100℃より低い(本例では沸点が80℃程度)のフロン系の冷媒を用いる。なお、冷媒の種類は、発電機20の発熱温度に基づいて選定される。熱交換器10の形態としては、シェル&チューブ型熱交換器、プレートフィン型熱交換器等、周知のものが採用できる。この熱交換器10において蒸気となった冷媒は、蒸気供給ライン11を介してタービン21に供給される。蒸気供給ライン11には、蒸気の温度を計測する温度センサ11a及び蒸気の圧力を計測する圧力センサ11bが設けられている。   The heat exchanger 10 heat-exchanges between a predetermined heat source and the supplied refrigerant, vaporizes the refrigerant, and generates steam. As a heat source in the present embodiment, for example, a heat source of a vehicle heat generating portion (radiator) is used. Further, as the refrigerant in the present embodiment, a fluorocarbon refrigerant having a boiling point lower than 100 ° C. (in this example, the boiling point is about 80 ° C.) is used. Note that the type of refrigerant is selected based on the heat generation temperature of the generator 20. As a form of the heat exchanger 10, well-known things, such as a shell & tube type heat exchanger and a plate fin type heat exchanger, can be adopted. The refrigerant that has become steam in the heat exchanger 10 is supplied to the turbine 21 via the steam supply line 11. The steam supply line 11 is provided with a temperature sensor 11a for measuring the temperature of the steam and a pressure sensor 11b for measuring the pressure of the steam.

発電機20は、タービン21が連結されたロータ22と、ステータ23とを有する。本実施形態の発電機20は、永久磁石あるいは界磁巻線を有するロータ22をタービン21により軸周りに回転させ、電機子巻線を有するステータ23から三相交流電流を得る発電形態を採用している。なお、ステータ23のコアは、鉄損を軽減するためロータ22の軸方向に複数枚の薄板鋼材が積層されて形成されている。タービン21は、蒸気となった冷媒の供給により回転力を得る構成となっている。本実施形態のタービン21は、軸方向に複数のブレード群を有する多段タービンの形態を採用しており、蒸気供給ライン11は多段タービンの第1段目に対応する位置に接続されている。   The generator 20 includes a rotor 22 to which a turbine 21 is connected, and a stator 23. The generator 20 of this embodiment employs a power generation configuration in which a rotor 22 having permanent magnets or field windings is rotated around an axis by a turbine 21 to obtain a three-phase alternating current from a stator 23 having armature windings. ing. The core of the stator 23 is formed by laminating a plurality of thin steel plates in the axial direction of the rotor 22 in order to reduce iron loss. The turbine 21 is configured to obtain a rotational force by supplying the refrigerant that has become steam. The turbine 21 of the present embodiment employs a multistage turbine having a plurality of blade groups in the axial direction, and the steam supply line 11 is connected to a position corresponding to the first stage of the multistage turbine.

タービン21を通過して仕事をした蒸気は、凝縮器30に供給される。凝縮器30は、供給された蒸気を凝縮点以下に冷却して液化させる。凝縮器30において液体となった冷媒は、ポンプ32により圧送されてリターンライン31を介して熱交換器10に戻り、再び蒸気となってタービン21に供給される。また、リターンライン31には、発電機20のケーシング20aの壁部内に配管された冷却ライン41(後述)が接続されており、リターンライン31を介して熱交換器10に供給される液体冷媒の一部が、発電機20に向かって供給される構成となっている。   The steam that has worked through the turbine 21 is supplied to the condenser 30. The condenser 30 cools the supplied vapor below the condensation point to liquefy it. The refrigerant that has become liquid in the condenser 30 is pumped by the pump 32, returns to the heat exchanger 10 via the return line 31, and is supplied again to the turbine 21 as steam. The return line 31 is connected to a cooling line 41 (described later) piped in the wall of the casing 20 a of the generator 20, and the liquid refrigerant supplied to the heat exchanger 10 via the return line 31 is connected to the return line 31. A part is configured to be supplied toward the generator 20.

発電機冷却装置40は、リターンライン31から分岐した冷却ライン41と、冷却ライン41内の冷媒を圧送するポンプ42とを有する。冷却ライン41は、ケーシング20aの壁部内において複数の流通経路に分岐して、ケーシング20aの略全体を冷媒が流通するように配管される。また、冷却ライン41は、ケーシング20aの壁部内において複数の流通経路に分岐した冷媒を所定の位置で合流させて、ケーシング20aの壁部外に導出させるように配管される。ケーシング20aの壁部内の冷却ライン41は、熱伝導性の高い材料、例えば、アルミニウム、アルミ合金等からなる配管で形成されている。   The generator cooling device 40 includes a cooling line 41 branched from the return line 31 and a pump 42 that pumps the refrigerant in the cooling line 41. The cooling line 41 branches into a plurality of distribution paths in the wall portion of the casing 20a and is piped so that the refrigerant flows through substantially the entire casing 20a. Moreover, the cooling line 41 is piped so that the refrigerant branched into the plurality of flow paths in the wall portion of the casing 20a is merged at a predetermined position and led out of the wall portion of the casing 20a. The cooling line 41 in the wall portion of the casing 20a is formed of a pipe made of a material having high thermal conductivity, such as aluminum or an aluminum alloy.

第1冷媒供給装置50は、冷却ライン41を介して発電機20を通過した冷媒を熱交換器10に供給するものである。第1冷媒供給装置50は、冷却ライン41と熱交換器10との間を接続する第1冷媒供給ライン(冷媒供給経路)51を有する。本実施形態の第1冷媒供給ライン51は、熱交換器10における冷媒の蒸発プロセスの中段に対応する位置に配管されている。また、第1冷媒供給ライン51には、冷媒の温度を計測する温度センサ51a及び冷媒の圧力を計測する圧力センサ51bが設けられている。   The first refrigerant supply device 50 supplies the refrigerant that has passed through the generator 20 through the cooling line 41 to the heat exchanger 10. The first refrigerant supply device 50 includes a first refrigerant supply line (refrigerant supply path) 51 that connects the cooling line 41 and the heat exchanger 10. The first refrigerant supply line 51 of the present embodiment is piped at a position corresponding to the middle stage of the refrigerant evaporation process in the heat exchanger 10. The first refrigerant supply line 51 is provided with a temperature sensor 51a that measures the temperature of the refrigerant and a pressure sensor 51b that measures the pressure of the refrigerant.

第2冷媒供給装置60は、冷却ライン41を介して発電機20を通過した冷媒をタービン21に直接供給するものである。第2冷媒供給装置60は、第1冷媒供給ライン51から分岐してタービン21に接続された第2冷媒供給ライン(第2冷媒供給経路)61を有する。本実施形態の第2冷媒供給ライン61は、多段構成からなるタービン21の中段に対応する位置に冷媒を供給するように配管されている。また、第2冷媒供給ライン61には、制御弁機構(開閉装置)62が設けられている。制御弁機構62は、温度センサ51a及び圧力センサ51bの少なくともいずれか一方の計測結果に基づいて、第2冷媒供給ライン61を開放あるいは閉塞させる構成となっている。なお、制御弁機構62を開放あるいは閉塞させる制御プログラムの閾値は、冷媒の種類、より具体的には冷媒の蒸発特性に基づいて設定されている。   The second refrigerant supply device 60 directly supplies the refrigerant that has passed through the generator 20 via the cooling line 41 to the turbine 21. The second refrigerant supply device 60 has a second refrigerant supply line (second refrigerant supply path) 61 branched from the first refrigerant supply line 51 and connected to the turbine 21. The second refrigerant supply line 61 of the present embodiment is piped so as to supply the refrigerant to a position corresponding to the middle stage of the turbine 21 having a multistage configuration. The second refrigerant supply line 61 is provided with a control valve mechanism (opening / closing device) 62. The control valve mechanism 62 is configured to open or close the second refrigerant supply line 61 based on the measurement result of at least one of the temperature sensor 51a and the pressure sensor 51b. The threshold value of the control program for opening or closing the control valve mechanism 62 is set based on the type of refrigerant, more specifically, the evaporation characteristics of the refrigerant.

続いて、上記構成の発電機システム1の動作について説明する。
熱交換器10は、車両のラジエータ(熱源)と冷媒との間で熱交換させて蒸気を生成する。熱交換器10において蒸気となった冷媒は、蒸気供給ライン11を介してタービン21に供給されて回転力を与える。タービン21が回転駆動すると、タービン21に連結されたロータ22が軸周りに回転し、その回転力が電磁的作用により電気(三相交流電流)に変換される。なお、ステータ23において得られた三相交流電流は、ダイオードにより整流して直流に変換した後、例えばバッテリー等に貯電される。ここでの仕事により、本実施形態の発電機20においては、100℃〜120℃程度に発熱する。
Next, the operation of the generator system 1 configured as described above will be described.
The heat exchanger 10 generates steam by causing heat exchange between a radiator (heat source) of the vehicle and the refrigerant. The refrigerant that has become steam in the heat exchanger 10 is supplied to the turbine 21 via the steam supply line 11 to give a rotational force. When the turbine 21 is rotationally driven, the rotor 22 connected to the turbine 21 rotates around the axis, and the rotational force is converted into electricity (three-phase alternating current) by electromagnetic action. The three-phase alternating current obtained in the stator 23 is rectified by a diode and converted into direct current, and then stored in, for example, a battery. Due to the work here, the generator 20 of the present embodiment generates heat at about 100 ° C. to 120 ° C.

凝縮器30は、タービン21を通過して仕事をした蒸気を冷却し、液化させる。そして、凝縮器30において液体となって熱交換器10に戻される冷媒の一部は、リターンライン31から分岐した冷却ライン41によって、発電機20に供給される。発電機冷却装置40は、ポンプ42によって冷媒を圧送すると共に、ケーシング20aの壁部内において冷媒を複数の流通経路に分岐させた冷却ライン41によって、高温のケーシング20aと低温の冷媒との間において複数箇所で熱交換させることで、発電機20全体を冷却し、発電機20において仕事をせずに熱となった損失分を冷媒に回収させる。   The condenser 30 cools and liquefies the steam that has worked through the turbine 21. A part of the refrigerant that becomes liquid in the condenser 30 and is returned to the heat exchanger 10 is supplied to the generator 20 through the cooling line 41 branched from the return line 31. The generator cooling device 40 pumps the refrigerant by the pump 42 and uses a cooling line 41 that branches the refrigerant into a plurality of flow paths in the wall portion of the casing 20a. By exchanging heat at the location, the entire generator 20 is cooled, and the loss of heat generated without working in the generator 20 is recovered by the refrigerant.

発電機20において熱回収した冷媒は、第1冷媒供給装置50によって熱交換器10に供給される。発電機20で熱を得た冷媒は、熱交換器10において、凝縮器30から直接戻る冷媒と比べて少ない熱量で蒸気となる。本システムでは、それを熱交換器10及び蒸気供給ライン11を介してタービン21に供給して発電機20に仕事をさせることにより、システム全体効率を向上させる。
また、本実施形態の第1冷媒供給装置50によれば、凝縮器30から直接戻る冷媒と同程度の熱量となる熱交換器10の蒸発プロセスの中段において、発電機20から熱回収した冷媒を供給して合流させることによって、蒸気生成の効率化を図ることができる。
The refrigerant whose heat has been recovered by the generator 20 is supplied to the heat exchanger 10 by the first refrigerant supply device 50. The refrigerant that has obtained heat from the generator 20 becomes steam with a smaller amount of heat in the heat exchanger 10 than the refrigerant that returns directly from the condenser 30. In this system, the entire system efficiency is improved by supplying it to the turbine 21 via the heat exchanger 10 and the steam supply line 11 and causing the generator 20 to work.
In addition, according to the first refrigerant supply device 50 of the present embodiment, the refrigerant that has recovered heat from the generator 20 in the middle stage of the evaporation process of the heat exchanger 10 that has the same amount of heat as the refrigerant that returns directly from the condenser 30. Steam supply efficiency can be improved by supplying and joining.

第2冷媒供給装置60は、発電機20から熱回収した冷媒を、第1冷媒供給ライン51から分岐した第2冷媒供給ライン61を介してタービン21に供給する。本実施形態の冷媒は、沸点が80℃程度のものを選定しているため、100℃〜120℃程度に発熱する発電機20との間で熱交換させることにより、冷媒を気化させることができる。本システムでは、発電機20の熱で蒸気となった冷媒を直接タービン21に供給して発電機20に仕事をさせることにより、システム全体効率を向上させる。
また、発電機20で熱を得て蒸気となった冷媒は、熱交換器10からタービン21に供給される蒸気と比べて温度及び圧力が低いため、その圧力及び温度が同程度になる多段タービンの中段で合流させるように第2冷媒供給ライン61を配管することで、タービン21の回転駆動を効率よくアシストすることができる。
The second refrigerant supply device 60 supplies the refrigerant recovered from the generator 20 to the turbine 21 via the second refrigerant supply line 61 branched from the first refrigerant supply line 51. Since the refrigerant of this embodiment has a boiling point of about 80 ° C., the refrigerant can be vaporized by exchanging heat with the generator 20 that generates heat of about 100 ° C. to 120 ° C. . In this system, the refrigerant converted into steam by the heat of the generator 20 is directly supplied to the turbine 21 to cause the generator 20 to work, thereby improving the overall system efficiency.
Moreover, since the refrigerant | coolant which obtained heat with the generator 20 and became the vapor | steam has temperature and pressure lower than the vapor | steam supplied to the turbine 21 from the heat exchanger 10, the multistage turbine from which the pressure and temperature become comparable. By piping the second refrigerant supply line 61 so as to merge at the middle stage, the rotational drive of the turbine 21 can be assisted efficiently.

制御弁機構62は、第1冷媒供給ライン51に設けられた温度センサ51a及び圧力センサ51bの計測結果から冷媒が蒸気となったか否かを判断し、本システムの運転開始時などにおける液体状態の冷媒のタービン21への供給を防止して、冷媒が蒸気となった適切なタイミングで冷媒をタービンに供給する。これにより、タービン21の駆動の不具合発生を防止する。制御弁機構62は、例えば、温度センサ51aの値が冷媒の沸点以上の値(例えば90℃〜100℃程度)を示したら第2冷媒供給ライン61を開放してタービン21への冷媒の供給を開始させ、一方、温度センサ51aの値が冷媒の沸点未満の値を示したら第2冷媒供給ライン61を閉塞してタービン21への冷媒の供給を停止させる。
なお、冷媒の沸点は、圧力に依存するので、制御弁機構62は、圧力センサ51bの値に基づいて、開放あるいは閉塞させる閾値を変動させる制御プログラムを備える形態を採用している。
The control valve mechanism 62 determines whether or not the refrigerant has become vapor from the measurement results of the temperature sensor 51a and the pressure sensor 51b provided in the first refrigerant supply line 51, and the liquid state at the start of the operation of the system, for example. The supply of the refrigerant to the turbine 21 is prevented, and the refrigerant is supplied to the turbine at an appropriate timing when the refrigerant becomes steam. Thereby, the malfunction of the drive of the turbine 21 is prevented. For example, the control valve mechanism 62 opens the second refrigerant supply line 61 to supply the refrigerant to the turbine 21 when the value of the temperature sensor 51a indicates a value equal to or higher than the boiling point of the refrigerant (for example, about 90 ° C. to 100 ° C.). On the other hand, when the value of the temperature sensor 51a indicates a value less than the boiling point of the refrigerant, the second refrigerant supply line 61 is closed to stop the supply of the refrigerant to the turbine 21.
Since the boiling point of the refrigerant depends on the pressure, the control valve mechanism 62 employs a configuration including a control program for changing the threshold value for opening or closing based on the value of the pressure sensor 51b.

したがって、上述の本実施形態によれば、所定の熱源と供給された冷媒との間で熱交換させて蒸気を生成する熱交換器10と、蒸気の供給により回転力を得るタービン21が連結されたロータ22を有する発電機20と、タービン21を通過した蒸気を凝縮して液化させる凝縮器30と、凝縮器30から熱交換器10に供給される冷媒の一部を、発電機20に供給して冷却する発電機冷却装置40と、発電機20を通過して熱回収した冷媒を、熱交換器10に供給する第1冷媒供給装置50及びタービン21に供給する第2冷媒供給装置60とを有する発電機システム1を採用し、熱交換器10で生成した蒸気でタービン21に回転力を与え、その蒸気を凝縮器30により液化させる。そして、液化して熱交換器10に戻る一部を、冷媒として発電機20に供給して冷却すると共に、発電機20において仕事をせずに熱となった損失分をその冷媒に回収させる。この発電機20で熱を得た冷媒をタービン21に供給して発電機20に仕事をさせることにより、システム全体効率を向上させることが可能となる。
このように、本実施形態では、システム全体効率が向上する発電機システム1が得られる。また、本実施形態では、タービン21に回転力を与える媒体と発電機20を冷却する媒体とを共通化することで、冷却構造の小型化、ひいてはシステム全体の小型化を図ることができ、車両等に搭載する際に適した形態とさせることが可能となる。
Therefore, according to the above-described embodiment, the heat exchanger 10 that generates heat by exchanging heat between the predetermined heat source and the supplied refrigerant is connected to the turbine 21 that obtains rotational force by supplying the steam. The generator 20 having the rotor 22, the condenser 30 that condenses and liquefies the steam that has passed through the turbine 21, and a part of the refrigerant that is supplied from the condenser 30 to the heat exchanger 10 are supplied to the generator 20. A generator cooling device 40 for cooling, a first refrigerant supply device 50 for supplying the refrigerant that has passed through the generator 20 and recovering heat to the heat exchanger 10, and a second refrigerant supply device 60 for supplying to the turbine 21 Is used, the steam generated by the heat exchanger 10 is used to apply a rotational force to the turbine 21, and the steam is liquefied by the condenser 30. Then, a part of the liquid that is liquefied and returned to the heat exchanger 10 is supplied to the generator 20 as a refrigerant to be cooled, and the refrigerant generates a heat loss without working in the generator 20. By supplying the refrigerant that has obtained heat from the generator 20 to the turbine 21 and causing the generator 20 to work, it is possible to improve the overall system efficiency.
Thus, in this embodiment, the generator system 1 with which the whole system efficiency improves is obtained. In the present embodiment, the medium that gives the rotational force to the turbine 21 and the medium that cools the generator 20 are made common, so that the cooling structure can be downsized and the entire system can be downsized. It becomes possible to make it a form suitable for mounting on the like.

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring drawings, this invention is not limited to the said embodiment. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described embodiments are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.

例えば、上述の実施形態では、発電機に本システムを適用した場合の例について説明したが、電動機に本システムを適用してもよい。さらに、発電機や電動機として仕事(動作)しない場合や、ステータを有しないが鉄損をもたらすロータを有する回転体に本システムを適用しても良い。   For example, in the above-described embodiment, an example in which the present system is applied to a generator has been described. However, the present system may be applied to an electric motor. Furthermore, the present system may be applied to a rotating body that does not work (operate) as a generator or an electric motor, or has a rotor that does not have a stator but causes iron loss.

1…発電機システム(回転機の熱回収システム)、10…熱交換器、20…発電機(回転機)、21…タービン、22…ロータ、30…凝縮器、40…発電機冷却装置(冷却装置)、50…第1冷媒供給装置(供給装置)、51…第1冷媒供給ライン(冷媒供給経路)、60…第2冷媒供給装置(第2供給装置)、61…第2冷媒供給ライン(第2冷媒供給経路)、62…制御弁機構(開閉装置)   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Generator system (heat recovery system of a rotary machine), 10 ... Heat exchanger, 20 ... Generator (rotor), 21 ... Turbine, 22 ... Rotor, 30 ... Condenser, 40 ... Generator cooling device (cooling) Apparatus), 50 ... first refrigerant supply apparatus (supply apparatus), 51 ... first refrigerant supply line (refrigerant supply path), 60 ... second refrigerant supply apparatus (second supply apparatus), 61 ... second refrigerant supply line ( Second refrigerant supply path), 62... Control valve mechanism (opening / closing device)

Claims (10)

所定の熱源と供給された液体との間で熱交換させて蒸気を生成する熱交換器と、
前記蒸気の供給により回転力を得るタービンが連結されたロータを有する回転機と、
前記タービンを通過した前記蒸気を凝縮して前記液体とさせる凝縮器と、
前記凝縮器から前記熱交換器に供給される前記液体の一部を、冷媒として前記回転機に供給して冷却する冷却装置と、
前記回転機を通過して熱回収した前記冷媒を、前記熱交換器に供給する供給装置と
前記供給装置から前記熱交換器へ向かう冷媒供給経路から分岐させた前記冷媒の一部を、前記タービンに供給する第2供給装置とを有することを特徴とする回転機の熱回収システム。
A heat exchanger for generating steam by exchanging heat between a predetermined heat source and the supplied liquid;
A rotating machine having a rotor connected to a turbine that obtains rotational force by supplying steam;
A condenser that condenses the vapor that has passed through the turbine into the liquid;
A cooling device that supplies a part of the liquid supplied from the condenser to the heat exchanger as a refrigerant and cools the rotating machine;
A supply device for supplying the refrigerant having passed through the rotating machine and recovering heat to the heat exchanger ;
A heat recovery system for a rotating machine , comprising: a second supply device that supplies a part of the refrigerant branched from a refrigerant supply path from the supply device to the heat exchanger to the turbine .
前記供給装置は、前記熱交換器における前記液体の蒸発プロセスの中段に前記冷媒を供給することを特徴とする請求項1に記載の回転機の熱回収システム。   2. The heat recovery system for a rotating machine according to claim 1, wherein the supply device supplies the refrigerant to an intermediate stage of the liquid evaporation process in the heat exchanger. 前記第2供給装置は、前記回転機を通過して熱回収した前記冷媒の温度及び圧力の少なくともいずれか一方に基づいて、前記冷媒供給経路から分岐して前記タービンへ向かう第2冷媒供給経路を開放あるいは閉塞する開閉装置を有することを特徴とする請求項1または2に記載の回転機の熱回収システム。 The second supply device has a second refrigerant supply path that branches from the refrigerant supply path and travels toward the turbine based on at least one of temperature and pressure of the refrigerant that has passed through the rotating machine and recovered heat. The heat recovery system for a rotating machine according to claim 1, further comprising an opening / closing device that opens or closes. 前記タービンは、多段タービンであり、
前記第2供給装置は、前記冷媒を前記タービンの中段に供給することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の回転機の熱回収システム。
The turbine is a multi-stage turbine;
The said 2nd supply apparatus supplies the said refrigerant | coolant to the middle stage of the said turbine, The heat recovery system of the rotary machine as described in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.
前記回転機は、発電機あるいは電動機からなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の回転機の熱回収システム。 The heat recovery system for a rotating machine according to any one of claims 1 to 4 , wherein the rotating machine comprises a generator or an electric motor. 熱交換器と、A heat exchanger,
前記熱交換器と蒸気供給ラインを介して接続されるタービンと、A turbine connected to the heat exchanger via a steam supply line;
前記タービンと連結されたロータを含む回転機と、A rotating machine including a rotor coupled to the turbine;
前記タービンを介した蒸気を冷却して液体とする凝縮器と、A condenser that cools the steam through the turbine to form a liquid;
前記凝縮器に接続されると共に、前記回転機に配管される冷却ラインと、A cooling line connected to the condenser and piped to the rotating machine;
前記回転機を介した前記冷却ラインと接続されると共に、前記タービンにも接続される冷媒供給ラインと、A refrigerant supply line connected to the cooling line via the rotating machine and also connected to the turbine;
を有することを特徴とする熱回収システム。A heat recovery system comprising:
前記熱交換器と前記凝縮器とを接続するリターンラインをさらに有することを特徴とする請求項6に記載の熱回収システム。The heat recovery system according to claim 6, further comprising a return line connecting the heat exchanger and the condenser. 前記冷媒供給ラインには制御弁機構が設けられていることを特徴とする請求項6または7に記載の熱回収システム。The heat recovery system according to claim 6 or 7, wherein a control valve mechanism is provided in the refrigerant supply line. 前記タービンは多段タービンであり、The turbine is a multi-stage turbine;
前記冷媒供給ラインは、前記多段タービンの中段に接続されていることを特徴とする請求項6〜8のいずれか一項に記載の熱回収システム。The heat recovery system according to any one of claims 6 to 8, wherein the refrigerant supply line is connected to a middle stage of the multistage turbine.
前記冷却ラインは、前記回転機のケーシングの壁部内に配管されることを特徴とする請求項6〜9のいずれか一項に記載の熱回収システム。The heat recovery system according to any one of claims 6 to 9, wherein the cooling line is piped in a wall portion of a casing of the rotating machine.
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