JP5713824B2 - 発電システム - Google Patents

Description

本発明は、熱源から回収される熱を利用して発電を行う発電システムに関する。

近年、省エネルギの観点から、工場等の各種の設備からのいわゆる「排熱」を回収し、その回収された「排熱」のエネルギを利用して発電を行なう発電装置へのニーズが高まっている。「排熱」は、一般的な発電装置に用いられる水蒸気タービンを駆動するための水蒸気を生成できる程には高温でない場合が多い。そのため、低温の排熱によって蒸気を生成して発電できる発電装置が求められている。

そのような発電装置として、既に、工場の排熱や地熱のような低温の熱源から熱を回収して発電を行うバイナリ発電システムが実現されている。このバイナリ発電システムでは、低温の熱源から回収した熱によって低沸点の作動媒体を気化蒸発させる。この気化蒸発した作動媒体の蒸気により発電装置を駆動させて発電が行われる。
例えば特許文献１に記載されているような、低沸点の作動媒体を蒸発させる蒸発器と、作動媒体蒸気に膨張仕事をさせて発電機を駆動するタービン等の膨張機と、作動媒体蒸気を凝縮させるための凝縮器と、作動媒体を加圧して蒸発器に再供給するための循環ポンプとを直列に接続した閉ループ内で作動媒体を循環させるランキンサイクル熱機関を構成するバイナリ発電装置（バイナリ発電システム）が知られている。

特開平１０−１０３０２３号公報

通常、特許文献１に開示されるようなバイナリ発電システムでは、作動媒体を循環させる循環ポンプは電動機で駆動されることが多い。したがって、バイナリ発電システム全体としての効率を高めるためには、上記した電動機の効率を高く維持する必要がある。つまり、電動機はその電力損失により発熱するが、温度が過度に上昇すると効率が低下するため、電動機を冷却する必要がある。

電動機の冷却として通常採用される手法は、別途用意した冷却媒体を電動機に供給して冷却することが考えられる。しかしながら、その場合、冷却媒体を電動機へ供給する供給手段として更に小型のポンプおよび電動機を用いるため、バイナリ発電装置における消費電力が大きくなるという問題が生じる。加えて、冷却媒体が電動機から受け取った熱は有効利用されてれおらず、バイナリ発電装置の外部に廃熱されている。

このように、特許文献１に開示されるような従来のバイナリ発電装置は、発電装置の熱効率を向上させるような構成を有していなかった。
そこで本願発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、循環ポンプの冷却に要する消費電力を抑制するとともに、当該冷却に利用した媒体を更に熱利用することによって、発電装置の熱効率を向上させることを課題とする。

前記目的を達成するため、本発明は次の技術的手段を講じている。
すなわち、本発明の発電システムは、循環ポンプから吐出された作動媒体を気化させて前記作動媒体の蒸気を生成する蒸発器と、前記蒸発器で生成された蒸気の膨張を利用して発電する発電機と、前記発電機で利用された蒸気を液状の作動媒体に凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で得られた液状の作動媒体を蒸発器へ圧送すると共に当該作動流体を循環させる循環ポンプと、を有する発電システムにおいて、前記循環ポンプは、当該循環ポンプを駆動する電動機を備え、供給された液状の作動媒体の一部を前記電動機の冷却に用いた上で熱媒体として外部に排出すると共に、前記熱媒体以外の作動媒体を蒸発器へ圧送するように構成されており、前記循環ポンプから排出された熱媒体を用いた熱交換が可能とされ且つ熱交換後の熱媒体を凝縮器へと導く熱媒体ラインが設けられたことを特徴とする。

なお、好ましくは、前記蒸発器の入側には、２次側に作動媒体が流通する予熱用熱交換器が設けられ、前記熱媒体ラインは、予熱用熱交換器の１次側に接続されていて、前記循環ポンプから排出された熱媒体が予熱用熱交換器の１次側を通過して凝縮器へと戻ることで、２次側の作動媒体が１次側の熱媒体との熱交換によって予熱されるように構成されているとよい。

また、好ましくは、前記発電機は、当該発電機を冷却するための発電機冷却ラインを有し、前記熱媒体ラインは、発電機冷却ラインに接続されていて、前記循環ポンプから排出された熱媒体が発電機冷却ラインを通過して前記凝縮器へと戻ることで、前記発電機が当該熱媒体との熱交換によって冷却されるように構成されているとよい。
さらに、好ましくは、前記発電機は、当該発電機を冷却するための発電機冷却ラインを有し、前記蒸発器の入側には、２次側に作動媒体が流通する予熱用熱交換器が設けられ、前記熱媒体ラインは、前記循環ポンプから発電機冷却ラインの入側に接続されており、前記循環ポンプから排出された熱媒体が発電機冷却ラインを通過することによって、前記発電機が当該熱媒体との熱交換によって冷却されると共に、前記発電機冷却ラインの出側から前記予熱用熱交換器の１次側に接続されており、前記発電機冷却ラインを通過した熱媒体が、予熱用熱交換器の１次側を通過することで２次側を流通する作動媒体を予熱した後に、凝縮器へと戻るように構成されているとよい。
また、本発明に係る発電システムの最も好ましい形態は、循環ポンプから吐出された作動媒体を気化させて前記作動媒体の蒸気を生成する蒸発器と、前記蒸発器で生成された蒸気の膨張を利用して発電する発電機と、前記発電機で利用された蒸気を液状の作動媒体に凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で得られた液状の作動媒体を蒸発器へ圧送すると共に当該作動流体を循環させる循環ポンプと、を有する発電システムにおいて、前記循環ポンプは、当該循環ポンプを駆動する電動機を備え、供給された液状の作動媒体の一部を前記電動機の冷却に用いた上で熱媒体として外部に排出すると共に、前記熱媒体以外の作動媒体を蒸発器へ圧送するように構成されており、前記循環ポンプから排出された熱媒体を用いた熱交換が可能とされ且つ熱交換後の熱媒体を凝縮器へと導く熱媒体ラインが設けられており、前記蒸発器の入側には、２次側に作動媒体が流通する予熱用熱交換器が設けられ、
前記熱媒体ラインは、予熱用熱交換器の１次側に接続されていて、前記循環ポンプから排出された熱媒体が予熱用熱交換器の１次側を通過して凝縮器へと戻ることで、２次側の作動媒体が１次側の熱媒体との熱交換によって予熱されるように構成されていることを特徴とする。
さらに、本発明に係る発電システムの最も好ましい形態は、循環ポンプから吐出された作動媒体を気化させて前記作動媒体の蒸気を生成する蒸発器と、前記蒸発器で生成された蒸気の膨張を利用して発電する発電機と、前記発電機で利用された蒸気を液状の作動媒体に凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で得られた液状の作動媒体を蒸発器へ圧送すると共に当該作動流体を循環させる循環ポンプと、を有する発電システムにおいて、前記循環ポンプは、当該循環ポンプを駆動する電動機を備え、供給された液状の作動媒体の一部を前記電動機の冷却に用いた上で熱媒体として外部に排出すると共に、前記熱媒体以外の作動媒体を蒸発器へ圧送するように構成されており、前記循環ポンプから排出された熱媒体を用いた熱交換が可能とされ且つ熱交換後の熱媒体を凝縮器へと導く熱媒体ラインが設けられており、前記発電機は、当該発電機を冷却するための発電機冷却ラインを有し、前記熱媒体ラインは、発電機冷却ラインに接続されていて、前記循環ポンプから排出された熱媒体が発電機冷却ラインを通過して前記凝縮器へと戻ることで、前記発電機が当該熱媒体との熱交換によって冷却されるように構成されていることを特徴とする。
さらにまた、本発明に係る発電システムの最も好ましい形態は、循環ポンプから吐出された作動媒体を気化させて前記作動媒体の蒸気を生成する蒸発器と、前記蒸発器で生成された蒸気の膨張を利用して発電する発電機と、前記発電機で利用された蒸気を液状の作動媒体に凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で得られた液状の作動媒体を蒸発器へ圧送すると共に当該作動流体を循環させる循環ポンプと、を有する発電システムにおいて、前記循環ポンプは、当該循環ポンプを駆動する電動機を備え、供給された液状の作動媒体の一部を前記電動機の冷却に用いた上で熱媒体として外部に排出すると共に、前記熱媒体以外の作動媒体を蒸発器へ圧送するように構成されており、前記循環ポンプから排出された熱媒体を用いた熱交換が可能とされ且つ熱交換後の熱媒体を凝縮器へと導く熱媒体ラインが設けられており、前記発電機は、当該発電機を冷却するための発電機冷却ラインを有し、前記蒸発器の入側には、２次側に作動媒体が流通する予熱用熱交換器が設けられ、前記熱媒体ラインは、前記循環ポンプから発電機冷却ラインの入側に接続されており、前記循環ポンプから排出された熱媒体が発電機冷却ラインを通過することによって、前記発電機が当該熱媒体との熱交換によって冷却されると共に、前記発電機冷却ラインの出側から前記予熱用熱交換器の１次側に接続されており、前記発電機冷却ラインを通過した熱媒体が、予熱用熱交換器の１次側を通過することで２次側を流通する作動媒体を予熱した後に、凝縮器へと戻るように構成されていることを特徴とする。

本発明の発電システムによれば、循環ポンプの冷却に要する消費電力を抑制するとともに、当該冷却に利用した媒体を更に熱利用することによって、発電装置の熱効率を向上させることができる。

本発明の第１実施形態による発電システムの全体構成を示す図である。 本発明の第２実施形態による発電システムの全体構成を示す図である。 本発明の第３実施形態による発電システムの全体構成を示す図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態によるバイナリ発電システム（以下、単に発電システムという）を、図面に基づき詳しく説明する。
図１に示す本実施形態による発電システム１Ａは、工場の廃熱や地熱のように低温（例えば、１５０℃以下）の熱源から熱を回収して発電を行うものである。

このような低温の熱源では、水の熱サイクルで発電できるほどの熱量を確保できないので、水より低沸点の有機媒体（代替フロン等）などを作動媒体Ｔに用いて、この作動媒体Ｔの熱サイクルを利用し発電を行う必要がある。それゆえ、本発明の発電システム１Ａのように、作動媒体Ｔの蒸発サイクルと凝縮サイクルといった２つの熱サイクルを併用し発電するシステムを、バイナリーサイクル（Binary-Cycle）発電と呼ぶ。

図１に示すように、第１実施形態の発電システム１Ａは、作動媒体Ｔを気化させて作動媒体Ｔの蒸気を生成する蒸発器２と、蒸発器２で生成された蒸気の膨張を利用して発電する発電機３と、発電機３で利用された蒸気を液状の作動媒体Ｔに凝縮させる凝縮器４と、凝縮器４で得られた液状の作動媒体Ｔを再び蒸発器２へ圧送して作動媒体Ｔを循環させる循環ポンプ６と、を有している。

発電システム１Ａに備えられた蒸発器２は、循環配管５内を流れる作動媒体Ｔを気化させる役割を有している。蒸発器２の１次側には、工場からの温排水や地下から湧出する温水などの加熱媒体（熱源）が供給され、２次側には、予熱用熱交換器１１を通過して予熱された作動媒体Ｔが供給される。蒸発器２内では、１次側に供給された加熱媒体と２次側に供給された作動媒体Ｔとの間で熱交換が行われて、作動媒体Ｔが気化してガス状の作動媒体Ｔ（蒸気）となる。

発電機３は、蒸発器２で生成された蒸気を利用して発電を行うものである。この発電機３は、蒸発器２から供給された蒸気の膨張力により回転駆動されるスクリュロータ７（膨張機駆動部）を有する膨張機８と、このスクリュロータ７の回転力を利用して発電を行う回転子９を有する発電機本体１０と、を備えている。
凝縮器４は、発電機３から循環配管５を通って流れてきた気体又は気液混合の作動媒体Ｔを液化させる熱交換器であって、蒸発器２と同様の構成を有している。凝縮器４の１次側には、発電機３から循環配管５を通って流れてきた作動媒体Ｔが供給され、２次側には、例えば比較的低温の冷却水が供給される。凝縮器４内では、１次側の作動媒体Ｔと２次側の冷却水との間で熱交換が行われ、作動媒体Ｔの温度が沸点以下に下がると、作動媒体Ｔが凝縮されて再び液状となる。

上述の蒸発器２、発電機３、及び凝縮器４は、作動媒体Ｔを循環させる循環配管５（循環ライン）により接続されており、この循環配管５の経路上には、作動媒体Ｔを循環させる循環ポンプ６が配置されている。図１において循環ポンプ６は、凝縮器４と蒸発器２との間に配置されている。循環配管５は、この循環ポンプ６により作動媒体Ｔを一方向に向かって送りつつ、作動媒体Ｔを蒸発器２、発電機３、凝縮器４の順番に循環させる閉ループ状の構成となっている。

本実施形態に係るバイナリ発電システム１Ａにおいては、上記した循環ポンプ６及び循環ポンプ６から排出される熱媒体の利用方法に特徴がある。以下、循環ポンプ６の構成の詳細な説明を行う。
第１実施形態の発電システム１Ａに備えられた循環ポンプ６は、一般的なリバースサーキュレーション形（型）と呼ばれるポンプであって、循環ポンプ６を駆動する駆動機構として電動機（図示せず）を備えている。

リバースサーキュレーション形のポンプでは、供給された液状媒体の一部が電動機の冷却及び摺動部分（軸受）の潤滑を担うサーキュレーション液（以下、熱媒体という）として用いられ、その後、外部に排出されるものであって、この熱媒体の経路がポンプ内において一つの閉回路となっていないことを特徴としている。
リバースサーキュレーション形の循環ポンプ６の一般的な使用法において、ポンプ入側から吸い上げられた液体の一部は、電動機冷却用の熱媒体として電動機の内部を流通し、外部に排出された後は、再びポンプ入側の液体に合流される。
ところが、本実施形態の場合、循環ポンプ６は、供給された液状の作動媒体Ｔの一部を電動機の冷却及び摺動部分の潤滑に用いた上で熱媒体として外部に排出すると共に、排出する熱媒体以外の作動媒体Ｔを加圧して蒸発器２に送り出す（圧送する）。

つまり、本実施形態による発電システム１Ａは、循環ポンプ６から排出された熱媒体を凝縮器４へと導く熱媒体ライン１２を設けており、熱媒体ライン１２は、発電システム１Ａ内の所定の位置で、循環ポンプ６から排出された熱媒体と循環する作動媒体Ｔとの間で熱交換を行う。これは、循環ポンプ６から排出された熱媒体の温度は電動機を冷却した分だけ高くなっており、循環ポンプ６から圧送される作動媒体Ｔの温度よりも高いからである。

この熱交換を実現するための構成及び動作を次に述べる。
この閉ループ状の循環配管５において、蒸発器２の入側に予熱用熱交換器１１が設けられている。予熱用熱交換器１１の２次側は、循環ポンプ６の出側（加圧された作動媒体Ｔの排出側）と蒸発器２の入側に接続されており循環配管５の一部を構成している。また、予熱用熱交換器１１の１次側は、循環ポンプ６における熱媒体の出側（電動機を冷却したサーキュレーション液、すなわち熱媒体の排出側）と凝縮器４の入側に接続されており熱媒体ライン１２の一部を構成している。

予熱用熱交換器１１は、液−液間の熱交換を行う一般的な熱交換器であって、スパイラル式熱交換器、プレート式熱交換器、二重管式熱交換器などである。予熱用熱交換器１１内では、作動媒体Ｔが流れる２次側の流路（２次流路）と熱媒体が流れる１次側の流路（１次流路）とが伝熱面を挟んで隣接しており、高温側の１次流路の熱媒体から低温側の２次流路の作動媒体Ｔへ伝熱面を介して熱が移動する。これによって、蒸発器２に入る前の作動媒体Ｔの温度を予め上昇させる（予熱する）ことができる。

次に、上述の構成による発電システム１Ａを用いて発電を行う方法、言い換えれば本発明の発電システム１Ａを用いた発電方法について、説明する。
図１に示すように、第１実施形態の発電システム１Ａにおいて、循環ポンプ６は、凝縮器４から循環配管５を通って流れてきた液状の作動媒体Ｔを吸い込み、電動機の冷却に用いた作動媒体Ｔの一部を熱媒体として熱媒体ライン１２に排出すると共に、残りの作動媒体Ｔを循環配管５に圧送する。

循環ポンプ６から熱媒体ライン１２に排出された熱媒体（サーキュレーション液）は、予熱用熱交換器１１の１次側に供給され、循環ポンプ６から循環配管５に圧送された作動媒体Ｔは、予熱用熱交換器１１の２次側に供給される。
予熱用熱交換器１１では、熱交換によって、高温側の１次側の熱媒体から低温側の２次側の作動媒体Ｔへ熱が移動して、作動媒体Ｔが予熱される。予熱されて温度が上昇した液状の作動媒体Ｔは、予熱用熱交換器１１を出て蒸発器２の２次側へ供給される。このとき、熱交換によって温度が低下した熱媒体は、予熱用熱交換器１１を出て凝縮器４の入側へ供給される。

蒸発器２では、熱交換によって、１次側へ供給された温水（加熱媒体）から２次側へ供給された作動媒体Ｔへ熱が移動して、作動媒体Ｔは蒸発し気化する。気化した作動媒体Ｔは、循環配管５を通って発電機３の膨張機８へ導入される。
このとき、２次側へ供給された作動媒体Ｔは、予熱用熱交換器１１で予熱されているため、１次側の加熱媒体から受け取る熱量が少なくても気化することができる。このように、予熱用熱交換器１１を設けて作動媒体Ｔを予熱することで蒸発器２における熱効率が向上するといえる。蒸発器２の熱効率の向上によってより多くの作動媒体Ｔを気化させることができるので、作動媒体Ｔを予熱しない場合と比較して、より多くの気体状の作動媒体Ｔを膨張機８に導入することができる。

膨張機８に導入された気体状の作動媒体Ｔは、膨張によってスクリュロータ７を回転させ、発電が行われる。
スクリュロータ７を回転させた気体状の作動媒体Ｔは、温度を下げつつ膨張機８から循環配管５へ排出される。膨張機８から排出された作動媒体Ｔは、さらに温度を下げつつ循環配管５を通り、途中で予熱用熱交換器１１の１次側から出て熱媒体ライン１２を通った熱媒体と合流して凝縮器４の１次側へ送られる。

凝縮器４の１次側へ送られ混ざり合った作動媒体Ｔ及び熱媒体は、熱交換によって、２次側の冷却水へ熱を放出し温度をさげる。混ざり合った作動媒体Ｔ及び熱媒体は、沸点未満の温度にまで冷却されるので、共に凝縮されて液状の作動媒体Ｔとなり、再び循環ポンプ６へ供給される。
この後は、既に述べた動作を繰り返すことで発電機３が継続的に発電することができる。

このように、本実施形態による発電システム１Ａでは、循環ポンプ６の電動機を冷却した際に得られた熱を作動媒体Ｔの予熱に用いることで、本来は捨てられていた電動機の冷却で得られた熱を回収し、発電システム１Ａ全体としての熱効率を向上させている。これによって、より多くの作動媒体Ｔを気化させて膨張機８に導入することができるので、ひいては発電機３の発電量及び発電効率を向上させることにつながる。

［第２実施形態］
次に、図２を用いて、本発明の第２実施形態による発電システム１Ｂを説明する。
本実施形態による発電システム１Ｂは、第１実施形態で説明した予熱用熱交換器１１を備えていない点と、熱媒体ライン１２が、発電機本体１０に設けられた発電機冷却ライン１３（詳細は後述する）を経由して凝縮器４の入側に接続されている点と、が第１実施形態による発電システム１Ａと異なる。
作動媒体Ｔが循環する循環配管５の構成は、第１実施形態の発電システム１Ａにおける構成と同様であるので、説明を省略する。

以下に図２を参照しながら、発電機３の発電機本体１０に設けられた発電機冷却ライン１３と、その発電機冷却ライン１３を経由する熱媒体ライン１２について説明する。
発電機冷却ライン１３は、発電機本体１０に設けられて当該発電機本体１０を冷却するためのラインである。発電機冷却ライン１３の入側は、循環ポンプ６における熱媒体の出側と熱媒体ライン１２で接続されており、発電機冷却ライン１３の出側は、凝縮器４と熱媒体ライン１２で接続されている。これにより、循環ポンプ６における熱媒体の出側から排出された熱媒体（電動機の冷却に利用されたサーキュレーション液）が発電機冷却ライン１３を通過して凝縮器４へと戻ることで、電動機のみならず発電機３が当該熱媒体との熱交換によって冷却されるように構成されている。

発電機冷却ライン１３の構成について、詳しく説明する。
発電機冷却ライン１３は、発電機本体１０の筐体に設けられた熱交換手段である。発電によって高温となる発電機本体１０の筐体内には気体が充満しているので、発電機冷却ライン１３は、筐体内の気体と熱媒体との間で熱交換を行う気−液間の熱交換を行う熱交換手段である。

発電機本体１０の筐体には、筐体内の気体が流れる（充満する）１次側の流路（チャンバ）と熱媒体が流れる２次側の流路（発電機冷却ライン１３、すなわち冷却ジャケット）とが伝熱面を挟んで隣接しており、高温側の１次側（チャンバ）の気体から低温側の２次側の熱媒体へ伝熱面を介して熱が移動する。これによって、１次側（チャンバ）の気体の温度を下げることができる。ここで、２次側の熱媒体は、１次側（チャンバ）の気体から熱を受けて温度を上昇させて、発電機冷却ライン１３の出側から熱媒体ライン１２に排出される。

以下に、発電機冷却ライン１３を経由する熱媒体ライン１２における熱媒体の循環方法について説明する。
循環ポンプ６における熱媒体の出側から熱媒体ライン１２に排出された熱媒体は、発電機本体１０に設けられた発電機冷却ライン１３の入側に供給される。
供給された熱媒体は、熱交換によって発電機３を冷却しながら、発電機冷却ライン１３を出側に向かって移動する。

熱交換によって温度が上昇した熱媒体は、発電機冷却ライン１３の出側から熱媒体ライン１２に排出される。排出された熱媒体は、途中で発電機３の膨張機８から出て循環ライン５を通った作業媒体Ｔと合流して凝縮器４の１次側へ送られる。
この後は、第１実施形態と同様に、凝縮器４の１次側へ送られ混ざり合った作動媒体Ｔ及び熱媒体は、共に凝縮されて液状の作動媒体Ｔとなり、再び循環ポンプ６へ供給される。

このように、本実施形態による発電システム１Ｂでは、循環ポンプ６の電動機を冷却した熱媒体でさらに発電機３（発電機本体１０）を冷却することによって、発電機３の温度上昇を抑制することができる。これによって、発電機３の冷却に外部の冷却装置を用いる必要が無くなる。循環ポンプ６の電動機及び発電機３を確実に冷却することで、両機器３，６の動作効率が上がり、発電システム１Ｂ全体での効率を向上させることが可能となる。

［第３実施形態］
次に、図３を用いて、本発明の第３実施形態による発電システム１Ｃを説明する。
本実施形態による発電システム１Ｃは、第１実施形態で説明した予熱用熱交換器１１と第２実施形態で説明した発電機冷却ライン１３の両方を、第１実施形態及び第２実施形態で説明した循環配管５に備えている。
これら、上述の実施形態と同様の構成要素については、説明を省略する。
以下に図３を参照しながら、発電システム１Ｃにおいて予熱用熱交換器１１と発電機冷却ライン１３を経由する熱媒体ライン１２について説明する。

本実施形態による発電システム１Ｃの熱媒体ライン１２は、まず、第２実施形態と同様に、循環ポンプ６における熱媒体の出側から発電機３の発電機冷却ライン１３の入側へ接続されている。発電機冷却ライン１３を経由した熱媒体ライン１２は、発電機冷却ライン１３の出側から予熱用熱交換器１１の１次側の入側に接続され、予熱用熱交換器１１の１次側の出側から凝縮器４の入側に接続されている。

このように構成された熱媒体ライン１２を通じて、熱媒体を、発電機冷却ライン１３から予熱用熱交換器１１の順に経由させれば、発電システム１Ｃ全体での効率を大きく高めることができる。
つまり、循環ポンプ６の電動機を冷却した熱媒体をさらに発電機冷却ライン１３に供給して発電機本体１０を冷却すると、熱媒体の温度は大きく上昇する。その上で、この高温となった熱媒体を予熱用熱交換器１１の１次側に供給すると、高温の１次側と低温の２次側との温度差が大きくなるため、２次側の作動媒体Ｔをより効果的に予熱することができる。この効果的な予熱によって、多くの作動媒体Ｔを気化させて膨張機８に導入することができるので、ひいては発電機３の発電量及び発電効率を向上させることにつながる。

別の視点から述べると、循環ポンプ６から排出された熱媒体を発電機３へ供給することによって、高温となった発電機３（発電機本体１０）を冷却し温度上昇を抑制することができる。これによって、発電機３の冷却に外部の冷却装置を用いる必要が無くなると共に、発電機３の発電効率を良好な範囲に維持することができるので、ひいては発電システム１Ｃ全体での効率を向上させることにつながる。さらに、本実施形態のように、熱媒体を発電機３から予熱用熱交換器１１を経由して循環させるように熱媒体ライン１２を構成すると、発電システム１Ｃの系内で発電に伴って発生する熱を有効に利用して（回収して）作動媒体Ｔの温度を上昇させることができるので、発電システム１Ｃの発電効率を向上させることができる。

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 発電システム
２ 蒸発器
３ 発電機
４ 凝縮器
５ 循環配管
６ 循環ポンプ
７ スクリュロータ（膨張機駆動部）
８ 膨張機
９ 回転子
１０ 発電機本体
１１ 予熱用熱交換器
１２ 熱媒体ライン
１３ 発電機冷却ライン
Ｔ 作動媒体

Claims (3)

1. 循環ポンプから吐出された作動媒体を気化させて前記作動媒体の蒸気を生成する蒸発器と、前記蒸発器で生成された蒸気の膨張を利用して発電する発電機と、前記発電機で利用された蒸気を液状の作動媒体に凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で得られた液状の作動媒体を蒸発器へ圧送すると共に当該作動流体を循環させる循環ポンプと、を有する発電システムにおいて、
   前記循環ポンプは、当該循環ポンプを駆動する電動機を備え、供給された液状の作動媒体の一部を前記電動機の冷却に用いた上で熱媒体として外部に排出すると共に、前記熱媒体以外の作動媒体を蒸発器へ圧送するように構成されており、
   前記循環ポンプから排出された熱媒体を用いた熱交換が可能とされ且つ熱交換後の熱媒体を凝縮器へと導く熱媒体ラインが設けられており、
   前記蒸発器の入側には、２次側に作動媒体が流通する予熱用熱交換器が設けられ、前記熱媒体ラインは、予熱用熱交換器の１次側に接続されていて、
   前記循環ポンプから排出された熱媒体が予熱用熱交換器の１次側を通過して凝縮器へと戻ることで、２次側の作動媒体が１次側の熱媒体との熱交換によって予熱されるように構成されていることを特徴とする発電システム。
2. 循環ポンプから吐出された作動媒体を気化させて前記作動媒体の蒸気を生成する蒸発器と、前記蒸発器で生成された蒸気の膨張を利用して発電する発電機と、前記発電機で利用された蒸気を液状の作動媒体に凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で得られた液状の作動媒体を蒸発器へ圧送すると共に当該作動流体を循環させる循環ポンプと、を有する発電システムにおいて、
   前記循環ポンプは、当該循環ポンプを駆動する電動機を備え、供給された液状の作動媒体の一部を前記電動機の冷却に用いた上で熱媒体として外部に排出すると共に、前記熱媒体以外の作動媒体を蒸発器へ圧送するように構成されており、
   前記循環ポンプから排出された熱媒体を用いた熱交換が可能とされ且つ熱交換後の熱媒体を凝縮器へと導く熱媒体ラインが設けられており、
   前記発電機は、当該発電機を冷却するための発電機冷却ラインを有し、前記熱媒体ラインは、発電機冷却ラインに接続されていて、
   前記循環ポンプから排出された熱媒体が発電機冷却ラインを通過して前記凝縮器へと戻ることで、前記発電機が当該熱媒体との熱交換によって冷却されるように構成されている
   ことを特徴とする発電システム。
3. 循環ポンプから吐出された作動媒体を気化させて前記作動媒体の蒸気を生成する蒸発器と、前記蒸発器で生成された蒸気の膨張を利用して発電する発電機と、前記発電機で利用された蒸気を液状の作動媒体に凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で得られた液状の作動媒体を蒸発器へ圧送すると共に当該作動流体を循環させる循環ポンプと、を有する発電システムにおいて、
   前記循環ポンプは、当該循環ポンプを駆動する電動機を備え、供給された液状の作動媒体の一部を前記電動機の冷却に用いた上で熱媒体として外部に排出すると共に、前記熱媒体以外の作動媒体を蒸発器へ圧送するように構成されており、
   前記循環ポンプから排出された熱媒体を用いた熱交換が可能とされ且つ熱交換後の熱媒体を凝縮器へと導く熱媒体ラインが設けられており、
   前記発電機は、当該発電機を冷却するための発電機冷却ラインを有し、
   前記蒸発器の入側には、２次側に作動媒体が流通する予熱用熱交換器が設けられ、
   前記熱媒体ラインは、
   前記循環ポンプから発電機冷却ラインの入側に接続されており、前記循環ポンプから排出された熱媒体が発電機冷却ラインを通過することによって、前記発電機が当該熱媒体との熱交換によって冷却されると共に、
   前記発電機冷却ラインの出側から前記予熱用熱交換器の１次側に接続されており、前記発電機冷却ラインを通過した熱媒体が、予熱用熱交換器の１次側を通過することで２次側を流通する作動媒体を予熱した後に、凝縮器へと戻るように構成されていることを特徴とする発電システム。

Images