JP5721676B2 - 補助動力発生装置及びこの装置の運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱機関で発生した動力をこの熱機関の外部に取り出して、この熱機関とは別に設けられた駆動源の動力を補う補助動力として利用することができる補助動力発生装置及びこの装置の運転方法に関する。

バイナリサイクル機関のような熱機関は、アンモニア、ペンタン、フロン、代替フロンなどの低沸点媒体などの作動媒体をランキンサイクルなどの熱力学サイクルによって膨張、凝縮することで、熱を動力に変換する（熱エネルギを運動エネルギに変換する）構成となっている。
このような熱機関は、液体の作動媒体を気化させる蒸発器と、作動媒体の蒸気を膨張させる膨張機と、膨張機で用いられた気体の作動媒体を液体に凝縮させる凝縮器と、凝縮された作動媒体を圧縮すると共に循環させる循環ポンプと、を備えている。また、この膨張機の回転駆動で得られた回転駆動力は、回転駆動軸を介して膨張機が収容されているハウジングの外に取り出され、回転駆動軸に接続された回転機械（例えば、発電機など）を回転させるために用いられるようになっている。

このような熱機関をスムーズに起動させる方法としては、次の特許文献１に開示されたようなものがすでに知られている。
例えば、特許文献１には、冷媒を循環させるべく順次接続された圧縮機と、放熱器と、膨張機と、蒸発器とを備え、さらに、前記放熱器の能力を制御する放熱器能力制御手段、または、前記蒸発器の能力を制御する蒸発器能力制御手段を有しており、前記圧縮機の起動時において、前記放熱器能力制御手段または前記蒸発器能力制御手段の能力を、ある時間、通常運転時より低減するように制御する起動ステップと、通常運転ステップとを有することを特徴とする冷凍サイクル装置の運転方法が開示されている。

特開２００８−１７５４０２号公報

ところで、特許文献１の熱機関（冷凍サイクル装置）に備えられた発電機は、熱機関の膨張機が生み出す回転駆動力を直に受けとって発電を行うもの、すなわち「従動型の回転機械」であって、当然ながら、膨張機から回転駆動力が得られない場合は、発電機は止まったままである。
一方で、バイナリサイクル機関のような熱機関で回転駆動力を発生させ、得られた回転駆動力を「熱機関とは別に設けられた駆動源の動力を補う」ための補助動力として利用することが提案されている。例えば、モータ駆動により駆動されるガス圧縮機を想定する。このガス圧縮機は、自分自身で起動・運転可能な「主動型の回転機械」であって、係るガス圧縮機に対して熱機関の回転駆動力を補助的に付与するシステムを考える。

その場合、このシステムの起動時に、例えば、以下に述べるような不都合が生じることが考えられる。
すなわち、主動型の回転機械であるガス圧縮機のモータを起動させると共に、熱機関も起動させる。このとき、熱機関は定常運転状態ではないため、膨張機からの回転動力を補助動力としてモータに付与できないばかりか、逆に、ガス圧縮機のモータが膨張機を回転することとなり、システム全体の立ち上がりが非常に遅くなる可能性がある。また、この状況下では、膨張機に流れ込む作動媒体は液体であり、膨張機の回転負荷は過大なものとなって、膨張機の破損すら招きかねない。

係る不都合は非常に重大な問題であり、特許文献１の技術をもってしても解決はできない。
なぜなら、特許文献１の熱機関は、当該熱機関とは別に設けられた駆動源の動力を補う
ための補助動力を発生するものではなく、そもそもシステム構成が異なっているからである。加えて、特許文献１が開示する運転方法は、「膨張機が駆動しない状態で循環ポンプ（特許文献１では圧縮機と記載）が運転し続け、循環ポンプの負荷が大きくなる」などの「熱機関内で発生する不都合」を解決するものであり、本願発明が問題とする熱機関とそれに連結された主動型の回転機械とで構成されたシステムでの起動時の問題を解決するものとはなっていない。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、熱機関で発生した動力をこの熱機関の外部に取り出して、この熱機関とは別に設けられた駆動源の動力を補う補助動力として利用することができる補助動力発生装置に関し、装置の起動時、停止時などに発生する問題を確実に回避できる補助動力発生装置及びこの装置の運転方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
請求項１に記載の発明は、気化した作動媒体を膨張させて回転駆動力を発生させる膨張機を備えたバイナリサイクル機関と、前記膨張機で発生する回転駆動力を前記膨張機のハウジングの外部へ取り出す動力伝達軸とを有し、回転駆動力を回転機械の駆動源の補助動力に用いる補助動力発生装置の運転方法であって、前記膨張機が、入口と出口とを連通するバイパス配管を備え、前記バイパス配管が、前記バイパス配管を開閉する開閉弁を備え、前記補助動力発生装置を起動する際には、前記開閉弁を開いて、前記作動媒体を前記バイパス配管に流入させるようにした上で、前記回転機械を起動させ、前記膨張機へ流入する作動媒体が気化されたと判断されると、前記バイパス配管の開閉弁を閉じ、前記補助動力発生装置を停止するに際には、前記開閉弁を開いて、前記作動媒体を前記バイパス配管に流入させて前記膨張機の駆動を停止し、前記回転機械が定常運転をしている状況下で、前記回転機械が停止した際には、前記開閉弁を開いて前記作動媒体を前記バイパス配管に流入させて前記膨張機の駆動を停止することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、回転駆動力を回転機械の駆動源の補助動力に用いる補助動力発生装置であって、気化した作動媒体を膨張させて回転駆動力を発生させる膨張機を備えたバイナリサイクル機関と、前記膨張機で発生する回転駆動力を前記膨張機のハウジングの外部へ取り出す動力伝達軸とを有し、前記ハウジングはその隔壁で囲まれた内部に前記膨張機の駆動部を収容しており、前記動力伝達軸は、前記隔壁を間に介して前記ハウジングの内外に分断されているとともに前記膨張機の回転駆動力を前記ハウジングの外部に伝達するべく磁気カップリングを備え、前記膨張機には、入口と出口とを連通するバイパス配管が設けられていて、前記バイパス配管には、前記バイパス配管を開閉する開閉弁が備えられていて、前記回転機械及び当該補助動力発生装置が定常運転をしている状況下で、前記回転機械が停止した際には、前記開閉弁を開いて、作動媒体を前記バイパス配管に流入させて前記膨張機の駆動を停止させることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の補助動力発生装置であって、前記回転機械、及び当該補助動力発生装置を起動するに際しては、前記開閉弁を開いて、作動媒体を前記バイパス配管に流入させるようにした上で、前記回転機械を起動させ、前記膨張機へ流入する作動媒体が気化されたと判断されると、前記開閉弁を閉じることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の補助動力発生装置であって、前記回転機械、及び当該補助動力発生装置を停止するに際しては、前記開閉弁を開いて、作動媒体を前記バイパス配管に流入させて前記膨張機の駆動を停止させることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項２ないし４のいずれかに記載の補助動力発生装置であって、前記回転機械は供給されたガスを高圧に圧縮する圧縮機であり、前記圧縮機の前記駆動源がモータであり、前記モータの動力で前記圧縮機を駆動させる際に、前記バイナリサイクル機関で発生した回転駆動力を前記モータの動力を補う補助動力として用いることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の補助動力発生装置であって、前記圧縮機で生成された高圧ガスが有する熱量を前記バイナリサイクル機関の蒸発器における作動媒体への熱源として用いることを特徴とする。

本発明の補助動力発生装置及びこの装置の運転方法を用いることで、熱機関で発生した動力をこの熱機関の外部に取り出して、この熱機関とは別に設けられた駆動源の動力を補う補助動力として利用することができる補助動力発生装置に関し、装置の起動時、停止時などに発生する問題を確実に回避できる。

第１実施形態の補助動力発生装置を示す図である。 本発明の補助動力発生装置に設けられた磁気カップリングを示す斜視図である。 本発明における補助動力発生装置の運転方法を示したフローチャート図である。 第２実施形態の補助動力発生装置を示す図である。

［第１実施形態］
以下、本発明に係る補助動力発生装置１の第１実施形態を、図面に基づき説明する。
図１に示すように、第１実施形態の補助動力発生装置１は、作動媒体Ｔの蒸気の膨張により回転駆動する駆動部２（本実施形態においてはスクリュロータ２）を有する膨張機３を備えた熱機関４と、この膨張機３で発生する回転駆動力を膨張機３が収容されたハウジング５の外部へ取り出す動力伝達軸６とを有するものである。

このハウジング５は、隔壁７で囲まれた内部に膨張機３の駆動部２を収容している。動力伝達軸６は、隔壁７を間に介してハウジング５の内に位置する駆動軸８とハウジング５外に位置する従動軸９とに分断されている。また分断された動力伝達軸６、即ち、駆動軸８と従動軸９には、膨張機３の回転駆動力をハウジング５の外部に伝達するために磁気カップリング１０が設けられている。

このように、補助動力発生装置１は、駆動軸８および従動軸９からなる動力伝達軸６と磁気カップリング１０とで構成されており、動力伝達軸６によって回転駆動力をハウジング５の外部に伝達するとともに熱機関４とは別に設けられた回転機械１１に送って、この回転機械１１の補助動力として利用する構成とされている。
本発明は、上記した補助動力発生装置１を起動したり、停止したりするときに生じる問題を回避可能な技術に関するものであるが、それに先立ち、補助動力発生装置１、この補助動力発生装置１が動力補助する回転機械１１について、説明を行う。

まず、補助動力発生装置１が補助動力を供給する対象である回転機械１１について、詳しく説明する。
第１実施形態の回転機械１１としては、供給されたガスＶを高圧に圧縮する「ガス圧縮機」を採用している。
図１に示すように、ガス圧縮機５０は、軸直列に接続した複数の圧縮手段（一段目の圧縮手段５１、二段目の圧縮手段５２）と、この複数の圧縮手段を駆動させるモータ５３とを備え、且つ潤滑油を用いないオイルフリー式の多段ガス圧縮機とされている。駆動力を発生するモータ５３は電動モータである。このような、ガス圧縮機５０では、外部から導入されたガスＶが、一段目の圧縮手段で断熱圧縮されて高圧のガスＶになり、二段目の圧縮手段に送られる。送られた高圧のガスＶは、二段目の圧縮手段でさらに断熱圧縮され高圧のガスＶになる。このとき、生成されたガスＶは、昇温されて多量の熱を有するようになる。このように生成された高圧のガスＶは、クーラ５４などの冷却装置により使用目的に応じて必要な温度にまで冷却される。

以上述べたガス圧縮機５０（回転機械１１）は、１つのコンポーネントとして、ユーザに供給されているものであって、それ単体で稼働可能なものである（主動型の回転機械）
。本実施形態の補助動力伝達装置１は、このガス圧縮機５０に付加的に取り付けられ、ガス圧縮機５０に対して動力アシストを行うものとなっている。
一方で、第１実施形態の補助動力伝達装置１に備えられた熱機関４を詳しく説明する。

第１実施形態の補助動力伝達装置１に備えられた熱機関４として、バイナリサイクル機関を例示する。
図１に示すように、バイナリサイクル機関４は、液体の作動媒体Ｔを蒸発させる蒸発器１３と、この蒸発器１３で蒸発した作動媒体Ｔの蒸気を膨張させて駆動部２（例えば、後述するスクリュロータ２）を回転駆動させる膨張機３と、この膨張機３で膨張した作動媒体Ｔの蒸気を凝縮させて液体の作動媒体Ｔに変化させる凝縮器１２と、この凝縮器１２で凝縮した液体の作動媒体Ｔを蒸発器１３に圧送することにより作動媒体Ｔを循環させる媒体循環ポンプ１４と、を閉ループ状に接続された循環配管上に備えている。

膨張機３は、膨張する前後の蒸気の圧力差を利用して回転駆動するスクリュロータ２（駆動部２）を有している。スクリュロータ２は、駆動軸８を中心に回転自在となっており、発生した回転駆動力を駆動軸８を介してこの駆動軸８に接続された磁気カップリング１０に伝達可能となっている。
膨張機３のスクリュロータ（駆動部）２の周囲には、ハウジング５（隔壁７）が設けられており、このハウジング５により内部と外部とを気密的に隔離できるようになっている。この気密的に隔離されたハウジング５の内部には、スクリュロータ２と共にバイナリサイクル機関４で用いられる低沸点媒体の作動媒体Ｔが収容されている。

上述した膨張機３とガス圧縮機５０との間には、膨張機３のスクリュロータ２で生起した回転駆動力をガス圧縮機５０に伝達する動力伝達手段が配設されている。
動力伝達手段は、隔壁７を間に介して駆動軸８と従動軸９とに分断された動力伝達軸６と、さらに隔壁７を介してハウジング５の内外に分かれているこれら両軸を磁気的に連結する磁気カップリング１０（図２参照）とを備えており、これらの動力伝達軸６と磁気カップリング１０とを有する動力伝達経路１５を具備している。

そして、磁気カップリング１０を介して取り出された回転駆動力を上述したバイナリサイクル機関４とは別に設けられた駆動源１６の動力で駆動するガス圧縮機５０に送って、このガス圧縮機５０を駆動するための補助動力に用いている。
また、磁気カップリング１０を介して取り出された回転駆動力が伝達される動力伝達経路１５には、動力伝達軸６の回転速度を変速するとともに、補助動力を下流側へ伝達する変速機１７と、ガス圧縮機５０への補助動力の伝達状態を制御するクラッチ機構１８とが設けられている。

次に、補助動力発生装置１を構成する動力伝達軸６、磁気カップリング１０について説明する。
図１に示すように、動力伝達軸６は、ハウジング５の隔壁７を介して、駆動軸８と従動軸９とに分断されている。動力伝達軸６の一つである駆動軸８は、膨張機３のスクリュロータ２の回転軸心に沿って配備された回転軸である。駆動軸８の一端（図１の右側）は膨張機３の駆動部２であるスクリュロータ２に連結されており、他端（図１の左側）は隔壁７の近傍にまで伸びていて、この他端側の先端には駆動側磁石の装着された磁気カップリング１０の外筒体２０が設けられている。

一方、動力伝達軸６の一つである従動軸９は、駆動軸８と同軸な方向に沿って配備された回転可能な軸である。従動軸９の一端（図１の右側）は膨張機３側に向かって伸びていて、この一端には従動側磁石の装着された内挿体２２が設けられており、他端（図１の左側）は後述する変速機１７に接続されている。
図１、図２に示すように、磁気カップリング１０は、駆動軸８に設けられた外筒体２０と、従動軸９に設けられた内挿体２２とで構成されている。

外筒体２０は、ガス圧縮機５０側（反スクリュロータ２側）を向いて開口する有底円筒状の部材であり、非磁性体から形成されている。外筒体２０には駆動軸８が同軸状に連結されており、またその円筒状に形成された部分には、互いに対向するように、周方向に離れて配備された２個の駆動側磁石が設けられている。
内挿体２２は、円柱体であり、外筒体２０同様に非磁性体から形成されている。内挿体２２は、外筒体２０の内側に遊挿可能となっており、内挿体２２の外周面（外筒体２０の内側に挿し込まれる部分の外周面）には駆動側磁石２５に応じた数の従動側磁石２６が取り付けられている。また、磁気カップリングの駆動側磁石２５及び従動側磁石２６それぞれの磁石の数も２個に限らず、それ以上でもよい。

これら駆動側磁石２５と従動側磁石２６とは、互いに異なる磁極を対面させるようにして配備されていて、両磁石２５、２６の間に隔壁７を透過して磁気的な引力が誘起されるようになっており、駆動軸８の回転駆動力を従動軸９に伝達できるようになっている。
さて、本発明の補助動力伝達装置１の構成について順に説明してきたが、次に、バイナリサイクル機関４に備えられている蒸発器１３について説明する。

第１実施形態のバイナリサイクル機関４に備えられた蒸発器１３は、ガス圧縮機５０で発生した熱量を、作動媒体Ｔを気化させる熱源として利用できるようにするため、媒体循環ポンプ１４の下流側に２つ以上（図１では第１蒸発器５６、第２蒸発器５７）備えられている。
これら第１蒸発器５６及び第２蒸発器５７は、循環配管５５上に並列に配備されている。第１蒸発器５６、第２蒸発器５７の入側には、媒体循環ポンプ１４の下流側に接続された循環配管５５から並列に分岐した配管がそれぞれ繋がっている。第１蒸発器５６、第２蒸発器５７の出側から延びる配管は、膨張機３の上流側の循環配管５５にそれぞれ繋がるようになっている。

第１蒸発器５６では、ガス圧縮機５０の一段目の圧縮手段５１で断熱圧縮された高圧のガスＶが流入し、高圧のガスＶの熱量と作動媒体Ｔとが熱交換するようになっている。熱交換された高圧のガスＶは、二段目の圧縮手段５２に送られる。
第２蒸発器５７では、二段目の圧縮手段５２で断熱圧縮された高圧のガスＶが流入し、高圧のガスＶの熱量と作動媒体Ｔとが熱交換するようになっている。熱交換された高圧のガスＶは、クーラ５４（冷却装置）に送られ、使用目的に応じて必要な温度にまで冷却されるようになっている。

このように生成された気体の作動媒体Ｔは、第１蒸発器５６及び第２蒸発器５７の出側に接続された循環配管５５を通って膨張機３に送られる。
ところで、第１蒸発器５６及び第２蒸発器５７の出側に接続された循環配管５５と膨張機３との間に、バイパス配管６３（迂回流路）が配設されている。
このバイパス配管６３は、膨張機３の入口と膨張機３の出口とを連通するように配設されている。このバイパス配管６３には、当該バイパス配管６３内の流通状態を切り替える開閉弁６４が備えられている。補助動力伝達装置１の運転状況によって、開閉弁６４がＯＮ，ＯＦＦするようになっており、作動媒体Ｔの流通をさせたり、作動媒体Ｔの流通を遮断したりすることができる。

このバイパス配管６３を利用することで、補助動力発生装置１を起動したり、停止したりするときに生じる問題を回避できるのであるが、その詳細は後述する。
以下、第１実施形態に係る補助動力発生装置１の作動態様、特に、定常運転時の動作に関して、図を参照して説明する。
図１に示すように、第１蒸発器５６では、一段目の圧縮手段５１で生成された高圧のガスＶの熱量を利用して（熱交換して）、液体の作動媒体Ｔを気化させて、蒸気の作動媒体Ｔを生成する。また、第２蒸発器５７では、第１蒸発器５６と同様に、二段目の圧縮手段５２で生成された高圧のガスＶの熱量を利用して（熱交換して）、液体の作動媒体Ｔを気化させて、蒸気の作動媒体Ｔを生成する。このようにして生成された蒸気の作動媒体Ｔは、第１蒸発器５６及び第２蒸発器５７の出側に接続された循環配管５５を通って、膨張機３に送られる。

膨張機３では、第１蒸発器５６及び第２蒸発器５７で生成された作動媒体Ｔの蒸気が膨張し、膨張前後の作動媒体Ｔの圧力差を利用して、駆動部２が回転駆動する。
膨張機３で用いられた低圧の作動媒体Ｔの蒸気は、膨張機３の出側の循環配管５５を通じて凝縮器１２に送出される。凝縮器１２では、膨張機３から送出されてきた作動媒体Ｔ
の蒸気が、冷却水Ｗと熱交換され、液体の作動媒体Ｔに凝縮される。

凝縮器で液体となった作動媒体Ｔは、媒体循環ポンプ１４に送出される。この液体の作動媒体Ｔは、媒体循環ポンプ１４で昇圧され、循環配管５５を通じて両蒸発器５６、５７へと再度圧送される。
一方、膨張機３で発生した回転駆動力は、磁気カップリング１０を介してハウジング５の外部に取り出された回転駆動力は、磁気カップリング１０に連結された従動軸９を介して最初に変速機１７に伝達される。

変速機１７でガス圧縮機５０を駆動させるのに最適な回転速度に変速された後、変速後の回転駆動力はクラッチ機構１８を介してガス圧縮機５０のモータ５３に伝達され、動力補助を行うようになる。
ところが、補助動力発生装置１を運転するにあたっては、以下のような問題が考えられる。

例えば、停止状態のガス圧縮機５０に電力を供給して、再び立ち上げる（起動させる）ときに、次のような不都合が生じる虞がある。
停止状態のガス圧縮機５０に電力が供給されてモータ５３が回転し始めると、モータ５３は圧縮手段５１，５２を駆動させるようになる。このとき、補助動力伝達装置１、すなわちバイナリサイクルでは、膨張機３を駆動させるための熱量が蒸発器１３に供給されておらず、液体の作動媒体Ｔが循環配管５５内を循環するようになる。液体の作動媒体Ｔは、膨張機３を駆動させることができないばかりか、液体の作動媒体Ｔが流れ込んだ膨張機３（負荷として作用する）をガス圧縮機５０のモータ５３が回転する状況が発生することとなる。つまり、ガス圧縮機５０のモータ５３は、圧縮手段５１，５２と膨張機３の双方を回転させようとし、当該モータ５３に多大な負荷が付加され、装置全体の立ち上がりが遅くなってしまうこととなる。

しかしながら、本実施形態では、図３のような運転方法を採用することで、この問題を回避している。
すなわち、第１実施形態に係る補助動力伝達装置１においては、ガス圧縮機５０の起動時に開閉弁６４を開とする（図３のＳ１０１、Ｓ１０２）。このようにバイパス配管６３を流通可能とすることで、液体状態の作動媒体Ｔを膨張機３の入側手前で分岐させ、膨張機３にはほとんど流入させない。すると、膨張機３は空転可能状態となり、上記した不都合が回避されるようになる。

その後、ガス圧縮機５０が定常運転となり高圧ガスＶが排出されるようになる。この高圧ガスＶが有する熱量は、蒸発器１３を介して作動媒体Ｔを蒸発させるようになる。膨張機３の吸込圧力、又は、膨張機３の吸込側と吐出側との差圧、又は、ガス圧縮機５０の排熱温度を測定し、その測定値が所定の値以上であることが確認される（図３のＳ１０３）と、バイパス配管６３の開閉弁６４を閉（図３のＳ１０４）とする。膨張機３には気化した全ての作動媒体が流入し、補助動力伝達装置１が定常運転となる。なお、Ｓ１０３においては、ガス圧縮機５０の運転時間が一定時間以上となったかどうかを判断し、一定時間以上となったら、Ｓ１０４へと進んでもよい。

上記した開閉弁６４を開閉するには、オペレータの手動操作により行われてもよいが、自動で行うようにしてもよい。ガス圧縮機５０の起動時に自動的に開閉弁６４を開とし、一定時間後に自動的に開閉弁６４を閉とするとよい。
次に、ガス圧縮機５０の停止時における補助動力伝達装置１の運転について説明する。ガス圧縮機５０の停止直後では、補助動力伝達装置１の膨張機３に蒸気の作動媒体Ｔが循環配管５５を通じて流入し続けている。この状態においては、膨張機３は、ガス圧縮機５０の圧縮手段５１，５２に加えモータ５３までも駆動するようになり、過負荷状態となる。過負荷が多大なものとなった場合、膨張機３とモータ５３との間に存在する磁気カップリング１０が動力を伝達できず空転状態となり、逆に膨張機３は無負荷で過剰回転する虞もある。

しかしながら、第１実施形態に係る補助動力伝達装置１は、係る停止時において、開閉弁６４を開（図３のＳ２０１）としバイパス配管６３を流通可能にすることで、作動媒体
の膨張機３への流入を抑える。その結果、膨張機３の駆動が停止する。そして、ガス圧縮機５０のモータ５３の駆動が停止すると共に圧縮手段５１，５２の駆動も停止する（図３のＳ２０２）。すると、上記した不都合が確実に回避されるようになる。なお、開閉弁６４を開く動作およびモータ５３の駆動を停止する動作は同時に行われてもよい。以下の停電時における補助動力伝達装置１の運転についても同様である。

ガス圧縮機５０では、急な停電などによって、定常運転時に電力が供給されなくなる場合がある。補助動力伝達装置１の膨張機３では、蒸気の作動媒体Ｔが循環配管５５を通じて流入し続けていることから、膨張機３は、停電により停止したガス圧縮機５０の圧縮手段５１，５２およびモータ５３までも駆動するようになり、過負荷状態となる。過負荷が多大なものとなった場合、膨張機３とモータ５３との間に存在する磁気カップリング１０が動力を伝達できず空転状態となり、逆に膨張機３は無負荷で過剰回転する虞もある。

しかしながら、第１実施形態に係る補助動力伝達装置１は、係る停電時において、開閉弁６４を開（図３のＳ２０１）としバイパス配管６３を流通状態にすることで、作動媒体の膨張機３への流入が抑えられ、膨張機３の駆動が停止する。そして、ガス圧縮機５０のモータ５３の駆動が停止すると共に圧縮手段５１，５２の駆動も停止する（図３のＳ２０２）。すると、上記した不都合が確実に回避されるようになる。

上記した開閉弁６４を開閉するには、オペレータの手動操作により行われてもよいが、停電を自動で検知し、停電検知の際に自動で開閉弁６４を開とするようにしてもよい。
［第２実施形態］
次に、本発明の補助動力伝達装置１の第２実施形態について、図面に基づき説明する。
図４に示すように、第２実施形態に係る補助動力伝達装置１の構成は、以下の点で第１実施形態の装置（図１参照）と異なる。

すなわち、第２実施形態のバイナリサイクル機関４では、作動媒体Ｔを気化させる熱源が外部から供給されている点が異なっている。言い換えれば、回転機械１１で発生した熱量を、作動媒体Ｔを気化させる熱源として利用（回収）していない。このように第２実施形態の補助動力伝達装置１は、シンプルな装置構成のバイナリサイクル機関４を備えている。なお、回転機械１１には、モータや圧縮機等の種々の回転機械が利用されてよい。

しかしながら、膨張機３の入口と出口とを連通するバイパス配管６３が配設され、このバイパス配管６３に作動媒体Ｔの流通をＯＮ，ＯＦＦする開閉弁６４が備えられている点は、第１実施形態と略同じとされている。
この補助動力伝達装置１、つまりバイナリサイクル機関４でも、第１実施形態で述べたような起動時や停止時に不都合が発生する場合がある。

その場合であっても、膨張機３の入側と膨張機３の出側とを結ぶバイパス配管６３を用いて、図３のようなフローチャートに基づいて、運転を行うことで、第２実施形態の装置であっても。起動時、停止時などに発生する問題を確実に回避できるようになる。
なお、第２実施形態におけるその他の構成、奏する作用効果は第１実施形態と略同じであるため、その説明は省略する。
［変形例］
以上述べた第１実施形態、第２実施形態の装置１では、以下のように構成を変形させることが可能である。

例えば、第１実施形態では、ガス圧縮機５０で生成された高圧ガスＶが有する熱量をバイナリサイクル機関４の熱源として用いているが、水冷式のエンジン（内燃機関）を回転機械１１に採用した場合、バイナリサイクル機関４の熱源としてエンジンを冷却する冷却水を用いてもよい。
また、補助動力伝達装置１に配備されているクラッチ機構１８として、エアクラッチを採用することでも、停電時や起動時における不都合を回避することができるようになる。

すなわち、クラッチ機構１８にエアクラッチを用い、ガス圧縮機５０で圧縮されたガスＶの一部をエアクラッチに導くようにするとよい。
例えば、急な停電などによって、定常運転中のガス圧縮機５０が停止した場合、高圧のガスＶが供給されなくなり（低圧のガスＶのみとなり）、エアクラッチが非動作となって
、自動的に補助動力伝達装置１の膨張機３とガス圧縮機５０のモータ５３とが非連動となる。そのため、前述した停電時の不都合の発生を確実に回避することができる。ガス圧縮機５０の定常回転時には、高圧のガスＶが供給されるため、エアクラッチは動作状態となる。

係るエアクラッチの動作は、ガス圧縮機５０を立ち上げるときにも同様に生じる。つまり、起動時には、ガス圧縮機５０から高圧のガスＶが供給されず（低圧のガスＶのみとなり）、エアクラッチが非動作となって、自動的に補助動力伝達装置１の膨張機３とガス圧縮機５０のモータ５３とが一定時間だけ非連動となる。そのため、前述した起動時の不都合の発生を確実に回避することができる。

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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、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。

１ 補助動力発生装置
２ 駆動部（スクリュロータ）
３ 膨張機
４ 熱機関
５ ハウジング
６ 動力伝達軸
７ 隔壁
８ 駆動軸
９ 従動軸
１０ 磁気カップリング
１１ 回転機械
１２ 凝縮器
１３ 蒸発器
１４ 媒体循環ポンプ
１５ 動力伝達経路
１６ 駆動源
１７ 変速機
１８ クラッチ機構
２０ 外筒体
２２ 内挿体
２５ 駆動側磁石
２６ 従動側磁石
５０ ガス圧縮機
５１ １段目の圧縮手段（ロータ）
５２ ２段目の圧縮手段（ロータ）
５３ モータ
５４ クーラ（冷却装置）
５５ 循環配管
５６ 第１蒸発器
５７ 第２蒸発器
６３ バイパス配管（迂回流路）
６４ 開閉弁
Ｔ 作動媒体
Ｖ ガス（空気）
Ｗ 冷却水

Claims (6)

1. 気化した作動媒体を膨張させて回転駆動力を発生させる膨張機を備えたバイナリサイクル機関と、前記膨張機で発生する回転駆動力を前記膨張機のハウジングの外部へ取り出す動力伝達軸とを有し、回転駆動力を回転機械の駆動源の補助動力に用いる補助動力発生装置の運転方法であって、
   前記膨張機が、入口と出口とを連通するバイパス配管を備え、
   前記バイパス配管が、前記バイパス配管を開閉する開閉弁を備え、
   前記補助動力発生装置を起動する際には、前記開閉弁を開いて、前記作動媒体を前記バイパス配管に流入させるようにした上で、前記回転機械を起動させ、前記膨張機へ流入する作動媒体が気化されたと判断されると、前記バイパス配管の開閉弁を閉じ、
   前記補助動力発生装置を停止するに際には、前記開閉弁を開いて、前記作動媒体を前記バイパス配管に流入させて前記膨張機の駆動を停止し、
   前記回転機械が定常運転をしている状況下で、前記回転機械が停止した際には、前記開閉弁を開いて前記作動媒体を前記バイパス配管に流入させて前記膨張機の駆動を停止することを特徴とする補助動力発生装置の運転方法。
2. 気化した作動媒体を膨張させて回転駆動力を発生させる膨張機を備えたバイナリサイクル機関と、前記膨張機で発生する回転駆動力を前記膨張機のハウジングの外部へ取り出す動力伝達軸とを有し、回転駆動力を回転機械の駆動源の補助動力に用いる補助動力発生装置であって、
   前記ハウジングはその隔壁で囲まれた内部に前記膨張機の駆動部を収容しており、
   前記動力伝達軸は、前記隔壁を間に介して前記ハウジングの内外に分断されているとともに前記膨張機の回転駆動力を前記ハウジングの外部に伝達するべく磁気カップリングを備え、
   前記膨張機には、入口と出口とを連通するバイパス配管が設けられていて、前記バイパス配管には、前記バイパス配管を開閉する開閉弁が備えられていて、
   前記回転機械及び当該補助動力発生装置が定常運転をしている状況下で、前記回転機械が停止した際には、
   前記開閉弁を開いて、作動媒体を前記バイパス配管に流入させて前記膨張機の駆動を停止させることを特徴とする補助動力発生装置。
3. 請求項２に記載の補助動力発生装置であって、
   前記回転機械、及び当該補助動力発生装置を起動するに際しては、
   前記開閉弁を開いて、作動媒体を前記バイパス配管に流入させるようにした上で、前記回転機械を起動させ、
   前記膨張機へ流入する作動媒体が気化されたと判断されると、前記開閉弁を閉じることを特徴とする補助動力発生装置。
4. 請求項２または３に記載の補助動力発生装置であって、
   前記回転機械、及び当該補助動力発生装置を停止するに際しては、
   前記開閉弁を開いて、作動媒体を前記バイパス配管に流入させて前記膨張機の駆動を停止させることを特徴とする補助動力発生装置。
5. 請求項２ないし４のいずれかに記載の補助動力発生装置であって、
   前記回転機械は供給されたガスを高圧に圧縮する圧縮機であり、前記圧縮機の前記駆動源がモータであり、
   前記モータの動力で前記圧縮機を駆動させる際に、前記バイナリサイクル機関で発生した回転駆動力を前記モータの動力を補う補助動力として用いることを特徴とする補助動力発生装置。
6. 請求項５に記載の補助動力発生装置であって、
   前記圧縮機で生成された高圧ガスが有する熱量を前記バイナリサイクル機関の蒸発器における作動媒体への熱源として用いることを特徴とする補助動力発生装置。