JP5923890B2 - 発電装置 - Google Patents
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Description
このようなランキンサイクルを用いる発電装置では、特許文献1に示すように、熱媒体と作動媒体との熱交換を行うことにより作動媒体の蒸気を生成する蒸発器と、蒸気の熱エネルギーから電力を生成する発電装置と、発電装置を介した蒸気と冷却媒体との熱交換を行うことにより蒸気を凝縮する凝縮器と、凝縮器で凝縮された作動媒体を蒸発器に向けて送出するポンプとを備えている。
ところが、循環流路の内部に空気が残存すると、発電効率が低下し、発電装置の性能を十分に高めることができない。
このため、循環流路に対して作動媒体を供給する際には、循環流路に対して空気が混入しないようにすることが求められる。しかしながら、現在のところ、作動媒体を循環流路に供給する際における循環流路への空気の混入を防止するための提案はなされていない。
このため、まず真空ポンプにより循環流路内部の空気を排気し、その後投入口から作動媒体を循環流路に投入して一時貯留手段に必要量を貯留することによって、外部の空気が循環流路に入り込むことなく、循環流路への作動媒体の投入を完了することができる。
したがって、本発明によれば、作動媒体を用いるランキンサイクルを採用する発電装置において、作動媒体の投入時に循環流路内に空気が混入することを防止することが可能となる。
図1は、本発明の一実施形態による発電装置Gの全体構成の概要を示すブロック図である。また、図2は、本発明の一実施形態による発電装置Gの一部の外観を示す斜視図である。また、図3は、図2における流路配管を省略した斜視図である。
これらの図に示すように、本実施形態の発電装置Gは、蒸発器1、タービン発電機2(発電装置)、凝縮器3、ポンプ4及びリザーバタンク5(一時貯留手段)を備えるランキンサイクルを利用した発電装置であり、工場や焼却施設等から放出される約300℃以下の熱媒体(温水X)の熱エネルギーを用いて発電を行う。なお、熱媒体は、温水Xに限られるものではなく、工場や焼却施設等から放出されるガスを用いることもできる。
蒸発器1は、図2に示すように、複数(本実施形態では2つ)設けられおり、架台6によって支持されて配置されている。
各蒸発器1は、図3に示すように、水平方向を向く正面1Aと当該正面1Aの裏側に位置する背面1Bとを有する箱型に形状設定されている。そして、各蒸発器1においては、温水Xと作動媒体Yとの出入口が正面1Aに集約されて設けられている。より詳細には、各蒸発器1には、温水Xの入口1aと、温水Xの出口1bと、作動媒体Yの入口1cと、作動媒体Yの出口1dとが上述の出入口として設けられている。また、温水Xの入口1aと作動媒体Yの出口1dとが蒸発器1の上部に並んで配置されており、温水Xの出口1bと作動媒体Yの入口1cとが蒸発器1の下部に並んで配置されている。
そして、図2に示すように、2つの蒸発器1における作動媒体Yの入口1cは、作動媒体Yの出口1dよりも上流側において循環配管13に対して並列に接続されている。また、2つの蒸発器1における作動媒体Yの出口1dは、作動媒体Yの入口1cよりも下流側において循環配管13に対して並列に接続されている。つまり、2つの蒸発器1は、作動媒体Yの流路配管に対して並列接続されている。
そして、このタービン発電機2は、架台6に支持されることによって、蒸発器1及び凝縮器3よりも僅かに上方に配置されている。これによって、循環配管13内で作動媒体Yが凝集しても、液体の状態で作動媒体Yがタービン発電機2に供給されることを防止できる。
凝縮器3は、図2に示すように、複数(本実施形態では4つ)設けられており、架台6によって支持されて配置されている。
各凝縮器3は、図3に示すように、水平方向を向く正面3Aと当該正面3Aの裏側に位置する背面3Bとを有する箱型に形状設定されている。そして、各凝縮器3においては、冷却水Zと作動媒体Yとの出入口が正面3Aに集約されて設けられている。より詳細には、各凝縮器3には、冷却水Zの入口3aと、冷却水Zの出口3bと、作動媒体Yの入口3cと、作動媒体Yの出口3dとが上述の出入口として設けられている。また、冷却水Zの入口3aと、作動媒体Yの出口3dとが凝縮器3の下部に並んで配置されており、冷却水Zの出口3bと、作動媒体Yの入口3cとが凝縮器3の上部に並んで配置されている。
このポンプ4は、図2に示すように、循環配管13の最下部に配置されており、具体的には作動媒体Yの流れ方向においてリザーバタンク5と蒸発器1との間に配置されている。
なお、後に詳説するが、本実施形態においてリザーバタンク5は、循環配管13に作動媒体Yを投入する際に当該作動媒体Yを一時的に貯留する一時貯留手段として機能する。
遮断弁7は、緊急時等にタービン発電機2への作動媒体Yの供給を停止するものであり、タービン発電機2の上流側において循環配管13に対して設けられている。
バイパス流路8は、遮断弁7によって循環配管13が閉鎖された際に作動媒体Yをタービン発電機2を回避させて流すための流路であり、タービン発電機2を挟んで循環配管13に対して接続されている。
バイパス弁9は、バイパス流路8に対して設けられており、遮断弁7が循環配管13を開放している状態においてバイパス流路8を閉鎖し、遮断弁7が循環配管13を閉鎖している状態においてバイパス流路8を開放する。
この投入口16は、開閉可能に構成されており、開放することによって循環配管13の内部に作動媒体Yを投入可能となる。
なお、貯留タンク17と投入口16との間には開閉バルブ20が設置されており、当該開閉バルブ20を開放することによって貯留タンク17に貯留された作動媒体Yが投入口16に供給される。
なお、真空ポンプ18と投入口16との間には開閉バルブ21が設置されており、当該開閉バルブ21を閉鎖することによって、作動媒体Yの投入時に当該作動媒体Yが真空ポンプ18に流入することを防止することができる。
なお、排出口19は、開閉可能に構成されており、開放することによって循環配管13の内部の作動媒体Yの排出が可能となる。
具体的には、作動媒体Yとして、ハイドロフルオロエーテル(HFE)、フルオロカーボン、フルオロケトン、パーフルオロポリエーテル等を用いることができる。
ポンプ4が駆動されると、ポンプ4によって圧送されることで作動媒体Yが循環配管13中を循環する。より詳細には、作動媒体Yは、ポンプ4から、蒸発器1、タービン発電機2、凝縮器3、リザーバタンク5の順に圧送されて再びポンプ4に戻る。
一方で、温水供給配管11を介して蒸発器1に温水Xが供給され、冷却水供給配管14を介して凝縮器3に冷却水Zが供給される。このため、蒸発器1において作動媒体Yが蒸気とされ、凝縮器3において作動媒体Yが凝縮される。
これによって、循環配管13及び当該循環配管13に設けられた蒸発器1、タービン発電機2、凝縮器3、ポンプ4及びリザーバタンク5から空気Aが排出される。
これによって、貯留タンク17の貯留された作動媒体Yが重力の作用によって投入口16を介して循環配管13内に投入される。
これによって、貯留タンク17に常に作動媒体Yが貯留されていることとなり、貯留タンク17に残存する作動媒体Yによって貯留タンク17を介して循環配管13内に空気が入り込むことを防止することができる。
これによって、必要量の作動媒体Yがリザーバタンク5等に貯留されると共に循環配管13が密閉され、作動媒体Yの投入が完了する。
これによって、重力作用により循環配管13内の作動媒体Yが外部に排出される。なお、排出口19から排出される作動媒体Yは、例えば不図示の排液タンクに貯留されて回収される。
これによって、投入口16から空気Aが循環配管13内に流入可能となり、排出口19からスムーズに作動媒体Yを排出することが可能となる。
なお、投入口16を外気と連通するための配管を別途設ける場合には、貯留タンク17に作動媒体Yが貯留された状態であっても、投入口16に空気を流入させることができる。
以上のような本実施形態の発電装置Gは、作動媒体Yを一時的に貯留するリザーバタンク5と、リザーバタンク5の最上部位置以上の高さにて循環配管13に接続される投入口16と、循環配管13と接続される真空ポンプ18とを備えている。
このため、まず真空ポンプ18により循環配管13内部の空気Aを排気し、その後投入口16から作動媒体Yを循環配管13に投入してリザーバタンク5に必要量を貯留することによって、外部の空気が循環配管13に入り込むことなく、循環配管13への作動媒体Yの投入を完了することができる。
したがって、本実施形態の発電装置Gによれば、作動媒体Yを用いるランキンサイクルを採用する発電装置において、作動媒体Yの投入時に循環配管13内に空気が混入することを防止することが可能となる。
このため、重力作用によって容易に投入口16に作動媒体Yを供給することができ、投入時に作動媒体Yを圧送する必要がなくなる。
このような構成を採用することによって、別途一時貯留手段を設ける必要がなくなるため、装置構成を簡素化することができると共に装置コストを削減することができる。
このため、排出口19を開放することのみで、重力の作用によって容易に作動媒体Yの排出を行うことができる。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、凝縮器3を本発明における一時貯留手段として用いる構成を採用することも可能である。
このような場合でも、別途一時貯留手段を設ける必要がなくなるため、装置構成を簡素化することができると共に装置コストを削減することができる。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばポンプ等によって作動媒体Yを投入口16まで流す構成を採用しても良い。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、リザーバタンク5の最上部に接続され、当該リザーバタンク5を介して循環配管13と接続されるようにしても良い。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、他の熱源を用いて温水Xを生成するようにしても良い。
Claims (9)
- 熱媒体と作動媒体との熱交換を行うことにより前記作動媒体の蒸気を生成する蒸発器と、該蒸気の熱エネルギーから電力を生成する発電機と、該発電機を介した前記蒸気と冷却媒体との熱交換を行うことにより前記蒸気を凝縮する凝縮器と、該凝縮器で凝縮された作動媒体を前記蒸発器に向けて送出するポンプとが設けられた前記作動媒体の循環流路を備える発電装置であって、
前記循環流路に前記作動媒体を投入する際に前記作動媒体を一時的に貯留すると共に前記循環流路途中に設けられる一時貯留手段と、
前記一時貯留手段の最上部位置以上の高さにて前記循環流路に接続される前記作動媒体の投入口と、
前記循環流路と接続される真空ポンプと
を備え、
前記凝縮器と前記ポンプとの間に配置されるリザーバタンクを前記一時貯留手段とする
ことを特徴とする発電装置。 - 熱媒体と作動媒体との熱交換を行うことにより前記作動媒体の蒸気を生成する蒸発器と、該蒸気の熱エネルギーから電力を生成する発電機と、該発電機を介した前記蒸気と冷却媒体との熱交換を行うことにより前記蒸気を凝縮する凝縮器と、該凝縮器で凝縮された作動媒体を前記蒸発器に向けて送出するポンプとが設けられた前記作動媒体の循環流路を備える発電装置であって、
前記循環流路に前記作動媒体を投入する際に前記作動媒体を一時的に貯留すると共に前記循環流路途中に設けられる一時貯留手段と、
前記一時貯留手段の最上部位置以上の高さにて前記循環流路に接続される前記作動媒体の投入口と、
前記循環流路と接続される真空ポンプと
を備え、
前記循環流路の最下部に当該循環流路から前記作動媒体を排出する開閉可能な排出口を備える
ことを特徴とする発電装置。 - 前記投入口よりも上方に配置されて当該投入口と接続されると共に前記投入口に投入する前記作動媒体を貯留する貯留タンクを備えることを特徴とする請求項1または2記載の発電装置。
- 前記凝縮器を前記一時貯留手段とすることを特徴とする請求項2記載の発電装置。
- 作動媒体の循環配管に接続され、熱媒体と作動媒体との熱交換を行うことにより前記作動媒体の蒸気を生成する蒸発器と、
前記循環配管に接続され、該蒸気の熱エネルギーから電力を生成する発電機と、
前記循環配管に接続され、該発電機を介した前記蒸気と冷却媒体との熱交換を行うことにより前記蒸気を凝縮する凝縮器と、
前記循環配管に接続され、該凝縮器で凝縮された作動媒体を前記蒸発器に向けて送出するポンプと、
を備える発電装置であって、
前記循環配管と接続された真空ポンプと、
前記凝縮器と前記ポンプとの間において前記循環配管に対して配置されたリザーバタンクと、
前記循環配管に設けられ、前記真空ポンプが接続されると共に、前記リザーバタンクの最上部位置以上の高さにて前記循環流路に接続された、前記作動媒体の投入口と、
前記循環配管に設けられ、前記循環流路から前記作動媒体を排出する、開閉可能な排出口と、
を有する発電装置。 - 前記排出口は、前記発電装置の最下部に設けられている、請求項5に記載の発電装置。
- 前記投入口に接続された、前記作動媒体の貯留タンク
をさらに有する請求項5に記載の発電装置。 - 前記貯留タンクに貯留されている前記作動媒体の量は、前記循環配管に投入される前記作動媒体の必要量より多い、請求項7に記載の発電装置。
- 前記投入口と前記真空ポンプの間に設けられた第1の開閉バルブと、
前記投入口と前記貯留タンクの間に設けられた第2の開閉バルブと、
をさらに有する請求項7に記載の発電装置。
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