JPH08218816A

JPH08218816A - 低温発電装置

Info

Publication number: JPH08218816A
Application number: JP2793895A
Authority: JP
Inventors: Keiji Yoshimura; 敬二吉村; Masaru Kondo; 勝近藤; Katsuhisa Toyama; 勝久外山
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-02-16
Filing date: 1995-02-16
Publication date: 1996-08-27

Abstract

(57)【要約】【目的】低温の排熱エネルギーを回収し、発電する低
温発電装置に関し、タービン、発電機を同軸としてコン
パクトにし、潤滑油供給を不要とする。【構成】ケーシング１内にはタービン２Ａ、２Ｂと発
電機５とを回転軸６に配し、磁気軸受３、４で支持す
る。排熱源２０より、約１５０℃以下の低温排ガスを蒸
気発生器１１に供給し、発生した蒸気は配管１４を通
り、蒸気入口７Ａ、７Ｂよりタービン２Ａ、２Ｂに送ら
れ、タービンを駆動し、発電機５を回す。蒸気は凝縮器
９に戻り、冷却水入口１２、出口１３を通る冷却水で冷
却され、液化して熱媒ポンプ１０で蒸気発生器１１に送
られ、再循環する。発電装置１８で発生した交流は電気
回路２４、２５で直流に変換され、出力されるので、コ
ンパクトで減速機、シールが不要で潤滑油の供給も不要
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は低温の排熱エネルギーを
回収して発電する低温発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】低温の排熱を利用した、従来の低温発電
装置の一例として図２に示すようなフロンを熱媒とした
低温排熱回収フロンラジアルタービン発電装置がある。
図２はその断面図であり、フロンの熱媒蒸気がケーシン
グ３１の蒸気入口３０から入り、タービン３２を駆動し
蒸気出口３４から出て後続の配管に接続されている。

【０００３】タービン３２と発電機３５は、減速ギア３
６を介して接続されており、軸受３３で支持されたター
ビンの軸部分と外気との軸シール３７が設けられてい
る。この軸シール３７は完全密閉型ではなく、外部への
熱媒の洩れがあり常時熱媒の補給を必要としていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来の低温発電
装置は同一ケーシング内にタービン３２と発電機３５が
配置されていなく、ケーシングが独立しており、タービ
ン駆動蒸気をシールする軸シール３７が必要となってい
た。また、軸受部には、潤滑油を供給する必要があっ
た。さらに、軸シール３７が完全密閉型ではなく熱媒の
洩れがあり、常時熱媒を補充しながら運転する必要があ
り運転費が高くつくと言う欠点があった。

【０００５】本発明は、上記従来技術の問題を解消する
ため、タービンと発電機を同一ケーシング内に配置する
と共に機器及び配管系を密閉ループで構成し、熱媒の損
失がなく、経済性の高い低温発電装置を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明においては、真空気密性を有するケーシング
内にタービンと発電機を配設した発電装置本体、発電装
置本体内のタービンを駆動するための蒸気発生器、蒸気
を冷却し、液化する凝縮器、液化した熱媒を送給する熱
媒ポンプ及びこれらの機器を密閉ループとして接続する
真空気密性配管とを備えた構成とする。

【０００７】即ち、本発明は、真空気密性を有するケー
シング内にタービンと発電機を同一の回転軸に配設し、
同回転軸を制御型磁気軸受で支持し、同タービンで同発
電機を駆動する発電装置本体と、低沸点流体の熱媒を加
熱し、同熱媒の蒸気を発生させて前記発電装置本体のタ
ービンに供給するための蒸気発生器と、前記タービンを
駆動した後の前記熱媒の蒸気を冷却し、液化させる凝縮
器と、同凝縮器で凝縮されて液化した熱媒を送給する熱
媒ポンプとを具え、これらの機器を真空気密性配管で接
続した密閉ループとしたことを特徴とする低温発電装置
を提供する。

【０００８】

【作用】本発明の低温発電装置はこのような手段によ
り、排熱ボイラ等から排出される例えば、約１５０℃以
下の低温排ガスを、蒸気発生器に通し、フルオロカーボ
ン等の低沸点流体の熱媒を加熱し、蒸気を発生させる。
同蒸気を発電装置本体内のタービンに供給し、発電機と
同一軸のタービンを駆動する。そして、タービンを駆動
した後の蒸気は、凝縮器に入り、冷却されて液化する。
液化された低沸点流体（熱媒）は熱媒ポンプによって、
再度蒸気発生器に送り込まれて、前述のサイクルを繰り
返している。このような密閉サイクルで駆動されたター
ビンと同一軸に設けられた発電機は、タービンと共に約
１０，０００〜２０，０００rpm で高速回転し、高周波
３相交流電力を発生する。この高周波３相交流電力を電
気回路により直流に変換し出力すれば直流電力として有
効利用されるものである。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体
的に説明する。図１は、本発明に係る低温発電装置の系
統説明図である。図において、１はケーシングで、ター
ビン２Ａ・２Ｂと発電機５を回転軸６に固定して内蔵
し、真空気密性を有しており、回転軸６の両端に取付ら
れたタービンは、図の左側がタービン２Ａ、右側がター
ビン２Ｂである。なお１８はケーシング１内のこれら機
器の構成を総称し発電装置と呼んでいる。

【００１０】３は発電機５の両側に配置され、回転軸６
を支持するラジアル磁気軸受、４はタービン２Ａと２Ｂ
の間に配置されたスラスト磁気軸受でいずれも制御型の
磁気軸受である。５はタービン２Ａ・２Ｂによって駆動
されて高周波３相交流電力を発生する発電機、７はケー
シング１の外側に取付られた蒸気入口で、図の左側が蒸
気入口７Ａ、右側が蒸気入口７Ｂであり、それぞれ左右
に対応する蒸気出口８Ａ、蒸気出口８Ｂが設けられてい
る。

【００１１】９はタービン駆動後の蒸気を凝縮し、液化
する凝縮器で、冷却水が冷却水入口１２から入り冷却配
管を廻って、冷却水出口１３から出るように配管されて
いる。

【００１２】１０は凝縮器で液化された熱媒を蒸気発生
器１１に送給する熱媒ポンプ、１１はフルオロカーボン
等の低沸点流体を熱媒として加熱し蒸気を発生させる蒸
気発生器で、約１５０℃以下の低温排ガスが排ガス入口
２１から入り加熱配管を廻って、排ガス出口２２から出
る間に熱媒を加熱し、その後煙突２３から大気に放出さ
れている。

【００１３】２０は排熱ボイラ等の低温排ガスの排熱源
で、蒸気発生器１１の排ガス入口２１に配管接続され、
残り一部の排ガスは余剰排ガス用配管が煙突２３に接続
されている。１４は蒸気発生器１１から蒸気入口７Ａ・
７Ｂへの蒸気の送り出し配管、１５は蒸気出口８Ａ・８
Ｂから凝縮器９への蒸気の戻り配管である。これらの、
蒸気発生器１１、ケーシング１を含む発電装置１８、凝
縮器９、熱媒ポンプ１０及びこれらの各機器を接続する
配管系を密閉ループとし、熱媒蒸気が循環しても外部に
洩れないようフランジ及び接続部はすべて真空用金属ガ
スケット又は溶接により真空気密性を有する構成となっ
ている。

【００１４】２４及び２５は発電機５からの高周波３相
交流を直流に交換する３相インバータブリッジ回路及び
電圧コントロール（チョッパ）回路である。

【００１５】このような本発明の実施例における低温発
電装置は、タービン２Ａ、２Ｂと発電機５が同一回転軸
６に配設され、同一ケーシング１内に内蔵されており、
約１５０℃以下の低温排ガスを蒸気発生器１１に通して
低沸点流体の熱媒を加熱し、蒸気を発生させ、前記ター
ビン２Ａ、２Ｂを駆動する。これによってタービンと同
一軸の発電機５を回転させて発電する。そして、タービ
ン駆動後の蒸気は、凝縮器９により凝縮されて液化し再
度蒸気発生器１１に送り込まれて再循環のサイクルを繰
り返している。

【００１６】次に、以上の構成による実施例の作用を更
に詳しく説明する。排熱源２０からの約１５０℃以下の
低温排ガスを、蒸気発生器１１の排ガス入口２１に送給
して、蒸気発生器１１内の低沸点流体（熱媒）を加熱
し、熱媒の蒸気を発生させる。この蒸気を開閉バルブＶ
２を介し蒸気の送り出し配管１４からケーシング１の蒸
気入口７Ａ・７Ｂを経てタービン２Ａ、２Ｂに送り、同
タービン２Ａ、２Ｂを駆動する。

【００１７】タービン２Ａ、２Ｂを駆動した後の蒸気
は、蒸気出口８Ａ・８Ｂから開閉バルブＶ３を介し蒸気
の戻り配管１５から凝縮器９に戻され、同凝縮器９で冷
却されて液化する。この凝縮器９は冷却水が冷却水入口
１２から入り、冷却水出口１３を出るまでの間の冷却管
で蒸気が冷却され凝縮液化するようになっている。液化
された低沸点流体（熱媒）は熱媒ポンプ１０によって、
蒸気発生器１１に送られ、前述と同様のサイクルで再循
環を繰り返している。

【００１８】一方、タービン２Ａ、２Ｂと同一軸に設け
られた発電機５は、タービンと共に約１０，０００〜２
０，０００rpm で高速回転し、高周波３相交流電力を発
生する。この、高周波３相交流電力は電気回路、即ち、
３相インバータブリッジ回路２４及び電圧コントロール
回路２５により直流に変換され、出力される。

【００１９】また、他の実施例として、直流に交換され
たものを、さらに直交変換器でインバートし、商用周波
数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の３相交流電力として出力
することもできる。

【００２０】蒸気の送り出し配管１４に設けられている
開閉バルブＶ１は、図１では閉止されているが、発電装
置１８を運転中に蒸気をタービンに送らないで、バイパ
スさせる場合には、開閉バルブＶ１を開放、Ｖ２及びＶ
３を閉止として蒸気を凝縮器９へ送るように蒸気経路を
変更できるものである。

【００２１】本発明の低温発電装置による試験例を次の
表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】この表１の試験２で示すように、タービン
回転数１０，０００rpm では２００Ｗの電力が回収でき
ることが確認されている。また、本発明の低沸点流体の
熱媒として使用しうるフルオロカーボンは、約１５０℃
以下の排ガス温度に対応できる物性としてＣ₆Ｆ₁₄が使
用され、これ以外にもＣ₇Ｆ₁₆またはＣ₈Ｆ₁₈を使用す
ることも可能である。これらの物性を次の表２に示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】このような実施例によれば、タービン２
Ａ、２Ｂと発電機５を同一ケーシング１内に配置すると
共に機器及び配管系を密閉ループで構成したので、軸シ
ールが不要となると共に、熱媒の損失がなくなり常時補
給する手段を廃止することができる。また、タービン２
Ａ、２Ｂと発電機５の回転軸６を同一軸とし、かつ制御
型磁気軸受３、４で支持するので、減速ギアが不要とな
り、又、潤滑油も不要となり、熱媒の選択に当たっては
潤滑油に左右されることがない。

【００２６】

【発明の効果】以上、具体的に説明したように、本発明
によれば、真空気密性を有するケーシング内にタービン
と発電機を同一軸に磁気軸受で支持して配設した発電装
置本体、発電装置本体内のタービンを駆動するための蒸
気発生器、蒸気を冷却し、液化する凝縮器、液化した熱
媒を送給する熱媒ポンプ及びこれらの機器を密閉ループ
として接続する真空気密性配管とを備えた構成としたの
で次のような効果を有するものである。（１）軸シールが不要となると共に、熱媒の損失がなく
なり常時補給することも不要となり、運転費が安くなる
経済的効果がある。（２）タービンと発電機を同一軸に配置したので、減速
ギアが不要となり装置がコンパクトになる。（３）また、制御型磁気軸受の採用により潤滑油が不要
となるので、潤滑油の供給手段が不要となると共に熱媒
が潤滑油の影響を受けなくなる効果がある。（４）さらに、低沸点流体性を熱媒に使用するので、約
１５０℃以下の低温排ガスでも排熱を有効に電力に回収
できる効果を奏したものであり産業上極めて有益なもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る低温発電装置の系統図
である。

【図２】従来の低温発電装置の断面図である。

【符号の説明】

１ケーシング２Ａ、２Ｂタービン３ラジアル磁気軸受４スラスト磁気軸受５発電機６回転軸７Ａ、７Ｂ蒸気入口８Ａ、８Ｂ蒸気出口９凝縮器１０熱媒ポンプ１１蒸気発生器１８発電装置２０排熱源２４３相インバータブリッジ回路２５直流電圧コントロール回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空気密性を有するケーシング内にター
ビンと発電機を同一の回転軸に配設し、同回転軸を制御
型磁気軸受で支持し、同タービンで同発電機を駆動する
発電装置本体と、低沸点流体の熱媒を加熱し、同熱媒の
蒸気を発生させて前記発電装置本体のタービンに供給す
るための蒸気発生器と、前記タービンを駆動した後の前
記熱媒の蒸気を冷却し、液化させる凝縮器と、同凝縮器
で凝縮されて液化した熱媒を送給する熱媒ポンプとを具
え、これらの機器を真空気密性配管で接続した密閉ルー
プとしたことを特徴とする低温発電装置。