JPH0988503A - バイナリー発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蒸発器内の潤滑油濃度を制御してバイナリー
発電装置の安定運転を可能にする。 【解決手段】 蒸発器12、スクリュータービン16、油セ
パレータ18、凝縮器20および作動媒体ポンプ22を直列に
接続して閉じた作動媒体ループを構成させ、スクリュー
タービン16に発電機24を連結し、スクリュータービン16
に供給される作動媒体蒸気に加熱した油を噴射するよう
にしたバイナリー発電装置において、油セパレータ18か
ら蒸発器12に戻る油戻り量を、作動媒体の蒸発温度が飽
和温度と等しくなるように、調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、作動媒体の膨張
機関としてスクリュータービンを用いたバイナリー発電
装置に関するもので、より詳しくは、作動媒体用の蒸発
器内の潤滑油濃度を制御して安定運転を可能としたもの
である。

【０００２】

【従来の技術】スクリュー型圧縮機のようなスクリュー
型の流体機械を容積式膨張機関として使用したバイナリ
ー発電装置は知られている（特開昭６０−５６１０４号
公報、特開昭６０−１４４５９４号公報）。

【０００３】特開昭６０−５６１０４号公報には、図２
に示すように、工場廃熱を利用して構成したバイナリー
発電システムが示されており、熱交換器（Ｓ１）には一
方に工場から排出される高温熱源流体を通すパイプ
（１）が設けられ、他方からポンプ（Ｐ１）を介して送
給される液状の作動媒体を加熱して気化させ、高温・高
圧ガスに変える蒸発器（２）が設置されている。熱交換
器（Ｓ１）にはさらに、ポンプ（Ｐ２）を介して送給さ
れる潤滑油を高温に加熱するためのパイプ（３）が設け
られる。

【０００４】パイプ（１）を通過した高温熱源流体は、
熱交換器（Ｓ１）によって作動媒体の気化および加熱・
昇圧ならびに潤滑油の加熱のために熱エネルギーを用い
尽くされて熱交換器（Ｓ１）より排出される。

【０００５】熱交換器（Ｓ１）内で気化し高温・高圧に
なった作動媒体ガスは、スクリュータービン（４）の吸
込口（５）側に導かれ、互いに噛み合った一対のスクリ
ューロータによって形成される歯形空間（作用室）内で
膨張して吐出口（６）側から排出されて分離タンク
（７）内に送り込まれ、ここで作動媒体ガスと潤滑油と
が分離して、作動媒体ガスは熱交換器（Ｓ２）内に設置
した凝縮器（８）を通って液化し、その後ポンプ（Ｐ
１）により熱交換器（Ｓ１）の蒸発器（２）内に送給さ
れる。

【０００６】高温・高圧の作動媒体ガスによって駆動さ
れたスクリュータービン（４）のスクリューロータは、
発電機（９）を回して電気を起こす。

【０００７】熱交換器（Ｓ２）内には別に低温熱源流体
を導入して、作動媒体ガスの通る凝縮器（８）を冷却
し、これを凝縮、液化させる。

【０００８】他方、熱交換器（Ｓ１）内に設けられた潤
滑油加熱パイプ（３）内を流れて高温に加熱された潤滑
油をスクリュータービン内に供給し、摺動面の潤滑およ
びシール作用等に用いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来のスクリューター
ビンを用いたバイナリー発電装置では、油セパレータを
設けて、スクリュータービンから排出された作動媒体蒸
気から潤滑油を分離するようにしている。それでも一部
の分離できなかった潤滑油は蒸発器に戻ることになるた
め、満液式蒸発器のセパレータ（作動媒体分離タンク）
より潤滑油の濃度を上げた一定量の作動媒体液を蒸発器
に戻すことで平衡状態を作るようにしている。蒸発器へ
の油戻り量は油セパレータの性能と蒸発器の許容濃度よ
り決まるものであるが、できるだけ少なくする必要があ
る。

【００１０】しかし、起動時などのように運転条件が変
わったときには、分離できない潤滑油の量が多くなり、
蒸発器内の作動媒体中の潤滑油濃度が高くなることがあ
る。作動媒体中の潤滑油濃度が高くなると、潤滑油によ
る沸点上昇のため、作動媒体を蒸発させるためには作動
媒体を飽和温度以上に上げる必要がある。その結果、蒸
発器の能力低下となり、バイナリー発電装置の出力低下
となる。

【００１１】油戻り量は一定のため、蒸発器内の潤滑油
濃度を下げるためには、長い時間が必要となってくる。

【００１２】そこで、この発明の目的は、蒸発器内の潤
滑油濃度を制御してバイナリー発電装置の安定運転を可
能とすることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は、蒸発器での
作動媒体温度と蒸発圧力を計測し、蒸発温度が飽和温度
と等しくなるように、油戻り量を調整することによって
課題を解決した。

【００１４】すなわち、この発明のバイナリー発電装置
は、蒸発器、スクリュータービン、油セパレータ、凝縮
器および作動媒体ポンプを直列に接続して閉じた作動媒
体ループを構成させ、前記スクリュータービンに発電機
を連結し、前記スクリュータービンに供給される作動媒
体蒸気に加熱した油を噴射するようにしたバイナリー発
電装置において、油セパレータから蒸発器に戻る油戻り
量を、作動媒体の蒸発温度が飽和温度と等しくなるよう
に、調整することを特徴とする。

【００１５】具体的には、作動媒体の蒸発温度と蒸発圧
力を計測し、作動媒体の実際の蒸発温度と、計測した圧
力より計算した飽和温度とに基づいて、蒸発温度が飽和
温度と等しくなるように、油戻り量を調整する。このよ
うにして、蒸発器における作動媒体中の潤滑油濃度を調
整することにより、蒸発器の性能が安定し、バイナリー
発電装置の安定運転が可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図１に従ってこの発明の実
施の形態を説明する。

【００１７】バイナリー発電装置は、作動媒体の蒸発器
（１２）、スクリュータービン（１６）、油セパレータ
（１８）、凝縮器（２０）および作動媒体ポンプ（２
２）を直列に接続して閉じた作動媒体ループを構成し、
スクリュータービン（１６）の出力軸を発電機（２４）
と連結してある。

【００１８】蒸発器（１２）では、液相の作動媒体が熱
源流体から熱を受け取って蒸発し、発生した作動媒体の
蒸気はスクリュータービン（１６）に供給される。スク
リュータービン（１６）に供給された高温・高圧の作動
媒体蒸気はスクリュータービン（１６）の作用室内を進
むにつれて膨張しスクリュータービン（１６）を駆動す
る。これにより、スクリュータービン（１６）と連結さ
れた発電機（２４）が駆動されて発電を行う。

【００１９】スクリュータービン（１６）は互いに噛み
合った一対のスクリューロータがケーシング内に回転自
在に収容されている。一対のスクリューロータ同士は厳
密には接触しないで、両者間に形成される歯形空間（作
用室）は潤滑油でシールされている。作動媒体蒸気がこ
の作用室内で膨張する過程でスクリューロータに回転力
を与える。

【００２０】スクリュータービン（１６）の作用室に
は、スクリュータービン（１６）の潤滑ならびに作用室
のシール等のために潤滑油が供給される。すなわち、油
加熱器（２６）で作動媒体蒸気と同程度まで加熱された
潤滑油がスクリュータービン（１６）の吸入口付近から
噴射される。油加熱器（２６）の熱源は、図示するよう
に蒸発器（１２）と同じ熱源を共用することもできる
が、別の熱源を利用してもよい。

【００２１】スクリュータービン（１６）からの排気は
油セパレータ（１８）に入る。この油セパレータ（１
８）で作動媒体蒸気と潤滑油とが分離され、作動媒体蒸
気は凝縮器（２０）へ送られ、作動媒体蒸気から分離さ
れた潤滑油は油ポンプ（２８）で再び油加熱器（２６）
に戻される。図中点線は油の循環系統を示している。

【００２２】凝縮器（２０）では冷却水（クーラント）
により作動媒体蒸気が冷却されて凝縮し、凝縮液は作動
媒体ポンプ（２２）で再び蒸発器（１２）に戻される。
作動媒体はこのようにして作動媒体ループ内を循環して
熱サイクル（ランキンサイクル）を構成する。

【００２３】蒸発器（１２）は満液式で、伝熱部の大部
分が液で満たされ、蒸発熱を得て液中で気化し気泡とな
った作動媒体は作動媒体液と一緒にセパレータ（１４）
に入る。セパレータ（１４）で作動媒体の蒸気と液が分
離されて蒸気だけが作動媒体ループ内をスクリューター
ビン（１６）に向かって進む。蒸気から分離された液は
自然循環路（３０）を通って凝縮器（２０）からの凝縮
液と一緒に再び蒸発器（１２）に入る。

【００２４】自然循環路（３０）の途中から分岐させて
油戻り管（３２）を設け、油セパレータ（１８）に接続
する。油戻り管（３２）には流量調節弁（３４）を設け
る。セパレータ（１４）の下流側の作動媒体ループに温
度センサ（３８）と圧力センサ（４０）を設ける。これ
らのセンサ（３８，４０）はそれぞれの計測値を電気信
号として調節計（３６）に送出する。

【００２５】調節計（３６）は温度センサ（３８）およ
び圧力センサ（４０）からの計測値に基づき流量調節弁
（３４）の開度を調節することにより油戻り量を調節す
る。すなわち、温度センサ（３８）からの作動媒体の実
際の蒸発温度と、圧力センサ（４０）からの圧力より計
算した飽和温度とに基づいて、蒸発温度が飽和温度と等
しくなるように、油戻り量を調整する。

【００２６】このようにして、蒸発器（１２）における
作動媒体中の潤滑油濃度を調整する事により、蒸発器
（１２）の性能が安定し、バイナリー発電装置の安定運
転が可能となる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のバイナ
リー発電装置は、蒸発器、スクリュータービン、油セパ
レータ、凝縮器および作動媒体ポンプを直列に接続して
閉じた作動媒体ループを構成させ、前記スクリューター
ビンに発電機を連結し、前記スクリュータービンに供給
される作動媒体蒸気に加熱した油を噴射するようにした
バイナリー発電装置において、油セパレータから蒸発器
に戻る油戻り量を、作動媒体の蒸発温度が飽和温度と等
しくなるように、調整するものであるから、油戻り量を
計測した圧力より計算した飽和温度と、実際の蒸発温度
で調整することで、媒体中の潤滑油濃度を調整すること
ができ、蒸発器の性能が安定し、バイナリー発電装置の
安定運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】バイナリー発電装置のフローシート。

【図２】従来例を示すフローシート。

【符号の説明】

12 蒸発器 14 セパレータ 16 スクリュータービン 18 油セパレータ 20 凝縮器 22 作動媒体ポンプ 24 発電機 26 油加熱器 28 油ポンプ 30 自然循環路 32 油戻り管 34 流量調節弁 36 調節計 38 温度センサ 40 圧力センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸発器、スクリュータービン、油セパレ
   ータ、凝縮器および作動媒体ポンプを直列に接続して閉
   じた作動媒体ループを構成させ、前記スクリュータービ
   ンに発電機を連結し、前記スクリュータービンに供給さ
   れる作動媒体蒸気に加熱した油を噴射するようにしたバ
   イナリー発電装置において、油セパレータから蒸発器に
   戻る油戻り量を、作動媒体の蒸発温度が飽和温度と等し
   くなるように、調整することを特徴とするバイナリー発
   電装置。