KR101533916B1 - 발전 장치 및 발전 시스템 - Google Patents

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노보루 츠보이
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

본 발명의 발전 장치는 팽창기와, 팽창기에 의해 구동되는 발전기 로터 및 발전기 로터의 직경 방향 외측에 배치되는 스테이터를 갖는 발전기와, 팽창기를 수용하는 팽창기 수용실 및 발전기를 수용하는 발전기 수용실을 갖는 케이싱을 구비한다. 케이싱은 팽창기 수용실 중 팽창기에 의해 작동 매체를 점차 팽창시키는 팽창실과, 발전기 수용실 중 발전기보다도 팽창기측에 위치하는 발전기 전방부를 연통하는 제1 연통부와, 팽창실보다도 하류측의 부위이며 발전기에 대해 팽창실측에 위치하는 부위와 발전기 전방부를 연통하는 제2 연통부를 구비한다.

Description

발전 장치 및 발전 시스템{POWER GENERATION APPARATUS AND POWER GENERATION SYSTEM}
본 발명은 발전 장치 및 발전 시스템에 관한 것이다.
종래, 작동 매체로 팽창기를 구동하고, 팽창기에 직결된 발전기로 발전을 행하는 발전 장치가 알려져 있다. 일본 특허 출원 공개 제2004-353571호에 개시된 발전 장치에서는 응축기에서 응축한 작동 매체를 발전기의 냉각기로 유도하는 냉각용 배관이 설치되어 있다. 이에 의해, 발전기의 효율적인 냉각이 가능하게 되어 있다. 그러나, 작동 매체를 발전기의 냉각기로 유도하기 위한 냉각용 배관이 필요해진다고 하는 문제가 있다. 이에 대해, 일본 특허 출원 공개 제2012-147567호에 개시된 발전 장치에서는 냉각용 배관을 형성하지 않고, 발전기의 냉각이 가능하게 되어 있다. 즉, 이 발전 장치에서는 팽창기와 발전기가 케이싱 내에 수용된 구성으로 되어 있고, 이 케이싱에는 팽창기를 수용하는 제1 공간과, 발전기를 수용하는 제2 공간으로 구획하는 격벽부가 설치되어 있다. 그리고, 격벽부에는 제1 공간과 제2 공간을 연통시키는 연통부가 형성되어 있다. 연통부는 팽창기에 의해 팽창한 작동 매체가 토출되는 토출구로부터 제2 공간을 향해 연장되어 있다. 이에 의해, 제1 공간 내에서 팽창기에 의해 팽창된 작동 매체가 연통부를 통해 제2 공간으로 도입된다. 제2 공간에는 발전기가 수용되어 있지만, 이 발전기를 사이에 두고 연통부와 반대측에, 작동 매체의 배출부가 설치되어 있다. 이로 인해, 연통부를 통해 제2 공간 내로 도입된 작동 매체는 발전기 내(예를 들어, 스테이터와 로터 사이의 간극)를 통과하여, 배출부로부터 케이싱의 외부로 배출된다.
일본 특허 출원 공개 제2012-147567호에 개시된 발전 장치에서는 냉각용 배관을 형성하지 않고, 발전기의 냉각이 가능하게 되어 있지만, 이하의 문제점이 남아 있다. 즉, 이 발전 장치에서는 작동 매체가 발전기 내(예를 들어, 스테이터와 로터 사이의 간극)를 통과하도록 구성되어 있으므로, 작동 매체의 유통 저항이 증대되어, 발전 효율이 저하된다는 문제가 있다. 또한, 만일, 작동 매체에 이물질이 포함되어 있는 경우에는, 이물질이 발전기의 로터와 스테이터 사이의 갭에 들어가 버린다고 하는 문제도 있다.
따라서, 본 발명은 상기 종래 기술을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 발전기를 냉각할 때의 작동 매체의 유통 저항을 억제하면서 간이한 구성으로 발전기의 냉각을 행할 수 있는 발전 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 팽창기와, 상기 팽창기에 의해 구동되는 로터 및 상기 로터의 직경 방향 외측에 배치되는 스테이터를 갖는 발전기와, 상기 팽창기를 수용하는 팽창기 수용실 및 상기 발전기를 수용하는 발전기 수용실을 갖는 케이싱을 구비하고, 상기 케이싱이, 상기 팽창기 수용실 중 상기 팽창기에 의해 작동 매체를 점차 팽창시키는 팽창실과, 상기 발전기 수용실 중 상기 발전기보다도 상기 팽창실측에 위치하는 발전기 전방부를 연통하는 제1 연통부와, 상기 작동 매체의 흐름에 관하여 상기 팽창실보다도 하류측의 부위이며 상기 발전기에 대해 상기 팽창실측에 위치하는 부위와 상기 발전기 전방부를 연통하는 제2 연통부를 구비하는 발전 장치이다.
본 발명에서는 팽창실과 발전기 수용실이 제1 연통부에 의해 연통한다. 한편, 발전기 수용실과 팽창실보다도 하류측의 부위가 제2 연통부에 의해 연통하고 있다. 팽창실보다도 하류측의 부위는 팽창 과정의 도중에 있는 팽창실 내보다도 저압으로 되어 있으므로, 양자의 압력차에 의해, 팽창실 내의 작동 매체가 제1 연통부를 통해 발전기 수용실에 흐르고, 그 후, 제2 연통부를 통해 팽창실보다도 하류측의 부위에 흐른다. 이로 인해, 발전기 수용실 내의 작동 매체에 의해 발전기를 냉각할 수 있다. 따라서, 냉각용 배관을 새롭게 설치하지 않고 간이한 구성으로, 작동 매체에 의한 발전기의 냉각이 가능하게 되어 있다. 또한, 제2 연통부가 발전기에 대해 팽창실측에 위치하고 또한 팽창실보다도 하류측의 부위와, 발전기 전방부를 연통하고 있으므로, 작동 매체는 발전기 내를 흐르는 일 없이(혹은 발전기 내를 흐르는 일이 있었다고 해도 약간) 발전기 수용실 내를 흐른다. 이로 인해, 발전기 수용실 내를 흐를 때의 작동 매체의 유통 저항이 커지지 않는다. 따라서, 상기 압력차에 의해 작동 매체를 유효하게 유동시킬 수 있어, 발전 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 작동 매체가 발전기 내를 흐르는 일이 없거나, 혹은 발전기 내를 흐르는 일이 있었다고 해도 약간이므로, 이물질이 작동 매체에 포함되어 있는 경우라도, 발전기 내에 이물질이 들어갈 우려는 적다.
여기서, 상기 스테이터의 코일은 상기 발전기 전방부 내에서 작동 매체가 흐르는 유로에 면하고 있어도 된다. 이 형태에서는 스테이터의 코일이 작동 매체의 유로에 면하고 있으므로, 발열되기 쉬운 코일을 효율적으로 냉각할 수 있다.
상기 케이싱은 상기 스테이터의 후방에 위치하여, 직경 방향 내측으로 돌출된 단차부를 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 상기 스테이터의 스테이터 코어는 상기 케이싱의 내주면에 직경 방향으로 접촉하는 직경 방향 접촉부와, 상기 단차부와 축방향으로 접촉하는 축방향 접촉부를 구비하고 있어도 된다.
이 형태에서는 스테이터 코어의 열이 케이싱에 직접 전해지지만, 이 열은 케이싱을 통해 방열시킬 수 있다.
또한, 케이싱에 단차부를 형성함으로써, 축방향에 있어서의 스테이터의 위치 결정을 용이하게 행할 수 있다. 단차부의 축방향의 위치를 조정함으로써, 유로의 폭의 설계가 용이해진다.
상기 팽창실보다도 하류측의 부위는 상기 팽창기의 토출실이어도 된다. 이 형태에서는 제2 연통부가 발전기 수용실과 토출실을 연통하는 구성이 되므로, 케이싱 내의 구성이 복잡화되는 것을 억제할 수 있어, 비용면에서 유리해진다.
본 발명은 작동 매체를 증발시키는 증발기와, 상기 발전 장치와, 상기 발전 장치의 상기 팽창기에 의해 팽창한 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 응축한 작동 매체를 상기 증발기에 도입시키는 펌프를 구비하고 있는 발전 시스템이다. 본 발명에서는 증발기, 팽창기 및 응축기 사이에서 작동 매체를 순환시키면서, 발전 장치에 있어서 발전을 행할 수 있다.
상기 발전 시스템은 차량 탑재용 시스템이어도 된다. 이 형태에서는 차량에 탑재되어 이용되므로, 차량에서 필요한 전력의 공급원으로서 이용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 발전기를 냉각할 때의 작동 매체의 유통 저항을 억제할 수 있음과 함께, 간이한 구성으로 발전기의 냉각을 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 발전 시스템의 전체 구성을 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 있어서의 단면도.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선에 있어서의 단면도.
도 4는 상기 발전 시스템에 설치된 발전 장치를 부분적으로 확대하여 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 그 밖의 실시 형태에 있어서의 팽창기를 개략적으로 도시하는 도면.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
본 실시 형태에 의한 발전 시스템(1)은 런킨 사이클을 이용한 발전 시스템이고, 도 1에 도시한 바와 같이, 발전 장치(2)와, 응축기(6)와, 순환 펌프(8)와, 증발기(10)를 구비하고 있다. 발전 장치(2), 응축기(6), 순환 펌프(8) 및 증발기(10)는 이 순으로 순환 유로(4)에 설치되어 있다. 순환 유로(4)에는 작동 매체가 순환한다. 작동 매체로서는, 예를 들어 R245fa(1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판) 등의 비점이 낮은 냉매가 사용된다. 따라서, 발전 시스템은 저온의 폐열로부터 동력을 회수하는 바이너리 발전 방식으로 되어 있다. 또한, 본 발전 시스템은 차량 탑재용 시스템으로서 구성되어 있다.
발전 장치(2)는 스크류식 팽창기(이하, 간단히 팽창기라고 함)(14)와, 발전기(16)와, 이들 팽창기(14) 및 발전기(16)를 서로 연결된 상태로 수용하는 케이싱(12)을 구비하고 있다. 발전 장치(2)는 팽창기(14)에 있어서 가스 상태의 작동 매체를 팽창시킴으로써, 발전기(16)를 구동하는 힘을 취출한다. 또한, 발전 장치(2)의 상세에 대해서는 후술한다.
응축기(6)는 팽창기(14)로부터 배출된 가스 상태의 작동 매체를 응축시켜 액상의 작동 매체로 하는 것이다. 응축기(6)는 가스 상태의 작동 매체가 흐르는 작동 매체 유로(6a)와, 외부로부터 공급되는 냉각 매체가 흐르는 유로(61)와 접속됨으로써 그 냉각 매체가 흐르는 냉각 매체 유로(6b)를 갖고 있다. 작동 매체 유로(6a)를 흐르는 작동 매체는 냉각 매체 유로(6b)를 흐르는 냉각 매체와 열 교환함으로써 응축한다.
순환 펌프(8)는 순환 유로(4)에 있어서의 응축기(6)의 하류측[증발기(10)와 응축기(6) 사이]에 설치되어 있고, 순환 유로(4) 내에서 작동 매체를 순환시키기 위한 것이다. 순환 펌프(8)는 응축기(6)에서 응축된 액상의 작동 매체를 소정의 압력까지 가압하여 증발기(10)로 송출한다. 순환 펌프(8)로서, 임펠러를 로터로서 구비하는 원심 펌프나, 로터가 한 쌍의 기어를 포함하는 기어 펌프 등이 사용된다.
증발기(10)는 순환 유로(4)에 있어서의 순환 펌프(8)의 하류측[순환 펌프(8)와 발전 장치(2) 사이]에 설치되어 있다. 증발기(10)는 작동 매체가 흐르는 작동 매체 유로(10a)와, 가열 매체가 흐르는 가열 매체 유로(10b)를 갖고 있다. 가열 매체 유로(10b)는 가열 매체 회로(62)에 접속되어 있고, 이 가열 매체 유로(10b)에는 외부의 열원으로부터 공급된 가열 매체가 흐른다. 작동 매체 유로(10a)를 흐르는 작동 매체는 가열 매체 유로(10b)를 흐르는 가열 매체와 열교환하여 증발한다.
이상의 구성에 의해, 본 실시 형태에 의한 발전 시스템에서는 작동 매체가 순환 유로(4)를 통해 증발기(10), 발전 장치(2), 응축기(6) 및 순환 펌프(8)를 차례로 흐른다고 하는 순환 회로가 구성되어 있다.
다음에, 발전 장치(2)의 구성에 대해 상세하게 설명한다.
발전 장치(2)의 팽창기(14)는 각각 축 주위로 회전하는 한 쌍의 팽창기 로터(32)를 갖고 있다. 각 팽창기 로터(32)는 그 외주면을 따라서 나선 형상으로 형성된 이를 갖는 스크류 로터에 의해 구성되어 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 양 팽창기 로터(32)의 이는 서로 맞물려 있고, 각 로터(32)가 회전하는 데 수반하여, 맞물림 개소가 축방향으로 점차 이동하도록 되어 있다.
각 팽창기 로터(32)는, 도 1에 도시한 바와 같이 각각 회전축(34)을 갖고 있다. 회전축(34)은 각각 팽창기 로터(32)로부터 축방향의 한쪽으로 연장되는 제1 축부(34a)와, 팽창기 로터(32)로부터 축방향의 다른 쪽으로 연장되는 제2 축부(34b)를 갖는다.
발전기(16)는 한쪽의 팽창기 로터(32)와 제2 축부(34b)를 통해 연결된 발전기 로터(38)와, 발전기 로터(38)를 둘러싸도록 배치된 스테이터(40)를 갖고 있다. 즉, 발전기(16)는 발전기 로터(38)가 스테이터(40)의 내측에 배치된 이너 로터형의 발전기로서 구성되어 있다. 스테이터(40)는 스테이터 코어(40a)와 스테이터 코어(40a)에 장착된 코일(40b)을 구비하고 있다. 발전기 로터(38)는 철심 및 권취선을 갖고 있다. 발전기 로터(38)는 팽창기 로터(32)와 일체적으로 회전한다.
팽창기(14) 및 발전기(16)를 수용하는 케이싱(12)은 양단부가 개방된 통 형상의 동체부(22)와, 동체부(22)의 일단부측의 개구를 막도록 동체부(22)의 일단부에 결합되는 제1 덮개부(23)와, 동체부(22)의 타단부측의 개구를 막도록 동체부(22)의 타단부에 결합되는 제2 덮개부(24)를 갖고 있다. 동체부(22), 제1 덮개부(23) 및 제2 덮개부(24)는 모두 금속제이다. 제1 덮개부(23)는 바닥이 있는 통 형상으로 형성되어 있고, 제1 덮개부(23)의 저부(23a)에는 순환 유로(4)가 접속되는 도입 포트(26)가 형성되어 있다. 제2 덮개부(24)는 바닥이 있는 통 형상으로 형성되어 있고, 제2 덮개부(24)의 저부는 제1 덮개부(23)와 달리, 막혀 있다. 동체부(22)에는 순환 유로(4)가 접속되는 토출 포트(27)가 형성되어 있다.
동체부(22)에는 그 축방향 중간부에 격벽부(22a)가 형성되어 있다. 격벽부(22a)에 의해 케이싱(12) 내에는 팽창기(14)가 수용되는 팽창기 수용실(12a)과, 발전기(16)가 수용되는 발전기 수용실(12b)이 형성되어 있다. 격벽부(22a)에는 축방향으로 관통하는 관통 구멍이 형성되어 있고, 이 관통 구멍에는 제2 축부(34b)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(28)이 끼워 넣어져 있다. 이 베어링(28)은 팽창기 로터(32)와 발전기 로터(38) 사이에 위치하고 있고, 각자 제2 축부(34b)에 대응하여 2개 설치되어 있다.
팽창기 수용실(12a)은 구획부(22b)에 의해 유입실(29)과 토출실(30)로 구획되어 있다. 구획부(22b)는 격벽부(22a)에 대해 발전기(16)와는 반대측에 위치하고, 또한 격벽부(22a)와의 사이에 공간을 형성하도록 설치되어 있다. 유입실(29)은 구획부(22b)와 제1 덮개부(23)에 의해 구획된 공간으로, 팽창기 수용실(12a) 내에 있어서 도입 포트(26)가 개방되는 공간이다. 토출실(30)은 구획부(22b)와 격벽부(22a)에 의해 구획된 공간으로, 팽창기 수용실(12a) 내에 있어서 토출 포트(27)가 개방되는 공간이다.
구획부(22b)에는 개구부가 형성되어 있고, 이 개구부에는 팽창기 로터(32)가 배치되어 있다. 구획부(22b)는 동체부(22) 본체의 상벽으로부터 내측(도 1에 있어서의 하측)으로 돌출되도록 형성된 상측부와, 동체부(22) 본체의 저벽으로부터 내측(도 1에 있어서의 상측)으로 연장된 하측부를 갖고 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 상측부의 하면(22c)은 팽창기 로터(32)의 외형 형상에 대응한 2개의 원호 형상으로 형성되어 있고, 하측부의 상면(22d)은 팽창기 로터(32)의 외형 형상에 대응한 2개의 원호 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 상측부의 하면(22c)과 하측부의 상면(22d) 사이에 형성된 개구부 내에 한 쌍의 팽창기 로터(32)가 배치되어 있다. 팽창기 로터(32)와 상측부의 하면(22c)과 하측부의 상면(22d) 사이의 공간은 작동 매체가 도입되는 공간이 되고, 이 공간 내에 있어서, 서로 맞물린 이끼리의 사이에 형성되는 공간이, 팽창실(44)이 된다. 팽창실(44)은 팽창기 로터(32)의 회전에 수반하여 축방향으로 이동하면서 용적이 점차 커진다. 이로 인해, 팽창실(44) 내에 있어서, 작동 매체는 점차 팽창된다.
구획부(22b)의 축방향 일단부에는, 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이 제1 축부(34a)의 베어링(46)을 보유 지지하는 베어링 보유 지지부(47)가 고정되어 있다. 베어링 보유 지지부(47)에는, 도 3에 도시한 바와 같이 한 쌍의 베어링(46)이 설치되어 있고, 이들 베어링(46)을 통해 한 쌍의 제1 축부(34a)가 회전 가능하게 지지되어 있다.
구획부(22b)의 상측부에는 축방향의 일단부[제1 덮개부(23)측의 단부]가 절결됨으로써 유입구(49)가 형성되어 있다. 유입구(49)는 유입실(29)과 구획부(22b)의 개구부 내를 연통하고 있고, 유입실(29) 내의 작동 매체는 팽창기 로터(32)의 일단부[제1 덮개부(23)측의 단부]의 상측에 위치하는 유입구(49)를 통해 개구부 내에 도입된다.
구획부(22b)의 하측부는 팽창기 로터(32)의 일단부측을 지지하고 있다. 이로 인해, 팽창기 로터(32)의 타단부[제2 덮개부(24)측의 단부]에 있어서는, 팽창실(44)은 토출실(30)과 연통하고 있다. 팽창실(44)과 토출실(30)을 연통하는 개구[유출구(50)]는 팽창기 로터(32)의 하측에 위치하고 있고, 팽창실(44) 내에서 팽창한 작동 매체는 이 유출구(50)를 통해 토출실(30)에 배출된다.
발전기 수용실(12b)은 동체부(22)의 격벽부(22a)와 제2 덮개부(24)에 의해 구획된 공간이다. 발전기 수용실(12b)에 수용된 발전기(16)는 발전기 수용실(12b) 내에 있어서 축방향의 중간부에 배치되어 있다. 따라서, 발전기 수용실(12b)의 내부는 발전기(16)에 의해 전방부(12c)와 후방부(12d)로 나뉘어져 있다. 전방부(12c)는 발전기(16)보다도 전방[발전기(16)에 대해 팽창실(44)측]에 위치하는 공간이다. 후방부(12d)는 발전기(16)보다도 후방[발전기(16)에 대해 팽창실(44)과는 반대측]에 위치하는 공간이다. 전방부(12c)와 후방부(12d)는 스테이터 코어(40a)와 발전기 로터(38) 사이의 갭을 통해 연통하고 있다.
발전기(16)의 스테이터 코어(40a)는, 도 4에 도시한 바와 같이 케이싱(12)의 제2 덮개부(24)에 형성된 단차부(52)에 의해 위치 결정된 후, 제2 덮개부(24)에 고정되어 있다. 단차부(52)는 제2 덮개부(24) 중, 저부(24a)의 주연부에 형성된 통부(24b)에, 직경 방향 내측으로 돌출되도록 형성되어 있다. 단차부(52)는 통부(24b)의 주위 방향으로 전체에 걸쳐서 연속해서 형성되어 있지만, 주위 방향으로 단속적으로 형성되어 있어도 된다. 단차부(52)에 있어서의 동체부(22)측의 단부면(52a)은 축방향에 대략 수직인 면으로 되어 있다.
스테이터 코어(40a)는 제2 덮개부(24)에 압입되어 있고, 스테이터 코어(40a)의 외주면(직경 방향 접촉부)은 제2 덮개부(24)의 통부(24b)에 있어서의 내주면에 접촉하고, 스테이터 코어(40a)의 일단부면(축방향 접촉부)은 단차부(52)에 있어서의 동체부(22)측의 단부면(52a)에 접촉하고 있다. 따라서, 발전기(16)는 제2 덮개부(24)에 의해 케이싱(12) 내의 소정 위치에 보유 지지되어 있다.
케이싱(12)에는, 도 1에 도시한 바와 같이 제1 연통부(53)와 제2 연통부(54)가 설치되어 있다. 제1 연통부(53)는 팽창기 로터(32)보다도 상측의 위치에서, 격벽부(22a)를 관통하는 관통 구멍에 의해 구성되어 있다. 제1 연통부(53)의 일단부는 구획부(22b)의 상측부에 있어서, 팽창기 로터(32)의 축방향 중간부에 면하고 있다. 이로 인해, 제1 연통부(53)는 팽창 과정의 도중에 있는 팽창실(44)과 연통한다. 제1 연통부(53)의 타단부는 발전기 수용실(12b)의 전방부(12c)에 면하고 있다. 따라서, 제1 연통부(53)는 팽창실(44)과 발전기 수용실(12b)의 전방부(12c)를 연통하고 있다.
제2 연통부(54)는 팽창기 로터(32)보다도 하측의 위치에서, 격벽부(22a)를 관통하는 관통 구멍에 의해 구성되어 있다. 제2 연통부(54)의 일단부는 토출실(30)에 면하고 있고, 타단부는 발전기 수용실(12b)의 전방부(12c)에 면하고 있다. 따라서, 제2 연통부(54)는 발전기 수용실(12b)의 전방부(12c)와 토출실(30)을 연통하고 있다.
여기서, 본 실시 형태에 의한 발전 시스템의 운전 동작에 대해 설명한다. 순환 펌프(8)가 구동되면, 순환 펌프(8)로부터 송출된 액상의 작동 매체는 증발기(10)의 작동 매체 유로(10a)에 유입된다. 이 작동 매체는 가열 매체 유로(10b)를 흐르는 가열 매체에 의해 가열되어 증발한다. 증발기(10)에서 증발한 작동 매체는 도입 포트(26)로부터 발전 장치(2)의 유입실(29) 내로 도입된다. 유입실(29)로 유입된 작동 매체는 구획부(22b)에 형성된 유입구(49)로부터 팽창실(44)에 도입된다. 작동 매체가 팽창실(44) 내에 도입됨으로써, 팽창기 로터(32)가 회전 구동되고, 발전기(16)의 발전기 로터(38)가 회전하여 발전이 행해진다. 이때, 팽창기 로터(32)의 회전에 수반하여, 팽창실(44)은 축방향으로 이동하면서 작동 매체를 점차 팽창시킨다. 따라서, 팽창실(44) 내의 작동 매체의 압력은 점차 저하된다. 그리고, 발전에 이용된 작동 매체는 유출구(50)로부터 토출실(30) 내로 토출된다. 팽창실(44)은 팽창 과정의 도중에 제1 연통부(53)가 연통되므로, 팽창실(44) 내의 작동 매체의 일부는 제1 연통부(53)를 통해 발전기 수용실(12b) 내의 전방부(12c)에 도입된다. 이 작동 매체는 전방부(12c) 내를 흐르지만, 이때, 스테이터(40)의 코일(40b), 발전기 로터(38)를 냉각한다. 그리고, 전방부(12c) 내의 작동 매체는 제2 연통부(54)를 통해 토출실(30) 내의 작동 매체에 합류된다. 즉, 팽창 과정의 도중에 있는 팽창실(44) 내의 압력이, 토출실(30) 내의 압력보다도 고압으로 되어 있으므로, 양자의 압력차에 의해, 작동 매체가 발전기 수용실(12b) 내를 유통한다. 이때, 발전기 수용실(12b)에 있어서는, 후방부(12d)를 구성하는 제2 덮개부(24)가 막혀 있으므로, 전방부(12c) 내의 작동 매체는 거의 후방부(12d) 내로 유입되지 않는다.
토출실(30) 내의 작동 매체는 토출 포트(27)를 통해 순환 유로(4)에 배출된다. 발전 장치(2)로부터 배출된 가스 상태의 작동 매체는 응축기(6)의 작동 매체 유로(6a)에 도입된다. 응축기(6)에 있어서는, 작동 매체는 냉각 매체 유로(6b)를 흐르는 냉각 매체에 의해 냉각되어 응축한다. 이 액상의 작동 매체는 순환 유로(4)를 흘러 순환 펌프(8)에 흡입된다. 순환 유로(4)에서는 이와 같은 순환이 반복되어 발전 장치(2)에 있어서 발전이 행해진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 팽창실(44)과 발전기 수용실(12b)이 제1 연통부(53)에 의해 연통한다. 한편, 발전기 수용실(12b)과 팽창실(44)보다도 하류측의 부위가 제2 연통부(54)에 의해 연통되어 있다. 팽창실(44)보다도 하류측의 부위는 팽창 과정의 도중에 있는 팽창실(44) 내보다도 저압으로 되어 있으므로, 양자의 압력차에 의해, 팽창실(44) 내의 작동 매체가 제1 연통부(53)를 통해 발전기 수용실(12b)에 흐르고, 그 후, 제2 연통부(54)를 통해 팽창실(44)보다도 하류측의 부위에 흐른다. 이로 인해, 발전기 수용실(12b) 내의 작동 매체에 의해 발전기(16)를 냉각할 수 있다. 따라서, 냉각용 배관을 새롭게 설치하지 않고 간이한 구성으로, 작동 매체에 의한 발전기의 냉각이 가능하게 되어 있다. 또한, 제2 연통부(54)가 발전기(16)에 대해 팽창실(44)측에 위치하고 또한 팽창실(44)보다도 하류측의 부위와, 발전기 전방부(12c)를 연통하고 있으므로, 작동 매체는 발전기(16) 내를 흐르는 일이 없이[혹은 발전기(16) 내를 흐르는 일이 있었다고 해도 약간] 발전기 수용실(12b) 내를 흐른다. 이로 인해, 발전기 수용실(12b) 내를 흐를 때의 작동 매체의 유통 저항이 커지지 않는다. 따라서, 상기 압력차에 의해 작동 매체를 유효하게 유동시킬 수 있어, 발전 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 작동 매체가 발전기(16) 내를 흐르는 일이 없거나, 혹은 발전기(16) 내를 흐르는 일이 있었다고 해도 약간이므로, 이물질이 작동 매체에 포함되어 있는 경우라도, 발전기(16) 내에 이물질이 들어갈 우려는 적다.
또한, 본 실시 형태에서는 스테이터(40)의 코일(40b)이 발전기 수용실(12b)의 전방부(12c) 내에서 작동 매체가 흐르는 유로에 면하고 있으므로, 발열되기 쉬운 코일(40b)을 효율적으로 냉각할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 스테이터 코어(40a)가 케이싱(12)에 접합되어 있으므로, 스테이터 코어(40a)의 열이 케이싱(12)에 직접 전해지지만, 이 열은 케이싱(12)을 통해 방열시킬 수 있다. 또한, 케이싱(12)에 단차부(52)가 형성되어 있으므로, 축방향에 있어서의 스테이터(40)의 위치 결정을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 단차부(52)의 축방향의 위치를 조정함으로써, 유로의 폭의 설계가 용이해진다. 따라서, 전방부(12c) 내를 흐르는 작동 매체의 유량이 조정되어, 발전기(16)를 효율적으로 냉각할 수 있음과 함께, 팽창기(14)를 구동하는 작동 매체량이 과도하게 저하되어 버리는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 제2 연통부(54)가 토출실(30)에 연결되어 있으므로, 케이싱(12) 내의 구성이 복잡화되는 것을 억제할 수 있어, 비용면에서 유리해진다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경, 개량 등이 가능하다. 상기 실시 형태의 발전 시스템(1)은 차량 탑재용 시스템으로서 구성되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 갱정(증기정)으로부터 채취된 증기나, 공장 등으로부터 배출된 증기의 외에, 태양열을 열원으로 하는 집열기에 의해 생성된 증기나, 엔진, 압축기 등의 배열로부터 생성된 증기나 온수, 바이오매스나 화석 연료를 열원으로 하는 보일러로부터 생성된 증기, 온수 등을 가열 매체로 하여, 이들 증기 등의 열을 회수하여 발전을 행하는 발전 시스템으로서 구성해도 된다.
상기 실시 형태에서는 제2 연통부(54)가 토출실(30)에 연결되는 구성으로 되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 연통부(54)가 격벽부(22a)를 관통하는 것이 아니라, 케이싱(12)의 동체부(22)를 관통함과 함께, 배관에 의해 순환 유로(4)에 접속되는 구성, 혹은 동체부(22)를 관통하여 배관에 의해 응축기(6)에 직접 접속되는 구성으로 되어 있어도 된다.
상기 실시 형태에서는 팽창기(14)가 나선 형상으로 형성된 이를 갖는 스크류 로터에 의해 구성된 한 쌍의 팽창기 로터(32)를 갖고 있지만, 이 구성으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이, 팽창기(14)가 스크롤 타입의 팽창기로서 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 팽창기(14)는 소용돌이 형상으로 형성된 고정 스크롤(65)과, 이 고정 스크롤(65)에 대해 일부가 접촉한 상태에서 가동하는 선회 스크롤(66)과, 양 스크롤(65, 66)을 수용하는 케이싱(12)을 갖고 있다. 케이싱(12)의 직경 방향 중앙부에 도입 포트(26)가 형성되어 있고, 케이싱(12)의 외주부에 토출 포트(27)가 형성되어 있다. 그리고, 도입 포트(26)를 통해, 고정 스크롤(65) 및 선회 스크롤(66) 사이의 팽창실(44)에 도입된 작동 매체가 선회 스크롤(66)을 동작시킨다. 선회 스크롤(66)이 회전함으로써, 팽창실(44) 내의 용적이 점차 커져, 작동 매체는 점차 팽창된다. 케이싱(12)의 직경 방향 중간부에는 제1 연통부(53)의 일단부가 개방되어 있으므로, 팽창 과정에 있는 작동 매체의 일부는 제1 연통부(53)를 통해 발전기 수용실(12b) 내의 전방부(12c)로 유도된다. 이 구성이라도, 팽창실(44) 내의 작동 매체의 압력과, 토출실(30) 내의 작동 매체의 압력의 압력차에 의해, 발전기 수용실(12b) 내에 작동 매체를 유통시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 팽창기와,
    상기 팽창기에 의해 구동되는 로터 및 상기 로터의 직경 방향 외측에 배치되는 스테이터를 갖는 발전기와,
    상기 팽창기를 수용하는 팽창기 수용실 및 상기 발전기를 수용하는 발전기 수용실을 갖는 케이싱을 구비하고,
    상기 케이싱이,
    상기 팽창기 수용실 중 상기 팽창기에 의해 작동 매체를 점차 팽창시키는 팽창실과, 상기 발전기 수용실 중 상기 발전기보다도 상기 팽창실측에 위치하는 발전기 전방부를 연통하는 제1 연통부와,
    상기 작동 매체의 흐름에 관하여 상기 팽창실보다도 하류측 부위이며 상기 발전기에 대해 상기 팽창실측에 위치하는 부위와, 상기 발전기 전방부를 연통하는 제2 연통부를 구비하는, 발전 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스테이터의 코일은 상기 발전기 전방부 내에서 작동 매체가 흐르는 유로에 면하고 있는, 발전 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 케이싱은 상기 스테이터의 후방에 위치하여, 직경 방향 내측으로 돌출된 단차부를 구비하고,
    상기 스테이터의 스테이터 코어는,
    상기 케이싱의 내주면에 직경 방향으로 접촉하는 직경 방향 접촉부와,
    상기 단차부와 축방향으로 접촉하는 축방향 접촉부를 구비하는, 발전 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 팽창실보다도 하류측의 부위는 상기 팽창기의 토출실인, 발전 장치.
  5. 작동 매체를 증발시키는 증발기와,
    제1항에 기재된 발전 장치와,
    상기 발전 장치의 상기 팽창기에 의해 팽창한 작동 매체를 응축시키는 응축기와,
    상기 응축기에서 응축한 작동 매체를 상기 증발기에 도입시키는 펌프를 구비하고 있는, 발전 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 발전 시스템은 차량 탑재용 시스템인, 발전 시스템.
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