廢熱發電裝置制造方法
【專利摘要】該廢熱發電裝置(G)包括：蒸發器(1)，其生成工作介質的蒸汽；發電裝置(2、2a、2b)，其一邊使該蒸汽膨脹一邊進行發電；凝結器(3)，其凝結通過了該發電裝置(2、2a、2b)的蒸汽；以及泵(5)，其將凝結了的工作介質朝蒸發器(1)送出。在發電裝置(2、2a、2b)的底部(BT)，形成有將在發電裝置(2、2a、2b)的內部液化了的工作介質排出至外部的排出口(8)。另外，設置排出用配管(6)，其一端連接在排出口(8)，并且另一端配置在凝結器(3)與泵(5)之間的工作介質流路。
【專利說明】廢熱發電裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及利用廢熱能量進行發電的廢熱發電裝置。
[0002]本申請基于在日本于2011年6月27日申請的日本特愿2011-142093號而要求優先權，將其內容援引于此。
【背景技術】
[0003]一直以來，對在工廠、焚燒設施等放出的廢熱能量進行回收并進行發電，通過再利用由該發電而獲得的電能來謀求節省能量。在此種工廠、設施中，由于容易產生用于驅動發電機的高壓的蒸汽，故約300°C以上(根據情況，接近1000°C )的廢熱用于發電。另一方面，約300°C以下的低溫廢熱的大部分依然放出至大氣中。因此，如果對以往幾乎不回收的低溫廢熱的廢熱能量進行回收并進行發電，則有可能能夠實現進一步的節省能量。
[0004]在以下的專利文獻I中，公開了通過使用低沸點工作介質的蘭金循環，利用300°C以下的低溫廢熱的廢熱能量進行發電的廢熱發電裝置。另外，在以下的專利文獻2中，公開了具有軸流式渦輪的渦輪轉子與發電機的轉子直接連結且以能夠旋轉的方式由油潤滑軸承支持的構造的渦輪發電機。專利文獻2所公開的渦輪發電機具有在專利文獻I所公開的廢熱發電裝置中使用的可能性。
[0005]現有技術文獻 專利文獻
專利文獻1:日本特開2000-110514號公報；
專利文獻2:日本特開2004-346839號公報。
【發明內容】
[0006]發明要解決的問題
眾所周知，渦輪大體分為流體沿軸方向流動的軸流式渦輪和流體從徑方向流入并從軸方向排出的徑流式潤輪(radial turbine)。一般而言,軸流式潤輪適于中、大容量,徑流式渦輪具有由于從流體的動力回收量高故為高效率的特征。另外，使用徑流式渦輪的渦輪發電機還具有能夠謀求小型化、簡單化的優點。
[0007]在使用此種渦輪發電機的廢熱發電裝置中，在開始運轉的時間點，渦輪發電機自身也是接近常溫的溫度。因此，有時若由廢熱加熱了的工作介質流入渦輪發電機，則在渦輪殼體等中被冷卻且液化，積存于渦輪發電機的內部(渦輪部分或者發電機部分)。于是，有可能積存在渦輪發電機的內部的工作介質(液化了的工作介質)與渦輪發電機的旋轉體(渦輪轉子、發電機的轉子)沖撞，從而損耗增大，或者產生機械性損壞。
[0008]在支持渦輪發電機的旋轉體的軸承為油潤滑軸承的情況下，若使潤滑油循環，則能夠將殘留于渦輪發電機的內部的液化了的工作介質與潤滑油一同排出至渦輪發電機的外部。然而，在使用滑脂(grease)潤滑軸承、氣體軸承、磁軸承等不使用潤滑油的軸承的情況下，由于不設置油潤滑軸承那樣的使潤滑油循環的機構，故有時需要用于將液化了的工作介質排出至渦輪發電機的外部的對策。
[0009]本發明鑒于上述情況而完成，其目的在于提供能夠將在發電裝置的內部液化了的工作介質容易地排出至發電裝置的外部的廢熱發電裝置。
[0010]解決問題的方案
為了解決上述問題，依照本發明的第一方式，廢熱發電裝置包括:蒸發器，其對廢熱能量進行回收并生成工作介質的蒸汽；發電裝置，其一邊使該蒸汽膨脹一邊進行發電；凝結器，其凝結通過了該發電裝置的蒸汽；以及泵，其將在該凝結器中凝結了的工作介質朝上述蒸發器送出。在上述發電裝置的底部，形成有將在上述發電裝置的內部液化了的上述工作介質排出外部的排出口。另外，設有排出用配管，其一端連接在形成于上述發電裝置的上述排出口，并且另一端配置在上述凝結器與上述泵之間的上述工作介質的流路。
[0011]依照本發明的第二方式，在上述第一方式中，設有開放或者隔斷上述排出用配管的流路的閥裝置。
[0012]依照本發明的第三方式，在上述第二方式中，上述閥裝置以在運轉開始時開放上述排出用配管的流路，在運轉中隔斷上述排出用配管的流路的方式構成。
[0013]依照本發明的第四方式，在上述第一至第三方式中的任一方式中，上述發電裝置具備:由上述蒸汽旋轉驅動的葉輪；由上述葉輪的旋轉驅動力驅動并進行發電的發電機；將上述葉輪的旋轉驅動力傳遞至上述發電機的旋轉軸；以及至少收容上述葉輪以及上述發電機的殼體。另外，在上述殼體，形成有第一室、第二室和連通孔，該第一室收容上述葉輪，該第二室收容上述發電機，該連通孔將液化了的上述工作介質從上述第一室引導至上述第二室。
[0014]依照本發明的第五方式，在上述第四方式中，在上述殼體的上述第二室，形成有導引通路，該導引通路將在上述發電裝置的內部液化了的上述工作介質引導至底部。
[0015]依照本發明的第六方式，在上述第五方式中，上述導引通路在以上述旋轉軸沿鉛垂上下方向的方式配置上述發電裝置的狀態下，以從上述第二室的上端達到下端的方式配置。
[0016]依照本發明的第七方式，在上述第五方式中，上述導引通路在以上述旋轉軸沿水平方向的方式配置上述發電裝置的狀態下，在上述第二室的底部傾斜配置。
[0017]依照本發明的第八方式，在上述第一至第七方式中的任一方式中，在上述凝結器與上述泵之間的流路，設有儲存上述工作介質的儲藏裝置，上述排出用配管的另一端連接于上述儲藏裝置。
[0018]發明的效果
依照本發明，在發電裝置的底部形成將在發電裝置的內部液化了的工作介質排出至外部的排出口，設置將發電裝置的排出口與凝結器與泵之間的工作介質流路連接的排出用配管。因此，能夠將在發電裝置的內部液化了的工作介質容易地排出至發電裝置的外部。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是示出本發明的第一實施方式的廢熱發電裝置的整體構成的概要的框圖。
[0020]圖2是示出本發明的第一實施方式的廢熱發電裝置所具備的膨脹渦輪發電機的構成的截面圖。[0021]圖3是示出本發明的第一實施方式的膨脹渦輪發電機所具備的渦形殼體的平面圖。
[0022]圖4是示出本發明的第一實施方式的膨脹渦輪發電機所具備的軸承支持部的平面圖。
[0023]圖5是圖2中的B-B線截面向視圖。
[0024]圖6是示出本發明的第二實施方式的廢熱發電裝置所具備的膨脹渦輪發電機的構成的截面圖。
[0025]圖7是示出本發明的第三實施方式的廢熱發電裝置所具備的膨脹渦輪發電機的構成的截面圖。
【具體實施方式】
[0026]以下，參照附圖詳細地說明發明的實施方式的廢熱發電裝置。
[0027][第一實施方式]
圖1是示出本發明的第一實施方式的廢熱發電裝置的整體構成的概要的框圖。如圖1所示，本實施方式的廢熱發電裝置G具備蒸發器1、膨脹渦輪發電機2 (發電裝置)、凝結器
3、儲存罐4(儲藏裝置)、泵5、排出用配管6、以及電磁閥7 (閥裝置)。另外，廢熱發電裝置G是利用蘭金循環的發電裝置，利用從工廠、焚燒設施等放出的約300°C以下的低溫廢熱(在圖1中標記為“熱源”)的廢熱能量進行發電。
[0028]蒸發器I對從工廠等放出的低溫廢熱進行回收并生成工作介質的蒸汽。膨脹渦輪發電機2 —邊使在蒸發器I中生成的蒸汽膨脹一邊進行發電。在該膨脹渦輪發電機2的底部BT，形成有用于將在膨脹渦輪發電機2的內部液化了的工作介質排出至外部的排出口 8。在排出口 8連接有排出用配管6的一端(第一端部)。此外，之后敘述膨脹渦輪發電機2的詳細的構成。
[0029]凝結器3利用冷卻水等冷卻介質使通過膨脹渦輪發電機2之后的蒸汽冷卻并凝結(液化)。儲存罐4是暫時儲存在凝結器3中凝結了的冷卻介質的罐。在儲存罐4的上部連接有排出用配管6的另一端(第二端部)。泵5將在凝結器3中凝結并在儲存罐4暫時儲存的工作介質加壓并朝蒸發器I送出。
[0030]排出用配管6被設置用于將在膨脹渦輪發電機2的內部液化了的工作介質引導至儲存罐4。排出用配管6的一端連接在形成于膨脹渦輪發電機2的排出口 8，其另一端連接在儲存罐4的上部。此外，優選地，排出用配管6的、連接于膨脹渦輪發電機2的排出口 8的一端配置于比連接于儲存罐4的另一端高的位置(鉛垂方向上的較高位置)。在該情況下，能夠防止液化了的工作介質朝膨脹渦輪發電機2逆流，能夠使工作介質適當地朝儲存罐4流動。
[0031]電磁閥7安裝于排出用配管6，由未圖示的控制裝置控制。即，電磁閥7以開放或隔斷排出用配管6的方式構成。該電磁閥7被設置用于通過在廢熱發電裝置G的運轉中產生的排出用配管6的兩端之間的壓力差(膨脹渦輪發電機2的內部的壓力與儲存罐4內的壓力之差)，防止工作介質的蒸汽從膨脹渦輪發電機2經由排出用配管6流動至儲存罐4。即，電磁閥7主要被設置用于防止由工作介質的上述流動導致的損耗。
[0032]作為在以上構成的廢熱發電裝置G中使用的工作介質，優選使用其沸點(大氣壓條件下的沸點)超過35°C的介質。在該情況下，即使使用約300°C以下的低溫廢熱也能夠生成工作介質的蒸汽，因而能夠進行有效地利用此種低溫廢熱的廢熱能量的發電。另外，優選運轉中的裝置內部的壓力最大為IMPa(G)(表壓(gauge pressure)為IMPa)以下。在該情況下，能夠通過較低地抑制裝置整體的壓力來較低地抑制膨脹渦輪發電機2的內部壓力。
[0033]若較低地抑制膨脹渦輪發電機2的內部壓力，則不對膨脹渦輪發電機2的殼體、蒸發器I或凝結器3施加較高的壓力，因而能夠確保更高的安全性。另外，由于不對上述殼體等要求過高的強度，故還能夠獲得還能夠較低地抑制成本進行制造這種協同效果。此外，作為上述工作介質，還能夠使用氫氟醚(HFE:hydrofluoro ether)、碳氟化合物(fluorocarbon)、氟化酮(fluoroketone)、全氟聚醚(perfIuoropolyether)等。
[0034]在上述構成的廢熱發電裝置G中，由泵5將液狀的工作介質送出至蒸發器1，工作介質因導入蒸發器I的低溫廢熱(熱源)的廢熱能量而沸騰蒸發，由此生成蒸汽。在蒸發器I中生成的蒸汽供給至膨脹渦輪發電機2并膨脹，且驅動膨脹渦輪發電機2，由此在膨脹渦輪發電機2中進行發電。通過了膨脹渦輪發電機2的蒸汽在凝結器3中被冷卻介質冷卻，從而凝結(液化)。由凝結器3凝結了的工作介質在暫時儲存在儲存罐4之后由泵5加壓并再次朝蒸發器I送出。如此，通過在廢熱發電裝置G內重復工作介質的蒸發以及凝結，從而進行利用低溫廢熱的廢熱能量的發電。
[0035]在廢熱發電裝置G的運轉開始的時間點，由未圖示的控制裝置以開放排出用配管6的流路的方式控制電磁閥7。由此，即使在蒸發器I中生成并流入了膨脹渦輪發電機2的工作介質的蒸汽被冷卻且液化，液化了的工作介質也從在膨脹渦輪發電機2的底部BT形成的排出口 8經由排出用配管6排出至儲存罐4。因此，能夠防止積存在膨脹渦輪發電機2的內部的工作介質(液化了的工作介質)與膨脹渦輪發電機的旋轉體沖撞而導致的損耗的增大、機械性損壞。
[0036]在廢熱發電裝置G為運轉中的情況下，由未圖示的控制裝置以隔斷排出用配管6的流路的方式控制電磁閥7。由此，防止工作介質的蒸汽從膨脹渦輪發電機2經由排出用配管6流入儲存罐4而導致的損耗。此外，在廢熱發電裝置G為運轉中的情況下，由在廢熱發電裝置G中循環的工作介質加熱膨脹渦輪發電機2，在膨脹渦輪發電機2內工作介質幾乎不液化。因此，不需要像運轉開始時那樣，從膨脹渦輪發電機2排出液化了的工作介質，故能夠隔斷排出用配管6的流路。
[0037]接著，詳細地說明設于廢熱發電裝置G的膨脹渦輪發電機2。圖2是示出本發明的第一實施方式的廢熱發電裝置所具備的膨脹渦輪發電機的構成的截面圖。如圖2所示，膨脹渦輪發電機2具備葉輪11、發電機12、旋轉軸13、軸承14a、14b、以及殼體15。膨脹渦輪發電機2以旋轉軸13的軸方向沿鉛垂上下方向的方式配置。
[0038]葉輪11是由在蒸發器I中生成的蒸汽旋轉驅動的旋轉翼。具體而言，葉輪11由從其徑方向外側供給的蒸汽旋轉驅動，從其旋轉軸線方向的一側將膨脹了的蒸汽送出。發電機12由葉輪11的旋轉驅動力驅動，例如進行三相交流的發電。具體而言，該發電機12具備具有多個永磁體的轉子12a、和具有多個線圈的定子12b。上述多個永磁體排列于轉子12a的外周面，上述多個線圈以與轉子12a的外周面相向的方式排列于定子12b的內周面。由葉輪11的旋轉驅動力驅動轉子12a，通過轉子12a與定子12b在旋轉軸線的周圍的相對位置變化來進行發電。[0039]旋轉軸13是用于將葉輪11的旋轉驅動力傳遞至發電機12的軸部件，以軸方向沿鉛垂上下方向的方式配置。該旋轉軸13沿葉輪11的旋轉軸線方向延伸而設置，貫通插入且固定于發電機12的轉子12a。另外，在旋轉軸13的上端部通過螺紋固定(彳、^止A )等而固定有葉輪11。因此，葉輪11、發電機12的轉子12a、以及旋轉軸13在旋轉軸線的周圍一體地旋轉。
[0040]軸承14a、14b設置于殼體15，以能夠旋轉的方式支持以沿鉛垂上下方向的方式配置的旋轉軸13。即，旋轉軸13在沿鉛垂上下方向的狀態下以能夠旋轉的方式經由軸承14a、14b由殼體15支持。具體而言，軸承14a支持旋轉軸13的固定了葉輪11的上端部，軸承14b支持旋轉軸13的下端部。
[0041]這些軸承14a、14b為滾動軸承，更詳細而言為徑向推力滾珠軸承(7 > ￥ 二 9玉軸受)。此外，軸承14不限于徑向推力滾珠軸承，還可以使用深槽滾珠軸承、圓錐滾子軸承等能夠支持徑向載荷以及推力載荷中的任一方的軸承。另外，這些軸承14a、14b也可以是使用用于維持平穩的旋轉的滑脂的滑脂潤滑軸承，還可以是氣體軸承、磁軸承等非接觸軸承。
[0042]殼體15包括渦形殼體15a、殼體本體15b、以及軸承支持部15c、15d等。殼體15收容葉輪11、發電機12、以及旋轉軸13，并且構成廢熱發電裝置G的外形。具體而言，殼體15在由渦形殼體15a與軸承支持部15c形成的空間SI (第一室)收容葉輪11，在由殼體本體15b與軸承支持部15c、15d形成的空間S2(第二室)收容發電機12。即，在殼體15，形成空間SI以及S2。
[0043]圖3是示出本發明的第一實施方式的膨脹渦輪發電機所具備的渦形殼體的平面圖。此外，圖2是圖3中的A-A線截面圖。如圖2、圖3所示，渦形殼體15a具備吸入口 Al、渦形室A2、以及排出口 A3。渦形殼體15a在將葉輪11的上方開口的狀態下以包圍葉輪11的周圍的方式設置。
[0044]吸入口 Al是導入在蒸發器I中生成并旋轉驅動葉輪11的工作介質的蒸汽的部位，以其開口方向(工作介質的流入方向)沿水平方向的方式配置。渦形室A2的一端連接于吸入口 Al，以將葉輪11在其旋轉軸線的周圍包圍的方式環狀地形成。渦形室A2將從吸入口 Al導入的蒸汽從葉輪11的徑方向外側向其供給。排出口 A3是將旋轉驅動葉輪11之后的膨脹了的蒸汽排出至外部的部位，配置于葉輪11的上方。
[0045]殼體本體15b為在空間S2(由殼體本體15b與軸承支持部15c、15d形成的空間)收容發電機12和旋轉軸13的一部分的大體圓筒形狀的部件。在該殼體本體15b的內周面的多個地方(例如，三個地方)，形成有槽，該槽構成將在空間S2內液化了的工作介質引導至膨脹渦輪發電機2的底部BT的導引通路Cl。該槽沿旋轉軸13的軸方向以從空間S2的上端延伸至下端的方式形成。發電機12的定子12b固定于殼體本體15b的內周面的大體全周，從而在殼體本體15b與發電機12的定子12b之間形成導引通路Cl。即，由殼體本體15b的上述槽與定子12b的外周面形成導引通路Cl，導引通路Cl以從空間S2的上端達到下端的方式配置。
[0046]在該殼體本體15b，設有用于將在膨脹渦輪發電機2中發電的電力取出至外部的連接器16。通過電纜(省略圖示)從膨脹渦輪發電機2的外部連接于連接器16，在膨脹渦輪發電機2中發電的電力經由電纜被取出至外部。此外，連接器16通過既定的配線與在定子12b設置的線圈電連接。
[0047]由于對膨脹渦輪發電機2供給蒸汽，故需要使殼體15為密閉構造，因而優選使用能夠將連接部分密閉的密封連接器(hermetic connector)作為連接器16。此外，如前所述，裝置的內部壓力優選小于IMPa(G)。在膨脹渦輪發電機2為密封構造的情況下，殼體內部的壓力一般而言為渦輪的入口壓力與出口壓力的中間壓力左右。由此，通過使運轉中的裝置內部的最高壓力為IMPa(G)以下，能夠使殼體15的內部壓力小于IMPa(G)。
[0048]圖4是本發明的第一實施方式的膨脹渦輪發電機所具備的軸承支持部15c的平面圖。如圖1、圖4所示，軸承支持部15c圓板狀地形成，在其中心部形成有插入旋轉軸13的孔部H1。在軸承支持部15c的下表面側中央部，安裝有軸承14a。在該軸承支持部15c的上表面側中央部，設有在平面視圖中圓形地形成、為了配置葉輪11的底部而向下方凹陷形成的凹部Ml。
[0049]在凹部Ml內，形成有以包圍孔部Hl的方式圓環狀地形成、用于對積存于凹部Ml的工作介質(液化了的工作介質)進行回收的槽部M2。而且，在該槽部M2內的多個地方(例如，三個地方)，形成有從軸承支持部15c的上表面側達到下表面側的連通孔H2。該連通孔H2將收容葉輪11的空間SI與收容發電機12的空間S2連通，將液化了的工作介質從空間SI引導至空間S2。此外，由于連通孔H2在配置葉輪11的底部的凹部Ml內的槽部M2形成，故配置于葉輪11的下方。
[0050]另外，在軸承支持部15c的上表面側外緣部，遍及全周，形成有隨著從中心側去往外緣側，高度位置緩緩降低的錐部TP。通過形成錐部TP，能夠在盡可能不使膨脹渦輪發電機2的效率降低的情況下，防止在渦形室A2內液化了的工作介質流動至凹部Ml (配置葉輪11的底部的部分)，防止因該流動而產生的損耗的增大、機械性損壞。
[0051]如果只是防止在渦形室A2內液化了的工作介質的向凹部Ml的流動，則在軸承支持部15c的上表面側外緣部形成階梯差(例如，沿鉛垂方向突出的階梯差)即可。然而，在形成了此種階梯差的情況下，有可能被引導至渦形室A2的工作介質的一部分的流動被階梯差阻礙，從而葉輪驅動效率降低。因此，在軸承支持部15c的上表面側外緣部形成有錐部TP0此外，在能夠容許效率的降低的情況下，還可以在軸承支持部15c的上表面側外緣部形成沿鉛垂方向突出的階梯差等。
[0052]軸承支持部15c在其一面側使用緊固螺栓等以能夠裝卸的方式安裝于渦形殼體15a，另外，在另一面側使用緊固螺栓等以能夠裝卸的方式安裝于殼體本體15b。軸承14a在軸承支持部15c的下表面側的中心部設置，旋轉軸13在貫通在軸承支持部15c形成的孔部Hl的狀態下由軸承14a以能夠旋轉的方式支持。
[0053]軸承支持部15d形成為支持軸承14b的有底的圓筒狀。軸承支持部15d具備圓筒部Pl和底部P2。該軸承支持部15d在殼體本體15b的與安裝軸承支持部15c —側相反側設置。軸承支持部15d以圓筒部Pl設置于殼體本體15b內的方式，其底部P2使用緊固螺栓等以能夠裝卸的方式安裝于殼體本體15b。軸承14b設于在軸承支持部15d的圓筒部Pl內形成的空間S3，配置于圓筒部Pl的開口部的附近。旋轉軸13在其一部分插入空間S3的狀態下由軸承14b以能夠旋轉的方式支持。
[0054]在軸承支持部15d的空間S3內，設置有將軸承14b朝軸承14a側作用的預壓彈簧
17。此外，由于軸承14b經由旋轉軸13而與軸承14a連結，故預壓彈簧17的作用力不僅傳遞至軸承14b,還傳遞至軸承14a,對軸承14a、14b雙方施加旋轉軸線方向的作用力(即，預壓)。如前所述，軸承14a、14b為徑向推力滾珠軸承，因而通過沿旋轉軸線方向施加適當的預壓，轉動體(滾珠)被保持于適當的位置，伴隨旋轉的振動、噪音等降低。
[0055]圖5是圖2中的B-B線截面向視圖。如圖2、圖5所示，在軸承支持部15d的圓筒部Pl的多個地方(在圖5所示的示例中為三個地方)，形成有導引通路C2。該導引通路C2是將在空間S2內積存的液化了的工作介質引導至圓筒部Pl內的空間S3的通路，在平面視圖中從圓筒部Pl的中心放射狀地形成。另外，在軸承支持部15d的底部P2的中心部，形成有排出口 8。從而，在空間S2內積存的液化了的工作介質在經由導引通路C2被引導至空間S3之后，經由排出口 8排出至膨脹渦輪發電機2的外部。
[0056]若對上述構成的膨脹渦輪發電機2供給在蒸發器I中生成的蒸汽，則從渦形殼體15a的吸入口 Al經由渦形室A2對葉輪11供給蒸汽，由此旋轉驅動葉輪11。此外，旋轉驅動葉輪11之后的膨脹的蒸汽從排出口 A3排出至膨脹渦輪發電機2的外部，被引導至凝結器3。
[0057]若葉輪11被旋轉驅動，則該旋轉驅動力由旋轉軸13傳遞至發電機12，發電機12的轉子12a與葉輪11以及旋轉軸13—體地旋轉。此外，通過來自蒸發器I的蒸汽，葉輪
11、發電機12的轉子12a、以及旋轉軸13以數萬rpm左右的轉速高速旋轉。若轉子12a旋轉，則轉子12a與定子12b在旋轉軸線的周圍的相對位置變化，由此進行例如三相交流的發電。發電的電力經由連接器16以及未圖示的電纜被取出至外部。
[0058]在廢熱發電裝置G的運轉開始的時間點，膨脹渦輪發電機2為未被在廢熱發電裝置G中循環的工作介質加熱的狀態。因此，若在蒸發器I中生成的工作介質的蒸汽被引導至膨脹渦輪發電機2，則有時在渦形殼體15a等中被冷卻并液化。另外，有時殘留在膨脹渦輪發電機2內的工作介質在廢熱發電裝置G的運轉停止時液化并積存在膨脹渦輪發電機2的內部。如此，在廢熱發電裝置G的運轉開始的時間點，液化了的工作介質積存在膨脹渦輪發電機2內的可能性較高。
[0059]若在渦形殼體15a的渦形室A2內液化了的工作介質越過在軸承支持部15c的上表面側外緣部形成的錐部TP并流入凹部Ml (參照圖4)，則該工作介質由在凹部Ml內形成的圓環狀的槽部M2回收。被槽部M2回收的工作介質經由連通孔H2被引導至收容發電機12的空間S2。被引導至空間S2的工作介質經由在殼體本體15b與發電機12的定子12b之間形成的導引通路Cl而被引導至膨脹渦輪發電機2的底部BT。
[0060]被引導至底部BT的工作介質在經由導引通路C2而被引導至軸承支持部15d的圓筒部Pl內的空間S3之后，經由排出口 8排出至膨脹渦輪發電機2的外部。在廢熱發電裝置G的運轉開始的時間點，以開放排出用配管6的流路的方式控制電磁閥7，因而從膨脹渦輪發電機2排出的工作介質經由排出配管6而被引導至儲存罐4。此外，在廢熱發電裝置G為運轉中的情況下，以隔斷排出用配管6的流路的方式控制電磁閥7，因而不進行液化了的工作介質從膨脹渦輪發電機2的排出。
[0061]如上所述，在本實施方式中，在膨脹渦輪發電機2的底部BT形成將在膨脹渦輪發電機2的內部液化了的工作介質排出至外部的排出口 8，并且設置將膨脹渦輪發電機2的排出口 8與儲存罐4連接的排出用配管6。因此，能夠將在膨脹渦輪發電機2的內部液化了的工作介質容易地排出至膨脹渦輪發電機2的外部。[0062]另外，在本實施方式中，設置開放或者隔斷排出用配管6的流路的電磁閥7，因而能夠在廢熱發電裝置G的運轉開始時將從膨脹渦輪發電機2的排出口 8排出的液化了的工作介質引導至儲存罐4，并且在廢熱發電裝置G的運轉中隔斷工作介質的蒸汽經由排出用配管6而去往儲存罐4的流動。
[0063]由此，能夠抑制廢熱發電裝置G的運轉中的損耗。
[0064][第二實施方式]
接著，說明本發明的第二實施方式的廢熱發電裝置。本實施方式的廢熱發電裝置的整體構成與圖1所示的第一實施方式的廢熱發電裝置G的整體構成大體相同，但是替代膨脹渦輪發電機2而具備圖6所示的膨脹渦輪發電機2a這一點不同。圖6是示出本發明的第二實施方式的廢熱發電裝置所具備的膨脹渦輪發電機的構成的截面圖。
[0065]此外，在以下的說明中，對于與第一實施方式的構成要素同樣的要素，附以相同附圖標記并省略其說明。
[0066]如圖6所示，膨脹渦輪發電機2a的基本構成與圖2所示的膨脹渦輪發電機2同樣。然而，膨脹渦輪發電機2a以旋轉軸13的軸方向沿水平方向的方式配置。因此，用于將在膨脹渦輪發電機2a的內部液化了的工作介質排出至外部的構成與膨脹渦輪發電機2少許不同。此外，膨脹渦輪發電機2a以渦形殼體15a的吸入口 Al朝鉛垂下方向的方式配置。因此，在膨脹渦輪發電機2a中，位于渦形殼體15a的吸入口 Al側的殼體15的一部分作為膨脹渦輪發電機2a的底部BT而構成。即，膨脹渦輪發電機2a在鉛垂方向上的下部作為底部BT而構成。
[0067]具體而言，膨脹渦輪發電機2a替代殼體本體15b而具備殼體本體21，替代軸承支持部15d而具備軸承支持部22。即，膨脹渦輪發電機2a的殼體15包括渦形殼體15a、殼體本體21、軸承支持部15c、以及軸承支持部22等。
[0068]在殼體本體21的內周面，未形成構成導引通路Cl的槽(參照圖2)。另一方面，在殼體本體21的、與膨脹渦輪發電機2a的底部BT相當的部分，形成有導引通路C3和多個排出口 8(在圖6所示的示例中為兩個排出口 8)。導引通路C3在殼體本體21的內部以沿徑方向(例如，轉子12a的徑方向)延伸的方式形成。導引通路C3將空間S2(由殼體本體21與軸承支持部15c形成的空間S21)與在殼體本體21形成的一個排出口 8連接。
[0069]另一個排出口 8以將空間S2(由殼體本體21與軸承支持部22形成的空間S22)與外部連通的方式，在膨脹渦輪發電機2a的底部BT形成。雖然在膨脹渦輪發電機2a未形成圖2所示的導引通路Cl，但是有時工作介質的蒸汽經由在構成發電機12的轉子12a與定子12b之間的間隙(空氣縫隙)而從空間S21被引導至空間S22并液化。因此，以將空間S22與外部連通的方式，形成另一個排出口 8。此外，在膨脹渦輪發電機2a的底部BT形成的兩個排出口 8都連接于圖1所示的排出用配管6。
[0070]軸承支持部22與圖2所示的軸承支持部15d同樣地，形成為支持軸承14b的有底的圓筒狀。另一方面，軸承支持部22在未形成軸承支持部15d的排出口 8以及導引通路C2這一點上與圖2所示的軸承支持部15d不同。另外，軸承支持部22在于軸承支持部15d的圓筒部Pl內形成的空間S3僅在支持軸承14b的部分形成這一點上也與圖2所示的軸承支持部15d不同。
[0071]在廢熱發電裝置G為運轉中的情況下，上述構成的膨脹渦輪發電機2a與圖2所示的膨脹渦輪發電機2同樣地動作。另外，在廢熱發電裝置G的運轉開始的時間點，當是未由在廢熱發電裝置G中循環的工作介質加熱的狀態時，有時若在蒸發器I中生成的工作介質的蒸汽被引導至膨脹渦輪發電機2a，則在渦形殼體15a等中被冷卻并液化。
[0072]在渦形殼體15a的吸入口 Al附近液化了的工作介質從以朝鉛垂下方向的方式配置的吸入口 Al流下至下方，從而返回蒸發器I。與此相對，在渦形殼體15a的渦形室A2內液化了的工作介質且是流入在軸承支持部15c形成的凹部Ml (參照圖4)的工作介質由在凹部Ml內形成的圓環狀的槽部M2回收，經由連通孔H2而被引導至收容發電機12的空間S2(空間S21)。被引導至空間S2(空間S21)的工作介質經由在殼體本體21形成的導引通路C3而被引導至膨脹渦輪發電機2a的底部BT，經由排出口 8排出至膨脹渦輪發電機2a的外部。
[0073]另外，若在廢熱發電裝置G的運轉停止時工作介質殘留于膨脹渦輪發電機2a的空間S2(S22)內，則有時由于膨脹渦輪發電機2a的溫度降低而液化并積存于空間S2(S22)的內部。該液化了的工作介質經由將空間S2(空間S22)與外部連通的排出口 8而排出至膨脹渦輪發電機2a的外部。從膨脹渦輪發電機2a的兩個排出口 8排出的工作介質經由圖1所示的排出用配管6而被引導至儲存罐4。
[0074]如上所述，在本實施方式中，使用配置以及構成與在第一實施方式中使用的膨脹渦輪發電機2(參照圖2)不同的膨脹渦輪發電機2a。然而，在本實施方式中，與圖2所示的膨脹渦輪發電機2同樣地，在膨脹渦輪發電機2a的底部BT形成排出口 8，并且設置將膨脹渦輪發電機2a的排出口 8與儲存罐4連接的排出用配管6。因此，能夠將在膨脹渦輪發電機2a的內部液化了的工作介質容易地排出至膨脹渦輪發電機2a的外部。另外，由于在本實施方式中也設置開放或者隔斷排出用配管6的流路的電磁閥7，故能夠抑制廢熱發電裝置G的運轉中的損耗。
[0075][第三實施方式]
接著，說明本發明的第三實施方式的廢熱發電裝置。本實施方式的廢熱發電裝置的整體構成與圖1所示的第一實施方式的廢熱發電裝置G的整體構成大體相同，但是替代膨脹渦輪發電機2而具備圖7所示的膨脹渦輪發電機2b這一點不同。圖7是示出本發明的第三實施方式的廢熱發電裝置所具備的膨脹渦輪發電機的構成的截面圖。
[0076]此外，在以下的說明中，對于與第一以及第二實施方式的構成要素同樣的要素，附以相同附圖標記并省略其說明。
[0077]如圖7所示，膨脹渦輪發電機2b與圖6所示的膨脹渦輪發電機2a同樣地，以渦形殼體15a的吸入口 Al朝鉛垂下方向，并且旋轉軸13的軸方向沿水平方向的方式配置。該膨脹渦輪發電機2b與圖6所示的膨脹渦輪發電機2a為大體相同的構成，但是替代殼體本體21而具備殼體本體31這一點不同。即，膨脹渦輪發電機2b的殼體15包括渦形殼體15a、殼體本體31、軸承支持部15c、以及軸承支持部22等。
[0078]在殼體本體31，未形成膨脹渦輪發電機2a的導引通路C3以及一個排出口 8 (參照圖6)。另一方面，在殼體本體31的、位于膨脹渦輪發電機2b的底部BT側的內周面，形成有成為將空間S21與空間S22連通的導引通路C4的槽。該導引通路C4以隨著從空間S21去往空間S22而高度位置緩緩變低的方式傾斜配置。此外，該成為導引通路C4的槽還可以在位于膨脹渦輪發電機2b的底部BT側的內周面形成多個。[0079]在上述構成的膨脹渦輪發電機2b中，若膨脹渦輪發電機2a的溫度由于廢熱發電裝置G的運轉停止而降低，則殘留于膨脹渦輪發電機2b的空間S2 (S2US22)的工作介質液化。在空間S21內液化了的工作介質經由傾斜的導引通路C4而被引導至空間S22，與在空間S22內液化了的工作介質一同經由排出口 8排出至膨脹渦輪發電機2b的外部。此外，本實施方式的排出口 8以將空間S22與膨脹渦輪發電機2b的外部連通的方式形成，例如配置于軸承支持部22的下方(即底部BT)。在廢熱發電裝置G的運轉開始的時間點控制電磁閥7以開放排出用配管6的流路，從而排出至膨脹渦輪發電機2b的外部的工作介質被引導至儲存罐4。
[0080]如上所述，本實施方式的膨脹渦輪發電機2b與在第二實施方式中使用的膨脹渦輪發電機2a(參照圖6)的構成少許不同。然而，在本實施方式中，與圖6所示的膨脹渦輪發電機2a同樣地，在膨脹渦輪發電機2b的底部BT形成排出口 8，并且設置將膨脹渦輪發電機2b的排出口 8與儲存罐4連接的排出用配管6。因此，能夠將在膨脹渦輪發電機2b的內部液化了的工作介質容易地排出至膨脹渦輪發電機2b的外部。另外，由于在本實施方式中也設置開放或者隔斷排出用配管6的流路的電磁閥7，故能夠抑制廢熱發電裝置G的運轉中的損耗。
[0081]以上，說明了本發明的實施方式的廢熱發電裝置，但是本發明不限定于上述實施方式，而是僅僅由所附的權利要求書的范圍限定。在上述實施方式中示出的各結構部件的諸形狀、組合等為一例，能夠在不脫離本發明的主旨的范圍內進行構成的附加、省略、置換以及其他變更。
[0082]例如，在上述實施方式中，將排出用配管6的另一端連接于儲存罐4，但是排出用配管6的另一端也可以連接于凝結器3與泵5之間(例如，凝結器3的出口部分、泵5的入口部分)。另外，若不需要儲存罐4則能夠省略。
[0083]另外，在上述實施方式中，作為開放或者隔斷排出用配管6的流路的閥裝置而使用電磁閥7，但是也能夠使用電磁閥以外的閥(例如，機械式的閥裝置)。而且，本發明還能夠適用于將離心式膨脹渦輪發電機、斜流式膨脹渦輪發電機等徑流式渦輪發電機用作發電裝置的構成。
[0084]產業上的利用可能性
本發明能夠廣泛地利用于使用廢熱能量進行發電的廢熱發電裝置。
[0085]符號說明 I蒸發器
2、2a、2b膨脹渦輪發電機(發電裝置)
3凝結器
4儲存罐(儲藏裝置)
5泵
6排出用配管 7電磁閥(閥裝置)
8排出口 11葉輪 12發電機13旋轉軸15殼體BT底部
C1、C4導引通路G廢熱發電裝置H2連通孔S1、S2空間。
【權利要求】
1.一種廢熱發電裝置，包括:蒸發器，其對廢熱能量進行回收并生成工作介質的蒸汽；發電裝置，其一邊使該蒸汽膨脹一邊進行發電；凝結器，其凝結通過了該發電裝置的蒸汽；以及泵，其將在該凝結器中凝結了的工作介質朝所述蒸發器送出，在所述廢熱發電裝置中， 在所述發電裝置的底部，形成將在所述發電裝置的內部液化了的所述工作介質排出至外部的排出口， 設有排出用配管，其一端連接在形成于所述發電裝置的所述排出口、并且另一端配置在所述凝結器與所述泵之間的所述工作介質的流路。
2.根據權利要求1所述的廢熱發電裝置，其中，設有開放或者隔斷所述排出用配管的流路的閥裝置。
3.根據權利要求2所述的廢熱發電裝置，其中，所述閥裝置以在運轉開始時開放所述排出用配管的流路，在運轉中隔斷所述排出用配管的流路的方式構成。
4.根據權利要求1所述的廢熱發電裝置，其中，所述發電裝置具備: 由所述蒸汽旋轉驅動的葉輪； 由所述葉輪的旋轉驅動力驅動并進行發電的發電機； 將所述葉輪的旋轉驅動力傳遞至所述發電機的旋轉軸；以及 形成有第一室、第二室和連通孔的殼體，該第一室收容所述葉輪，該第二室收容所述發電機，該連通孔將液化了的所述工作介質從所述第一室引導至所述第二室。
5.根據權利要求4所述的廢熱發電裝置，其中，在所述殼體的所述第二室，形成有導引通路，該導引通路將在所述發電裝置的內部液化了的所述工作介質引導至所述底部。
6.根據權利要求5所述的廢熱發電裝置，其中，所述導引通路在以所述旋轉軸沿鉛垂上下方向的方式配置所述發電裝置的狀態下，以從所述第二室的上端達到下端的方式配置。
7.根據權利要求5所述的廢熱發電裝置，其中，所述導引通路在以所述旋轉軸沿水平方向的方式配置所述發電裝置的狀態下，在所述第二室的底部傾斜配置。
8.根據權利要求1所述的廢熱發電裝置，其中， 在所述凝結器與所述泵之間的流路，設有儲存所述工作介質的儲藏裝置， 所述排出用配管的另一端連接于所述儲藏裝置。
【文檔編號】F01D25/32GK103608550SQ201280031149
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2012年6月21日 優先權日:2011年6月27日
【發明者】高橋俊雄, 脅阪裕壽, 町田晃一 申請人:株式會社 Ihi