JP6406639B2 - 廃熱発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、廃熱発電装置に関する。

従来から、工場や焼却施設等で放出される廃熱エネルギーを回収して発電が行われており、この発電によって得られた電気エネルギーが再利用されることで省エネルギーが図られている。このような工場や施設では、発電機を駆動するための高圧の蒸気を生成しやすいということから約３００℃以上（場合によっては１０００℃近く）の廃熱が発電に用いられており、約３００℃以下の低温廃熱はその多くが依然として大気中に放出されていた。このため、従来は殆ど回収されていなかった低温廃熱の廃熱エネルギーを回収して発電を行えば、更なる省エネルギーを実現することができると考えられている。

以下の特許文献１には、低沸点作動媒体を用いたランキンサイクルによって、３００℃以下の低温廃熱の廃熱エネルギーを用いて発電を行う廃熱発電装置が開示されている。具体的に、以下の特許文献１に開示された廃熱発電装置は、廃熱回収器、蒸気タービン、凝縮器、及び高圧ポンプを備えており、廃熱回収器で回収される低温の廃熱によって低沸点作動媒体の高圧蒸気を生成し、この高圧蒸気により蒸気タービンを駆動して発電を行っている。尚、蒸気タービンの排気は凝縮器により凝縮液化し、この液化した低沸点作動媒体を廃熱回収器に送り出して循環させるようにしている。

特開２０００−１１０５１４号公報

ところで、上述した廃熱発電装置では、蒸気タービンの性能が発電効率に直結することから、発電効率の維持等のために、蒸気タービンのメンテナンスが定期的又は不定期に行われる。従来、蒸気タービンのメンテナンスを行うには、廃熱発電装置で用いられている低沸点作動媒体を全て抜き取った後に蒸気タービンを取り外す作業を行う必要があり、蒸気タービンのメンテナンスが終了した後には、蒸気タービンを取り付け直して低沸点作動媒体を再充填する作業を行う必要がある。このように、従来は、低沸点作動媒体の抜き取り及び再充填に長時間を要するという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、作動媒体の回収及び再充填に要する時間を短縮することが可能な廃熱発電装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の廃熱発電装置は、廃熱媒体（Ｘ）と作動媒体（Ｙ）との熱交換を行って前記作動媒体を蒸発させる蒸発器（１１）と、該蒸発器からの前記作動媒体の供給により発電を行うタービン発電機（１２）と、該タービン発電機から排出された前記作動媒体と冷却媒体（Ｚ）との熱交換を行って前記作動媒体を凝縮する凝縮器（１３）と、該凝縮器で凝縮された前記作動媒体を前記蒸発器に向けて送出するポンプ（１５）とが設けられた前記作動媒体の循環流路（Ｑ３）を備える廃熱発電装置（１０）において、前記タービン発電機よりも上流側に設けられて前記循環流路を閉鎖する第１弁（Ｖ１）と、前記タービン発電機よりも下流側に設けられて前記循環流路を閉鎖する第２弁（Ｖ２）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の廃熱発電装置は、前記タービン発電機が、前記第１弁と前記第２弁とによって仕切られた前記循環流路及び前記タービン発電機内に残存する前記作動媒体を回収し、前記第１弁と前記第２弁とによって仕切られた前記循環流路及び前記タービン発電機内に前記作動媒体を供給するためのポート部（ＰＴ）を備えることを特徴としている。
また、本発明の廃熱発電装置は、前記タービン発電機が、前記第１弁よりも下流側の第１位置及び前記第２弁よりも上流側の第２位置の各々において、前記循環流路に対して取り外し可能に取り付けられていることを特徴としている。
また、本発明の廃熱発電装置は、前記第１弁が、前記廃熱発電装置が運転停止状態である場合には、前記循環流路を自動的に遮断する遮断弁であることを特徴としている。
また、本発明の廃熱発電装置は、前記凝縮器と前記ポンプとの間に設けられ、前記凝縮器で凝縮された前記作動媒体を一時的に蓄えるタンク（１４）と、液化した前記作動媒体が残留する液だまり部と前記タンクとを接続する回収用配管（Ｑ７）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の廃熱発電装置は、前記液だまり部が、前記タービン発電機の底部（Ｐ１）、或いは前記蒸発器に前記作動媒体が流入する部位（Ｐ２）であることを特徴としている。

本発明によれば、タービン発電機よりも上流側に設けられた第１弁とタービン発電機よりも下流側に設けられた第２弁とによって循環流路を閉鎖し、タービン発電機に対する作動媒体の回収及び再充填を部分的に行うようにしているため、作動媒体の回収及び再充填に要する時間を短縮することが可能であるという効果がある。

本発明の一実施形態による廃熱発電装置の全体構成を簡略化して示すブロック図である。 本発明の一実施形態による廃熱発電装置の斜視図である。 本発明の一実施形態による廃熱発電装置が備える回収用配管を示す斜視図である。 本発明の一実施形態におけるメンテナンス手順を説明するための図である。 循環配管における液だまり部からの作動媒体の回収方法を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による廃熱発電装置について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による廃熱発電装置の全体構成を簡略化して示すブロック図である。図１に示す通り、廃熱発電装置１０は、蒸発器１１、膨張タービン発電機１２（タービン発電機）、凝縮器１３、リザーバタンク１４（タンク）、及びポンプ１５を備えるランキンサイクルを利用した発電装置である。

このような廃熱発電装置１０は、工場や焼却施設等から放出される約３００℃以下の廃熱媒体（本実施形態では「温水Ｘ」という）の廃熱エネルギーを回収して発電を行う。尚、廃熱媒体は、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。また、図１に示す通り、廃熱発電装置１０は、遮断弁Ｖ１（第１弁）、手動弁Ｖ２（第２弁）、及びバイパス弁Ｖ３を備えるが、これらについては後述する。

蒸発器１１は、工場等から放出される温水Ｘとポンプ１５から送出される作動媒体Ｙとが別経路にて供給され、内部にて熱交換を行うことで作動媒体Ｙの蒸気を生成する。つまり、蒸発器１１は、温水Ｘの廃熱エネルギーを回収して作動媒体Ｙの蒸気を生成する。尚、図１では、並列に接続された２つの蒸発器１１を図示しているが、蒸発器１１の数は、１つであっても、３つ以上であってもよい。

ここで、作動媒体Ｙは、沸点（大気圧条件下における沸点）が１５℃程度の媒体であり、且つ運転中の装置内部の圧力が最大で１ＭＰａ（Ｇ）（ゲージ圧で１ＭＰａ）以下であるのが望ましい。その理由は、例えば約１００℃以下の低温廃熱の廃熱エネルギーを利用した発電を可能とすべく低温廃熱から蒸気の生成を可能にするとともに、装置全体の圧力を低く抑えることで膨張タービン発電機１２の内部圧力を低く抑えるためである。このような作動媒体Ｙとしては、例えば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。

膨張タービン発電機１２は、タービン及び発電機を備えており、蒸発器１１から供給された気化状態の作動媒体Ｙを用いて三相交流電力を発電する。上記のタービンは、蒸発器１１からの作動媒体Ｙの供給によってタービンインペラを回転させる回転機械である。上記の発電機は、タービンインペラの軸と結合したロータ（回転子）と、ロータの外周を取り囲むように設けられたステータ（固定子）とを備えており、ロータがタービンによって回転駆動されることによって、三相交流電力を発電する。

凝縮器１３は、膨張タービン発電機１２から排出された作動媒体Ｙと、冷却媒体（本実施形態では「冷却水Ｚ」という）とが別経路にて供給され、内部にて熱交換を行うことで作動媒体Ｙを冷却して凝縮する。尚、図１では、並列に接続された４つの凝縮器１３を図示しているが、凝縮器１３の数は、１〜３つであっても、５つ以上であってもよい。リザーバタンク１４は、凝縮器１３で凝縮された作動媒体Ｙを一時的に蓄えるタンクである。ポンプ１５は、凝縮器１３で凝縮されてリザーバタンク１４に一時的に蓄えられた作動媒体Ｙを加圧して蒸発器１１に向けて送出する。

次に、廃熱発電装置１０の具体的な構成について説明する。図２は、本発明の一実施形態による廃熱発電装置の斜視図である。尚、図２においては、図１に示す構成に相当する構成については同一の符号を付してある。図２に示す通り、廃熱発電装置１０は、上述した蒸発器１１〜ポンプ１５等に加えて、温水供給配管Ｑ１、温水回収配管Ｑ２、循環配管Ｑ３（循環流路）、冷却水供給配管Ｑ４、冷却水回収配管Ｑ５、及びバイパス流路Ｑ６を備える。

温水供給配管Ｑ１は、蒸発器１１に温水Ｘを供給するための配管であり、温水回収配管Ｑ２は、蒸発器１１から温水Ｘを回収するための配管である。循環配管Ｑ３は、蒸発器１１〜ポンプ１５を接続して、作動媒体Ｙを循環させるための配管である。冷却水供給配管Ｑ４は、凝縮器１３に冷却水Ｚを供給するための配管であり、冷却水回収配管Ｑ５は、凝縮器１３から冷却水Ｚを回収するための配管である。

バイパス流路Ｑ６は、膨張タービン発電機１２の上流側（遮断弁Ｖ１よりも上流側）と、膨張タービン発電機１２の下流側（主導弁Ｖ２よりも下流側）とにおいて循環配管Ｑ３にそれぞれ接続された流路である。このバイパス流路Ｑ６は、遮断弁Ｖ１によって循環配管Ｑ３が閉鎖された場合に、膨張タービン発電機１２を回避させて作動媒体Ｙを流すために設けられる。

図２に示す通り、蒸発器１１は、水平方向を向く正面１１ａと、正面１１ａの裏側に位置する背面１１ｂとを有する箱形に形状設定されたものであり、架台Ｂによって支持されている。この蒸発器１１の正面１１ａ側には、温水供給配管Ｑ１に接続された温水Ｘの入口、温水回収配管Ｑ２に接続された温水Ｘの出口、並びに循環配管Ｑ３に接続された作動媒体Ｙの入口及び出口が集約されている。尚、２つの蒸発器１１は、作動媒体Ｙの循環配管Ｑ３に対して並列接続されている。

膨張タービン発電機１２は、作動媒体Ｙの流れ方向において、蒸発器１１と凝縮器１３との間に位置するよう循環配管Ｑ３の途中部位に配置されている。具体的に、膨張タービン発電機１２は、循環配管Ｑ３に取り付けられた遮断弁Ｖ１よりも下流側に位置し、且つ循環配管Ｑ３に取り付けられた手動弁Ｖ２よりも上流側に位置するように、循環配管Ｑ３の途中部位に配置される。

この膨張タービン発電機１２は、作動媒体Ｙの入口部及び出口部にそれぞれ形成されたフランジＦ１，Ｆ２によって循環配管Ｑ３に取り外し可能に取り付けられている。つまり、膨張タービン発電機１２は、遮断弁Ｖ１よりも下流側の位置（フランジＦ１が循環配管Ｑ３に係合される位置：第１位置）及び手動弁Ｖ２よりも上流側の位置（フランジＦ２が循環配管Ｑ３に係合される位置：第２位置）の各々において循環配管Ｑ３に取り外し可能に取り付けられている。このようにするのは、短時間で容易に膨張タービン発電機１２のメンテナンスを行えるようにするためである。

また、膨張タービン発電機１２は、膨張タービン発電機１２の内部の作動媒体Ｙを回収するとともに、膨張タービン発電機１２の内部に作動媒体Ｙを供給するためのポート部ＰＴを備える。このポート部ＰＴには、膨張タービン発電機１２のメンテナンス開始前に、作動媒体Ｙを回収するための媒体回収装置２０（図４（ｂ）参照）が接続され、膨張タービン発電機１２のメンテナンス終了後に、作動媒体Ｙを供給（充填）するための媒体充填装置４０（図４（ｃ）参照）が接続される。

尚、膨張タービン発電機１２のメンテナンス時には、後述する通り、遮断弁Ｖ１及び手動弁Ｖ２によって循環配管Ｑ３が閉鎖される。このため、遮断弁Ｖ１及び手動弁Ｖ２によって仕切られた循環配管Ｑ３に残存する作動媒体Ｙもポート部ＰＴから回収される。また、ポート部ＰＴから膨張タービン発電機１２の内部に供給された作動媒体Ｙは、遮断弁Ｖ１及び手動弁Ｖ１によって仕切られた循環配管Ｑ３にも供給される。

また、膨張タービン発電機１２は、蒸発器１１及び凝縮器１３よりも僅かに上方に配置されるよう架台Ｂによって支持されている。膨張タービン発電機１２をこのような配置とするのは、廃熱発電装置１０の運転中に、循環配管Ｑ３内で作動媒体Ｙが凝集したとしても、液体の状態で作動媒体Ｙが膨張タービン発電機１２に供給されることを防止するためである。

凝縮器１３は、水平方向を向く正面１３ａと、正面１３ａの裏側に位置する背面１３ｂとを有する箱形に形状設定されたものであり、架台Ｂによって支持されている。この凝縮器１３の正面１３ａ側には、冷却水供給配管Ｑ４に接続された冷却水Ｚの入口、冷却水回収配管Ｑ５に接続された冷却水Ｚの出口、並びに循環配管Ｑ３に接続された作動媒体Ｙの入口及び出口が集約されている。尚、４つの凝縮器１３は、作動媒体Ｙの循環配管Ｑ３に対して並列接続されている。また、４つの凝縮器１３のうちの２つは、図２に示す通り、背面１３ｂが蒸発器１１の背面１１ｂと対向するように、２つの蒸発器１１に対してそれぞれ対向配置されている。

リザーバタンク１４は、凝縮器１３の下方に配置されるように架台Ｂによって支持されており、作動媒体Ｙの流れ方向において凝縮器１３とポンプ１５との間に配置されている。ポンプ１５は、廃熱発電装置１０の最下部に配置されるよう架台Ｂによって支持されており、作動媒体Ｙの流れ方向においてリザーバタンク１４と蒸発器１１との間に配置されている。

遮断弁Ｖ１は、廃熱発電装置１０が運転停止状態である場合に、循環配管Ｑ３を自動的に遮断（閉鎖）して膨張タービン発電機１２への作動媒体Ｙの供給を停止する弁であり、膨張タービン発電機１２の上流側において循環配管Ｑ３に対して設けられている。尚、廃熱発電装置１０は、例えば膨張タービン発電機１２のメンテナンス時、或いは異常が生じた緊急時に運転停止状態となる。

手動弁Ｖ２は、例えば作業者の操作によって循環配管Ｑ３を閉鎖又は開放する弁（ボール弁、ゲート弁、バタフライ弁等）であり、膨張タービン発電機１２の下流側において循環配管Ｑ３に対して設けられている。この手動弁Ｖ２は、作業者の操作により、膨張タービン発電機１２のメンテナンス開始前に循環配管Ｑ３を閉鎖するようにされ、メンテナンス終了後には循環配管Ｑ３を開放するようにされる。

ここで、遮断弁Ｖ１及び手動弁Ｖ２は、循環配管Ｑ３に取り付け可能な位置であって、作動媒体Ｙの流れ方向において、膨張タービン発電機１２との距離が極力短くなる位置に設けられている。これは、遮断弁Ｖ１と手動弁Ｖ２とによって仕切られる循環配管Ｑ３の容積を極力小さくすることにより、膨張タービン発電機１２のメンテナンス時における作動媒体Ｙの回収及び再充填に要する時間を短縮するためである。

バイパス弁Ｖ３は、前述したバイパス流路Ｑ６（遮断弁Ｖ１によって循環配管Ｑ３が閉鎖された場合に、膨張タービン発電機１２を回避させて作動媒体Ｙを流すための流路）に設けられた弁である。このバイパス弁Ｖ３は、遮断弁Ｖ１が循環配管Ｑ３を開放している場合にはバイパス流路Ｑ６を閉鎖し、遮断弁Ｖ１が循環配管Ｑ３を閉鎖している場合にはバイパス流路Ｑ６を開放する。

また、本実施形態の廃熱発電装置１０は、液だまり部（液化した作動媒体Ｙが残留する部位）から作動媒体Ｙを回収するための回収用配管Ｑ７を備える。図３は、本発明の一実施形態による廃熱発電装置が備える回収用配管を示す斜視図である。尚、図３においては、回収用配管Ｑ７を説明する上で不要な構成は図示を省略している。また、図３においても。図１，２に示す構成に相当する構成については同一の符号を付してある。

図３に示す通り、回収用配管Ｑ７は、膨張タービン発電機１２の底部Ｐ１、蒸発器１１に作動媒体Ｙが流入する部位Ｐ２（以下、「作動媒体流入部位Ｐ２」という）、及びリザーバタンク１４を接続する。この回収用配管Ｑ７は、廃熱発電装置１０を停止状態にしてメンテナンスを行う際に、膨張タービン発電機１２の底部Ｐ１及び作動媒体流入部位Ｐ２に残留する液化した作動媒体Ｙをリザーバタンク１４に回収するものである。

ここで、膨張タービン発電機１２の内部において液化された作動媒体Ｙは、重力によって膨張タービン発電機１２の底部に導かれることから、膨張タービン発電機１２の底部は液だまり部となる。また、蒸発器１１の内部において液化された作動媒体Ｙは、重力によって作動媒体流入部位Ｐ２に導かれる一方で、作動媒体流入部位Ｐ２に導かれた作動媒体Ｙは、リザーバタンク１４側に流れにくいことから、作動媒体流入部位Ｐ２は液だまり部となる。

また、回収用配管Ｑ７には、膨張タービン発電機１２の底部Ｐ１に近い位置に弁Ｖ１１が設けられており、作動媒体流入部位Ｐ２に近い位置に弁Ｖ１２が設けられている。これらの弁Ｖ１１，Ｖ１２は、例えば作業者の操作によって回収用配管Ｑ７を閉鎖又は開放する弁である。具体的に、廃熱発電装置１０が運転状態にある場合には、弁Ｖ１１，Ｖ１２の双方が閉状態にされる。また、膨張タービン発電機１２の底部Ｐ１に残留する作動媒体Ｙを回収する場合には弁Ｖ１１が開状態にされ、作動媒体流入部位Ｐ２に残留する作動媒体Ｙを回収する場合には弁Ｖ１２が開状態にされる。

次に、上記構成における廃熱発電装置１０の動作について簡単に説明する。本実施形態の廃熱発電装置１０では、作動媒体Ｙが、蒸発器１１（２つの蒸発器１１）→膨張タービン発電機１２→凝縮器１３（４つの凝縮器１３）→リザーバタンク１４→ポンプ１５→蒸発器１１（２つの蒸発器１１）の順で循環しつつ、作動媒体Ｙが液体と気体に状態変化することによって膨張タービン発電機１２における発電が行われる。

即ち、蒸発器１１において温水Ｘの熱によって蒸発した作動媒体Ｙは、膨張タービン発電機１２に供給された後に凝縮器１３で冷却水Ｚによって凝縮されて、リザーバタンク１４に一時的に貯溜された後、再びポンプ１５を介して蒸発器１１に送出される。このような作動媒体Ｙの循環的な状態変化の過程において、作動媒体Ｙによって膨張タービン発電機１２が駆動されて発電が行われる。

次に、廃熱発電装置１０に設けられた膨張タービン発電機１２のメンテナンス手順について説明する。図４は、本発明の一実施形態におけるメンテナンス手順を説明するための図である。膨張タービン発電機１２のメンテナンスを行うに当たり、まず作業者は、廃熱発電装置１０に対して動作を停止させる指示を行う。これにより、廃熱発電装置１０は、ポンプ１５が停止されるとともに、遮断弁Ｖ１によって循環配管Ｑ３が自動的に遮断（閉鎖）された状態になる。

次いで、作業者は、廃熱発電装置１０に設けられた手動弁Ｖ２を操作して、循環配管Ｑ３を閉鎖する作業を行う。これにより、メンテナンス対象の膨張タービン発電機１２は、図４（ａ）に示す通り、遮断弁Ｖ１及び手動弁Ｖ２によって循環配管Ｑ３から独立した状態（膨張タービン発電機１２への作動媒体Ｙの流入及び膨張タービン発電機１２からの作動媒体Ｙの流出が行われない状態）になる。

続いて、作業者は、図４（ｂ）に示す通り、膨張タービン発電機１２に設けられたポート部ＰＴに媒体回収装置２０を接続し、膨張タービン発電機１２の内部の作動媒体Ｙ（遮断弁Ｖ１及び手動弁Ｖ２によって仕切られた循環配管Ｑ３に残存する作動媒体Ｙを含む）を回収タンク３０に回収する作業を行う。尚、廃熱発電装置では、低沸点作動媒体を循環させる配管の構造上、液化した低沸点作動媒体が残留してしまう部位（液だまりとなる部位）がある。例えば、蒸気タービンの底部や低沸点作動媒体が廃熱回収器に流入する部位である。このような部位に残留した低沸点作動媒体を抜き取るには、低沸点作動媒体を気化させて回収する必要があることから、低沸点作動媒体の回収に著しく時間がかかってしまうという問題があった。ここで、上記した、作動媒体Ｙ（遮断弁Ｖ１及び手動弁Ｖ２によって仕切られた循環配管Ｑ３に残存する作動媒体Ｙを含む）を回収タンク３０に回収する作業を行う前に、作業者が、回収用配管Ｑ７に設けられた弁Ｖ１１（図３参照）を操作して開状態にすれば、膨張タービン発電機１２の底部Ｐ１に残留する作動媒体Ｙはリザーバタンク１４に回収されるようにすることもできる。

以上の作業が終了すると、作業者は、廃熱発電装置１０から膨張タービン発電機１２を取り外す作業を行う。具体的には、図２に示す膨張タービン発電機１２に形成されたフランジＦ１を循環配管Ｑ３（膨張タービン発電機１２の上流側に位置する循環配管Ｑ３）から取り外すとともに、フランジＦ２を循環配管Ｑ３（膨張タービン発電機１２の下流側に位置する循環配管Ｑ３）から取り外す作業を行う。尚、遮断弁Ｖ１及び手動弁Ｖ２によって循環配管Ｑ３が閉鎖されているため、膨張タービン発電機１２が取り外されても作動媒体Ｙが大気中に放出されることはない。

膨張タービン発電機１２が廃熱発電装置１０から取り外されると、作業者によって膨張タービン発電機１２のメンテナンスが行われる。例えば、膨張タービン発電機１２に設けられたタービンインペラの交換、潤滑剤の補充、清掃、その他のメンテナンスが行われる。尚、膨張タービン発電機１２が損傷している場合には、膨張タービン発電機１２の交換が行われることもある。

膨張タービン発電機１２のメンテナンスが終了すると、作業者は、メンテナンスを終えた膨張タービン発電機１２を、廃熱発電装置１０に取り付ける作業を行う。具体的には、膨張タービン発電機１２に形成されたフランジＦ１を循環配管Ｑ３（膨張タービン発電機１２の上流側に位置する循環配管Ｑ３）に取り付けるとともに、フランジＦ２を循環配管Ｑ３（膨張タービン発電機１２の下流側に位置する循環配管Ｑ３）に取り付ける作業を行う。

続いて、作業員は、図４（ｃ）に示す通り、膨張タービン発電機１２に設けられたポート部ＰＴに媒体充填装置４０を接続し、回収タンク３０に回収された作動媒体Ｙを、膨張タービン発電機１２の内部（遮断弁Ｖ１及び手動弁Ｖ２によって仕切られた循環配管Ｑ３に残存する作動媒体Ｙ内を含む）に充填する作業を行う。尚、この作業を行っている最中は、回収用配管Ｑ７に設けられた弁Ｖ１１は閉状態とされる。

以上の作業が終了すると、廃熱発電装置１０は、図４（ａ）に示す状態と同じ状態になる。つまり、膨張タービン発電機１２の内部及び循環配管Ｑ３の全体に亘って作動媒体Ｙが充填されていて、遮断弁Ｖ１及び手動弁Ｖ２によって循環配管Ｑ３が閉鎖されている状態になる。最後に、作業者は、廃熱発電装置１０に設けられた手動弁Ｖ２を操作して循環配管Ｑ３を開放する作業を行い、廃熱発電装置１０に対して動作を開始させる指示を行う。すると、廃熱発電装置１０では、遮断弁Ｖ１が開状態になって循環配管Ｑ３が開放されるとともに、ポンプ１５の駆動が開始されて、前述した廃熱発電装置１０の動作が行われる。

以上の通り、本実施形態では、膨張タービン発電機１２よりも上流側に循環配管Ｑ３を遮断（閉鎖）する遮断弁Ｖ１を設けるとともに、膨張タービン発電機１２よりも下流側に循環配管Ｑ３を閉鎖する手動弁Ｖ２を設けている。そして、これら遮断弁Ｖ１及び手動弁Ｖ２によって循環配管Ｑ３よって膨張タービン発電機１２を循環配管Ｑ３から独立した状態にして、作動媒体Ｙの回収及び再充填を部分的に行っている。これにより、回収及び再充填すべき作動媒体Ｙの量を少なくすることができるため、作動媒体Ｙの回収及び再充填に要する時間を短縮することができる。

また、本実施形態では、液化した作動媒体Ｙが残留する液だまり部（例えば、膨張タービン発電機１２の底部）とリザーバタンク１４とを接続する回収用配管Ｑ７を設け、液だまり部に残留した作動媒体Ｙをリザーバタンク１４に回収するようにしている。これにより、従来のように液だまり部に残留した作動媒体Ｙを気化させて回収する必要がないことから、作動媒体Ｙの回収及び再充填に要する時間を短縮することができる。

尚、上記実施形態では、膨張タービン発電機１２に対する作動媒体Ｙの回収及び再充填を部分的に行い、膨張タービン発電機１２の底部に残留した作動媒体Ｙをリザーバタンク１４に回収する例について説明した。廃熱発電装置１０で用いられる作動媒体Ｙの全てを回収する必要がある場合には、図５に示す通り、循環配管Ｑ３における液だまり部に残留する作動媒体Ｙを回収することも可能である。

図５は、循環配管における液だまり部からの作動媒体の回収方法を説明するための図である。図５に示す通り、循環配管Ｑ３における液だまり部（作動媒体流入部位Ｐ２）には、リザーバタンク１４に接続された回収用配管Ｑ７が接続されている。このため、作業者が、回収用配管Ｑ７に設けられた弁Ｖ１２を操作して開状態にすれば、作動媒体流入部位Ｐ２に残留した液化した作動媒体Ｙはリザーバタンク１４に回収される。

尚、廃熱発電装置１０の運転が停止されると、廃熱発電装置１０で用いられている作動媒体Ｙの多く（作動媒体流入部位Ｐ２に残留した作動媒体Ｙを除く）は、循環配管Ｑ３を介してリザーバタンク１４に蓄えられる。このため、図５に示す通り、リザーバタンク１４に媒体回収装置２０を接続してリザーバタンク１４に蓄えられた作動媒体Ｙを回収タンク３０に回収するだけで、液だまり部に残留した作動媒体Ｙを含めた殆どの作動媒体Ｙを回収タンク３０に回収することができる。

以上、本発明の一実施形態による廃熱発電装置について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、膨張タービン発電機１２の上流側に遮断弁Ｖ１が設けられており、膨張タービン発電機１２のメンテナンス時に、膨張タービン発電機１２の上流側を遮断弁Ｖ１によって遮断（閉鎖）する例について説明した。しかしながら、膨張タービン発電機１２のメンテナンス時に膨張タービン発電機１２の上流側を閉鎖する弁（手動弁Ｖ２と同様の弁）を、遮断弁Ｖ１とともに、或いは遮断弁Ｖ１に代えて設けても良い。

また、上記実施形態では、膨張タービン発電機１２のメンテナンス時に膨張タービン発電機１２の下流側を閉鎖する弁が手動弁Ｖ２である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、この弁は手動弁Ｖ２以外の弁（例えば、不図示の制御装置によって開閉状態が制御される弁）であっても良い。

また、上記実施形態では、温水Ｘとなった廃熱エネルギーを電気エネルギーとして回収したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば熱源として廃ガスを用いてもよい。また、熱源は、廃ガスや廃温水などの廃熱に限定されない。また、上述した膨張タービン発電機１２として、遠心式膨張タービン発電機、斜流式膨張タービン発電機等のラジアルタービン発電機を用いることも可能である。

１０…循環配管、１１…蒸発器、１２…膨張タービン発電機、１３…凝縮器、１４…リザーバタンク、１５…ポンプ、Ｐ１…底部、Ｐ２…作動媒体流入部位、ＰＴ…ポート部、Ｑ３…循環配管、Ｑ７…回収用配管、Ｖ１…遮断弁、Ｖ２…手動弁、Ｘ…温水、Ｙ…作動媒体、Ｚ…冷却水

Claims (4)

1. 廃熱媒体と作動媒体との熱交換を行って前記作動媒体を蒸発させる蒸発器と、該蒸発器からの前記作動媒体の供給により発電を行うタービン発電機と、該タービン発電機から排出された前記作動媒体と冷却媒体との熱交換を行って前記作動媒体を凝縮する凝縮器と、該凝縮器で凝縮された前記作動媒体を一時的に蓄えるタンクと、該タンクに蓄えられた前記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廃熱発電装置において、
   前記タービン発電機よりも上流側に設けられて前記循環流路を閉鎖する第１弁と、
   前記タービン発電機よりも下流側に設けられて前記循環流路を閉鎖する第２弁と、
   液化した前記作動媒体が残留する前記タービン発電機の底部と前記タンクとを接続する回収用配管と、
   前記回収用配管を閉鎖する第３弁と
   を備え、
   前記タービン発電機は、前記第１弁と前記第２弁とによって仕切られた前記循環流路及び前記タービン発電機内に残存する前記作動媒体を回収し、前記第１弁と前記第２弁とによって仕切られた前記循環流路及び前記タービン発電機内に前記作動媒体を供給するためのポート部を備える
   ことを特徴とする廃熱発電装置。
2. 前記タービン発電機は、前記第１弁よりも下流側の第１位置及び前記第２弁よりも上流側の第２位置の各々において、前記循環流路に対して取り外し可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の廃熱発電装置。
3. 前記第１弁は、前記廃熱発電装置が運転停止状態である場合には、前記循環流路を自動的に遮断する遮断弁であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の廃熱発電装置。
4. 前記回収用配管は、前記蒸発器に前記作動媒体が流入する部位と前記タンクとを接続することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の廃熱発電装置。

Images