熱回收型發電系統技術方案

提供一種即使從熱源供給的熱量變動也能夠維持穩定的發電效率的熱回收型發電系統。具有蒸發器、膨脹機、發電機、冷凝器、循環泵，前述蒸發器借助熱源的熱將工作介質加熱氣化，前述膨脹機被由前述蒸發器氣化的高壓的氣相工作介質驅動，是容積型的，前述發電機被連結在前述膨脹機上來被驅動，前述冷凝器將從前述膨脹機送出的低溫低壓的氣相工作介質冷卻來冷凝，前述循環泵將由前述冷凝器冷凝的液相工作介質汲取，升壓，向前述蒸發器輸送。膨脹機具備使工作介質階段性地膨脹的多個膨脹部。并且，多個膨脹部構成為，通過在設計階段中調整內部容積比，在膨脹機的吸入壓力或吐出壓力的至少一方變動的情況下，在變動范圍內整體隔熱效率為70%以上。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及熱回收型發電系統。
技術介紹
以往，作為將低溫的廢熱回收來進行發電的發電系統，周知有雙循環發電系統。該發電系統借助廢熱使沸點較低的工作介質蒸發氣化，借助工作介質的氣相流使容積型的膨脹機、例如螺旋式膨脹渦輪旋轉驅動，使發電機與膨脹機一起旋轉來進行發電。此外，由這樣的發電系統進行熱回收的熱源遍布向船舶用發動機供給的增壓空氣、發動機的廢熱、火力發電站、焚燒施設、工廠等的廢熱等多個分支。這樣的發電系統為了提高作為廢熱利用系統的利用價值，發電效率的提高成為問題。作為面向這樣的問題開發的例子，已知有專利文獻1中記載的技術。專利文獻1中記載的技術是，使構成螺旋式膨脹渦輪的陽轉子及陰轉子的螺旋的有效長與外徑D的比即L/D變長，使吸入口的內端朝向前述陽轉子及陰轉子的高壓側端部附近的外周面開口。專利文獻1通過采取這樣的結構，與如以往那樣經過有限的面積的噴口向作用室流入的結構相比，使工作介質的流入損失變少，實現了效率的提高。專利文獻1：日本特開平9－88502號公報。但是，以往的這樣的熱回收型發電系統有從熱源供給的熱量容易變動而發電效率不穩定的問題。此外，在專利文獻1所記載的方法中，有不能對應于這樣的發電效率的穩定化的問題。
技術實現思路
本專利技術是鑒于這樣的背景而做出的，目的是提供一種即使從熱源供給的熱量變動、也能夠維持穩定的發電效率的熱回收型發電系統。有關本專利技術的熱回收型發電系統，具有蒸發器、膨脹機、發電機、冷凝器、循環泵，前述蒸發器借助熱源的熱將工作介質加熱氣化，前述膨脹機被由前述蒸發器氣化的高壓的氣相工作介質驅動，前述膨脹機是容積型的，前述發電機被連結在前述膨脹機上來被驅動，前述冷凝器將從前述膨脹機送出的低溫低壓的氣相工作介質冷卻來冷凝，前述循環泵將由前述冷凝器冷凝的液相工作介質汲取，升壓，向前述蒸發器輸送，前述膨脹機具備使工作介質階段性地膨脹的多個膨脹部，前述多個膨脹部構成為，通過在設計階段中調整內部容積比，在前述膨脹機的吸入壓力或吐出壓力的至少一方變動的情況下，在變動范圍內整體隔熱效率（全斷熱効率）為70%以上。此外，優選的是，調整前述膨脹機，以使各膨脹部的內部容積比大致相同。這里所謂“大致相同”，是關于從技術常識看判斷為想要使各膨脹部的內部容積比相同的、即使有一些差異也看作相同的意思。因而，根據這樣的結構，由于實現了多個膨脹部的共通化，所以設計及制造變容易。此外，優選的是，前述膨脹機通過變更各膨脹部的膨脹行程結束位置來調整內部容積比。根據這樣的結構，通過變更吐出口的形狀及大小，能夠變更各膨脹部的膨脹行程結束位置，能夠容易地調整膨脹行程結束時的容積。因而，通過這樣變更吐出口的形狀及大小，能夠容易地調整內部容積比。此外，多個膨脹部也可以由高壓側膨脹部和低壓側膨脹部的兩級構成。根據這樣的結構，能夠在抑制制造成本的同時做成高效率的發電系統。此外，前述蒸發器構成為，借助從增壓機向發動機供給的增壓空氣來加熱。根據這樣的結構，能夠利用從增壓機向發動機供給的增壓空氣的熱量供給在船舶內使用的電力。此外，優選的是，前述吸入壓力的前述變動范圍是1MPa以上2MPa以下的范圍，前述高壓側膨脹部及低壓側膨脹部的內部容積比為，兩者都是2.6±0.3。根據這樣的結構，能夠將利用從增壓機向發動機供給的增壓空氣的熱量及來自節能器的蒸氣的熱量的情況下的壓力變動覆蓋。此外，在此情況下，膨脹機的隔熱效率在低熱量供給時能夠維持73%，在高熱量供給時能夠維持75%，能夠使發熱量提高10%。此外，優選的是，前述多個膨脹部分別是螺旋式膨脹渦輪，前述多個膨脹部和前述發電機容納在一個箱體內。根據這樣的結構，由于借助在膨脹機中膨脹而壓力、溫度下降的工作介質將發電機的繞組冷卻，所以能夠將發電機的效率維持得較高。此外，能夠做成工作介質及潤滑油不泄漏的構造，由此能夠進行長期的穩定運轉。根據有關本專利技術的熱回收型發電系統，即使從熱源供給的熱量變動，也能夠維持穩定的發電效率。附圖說明圖1是表示有關本專利技術的實施方式的熱回收型發電系統的整體結構的配管系統圖。圖2是該熱回收型發電系統中的發電裝置的剖視圖。圖3是該熱回收型發電系統的設計流程圖。圖4是表示在該熱回收型發電系統的設計時使用的膨脹機的壓力比、內部容積比、整體隔熱效率的關系的線圖。圖5是說明該熱回收型發電系統的膨脹機出入口的壓力狀態的說明圖，圖5（a）是1級的情況下的圖，圖5（b）是2級的情況下的圖。圖6是說明該熱回收型發電系統中的膨脹機的壓力比、內部容積比及整體隔熱效率的設定值的線圖。圖7是該發電裝置中的螺旋式膨脹渦輪的吐出口附近的部分放大剖視圖。圖8是該熱回收型發電系統的p－h線圖（莫利爾線圖）。具體實施方式以下參照附圖說明有關實施方式的熱回收型發電系統。另外，本專利技術并不限定于以下說明的例示，而由權利要求書表示，意味著包含與權利要求書等同的意義及范圍內的全部變更。如圖1所示，有關實施方式的回收型發電系統由能夠用來利用廢熱的熱源側流體回路1和將廢熱回收的工作介質回路10構成。熱源側流體回路1能夠用來利用船舶推進用的柴油發動機2的廢熱，具備用來將向柴油發動機2供給的吸氣壓縮的增壓機3，并且具備以排出氣體為熱源生成蒸氣的節能器4。增壓機3連結在被柴油發動機2的排出氣體驅動的渦輪5上。此外構成為，被增壓機3壓縮的壓縮空氣的熱被向構成后述工作介質回路10的蒸發器18的第1蒸發器16供給，在第1蒸發器16中將在工作介質回路10中循環的工作介質加熱。由此，來自增壓機3的壓縮空氣被第1蒸發器16冷卻，被向柴油發動機2供給。此外，節能器4構成為，以穿過了驅動增壓機3的渦輪5后的排出氣體為熱源。構成為，由節能器4生成的蒸氣的熱被向構成后述工作介質回路10的蒸發器18的第2蒸發器17供給，在第2蒸發器17中將在工作介質回路10中循環的工作介質加熱。由第2蒸發器17將工作介質加熱來液化的水被儲存到蓄水器6中，被泵7汲取來向節能器4送回。另外，在蒸氣被供給到船內的需要地而蓄水器6內的水減少的情況下，被從給水栓（不圖示）補給水。工作介質回路10形成有機蘭金循環式的發電裝置、所謂雙循環發電裝置。工作介質回路10將膨脹機11、發電機12、冷凝器13、蓄水器14、循環泵15、第1蒸發器16、第2蒸發器17依次連結來形成密閉回路，在回路內填充有工作介質。第1蒸發器16和第2蒸發器17構成工作介質回路10中的蒸發器18。工作介質利用比水低沸點的有機流體。作為有機流體，使用R245fa。膨脹機11作為將由蒸發器18加熱后的氣相工作介質向膨脹室吸入并借助吸入的工作介質的壓力來對應于膨脹室的容積變化得到旋轉力的容積型膨脹機而使用螺旋式膨脹渦輪。此外，膨脹機11使吸入的高壓的氣相工作介質以兩階段膨脹，具備由螺旋式膨脹渦輪構成的高壓側膨脹部21和低壓側膨脹部22。容積型的膨脹機11能夠將入口側和出口側的氣相工作介質的壓力差效率良好地變換為旋轉力。因此，與以往的使用蒸氣渦輪形式的膨脹機的情況相比，能夠從低壓的氣相工作介質效率良好地得到旋轉動力。發電機12以高壓側膨脹部21、低壓側膨脹部22及發電機12同軸地固定的狀態收存在一個箱體30A內，以使構成膨脹機11的高壓側膨脹部21及低壓側膨脹部22的動力被傳遞給發電機12來生成電力。即，高壓側膨脹部2本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種熱回收型發電系統，其特征在于，具有蒸發器、膨脹機、發電機、冷凝器、循環泵，前述蒸發器借助熱源的熱將工作介質加熱氣化，前述膨脹機被由前述蒸發器氣化的高壓的氣相工作介質驅動，前述膨脹機是容積型的，前述發電機被連結在前述膨脹機上來被驅動，前述冷凝器將從前述膨脹機送出的低溫低壓的氣相工作介質冷卻來冷凝，前述循環泵將由前述冷凝器冷凝的液相工作介質汲取，升壓，向前述蒸發器輸送，前述膨脹機具備使工作介質階段性地膨脹的多個膨脹部，前述多個膨脹部構成為，通過在設計階段中調整內部容積比，在前述膨脹機的吸入壓力或吐出壓力的至少一方變動的情況下，在變動范圍內整體隔熱效率為70%以上。

【技術特征摘要】
2015.03.23 JP 2015-0598001.一種熱回收型發電系統，其特征在于，具有蒸發器、膨脹機、發電機、冷凝器、循環泵，前述蒸發器借助熱源的熱將工作介質加熱氣化，前述膨脹機被由前述蒸發器氣化的高壓的氣相工作介質驅動，前述膨脹機是容積型的，前述發電機被連結在前述膨脹機上來被驅動，前述冷凝器將從前述膨脹機送出的低溫低壓的氣相工作介質冷卻來冷凝，前述循環泵將由前述冷凝器冷凝的液相工作介質汲取，升壓，向前述蒸發器輸送，前述膨脹機具備使工作介質階段性地膨脹的多個膨脹部，前述多個膨脹部構成為，通過在設計階段中調整內部容積比，在前述膨脹機的吸入壓力或吐出壓力的至少一方變動的情況下，在變動范圍內整體隔熱效率為70%以上。2.如權利要求1所述的熱回收型發電系統，其特征在于...

【專利技術屬性】
技術研發人員：足立成人，成川裕，壺井升，
申請(專利權)人：株式會社神戶制鋼所，
類型：發明
國別省市：日本;JP