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公開番号2021076080
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210520
出願番号2019203934
出願日20191111
発明の名称バイナリー発電システム
出願人株式会社神戸製鋼所
代理人個人,個人,個人
主分類F01K 25/10 20060101AFI20210423BHJP(機械または機関一般;機関設備一般;蒸気機関)
要約【課題】蒸発器の下流側に液状の作動媒体が合流する構成であっても、蒸発器の下流側において液状の作動媒体が残留しないようにする。
【解決手段】バイナリー発電システムは、蒸発器10と膨張機14と発電機16と凝縮器6と作動媒体ポンプ8とをこの順に接続する循環流路4と、作動媒体ポンプ8の下流且つ蒸発器10の上流の循環流路4から分岐して、蒸発器10の下流且つ膨張機14の上流の循環流路4に合流する分岐流路25と、分岐流路25の流路断面積を絞る構成であって、分岐流路25を流れる液状の作動媒体を液滴化する液滴化手段27と、を備える。分岐流路25は、液滴化手段27の下流側に位置して循環流路4に繋がり前記流路断面積よりも大きな流路断面積を有する分散空間Sを形成する分散空間形成部25bを含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
作動媒体を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器から流出した作動媒体を膨張させる膨張機と、
前記膨張機に接続された発電機と、
前記膨張機から流出した作動媒体を冷却媒体で冷却することによって当該作動媒体を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器から流出した作動媒体を前記蒸発器へ送る作動媒体ポンプと、
前記蒸発器、前記膨張機、前記凝縮器及び前記ポンプをこの順に接続する作動媒体循環流路と、を備えたバイナリー発電システムであって、
前記作動媒体ポンプの下流且つ前記蒸発器の上流の前記作動媒体循環流路から分岐して、前記蒸発器の下流且つ前記膨張機の上流の前記作動媒体循環流路に合流する分岐流路と、
前記分岐流路の流路断面積を絞る構成であって、前記分岐流路を流れる液状の作動媒体を液滴化する液滴化手段と、を備え、
前記分岐流路は、前記液滴化手段が配置された配管部と、前記配管部の下流側に位置して前記作動媒体循環流路に繋がり前記配管部の流路断面積よりも大きな流路断面積を有する分散空間を形成する分散空間形成部と、を含むバイナリー発電システム。
続きを表示(約 720 文字)【請求項2】
前記液滴化手段は、前記分岐流路の流路断面積を絞ることによって作動媒体の流量を調整する流量調整弁によって構成されている請求項1に記載されているバイナリー発電システム。
【請求項3】
前記液滴化手段は、作動媒体の流量を調整する流量調整弁と、前記配管部の流路断面積よりも小さな断面積のスロートを有し、前記流量調整弁よりも下流側に位置するノズルとを含む請求項1に記載されているバイナリー発電システム。
【請求項4】
前記液滴化手段は、前記配管部の流路断面積よりも小さな面積のスロートを有するノズルを含む請求項1に記載されているバイナリー発電システム。
【請求項5】
前記分散空間は、前記液滴化手段から下流に向かうに従って徐々に直径が大きくなる形状の空間である請求項1から4の何れか1項に記載されているバイナリー発電システム。
【請求項6】
前記分岐流路には、前記液滴化手段を挟むように一対の仕切り弁が配置され、
前記分岐流路における前記一対の仕切り弁間の部位を取り外し可能に構成されている請求項1から5の何れか1項に記載されているバイナリー発電システム。
【請求項7】
前記作動媒体循環流路は、曲がり部を有し、
前記分岐流路は、前記曲がり部において前記作動媒体循環流路に合流しており、
前記分散空間形成部は、前記曲がり部から作動媒体の流れる方向における下流側に向けて前記作動媒体循環流路が延びる方向に一致する方向に前記分散空間が延びるように形成されている請求項1から5の何れか1項に記載されているバイナリー発電システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、バイナリー発電システムに関する。
続きを表示(約 5,200 文字)【背景技術】
【0002】
下記特許文献1に開示されているようにバイナリー発電システムが知られている。バイナリー発電システムは、蒸発器、膨張機、凝縮器、ポンプがこの順に配置されて作動媒体が循環する循環流路と、膨張機に接続された発電機と、を備え、膨張機での作動媒体の膨張によって発電機が駆動されて発電が行われる。特許文献1に開示されたバイナリー発電システムには、ポンプから吐出された液状の作動媒体を蒸発器の下流側に合流させるように循環流路に接続された冷却用通路が設けられている。この構成では、膨張機に流入する作動媒体の温度が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2015−190364号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に開示されたバイナリー発電システムにおいては、以下の問題が残されている。すなわち、特許文献1に開示されたバイナリー発電システムでは、循環流路における蒸発器の下流側において、冷却用通路を通じて液状の作動媒体が合流する。つまり、ポンプから吐出された液状の作動媒体がそのまま、循環流路における蒸発器の下流側に合流する。このため、蒸発しない液状の作動媒体が循環流路内に残留してしまうという問題が残されている。
【0005】
そこで、本発明は、前記従来技術を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蒸発器の下流側に液状の作動媒体が合流する構成であっても、蒸発器の下流側において液状の作動媒体が残留しないようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記の目的を達成するため、本発明に係るバイナリー発電システムは、作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器から流出した作動媒体を膨張させる膨張機と、前記膨張機に接続された発電機と、前記膨張機から流出した作動媒体を冷却媒体で冷却することによって当該作動媒体を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器から流出した作動媒体を前記蒸発器へ送る作動媒体ポンプと、前記蒸発器、前記膨張機、前記凝縮器及び前記ポンプをこの順に接続する作動媒体循環流路と、前記作動媒体ポンプの下流且つ前記蒸発器の上流の前記作動媒体循環流路から分岐して、前記蒸発器の下流且つ前記膨張機の上流の前記作動媒体循環流路に合流する分岐流路と、前記分岐流路の流路断面積を絞る構成であって、前記分岐流路を流れる液状の作動媒体を液滴化する液滴化手段と、を備える。前記分岐流路は、前記液滴化手段が配置された配管部と、前記配管部の下流側に位置して前記作動媒体循環流路に繋がり前記配管部の流路断面積よりも大きな流路断面積を有する分散空間を形成する分散空間形成部と、を含む。
【0007】
本発明に係るバイナリー発電システムでは、作動媒体ポンプから吐出された液状の作動媒体の一部は分岐流路に流入する。分岐流路の配管部には、分岐流路の流路断面積を絞る構成の液滴化手段が配置されているので、液状の作動媒体は、液滴化手段によって液滴となる。この液滴化した作動媒体は、分散空間を流れる。分散空間は、液滴化手段によって絞られた流路断面積よりも大きな流路断面積を有するため、液滴状の作動媒体が分散空間内を流れるときに、作動媒体循環流路を流れるガス状の作動媒体が分散空間内に引き込まれる。このため、分散空間において液滴が分散され、この状態で液滴状の作動媒体は、作動媒体循環流路における蒸発器よりも下流側の部位に流入する。つまり、液状の作動媒体が液柱状の状態で作動媒体循環流路に流入することが回避される。したがって、作動媒体循環流路内に流入した液滴状の作動媒体は、ガス状の作動媒体に合流することにより容易に蒸発する。よって、作動媒体循環流路に液状の作動媒体が残留することを防止することができる。
【0008】
前記バイナリー発電システムにおいて、前記液滴化手段は、前記分岐流路の流路断面積を絞ることによって作動媒体の流量を調整する流量調整弁によって構成されていてもよい。
【0009】
この態様では、流量調整弁によって作動媒体の流量が調整されつつ、分岐流路の配管部における流路断面積が絞られる。これにより、配管部を流れる液状の作動媒体が液滴化する。そして、分散空間において液滴の分散を促進することができる。
【0010】
前記バイナリー発電システムにおいて、前記液滴化手段は、作動媒体の流量を調整する流量調整弁と、前記配管部の流路断面積よりも小さな断面積のスロートを有し、前記流量調整弁よりも下流側に位置するノズルとを含んでもよい。
【0011】
この態様では、流量調整弁によって作動媒体の流量を調整することができる。しかも、流量調整弁よりも下流側に位置するノズルによって流路断面積が絞られることによって、液状の作動媒体が液滴化する。そして、分散空間において液滴の分散を促進することができる。
【0012】
前記バイナリー発電システムにおいて、前記液滴化手段は、前記配管部の流路断面積よりも小さな面積のスロートを有するノズルを含んでもよい。
【0013】
この態様では、ノズルによって流路断面積が絞られることによって、液状の作動媒体が液滴化する。そして、分散空間において液滴の分散を促進することができる。
【0014】
前記分散空間は、前記液滴化手段から下流に向かうに従って徐々に直径が大きくなる形状の空間であってもよい。
【0015】
この態様では、液滴状の作動媒体が分散空間内を流れるときに、作動媒体循環流路を流れるガス状の作動媒体が分散空間内に引き込まれ易くなるとともに、分散空間における液滴状の作動媒体がより分散しやすくなる。
【0016】
前記分岐流路には、前記液滴化手段を挟むように一対の仕切り弁が配置されてもよい。この場合、前記分岐流路は、前記分岐流路における前記一対の仕切り弁間の部位を取り外し可能に構成されていてもよい。
【0017】
この態様では、液滴化手段に不具合が起こった場合に、液滴化手段を取り外すことができる。したがって、不具合が生じた場合に対処しやすくすることができる。
【0018】
前記作動媒体循環流路は、曲がり部を有し、前記分岐流路は、前記曲がり部において前記作動媒体循環流路に合流してもよい。この場合、前記分散空間形成部は、前記曲がり部から作動媒体の流れる方向における下流側に向けて前記作動媒体循環流路が延びる方向に一致する方向に前記分散空間が延びるように形成されていてもよい。
【0019】
この態様では、分散空間を流れる液滴状の作動媒体が、その流れ方向を変えなくても作動媒体循環流路の延びる方向に流れることが可能となる。したがって、液滴状の作動媒体が蒸発する前に作動媒体循環流路の内壁面に液滴が付着することを抑制することができる。
【発明の効果】
【0020】
以上説明したように、本発明によれば、蒸発器の下流側に液状の作動媒体が合流する構成であっても、蒸発器の下流側において液状の作動媒体が残留しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
実施形態に係るバイナリー発電システムの構成を概略的に示す図である。
前記バイナリー発電システムのうちの循環流路への分岐流路の合流部周辺を概略的に示す図である。
その他の実施形態に係るバイナリー発電システムについて、循環流路への分岐流路の合流部周辺を概略的に示す図である。
その他の実施形態に係るバイナリー発電システムについて、循環流路への分岐流路の合流部周辺を概略的に示す図である。
その他の実施形態に係るバイナリー発電システムについて、循環流路への分岐流路の合流部周辺を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0023】
第1実施形態によるバイナリー発電システム1は、ランキンサイクルを利用した発電システムであり、図1に示すように、凝縮器6と、作動媒体ポンプ8と、蒸発器10と、膨張機14とを備えている。凝縮器6、作動媒体ポンプ8、蒸発器10及び膨張機14はこの順で、作動媒体循環流路である循環流路4に接続されている。本実施形態によるバイナリー発電システム1では、作動媒体が循環流路4を通じて蒸発器10、膨張機14、凝縮器6及び作動媒体ポンプ8を順に流れるという循環回路が構成されている。作動媒体としては、水よりも沸点の低い冷媒が用いられる。
【0024】
膨張機14は、図略のロータ部がケーシング内に配置された構造である。ケーシング内に導入された作動媒体によりロータ部が駆動され、これにより、ガス状の作動媒体が膨張する。膨張機14には発電機16が接続されている。膨張機14においてガス状の作動媒体が膨張することにより、発電機16を駆動する力が取り出される。
【0025】
凝縮器6は、膨張機14から排出されたガス状の作動媒体を凝縮させて液状の作動媒体とするものである。凝縮器6は、ガス状の作動媒体が流れる作動媒体流路6aと、冷却水等の冷却媒体が流れる冷却媒体流路6bとを有している。冷却媒体流路6bは、冷却回路61と接続されていて、冷却媒体流路6bには、この冷却回路61から供給される冷却水等の冷却媒体が流れる。作動媒体流路6aを流れる作動媒体は、冷却媒体流路6bを流れる冷却媒体と熱交換することにより凝縮する。
【0026】
作動媒体ポンプ8は、循環流路4における凝縮器6の下流側(蒸発器10と凝縮器6との間)に位置しており、作動媒体を加圧するように構成されている。作動媒体ポンプ8は、凝縮器6で凝縮された液状の作動媒体を所定の圧力まで加圧して蒸発器10に送り出す。作動媒体ポンプ8として、インペラをロータとして備える遠心ポンプや、ロータが一対のギアからなるギアポンプ等が用いられる。
【0027】
蒸発器10は、循環流路4における作動媒体ポンプ8の下流側(作動媒体ポンプ8と膨張機14との間)に位置している。蒸発器10は、作動媒体が流れる作動媒体流路10aと、熱源媒体が流れる熱源媒体流路10bとを有している。本実施形態では、蒸発器10は、シェルアンドチューブタイプの熱交換器によって構成されていて、熱源媒体流路10bは中空状のシェルに構成され、作動媒体流路10aはシェル内に配置された伝熱管によって構成されている。熱源媒体流路10bには、外部の熱源から供給された熱源媒体が流れる。作動媒体流路10aを流れる作動媒体は、熱源媒体流路10bを流れる熱源媒体と熱交換して蒸発する。熱源媒体としては、例えば高温空気、水蒸気等が挙げられる。
【0028】
循環流路4には、蒸発器10と膨張機14との間に遮断弁(開閉弁)21が設けられている。遮断弁21は、通常開放されているが、膨張機14の異常時等、膨張機14を停止させる時などに閉じられる。
【0029】
循環流路4には、分岐流路25が接続されている。分岐流路25は、蒸発器10で蒸発したガス状の作動媒体を膨張機14に流入する前に冷却する(すなわち、顕熱を奪う)ためものであり、分岐流路25の一端部は、循環流路4における作動媒体ポンプ8と蒸発器10との間の部位に接続されている。したがって、分岐流路25には、液状の作動媒体が流入する。分岐流路25の他端部は、循環流路4における蒸発器10と膨張機14(又は遮断弁21)との間の部位に接続されている。このため、分岐流路25を流れた液状の作動媒体は、蒸発器10から流出したガス状の作動媒体に合流する。
【0030】
分岐流路25は、配管部25aと分散空間形成部25bとを含む。配管部25aの一端部は、循環流路4における作動媒体ポンプ8と蒸発器10との間の部位に接続されている。配管部25aの他端部は、分散空間形成部25bの一端部に接続されている。分散空間形成部25bの他端部は、循環流路4における蒸発器10と膨張機14との間の部位に接続されている。
(【0031】以降は省略されています)

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