发电装置的制作方法

专利名称：发电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过从供给的蒸汽得到动力(驱动力)的驱动源驱动发电机的发电装置，尤其涉及适用容积型膨胀机作为驱动源来驱动发电机的发电装置。
背景技术：
在工厂等的蒸汽处理中，作为利用蒸汽的剩余的压力差进行发电的发电装置，公知有专利文献l记载的以下的发电装置。
该发电装置具有从上游侧的蒸汽源(锅炉等)供给的蒸汽得到动力
的作为驱动源的螺杆膨胀机；以从该螺杆膨胀机接受所述动力的方式与该
螺杆膨胀机连结的发电机。所述螺杆膨胀机是容积型膨胀机，对应于导入(供给)膨胀室的所述蒸汽的压力引起的该膨胀室的容积变化，得到旋转力(动力)。
在该容积型膨胀机中，可以有效地将该容积型膨胀机的上游侧(入口 )和下游侧(出口)的所述蒸汽的压力差转换为旋转力，与现有的蒸汽涡轮式的驱动源相比可以从低压的蒸汽有效地得到用于驱动发电机的旋转力(动力)。因此，通过在所述蒸汽处理中配置使用了所述容积型膨胀机的发电装置，在中小规模的制造工厂中可以将小型锅炉等作为蒸汽源的低压
的蒸汽、例如即使是使用不足10个大气压蒸汽的蒸汽处理中也可以有效
地进行发电。
专利文献1:日本特开2007—74894号公报
在如前所述从蒸汽得到动力的容积型膨胀机中，将蒸汽具有的能量转换为驱动发电机的旋转力(动力)等来进行使用，因此蒸汽具有的能量通过该容积型膨胀机后减少。因此，通常，通过了所述容积型膨胀机之后的蒸汽，该蒸汽的一部分冷凝而产生冷凝水。尤其，在将蒸汽具有的能量有效地转换为所述动力而可以驱动发电机的所述容积型膨胀机中，通过的所述蒸汽的能量的减少变大，因此，冷凝水的产生变多。
当这样产生的所述冷凝水被冷凝水分离器等除去时，向所述容积型膨胀机的下游侧的处理(制造处理等)供给的蒸汽量减少。因此，在所述蒸汽处理中，在没有剩余蒸汽的状态下使用所述发电装置时，需要追加所述减少部分的蒸汽。这样在向所述蒸汽处理中追加新的蒸汽时，为了生成这样的蒸汽而需要另外的燃料等，所述蒸汽处理的经济性下降。

发明内容
因此，本发明的课题在于提供一种可以抑制在发电时由蒸汽生成的冷凝水的发电装置。
因此，为了解决上述问题，本发明涉及的发电装置，利用供给的蒸汽进行发电，并将发电时用过的所述蒸汽排出，其特征在于，该发电装置具有容积型膨胀机，其对应于由导入膨胀室的所述蒸汽的压力引起的该膨胀室的容积变化而产生动力；发电机，其经动力传递机构连结于该容积型膨胀机，以接受来自所述容积型膨胀机的所述动力；冷凝水抑制机构，其用于抑制因所述供给的蒸汽通过所述容积型膨胀机而从该蒸汽产生的冷凝水。
根据所述结构，利用供应给该发电装置的蒸汽使所述容积型膨胀机产生动力，并将该动力传递给与该容积型膨胀机连结的所述发电机，由此该发电装置发电。
此时，在所述蒸汽中，通过所述容积型膨胀机的，换言之通过所述膨胀室的容积变化而经过膨胀过程，由此该蒸汽具有的能量减少，利用所述冷凝水抑制机构抑制由该蒸汽产生冷凝水。即，在抑制由该蒸汽产生冷凝水的同时可以进行发电。
在本发明的发电装置中，优选所述容积型膨胀机是螺杆膨胀机。
通过形成所述结构，从湿蒸汽或腐蚀性气体等中可以回收能量，该发电装置中工作流体的限制变少。另外，所述螺杆膨胀机由于是旋转容积型的流体机械，所以在保持容积型的同时处理流量多，输出比其他的容积型膨胀机大。因此，在保持小型的同时可以更有效地发电。
另外，所述冷凝水抑制机构也可以是设置在所述容积型膨胀机的下游侧的流路上，对通过的所述蒸汽进行节流膨胀的节流膨胀机构。此时，所述节流膨胀机构优选是减压阀的结构。
根据所述结构，在所述容积型膨胀机的下游侧，在从所述容积型膨胀机的下游侧压力(出口压力)由所述节流膨胀机构减压到所述流路的下游侧的处理器所需要的压力(以下，也简单称为"处理器侧压力")之际在所述蒸汽中产生的冷凝水再蒸发，可以抑制冷凝水的产生。
艮P,通过设置所述节流膨胀机构，在所述蒸汽通过该节流膨胀机构时，通过节流膨胀作用，在比焓一定的状态下，对所述蒸汽进行减压，从所述容积型膨胀机的出口压力减压到处理器侧压力。在该减压时，所述蒸汽的干度提高，所述蒸汽的状态量从湿蒸汽状态朝向干蒸汽状态变化。即，通过了所述容积型膨胀机的蒸汽中产生冷凝水时，该冷凝水再蒸发。因此，通过设置所述节流膨胀机构，抑制由通过了所述容积型膨胀机的蒸汽生成冷凝水，并可以将所述蒸汽的压力调整为处理器侧压力。
尤其，通过由开度可以调整的所述减压阀构成所述节流膨胀机构，即使在存在供应给所述容积型膨胀机的蒸汽的流量变动或处理器侧压力的变动的情况下，通过调整所述减压阀来调整所述容积型膨胀机的出口压力，通过使所述蒸汽通过该节流膨胀机构，使蒸汽状态变化为过热蒸汽或饱和蒸汽，并且能够将其减压到处理器侧压力。
另外，在来自上游侧的蒸汽的流量变动或处理器侧压力的变动几乎不存在的所述蒸汽的处理器中，所述节流膨胀机构也可以是节流阀或在所述流路上形成的节流部。即使是这样由开度无法调整的所述节流阀或所述节流部来构成所述节流膨胀机构，通过预先设定流路的开度，使得在所述节流阀或所述节流部的作用下，所述容积型膨胀机的出口压力和处理器侧压力与所述同样，成为使所述蒸汽通过该节流阀或该节流部而状态变化为过热蒸汽或饱和蒸汽那样的压力比，由此可抑制冷凝水的产生，并可以调整处理器侧压力。
另外，所述冷凝水抑制机构由喷射器、分支流路以及排出流路构成，所述喷射器利用供应给喷嘴部的蒸汽产生负压，并利用该负压从吸引部吸引其他的蒸汽；所述分支流路从所述容积型膨胀机的上游侧的流路分支；
所述排出流路与所述容积型膨胀机的下游侧连接。还可以是所述分支流路
6与所述喷射器的所述喷嘴部连接，并且所述排出流路与所述吸引部连接的 结构。此时，优选是在所述分支流路上设有流量调整阀的结构。
在通过所述容积型膨胀机时的膨胀过程中，所述蒸汽冷凝， 一端产生 冷凝水，但该冷凝水经过所述排出流路从所述喷射器的吸引部被吸引，从 所述容积型膨胀机的上游侧的所述流路分流，在该喷射器的喷嘴部与成为 过热蒸汽状态的蒸汽混合，再度蒸汽，成为蒸汽。其结果是作为该发电装 置整体，抑制由所述蒸汽产生冷凝水。
进而，所述容积型膨胀机的排出流路内的所述蒸汽在所述喷射器作用 下升压，被排出向处理器侧。即，可以使所述容积型膨胀机的出口压力低 于处理器侧压力。因此，可以使所述容积型膨胀机的入口压力和出口压力 的压力差大于从蒸汽源供给的蒸汽的压力和处理器侧压力的压力差。因 此，可以将供应给该发电装置的所述蒸汽具有的能量作为最大限功(动力) 进行回收，发电效率进一步提高。
另外，通过在所述分支流路设置所述流量调整阀，可以对供应给所述 喷嘴部的所述蒸汽的流量进行调整，容易调整所述排出流路内的所述蒸汽 的压力(所述容积型膨胀机的出口压力)和所述喷射器的下游侧的蒸汽的 压力(处理器侧压力)的压力差。
另外，所述冷凝水抑制机构由在所述容积型膨胀机的下游侧的流路上 设置的压縮机构成，该压縮机可以采用连结于所述动力传递机构而被驱动 的结构。
根据所述结构，在通过所述容积型膨胀机时的膨胀过程中，所述蒸汽 冷凝， 一端产生冷凝水，但该冷凝水和从所述容积型膨胀机排出的蒸汽一 起被导入所述压缩机内，通过在该压縮机内压縮，再蒸发，成为蒸汽。其 结果是作为该发电装置整体，抑制由所述蒸汽产生冷凝水。
另外，由于可以通过所述压縮机使从所述容积型膨胀机排出的蒸汽的 压力上升，因此可以使处理器侧压力低于所述容积型膨胀机的出口压力。 即，与所述同样，可以使所述容积型膨胀机的入口压力和出口压力的压力 差大于从蒸汽源供给的蒸汽的压力和处理器侧压力的压力差。因此，可以 将供应给该发电装置的所述蒸汽具有的能量作为最大限功(动力)迸行回 收，发电效率进一步提高。此时，所述动力传递机构由连结所述容积型膨胀机和所述发电机的旋 转驱动轴构成，所述压縮机可以是连结于所述旋转驱动轴的结构。
根据所述结构，由于经所述旋转驱动轴连结所述容积型膨胀机和发电 机，所以与经多个部件传递所述动力的情况相比，可以减小所述动力的机 械损失。因此，发电效率进一步提高。
另外，通过形成所述旋转驱动轴这样的简单结构，在该动力传递机构 中也难以产生故障，且维护也容易。
另外，所述动力传递机构由多个齿轮构成，所述压缩机具有用于从外 部得到动力的齿轮，也可以构成为将该齿轮配置成与所述多个齿轮中的任 一个啮合。
根据所述结构，通过设定各齿轮的齿轮比，可以容易得到希望的所述 压缩机的出口压力(处理器侧压力)以及希望的所述容积型膨胀机的出口 压力。因此，可以将所述容积型膨胀机的入口压力和出口压力的压力差设 定为希望的压力差，并且处理器侧压力也可以成为希望的压力。
另外，所述压縮机通过由螺杆压缩机构成，在该压縮机内不管导入多 少液体，也难以产生故障。因此，在所述容积型膨胀机和螺杆压縮机之间 的流路上还可以设有冷凝水飞散器，其用于使在通过所述容积型膨胀机时 冷凝了的所述蒸汽飞散，另外，在所述容积型膨胀机和螺杆压縮机之间的 流路上还可以设有液体注入装置，其用于向该流路内注入构成所述蒸汽的 液体。
通过设置这样的冷凝水飞散器，在所述容积型膨胀机中的膨胀过程 中，即使蒸汽暂时冷凝而产生的冷凝水在所述流路内成为液膜，通过使该 液膜向该流路内的蒸汽中飞散，在所述压縮机内的所述冷凝水的再蒸发变 得容易。其结果是进一步抑制冷凝水的产生。
另外，通过由所述液体注入装置注入液体，可以使供应给处理器侧的 蒸汽量增加。 发明效果
以上，根据本发明，可以提供一种在发电时可以抑制由蒸汽产生冷凝 水的发电装置。


图1是第一实施方式的蒸汽处理整体的概略构成图； 图2是该实施方式的发电装置的概略构成图3是在该实施方式的螺杆膨胀机中，(a)是局部剖面俯视图；(b) 是局部剖面侧视图；(c)是图3 (a)的A—A剖面图4是在该实施方式的螺杆膨胀机中，(a)以及(b)是用于表示膨 胀室的容积变化的一对螺旋转子的立体图5是在该实施方式的发电装置中，(a)是表示蒸汽的状态变化的 图，(b)是表示改变了螺杆膨胀机的出口压力时的蒸汽的状态变化的图6是第二实施方式的发电装置中的与由图2的虚线围绕的部分相当 的部分的概略构成图7是该实施方式的喷射器的纵剖面图8是通过和入口压力之间的压力差表示该实施方式的螺杆膨胀机的 出口压力时的理论发电量的图9是第三实施方式的发电装置中的与由图2的虚线围绕的部分相当 的部分的概略构成图10是表示图9所示的第三实施方式的变形例的图，(a)是表示在 发电机两侧配置螺杆膨胀机和螺杆压縮机的状态的概略构成图，(b)是 表示在连结管上设有冷凝水分离器和液体注入装置的状态的概略构成图，
(c)是表示在连结管上设有冷凝水飞散器和液体注入装置的状态的概略 构成图11是表示图9所示的第三实施方式的变形例的图，是表示动力传 递机构由多个齿轮构成的状态的概略构成图。 图中
IO —蒸汽源
12 —处理器(7°口七7) 14一主配管 16 —控制阀 20 —发电装置
22 —螺杆膨胀机(容积型膨胀机)
924 —发电机 40 —膨胀室
58 —冷凝水抑制减压阀(冷凝水抑制机构) 64 —旋转驱动轴(动力传递机构) 70 —喷射器
72 —分支管(分支流路)
74 —吸引用排出管
76 —喷嘴部
78 —吸引部
82 —流量调整阀
90—螺杆压縮机(压縮机)
96 —冷凝水分散器
98 —液体注入装置
102 —齿轮
104 —齿轮
具体实施例方式
以下，对于本发明的第一事发实施方式参考图1以及图2进行说明。
本实施方式的发电装置20是利用由锅炉等蒸汽源(蒸汽生成机构) IO生成并在蒸汽利用设备(以下也仅称为"处理器")12利用的蒸汽的能 量来进行发电的装置。
蒸汽源10和处理器12由蒸汽流通的主配管14连接。在该主配管14 上设有控制阀16。
处理器12例如是热水器、暖气机、干燥机、清洗装备、杀菌器等利 用蒸汽的设备。另外，控制阀16在发电装置20不进行发电时作为减压阀 工作，在发电装置20进行发电时，是闭塞主配管14的阀。
发电装置20在将从蒸汽源10供给的蒸汽的压力减压到下游侧的处理 器12所需的压力(以下仅称为"处理器侧压力")时，是利用该蒸汽减压 时的压力差进行发电的装置。具体地说，包括容积型膨胀机22、发电机 24、频率转换器26以及控制器28等，这些部件被收容在壳体30内。容积型膨胀机22是对应于被导入在容积型膨胀机22内部形成的膨胀
室的蒸汽(流体)的压力引起的该膨胀室的容积变化而产生动力的膨胀机。
在本实施方式中，使用螺杆膨胀机(所谓的螺旋膨胀器)22，该螺杆膨胀 机22是旋转容积型的流体机械。
详细地说，如图3 (a)以及图4 (b)所示，螺杆膨胀机22包括在 内部形成有转子室32的膨胀机壳体34与能够旋转地配置在转子室32内 的雌雄一对的螺旋转子36、 38。所述雌以及雄螺旋转子36、 38具有相互 相反方向的螺旋状的叶片36a、 38a。另外，旋转轴36b、 38b以相互平行 的方式被配置在膨胀机壳体34的转子室32内。膨胀室40通过各转子36、 38的叶片36a、 38a和膨胀机壳体34围成(参考图4 (a)以及图4 (b) 的斜线部)。如后所述，通过蒸汽导入该膨胀室40内并膨胀，该膨胀室40 的容积增大，各螺旋转子36、 38旋转。在膨胀机壳体34上形成有向螺旋 转子36 (或38)的轴向的一方侧端部供给蒸汽的入口 (给气口) 42，在 另一方侧端部形成有排出经过膨胀过程的蒸汽的出口 (排气口) 44。
供给管46连接于螺杆膨胀机22的入口 42，排出管48连接于出口 44。 供给管46连接于主配管14上的控制阀16的上游侧，另外，排出管48连 接于主配管14上的控制阀16的下游侧。由此，由蒸汽源10生成的蒸汽 被供应给螺杆膨胀机22，从该螺杆膨胀机22排出的蒸汽返回向主配管14。
在供给管46上从上游侧顺次设有供给蒸汽闸门阀(开闭阀)50、冷 凝水分离器52以及紧急切断阀54。供给蒸汽闸门阀50设置在供给管46 上的壳体30的外侧附近。冷凝水分离器52用于从流过供给管46的蒸汽 中分离冷凝水。紧急切断阀54完全闭塞供给管46，可以通过控制器28 进行开闭控制。
在排出管48上的壳体30的外侧附近设有排出蒸汽闸门阀(开闭陶) 56。该排出蒸汽闸门阀56和供给管46的供给蒸汽闸门阀50构成切换机 构，该切换机构对是否将流过主配管14的蒸汽导入(供给)向供给管46 进行切换。即，在将由蒸汽源10生成的蒸汽直接供应给处理器12时，关 闭这两个蒸汽闸门阀50、 56，打开控制阀16，在利用蒸汽进行发电时， 打开这两个蒸汽闸门阀50、 56，关闭控制阀16。而且，这两个蒸汽闸门 阀50、 56还可以由分别可以切换为全开以及全闭的两个状态闸门阀、可以调整开度的闸门阀中的任一个构成。另外，作为切换机构，还可以取代 蒸汽闸门阀，配置三方切换阔。此时，三方切换阀被配置在主配管14和
供给管46的连接部以及主配管14和排出管48的连接部。此时，控制阀 16还可以变更为仅仅对通过的蒸汽的压力迸行减压的减压阀。
另外，在排出管48上的从螺杆膨胀机22的出口 44到排出蒸汽闸门 阀56之间设有冷凝水抑制减压阀58。该冷凝水抑制减压阀58是在流过排 出管48的蒸汽通过该冷凝水抑制减压阀58之际被节流膨胀的减压阀，在 本实施方式中构成冷凝水抑制机构，其抑制如后所述由通过螺杆膨胀机22 的蒸汽产生的冷凝水。
进而，在排出管48中，在螺杆膨胀机22的出口 44到冷凝水抑制减 压阀58之间设有第一压力计60，从冷凝水抑制减压阀58到排出蒸汽闸门 阀56之间设有第二压力计62。第一压力计60是测量从螺杆膨胀机22的 出口 44到冷凝水抑制减压阀58的排出管48内流动的蒸汽的压力的压力 计，第二压力计62是测量从冷凝水抑制减压阀58到排出蒸汽闸门阀56 的排出管48内流动的蒸汽的压力的压力计。
由这些第一以及第二压力计60、 62测量的排出管48内的各压力数据 被送到控制器28，如后所述基于该压力数据控制器28进行发电机24的转 速控制以及/或者冷凝水抑制减压阀58的控制(开度调整)。
发电机24通过动力传递机构64与螺杆膨胀机22连结。具体地说， 发电机24的旋转轴通过旋转驱动轴64与螺杆膨胀机22的旋转轴36b(或 38b连结)。因此，当螺杆膨胀机22将供给的蒸汽的能量转换为旋转动力 时，该旋转动力通过旋转驱动轴64被传递给发电机24的旋转轴，在发电 机24中进行发电。
在发电机24发出的电力被送向频率转换器26。该频率转换器26用于 对由发电机24发出的电力的频率进行转换，例如将30 120Hz的电转换 成AC50或60Hz的商用频率的电。
控制器28进行基于由第一压力计60测量的压力数据的发电机24的 转速控制、基于由第二压力计62测量的压力数据的冷凝水抑制减压阀58 的控制、紧急切断阀54的开闭等构成发电装置20的各要素的动作控制等。
第一实施方式的发电装置20由以上结构构成，接着，对于该发电装置20的动作进行说明。
通过锅炉等蒸汽源10的驱动而生成的蒸汽流过主配管14并被控制阀 16减压后，被供应给下游侧的处理器12。然后，在进行发电的情况下， 打开供给管46的供给蒸汽闸门阀50以及排出管48的排出蒸汽闸门阀56， 并关闭控制阀16，由此由蒸汽源10生成并流过主配管14的蒸汽被供应给 供给管46。
从主配管14供应给供给管46的蒸汽从螺杆膨胀机22的入口 (给气 口) 42被导入向内部。被导入的蒸汽要对由雌雄一对的螺旋转子36、 38 以及膨胀机壳体34构成的膨胀室40的壁进行均匀压退(参考图4 (a))。 膨胀机壳体34被固定，作为旋转体的雌雄一对的螺旋转子36、 38的叶片 36a、 38a的背侧(出口 44侧)与表面侧(入口 42侧)相比为低压，因此， 在该叶片36a、 38a的表面侧和背侧的差压的作用下，两个螺旋转子36、 38分别旋转(参考图4 (a)的箭头)。伴随着两个螺旋转子36、 38分别 旋转，膨胀室40的封闭容积增大(参考图4 (a)以及图4(b)的斜线部)， 同时蒸汽也膨胀，在容积变得最大时，到达螺杆膨胀机22的出口 (排气 口) 44，在膨胀室40内的封闭被打开而排出蒸汽。通过该动作连续，产 生旋转动力，通过旋转驱动轴64被传递向发电机24，使发电机24的旋转 轴旋转。 '
发电机24的旋转轴在从螺杆膨胀机22传递过来的旋转动力的作用下 旋转，由此发电机24发电。由该发电机24生成的电被送向频率转换器26。 然后，由该频率转换器26如前所述转换成商用频率的电流，经过变压器 66被送向系统68。
另一方面，从螺杆膨胀机22排出的蒸汽流过排出管48并通过冷凝水 抑制减压阀58。此时，蒸汽被节流膨胀而被减压到处理器侧压力，之后流 过排出管48返回主配管14，被供应给下游侧的处理器12。
在通过所述冷凝水抑制减压阀58进行减压时，为了将排出管48内的 压力变成处理器侧压力，基于第二压力计62的测量进行冷凝水抑制减压 阀58的控制。具体地说，由第二压力计62测量的压力数据被送给控制器 28，基于该压力数据从控制器28发出指令，由该指令进行冷凝水抑制减 压阀58的开度调整，对通过冷凝水抑制减压阀58之后的蒸汽的压力进行减压而使其成为处理器侧压力。
此时，冷凝水抑制减压阀58的上游侧的压力、即在螺杆膨胀机22的 出口44的压力(出口压力)由于设有冷凝水抑制减压阀58而变得高于处 理器侧压力。而且，在被供应给螺杆膨胀机22的蒸汽量(蒸汽的流量) 变动的情况下，控制螺杆膨胀机22的转速，控制排出的蒸汽量，由此， 将该螺杆膨胀机22的出口压力保持为一定。
该螺杆膨胀机22的转速控制是基于由第一压力计60的测量通过控制 发电机24的转速来进行的。即，由于发电机24的旋转轴和螺杆膨胀机22 的旋转轴36b (或38b)由旋转驱动轴64连结，所以通过控制发电机24 的转速，控制螺杆膨胀机22的转速。
具体地说，由第一压力计60测量基于所述蒸汽量的变动等的螺杆膨 胀机22的出口压力的变动，并将该压力数据送向控制器28。控制器28 基于该压力数据算出螺杆膨胀机22的出口压力达到希望的压力时的转速。 进而，算出螺杆膨胀机22的转速达到所述算出的转速时的发电机24的转 速，向发电机24发出指令，以达到该转速。通过这样进行控制，即使供 应给螺杆膨胀机22的蒸汽量有变动，也对螺杆膨胀机22的转速进行控制， 以使螺杆膨胀机22的出口压力达到希望的压力(一定压力)。
所述螺杆膨胀机22的希望的出口压力如以下这样导出。在此，将螺 杆膨胀机22的入口压力设为Pl，将螺杆膨胀机22的膨胀室40在开放前 的该膨胀室40内的压力设为P2，将处理器侧压力设为P3，将螺杆膨胀机 22的出口压力(所述希望的出口压力)设为P4。另外，对于在处理器12 所需的蒸汽是饱和蒸汽的情况进行说明。
被供应给螺杆膨胀机22的蒸汽通过该螺杆膨胀机22，由此经过膨胀 过程而从P1被减压到P2。此时的蒸汽的状态量的变化如图5 (a)所示的 箭头QS1那样变化。经过了该膨胀过程的蒸汽通过开放螺杆膨胀机22的 膨胀室40而从P2升压到P4。此时的所述状态量的变化如图5 (a)所示 的箭头QS2那样变化。然后，压力成为P4的蒸汽通过冷凝水抑制减压阀 58被节流膨胀，由此从P4被减压到P3。此时，蒸汽在节流膨胀作用下， 如图5 (a)所示的箭头QS3那样在比焓一定的状态下压力下降。如此设 定P4的压力，使得在蒸汽的压力被减压到P3时，状态量的变化的箭头QS3和压力P3的交点位于饱和蒸汽线上。
而且，在处理器12所需的蒸汽是干蒸汽的情况下，只要设定P4的值， 使得图5 (a)所示的箭头QS3到达P3之前与饱和蒸汽线交叉的、即如图 5 (b)所示，箭头QS3和压力P3的交点位于饱和蒸汽线的上侧(干蒸汽 侧)的区域。
如以上说明，根据本实施方式，通过设置冷凝水抑制减压阀58 (节流 膨胀机构)，在蒸汽通过该冷凝水抑制减压阀58之际，在节流膨胀作用下， 在比烚一定的状态下，对该蒸汽进行减压，从螺杆膨胀机22的出口压力 P4减压到处理器侧压力P3。在该减压时，蒸汽的干度提高，蒸汽的状态 量从湿蒸汽状态朝向干蒸汽状态变化。即，通过了螺杆膨胀机22的蒸汽 中产生冷凝水时，该冷凝水再蒸发。因此，通过设置冷凝水抑制减压阀58， 抑制由通过螺杆膨胀机22的蒸汽生成冷凝水，并可以将所述蒸汽的压力 P4调整(减压)为处理器侧压力P3。
另外，通过由开度可以调整的冷凝水抑制减压阀58构成节流膨胀机 构，由此即使在供应给螺杆膨胀机22的蒸汽量有变动或处理器侧压力P3 有变动时，通过控制冷凝水抑制减压阀58来调整螺杆膨胀机22的出口压 力，通过使蒸汽通过该冷凝水抑制减压阀58，而使其状态变化为过热蒸汽 或饱和蒸汽，并且可以减压到处理器侧压力P3。
而且，在本实施方式中，使用冷凝水抑制减压阀58作为冷凝水抑制 机构，但即使在来自蒸汽源10的蒸汽量几乎没有变动或处理器侧压力P3 几乎没有变动的情况下，所述节流膨胀机构也可以由节流阀或排出管48 上形成的节流部构成。
如此即使所述节流膨胀机构由开度无法调整的所述节流阀或所述节 流部构成，通过预先设定排出管48的开度(节流度)，使得在所述节流阀 或所述节流部的作用下，螺杆膨胀机22的出口压力P4和处理器侧压力 P3与所述同样，成为使蒸汽通过该节流阀或该节流部而状态变化为过热蒸 汽或饱和蒸汽那样的压力比，由此可抑制冷凝水的产生，并可以调整处理 器侧压力P3。
接着，参考图6对本发明的第二实施方式进行说明。对于与上述第一 实施方式同样的结构使用同一符号，并且省略详细说明，仅对于不同点进行详细说明。图6是表示与发电装置20上的由图2的虚线围起来的部分
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在本实施方式的发电装置20中，冷凝水抑制机构由喷射器70和分支 管72和吸引用排出管74构成。如图7所示，喷射器70通过如下这样构 成在喷射器主体81上设有使供给的流体(蒸汽)节流膨胀而产生负压 的喷嘴部76、通过所述负压来吸引其他流体(蒸汽)的吸引部78、混合 了来自喷嘴部76以及吸引部78的流体之后将其排出的扩散器(diffliser) 80。
在喷射器70的喷嘴部76上连接有从螺杆膨胀机22的上游侧的供给 管46分支的分支管72。在该分支管72的中途设有用于调整在该分支管 72内流动的蒸汽量的流量调整阀82。另外，在喷射器70的吸引部78上 连接有吸引用排出管74，该吸引用排出管74的另一端与螺杆膨胀机22 的出口44连接。另外，扩散器80与排出管48连接。
在吸引用排出管74上设有第三压力计84，排出管48上设有第四压力 计86。由所述第三压力计以及第四压力计测量的压力数据被送到控制器 28。
接着，对于该发电装置20的动作进行说明。从蒸汽源10供给的蒸汽 从主配管14被供应给供给管46，从螺杆膨胀机22的入口 42被供应给内 部。而且，与第一实施方式同样，在螺杆膨胀机22中，通过膨胀室40容 积变化得到动力，通过将该动力传递给发电机24来进行发电。通过该发 电生成的电也与所述第一实施方式同样由频率转换器26将频率转换为商 用频率，并由变压器66变压而被送向系统68。另外，发电时用过的蒸汽 从螺杆膨胀机22排出，流过吸引用排出管74被吸引向喷射器70。
另一方面，供应给供给管46的蒸汽的一部分在螺杆膨胀机22的上游 侧被分流为分支管72，并被供应给喷射器70的喷嘴部76。供应给该喷嘴 部76的蒸汽的压力与螺杆膨胀机22的入口压力Pl相等。从喷嘴部76向 喷射器主体81的内部喷出的蒸汽在该喷嘴部76被节流膨胀，成为过热蒸 汽状态。如此，通过从喷嘴部76喷出的蒸汽在喷射器主体81内产生负压， 通过该负压吸引与吸引部78连接的吸引用排出管74内的蒸汽。这些被喷 出的蒸汽和被吸引的蒸汽被混合，从扩散器80排出向排出管48。此时，根据由在吸引用排出管74上设置的第三压力计测量的压力数
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算出喷射器70的吸引部78的压力(螺杆膨胀机22的出口压力)P2和扩
散器80的压力(排出管48的压力)之间的压力差。然后，通过控制器28
控制流量调整阀82，使得所述压力差成为适当的压力差。
具体地说，例如使用所述喷射器70，在供应给螺杆膨胀机22的蒸汽 量为3.0t/h，螺杆膨胀机22的入口压力Pl为0.7MPa，处理器侧压力P3 为0.2Mpa时，进行控制，使得吸引用排出管74内的压力P2为0.1MPa。 此时，通过喷嘴部76的蒸汽量为1.2t/h左右。
从喷射器70排出向排出管48的蒸汽返回主配管14，并被供应给下游 侧的处理器12。
按照以上说明，根据本实施方式，蒸汽在通过螺杆膨胀机22时的膨 胀过程冷凝，在一端产生冷凝水，但该冷凝水经过吸引用排出管74从喷 射器70的吸引部78被吸引，从分支管72被供给在喷嘴部76与成为过热 蒸汽状态的蒸汽混合，由此，再蒸发而成为蒸汽。其结果是，作为该发电 装置20整体，抑制由蒸汽产生冷凝水。
螺杆膨胀机22下游侧的吸引用排出管74内的蒸汽被喷射器70升压， 并被排出向处理器12侧(排出管48)。即，可以使螺杆膨胀机22的出口 压力P2低于处理器侧压力P3。因此，可以使螺杆膨胀机22的入口压力 Pl和出口压力P2的压力差大于从蒸汽源10供给的蒸汽的压力Pl和处理 器侧压力P3的压力差。因此，再发电机20中，可以将供应给该发电装置 20的蒸汽具有的能量作为最大限功(动力)进行回收，发电效率进一步提 咼。
具体地说，在使用喷射器70作为冷凝水抑制机构时，从图8可知， 例如通过使压力差从0.5MPa变成0.6MPa，约50%的发电输出增加。在此， 图8表示在本实施方式的发电装置20中，使用所述喷射器70，供应给螺 杆膨胀机22的蒸汽量为3.0t/h，在该螺杆膨胀机22内蒸汽的压力从Pl被 减压到P2时的螺杆膨胀机22的转换效率为70%，螺杆膨胀机22的入口 压力Pl为0.7Pa，处理器侧压力P3为0.2MPa时，与所述入口压力P1的 压力差来表示螺杆膨胀机22的出口压力P2时的发电量。如本实施方式所示，通过在分支管72上设置流量调整阀82，供应给 喷嘴部76的蒸汽量可以调整，吸引用排出管74内的压力(螺杆膨胀机22 的出口压力)P2和喷射器70的下游侧的压力(处理器侧压力)P3的压力 差的调整变容易。
但是，在从蒸汽源供给的蒸汽量一定，且处理器侧压力没有变动的情 况下，由于所述P2和P3的压力差为一定，所以在分支管72上也可以不 设置流量调整阀82。
接着，对于本发明的第三实施方式，参考图9进行说明，对于与上述 第一以及第二实施方式同样的结构使用同样的符号，并省略详细说明，仅 对于不同结构进行详细说明。该图9也与图6同样是表示与发电装置20 中由图2的虚线围绕的部分相当的部分的概略构成图。
在本实施方式的发电装置20中，冷凝水抑制机构由压縮机90构成。 该压缩机90是与螺杆膨胀机同样的结构，是雌雄一对的螺旋转子36、 38 的旋转方向为相反旋转的螺杆压缩机。
该螺杆压縮机卯设置在螺杆膨胀机22的下游侧，螺杆膨胀机22的 出口 44与螺杆压縮机90的入口由连结管92连结。另外，螺杆压縮机90 的出口连接于排出管48。通过这样连结，从螺杆膨胀机22排出的蒸汽被 螺杆压缩机90压缩而被升压后，被排出向排出管48。
另外，该螺杆压縮机90与从螺杆膨胀机22向发电机24传递动力的 旋转驱动轴64连结。具体地说，螺杆压縮机90的一方的螺旋转子36 (或 38)的旋转轴36b (或38b)与旋转驱动轴64由共同的轴构成，螺杆压缩 机卯被配置于螺杆膨胀机22和发电机24的中间位置。
另外，螺杆压縮机90的下游侧的排出管48上设有第五压力计94，由 该压力计94测量的压力数据被送向控制器28。
接着，对于该发电装置20的动作进行说明。从蒸汽源10供给的蒸汽 从主配管14被供应给供给管46，并从螺杆膨胀机22的入口 42被供应给 内部。然后，与第一实施方式同样，在螺杆膨胀机22中，通过膨胀室40 的容积变化得到动力，该动力被传递给发电机24来进行发电。由该发电 生成的电也与所述第一实施方式同样被频率转换器26将频率转换为商用 频率，并被变压器66变压而被送向系统68。另外，发电时用过的蒸汽在所述膨胀过程中，通过将该蒸汽的能量转换为旋转动力，从蒸汽源10供 给的蒸汽从压力Pl被减压到螺杆膨胀机22的出口压力P2并从螺杆膨胀
机22被排出。该排出的蒸汽流过连结管92而被供应给螺杆压缩机90。
在螺杆压縮机90中，通过连结管92从螺杆膨胀机22被供给的蒸汽 被压缩，从螺杆膨胀机22的出口压力P2被升压到处理器侧压力P3。此 时，螺杆压縮机90从旋转驱动轴64得到驱动力而进行所述压缩。
然后，被压缩了的蒸汽从螺杆压縮机90被排出向排出管48。该被排 出了的蒸汽的压力被第五压力计94测量，基于通过该测量得到的压力数 据控制器28控制发电机24的转速，将处理器侧压力P3调整为希望的压 力。
详细的说，螺杆膨胀机22和螺杆压縮机90由旋转驱动轴64连结， 因此转速相同。另外，旋转驱动轴64还与发电机24连结。因此，通过控 制发电机24的转速，可以同时进行螺杆膨胀机22以及螺杆压缩机90的 转速控制。而且，此时的螺杆膨胀机22的入口压力P1和出口压力P2的 比，以及螺杆压縮机90的入口压力P2和出口压力P3的比都与设计值(设 计膨胀比以及设计压缩比)相同。
从螺杆压缩机90被排出向排出管48的蒸汽返回主配管14，并被供应 给下游侧的处理器12。
如以上说明，根据本实施方式，在通过螺杆膨胀机22时的膨胀过程 中蒸汽被冷凝， 一端产生冷凝水，但该冷凝水与从螺杆膨胀机22排出的 蒸汽一起被导入螺杆压縮机90内，在该螺杆压縮机90内被压縮，由此再 蒸发而成为蒸汽。其结果是作为该发电装置20整体，抑制由蒸汽产生冷 凝水。
另外，通过螺杆压縮机90可以使从螺杆膨胀机22排出的蒸汽的压力 上升，因此可以使螺杆膨胀机22的出口压力P2低于处理器侧压力P3。 即，与第二实施方式同样，可以使螺杆膨胀机22的入口压力P1和出口压 力P2的压力差大于从蒸汽源10供给的蒸汽的压力Pl和处理器侧压力P3 的压力差。因此，可以将供应给该发电装置20的蒸汽具有的能量作为最 大限功(动力)进行回收，发电效率进一步提高。
另外，在本实施方式中，螺杆膨胀机22和发电机24和螺杆压缩机90由共同的旋转驱动轴64连结。因此，与经过多个部件将来自螺杆膨胀机
22的动力传递给发电机24和螺杆压缩机90的情况相比，可以减小所述动 力的机械损失，发电效率进一步提高。另外，作为传递所述动力的机构， 通过形成旋转驱动轴64那样的简单结构，在该动力传递机构中，难以产 生故障且维护也容易。
而且，本发明的发电装置并不限定于上述实施方式，不言而喻，在不 脱离本发明的主旨的范围内可以进行各种变更。
例如，在第三实施方式中，沿着旋转驱动轴64顺次配置有螺杆膨胀 机22、螺杆压縮机90以及发电机24，但并不限定于此，如图10 (a)所 示，也可以沿着旋转驱动轴64按照螺杆膨胀机22、发电机24以及螺杆压 缩机90的顺序配置。即使按照这样的顺序配置，各部分由共同的旋转驱 动轴64连结，由此通过对任一个的转速进行控制，就可以同时控制其他 两个的转速。因此，只要通过壳体30内的空间等供给需要对所述顺序进 行替换来配置即可。
另外在第三实施方式中，还可以在连结管92上设有冷凝水飞散器96 (参考图10 (c))。该冷凝水飞散器96用于使蒸汽在膨胀过程中冷凝了的 冷凝水飞散，并再次分散到蒸汽中。通过将这样的冷凝水飞散器96设置 于连结管92，即使在螺杆膨胀机22的膨胀过程蒸汽暂时冷凝而产生的冷 凝水在连结管92内成为液膜，通过使该液膜向该连结管92内的蒸汽中飞 散，在螺杆压縮机90内的所述冷凝水的再蒸发变得容易。
另外，在第三实施方式中，如图IO (b)所示，还可以在连结管92上 设置液体注入装置98。该液体注入装置98用于向连结管92内注入构成蒸 汽的液体。这样的液体注入装置98设置在连结管92上，通过将所述液体 注入连结管92内，可以使供应给处理器12的蒸汽量增加。此时，也可以 通过在连结管92上设置冷凝水分离器100，在从连结管92内的蒸汽分离 冷凝水并将其排出后，通过液体注入装置98注入所述液体。另外，不设 置液体注入装置98，在连结管92上仅设置冷凝水分离器100,由此在处 理器12中可以得到过热蒸汽。
而且，通过由容积型压缩机(在第三实施方式中，为螺杆压縮机90) 构成压缩机，即使向该压缩机内导入来自所述液体注入装置98等的液体
20也难以产生故障。
所谓的冷凝水飞散器96和液体注入装置98，如图10 (b)所示，也 可以设置在连结管92上。通过如此将两者设置在连结管92上，在连结管 92内成为液膜的冷凝水在螺杆压縮机90容易再蒸发，并且可以增加向处 理器12供给的蒸汽量。
在第三实施方式中，作为用于将由螺杆膨胀机22产生的动力(旋转 动力)传递给发电机24以及螺杆压缩机90的动力传递机构，虽然采用旋 转驱动轴64，但并不限定于此，如图11所示，还可以由多个齿轮102、 102…构成。此时，螺杆压縮机90也可以具有用于得到来自外部的动力的 齿轮104，该齿轮104被配置成啮合于多个齿轮102、 102…中的任一个。 而且，在图11中，所述多个齿轮102、 102…以及螺杆压縮机90具有的齿 轮104构成减速机106。
通过如前所述构成所述动力传递机构，通过设定各齿轮102、 104的 齿轮比，可以容易得到希望的螺杆压縮机90的出口压力(处理器侧压力) P3以及希望的螺杆膨胀机22的出口压力P2。因此，可以将螺杆膨胀机 22的入口压力Pl和出口压力P2的压力差设定成希望的压力差，并且可 以使处理器侧压力P3成为希望的压力。
进而，通过各种齿轮的组合，螺杆膨胀机22、发电机24以及螺杆压 縮机90的配置的自由度提高。另外，还可以作为能够改变齿轮的组合的 机构(变速机构等)。此时，通过控制器28进行控制，改变齿轮的组合， 使得对应于从蒸汽源10供给的蒸汽量的变动或处理器侧压力的变动而使 在各部位的压力P1、 P2、 P3成为适当的压力(螺杆膨胀机22的设计膨胀 比以及螺杆压縮机90的设计压縮比)，并使螺杆膨胀机22、发电机24以 及螺杆压縮机90的转速分别成为适当的转速。
权利要求
1. 一种发电装置，利用供给的蒸汽进行发电，并将发电时用过的所述蒸汽排出，其特征在于，该发电装置具有容积型膨胀机，其对应于由导入膨胀室的所述蒸汽的压力引起的该膨胀室的容积变化而产生动力；发电机，其经动力传递机构连结于该容积型膨胀机，以接受来自所述容积型膨胀机的所述动力；冷凝水抑制机构，其用于抑制因所述供给的蒸汽通过所述容积型膨胀机而从该蒸汽产生的冷凝水。
2. 如权利要求l所述的发电装置，其特征在于， 所述容积型膨胀机是螺杆膨胀机。
3. 如权利要求1所述的发电装置，其特征在于， 所述冷凝水抑制机构是设置在所述容积型膨胀机的下游侧的流路上，对通过的所述蒸汽进行节流膨胀的节流膨胀机构。
4. 如权利要求3所述的发电装置，其特征在于， 所述节流膨胀机构是减压阀。
5. 如权利要求3所述的发电装置，其特征在于， 所述节流膨胀机构是节流阀或在所述流路上形成的节流部。
6. 如权利要求l所述的发电装置，其特征在于，所述冷凝水抑制机构由喷射器、分支流路以及排出流路构成，所述喷 射器利用供应给喷嘴部的蒸汽产生负压，并利用该负压从吸引部吸引其他 的蒸汽，所述分支流路从所述容积型膨胀机的上游侧的流路分支，所述排 出流路与所述容积型膨胀机的下游侧连接，所述分支流路与所述喷射器的所述喷嘴部连接，并且所述排出流路与 所述吸引部连接。
7. 如权利要求6所述的发电装置，其特征在于，在所述分支流路上设有流量调整阀。
8. 如权利要求l所述的发电装置，其特征在于，所述冷凝水抑制机构由在所述容积型膨胀机的下游侧的流路上设置的压缩机构成，该压缩机采用连结于所述动力传递机构而被驱动的结构。
9. 如权利要求8所述的发电装置，其特征在于，所述动力传递机构由连结所述容积型膨胀机和所述发电机的旋转驱动轴构成，所述压縮机连结于所述旋转驱动轴。
10. 如权利要求8所述的发电装置，其特征在于，所述动力传递机构由多个齿轮构成，所述压縮机具有用于从外部得到动力的齿轮，该齿轮被配置成与所述多个齿轮中的任一个啮合。
11. 如权利要求8 10中任一项所述的发电装置，其特征在于，所述压缩机是螺杆压缩机。
12. 如权利要求ll所述的发电装置，其特征在于，在所述容积型膨胀机和螺杆压縮机之间的流路上设有冷凝水飞散器，该冷凝水飞散器用于使在通过所述容积型膨胀机时冷凝了的所述蒸汽飞散。
13. 如权利要求ll所述的发电装置，其特征在于，在所述容积型膨胀机和螺杆压縮机之间的流路上设有液体注入装置，该液体注入装置用于向该流路内注入构成所述蒸汽的液体。
全文摘要
提供一种可以抑制在发电时由蒸汽产生的冷凝水的发电装置。本发明涉及的发电装置(20)利用供给的蒸汽进行发电，并将发电时用过的所述蒸汽排出，其特征在于，该发电装置具有容积型膨胀机(22)，其对应于由导入膨胀室(40)的蒸汽的压力引起的该膨胀室(40)的容积变化而产生动力；发电机(24)，其经动力传递机构(64)连结于该容积型膨胀机(22)，以接受来自容积型膨胀机(22)的动力；冷凝水抑制机构(58)，其用于抑制因供给的蒸汽通过容积型膨胀机(22)而从该蒸汽产生的冷凝水。
文档编号F01K7/00GK101545382SQ200810181919
公开日2009年9月30日 申请日期2008年11月28日 优先权日2008年3月24日
发明者松田治幸, 桑原英明, 西村真 申请人:株式会社神户制钢所