JP5860435B2

JP5860435B2 - 発電装置

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Publication number: JP5860435B2
Application number: JP2013115036A
Authority: JP
Inventors: 昇壷井
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2016-02-16
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Also published as: US9932829B2; EP2808485B1; CN104213940B; JP2014234719A; US20140356208A1; CN104213940A; EP2808485A1

Description

本発明は、発電装置に関するものである。

従来、低温の排熱から動力を回収するための発電装置として、沸点の低い作動媒体を排熱により蒸発させて作動媒体の蒸気により膨張機ロータを回転駆動させるとともに、膨張機ロータの回転により発電機を駆動させることで発電を行うバイナリ発電装置が知られている。下記特許文献１には、このような発電装置の一例が開示されている。

下記特許文献１に開示された発電装置は、下から上へ順に配置されるとともに一体化された膨張機、発電機及び冷媒ポンプを備える。

膨張機は、作動室に流入する蒸気冷媒の膨張によって旋回する旋回スクロールを有する。発電機は、旋回スクロールとシャフトを介して接続されたモータ軸と、モータ軸に取り付けられたロータとを有する。発電機では、旋回スクロールの旋回運動がシャフトを介して伝達されることによってモータ軸及びロータが回転し、発電が行われる。発電機のハウジング内には、モータ軸を支持する軸受が設けられている。

作動室には、潤滑油を含む蒸気冷媒が導入される。旋回スクロールを旋回させた後の蒸気冷媒は、発電機のハウジングに形成された吐出ガス通路を通って発電機の上部へ流れ、ハウジング内に流入する。このとき、流路の拡大に伴って蒸気冷媒の流速が低下し、その結果、冷媒から潤滑油が分離する。分離した潤滑油は、ハウジング内の空間を落下し、軸受等に供給され、さらに流れ落ちてハウジングと旋回スクロールとの間のオイル溜め部に溜まる。オイル溜め部に溜まった潤滑油は、シャフト内に形成されたシャフト通路を通じて冷媒ポンプ側へ吸い上げられ、各部を潤滑するとともに液冷媒に溶け込んで液冷媒と一緒に排出される。

特許第４６８４８８２号公報

上記の従来の発電装置では、軸受からオイル溜め部へ潤滑油が流れ落ちるため、発電装置の起動時に軸受の油切れが生じている場合があり、軸受に損傷が生じたり、軸受の寿命が低下する虞がある。また、ハウジングと旋回スクロールとの間にオイル溜め部が設けられるとともに、潤滑後の潤滑油と冷媒を排出する冷媒ポンプが設けられることにより、発電装置の構成が複雑化するとともに製造コストが増大する。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、発電装置の軸受の損傷及び寿命の低下を抑制するとともに、発電装置の構成の簡略化及び製造コストの低減を図ることである。

上記目的を達成するために、本発明による発電装置は、作動媒体の蒸気と潤滑油が導入される膨張室が内部に設けられたケーシングと、前記膨張室に導入された作動媒体の蒸気から膨張力を受けることにより回転駆動される膨張機ロータと、前記膨張機ロータに連結されて当該膨張機ロータの回転に伴って回転する発電機ロータを有し、当該発電機ロータの回転により発電を行う発電機と、前記膨張機ロータが回転自在となるように前記膨張機ロータの回転軸を前記膨張室の作動媒体の導入口側で支持する第１軸受と、前記膨張機ロータが回転自在となるように前記膨張機ロータの回転軸を前記膨張室の作動媒体の導出口側で支持する第２軸受とを備え、前記ケーシング内には、前記膨張室の前記導入口よりも低圧であり、前記第１軸受を収容する第１軸受室が設けられ、前記第１軸受室において前記第１軸受の最下部よりも上方の位置には、当該第１軸受室よりも低圧の低圧部へ潤滑油を導く通路が繋がり、前記ケーシング内における前記第１軸受室と前記膨張室との間の位置には、前記回転軸の外周を封止する軸封が設けられ、前記第１軸受室と繋がる前記通路の端部の下端は、前記軸封の最下部よりも下方に位置する。

この発電装置では、第１軸受室が膨張室の導入口よりも低圧であることにより、導入口を通って膨張室に導入される作動媒体と潤滑油の一部が第１軸受室へ流入する。そして、第１軸受室から低圧部へ潤滑油を導く通路が第１軸受の最下部よりも上方の位置で第１軸受室に繋がるため、第１軸受室内から通路を通じて潤滑油が排出されても、第１軸受の最下部には潤滑油が残る。このため、発電装置の起動時に第１軸受の油切れを防ぐことができ、第１軸受の損傷及び寿命の低下を抑制することができる。また、この発電装置では、第１軸受を潤滑した潤滑油は第１軸受室から通路を通じて第１軸受室よりも低圧の低圧部へ圧力差によって排出されるため、ケーシング内に潤滑油を溜めておく油溜まりを設ける必要がないとともに潤滑油を排出するためのポンプを設ける必要もない。このため、発電装置の構成を簡略化できるとともに製造コストを低減できる。また、この発電装置では、第１軸受室に潤滑油が溜まるとしても、軸封の最下部以上に潤滑油が溜まるのを防ぐことができる。このため、第１軸受室に潤滑油が溜まる量が多くなりすぎて、ロータの回転時に潤滑油を攪拌することによって生じる動力のロスを抑制できる。

上記発電装置において、前記通路の端部は、前記第１軸受室の側部に繋がることが好ましい。

上記発電装置において、前記膨張室は、当該膨張室に対する作動媒体の導入口と当該膨張室からの作動媒体の導出口との間に位置し、前記導入口と前記導出口との中間の圧力を有する中間部を有し、前記低圧部は、前記中間部であってもよい。

この構成によれば、第１軸受を潤滑した後の潤滑油を第１軸受室から通路を通じて膨張室の中間部へ戻すことができる。これにより、中間部に戻した潤滑油を膨張機ロータの潤滑に用いることができる。

上記発電装置において、前記ケーシング内には、前記第１軸受室よりも低圧であり、前記第２軸受を収容する第２軸受室が設けられ、前記低圧部は、前記第２軸受室であってもよい。

この構成によれば、第１軸受を潤滑した後の潤滑油を第１軸受室から通路を通じて第２軸受室へ供給して第２軸受の潤滑に利用することができる。

上記発電装置において、前記ケーシングには、前記第１軸受室よりも低圧であり、前記膨張室の前記導出口から排出される作動媒体を当該ケーシングの外部へ排出する排出口が設けられ、前記低圧部は、前記排出口であってもよい。

この構成によれば、第１軸受を潤滑した後の潤滑油を第１軸受室から通路を通じて膨張室からの作動媒体と一緒にケーシングの外部へ排出することができる。

上記発電装置は、前記膨張機ロータを含む一対の膨張機ロータを備えるとともに、前記一対の膨張機ロータの前記回転軸をそれぞれ支持する一対の前記第１軸受を備え、前記ケーシング内には、前記一対の第１軸受をそれぞれ収容する一対の前記第１軸受室と、前記一対の第１軸受室同士を連通させる連通路が設けられ、前記連通路は、前記各第１軸受の最下部よりも上方に位置することが好ましい。

この構成によれば、一対の膨張機ロータを備える発電装置の起動時に一対の第１軸受に油切れが生じるのを防ぐことができ、一対の第１軸受の損傷及び寿命の低下を抑制できる。

以上説明したように、本発明によれば、発電装置の軸受の損傷及び寿命の低下を抑制できるとともに、発電装置の構成の簡略化及び製造コストの低減を図ることができる。

本発明の一実施形態による発電装置を用いた発電システムを示す概略図である。発電装置の膨張機ケーシングから蓋部を取り外した状態を図１中の矢印ＩＩ方向から見た図である。図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った発電装置の断面図である。本発明の第１変形例による発電装置の構成を示す概略図である。本発明の第２変形例による発電装置の構成を示す概略図である。本発明の第３変形例による発電装置の構成を部分的に示す概略図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１には、本実施形態の発電装置２を用いた発電システムが示されている。発電システムは、ランキンサイクルを用いたものであり、沸点の低い作動媒体を利用して低温の排熱から動力を回収するバイナリー発電方式の発電システムである。作動媒体としては、例えばＲ２４５ｆａ（１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン）等の冷媒が用いられる。発電システムは、図１に示すように、発電装置２と、循環流路４と、凝縮器６と、循環ポンプ８と、蒸発器１０とを備える。

発電装置２の詳細な構造については後述するが、発電装置２は、スクリュ式の膨張機１４と発電機１６とを備える。発電装置２では、作動媒体の蒸気の膨張力により膨張機１４の後述する膨張機ロータ３２ａ，３２ｂが回転駆動されるとともに、膨張機ロータ３２ａ，３２ｂの回転に伴って発電機１６の後述する発電機ロータ３８が回転して発電を行う。

循環流路４は、発電装置２の後述する排出口４４ｂと流入口４４ａとを連通させる。発電装置２の排出口４４ｂからは、発電に利用された後の作動媒体の蒸気と潤滑油とが排出される。循環流路４は、排出口４４ｂから排出された作動媒体の蒸気と潤滑油との混合流体を流入口４４ａへ導く。

凝縮器６は、循環流路４に設けられている。凝縮器６は、排出口４４ｂから循環流路４に排出されて当該凝縮器６に流入する混合流体を低温の冷却水との熱交換により冷却し、混合流体中の作動媒体の蒸気を凝縮させる。これにより、凝縮器６から排出される混合流体は、液状の作動媒体と潤滑油とが混ざったものとなる。

循環ポンプ８は、循環流路４において凝縮器６の下流側の箇所に設けられている。循環ポンプ８は、凝縮器６から排出された混合流体を下流側へ圧送する。

蒸発器１０は、循環流路４において循環ポンプ８の下流側の箇所に設けられている。蒸発器１０は、当該蒸発器１０に供給された加熱媒体と循環ポンプ８から圧送された混合流体とを熱交換させることにより、混合流体中の作動媒体を蒸発させる。なお、加熱媒体として車両等の排ガス、温水や水蒸気等が利用される。これにより、蒸発器１０から排出されて発電装置２の流入口４４ａへ供給される混合流体は、作動媒体の蒸気と液状の潤滑油とが混ざったものとなる。

発電システムでは、作動媒体が循環流路４を通じて蒸発器１０から発電装置２へ供給されるとともに、発電装置２から循環流路４に排出された作動媒体が凝縮器６に供給され、凝縮器６に供給された作動媒体が循環ポンプ８を介して蒸発器１０に戻るという循環回路が構成される。作動媒体が発電システムの循環回路を循環することで排熱から電気エネルギが生成される。

次に、本実施形態の発電装置２の構成について詳細に説明する。

発電装置２は、図１に示すように、ケーシング１２と、膨張機１４と、発電機１６と、複数の第１軸受１８と、複数の第２軸受２０とを有する。

ケーシング１２は、発電装置２の外面を構成するものであり、水平方向に延在する状態で設置される。ケーシング１２は、膨張機１４を内部に収容する膨張機ケーシング３０と、発電機１６を内部に収容する発電機ケーシング３１とを有する。膨張機ケーシング３０と発電機ケーシング３１は、互いに締結されることによりケーシング１２を形成する。

膨張機ケーシング３０は、膨張機ケーシング本体４１と、膨張機ケーシング入口側部４２と、蓋部４３とを有する。発電機ケーシング３１と膨張機ケーシング本体４１と膨張機ケーシング入口側部４２とは、水平方向に順に並んで配置される。膨張機ケーシング本体４１は、発電機ケーシング３１に締結され、膨張機ケーシング入口側部４２は、膨張機ケーシング本体４１に締結される。蓋部４３は、膨張機ケーシング入口側部４２の膨張機ケーシング本体４１と反対側の端部に取り付けられる。蓋部４３は、膨張機ケーシング入口側部４２の端部に形成された開口を封止する。

膨張機ケーシング入口側部４２の上部には、図１に示すように、作動媒体の蒸気と潤滑油との混合流体が流入する流入口４４ａが設けられる。膨張機ケーシング本体４１の下部には、下方に開口する排出口４４ｂが設けられる。排出口４４ｂは、膨張機１４の後述する膨張機ロータ３２ａ，３２ｂを回転駆動させた後の作動媒体の蒸気と、潤滑油とを、膨張機ケーシング３０の外部へ排出するものである。

また、膨張機ケーシング本体４１内には、流入口４４ａと連通する蒸気入口４５ａと、排出口４４ｂと連通する蒸気出口４５ｂとが設けられている。蒸気入口４５ａは、後述する膨張室５１への作動媒体の蒸気の導入口であり、蒸気出口４５ｂは、膨張室５１からの作動媒体の蒸気の導出口である。蒸気入口４５ａは、膨張機ロータ３２ａ，３２ｂの発電機１６から遠い側の端部近傍に設けられ、蒸気出口４５ｂは、膨張機ロータ３２ａ，３２ｂの発電機１６に近い側の端部近傍に設けられている。膨張機ケーシング本体４１は、排出口４４ｂと発電機１６側の空間との間に設けられた隔壁５０を有する。隔壁５０には、排出口４４ｂ内の空間と発電機１６側の空間とを連通させる連通口５０ａが形成されている。

図２は、発電装置２の膨張機ケーシング３０から蓋部４３を取り外した状態を図１中の矢印ＩＩ方向から見た図であり、図３は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った発電装置２の断面図である。

膨張機１４は、図３に示すように、互いに噛み合って各々の軸回りに回転する一対の膨張機ロータ３２ａ，３２ｂを備える。膨張機ロータ３２ａ，３２ｂは、スクリュロータである。一方の膨張機ロータ３２ａには、図１に示すように、当該膨張機ロータ３２ａの軸方向の一端から突出して延びる第１回転軸３４ａと、当該膨張機ロータ３２ａの軸方向の他端から突出して延びる第２回転軸３５ａとが設けられる。他方の膨張機ロータ３２ｂには、一方の膨張機ロータ３２ａと同様、第１回転軸３４ｂ（図２参照）と図略の第２回転軸とが設けられる。一対の膨張機ロータ３２ａ，３２ｂは、膨張機ケーシング３０内において、それらの軸方向がケーシング１２の延在方向である水平方向と一致するように配置されるとともに、並列に配置される。

各膨張機ロータ３２ａ，３２ｂの外周部には螺旋形の歯が形成される。図３に示すように、一対の膨張機ロータ３２ａ，３２ｂの歯が噛み合うことによって一対の膨張機ロータ３２ａ，３２ｂの歯同士の間に膨張室５１が形成される。流入口４４ａを通じて膨張機ケーシング３０内に流入した混合流体は、蒸気入口４５ａを通って膨張室５１に導入される。膨張室５１に導入された混合流体中の作動媒体の蒸気の膨張力により、膨張室５１が拡大するように一対の膨張機ロータ３２ａ，３２ｂが各々の軸回りに回転する。膨張機ロータ３２ａ，３２ｂの回転に伴って、膨張室５１は、発電機１６側へ移動して蒸気出口４５ｂと連通する。これにより、膨張室５１内の作動媒体の蒸気は、蒸気出口４５ｂを通じて排出口４４ｂへ排出される。

発電機１６は、図１に示すように、一方の膨張機ロータ３２ａに連結された発電機ロータ３８と、発電機ロータ３８の周りを囲むように発電機ロータ３８の径方向外側に配置されたステータ４０とを有する。発電機ロータ３８は、一方の膨張機ロータ３２ａと同軸となるように配置され、一方の第２回転軸３５ａを介して当該一方の膨張機ロータ３２ａと連結される。発電機ロータ３８は、一方の膨張機ロータ３２ａと一体的に回転する。発電機ロータ３８が回転することによって、当該発電機ロータ３８とステータ４０との間で発電が行われる。

複数の第１軸受１８は、膨張機ケーシング入口側部４２内に設けられる。複数の第１軸受１８には、図２に示すように、一方の膨張機ロータ３２ａの第１回転軸３４ａを支持する第１軸受１８ａと、他方の膨張機ロータ３２ｂの第１回転軸３４ｂを支持する第１軸受１８ｂとが含まれる。以下、一方の膨張機ロータ３２ａの第１回転軸３４ａを支持する第１軸受１８ａを「一方の第１軸受１８ａ」といい、他方の膨張機ロータ３２ｂの第１回転軸３４ｂを支持する第１軸受１８ｂを「他方の第１軸受１８ｂ」という。

一方の第１軸受１８ａは、一方の膨張機ロータ３２ａが回転自在となるように一方の第１回転軸３４ａを蒸気入口４５ａ側で支持し、他方の第１軸受１８ｂは、他方の膨張機ロータ３２ｂが回転自在となるように他方の第１回転軸３４ｂを蒸気入口４５ａ側で支持する。各第１軸受１８ａ，１８ｂは、ボールベアリングである。図２に示すように、一方の第１軸受１８ａは転動体としての複数のボール１８ｄを有し、他方の第１軸受１８ｂは転動体としての複数のボール１８ｆを有する。

複数の第２軸受２０は、図１に示すように膨張機ケーシング本体４１内に設けられる。複数の第２軸受２０には、一方の膨張機ロータ３２ａの第２回転軸３５ａを支持する第２軸受２０ａと、他方の膨張機ロータ３２ｂの図略の第２回転軸を支持する図略の第２軸受とが含まれる。以下、一方の膨張機ロータ３２ａの第２回転軸３５ａを支持する第２軸受２０ａを「一方の第２軸受２０ａ」といい、他方の膨張機ロータ３２ｂの第２回転軸を支持する第２軸受を「他方の第２軸受」という。

図１に示すように、一方の第２軸受２０ａは、一方の膨張機ロータ３２ａが回転自在となるように一方の第２回転軸３５ａを蒸気出口４５ｂ側で支持し、図略の他方の第２軸受は、他方の膨張機ロータ３２ｂ（図３参照）が回転自在となるように図略の他方の第２回転軸を蒸気出口４５ｂ側で支持する。

図１及び図２に示すように、膨張機ケーシング入口側部４２内において流入口４４ａの下方には、一方の第１軸受１８ａと他方の第１軸受１８ｂとをそれぞれ収容する一対の第１軸受室４６ａ，４６ｂが設けられる。一対の第１軸受室４６ａ，４６ｂは、並列に配置されている。各第１軸受室４６ａ，４６ｂ内は、蒸気入口４５ａ及び蒸気入口４５ａ側に位置する膨張室５１よりも低圧である。また、膨張機ケーシング入口側部４２内において、一対の第１軸受室４６ａ，４６ｂと膨張室５１との間には一対の第１軸封室４７ａ，４７ｂが設けられる。各第１軸封室４７ａ，４７ｂは、対応する第１回転軸３４ａ，３４ｂの外周を封止する第１軸封５２ａ，５２ｂを収容する。

膨張機ケーシング本体４１内には、図１に示すように、一方の第２軸受２０ａを収容する一方の第２軸受室４８ａと、図略の他方の第２軸受を収容する図略の他方の第２軸受室とが並列に設けられる。また、一方の第２軸受室４８ａと膨張室５１との間には一方の第２軸封室４９ａが設けられ、他方の第２軸受室と膨張室５１との間には図略の他方の第２軸封室が設けられる。一方の第２軸封室４９ａは、一方の第２回転軸３５ａの外周を封止する第２軸封５４ａを収容し、他方の第２軸封室は、他方の第２回転軸の外周を封止する図略の第２軸封を収容する。

一方の第１軸受室４６ａには、図２に示すように、当該一方の第１軸受室４６ａよりも低圧の低圧部へ潤滑油を導く通路５６が繋がる。通路５６の一端部５６ａは、一方の第１軸受１８ａの最下部１８ｃよりも上方の位置で一方の第１軸受室４６ａの側部に繋がる。詳しくは、通路５６の一端部５６ａは、一方の第１軸受１８ａの最下部１８ｃのボール１８ｄの下端よりも上方の位置で一方の第１軸受室４６ａの側部に繋がる。通路５６の一端部５６ａの下端５６ｂは、一方の第１軸受１８ａの最下部１８ｃよりも上方に位置するとともに、一方の第１軸封５２ａの最下部５２ｃ、換言すれば一方の第１軸封室４７ａの最下部よりも下方に位置する。

通路５６の他端部５６ｃは、図１に示すように、低圧部としての膨張室５１の中間部５１ａに繋がる。膨張室５１の中間部５１ａは、蒸気入口４５ａと蒸気出口４５ｂとの間に位置する。膨張室５１の中間部５１ａの圧力は、蒸気入口４５ａと蒸気出口４５ｂとの中間の圧力であって第１軸受室４６ａ，４６ｂよりも低圧である。

膨張機ケーシング入口側部４２内の一対の第１軸受室４６ａ，４６ｂ間には、図２に示すように、一対の第１軸受室４６ａ，４６ｂ同士を連通させる連通路５８が設けられている。連通路５８は、一対の第１軸受室４６ａ，４６ｂ同士を繋ぐ穴であり、通路５６が繋がる一方の第１軸受室４６ａ側へ他方の第１軸受室４６ｂ内の潤滑油を導く。

連通路５８は、各第１軸受１８ａ，１８ｂの最下部１８ｃ，１８ｅよりも上方に位置する。具体的には、連通路５８の一端は、一方の第１軸受１８ａの最下部１８ｃのボール１８ｄの下端よりも上方の位置で一方の第１軸受室４６ａに繋がり、連通路５８の他端は、他方の第１軸受１８ｂの最下部１８ｅのボール１８ｆの下端よりも上方の位置で他方の第１軸受室４６ｂに繋がる。また、連通路５８の下端は、第１軸封５２ａ，５２ｂの最下部５２ｃ，５２ｄ、換言すれば第１軸封室４７ａ，４７ｂの最下部よりも下方に位置する。

本実施形態では、蒸気入口４５ａ（図１参照）から膨張室５１（図３参照）に導入された混合流体中の作動媒体および潤滑油の一部は、膨張室５１と第１軸受室４６ａ，４６ｂ（図２参照）との圧力差により、第１軸封室４７ａ，４７ｂを通じて第１軸受室４６ａ，４６ｂへ流入する。一方の第１軸受室４６ａに流入して第１軸受１８ａを潤滑した潤滑油は、第１軸受室４６ａと膨張室５１の中間部５１ａとの圧力差により、通路５６を通じて膨張室５１の中間部５１ａへ流れる。他方の第１軸受室４６ｂにおいて第１軸受１８ｂを潤滑した潤滑油は、第１軸受室４６ａ，４６ｂと膨張室５１の中間部５１ａとの圧力差により、連通路５８を通じて一方の第１軸受室４６ａへ流れるとともに通路５６を通じて膨張室５１の中間部５１ａへ流れる。

通路５６の一端部５６ａが一方の第１軸受１８ａの最下部１８ｃよりも上方の位置で一方の第１軸受室４６ａに繋がるため、第１軸受室４６ａから通路５６を通じて膨張室５１の中間部５１ａへ潤滑油が流れても、一方の第１軸受１８ａの最下部１８ｃには潤滑油が残る。詳しくは、第１軸受１８ａの最下部１８ｃに位置するボール１８ｄの下端部が潤滑油に浸かった状態が維持される。また、一対の第１軸受室４６ａ，４６ｂ同士を連通させる連通路５８が各第１軸受１８ａ，１８ｂの最下部１８ｃ，１８ｅよりも上方に位置するため、他方の第１軸受室４６ｂから連通路５８を通じて一方の第１軸受室４６ａへ潤滑油が流れても、他方の第１軸受１８ｂの最下部１８ｅには潤滑油が残る。詳しくは、第１軸受１８ｂの最下部１８ｅに位置するボール１８ｆの下端部が潤滑油に浸かった状態が維持される。以上のことから、発電装置２の起動時に第１軸受１８ａ，１８ｂの油切れを防ぐことができ、第１軸受１８ａ，１８ｂの損傷及び寿命の低下を抑制することができる。

また、本実施形態では、第１軸受１８ａ，１８ｂを潤滑した潤滑油は第１軸受室４６ａ，４６ｂから第１軸受室４６ａ，４６ｂよりも低圧の膨張室５１の中間部５１ａへ圧力差によって排出されるため、ケーシング１２内に潤滑油を溜めておく油溜まりを設ける必要がないとともに潤滑油を排出するためのポンプを設ける必要もない。このため、発電装置２の構成を簡略化できるとともに製造コストを低減できる。

また、本実施形態では、一方の第１軸受室４６ａと繋がる通路５６の一端部５６ａの下端５６ｂは、第１軸封５２ａの最下部５２ｃよりも下方に位置するため、一方の第１軸受室４６ａに潤滑油が溜まるとしても、第１軸封５２ａの最下部５２ｃ以上に潤滑油が溜まるのを防ぐことができる。また、他方の第１軸受室４６ｂと繋がる連通路５８の端部の下端は、第１軸封５２ｂの最下部５２ｄよりも下方に位置するため、他方の第１軸受室４６ｂに潤滑油が溜まるとしても、第１軸封５２ｂの最下部５２ｄ以上に潤滑油が溜まるのを防ぐことができる。このため、第１軸受室４６ａ，４６ｂに潤滑油が溜まる量が多くなりすぎて、膨張機ロータ３２ａ，３２ｂの回転時に潤滑油を攪拌することによって生じる動力のロスを抑制できる。

また、本実施形態では、通路５６が繋がる低圧部が膨張室５１の中間部５１ａであるため、第１軸受１８ａ，１８ｂを潤滑した後の潤滑油を通路５６を通じて膨張室５１の中間部５１ａへ戻すことができる。これにより、中間部５１ａに戻した潤滑油を膨張機ロータ３２ａ，３２ｂの潤滑に用いることができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含む。

例えば、図４に示す第１変形例のように、第１軸受室４６ａから潤滑油を導く通路５６の他端部５６ｃは、一方の第２軸受室４８ａ及び図略の他方の第２軸受室に繋がってもよい。一方の第２軸受室４８ａ及び他方の第２軸受室は、発電機１６側の空間及び連通口５０ａを通じて排出口４４ｂと連通するため、排出口４４ｂ内と略等しい圧力になる。このため、一方の第２軸受室４８ａ及び他方の第２軸受室は第１軸受室４６ａよりも低圧となり、第１軸受室４６ａ内の潤滑油は圧力差により通路５６を通じて一方の第２軸受室４８ａ及び他方の第２軸受室へ導かれる。一方の第２軸受室４８ａに導入された潤滑油は一方の第２軸受２０ａを潤滑し、他方の第２軸受室に導入された潤滑油は他方の第２軸受を潤滑する。潤滑後の潤滑油は、発電機１６側の空間及び連通口５０ａを通って排出口４４ｂへ排出される。この第１変形例によれば、第１軸受１８ａ，１８ｂを潤滑した後の潤滑油を第２軸受２０の潤滑に利用することができる。

また、図５に示す第２変形例のように、第１軸受室４６ａから潤滑油を導く通路５６の他端部５６ｃは、排出口４４ｂに繋がってもよい。排出口４４ｂは第１軸受室４６ａよりも低圧であるため、第１軸受室４６ａ内の潤滑油は、第１軸受室４６ａと排出口４４ｂとの圧力差により通路５６を通じて排出口４４ｂへ導かれる。排出口４４ｂへ導かれた潤滑油は、膨張室５１の蒸気出口４５ｂから排出口４４ｂへ排出された作動媒体及び潤滑油と一緒にケーシング１２の外部へ排出される。

また、図６に示す第３変形例のように、通路５６は、第１軸受室４６ａの下面に繋がってもよい。具体的には、第１軸受室４６ａの下面は、第１軸受１８ａの最下部１８ｃよりも上方で且つ第１軸封５２ａの最下部５２ｃよりも下方に位置する部位４６ｄを有し、当該部位４６ｄに通路５６の一端部５６ａが繋がる。この第３変形例においても、第１軸受室４６ａから通路５６を通じて潤滑油が排出された場合に第１軸受１８ａの最下部１８ｃに潤滑油が残る。このため、発電装置２の起動時に第１軸受１８ａの油切れを防ぐことができ、第１軸受１８ａの損傷及び寿命の低下を抑制することができる。

本発明は、２つのロータを有する膨張機を備えた発電装置のみならず、単一のロータを有する膨張機を備えた発電装置にも適用可能である。例えば、スクロール膨張機を備えた発電装置や、ターボ膨張機を備えた発電装置にも適用可能である。

１２ケーシング
１６発電機
１８第１軸受
２０第２軸受
３２ａ、３２ｂ膨張機ロータ
３４ａ、３４ｂ第１回転軸
３５ａ第２回転軸
３８発電機ロータ
４５ａ蒸気入口（導入口）
４５ｂ蒸気出口（導出口）
４６ａ、４６ｂ第１軸受室
４８ａ第２軸受室
５１膨張室
５１ａ中間部
５２ａ、５２ｂ第１軸封（軸封）
５６通路
５８連通路

Claims

作動媒体の蒸気と潤滑油が導入される膨張室が内部に設けられたケーシングと、
前記膨張室に導入された作動媒体の蒸気から膨張力を受けることにより回転駆動される膨張機ロータと、
前記膨張機ロータに連結されて当該膨張機ロータの回転に伴って回転する発電機ロータを有し、当該発電機ロータの回転により発電を行う発電機と、
前記膨張機ロータが回転自在となるように前記膨張機ロータの回転軸を前記膨張室の作動媒体の導入口側で支持する第１軸受と、
前記膨張機ロータが回転自在となるように前記膨張機ロータの回転軸を前記膨張室の作動媒体の導出口側で支持する第２軸受とを備え、
前記ケーシング内には、前記膨張室の前記導入口よりも低圧であり、前記第１軸受を収容する第１軸受室が設けられ、
前記第１軸受室において前記第１軸受の最下部よりも上方の位置には、当該第１軸受室よりも低圧の低圧部へ潤滑油を導く通路が繋がり、
前記ケーシング内における前記第１軸受室と前記膨張室との間の位置には、前記回転軸の外周を封止する軸封が設けられ、
前記第１軸受室と繋がる前記通路の端部の下端は、前記軸封の最下部よりも下方に位置する、発電装置。
前記通路の端部は、前記第１軸受室の側部に繋がる、請求項１に記載の発電装置。
前記膨張室は、当該膨張室に対する作動媒体の導入口と当該膨張室からの作動媒体の導出口との間に位置し、前記導入口と前記導出口との中間の圧力を有する中間部を有し、
前記低圧部は、前記中間部である、請求項１又は２に記載の発電装置。
前記ケーシング内には、前記第１軸受室よりも低圧であり、前記第２軸受を収容する第２軸受室が設けられ、
前記低圧部は、前記第２軸受室である、請求項１又は２に記載の発電装置。
前記ケーシングには、前記第１軸受室よりも低圧であり、前記膨張室の前記導出口から排出される作動媒体を当該ケーシングの外部へ排出する排出口が設けられ、
前記低圧部は、前記排出口である、請求項１又は２に記載の発電装置。
前記膨張機ロータを含む一対の膨張機ロータを備えるとともに、前記一対の膨張機ロータの前記回転軸をそれぞれ支持する一対の前記第１軸受を備え、
前記ケーシング内には、前記一対の第１軸受をそれぞれ収容する一対の前記第１軸受室と、前記一対の第１軸受室同士を連通させる連通路が設けられ、
前記連通路は、前記各第１軸受の最下部よりも上方に位置する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発電装置。