JP2014231820A - バイナリー駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 バイナリー駆動装置において運転を再始動する場合に、回転機器に対する潤滑を安定して継続する。【解決手段】本発明のバイナリー駆動装置１は、作動媒体を蒸発させ、蒸発した作動媒体を膨張させると共に駆動力を発生させ、膨張した作動媒体を凝縮し、凝縮した作動媒体を再び蒸発させる循環経路上に設けられた回転機器に潤滑油を供給して回転機器の潤滑を行う潤滑機構を備えたバイナリー駆動装置１であって、潤滑機構は、作動媒体から潤滑油を分離する油分離器１３と、油分離器１３で分離された潤滑油を回転機器に送る潤滑油供給配管１４と、油分離器１３にて潤滑油が分離される前の作動媒体を回転機器に送る作動媒体供給配管１５とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、再始動時でも最適な潤滑状態を維持することができるバイナリー駆動装置に関するものである。

従来、工場などから排出される排蒸気のような低温の熱源から熱を回収して駆動力を取り出すものとして、バイナリー駆動装置が存在する。このバイナリー駆動装置は、作動媒体として水でなく低沸点の有機化合物などを用いており、通常の蒸気タービンを用いた駆動装置に比べて低温の熱源であっても駆動力の取り出しが可能なものとなっている。このようにして取り出された駆動力は発電機の運転に利用されたり、設備の動力として利用されたりする。

ところで、バイナリー駆動装置には、作動媒体を送り出したり作動媒体から駆動力を取り出したりするために、機器の内部で回転体を回転させている回転機器が複数設けられている。このような回転機器には、作動媒体により回転させられることで駆動力を取り出す膨張機や循環ポンプなどが挙げられる。
そして、このような回転機器には回転軸やこの回転軸の回転を受ける軸受などが設けられており、この軸受に対しては適宜潤滑を行うのが好ましい。そのため、従来のバイナリー駆動装置には、一般に回転機器の軸受などに潤滑油を供給して潤滑を行う潤滑機構が設けられている。この潤滑機構では、潤滑が終わった後で潤滑油を再び回収し、回収した潤滑油を回転機器に再び供給するといった循環方式が採用されている。

例えば、特許文献１のバイナリー駆動装置は、膨張機の吐出側に油分離器を設け、この油分離器で回収した潤滑油を膨張機の軸受などに供給する潤滑機構を備えている。この油分離器は、膨張機で駆動力を取り出した後の低圧の作動媒体から潤滑油を回収するものであり、一般に「低圧分離器」と呼ばれている。
一方、特許文献２のバイナリー駆動装置は、膨張機の吸込側、言い換えれば蒸発器の出側に油分離器を設け、この油分離器で回収した潤滑油を膨張機の軸受などに供給する潤滑機構を備えている。この油分離器は、膨張機で駆動力を取り出す前の高圧の作動媒体から潤滑油を回収するものであり、前述の「低圧分離器」に対して「高圧分離器」と呼ばれている。

特開平１１−１０１１０６公報 特開２０１１−１２２５６８公報

ところで、上述した特許文献１の低圧分離器でも特許文献２の高圧分離器でも、油分離器で回収された潤滑油は油分離器の内部に一時的に貯留され、貯留された潤滑油が回転機器に送られて潤滑に用いられる。そのため、バイナリー駆動装置の運転を何らかの理由で停止し、停止していたバイナリー駆動装置の運転を再開する場合には、貯留された潤滑油が無くなって潤滑不良を引き起こすことがある。

例えば、バイナリー駆動装置を運転しているときは、蒸発器で潤滑油がミストになり、作動媒体と一緒になって循環経路を循環している。ところが、バイナリー駆動装置の運転を停止すると、作動媒体中に含まれていたミスト状の潤滑油が集まって液体に戻り、液体に戻った潤滑油が循環経路の中でも低い場所、例えば蒸発器の下部や蒸発器入側の立ち上がり部に滞留するようになる。

このようなバイナリー駆動装置の運転を再開すると、立ち上がり部などに溜まっていた潤滑油が蒸発器で蒸発し、蒸発した潤滑油が油分離器で再び回収される。そして、回収された潤滑油が回転機器に供給されてはじめて回転機器の潤滑が可能となる。
ところが、この溜まっていた潤滑油が回転機器に達するのに必要な時間は、非常に長く
なることが多い。というのも、流路断面積が大きな蒸発器を経由してからでなければ潤滑油は回転機器に到達できないし、起動初期には作動媒体のガス化が十分でなく作動媒体の流速も低いので、機器によっては回転機器の潤滑が開始されるまで非常に長い時間がかかる場合も少なくない。

そのため、再始動時には、油分離器の内部に貯留された潤滑油がすべて潤滑に使用されてしまい、一時的に潤滑油の貯留分が枯渇することで回転機器の潤滑が不十分となり、バイナリー駆動装置の潤滑不良を引き起こす場合がある。
特に、油分離器の内部に潤滑油を大量に貯留することができない小型の油分離器を用いる場合や、複数の回転機器に潤滑油を供給しなくてはならない場合には、潤滑油の枯渇が顕著に起きやすい。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、運転を再始動する場合にも、回転機器に対する潤滑を安定して継続することができるバイナリー駆動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、本発明のバイナリー駆動装置は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明のバイナリー駆動装置は、作動媒体を蒸発させ、蒸発した作動媒体を膨張させると共に駆動力を発生させ、膨張した作動媒体を凝縮し、凝縮した作動媒体を再び蒸発させる循環経路上に設けられた回転機器に潤滑油を供給して前記回転機器の潤滑を行う潤滑機構を備えたバイナリー駆動装置であって、前記潤滑機構は、前記作動媒体から潤滑油を分離する油分離器と、前記油分離器で分離された潤滑油を回転機器に送る潤滑油供給配管と、前記油分離器にて潤滑油が分離される前の作動媒体を回転機器に送る作動媒体供給配管とを備えていることを特徴とする。

なお、好ましくは、前記作動媒体供給配管は、前記油分離器から回転機器に向かう途中の潤滑油供給配管に合流しており、前記潤滑油供給配管または作動媒体供給配管に、前記回転機器と潤滑油供給配管または作動媒体供給配管との連通状態を切り替える切替弁が設けられているとよい。
なお、好ましくは、前記循環経路には、前記作動媒体を蒸発させる蒸発器が設けられており、前記蒸発器の下流側に、前記油分離器が設けられているとよい。

なお、好ましくは、前記循環経路には、前記作動媒体を膨張させる膨張機が設けられており、前記膨張機の下流側に、前記油分離器が設けられているとよい。
なお、好ましくは、前記油分離器には、当該油分離器内に潤滑油が貯留されていることを検知する検知器が設けられており、前記検知器での検知結果に基づいて、前記切替弁の切替が行われるとよい。

なお、好ましくは、前記回転機器が前記膨張機であり、前記潤滑油供給配管は前記膨張機の軸受に潤滑油を供給すると共に、前記作動媒体供給配管は前記膨張機の軸受に作動媒体を供給するように構成されているとよい。
なお、好ましくは、前記回転機器が前記循環経路に沿って作動媒体を循環させる循環ポンプであり、前記潤滑油供給配管は前記循環ポンプの軸受に潤滑油を供給すると共に、前記作動媒体供給配管は前記循環ポンプの軸受に作動媒体を供給するように構成されているとよい。

なお、好ましくは、前記循環ポンプには、当該循環ポンプで圧送される作動媒体の一部を前記循環ポンプの上流側に帰還させるリバースサーキュレーション配管が設けられており、前記作動媒体供給配管は、前記リバースサーキュレーション配管から分岐しているとよい。

本発明のバイナリー駆動装置によれば、運転を再始動する場合にも、回転機器に対する潤滑を安定して継続することができる。

第１実施形態のバイナリー駆動装置を示した図である。 第２実施形態のバイナリー駆動装置を示した図である。 第３実施形態のバイナリー駆動装置を示した図である。 第４実施形態のバイナリー駆動装置を示した図である。 第５実施形態のバイナリー駆動装置を示した図である。 従来のバイナリー駆動装置を示した図である。

［第１実施形態］
以下、本発明のバイナリー駆動装置１の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
図１は、第１実施形態のバイナリー駆動装置１の装置レイアウトを模式的に示したものである。
図１に示すように、バイナリー駆動装置１は、作動媒体を蒸発させ、蒸発した作動媒体を膨張させることで駆動力を発生させるものである。また、バイナリー駆動装置１は、このようにして駆動力を発生させた作動媒体が凝縮され、凝縮された液体の作動媒体を再び蒸発に用いる構成となっている。

具体的には、第１実施形態のバイナリー駆動装置１は、液体の作動媒体を蒸発させる蒸発器２と、蒸発器２で蒸発した気体の作動媒体を膨張させて回転駆動力を発生する膨張機３と、膨張機３で膨張した気体の作動媒体を液体に凝縮する凝縮器４と、凝縮器４から蒸発器２に向って作動媒体を循環させる循環ポンプ５とを備えている。これらの蒸発器２、膨張機３、凝縮器４及び循環ポンプ５は作動媒体を循環させる閉ループ状の循環配管６により接続されていて、作動媒体を循環配管６の一方向（蒸発器２→膨張機３→凝縮器４→循環ポンプ５の順番に循環して蒸発器２に帰還する方向）に沿って流通できるようになっている。

次に、バイナリー駆動装置を構成する蒸発器２、膨張機３、凝縮器４及び循環ポンプ５について説明する。
蒸発器２は、ボイラの排蒸気や温泉などのような熱源から１次側に供給された蒸気や温水などと、２次側に供給された作動媒体との熱交換を行う熱交換器であり、熱源から１次側に供給される熱を利用して液体の作動媒体を気化（蒸発）させるものである。本実施形態の蒸発器２は、排蒸気や温泉（地熱源）から１次側に供給される蒸気や温水の熱を利用して液体の作動媒体を気化させる構成とされている。

蒸発器２の１次側には、この蒸発器２内に蒸気を供給する蒸気配管７が設けられており、この蒸気配管７を介して、熱源で発生した温水や蒸気が蒸発器２の内部に供給されている。また、蒸発器２の２次側には、上述した循環配管６を介して液体の作動媒体が供給され、１次側の蒸気との間で熱交換がなされる。１次側の蒸気との熱交換で加熱された作動媒体は、循環配管６を介して膨張機３に向かって移送される。

膨張機３は、蒸発器２で気化した作動媒体を用いて回転駆動力を発生させるものであり、タービンやスクリュなどで構成されている。膨張機３には、膨張機３で得られた回転駆動力を伝達する駆動軸８と、この駆動軸８を回転自在に支持する軸受（図示略）とが設けられている。これらの駆動軸８や軸受には後述する潤滑機構を用いて潤滑油が供給されている。また、第１実施形態のバイナリー駆動装置１は取り出した回転駆動力を用いて発電を行う装置（バイナリー発電装置）であるため、膨張機３には発電機９が付帯的に設けられている。この膨張機３と発電機９とは、駆動軸８を介して互いに連結されており、膨張機３の回転駆動力を発電機９に伝達可能とされている。

凝縮器４は、１次側に供給された冷却水と、２次側に供給された気体の作動媒体との間に熱交換を行って、気体の作動媒体を凝縮（液化）させるものである。凝縮器４の１次側には、冷却水を供給する冷却水配管１０が設けられており、この冷却水配管１０を介して冷却塔（チラ−）などで冷却された冷却水が供給されている。また、凝縮器４の２次側には、膨張機３から送られてきた気体の作動媒体が循環配管６を経由して供給されており、凝縮器４の内部で凝縮した液体の作動媒体を循環ポンプ５に移送できるようになっている。

循環ポンプ５は、凝縮器４で凝縮された液体の作動媒体を循環配管６に沿って蒸発器２
に圧送するものであり、発電効率などが良好となるように回転数、電圧、あるいは電流などの運転条件を調整可能とされている。
ところで、本発明のバイナリー駆動装置１は、上述した蒸発器２、膨張機３、凝縮器４、循環ポンプ５の順番に巡回して蒸発器２に戻る循環配管６（循環経路）に沿って作動媒体を循環させる構成となっている。そして、本発明のバイナリー駆動装置１は、この循環経路上に設けられた回転機器に潤滑油を供給して回転機器の潤滑を行う潤滑機構を備えることを特徴としている。

具体的には、この潤滑機構は、作動媒体から潤滑油を分離する油分離器１３と、油分離器１３で分離された潤滑油を回転機器に送る潤滑油供給配管１４と、油分離器１３にて潤滑油が分離される前の作動媒体を回転機器に送る作動媒体供給配管１５とを備えている。
次に、第１実施形態のバイナリー駆動装置１の特徴である油分離器１３、潤滑油供給配管１４、作動媒体供給配管１５について説明する。

まず、潤滑機構で潤滑を行う対象である回転機器について説明する。
第１実施形態の潤滑機構で潤滑を行う回転機器は、循環経路上に設けられたものであり、潤滑油による潤滑を必要とするような回転動作を行っている機器である。具体的には、回転機器としては、上述した膨張機３や循環ポンプ５などが挙げられる。
つまり、膨張機３は、蒸発器２で蒸発した作動媒体をタービンなどで受けて回転駆動されるものであり、タービンの駆動軸やこの駆動軸を受ける軸受などを潤滑するために潤滑油が用いられる。また、循環ポンプ５は、ロータやギヤを回転させることで凝縮器４で凝縮した作動媒体を圧送するものであり、ロータやギヤの駆動軸やこの駆動軸を受ける軸受などを潤滑するために潤滑油が同様に用いられる。つまり、上述した回転機器には膨張機３や循環ポンプ５などがあり、本発明の潤滑機構は、膨張機３の軸受や駆動軸、乃至は循環ポンプ５の軸受や駆動軸に潤滑油を供給する。

なお、以降の第１実施形態は、潤滑機構による潤滑の対象が膨張機３（回転機器）の軸受（以降、軸受という場合は、軸受だけでなく軸受に支持された駆動軸も含む）のみとされた例である。
油分離器１３は、循環配管６を流通する作動媒体から、作動媒体に含まれる潤滑油を取り除くものであり、遠心力を利用して潤滑油を分離するものや、フィルタなどを用いて潤滑油を分離するものなどを用いることができる。循環経路上の油分離器１３が配設される位置は、循環配管６における蒸発器２と膨張機３との間であり、膨張機３で動力を取り出す前の高圧の作動媒体から潤滑油を分離する構成となっている。

また、油分離器１３の内部には分離した潤滑油を貯留する内部タンク１６が設けられており、油分離器１３では内部タンク１６に貯留された潤滑油が潤滑油供給配管１４を介して膨張機３側に供給されている。また、この内部タンク１６には、タンク内に貯留された潤滑油の油量（液位）を検知する液位計１７が設けられており、液位計１７で検知された潤滑油の油量は信号として後述する制御部１８に送られている。つまり、液位計１７で検知された潤滑油の油量が予め定められた液位以下であるか、液位以上であるかで、内部タンク１６が空であるかどうかが判断可能となる。

潤滑油供給配管１４は、油分離器１３で分離された潤滑油、言い換えれば内部タンク１６内に貯留された潤滑油を、膨張機３の軸受に供給するものである。この潤滑油供給配管１４の一端側（入側）は、上述した油分離器１３の内部タンク１６に接続されており、また他端側（出側）は、膨張機３の軸受に接続されており、分離された潤滑油を膨張機３のタービンの軸受に供給できるようになっている。

作動媒体供給配管１５は、油分離器１３の内部タンク１６から膨張機３の軸受に向かう潤滑油供給配管１４の中途側に接続された配管であり、油分離器１３で潤滑油が分離される前の作動媒体を膨張機３の軸受に直接流入させることにより、作動媒体に含まれる潤滑油を用いて膨張機３の軸受の潤滑を行っている。作動媒体供給配管１５の一端側（入側）は、循環ポンプ５から蒸発器２に向かう循環配管６に接続されており、作動媒体供給配管１５の他端側（出側）は、上述した潤滑油供給配管１４の中途側に接続されている。

また、上述した潤滑油供給配管１４及び作動媒体供給配管１５のそれぞれには、回転機
器と潤滑油供給配管１４または作動媒体供給配管１５との連通状態を切り替える切替弁が設けられている。
具体的には、この切替弁は、潤滑油供給配管１４に配備された第１遮断弁２０と、作動媒体供給配管１５に配備された第２遮断弁２１と、を有している。この第１遮断弁２０は、内部タンク１６から、潤滑油供給配管１４との合流点までの作動媒体供給配管１５に配備されている。また、第２遮断弁２１は、潤滑油供給配管１４の経路中途、言い換えれば、循環配管６から作動媒体供給配管１５との合流点までの潤滑油供給配管１４に配備されている。つまり、第１遮断弁２０を開放すると共に第２遮断弁２１を閉鎖することで潤滑油供給配管１４を経由した潤滑油の供給が可能となり、第１遮断弁２０を閉鎖すると共に第２遮断弁２１を開放することで作動媒体供給配管１５を経由した作動媒体（潤滑油を含む分離前の作動媒体）の供給が可能となる。

また、上述した第１遮断弁２０及び第２遮断弁２１は、いずれも電磁式で弁の開閉操作を行う電磁弁が用いられており、後述する制御部１８から入力される制御信号により弁の開閉が制御可能となっている。
制御部１８は、油分離器１３の内部タンク１６に設けられた液位計１７から入力された信号を基に、第１遮断弁２０及び第２遮断弁２１の開閉を制御しており、潤滑油供給配管１４を経由して油分離器１３の内部タンク１６の潤滑油を膨張機３の軸受に供給するか、作動媒体供給配管１５を経由して油分離器１３で潤滑油が分離される前の作動媒体を膨張機３の軸受に供給するかを選択できるようになっている。この制御部１８には、パソコンやシーケンサなどが用いられている。

次に、制御部１８での信号処理の流れ、言い換えれば第１実施形態の潤滑機構を用いて回転機器を潤滑する方法について説明する。
例えば、何らかの理由で一時的に停止していたバイナリー駆動装置１を、再始動する場合を考える。
従来のバイナリー駆動装置１０１で始動を行う場合、図６（従来装置）に示すように、まず循環ポンプ１０５を起動し、液体の作動媒体を蒸発器１０２に送る。そうすると、蒸発器１０２で熱交換が行われ、液体の作動媒体が蒸発する。このとき、例えば蒸発器１０２の下部や蒸発器１０２入側の立ち上がり部といった循環配管１０６の内でも低い場所（図例では蒸発器１０２内の黒塗りの四角部分）に、液体となった潤滑油が溜まっている。この液体の潤滑油は蒸発器１１０でミスト状になり、油分離器１１３に送られ、回収される。この油分離器１１３で回収された潤滑油が膨張機１０３の軸受へ供給されてはじめて、膨張機１０３の軸受の潤滑が可能となる。

ただ、この潤滑油が膨張機１０３へ実際に到達するには循環ポンプ１０５を始動してから数十秒程度の時間がかかる。一方、始動後短い場合は数秒で油分離器１１３の内部タンク１１６は空となるので、内部タンク１１６の潤滑油だけで膨張機１０３の軸受の潤滑を行うことは通常不可能である。
そこで、第１実施形態のバイナリー駆動装置１では、油分離器１３にて潤滑油が分離される前の作動媒体を回転機器に直接送って、回転機器を潤滑する潤滑機構を採用している。

具体的には、上述した潤滑機構には油分離器１３の内部タンク１６の液位を計測する液位計１７が設けられており、液位計１７で計測された潤滑油の液位の計測結果は制御部１８に信号として送られる。
制御部１８では、計測された液位が予め入力された液位の設定値以上であるかどうかを判定する。例えば、循環ポンプ５を始動した直後は、内部タンク１６に潤滑油が残っているため、計測された液位が液位の設定値以上との判定結果が得られる。そして、制御部１８から第１遮断弁２０に向かって弁を「開」にする指令が送られると共に、第２遮断弁２１に弁を「閉」にする指令が送られる。

そうすると、膨張機３の軸受に対して、潤滑油供給配管１４を経由する潤滑油の供給が許容されると共に、作動媒体供給配管１５を経由する作動媒体の供給が規制される。その結果、油分離器１３の内部タンク１６に貯留された潤滑油を用いて膨張機３の軸受を潤滑
することが可能となる。
やがて、循環ポンプ５を始動して数秒程度で、貯留されていた潤滑油が徐々に膨張機３の軸受に送られ、油分離器１３の内部タンク１６の液位が減少する。そうすると、計測された液位が液位の設定値を下回るとの判定結果が得られ、制御部１８から第１遮断弁２０に向かって弁を「閉」にする指令が送られると共に、第２遮断弁２１に弁を「開」にする指令が送られる。

その結果、膨張機３の軸受に対して、潤滑油供給配管１４を経由する潤滑油の供給が規制されると共に、作動媒体供給配管１５を経由する作動媒体の供給が許容される。その結果、油分離器１３にて潤滑油が分離される前の作動媒体（潤滑能力を有する作動媒体）、言い換えれば作動媒体に含まれる潤滑油を用いて膨張機３の軸受を潤滑することが可能となる。

やがて、蒸発器２を経由して作動媒体が油分離器１３に流れ込むようになると、油分離器１３で作動媒体から潤滑油が分離され、内部タンク１６の液位が上昇する。そうすると、液位計１７で計測される潤滑油の液位が再び設定値以上となり、潤滑油が潤滑油供給配管１４を経由して供給可能となって、分離器の内部タンク１６に貯留された潤滑油を用いて膨張機３の軸受を潤滑することが可能となる。

上述の潤滑機構を用いれば、蒸発器２を経由した潤滑油が油分離器１３に到達するまでの間は、まず分離器の内部タンク１６に貯留された潤滑油により膨張機３の軸受が潤滑される。
そして、分離器の内部タンク１６に貯留された潤滑油が空になると、油分離器１３にて分離される前の作動媒体に含まれる潤滑油が膨張機３の軸受に供給されるので、作動媒体に含まれる潤滑油を用いて膨張機３の軸受を潤滑することが可能となる。

やがて、蒸発器２を経由した潤滑油が油分離器１３に到達すると、分離器の内部タンク１６に潤滑油が貯留されるようになるので、新たに内部タンク１６に貯留された潤滑油を用いて膨張機３の軸受を潤滑することが可能となる。
上述した潤滑機構を用いれば、何らかの理由で停止していたバイナリー駆動装置１の運転を再始動する場合にも、回転機器に対する潤滑を安定して継続することができる。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態のバイナリー駆動装置１について図を用いて説明する。

図２に示すように、第２実施形態のバイナリー駆動装置１は、潤滑機構で潤滑される回転機器が膨張機３のみでなく、膨張機３と循環ポンプ５との複数である点で、第１実施形態と異なっている。
すなわち、第２実施形態の潤滑機構に設けられる潤滑油供給配管１４の一端側（入側）は第１実施形態と同様に上述した油分離器１３の内部タンク１６に接続されている。しかし、潤滑油供給配管１４の他端側（出側）は、２つに分岐しており、膨張機３の軸受と循環ポンプ５の軸受との双方に接続されていて、潤滑油や作動媒体を膨張機３の軸受だけでなく循環ポンプ５の軸受にも供給できるようになっている。

上述したような潤滑機構は、膨張機３の軸受だけでなく循環ポンプ５の軸受に対しても潤滑油を安定して供給し続けることができるので、循環ポンプ５の軸受を良好な潤滑状態に維持することが可能となる。例えば、循環ポンプ５として利用可能なポンプの中には、運転時においては軸受に潤滑油の供給が必須となるポンプがある。そのため、このようなポンプを循環ポンプ５として利用する際には、上述したような潤滑機構は特に有益となる。

また、膨張機３の軸受と循環ポンプ５の軸受との双方に潤滑油を供給する構成では、内部タンク１６に貯留された潤滑油を消費する速度も大きくなる。当然、循環ポンプ５を始動した後、短時間で内部タンク１６の潤滑油が無くなる可能性も高く、回転機器に対する潤滑が不十分となる可能性も高くなる。それゆえ、再始動時でも潤滑油を安定供給できるような本発明の潤滑機構がより好適に用いられる。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態のバイナリー駆動装置１について図を用いて説明する。

図３に示すように、第３実施形態のバイナリー駆動装置１は、第１実施形態のように液位計１７で計測された結果に基づいて潤滑油の供給経路を切り替えるものでなく、潤滑油供給配管１４に設けられた流量計２２で計測された結果に基づいて潤滑油の供給経路を切り替える構成とされている。
具体的には、第３実施形態のバイナリー駆動装置１は、内部タンク１６から作動媒体供給配管１５との合流点までの間の潤滑油供給配管１４に、潤滑油供給配管１４を流れる作動媒体の流量を計測する流量計２２を備えている。この流量計２２は、潤滑油供給配管１４を流れる作動媒体の密度に応じて流量が変化する構成となっており、作動媒体が液体であるときの流量に比べて、作動媒体が気体であるときの流量は非常に小さくなっている。

つまり、油分離器１３の内部タンク１６が空になると、液体の作動媒体が流れていた潤滑油供給配管１４に空気などの気体が流れるようになるので、流量計２２で計測される流量の値が大きく変化する。そこで、第３実施形態のバイナリー駆動装置１では、この流量計２２での計測値の変化を、内部タンク１６に貯留されていた潤滑油が無くなったサインとして捉えて、切替弁を切り替える構成となっている。

上述したような第３実施形態のバイナリー駆動装置１は、油分離器１３に液位計１７を設けるようなスペースがない場合に、特に有益である。
［第４実施形態］
次に、第４実施形態のバイナリー駆動装置１について図を用いて説明する。
図４に示すように、第４実施形態のバイナリー駆動装置１は、第１実施形態のように循環配管６における蒸発器２と膨張機３との間に油分離器１３を配備したものでなく、膨張機３と凝縮器４との間に油分離器１３を配備したものとなっている。つまり、第４実施形態のバイナリー駆動装置１は、第１実施形態のように膨張機３で動力を取り出す前の高圧の作動媒体から潤滑油を分離するものではなく、膨張機３で動力を取り出した後の低圧の作動媒体から潤滑油を分離する構成となっている。

具体的には、第４実施形態の潤滑機構に設けられる油分離器１３は、循環配管６における膨張機３の下流側で作動媒体から潤滑油を分離・回収している。また、この油分離器１３に設けられた潤滑油供給配管１４は、一端側（入側）は第１実施形態同様に内部タンク１６に接続されているが、他端側（出側）は油分離器１３より上流側に位置する膨張機３の軸受に接続されており、作動媒体と逆方向に向かって回収した潤滑油を帰還させる構成とされている。

また、この潤滑油供給配管１４には、内部タンク１６から膨張機３に向かう経路途中に、第１実施形態〜第３実施形態と同様に、潤滑油を分離する前の作動媒体を膨張機３の軸受に供給する作動媒体供給配管１５が設けられている。つまり、作動媒体供給配管１５の一端側（入側）は、循環ポンプ５から蒸発器２に向かう循環配管６に接続されており、作動媒体供給配管１５の他端側（出側）は、潤滑油供給配管１４の中途側に接続されている。この作動媒体供給配管１５には、作動媒体供給配管１５を通じて供給される作動媒体（潤滑油）を遮断する第２遮断弁２１が設けられている。

また、内部タンク１６から、作動媒体供給配管１５との合流点までの間の潤滑油供給配管１４には、潤滑油供給配管１４に沿って潤滑油を圧送するオイルポンプ２３と、潤滑油供給配管１４を通じての潤滑油の供給を遮断する第１遮断弁２０が設けられている。
また、上述した潤滑油供給配管１４のオイルポンプ２３には、上述した第１遮断弁２０及び第２遮断弁２１と同様に、制御部１８から制御信号が入力されており、このオイルポンプ２３により潤滑油供給配管１４を流れる潤滑油の流量を調整できるようになっている。

第４実施形態の潤滑機構では、膨張機３の下流側の循環配管６から回収された内部タンク１６内の潤滑油の液位を液位計１７で検知し、液位計１７で検知された液位が設定値を下回った際には、切替弁に指令を送り、第１遮断弁２０を遮断することで潤滑油の供給を止め、第２遮断弁２１を開くことで循環ポンプ５で加圧された作動媒体を作動媒体供給配管１５を介して膨張機３の軸受へ送るようにし、膨張機３の軸受の潤滑状態を変更する。また、液位計１７で検知された液位が設定値を下回った際には、オイルポンプ２３に指令
を送ってオイルポンプ２３の吐出圧を変化させることで、膨張機３の軸受の潤滑状態を変更するようにしてもよい。

上述したような第４実施形態のバイナリー駆動装置１は、図４に示すような装置構成、すなわち蒸発器２から油分離器１３までの距離が長く、再始動後に蒸発器２を通過した潤滑油が油分離器１３に達するのに時間が必要な装置構成で有益である。
［第５実施形態］
次に、第５実施形態のバイナリー駆動装置１について図を用いて説明する。

図５に示すように、第５実施形態のバイナリー駆動装置１は、循環ポンプ５に、リバースサーキュレーションタイプのポンプ、言い換えれば吐出側の作動媒体の一部を吸込側（例えば、凝縮器４の入側）に返送する形式のポンプを用いた構成となっている。そして、このリバースサーキュレーションタイプのポンプに設けられるリバースサーキュレーション配管２４を流れる作動媒体の一部を作動媒体供給配管１５に導く構成となっている。

具体的には、循環ポンプ５には、この循環ポンプ５で圧送される作動媒体の一部を循環ポンプ５の上流側に帰還させるリバースサーキュレーション配管２４が設けられている。このリバースサーキュレーション配管２４の一端側（入側）は、循環ポンプ５に設けられたリバースサーキュレーションポンプ２５に接続されている。また、リバースサーキュレーション配管２４の他端側（出側）は、循環ポンプ５の上流側、言い換えれば膨張機３から凝縮器４までの循環配管６に接続されている。つまり、リバースサーキュレーション配管２４は、循環ポンプ５の出側を流れる作動媒体の一部を凝縮器４の入側に返送することで、循環ポンプ５の温度調整を可能としている。

そして、第５実施形態のバイナリー駆動装置１は、このリバースサーキュレーション配管２４から分岐するように作動媒体供給配管１５が配設されている。つまり、この作動媒体供給配管１５の入側は、上述したリバースサーキュレーション配管２４の中途側に接続されていて、リバースサーキュレーション配管２４を流れる作動媒体の一部を膨張機３などの回転機器に導入できるようになっている。

また、上述した潤滑油供給配管１４は、第１実施形態と同様に油分離器１３の内部タンク１６と膨張機３との間に配設されており、内部タンク１６の潤滑油を膨張機３の軸受に送ることができるようになっている。また、作動媒体供給配管１５は、リバースサーキュレーション配管２４の中途側から分岐し、潤滑油供給配管１４の中途側に合流するものとなっており、この作動媒体供給配管１５の中途側（前述した分岐位置から合流位置の間）に上述した第２遮断弁２１が設けられている。

上述した第５施形態のバイナリー駆動装置１を運転させる場合には、液位計１７で計測された油分離器１３の内部タンク１６の液位が減少すると、計測された液位が液位の設定値を下回るとの判定結果が得られ、制御部１８から上述した第１遮断弁２０に向かって弁を「閉」にする指令が送られると共に、第２遮断弁２１に弁を「開」にする指令が送られる。

そうすると、リバースサーキュレーション配管２４の中途側から、潤滑油供給配管１４に作動媒体が流れ込み、潤滑油が分離される前の作動媒体（潤滑能力を有する作動媒体）、言い換えれば作動媒体に含まれる潤滑油を用いて膨張機３の軸受を潤滑することが可能となる。
上述したような第５施形態のバイナリー駆動装置１は、既存設備に設けられるリバースサーキュレーション配管２４を有効に利用して、簡単に潤滑油が分離される前の作動媒体を回転機器に供給する潤滑機構を設けることが可能となる。

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。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１ バイナリー駆動装置
２ 蒸発器
３ 膨張機
４ 凝縮器
５ 循環ポンプ
６ 循環配管
７ 蒸気配管
８ 駆動軸
９ 発電機
１０ 冷却水配管
１３ 油分離器
１４ 潤滑油供給配管
１５ 作動媒体供給配管
１６ 内部タンク
１７ 液位計
１８ 制御部
２０ 第１遮断弁
２１ 第２遮断弁
２２ 流量計
２３ オイルポンプ
２４ リバースサーキュレーション配管
２５ リバースサーキュレーションポンプ

Claims (8)

1. 作動媒体を蒸発させ、蒸発した作動媒体を膨張させると共に駆動力を発生させ、膨張した作動媒体を凝縮し、凝縮した作動媒体を再び蒸発させる循環経路上に設けられた回転機器に潤滑油を供給して前記回転機器の潤滑を行う潤滑機構を備えたバイナリー駆動装置であって、
   前記潤滑機構は、前記作動媒体から潤滑油を分離する油分離器と、前記油分離器で分離された潤滑油を回転機器に送る潤滑油供給配管と、前記油分離器にて潤滑油が分離される前の作動媒体を回転機器に送る作動媒体供給配管とを備えていることを特徴とするバイナリー駆動装置。
2. 前記作動媒体供給配管は、前記油分離器から回転機器に向かう途中の潤滑油供給配管に合流しており、
   前記潤滑油供給配管または作動媒体供給配管に、前記回転機器と潤滑油供給配管または作動媒体供給配管との連通状態を切り替える切替弁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のバイナリー駆動装置。
3. 前記循環経路には、前記作動媒体を蒸発させる蒸発器が設けられており、
   前記蒸発器の下流側に、前記油分離器が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のバイナリー駆動装置。
4. 前記循環経路には、前記作動媒体を膨張させる膨張機が設けられており、
   前記膨張機の下流側に、前記油分離器が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のバイナリー駆動装置。
5. 前記油分離器には、当該油分離器内に潤滑油が貯留されていることを検知する検知器が設けられており、
   前記検知器での検知結果に基づいて、前記切替弁の切替が行われることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のバイナリー駆動装置。
6. 前記回転機器が前記膨張機であり、
   前記潤滑油供給配管は前記膨張機の軸受に潤滑油を供給すると共に、前記作動媒体供給配管は前記膨張機の軸受に作動媒体を供給するように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のバイナリー駆動装置。
7. 前記回転機器が前記循環経路に沿って作動媒体を循環させる循環ポンプであり、
   前記潤滑油供給配管は前記循環ポンプの軸受に潤滑油を供給すると共に、前記作動媒体供給配管は前記循環ポンプの軸受に作動媒体を供給するように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のバイナリー駆動装置。
8. 前記循環ポンプには、当該循環ポンプで圧送される作動媒体の一部を前記循環ポンプの上流側に帰還させるリバースサーキュレーション配管が設けられており、
   前記作動媒体供給配管は、前記リバースサーキュレーション配管から分岐していることを特徴とする請求項７に記載のバイナリー駆動装置。

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