JP5400534B2 - 排熱回収タービンシステム - Google Patents

Description

本発明は、環境性および取扱性に優れた代替フロンを主媒体とする作動媒体で動作する排熱回収タービンシステムに関する。

近年、製鉄所や窯業などの製造過程で発生する１００℃未満の温排水のような排熱を熱源とする排熱回収タービンシステムは、作動媒体として水以外の低沸点の媒体を用いることで、省エネルギーと併せて温暖化ガス削減を図るものとして注目されている。このようなタービンシステムでは、自然媒体であるアンモニアや、炭化水素、水よりも沸点が低い、代替フロンとしてのクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）、ハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）およびハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）などが、作動媒体として使用されている（特許文献１）。

特開２００２−１６１７１６

しかしながら、前記作動媒体のうち、自然媒体であるアンモニアや炭化水素は毒性や可燃性の点でその取扱いが難しい。また、合成媒体であるクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）およびハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）はオゾン層を破壊し、地球温暖化係数（ＧＷＰ）も大きいなど環境性の点からその使用が難しい。ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）はオゾン破壊係数（ＯＤＰ）がゼロで、オゾン層を破壊しないものの、地球温暖化係数がやや大きい。そこで、オゾン破壊係数（ＯＤＰ）がゼロであることに加えて、地球温暖化係数もさらに小さい、環境性の点でもより優れた媒体が要望されている。

そこで、本件発明者らが鋭意検討した結果、まず、ハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）を見い出した。このＨＦＥは、住友スリーエム社から商品名ノベック７０００として販売されているもの等があり、半導体や電子部品の洗浄用として専ら使用されており、これら用途に適した特性を有している。排熱回収タービンシステムは、半導体や電子部品の製造とはまったく異なる分野ではあるが、沸点や蒸発潜熱、さらには取扱い性、毒性等の観点から、ＨＦＥが排熱回収タービンシステムにも適合した媒体であることを見い出した。ＨＦＥは潤滑性に乏しいが、これに潤滑油を混合することにより、容易に潤滑性を付与できることも判明した。さらに、沸点や蒸発潜熱等でＨＦＥに近い特性を持つフッ化アルコールも排熱回収タービンシステムに適合することが見い出された。

本発明は上記の研究を踏まえてなされたもので、環境性に優れ、かつ取扱性のよい代替フロンを主媒体として含む作動媒体で動作する排熱回収タービンシステムを提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明に係る排熱回収タービンシステムは、作動媒体により駆動されるタービンと、外部の熱源からの排熱との熱交換により前記作動媒体を蒸気化して前記タービンに供給する蒸発器と、前記タービンを通過した作動媒体を液化する凝縮器とを備え、前記作動媒体が、ハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）およびフッ化アルコールの一群から選択された化合物を主媒体として含む。

この構成によれば、ＨＦＥおよび３ＦＥの一群から選択された化合物は常圧での沸点が概して低いので、これを主媒体として含む作動媒体は、蒸発器で熱源からの排熱との熱交換により容易に蒸気化できる。加えて、これらの化合物はオゾン破壊係数がゼロで、かつ地球温暖化係数も小さいことから、環境負荷が少なくて環境性に優れ、毒性も弱いから取扱性もよい。

本発明において、前記主媒体は、常圧における沸点（以下、単に「沸点」という場合、常圧での沸点を指す。）が−２４〜６０℃のＨＦＥであるのが好ましい。このように、前記主媒体の沸点が−２４〜６０℃であることで、熱源から回収される通常の排熱レベルのみで主媒体を容易に蒸気化できる。

本発明において、前記主媒体であるＨＦＥの常圧における沸点が３０℃を超えているのが好ましい。
このように、ＨＦＥの沸点が３０℃を超えていると、凝縮器において、常温（約１５〜３０℃）の水で容易に液化できるので、システムが簡略化される。

本発明において、前記主媒体は、炭素数が２〜４のＨＦＥであるのが好ましい。ＨＦＥの炭素数が２〜４であると、常圧での沸点が水よりも低いので、熱源からの排熱が温水である場合、この温水との熱交換により前記ＨＦＥを容易に蒸気化させることができる。このようなＨＦＥとして、例えば、Ｃ₃Ｆ₇ＯＣＨ₃（ＨＦＥ7000）、Ｃ₄Ｆ₉ＯＣＨ₃（ＨＦＥ7100）、Ｃ₄Ｆ₉ＯＣ₂Ｈ₅（ＨＦＥ7200）およびＣ₆Ｆ₁₃ＯＣＨ₃（ＨＦＥ7300）がある。ＨＦＥは、ＣＨＦ₂−ＣＦ₂−Ｏ−ＣＨ₂−ＣＦ₃（ＨＦＥ-S７）であってもよい。

本発明において、前記作動媒体は前記主媒体に、この主媒体と相溶性のある潤滑油、例えばフッ素油が混合されたものであるのが好ましい。こうすることで、主媒体自身が潤滑性を備えない場合であっても、主媒体に混合される潤滑油によって潤滑性を保持させることができるので、回転機械であるタービンに好適である。また、フッ素油からなる潤滑油が主媒体と相溶性があるので、蒸発器の液相で作動媒体の主媒体と潤滑油とが分離しにくく、蒸発器の液相の下部の任意個所から潤滑油濃度が一定の作動媒体を取り出して、例えばタービンの潤滑対象部分の潤滑に使用できる。

本発明において、さらに、潤滑油を含む作動媒体を軸受に供給する供給通路を備えているのが望ましい。これにより、潤滑性のある作動媒体は、タービン駆動のために使用される一方で、前記供給通路からタービンの軸受に対して直接供給されるので、別途、潤滑油のみの供給手段を設けることなく、軸受を良好に潤滑できる。

この発明において、前記タービンの軸受に潤滑油を供給する潤滑系統と、前記タービンの回転軸の外周における前記軸受とタービンとの間をシールするシール部とを備え、前記潤滑系統が潤滑油を前記軸受に噴射する噴射部を有するのが望ましい。このようにすることで、軸受に対して噴射部から潤滑油を加圧状態で大量に強制的に噴射できるので、高速回転が必要で軸受の発熱が大きい場合にも、軸受の効果的な潤滑および冷却が可能になる。また、軸受とタービンとの間をシール部でシールしているから、潤滑油がタービン側に漏れ出るおそれがないので、高い歩留まりで潤滑油を回収できるとともに、潤滑油がタービンの作動媒体に混入してタービンの熱効率を下げるのを回避できる。

この発明において、前記タービンの軸受が、グリースを封入したグリース潤滑型であるのが望ましい。このようにすることで、噴射ポンプのような補機類が不要となり、グリース寿命のある限りメンテナンスが不要となる。

本発明によれば、ＨＦＥおよびフッ化アルコールの一群から選択された化合物は常圧での沸点が概して低いので、これを主媒体として含む作動媒体は、蒸発器で熱源からの排熱との熱交換により容易に蒸気化し、タービン通過後には凝縮器で容易に液化される。しかも、これらの化合物はオゾン破壊係数がゼロで、かつ地球温暖化係数も小さいことから、環境負荷が少なくて環境性に優れ、毒性も弱いから取扱性もよい。

本発明の第１実施形態にかかる排熱回収タービンシステムを示す概略構成図である。 本発明で用いる主媒体と他の媒体との特性比較表である。 本発明の第２実施形態にかかる排熱回収タービンシステムを示す概略構成図である。 噴射部の詳細を示す縦断面図である。 本発明の第３実施形態にかかる排熱回収タービンシステムを示す概略構成図である。 図５の軸受の詳細を示す縦断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら詳述する。図１は本発明の第１実施形態にかかる排熱回収タービンシステムの概略構成を示す。同図に示す排熱回収タービンシステムは、発電機１０とこれを駆動するタービン１３とを有するタービン発電ユニットＵを備え、タービン１３を回転駆動させる作動媒体Ｍを循環させる媒体通路３０に、流下液膜式の蒸発器１６、凝縮器１７および媒体送給ポンプ１８が設けられている。

発電機１０は、発電機ロータ１１と発電機ステータ１２とを有し、その両端にタービン１３，１３が配置され、前記発電機ロータ１１とタービン１３，１３とが単一の回転軸２１で連結されている。この回転軸２１は、発電機１０と２つのタービン１３，１３との間に配置された２つの軸受１９，１９により回転自在に支持され、これら各軸受１９の下方には油槽２５が設けられている。２つのタービン１３，１３は互いに反対向きに配置されて、いわゆる鏡像型となっており、これによって、両タービン１３，１３に作用する軸推力が相殺されて、スラスト軸受を省略もしくは簡便化している。したがって、各軸受１９は、回転軸２１の主としてラジアル荷重を負担する。

熱源１５は、例えば、製鉄所や窯業などの製造過程で多量に発生する温水等の排熱である。この熱源１５から導出された温水は、加熱流体供給通路１５ａを通って蒸発器１６内の伝熱管１６ａに導入されたのち、伝熱管１６ａから加熱流体回収通路１５ｂを通って熱源１５側へ戻される。

蒸発器１６は、伝熱管１６ａを通る温水との熱交換、つまり、熱源１５の排熱との熱交換により作動媒体Ｍを蒸気化し、気相となった作動媒体Ｍを、気相媒体送給路３０ａを経由して前記タービン発電ユニットＵに供給する。蒸発器１６には、蒸発器１６の下部と上部との間を連通するように配置した循環通路２９に循環ポンプ２７が設けられ、この循環ポンプ２７により蒸発器１６の下部から取り出した液相の作動媒体Ｍを、蒸発器１６内の部に配置した噴射管２６の噴出口から蒸発器１６内部にシャワー状に噴出して伝熱管１６ａに噴き付けることにより、熱交換を促進させる。

タービン発電ユニットＵのタービン１３を回転駆動させたのちの作動媒体Ｍは、気相媒体回収路３０ｂを経由して凝縮器１７に送られる。凝縮器１７は、内部に冷却媒体Ｃの配
管を通した公知の構造のものであり、気相の作動媒体Ｍを冷却媒体Ｃによって冷却することにより液化させる。

凝縮器１７で液化された作動媒体Ｍは、液相媒体送給路３０ｃを通る際に、この液相媒体送給路３０ｃに設置された媒体送給ポンプ１８により昇圧されて蒸発器１６に供給される。前記気相媒体送給路３０ａ、気相媒体回収路３０ｂおよび液相媒体送給路３０ｃにより、循環経路である媒体通路３０が形成されている。

各軸受１９の下方には油槽２５が設けられている。他方、前記循環ポンプ２７の出口側には循環通路２９から分岐する供給通路２０が形成され、この供給通路２０から循環ポンプ２７により蒸発器１６の下部から取り出した液相の作動媒体Ｍの一部が、各軸受１９の下方の油槽２５へ供給される。したがって、高圧の作動媒体Ｍが油槽２５から軸受１９に供給されて、潤滑が円滑になされる。また、前記供給通路２０にはオリフィス等の絞りもしくは減圧弁からなる減圧器２８が設けられており、減圧によって液相の作動媒体Ｍの一部を蒸発させることにより、潤滑油濃度を向上させるとともに、蒸発潜熱で作動媒体Ｍの温度を低下させている。

各軸受１９と凝縮器１７との間、具体的には各油槽２５と前記凝縮器１７の入口との間は、軸受１９から排出される液相の作動媒体Ｍを凝縮器１７に戻す戻し通路２３によって接続されている。この戻し通路２３から凝縮器１７に戻された液相の作動媒体Ｍは、気相媒体回収路３０ｂを通った作動媒体Ｍに、凝縮器１７内で合流する。

前記作動媒体Ｍの主媒体としては、例えば、ＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）、つまり、一般式Ｃ_nＨ_2n＋１−Ｏ−Ｃ_mＨ_2m＋1のＨを一部Ｆで置換したもの、またはフッ化アルコール、つまり、Ｃ_nＨ_2n＋１−ＯＨのＯＨ以外のＨを一部Ｆで置換したものを用いる。

主媒体としては、炭素Ｃの数が２〜４であるＨＦＥが好ましい。ＨＦＥの炭素数が２〜４であると、常圧での沸点が水よりも低いので、熱源１５からの排熱が１００℃以下の温水であっても、この温水との熱交換により前記ＨＦＥを容易に蒸気化させることができる。

前記主媒体は、沸点が−２４〜６０℃、より望ましくは３０℃を越え６０℃以下のものが好ましい。沸点が６０℃以下であれば、熱源１５から回収される比較的低温の排熱を利用して主媒体を蒸気化できる。３０℃を越えていれば、常圧（大気圧）、常温（約１５〜３０℃）の水で凝縮できて容易に液化可能となり、システムの簡略化が図れる。

沸点が−２４〜６０℃の条件を満足するＨＦＥとして、例えばＣ₃Ｆ₇ＯＣＨ₃（ＨＦＥ7000）やＣＨＦ₂−ＣＦ₂−Ｏ−ＣＨ₂−ＣＦ₃がある。Ｃ₃Ｆ₇ＯＣＨ₃（ＨＦＥ7000）の具体例として、住友スリーエム社の商品名ノベック７０００（沸点３４℃）があり、ＣＨＦ₂−ＣＦ₂−Ｏ−ＣＨ₂−ＣＦ₃の具体例として、ダイキン工業株式会社の商品名ＨＦＥ−Ｓ７および旭硝子社の商品名アサヒクリンＡＥ−３０００（ともに、沸点５６．７℃、ＯＤＰ＝０、ＧＷＰ＝８７０）がある。さらに、炭素数が２のＣＦ₃ＯＣＨ₃（ＨＦＥ−１４３ｍｃ、沸点−２４℃）、炭素数が３のＣＦ₃ＣＦ₂ＯＣＨ₃（ＨＦＥ−２４５ｍｃ、沸点５．５℃）、およびＣＨＦ₂ＣＦ₂ＯＣＨ₃（ＨＦＥ−２５４ｐｃ、沸点３７．２℃）、炭素数が４のＣＨＦ_２ＣＦ_２ＯＣＨ₂ＣＦ₃（ＨＦＥ−３４７ｐｃ−ｆ、沸点５６℃）、(ＣＦ₃) ₂ＣＦＯＣＨ₃(ＨＦＥ−３４７ｍｍｙ, 沸点２９．４℃)、およびＣＦ₃ＣＦ₂ＣＦ₂ＯＣＨ₃（ＨＦＥ−３４７ｍｃｃ、沸点３４．２℃）がある。

この他、主媒体の沸点が６０℃を超え、また、炭素Ｃの数が５〜７個である場合であっ
ても、前記熱源１５からの排熱温度が主媒体の沸点を上回る場合には使用できる。このような主媒体として、沸点６１℃のＣ₄Ｆ₉ＯＣＨ₃（ＨＦＥ7100），７６℃のＣ₄Ｆ₉ＯＣ₂Ｈ₅（ＨＦＥ7200）および９８℃のＣ₆Ｆ₁₃ＯＣＨ₃（ＨＦＥ7300）がある。

主媒体としては、前述のとおり、フッ化アルコールも使用でき、例えば、一般式Ｃ_nＨ_2n1−ＯＨのＯＨ以外のＨを一部Ｆで置換した３ＦＥ（３フッ化アルコール）が好ましい。３ＦＥは常圧での沸点が７４℃で、弱い可燃性があるものの、オゾン破壊係数ＯＤＰがゼロで、地球温暖化係数ＧＷＰも小さい。

このように、本発明では、主媒体として、オゾン破壊係数ＯＤＰがゼロで、かつ地球温暖化係数ＧＷＰも小さいことから環境負荷が少なくて環境性に優れ、毒性がないから取扱性もよい媒体を用いるので、蒸発器１６で排熱との熱交換により容易に蒸気化し、しかもタービン１３を通過後には凝縮器１７で容易に液化させることができる。

ここで、前記ＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）で代表される媒体が排熱回収タービンシステムの主媒体として適している理由を、図２に示す媒体の特性比較表を参照しながら説明する。図２には、ＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）、ＨＦＥおよび３ＦＥ（３フッ化アルコール）を例示した。

この特性比較表から明らかなように、ＨＦＥ７０００〜７３００は、いずれもエーテル化合物中の酸素Ｏの存在により大気中で分解し、オゾン破壊係数ＯＤＰ＝０であるためオゾン層を破壊しないうえ、地球温暖化係数ＧＷＰも３７０以下であるため、環境性に優れており、毒性もない。したがって、総合評価から明らかなように、主媒体として優れている（◎印または○印）このうち、ＨＦＥ７０００は沸点６０℃以下であるから、蒸気化し易い点で極めて優れている（◎印）。３ＦＥは、前述のとおり、オゾン破壊係数ＯＤＰ＝０、地球温暖化係数ＧＷＰ＝５７と環境性に優れているが、弱い可燃性があって取扱いに注意を要するので、総合評価はＨＦＥよりも若干低い（〇印）。これに対し、ＣＦＣ、ＨＣＦＣは環境性および毒性の点で劣っている（×印）。ＨＦＣは、環境性は比較的良好であるが、毒性があるので、総合評価はＨＦＥよりも低い（△印）。

その他に、比較表に例示しないが、ＨＦＥと同様に環境性に優れた媒体としてＨＦＯ（ハイドロフルオロオレフィン）があり、これも主媒体として使用できる。ＨＦＯとして、例えばＨＦＯ-1234yf（化学式ＣＦ₃ＣＦ＝ＣＨ₂）がある。

ところで、主媒体として用いるＨＦＥは、温暖化係数が小さく、オゾン層を破壊することがない優れた媒体である反面、潤滑性を有しない。そこで、この実施形態では、ＨＦＥにフッ素油からなる潤滑油を混合することで、作動媒体Ｍに潤滑性を与えている。

主媒体に混合される潤滑油としては、潤滑油の基油もしくは添加物の末端が一部もしくは全部、フッ素で封鎖された重合構造の、つぎの化学式で示されるフッ素油などが挙げられている。

もしくは、

前者には、例えばデュポン社製の商品名クライトックスがある。このフッ素油は、前記したＨＦＥのような主媒体との相溶性が良好なもので、液相状態で主媒体とフッ素油が分離しない。

上記構成にかかる排熱回収タービンシステムの動作について図１を参照しながら説明する。熱源１５から排熱として導出された温水が、加熱流体供給通路１５ａから蒸発器１６に導入され、蒸発器１６内の作動媒体Ｍが、導入された温水との熱交換により、つまり、熱源１５からの受熱により蒸気化されて、例えば４気圧程度の高圧の気相となる。一方、潤滑油は蒸発しにくいので、蒸発器１６の下部に高い潤滑油濃度で液相の作動媒体Ｍとして残る。

気相となった作動媒体Ｍは、蒸発器１６の上部から取り出され、気相媒体送給路３０ａを通ってタービン発電ユニットＵの一対のタービン１３，１３に供給され、両タービン１３，１３を駆動する。これにより、タービン１３と回転軸２１で連結された発電機１０が駆動されて発電が行われる。タービン１３でエネルギを放出した作動媒体Ｍは気相媒体回収路３０ｂを通って凝縮器１７に入り、冷却媒体Ｃとの熱交換によって冷却されて凝縮される。こうして、液相となった作動媒体Ｍが液相媒体送給路３０ｃを通り、媒体送給ポンプ１８により昇圧されて蒸発器１６へ戻る。

一方、前記蒸発器１６の下部に残された潤滑油濃度の高い液相の作動媒体Ｍは、供給通路２０によりタービン発電ユニットＵの軸受１９の油槽２５に供給される。その際、作動媒体Ｍは、供給通路２０に設けた減圧器２８により冷却される。この実施形態における供給通路２０に、減圧器２８に代えて、または減圧器２８に加えて、冷却器を設けてもよい。循環通路２９の循環ポンプ２７出口側から油槽２５に供給された液相の作動媒体Ｍは、潤滑油を多量に含んだ潤滑油濃度の高い作動媒体であり、タービン発電機の回転時、軸受１９は常時、この潤滑油濃度の高い液相の作動媒体Ｍにより良好に潤滑される。このように、潤滑油濃度が高い作動媒体Ｍにより軸受１９を潤滑できるので、潤滑性を高めるために大量の潤滑油を作動媒体に混合する必要がないから、蒸発器１６や凝縮器１７の伝熱性を阻害することもない。

油槽２５には軸受１９の潤滑に必要な量の作動媒体Ｍがあれば足り、余剰分は油槽２５から戻り通路２３に排出され、この戻り通路２３から前記凝縮器１７へ戻される。したがって、作動媒体Ｍが系外へ排出されて周辺環境に影響を及ぼすことはなく、閉鎖系システムの中で循環して利用される。作動媒体Ｍは、軸受１９での昇温により一部が気相となることがあり、その場合は、液相と気相が混じった作動媒体Ｍが戻り通路２３を通って凝縮器１７に入る。ここで、凝縮器１７の入口は常圧程度であるから、若干高圧となっている油槽２５から凝縮器１７に円滑に作動媒体Ｍが回収される。特に、この実施形態の場合、
循環ポンプ２７が蒸発器１６内の液位に応じて流量が変動する媒体送給ポンプ１８とは異なり、流量一定で運転されるので、この循環ポンプ２７の出口から分岐した供給通路２０から潤滑油濃度の濃い液相の作動媒体Ｍを軸受１９に安定した量で供給することができる利点がある。なお、戻り通路２３の下流端は、凝縮器１７の入口に代えて媒体回収路３０ｂに接続してもよい。

また、この実施形態では、供給通路２０に設けた減圧器２８により、作動媒体Ｍの一部が蒸発して作動媒体Ｍの潤滑油濃度が高められ、かつ蒸発潜熱による温度低下によって作動媒体Ｍ中の潤滑油の粘度が上がるので、良好な潤滑性能が維持される。

以上のように、潤滑性のある作動媒体Ｍは、タービン駆動のために使用される一方で、前記供給通路２０からタービン１３の軸受１９に対して直接供給されるので、軸受１９が良好に潤滑される。

なお、上記実施形態ではタービン１３により発電機１０を駆動しているが、タービン１３によりプラント類のポンプのような他の負荷を駆動するシステムにも、本発明を適用できる。

図３は本発明の第２実施形態にかかる排熱回収タービンシステムを示す。この第２実施形態において、図１に示す第１実施形態と同一部分には同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。前記第１実施形態では、図１に示したように、潤滑油Ｌが混入された作動媒体Ｍをタービン１３の軸受１９に供給する供給通路２０を備えているのに対し、図３の第２実施形態では、潤滑油を含まない作動媒体Ｍ１を用い、前記供給通路２０に代えて、タービン１３の軸受１９に潤滑油Ｌを貯留する潤滑系統４０を新たに設けている。この潤滑系統４０は、潤滑油Ｌを貯留する潤滑油溜まり４１と、この潤滑油溜まり４１と軸受１９，１９に潤滑油Ｌを噴射する噴射部３３との間を接続する潤滑油供給通路４２と、潤滑油Ｌを加圧して噴射部３３に送る噴射ポンプ４３とを有している。噴射部３３から軸受１９，１９に噴射された潤滑油Ｌは戻し通路３５により潤滑油溜まり４１に戻され、繰り返して利用されるようになっている。

図４は噴射部３３の詳細を示す。同図に示すように、左右一対の軸受１９、１９の間に、回転軸２１に固定された内輪間座３６と、ハウジングＨに固定された外輪間座３７とが配置されており、外輪間座３７に噴射ノズル３８が設けられている。この噴射ノズル３８は、中央の流入口３８ａと、流入口３８ａから分岐して左右の軸受１９、１９に向かう噴射通路３８ｂとを有し、噴射通路３８ｂの先端は、軸受１９の内輪１９ａと外輪１９ｂとの間の軸受空間１９ｃに向けられており、この軸受空間１９ｃを通して転動体１９ｄに潤滑油Ｌが吹き付けられる。ハウジングＨには、潤滑油Ｌを噴射部３３に供給する潤滑油供給通路４２の下流部と、潤滑油Ｌの戻し通路３５の上流部とが形成されている。前記噴射ノズル３８は、各軸受１９、１９ごとに１〜２本設けられる。

タービン１３の回転軸１４の外周における軸受１９とタービン１３との間に、両者１９，１３間をシールするシール部３９が設けられ、同様に、発電機１０（図３）のロータ１１の外周における軸受１９と発電機１０との間にもシール部３９が設けられている。シール部３９は、ハウジングＨに固定されて回転軸１４の外周面との間にラビリンスシールを形成するシールリングにより構成されている。

この第２実施形態の場合、図３に示すように、潤滑油溜まり４１からの潤滑油Ｌは潤滑油供給通路４２を通って噴射部３３から高速の噴流として噴射され、軸受１９、１９の潤滑が行われる。したがって、高速回転が必要で軸受の発熱が大きい場合にも、軸受１９を効果的に潤滑し、かつ冷却できる。また、軸受１９の両側にシール部３９，３９を設けた
ことで、軸受１９の潤滑に用いる潤滑油Ｌがタービン１３側およびロータ１１側に漏れ出るおそれがなく、高い歩留まりで潤滑油Ｌの回収ができる。さらに、潤滑油Ｌがタービン１３の作動媒体Ｍに混入してタービン１３の熱効率を下げるのを回避できる。

図５は本発明の第３実施形態にかかる排熱回収タービンシステムを示す。この第３実施形態では、タービン１３の軸受１９に代えて、グリースＧを封入したグリース潤滑型の軸受１９Ｂを用いている。

図６は軸受１９Ｂの詳細を示す。同図に示すように、この軸受１９Ｂは軸受外輪１９Ｂａと軸受内輪１９Ｂｂとの間に転動体１９Ｂｄが保持器１９Ｂｃにより転動可能に保持され、前記保持器１９Ｂｃの軸方向外側に一対の封止板１９Ｂｅ，１９Ｂｅが設けられている。封止板１９Ｂｅの上端は前記軸受外輪１９Ｂａの内周面に設けた溝に係合し、封止板１９Ｂｅの下端は、回転軸２１と一体に回転する軸受内輪１９Ｂｂの回転に支障がない程度に、僅かな隙間ｈを残して軸受内輪１９Ｂｂの外周面に近接している。前記軸受外輪１９Ｂａ、軸受内輪１９Ｂｂおよび一対の封止板１９Ｂｅ，１９Ｂｅで囲まれた軸受空間内にゲル状のグリースＧが封入され、転動体１９Ｂｄは常にグリースＧに浸漬された状態となっている。グリースＧは一定の粘度を保有し、かつその表面張力により、前記隙間ｈから外部へ漏れ出るおそれがなく、軸受１９ＢはグリースＧの潤滑特性などの寿命がある限り、常に安定して潤滑される。

軸受１９Ｂは図４に示した第２実施形態と同様に２つ並べてもよい。また、前記第２実施形態と同様に、図５の軸受１９Ｂと、タービン１３および発電機１０との間をシールするシール部を設けて、グリースＧがタービン１３側や発電機１０側に漏れ出ないようにしてもよい。

この第３実施形態の場合、第１実施形態で用いた供給通路２０や、第２実施形態で用いた潤滑油供給通路４２および噴射ポンプ４３のような補機類が不要となるため、構造の簡素化が図れて、グリース寿命のある限りメンテナンスも不要となる。

以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、添付の特許請求の範囲から定まるこの発明の範囲内のものと解釈される。

Ｃ 冷却媒体
Ｇ グリース
Ｍ 作動媒体
Ｌ 潤滑油
Ｕ タービン発電ユニット
１０ 発電機
１３ タービン
１５ 熱源
１６ 蒸発器
１６ａ 伝熱管
１７ 凝縮器
１８ 媒体送給ポンプ
１９ 軸受
１９Ｂ グリース封入型軸受
２０ 供給通路
２６ 噴射管
２７ 循環ポンプ
２８ 減圧器
２９ 循環通路
３０ 媒体通路
３０ａ 気相媒体送給路
３０ｂ 気相媒体回収路
３０ｃ 液相媒体送給路
３５ 戻し通路
３９ シール部
４０ 潤滑系統
４１ 潤滑油溜まり
４２ 潤滑油供給通路
４３ 噴射ポンプ

Claims (7)

1. 作動媒体により駆動されるタービンと、
   外部の熱源からの排熱との熱交換により前記作動媒体を蒸気化して前記タービンに供給する蒸発器と、前記タービンを通過した作動媒体を液化する凝縮器とを備え、
   前記作動媒体が、ハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）およびフッ化アルコールの一群から選択された化合物を主媒体として含み、
   前記作動媒体は、前記主媒体に、この主媒体と相溶性のあるフッ素油からなる潤滑油が混合されたものである排熱回収タービンシステム。
2. 請求項１において、前記主媒体は、沸点が−２４〜６０℃のＨＦＥである排熱回収タービンシステム。
3. 請求項２において、前記主媒体であるＨＦＥの常圧における沸点が３０℃を超えている排熱回収タービンシステム。
4. 請求項１から３のいずれか一項において、前記主媒体は、炭素数が２〜４のＨＦＥである排熱回収タービンシステム。
5. 請求項１において、ＨＦＥは、Ｃ₃Ｆ₇ＯＣＨ₃，Ｃ₄Ｆ₉ＯＣＨ₃，Ｃ₄Ｆ₉ＯＣ₂Ｈ₅，およびＣ₆Ｆ₁₃ＯＣＨ₃よりなる群から選択された化合物である排熱回収タービンシステム。
6. 請求項４において、ＨＦＥは、ＣＨＦ₂−ＣＦ₂−Ｏ−ＣＨ₂−ＣＦ₃である排熱回収タービンシステム。
7. 請求項１において、さらに、前記作動媒体を前記タービンの軸受に供給する供給通路を備えている排熱回収タービンシステム。
   

Images