CN103671052A - 发电装置及发电装置的控制方法 - Google Patents

发电装置及发电装置的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明的发电装置具备蒸发器(11)、过热器(12)、连结着发电机的膨胀机(13)、冷凝器(14)、工作介质泵(15)、控制工作介质泵(15)的转速以使过热器(12)的出口侧的过热度成为规定的目标值的泵控制机构(51)、检测蒸发器(11)的出口侧的工作介质的温度是否不到饱和温度的蒸发状态检测机构(52)、和如果由蒸发状态检测机构(52)检测出蒸发器出口侧的工作介质的温度不到饱和温度则将过热器(12)的出口侧的过热度的上述规定的目标值提高的过热度修正机构(53)。通过这样的结构,在将过热器中的过热度控制为规定的目标值的情况下,即使有含有液滴的状态的工作介质从蒸发器流出的情况,也防止含有液滴的工作介质流入到膨胀机中。

Description

发电装置及发电装置的控制方法
技术领域
本发明涉及发电装置及发电装置的控制方法。
背景技术
以往,如在日本·特开2008-309046号公报中公开那样,已知有具备蒸汽发生器、由涡轮发电机构成的膨胀机、冷凝器和泵、通过由蒸汽发生器得到的工作介质(蒸汽)驱动膨胀机来进行发电的发电装置。并且,在该发电装置中,设有控制工作介质的循环流量以使蒸汽发生器的出口侧的工作介质的过热度成为规定的目标值的过热度控制机构。在该专利公报的段落0019中,记载有由于过热度被维持为规定的目标值,所以即使不具备过热器及液滴分离器,液滴也不会流入到膨胀机中。
在上述结构中,在将蒸汽发生器做成了由蒸发器及过热器构成的结构的情况下,有下述问题:即使将过热度控制为规定的目标值,实际上也有液滴流入到膨胀机中的情况。即存在以下问题:即使将蒸汽发生器做成由蒸发器及过热器构成的结构、进行控制以使得在过热器的出口侧工作介质成为具有规定的过热度的过热状态,在蒸发器的出口侧工作介质达不到饱和状态的情况下、即在从蒸发器流出含有液滴的状态的工作介质的情况下,也有液滴原样经过过热器的情况。该问题当在蒸发器中将工作介质加热的加热介质的温度的变动较大时、或者在使用温度较低的加热介质时变得显著。
发明内容
所以,本发明是鉴于上述以往技术而做出的,其目的是在将过热器中的过热度控制为规定的目标值的情况下即使有含有液滴的状态的工作介质从蒸发器流出的情况、也防止含有液滴的工作介质流入到膨胀机中。
为了达到上述目的,本发明是一种发电装置,具备:蒸发器,通过加热介质将工作介质加热,使该工作介质的至少一部分蒸发;过热器,将通过上述蒸发器而至少一部分蒸发的工作介质通过加热介质加热,使其成为过热状态;膨胀机,连结发电机,通过使通过上述过热器成为过热状态的工作介质膨胀,将上述发电机驱动;冷凝器,使通过上述膨胀机膨胀后的工作介质冷凝;介质泵,将由上述冷凝器冷凝后的工作介质朝向上述蒸发器送出;过热度检测机构,检测上述过热器的出口侧的过热度;泵控制机构,控制上述介质泵的转速,以使由上述过热度检测机构检测的过热度成为规定的目标值;蒸发状态检测机构,检测上述蒸发器的出口侧的工作介质的温度是否不到饱和温度;过热度修正机构,如果由上述蒸发状态检测机构检测出蒸发器出口侧的工作介质的温度不到饱和温度,则将上述过热器的出口侧的过热度的上述规定的目标值提高。
在本发明中,将介质泵通过泵控制机构进行转速控制,以使过热器的出口侧的过热度成为规定的目标值。并且,如果检测出蒸发器出口侧的工作介质的温度不到饱和温度,则过热度修正机构将过热器的出口侧的过热度的目标值提高。因此,泵控制机构进行将泵的转速降低的控制以促进过热器中的工作介质的加热。由此,工作介质的循环量被减少,能够提高过热器的出口侧的过热度。因而,即使是蒸发器出口侧的工作介质的温度成为不到饱和温度而存在液滴那样的情况,通过进行控制以促进过热器中的加热,能够防止包含在流入到过热器中的工作介质中的液滴不蒸发而经过过热器。即,即使是向蒸发器导入的加热介质的温度不怎么高而工作介质没有全部蒸发完的情况,也能够防止含有液滴的工作介质流入到膨胀机中。因此,对于加热介质的温度不同的情况或加热介质的温度较大变动的情况也能够应对。
这里,优选的是,还具备加热介质状态检测机构,所述加热介质状态检测机构检测向上述过热器流入的加热介质的温度或流量;上述过热度修正机构随着由上述加热介质状态检测机构检测出的加热介质的温度或流量下降而使上述过热度的目标值的变更量变大。
向过热器流入的加热介质的温度越低、或者加热介质的流量越少,则在过热器中工作介质的加热量变得越小。因而,在该技术方案中,在向过热器流入的加热介质的温度较低的情况或加热介质的流量较少的情况下,通过使过热度的目标值的变更量变大,能够在过热器中使工作介质中的液滴可靠地蒸发。
优选的是,上述过热度修正机构如果检测出上述蒸发器的出口侧的工作介质的温度从不到饱和温度的状态成为饱和温度以上,则将上述过热度的目标值降低。
在该技术方案中,能够在防止含有液滴的工作介质流入到膨胀机中的同时、使工作介质的循环量增大。
上述发电装置优选的是,具备:温度检测机构,检测在上述蒸发器与上述过热器之间的工作介质通路中流动的工作介质的温度;压力检测机构,检测在上述蒸发器与上述过热器之间的工作介质通路中流动的工作介质的压力;上述蒸发状态检测机构基于上述温度检测机构的检测值及上述压力检测机构的检测值,检测上述蒸发器的出口侧的工作介质的温度不到饱和温度的情况。
在该技术方案中,当蒸发器的出口侧的工作介质的温度不到饱和温度时,能够可靠地检测到该情况。
此外,本发明是一种发电装置的控制方法,所述发电装置具备:蒸发器,通过加热介质将工作介质加热,使该工作介质的至少一部分蒸发;过热器,将通过上述蒸发器而至少一部分蒸发的工作介质通过加热介质加热,使其成为过热状态;膨胀机,连结发电机,通过使通过上述过热器成为过热状态的工作介质膨胀,将上述发电机驱动;冷凝器,使通过上述膨胀机膨胀后的工作介质冷凝;介质泵,将由上述冷凝器冷凝后的工作介质朝向上述蒸发器送出;控制上述介质泵的转速以使上述过热器的出口侧的过热度成为规定的目标值;该发电装置的控制方法包括:检测步骤,检测上述蒸发器的出口侧的工作介质的温度是否不到饱和温度;过热度修正步骤,如果在上述检测步骤中检测出蒸发器出口侧的工作介质的温度不到饱和温度,则将上述过热器的出口侧的过热度的上述规定的目标值提高。
优选的是,在上述过热度修正步骤中,随着向上述过热器流入的加热介质的温度或流量下降,使上述过热度的目标值的变更量变大。
在上述发电装置的控制方法中,优选的是,如果检测出上述蒸发器的出口侧的工作介质的温度从不到饱和温度的状态成为饱和温度以上,则将上述过热度的目标值降低。
如以上说明,根据本发明,在将过热器中的过热度控制为规定的目标值的情况下,即使有含有液滴的状态的工作介质从蒸发器流出的情况,也能够防止含有液滴的工作介质流入到膨胀机中。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的发电装置的结构的概略的图。
图2是用来说明上述发电装置的控制方法的流程图。
图3是用来说明过热度修正步骤的流程图。
图4是表示本发明的其他实施方式的发电装置的结构的概略的图。
具体实施方式
参照图1及图2对本发明的一实施方式的发电装置及其控制方法进行说明。
图1表示本实施方式的发电装置的结构。具体而言,该发电装置具备工作介质循环的循环流路10、发电机20和进行各种控制的控制部50。另外,循环流路10内循环沸点比水低的工作介质(例如,HFC245fa)。
循环流路10是串联连接有使工作介质的至少一部分蒸发的蒸发器11、使从蒸发器11流出的工作介质成为过热状态的过热器12、使处于过热状态的工作介质膨胀的膨胀机13、使由膨胀机13膨胀的工作介质冷凝的冷凝器14、和将由冷凝器14冷凝后的工作介质向蒸发器11输送的工作介质泵15的闭回路。
蒸发器11使液态的工作介质的至少一部分蒸发。蒸发器11具有工作介质流动的工作介质流路11a、和加热介质流动的加热介质流路11b。加热介质流路11b连接在加热介质回路16上,从外部的热源供给的加热介质流到该加热介质流路11b中。在工作介质流路11a中流动的工作介质与在加热介质流路11b中流动的加热介质热交换,至少一部分蒸发。
过热器12将由蒸发器11蒸发的工作介质加热,使其成为过热蒸汽。过热器12具有工作介质流动的工作介质流路12a和加热介质流动的加热介质流路12b。加热介质流路12b也与蒸发器11的加热介质流路11b同样连接在上述加热介质回路16上。即,过热器12的加热介质流路12b在加热介质回路16中连接在比蒸发器11的加热介质流路11b的连接部靠上游侧。因而,从外部的热源供给的高温的加热介质流到过热器12的加热介质流路12b中,用于在过热器12中将工作介质加热的加热介质流到蒸发器11的加热介质流路11b中。在过热器12的工作介质流路12a中流动的工作介质与在加热介质流路12b中流动的加热介质热交换,成为过热状态。
作为在加热介质回路16中流动的加热介质,除了例如从坑井(蒸汽井)采取的蒸汽及从工厂等排出的蒸汽以外,还可以举出通过以太阳能为热源的集热器生成的蒸汽、从发动机、压缩机等的排热生成的蒸汽或温水、从以生物质或化石燃料为热源的锅炉生成的蒸汽、温水等。
膨胀机13设在循环流路10中的蒸发器11的下游侧,通过使由蒸发器11蒸发的工作介质膨胀而从该工作介质取出动能。在本实施方式中,作为膨胀机13而使用螺旋膨胀机。在螺旋膨胀机中,在形成在膨胀机的壳体内的转子室(未图示)中收容有阴阳一对螺旋转子(未图示)。在该螺旋膨胀机中,上述螺旋转子通过从形成在上述壳体上的吸气口供给到上述转子室中的工作介质的膨胀力旋转。并且,将通过在上述转子室内膨胀而压力下降的工作介质从形成在上述壳体上的排出口排出。
冷凝器14使从膨胀机13排出的气态的工作介质冷凝,使其成为液态的工作介质。冷凝器14具有气态的工作介质流动的工作介质流路14a、和通过与从外部供给的冷却介质流动的流路17连接而该冷却介质流动的冷却介质流路14b。在工作介质流路14a中流动的工作介质通过与在冷却介质流路14b中流动的冷却介质热交换而冷凝。作为在流路17中流动的冷却介质,可以举出例如由冷却塔冷却后的冷却水。
工作介质泵15设在循环流路10中的冷凝器14的下游侧(蒸发器11与冷凝器14之间),用来在循环流路10内使工作介质循环。该工作介质泵15将由冷凝器14冷凝后的液态的工作介质加压到规定的压力,向蒸发器11送出。作为工作介质泵15,使用具备叶轮作为转子的离心泵、或转子由一对齿轮构成的齿轮泵等。该工作介质泵15能够以任意的转速驱动。
发电机20连接在膨胀机13上,通过在膨胀机13内工作介质膨胀、驱动上述螺旋转子而被驱动。在本实施方式中,作为发电机20而使用IPM发电机(永久磁铁同步发电机)。具体而言,IPM发电机具有连接在膨胀机13的一对螺旋转子中的一个上的旋转轴,通过该旋转轴随着上述螺旋转子的旋转而旋转,产生电力。发电机20能够通过变换器(inverter)24进行转速调整。控制部50为了调整发电机20的转速以使发电机20的发电效率尽可能高,对变换器24输出转速调整信号。另外,发电机20并不限定于IPM发电机,例如也可以为感应发电机等其他类型的发电机。
在循环流路10中的蒸发器11与过热器12之间的工作介质通路中,设有第1温度传感器T1和第1压力传感器P1。第1温度传感器T1作为检测经过蒸发器11后的工作介质的温度的温度检测机构发挥功能。第1压力传感器P1作为检测经过蒸发器11后的工作介质的压力的压力检测机构发挥功能。
在循环流路10中的过热器12与膨胀机13之间的工作介质通路中,设有第2温度传感器T2和第2压力传感器P2。第2温度传感器T2作为检测经过过热器12后的工作介质的温度的机构发挥功能,第2压力传感器P2作为检测经过过热器12后的工作介质的压力的机构发挥功能。
控制部50具备ROM、RAM、CPU等,通过执行存储在ROM中的程序而发挥规定的功能。在该控制部50的功能中,包括泵控制机构51、蒸发状态检测机构52和过热度修正机构53。
泵控制机构51进行工作介质泵15的转速控制,以使过热器12的出口侧的工作介质的过热度成为规定的目标值。即,在控制部50中,作为过热器12的出口侧的过热度的目标值而预先设定规定的目标值(例如3℃)。根据第2温度传感器T2及第2压力传感器P2的检测值计算过热器12出口侧的过热度。(过热度检测机构)泵控制机构51进行工作介质泵15的转速控制,以使根据第2温度传感器T2及第2压力传感器P2的检测值计算出的过热度成为上述规定的目标值。工作介质泵15为受变换器22转速控制的结构,所以泵控制机构51通过对变换器22发送控制信号而进行工作介质泵15的转速控制。
蒸发状态检测机构52用来检测蒸发器11的出口侧的工作介质的状态,进行基于第1温度传感器T1的检测值及第1压力传感器P1的检测值检测该工作介质的温度是否不到饱和温度的控制。具体而言,蒸发状态检测机构52根据第1压力传感器P1的检测值导出工作介质的饱和温度,并且通过将导出的饱和温度与第1温度传感器T1的检测温度比较,检测在蒸发器11的出口侧工作介质的温度是否不到饱和温度。
过热度修正机构53如果由蒸发状态检测机构52检测出蒸发器11出口侧的工作介质的温度不到饱和温度,则进行将过热器12的出口侧的过热度的目标值提高的控制。即,在控制部50中,作为过热器12的出口侧的过热度的目标值而设定规定的目标值,过热度修正机构53当在蒸发器11的出口侧工作介质的温度不到饱和温度时,将过热度的目标值提高。泵控制机构51进行将工作介质泵15的转速降低的控制,以通过提高过热度的目标值来促进过热器12中的工作介质的加热。由此,工作介质的循环流量被减少,能够在过热器12中提高工作介质的过热度。
此外,过热度修正机构53随着向过热器12流入的加热介质的温度下降,使过热器12出口侧的过热度的目标值的变更量变大。即,在加热介质回路16中,在比过热器12靠上游侧,设有检测向过热器12流入前的加热介质的温度的第3温度传感器TW1(加热介质温度检测机构),过热度修正机构53在将过热度的目标值提高时,随着第3温度传感器TW1的检测值下降,使提高过热度的目标值的量增大,另一方面,随着第3温度传感器TW1的检测值上升,使提高过热度的目标值的量降低。
此外,过热度修正机构53如果检测到蒸发器11的出口侧的工作介质的温度从不到饱和温度的状态成为饱和温度以上,则进行将过热度的目标值降低的控制。如果将过热度的目标值降低,则泵控制机构51进行将工作介质泵15的转速提高的控制。
接着,参照图2对有关本实施方式的发电装置的控制方法进行说明。
当工作介质泵15驱动、工作介质在循环流路10中循环时(步骤ST11),通过第1温度传感器T1及第1压力传感器P1检测蒸发器11的出口侧的工作介质的温度及压力,此外通过第2温度传感器T2及第2压力传感器P2检测过热器12的出口侧的工作介质的温度及压力(步骤ST12)。并且,控制部50的泵控制机构51进行工作介质泵15的转速控制,以使根据第2温度传感器T2及第2压力传感器P2的检测值计算出的过热器12出口侧的过热度成为规定的目标值(步骤ST13)。
在工作介质泵15驱动而工作介质在循环流路10中循环的期间中,蒸发状态检测机构52基于第1温度传感器T1及第1压力传感器P1的检测值,检测蒸发器11的出口侧的工作介质的温度是否不到饱和温度(检测步骤ST14)。并且,在检测步骤ST14中,如果检测到蒸发器11出口侧的工作介质的温度不到饱和温度,则过热度修正机构53进行将过热器12的出口侧的过热度的目标值提高的控制(过热度修正步骤ST15)。由此,泵控制机构51进行工作介质泵15的转速控制以使过热器12出口侧的过热度成为修正后的目标值(步骤ST16)。
然后,如果蒸发状态检测机构52基于第1温度传感器T1及第1压力传感器P1的检测值检测出蒸发器11的出口侧的工作介质的温度成为饱和温度以上(在步骤ST17中为是),则过热度修正机构53进行将过热度的目标值降低的控制(步骤ST18)。并且,泵控制机构51进行工作介质泵15的转速控制,以使过热器12出口侧的过热度成为修正后的目标值(步骤ST19)。
在上述过热度修正步骤ST15中,随着向过热器12流入的加热介质的温度(第3温度传感器TW1的检测值)下降,使过热度的目标值的变更量变大。如果具体地说明,则首先,如图3所示,控制部50取得从第3温度传感器TW1输出的信号(与第3温度传感器TW1的检测值对应的信号)(步骤ST21)。在控制部50中,存储有将第3温度传感器TW1的检测值即向过热器12流入的加热介质的温度与过热度的目标值的变更量建立关联的函数或映射表,控制器50的过热度修正机构53利用该函数或映射表,根据第3温度传感器TW1的检测值改变过热度的目标值的变更量(步骤ST22)。例如,该函数(映射表)为第3温度传感器TW1的检测值越低则将过热度的目标值提高的量越大、该检测值越高则将过热度的目标值提高的量越小那样的函数(映射表)。并且,通过将第3温度传感器TW1的检测值代入到该函数中计算目标值的变更量,或者通过从映射表中读出与检测值对应的变更量,能够改变过热度的目标值的变更量。
如以上说明,在本实施方式中,将工作介质泵15通过泵控制机构51进行转速控制,以使过热器12的出口侧的过热度成为规定的目标值。并且,如果检测出蒸发器11出口侧的工作介质的温度不到饱和温度,则过热度修正机构53将过热器12的出口侧的过热度的目标值提高。因此,泵控制机构51进行将泵15的转速降低的控制以促进过热器12中工作介质的加热。由此,工作介质的循环量被减少,能够将过热器12的出口侧的过热度提高。因而,即使是蒸发器11出口侧的工作介质的温度不到饱和温度、存在液滴那样的情况,也通过进行控制以促进过热器12中的加热,能够防止包含在流入到过热器12中的工作介质中的液滴不蒸发而经过过热器12。即,即使是向蒸发器11导入的加热介质的温度不怎么高而工作介质没有全部蒸发完的情况,也能够防止含有液滴的工作介质流入到膨胀机13中。因此,在加热介质的温度不同的情况下或加热介质的温度较大变动的情况下也能够应对。
在本实施方式中,向过热器12流入的加热介质的温度越低,在过热器12中工作介质的加热量越小。因而,在本实施方式中,在向过热器12流入的加热介质的温度较低的情况下,通过使过热度的目标值的变更量变大,能够在过热器12中使工作介质中的液滴可靠地蒸发。
此外,在本实施方式中,如果检测到蒸发器11的出口侧的工作介质的温度从不到饱和温度的状态成为饱和温度以上,则过热度修正机构53将过热度的目标值降低,所以能够在防止含有液滴的工作介质流入到膨胀机13中的同时、使工作介质的循环量增大。
另外,本发明并不限定于上述实施方式,在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变更、改良等。例如,在上述实施方式中,做成了在加热介质回路16中设置第3温度传感器TW1、过热度修正机构53随着该第3温度传感器TW1的检测值(向过热器流入的加热介质的温度)下降而使过热度的目标值的变更量变大的结构,但并不限定于此。例如,也可以如图4所示那样,做成在加热介质回路16中设置用来检测向过热器12流入的加热介质的流量的流量计30(流量检测机构)、过热度修正机构53随着流量计30的检测值(向过热器12流入的加热介质的流量)下降而使过热度的目标值的变更量变大的结构。由于向过热器12流入的加热介质的流量越少则在过热器12中工作介质的加热量越小,所以在该结构中,也通过使过热度的目标值的变更量变大,能够在过热器12中使工作介质中的液滴可靠地蒸发。在此情况下,在过热度修正步骤ST15中,随着向过热器12流入的加热介质的流量(流量计30的检测值)下降,使过热度的目标值的变更量变大。即,在控制部50中,存储有将向过热器12流入的加热介质的流量(流量计30的检测值)与过热度的目标值的变更量建立关联的函数或映射表,控制器50的过热度修正机构53利用该函数或映射表,根据流量计30的检测值改变过热度的目标值的变更量。

Claims (7)

1.一种发电装置,其特征在于,具备:
蒸发器,通过加热介质将工作介质加热,使该工作介质的至少一部分蒸发;
过热器,将通过上述蒸发器而至少一部分蒸发的工作介质通过加热介质加热,使其成为过热状态;
膨胀机,连结发电机,通过使通过上述过热器成为过热状态的工作介质膨胀,将上述发电机驱动;
冷凝器,使通过上述膨胀机膨胀后的工作介质冷凝;
介质泵,将由上述冷凝器冷凝后的工作介质朝向上述蒸发器送出;
过热度检测机构,检测上述过热器的出口侧的过热度;
泵控制机构,控制上述介质泵的转速,以使由上述过热度检测机构检测的过热度成为规定的目标值;
蒸发状态检测机构,检测上述蒸发器的出口侧的工作介质的温度是否不到饱和温度;
过热度修正机构,如果由上述蒸发状态检测机构检测出蒸发器出口侧的工作介质的温度不到饱和温度,则将上述过热器的出口侧的过热度的上述规定的目标值提高。
2.如权利要求1所述的发电装置,其特征在于,
还具备加热介质状态检测机构,所述加热介质状态检测机构检测向上述过热器流入的加热介质的温度或流量;
上述过热度修正机构随着由上述加热介质状态检测机构检测出的加热介质的温度或流量下降而使上述过热度的目标值的变更量变大。
3.如权利要求1所述的发电装置,其特征在于,
上述过热度修正机构如果检测出上述蒸发器的出口侧的工作介质的温度从不到饱和温度的状态成为饱和温度以上,则将上述过热度的目标值降低。
4.如权利要求1~3中任一项所述的发电装置,其特征在于,
具备:
温度检测机构,检测在上述蒸发器与上述过热器之间的工作介质通路中流动的工作介质的温度;
压力检测机构,检测在上述蒸发器与上述过热器之间的工作介质通路中流动的工作介质的压力;
上述蒸发状态检测机构基于上述温度检测机构的检测值及上述压力检测机构的检测值,检测上述蒸发器的出口侧的工作介质的温度不到饱和温度的情况。
5.一种发电装置的控制方法,所述发电装置具备:蒸发器,通过加热介质将工作介质加热,使该工作介质的至少一部分蒸发;过热器,将通过上述蒸发器而至少一部分蒸发的工作介质通过加热介质加热,使其成为过热状态;膨胀机,连结发电机,通过使通过上述过热器成为饱和状态或过热状态的工作介质膨胀,将上述发电机驱动;冷凝器,使通过上述膨胀机膨胀后的工作介质冷凝;介质泵,将由上述冷凝器冷凝后的工作介质朝向上述蒸发器送出;控制上述介质泵的转速以使上述过热器的出口侧的过热度成为规定的目标值;
该发电装置的控制方法的特征在于,包括:
检测步骤,检测上述蒸发器的出口侧的工作介质的温度是否不到饱和温度;
过热度修正步骤,如果在上述检测步骤中检测出蒸发器出口侧的工作介质的温度不到饱和温度,则将上述过热器的出口侧的过热度的上述规定的目标值提高。
6.如权利要求5所述的发电装置的控制方法,其特征在于,
在上述过热度修正步骤中,随着向上述过热器流入的加热介质的温度或流量下降,使上述过热度的目标值的变更量变大。
7.如权利要求5或6所述的发电装置的控制方法,其特征在于,
如果检测出上述蒸发器的出口侧的工作介质的温度从不到饱和温度的状态成为饱和温度以上,则将上述过热度的目标值降低。
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