CN104110282B - 排热回收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种排热回收装置，其具备：蒸发器，具有由水蒸汽或气体构成的加热介质流动的加热介质流路和动作介质流动的动作介质流路；膨胀机；旋转机；冷凝器；泵；压力传感器，检测向加热介质流路供给的加热介质的压力、从加热介质流路流出的加热介质的压力、从动作介质流路流出的动作介质的压力、以及向动作介质流路流入的动作介质的压力中的至少1个；和控制部，当在测量期间内取得了表示是以与预先取得的压力传感器的检测值关联的代表值为基准的变动容许范围的上限值以上以及下限值以下的取得值时，使动作介质向动作介质流路的流入量减少。通过这样的结构，抑制在被供给由水蒸汽或气体构成的加热介质的蒸发器内发生的水锤现象的显然存在化。

Description

排热回收装置
技术领域
本发明涉及排热回收装置。
背景技术
以往，已知有将从工厂等排出的水蒸汽或气体的热回收的排热回收装置。例如，在日本·特开2012－255400号中，公开了一种排热回收装置，其具备被供给由蒸汽构成的加热介质的蒸发器、从蒸发器流出的动作介质流入的膨胀机、连接在膨胀机上的发电机、使从膨胀机流出的动作介质冷凝的冷凝器、和将从冷凝器流出的动作介质加压并向蒸发器送出的泵。蒸发器具有动作介质流动的动作介质流路、和加热介质流动的加热介质流路。通常，在加热介质流路内，存在通过被供给到该加热介质流路中的作为加热介质的蒸汽冷凝而生成的液体（冷凝水或雾）。此外，在动作介质流路内存在液态的动作介质。
在上述先行技术的排热回收装置中，作为加热介质而使用从工厂等排出的蒸汽等，有加热介质的温度急剧上升的情况。在此情况下，已知有在蒸发器内可能发生所谓的水锤现象。该水锤现象推测主要是由以下的原理发生的。
（1）如果将温度急剧地上升的加热介质（蒸汽或高温气体）供给到加热介质流路内，则该加热介质通过被加热介质流路内的液体（冷凝水或雾）冷却而冷凝，由此加热介质的体积急剧地变小。这样，在加热介质流路内产生压力相对较低的部分。结果，通过加热介质流路内的液体朝向该压力相对较低的部分移动，该液体碰撞在该加热介质流路的内表面上。
（2）通过温度急剧地上升的加热介质，将动作介质流路内的液态的动作介质加温而使其急剧地蒸发。这样，通过在气态的动作介质中伴随着雾状的动作介质，在动作介质流路内产生压力相对较低的部分。结果，通过动作介质流路内的液态或雾状的动作介质朝向该压力相对较低的部分移动，该动作介质碰撞在该动作介质流路的内表面上。
发明内容
本发明的目的是抑制在被供给由水蒸汽或气体构成的加热介质的蒸发器内发生的水锤现象的显然存在化。
本发明者们根据上述原理想到，由于推测水锤现象是因为加热介质流路内的加热介质的急剧的压力变化或动作介质流路内的动作介质的急剧的压力变化而发生的，所以通过监视该压力变化，能够抑制水锤现象的发生或显然存在化。
本发明是根据这样的观点做出的，提供一种排热回收装置，具备：蒸发器，具有由水蒸汽或气体构成的加热介质流动的加热介质流路和动作介质流动的动作介质流路；膨胀机，从上述蒸发器流出的上述动作介质流入；旋转机，连接在上述膨胀机上；冷凝器，使从上述膨胀机流出的上述动作介质冷凝；泵，将从上述冷凝器流出的上述动作介质加压，向上述蒸发器送出；压力传感器，检测向上述加热介质流路供给的上述加热介质的压力、从上述加热介质流路流出的上述加热介质的压力、从上述动作介质流路流出的上述动作介质的压力、以及向上述动作介质流路流入的上述动作介质的压力中的至少1个；和控制部，当在测量期间内取得了表示是变动容许范围的上限值以上以及下限值以下的取得值时，使上述动作介质向上述动作介质流路的流入量减少，所述变动容许范围以与预先取得的上述压力传感器的检测值关联的代表值为基准。
在本发明中，为了监视推测为水锤现象的发生原因的加热介质流路内的加热介质的压力变化或动作介质流路内的动作介质的压力变化，设有检测加热介质的压力或动作介质的压力的压力传感器。并且，当在上述测量期间内取得了表示是上述变动容许范围的上限值以上及下限值以下的取得值时（当超过变动容许范围而急剧地上下变动时），即，当满足推测会发生水锤现象的条件时，控制部使动作介质向动作介质流路的流入量减少。由此，动作介质流路中的动作介质的液面降低，所以通过在加热介质流路中流动的加热介质与动作介质流路内的液态的动作介质的热交换而损失的热量减少。即，由于将加热介质冷却的介质量减少，所以加热介质的急剧的冷凝被抑制，由此，在加热介质流路中压力相对变低的部分减少。因而，加热介质流路内的液体向该加热介质流路的内表面碰撞的水锤现象的显然存在化被抑制。此外，通过使动作介质向蒸发器的动作介质流路的流入量减少，动作介质流路内的动作介质的液面降低，由此蒸发器整体的温度上升。这样，由于在动作介质流路中压力相对较低的部分减少，所以液态或雾状的动作介质向动作介质流路的内表面碰撞的水锤现象的显然存在化被抑制。
在此情况下，优选的是，上述控制部将在预先设定的设定期间内取得了多次的上述检测值的移动平均值作为上述代表值。
如果这样，则由于上述代表值是基于上述设定期间的各检测值平滑化的移动平均值，所以能够进行稳定的控制。
此外，在本发明中，也可以是，上述控制部当在上述测量期间内取得了上述取得值时，使上述泵的转速降低。
如果这样，则由于当满足上述条件时，通过泵的转速降低而向动作介质流路流入的动作介质的流量减少，所以水锤现象的显然存在化被抑制。
或者，在本发明中，也可以是，还具备：返回流路，将从上述泵送出的上述动作介质向上述冷凝器与上述泵之间送回；和返回阀，设在上述返回流路中；上述控制部当在上述测量期间内取得了上述取得值时，使上述返回阀的开度变大。
这样，也当满足上述条件时，通过将从泵送出的动作介质的一部分向该泵与冷凝器之间送回而向动作介质流路流入的动作介质的流量减少，所以水锤现象的显然存在化被抑制。
如以上这样，根据本发明，能够抑制在被供给由水蒸汽或气体构成的加热介质的蒸发器内发生的水锤现象的显然存在化。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的排热回收装置的结构的概略的图。
图2是表示加热介质的温度迅速上升时的加热介质的压力变化及动作介质的压力变化的曲线图。
图3是表示控制部的控制内容的概略的流程图。
图4是表示使第一实施方式的设置压力传感器的部位不同的例子的图。
图5是表示使第一实施方式的设置压力传感器的部位不同的例子的图。
图6是表示使第一实施方式的设置压力传感器的部位不同的例子的图。
图7是表示本发明的第二实施方式的排热回收装置的结构的概略的图。
具体实施方式
（第一实施方式）
一边参照图1到图3，一边对本发明的第一实施方式的排热回收装置进行说明。
如图1所示，该排热回收装置具备蒸发器10、从蒸发器10流出的动作介质流入的膨胀机12、连接在膨胀机12上的旋转机14、使从膨胀机12流出的动作介质冷凝的冷凝器16、将从冷凝器16流出的动作介质加压的泵18、将蒸发器10、膨胀机12、冷凝器16及泵18依次串联连接的循环流路20、压力传感器22、和控制向蒸发器10的动作介质的流入量的控制部24。
蒸发器10具有由水蒸汽或气体构成的加热介质流动的加热介质流路10a、和动作介质流动的动作介质流路10b。在动作介质流路10b内流动的动作介质通过与在加热介质流路10a内流动的加热介质热交换而蒸发。动作介质流路10b连接在循环流路20上。通常，在加热介质流路10a内，存在通过供给到该加热介质流路10a中的加热介质（水蒸汽或气体）冷凝而生成的液体（冷凝水或雾）。此外，在动作介质流路10b内存在液态的动作介质。
膨胀机12设在循环流路20中的蒸发器10的下游侧。在本实施方式中，作为膨胀机12使用容积式的螺旋膨胀机，所述容积式的螺旋膨胀机具有由从蒸发器10排出的气态的动作介质的膨胀能量旋转驱动的转子。具体而言，该膨胀机12具有在内部形成有转子室的壳体、和旋转自如地支承在转子室内的阴阳一对的螺旋转子（转子）。在膨胀机12中，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动作介质的膨胀能量旋转驱动上述螺旋转子。并且，通过在上述转子室内膨胀而压力下降后的动作介质被从形成在上述壳体上的排出口向循环流路20排出。另外，作为膨胀机12，并不限于容积式的螺旋膨胀机，也可以使用离心式的结构或涡旋型的结构等。
旋转机14连接在膨胀机12上。在本实施方式中，作为旋转机14而使用发电机14。发电机14具有连接在膨胀机12的一对螺旋转子中的一方上的旋转轴。发电机14通过旋转轴随着上述螺旋转子的旋转而旋转，产生电力。
冷凝器16设在循环流路20中的膨胀机12的下游侧。冷凝器16使从膨胀机12排出的气态的动作介质冷凝，成为液态的动作介质。具体而言，流入到冷凝器16中的气态的动作介质通过与从外部供给到该冷凝器16中的冷却介质热交换而冷凝。作为向冷凝器16供给的冷却介质，例如可以举出冷却水或空气。
泵18设在循环流路20中的冷凝器16的下游侧（蒸发器10与冷凝器16之间）。泵18将由冷凝器16冷凝后的动作介质加压到规定的压力，向循环流路20中的泵18的下游侧送出。作为泵18，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。该泵18能够以任意的转速驱动。
压力传感器22设在向加热介质流路10a供给加热介质的流路中，检测向加热介质流路10a供给的加热介质的压力。
控制部24连接在压力传感器22上，此外，经由变换器26连接在泵18上。在控制部24的功能中，包括计算部24a和转速控制部24b。
计算部24a取得图2所示的压力传感器22的多个检测值，基于该取得的值，计算加热介质的压力（压力传感器22的检测值）的移动平均值。在本实施方式中，移动平均的设定期间设定为1分钟～10分钟左右。
这里，根据图2可知，在期间A中向加热介质流路10a供给的加热介质的温度迅速上升、以及在期间A后存在加热介质的压力相对于其移动平均值急剧地上下变动的期间B。并且，确认了在该变动的期间B中水锤现象可能显然存在化。另外，在图2中，对于加热介质的压力及动作介质的压力，分别除了移动平均值以外，还表示了相对于该移动平均值高5%的值、低5%的值、高10%的值及低10%的值。
在本实施方式中，压力传感器22的检测值作为容许以上述移动平均值为基准的向上下的变动的范围（水锤现象不显然存在化的范围）而设定变动容许范围。具体而言，变动容许范围的上限值被设定为相对于上述移动平均值高5%的检测值，变动容许范围的下限值被设定为相对于上述移动平均值低5%的检测值。此外，作为测量压力传感器22的检测值的期间，是与设定期间相同或比它短的期间，设定了被设定为10秒～1分钟左右的测量期间。
转速控制部24b当在设定期间后的测量期间内取得了相对于上述移动平均值高5%以上的检测值和从上述移动平均值低5%以上的检测值时（当取得了相对于移动平均值急剧地上下变动的检测值时），通过经由变换器26使泵18的转速减小，使动作介质向动作介质流路10b的流入量减少。
接着，一边参照图3一边对控制部24的控制内容进行说明。
首先，将本排热回收装置起动（步骤S10）。于是，计算部24a定期地取得压力传感器22的多个检测值（步骤S11）。
并且，计算部24a依次按照更新的设定期间（1分钟～10分钟左右）计算上述多个检测值的移动平均值（步骤S12）。
然后，转速控制部24b判断在测量期间（10秒～1分钟左右）内是否取得了相对于上述移动平均值高5%以上的检测值和从上述移动平均值低5%以上的检测值（步骤S13）。
结果，当判断为在测量期间内取得了上述高5%以上的值和上述低5%以上的值时，转速控制部24b通过经由变换器26使泵18的转速减小，使动作介质向动作介质流路10b的流入量减少（步骤S14）。
如以上说明，在本实施方式的排热回收装置中，为了监视推测为水锤现象的发生原因的加热介质流路10a内的加热介质的压力变化，设有检测加热介质的压力的压力传感器22。并且，当在测量期间内取得了相对于上述移动平均值高5%以上的值及低5%以上的值时，即当满足推测为发生水锤现象的条件时，控制部24通过使泵18的转速减小，使动作介质向动作介质流路10b的流入量减少。由此，动作介质流路10b中的动作介质的液面降低，所以在加热介质流路10a中流动的加热介质通过与动作介质流路10b内的液态的动作介质的热交换而失去的热量减少。即，由于将加热介质冷却的介质量减少，所以加热介质的急剧的冷凝被抑制，由此，在加热介质流路10a中压力相对变低的部分减少。因而，加热介质流路10a内的液体向该加热介质流路10a的内表面碰撞的水锤现象的显然存在化被抑制。此外，通过使动作介质向蒸发器10的动作介质流路10b的流入量减少，动作介质流路10b内的动作介质的液面降低，由此蒸发器10整体的温度上升。于是，在动作介质流路10b中压力相对变低的部分减少，所以液态或雾状的动作介质向动作介质流路10b的内表面碰撞的水锤现象的显然存在化被抑制。
此外，在本实施方式中，作为变动容许范围的基准，而使用基于在设定期间中取得的各检测值平滑化的值即移动平均值，所以能够进行稳定的控制。
另外，在本实施方式中，表示了压力传感器22设在向加热介质流路10a供给加热介质的流路中的例子，但如图4所示，压力传感器22也可以设在从加热介质流路10a流出的加热介质流动的流路中。在此情况下，从压力传感器22检测表示与图2所示的加热介质的压力变化同样的举动的检测值。
或者，压力传感器22也可以如图5所示那样设在循环流路20中的动作介质流路10b的上游侧（动作介质流路10b与泵18之间）。在此情况下，由压力传感器22检测的动作介质的压力如图2所示，表示与加热介质的压力变化同样的举动。具体而言，在与加热介质的压力相对于其移动平均值急剧地上下变动的期间B相同的期间中，该压力传感器22的检测值（动作介质的压力）相对于其移动平均值急剧地上下变动。
另外，压力传感器22也可以如图6所示那样设在循环流路20中的动作介质流路10b的下游侧（动作介质流路10b与膨胀机12之间）。在此情况下，也从压力传感器22检测表示与图2所示的动作介质的压力变化同样的举动的检测值。
此外，压力传感器22也可以设在向加热介质流路10a供给加热介质的流路、从加热介质流路10a流出的加热介质流动的流路、循环流路20中的动作介质流路10b的上游侧及循环流路20中的动作介质流路10b的下游侧的某两个部位以上。在此情况下，转速控制部24b当在测量期间内从各传感器的至少一个取得了相对于基于该传感器的检测值计算的移动平均值高5%以上的检测值和从上述移动平均值低5%以上的检测值时，使动作介质向动作介质流路10b的流入量减少。
此外，在本实施方式中，也可以将对移动平均值乘以的比例设定为10%。由此，能够更可靠地防止转速控制部24b的误动作。
（第二实施方式）
图7表示本发明的第二实施方式的排热回收装置的结构的概略。另外，在第二实施方式中，仅对与第一实施方式不同的部分进行说明，与第一实施方式相同的构造、作用及效果的说明省略。
本实施方式的排热回收装置具备将从泵18送出的动作介质向冷凝器16与泵18之间送回的返回流路28、和设在该返回流路28中的返回阀30。并且，控制部24代替第一实施方式的转速控制部24b而具有控制返回阀30的开度的阀控制部24c。
接着，对于本实施方式的控制部24的控制内容，说明与第一实施方式的内容不同的部位。
在步骤S12后，阀控制部24c判断在测量期间（10秒～1分钟左右）内是否取得了相对于上述移动平均值高5%以上的检测值和从上述移动平均值低5%以上的检测值（上述检测值是否相对于移动平均值以5%以上上下急剧地变动）（步骤S13）。
结果，当判断为在测量期间内取得了上述高5%以上的值和上述低5%以上的值时，即当满足推测会发生水锤现象的条件时，阀控制部24c通过使返回阀30的开度变大，使动作介质向动作介质流路10b的流入量减少（步骤S14）。另外，关于步骤S10～步骤S12，与第一实施方式是相同的。
如以上说明，在本实施方式中，当满足推测会发生水锤现象的条件时，控制部24通过使返回阀30的开度变大而使动作介质向动作介质流路10b的流入量减少。由此，在本实施方式中，蒸发器10内的水锤现象的显然存在化也被抑制。压力传感器22与图4至图6同样，也可以设在加热介质流路10a的下游侧、循环流路20中的动作介质流路10b的上游侧或下游侧。此外，也可以在加热介质流路10a的上游侧、下游侧、循环流路20的上游侧及下游侧中的两个以上的部位设置多个压力传感器22。
另外，这里公开的实施方式在全部的方面都是例示，而不应被认为是限制性的。本发明的范围不是由上述实施方式的说明、而是由权利要求书表示，还包括与权利要求书等价的意义及范围内的全部变更。
例如，在上述实施方式中，作为旋转机14而例示了发电机14，但旋转机14并不限定于此。
此外，在上述各实施方式中，作为是变动容许范围的基准的代表值而使用移动平均值，但该代表值并不限定于移动平均值。例如，代表值也可以是在设定期间内取得的全部检测值的最大值与最小值的中央的值即中央值等，或者，也可以是作为基于经验或实验导出的压力传感器22的值的导出值。即，代表值是移动平均值、中央值、导出值等与压力传感器22的检测值关联的值，只要是代表设定期间内的压力水平的值就可以。另外，在作为代表值而使用导出值的情况下，该代表值也可以预先存储在控制部24中。并且，转速控制部24b或阀控制部24c当取得了表示是以该代表值为基准容许向上下的变动的变动容许范围的上限值以上及下限值以下的检测值时，只要使动作介质向动作介质流路10b的流入量减少就可以。此外，作为表示是变动容许范围的上限值以上及下限值以下的取得值，并不一定需要使用压力传感器22的检测值本身，也可以使用该检测值分别超过上述上限值及上述下限值的次数等、基于压力传感器22的检测值的值。在此情况下，转速控制部24b或阀控制部24c当在测量期间内压力传感器22的检测值超过上述上限值及上述下限值规定次数时，使动作介质向动作介质流路10b的流入量减少。

Claims (4)

1.一种排热回收装置，
具备：
蒸发器，具有由水蒸汽或气体构成的加热介质流动的加热介质流路和动作介质流动的动作介质流路；
膨胀机，从上述蒸发器流出的上述动作介质流入；
旋转机，连接在上述膨胀机上；
冷凝器，使从上述膨胀机流出的上述动作介质冷凝；和
泵，将从上述冷凝器流出的上述动作介质加压，向上述蒸发器送出；
其特征在于，
还具备：
压力传感器，检测向上述加热介质流路供给的上述加热介质的压力、从上述加热介质流路流出的上述加热介质的压力、从上述动作介质流路流出的上述动作介质的压力、以及向上述动作介质流路流入的上述动作介质的压力中的至少1个；和
控制部，当在测量期间内取得了表示是变动容许范围的上限值以上以及下限值以下的取得值时，使上述动作介质向上述动作介质流路的流入量减少，所述变动容许范围以与预先取得的上述压力传感器的检测值关联的代表值为基准。
2.如权利要求1所述的排热回收装置，其特征在于，
上述控制部将在预先设定的设定期间内取得了多次的上述检测值的移动平均值作为上述代表值。
3.如权利要求1或2所述的排热回收装置，其特征在于，
上述控制部当在上述测量期间内取得了上述取得值时，使上述泵的转速降低。
4.如权利要求1或2所述的排热回收装置，其特征在于，
还具备：返回流路，将从上述泵送出的上述动作介质向上述冷凝器与上述泵之间送回；和
返回阀，设在上述返回流路中；
上述控制部当在上述测量期间内取得了上述取得值时，使上述返回阀的开度变大。
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