CN109804141A - 热能回收装置及其运转方法 - Google Patents

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Abstract

热能回收装置包括蒸发器(10)、膨胀机(12)、动力回收部(14)、冷凝器(16)、泵(18)、供应流路(32)、排出流路(34)、压力调整阀(V1)及控制部(40)。控制部(40)具有：在供应到蒸发器(10)的气相的加热介质的压力低于基准值时，以使该加热介质的压力达到所述基准值以上的方式调整压力调整阀(V1)的开度的压力调整部(42)；以及在压力调整部(42)调整压力调整阀(V1)的开度后，或者与压力调整部(42)调整压力调整阀(V1)的开度同时，提高泵(18)的转数的转数调整部(44)。

Description

热能回收装置及其运转方法
技术领域
本发明涉及一种热能回收装置。
背景技术
以往，已知有从由工厂的各种设备排出的废气等蒸气(气相的加热介质)回收动力的热能回收装置。例如，在专利文献1中公开了具备利用从外部的热源供应的气相的加热介质加热工作介质的蒸发器、使从蒸发器流出的工作介质膨胀的膨胀机、连接于膨胀机的发电机、使从膨胀机流出的工作介质冷凝的冷凝器、将在冷凝器冷凝的工作介质输送到蒸发器的循环泵、以及连接于蒸发器的蒸气配管的双循环发电装置(热能回收装置)。蒸气配管具有用于向蒸发器供应气相的加热介质的供应配管和用于从蒸发器排出加热介质的排出配管。
在如专利文献1中记载的热能回收装置中，最好尽量增大动力回收量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开公报特开2014-194210号
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高动力回收量的热能回收装置及其运转方法。
为了解决所述问题，本发明人着眼于以往未进行调整的蒸气压(向蒸发器供应的气相的加热介质的压力)。即，如果向蒸发器供应的气相的加热介质的压力被提高，则该加热介质的温度上升，相应地，在蒸发器工作介质能够从加热介质接收的热量增加。并且，想到了在蒸发器中工作介质从加热介质的受热量增大，相应地能够提高泵的转数，据此，能够增加动力回收量。
本发明基于所述的观点而做出。具体而言，本发明一个方面所涉及的热能回收装置包括：蒸发器，通过使从外部供应的气相的加热介质与工作介质进行热交换，使所述工作介质蒸发；膨胀机，使从所述蒸发器流出的工作介质膨胀；动力回收部，连接于所述膨胀机；冷凝器，使从所述膨胀机流出的工作介质冷凝；泵，将从所述冷凝器流出的工作介质输送到所述蒸发器；供应流路，用于向所述蒸发器供应所述加热介质；排出流路，用于从所述蒸发器排出所述加热介质；压力调整阀，设置在所述排出流路，能够调整被供应到所述蒸发器的所加热介质的压力；以及控制部，其中，所述控制部具有：压力调整部，在供应到所述蒸发器的气相的加热介质的压力低于基准值时，以使该加热介质的压力达到所述基准值以上的方式调整所述压力调整阀的开度；以及转数调整部，在所述压力调整部调整所述压力调整阀的开度后，或者与所述压力凋整部调整所述压力调整阀的开度同时，提高所述泵的转数。
此外，本发明另一个方面涉及热能回收装置的运转方法，其中，所述热能回收装置包括：蒸发器，通过使从外部供应的气相的加热介质与工作介质进行热交换，使所述工作介质蒸发；膨胀机，使从所述蒸发器流出的工作介质膨胀；动力回收部，连接于所述膨胀机；冷凝器，使从所述膨胀机流出的工作介质冷凝；泵，将从所述冷凝器流出的工作介质输送到所述蒸发器，所述运转方法包括：压力调整步骤，在供应到所述蒸发器的加热介质的压力低于基准值时，以使该加热介质的压力达到所述基准值以上的方式调整所述加热介质的压力；以及转数调整步骤，在所述压力调整步骤后提高所述泵的转数。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的热能回收装置的结构的概要的图。
图2是表示图1所示的热能回收装置的控制部的控制内容的流程图。
图3是表示本发明的第二实施方式的热能回收装置的结构的概要的图。
图4是表示图3所示的热能回收装置的控制部的控制内容的流程图。
具体实施方式
(第一实施方式)
参照图1及图2说明本发明的第一实施方式的热能回收装置。
如图1所示，热能回收装置包括蒸发器10、膨胀机12、动力回收部14、冷凝器16、泵18、循环流路20、供应流路32、排出流路34及控制部40。循环流路20将蒸发器10、膨胀机12、冷凝器16及泵18以该顺序直接连接。
蒸发器10通过使从外部的加热介质供应源100(例如锅炉)供应的气相的加热介质(蒸气)与工作介质热交换，从而使工作介质蒸发。蒸发器10具有加热介质流动的第一流路10a以及工作介质流动的第二流路10b。
供应流路32是用于将在加热介质供应源100产生的加热介质供应到蒸发器10的流路，连接于第一流路10a的上游侧的端部。因此，气相的加热介质通过供应流路32从加热介质供应源100供应到第一流路10a。
排出流路34是用于从蒸发器10排出加热介质的流路，连接于第一流路10a的下游侧的端部。因此，在蒸发器10与工作介质热交换后的加热介质(例如排水)通过排出流路34而从蒸发器10排出。在排出流路34设有能够调整从加热介质供应源100供应到蒸发器10的加热介质的压力的压力调整阀V1。
本实施方式的热能回收装置还包括从供应流路32分支的分支流路36。分支流路36是用于将在加热介质供应源100产生的气相的加热介质的一部分供应到负载侧(处理侧)的流路。在分支流路36设有调整从加热介质供应源100流入分支流路36的气相的工作介质的流量和从加热介质供应源100流入供应流路32的气相的工作介质的流量的流量调整阀V2。
膨胀机12设置在循环流路20中的蒸发器10的下游侧的部位。膨胀机12使从蒸发器10流出的气相的工作介质膨胀。在本实施方式中，使用具有利用从蒸发器10流出的气相的工作介质的膨胀能量被旋转驱动的螺杆转子的容积式螺杆膨胀机来作为膨胀机12。
动力回收部14连接于膨胀机12。在本实施方式中，使用发电机来作为动力回收部14。该动力回收部14具有连接于膨胀机12的螺杆转子的旋转轴。动力回收部14通过所述旋转轴伴随所述螺杆转子的旋转而旋转，从而产生电力。另外，作为动力回收部14，除了发电机，也可使用压缩机等。
冷凝器16设置在循环流路20中的膨胀机12的下游侧的部位。冷凝器16利用从外部供应的冷却介质(冷却水等)冷却从膨胀机12流出的工作介质从而使其冷凝(液化)。
泵18设置在循环流路20中的冷凝器16的下游侧的部位(冷凝器16与蒸发器10之间的部位)。泵18将液相的工作介质加压至规定的压力并向蒸发器10送出。作为泵18，使用将叶轮作为转子而具备的离心泵、转子由一对齿轮形成的齿轮泵、螺杆泵、次摆线泵等。
控制部40在确保向负载侧的气相的工作介质的供应量的情况下，为了尽量增加在动力回收部14中的动力的回收量(在本实施方式中为发电量)而控制压力调整阀V1的开度、流量调整阀V2的开度以及泵18的转数。具体而言，控制部40具有压力调整部42、转数调整部44及流量调整部46。
压力调整部42在供应到蒸发器10的气相的加热介质的压力Pv0低于基准值x时，以使该加热介质的压力Pv0达到基准值x以上的方式调整压力调整阀V1的开度(缩小)。另外，供应到蒸发器10的气相的加热介质的压力Pv0由设置在供应流路32的压力传感器51检测。
转数调整部44在压力调整部42调整压力调整阀V1的开度后，或者与压力调整部42调整压力调整阀V1的开度同时，提高泵18的转数。具体而言，转数调整部44在流入膨胀机12的工作介质的过热度Tro成为下限值α以上的范围提高泵18的转数。另外，流入膨胀机12的工作介质的过热度Tro基于设置在循环流路20中蒸发器10与膨胀机12之间的部位的温度传感器52及压力传感器53的各检测值而求出。
流量调整部46以使向分支流路36的气相的工作介质的供应量达到规定量以上的方式调整流量调整阀V2的开度。在本实施方式中，向分支流路36的气相的工作介质的供应量基于设置在分支流路36的压力传感器54的检测值Pv2而计算出。
下面，参照图2说明控制部40的控制内容。
如果本能量回收装置起动，则控制部40(流量调整部46)判定压力传感器54的检测值Pv2是否大于规定值ε，即判定供应到负载侧的气相的工作介质是否多于规定量(步骤S11)。其结果，在所述检测值Pv2为规定值ε以下的情况下，控制部40(流量调整部46)增大流量调整阀V2的开度(步骤S12)，并返回到步骤S11。另一方面，在所述检测值Pv2大于规定值ε的情况下，控制部40(转数调整部44)判定流入膨胀机12的工作介质的过热度Tro是否为下限值α以上且上限值β以下(步骤S13)。
其结果，在过热度Tro不是下限值α以上且上限值β以下的情况下，控制部40(转数调整部44)判定过热度Tro是否大于上限值β(步骤S14)。并且，在过热度Tro大于上限值6的情况下，控制部40(转数调整部44)提高泵18的转数(步骤S15)，并返回到步骤S11，另一方面，在过热度Tro不大于上限值β的情况下，也就是说，过热度Tro小于下限值α的情况下，控制部40(转数调整部44)降低泵18的转数(步骤S16)，并返回到步骤S11。
在步骤S13，在过热度Tro为下限值α以上且上限值β以下的情况下(在步骤S13为是的情况下)，控制部40(压力调整部42)判定供应到蒸发器10的气相的加热介质的压力Pv0是否为基准值x以上且设定值y以下(步骤S17)。其结果，在压力Pv0为基准值x以上且设定值y以下的情况下，控制部40(压力调整部42)返回到步骤S11，另一方面，在压力Pv0不是基准值x以上且设定值y以下的情况下，控制部40(压力调整部42)判定压力Pv0是否低于基准值x(步骤S18)。另外，设定值y是大于基准值x的值，例如被设定为加热介质供应源100容许的压力的上限值。
其结果，在压力Pv0不低于基准值x的情况下，也就是说，压力Pv0大于设定值y的情况下，控制部40(压力调整部42)为了使压力Pv0的值变小而增大压力调整阀V1的开度(步骤S19)，并返回到步骤S11。另一方面，在压力Pv0低于基准值x的情况下，控制部40(压力调整部42)为了提高供应到蒸发器10的气相的加热介质的压力Pv0而缩小压力调整阀V1的开度(步骤S20)。据此，供应到蒸发器10的气相的加热介质的温度上升。因此，增大在蒸发器10工作介质能够从加热介质接收的热量。
在此，控制部40(转数调整部44)提高泵18的转数(步骤S21)。据此，在动力回收部14中的动力的回收量增大。
通过在步骤S20缩小压力调整阀V1的开度，从而通过分支流路36供应到负载侧的气相的加热介质的流量增加，因此，控制部40缩小流量调整阀V2的开度(步骤S22)，并返回到步骤S11。另外，步骤S20～步骤S22可同时进行。
如以上说明，在本热能回收装置中，通过由压力调整部42调整压力调整阀V1的开度(步骤S20的操作)而向蒸发器10供应的气相的加热介质的压力Pv0被调整为基准值x以上，从而较大地确保在蒸发器10工作介质能够从气相的加热介质接收的热量。因此，通过由转数调整部44提高泵18的转数(步骤S21的操作)，在蒸发器10的工作介质的受热量，即在动力回收部14的动力回收量增大。
此外，转数调整部44在流入膨胀机12的工作介质的过热度Tro成为下限值α以上的范围提高泵18的转数，因此，既能抑制工作介质以气液二相的状态流入膨胀机12，又能增加在动力回收部14的动力回收量。
此外，流量调整部46以使向分支流路36的气相的工作介质的供应量达到规定量以上的方式调整流量调整阀V2的开度，因此，既能确保向负载侧的气相的工作介质的供应量为规定量以上，又能增加在动力回收部14的动力回收量。
(第二实施方式)
下面，参照图3及图4说明本发明的第二实施方式的热能回收装置。另外，在第二实施方式中，只说明不同于第一实施方式的部分，省略与第一实施方式相同的结构、作用及效果的说明。
本实施方式的热能回收装置不具有分支流路36、流量调整阀V2及流量调整部46。在本实施方式中，控制部40的转数调整部44在从蒸发器10流出的加热介质(例如排水)的温度T1成为规定值T0以上且流入膨胀机12的工作介质的过热度Tro成为下限值α以上的范围提高泵18的转数。另外，从蒸发器10流出的加热介质的温度T1由设置在排出流路34的温度传感器55检测。下面，参照图4说明本实施方式的控制部40的控制内容。
如果本热能回收装置起动，控制部40判定从蒸发器10流出的加热介质的温度T1是否大于规定值T0(步骤S31)。其结果，如果所述温度T1为规定值T0以下，控制部40(压力调整部42)为了使在蒸发器10加热介质赋予工作介质的热量减少而增大压力调整阀V1的开度(步骤S32)，并返回到步骤S11。另一方面，在温度T1大于规定值T0的情况下，控制部40前进到步骤S13。另外，步骤S13以后的流程除了不具备步骤S22的点以外，与第一实施方式的步骤相同，因此省略说明。
在本实施方式中，在将从蒸发器10流出的加热介质(例如排水)的温度T1维持为规定值T0以上的情况下，即在能够有效利用该加热介质的情况下，能够增加在动力回收部14的动力回收量。
另外，应认为本次公开的实施方式在所有的点上为例示，并不用来限定。本发明的范围不是通过所述的实施方式的说明来表示，而是通过权利要求来表示，而且包含与权利要求均等的意思及范围内的所有变更。
例如，在第一实施方式中，也可代替压力传感器54而设置流量传感器，流量调整部46以使该流量传感器的检测值达到规定量以上的方式调整流量调整阀V2的开度。此外，可代替在分支流路36设置流量调整阀V2，而在供应流路32与分支流路36的连接部设置三通阀。
在此，概括说明所述实施方式。
所述实施方式的热能回收装置包括：蒸发器，通过使从外部供应的气相的加热介质与工作介质进行热交换，使所述工作介质蒸发；膨胀机，使从所述蒸发器流出的工作介质膨胀；动力回收部，连接于所述膨胀机；冷凝器，使从所述膨胀机流出的工作介质冷凝；泵，将从所述冷凝器流出的工作介质输送到所述蒸发器；供应流路，用于向所述蒸发器供应所述加热介质；排出流路，用于从所述蒸发器排出所述加热介质；压力调整阀，设置在所述排出流路，能够调整被供应到所述蒸发器的所加热介质的压力；以及控制部，其中，所述控制部具有：压力调整部，在供应到所述蒸发器的气相的加热介质的压力低于基准值时，以使该加热介质的压力达到所述基准值以上的方式调整所述压力调整阀的开度；以及转数调整部，在所述压力调整部调整所述压力调整阀的开度后，或者与所述压力调整部调整所述压力调整阀的开度同时，提高所述泵的转数。
在本热能回收装置中，通过由压力调整部调整压力调整阀的开度而向蒸发器供应的气相的加热介质的压力被调整为基准值以上，从而较大地确保在蒸发器工作介质能够从气相的加热介质接收的热量。因此，通过转数调整部提高泵的转数，从而在蒸发器的工作介质的受热量，即在动力回收部的动力回收量增大。
此时，优选：所述转数调整部在流入所述膨胀机的工作介质的过热度达到下限值以上的范围提高所述泵的转数。
据此，既能抑制工作介质以气液二相的状态流入膨胀机，又能增加在动力回收部的动力回收量。
此外，在所述热能回收装置中，也可以还包括：分支流路，从所述供应流路分支，用于向负载侧供应所述气相的工作介质；以及流量调整阀，调整向所述分支流路的所述气相的工作介质的流入量和向所述供应流路的所述气相的工作介质的流入量，其中，所述控制部以使向所述分支流路的所述气相的工作介质的供应量达到规定量以上的方式调整所述流量调整阀的开度，所述转数调整部在所述流量调整部调整所述流量调整阀的开度以及所述压力调整部调整所述压力调整阀的开度后，或者与所述流量调整部调整所述流量调整阀的开度以及所述压力调整部调整所述压力调整阀的开度同时，提高所述泵的转数。
在该结构中，既能确保向负载侧的气相的工作介质的供应量为规定量以上，又能增加在动力回收部的动力回收量。
或者，在所述热能回收装置中，也可为：所述转数调整部以使从所述蒸发器流出的加热介质的温度达到规定值以上的范围提高所述泵的转数。
在该结构中，在将从蒸发器流出的加热介质(例如排水)的温度维持为规定值以上的情况下，即在能够有效利用该加热介质的情况下，能够增加在动力回收部的动力回收量。
此外，所述实施方式的热能回收装置的运转方法，其中，所述热能回收装置包括：蒸发器，通过使从外部供应的气相的加热介质与工作介质进行热交换，使所述工作介质蒸发；膨胀机，使从所述蒸发器流出的工作介质膨胀；动力回收部，连接于所述膨胀机；冷凝器，使从所述膨胀机流出的工作介质冷凝；泵，将从所述冷凝器流出的工作介质输送到所述蒸发器，所述运转方法包括：压力调整步骤，在供应到所述蒸发器的加热介质的压力低于基准值时，以使该加热介质的压力达到所述基准值以上的方式调整所述加热介质的压力；以及转数调整步骤，在所述压力调整步骤后提高所述泵的转数。
在本运转方法中，通过在压力调整步骤供应到蒸发器的气相的加热介质的压力被调整为基准值以上，从而较大地确保在蒸发器工作介质能够从气相的加热介质接收的热量。因此，通过在转数调整步骤提高泵的转数，从而在蒸发器的工作介质的受热量增大，即在动力回收部的动力回收量增大。
在所述转数调整步骤中，优选：在流入所述膨胀机的工作介质的过热度达到下限值以上的范围提高所述泵的转数。
由此，既能抑制工作介质以气液二相的状态流入膨胀机，又能增加在动力回收部的动力回收量。

Claims (6)

1.一种热能回收装置，其特征在于包括：
蒸发器，通过使从外部供应的气相的加热介质与工作介质进行热交换，使所述工作介质蒸发；
膨胀机，使从所述蒸发器流出的工作介质膨胀；
动力回收部，连接于所述膨胀机；
冷凝器，使从所述膨胀机流出的工作介质冷凝；
泵，将从所述冷凝器流出的工作介质输送到所述蒸发器；
供应流路，用于向所述蒸发器供应所述加热介质；
排出流路，用于从所述蒸发器排出所述加热介质；
压力调整阀，设置在所述排出流路，能够调整被供应到所述蒸发器的所加热介质的压力；以及
控制部，其中，
所述控制部具有：
压力调整部，在供应到所述蒸发器的气相的加热介质的压力低于基准值时，以使该加热介质的压力达到所述基准值以上的方式调整所述压力调整阀的开度；以及
转数调整部，在所述压力调整部调整所述压力调整阀的开度后，或者与所述压力调整部调整所述压力调整阀的开度同时，提高所述泵的转数。
2.根据权利要求1所述的热能回收装置，其特征在于，
所述转数调整部在流入所述膨胀机的工作介质的过热度达到下限值以上的范围提高所述泵的转数。
3.根据权利要求1或2所述的热能回收装置，其特征在于还包括：
分支流路，从所述供应流路分支，用于向负载侧供应所述气相的工作介质；以及
流量调整阀，调整向所述分支流路的所述气相的工作介质的流入量和向所述供应流路的所述气相的工作介质的流入量，其中，
所述控制部以使向所述分支流路的所述气相的工作介质的供应量达到规定量以上的方式调整所述流量调整阀的开度，
所述转数调整部在所述流量调整部调整所述流量调整阀的开度以及所述压力调整部调整所述压力调整阀的开度后，或者与所述流量调整部调整所述流量调整阀的开度以及所述压力调整部调整所述压力调整阀的开度同时，提高所述泵的转数。
4.根据权利要求1或2所述的热能回收装置，其特征在于，
所述转数调整部以使从所述蒸发器流出的加热介质的温度达到规定值以上的范围提高所述泵的转数。
5.一种热能回收装置的运转方法，其中，所述热能回收装置包括：
蒸发器，通过使从外部供应的气相的加热介质与工作介质进行热交换，使所述工作介质蒸发；
膨胀机，使从所述蒸发器流出的工作介质膨胀；
动力回收部，连接于所述膨胀机；
冷凝器，使从所述膨胀机流出的工作介质冷凝；
泵，将从所述冷凝器流出的工作介质输送到所述蒸发器，
所述运转方法的特征在于包括：
压力调整步骤，在供应到所述蒸发器的加热介质的压力低于基准值时，以使该加热介质的压力达到所述基准值以上的方式调整所述加热介质的压力；以及
转数调整步骤，在所述压力调整步骤后提高所述泵的转数。
6.根据权利要求5所述的热能回收装置的运转方法，其特征在于，
在所述转数调整步骤中，在流入所述膨胀机的工作介质的过热度达到下限值以上的范围提高所述泵的转数。
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