CN110214232A - 双循环发电系统及其停止方法 - Google Patents

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Abstract

双循环发电系统包括工作介质循环路、蒸发器、膨胀机、能量回收机、冷凝器及泵。泵具有壳体、旋转轴及叶轮。壳体呈在长边方向的端部具有端壁的中空状，旋转轴沿壳体的长边方向配置轴芯，在被端壁支撑的状态下，将至少一部分配置在壳体内，并接收旋转驱动力而旋转。多个叶轮沿壳体的长边方向排列，且接合于旋转轴。泵以旋转轴的轴芯与铅垂方向交叉的朝向被配置。

Description

双循环发电系统及其停止方法
技术领域
本发明涉及双循环发电系统及其停止方法，特别涉及包括多级螺旋泵的双循环发电系统及其停止方法。
背景技术
近年来，已研究开发出了作为热能回收系统的一种的双循环发电系统(例如专利文献1)。双循环发电系统在工作介质的循环路中依次设置有蒸发器、膨胀机、冷凝器及泵，且发电机连接于膨胀机。在蒸发器中，利用回收来的蒸气或温水使工作介质蒸发。在膨胀机中，使在蒸发器中蒸发的工作介质膨胀。接着，在冷凝器中，通过与冷却水进行热交换，使从膨胀机流出的工作介质冷凝。
在此种结构的双循环发电系统中，使用沸点比水低的工作介质来驱动膨胀机，由此，与以往那样通过蒸气直接驱动膨胀机的发电系统相比，可在低温度区域内发电。
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2012-202269号
发明内容
但是，在以往技术所涉及的双循环发电系统中存在如下问题：当在冷凝器处于高温的状态下停止系统，其后重启系统时，在泵的壳体内会产生空泡(cavitation)。即，当在冷凝器处于高温的状态下停止系统时，因工作介质停止循环而压力急剧下降，而由于冷凝器的温度处于高温，所以工作介质成为饱和状态。因此，在位于冷凝器下游的泵的吸入口部分，工作介质成为饱和状态。
接着，若从在泵的吸入口部分工作介质成为饱和状态的状态重启系统，并驱动泵，则在吸入口部分，工作介质成为过热状态，在壳体内产生空泡。在泵的壳体内产生了空泡的情况下，会发生系统运转故障，另外，有时也会导致泵损坏。
本发明是为了解决如上所述的问题而作出的发明，其目的在于提供一种能够抑制系统重启时在泵内产生空泡的双循环发电系统。
本发明一个方面所涉及的双循环发电系统包括工作介质循环路、蒸发器、膨胀机、能量回收机、冷凝器及泵。
所述工作介质循环路是工作介质循环的路径。
所述蒸发器是设置在所述工作介质循环路中，具有通过回收热能使工作介质蒸发的功能的构成部件。
所述膨胀机是设置在所述工作介质循环路中的所述蒸发器的下游侧，具有使从所述蒸发器送出的所述工作介质膨胀的功能的构成部件。
所述能量回收机是具有回收在所述膨胀机中生成的动能的功能的构成部件。
所述冷凝器是设置在所述工作介质循环路中的所述膨胀机的下游侧，具有使从所述膨胀机送出的所述工作介质通过与冷却介质的热交换而冷凝的功能的构成部件。
所述泵是设置在所述工作介质循环路中的所述冷凝器的下游侧且所述蒸发器的上游侧，具有向所述蒸发器送出从所述冷凝器送出的所述工作介质的功能的构成部件。
所述泵具有壳体、旋转轴及叶轮。
所述壳体呈在长边方向的端部具有端壁的中空状。
所述旋转轴是沿所述长边方向配置轴芯，在被所述端壁支撑的状态下，将至少一部分配置在所述壳体内，并接收旋转驱动力而旋转的构成部件。
所述多个叶轮是以沿所述长边方向排列的状态接合于所述旋转轴的构成部件。
而且，所述泵以所述旋转轴的所述轴芯与铅垂方向交叉的朝向被配置。
附图说明
图1是表示第一实施方式所涉及的双循环发电系统的整体结构的概要的示意图。
图2是从侧面侧表示第一实施方式所涉及的泵的结构及配置方式的示意剖视图。
图3是从上面侧表示第一实施方式所涉及的泵的结构及配置方式的示意剖视图。
图4是从端面侧表示第一实施方式所涉及的泵的结构及配置方式的示意剖视图。
图5是表示参考例所涉及的泵的结构及配置方式的剖视图。
图6是表示第二实施方式所涉及的双循环发电系统的结构的示意图。
图7是表示在第二实施方式所涉及的双循环发电系统中，在停止时由控制器执行的控制流程的流程图。
图8是表示第三实施方式所涉及的双循环发电系统的结构的示意图。
具体实施方式
以下，使用附图对实施方式进行说明。此外，以下说明的方式是本发明的一方式，本发明除了其基本结构之外，不受以下方式的任何限定。
[第一实施方式]
1.整体结构
使用图1说明第一实施方式所涉及的双循环发电系统1的整体结构。
如图1所示，本实施方式所涉及的双循环发电系统1包括工作介质循环路10、预热器11、蒸发器12、膨胀机13、冷凝器14、泵15、发电机(能量回收机)16、变频器17及控制器(控制部)18。
工作介质循环路10是工作介质循环的路径。工作介质能够采用沸点比水低且在常温下沸腾的介质，例如氟利昂替代物(HFC245fa等)、氨与水的混合液、或者异戊烷或异丁烷之类的有机物质等。例如，HFC245fa的沸点为15.3[℃]，是在常温下蒸发的介质。
预热器11及蒸发器12均是使用了对流装置的原理的热交换器。即，在预热器11及蒸发器12中，向与流经蒸气供应路19的蒸气或温水相对的方向输送工作介质，工作介质在预热器11中被预热后，在蒸发器中蒸发。
膨胀机13设置在工作介质循环路10中的蒸发器12的下游侧(工作介质的流动方向的下游侧)。从蒸发器12输送来的工作介质在膨胀机13中膨胀。虽省略了详细的图示，但在本实施方式中，采用具有公母一对的螺杆转子的容积式螺杆膨胀机作为膨胀机13。
而且，在膨胀机13中，一对转子通过输送来的气相状态的工作介质的膨胀能量而被旋转驱动。连接于一对螺杆转子中的一个螺杆转子的旋转轴13a从膨胀机13延伸出，该旋转轴13a的端部连接于发电机16。
发电机16在本实施方式所涉及的双循环发电系统1中被设置为能量回收机。发电机16接收膨胀机13的旋转驱动力而产生电力。由此，回收被供应的蒸气的热能。
冷凝器14设置在工作介质循环路10中的膨胀机13的下游侧。冷凝器14是对流式热交换器，从膨胀机13输送来的气相状态的工作介质与在冷却介质循环路20中输送来的冷却介质(例如冷却水)向对流方向流动从而进行热交换。在冷凝器14中，输送来的工作介质如上所述地被冷却而冷凝，由此成为液相状态而被输送到泵15。
泵15设置在工作介质循环路10中的冷凝器14的下游侧且预热器11的上游侧。泵15的详细结构将后述，采用了具有马达和由马达旋转驱动的多个叶轮的所谓的多级螺旋泵。被输送至泵15的工作介质在被加压到指定的压力后，被送出至预热器11。
变频器17是用于对泵15的马达进行变速驱动的设备。变频器17通过改变对泵15的马达供应的电力的频率来使马达变速。
控制器18基于输入信息，对变频器17发出与泵15的变速相关的指令。
2.泵15的结构及配置方式
使用图2至图4说明本实施方式所涉及的双循环发电系统1的结构中的泵15的结构及配置方式。图2是从侧面侧表示泵15的结构及配置方式的示意剖视图，图3是从上面侧表示泵15的结构及配置方式的示意剖视图。另外，图4是从端面侧表示泵15的结构及配置方式的示意剖视图。
如图2及图3所示，泵15包括壳体150、旋转轴151、多个叶轮152、马达(驱动源)153及轴承154。
壳体150具有作为中空筒的侧周壁150c、作为长边方向的端部的端壁150d和端壁150e。如图2及图3所示，壳体150呈长边方向(X方向)的尺寸比直径方向(Y方向、Z方向)的尺寸长的长筒形状。
旋转轴151的轴芯Ax15以沿X方向(水平方向)的状态被配置。旋转轴151的X方向右侧的端部插通壳体150的端壁150e而向外侧延伸出。旋转轴151的向壳体150的外侧延伸出而成的端部连接于作为驱动源的马达153的驱动轴153a。
轴承154接合于壳体150的端壁150e的外表面侧，并在维持轴芯Ax15的水平姿势(沿着X方向的姿势)的状态下支撑旋转轴151。即，在本实施方式中，旋转轴151在端壁150e侧的一端被支撑。但是，旋转轴151也可在端壁150d和端壁150e这两端被支撑。
此外，在本实施方式所涉及的双循环发电系统1中，以使旋转轴151的轴芯Ax15处于水平方向的方式配置泵15，但只要配置成旋转轴151的轴芯Ax15与铅垂方向(Z方向)交叉的状态即可。例如，也可配置成使旋转轴151的轴芯Ax15相对于铅垂方向(Z方向)处于75°以上且小于90°的角度范围内。
多个叶轮152以沿着X方向排列的状态接合于旋转轴151的收容在壳体150内的部分。多个叶轮152通过马达153的旋转驱动而与旋转轴151一体旋转。
如图3所示，在壳体150的侧周壁150c开设有吸入口150a和喷出口150b。吸入口150a开设在侧周壁150c的X方向左侧(端壁150d侧)的部分。喷出口150b开设在侧周壁150c的X方向右侧(端壁150e侧)的部分。
如图4所示，配管22经由吸入口配管21连接于泵15的吸入口150a，配管24经由喷出口配管23连接于喷出口150b(在图4中省略图示)。
从冷凝器14输送来的液相状态的工作介质通过配管22的管内路22a及吸入口配管21的管内路21a而被导入泵15的壳体150内。被导入的工作介质随着多个叶轮152的旋转而被加压，并朝向图4中的纸面纵深侧被输送。接着，被加压的工作介质通过喷出口配管23及配管24而被输送到预热器11。
此处，如图2所示，本实施方式所涉及的泵15以旋转轴151的轴芯Ax15沿水平方向(X方向)的方式以横向姿势被配置。因此，即使在配管22的管内路22a中工作介质的液面低至图4所示的水平Lev1的情况下，仍可充分地在泵15中对工作介质进行加压，并向喷出口150b输送工作介质。
3.参考例所涉及的泵95的结构及配置方式
为了与具有如上所述的结构及配置方式的泵15作比较，使用图5说明参考例所涉及的泵95的结构及配置方式。
如图5所示，参考例所涉及的泵95也包括壳体950、旋转轴951、多个叶轮952、马达953及轴承954。其中，旋转轴951、多个叶轮952、马达953及轴承954与上述已说明的泵15的旋转轴151、多个叶轮152、马达153及轴承154在结构上并无改变之处。因此，省略与这些构件相关的说明。
泵95的壳体950具有作为中空筒的侧周壁950c、作为长边方向的端部的端壁950d和端壁950e、沿着侧周壁950c的一部分设置且与侧周壁950c的一部分包围喷出路950g的外侧壁950f。
在壳体950的侧周壁950c的Z方向下侧(端壁950d侧)开设有吸入口950a，在侧周壁950c的Z方向上侧(端壁950e侧)开设有喷出口950b。而且，在壳体950的外侧壁950f中，在Z方向下侧开设有外侧喷出口950h。
如图5所示，本参考例所涉及的泵95以旋转轴951的轴芯Ax95沿Z方向(铅垂方向)的方式以纵向姿势被配置。因此，壳体950的吸入口950a位于Z方向下侧，喷出口950b位于Z方向上侧。
此外，配管92经由吸入口配管91连接于吸入口950a，配管94经由喷出口配管93连接于外侧喷出口950h。
从冷凝器输送来的工作介质从配管92的管内路92a通过吸入口配管91，从吸入口950a被导入到壳体950内。接着，被导入的工作介质通过多个叶轮952的旋转驱动而被加压，并向Z方向上侧被输送。接着，被加压的工作介质从喷出口950b通过喷出路950g及外侧喷出口950h，进一步通过喷出口配管93及配管94而输送到预热器。
4.效果
以下，以具备图5所示的参考例所涉及的泵95的系统为比较对象，说明第一实施方式所涉及的双循环发电系统1所产生的效果。
4-1.第一实施方式
在第一实施方式所涉及的双循环发电系统1中，如使用图2至图4进行的说明所述，以旋转轴151的轴芯Ax15处于大致水平方向的方式以横向姿势设置泵15。因此，在双循环发电系统1，与像参考例所涉及的泵95那样，以旋转轴951的轴芯Ax95沿铅垂方向(Z方向)的方式以纵向姿势配置的情况相比，能够抑制双循环发电系统1重启时在泵15的壳体150内产生空泡。
即，在第一实施方式所涉及的双循环发电系统1中，通过以横向姿势配置泵15，与以纵向姿势配置的参考例的情况相比，即使在工作介质的液面低至水平Lev1的情况下，在系统重启时，仍能够顺利地使工作介质从吸入口150a流通至喷出口150b。
据此，即使在双循环发电系统1停止的过程中，由冷凝器冷却后的工作介质仍会顺利地被导入泵15的壳体150内，从而吸入口150a附近的饱和状态被消除。由此，第一实施方式所涉及的双循环发电系统1能够抑制系统1重启时在泵15的壳体150内产生空泡。
因此，在双循环发电系统1，能够抑制系统1重启时在泵15的壳体150内产生空泡，从而能够抑制发生运转故障。
另外，如上所述，在本实施方式所涉及的泵15中，在系统1重启时，能够使工作介质顺利地流通至壳体150内，因此，能够抑制在壳体150内发生气体聚集。
据此，在本实施方式所涉及的双循环发电系统1中，能够抑制因发生气体聚集而引起的泵损坏。
因此，在第一实施方式所涉及的双循环发电系统1中，能够抑制系统1重启时的泵15的轴承154等的损坏，从而长期维持高可靠性。
4-2.参考例
另一方面，如使用图5进行的说明所述，参考例所涉及的泵95以旋转轴951的轴芯Ax95沿铅垂方向(Z方向)的方式以纵向姿势被配置。因此，考虑到泵95开始驱动时，在想要预先使壳体950内充满工作介质的情况下，需要预先使配管92的管内路92a中的工作介质的液面处于高至图5所示的水平Lev2的位置。
假设在配管92的管内路92a中的工作介质的液面处于低于水平Lev2的位置，无法使壳体950内充满工作介质的情况下，当在系统重启时开始驱动泵95时，有时会在壳体950内产生空泡。在壳体950内产生了空泡的情况下，有时会在壳体950内的Z方向上方部分(由箭头A指示的部分)发生气体聚集。
如上所述，若在壳体950内的Z方向上方部分发生气体聚集，则因伴随旋转轴951的旋转而产生的热，与发生了气体聚集的Z方向上方部分隔着端壁950e而处于表背关系的轴承954等有可能会因热而损坏。
另外，在具备参考例所涉及的泵95的双循环发电系统中，有时在泵95启动时会发生气体聚集，因此，工作介质无法顺利地从喷出口950b排出而还有可能发生运转故障。
[第二实施方式]
1.整体结构
使用图6说明第二实施方式所涉及的双循环发电系统3的整体结构。此外，在图6中，对与上述第一实施方式所涉及的双循环发电系统1相同的结构附上同一符号，并在以下省略说明。
如图6所示，本实施方式所涉及的双循环发电系统3包括工作介质循环路10、预热器11、蒸发器12、膨胀机13、冷凝器14、泵15、发电机16、变频器17及控制器(控制部)38。另外，本实施方式所涉及的双循环发电系统3包括压力检测部31、温度检测部32及冷却温度检测部33。
压力检测部31是设置在工作介质循环路10中的冷凝器14与泵15之间的部分，对冷凝器14的出口部分的工作介质的压力进行检测的检测部。
温度检测部32是与压力检测部31同样设置在工作介质循环路10中的冷凝器14与泵15之间的部分，对冷凝器14的出口部分的工作介质的温度进行检测的检测部。
冷却温度检测部33是传感器，其设置在连接于冷凝器14的冷却介质循环路20中的通往冷凝器14的供应口部分，检测对冷凝器14供应的冷却介质(例如冷却水)的温度。
控制器38与上述控制器18同样对变频器17送出信号，对泵15的马达153的驱动进行控制。控制器38与上述第一实施方式所涉及的控制器18的不同点在于：依次受理来自压力检测部31、温度检测部32及冷却温度检测部33的压力信息、温度信息及冷却温度信息，并将该受理的信息用于马达153的驱动控制(停止控制)。
2.在系统停止时控制器38执行的控制
使用图7说明本实施方式所涉及的双循环发电系统3停止时控制器38执行的控制。
如图7所示，控制器38在系统停止时，首先，从压力检测部31取得工作介质循环路10中的冷凝器14的出口部分的工作介质的压力信息Pr1，并从温度检测部32取得温度信息Tr1(步骤S1)。此外，关于控制器38执行的压力信息Pr1及温度信息Tr1的取得，可仅在系统停止时执行，也可以始终执行。另外，关于控制器38执行的压力信息Pr1及温度信息Tr1的取得，在本实施方式中依次执行。
其次，控制器38根据已取得的压力信息(冷凝器14的出口部分的工作介质的压力)Pr1计算出饱和温度Ts(步骤S2)。接着，控制器38计算出已计算出的饱和温度Ts与已取得的温度信息(冷凝器14的出口部分的工作介质的温度)Tr1之间的差分即过冷度(Ts-Tr1)，判定该过冷度(Ts-Tr1)是否为指定的(作为目标的)过冷度a[℃]以上(步骤S3)。
控制器38在步骤S3判定为(Ts-Tr1)＜a的情况下(步骤S3：否)，再次执行步骤S1至步骤S3。
此外，步骤S3的判定中的指定的过冷度a[℃]例如为1.0[℃]～2.0[℃]的范围内的值。
另一方面，关于饱和温度，在判定为(Ts-Tr1)≥a的情况下(步骤S3：是)，控制器38从冷却温度检测部33取得对冷凝器14供应的冷却介质的冷却温度信息(对冷凝器14供应的冷却介质的温度)Tw1(步骤S4)。接着，控制器38将已取得的冷却温度信息Tw1暂时存储为Tw1(th)(步骤S5)，并指示变频器17将对泵15的马达153供应的电力的变频频率降低指定值b[Hz](步骤S6)。据此，泵15的马达153的转速降低120×b/p(rpm)。此外，“p”是马达153的极数。
在本实施方式中，上述指定值b[Hz]例如为0.5[Hz]～1.0[Hz]的范围内的值。
其次，控制器38再次取得降低变频频率的时间点的工作介质循环路10中的冷凝器14的出口部分的工作介质的压力信息Pr1和温度信息Tr1(步骤S7)。控制器38使用已取得的温度信息Tr1，再次计算出饱和温度Ts与已取得的温度信息Tr1之间的差分即过冷度(Ts-Tr1)，判定计算出的过冷度(Ts-Tr1)是否为指定的(作为目标的)过冷度a[℃]以上(步骤S8)。控制器38在步骤S8判定为(Ts-Tr1)≥a的情况下(步骤S8：是)，取得冷却介质的冷却温度信息Tw1(步骤S9)，并执行已取得的冷却温度信息Tw1是否低于在步骤S5存储的冷却温度信息Tw1(th)，即，使变频频率降低之前的冷却温度信息Tw1(步骤S10)。
控制器38在步骤S8及步骤S10的判定的任一个中判定为“否”的情况下，返回步骤S1并再次执行控制。
另一方面，控制器38在步骤S8的判定为“是”，且步骤S10的判定也为“是”的判定的情况下，接着判定变频器17的变频频率是否小于下限值(步骤S11)。在判定为变频器17的变频频率小于下限值的情况下(步骤S11：是)，控制器38停止泵15中的马达153的驱动(步骤S12)。
控制器38在步骤S11判定为变频频率为下限值以上的情况下(步骤S11：否)，反复执行从步骤S5到步骤S11的步骤。
如上所述，本实施方式所涉及的控制器38基于已取得的三个信息(压力信息Pr1、温度信息Tr1、冷却温度信息Tw1)，维持过冷度(Ts-Tr1)为指定的过冷度a[℃]以上的状态，并且，使泵15的马达153的转速梯次性地降低并停止。
3.效果
在本实施方式所涉及的双循环发电系统3中，控制器38通过执行如图7所示的控制，维持饱和温度Ts与冷凝器14的出口部分的工作介质的温度Tr1之间的差分即过冷度(Ts-Tr1)为指定的过冷度a[℃]以上的状态，在降低冷凝器14的出口部分的工作介质的压力，并使泵15的马达153的转速梯次地或逐渐地降低后，使系统3停止，因此，能够抑制系统3重启时在泵15中产生空泡，从而抑制运转故障的发生。
此外，如上所述，假设在冷凝器处于高温的状态下突然使泵停止的情况下，虽然冷凝器下游部的工作介质的压力会急剧下降，但因为冷凝器的温度为高温，所以工作介质成为饱和状态。由此，在泵的吸入口，工作介质成为饱和状态。在从该状态起重启系统的情况下，在泵的吸入口，工作介质成为过热状态，容易产生空泡。
相对于此，在本实施方式所涉及的双循环发电系统3中，由于泵15中的马达153以如下方式构成，即：维持饱和温度Ts与冷凝器14的出口部分的工作介质的温度Tr1之间的差分即过冷度(Ts-Tr1)为指定的过冷度a[℃]以上的状态，降低冷凝器14的出口部分的工作介质的压力，并使泵15的马达153的转速梯次地或逐渐地降低而使系统3停止，因此，能够抑制在系统3停止时工作介质在泵15的吸入口150a处成为过热状态，能够抑制系统3重启时在泵15的壳体150内产生空泡。
另外，与上述第一实施方式同样，在本实施方式所涉及的双循环发电系统3中，也通过以横向姿势配置泵15，从而与以纵向姿势配置的参考例相比，即使在工作介质的液面低至水平Lev1的情况下，在系统3重启时，仍能够使工作介质顺利地从吸入口150a流到喷出口150b。由此，与上述双循环发电系统1同样，本实施方式所涉及的双循环发电系统3也能够抑制系统3重启时在泵15的壳体150内产生空泡。
因此，在本实施方式所涉及的双循环发电系统3中，通过采用由控制器38进行的如上所述的控制、以及与上述第一实施方式相同的泵15的结构及配置方式，能够更可靠地抑制系统3重启时在泵15的壳体150内产生空泡，从而能够更可靠地抑制系统的运转故障以及泵15的故障等。
[第三实施方式]
1.结构
使用图8说明第三实施方式所涉及的双循环发电系统5的整体结构。此外，在图8中，对与上述第一实施方式及上述第二实施方式所涉及的双循环发电系统1、双循环发电系统3相同的结构附上同一符号，并在以下省略重复说明。
如图8所示，本实施方式所涉及的双循环发电系统5包括工作介质循环路50、预热器11、蒸发器12、膨胀机13、冷凝器54、泵15、发电机16、变频器17及控制器(控制部)58。另外，双循环发电系统5还包括设置在工作介质循环路50中的冷凝器54的出口部分的压力检测部51及温度检测部52、以及检测对冷凝器54供应的冷却介质的温度的冷却温度检测部53。
在本实施方式所涉及的双循环发电系统5中，压力检测部51、温度检测部52及冷却温度检测部53的各功能也与上述第二实施方式所涉及的双循环发电系统3中的压力检测部31、温度检测部32及冷却温度检测部33基本相同。
如图8所示，本实施方式所涉及的冷凝器54包括在工作介质循环路50中串联连接的第一冷凝部541和第二冷凝部542。第一冷凝部541设置在工作介质循环路50中的上游侧，第二冷凝器542设置在工作介质循环路50的下游侧。
经由冷却介质循环路60对第一冷凝部541供应冷却介质(例如冷却水)，经由冷却介质循环路61对第二冷凝部542供应冷却介质(例如冷却水)。
在本实施方式所涉及的双循环发电系统5中，即使在系统停止的情况下，仍通过冷却介质来冷却第一冷凝部541及第二冷凝部542的工作介质。
压力检测部51及温度检测部52设置在工作介质循环路50中的第二冷凝部542的出口部分。换句话说，在本实施方式中，压力检测部541及热检测部542也设置在工作介质循环路50中的冷凝器54的出口部分。
冷却温度检测部53设置在通往位于工作介质循环路50的下游侧的第二冷凝部542的冷却介质循环路61，检测对第二冷凝部542供应的冷却介质的温度。
与上述第二实施方式同样，控制器58在系统停止时，基于已取得的三个信息(压力信息Pr1、温度信息Tr1、冷却温度信息Tw1)，维持饱和温度Ts与冷凝器出口部分的工作介质的温度Tr1之间的差分即过冷度(Ts-Tr1)为指定的过冷度a[℃]以上的状态，并使泵15的马达153的转速梯次地降低并停止。控制器58执行的控制与图7所示的控制相同。
2.效果
与上述第二实施方式同样，在本实施方式所涉及的双循环发电系统5中，控制器58也维持基于冷凝器54的出口部分的工作介质的温度Tr1计算出的过冷度(Ts-Tr1)为指定的过冷度a[℃]以上的状态，并使泵15的马达153的转速梯次地降低并停止，因此，能够抑制系统5重启时在泵15中产生空泡，并抑制运转故障的发生。
另外，与上述第一实施方式及上述第二实施方式同样，在本实施方式所涉及的双循环发电系统5中，也横向配置泵15，由此，能够抑制系统5重启时在泵15的壳体150内产生空泡。
而且，在本实施方式所涉及的双循环发电系统5中，因为由在工作介质循环路50中串联连接的第一冷凝部541和第二冷凝部542构成冷凝器54，所以可进一步对输送至泵15的工作介质进行冷却。即，在本实施方式所涉及的双循环发电系统5中，对从膨胀机13输送来的工作介质，用第一冷凝部541和第二冷凝部542分两个阶段进行冷凝。
据此，容易将系统停止时的泵15中的工作介质的过冷度维持在一定的过冷度以上，从而能够将系统5重启时的泵15的吸入口150a部分的工作介质的过冷度调整到泵15的有效气蚀余量(NPSH)以上。
由此，在本实施方式中，冷凝器54中的第二冷凝部542作为过冷器而发挥功能，有助于在维持基于饱和温度Ts与冷凝器54的出口部分的工作介质的温度Tr1计算出的过冷度(Ts-Tr1)为指定的过冷度a[℃]以上的状态的情况下使系统停止。
因此，在本实施方式所涉及的双循环发电系统3中，通过采用与上述第二实施方式相同的控制器58在系统停止时进行的控制、以及与上述第一实施方式及上述第二实施方式相同的泵15的结构及配置方式，能够更可靠地抑制系统重启时在泵15的壳体150内产生空泡，能够更可靠地抑制系统的运转故障以及泵15的故障等。
[变形例]
在上述第一实施方式至上述第三实施方式中，采用了经由蒸气供应路19对蒸发器12供应蒸气的结构，但本发明不受此限定。例如，也可以是对蒸发器12供应温水或废气等的结构。
另外，也能够采用对蒸发器12供应具有某程度的温度的油等的结构。
另外，在上述第一实施方式至上述第三实施方式中，采用了在工作介质循环路10、50中的泵15与膨胀机13之间设置预热器11和蒸发器13而成的结构，但本发明不受此限定。例如，也能够采用在工作介质循环路中的泵与膨胀机之间仅设置蒸发器而成的结构。
另外，在上述第一实施方式至上述第三实施方式中，采用发电机16作为能量回收机的一例，但本发明不受此限定。例如，也能够采用通过回收的热能对气体或液体进行压缩的压缩机。
另外，在上述第二实施方式及上述第三实施方式中，为了使泵15中的马达153的转速降低而使变频频率逐渐降低，但本发明不受此限定。例如，也能够采用使施加电压与变频频率一起降低的所谓的可调电压可调频率(AVAF：Adjustable Voltage AdjustableFrequency)控制。
另外，在上述第二实施方式及上述第三实施方式中，随着与控制器38、58的控制相关的时钟频率减小，泵15中的马达153的转速逐渐降低。本发明的泵中的马达的转速梯次地降低的方式以及逐渐降低的方式这两者包含于技术范围中。
另外，上述第一实施方式至上述第三实施方式的各双循环发电系统1、3、5在泵15的配置上采用了旋转轴151的轴芯Ax15处于水平方向的方式，但本发明不受此限定。即，在本发明中，只要配置成泵15中的旋转轴151的轴芯Ax15与铅垂方向(Z方向)交叉的状态即可。例如，也可以使旋转轴151的轴芯Ax15相对于铅垂方向(Z方向)处于75°以上且小于90°的范围内的方式进行配置。由此，与像图5所示的参考例那样，以旋转轴951的轴芯Ax95沿铅垂方向的姿势配置泵95的情况相比，能够抑制重启时在泵15的壳体150内产生空泡。
另外，在上述第一实施方式至上述第三实施方式中，泵15采用了六个叶轮152接合于旋转轴150的方式，但本发明不受此限定。接合于旋转轴的叶轮的数量可以是两个～五个，也可以是七个以上。
另外，在上述第一实施方式至上述第三实施方式中，采用马达153作为泵15的驱动源，但本发明不受此限定。例如，也可采用汽油发动机或柴油发动机等内燃机、燃气轮机、或者通过气压或液压而旋转驱动的致动器等。另外，并不一定需要作为泵的构成要素而具备马达。也可接收来自外部驱动源的旋转驱动力而驱动泵。
另外，在上述第一实施方式至上述第三实施方式中，采用了对泵15中的旋转轴151进行单侧支撑的悬臂方式，但本发明不受此限定。也能够采用在两端进行支撑的方式。
另外，在上述第二实施方式及上述第三实施方式中，除了泵15的配置方式之外，还由控制器38、58执行上述控制，但本发明不受此限定。例如，也能够采用图5所示的参考例所涉及的泵95作为系统中的泵。而且，还可考虑如下情况，即，在此基础上，由控制器执行如图7所示的控制，由此，可实质上抑制在系统重启时产生空泡。
但是，如使用图2至图5进行说明，在通过以泵15中的旋转轴151的轴芯Ax15与铅垂方向(Z方向)交叉的朝向姿势进行配置，有利于抑制在系统重启时产生空泡。
另外，在执行上述第二实施方式及上述第三实施方式所涉及的控制的情况下，泵不仅可采用螺旋离心泵，而且也可采用其他形式的泵。例如，也可使用齿轮泵或叶片泵、或者螺杆泵等容积式泵。
另外，在上述第二实施方式及上述第三实施方式中，将压力检测部31、51、温度检测部32、52及冷却温度检测部33、53各设置了一个，但本发明不受此限定。例如，也可分别设置多个检测部，并在计算出各个平均值后，使用该平均值执行上述控制。由此，能够执行更准确的控制。
另外，在上述第一实施方式至上述第三实施方式中，预热器11、蒸发器12、冷凝器14、54等热交换器采用了对流型热交换器，但本发明不受此限定。例如，也能够采用并流型热交换器或交叉流型热交换器等。
[本发明的各方式]
本发明一个方面所涉及的双循环发电系统包括工作介质循环路、蒸发器、膨胀机、能量回收机、冷凝器及泵。
所述工作介质循环路是工作介质循环的路径。
所述蒸发器是设置在所述工作介质循环路中，具有通过回收热能使工作介质蒸发的功能的构成部件。
所述膨胀机是设置在所述工作介质循环路中的所述蒸发器的下游侧，具有使从所述蒸发器送出的所述工作介质膨胀的功能的构成部件。
所述能量回收机是具有回收在所述膨胀机中生成的动能的功能的构成部件。
所述冷凝器是设置在所述工作介质循环路中的所述膨胀机的下游侧，具有使从所述膨胀机送出的所述工作介质通过与冷却介质的热交换而冷凝的功能的构成部件。
所述泵是设置在所述工作介质循环路中的所述冷凝器的下游侧且所述蒸发器的上游侧，具有向所述蒸发器送出从所述冷凝器送出的所述工作介质的功能的构成部件。
所述泵具有壳体、旋转轴及叶轮。
所述壳体呈在长边方向的端部具有端壁的中空状。
所述旋转轴是沿所述长边方向配置轴芯，在被所述端壁支撑的状态下，将至少一部分配置在所述壳体内，并接收旋转驱动力而旋转的构成部件。
所述多个叶轮是以沿所述长边方向排列的状态接合于所述旋转轴的构成部件。
而且，所述泵以所述旋转轴的所述轴芯与铅垂方向交叉的朝向被配置。
在本方式所涉及的双循环发电系统中，以旋转轴的轴芯与铅垂方向交叉的朝向配置泵。因此，本方式所涉及的双循环发电系统相对于以使旋转轴的轴芯沿铅垂方向的方式配置泵的以往技术，能够抑制系统重启时在泵的壳体内产生空泡。
即，通过以使旋转轴的轴芯与铅垂方向交叉的朝向配置泵，与以使旋转轴的轴芯沿铅垂方向的方式配置泵的情况相比，在系统重启时，能够使工作介质在壳体内顺利地流通。即使在系统停止的过程中，工作介质仍由冷凝器冷却，被冷却的工作介质在泵的壳体内流通，从而吸入口附近的饱和状态被消除。由此，能够抑制系统重启时在泵的壳体内产生空泡。
因此，在本方式所涉及的双循环发电系统中，通过抑制系统重启时在泵的壳体内产生空泡，从而能够可靠地向蒸发器侧送出工作介质，能够抑制发生运转故障。
另外，如上所述，本方式所涉及的泵能够抑制在重启时产生空泡，所以能够抑制发生气体聚集。因此，能够可靠地抑制泵在重启过程中损坏。即，在本方式所涉及的双循环发电系统中，通过以旋转轴的轴芯与铅垂方向交叉的朝向配置泵，与以旋转轴的轴芯沿铅垂方向的朝向配置泵的情况相比，工作介质在泵启动时顺利地流通，由此，提前在壳体内被冷却。由此，能够抑制空泡的产生，也能够抑制发生气体聚集，因此，能够抑制由气体聚集引起泵损坏。
因此，在本方式所涉及的双循环发电系统中，能够抑制泵等在系统重启时发生故障，从而可长期维持高可靠性。
本发明的其他方式所涉及的双循环发电系统在上述结构中，所述泵以所述旋转轴的所述轴芯相对于铅垂方向成75°～90°的角度被配置。
在本方式所涉及的双循环发电系统中，由于以旋转轴的轴芯相对于铅垂方向成75°～90°的角度配置泵，所以有助于抑制重启时在泵内产生工作介质的空泡。即，本方式所涉及的泵以大致横卧的状态(大致水平状态)被配置，壳体内的工作介质的流通路径也大致为横向(大致水平状态)。
由此，即使在工作介质的液面水平低，系统停止时泵内未必充满工作介质的情况下，在系统重启时，仍能够使工作介质在泵的壳体内顺利地流通。因此，如上所述，能够抑制在泵的壳体内产生空泡，能够抑制运转故障以及泵的损坏。
本发明的其他方式所涉及的双循环发电系统在上述结构中，还包括：控制部，进行所述泵的驱动控制，所述控制部在所述工作介质循环路中的所述冷凝器与所述泵之间，维持基于饱和温度和所述冷凝器出口部分的所述工作介质的温度计算出的过冷度为指定的过冷度以上的状态，使所述泵的马达转速梯次地或逐渐降低，从而使该系统停止。
在本方式所涉及的双循环发电系统中，维持基于饱和温度与冷凝器出口部分的工作介质的温度的过冷度为指定的过冷度以上的状态，在使泵的马达转速梯次地或逐渐降低后使该系统停止，因此，能够抑制在系统重启时产生空泡，从而抑制发生运转故障。
此处，假设在冷凝器处于高温的状态下使泵停止的情况下，虽然冷凝器下游部的工作介质的压力会急剧下降，但因为冷凝器的温度为高温，所以工作介质成为饱和状态。由此，在泵的吸入口，工作介质成为饱和状态。在从该状态重启系统的情况下，在泵的吸入口，工作介质成为过热状态，容易在泵的壳体内产生空泡。
对此，在本方式所涉及的双循环发电系统中，在冷凝器的出口部分，如上所述，维持根据饱和温度与工作介质的温度计算出的过冷度为指定的过冷度以上的状态，并使泵的马达转速梯次地或逐渐降低而停止，因此，能够抑制系统停止时工作介质在泵的吸入口成为过热状态，能够抑制系统重启时在泵的壳体内产生空泡。
本发明的其他方式所涉及的双循环发电系统在上述结构中，还包括压力检测部、温度检测部及冷却温度检测部。
所述压力检测部是设置在所述工作介质循环路中的所述冷凝器与所述泵之间的部分，检测所述部分的所述工作介质的压力的检测部。
所述温度检测部是设置在所述工作介质循环路中的所述冷凝器与所述泵之间的部分，检测所述部分的所述工作介质的温度的检测部。
所述冷却温度检测部是设置于通往所述冷凝器的所述冷却介质的供应路中，检测所述供应路中的所述冷却介质的温度的检测部。
本方式所涉及的所述控制部依次执行如下步骤。
(检测信息受理步骤)依次受理来自所述温度检测部的温度信息、来自所述压力检测部的压力信息以及来自所述冷却温度检测部的冷却温度信息。
(计算步骤)根据所述压力信息(已取得的冷凝器出口部分的工作介质的压力)计算出饱和温度Ts。
(判定步骤)判定所述饱和温度Ts与所述冷凝器出口部分的所述工作介质的温度Tr1之间的差分亦即过冷度(Ts-Tr1)是否为指定的过冷度a以上。
(转速降低步骤)在所述判定步骤中的判定为肯定的情况下，使所述泵的马达转速降低指定值。
(冷却温度值比较步骤)对执行所述转速降低步骤前后的所述冷却温度信息(冷却介质的温度)进行比较。
而且，本方式所涉及的所述控制部在所述冷却温度值比较步骤，判断为执行所述转速降低步骤后的所述冷却温度信息(冷却介质的温度)低于执行所述转速降低步骤前的所述冷却温度信息(冷却介质的温度)的情况下，反复执行所述转速降低步骤至所述冷却温度值比较步骤。
在本方式中，对控制部执行的具体控制步骤进行规定，以维持与所述冷凝器出口部分的所述工作介质的温度Tr1之间的差分即过冷度(Ts-Tr1)为指定的过冷度a以上的状态，使所述泵梯次地或逐渐停止。由控制部执行如上所述的步骤，由此，能够抑制在系统停止时工作介质在泵的吸入口成为过热状态，能够抑制系统重启时在泵内产生空泡。
本发明的其他方式所涉及的双循环发电系统在上述结构中，所述冷凝器由所述工作介质循环路中设置在上游侧的第一冷凝部和设置在下游侧的第二冷凝部串联连接而成，所述冷却温度检测部设置在对所述第二冷凝部的所述冷却介质的供应路。
在本方式所涉及的双循环发电系统中，由串联连接的第一冷凝部和第二冷凝部构成冷凝器。即，在本方式中，在第一冷凝部和第二冷凝部分两个阶段对从膨胀机输送来的工作介质进行冷凝。
由此，容易将系统停止时的泵中的工作介质的过冷度维持在一定的过冷度以上，能够将系统重启时的泵的吸入口部分的工作介质的过冷度调整到泵的有效气蚀余量(NPSH：Net Positive Suction Head)以上。
因此，在本方式所涉及的双循环发电系统中，能够更可靠地抑制系统重启时在泵内产生空泡。
作为本发明的一方式所涉及的双循环发电系统的停止方法的对象的双循环发电系统包括工作介质循环路、蒸发器、膨胀机、能量回收机、冷凝器、泵、温度检测部、压力检测部及冷却温度检测部。
所述工作介质循环路是工作介质循环的路径。
所述蒸发器是设置在所述工作介质循环路中，具有通过回收热能使工作介质蒸发的功能的构成部件。
所述膨胀机是设置在所述工作介质循环路中的所述蒸发器的下游侧，具有使从所述蒸发器送出的所述工作介质膨胀的功能的构成部件。
所述能量回收机是具有回收在所述膨胀机中生成的动能的功能的构成部件。
所述冷凝器是设置在所述工作介质循环路中的所述膨胀机的下游侧，具有使从所述膨胀机送出的所述工作介质通过与冷却介质的热交换而冷凝的功能的构成部件。
所述泵是设置在所述工作介质循环路中的所述冷凝器的下游侧且所述蒸发器的上游侧，具有向所述蒸发器送出从所述冷凝器送出的所述工作介质的功能的构成部件。
所述压力检测部是设置在所述工作介质循环路中的所述冷凝器与所述泵之间，检测所述部分的所述工作介质的压力的检测部。
所述温度检测部是设置在所述工作介质循环路中的所述冷凝器与所述泵之间，检测所述部分的所述工作介质的温度的检测部。
所述冷却温度检测部是设置于通往所述冷凝器的所述冷却介质的供应路，检测所述部分中的所述冷却介质的温度的检测部。
在本方式所涉及的双循环发电系统的停止方法中，依次执行如下步骤。
(检测信息受理步骤)依次受理来自所述温度检测部的温度信息、来自所述压力检测部的压力信息以及来自所述冷却温度检测部的冷却温度信息。
(计算步骤)根据所述压力信息(已取得的冷凝器出口部分的工作介质的压力)计算出饱和温度Ts。
(判定步骤)判定所述饱和温度Ts与所述冷凝器出口部分的所述工作介质的温度Tr1之间的差分亦即过冷度(Ts-Tr1)是否为指定的过冷度a以上。
(转速降低步骤)在所述判定步骤中的判定为肯定的情况下，使所述泵的马达转速降低指定值。
(冷却温度值比较步骤)对执行所述转速降低步骤前后的所述冷却温度信息(冷却介质的温度)进行比较。
而且，本方式所涉及的所述控制部在所述冷却温度值比较步骤判断为执行所述转速降低步骤后的所述冷却温度信息(冷却介质的温度)低于执行所述转速降低步骤前的所述冷却温度信息(冷却介质的温度)的情况下，反复执行所述转速降低步骤至所述冷却温度值比较步骤。
如以上说明，本发明的各方式所涉及的双循环发电系统及其停止方法能够抑制系统重启时在泵中产生空泡。

Claims (6)

1.一种双循环发电系统，其特征在于包括：
工作介质循环路，供工作介质循环；
蒸发器，设置在所述工作介质循环路中，通过回收热能使所述工作介质蒸发；
膨胀机，设置在所述工作介质循环路中的所述蒸发器的下游侧，使从所述蒸发器送出的所述工作介质膨胀；
能量回收机，回收在所述膨胀机中生成的动能；
冷凝器，设置在所述工作介质循环路中的所述膨胀机的下游侧，使从所述膨胀机送出的所述工作介质通过与冷却介质的热交换而冷凝；以及
泵，设置在所述工作介质循环路中的所述冷凝器的下游侧且所述蒸发器的上游侧，向所述蒸发器送出从所述冷凝器送出的所述工作介质，其中，
所述泵具有：
中空状的壳体，在长边方向的端部具有端壁；
旋转轴，其轴芯沿所述长边方向被配置，在被所述端壁支撑的状态下，所述旋转轴的至少一部分被配置在所述壳体内，并接收旋转驱动力而旋转；以及
多个叶轮，以沿所述长边方向排列的状态接合于所述旋转轴，
所述泵以所述旋转轴的所述轴芯与铅垂方向交叉的朝向被配置。
2.根据权利要求1所述的双循环发电系统，其特征在于，
所述泵以所述旋转轴的所述轴芯相对于铅垂方向成75°～90°的角度被配置。
3.根据权利要求1或2所述的双循环发电系统，其特征在于还包括：
控制部，进行所述泵的驱动控制，
所述控制部在所述工作介质循环路中的所述冷凝器与所述泵之间，维持基于饱和温度和所述冷凝器出口部分的所述工作介质的温度计算出的过冷度为指定的过冷度以上的状态，使所述泵的马达转速梯次地或逐渐降低，从而使该系统停止。
4.根据权利要求3所述的双循环发电系统，其特征在于，
在所述工作介质循环路中的所述冷凝器与所述泵之间的部分，设置有检测所述部分的所述工作介质的温度的温度检测部和检测所述部分的所述工作介质的压力的压力检测部，
在通往所述冷凝器的所述冷却介质的供应路中设置有检测所述供应路中的所述冷却介质的温度的冷却温度检测部，
所述控制部依次执行：
检测信息受理步骤，依次受理来自所述温度检测部的温度信息、来自所述压力检测部的压力信息以及来自所述冷却温度检测部的冷却温度信息；
计算步骤，根据所述压力信息计算出饱和温度Ts；
判定步骤，判定所述饱和温度Ts与所述冷凝器出口部分的所述工作介质的温度Tr1之间的差分亦即过冷度(Ts-Tr1)是否为指定的过冷度a以上；
转速降低步骤，在所述判定步骤中的判定为肯定的情况下，使所述泵的马达转速降低指定值；以及
冷却温度值比较步骤，对执行所述转速降低步骤前后的所述冷却温度信息进行比较，
所述控制部在所述冷却温度值比较步骤判断为执行所述转速降低步骤后的所述冷却介质温度信息低于执行所述转速降低步骤前的所述冷却介质温度信息的情况下，反复执行所述转速降低步骤至所述冷却温度值比较步骤。
5.根据权利要求4所述的双循环发电系统，其特征在于，
所述冷凝器由所述工作介质循环路中设置在上游侧的第一冷凝部和设置在下游侧的第二冷凝部串联连接而成，
所述冷却温度检测部设置在对所述第二冷凝部的所述冷却介质的供应路。
6.一种双循环发电系统的停止方法，其特征在于，所述双循环发电系统包括：
工作介质循环路，供工作介质循环；
蒸发器，设置在所述工作介质循环路中，通过回收热能使所述工作介质蒸发；
膨胀机，设置在所述工作介质循环路中的所述蒸发器的下游侧，使从所述蒸发器送出的所述工作介质膨胀；
能量回收机，回收在所述膨胀机中生成的动能；
冷凝器，设置在所述工作介质循环路中的所述膨胀机的下游侧，使从所述膨胀机送出的所述工作介质通过与冷却介质的热交换而冷凝；
泵，设置在所述工作介质循环路中的所述冷凝器的下游侧且所述蒸发器的上游侧，向所述蒸发器送出从所述冷凝器送出的所述工作介质；
温度检测部，设置在所述工作介质循环路中的所述冷凝器与所述泵之间的部分，检测所述部分的所述工作介质的温度；
压力检测部，设置在所述工作介质循环路中的所述冷凝器与所述泵之间的部分，检测所述部分的所述工作介质的压力；以及
冷却温度检测部，设置于通往所述冷凝器的所述冷却介质的供应路，检测所述供应路中的所述冷却介质的温度，
在停止所述系统时，依次执行：
检测信息受理步骤，依次受理来自所述温度检测部的温度信息、来自所述压力检测部的压力信息以及来自所述冷却温度检测部的冷却温度信息；
计算步骤，根据所述压力信息计算出饱和温度Ts；
判定步骤，判定所述饱和温度Ts与所述冷凝器出口部分的所述工作介质的温度Tr1之间的差分亦即过冷度(Ts-Tr1)是否为指定的过冷度a以上；
转速降低步骤，在所述判定步骤中的判定为肯定的情况下，使所述泵的马达转速降低指定值；以及
冷却温度值比较步骤，对执行所述转速降低步骤前后的所述冷却温度信息进行比较，
在所述冷却温度值比较步骤，执行所述转速降低步骤后的所述冷却温度信息低于执行所述转速降低步骤前的所述冷却温度信息的情况下，反复执行所述转速降低步骤至所述冷却温度值比较步骤。
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