DE112017000904T5

DE112017000904T5 - Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung und Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112017000904T5
Application number: DE112017000904.9T
Authority: DE
Inventors: Kazuo Takahashi
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2016-02-19
Filing date: 2017-01-25
Publication date: 2018-11-22
Also published as: CN108699999A; US10711993B2; WO2017141646A1; JP2017145812A; KR20180110106A; KR102162823B1; JP6670123B2; US20190264906A1; CN108699999B

Abstract

Eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung (10) hat: einen Hauptdurchgang (25), durch den ein Abgas, das eine korrosive Komponente enthält, strömt; einen Boiler (12), der ein Wärmemedium unter Verwendung des Abgases erwärmt; einen Umgehungsdurchgang (27), der mit dem Hauptdurchgang (25) verbunden ist, um um den Boiler (12) herumzugehen; ein Regulationsventilbauteil (V1, V2, V3), das eine Strömungsrate des Abgases reguliert, das in den Boiler (12) strömt; einen Wärmemediumkreislauf (16), der eine Heißwasserpumpe (42) hat und das Wärmemedium zirkulieren lässt, das durch den Boiler (12) erwärmt ist, um in einem Heißwasserzustand zu sein; eine Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung (14), die thermische Energie von dem Wärmemedium in dem Wärmemediumkreislauf (16) zurückgewinnt und Elektrizität erzeugt; und eine Ventilsteuerungseinheit (53), die eine Öffnung des Regulationsventilbauteils (V1, V2, V3) derart steuert, dass eine Temperatur des Abgases, das durch den Boiler (12) hindurchgegangen ist, gleich wie oder höher als eine Temperatur eines Säuretaupunkts der korrosiven Komponente in dem Abgas ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung und eine Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung.
Technischer Hintergrund
Herkömmlich ist, wie beispielsweise in der folgenden Patentliteratur 1 offenbart ist, eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung bekannt, die eine Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung hat. In einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, die in der folgenden Patentliteratur 1 offenbart ist, ist eine Gestaltung derart, dass ein Arbeitsmedium in einem Verdampfer einer Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung unter Verwendung einer Wärme eines Kühlwassers einer Maschine mehr verdampft wird und eine Leistungsturbine durch das verdampfte Arbeitsmedium angetrieben wird, um Elektrizität zu erzeugen.
In der vorstehend beschriebenen Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung, die in Patentliteratur 1 offenbart ist, wird ein Kühlwasser einer Maschine als eine Wärmequelle zum Verdampfen eines Arbeitsmediums der Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung verwendet. In der Zwischenzeit ist es denkbar, eine Wärme eines Abgases als eine Wärmequelle zu verwenden. In diesem Fall gibt es, bei einem Versuch, Wärme von einem Abgas zurückzugewinnen, das eine korrosive Komponente wie Schwefel enthält, eine Gefahr, dass eine korrosive Komponente von einem Niedrigtemperaturabgas, von dem Wärme zurückgewonnen wird, kondensieren kann, wodurch ein Rohr und der Gleichen korrodiert wird. Aus diesem Grund ist es nicht möglich, Wärme eines Abgases übermäßig zurückzugewinnen, und somit gibt es ein Problem, dass es nicht möglich ist, Elektrizität effizient zu erzeugen.
Zitierungsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP 2013-160132 A
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Wärme von einem Abgas, das eine korrosive Komponente enthält, effizient zurückzugewinnen.
Eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat: einen Hauptdurchgang, durch den ein Abgas, das eine korrosive Komponente enthält, strömt; einen Boiler, der in dem Hauptdurchgang vorgesehen ist, wobei der Boiler gestaltet ist, um ein Wärmemedium unter Verwendung des Abgases zu erwärmen, um das Wärmemedium in einen Heißwasserzustand zu versetzen; einen Umgehungsdurchgang, der mit dem Hauptdurchgang verbunden ist, um um den Boiler herum zu gehen; ein Regulationsventilbauteil, das gestaltet ist, um eine Strömungsrate des Abgases zu regulieren, das in den Boiler strömt; einen Wärmemediumkreislauf mit einer Heißwasserpumpe, wobei der Wärmemediumkreislauf gestaltet ist, um das Wärmemedium zirkulieren zu lassen, das durch den Boiler erwärmt ist, um in den Heißwasserzustand versetzt zu sein; eine Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung mit einem Zirkulationskreislauf, durch den ein Arbeitsmedium zirkuliert, wobei die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung gestaltet ist, um thermische Energie von dem Wärmemedium in dem Wärmemediumkreislauf zurückzugewinnen und Elektrizität zu erzeugen; und eine Ventilsteuerungseinheit, die gestaltet ist, um eine Öffnung des Regulationsventilbauteils derart zu steuern, dass eine Temperatur des Abgases, das durch den Boiler hindurchgegangen ist, gleich wie oder höher als eine Temperatur eines Säuretaupunkts der korrosiven Komponente in dem Abgas ist.
Des Weiteren ist eine Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung, die als die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung der vorstehend beschriebenen Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung verwendet wird.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht, die schematisch eine Gesamtgestaltung einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Flussdiagramm zum Darstellen eines Startbetriebs in der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung.
3 ist ein Flussdiagramm zum Darstellen eines normalen Betriebs in der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung.
4 ist ein Flussdiagramm zum Darstellen eines Stoppbetriebs in der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung.
5 ist eine Ansicht, die schematisch eine Gesamtgestaltung einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist ein Flussdiagramm zum Darstellen eines normalen Betriebs in der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung in 5.
7 ist eine Ansicht, die schematisch eine Gesamtgestaltung einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß einem weiteren unterschiedlichen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele zum Ausführen der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, ist eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung zum Rückgewinnen einer Abgaswärme von einem Gas, das als ein Wärmequellengas eines Boilers 12 verwendet wird, und hat den Boiler 12, eine Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung 14, einen Wärmemediumkreislauf 16 und eine Steuerungseinrichtung 20. Der Boiler 12 und die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung 14 sind über den Wärmemediumkreislauf 16 miteinander verbunden.
Der Boiler 12 ist mit einem Hauptdurchgang 25 verbunden, durch den hindurch ein Abgas strömt, das als ein Wärmequellengas dient. Der Hauptdurchgang 25 hat einen stromaufwärtigen Abschnitt 25a und einen stromabwärtigen Abschnitt 25b, die an einer stromaufwärtigen Seite beziehungsweise einer stromabwärtigen Seite gelegen sind, wobei der Boiler 12, der mit dem Wärmemediumkreislauf 16 verbunden ist, zwischen diesen angeordnet ist. Der Boiler 12 hat eine Gestaltung, in der ein Rohr 12b in einem Gehäuse 12a beherbergt ist und ein Wärmemedium, das durch den Wärmemediumkreislauf 16 strömt, in das Rohr 12b strömt. Andererseits erwärmt ein Abgas, das in das Gehäuse 12a des Boilers 12 von dem stromaufwärtigen Abschnitt 25a eingeleitet wird, ein Wärmemedium in dem Rohr 12b und wird anschließend zu dem stromabwärtigen Abschnitt 25b abgegeben. Ein Abgas, das von dem stromabwärtigen Abschnitt 25b abgegeben wird, wird beispielsweise zu einem Gerät zum Verarbeiten eines Abgases geliefert oder wird zu der Außenseite abgegeben.
Ein Abgas hat beispielsweise eine Temperatur zwischen ungefähr 250°C und 350°C, bevor es in den Boiler 12 eingeleitet wird. Dann wird in dem Boiler 12 ein Wärmemedium durch ein Abgas erwärmt, um heißes Wasser zu werden (oder um in einem Heißwasserzustand gehalten zu werden). Beispielsweise wird ein Wärmemedium in dem Boiler 12 erwärmt, um Heißwasser zu werden, das beispielsweise eine Temperatur zwischen ungefähr 100°C und 150°C hat.
Der stromaufwärtige Abschnitt 25a und der stromabwärtige Abschnitt 25b sind mit einem Strömungsratenregulationsventil V2 beziehungsweise V3 versehen. Jeder dieser Strömungsratenregulationsventile V2 und V3 hat ein Ventil, dessen Öffnung einstellbar ist. Durch eine Änderung einer Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V2 oder V3 wird eine Strömungsrate eines Abgases, das durch den Hauptdurchgang 25 hindurchströmt geregelt. Das Strömungsratenregulationsventil V2 oder das Strömungsratenregulationsventil V3 funktioniert als ein Regulationsventilbauteil zum Regulieren einer Strömungsrate eines Abgases, das in den Boiler 12 strömt. Es sei angemerkt, dass eines von dem Strömungsratenregulationsventil V2 und dem Strömungsratenregulationsventil V3 weggelassen werden kann.
Es sei zusätzlich angemerkt, dass, obwohl ein Abgas als ein Wärmequellengas in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird, ein Wärmequellengas nicht auf dieses beschränkt ist und beispielsweise eine Hochtemperaturluft oder der Gleichen verwendet werden kann. Es ist bevorzugt, dass eine Luft in solch einem Fall eine Temperatur beispielsweise zwischen ungefähr 250°C und 350°C hat.
Ein Umgehungsdurchgang 27 ist mit dem Hauptdurchgang 25 verbunden, um um den Boiler 12 herumzugehen. Der Umgehungsdurchgang 27 hat ein Ende, das mit dem stromaufwärtigen Abschnitt 25a des Hauptdurchgangs 25 verbunden ist, und hat das andere Ende, das mit dem stromabwärtigen Abschnitt 25b des Hauptdurchgangs 25 verbunden ist. Der Umgehungsdurchgang 27 ist mit einem Strömungsratenregulationsventil V1 versehen. Das Strömungsratenregulationsventil V1 hat ein Ventil, dessen Öffnung einstellbar ist. Durch eine Änderung einer Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V1 wird eine Strömungsrate eines Abgases reguliert, das durch den Umgehungsdurchgang 27 hindurchströmt. Das Strömungsratenregulationsventil V1, das in dem Umgehungsdurchgang 27 vorgesehen ist, funktioniert als ein Regulationsventilbauteil zum Regulieren einer Strömungsrate eines Abgases, das in den Boiler 12 strömt.
In dem stromaufwärtigen Abschnitt 25a und dem stromabwärtigen Abschnitt 25b des Hauptdurchgangs 25 sind Temperatursensoren Tg1 beziehungsweise Tg2 vorgesehen. Der Temperatursensor Tg1 erfasst eine Temperatur eines Abgases, das in den Boiler 12 eingeleitet wird, und gibt ein Signal aus, dass eine erfasste Temperatur anzeigt. Der Temperatursensor Tg2 erfasst eine Temperatur eines Abgases, das von dem Boiler 12 abgegeben wird, und gibt ein Signal aus, dass eine erfasste Temperatur anzeigt.
Die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung 14 hat einen Zirkulationskreislauf 35 für ein Arbeitsmedium, wobei der Zirkulationskreislauf 35 eine Betätigungspumpe 31, einen Verdampfer 32, eine Expansionseinrichtung 33 und einen Kondensator 34 hat. Wenn die Betätigungspumpe 31 angetrieben wird, zirkuliert ein Arbeitsmedium durch den Zirkulationskreislauf 35. Ein Arbeitsmedium ist ein niedrigsiedendes Kältemittel wie R245fa. Die Betätigungspumpe 31 hat eine Pumpe, deren Drehzahl einstellbar ist.
Der Verdampfer 32 ist gestaltet, um ein Arbeitsmedium unter Verwendung eines Wärmemediums zu erwärmen, um ein Wärmemedium zu verdampfen. Die Expansionseinrichtung 33 expandiert ein gasförmiges Arbeitsmedium, das in dem Verdampfer 32 erhalten wird. Die Expansionseinrichtung 33 ist mit einem Elektrizitätsgenerator 36 verbunden, und eine Erzeugung von Elektrizität durch den Elektrizitätsgenerator 36 wird mittels der Expansionseinrichtung 33 erreicht. Der Kondensator 34 kühlt ein Arbeitsmedium, das in der Expansionseinrichtung 33 expandiert ist, unter Verwendung eines Kühlmediums (wie Kühlwasser), das durch einen Kühlkreislauf 38 strömt, und kondensiert ein gasförmiges Arbeitsmedium. Der Kühlkreislauf 38 ist mit einem Kühler 39 verbunden.
Der Wärmemediumkreislauf 16 ist mit dem Rohr 12b des Boilers 12 verbunden und ist auch mit dem Verdampfer 32 der Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung 14 verbunden. Der Wärmemediumkreislauf 16 ist in einen eingeschlossenen Zustand versetzt, sodass ein Wärmemedium, das in dem Boiler 12 erwärmt wird, zirkulieren kann, während es in einem Heißwasserzustand gehalten wird. Des Weiteren hat der Wärmemediumkreislauf 16 eine Rohrleitung, die gegenüber einem Druck hochwiderstandsfähig ist und einem Heißwasserzustand standhalten kann.
In dem Wärmemediumkreislauf 16 sind eine Heißwasserpumpe (eine Wärmemediumpumpe) 42, ein Tank 43, ein Entgasungsventil V4 und eine Nachfülleinheit 44 vorgesehen. Wenn die Heißwasserpumpe 42 angetrieben wird, zirkuliert ein Wärmemedium durch den Wärmemediumkreislauf 16, während es unter Druck ist. Der Tank 43 hält ein Teil eines Wärmemediums in dem Wärmemediumkreislauf 16. Der Tank 43 hat eine Funktion als ein Puffer, der in einem Fall dient, in dem eine Zirkulationsströmungsrate eines Wärmemediums geändert wird. Das Entgasungsventil V4 wird zum Freisetzten von Luft in dem Wärmemediumkreislauf 16 verwendet, wenn Wasser zu dem Kreislauf zugeführt wird. Die Nachfülleinheit 44 ist ein Abschnitt zum Nachfüllen von Wasser in den Wärmemediumkreislauf 16.
Es sei angemerkt, dass der Tank 43 oberhalb der Heißwasserpumpe 42 angeordnet ist. Aufgrund dessen wird ein Kopfdruck, das heißt ein Differentialdruck, der von einer Differenz einer Höhe zwischen dem Tank 43 und der Heißwasserpumpe 42 abhängt, auf eine Ansaugseite der Heißwasserpumpe 42 angewendet, sodass eine Kavitation in der Heißwasserpumpe 42 verhindert wird. Jedoch ist eine positionelle Beziehung zwischen dem Tank 43 und der Heißwasserpumpe 42 nicht darauf beschränkt.
In dem Wärmemediumkreislauf 16 sind ein Drucksensor Pw1 und ein Temperatursensor Tw1 vorgesehen. Der Drucksensor Pw1 und der Temperatursensor Tw1 sind stromabwärts des Boilers 12 gelegen und im speziellen zwischen dem Boiler 12 und der Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung 14 in dem Wärmemediumkreislauf 16 gelegen. Der Drucksensor Pw1 erfasst einen Druck eines Wärmemediums, das in dem Boiler 12 erwärmt wird, und gibt ein Signal aus, das einen erfassten Druck anzeigt. Der Temperatursensor Tw1 erfasst eine Temperatur eines Wärmemediums, das in dem Boiler 12 erwärmt wird, und gibt ein Signal aus, das eine erfasste Temperatur anzeigt.
Die Steuerungseinrichtung 20 ist eine Steuerungseinheit zum Steuern von Betrieben der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 10 und empfängt ein Signal, das von jedem von dem Temperatursensor Tg1, dem Temperatursensor Tg2, dem Drucksensor Pw1 und dem Temperatursensor Tw1 ausgegeben wird.
Die Steuerungseinrichtung 20 erfüllt vorbestimmte Funktionen durch Ausführen von Programmen, die in einer Speichereinheit gespeichert sind, die in den Zeichnungen nicht gezeigt ist. Die Funktionen umfassen eine Betriebssteuerungseinheit 51, eine Unterkühlungsgradableitungseinheit 52 und eine Ventilsteuerungseinheit 53.
Die Betriebssteuerungseinheit 51 führt eine Steuerung zum Durchführen eines Startbetriebs, eines normalen Betriebs und eines Stoppbetriebs aus. Ein Startbetrieb ist ein Betrieb, der beim Aktivieren der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 10 durchgeführt wird; ein normaler Betrieb ist ein Betrieb, der durchgeführt wird, während die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung 14 in Betrieb ist; und ein Stoppbetrieb ist ein Betrieb, der beim Stoppen der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 10 durchgeführt wird. In jedem der Betriebe steuert die Betriebssteuerungseinheit 51 ein Öffnen und Schließen der Strömungsratenregulationsventile V1, V2 und V3 und des Entgasungsventils V4 und steuert ein Antreiben der Heißwasserpumpe 42 und der Betätigungspumpe 31.
Die Unterkühlungsgradableitungseinheit 52 leitet einen Unterkühlungsgrad Sc eines Wärmemediums in dem Wärmemediumkreislauf 16 unter Verwendung eines Signals ab, das von jedem von dem Drucksensor Pw1 und dem Temperatursensor Tw1 ausgegeben wird. Im Speziellen ist eine Information, die mit einem Druck und einer Sättigungstemperatur eines Wärmemediums korreliert, in der nicht gezeigten Speichereinheit der Steuerungseinrichtung 20 gespeichert, und die Unterkühlungsgradableitungseinheit 52 leitet eine Sättigungstemperatur Ts entsprechend einer erfassten Temperatur des Drucksensors Pw1 unter Verwendung der Information ab. Dann leitet die Unterkühlungsgradableitungseinheit 52 den Unterkühlungsgrad Sc eines Wärmemediums von einem Unterschied zwischen der abgeleiteten Sättigungstemperatur Ts und einer erfassten Temperatur tw1 des Temperatursensors Tw1 ab.
Die Ventilsteuerungseinheit 53 führt eine Steuerung zum Unterdrücken eines Siedens eines Wärmemediums aus. Im Speziellen steuert die Ventilsteuerungseinheit 53 ein Öffnen und Schließen der Strömungsratenregulationsventile V1 und V2 derart, dass ein Unterkühlungsgrad, der durch die Unterkühlungsgradableitungseinheit 52 abgeleitet wird, einen vorbestimmten Schwellenwert e (°C) übersteigt.
Des Weiteren führt die Steuerungseinheit 53 eine Steuerung zum Halten einer Temperatur eines Gases, das von dem Boiler 12 abgegeben wird, bei gleich wie oder höher als eine vorbestimmte Temperatur f (°C) aus. Im Speziellen steuert die Ventilsteuerungseinheit 53 Öffnungen der Strömungsratenregulationsventile V1 und V2 derart, dass ein erfasster Wert des Temperatursensors Tg2 einen vorbestimmten Schwellenwert f übersteigt. Es sei angemerkt, dass es sein kann, dass die Ventilsteuerungseinheit 53 nicht nur Öffnungen der Strömungsratenregulationsventile V1 und V2, sondern auch eine Drehzahl der Heißwasserpumpe 42 steuert.
Als nächstes werden Verhalten für Betriebe der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben. Zuerst werden Verhalten zum Steuern eines Startbetriebs der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 10 mit Bezug auf 2 beschrieben.
Wenn die Betriebssteuerungseinheit 51 einen Startbetrieb beginnt (Schritt ST1), wird das Strömungsratenregulationsventil V1 des Umgehungsdurchgangs 27 geöffnet und das Strömungsratenregulationsventil V2 des Hauptdurchgangs 25 wird geschlossen (Schritt ST2). Als eine Folge davon wird ein Abgas, das als ein Wärmequellengas dient, nicht in den Boiler 12 eingeleitet, sondern strömt durch den Umgehungsdurchgang 27 und wird von dem stromabwärtigen Abschnitt 25b abgegeben. Es sei angemerkt, dass, obwohl auch das Strömungsratenregulationsventil V3 des stromabwärtigen Abschnitts geschlossen ist, das Strömungsratenregulationsventil V3 unter der Bedingung geöffnet sein kann, dass ein Abgas nicht den Boiler 12 strömen würde.
Anschließend startet die Betriebssteuerungseinheit 51 ein Antreiben der Heißwasserpumpe 42 (Schritt ST3). Als eine Folge davon zirkuliert ein Wärmemedium durch den Wärmemediumzirkulationskreislauf 16. Zusätzlich bewirkt die Betriebssteuerungseinheit 51 zu dieser Zeit ein Zirkulieren eines Kühlmediums durch den Kühlkreislauf 38.
Danach öffnet die Ventilsteuerungseinheit 53 das Strömungsratenregulationsventil V2 des Hauptdurchgangs mit der kleinsten Öffnung und erhöht auch allmählich eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V2 (Schritte ST4 und ST5). Zu dieser Zeit erhöht die Ventilsteuerungseinheit 53, während sie eine Temperatur eines Wärmemediums, das durch den Wärmemediumzirkulationskreislauf 16 strömt, mit dem Temperatursensor Tw1 überprüft, allmählich eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V2, sodass die Temperatur des Wärmemediums (die erfasste Temperatur tw1 des Temperatursensors Tw1) gleich zu einer Solltemperatur wird. Es sein angemerkt, dass auch das Strömungsratenregulationsventil V3 an einer stromabwärtigen Seite in Verbindung mit einem Ereignis geöffnet wird, bei dem das Strömungsratenregulationsventil V2 geöffnet wird.
Während eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V2 allmählich erhöht wird, wird überprüft, ob der Unterkühlungsgrad Sc eines Wärmemediums den vorbestimmten Schwellenwert e (°C) übersteigt oder nicht (Schritt ST6). Zu dieser Zeit wird der Unterkühlungsgrad Sc von einer Differenz zwischen der Sättigungstemperatur Ts, die zu einem erfassten Druck des Drucksensors Pw1 korrespondiert, und der erfassten Temperatur tw1 des Temperatursensors Tw1 abgeleitet. Falls der Unterkühlungsgrad Sc gleich wie oder niedriger als der Schwellenwert e ist, verringert die Ventilsteuerungseinheit 53 eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V2 des Umgehungsdurchgangs 27 um eine vorbestimmte Öffnung (Schritt ST7). Als eine Folge davon wird eine Strömungsrate eines Abgases, das in den Boiler 12 eingeleitet wird, verringert, sodass ein Unterkühlungsgrad eines Wärmemediums erhöht wird. Es sei angemerkt, dass die Ventilsteuerungseinheit 53 eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V1 des Hauptdurchgangs 25 um eine vorbestimmte Öffnung in einem Fall erhöht, in dem das Strömungsratenregulationsventil V2 bei der kleinsten Öffnung geöffnet ist.
Dann, wenn der erfasste Wert tw1 des Temperatursensors Tw1 eine vorbestimmte Temperatur a (°C) übersteigt, aktiviert die Betriebssteuerungseinheit 51 die Betätigungspumpe 31 der Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung 14 (Schritt ST8 und ST9). Als eine Folge davon beginnt die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung 14 einen Betrieb, sodass eine Erzeugung von Elektrizität begonnen wird. Es sei angemerkt, dass die Temperatur a (°C) eine Temperatur eines Wärmemediums ist, das in den Verdampfer 32 eingeleitet wird, und als eine Temperatur festgelegt ist, bei der die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung 14 eine Elektrizität stabil erzeugen kann.
Nachdem die Betätigungspumpe 31 aktiviert ist, wird eine Temperatur eines Wärmemediums weiter überprüft, bis die Betätigungspumpe 31 eine Nenndrehzahl erreicht. Dann, wenn die Betätigungspumpe 31 eine Nenndrehzahl erreicht, schaltet die Betätigungssteuerungseinheit 51 von einem Startbetrieb zu einem normalen Betrieb.
Während eines Startbetriebs, nachdem die Bestätigungspumpe 31 aktiviert ist, wird überprüft, ob eine Drehzahl der Pumpe eine Nenndrehzahl erreicht oder nicht (Schritt ST10), und Schritte ST11 bis ST16 werden durchgeführt, bis eine Nenndrehzahl erreicht ist. In dem Schritt ST11 wird beurteilt, ob eine Temperatur eines Wärmemediums (der erfasste Wert tw1 des Temperatursensors Tw1) einen unteren Grenzwert b (°C) übersteigt oder nicht, der im Voraus bestimmt ist. Falls eine Temperatur eines Wärmemediums gleich wie oder niedriger als der untere Grenzwert b ist, erhöht die Ventilsteuerungseinheit 53 eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V2 des stromaufwärtigen Abschnitts 25a um eine vorbestimmte Öffnung (Schritt ST12). Als eine Folge davon wird eine Strömungsrate eines Abgases, das in den Boiler 12 strömt, erhöht, sodass eine Temperatur eines Wärmemediums erhöht werden kann. Es sei angemerkt, dass die Ventilsteuerungseinheit 53 eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V1 des Umgehungsdurchgangs 27 in einem Fall verringert, in dem das Strömungsratenregulationsventil V2 vollständig geöffnet ist.
Falls andererseits eine Temperatur eines Wärmemediums den unteren Grenzwert b übersteigt, wird ein Schalten zu dem Schritt ST13 durchgeführt, in dem beurteilt wird, ob der Unterkühlungsgrad Sc eines Wärmemediums den vorbestimmten Schwellenwert e (°C) übersteigt oder nicht. Falls der Unterkühlungsgrad Sc eines Wärmemediums gleich wie oder niedriger als der Schwellenwert e ist, verringert die Ventilsteuerungseinheit 53 eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V2 um eine vorbestimmte Öffnung (Schritt ST14). Als eine Folge davon kann eine Temperatur eines Wärmemediums auf Grund einer Verringerung einer Strömungsrate eines Abgases, das in den Boiler 12 strömt, verringert werden, sodass der Unterkühlungsgrad Sc eines Wärmemediums erhöht werden kann. Es sei angemerkt, dass die Ventilsteuerungseinheit 53 eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V1 des Umgehungsdurchgangs 27 in einem Fall erhöht, in dem das Strömungsratenregulationsventil V2 bei der kleinsten Öffnung geöffnet ist.
Falls der Unterkühlungsgrad Sc eines Wärmemediums einen Wert hat, der höher ist als der Schwellenwert e, wird beurteilt, ob eine Temperatur eines Wärmemediums einen oberen Grenzwert c (°C), der im Voraus bestimmt ist, überseigt oder nicht (Schritt ST15). Falls eine Temperatur eines Wärmemediums gleich wie oder niedriger als der obere Grenzwert c ist, erfolgt eine Rückkehr zu dem Schritt ST10. Falls andererseits eine Temperatur eines Wärmemediums den oberen Grenzwert c übersteigt, öffnet die Ventilsteuerungseinheit 53 das Strömungsratenregulationsventil V2 des Hauptdurchgangs 25 und öffnet auch das Strömungsratenregulationsventil V1 des Umgehungsdurchgangs 27 (Schritt ST16). Mit anderen Worten wird in einem Fall, in dem eine Temperatur eines Wärmemediums den oberen Grenzwert c übersteigt, ein Einleiten von Abgas in den Boiler 12 verhindert. In dieser Weise ist es möglich, eine Verdampfung von heißem Wasser durch Gewährleisten eines Zustands zu verhindern, in dem eine Temperatur eines Wärmemediums in einen vorbestimmten Bereich fällt.
Als nächstes werden Verhalten zum Steuern eines normalen Betriebs mit Bezug auf 3 beschrieben.
Auch in einem normalen Betrieb wird eine Temperatur eines Wärmemediums überprüft, das durch den Wärmemediumkreislauf 16 strömt, und eine Steuerung wird derart ausgeführt, dass eine Temperatur eines Wärmemediums in einen vorbestimmten Bereich fällt. Im Speziellen wird in einem Schritt ST21 beurteilt, ob eine Temperatur eines Wärmemediums (der erfasste Wert tw1 des Temperatursensors Tw1) den unteren Grenzwert b (°C), der im Voraus bestimmt ist, übersteigt oder nicht. Falls eine Temperatur eines Wärmemediums gleich wie oder geringer als der untere Grenzwert b ist, wird ein Schalten zu einem Schritt ST22 durchgeführt, wo die Ventilsteuerungseinheit 53 eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V2 um eine vorbestimmte Öffnung erhöht. Als eine Folge davon wird eine Strömungsrate eines Abgases, das in den Boiler 12 strömt, erhöht, sodass eine Temperatur eines Wärmemediums erhöht werden kann. Es sei angemerkt, dass die Ventilsteuerungseinheit 53 eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V1 des Umgehungsdurchgangs 27 in einem Fall verringert, in dem das Strömungsratenregulationsventil V2 vollständig geöffnet ist.
Falls andererseits eine Temperatur eines Wärmemediums den unteren Grenzwert b übersteigt, wird ein Schalten zu einem Schritt ST23 durchgeführt, wo beurteilt wird, ob der Unterkühlungsgrad Sc eines Wärmemediums den Schwellenwert e (°C) übersteigt oder nicht. Falls der Unterkühlungsgrad Sc eines Wärmemediums gleich wie oder geringer als der Schwellenwert e ist, verringert die Ventilsteuerungseinheit 53 eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V2 um eine vorbestimmte Öffnung (Schritt ST14). Als eine Folge davon kann eine Temperatur eines Wärmemediums auf Grund einer Verringerung einer Strömungsrate eines Abgases, das in den Boiler 12 strömt, verringert werden, sodass der Unterkühlungsgrad Sc eines Wärmemediums erhöht werden kann. Es sei angemerkt, dass die Ventilsteuerungseinheit 53 eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V1 des Umgehungsdurchgangs 27 in einem Fall erhöht, in dem das Strömungsratenregulationsventil V2 bei der kleinsten Öffnung geöffnet ist.
Falls der Unterkühlungsgrad Sc eines Wärmemediums einen Wert hat, der höher ist als der Schwellenwert e, wird ein Schalten zu einem Schritt ST25 durchgeführt. In dem Schritt ST25 wird beurteilt, ob eine Temperatur eines Abgases, das von dem Boiler 12 abgegeben wird, (ein erfasster Wert tg2 des Temperatursensors Tg2) die vorbestimmte Temperatur f (°C) übersteigt oder nicht. Dann, falls eine Temperatur eines Abgases, das von dem Boiler 12 abgegeben wird, gleich wie oder niedriger als die Temperatur f ist, wird ein Schalten zu dem Schritt ST24 durchgeführt, in dem die Ventilsteuerungseinheit 53 eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V2 um eine vorbestimmte Öffnung verringert. Die Temperatur f ist beispielsweise auf ungefähr 150°C festgelegt. Dem zu Folge wird eine Menge von Wärme, die aus einem Abgas durch ein Wärmemedium entfernt wird, verringert, da eine Strömungsmenge eines Abgases durch den Umgehungsdurchgang 27 erhöht ist, sodass eine Temperatur eines Abgases bei einer Temperatur höher als ungefähr 150 °C aufrechterhalten wird. Als eine Folge davon kann eine Säuretaupunkt-Korrosion einer Rohrleitung, durch das ein Abgas strömt, verhindert werden.
Falls andererseits eine Temperatur eines Abgases, das von dem Boiler 12 abgegeben wird, die Temperatur f übersteigt, wird ein Schalten zu einem Schritt ST27 durchgeführt, in dem beurteilt wird, ob eine Temperatur eines Wärmemediums den oberen Grenzwert c (°C), der im Voraus bestimmt ist, übersteigt oder nicht. Falls eine Temperatur eines Wärmemediums gleich wie oder niedriger als der obere Grenzwert c ist, erfolgt eine Rückkehr zu dem Schritt ST21. Als eine Folge davon ist es möglich, einen Zustand zu gewährleisten, in dem eine Temperatur eines Wärmemediums in einen vorbestimmten Bereich fällt. Falls andererseits eine Temperatur eines Wärmemediums den oberen Grenzwert c übersteigt, wird ein Schalten zu einem Schritt ST28 gemacht, in dem die Ventilsteuerungseinheit 53 das Strömungsratenregulationsventil V2 des Hauptdurchgangs 25 vollständig schließt und auch das Strömungsratenregulationsventil V1 des Umgehungsdurchgangs 27 öffnet. Das heißt in einem Fall, in dem eine Temperatur eines Wärmemediums den oberen Grenzwert c übersteigt, ist es möglich, einen Zustand zu gewährleisten, in dem eine Temperatur eines Wärmemediums in einen vorbestimmten Bereich fällt, indem ein Einleiten eines Abgases in den Boiler 12 verhindert wird.
Als nächstes werden Verhalten für eine Steuerung während eines Stoppbetriebs mit Bezug auf 4 beschrieben.
Ein Stoppbetrieb wird bei Empfangen eines Stoppsignals durch die Steuerungseinrichtung 20 begonnen (Schritt ST31). Wenn die Steuerungseinrichtung 20 ein Stoppsignal empfängt, hält die Betriebssteuerungseinheit 51, während sie das Strömungsratenregulationsventil V1 des Umgehungsdurchgangs 27 einerseits vollständig öffnet, eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V2 des Hauptdurchgangs 25 aufrecht, so wie sie ist (Schritt ST32). Des Weiteren wird die Heißwasserpumpe 42 angetrieben gehalten (Schritt ST33) und die Betätigungspumpe 31 wird in einen Stoppbetrieb gebracht (Schritt ST34).
Dann führt, auch bis die Betätigungspumpe 31 einen Betrieb stoppt, die Ventilsteuerungseinheit 53 eine Steuerung zum Gestatten aus, dass eine Temperatur eines Wärmemediums in einen vorbestimmten Bereich fällt, während eine Temperatur eines Wärmemediums überprüft wird. Im Speziellen wird zuerst beurteilt, ob eine Temperatur eines Wärmemediums (der erfasste Wert tw1 des Temperatursensors Tw1) den unteren Grenzwert b (°C), der im Voraus bestimmt ist, übersteigt oder nicht (Schritt ST35). Falls eine Temperatur eines Wärmemediums gleich wie oder niedriger als der untere Grenzwert b ist, wird ein Schalten zu einem Schritt ST36 durchgeführt, wo die Ventilsteuerungseinheit 35 eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V2 um eine vorbestimmte Öffnung erhöht. Als eine Folge davon wird eine Strömungsrate eines Abgases, das in den Boiler 12 strömt, erhöht, sodass eine Temperatur eines Wärmemediums erhöht werden kann. Es sei angemerkt, dass die Ventilsteuerungseinheit 53 eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V1 des Umgehungsdurchgangs 27 in einem Fall verringert, in dem das Strömungsratenregulationsventil V2 vollständig geöffnet ist.
Falls andererseits eine Temperatur eines Wärmemediums den unteren Grenzwert b übersteigt, wird ein Schalten zu einem Schritt ST37 durchgeführt, in dem beurteilt wird, ob der Unterkühlungsgrad Sc eines Wärmemediums den vorbestimmten Schwellenwert e (°C) übersteigt oder nicht. Falls der Unterkühlungsgrad Sc eines Wärmemediums gleich wie oder niedriger als der Schwellenwert e ist, verringert die Ventilsteuerungseinheit 53 eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V2 um eine vorbestimmte Öffnung (Schritt ST38). Als eine Folge davon kann eine Temperatur eines Wärmemediums auf Grund einer Verringerung einer Strömungsrate eines Abgases, das in den Boiler 12 strömt, verringert werden, sodass der Unterkühlungsgrad Sc eines Wärmemediums erhöht werden kann. Es sei angemerkt, dass die Ventilsteuerungseinheit 53 eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V1 des Umgehungsdurchgangs 27 in einem Fall erhöht, in dem das Strömungsratenregulationsventil V2 bei der kleinsten Öffnung geöffnet ist.
Falls der Unterkühlungsgrad Sc eines Wärmemediums einen Wert hat, der höher ist als der Schwellenwert e, bestätigt die Steuerungseinrichtung 20 zuerst, dass die Betätigungspumpe 31 einen Betrieb gestoppt hat, und beurteilt dann, ob eine Temperatur eines Wärmemediums den oberen Grenzwert c (°C), der im Voraus bestimmt ist, übersteigt oder nicht (Schritte ST39 und ST40). In einem Fall, in dem die Betätigungspumpe 31 einen Betrieb noch nicht gestoppt hat, falls eine Temperatur eines Wärmemediums gleich wie oder geringer als der obere Grenzwert c ist, erfolgt eine Rückkehr zu dem Schritt ST35. Die Schritte ST35 bis ST 40 werden wiederholt, bis die Betätigungspumpe 31 einen Betrieb stoppt.
Es sei angemerkt, dass, beim Stoppen der Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung 14 (in anderen Worten gesagt beim Stoppen eines Antreibens der Betätigungspumpe 31), es beurteilt wird, ob eine Temperatur eines Wärmemediums den unteren Grenzwert b (°C) übersteigt oder nicht (Schritt ST35), und es beurteilt wird, ob der Unterkühlungsgrad Sc eines Wärmemediums den Schwellenwert e übersteigt oder nicht (Schritt ST37), und zwar aus den folgenden Gründen. Das heißt ein Stopp einer Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung könnte möglicherweise zu einer Verdampfung eines gesamten Arbeitsmediums in dem Verdampfer 32 führen, was es unmöglich macht, eine thermische Last zu tragen. In solch einem Fall wird eine Temperatur in einem Wärmemedium-System ansteigen. Um den vorstehenden Fall zu verhindern, wird eine Steuerung derart ausgeführt, dass eine spezifische Temperatur oder höher und ein spezifischer Unterkühlungsgrad oder höher erhalten werden. Es sei angemerkt, dass, selbst während die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung 14 gestoppt ist, eine Steuerung derart ausgeführt wird, dass in der Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung 14 ein Strömen von Kühlwasser durch den Kondensator 34 andauert und ein Kondensieren eines Arbeitsmediums andauert.
Falls andererseits eine Temperatur eines Wärmemediums den oberen Grenzwert c übersteigt, schließt die Ventilsteuerungseinheit 53 das Strömungsratenregulationsventil V2 des Hauptdurchgangs 25 vollständig und öffnet das Strömungsratenregulationsventil V1 des Umgehungsdurchgangs 27 (Schritt ST41). Mit anderen Worten gesagt wird in einem Fall, in dem eine Temperatur eines Wärmemediums den oberen Grenzwert c übersteigt, ein Einleiten eines Abgases in den Boiler 12 verhindert. Als eine Folge davon ist es möglich, einen Zustand zu gewährleisten, in dem eine Temperatur eines Wärmemediums in einen vorbestimmten Bereich fällt.
Anschließend, wenn die Betätigungspumpe 31 einen Betrieb stoppt, wird ein Schalten zu dem Schritt ST41 durchgeführt, in dem die Betriebssteuerungseinheit 51 das Strömungsratenregulationsventil V2 des Hauptdurchgangs 25 vollständig schließt und das Strömungsratenregulationsventil V1 des Umgehungsdurchgangs 27 öffnet. Dann wird ein Stoppbetrieb beendet.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine thermische Energie in der Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung 14 unter Verwendung eines Wärmemediums, das in einem Heißwasserzustand ist, als ein Wärmequellengas wiedergewonnen. Somit kann eine thermische Energie eines Abgases bei einer Temperatur von beispielsweise 350 °C oder niedriger effizient zurückgewonnen werden. Im Speziellen kann, da die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung 14 eine thermische Energie über ein Wärmemedium aufnimmt, das in einem Heißwasserzustand ist, eine Menge von Wärme, die in die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung 14 eingeleitet wird, erhöht werden. Dem zu Folge kann selbst in einem Fall, in dem eine Temperatur eines Wärmequellengases beispielsweise gleich wie oder niedriger als 350°C ist, eine Erzeugung von ausreichender Elektrizität erreicht werden. Darüber hinaus wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Sieden des Wärmemediums unterdrückt und ein Wärmemedium wird in einem Heißwasserzustand gehalten. Somit wird nicht nur eine Erzeugung einer ausreichenden Elektrizität gewährleistet, sondern es wird auch eine Notwendigkeit zum Ergreifen von Gegenmaßen, um einen möglichen Anstieg eines Drucks in einem Rohr wie dem Boiler 12 zu bewältigen, beseitigt.
Des Weiteren steuert die Ventilsteuerungseinheit 53 Öffnungen der Regulationsventilbauteile V1 und V2 derart, dass eine Temperatur eines Abgases, das durch den Boiler 12 hindurchgegangen ist, gleich wie oder höher als eine Temperatur eines Säuretaupunkts einer korrosiven Komponente in einem Abgas ist. Dem zu Folge wird eine Temperatur eines Abgases, von dem Wärme zurückgewonnen wird, derart gesteuert, dass die Temperatur gleich wie oder höher als ein Säuretaupunkt ist, und somit kann verhindert werden, dass ein Rohr und der Gleichen auf Grund einer Kondensation einer korrosiven Komponente korrodiert.
Des Weiteren wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Unterkühlungsgrad eines Wärmemediums in einem Zustand aufrechterhalten, in dem er gleich wie oder höher als der vorbestimmte Schwellenwert e (°C) ist, sodass ein Sieden eines Wärmemediums verhindert werden kann. Dem zu Folge kann eine Wärme eines Wärmemediums effizient zu der Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung 14 übertragen werden. Des Weiteren kann, da ein Sieden eines Wärmemediums unterdrückt werden kann, ein Zustand, in dem ein Arbeitsmedium in dem Verdampfer 23 effizient verdampft, aufrechterhalten werden, was eine Verringerung einer Effizienz einer Wärmerückgewinnung verhindern kann. Des Weiteren gibt es keine Notwendigkeit zum Ergreifen von Gegenmaßnahmen gegen einen möglichen Anstieg eines Drucks in einem Rohr, durch das ein Wärmemedium strömt. Darüber hinaus wird eine Temperatur eines Wärmemediums derart gesteuert, dass die Temperatur in einen vorbestimmten Bereich fällt, und somit kann eine Effizienz der Wärmerückgewinnung durch die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung 14 erhöht werden.
Des Weiteren wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, während die Heißwasserpumpe 42 einen Betrieb stoppt, ein Unterkühlungsgrad eines Wärmemediums in einem Zustand aufrechterhalten, in dem er gleich wie oder höher als der vorbestimmte Schwellenwert e (°C) ist, sodass ein Sieden eines Wärmemediums unterdrückt werden kann. Dem zu Folge kann, selbst während die Heißwasserpumpe 42 einen Betrieb stoppt, eine Wärme eines Wärmemediums effizient zu der Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung 14 übertragen werden. Darüber hinaus wird, selbst während die Heißwasserpumpe 42 einen Betrieb stoppt, eine Temperatur eines Wärmemediums derart gesteuert, dass die Temperatur in einen vorbestimmten Bereich fällt, und somit kann eine Effizienz einer Wärmerückgewinnung durch die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung 14 verbessert werden.
Des Weiteren ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Ventilsteuerungseinheit 53 gestaltet, um eine Menge eines Abgases, das in den Umgehungsdurchgang 27 strömt, zu erhöhen, indem bewirkt wird, dass wenigstens ein Teil eines Abgases, das zu dem Boiler 12 strömt, in den Umgehungsdurchgang 27 strömt. Im Speziellen ist es nur durch Zuführen eines Wärmequellengases in solch einer Weise, dass das Wärmequellengas, das zugeführt wird, nicht in den Boiler 12 einströmt sondern um den Boiler 12 über den Umgehungsdurchgang 27 herumgeht, möglich, eine Menge von Wärme zu verringern, die in ein Wärmemedium eingeleitet wird. Deshalb ist es möglich, ein Sieden eines Wärmemediums ohne Notwendigkeit einer komplizierten Steuerung wie einer Regulation einer Strömungsrate eines Abgases selbst oder der Gleichen zu unterdrücken.
Des Weiteren kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Menge eines Abgases, das in den Boiler 12 strömt, durch Verringerung einer Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V2 beschränkt werden, und somit ist es möglich, zu gestatten, dass ein Abgas eine Umgehung zu dem Umgehungsdurchgang 27 effizient nimmt.
Des Weiteren wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, da die Unterkühlungsgradableitungseinheit 52, die einen Unterkühlungsgrad eines Wärmemediums ableitet, umfasst ist, ein Unterkühlungsgrad eines Wärmemediums abgeleitet und bei einem vorbestimmten Wert oder höher aufrechterhalten. Dem zu Folge kann ein Sieden eines Wärmemediums sicherer unterdrückt werden.
Des Weiteren wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Sieden eines Wärmemediums während eines Startbetriebs unterdrückt. Während eines Startbetriebs arbeitet die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung 14 nicht, und somit gibt es eine Gefahr des Siedens eines Wärmemediums auf Grund einer Nicht-Absorption einer Wärme eines Wärmemediums durch die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung 14 in den Wärmemediumkreislauf 16. In diesem Zusammenhang würde es effektiv sein, eine Steuerung derart auszuführen, dass ein Sieden eines Wärmemediums während eines Startbetriebs unterdrückt wird.
Des Weiteren wird während eines Stoppbetriebs, in Verbindung mit einem Eintreten in einen Stoppbetrieb der Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung 14, eine Wärme eines Wärmemediums durch die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung 14 in dem Wärmemediumkreislauf 16 nicht absorbiert, und somit gibt es eine Gefahr des Siedens eines Wärmemediums. In diesem Zusammenhang würde ein Ausführen einer Steuerung derart, dass ein Sieden eines Wärmemediums während eines Stoppbetriebs unterdrückt wird, wirksam sein.
Da ein Sieden eines Wärmemediums auch während eines normalen Betriebs unterdrückt wird, kann eine Menge von Wärme, die in die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung 14 eingeleitet wird, erhöht werden, und eine Erzeugung von ausreichender Elektrizität kann erreicht werden.
Des Weiteren wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Temperatur eines Gases, das von dem Boiler 12 abgegeben wird, bei einer vorbestimmten Temperatur oder höher aufrechterhalten, sodass eine Säuretaupunkt-Korrosion selbst in einem Fall verhindert werden kann, in dem ein Abgas oder der Gleichen als ein Wärmequellengas verwendet wird.
Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist, und dass verschiedene Modifikationen, Änderungen und der Gleichen innerhalb eines Umfangs möglich sind, der nicht von dem Kern von dieser abweicht. Beispielsweise kann die Heißwasserpumpe 42 eine Pumpe sein, die bei einer bestimmten Drehzahl angetrieben wird, oder kann eine Pumpe umfassen, deren Drehzahl einstellbar ist. In einem Fall, in dem die Heißwasserpumpe 42 eine Pumpe umfasst, deren Drehzahl einstellbar ist, kann die Steuerungseinrichtung 20 eine Pumpensteuerungseinheit 55 haben, die eine Steuerung derart ausführt, dass eine Drehzahl der Heißwasserpumpe 42 erhöht wird, wenn der Unterkühlungsrad Sc eines Wärmemediums gleich wie oder niedriger als der Schwellenwert e ist. Im Speziellen führt, da „NEIN“ in dem Schritt ST23 gegeben ist, wenn der Unterkühlungsgrad Sc eines Wärmemediums gleich wie oder geringer als der Schwellenwert e ist, die Pumpensteuerungseinheit 45 eine Steuerung aus, um eine Drehzahl der Heißwasserpumpe 42 zu erhöhen, wie in 6 gezeigt ist (Schritt ST29). Auch in diesem Fall kann die Steuerungseinrichtung 20 eine Drehzahl der Heißwasserpumpe 42 zusätzlich zu einem Steuern einer Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V2 steuern oder kann eine Drehzahl der Heißwasserpumpe 42 ohne Steuern einer Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V2 steuern. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Menge eines Wärmemediums, das in den Boiler 12 strömt, durch eine Erhöhung einer Drehzahl der Heißwasserpumpe 42 erhöht, sodass ein Sieden eines Wärmemediums in dem Boiler 12 unterdrückt werden kann.
In einem Fall, in dem die Heißwasserpumpe 42 eine Pumpe hat, die bei einer bestimmten Drehzahl angetrieben wird, kann der Tank 43 weggelassen werden.
Des Weiteren kann die Steuerungseinrichtung 20 eine Betätigungspumpensteuerungseinheit 56 umfassen, die eine Steuerung derart ausführt, dass eine Drehzahl der Betätigungspumpe 31 erhöht wird, wenn der Unterkühlungsgrad Sc eines Wärmemediums gleich wie oder niedriger als der Schwellenwert e ist, wie in 7 gezeigt ist. Des Weiteren kann in diesem Fall die Steuerungseinrichtung 20 eine Drehzahl der Betätigungspumpe 31 zusätzlich zu einem Steuern einer Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V2 steuern oder kann eine Drehzahl der Betätigungspumpe 31 ohne Steuern einer Öffnung des Strömungsratenregulationsventils V2 steuern.
Nun werden die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele kurz beschrieben.
(1) Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen hat: einen Hauptdurchgang, durch den ein Abgas, das eine korrosive Komponente enthält, strömt; einen Boiler, der in dem Hauptdurchgang vorgesehen ist, wobei der Boiler gestaltet ist, um ein Wärmemedium unter Verwendung des Abgases zu erwärmen, um das Wärmemedium in einen Heißwasserzustand zu versetzen; einen Umgehungsdurchgang, der mit dem Hauptdurchgang verbunden ist, um um den Boiler herum zu gehen; ein Regulationsventilbauteil, das gestaltet ist, um eine Strömungsrate des Abgases zu regulieren, das in den Boiler strömt; ein Wärmemediumkreislauf, der eine Heißwasserpumpe hat, wobei der Wärmemediumkreislauf gestaltet ist, um das Wärmemedium zirkulieren zu lassen, das durch den Boiler erwärmt wird, um in den Heißwasserzustand versetzt zu sein; eine Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung mit einem Zirkulationskreislauf, durch den ein Arbeitsmedium zirkuliert, wobei die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung gestaltet ist, um thermische Energie von dem Wärmemedium in dem Wärmemediumkreislauf zurückzugewinnen und Elektrizität zu erzeugen; und eine Ventilsteuerungseinheit, die gestaltet ist, um eine Öffnung des Regulationsventilbauteils derart zu steuern, dass eine Temperatur des Abgases, das durch den Boiler hindurchgegangen ist, gleich wie oder höher als eine Temperatur eines Säuretaupunkts der korrosiven Komponente in dem Abgas ist.
In der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird eine thermische Energie in der Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung von dem Wärmemedium zurückgewonnen, das in dem Heißwasserzustand ist. Somit kann eine thermische Energie des Abgases oder einer Hochtemperaturluft, das/die beispielsweise eine Temperatur von 350° C oder niedriger hat, effizient zurückgewonnen werden. Im Speziellen kann, da die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung eine thermische Energie über das Wärmemedium aufnimmt, das in dem Heißwasserzustand ist, eine Menge von Wärme, die in die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung eingeleitet wird, größer gemacht werden als die in einem Fall, in dem ein gasförmiges Wärmemedium verwendet wird. Dem zu Folge kann selbst in einem Fall, in dem die Temperatur des Wärmequellengases gleich wie oder niedriger als beispielsweise 350°C ist, eine Erzeugung einer ausreichenden Elektrizität erreicht werden. Darüber hinaus steuert die Ventilsteuerungseinheit die Öffnung des Regulationsventilbauteils derart, dass die Temperatur des Abgases, das durch den Boiler hindurchgegangen ist, gleich wie oder höher als ein Säuretaupunkt der korrosiven Komponente in dem Abgas ist. Dem zu Folge kann verhindert werden, dass die korrosive Komponente von einem Niedrigtemperaturabgas, von dem Wärme durch das Wärmemedium zurückgewonnen wird, kondensiert. Deshalb kann eine Korrosion eines Rohrs und der Gleichen verhindert werden.
(2) Die vorstehend beschriebene Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung kann des Weiteren einen Temperatursensor, der gestaltet ist, um die Temperatur des Wärmemediums zu erfassen, das in dem Heißwasserzustand ist; und einen Drucksensor haben, der gestaltet ist, um einen Druck des Wärmemediums zu erfassen, das in dem Heißwasserzustand ist. In diesem Fall kann die Ventilsteuerungseinheit die Öffnung des Regulationsventilbauteils derart steuern, dass die Temperatur des Wärmemediums in einem vorbestimmten Bereich ist und ein Unterkühlungsgrad des Wärmemediums in einem Zustand aufrechterhalten wird, in dem der Unterkühlungsgrad einen vorbestimmten Wert oder höher hat.
In diesem Ausführungsbeispiel wird der Unterkühlungsgrad des Wärmemediums in einem Zustand aufrechtherhalten, in dem der Unterkühlungsrad den vorbestimmten Wert oder höher hat, sodass ein Sieden des Wärmemediums unterdrückt werden kann. Dem zu Folge kann eine Wärme des Wärmemediums effizient zu der Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung übertragen werden. Des Weiteren wird ein Sieden des Wärmemediums unterdrückt, und das Wärmemedium wird in dem Heißwasserzustand gehalten. Somit wird nicht nur eine Erzeugung einer ausreichenden Elektrizität gewährleistet, sondern es wird auch eine Notwendigkeit zum Ergreifen von Maßnahmen, um einen möglichen Anstieg eines Drucks in einem Rohr wie dem Boiler zu bewältigen, beseitigt. Des Weiteren wird die Temperatur des Wärmemediums derart gesteuert, dass die Temperatur in einen vorbestimmten Bereich fällt, sodass eine Effizienz einer Wärmerückgewinnung durch die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung verbessert werden kann.
(3) Des Weiteren kann die vorstehend beschriebene Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung einen Temperatursensor, der gestaltet ist, um eine Temperatur des Wärmemediums zu erfassen, das in dem Heißwasserzustand ist; und einen Drucksensor haben, der gestaltet ist, um einen Druck des Wärmemediums zu erfassen, das in dem Heißwasserzustand ist. In diesem Fall kann die Ventilsteuerungseinheit die Öffnung des Regulationsventilbauteils bei einem Stoppen der Heißwasserpumpe derart steuern, dass die Temperatur des Wärmemediums gleich wie oder höher als eine vorbestimmte Temperatur ist und ein Unterkühlungsgrad des Wärmemediums in einem Zustand aufrechterhalten wird, in dem der Unterkühlungsrad einen vorbestimmten Wert oder höher hat.
In diesem Ausführungsbeispiel wird der Unterkühlungsgrad des Wärmemediums in einem Zustand aufrechterhalten, in dem der Unterkühlungsrad den vorbestimmten Wert oder höher hat, während die Heißwasserpumpe einen Betrieb stoppt, sodass ein Sieden des Wärmemediums unterdrückt werden kann, auch während die Heißwasserpumpe einen Betrieb stoppt. Dem zu Folge kann eine Wärme des Wärmemediums effizient zu der Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung übertragen werden. Darüber hinaus wird die Temperatur des Wärmemediums derart gesteuert, dass die Temperatur in den vorbestimmten Bereich fällt, auch während die Heißwasserpumpe einen Betrieb stoppt, sodass eine Effizienz einer Wärmerückgewinnung durch die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung erhöht werden kann.
(4) Das vorstehend beschriebene Regulationsventilbauteil kann ein Strömungsratenregulationsventil umfassen, das in dem Umgehungsdurchgang vorgesehen ist. In diesem Fall kann die Ventilsteuerungseinheit gestaltet sein, um eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils zu steuern, um eine Menge eines Wärmequellengases zu erhöhen, das in den Umgehungsdurchgang strömt, sodass der Unterkühlungsgrad des Wärmemediums den vorbestimmten Wert oder höher hat. In diesem Ausführungsbeispiel ist es nur durch Zuführen des Wärmequellengases in solch einer Weise, dass das Wärmequellengas, das zugeführt wird, nicht in den Boiler strömt, sondern um den Boiler über den Umgehungsdurchgang herumgeht, möglich, eine Menge von Wärme zu verringern, die in das Wärmemedium eingeleitet wird. Dem zu Folge ist es möglich, ein Sieden des Wärmemediums ohne eine Notwendigkeit einer komplizierten Steuerung wie einer Regulation einer Strömungsrate des Wärmequellengases selbst oder der Gleichen zu unterdrücken.
(5) Das Regulationsventilbauteil kann ein Strömungsratenregulationsventil umfassen, das in dem Hauptdurchgang vorgesehen ist. In diesem Fall ist die Ventilsteuerungseinheit gestaltet, um eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils so zu verringern, dass der Unterkühlungsgrad des Wärmemediums den vorbestimmten Wert oder höher hat. In diesem Ausführungsbeispiel kann eine Menge eines Abgases, das in den Boiler strömt, durch Verringern einer Öffnung des Strömungsratenregulationsventils beschränkt werden, sodass es möglich ist, zu gestatten, dass das Wärmequellengas eine Umgehung zu dem Umgehungsdurchgang effizient nimmt.
(6) Die vorstehend beschriebene Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung kann des Weiteren folgendes haben: einen Temperatursensor, der gestaltet ist, um eine Temperatur des Wärmemediums zu erfassen, das in dem Heißwasserzustand ist; einen Drucksensor, der gestaltet ist, um einen Druck des Wärmemediums zu erfassen, das in dem Heißwasserzustand ist; und eine Pumpensteuerungseinheit, die gestaltet ist, um eine Drehzahl der Heißwasserpumpe so zu erhöhen, dass der Unterkühlungsgrad des Wärmemediums in einem Zustand aufrechterhalten wird, in dem der Unterkühlungsgrad einen vorbestimmten Wert oder höher hat. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Menge des Wärmemediums, das in den Boiler strömt, durch eine Erhöhung einer Drehzahl der Heißwasserpumpe erhöht, was ein Sieden des Wärmemediums in dem Boiler unterdrücken kann.
(7) Die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist eine Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung, die als die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung der vorstehend beschriebenen Abgaswärmrückgewinnungsvorrichtung verwendet wird.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann gemäß den vorliegenden Ausführungsbeispielen eine Wärme von einem Abgas, das eine korrosive Komponente enthält, effizient zurückgewonnen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013160132 A [0004]

Claims

Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung mit: einem Hauptdurchgang, durch den ein Abgas, das eine korrosive Komponente enthält, strömt; einem Boiler, der in dem Hauptdurchgang vorgesehen ist, wobei der Boiler gestaltet ist, um ein Wärmemedium unter Verwendung des Abgases zu erwärmen, um das Wärmemedium in einen Heißwasserzustand zu versetzen; einem Umgehungsdurchgang, der mit dem Hauptdurchgang verbunden ist, um um den Boiler herumzugehen; einem Regulationsventilbauteil, das gestaltet ist, um eine Strömungsrate des Abgases zu regulieren, das in den Boiler strömt; einem Wärmemediumkreislauf mit einer Heißwasserpumpe, wobei der Wärmemediumkreislauf gestaltet ist, um das Wärmemedium zirkulieren zu lassen, das durch den Boiler erwärmt ist, um in den Heißwasserzustand versetzt zu sein; einer Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung mit einem Zirkulationskreislauf, durch den ein Arbeitsmedium zirkuliert, wobei die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung gestaltet ist, um thermische Energie von dem Wärmemedium in dem Wärmemediumkreislauf zurückzugewinnen und Elektrizität zu erzeugen; einer Ventilsteuerungseinheit, die gestaltet ist, um eine Öffnung des Regulationsventilbauteils derart zu steuern, dass eine Temperatur des Abgases, das durch den Boiler hindurchgegangen ist, gleich wie oder höher als eine Temperatur eines Säuretaupunkts der korrosiven Komponente in dem Abgas ist.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren mit: einem Temperatursensor, der gestaltet ist, um eine Temperatur des Wärmemediums zu erfassen, das in dem Heißwasserzustand ist; einem Drucksensor, der gestaltet ist, um einen Druck des Wärmemediums zu erfassen, das in dem Heißwasserzustand ist, wobei die Ventilsteuerungseinheit die Öffnung des Regulationsventilbauteils derart steuert, dass die Temperatur des Wärmemediums in einem vorbestimmten Bereich ist und ein Unterkühlungsgrad des Wärmemediums in einem Zustand aufrechterhalten wird, in dem der Unterkühlungsgrad einen vorbestimmten Wert oder höher hat.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren mit: einem Temperatursensor, der gestaltet ist, um eine Temperatur des Wärmemediums zu erfassen, das in dem Heißwasserzustand ist; und einem Drucksensor, der gestaltet ist, um einen Druck des Wärmemediums zu erfassen, das in dem Heißwasserzustand ist; wobei die Ventilsteuerungseinheit die Öffnung des Regulationsventilbauteils bei einem Stoppen der Heißwasserpumpe derart steuert, dass die Temperatur des Wärmemediums gleich wie oder höher als eine vorbestimmte Temperatur ist und ein Unterkühlungsgrad des Wärmemediums in einem Zustand aufrechterhalten wird, in dem der Unterkühlungsgrad einen vorbestimmten Wert oder höher hat.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Regulationsventilbauteil ein Strömungsratenregulationsventil umfasst, das in dem Umgehungsdurchgang vorgesehen ist, und die Ventilsteuerungseinheit gestaltet ist, um eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils zu steuern, um eine Menge eines Wärmequellengases zu erhöhen, das in den Umgehungsdurchgang strömt, sodass der Unterkühlungsgrad des Wärmemediums den vorbestimmten Wert oder höher hat.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Regulationsventilbauteil ein Strömungsratenregulationsventil umfasst, das in dem Umgehungsdurchgang vorgesehen ist, und die Ventilsteuerungseinheit gestaltet ist, um eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils zu steuern, um eine Menge eines Wärmequellengases zu erhöhen, das in den Umgehungsdurchgang strömt, sodass der Unterkühlungsgrad des Wärmemediums den vorbestimmten Wert oder höher hat.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Regulationsventilbauteil ein Strömungsratenregulationsventil umfasst, das in dem Hauptdurchgang vorgesehen ist, und die Ventilsteuerungseinheit gestaltet ist, um eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils zu verringern, sodass der Unterkühlungsgrad des Wärmemediums den vorbestimmten Wert oder höher hat.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Regulationsventilbauteil ein Strömungsratenregulationsventil umfasst, das in dem Hauptdurchgang vorgesehen ist, und die Ventilsteuerungseinheit gestaltet ist, um eine Öffnung des Strömungsratenregulationsventils zu verringern, sodass der Unterkühlungsgrad des Wärmemediums den vorbestimmten Wert oder höher hat.
Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren mit: einem Temperatursensor, der gestaltet ist, um eine Temperatur des Wärmemediums zu erfassen, das in dem Heißwasserzustand ist; einem Drucksensor, der gestaltet ist, um einen Druck des Wärmemediums zu erfassen, das in dem Heißwasserzustand ist; und einer Pumpensteuerungseinheit, die gestaltet ist, um eine Drehzahl der Heißwasserpumpe zu erhöhen, sodass der Unterkühlungsgrad des Wärmemediums in einem Zustand aufrechterhalten wird, in dem der Unterkühlungsgrad den vorbestimmten Wert oder höher hat.
Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung, die als die Binärelektrizitätserzeugungsvorrichtung der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 verwendet wird.