JP2011083161A

JP2011083161A - 排熱発電装置

Info

Publication number: JP2011083161A
Application number: JP2009235342A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Uchimura; 知行内村; Kiichi Irie; 毅一入江; Osayuki Inoue; 修行井上
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2011-04-21

Abstract

【課題】発電機が無負荷で運転されることによって損傷する不都合をより高い確率で抑制することができる排熱発電装置を提供すること。
【解決手段】排熱発電装置１は、排熱発電機１０と、排熱発電機１０で発生した電力の電力負荷６０への供給を仲介する電力負荷接続部２１と、排熱発電機１０と電力負荷接続部２１とを接続する電気回路３０と、排熱発電機１０で発生した電力を消費する抵抗器２５とスイッチ２６とを有する負荷調整装置２４と、負荷調整装置２４の両端の電圧を検出する第１の電圧検出器３１と、スイッチ２６の両端の電圧を検出する第２の電圧検出器３２と、異常検出器５１とを備える。異常検出器５１は、スイッチ２６が開いている状態で第１の電圧検出器３１で検出された値が第１の所定の値以上かつ第２の電圧検出器３２で検出された値が前記第１の所定の値よりも小さい第２の所定の値以下のときに抵抗器２５に異常が発生したと判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は排熱発電装置に関し、特に発電機が無負荷で運転されることによって損傷する不都合を抑制することができる排熱発電装置に関する。

一般に、マイクロガスタービンあるいはエンジン駆動の自家発電装置は、ロータ等を回転させるための熱エネルギを得るために燃料が燃焼され、電力負荷がなくなったことにより発電装置を緊急停止させる際のロータ等の過回転速度防止は、電力負荷がなくなってから過回転速度に達するまでの時間（例えば０．３秒程度）よりも遮断時間が短い極小口径のニードル弁等の制御弁を用いて燃料の供給量を調節することで実現可能である。他方、排熱のエネルギを電気エネルギに変換する装置である、作動媒体蒸気によりタービンを駆動する排熱発電装置等では、作動媒体蒸気の温度差が小さいゆえにもともとの圧力差が小さいため、タービンへの作動媒体蒸気の供給を遮断する遮断弁の口径を大きくして圧力損失を極力小さくしている。口径が大きな遮断弁は蒸気の遮断（弁の開閉）に２〜３秒程度要し、電力負荷がなくなり排熱発電装置を緊急停止させる際に遮断弁を閉じようとしても、遮断弁が閉になるよりも過回転速度に達する時間の方が早いため、発電装置が無負荷で運転されて発電機が過回転速度で運転され、機器が損傷するおそれがある。このような不都合を回避する技術を採用した排熱発電装置として、排熱エネルギで得られた機械的動力を電気エネルギに変換する発電機と、この発電機により発生した電圧が印加されて電力を消費するヒータと、このヒータと直列に配置されるスイッチとを備え、発電機で発電した電力の負荷がなくなり発電機が無負荷で運転することになった場合に、スイッチをオンにすることによりヒータが負荷となり、無負荷で発電機が運転されることがなく、発電機や膨張機の過回転速度での運転を防止するものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００５−３１２２８９号公報

しかしながら、上述の排熱発電装置が備えるヒータに断線等の異常が発生していることに気づかずに運転されている最中に、発電機で発電した電力の負荷がなくなって発電機が無負荷で運転されることになると、ヒータが余剰電力を消費できずに発電機や膨張機が過回転速度で運転されてしまう場合が生じ得る。

本発明は上述の課題に鑑み、発電機が無負荷で運転されることによって損傷する不都合をより高い確率で抑制することができる排熱発電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る排熱発電装置は、例えば図１に示すように、排熱を導入して発電する排熱発電機１０と；排熱発電機１０で発生した電力を消費する電力負荷６０への、排熱発電機１０で発生した電力の供給を仲介する電力負荷接続部２１と；排熱発電機１０と電力負荷接続部２１とを電気的に接続する電気回路３０と；電力負荷接続部２１と並列して電気回路３０に接続された負荷調整装置２４であって、排熱発電機１０で発生した電力を消費する抵抗器２５と、抵抗器２５と直列に接続されて抵抗器２５の消費電力を制御するスイッチ２６とを有する負荷調整装置２４と；負荷調整装置２４の両端の電圧を検出する第１の電圧検出器３１と；スイッチ２６の両端の電圧を検出する第２の電圧検出器３２と；スイッチ２６が開いている状態で、第１の電圧検出器３１で検出された値が第１の所定の値以上、かつ、第２の電圧検出器３２で検出された値が前記第１の所定の値よりも小さい第２の所定の値以下のときに、抵抗器２５に異常が発生したと判断する異常検出器５１とを備える。

このように構成すると、抵抗器に異常が発生したことを検出でき、排熱発電機で発生した電力を電力負荷で消費できない場合に抵抗器でも消費できずに排熱発電機を過回転で損傷させてしまうという不都合が生じることを回避することができる。

また、本発明の第２の態様に係る排熱発電装置は、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第１の態様に係る排熱発電装置１において、異常検出器５１が、スイッチ２６が閉じている状態で、第２の電圧検出器３２で検出された値が第３の所定の値以上のときに、スイッチ２６に異常が発生したと判断する。

このように構成すると、スイッチに異常が発生したことを検出でき、排熱発電機で発生した電力を電力負荷で消費できない場合にスイッチが作動しないために抵抗器でも消費できずに排熱発電機を過回転で損傷させてしまうという不都合が生じることを回避することができる。

また、本発明の第３の態様に係る排熱発電装置は、例えば図４に示すように、上記本発明の第１の態様又は第２の態様に係る排熱発電装置において、排熱発電機１０（例えば図１参照）が発生した電圧とは異なる電圧を負荷調整装置２４の両端に印加する給電回路４０を備える。

このように構成すると、排熱発電機を作動させる前に負荷調整装置の異常の有無を確認することが可能となり、排熱発電機にトラブルが生じる可能性をより低くすることができる。

また、本発明の第４の態様に係る排熱発電装置は、例えば図４に示すように、上記本発明の第３の態様に係る排熱発電装置において、給電回路４０が、電源電圧を異常検出器５１（例えば図１参照）による異常の検出を可能にすることで足りる低電圧に降圧する変圧器４１と、変圧器４１と直列に接続された整流素子４２とを含んで構成されている。

このように構成すると、異常検出器による異常の検出を可能にすることで足りる低電圧に降圧する変圧器を有するので異常の検出を小電力で行うことができ、変圧器と直列に接続された整流素子を有するので排熱発電機で発生した電流が給電回路側に逆流することを防ぐことが可能になる。

また、本発明の第５の態様に係る排熱発電装置は、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第４の態様のいずれか１つの態様に係る排熱発電装置１において、排熱発電機１０が、蒸気タービン１２と、蒸気タービン１２によって駆動されて発電する発電機１１と、蒸気Ｍを蒸気タービン１２に供給する蒸気供給流路１８と、蒸気供給流路１８内の蒸気Ｍの流れを遮断可能な主蒸気弁１９とを含んで構成され；異常検出器５１が負荷調整装置２４の異常を検出したときに、電力負荷６０を運転したまま主蒸気弁１９を閉にする制御装置５１をさらに備える。典型的には、制御装置が異常検出器を兼ねるが、両者が別々に設けられていてもよい。

このように構成すると、抵抗器が機能しない場合に蒸気タービンの制動をすることができなくなってしまう電力負荷がなくなる状態が発生する前に抵抗器の異常を検出したときに、抵抗器を使用せずに蒸気タービンを安全に停止することができ、排熱発電機を安全に停止させることができる。

上記目的を達成するために、本発明の第６の態様に係る排熱発電装置は、例えば図１に示すように、排熱を導入して発電する排熱発電機１０と；排熱発電機１０で発生した電力を消費する電力負荷６０への、排熱発電機１０で発生した電力の供給を仲介する電力負荷接続部２１と；排熱発電機１０と電力負荷接続部２１とを電気的に接続する電気回路３０と；電力負荷接続部２１と並列して電気回路３０に接続された負荷調整装置２４であって、排熱発電機１０で発生した電力を消費する抵抗器２５と、抵抗器２５と直列に接続されて抵抗器２５の消費電力を制御するスイッチ２６とを有する負荷調整装置２４と；スイッチ２６の両端の電圧を検出する第２の電圧検出器３２と；スイッチ２６が開いており、かつ、排熱発電機１０が発電している状態で、第２の電圧検出器３２で検出された値が第２の所定の値以下のときに、抵抗器２５に異常が発生したと判断する異常検出器５１とを備える。

本発明によれば、抵抗器に異常が発生したことを検出でき、排熱発電機で発生した電力を電力負荷で消費できない場合に抵抗器でも消費できずに排熱発電機を過回転で損傷させてしまうという不都合が生じることを回避することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る排熱発電装置のブロック図である。ヒータの異常検出の手順を示すフローチャートである。スイッチの異常検出の手順を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態に係る排熱発電装置の電気回路部分を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。

まず図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る排熱発電装置１を説明する。図１は、排熱発電装置１のブロック図である。排熱発電装置１は、排熱のエネルギを入力して電気エネルギを出力する排熱発電機１０と、排熱発電機１０から出力された電力を消費する電力負荷６０に接続される電力負荷接続部としてのインバータ２１と、排熱発電機１０とインバータ２１とを電気的に接続する電気回路３０と、排熱発電機１０で発生した電力の消費量を調節する負荷調整装置２４と、第１の電圧検出器としての回路電圧計３１と、第２の電圧検出器としてのスイッチ電圧計３２と、異常検出器として機能すると共に排熱発電装置１の動作を制御する制御装置５１とを備えている。

排熱発電機１０は、発電機１１と、蒸気タービン１２と、蒸気発生器１３と、凝縮器１４と、作動媒体ポンプ１５と、蒸気タービン１２を回転させる作動媒体Ｍの循環流路を構成する液管１７及び蒸気供給流路としての蒸気管１８と、主蒸気弁１９とを有している。発電機１１と蒸気タービン１２とは回転軸で接続されており、蒸気タービン１２の回転により発電機１１のロータを回転させることができるように構成されている。本実施の形態の発電機１１は単相交流発電機であるが、三相交流あるいは直流発電機であってもよい。蒸気発生器１３と凝縮器１４とは、液管１７及び蒸気管１８で接続されている。液管１７の内部には作動媒体Ｍの液が流れ、蒸気管１８の内部には作動媒体Ｍの蒸気が流れる。液管１７には作動媒体ポンプ１５が挿入配置されている。作動媒体ポンプ１５は、内部を流れる作動媒体Ｍの液を昇圧するポンプである。蒸気管１８には、主蒸気弁１９と蒸気タービン１２とが、蒸気発生器１３から凝縮器１４に向かってこの順で挿入配置されている。主蒸気弁１９は、内部を流れる作動媒体Ｍの蒸気の圧力損失の増加を抑制するため、できるだけ蒸気管１８と同程度の口径のものを用いることが好ましい。このような口径の主蒸気弁１９は、通常、弁の開閉動作に２〜３秒程度かかる。開閉動作が０．３秒程度よりも短い弁を採用しようとすると、口径が小さくならざるを得ず（例えばニードル弁）、圧力損失が増大することとなる。口径の小さな弁を採用すると、定常運転時の作動媒体Ｍの蒸気の圧力損失が大きくなって発電効率が低下すると共にイニシャルコストも増大するため、排熱で発電する排熱発電装置１では、主蒸気弁１９として蒸気管１８と同程度の口径のものを用いることが好ましい。

蒸気発生器１３は、液管１７から作動媒体Ｍの液を導入すると共に導入した作動媒体Ｍを加熱する加熱媒体Ｈを加熱媒体管１３ｐから導入し、作動媒体Ｍと加熱媒体Ｈとで熱交換を行わせて作動媒体Ｍを蒸気として蒸気管１８に導出する熱交換器で構成されている。加熱媒体Ｈは、焼却炉の排ガスあるいは排温水等の、排熱が化体した流体であり、作動媒体Ｍを蒸発させることができる熱量を有している。加熱媒体Ｈに化体する排熱の種類によっては排熱量の消費をできるだけ継続したいもの（例えば、加熱媒体Ｈが、発熱する機器と蒸気発生器１３との間を循環する冷却水の場合等）もある。このような場合は、典型的には、蒸気発生器１３から導出される加熱媒体Ｈが所定の温度になるように作動媒体ポンプ１５の回転速度が調節され、蒸気発生器１３への作動媒体Ｍの液の導入流量が調節される。

凝縮器１４は、蒸気管１８から作動媒体Ｍの蒸気を導入すると共に導入した作動媒体Ｍを冷却する冷却媒体Ｃを冷却媒体管１４ｐから導入し、作動媒体Ｍと冷却媒体Ｃとで熱交換を行わせて作動媒体Ｍを凝縮液として液管１７に導出する熱交換器で構成されている。冷却媒体Ｃは、作動媒体Ｍを凝縮させることができる低温となっており、典型的には冷却水が用いられ、凝縮器１４から導出された後は冷却塔（不図示）にて放熱される。なお、作動媒体Ｍは、作動圧力下で、加熱媒体Ｈから受熱して蒸発し、冷却媒体Ｃに放熱して凝縮する特性の物質が用いられる。

電気回路３０を構成する電圧線３５及び無電圧線３６により、発電機１１とインバータ２１とが電気的に接続されている。図１には単相２線式の例を示しているが、単相３線式や三相３線式等の他の配電方式を採用してもよい。電圧線３５にはダイオード３８が設けられ、ダイオード３８よりもインバータ２１側で電圧線３５と無電圧線３６とに接続された電線３９ｗにはコンデンサ３９が設けられており、発電機１１の交流出力を半波整流するようになっている。電線３９ｗよりもインバータ２１側では電圧線３５と無電圧線３６とに電線２４ｗが接続されており、電線２４ｗには負荷調整装置２４が設けられている。

負荷調整装置２４は、抵抗器としてのヒータ２５と、ヒータ２５への通電の有無を制御するスイッチ２６とが直列に接続されて構成されている。ヒータ２５は、凝縮器１４から導出された冷却媒体Ｃが流れる冷却媒体管１４ｐに隣接して配置されており、冷却媒体Ｃに対して放熱することができるように構成されている。なお、ヒータ２５の設置位置は、排熱発電機１０の作動媒体ポンプ１５の下流側の液管１７、蒸気発生器１３近傍や加熱媒体管１３ｐ近傍の、蒸気発生器１３内の作動媒体Ｍの液又は加熱媒体Ｈを加熱することができる位置としてもよい。ヒータ２５の容量は、発電機１１で発生した電力を消費する負荷がヒータ２５だけとなった場合でも発電機１１が過回転となることを回避することができる容量となるように発電機１１の大きさに応じて決められ、例えば発電機１１が２０ｋｗの場合はヒータ２５の抵抗を４〜８Ωとするとよい。スイッチ２６は、サイリスタ等の、開閉動作が高速の半導体素子が好適に用いられ、本実施の形態ではＩＧＢＴが用いられている。スイッチ２６の開閉動作は制御装置５１によって制御される。本実施の形態では、ヒータ２５が電圧線３５側に、スイッチ２６が無電圧線３６側に配置されている。

回路電圧計３１は、負荷調整装置２４の両端の電圧を検出する機器である。回路電圧計３１は、電圧線３５と無電圧線３６とに接続された電線３１ｗに設けられている。スイッチ電圧計３２は、スイッチ２６の両端の電圧を検出する機器である。スイッチ電圧計３２は、ヒータ２５とスイッチ２６との間の電線２４ｗと無電圧線３６とに接続された電線３２ｗに設けられている。

インバータ２１には負荷給電線６１の一端が接続されており、負荷給電線６１の他端は電力負荷６０に接続されている。図１では、説明の簡潔のために電力負荷６０を１つ示しているが、典型的には複数の電力負荷が、電力負荷の数分分岐された負荷給電線６１にそれぞれ遮断器（不図示）を介して接続されている。複数の電力負荷として、排熱発電装置１外の電力負荷６０のほか、例えば作動媒体ポンプ１５や、排熱発電機１０における冷却媒体Ｃや加熱媒体Ｈの搬送用ポンプ（不図示）等が接続される。また、負荷給電線６１からは制御給電線６２が分岐しており、制御給電線６２の末端は制御装置５１に接続されている。制御給電線６２には整流器６３が配設されている。また、負荷給電線６１には、各電力負荷６０等及び制御装置５１に分岐する部分よりも上流側に、商用電源からの商用電源電線８１が接続されている。商用電源電線８１には、電圧計８２、遮断器８５、電流計８３が、この順序で商用電源側から配設されている。排熱発電装置１は、商用電源が停電したときには、発電機１１で発生した電力の商用電源への逆潮流を回避するため、インバータ２１から負荷給電線６１への送電が遮断するように構成されている。

制御装置５１は、排熱発電装置１の動作を制御する機器である。制御装置５１は、作動媒体ポンプ１５及び主蒸気弁１９と制御線で接続されており、作動媒体ポンプ１５の発停や吐出流量の調節及び主蒸気弁１９の開閉動作の制御を行うことができるように構成されている。また、制御装置５１は、スイッチ２６と電気的に接続されており、スイッチ２６の開閉動作を制御することができるように構成されている。また、制御装置５１は、回路電圧計３１及びスイッチ電圧計３２と制御線で接続されており、回路電圧計３１で検出された電圧及びスイッチ電圧計３２で検出された電圧を信号として受信することができるように構成されている。また、制御装置５１には、回路電圧計３１及びスイッチ電圧計３２で検出された電圧に基づいてヒータ２５及び／又はスイッチ２６の異常の有無を判断するシーケンスプログラムが記憶されている。シーケンスプログラムについては後述する。なお、制御装置５１は、電圧計８２及び電流計８３と電気的に接続されてこれらで検出された電圧値及び電流値を受信することができるように構成されていてもよい。

引き続き図１を参照して、排熱発電装置１の作用を説明する。排熱発電機１０では、作動媒体Ｍが液相と気相との相変化を繰り返す蒸気サイクル行い、いわゆるランキンサイクルを利用して発電が行われる。排熱発電機１０では、作動媒体ポンプ１５により作動媒体Ｍの液が蒸気発生器１３に送り込まれる。作動媒体Ｍの液は、蒸気発生器１３で別途導入された加熱媒体Ｈから熱エネルギを受け、沸騰蒸発して高圧の過熱蒸気となる。この作動媒体Ｍの過熱蒸気は、蒸気管１８を介して蒸気タービン１２に送り込まれ、蒸気タービン１２を通過する間に圧力及び温度が低下して湿り飽和蒸気となる。作動媒体Ｍの過熱蒸気が湿り飽和蒸気となる際の断熱熱落差により蒸気タービン１２が回転し、蒸気タービン１２と回転軸で接続された発電機１１も回転して発電される。蒸気タービン１２から排出された低圧の湿り飽和蒸気は、凝縮器１４にて別途導入された冷却媒体Ｃで冷却されて凝縮し、その後作動媒体ポンプ１５に吸い込まれ、クローズドシステムを一巡する。

蒸気タービン１２と連動して回転する発電機１１では交流電圧が発生し、発電機１１から電力負荷６０に向けて交流電力が出力される。発電機１１で発生する交流電圧の周波数は蒸気タービン１２の回転速度により決まる。発生した交流電圧は、ダイオード３８にて直流電圧に変換される。直流電圧に変換された電圧は、コンデンサ３９により平滑化される。すなわち、変換された直流電圧中の、交流成分が除去される。平滑化された直流電圧は、インバータ２１により所定の周波数の交流電圧に変換される。変換されて出力された交流電力は、負荷給電線６１を介して電力負荷６０に供給される。また、整流器６３で直流電力に変換されて制御装置５１に供給される。負荷給電線６１には商用電源から商用電源電線８１が接続していて商用電力も制御装置５１及び電力負荷６０に供給され得る。

また、発電機１１で発生して直流に変換された電圧は、スイッチ２６が閉じる（ＯＮ）ことにより負荷調整装置２４に印加され、ヒータ２５にも直流電力が供給される。ヒータ２５への電力の供給は、発電機１１からの出力が過剰となって商用電源への逆潮流（発電機１１からの出力が商用電源電線８１を流れること）の発生の可能性がある場合に行うようにしてもよい。すなわち、電力負荷６０に比べて発電機１１の出力が大きくなったときに、スイッチ２６の調節によりヒータ２５に適宜通電して電力を消費させてもよい。発電機１１で発生した電力をヒータ２５で消費することにより、逆潮流を回避することができる。ヒータ２５で発生した熱は、凝縮器１４から導出された冷却媒体Ｃを加熱するのに用いられる。あるいは、常時ヒータ２５に電流を流しておき、電流計８３で検出された商用電源から電力負荷６０の系統への電流が所定の値以下にならないように、ヒータ２５への電流をスイッチ２６で調節してもよい。いずれにしても、電力負荷６０の系統側での負荷が軽すぎて逆潮流が発生するような場合、あるいは電力負荷６０における負荷がなくなる又は商用電源の停電により排熱発電装置１から負荷給電線６１への送電が遮断されて発電機１１の回転速度が上がってくるような場合に、ヒータ２５で電力を消費して発電機１１の回転速度の上昇を抑えることができる。なお、発電機１１で発生した電力のうち余剰となった電力をヒータ２５で消費する構成とし、蒸気タービン１２への蒸気の導入を制限しなくてもよい場合は、主蒸気弁１９を設けなくてもよい。

しかしながら、ヒータ２５が断線等により故障していると、電力負荷６０がなくなった場合等のときに発電機１１で発生した電力をヒータ２５で消費することができなくなり、ヒータ２５が機能しない場合に制動をすることができなくなってしまう蒸気タービン１２を有する排熱発電機１０においては発電機１１が無負荷で運転されて過回転速度となり得る。特に、冷却媒体Ｃが流れる冷却媒体管１４ｐと接しているヒータ２５は機械的な負荷を受けやすく、断線する可能性は無視できないため、ヒータ２５の異常の有無を定期的に確認することは、排熱発電機１０の故障を未然に防ぐことに多大なる成果をもたらすことになる。そこで、排熱発電装置１では、以下に説明する制御により、ヒータ２５の異常の有無を確認することとしている。

図２は、ヒータ２５の異常の有無を検出する制御のフローチャートである。図２のフローチャートに示す制御は、シーケンスプログラムとして制御装置５１に記憶されている。ヒータ２５の異常検出の制御を開始すると、まず、電気回路３０に電圧を印加することにより負荷調整装置２４の両端に電圧を印加すると共に（Ｓｔ１）、スイッチ２６を開とする（Ｓｔ２）。電気回路３０に印加する電圧は、典型的には発電機１１で発生したものであるが、他の装置から供給されたものでもよい。

スイッチ２６が開の状態で電気回路３０に電圧が印加されたら、制御装置５１は、回路電圧計３１で検出された値が第１の所定の値以上か否かを判断する（Ｓｔ３）。ここで、第１の所定の値は、電気回路３０に印加された電圧から予想される範囲内の電圧降下分だけ差し引いた電圧に相当する値である。第１の所定の値を検出することにより、電気回路３０に適切に電圧が印加されていること（換言すれば、ヒータ２５の異常の有無を検出可能な電圧が印加されていること）を確認することができる。したがって、回路電圧計３１で検出された値が第１の所定の値以上か否かを判断する工程（Ｓｔ３）において、第１の所定の値以上でない場合は、電気回路３０に異常が発生している可能性があるため、制御装置５１は、ヒータ２５の異常の有無を検出する制御を中止する（Ｓｔ５）。このとき、制御装置５１は、電気回路３０に異常が発生している可能性がある旨の警報を発報するように構成されているとよい。

回路電圧計３１で検出された値が第１の所定の値以上か否かを判断する工程（Ｓｔ３）において、第１の所定の値以上である場合は、制御装置５１は、スイッチ電圧計３２で検出された値が第２の所定の値以下か否かを判断する（Ｓｔ４）。ここで、第２の所定の値は、ヒータ２５が正常な場合に降下し得る電圧分を超えて第１の所定の値よりも小さくなった値である。すなわち、ヒータ２５に断線等の異常が生じておらず正常な場合は、開となったスイッチ２６の抵抗が十分に大きい（あるいは典型的には無限大である）ために電線２４ｗに電流が流れない状況下において、スイッチ電圧計３２で検出された値は回路電圧計３１で検出された値とほぼ等しくなるが、例えばヒータ２５が断線している場合はスイッチ２６の両端に電圧がかからずスイッチ電圧計３２で検出された値はほぼ０となる。この原理に基づけば、スイッチ２６が開の状態で、回路電圧計３１で検出された値が第１の所定の値以上で、かつ、スイッチ電圧計３２で検出された値が第２の所定の値以下の場合は、ヒータ２５に断線等の異常が発生していると判断することができる。

したがって、スイッチ電圧計３２で検出された値が第２の所定の値以下か否かを判断する工程（Ｓｔ４）において、第２の所定の値以下である場合は、制御装置５１は、ヒータ２５に断線等の異常が発生したと判断する（Ｓｔ６）。このとき、制御装置５１は、ヒータ２５に異常が発生した旨の警報を発報するとよい。他方、第２の所定の値以下でない場合は、制御装置５１は、ヒータ２５に異常が発生していないと判断してヒータ２５の異常の有無を検出するシーケンスを終了する。このとき、ヒータ２５に異常が見られない旨の表示を行うようにしてもよい。このように、事前にヒータ２５の異常の有無を確認することにより、発電機１１が無負荷で運転されて過回転速度となることを回避することができ、排熱発電機１０の故障を未然に防ぐことが可能になる。

なお、上述の手順について、電気回路３０に電圧を印加する工程（Ｓｔ１）とスイッチ２６を開とする工程（Ｓｔ２）とは、順序が逆であってもよい。また、回路電圧計３１で検出された値が第１の所定の値以上か否かを判断する工程（Ｓｔ３）と、スイッチ電圧計３２で検出された値が第２の所定の値以下か否かを判断する工程（Ｓｔ４）とは、典型的には同時に行われる。また、電気回路３０に電圧を印加する工程（Ｓｔ１）が発電機１１で発生した電圧である場合は、電気回路３０に確実に第１の所定の値以上の電圧が印加されていると推定して、図２に示すフローチャートにおいて回路電圧計３１で検出された値が第１の所定の値以上か否かを判断する工程（Ｓｔ３）を省略してもよい。この場合は、スイッチ２６が開いており、かつ、発電機１１が発電している状態で、スイッチ電圧計３２で検出された値が第２の所定の値以下の場合は、ヒータ２５に断線等の異常が発生していると判断することができる。この原理に基づいてヒータ２５の異常の有無を確認する場合は、回路電圧計３１及び電線３１ｗを設けなくてもよい。

ところで、上述のシーケンスにより、ヒータ２５の異常の有無を確認することができるが、理論上は、ヒータ２５には異常がないがスイッチ２６に異常が発生しているために、停電等で電力負荷６０がなくなったときに発電機１１で発生した電力をヒータ２５で消費することができなくなる場合が生じ得る。このような状況に対応するために、以下に説明するスイッチ２６の異常の有無も確認することが好ましい。

図３は、スイッチ２６の異常の有無を検出する制御のフローチャートである。図３のフローチャートに示す制御は、シーケンスプログラムとして制御装置５１に記憶されている。スイッチ２６の異常検出の制御を開始すると、まず、電気回路３０に電圧を印加することによりスイッチ２６の両端に電圧を印加すると共に（Ｓｔ３１）、スイッチ２６を閉とする（Ｓｔ３２）。電気回路３０に印加する電圧は、典型的には発電機１１で発生したものであるが、他の装置から供給されたものでもよい。

スイッチ２６が閉の状態で電気回路３０に電圧が印加されたら、制御装置５１は、スイッチ電圧計３２で検出された値が第３の所定の値以上か否かを判断する（Ｓｔ３３）。ここで第３の所定の値は、正常なスイッチ２６に電流が流れた場合に降下する電圧分を超えた電位差である。すなわち、スイッチ２６に異常が生じておらず正常な場合は、回路電圧計３１で検出された値にかかわらず、スイッチ電圧計３２で検出された値は正常なスイッチ２６に電流が流れた場合の電圧降下分以下（典型的にはほぼ０）となる。この原理に基づけば、スイッチ２６が閉の状態で、スイッチ電圧計３２で検出された値が第３の所定の値以上の場合は、スイッチ２６に断線等の異常が発生していると判断することができる。

したがって、スイッチ電圧計３２で検出された値が第３の所定の値以上か否かを判断する工程（Ｓｔ３３）において、第３の所定の値以上である場合は、制御装置５１は、スイッチ２６に異常が発生したと判断する（Ｓｔ３４）。このとき、制御装置５１は、スイッチ２６に異常が発生した旨の警報を発報するとよい。他方、第３の所定の値以上でない場合は、制御装置５１は、スイッチ２６に異常が発生していないと判断してスイッチ２６の異常の有無を検出するシーケンスを終了する。このとき、スイッチ２６に異常が見られない旨の表示を行うようにしてもよい。このように、事前にスイッチ２６の異常の有無を確認することにより、ヒータ２５に異常がなくても通電することができないという不都合を回避することができ、発電機１１が無負荷で運転されて過回転速度となることを回避することができて、排熱発電機１０の故障を未然に防ぐことが可能になる。なお、図３に示すフローチャートにおいて、電気回路３０に電圧を印加する工程（Ｓｔ３１）とスイッチ２６を閉とする工程（Ｓｔ３２）とは、順序が逆であってもよい。

以上の説明では、ヒータ２５の異常の有無を検出するシーケンス及びスイッチ２６の異常の有無を検出するシーケンスにおける電気回路３０への電圧の印加は、典型的には発電機１１で発生した電圧によるものとした。しかしながら、ヒータ２５及びスイッチ２６の異常の有無の確認に必要な電圧は、発電機１１で発生した電圧ほど高くなくて足りる。そこで、ヒータ２５及びスイッチ２６の異常の有無の確認に必要な電圧を以下のように印加することとしてもよい。

図４は、本発明の第２の実施の形態に係る排熱発電装置の電気回路３０Ａ部分を示すブロック図である。電気回路３０Ａの、排熱発電装置１における電気回路３０（図１参照）と異なる点は、負荷調整装置２４よりもインバータ２１側で電圧線３５と無電圧線３６とに電線４０ｗが接続されていると共に、電線４０ｗに変圧器４１及び整流素子としての整流器４２が設けられ、給電回路４０が形成されている点である。図４では発電機１１以外が省略されている排熱発電機１０、制御装置５１、及び電力負荷６０に接続される負荷給電線６１等は、図１に示す排熱発電装置１と同様に構成されている。

変圧器４１は、低圧側が電線４０ｗに接続されており、高圧側が負荷給電線６１又は商用電源電線８１に接続されている。変圧器４１の変圧比は、商用電源の電圧（典型的には１００Ｖ又は２００Ｖ）を、ヒータ２５及びスイッチ２６の異常の有無の確認を行うのに足りる低電圧に降圧する比に構成されている。変圧器４１の低圧側の電圧は、ヒータ２５及びスイッチ２６の異常の検出に実用上差し支えない範囲でできるだけ低い値とするのが好ましいが、余裕分があってもよく、電圧値に幅があってもよい。変圧器４１の低圧側の電圧を低くするほど小さな電力で異常の有無の確認を行うことができる。また、電線４０ｗに整流器４２が設けられていることにより、変圧器４１で降圧された交流の電圧を整流して直流の電圧に変換することができると共に、発電機１１で発電が行われた際に発電機１１で発生した電流が給電回路側に逆流することを防ぐことが可能になる。本実施の形態に係る電気回路３０Ａでは、整流器４２が電圧線３５側に、変圧器４１が無電圧線３６側に配置されている。

上述した給電回路４０が設けられていることにより、排熱発電機１０が運転されていなくても、電気回路３０Ａに電圧を印加することが可能となり、ヒータ２５及びスイッチ２６の異常の有無の確認を行うことが可能になる。これにより、排熱発電機１０を起動する指令が発せられたときに、ヒータ２５及び／又はスイッチ２６の異常の有無を検出するシーケンスを実行して、ヒータ２５及び／又はスイッチ２６に異常がないことを確認してから排熱発電機１０の運転を行うことが可能になる。排熱発電機１０の起動前にヒータ２５及び／又はスイッチ２６に異常がないことの確認を行うこととすれば、発電機１１が無負荷で運転されて過回転速度となることを回避できる確率が高くなり、安全性が向上する。

以上の説明では、ヒータ２５に異常が発生したと判断した場合（図２中のＳｔ６）あるいはスイッチ２６に異常が発生したと判断した場合（図３中のＳｔ３４）に警報を発するとしたが、警報を発すると共に又は警報を発することに代えて、排熱発電機１０の運転中に異常が検出された場合に、インバータ２１を作動させて電力負荷６０に発電機１１で発生した電力を供給したまま主蒸気弁１９を閉にすることとしてもよい。このようにすると、ヒータ２５が機能しない場合に蒸気タービン１２の制動をすることができなくなってしまう電力負荷がなくなる状態が発生する前にヒータ２５の異常を検出したときに、ヒータ２５を使用せずに蒸気タービン１２を安全に停止することができることとなる。

以上の説明では、電気回路３０、３０Ａは、ダイオード３８が設けられていて直流回路として構成されていることとしたが、交流回路として構成されていてもよい。

１排熱発電装置
１０排熱発電機
１１発電機
１２蒸気タービン
１８蒸気管（蒸気供給流路）
１９主蒸気弁
２１インバータ（電力負荷接続部）
３０電気回路
２４負荷調整装置
２５ヒータ（抵抗器）
２６スイッチ
３１回路電圧計（第１の電圧検出器）
３２スイッチ電圧計（第２の電圧検出器）
４０給電回路
４１変圧器
４２整流器（整流素子）
５１制御装置（異常検出器を兼ねる）
６０電力負荷

Claims

排熱を導入して発電する排熱発電機と；
前記排熱発電機で発生した電力を消費する電力負荷への、前記排熱発電機で発生した電力の供給を仲介する電力負荷接続部と；
前記排熱発電機と前記電力負荷接続部とを電気的に接続する電気回路と；
前記電力負荷接続部と並列して前記電気回路に接続された負荷調整装置であって、前記排熱発電機で発生した電力を消費する抵抗器と、前記抵抗器と直列に接続されて前記抵抗器の消費電力を制御するスイッチとを有する負荷調整装置と；
前記負荷調整装置の両端の電圧を検出する第１の電圧検出器と；
前記スイッチの両端の電圧を検出する第２の電圧検出器と；
前記スイッチが開いている状態で、前記第１の電圧検出器で検出された値が第１の所定の値以上、かつ、前記第２の電圧検出器で検出された値が前記第１の所定の値よりも小さい第２の所定の値以下のときに、前記抵抗器に異常が発生したと判断する異常検出器とを備える；
排熱発電装置。
前記異常検出器が、前記スイッチが閉じている状態で、前記第２の電圧検出器で検出された値が第３の所定の値以上のときに、前記スイッチに異常が発生したと判断する；
請求項１に記載の排熱発電装置。
前記排熱発電機が発生した電圧とは異なる電圧を前記負荷調整装置の両端に印加する給電回路を備える；
請求項１又は請求項２に記載の排熱発電装置。
前記給電回路が、電源電圧を前記異常検出器による異常の検出を可能にすることで足りる低電圧に降圧する変圧器と、前記変圧器と直列に接続された整流素子とを含んで構成された；
請求項３に記載の排熱発電装置。
前記排熱発電機が、蒸気タービンと、前記蒸気タービンによって駆動されて発電する発電機と、蒸気を前記蒸気タービンに供給する蒸気供給流路と、前記蒸気供給流路内の蒸気の流れを遮断可能な主蒸気弁とを含んで構成され；
前記異常検出器が前記負荷調整装置の異常を検出したときに、前記電力負荷を運転したまま前記主蒸気弁を閉にする制御装置をさらに備える；
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の排熱発電装置。
排熱を導入して発電する排熱発電機と；
前記排熱発電機で発生した電力を消費する電力負荷への、前記排熱発電機で発生した電力の供給を仲介する電力負荷接続部と；
前記排熱発電機と前記電力負荷接続部とを電気的に接続する電気回路と；
前記電力負荷接続部と並列して前記電気回路に接続された負荷調整装置であって、前記排熱発電機で発生した電力を消費する抵抗器と、前記抵抗器と直列に接続されて前記抵抗器の消費電力を制御するスイッチとを有する負荷調整装置と；
前記スイッチの両端の電圧を検出する第２の電圧検出器と；
前記スイッチが開いており、かつ、前記排熱発電機が発電している状態で、前記第２の電圧検出器で検出された値が第２の所定の値以下のときに、前記抵抗器に異常が発生したと判断する異常検出器とを備える；
排熱発電装置。