JP2012202374A - Power generation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電装置に関するものである。 The present invention relates to a power generator.
近年、省エネルギーの観点から、工場等の各種の設備からのいわゆる「排熱」を回収し、その回収された「排熱」のエネルギーを利用して発電を行なう発電装置へのニーズが高まっている。 In recent years, from the viewpoint of energy saving, there is an increasing need for a power generation apparatus that recovers so-called “waste heat” from various facilities such as factories and generates power using the recovered “waste heat” energy. .
そのような発電装置として、例えば特許文献1に開示されているような排熱発電装置が知られている。この特許文献1に開示された排熱発電装置は、作動流体の蒸発器と、作動流体蒸気に膨張仕事をさせるためのタービンと、作動流体蒸気を凝縮させるための凝縮器と、作動流体を循環させるための循環ポンプとが直列に接続された閉ループ状の循環流路を備えている。この循環流路では、作動流体が循環するときに熱サイクルが行われる一方、上記タービンで発電機を駆動する。なお、特にその排熱発電装置のなかでも、低沸点の作動媒体によってタービンや膨張機(エキスパンダ)を駆動するランキンサイクルを利用したバイナリー発電システムが知られている。
As such a power generation device, for example, an exhaust heat power generation device as disclosed in
特許文献1に開示された排熱発電装置は、排熱を回収して作動媒体の高圧作動媒体蒸気を生成する蒸気発生器と、該高圧作動媒体蒸気を膨張させるタービンと、該タービンからの低圧蒸気を凝縮させる凝縮器と、作動媒体を循環させる作動媒体循環ポンプとを備えている。これら機器は作動媒体循環路によって接続されており、蒸気発生器とタービンとの間には気液分離器が配置されている。この気液分離器において作動媒体液から分離された作動媒体蒸気がタービンに導入される。
An exhaust heat power generation apparatus disclosed in
なお、上述した排熱発電装置においては、作動媒体を循環流路内で循環させるべく循環ポンプを配設することが必要であり、この循環ポンプには、当該循環ポンプよりも上流側に位置する凝縮器によって凝縮されて液化した作動媒体が吸入される。循環ポンプは液化された作動媒体を下流に位置する蒸気発生器に送出する役割を担う。 In the exhaust heat power generation apparatus described above, it is necessary to dispose a circulation pump in order to circulate the working medium in the circulation flow path, and this circulation pump is located upstream of the circulation pump. The working medium condensed and liquefied by the condenser is sucked. The circulation pump is responsible for delivering the liquefied working medium to a steam generator located downstream.
循環ポンプには、キャビテーションの発生を未然に防止するための方策が必要となる。キャビテーションは、流体機械において、その流体機械の内部を流れる媒体(液)の圧力が局部的に飽和蒸気圧に達することで、媒体が沸騰して小さな気泡が発生する現象である。この気泡が潰れる際には、その衝撃圧により流体機械の構成品に、いわゆるエロージョン(壊食)が発生する。例えば流体機械がターボ型流体機械であれば、その主要部品であるインペラ(羽根車)に損傷が生じる。循環ポンプにキャビテーションが生じた場合には、循環ポンプのメンテナンスのために、発電装置のシステム全体の運転を停止することが余儀なくされる。従って、循環ポンプのキャビテーションの発生を未然に防止するための方策が重要となる。 Circulation pumps require measures to prevent cavitation from occurring. Cavitation is a phenomenon in a fluid machine where the pressure of a medium (liquid) flowing inside the fluid machine locally reaches a saturated vapor pressure, causing the medium to boil and generating small bubbles. When the bubbles are crushed, so-called erosion occurs in the components of the fluid machine due to the impact pressure. For example, if the fluid machine is a turbo type fluid machine, the impeller (impeller) which is a main part thereof is damaged. When cavitation occurs in the circulation pump, it is forced to stop the operation of the entire system of the power generation apparatus for maintenance of the circulation pump. Therefore, a measure for preventing the occurrence of cavitation of the circulation pump is important.
特許文献1に開示された排熱発電装置には、上述した構成に加え、凝縮器から蒸気発生器に作動媒体を循環させる循環量を制御する循環量制御手段と、気液分離器内の分離液面を検出する液面検出器とが設けられている。気液分離器で分離された分離液(作動媒体)は流量制御手段を介して凝縮器に導かれ、また液面検出器によって検出される気液分離器内の分離液面が所定のレベルとなるように、循環量制御手段が作動媒体の循環量を制御している。
In addition to the above-described configuration, the exhaust heat power generator disclosed in
また、この排熱発電装置には、熱回収器が設けられている。熱回収器は、気液分離器から凝縮器に分離液を導く経路に設けられており、分離液と凝縮器から蒸気発生器に送られた作動媒体とで熱交換を行う。 The exhaust heat power generator is provided with a heat recovery device. The heat recovery unit is provided in a path for guiding the separated liquid from the gas-liquid separator to the condenser, and performs heat exchange between the separated liquid and the working medium sent from the condenser to the steam generator.
特許文献1に開示された排熱発電装置においては、循環ポンプのキャビテーションの発生を未然に防止するための方策が取られていないため、循環ポンプにおいてキャビテーションが発生する虞がある。しかも、この排熱発電装置は、蒸気発生器とタービンの間に気液分離器が配置されており、また気液分離器内の分離液面を検出する液面検出器が設けられているため、排熱発電装置としての構成が複雑である。
In the exhaust heat power generator disclosed in
そこで、本発明は、前記従来技術を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、構成が複雑化することを回避しつつ、作動媒体を循環させるポンプでのキャビテーションの発生を抑制し得る発電装置を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above prior art, and an object of the present invention is to suppress the occurrence of cavitation in a pump that circulates a working medium while avoiding a complicated configuration. It is to provide a power generating device to obtain.
前記の目的を達成するため、本発明は、作動媒体液を蒸発させる蒸気発生手段と、作動媒体蒸気を膨張させる膨張機と、作動媒体蒸気を凝縮させる凝縮手段と、作動媒体を循環させるポンプと、が直列に接続された閉ループ状の循環流路を備え、前記膨張機で発電機を駆動する発電装置であって、前記循環流路における前記凝縮手段と前記ポンプとの間の流路に設けられ、当該ポンプの入り口側の作動媒体の圧力を検出する作動媒体圧力検出手段と、前記循環流路における前記凝縮手段と前記ポンプとの間の流路に設けられ、当該ポンプの入り口側の作動媒体の温度を検出する作動媒体温度検出手段と、前記作動媒体温度検出手段の検出値から前記ポンプの入り口側における作動媒体の飽和蒸気圧力を導出する導出手段と、前記導出手段によって導出された飽和蒸気圧力と前記作動媒体圧力検出手段によって検出された作動媒体の圧力との差圧に応じて、前記作動媒体の循環量又は前記凝縮手段に供給される冷却媒体の供給量を調整する調整制御手段と、を有する発電装置である。 To achieve the above object, the present invention provides a steam generating means for evaporating the working medium liquid, an expander for expanding the working medium steam, a condensing means for condensing the working medium steam, and a pump for circulating the working medium. , Comprising a closed loop circulation channel connected in series and driving a generator with the expander, provided in a channel between the condensing means and the pump in the circulation channel A working medium pressure detecting means for detecting the pressure of the working medium on the inlet side of the pump, and an operation on the inlet side of the pump provided in a flow path between the condensing means and the pump in the circulation flow path. A working medium temperature detecting means for detecting the temperature of the medium; a deriving means for deriving a saturated vapor pressure of the working medium on the inlet side of the pump from a detection value of the working medium temperature detecting means; and The amount of circulation of the working medium or the amount of cooling medium supplied to the condensing means is determined according to the differential pressure between the saturated vapor pressure derived in this way and the pressure of the working medium detected by the working medium pressure detecting means. And an adjustment control means for adjusting.
本発明では、ポンプ入り口側での作動媒体の温度から導出された飽和蒸気圧力と、作動媒体圧力検出手段によって検出されたポンプ入り口側での作動媒体の圧力との差圧に応じて、作動媒体の循環量又は凝縮手段に供給される冷却媒体の供給量を調整するので、ポンプ入り口側での作動媒体の圧力を飽和蒸気圧力よりも高い状態に維持することができ、仮にその状態から外れることがあるとしても、短時間でその状態に復帰することが可能となる。このため、ポンプでのキャビテーションの発生を未然に防止し、あるいはキャビテーションの発生を抑制することが可能となる。しかも、気液分離器内の液面を検出する必要がないため、気液分離器及び液面検出器が不要となり、構成が複雑化することを回避することができる。 In the present invention, in accordance with the differential pressure between the saturated vapor pressure derived from the temperature of the working medium on the pump inlet side and the pressure of the working medium on the pump inlet side detected by the working medium pressure detection means, Since the amount of circulating refrigerant or the amount of cooling medium supplied to the condensing means is adjusted, the pressure of the working medium on the pump inlet side can be maintained higher than the saturated vapor pressure, and temporarily out of that state. Even if there is, it is possible to return to that state in a short time. For this reason, it becomes possible to prevent the occurrence of cavitation in the pump or to suppress the occurrence of cavitation. In addition, since it is not necessary to detect the liquid level in the gas-liquid separator, the gas-liquid separator and the liquid level detector are not required, and the configuration can be prevented from becoming complicated.
ここで、前記調整制御手段は、前記ポンプによる作動媒体の送出流量を調整することによって前記作動媒体の循環量を調整してもよい。 Here, the adjustment control means may adjust the circulation amount of the working medium by adjusting a delivery flow rate of the working medium by the pump.
一方、前記循環流路には、前記ポンプを迂回するように還流流路が接続され、前記還流流路には、還流調整弁が配設されていてもよく、この場合には、前記調整制御手段は、前記還流調整弁を制御することによって前記作動媒体の循環量を調整してもよい。 On the other hand, a return flow path may be connected to the circulation flow path so as to bypass the pump, and a return adjustment valve may be provided in the return flow path. In this case, the adjustment control may be performed. The means may adjust the circulation amount of the working medium by controlling the reflux adjusting valve.
また、前記調整制御手段は、前記冷却媒体の通じる冷却流路に配設された流量調整弁を制御することによって前記凝縮手段に供給される冷却媒体の供給量を調整してもよい。 Further, the adjustment control means may adjust the supply amount of the cooling medium supplied to the condensing means by controlling a flow rate adjusting valve disposed in a cooling flow path to which the cooling medium communicates.
また、前記循環流路における前記ポンプの下流側の位置に設けられ、当該ポンプから前記蒸気発生手段へ送出される作動媒体の圧力を検出する吐出圧力検出手段を有する場合には、前記調整制御手段は、前記吐出圧力検出手段によって検知された前記作動媒体の圧力に応じて、又は前記導出手段によって導出された飽和蒸気圧力と前記作動媒体圧力検出手段によって検出された作動媒体の圧力との差圧に応じて、前記作動媒体の循環量を調整してもよい。 Further, in the case where it has a discharge pressure detection means that is provided at a position downstream of the pump in the circulation flow path and detects the pressure of the working medium sent from the pump to the steam generation means, the adjustment control means Is a differential pressure between the saturated vapor pressure derived by the working medium pressure detected by the discharge pressure detecting means or by the derivation means and the pressure of the working medium detected by the working medium pressure detecting means. According to the above, the circulation amount of the working medium may be adjusted.
本発明は、作動媒体液を蒸発させる蒸気発生手段と、作動媒体蒸気を膨張させる膨張機と、作動媒体蒸気を凝縮させる凝縮手段と、作動媒体を循環させるポンプと、が直列に接続された閉ループ状の循環流路を備え、前記膨張機で発電機を駆動する発電装置であって、前記循環流路における前記ポンプの下流側の位置に設けられ、当該ポンプから前記蒸気発生手段へ送出される作動媒体の圧力を検出する吐出圧力検出手段と、前記吐出圧力検出手段によって検知された前記作動媒体の圧力に応じて、前記作動媒体の循環量を調整する調整制御手段と、を有する発電装置である。 The present invention provides a closed loop in which a steam generating means for evaporating a working medium liquid, an expander for expanding the working medium steam, a condensing means for condensing the working medium steam, and a pump for circulating the working medium are connected in series. A power generation device that includes a circular circulation channel and drives a generator with the expander, provided at a position downstream of the pump in the circulation channel, and sent from the pump to the steam generation means A discharge pressure detecting means for detecting the pressure of the working medium; and an adjustment control means for adjusting a circulation amount of the working medium according to the pressure of the working medium detected by the discharge pressure detecting means. is there.
本発明では、吐出圧力検出手段によってポンプから蒸気発生手段へ送出される作動媒体の圧力が検出され、この検出された圧力に応じて、調整制御手段が作動媒体の循環量を調整する。このため、キャビテーションが発生したとしても、その状態から早期に脱することができる。このため、ポンプでのキャビテーションの発生を抑制することが可能となる。しかも、気液分離器内の液面を検出する必要がないため、気液分離器及び液面検出器が不要となり、構成が複雑化することを回避することができる。 In the present invention, the pressure of the working medium sent from the pump to the steam generating means is detected by the discharge pressure detecting means, and the adjustment control means adjusts the circulation amount of the working medium in accordance with the detected pressure. For this reason, even if cavitation occurs, it is possible to quickly escape from that state. For this reason, it becomes possible to suppress the occurrence of cavitation in the pump. In addition, since it is not necessary to detect the liquid level in the gas-liquid separator, the gas-liquid separator and the liquid level detector are not required, and the configuration can be prevented from becoming complicated.
以上説明したように、本発明によれば、構成が複雑化することを回避しつつ、作動媒体を循環させるポンプでのキャビテーションの発生を抑制することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of cavitation in the pump that circulates the working medium while avoiding the complicated configuration.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る発電装置100の構成を示している。この発電装置100は、1つの発電サイクル50から構成されている。発電サイクル50は、膨張機1と、凝縮器(凝縮手段)3と、ポンプ4と、蒸発器(蒸気発生器、蒸気発生手段)5とが設けられた閉ループ状の循環流路6を備えている。この循環流路6には、作動媒体としてフロン系の熱媒体(例えばR245fa)が封入されている。作動媒体として水よりも沸点の低い熱媒体が使用されており、本実施形態に係る発電装置100は、バイナリー発電装置として構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a configuration of a
膨張機1は、循環流路6における蒸発器5の下流側に配置されており、蒸発器5で蒸発した作動媒体(蒸気)を膨張させることによって作動媒体から運動エネルギーを取り出す。膨張機1は、例えばスクリュ膨張機によって構成されている。スクリュ膨張機は、膨張機ケーシング内に形成されたロータ室(図示せず)に雌雄一対のスクリュロータ(図示せず)が収容された構成であり、循環流路6を通じて吸気口1sから供給される作動媒体の膨張力によってスクリュロータを回転させる。そして、ロータ室内で膨張して圧力が低下した作動媒体は、吐出口1dから循環流路6へ排気される。
The
膨張機1には、発電機2が接続されており、発電機2は膨張機1によって駆動される。発電機2は、発電機ケーシングの内部空間(図示せず)に固定子(図示せず)および回転子(図示せず)が収容された構成となっている。回転子は、膨張機1のスクリュロータと軸が一体であり、スクリュロータの回転に伴って回転し、固定子の巻線に電力を発生させる。膨張機1とこの発電機2によって発電手段が構成されている。
A power generator 2 is connected to the
凝縮器3は、循環流路6における膨張機1の下流側に配置されており、膨張機1の吐出口1dから循環流路6に排出された作動媒体は、凝縮器3に導入される。凝縮器3では、作動媒体は、循環流路6とは別系統の回路(冷却媒体流路8)を流れる冷却水(冷却媒体)との熱交換によって凝縮して液体になる。すなわち、凝縮器3は、冷却媒体が流れる通路と作動媒体が流れる通路とを有し、冷却媒体と作動媒体との間で熱交換させる。
The
液体になった作動媒体は、ポンプ4によって所定の圧力まで加圧され、蒸発器5に送出される。蒸発器5は、循環流路6を流れる作動媒体(液)を蒸発させて蒸気を発生するためのものであり、例えば、循環流路6とは別系統の熱媒体流路7を流れる熱媒体(例えば低圧蒸気)によって作動媒体を加熱する。すなわち、蒸発器5は、作動媒体が流れる通路と外部の熱源から供給される熱媒体が流れる通路とを有し、この熱媒体と作動媒体との間で熱交換させる。蒸発器5において熱媒体と熱交換して気化した作動媒体は、飽和蒸気(あるいは過熱蒸気)となって、膨張機1に再供給される。
The working medium that has become liquid is pressurized to a predetermined pressure by the pump 4 and sent to the
熱媒体流路7を介して蒸発器5に供給される熱媒体(加熱媒体)には、坑井(蒸気井)から採取された蒸気、工場等から排出された余剰の蒸気などのほか、太陽熱を熱源とする集光器、バイオマスや化石燃料を熱源とするボイラー、その他の設備などから生成された蒸気などが想定される。一方、冷却媒体流路8を介して凝縮器3に供給される冷却媒体には、クーリングタワーで製造される冷却水などが想定される。
The heat medium (heating medium) supplied to the
ポンプ4は、循環流路6内で作動媒体を循環させるために設けられるものであり、循環流路6における凝縮器3の下流側に配置されている。すなわち、ポンプ4は、循環流路6のうち凝縮器3と蒸発器5とを接続する配管に設けられていて、凝縮器3側の作動媒体(液)を吸入して蒸発器5側に吐出する。ポンプ4としては、インペラをロータとして備える遠心ポンプ、ロータが一対のギアからなるギアポンプ等が好ましく用いられる。
The pump 4 is provided to circulate the working medium in the
発電装置100は、制御装置10を有している。この制御装置10はタッチパネル等の入力・表示手段(図示せず)を備えている。
The
凝縮器3とポンプ4との間の循環流路6には、ポンプ4の入り口側の作動媒体の圧力Psを検出する作動媒体圧力検出手段の一例としての圧力センサ11と、ポンプ4の入り口側の作動媒体の温度Tsを検出する作動媒体温度検出手段の一例としての温度センサ12とが設けられている。検出された作動媒体の圧力Ps、温度Tsに相当する信号は制御装置10に入力される。
In the
制御装置10は、ROM、RAM、CPU等を備えていて、ROMに記憶されたプログラムを実行することにより所定の機能を発揮する。制御装置10の機能には、導出手段21、調整制御手段23等が含まれている。
The
導出手段21は、温度センサ12の検出値からポンプ4入り口における作動媒体の飽和蒸気圧力を導出する。すなわち、制御装置10には、作動媒体の温度と飽和蒸気圧力とを関連づける情報テーブルや後述する関数式が記憶されていて、導出手段21は、このテーブルや関数式を利用して作動媒体の飽和蒸気圧力を導出する。
The deriving means 21 derives the saturated vapor pressure of the working medium at the inlet of the pump 4 from the detected value of the
調整制御手段23は、導出手段21によって導出された飽和蒸気圧力と圧力センサ11によって検出された作動媒体の圧力とから両者の差(差圧)を演算し、この導出された差圧に応じて、ポンプ4の出力を調整する。ポンプ4は、制御装置10からの制御信号を受けて、ポンプ4のロータの回転数を変更し、ポンプ4より送出される作動媒体の送出流量を調整する。
The
ここで、ポンプ4の出力(回転数)を調整するときの発電装置100の制御動作を、図2を参照しつつ説明する。なお、発電装置100の主たる発電サイクル動作については、別の制御フローによって、初期状態すなわちステップST1で既に制御されており、ポンプ4のロータの回転数もその別の制御フローにて目標となる回転数に調整されているものとする。
Here, the control operation of the
ステップST1において、制御装置10で保持する変数iを初期値0に、また回転数の調整量Δrを初期値のΔr0に設定する。
In step ST1, the variable i held in the
そして、圧力センサ11によってポンプ4の入り口側の作動媒体の圧力Psを検出し、温度センサ12によってポンプ4の入り口側の作動媒体の温度Tsを検出する(ステップST2)。
Then, the
次いで、ステップST3において、制御装置10は、温度センサ12によって検出された温度Tsから飽和蒸気圧Pth(Ts)を導出する。制御装置10には予め関数式が記録されていて、制御装置10は、その関数式と検出された温度Tsとから飽和蒸気圧Pth(Ts)を導出する。なお、一般に、飽和蒸気圧は作動媒体ごとに特定される飽和蒸気圧曲線と温度に基づいて一義的に決定されるが、ここではその飽和蒸気圧を温度Tsに対する関数式により導出されるものとする。飽和蒸気圧Pth(Ts)を導出する関数式は例えば以下のとおりである。
Pth(Ts)= 6.21×10―7Ts3
+ 3.13×10−5Ts2
+ 2.73×10−3Ts
+ 1.54×10−1
Next, in step ST3, the
Pth (Ts) = 6.21 × 10 −7 Ts 3
+ 3.13 × 10 −5 Ts 2
+ 2.73 × 10 −3 Ts
+ 1.54 × 10 −1
次いで、ステップST4において、Ps−Pth>αかどうかの判断がなされる。すなわち、未然にキャビテーションを防止するという観点から、ポンプ4の特性である「NPSH」(NetPositive Suction Head)、すなわち、「NPSH−A」(有効吸い込みヘッド、NetPositive Suction Head Available)と、「NPSH−R」(必要有効吸込みヘッド、Net Positive Suction Head Required)との差分「NPSH−A」−「NPSH−R」に基づき、予め0(ゼロ)以上の所定の値αが設定されていて、ステップST4において、圧力センサ11による検出圧力Psが、導出された飽和蒸気圧Pth+所定値αよりも大きいか否かが判断される。
Next, in step ST4, it is determined whether Ps−Pth> α. That is, from the viewpoint of preventing cavitation, “NPSH” (Net Positive Suction Head), which is a characteristic of the pump 4, that is, “NPSH-A” (effective suction head, Net Positive Suction Head Available) and “NPSH-R”. ”(Necessary effective suction head, Net Positive Suction Head Required), based on the difference“ NPSH-A ”−“ NPSH-R ”, a predetermined value α of 0 (zero) or more is set in advance, and in step ST4 It is determined whether or not the detected pressure Ps detected by the
このステップST4での判断がYESであれば、ステップST5に移行して、改めて制御装置10で保持する変数iを初期値0に、また回転数の調整量Δrを初期値のΔr0に設定し、その上でステップST2に戻る。
If the determination in step ST4 is YES, the process proceeds to step ST5, in which the variable i held in the
他方、ステップST4での判断がNOであれば、ステップST6に移行する。ステップST6では、現在のポンプ4の回転数rから所定の回転数Δrを減じた値が0より大であるかどうかが判断される。すなわち、次に所定の回転数Δrだけポンプ4の回転数を下げたとしても、ポンプ4は回転し続けられるか否かが判断される。 On the other hand, if the determination in step ST4 is NO, the process proceeds to step ST6. In step ST6, it is determined whether or not a value obtained by subtracting a predetermined rotational speed Δr from the current rotational speed r of the pump 4 is greater than zero. That is, it is determined whether or not the pump 4 can continue to rotate even if the rotational speed of the pump 4 is lowered by a predetermined rotational speed Δr.
ステップST6でYESの判断の場合には、ステップST7に移行して、変数iが初期値0であるかどうかが判断される。そして、ステップST7での判断がYESである場合には、ステップST8に移行する。ステップST8では、ポンプ4の回転数rが現状値から所定の回転数Δrだけ下げられる。すなわち、圧力センサ11で検知された圧力Psと導出された飽和蒸気圧Pth(Ts)との差圧が所定値α以下であれば、ポンプ4の回転数を所定回転数だけ下げる制御が実行される。これにより、ポンプ出力が低減し、ポンプ4から送出される作動媒体の循環量が低減される。作動媒体の循環量が減少すると、通常、ポンプ4の入り口側の作動媒体の圧力Psが現状よりも低くなる一方、凝縮器3において作動媒体から熱が奪われる割合が増えるので、ポンプ4入り口側での作動媒体の温度Tsも現状より低くなる。それに伴って、導出される飽和蒸気圧Pth(Ts)も低くなる。なお、通常、作動媒体の圧力Psの減少の度合いよりも、飽和蒸気圧Pth(Ts)の減少の度合いの方が大きい。このため、ステップST8の実行により、Ps−Pth>αの状態に復帰(ステップST4での判断がNOからYESに変更)されることが期待される。なお、ステップST8の実行のあと、ステップST9にて変数iをインクリメント(iを1つ増加)したうえで、ステップST2に戻る。
If YES is determined in step ST6, the process proceeds to step ST7 to determine whether or not the variable i is the
なお、ステップST8にて、ポンプ4により送出される作動媒体の循環量を減少させても、それによる効果が発揮されるにはある程度の時間が必要となる。したがって、一旦ステップST8を実行した後、すぐに再びステップST8を実行することがないよう、上述のステップST7及びステップST9、更には後述のステップST10、ステップST11が設けられている。 Even if the circulating amount of the working medium sent out by the pump 4 is reduced in step ST8, a certain amount of time is required for the effect to be exhibited. Therefore, after step ST8 is executed once, step ST7 and step ST9 described above, and step ST10 and step ST11 described later are provided so that step ST8 is not executed again immediately.
すなわち、ステップST7でNOの判断がなされた場合(つまり、その前にステップST9を実行して、iが1以上となっていること、ひいては一旦ステップST8を実行したことを意味する)、ステップST10に移行し、変数iと定数nとの比較がなされ、i<nであるか否かの判断がなされる。ステップST10での判断がYES(i<n)であれば、改めてステップST9にて変数iをインクリメント(iを1つ増加)したうえで、ステップST2に戻る。 That is, if NO is determined in step ST7 (that is, step ST9 is executed before that, i means that it is 1 or more, and thus step ST8 is executed once). Then, the variable i is compared with the constant n to determine whether i <n. If the determination in step ST10 is YES (i <n), the variable i is again incremented (i is increased by 1) in step ST9, and the process returns to step ST2.
ステップST10での判断がNO(すなわちi≧n)であれば、ステップST11に移行し、iを初期値0に設定したうえで、ステップST2に戻る。この状態から、ステップST4でNO(すなわちPs−Pth≦α)、ステップST6でYES(すなわちポンプ回転数r−Δr>最低回転数)であれば、iは初期値0のままであるため、ステップST7でYESとの判断となり、ステップST8に移行し、再びポンプ4の回転数rが現状値から所定の回転数分Δrだけ下げられることになる。
If the determination in step ST10 is NO (ie, i ≧ n), the process proceeds to step ST11, i is set to the
なお、ステップST6でNOと判断された場合には、次に所定の回転数Δrだけポンプ4の回転数を下げるとポンプ4が回転し続けられない状態となる。そのため、ステップST6でNOと判断された場合には、ステップST13に移行し、制御装置10に備えられたタッチパネル等の入力・表示手段(図示せず)にて、その旨を表す警報を発信し、もしくはこの発電装置100自体の運転を停止する。
If it is determined NO in step ST6, the pump 4 cannot continue to rotate when the pump 4 is subsequently rotated at a predetermined rotational speed Δr. Therefore, if NO is determined in step ST6, the process proceeds to step ST13, and an alarm indicating that is transmitted by an input / display means (not shown) such as a touch panel provided in the
上述した構成の発電装置100では、ポンプ入り口側での作動媒体の圧力Psがポンプ入り口側での作動媒体の飽和蒸気圧力Pthよりも所定値α以上高い状態から外れることがあったとしても、短時間でその状態に復帰することが可能となる。これにより、Ps−Pth>αの状態に復帰(ステップST4での判断がNOからYESに変更)される可能性を高めること、ひいては、ポンプ4でのキャビテーションの発生を未然に防止し、あるいはキャビテーションの発生を抑制する効果を高めることができる。言い換えると、Ps−Pth>αの状態に保ち易くすることができて、キャビテーションの発生を抑制することができる。しかも、気液分離器内の液面を検出する必要がないため、気液分離器及び液面検出器が不要となり、構成が複雑化することを回避することができる。
In the
ここで、第1実施形態に係る発電装置100の変形例の制御フローを図3に示す。なお、この図3に示した制御フローは、図2に示した制御フローと共通する部分がほとんどであるため、ここでは異なる部分についてのみ説明する。
Here, the control flow of the modification of the electric
図3に示した制御フローでは、ステップST11の後にステップST13が追加されている。ステップST13では、ステップST8にてポンプ回転数rを減少される際のその減少分のΔr自体をΔr1だけ増加させている。これにより、ポンプ4の回転数の減少度合いを徐々に大きくすることが可能となる。これにより、更にPs−Pth>αの状態に復帰(ステップST4での判断がNOからYESに変更)される可能性をさらに高めることができる。したがって、ポンプ4でのキャビテーションの発生を未然に防止、あるいはキャビテーションの発生を抑制する効果をさらに高めることができる。 In the control flow shown in FIG. 3, step ST13 is added after step ST11. In step ST13, Δr itself is increased by Δr1 for the reduction amount when the pump rotational speed r is reduced in step ST8. Thereby, it is possible to gradually increase the degree of decrease in the rotational speed of the pump 4. As a result, the possibility of returning to the state of Ps−Pth> α (the determination in step ST4 is changed from NO to YES) can be further increased. Therefore, the effect of preventing the occurrence of cavitation in the pump 4 or suppressing the occurrence of cavitation can be further enhanced.
(第2実施形態)
図4は、本発明の第2実施形態に係る発電装置101の構成を示している。この図4に示した第2実施形態の発電装置101は、図1に示した本発明の第1の実施形態の発電装置100の構成とほぼ同じ構成であるので、ここでは異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 4 shows the configuration of the
第2実施形態に係る発電装置100は、図1に示した発電装置100の構成に加え、還流流路13と、この還流流路13に配置された還流調整弁14とが設けられている。
The
還流流路13は、ポンプ4の上流側の循環流路6とポンプ4の下流側の循環流路6とを接続している。すなわち、還流流路13は、ポンプ4を迂回するように循環流路6に接続されている。
The
還流調整弁14はその開度を任意に調整可能な調整弁であり、制御装置10から出力された制御信号によって開度を調整する。
The
調整制御手段23は、導出手段21によって導出された飽和蒸気圧力と圧力センサ11によって検出された作動媒体の圧力とから両者の差(差圧)を演算し、この導出された差圧に応じて、制御装置10は前記制御信号を出力する。
The
図5は、第2実施形態に係る発電装置101の制御フローのうち、ポンプ入り口側での作動媒体圧力の調整に関する制御を示している。この図5に示した制御フローは、図2に示した制御フローとほぼ同じであるので、以下、図2の制御フローと異なる部分についてのみ説明する。
FIG. 5 shows control related to adjustment of the working medium pressure on the pump inlet side in the control flow of the
図5に示した制御フローでは、図2に示した制御フローにおけるステップST1、ステップST5、ステップST6及びステップST8が相違しており、これらステップに代えて、ステップST1a、ステップST5a、ステップST6a及びステップST8aを備える。 In the control flow shown in FIG. 5, step ST1, step ST5, step ST6, and step ST8 in the control flow shown in FIG. 2 are different. Instead of these steps, step ST1a, step ST5a, step ST6a, and step ST8a is provided.
ステップST1aでは、制御装置10で保持する変数iを初期値0に、また還流調整弁14の開度gの調整量Δgを初期値Δg0に設定するとともに、開度gを初期値g0とする。なお、ここでは開度gの初期値g0は0(ゼロ)であるとし、ステップST1aにおいて、還流調整弁14は閉じられているものとする。ステップST5aでもステップST1aと同様である。
In step ST1a, the variable i held in the
ステップST6aでは、現在の還流調整弁14の開度gから所定の開度調整量Δgだけ増やした値が、還流調整弁14の仕様上の最大開度より小であるかどうかが判断される。すなわち、ステップST6aでは、次に所定の開度Δgだけ還流調整弁14の開度を増すことが可能か否かを判断している。
In step ST6a, it is determined whether or not a value obtained by increasing the current opening degree g of the
ステップST8aでは、還流調整弁14の開度gが現状値から所定の開度Δgだけ増加される。これにより、ポンプ4の吐出側から送出される作動媒体の一部がそのポンプ4の吸込み側に還流され、結果として、循環流路6の作動媒体の循環量が減少する。この制御によっても、やはりPs−Pth>αの状態に復帰(ステップST4での判断がNOからYESに変更)されることが期待される。
In step ST8a, the opening degree g of the
なお、図5に点線で示したとおり、ステップST11の後にステップST13aを追加しても良い。ステップST13aでは、ステップST8aにて還流調整弁14の開度gが増加される際のその増加分の開度調整量Δg自体をΔg1だけ増加させている。これにより、徐々に還流調整弁14の開度gの増加の度合いを大きくすることが可能となる。
Note that step ST13a may be added after step ST11 as indicated by a dotted line in FIG. In step ST13a, the opening adjustment amount Δg itself for the increase when the opening g of the
したがって、第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、ポンプ入り口側での作動媒体の圧力Psがポンプ入り口側での作動媒体の飽和蒸気圧力Pthよりも所定値α以上高い状態から外れることがあったとしても、短時間でその状態に復帰することが可能となる。これにより、Ps−Pth>αの状態に復帰(ステップST4での判断がNOからYESに変更)される可能性を高めること、ひいては、ポンプ4でのキャビテーションの発生を未然に防止し、あるいはキャビテーションの発生を抑制する効果を高めることができる。 Therefore, also in the second embodiment, as in the first embodiment, the pressure Ps of the working medium on the pump inlet side deviates from a state higher than the saturated vapor pressure Pth of the working medium on the pump inlet side by a predetermined value α or more. Even if there is a case, it is possible to return to the state in a short time. This increases the possibility of returning to the state of Ps−Pth> α (determination in step ST4 is changed from NO to YES), thereby preventing the cavitation from occurring in the pump 4 or cavitation. The effect which suppresses generation | occurrence | production of can be heightened.
なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが前記第1実施形態と同様である。 Other configurations, functions, and effects are the same as those in the first embodiment, although explanations thereof are omitted.
(第3実施形態)
図6は、本発明の第3実施形態に係る発電装置102を示している。第3実施形態に係る発電装置102は、図1に示した第1の実施形態の発電装置100の構成とほぼ同じ構成を有しているので、ここでは異なる点についてのみ説明する。
(Third embodiment)
FIG. 6 shows a
第3実施形態の発電装置102は、図1に示した第1実施形態に係る発電装置100の構成に加え、冷却媒体流量調整弁15が追加されている。冷却媒体流量調整弁15は、凝縮器3に供給される冷却媒体の流量を調整するためのものであり、冷却媒体流路8における凝縮器3よりも上流側に配置されている。冷却媒体流量調整弁15は、制御装置10から出力された制御信号によって開度を調整可能な調整弁である。
The
調整制御手段23は、導出手段21によって導出された飽和蒸気圧力と圧力センサ11によって検出された作動媒体の圧力とから両者の差(差圧)を演算し、制御装置10は、この導出された差圧に応じて、前記制御信号を出力する。
The adjustment control means 23 calculates the difference (differential pressure) between the saturated vapor pressure derived by the derivation means 21 and the pressure of the working medium detected by the
図7は、第3実施形態に係る発電装置102の制御フローのうち、ポンプ入り口側での作動媒体圧力の調整に関する制御を示している。この図7に示した制御フローは、図2に示した制御フロー或いは図5に示した制御フローとほぼ同じであるので、以下、図2の制御フローと異なる部分についてのみ説明する。
FIG. 7 shows control related to adjustment of the working medium pressure on the pump inlet side in the control flow of the
図7に示した制御フローは、図2に示した制御フローにおけるステップST1、ステップST5、ステップST6及びステップST8が相違しており、これらステップに代えて、ステップST1b、ステップST5b、ステップST6b及びステップST8bを備える。 The control flow shown in FIG. 7 is different from the control flow shown in FIG. 2 in step ST1, step ST5, step ST6, and step ST8. Instead of these steps, step ST1b, step ST5b, step ST6b, and step ST8b is provided.
ステップST1bでは、制御装置10で保持する変数iを初期値0に、また冷却媒体流量調整弁15の開度hの調整量Δhを初期値Δh0に設定するとともに、冷却媒体流量調整弁15の開度hを初期値h0とする。ステップST5bでもステップST1bと同様である。
In step ST1b, the variable i held in the
ステップST6bでは、現在の冷却媒体流量調整弁15の開度hから所定の開度Δhを増やした値が、冷却媒体流量調整弁15の仕様上の最大開度より小であるかどうかが判断される。すなわち、ステップST6bでは、次に所定の開度Δhだけ冷却媒体流量調整弁15の開度hを増すことが可能か否かを判断している。
In step ST6b, it is determined whether or not the value obtained by increasing the predetermined opening Δh from the current opening h of the cooling medium flow
ステップST8bでは、冷却媒体流量調整弁15の開度hが現状値から所定の開度Δhだけ増加される。これにより、冷却媒体流路8を通して凝縮器3に供給される冷却媒体の流量が増加し、凝縮器3での作動媒体と冷却媒体との熱交換が促進される。したがって、凝縮器3の出口側、つまりポンプ4の吸込み側の作動媒体の温度Tsが低下する。結果として、ポンプ4の吸込み側の作動媒体の飽和蒸気圧Pth(Ts)も低下する。このため、この制御によっても、やはりPs−Pth>αの状態に復帰(ステップST4での判断がNOからYESに変更)されることが期待される。
In step ST8b, the opening h of the coolant flow
なお、図7に点線で示したとおり、ステップST11の後にステップST13bを追加しても良い。ステップST13bでは、ステップST8bにて冷却媒体流量調整弁15の開度hが増加される際のその増加分の開度調整量Δh自体をΔh1だけ増加させている。これにより、徐々に冷却媒体流量調整弁15の開度hの増加の度合いを大きくすることが可能となる。
Note that step ST13b may be added after step ST11 as indicated by a dotted line in FIG. In step ST13b, the opening adjustment amount Δh itself for the increase when the opening h of the coolant flow
したがって、第3実施形態においても、第1実施形態と同様に、ポンプ入り口側での作動媒体の圧力Psがポンプ入り口側での作動媒体の飽和蒸気圧力Pthよりも所定値α以上高い状態から外れることがあったとしても、短時間でその状態に復帰することが可能となる。これにより、Ps−Pth>αの状態に復帰(ステップST4での判断がNOからYESに変更)される可能性を高めること、ひいては、ポンプ4でのキャビテーションの発生を未然に防止し、あるいはキャビテーションの発生を抑制する効果を高めることができる。 Accordingly, also in the third embodiment, as in the first embodiment, the pressure Ps of the working medium on the pump inlet side deviates from a state higher than the saturated vapor pressure Pth of the working medium on the pump inlet side by a predetermined value α or more. Even if there is a case, it is possible to return to the state in a short time. This increases the possibility of returning to the state of Ps−Pth> α (determination in step ST4 is changed from NO to YES), thereby preventing the cavitation from occurring in the pump 4 or cavitation. The effect which suppresses generation | occurrence | production of can be heightened.
なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが前記第1実施形態と同様である。 Other configurations, functions, and effects are the same as those in the first embodiment, although explanations thereof are omitted.
(第4実施形態)
図8は、本発明の第4実施形態に係る発電装置103の構成を示す。第4実施形態に係る発電装置103は、図1に示した第1の実施形態に係る発電装置100とほぼ同じ構成を有しているので、ここでは異なる点についてのみ説明する。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 shows a configuration of a
第4の実施形態の発電装置103は、図1に示した第1の実施形態に係る発電装置100の構成に吐出圧力検知手段16が追加された構成となっている。吐出圧力検知手段16は、冷却媒体流路8におけるポンプ4よりも下流側、即ちポンプ4の吐出側に配設されている。吐出圧力検知手段16は、ポンプ4から蒸発器5へ送出される作動媒体の圧力(ポンプ4の吐出圧力Pd)を検知する。
The
調整制御手段23は、導出手段21によって導出された飽和蒸気圧力と圧力センサ11によって検出された作動媒体の圧力とから両者の差(差圧)を演算し、制御装置10は、この導出された差圧に応じて制御信号を出力する。また、調整制御手段23は、吐出圧力検知手段16による検知圧力の変動幅に応じて(変動幅が閾値未満であるか否かに応じて)、制御信号を出力する。ポンプ4は、制御装置10からの制御信号を受けて、ポンプ4のロータの回転数を変更し、ポンプ4より送出される作動媒体の送出流量を調整する。
The adjustment control means 23 calculates the difference (differential pressure) between the saturated vapor pressure derived by the derivation means 21 and the pressure of the working medium detected by the
図9に示した制御フローは、図2に示した制御フローにおけるステップST2の前にステップST14及びステップST15が追加されている。これらステップ14,ST15は、吐出圧力検知手段16にて検知したポンプ4の吐出圧力Pdを利用して、ポンプ入り口側での作動媒体圧力の調整を行うためのステップである。ステップST14において、吐出圧力検知手段16によりポンプ4の吐出圧力Pdを検知し、ステップST15において、予め設定された時間内におけるポンプ4の変動幅ΔPdが、予め定めた閾値ΔPdth未満であるか否かが判断される。そして、ステップST15における判断がNOの場合(変動幅ΔPdが閾値ΔPdth以上の場合)にステップST6に移る。
In the control flow shown in FIG. 9, step ST14 and step ST15 are added before step ST2 in the control flow shown in FIG. These
図10に示すように、キャビテーションが発生すると、ポンプ4の吐出圧力Pdの変動幅が大きくなる。このときの変動幅は正常時の変動幅の2倍以上である。制御装置10は、この圧力の変動が予め定めた閾値ΔPdth以上であることを判断したら、キャビテーションが現に発生しているとみなして、その状態から脱すべく、ステップST8において、ポンプ4の回転数rを現状値から所定の回転数Δrだけ下げる制御を実行する。すなわち、予め設定された閾値以上の圧力変動が検出された場合に、ポンプ4の出力を低減させて循環流路6を循環する作動媒体の循環量を低減させることにより、ポンプ4入り口側での圧力Ps及び温度Tsを低く抑え、これによりキャビテーションの発生を抑えることができる。
As shown in FIG. 10, when cavitation occurs, the fluctuation range of the discharge pressure Pd of the pump 4 increases. The fluctuation range at this time is twice or more the normal fluctuation range. When the
また、この第4実施形態では、Ps−Pth>αかどうかを判断するステップST4も含まれているため、吐出圧力Pdの変動幅が閾値ΔPdth以上の場合、又はポンプ4の入り口側での圧力Psが飽和蒸気圧Pth+α以下の場合に、ポンプ4の回転数rを下げる制御が実行され得る。したがって、キャビテーションの発生を抑制する効果を更に高めることができる。 In addition, since the fourth embodiment includes step ST4 for determining whether Ps−Pth> α, the pressure on the inlet side of the pump 4 when the fluctuation range of the discharge pressure Pd is equal to or larger than the threshold value ΔPdth. When Ps is equal to or lower than the saturated vapor pressure Pth + α, control for reducing the rotational speed r of the pump 4 can be executed. Therefore, the effect of suppressing the occurrence of cavitation can be further enhanced.
なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが前記第1実施形態と同様である。 Other configurations, functions, and effects are the same as those in the first embodiment, although explanations thereof are omitted.
(第5実施形態)
図11は、本発明の第5の実施形態に係る発電装置の制御フローを示している。ここでは、図9に示した制御フローと相違する点についてのみ説明する。図11に示した制御フローでは、図9に示した制御フローのステップST2からステップST4が省略されている。したがって、第5実施形態では、第4実施形態と異なり、ポンプ4の吐出圧力Pdの変動幅に基づいてのみ、ポンプ4の回転数rを下げる制御を実行する。なお、第5実施形態では、圧力センサ11及び温度センサ12を省略可能である。
(Fifth embodiment)
FIG. 11 shows a control flow of the power generator according to the fifth embodiment of the present invention. Here, only differences from the control flow shown in FIG. 9 will be described. In the control flow shown in FIG. 11, steps ST2 to ST4 of the control flow shown in FIG. 9 are omitted. Therefore, in the fifth embodiment, unlike the fourth embodiment, control for reducing the rotational speed r of the pump 4 is executed only based on the fluctuation range of the discharge pressure Pd of the pump 4. In the fifth embodiment, the
なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが前記第4実施形態と同様である。 Other configurations, operations, and effects are the same as those in the fourth embodiment, although explanations thereof are omitted.
1 膨張機
1d 吐出口
1s 吸気口
2 発電機
3 凝縮器
4 ポンプ
5 蒸発器
6 循環流路
7 熱媒体流路
8 冷却媒体流路
10 制御装置
11 圧力センサ
12 温度センサ
13 還流流路
14 還流調整弁
15 冷却媒体流量調整弁
16 吐出圧力検知手段
21 導出手段
23 調整制御手段
50 発電サイクル
100 発電装置
101 発電装置
102 発電装置
103 発電装置
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記循環流路における前記凝縮手段と前記ポンプとの間の流路に設けられ、当該ポンプの入り口側の作動媒体の圧力を検出する作動媒体圧力検出手段と、
前記循環流路における前記凝縮手段と前記ポンプとの間の流路に設けられ、当該ポンプの入り口側の作動媒体の温度を検出する作動媒体温度検出手段と、
前記作動媒体温度検出手段の検出値から前記ポンプの入り口側における作動媒体の飽和蒸気圧力を導出する導出手段と、
前記導出手段によって導出された飽和蒸気圧力と前記作動媒体圧力検出手段によって検出された作動媒体の圧力との差圧に応じて、前記作動媒体の循環量又は前記凝縮手段に供給される冷却媒体の供給量を調整する調整制御手段と、を有する発電装置。 A closed loop circulating flow in which a steam generating means for evaporating the working medium liquid, an expander for expanding the working medium steam, a condensing means for condensing the working medium vapor, and a pump for circulating the working medium are connected in series. A power generator comprising a path and driving a generator with the expander,
A working medium pressure detecting means provided in a flow path between the condensing means and the pump in the circulation flow path for detecting the pressure of the working medium on the inlet side of the pump;
A working medium temperature detecting means which is provided in a flow path between the condensing means and the pump in the circulation flow path and detects the temperature of the working medium on the inlet side of the pump;
Deriving means for deriving the saturated vapor pressure of the working medium on the inlet side of the pump from the detection value of the working medium temperature detecting means;
Depending on the differential pressure between the saturated vapor pressure derived by the deriving means and the pressure of the working medium detected by the working medium pressure detecting means, the circulating amount of the working medium or the cooling medium supplied to the condensing means And an adjustment control means for adjusting the supply amount.
前記還流流路には、還流調整弁が配設されており、
前記調整制御手段は、前記還流調整弁を制御することによって前記作動媒体の循環量を調整する請求項1に記載の発電装置。 A reflux flow path is connected to the circulation flow path so as to bypass the pump,
A reflux control valve is disposed in the reflux channel,
The power generation device according to claim 1, wherein the adjustment control unit adjusts a circulation amount of the working medium by controlling the reflux adjustment valve.
前記調整制御手段は、前記吐出圧力検出手段によって検知された前記作動媒体の圧力に応じて、又は前記導出手段によって導出された飽和蒸気圧力と前記作動媒体圧力検出手段によって検出された作動媒体の圧力との差圧に応じて、前記作動媒体の循環量を調整する請求項1から4の何れか1項に記載の発電装置。 A discharge pressure detecting means that is provided at a position downstream of the pump in the circulation flow path and detects the pressure of the working medium sent from the pump to the steam generating means;
The adjustment control unit is configured to adjust the saturated vapor pressure derived by the working medium pressure detected by the discharge pressure detecting unit or by the deriving unit and the pressure of the working medium detected by the working medium pressure detecting unit. The power generation device according to any one of claims 1 to 4, wherein a circulation amount of the working medium is adjusted according to a pressure difference between the working medium and the working medium.
前記循環流路における前記ポンプの下流側の位置に設けられ、当該ポンプから前記蒸気発生手段へ送出される作動媒体の圧力を検出する吐出圧力検出手段と、
前記吐出圧力検出手段によって検知された前記作動媒体の圧力に応じて、前記作動媒体の循環量を調整する調整制御手段と、を有する発電装置。 A closed loop circulating flow in which a steam generating means for evaporating the working medium liquid, an expander for expanding the working medium steam, a condensing means for condensing the working medium vapor, and a pump for circulating the working medium are connected in series. A power generator comprising a path and driving a generator with the expander,
A discharge pressure detecting means provided at a position downstream of the pump in the circulation flow path for detecting the pressure of the working medium sent from the pump to the steam generating means;
And an adjustment control unit that adjusts a circulation amount of the working medium according to the pressure of the working medium detected by the discharge pressure detecting unit.
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