JP2014129800A - 発電システム、発電システムのメンテナンス方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水よりも沸点の低い媒体を循環させる媒体循環回路22に設けられた、循環ポンプ23、蒸発器25、膨張器26、凝縮器27の少なくとも一つを含むメンテナンス対象機器に対し、媒体循環回路22において媒体の流れ方向上流側に設けられ、媒体の流通を遮断可能な第一の開閉弁40Aと、媒体循環回路22において媒体の流れ方向下流側に設けられ、媒体の流通を遮断可能な第二の開閉弁40Bと、第一の開閉弁40Aと第二の開閉弁40Bとの間で媒体循環回路22に連通可能なポート42と、ポート42に設けられた第三の開閉弁43と、を備えるようにした。
【選択図】図1
Description
このような発電システムにおいては、図4に示すように、予熱器1、蒸発器2、タービン3、凝縮器4を有したサイクル回路5内を、循環ポンプ6によって媒体を循環させる。そして、上記したような熱源から熱を回収した熱媒を、蒸発器2に送り込み、媒体と熱交換させ、媒体を蒸発させてガス化する。また、蒸発器2を経た熱媒は、蒸発器2の前段に設けられた予熱器1において、媒体を予熱する。
ガス化された媒体は、タービン3において膨張することによって主軸3aを回転駆動し、発電機7を駆動する。タービン3で膨張した媒体は、凝縮器4で凝縮され、循環ポンプ6に循環される。
発電機7が駆動されることによって出力される交流電流(AC)は、整流器9で直流電流(DC)に変換され、さらに、系統連系インバータ10で交流電流に再変換され、発電電力として外部に出力される。
このとき、環境保全や、媒体コスト等の面から、メンテナンスに先立って、サイクル回路5内の媒体を回収する必要がある。
しかし、上記発電システムのサイクル回路5内の媒体は量が多く、媒体の回収や、メンテナンス終了後に媒体をサイクル回路5内に再充填する際の真空引き等に時間がかかる。その結果、メンテナンス期間が長期化し、その間、発電システム全体を用いることができないことから稼働率が低下し、経済的損失も大きい。
そこでなされた本発明の目的は、メンテナンス期間を短縮化し、発電システムの稼働率を高めることのできる発電システム、発電システムのメンテナンス方法を提供することである。
すなわち、本発明の発電システムは、水よりも沸点の低い媒体を循環させる媒体循環回路と、前記媒体を前記媒体循環回路内で循環させる循環ポンプと、前記媒体を外部の熱源により加熱して蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器で蒸発された前記媒体によって駆動される膨張器と、前記膨張器から排出された前記媒体を凝縮する凝縮器と、前記膨張器により駆動されて発電する発電機と、を備え、前記媒体循環回路において、前記循環ポンプ、前記蒸発器、前記膨張器、前記凝縮器の少なくとも一つを含むメンテナンス対象機器における前記媒体の流れ方向上流側に設けられ、前記媒体の流通を遮断可能な第一の開閉弁と、前記媒体循環回路において前記メンテナンス対象機器における前記媒体の流れ方向下流側に設けられ、前記媒体の流通を遮断可能な第二の開閉弁と、前記第一の開閉弁と前記第二の開閉弁との間で前記媒体循環回路に連通可能なポートと、前記ポートに設けられた第三の開閉弁と、を備えていることを特徴とする。
このようにして、メンテナンス対象機器をメンテナンスするに際して、媒体循環回路全体の媒体を抜く必要がなく、第一の開閉弁と第二の開閉弁との間の媒体のみを抜けばよい。また、メンテナンス後に媒体を充填する際に行う真空引きも、第一の開閉弁と第二の開閉弁との間のみ行えばよい。
ここで、メンテナンス対象機器は、循環ポンプ、蒸発器、膨張器、凝縮器の少なくとも一つを含んでいればよく、もちろんこれらの中の二つ以上を含んでいてもよい。また、二つ以上のメンテナンス対象機器に対し、第一の開閉弁、第二の開閉弁、ポート、第三の開閉弁を備えるようにしてもよい。
メンテナンス対象機器が、上記したように、媒体循環回路ごと複数並列して設けられている場合や、一つの媒体循環回路に複数のメンテナンス対象機器が並列して設けられている場合、稼働時間の長いメンテナンス対象機器の稼働を優先して停止させることによって、メンテナンス対象機器の稼働時間を平均化することができる。それにより、メンテナンス対象機器のメンテナンス時期を近付けることができ、メンテナンスを効率良く行える。
図1に示すように、発電システム20Aは、船舶,工場,ガスタービン等からの排熱、地熱、太陽熱、海洋温度差等の熱源から熱媒が送り込まれる熱媒回路21と、この熱媒回路21の熱媒と熱交換することによって熱エネルギを得る媒体を循環させる媒体循環回路22と、を備える。
ここで、媒体循環回路22の媒体としては、例えば、HFC−134a,HFC245fa,HFO−1234yf,HFO−1234zeといったフロン系媒体等を用いることができる。
予熱器24および蒸発器25は、熱媒回路21の熱媒と媒体循環回路22の媒体とを熱交換するもので、蒸発器25は、加圧された媒体を熱媒(外部の熱源)との熱交換によって加熱して蒸発させ、予熱器24は、蒸発器25を経た熱媒の余熱によって媒体を予熱する。
タービン26は、媒体がタービン室内で膨張することによって、主軸26aをその軸線周りに回転駆動させる。この主軸26aには、発電機28の回転子(図示無し)が連結されており、この回転子(図示無し)が発電機28の固定子(図示無し)に対向して回転駆動される。これによって、発電機28では交流電流を出力する。
発電機28から出力された交流電流は、整流器29で直流電流に変換され、さらに、系統連系インバータ30で交流電流に再変換されて、発電電力として外部の送電網に出力される。
また、媒体循環回路22において、開閉弁40A,40Bの間には、ポート管41が設けられ、このポート管41の先端は、媒体循環回路22に連通可能で、媒体循環回路22内に媒体を出し入れするための機器が接続可能なサービスポート(ポート)42とされている。また、ポート管41には、開閉弁(第三の開閉弁)43が形成されている。
また、制御部35においては、定期的なメンテナンス対象となる機器、例えばタービン26について、その稼働時間の積算値をカウントする稼働時間カウント部35と、稼働時間カウント部35でカウントされたタービン26の稼働時間の積算値をモニタリングする稼働時間モニタ部37と、を備えている。
稼働時間モニタ部37では、タービン26の稼働時間の積算値が、予め定めた規定値に到達したら、メンテナンスが必要であることを示すアラーム信号を出力する。また、制御部35においては、上記の稼働時間以外にも、タービン26に何らかの異常が検知された場合、同様に、メンテナンス(点検)を要求するアラーム信号を出力することができる。アラーム信号としては、例えば、インジケータランプの点灯やアラーム音の発生等、適宜の方式を採用すればよい。
発電システム20Aのユーザ側においては、このアラーム信号が出力されたら、以下のようにしてタービン26をメンテナンスする。
次いで、開閉弁40A,40Bを閉じる。これにより、タービン26の上流側と下流側で、媒体循環回路22が遮断される。
これにより、発電システム20Aが再起動可能な状態となるので、熱媒回路21のポンプ(図示無し)および媒体循環回路22の循環ポンプ23を作動させ、所定の手順で発電システム20Aを再起動させる。
次に、本発明にかかる発電システム、発電システムのメンテナンス方法の第2の実施形態について説明する。なお、以下に説明する第2の実施形態においては、上記第1の実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。
図2に示すように、本実施形態に係る発電システム20Bは、複数組の発電モジュール50A,50B,50C,…を備える。
発電モジュール50A,50B,50C,…のそれぞれは、上記第1の実施形態で示した同様の構成の、熱媒回路21、媒体循環回路22、循環ポンプ23、予熱器24、蒸発器25、タービン26、凝縮器27、発電機28、整流器29を備えている。
そして、複数組の発電モジュール50A,50B,50C,…のそれぞれの整流器29が、一つの系統連系インバータ30に接続されている。
そして、系統連系インバータ30では、複数の発電モジュール50A,50B,50C,…の整流器29から出力された直流電流を、交流電流に再変換し、発電電力として外部の送電網に出力する。
また、制御部35においては、複数の発電モジュール50A,50B,50C,…のうち、稼働させるモジュール数を減らすときには、制御部35の稼働時間モニタ部37において、稼働時間が最も長いタービン26を備えたモジュールから先行して稼働を停止させるようにする。
次いで、開閉弁40A,40Bを閉じる。そして、ポート管41のサービスポート42に、媒体を回収するための媒体回収機器100を接続した後、開閉弁43を開く。これにより、媒体循環回路22において、開閉弁40A,40B間の媒体が回収される。
媒体の充填後、開閉弁43を閉じ、しかる後、開閉弁40A,40Bを開く。この状態から、メンテナンスを行っていた発電モジュール50Aを再起動させる。
ここで、制御部35の稼働時間モニタ部37の制御により、複数の発電モジュール50A,50B,50C,…のうち、稼働させるモジュール数を減らすときには、稼働時間が最も長いタービン26を備えたモジュールか優先して稼働を停止させるようにした。これにより、タービン26の稼働時間を平均化することができ、メンテナンスの間隔を延ばすことができる。また、これにより、すべてのタービン26のメンテナンスタイミングを近くすることによって、メンテナンスを集中的に効率良く行うこともできる。
上記第2の実施形態においては、複数の発電モジュール50A,50B,50C,…の整流器29を、一つの系統連系インバータ30に接続する構成としたが、これに限るものではない。例えば、複数の発電モジュール50A,50B,50C,…のそれぞれにおいて、整流器29にそれぞれ系統連系インバータ30を備えるようにしてもよい。
次に、本発明にかかる発電システム、発電システムのメンテナンス方法の第3の実施形態について説明する。なお、以下に説明する第3の実施形態においては、上記第1、第2の実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。
図3に示すように、本実施形態に係る発電システム20Cは、複数組の発電モジュール60A,60B,60C,…を備える。
そして、系統連系インバータ30では、複数の発電モジュール60A,60B,60C,…の整流器29から出力された直流電流を、交流電流に再変換し、発電電力として外部の送電網に出力する。
また、制御部35においては、複数の発電モジュール60A,60B,60C,…のうち、稼働させるモジュール数を減らすときには、稼働時間が最も長いタービン26を備えたモジュールから先行して稼働を停止させるようにする。
媒体の充填後、開閉弁43を閉じ、しかる後、開閉弁40A,40Bを開く。この状態から、例えば発電モジュール50Aを再起動させる。
なお、本発明の発電システム、発電システムのメンテナンス方法は、図面を参照して説明した上述の各実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記各実施形態の発電システム20A,20B,20Cにおいては、船舶,工場,ガスタービン等からの排熱、地熱、太陽熱、海洋温度差等を熱源として発電に用いるようにしたが、その熱源の種類はなんら問うものではない。
また、上記各実施形態では、膨張器としてタービン26を例示したが、タービン26に代えてスクロール式の膨張器等を採用することもできる。
さらに、メンテナンスに際しての手順は、本発明の主旨の範囲内であれば、上記した手順を適宜変更することができる。
加えて、本発明は発電システムにフロン系媒体を使用する場合のみならず、環境保全の観点からにシステムの系外への流出を忌避すべき媒体を発電システムに使用する場合にも用いることができる。
また、上記第2、第3実施形態において複数の発電機の運転時間を記憶する装置と、その運転時間を表示する装置を備えていてもよい。この場合、運転時間は発電システムの表示盤に表示しても良いし、インターネットを介して発電システム外への表示盤に表示しても良い。この場合、発電システムの管理者、メンテナンス従事者は各発電機の運転状況を確認でき、運転管理、メンテナンスを行うことが可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記各実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
21 熱媒回路
21a,21b,21c, 分岐管
22 媒体循環回路
23 循環ポンプ
24 予熱器
25 蒸発器
26 タービン(膨張器)
26a 主軸
27 凝縮器
28 発電機
29 整流器
30 系統連系インバータ
35 制御部
36 稼働時間カウント部
37 稼働時間モニタ部
40A 開閉弁(第一の開閉弁)
40B 開閉弁(第二の開閉弁)
41 ポート管
42 サービスポート(ポート)
43 開閉弁(第三の開閉弁)
50A,50B,50C, 発電モジュール
60A,60B,60C, 発電モジュール
100 媒体回収機器
110 真空ポンプ
120 媒体供給機器
Claims (6)
- 水よりも沸点の低い媒体を循環させる媒体循環回路と、
前記媒体を前記媒体循環回路内で循環させる循環ポンプと、
前記媒体を外部の熱源により加熱して蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器で蒸発された前記媒体によって駆動される膨張器と、
前記膨張器から排出された前記媒体を凝縮する凝縮器と、
前記膨張器により駆動されて発電する発電機と、を備え、
前記媒体循環回路において、前記循環ポンプ、前記蒸発器、前記膨張器、前記凝縮器の少なくとも一つを含むメンテナンス対象機器における前記媒体の流れ方向上流側に設けられ、前記媒体の流通を遮断可能な第一の開閉弁と、
前記媒体循環回路において前記メンテナンス対象機器における前記媒体の流れ方向下流側に設けられ、前記媒体の流通を遮断可能な第二の開閉弁と、
前記第一の開閉弁と前記第二の開閉弁との間で前記媒体循環回路に連通可能なポートと、
前記ポートに設けられた第三の開閉弁と、
を備えていることを特徴とする発電システム。 - 前記媒体循環回路、前記循環ポンプ、前記蒸発器、前記膨張器、前記凝縮器、および前記発電機を備えた発電ユニットが、複数組並列して設けられ、
それぞれの前記発電ユニットの前記媒体循環回路に、前記第一の開閉弁、前記第二の開閉弁、前記ポート、および前記第三の開閉弁が備えられていることを特徴とする請求項1に記載の発電システム。 - 前記媒体循環回路は、前記蒸発器の下流側と前記凝縮器の上流側との間で複数の分岐管に分岐し、
それぞれの前記分岐管に、前記メンテナンス対象機器、前記第一の開閉弁、前記第二の開閉弁、前記ポート、および前記第三の開閉弁が備えられていることを特徴とする請求項1に記載の発電システム。 - 前記メンテナンス対象機器の稼働時間の積算値をカウントする稼働時間カウント部と、
前記稼働時間カウント部における前記積算値が予め定めた規定値に到達したら所定の信号を出力する稼働時間モニタ部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の発電システム。 - 前記メンテナンス対象機器が並列して複数台備えられ、
前記熱源からの入力または前記発電機からの出力に応じて、前記メンテナンス対象機器の稼働台数を増減させる制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記メンテナンス対象機器の稼働台数を減少させるときには、前記稼働時間カウント部における稼働時間の積算値が最も多い前記メンテナンス対象機器の稼働を優先して停止させることを特徴とする請求項4に記載の発電システム。 - 請求項1から5のいずれか一項に記載の発電システムのメンテナンス方法であって、
前記メンテナンス対象機器と対応する前記循環ポンプを停止させ、前記メンテナンス対象機器の上流側の前記第一の開閉弁、および下流側の前記第二の開閉弁を閉じる工程と、
前記媒体を回収する媒体回収機器を前記ポートに接続した後、前記第三の開閉弁を開いて前記第一の開閉弁と前記第二の開閉弁の間の前記媒体を回収する工程と、
前記メンテナンス対象機器のメンテナンスの完了後、前記第一の開閉弁と前記第二の開閉弁との間を真空引きした後に前記第三の開閉弁を閉じる工程と、
前記媒体を供給する媒体供給機器を前記ポートに接続し、前記第三の開閉弁を開いて前記媒体供給機器から前記第一の開閉弁と前記第二の開閉弁との間に媒体を充填する工程と、
を備えることを特徴とする発電システムのメンテナンス方法。
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