JP2017014986A - Binary power generation system and binary power generation method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a binary power generation system and a binary power generation method, capable of sufficiently generating power without deteriorating the whole efficiency, even in a case where input heat quantity fluctuates.SOLUTION: A binary power generation system 1 includes: a plurality of evaporators 4A-4C respectively connected to a plurality of displacement expanders 6A-6C; one condenser 10 connected to the respective displacement expanders 6A-6C; stop means capable of stopping circulation of a working medium to each set of the evaporators 4A-4C and displacement expanders 6A-6C and circulation of a heat source medium to the evaporators 4A-4C; and a control unit 30 configured to control the stop means on the basis of information on heat quantity of the heat source medium and thereby control the number of evaporators 4A-4C and displacement expanders 6A-6C to be operated.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、バイナリー発電システムおよびバイナリー発電方法に関する。   The present invention relates to a binary power generation system and a binary power generation method.

このような技術として、特許文献１に記載された装置が知られている。この装置は、ランキンサイクル動力回収装置であり、単一の蒸気発生器と、複数台の容積型膨張機と、１個の凝縮器とを備えている。蒸気発生器で発生する蒸気の蒸気通路は分岐して各膨張機に接続されている。蒸気発生器に供給される凝縮水は、内燃機関の排気ガスの熱により、蒸気発生器内において加熱されて蒸発し、膨張機に供給される。各膨張機で膨張した蒸気は、１つの蒸気通路に集められ、凝縮器において冷却され、凝縮する。各膨張機における蒸気の膨張により、動力取出軸が回転し、誘導発電機による発電が行われる。   As such a technique, an apparatus described in Patent Document 1 is known. This device is a Rankine cycle power recovery device, and includes a single steam generator, a plurality of positive displacement expanders, and one condenser. The steam passage of steam generated by the steam generator is branched and connected to each expander. The condensed water supplied to the steam generator is heated and evaporated in the steam generator by the heat of the exhaust gas of the internal combustion engine, and supplied to the expander. The steam expanded in each expander is collected in one steam passage, cooled in a condenser, and condensed. Due to the expansion of the steam in each expander, the power take-off shaft rotates and power is generated by the induction generator.

この装置では、膨張機の運転台数を増加または減少させることができるようになっている。蒸気発生器で発生する蒸気の圧力が検出され、その蒸気の圧力が適正範囲の上限値を超えた場合に、膨張機の運転台数を増加させ、その蒸気の圧力が適正範囲の下限値を下回った場合に、膨張機の運転台数を減少させている。これにより、蒸気熱量が変化しても、蒸気を無駄にせず、ランキンサイクル効率を一定に保っている。   In this device, the number of operating expanders can be increased or decreased. When the pressure of the steam generated in the steam generator is detected and the steam pressure exceeds the upper limit of the appropriate range, the number of expander units is increased and the steam pressure falls below the lower limit of the proper range. The number of operating expanders is reduced. Thereby, even if the amount of steam heat changes, steam is not wasted and Rankine cycle efficiency is kept constant.

特開２００８−１７５１０８号公報JP 2008-175108 A

上記した装置では、内燃機関の排気ガスの熱によって蒸気が蒸発し、その蒸気の圧力に応じて、膨張機の運転台数が変更されている。すなわち、内燃機関の排気ガスの熱力が変動するのに伴って、単一の蒸気発生器により発生する蒸気の熱量ひいては圧力が変動するため、この圧力変動を利用して、運転台数を決定している。しかしながら、排気ガスの熱量が変動するにも関わらず、単一の蒸気発生器によって凝縮水を蒸発させるため、蒸気発生器における熱交換量（熱回収量）が大きく変動することになる。そうすると、たとえば、蒸気発生器の中で仕事をする部分と仕事をしない部分とが生じてしまう。また、発生する蒸気の圧力が大きく変動するため、膨張機の運転効率が十分でない場合もある。従って、ランキンサイクルにおいて、全体としての効率が低下する可能性がある。   In the above-described apparatus, the vapor evaporates due to the heat of the exhaust gas of the internal combustion engine, and the number of expanders operated is changed according to the pressure of the vapor. That is, as the heat power of the exhaust gas of the internal combustion engine fluctuates, the amount of heat of the steam generated by a single steam generator and hence the pressure fluctuates. Yes. However, although the amount of heat of the exhaust gas varies, the amount of heat exchange (heat recovery amount) in the steam generator varies greatly because the condensed water is evaporated by a single steam generator. If it does so, the part which does work in a steam generator and the part which does not work will arise, for example. Moreover, since the pressure of the generated steam varies greatly, the operation efficiency of the expander may not be sufficient. Therefore, in the Rankine cycle, the overall efficiency may be reduced.

本発明は、入力熱量が変動しても、全体の効率を低下させることなく十分な発電を行うことができるバイナリー発電システムおよびバイナリー発電方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a binary power generation system and a binary power generation method that can perform sufficient power generation without reducing the overall efficiency even if the amount of input heat fluctuates.

本発明の一態様は、複数の容積型膨張機と、複数の容積型膨張機のそれぞれに接続された複数の発電機とを備え、熱源媒体からの熱を受け取り蒸発した作動媒体が複数の容積型膨張機の少なくとも１台において膨張することで発電を行うバイナリー発電システムであって、複数の容積型膨張機のそれぞれに対応して接続されて、熱源媒体からの熱を用いて作動媒体を蒸発させる複数の蒸発器と、複数の容積型膨張機のそれぞれに接続されて、複数の容積型膨張機の少なくとも１台において膨張した作動媒体を冷却し凝縮させる１台の凝縮器と、蒸発器および容積型膨張機のそれぞれの組に対する作動媒体の流通と当該蒸発器に対する熱源媒体の流通とを停止可能な停止手段と、熱源媒体の熱量に関する情報に基づいて停止手段を制御することにより、蒸発器および容積型膨張機の運転台数を制御する制御部と、を備える。   One embodiment of the present invention includes a plurality of positive displacement expanders and a plurality of generators connected to the plurality of positive displacement expanders, and a working medium that has evaporated and received heat from a heat source medium has a plurality of volumes. A binary power generation system that generates electricity by expanding in at least one of the expansion expanders, and is connected to each of a plurality of positive displacement expanders to evaporate the working medium using heat from a heat source medium A plurality of evaporators, a condenser connected to each of the plurality of positive displacement expanders to cool and condense the working medium expanded in at least one of the plurality of positive displacement expanders, the evaporator, and Stop means capable of stopping the flow of the working medium to each set of positive displacement expanders and the flow of the heat source medium to the evaporator, and controlling the stop means based on information on the heat quantity of the heat source medium More, and a control unit for controlling the number of operating evaporator and volumetric expansion apparatus.

本発明の他の態様は、複数の容積型膨張機と、複数の容積型膨張機のそれぞれに接続された複数の発電機とを備えたバイナリー発電システムを用い、熱源媒体からの熱を受け取り蒸発した作動媒体が複数の容積型膨張機の少なくとも１台において膨張することで発電を行うバイナリー発電方法であって、バイナリー発電システムは、複数の容積型膨張機のそれぞれに対応して接続されて、熱源媒体からの熱を用いて作動媒体を蒸発させる複数の蒸発器と、複数の容積型膨張機のそれぞれに接続されて、複数の容積型膨張機の少なくとも１台において膨張した作動媒体を冷却し凝縮させる１台の凝縮器と、を備え、熱源媒体の熱量に関する情報に基づいて蒸発器および容積型膨張機の運転台数を制御する。   Another aspect of the present invention uses a binary power generation system including a plurality of positive displacement expanders and a plurality of generators connected to each of the plurality of positive displacement expanders to receive and evaporate heat from a heat source medium. A binary power generation method for generating power by expanding at least one of the plurality of positive displacement expanders, wherein the binary power generation system is connected to each of the plurality of positive displacement expanders, A plurality of evaporators for evaporating the working medium using heat from the heat source medium and a plurality of positive displacement expanders are connected to each of the plurality of positive expanders to cool the expanded working medium in at least one of the multiple positive expanders. One condenser to be condensed, and the number of operating evaporators and positive displacement expanders is controlled based on information on the amount of heat of the heat source medium.

これらのバイナリー発電システムおよびバイナリー発電方法によれば、発電機がそれぞれ接続された複数の容積型膨張機と、これらの容積型膨張機に１対１で対応して、複数の蒸発器とが設けられている。一方、複数の容積型膨張機に対して凝縮器は１台のみが設けられている。熱源媒体の熱量に関する情報に基づいて蒸発器および容積型膨張機の運転台数が制御されるため、１台当たりの容積型膨張機に必要十分な熱量で作動媒体を蒸発させることができる。よって、入力熱量が変動しても、効率のよいランキンサイクルが実現され、全体の効率を低下させることなく十分な発電を行うことができる。   According to these binary power generation systems and binary power generation methods, there are provided a plurality of positive displacement expanders to which generators are respectively connected, and a plurality of evaporators corresponding to the positive displacement expanders on a one-to-one basis. It has been. On the other hand, only one condenser is provided for a plurality of positive displacement expanders. Since the number of operating evaporators and positive displacement expanders is controlled based on information on the amount of heat of the heat source medium, the working medium can be evaporated with a heat amount necessary and sufficient for each positive displacement expander. Therefore, even if the amount of input heat fluctuates, an efficient Rankine cycle is realized, and sufficient power generation can be performed without reducing the overall efficiency.

上記のバイナリー発電システムにおいて、複数の蒸発器および複数の容積型膨張機はそれぞれＮ台であり、制御部は、熱源媒体の熱量に関する情報についての異なる（Ｎ−１）個の閾値を少なくとも記憶しており、制御部は、熱源媒体の熱量に関する情報を検出し、検出した情報が、（Ｎ−１）個の閾値のうち小さい方からａ番目（ａは１から（Ｎ−１）までのいずれかの整数）の閾値を超えると判断した場合に、（ａ＋１）台の蒸発器および容積型膨張機を運転させてもよい。   In the binary power generation system described above, the plurality of evaporators and the plurality of positive displacement expanders are each N units, and the control unit stores at least different (N−1) threshold values regarding information on the amount of heat of the heat source medium. The control unit detects information related to the amount of heat of the heat source medium, and the detected information is the a-th (a is 1 to (N-1) from the smaller of the (N-1) threshold values. (A + 1) evaporators and positive displacement expanders may be operated when it is determined that the threshold is exceeded.

この構成によれば、異なる（Ｎ−１）個の閾値を境界として段階的に運転台数が変更されるため、簡便な判断処理で、より高効率な発電を行うことができる。   According to this configuration, since the number of operating units is changed step by step with different (N-1) threshold values as boundaries, more efficient power generation can be performed with simple determination processing.

本発明によれば、入力熱量が変動しても、効率のよいランキンサイクルが実現され、全体の効率を低下させることなく十分な発電を行うことができる。   According to the present invention, even if the amount of input heat varies, an efficient Rankine cycle is realized, and sufficient power generation can be performed without reducing the overall efficiency.

本発明の一実施形態に係るバイナリー発電システムの概略構成を示す図である。It is a figure showing a schematic structure of a binary power generation system concerning one embodiment of the present invention. 入力熱量に応じた各発電機の運転状態を示す図である。It is a figure which shows the driving | running state of each generator according to the amount of input heat.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.

まず図１を参照して、本実施形態のバイナリー発電システム１について説明する。図１において、実線は電気回路を示しており、破線は温水の回路を示している。二点鎖線は、作動媒体の回路を示している。制御部３０に接続されるように示された破線は、制御回路を示している。   First, a binary power generation system 1 according to this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 1, a solid line indicates an electric circuit, and a broken line indicates a hot water circuit. A two-dot chain line indicates a circuit of the working medium. A broken line shown to be connected to the control unit 30 indicates a control circuit.

図１に示されるように、バイナリー発電システム１は、比較的低温（たとえば８０〜９０℃程度）の温熱源によって沸点の低い作動媒体を加熱・蒸発させ、その蒸気で発電を行う発電システムである。温熱源としてはあらゆるものを利用可能であるが、たとえば、温泉水、地熱、および工場排熱等が挙げられる。作動媒体としては、たとえば代替フロン（ＨＦＣ２４５ｆａ）やアンモニア等が挙げられる。バイナリー発電システム１は、温熱源との間で熱交換を行うことで熱源媒体を加熱する熱交換器３を備えている。熱交換器３において、温熱源から熱源媒体へと温熱が伝達される。なお、熱源媒体は水に限られない。熱源媒体として、他の熱媒体を利用することもできる。   As shown in FIG. 1, the binary power generation system 1 is a power generation system in which a working medium having a low boiling point is heated and evaporated by a heat source having a relatively low temperature (for example, about 80 to 90 ° C.), and power is generated using the steam. . Any heat source can be used, and examples thereof include hot spring water, geothermal heat, and factory exhaust heat. Examples of the working medium include alternative chlorofluorocarbon (HFC245fa) and ammonia. The binary power generation system 1 includes a heat exchanger 3 that heats a heat source medium by exchanging heat with a heat source. In the heat exchanger 3, heat is transmitted from the heat source to the heat source medium. The heat source medium is not limited to water. Another heat medium can be used as the heat source medium.

バイナリー発電システム１は、熱源媒体との間で熱交換を行うことで作動媒体を加熱し蒸発させる第１蒸発器４Ａ、第２蒸発器４Ｂ、および第３蒸発器４Ｃを備えている。これら３台（すなわち、Ｎ＝３）の蒸発器４Ａ〜４Ｃは、バイナリー発電システム１が備える３系列のバイナリー発電装置に１対１で対応するように設けられている。すなわち、バイナリー発電システム１は、３組の容積型膨張機および発電機を備えている。具体的には、バイナリー発電システム１は、第１スクロール膨張機６Ａ、第２スクロール膨張機６Ｂ、および第３スクロール膨張機６Ｃと、これらのそれぞれに接続された第１発電機７Ａ、第２発電機７Ｂ、および第３発電機７Ｃとを備えている。   The binary power generation system 1 includes a first evaporator 4A, a second evaporator 4B, and a third evaporator 4C that heat and evaporate the working medium by exchanging heat with the heat source medium. These three (that is, N = 3) evaporators 4A to 4C are provided so as to correspond to the three series of binary power generation devices included in the binary power generation system 1 on a one-to-one basis. That is, the binary power generation system 1 includes three sets of positive displacement expanders and generators. Specifically, the binary power generation system 1 includes a first scroll expander 6A, a second scroll expander 6B, and a third scroll expander 6C, and a first generator 7A and a second power generation connected to each of them. Machine 7B and third generator 7C.

バイナリー発電システム１は、さらに、第１〜第３スクロール膨張機６Ａ〜６Ｃに対して設けられた１台の凝縮器１０を備えている。凝縮器１０は、３台（すなわち、Ｎ＝３）の第１〜第３スクロール膨張機６Ａ〜６Ｃに対して共用されている。凝縮器１０には、冷熱源である冷水のラインが流通している。凝縮器１０は、地下水や冷却塔等の冷熱源との間で熱交換を行い、第１〜第３スクロール膨張機６Ａ〜６Ｃにおいて膨張した作動媒体の蒸気を冷却して凝縮させる。   The binary power generation system 1 further includes one condenser 10 provided for the first to third scroll expanders 6A to 6C. The condenser 10 is shared by three (that is, N = 3) first to third scroll expanders 6A to 6C. In the condenser 10, a line of cold water that is a cold heat source circulates. The condenser 10 performs heat exchange with a cold heat source such as ground water or a cooling tower, and cools and condenses the vapor of the working medium expanded in the first to third scroll expanders 6A to 6C.

第１スクロール膨張機６Ａおよび第１発電機７Ａは、第１蒸発器４Ａにおいて蒸発した作動媒体の蒸気が第１スクロール膨張機６Ａにおいて膨張することでその出力軸を回転させ、第１発電機７Ａにより発電を行う。第２スクロール膨張機６Ｂおよび第２発電機７Ｂは、第２蒸発器４Ｂにおいて蒸発した作動媒体の蒸気が第２スクロール膨張機６Ｂにおいて膨張することでその出力軸を回転させ、第２発電機７Ｂにより発電を行う。第３発電機７Ｃおよび第３発電機７Ｃは、第３蒸発器４Ｃにおいて蒸発した作動媒体の蒸気が第３スクロール膨張機６Ｃにおいて膨張することでその出力軸を回転させ、第３発電機７Ｃにより発電を行う。   The first scroll expander 6A and the first generator 7A rotate the output shaft when the vapor of the working medium evaporated in the first evaporator 4A expands in the first scroll expander 6A, and the first generator 7A To generate electricity. The second scroll expander 6B and the second generator 7B rotate the output shaft by expanding the vapor of the working medium evaporated in the second evaporator 4B in the second scroll expander 6B, so that the second generator 7B To generate electricity. The third generator 7C and the third generator 7C rotate the output shaft by the vapor of the working medium evaporated in the third evaporator 4C expanding in the third scroll expander 6C, and the third generator 7C Generate electricity.

熱交換器３には、熱源媒体である温水が流通する温水ラインＬ１が通っている。温水ラインＬ１には、熱交換器３の出口部と第１〜第３蒸発器４Ａ〜４Ｃへの入口部との間において、温水の熱量に関する情報を検出するための入口部検出器１１が設けられている。また、温水ラインＬ１には、第１〜第３蒸発器４Ａ〜４Ｃの出口部と熱交換器３への入口部との間において、温水の熱量に関する情報を検出するための出口部検出器１２が設けられている。温水の熱量に関する情報とは、温水の流量、温度、圧力のいずれか１つまたは２以上の情報である。入口部検出器１１は、第１〜第３蒸発器４Ａ〜４Ｃにおける熱交換前の温水の情報を検出する。出口部検出器１２は、第１〜第３蒸発器４Ａ〜４Ｃにおける熱交換後の温水の情報を検出する。なお、「ライン」は、内部を流体が流れる配管を意味する。   The heat exchanger 3 passes through a hot water line L1 through which hot water that is a heat source medium flows. The hot water line L1 is provided with an inlet detector 11 for detecting information on the amount of heat of the hot water between the outlet of the heat exchanger 3 and the inlet to the first to third evaporators 4A to 4C. It has been. In addition, an outlet detector 12 for detecting information on the amount of heat of hot water between the outlet portions of the first to third evaporators 4A to 4C and the inlet portion to the heat exchanger 3 is provided in the hot water line L1. Is provided. The information on the amount of heat of hot water is information on one or more of the flow rate, temperature, and pressure of hot water. The inlet detector 11 detects information of hot water before heat exchange in the first to third evaporators 4A to 4C. The outlet part detector 12 detects information of hot water after heat exchange in the first to third evaporators 4A to 4C. “Line” means a pipe through which a fluid flows.

温水ラインＬ１には、温水を循環させるための循環ポンプ１５が設けられている。温水ラインＬ１は、３本に分岐している。第１温水分岐ラインＬ１Ａは第１蒸発器４Ａに通っており、第２温水分岐ラインＬ１Ｂは第２蒸発器４Ｂに通っており、第３蒸気回収ラインＬ３Ｃは第３蒸発器４Ｃに通っている。第１〜第３温水分岐ラインＬ１Ａ〜Ｌ１Ｃには、各ライン内における温水の流通を停止（遮断）するための第１〜第３電磁弁１４Ａ〜１４Ｃが設けられている。   The hot water line L1 is provided with a circulation pump 15 for circulating hot water. The hot water line L1 is branched into three. The first hot water branch line L1A passes through the first evaporator 4A, the second hot water branch line L1B passes through the second evaporator 4B, and the third steam recovery line L3C passes through the third evaporator 4C. . The first to third hot water branch lines L1A to L1C are provided with first to third electromagnetic valves 14A to 14C for stopping (blocking) the flow of hot water in each line.

第１蒸発器４Ａにおける温水との熱交換を経て蒸発した蒸気が通る第１蒸気供給ラインＬ２Ａは、第１スクロール膨張機６Ａに接続されている。第２蒸発器４Ｂにおける温水との熱交換を経て蒸発した蒸気が通る第２蒸気供給ラインＬ２Ｂは、第２スクロール膨張機６Ｂに接続されている。第３蒸発器４Ｃにおける温水との熱交換を経て蒸発した蒸気が通る第３蒸気供給ラインＬ２Ｃは、第３スクロール膨張機６Ｃに接続されている。これらの第１〜第３蒸気供給ラインＬ２Ａ〜Ｌ２Ｃには、各ライン内における蒸気の流通を停止（遮断）するための第４〜第６電磁弁１６Ａ〜１６Ｃが設けられている。   A first steam supply line L2A through which steam evaporated through heat exchange with warm water in the first evaporator 4A passes is connected to the first scroll expander 6A. A second steam supply line L2B through which steam evaporated through heat exchange with warm water in the second evaporator 4B passes is connected to the second scroll expander 6B. A third steam supply line L2C through which steam evaporated through heat exchange with warm water in the third evaporator 4C passes is connected to the third scroll expander 6C. These first to third steam supply lines L2A to L2C are provided with fourth to sixth electromagnetic valves 16A to 16C for stopping (blocking) the flow of steam in each line.

第１スクロール膨張機６Ａの蒸気出口部に接続された第１蒸気回収ラインＬ３Ａと、第２スクロール膨張機６Ｂの蒸気出口部に接続された第２蒸気回収ラインＬ３Ｂと、第３スクロール膨張機６Ｃの蒸気出口部に接続された第３蒸気回収ラインＬ３Ｃとは、合流して１本のラインとなり、共有の凝縮器１０を通っている。凝縮器１０における冷熱源との熱交換を経て凝縮した作動媒体が通る凝縮液供給ラインＬ４は、３本に分岐して、第１〜第３蒸発器４Ａ〜４Ｃのそれぞれに接続されている。凝縮液供給ラインＬ４には、作動媒体を循環させるための循環ポンプ２０が設けられている。循環ポンプ２０には、循環ポンプ２０による循環流量を調整するためのインバータ１９が接続されている。   A first steam recovery line L3A connected to the steam outlet of the first scroll expander 6A, a second steam recovery line L3B connected to the steam outlet of the second scroll expander 6B, and a third scroll expander 6C The third steam recovery line L <b> 3 </ b> C connected to the steam outlet portion of the first and second steams merges into one line and passes through the common condenser 10. The condensate supply line L4 through which the working medium condensed through heat exchange with the cold heat source in the condenser 10 is branched into three and connected to each of the first to third evaporators 4A to 4C. The condensate supply line L4 is provided with a circulation pump 20 for circulating the working medium. The circulation pump 20 is connected to an inverter 19 for adjusting the circulation flow rate of the circulation pump 20.

このように、温水ラインＬ１および第１〜第３温水分岐ラインＬ１Ａ〜Ｌ１Ｃは、熱を供給する側である温水の循環経路を構成している。第１〜第３蒸気供給ラインＬ２Ａ〜Ｌ２Ｃ、第１〜第３蒸気回収ラインＬ３Ａ〜Ｌ３Ｃ、および凝縮液供給ラインＬ４は、温水から熱を受け取る側である作動媒体の循環経路を構成している。いずれの循環経路も途中で分岐しているが、各分岐ラインの配管形および配管長はたとえば等しくされており、したがって、圧力損失も略等しい。各分岐ラインには、略等しい流量の流体が流れるようになっている。   Thus, the warm water line L1 and the 1st-3rd warm water branch lines L1A-L1C comprise the circulation path of the warm water which is the side which supplies heat. The first to third steam supply lines L2A to L2C, the first to third steam recovery lines L3A to L3C, and the condensate supply line L4 constitute a circulation path of the working medium that is a side that receives heat from the hot water. . Although all the circulation paths are branched on the way, the pipe shape and the pipe length of each branch line are, for example, equal, and therefore the pressure loss is also substantially equal. In each branch line, fluids having substantially equal flow rates flow.

上記した第１〜第３蒸発器４Ａ〜４Ｃ、第１〜第３スクロール膨張機６Ａ〜６Ｃ、および第１〜第３発電機７Ａ〜７Ｃは、オーガニックランキンサイクル方式が採用された比較的小型のバイナリー発電装置である。第１〜第３スクロール膨張機６Ａ〜６Ｃの各定格回転数は、たとえば３０００ｒｐｍであり、第１〜第３発電機７Ａ〜７Ｃの各送電端出力は、たとえば５．５ｋＷである。   The first to third evaporators 4A to 4C, the first to third scroll expanders 6A to 6C, and the first to third generators 7A to 7C described above are relatively small in size using an organic Rankine cycle method. It is a binary power generator. The rated rotational speeds of the first to third scroll expanders 6A to 6C are, for example, 3000 rpm, and the power transmission end outputs of the first to third generators 7A to 7C are, for example, 5.5 kW.

第１〜第３発電機７Ａ〜７Ｃのそれぞれは、検漏器および電磁接触器等を介してインバータ１７に接続されている。インバータ１７は、三相交流（たとえば２００Ｖ）の商用電源２１に接続されている。インバータ１７には、たとえば電動機等の負荷１８が接続されている。   Each of the first to third generators 7A to 7C is connected to the inverter 17 via a fault detector, an electromagnetic contactor, and the like. The inverter 17 is connected to a three-phase alternating current (for example, 200 V) commercial power source 21. For example, a load 18 such as an electric motor is connected to the inverter 17.

バイナリー発電システム１では、前述の第１〜第３電磁弁１４Ａ〜１４Ｃおよび第４〜第６電磁弁１６Ａ〜１６Ｃは、第１〜第３蒸発器４Ａ〜４Ｃと第１〜第３スクロール膨張機６Ａ〜６Ｃとのそれぞれの組に対する作動媒体の流通と、第１〜第３蒸発器４Ａ〜４Ｃに対する温水の流通とを停止可能な停止手段に相当する。   In the binary power generation system 1, the first to third solenoid valves 14A to 14C and the fourth to sixth solenoid valves 16A to 16C are the first to third evaporators 4A to 4C and the first to third scroll expanders. This corresponds to stop means capable of stopping the flow of the working medium for each of the groups 6A to 6C and the flow of hot water to the first to third evaporators 4A to 4C.

バイナリー発電システム１は、温水の熱量に関する情報に基づいてこの停止手段を制御することにより、第１〜第３蒸発器４Ａ〜４Ｃおよび第１〜第３スクロール膨張機６Ａ〜６Ｃの運転台数を制御する制御部３０を備えている。制御部３０は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、およびＲＡＭ(Random Access Memory)等のハードウェアと、ＲＯＭに記憶されたプログラム等のソフトウェアと、から構成されたコンピュータである。前述の入口部検出器１１および出口部検出器１２は、温水の熱量に関する情報を検出すると、検出した情報を制御部３０に逐次送信する。制御部３０は、温水の熱量に関する情報を取得し、取得した情報に基づいて第１〜第３電磁弁１４Ａ〜１４Ｃおよび第４〜第６電磁弁１６Ａ〜１６Ｃを開閉制御する。第１〜第３電磁弁１４Ａ〜１４Ｃおよび第４〜第６電磁弁１６Ａ〜１６Ｃの開閉制御によって、第１〜第３蒸発器４Ａ〜４Ｃおよび第１〜第３スクロール膨張機６Ａ〜６Ｃの運転台数を制御することができる。バイナリー発電システム１では、このようにして、蒸発器と容積型膨張機との１対１の関係を保った上で、凝縮器１０のみを共有化しており、しかも運転する蒸発器と容積型膨張機との組数（系列数）を切替可能になっている。   The binary power generation system 1 controls the number of operating units of the first to third evaporators 4A to 4C and the first to third scroll expanders 6A to 6C by controlling the stop unit based on information on the amount of heat of hot water. The control unit 30 is provided. The control unit 30 is a computer composed of hardware such as a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), and RAM (Random Access Memory), and software such as a program stored in the ROM. is there. When the above-described inlet detector 11 and outlet detector 12 detect information about the amount of heat of hot water, the detected information is sequentially transmitted to the controller 30. The control unit 30 acquires information related to the amount of heat of hot water, and controls opening and closing of the first to third electromagnetic valves 14A to 14C and the fourth to sixth electromagnetic valves 16A to 16C based on the acquired information. Operation of the first to third evaporators 4A to 4C and the first to third scroll expanders 6A to 6C is controlled by opening and closing the first to third solenoid valves 14A to 14C and the fourth to sixth solenoid valves 16A to 16C. The number can be controlled. In the binary power generation system 1, in this way, only the condenser 10 is shared while maintaining a one-to-one relationship between the evaporator and the positive displacement expander. The number of groups (number of series) with the machine can be switched.

制御部３０は、温水の熱量に関する情報についての異なる２個（（Ｎ−１）個）の閾値を少なくとも記憶している。制御部３０は、たとえば、入口部検出器１１における検出結果に基づいて算出される入力熱量（％）についての２個の閾値（ここでは、たとえば第１閾値：４０％、および、第２閾値：７０％）を記憶している。入力熱量（％）とは、３系列全体としての定格熱量に対する、実際に温水が持っている熱量の比率である。制御部３０は、これらの閾値を、第１〜第３蒸発器４Ａ〜４Ｃおよび第１〜第３スクロール膨張機６Ａ〜６Ｃの運転台数の切替制御に用いる。   The control unit 30 stores at least two different ((N-1)) threshold values for information on the amount of heat of hot water. For example, the control unit 30 has two threshold values (in this case, for example, a first threshold value: 40% and a second threshold value) for the input heat amount (%) calculated based on the detection result in the inlet detector 11. 70%). The input heat quantity (%) is the ratio of the heat quantity that hot water actually has to the rated heat quantity of the entire three series. The control unit 30 uses these threshold values for switching control of the number of operating units of the first to third evaporators 4A to 4C and the first to third scroll expanders 6A to 6C.

続いて、図２を参照して、バイナリー発電システム１の運転方法（バイナリー発電システム１を用いたバイナリー発電方法）について説明する。制御部３０は、バイナリー発電システム１の稼働中、入口部検出器１１から送信された温水の熱量に関する情報に基づいて、前述の閾値に対応する数値（閾値と同じ次元の数値）を算出する。ここでは、制御部３０は、入口部検出器１１に基づいて、現在の入力熱量を算出する。   Next, an operation method of the binary power generation system 1 (binary power generation method using the binary power generation system 1) will be described with reference to FIG. The control unit 30 calculates a numerical value (a numerical value of the same dimension as the threshold value) corresponding to the above-described threshold value based on the information regarding the amount of heat of the hot water transmitted from the inlet detector 11 during the operation of the binary power generation system 1. Here, the controller 30 calculates the current input heat amount based on the inlet detector 11.

制御部３０は、算出した入力熱量が、前述の第１閾値を超えているか、および、第２閾値を超えているかを判断する。制御部３０は、入力熱量が第１閾値以下であると判断すると、第１電磁弁１４Ａおよび第４電磁弁１６Ａのみを開とし、他の電磁弁は閉とする。これにより、第１の系列である第１蒸発器４Ａおよび第１スクロール膨張機６Ａのみが運転状態となる。制御部３０は、入力熱量が第１閾値を超えていると判断すると、さらに、第２電磁弁１４Ｂおよび第５電磁弁１６Ｂを開とする。これにより、第２の系列である第２蒸発器４Ｂおよび第２スクロール膨張機６Ｂも運転状態となり、合計で２系列が運転状態となる。制御部３０は、入力熱量が第２閾値をも超えていると判断すると、さらに、第３電磁弁１４Ｃおよび第６電磁弁１６Ｃを開とする。これにより、第３の系列である第３蒸発器４Ｃおよび第３スクロール膨張機６Ｃも運転状態となり、合計で３系列が運転状態となる。   The control unit 30 determines whether the calculated input heat amount exceeds the first threshold value and exceeds the second threshold value. When the control unit 30 determines that the input heat amount is equal to or less than the first threshold value, only the first electromagnetic valve 14A and the fourth electromagnetic valve 16A are opened, and the other electromagnetic valves are closed. As a result, only the first evaporator 4A and the first scroll expander 6A, which are the first series, are in the operating state. When determining that the input heat amount exceeds the first threshold, the control unit 30 further opens the second electromagnetic valve 14B and the fifth electromagnetic valve 16B. Thereby, the 2nd evaporator 4B and the 2nd scroll expander 6B which are the 2nd series will also be in an operation state, and a 2 series will be in an operation state in total. When the controller 30 determines that the amount of input heat exceeds the second threshold, the controller 30 further opens the third solenoid valve 14C and the sixth solenoid valve 16C. Thereby, the 3rd evaporator 4C and the 3rd scroll expander 6C which are the 3rd series will also be in an operation state, and a total of 3 lines will be in an operation state.

なお、制御部３０は、第１電磁弁１４Ａおよび第４電磁弁１６Ａの開閉制御を行う際、第１発電機７Ａに接続された電磁接触器を開閉制御する。制御部３０は、第２電磁弁１４Ｂおよび第５電磁弁１６Ｂの開閉制御を行う際、第２発電機７Ｂに接続された電磁接触器を開閉制御する。制御部３０は、第３電磁弁１４Ｃおよび第６電磁弁１６Ｃの開閉制御を行う際、第３発電機７Ｃに接続された電磁接触器を開閉制御する。   In addition, the control part 30 controls opening / closing of the electromagnetic contactor connected to the 1st generator 7A, when opening / closing control of the 1st solenoid valve 14A and the 4th solenoid valve 16A is performed. The control unit 30 controls opening and closing of the electromagnetic contactor connected to the second generator 7B when performing the opening and closing control of the second solenoid valve 14B and the fifth solenoid valve 16B. The control unit 30 controls opening and closing of the electromagnetic contactor connected to the third generator 7C when performing the opening and closing control of the third solenoid valve 14C and the sixth solenoid valve 16C.

図２に示されるように、第１閾値である４０％と、第２閾値である６０％とを境界として、運転台数が切り替わっている。同時に運転している複数のスクロール膨張機に対して分配される蒸気の熱量は等しくされており、したがって、複数のスクロール膨張機における回転数は等しくなっている。（図では、線種を異ならせることにより、複数のスクロール膨張機における回転数が等しくなっている（線が重なっている）ことが読み取れる。）図２に示される運転方式では、入力熱量が１０％変化するごとに、段階的に、各スクロール膨張機における回転数を変えるようにしている。   As shown in FIG. 2, the number of operating units is switched with the first threshold of 40% and the second threshold of 60% as a boundary. The amount of heat of the steam distributed to the plurality of scroll expanders operating at the same time is made equal, and therefore the rotation speeds of the plurality of scroll expanders are equal. (In the figure, it can be read that the rotational speeds of the plurality of scroll expanders are equal (the lines overlap) by making the line types different.) In the operation method shown in FIG. Every time the% changes, the rotation speed in each scroll expander is changed step by step.

このように、制御部３０は、温水の熱量に関する情報を検出し、検出した情報が、２（Ｎ−１）個の閾値のうち第１閾値（小さい方から１番目の閾値）を超えると判断した場合に、２台の蒸発器および容積型膨張機を運転させる。制御部３０は、検出した熱量に関する情報が２個の閾値のうち第２閾値（小さい方から２番目の閾値）を超えると判断した場合に、３台の蒸発器および容積型膨張機を運転させる。   In this way, the control unit 30 detects information regarding the amount of heat of hot water, and determines that the detected information exceeds the first threshold value (the first threshold value from the smallest) among the 2 (N-1) threshold values. In such a case, two evaporators and a positive displacement expander are operated. The control unit 30 operates the three evaporators and the positive displacement expander when it is determined that the information regarding the detected amount of heat exceeds the second threshold value (second threshold value from the smallest) of the two threshold values. .

以上説明したバイナリー発電システム１およびバイナリー発電方法によれば、それぞれに発電機７Ａ〜７Ｃが接続された複数の容積型膨張機６Ａ〜６Ｃと、これらの容積型膨張機６Ａ〜６Ｃに１対１で対応して、複数の蒸発器４Ａ〜４Ｃとが設けられている。一方、複数の容積型膨張機６Ａ〜６Ｃに対して凝縮器１０は１台のみが設けられている。制御部３０によって、熱源媒体の熱量に関する情報に基づいて、第１〜第３電磁弁１４Ａ〜１４Ｃおよび第４〜第６電磁弁１６Ａ〜１６Ｃの開閉制御が行われ、これにより、蒸発器４Ａ〜４Ｃおよび容積型膨張機６Ａ〜６Ｃの運転台数が制御される。よって、１台当たりの容積型膨張機に必要十分な熱量で作動媒体を蒸発させることができており、入力熱量が変動しても、効率のよいランキンサイクルが実現されている。その結果として、バイナリー発電システム１全体としての効率を低下させることなく、十分な発電が行われる。   According to the binary power generation system 1 and the binary power generation method described above, a plurality of positive displacement expanders 6A to 6C, to which the generators 7A to 7C are connected, respectively, and one to one for these positive displacement expanders 6A to 6C. Correspondingly, a plurality of evaporators 4A to 4C are provided. On the other hand, only one condenser 10 is provided for the plurality of positive displacement expanders 6A to 6C. The controller 30 performs opening / closing control of the first to third electromagnetic valves 14A to 14C and the fourth to sixth electromagnetic valves 16A to 16C based on information on the amount of heat of the heat source medium. The number of operating 4C and positive displacement expanders 6A-6C is controlled. Therefore, the working medium can be evaporated with a heat amount necessary and sufficient for each positive displacement expander, and an efficient Rankine cycle is realized even if the input heat amount fluctuates. As a result, sufficient power generation is performed without reducing the efficiency of the binary power generation system 1 as a whole.

特に、温泉水や地熱などの自然由来の温熱源を用いる場合は、熱量の時間変動が大きいと考えられる。バイナリー発電システム１では、小さい熱量から大きい熱量まで幅広く対応可能であり、しかも、蒸発器の運転に無駄がない。よって、熱量の変動が大きい場合には特に有利な効果を発揮する。なお、凝縮器１０に関しては、作動媒体を冷却し過ぎることによるデメリットは小さく、凝縮器１０を共用化することによるメリットの方が上回っている。   In particular, when a natural heat source such as hot spring water or geothermal heat is used, it is considered that the time variation of the heat quantity is large. The binary power generation system 1 can cope with a wide range from a small heat amount to a large heat amount, and there is no waste in operation of the evaporator. Therefore, a particularly advantageous effect is exhibited when the variation in heat quantity is large. In addition, regarding the condenser 10, the demerit by having cooled a working medium too much is small, and the merit by sharing the condenser 10 is surpassed.

制御部３０は、熱源媒体の熱量に関する情報を検出し、検出した情報が、２個の閾値のうち小さい方からａ番目（ａは１から２までのいずれかの整数）の閾値を超えると判断した場合に、（ａ＋１）台の蒸発器および容積型膨張機を運転させる。この構成によれば、異なる２個の閾値を境界として段階的に運転台数が変更されるため、簡便な判断処理で、より高効率な発電を行うことができる。   The control unit 30 detects information related to the amount of heat of the heat source medium, and determines that the detected information exceeds the a-th threshold value (a is an integer from 1 to 2) from the smaller of the two threshold values. In this case, (a + 1) evaporators and positive displacement expanders are operated. According to this configuration, since the number of operating units is changed stepwise with two different threshold values as a boundary, more efficient power generation can be performed with a simple determination process.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。たとえば、蒸発器および容積型膨張機の系列数（台数）は、４以上であってもよい。多数の系列を設けたとしても、本発明の切替制御によれば、熱源媒体の熱量に応じた最適な運転台数で、簡便かつ効率よく発電を行うことができる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. For example, the number of series (numbers) of the evaporator and the positive displacement expander may be 4 or more. Even if a large number of systems are provided, according to the switching control of the present invention, it is possible to easily and efficiently generate power with the optimum number of operating units according to the amount of heat of the heat source medium.

制御部３０が記憶している閾値は、系列数より１少ない個数に限られない。閾値は、それより多くてもよいし、少なくてもよい。停止手段は、電磁弁による遮断に限定されない。各系列にポンプを独立して設け、ポンプのオンーオフによって流通およびその停止を行ってもよい。分岐点に三方弁を用いる構成としてもよい。   The threshold value stored in the control unit 30 is not limited to a number that is one less than the number of sequences. The threshold value may be larger or smaller. The stopping means is not limited to being shut off by a solenoid valve. A pump may be provided independently for each series, and distribution and stoppage may be performed by turning the pump on and off. It is good also as a structure which uses a three-way valve for a branch point.

上記実施形態では、熱交換器３によって温熱源と温水との熱交換を行う場合について説明したが、温泉水、地熱、および工場排熱等の温熱源を直接に第１〜第３蒸発器４Ａ〜４Ｃに流通可能である場合には、熱交換器３を省略してもよい。その場合、温泉水、地熱、および工場排熱等の温熱源が、作動媒体に熱を与える熱源媒体に相当し、蒸発器において作動媒体を蒸発させる。制御部３０は、温熱源（熱源媒体）の熱量に関する情報を取得し、上記と同様の制御を行う。   Although the said embodiment demonstrated the case where heat exchange with a heat source and warm water was performed with the heat exchanger 3, heat sources, such as hot spring water, geothermal heat, and factory waste heat, are directly connected to 1st-3rd evaporator 4A. When it is possible to circulate through 4C, the heat exchanger 3 may be omitted. In that case, a heat source such as hot spring water, geothermal heat, and factory exhaust heat corresponds to a heat source medium that gives heat to the working medium, and the working medium is evaporated in the evaporator. The control unit 30 acquires information related to the amount of heat of the heat source (heat source medium) and performs the same control as described above.

容積型膨張機は、スクロール膨張機に限られない。第１〜第３スクロール膨張機６Ａ〜６Ｃに代えて、他の容積型膨張機を用いてもよい。たとえば、スクリュー膨張機、クロー膨張機、レシプロ膨張機、ルーツ膨張機等の各種の膨張機を用いてもよい。   The positive displacement expander is not limited to the scroll expander. Instead of the first to third scroll expanders 6A to 6C, other positive displacement expanders may be used. For example, various expanders such as a screw expander, a claw expander, a reciprocal expander, and a roots expander may be used.

１…バイナリー発電システム、４Ａ〜４Ｃ…第１〜第３蒸発器、６Ａ〜６Ｃ…第１〜第３スクロール膨張機（容積型膨張機）、７Ａ〜７Ｃ…第１〜第３発電機、１０…凝縮器、１４Ａ〜１４Ｃ…第１〜第３電磁弁（停止手段）、１６Ａ〜１６Ｃ…第４〜第６電磁弁（停止手段）、３０…制御部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Binary power generation system, 4A-4C ... 1st-3rd evaporator, 6A-6C ... 1st-3rd scroll expander (positive displacement expander), 7A-7C ... 1st-3rd generator 10 ... Condenser, 14A-14C ... 1st-3rd solenoid valve (stop means), 16A-16C ... 4th-6th solenoid valve (stop means), 30 ... Control part.

Claims (3)

複数の容積型膨張機と、前記複数の容積型膨張機のそれぞれに接続された複数の発電機とを備え、熱源媒体からの熱を受け取り蒸発した作動媒体が前記複数の容積型膨張機の少なくとも１台において膨張することで発電を行うバイナリー発電システムであって、
前記複数の容積型膨張機のそれぞれに対応して接続されて、前記熱源媒体からの熱を用いて前記作動媒体を蒸発させる複数の蒸発器と、
前記複数の容積型膨張機のそれぞれに接続されて、前記複数の容積型膨張機の少なくとも１台において膨張した前記作動媒体を冷却し凝縮させる１台の凝縮器と、
前記蒸発器および前記容積型膨張機のそれぞれの組に対する前記作動媒体の流通と当該蒸発器に対する前記熱源媒体の流通とを停止可能な停止手段と、
前記熱源媒体の熱量に関する情報に基づいて前記停止手段を制御することにより、前記蒸発器および前記容積型膨張機の運転台数を制御する制御部と、を備える、バイナリー発電システム。 A plurality of positive displacement expanders and a plurality of generators connected to each of the plurality of positive displacement expanders, and a working medium that has evaporated and received heat from a heat source medium is at least one of the positive displacement expanders. A binary power generation system that generates power by expanding in one unit,
A plurality of evaporators connected to each of the plurality of positive displacement expanders and evaporating the working medium using heat from the heat source medium;
A condenser connected to each of the plurality of positive displacement expanders and configured to cool and condense the working medium expanded in at least one of the plural positive displacement expanders;
Stop means capable of stopping the flow of the working medium to each pair of the evaporator and the positive displacement expander and the flow of the heat source medium to the evaporator;
A binary power generation system comprising: a control unit that controls the number of operating the evaporator and the positive displacement expander by controlling the stopping unit based on information on the amount of heat of the heat source medium. 前記複数の蒸発器および前記複数の容積型膨張機はそれぞれＮ台であり、
前記制御部は、前記熱源媒体の熱量に関する情報についての異なる（Ｎ−１）個の閾値を少なくとも記憶しており、
前記制御部は、前記熱源媒体の熱量に関する情報を検出し、検出した前記情報が、前記（Ｎ−１）個の閾値のうち小さい方からａ番目（ａは１から（Ｎ−１）までのいずれかの整数）の閾値を超えると判断した場合に、（ａ＋１）台の前記蒸発器および前記容積型膨張機を運転させる、請求項１に記載のバイナリー発電システム。 Each of the plurality of evaporators and the plurality of positive displacement expanders is N units,
The control unit stores at least different (N−1) threshold values for information on the amount of heat of the heat source medium,
The said control part detects the information regarding the calorie | heat amount of the said heat-source medium, and the detected said information is a-th (a is 1 to (N-1) from the smaller one among the said (N-1) threshold values. 2. The binary power generation system according to claim 1, wherein when it is determined that a threshold value of any integer) is exceeded, the (a + 1) units of the evaporator and the positive displacement expander are operated. 複数の容積型膨張機と、前記複数の容積型膨張機のそれぞれに接続された複数の発電機とを備えたバイナリー発電システムを用い、熱源媒体からの熱を受け取り蒸発した作動媒体が前記複数の容積型膨張機の少なくとも１台において膨張することで発電を行うバイナリー発電方法であって、
前記バイナリー発電システムは、
前記複数の容積型膨張機のそれぞれに対応して接続されて、前記熱源媒体からの熱を用いて前記作動媒体を蒸発させる複数の蒸発器と、
前記複数の容積型膨張機のそれぞれに接続されて、前記複数の容積型膨張機の少なくとも１台において膨張した前記作動媒体を冷却し凝縮させる１台の凝縮器と、を備え、
前記熱源媒体の熱量に関する情報に基づいて前記蒸発器および前記容積型膨張機の運転台数を制御する、バイナリー発電方法。 Using a binary power generation system including a plurality of positive displacement expanders and a plurality of generators connected to each of the plurality of positive displacement expanders, a working medium that has evaporated and received heat from a heat source medium A binary power generation method for generating power by expanding in at least one positive displacement expander,
The binary power generation system is
A plurality of evaporators connected to each of the plurality of positive displacement expanders and evaporating the working medium using heat from the heat source medium;
A condenser connected to each of the plurality of positive displacement expanders and configured to cool and condense the working medium expanded in at least one of the plural positive displacement expanders;
A binary power generation method for controlling the number of operating the evaporator and the positive displacement expander based on information on the amount of heat of the heat source medium.
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