JP2017145812A - 排熱回収装置及びバイナリ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】バイナリ発電装置での熱回収効率が低下することを抑制するとともに、管内圧力の上昇に備えた対策を不要にする。
【解決手段】排熱回収装置１０は、腐食成分を含む排ガスが流れる主流路２５と、排ガスによって熱媒体を加熱するボイラー１２と、ボイラー１２を迂回するように主流路２５に接続されたバイパス路２７と、ボイラー１２を流れる排ガスの流量を調整するための調整弁部材Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３と、熱水ポンプ４２を有し、ボイラー１２によって熱水の状態に加熱された熱媒体を循環させる熱媒体回路１６と、熱媒体回路１６の熱媒体から熱エネルギーを回収して発電を行うバイナリ発電装置１４と、ボイラー１２を通過した排ガスの温度が、排ガス中の腐食成分の酸露点以上の温度となるように調整弁部材Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の開度を制御する弁制御部５３と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、排熱回収装置及びバイナリ装置に関するものである。
従来、例えば下記特許文献１に開示されているように、バイナリ発電装置を備えた排熱回収装置が知られている。下記特許文献１に開示された排熱回収装置では、エンジンの冷却水の熱により、バイナリ発電装置の蒸発器で作動媒体を蒸発させ、この蒸発した作動媒体によってパワータービンを駆動して発電するようになっている。
特開２０１３−１６０１３２号公報
前記特許文献１に開示された排熱回収装置では、バイナリ発電装置の作動媒体を蒸発させる熱源としてエンジンの冷却水が用いられている。一方で、熱源として、排ガスの熱を利用することも考えられる。この場合において、硫黄などの腐食成分を含む排ガスから熱を回収しようとすると、熱回収後の低温の排ガスから腐食成分が結露し、配管等を腐食してしまう虞がある。このため、過度に排ガスの熱を回収することはできず、効率よく発電を行うことができないという問題がある。
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、腐食成分を含む排ガスから効率よく熱回収を行うことにある。
前記の目的を達成するため、本発明は、腐食成分を含む排ガスが流れる主流路と、前記主流路に設けられ、前記排ガスによって熱媒体を熱水の状態に加熱するボイラーと、前記ボイラーを迂回するように前記主流路に接続されたバイパス路と、前記ボイラーを流れる排ガスの流量を調整するための調整弁部材と、熱水ポンプを有し、前記ボイラーによって熱水の状態に加熱された熱媒体を循環させる熱媒体回路と、作動媒体が循環する循環回路を有し、前記熱媒体回路の熱媒体から熱エネルギーを回収して発電を行うバイナリ発電装置と、前記ボイラーを通過した排ガスの温度が、排ガス中の腐食成分の酸露点以上の温度となるように前記調整弁部材の開度を制御する弁制御部と、を備えた排熱回収装置である。
本発明では、バイナリ発電装置において、熱水の状態の熱媒体から熱エネルギーを回収する。このため、例えば３５０℃以下の排ガスや高温空気の熱エネルギーを効率的に回収することができる。すなわち、バイナリ発電装置が、熱水の状態の熱媒体を介して熱エネルギーを受けるため、ガス状の熱媒体が用いられる場合に比べ、バイナリ発電装置への入熱量を大きくすることができる。このため、熱源ガスの温度が例えば３５０℃以下の場合であっても、十分な発電を行うことができる。しかも、弁制御部が、ボイラーを通過した排ガスの温度が、排ガス中の腐食成分の酸露点以上の温度となるように調整弁部材の開度を制御する。このため、熱媒体によって熱が回収された後の低温の排ガスから腐食成分が結露することを防止することができる。したがって、配管等の腐食を防止することができる。
前記排熱回収装置は、前記熱水の状態の熱媒体の温度を検出する温度センサと、前記熱水の状態の熱媒体の圧力を検出する圧力センサと、を備えていてもよい。この場合において、前記開度制御部は、前記熱媒体の温度が予め設定された範囲となり、かつ、前記熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上の状態を維持するように、前記調整弁部材の開度を制御してもよい。
この態様では、熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上の状態を維持されるため、熱媒体の沸騰を抑制することができる。このため、熱媒体の熱を効率的にバイナリ発電装置に伝達することができる。また、熱媒体の沸騰を抑制して、熱媒体が熱水の状態に維持されるため、十分な発電を確保できるだけでなく、ボイラー内等の管内の圧力が上昇した場合に対処できるための対策を施しておく必要がなくなる。また、熱媒体の温度が予め設定された範囲にコントロールされるため、バイナリ発電装置による熱回収効率を上げることができる。
また前記排熱回収装置は、前記熱水の状態の熱媒体の温度を検出する温度センサと、前記熱水の状態の熱媒体の圧力を検出する圧力センサと、を備えていてもよい。この場合、前記開度制御部は、前記熱水ポンプを停止させる際に、前記熱媒体の温度が予め設定された温度以上となり、かつ前記熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上の状態を維持するように、前記調整弁部材の開度を制御してもよい。
この態様では、熱水ポンプの停止時に、熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上の状態を維持されるため、熱水ポンプの停止時においても、熱媒体の沸騰を抑制することができる。このため、熱媒体の熱を効率的にバイナリ発電装置に伝達することができる。しかも、熱水ポンプの停止時においても、熱媒体の温度が予め設定された範囲にコントロールされるため、バイナリ発電装置による熱回収効率を上げることができる。
前記調整弁部材は、前記バイパス路に設けられた流量調整弁を含んでいてもよい。この場合、前記弁制御部は、前記熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上になるように、前記バイパス路への熱源ガスの流入量を増大させるように前記流量調整弁の開度を制御するように構成されていてもよい。この態様では、ボイラーに流入するのではなく、バイパス路を介してボイラーを迂回するように熱源ガスを流すだけで、熱媒体への入熱量を抑制することができる。したがって、熱源ガス自体の流量を調整する等の複雑な制御を要することなく、熱媒体の沸騰を抑制することができる。
前記調整弁部材は、前記主流路に設けられた流量調整弁を含んでいてもよい。この場合、前記弁制御部は、前記熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上になるように、前記流量調整弁の開度を小さくするように構成されていてもよい。この態様では、流量調整弁の開度を小さくすることにより、ボイラーへの流入量を制限することができるため、熱源ガスをバイパス路に効率的に迂回させることができる。
前記排熱回収装置は、前記熱水の状態の熱媒体の温度を検出する温度センサと、前記熱水の状態の熱媒体の圧力を検出する圧力センサと、前記熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上の状態を維持するように、前記熱水ポンプの回転数を増大させるポンプ制御部と、を備えていてもよい。この態様では、熱水ポンプの回転数を増大させることによってボイラーへの熱媒体の流入量を増大させ、それにより、ボイラーでの熱媒体の沸騰を抑制することができる。
また、本発明は、前記排熱回収装置のバイナリ発電装置として用いられるバイナリ発電装置である。
以上説明したように、本発明によれば、腐食成分を含む排ガスから効率よく熱回収を行うことができる。
本発明の実施形態に係る排熱回収装置の全体構成を概略的に示す図である。 前記排熱回収装置における立ち上げ運転を説明するためのフロー図である。 前記排熱回収装置における定常運転を説明するためのフロー図である。 前記排熱回収装置における停止運転を説明するためのフロー図である。 本発明のその他の実施形態に係る排熱回収装置の全体構成を概略的に示す図である。 図５の排熱回収装置における定常運転を説明するためのフロー図である。 本発明のその他の実施形態に係る排熱回収装置の全体構成を概略的に示す図である。
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。
図１に示すように、本実施形態に係る排熱回収装置１０は、ボイラー１２の熱源ガスとして用いられるガスの排熱を回収するための装置であり、ボイラー１２と、バイナリ発電装置１４と、熱媒体回路１６と、コントローラ２０と、を備えている。ボイラー１２とバイナリ発電装置１４とは、熱媒体回路１６によって接続されている。
ボイラー１２には、熱源ガスとしての排ガスが流れる主流路２５が接続されている。この主流路２５は、熱媒体回路１６に接続されるボイラー１２を挟んで、上流側に位置する上流部２５ａと、下流側に位置する下流部２５ｂとを有している。ボイラー１２は、ハウジング１２ａ内に配管１２ｂが収容された構成であって、配管１２ｂには、熱媒体回路１６を流れる熱媒体が流入する。一方、上流部２５ａからボイラー１２のハウジング１２ａ内に導入された排ガスは、配管１２ｂ内の熱媒体を加熱し、その後、下流部２５ｂに排出される。下流部２５ｂから排出された排ガスは、例えば排ガスの処理装置に送られたり、あるいは外部に排出される。
排ガスは、ボイラー１２に導入する前には、例えば２５０℃〜３５０℃程度の温度を有している。そして、ボイラー１２では、熱媒体が排ガスによって熱水になるように（又は熱水の状態が維持されるように）加熱される。例えば、熱媒体は、例えば１００℃〜１５０℃程度の熱水になるように、ボイラー１２で加熱される。
上流部２５ａ及び下流部２５ｂには、それぞれ流量調整弁Ｖ２，Ｖ３が設けられている。これら流量調整弁Ｖ２，Ｖ３は、何れも開度調整可能な弁によって構成されている。流量調整弁Ｖ２，Ｖ３の開度が変わることにより、主流路２５を流れる排ガスの流量が調整される。流量調整弁Ｖ２又は流量調整弁Ｖ３は、ボイラー１２に流れる排ガスの流量を調整するための調整弁部材として機能する。なお、流量調整弁Ｖ２及び流量調整弁Ｖ３の一方を省略することができる。
なお、本実施形態では、熱源ガスとして排ガスが用いられているが、これに限られるものはなく、例えば、高温の空気等が用いられていてもよい。この空気は、例えば２５０℃〜３５０℃程度の温度を有しているのが好ましい。
主流路２５には、ボイラー１２を迂回するようにバイパス路２７が接続されている。バイパス路２７は、一端部が主流路２５の上流部２５ａに接続され、他端部が主流路２５の下流部２５ｂに接続されている。バイパス路２７には、流量調整弁Ｖ１が設けられている。流量調整弁Ｖ１は、開度調整可能な弁によって構成されている。流量調整弁Ｖ１の開度が変わることにより、バイパス路２７を流れる排ガスの流量が調整される。バイパス路２７に設けられた流量調整弁Ｖ１は、ボイラー１２に流れる排ガスの流量を調整するための調整弁部材として機能する。
主流路２５の上流部２５ａ及び下流部２５ｂには、それぞれ温度センサＴｇ１，Ｔｇ２が設けられている。温度センサＴｇ１は、ボイラー１２に導入される排ガスの温度を検知し、検知温度に応じた信号を出力する。温度センサＴｇ２は、ボイラー１２から排出された排ガスの温度を検知し、検知温度に応じた信号を出力する。
バイナリ発電装置１４は、作動ポンプ３１と蒸発器３２と膨張機３３と凝縮器３４と設けられた作動媒体の循環回路３５を有している。作動ポンプ３１が駆動することにより、作動媒体が循環回路３５内を循環する。作動媒体はＲ２４５ｆａ等の低沸点冷媒である。作動ポンプ３１は、回転数を調整可能なポンプによって構成されている。
蒸発器３２は、熱媒体によって作動媒体を加熱するように構成されており、作動媒体を蒸発させる。膨張機３３は、蒸発器３２で得られたガス状の作動媒体を膨張させる。膨張機３３には、発電機３６が接続されていて、膨張機３３の動作によって発電機３６による発電が行われる。凝縮器３４は、膨張機３３で膨張した作動媒体を、冷却回路３８を流れる冷却媒体（冷却水等）によって冷却し、ガス状の作動媒体を凝縮させる。冷却回路３８は冷却器３９に接続されている。
熱媒体回路１６は、ボイラー１２の配管１２ｂに接続されるとともに、バイナリ発電装置１４の蒸発器３２にも接続されている。熱媒体回路１６は、ボイラー１２で加熱された熱媒体が熱水の状態を維持しながら循環できるように密閉状態となっている。また、熱媒体回路１６は、熱水の状態に耐え得る高耐圧の管路によって構成されている。
熱媒体回路１６には、熱水ポンプ（熱媒体ポンプ）４２とタンク４３とガス抜き弁Ｖ４と補給部４４とが設けられている。熱水ポンプ４２が駆動することにより、熱媒体が加圧された状態で熱媒体回路１６内を循環する。タンク４３は、熱媒体回路１６内の一部の熱媒体を貯留する。タンク４３は、熱媒体の循環流量が変動する場合のバッファとしての機能を有する。ガス抜き弁Ｖ４は、熱媒体回路１６内に水を充填する際の回路内の空気を抜くために用いられる。補給部４４は、熱媒体回路１６に水を補給するための部位である。
なお、タンク４３は、熱水ポンプ４２よりも上方に設置されている。これにより、熱水ポンプ４２の吸引側には、タンク４３と熱水ポンプ４２との高さの差に応じたヘッド差圧がかかり、熱水ポンプ４２でのキャビテーションが防止されている。ただし、タンク４３と熱水ポンプ４２の位置関係はこれに限られるものではない。
熱媒体回路１６には、圧力センサＰｗ１と、温度センサＴｗ１とが設けられている。圧力センサＰｗ１及び温度センサＴｗ１は、熱媒体回路１６におけるボイラー１２の下流側、より具体的には、ボイラー１２とバイナリ発電装置１４との間に設けられている。圧力センサＰｗ１は、ボイラー１２で加熱された熱媒体の圧力を検知し、検知圧力に応じた信号を出力する。温度センサＴｗ１は、ボイラー１２で加熱された熱媒体の温度を検知し、検知温度に応じた信号を出力する。
コントローラ２０は、排熱回収装置１０の運転制御を行うための制御部であり、温度センサＴｇ１、温度センサＴｇ２、圧力センサＰｗ１及び温度センサＴｗ１から出力された信号が入力される。
コントローラ２０は、図略の記憶部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。この機能には、運転制御部５１、過冷却度導出部５２及び弁制御部５３が含まれる。
運転制御部５１は、立ち上げ運転、定常運転及び停止運転を行うための制御を行う。立ち上げ運転は、排熱回収装置１０を起動するときの運転であり、定常運転は、バイナリ発電装置１４が稼働しているときの運転であり、停止運転は、排熱回収装置１０を停止するときの運転である。いずれの運転の場合においても、運転制御部５１は、流量調整弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３及びガス抜き弁Ｖ４の開閉制御、熱水ポンプ４２及びポンプの駆動制御を行う。
過冷却度導出部５２は、圧力センサＰｗ１及び温度センサＴｗ１から出力された信号を用いて、熱媒体回路１６内の熱媒体の過冷却度Ｓｃを導出する。具体的には、コントローラ２０の図略の記憶部には、熱媒体の圧力と飽和温度とを関連付けた情報が記憶されていて、過冷却度導出部５２は、この情報を用いて、圧力センサＰｗ１の検知圧力に相当する飽和温度Ｔｓを導出する。そして、過冷却度導出部５２は、導出された飽和温度Ｔｓと温度センサＴｗ１の検出温度ｔｗ１との差分から、熱媒体の過冷却度Ｓｃを導出する。
弁制御部５３は、熱媒体の沸騰を抑制するための制御を行う。具体的には、弁制御部５３は、過冷却度導出部５２によって導出された過冷却度が予め設定された閾値ｅ（℃）よりも大きくなるように、流量調整弁Ｖ１，Ｖ２の開閉制御を実行する。
また、弁制御部５３は、ボイラー１２からの排出ガス温度を予め設定された温度ｆ（℃）以上に維持するための制御を行う。具体的には、弁制御部５３は、温度センサＴｇ２の検出値が予め設定された閾値ｆよりも大きくなるように、流量調整弁Ｖ１，Ｖ２の開度制御を実行する。なお、弁制御部５３は、流量調整弁Ｖ１，Ｖ２の開度制御を行うとともに、熱水ポンプ４２の回転制御を行ってもよい。
続いて、本実施形態に係る排熱回収装置１０の運転動作について説明する。まず、排熱回収装置１０の立ち上げ運転の制御動作について、図２を参照しつつ説明する。
立ち上げ運転を開始すると（ステップＳＴ１）、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ１を開放するとともに主流路２５の流量調整弁Ｖ２を閉鎖する（ステップＳＴ２）。これにより、熱源ガスとしての排ガスは、ボイラー１２に導入されずに、バイパス路２７を流れて、下流部２５ｂから排出される。なお、下流部２５ｂの流量調整弁Ｖ３も閉鎖されるが、排ガスがボイラー１２側に流れ込まないようであれば、流量調整弁Ｖ３は開放されていてもよい。
続いて、熱水ポンプ４２の駆動を開始する（ステップＳＴ３）。これにより、熱媒体は熱媒体回路１６を循環する。なお、このとき、冷却回路３８に冷却媒体を循環させる。
その後、主流路２５の流量調整弁Ｖ２の開度を最低開度で開くとともに、流量調整弁Ｖ２の開度を徐々に大きくする（ステップＳＴ４，ＳＴ５）。このとき、熱媒体回路１６を流れる熱媒体の温度を温度センサＴｗ１で監視しつつ、熱媒体の温度（温度センサＴｗ１の検出温度ｔｗ１）が目標温度になるように、流量調整弁Ｖ２の開度を徐々に大きくする。なお、流量調整弁Ｖ２を開けるのに合わせて、下流側の流量調整弁Ｖ３も開放しておく。
流量調整弁Ｖ２の開度を徐々に大きくしている間、熱媒体の過冷却度Ｓｃが予め設定された閾値ｅ（℃）よりも大きいか否か監視している（ステップＳＴ６）。このとき、過冷却度Ｓｃは、圧力センサＰｗ１の検出圧力に相当する飽和温度Ｔｓと温度センサＴｗ１の検出温度ｔｗ１との差分から導出される。弁制御部５３は、過冷却度Ｓｃが閾値ｅ以下であれば、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ２の開度を所定開度だけ小さくする（ステップＳＴ７）。これにより、ボイラー１２に導入される排ガスの流量が低減されるため、熱媒体の過冷却度は大きくなる。なお、流量調整弁Ｖ２の開度が最低開度であれば、主流路２５の流量調整弁Ｖ１の開度を所定開度だけ大きくする。
そして、温度センサＴｗ１の検出値ｔｗ１が予め設定された温度ａ（℃）よりも大きくなると、バイナリ発電装置１４の作動ポンプ３１を起動する（ステップＳＴ８，ＳＴ９）。これにより、バイナリ発電装置１４が稼働して、発電が開始される。なお、温度ａは、蒸発器３２に導入される熱媒体の温度であって、バイナリ発電装置１４が安定して発電できる温度として設定された温度である。
作動ポンプ３１が起動した後、作動ポンプ３１が定格回転数になるまでの間も、熱媒体の温度が監視される。そして、作動ポンプ３１が定格回転数に達すると立ち上げ運転から定常運転に移行する。
立ち上げ運転において、作動ポンプ３１の起動後は、ポンプ回転数が定格回転数に達したか否か判断されており（ステップＳＴ１０）、定格回転数に達するまでの間、ステップＳＴ１１〜ＳＴ１６が実行される。ステップＳＴ１１では、熱媒体の温度（温度センサＴｗ１の検出値ｔｗ１）が予め定められた下限値ｂ（℃）を超えているか否かが判断される。熱媒体の温度が下限値ｂ以下の場合には、上流部２５ａの流量調整弁Ｖ２の開度を所定開度だけ大きくする（ステップＳＴ１２）。これにより、ボイラー１２に流入する排ガスの流量が増大するため、熱媒体の温度を上昇させることができる。なお、流量調整弁Ｖ２の開度が全開の場合には、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ１の開度を小さくする。
一方、熱媒体の温度が下限値ｂを超えている場合には、ステップＳＴ１３に移行し、熱媒体の過冷却度Ｓｃが予め設定された閾値ｅ（℃）よりも大きいか否か判断する。弁制御部５３は、熱媒体の過冷却度Ｓｃが閾値ｅ以下であれば、流量調整弁Ｖ２の開度を所定開度だけ小さくする（ステップＳＴ１４）。これにより、ボイラー１２に流入する排ガスの流量が低減されるため、熱媒体の温度を低くさせることができて、熱媒体の過冷却度Ｓｃを大きくすることができる。なお、流量調整弁Ｖ２の開度が最低開度の場合には、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ１の開度を大きくする。
熱媒体の過冷却度Ｓｃが閾値ｅよりも大きな値であれば、熱媒体の温度が予め定められた上限値ｃ（℃）を超えているか否か判断する（ステップＳＴ１５）。熱媒体の温度が上限値ｃ以下であれば、ステップＳＴ１０に戻る。一方、熱媒体の温度が上限値ｃを超えている場合には、主流路２５の流量調整弁Ｖ２を全閉にするとともに、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ１を開放する（ステップＳＴ１６）。すなわち、熱媒体の温度が上限値ｃを超えるような場合には、ボイラー１２に排ガスが導入されるのを防止する。このように、熱媒体の温度が所定範囲に収まった状態を確保することにより、熱水が蒸発してしまうことが防止される。
続いて、図３を参照しつつ、定常運転の制御動作について説明する。
定常運転においても、熱媒体回路１６を流れる熱媒体の温度が監視されており、熱媒体の温度が所定範囲内に収まるように制御がなされている。具体的には、ステップＳＴ２１において、熱媒体の温度（温度センサＴｗ１の検出値ｔｗ１）が予め定められた下限値ｂ（℃）を超えているか否かが判断される。熱媒体の温度が下限値ｂ以下の場合には、ステップＳＴ２２に移行して、流量調整弁Ｖ２の開度を所定開度だけ大きくする。これにより、ボイラー１２に流入する排ガスの流量が増大するため、熱媒体の温度を上昇させることができる。なお、流量調整弁Ｖ２の開度が全開の場合には、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ１の開度を小さくする。
一方、熱媒体の温度が下限値ｂを超えている場合には、ステップＳＴ２３に移行し、熱媒体の過冷却度Ｓｃが閾値ｅ（℃）よりも大きいか否か判断する。弁制御部５３は、熱媒体の過冷却度Ｓｃが閾値ｅ以下であれば、流量調整弁Ｖ２の開度を所定開度だけ小さくする（ステップＳＴ１４）。これにより、ボイラー１２に流入する排ガスの流量が低減されるため、熱媒体の温度を低くさせることができて、熱媒体の過冷却度Ｓｃを大きくすることができる。なお、流量調整弁Ｖ２の開度が最低開度の場合には、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ１の開度を大きくする。
熱媒体の過冷却度Ｓｃが閾値ｅよりも大きな値であれば、ステップＳＴ２５に移行する。ステップＳＴ２５において、ボイラー１２から排出された排ガスの温度（温度センサＴｇ２の検出値ｔｇ２）が予め設定された温度ｆ（℃）よりも大きいか否か判定する。そして、ボイラー１２から排出された排ガスの温度が、温度ｆ以下の場合には、ステップＳＴ２４に移行し、流量調整弁Ｖ２の開度を所定開度だけ小さくする。温度ｆは、例えば、１５０℃程度に設定されている。これにより、排ガスから熱媒体に奪われる熱量が減少し、排ガスの温度が１５０℃程度よりも高い温度に維持されるため、排ガスが流れる管路の酸露点腐食を防止することができる。
一方、ボイラー１２から排出された排ガスの温度が、温度ｆを超えている場合には、ステップＳＴ２７に移行し、熱媒体の温度が予め定められた上限値ｃ（℃）を超えているか否か判断する。熱媒体の温度が上限値ｃ以下の場合には、ステップＳＴ２１に戻る。これにより、熱媒体の温度が所定範囲に収まった状態を確保することができる。一方、熱媒体の温度が上限値ｃを超えている場合、ステップＳＴ２８に移行し、主流路２５の流量調整弁Ｖ２を全閉にするとともに、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ１を開放する。すなわち、熱媒体の温度が上限値ｃを超えるような場合には、ボイラー１２に排ガスが導入されるのを防止することにより、熱媒体の温度が所定範囲に収まった状態を確保することができる。
次に、停止運転時の制御動作について、図４を参照しつつ説明する。
停止運転は、コントローラ２０が停止信号を受けることにより開始される（ステップＳＴ３１）。コントローラ２０が停止信号を受けると、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ１を全開まで開放する一方で、主流路２５の流量調整弁Ｖ２を開度はそのまま維持する（ステップＳＴ３２）。また、熱水ポンプ４２はそのまま駆動を継続し（ステップＳＴ３３）、作動ポンプ３１の停止運転に入る（ステップＳＴ３４）。
そして、作動ポンプ３１が停止するまでの間においても、熱媒体の温度を監視し、熱媒体の温度を所定範囲に収めるための制御を行う。具体的には、まず、熱媒体の温度（温度センサＴｗ１の検出値ｔｗ１）が予め定められた下限値ｂ（℃）を超えているか否かが判断される（ステップＳＴ３５）。熱媒体の温度が下限値ｂ以下の場合には、ステップＳＴ３６に移行して、流量調整弁Ｖ２の開度を所定開度だけ大きくする。これにより、ボイラー１２に流入する排ガスの流量が増大するため、熱媒体の温度を上昇させることができる。なお、流量調整弁Ｖ２の開度が全開の場合には、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ１の開度を小さくする。
一方、熱媒体の温度が下限値ｂを超えている場合には、ステップＳＴ３７に移行し、熱媒体の過冷却度Ｓｃが予め設定された閾値ｅ（℃）よりも大きいか否か判断する。弁制御部５３は、熱媒体の過冷却度Ｓｃが閾値ｅ以下であれば、流量調整弁Ｖ２の開度を所定開度だけ小さくする（ステップＳＴ３８）。これにより、ボイラー１２に流入する排ガスの流量が低減されるため、熱媒体の温度を低くさせることができて、熱媒体の過冷却度Ｓｃを大きくすることができる。なお、流量調整弁Ｖ２の開度が最低開度の場合には、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ１の開度を大きくする。
熱媒体の過冷却度Ｓｃが閾値ｅよりも大きな値であれば、作動ポンプ３１が停止したかを確認したうえで、熱媒体の温度が予め定められた上限値ｃ（℃）を超えているか否か判断する（ステップＳＴ３９，ＳＴ４０）。作動ポンプ３１がまだ停止していない場合において、熱媒体の温度が上限値ｃ以下であれば、ステップＳＴ３５に戻る。作動ポンプ３１が停止するまでの間、ステップＳＴ３５〜ＳＴ４０が繰り返される。
なお、バイナリ発電装置１４を停止する（すなわち、作動ポンプ３１の駆動を止める）際に熱媒体の温度が下限値ｂ（℃）を超えているかどうかの判断を行い（ステップＳＴ３５）、また、熱媒体の過冷却度Ｓｃが閾値ｅよりも大きいか否かの判断を行う（ステップＳＴ３７）のは、以下の理由による。すなわち、バイナリ発電装置を停止すると、蒸発器３２内の作動媒体が全て蒸発して熱負荷の受け入れができなくなってしまう虞がある。その場合には、熱媒体系内の温度が上昇する方向に働いてしまう。これを防止するために、一定以上の温度、かつ、一定以上の過冷却度になるように制御している。なお、バイナリ発電装置１４の停止時であっても、バイナリ発電装置１４では、凝縮器３４に冷却水が流れ続け、作動媒体は凝縮され続けるように制御されている。
一方、熱媒体の温度が上限値ｃを超えている場合には、主流路２５の流量調整弁Ｖ２を全閉にするとともに、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ１を開放する（ステップＳＴ４１）。すなわち、熱媒体の温度が上限値ｃを超えるような場合には、ボイラー１２に排ガスが導入されるのを防止する。これにより、熱媒体の温度が所定範囲に収まった状態を確保することができる。
そして、作動ポンプ３１が停止した場合には、ステップＳＴ４１に移行し、主流路２５の流量調整弁Ｖ２を全閉にするとともに、バイパス路２７の流量調整弁Ｖ１を開放する。これで停止運転が終了する。
以上説明したように、本実施形態では、熱水の状態の熱媒体を熱源として、バイナリ発電装置１４において熱エネルギーを回収する。このため、例えば３５０℃以下の排ガスの熱エネルギーを効率的に回収することができる。すなわち、バイナリ発電装置１４が、熱水の状態の熱媒体を介して熱エネルギーを受けるため、バイナリ発電装置１４への入熱量を大きくすることができる。このため、熱源ガスの温度が例えば３５０℃以下の場合であっても、十分な発電を行うことができる。しかも、本実施形態では、熱媒体の沸騰を抑制して、熱媒体が熱水の状態に維持されるため、十分な発電を確保できるだけでなく、ボイラー１２内等の管内の圧力が上昇した場合に対処できるための対策を施しておく必要がなくなる。
また、弁制御部が、ボイラー１２を通過した排ガスの温度が、排ガス中の腐食成分の酸露点以上の温度となるように調整弁部材Ｖ１，Ｖ２の開度を制御する。このため、熱回収後の排ガスの温度が酸露点以上に制御され、腐食成分が結露して配管等を腐食してしまうことが抑制される。
また、本実施形態では、熱媒体の過冷却度が予め設定された閾値ｅ（℃）以上の状態を維持されるため、熱媒体の沸騰を抑制することができる。このため、熱媒体の熱を効率的にバイナリ発電装置１４に伝達することができる。また、熱媒体の沸騰を抑制することができるため、蒸発器３２において作動媒体が効率的に蒸発する状態を維持することができ、熱回収効率が低下を防止することができる。また、熱媒体が流れる管内の圧力が上昇した場合の対策を施しておく必要もない。しかも、熱媒体の温度が予め設定された範囲にコントロールされるため、バイナリ発電装置１４による熱回収効率を上げることができる。
また、本実施形態では、熱水ポンプ４２の停止時に、熱媒体の過冷却度が予め設定された閾値ｅ（℃）以上の状態を維持されるため、熱媒体の沸騰を抑制することができる。このため、熱水ポンプ４２の停止時においても、熱媒体の熱を効率的にバイナリ発電装置１４に伝達することができる。しかも、熱水ポンプ４２の停止時においても、熱媒体の温度が予め設定された範囲にコントロールされるため、バイナリ発電装置１４による熱回収効率を上げることができる。
また、本実施形態では、弁制御部５３が、ボイラー１２に向かって流れる排ガスの少なくとも一部をバイパス路２７に流れるようにすることで、バイパス路２７への排ガスの流入量を増大させるように構成されている。すなわち、排ガスがボイラー１２に流入するのではなく、バイパス路２７を介してボイラー１２を迂回するように熱源ガスを流すだけで、熱媒体への入熱量を抑制することができる。したがって、排ガス自体の流量を調整する等の複雑な制御を要することなく、熱媒体の沸騰を抑制することができる。
また、本実施形態では、流量調整弁Ｖ２の開度を小さくすることにより、ボイラー１２の流入量を制限することができるため、排ガスをバイパス路２７に効率的に迂回させることができる。
また、本実施形態では、熱媒体の過冷却度を導出する過冷却度導出部５２を有しているので、熱媒体の過冷却度が導出されて、過冷却度が予め設定された値以上に維持される。このため、熱媒体の沸騰をより確実に抑制することができる。
また、本実施形態では、立ち上げ運転時に熱媒体の沸騰を抑制する。立ち上げ運転時においては、バイナリ発電装置１４が稼働していないため、熱媒体回路１６において、熱媒体の熱がバイナリ発電装置１４によって吸熱されず、熱媒体が沸騰してしまう虞がある。このため、立ち上げ運転時に熱媒体の沸騰を抑制する制御を行えば、効果的である。
また、停止運転時において、バイナリ発電装置１４の停止運転に伴い、熱媒体回路１６において、熱媒体がバイナリ発電装置１４によって吸熱されないこととなり、熱媒体が沸騰してしまう虞がある。このため、停止運転時に熱媒体の沸騰を抑制する制御を行えば、効果的である。
また定常運転時にも熱媒体の沸騰を抑制するため、バイナリ発電装置１４への入熱量を大きくすることができ、十分な発電を行うことができる。
また、本実施形態では、ボイラー１２からの排出ガス温度を予め設定された温度以上に維持するため、熱願ガスとして例えば排気ガス等が用いられる場合であっても、酸露点腐食を防止することができる。
なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、熱水ポンプ４２は、一定回転数で駆動されるポンプであってもよく、回転数を調整可能なポンプによって構成されていてもよい。熱水ポンプ４２が回転数を調整可能なポンプで構成されている場合、コントローラ２０は、熱媒体の過冷却度Ｓｃが閾値ｅ以下のときに、熱水ポンプ４２の回転数を増大させる制御を行うポンプ制御部５５を備えていてもよい。すなわち、熱媒体の過冷却度Ｓｃが閾値ｅ以下のときにステップＳＴ２３がＮＯとなるため、図６に示すように、ポンプ制御部５５は、熱水ポンプ４２の回転数を増大させる制御を行う（ステップＳＴ２９）。またこの場合、コントローラ２０は、流量調整弁Ｖ２の開度制御と併せて熱水ポンプ４２の回転数制御を行ってもよく、あるいは、流量調整弁Ｖ２の開度制御を行うことなく、熱水ポンプ４２の回転数制御を行ってもよい。この形態では、熱水ポンプ４２の回転数を増大させることによってボイラー１２への熱媒体の流入量を増大させ、それにより、ボイラー１２での熱媒体の沸騰を抑制することができる。
熱水ポンプ４２が一定回転数で駆動されるポンプで構成される場合には、タンク４３を省略することが可能である。
また、コントローラ２０は、図７に示すように、熱媒体の過冷却度Ｓｃが閾値ｅ以下のときに、作動ポンプ３１の回転数を増大させる制御を行う作動ポンプ制御部５６を備えていてもよい。またこの場合、コントローラ２０は、流量調整弁Ｖ２の開度制御と併せて作動ポンプ３１の回転数制御を行ってもよく、あるいは、流量調整弁Ｖ２の開度制御を行うことなく、作動ポンプ３１の回転数制御を行ってもよい。
１０ 排熱回収装置
１２ ボイラー
１４ バイナリ発電装置
１６ 熱媒体回路
２７ バイパス路
３５ 循環回路
４２ 熱水ポンプ
５２ 過冷却度導出部
５３ 弁制御部
５５ ポンプ制御部

Claims (7)

  1. 腐食成分を含む排ガスが流れる主流路と、
    前記主流路に設けられ、前記排ガスによって熱媒体を熱水の状態に加熱するボイラーと、
    前記ボイラーを迂回するように前記主流路に接続されたバイパス路と、
    前記ボイラーを流れる排ガスの流量を調整するための調整弁部材と、
    熱水ポンプを有し、前記ボイラーによって熱水の状態に加熱された熱媒体を循環させる熱媒体回路と、
    作動媒体が循環する循環回路を有し、前記熱媒体回路の熱媒体から熱エネルギーを回収して発電を行うバイナリ発電装置と、
    前記ボイラーを通過した排ガスの温度が、排ガス中の腐食成分の酸露点以上の温度となるように前記調整弁部材の開度を制御する弁制御部と、を備えた排熱回収装置。
  2. 前記熱水の状態の熱媒体の温度を検出する温度センサと、
    前記熱水の状態の熱媒体の圧力を検出する圧力センサと、を備え、
    前記弁制御部は、前記熱媒体の温度が予め設定された範囲となり、かつ、前記熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上の状態を維持するように、前記調整弁部材の開度を制御する請求項１に記載の排熱回収装置。
  3. 前記熱水の状態の熱媒体の温度を検出する温度センサと、
    前記熱水の状態の熱媒体の圧力を検出する圧力センサと、を備え、
    前記弁制御部は、前記熱水ポンプを停止させる際に、前記熱媒体の温度が予め設定された温度以上となり、かつ前記熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上の状態を維持するように、前記調整弁部材の開度を制御する請求項１に記載の排熱回収装置。
  4. 前記調整弁部材は、前記バイパス路に設けられた流量調整弁を含み、
    前記弁制御部は、前記熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上になるように、前記バイパス路への熱源ガスの流入量を増大させるように前記流量調整弁の開度を制御するように構成されている請求項２又は３に記載の排熱回収装置。
  5. 前記調整弁部材は、前記主流路に設けられた流量調整弁を含み、
    前記弁制御部は、前記熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上になるように、前記流量調整弁の開度を小さくするように構成されている請求項２又は３に記載の排熱回収装置。
  6. 前記熱水の状態の熱媒体の温度を検出する温度センサと、
    前記熱水の状態の熱媒体の圧力を検出する圧力センサと、
    前記熱媒体の過冷却度が予め設定された値以上の状態を維持するように、前記熱水ポンプの回転数を増大させるポンプ制御部と、を備えている請求項１に記載の排熱回収装置。
  7. 請求項１から６の何れか１項に記載されている排熱回収装置のバイナリ発電装置として用いられるバイナリ発電装置。
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