JP2019019797A - 熱電併給システム及び熱電併給システムの運転方法 - Google Patents
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Abstract
Description
作動流体が流れるランキンサイクル経路と、
熱源から供給される熱媒体が流れる熱媒体経路と、
前記ランキンサイクル経路上に配置され、前記熱媒体が有する熱を直接的又は間接的に受け取って前記作動流体を加熱する蒸発器と、
前記ランキンサイクル経路上に配置され、前記蒸発器から流出した前記作動流体の膨張により回転動力を発生させる膨張機と、
前記ランキンサイクル経路上に配置され、前記膨張機から流出した前記作動流体を冷却する凝縮器と、
前記ランキンサイクル経路上に配置され、前記凝縮器から流出した前記作動流体を前記蒸発器へ圧送するポンプと、
前記作動流体を加熱するために放熱した後の前記熱媒体の温度を検出する温度センサと、
前記ランキンサイクル経路における前記蒸発器の出口と前記膨張機の入口との間を流れる前記作動流体の圧力を決定するためのセンサと、
前記温度センサによって検出された温度に基づいて前記ポンプの回転数を調節し、かつ、前記センサによる検出結果に応じて決定された圧力に基づいて前記膨張機の回転数を調節する制御装置と、を備えた、
熱電併給システムを提供する。
近年では、大規模なCHPシステムだけでなく、病院、学校、及び図書館などの比較的小規模な施設に併設できるCHPシステム及び一般家庭用のCHPシステム(マイクロCHPシステム)が注目を浴びている。CHPシステムでは、特許文献1に記載の通り、発電サイクルにランキンサイクルが使用されうる。従来のランキンサイクルは、発電所等の施設においてボトミングサイクルに用いられ、一定の発電出力を維持しながら運転されることが多く、ランキンサイクルの運転条件も一定であった。しかしながら、小規模施設用のCHPシステム又は一般家庭用のCHPシステムでは、二次利用先における熱の使用量及び二次利用される熱媒体の必要温度等の熱需要の変動がCHPシステムの性能及び効率に大きな影響を及ぼす。小規模施設用のCHPシステム又は一般家庭用のCHPシステムでは、施設又は家庭ごと二次利用先において必要な熱量及び熱媒体の温度が異なる。また、同一施設又は同一家庭においても、例えば、熱を暖房に利用する場合には、夜間と昼間との間で暖房負荷及び/又は暖房のために熱媒体に必要な温度が大きく変動する。暖房負荷の変動及び/又は暖房のために熱媒体に必要な温度の変動は、冬期と夏期との間でも大きい。熱を給湯に利用する場合には、一時的に給湯負荷が発生するので、二次利用先において必要な熱量及び二次利用される熱媒体の必要温度が大きく変動する。従って、小規模施設用のCHPシステム又は一般家庭用のCHPシステムは、大きく変動する熱需要及び熱媒体の必要温度に対応できることが重要になる。
作動流体が流れるランキンサイクル経路と、
熱源から供給される熱媒体が流れる熱媒体経路と、
前記ランキンサイクル経路上に配置され、前記熱媒体が有する熱を直接的又は間接的に受け取って前記作動流体を加熱する蒸発器と、
前記ランキンサイクル経路上に配置され、前記蒸発器から流出した前記作動流体の膨張により回転動力を発生させる膨張機と、
前記ランキンサイクル経路上に配置され、前記膨張機から流出した前記作動流体を冷却する凝縮器と、
前記ランキンサイクル経路上に配置され、前記凝縮器から流出した前記作動流体を前記蒸発器へ圧送するポンプと、
前記作動流体を加熱するために放熱した後の前記熱媒体の温度を検出する温度センサと、
前記ランキンサイクル経路における前記蒸発器の出口と前記膨張機の入口との間を流れる前記作動流体の圧力を決定するためのセンサと、
前記温度センサによって検出された温度に基づいて前記ポンプの回転数を調節し、かつ、前記センサによる検出結果に応じて決定された圧力に基づいて前記膨張機の回転数を調節する制御装置と、を備えた、
熱電併給システムを提供する。
第1態様の熱電併給システムの運転方法であって、
前記制御装置は、前記温度センサによって検出された温度が所定の温度範囲に収まっているか否かを判定し、
前記温度が前記所定の温度範囲に収まっていない場合に、前記ポンプの回転数を変更し、
前記制御装置は、前記ポンプの回転数を変更した後に前記センサによる検出結果に応じて決定された圧力が所定の圧力範囲に収まっているか否かを判定し、
前記圧力が前記所定の圧力範囲に収まっていない場合に、前記膨張機の回転数を変更する、
方法を提供する。
(i)制御装置5は、温度センサ20によって検出された温度が所定の温度範囲に収まっているか否かを判定する。
(ii)温度センサ20によって検出された温度が上記の所定の温度範囲に収まっていない場合に、ポンプ14の回転数を変更する。
(iii)制御装置5は、ポンプ14の回転数を変更した後に圧力センサ22によって検出された圧力が所定の圧力範囲に収まっているか否かを判定する。
(iv)ポンプ14の回転数を変更した後に圧力センサ22によって検出された圧力が上記の所定の圧力範囲に収まっていない場合に、膨張機11の回転数を変更する。
CHPシステム1aは、様々な観点から変更可能である。例えば、CHPシステム1aは、図3に示すCHPシステム1bのように変更されてもよい。CHPシステム1bは、特に説明する場合を除き、CHPシステム1aと同様に構成される。CHPシステム1aの構成要素と同一又は対応するCHPシステム1bの構成要素には、CHPシステム1aの構成要素と同一の符号を付し、詳細な説明を省略することがある。CHPシステム1aに関する説明は、技術的に矛盾しない限り、CHPシステム1bにも適用される。
2 熱媒体経路
3 ランキンサイクル経路
5 制御装置
11 膨張機
13 凝縮器
14 ポンプ
16 蒸発器
17 ファン
20 温度センサ
22 センサ(圧力センサ)
Claims (7)
- 作動流体が流れるランキンサイクル経路と、
熱源から供給される熱媒体が流れる熱媒体経路と、
前記ランキンサイクル経路上に配置され、前記熱媒体が有する熱を直接的又は間接的に受け取って前記作動流体を加熱する蒸発器と、
前記ランキンサイクル経路上に配置され、前記蒸発器から流出した前記作動流体の膨張により回転動力を発生させる膨張機と、
前記ランキンサイクル経路上に配置され、前記膨張機から流出した前記作動流体を冷却する凝縮器と、
前記ランキンサイクル経路上に配置され、前記凝縮器から流出した前記作動流体を前記蒸発器へ圧送するポンプと、
前記作動流体を加熱するために放熱した後の前記熱媒体の温度を検出する温度センサと、
前記ランキンサイクル経路における前記蒸発器の出口と前記膨張機の入口との間を流れる前記作動流体の圧力を決定するためのセンサと、
前記温度センサによって検出された温度に基づいて前記ポンプの回転数を調節し、かつ、前記センサによる検出結果に応じて決定された圧力に基づいて前記膨張機の回転数を調節する制御装置と、を備えた、
熱電併給システム。 - 前記制御装置は、
前記ポンプの回転数を調節することにより、前記温度センサによって検出される温度を所定の温度範囲に収め、
前記膨張機の回転数を調節することにより、前記センサによる検出結果に応じて決定される圧力を所定の圧力範囲に収める、
請求項1に記載の熱電併給システム。 - 前記制御装置は、
前記温度センサによって検出された温度が前記所定の温度範囲の上限値より高い場合に前記ポンプの回転数を増加させ、
前記温度センサによって検出された温度が前記所定の温度範囲の下限値より低い場合に前記ポンプの回転数を減少させる、
請求項2に記載の熱電併給システム。 - 前記制御装置は、
前記センサによる検出結果に応じて決定された圧力が前記所定の圧力範囲の上限値より高い場合に前記膨張機の回転数を増加させ、
前記センサによる検出結果に応じて決定された圧力が前記所定の圧力範囲の下限値より低い場合に前記膨張機の回転数を減少させる、
請求項2又は3に記載の熱電併給システム。 - 前記制御装置によって制御され、前記凝縮器に空気を送風するファンをさらに備え、
前記凝縮器は、前記作動流体と前記空気との熱交換により前記作動流体を冷却する、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱電併給システム。 - 前記制御装置は、
前記温度センサによって検出された温度が所定の温度範囲の上限値より高い場合に前記ファンの回転数を増加させ、
前記温度センサによって検出された温度が前記所定の温度範囲の下限値より低い場合に前記ファンの回転数を減少させる、
請求項5に記載の熱電併給システム。 - 請求項1に記載の熱電併給システムの運転方法であって、
前記制御装置は、前記温度センサによって検出された温度が所定の温度範囲に収まっているか否かを判定し、
前記温度が前記所定の温度範囲に収まっていない場合に、前記ポンプの回転数を変更し、
前記制御装置は、前記ポンプの回転数を変更した後に前記センサによる検出結果に応じて決定された圧力が所定の圧力範囲に収まっているか否かを判定し、
前記圧力が前記所定の圧力範囲に収まっていない場合に、前記膨張機の回転数を変更する、
方法。
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