JP2019100263A - Thermal energy recovery device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱エネルギー回収装置に関する。 The present invention relates to a thermal energy recovery device.
従来、工場の各種設備等の排熱から動力を回収する熱エネルギー回収装置が知られている。例えば、特許文献1には、蒸発器と、油分離器と、膨張機と、発電機と、凝縮器と、循環ポンプと、循環配管と、潤滑油供給配管と、油冷却用配管と、熱交換器と、を備えるバイナリー発電装置(熱エネルギー回収装置)が開示されている。循環配管は、蒸発器、油分離器、膨張機、凝縮器及び循環ポンプをこの順に直列に接続している。蒸発器は、作動媒体及び油を含む混合媒体を蒸発させる。油分離器は、蒸発器から流出した混合媒体から油を分離する。膨張機は、油分離器から流出した作動媒体を膨張させる。潤滑油供給配管は、油分離器で分離された油を膨張機に供給するための配管である。発電機は、膨張機に接続されており、膨張機での作動媒体の膨張エネルギーから電力を取り出す。凝縮器は、膨張機から流出した混合媒体を冷却水によって凝縮させる。循環ポンプは、凝縮器から流出した混合媒体を蒸発器へ送る。熱交換器は、潤滑油供給配管に設けられており、当該潤滑油供給配管を流れる油を冷却する。油冷却用配管は、循環配管のうち循環ポンプから吐出された混合媒体の一部を熱交換器に導くとともに、熱交換器から流出した混合媒体を循環配管のうち循環ポンプと蒸発器との間の部位に合流させる。つまり、熱交換器は、潤滑油供給配管を流れる油を油冷却用配管を流れる混合媒体によって冷却する。 BACKGROUND Conventionally, a thermal energy recovery device that recovers power from exhaust heat of various facilities in a factory is known. For example, Patent Document 1 includes an evaporator, an oil separator, an expander, a generator, a condenser, a circulation pump, a circulation pipe, a lubricating oil supply pipe, an oil cooling pipe, and a heat. And a exchanger. A binary power generating apparatus (thermal energy recovery apparatus) is disclosed. The circulation pipe connects an evaporator, an oil separator, an expander, a condenser and a circulation pump in series in this order. The evaporator evaporates the mixed medium containing the working medium and the oil. The oil separator separates the oil from the mixed medium flowing out of the evaporator. The expander expands the working medium having flowed out of the oil separator. The lubricating oil supply pipe is a pipe for supplying the oil separated by the oil separator to the expander. The generator is connected to the expander and takes power from the expansion energy of the working medium in the expander. The condenser condenses the mixed medium flowing out of the expander with the cooling water. The circulation pump sends the mixed medium flowing out of the condenser to the evaporator. The heat exchanger is provided in the lubricating oil supply pipe, and cools the oil flowing through the lubricating oil supply pipe. The oil cooling pipe guides a part of the mixed medium discharged from the circulation pump in the circulation pipe to the heat exchanger, and the mixed medium flowing out from the heat exchanger is between the circulation pump and the evaporator in the circulation pipe. Join the site of That is, the heat exchanger cools the oil flowing through the lubricating oil supply pipe by the mixed medium flowing through the oil cooling pipe.
特許文献1に記載される熱エネルギー回収装置では、熱交換器において作動媒体は油から熱を受け取るものの、この熱が有効に回収されない。具体的に、この熱エネルギー回収装置では、作動媒体が蒸発器及び油の双方から熱を受け取るものの、これは、熱交換器が設けられていない場合に作動媒体が蒸発器のみから受け取る熱の一部が熱交換器において受け取られるように作動媒体の受け取る熱の配分が変わっただけであり、膨張機に投入されるエネルギーは、熱交換器が設けられていない場合に比べてほとんど増大しない。 In the thermal energy recovery device described in Patent Document 1, although the working medium receives heat from oil in the heat exchanger, this heat is not recovered effectively. Specifically, in this thermal energy recovery device, although the working medium receives heat from both the evaporator and the oil, this is one of the heat that the working medium receives only from the evaporator when no heat exchanger is provided. Only the distribution of the heat received by the working medium has changed so that the part is received in the heat exchanger, and the energy input to the expander is hardly increased as compared to the case where the heat exchanger is not provided.
本発明の目的は、作動媒体によって油を冷却するとともに、膨張機に投入されるエネルギーを増大させることが可能な熱エネルギー回収装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a thermal energy recovery device capable of cooling oil by a working medium and increasing energy input to an expander.
前記の目的を達成するため、本発明は、作動媒体及び油を含む混合媒体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器から流出した混合媒体から油を分離する油分離器と、前記油分離器から流出した作動媒体を膨張させる膨張機と、前記膨張機に接続された動力回収機と、前記油分離器から流出した油を前記膨張機に供給する給油流路と、前記膨張機から流出した混合媒体を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器から流出した混合媒体を前記蒸発器へ送るポンプと、前記蒸発器、前記油分離器、前記膨張機、前記凝縮器及び前記ポンプをこの順に接続する循環流路と、前記給油流路を流れる油を冷却するオイルクーラと、前記循環流路のうち前記ポンプと前記蒸発器との間の部位から分岐しており、前記オイルクーラを通るように構成された油冷却流路と、前記油冷却流路のうち前記オイルクーラの上流側の部位に設けられており開度調整が可能な膨張弁と、前記給油流路のうち前記オイルクーラと前記膨張機との間の部位を流れる油の温度が基準温度未満に維持されるように前記膨張弁の開度を調整する膨張弁調整部と、を備え、前記オイルクーラは、前記給油流路を流れる油と前記油冷却流路を流れる混合媒体とを熱交換させることによって当該混合動媒体の少なくとも一部を蒸発させ、前記油冷却流路の下流側の端部は、前記膨張機の中段部に接続されている、熱エネルギー回収装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention comprises an evaporator for evaporating a mixed medium containing a working medium and an oil, an oil separator for separating oil from the mixed medium flowing out of the evaporator, and the oil separator An expander for expanding the working medium that has flowed out, a power recovery unit connected to the expander, a feed channel that supplies the oil that has flowed out of the oil separator to the expander, and a mixture that has flowed out of the expander A condenser that condenses the medium, a pump that sends the mixed medium that has flowed out of the condenser to the evaporator, and a circulation that connects the evaporator, the oil separator, the expander, the condenser, and the pump in this order It branches from a portion of the circulation flow passage between the pump and the evaporator, and is configured to pass through the oil cooler. Oil cooling channel, An expansion valve provided on the upstream side of the oil cooler in the oil cooling channel and capable of adjusting the opening degree, and flows in the region between the oil cooler and the expander in the oil feeding channel An expansion valve adjustment unit for adjusting the opening degree of the expansion valve so that the temperature of the oil is maintained below a reference temperature; and the oil cooler includes an oil flowing through the oil supply passage and the oil cooling passage At least a part of the mixed moving medium is evaporated by heat exchange with the flowing mixed medium, and the downstream end of the oil cooling channel is connected to the middle stage of the expander. Provide an apparatus.
本熱エネルギー回収装置では、ポンプから吐出された混合媒体は、膨張弁の通過により減圧されるためにオイルクーラで蒸発しやすくなるので、オイルクーラでの混合媒体の蒸発によって油が有効に冷却される。そして、オイルクーラで蒸発した混合媒体は、油冷却流路を通じて膨張機の中段部(膨張機内のうち膨張弁の通過後の混合媒体の圧力に対応する圧力を有する部位)に導入されるので、その分膨張機に投入されるエネルギー(動力回収機で回収される動力)が増大する。しかも、オイルクーラでは、混合媒体の蒸発現象を伴う熱交換が行われるため、オイルクーラにおいて油と混合媒体との顕熱による熱交換のみが行われる場合に比べ、オイルクーラの小型化が可能となる。 In the thermal energy recovery apparatus, the mixed medium discharged from the pump is easily evaporated by the oil cooler because the pressure is reduced by the passage of the expansion valve, so the oil is effectively cooled by the evaporation of the mixed medium by the oil cooler. Ru. Then, the mixed medium evaporated by the oil cooler is introduced into the middle stage of the expander (a part having a pressure corresponding to the pressure of the mixed medium after passing through the expansion valve in the expander) through the oil cooling channel. The energy (power recovered by the power recovery machine) input to the expander increases accordingly. Moreover, since the oil cooler carries out heat exchange accompanied by the evaporation of the mixed medium, the oil cooler can be made smaller than in the case where only heat exchange due to sensible heat between the oil and the mixed medium is carried out in the oil cooler. Become.
また、前記熱エネルギー回収装置において、前記油冷却流路のうち前記オイルクーラと前記膨張機との間の部位から分岐しており前記循環流路のうち前記膨張機と前記凝縮器との間の部位に接続される分岐流路と、前記オイルクーラから流出した混合媒体が前記膨張機に流入する態様である第1態様と前記オイルクーラから流出した混合媒体が前記分岐流路に流入する態様である第2態様とを切り替える切替部と、前記オイルクーラから流出した混合媒体が気相であると判断されるときに前記切替部を前記第1態様に切り替えるとともに、前記油冷却流路のうち前記オイルクーラと前記切替部との間の部位を流れる混合媒体が液相を含むと判断されるときに前記切替部を前記第2態様に切り替える切替部調整部と、をさらに備えていてもよい。 Further, in the thermal energy recovery apparatus, the oil cooling flow path is branched from a portion between the oil cooler and the expander, and the circulation flow path is between the expander and the condenser. In the first aspect in which the branched flow path connected to the portion and the mixed medium flowing out from the oil cooler flow into the expander, and the mixed medium flowing out from the oil cooler flows into the branched flow path A switching unit for switching to a second embodiment, and the switching unit is switched to the first embodiment when it is determined that the mixed medium flowing out of the oil cooler is in the gas phase, and It may further include a switching unit adjustment unit that switches the switching unit to the second mode when it is determined that the mixed medium flowing in the region between the oil cooler and the switching unit includes a liquid phase.
この態様では、気相の混合媒体が膨張機に流入することによって動力回収機において有効に動力を回収することと、液相の混合媒体の膨張機への流入の抑制と、の双方が達成される。 In this aspect, both recovery of power in the power recovery machine by flowing the mixed medium in the gas phase into the expander and suppression of inflow of the mixed medium in the liquid phase into the expander are achieved. Ru.
あるいは、前記熱エネルギー回収装置において、前記油冷却流路のうち前記オイルクーラと前記膨張機との間の部位に設けられた気液分離器と、前記気液分離器において分離された液相の混合媒体を前記凝縮器へ導く分岐流路と、をさらに備えていてもよい。 Alternatively, in the thermal energy recovery apparatus, a gas-liquid separator provided in a portion between the oil cooler and the expander in the oil cooling channel, and a liquid phase separated in the gas-liquid separator The method may further comprise: a branch flow path leading the mixed medium to the condenser.
この態様では、オイルクーラから気液二相の状態で混合媒体が流出したとしても、その混合媒体は、気液分離器において気相と液相とに分離され、気相の混合媒体のみが膨張機に導かれる。よって、気相の混合媒体が膨張機に流入することによって動力回収機において有効に動力を回収することと、液相の混合媒体の膨張機への流入の抑制と、の双方が達成される。 In this aspect, even if the mixed medium flows out from the oil cooler in the gas-liquid two phase state, the mixed medium is separated into the gas phase and the liquid phase in the gas-liquid separator, and only the gas phase mixed medium is expanded. Led to the machine. Therefore, both the efficient recovery of power in the power recovery machine and the suppression of the inflow of the mixed medium of the liquid phase to the expander are achieved by the mixed medium of the gas phase flowing into the expander.
この場合において、前記熱エネルギー回収装置は、前記油冷却流路のうち前記気液分離器と前記膨張機との間に設けられており、前記気液分離器から前記膨張機への前記混合媒体の通過を許容するとともに前記膨張機から前記気液分離器への混合媒体の通過を禁止する逆止弁をさらに備えることが好ましい。 In this case, the thermal energy recovery device is provided between the gas-liquid separator and the expander in the oil cooling channel, and the mixed medium from the gas-liquid separator to the expander It is preferable to further comprise a check valve which permits the passage of the mixture medium and prohibits the passage of the mixed medium from the expander to the gas-liquid separator.
このようにすれば、膨張機から気液分離器への混合媒体の逆流、すなわち、動力回収機での回収動力の低下が防止される。 In this way, it is possible to prevent the backflow of the mixed medium from the expander to the gas-liquid separator, that is, the reduction of the recovery power in the power recovery machine.
また、前記熱エネルギー回収装置において、前記分岐流路に設けられた遮断弁と、前記油冷却流路のうち前記気液分離器と前記膨張機との間の部位を流れる混合媒体が気相であると判断されるときに前記遮断弁を閉じるとともに、前記油冷却流路のうち前記気液分離器と前記膨張機との間の部位を流れる混合媒体が液相を含むと判断されるときに前記遮断弁を閉じる遮断弁調整部と、をさらに備えることが好ましい。 Further, in the thermal energy recovery apparatus, the mixed medium flowing in a portion between the gas-liquid separator and the expander in the oil cooling flow path in the gas phase is a shutoff valve provided in the branch flow path. When it is determined that the shutoff valve is closed when it is determined that the mixed medium flowing in a portion of the oil cooling flow passage between the gas-liquid separator and the expander includes the liquid phase It is preferable to further have a shutoff valve adjustment unit that closes the shutoff valve.
このようにすれば、気液分離器から分岐流路へ気相の混合媒体が流出すること(動力回収機において回収可能な動力が損失すること)と、気液分離器に液相の混合媒体が過剰に貯留されることと、の双方が抑制される。 In this way, the mixed medium in the gas phase flows out of the gas-liquid separator into the branch flow path (the power recoverable in the power recovery machine is lost), and the mixed medium in the liquid phase in the gas-liquid separator Both being stored excessively and being suppressed.
また、前記熱エネルギー回収装置において、前記油冷却流路のうち前記オイルクーラと前記膨張機との間の部位及び前記循環流路のうち前記膨張機と前記凝縮器との間の部位に設けられた加熱器であって、前記オイルクーラから流出した混合媒体を前記膨張機から流出した混合媒体によって加熱するものをさらに備えることが好ましい。 In the thermal energy recovery device, the oil cooling passage is provided in a portion between the oil cooler and the expander, and in the circulation passage, in a portion between the expander and the condenser. It is preferable that the heater further includes one that heats the mixed medium flowing out of the oil cooler by the mixed medium flowing out of the expander.
このようにすれば、オイルクーラから流出した混合媒体が膨張機から流出した混合媒体から熱を回収するので、動力回収機で回収される動力が増大する。 In this way, since the mixed medium flowing out of the oil cooler recovers heat from the mixed medium flowing out of the expander, the power recovered by the power recovery machine is increased.
また、前記熱エネルギー回収装置において、前記オイルクーラから流出した混合媒体が前記動力回収機によって加熱されるように、前記油冷却流路のうち前記オイルクーラと前記膨張機との間の部位が前記動力回収機に接続されていることが好ましい。 Further, in the thermal energy recovery apparatus, a portion between the oil cooler and the expander in the oil cooling flow path is the one such that the mixed medium flowing out from the oil cooler is heated by the power recovery machine. Preferably, it is connected to a power recovery machine.
このようにすれば、オイルクーラから流出した混合媒体が動力回収機の排熱を回収するので、動力回収機で回収される動力が増大する。 In this way, since the mixed medium that has flowed out of the oil cooler recovers the exhaust heat of the power recovery machine, the power recovered by the power recovery machine is increased.
以上のように、本発明によれば、作動媒体によって油を冷却するとともに、膨張機に投入されるエネルギーを増大させることが可能な熱エネルギー回収装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a thermal energy recovery device capable of cooling the oil by the working medium and increasing the energy input to the expander.
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 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態の熱エネルギー回収装置について、図1及び図2を参照しながら説明する。図1に示されるように、この熱エネルギー回収装置は、蒸発器10と、油分離器12と、膨張機14と、動力回収機16と、給油流路18と、凝縮器20と、ポンプ22と、蒸発器10、油分離器12、膨張機14、凝縮器20及びポンプ22をこの順に接続する循環流路24と、オイルクーラ32と、油冷却流路40と、膨張弁V1と、分岐流路42と、切替部50と、制御部60と、を備えている。
First Embodiment
A thermal energy recovery apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. As shown in FIG. 1, this thermal energy recovery system includes an
蒸発器10は、作動媒体及び油を含む混合媒体と加熱媒体とを熱交換させることによって混合媒体のうち少なくとも作動媒体を蒸発させる。
The
油分離器12は、循環流路24のうち蒸発器10の下流側の部位に設けられている。油分離器12は、蒸発器10から流出した混合媒体から油を分離する。
The
膨張機14は、循環流路24のうち油分離器12の下流側の部位に設けられている。膨張機14は、油分離器12から流出した気相の作動媒体を膨張させる。本実施形態では、膨張機14として、気相の作動媒体の膨張エネルギーにより回転駆動されるロータを有する容積式のスクリュ膨張機が用いられている。
The
動力回収機16は、膨張機14に接続されている。動力回収機16は、前記ロータに接続されており当該ロータとともに回転する回転軸を有しており、この回転軸の回転により動力を回収する。本実施形態では、動力回収機16として発電機が用いられている。なお、動力回収機16として、圧縮機等が用いられてもよい。
The
給油流路18は、油分離器12で分離された油を少なくとも膨張機14に供給するための流路である。本実施形態では、給油流路18は、油分離器12で分離された油を膨張機14の軸受及び動力回収器(本実施形態では発電機)16の軸受に供給する。
The
凝縮器20は、循環流路24のうち膨張機14の下流側の部位に設けられている。凝縮器20は、膨張機14から流出した混合媒体と冷却媒体(冷却水等)とを熱交換させることによって混合媒体を凝縮させる。
The
ポンプ22は、循環流路24における凝縮器20の下流側の部位(凝縮器20と蒸発器10との間の部位)に設けられている。ポンプ22は、凝縮器20から流出した液相の混合媒体を所定の圧力で蒸発器10に送る。
The
オイルクーラ32は、給油流路18に設けられており、給油流路18を流れる油を冷却する。
The
油冷却流路40は、循環流路24のうちポンプ22と蒸発器10との間の部位から分岐しており、オイルクーラ32を通るように構成されている。すなわち、オイルクーラ32は、給油流路18を流れる油を油冷却流路40を流れる混合媒体によって冷却する。換言すれば、オイルクーラ32は、給油流路30を流れる油が油冷却流路40を流れる混合媒体によって冷却されるように給油流路30及び油冷却流路40に接続されている。油冷却流路40の下流側の端部は、膨張機14の中段部に接続されている。
The
膨張弁V1は、油冷却流路40のうちオイルクーラ32の上流側の部位に設けられており、開度調整が可能である。膨張弁V1は、ポンプ22から吐出された後に油冷却流路40に流入した混合媒体を減圧することにより、オイルクーラ32での混合媒体の蒸発を促進させる。なお、油冷却流路40の下流側の端部の位置、つまり、膨張機14の中段部は、膨張機14内のうち膨張弁V1の通過後の混合媒体の圧力に対応する圧力を有する部位である。膨張機14として多段式のものが用いられている場合、前記中段部は、各段の膨張行程の途中、あるいは、各段間を連結する連結部(配管や容器)となる。
The expansion valve V1 is provided at a portion of the oil
分岐流路42は、油冷却流路40のうちオイルクーラ32と膨張機14との間の部位から分岐している。分岐流路42の下流側の端部は、循環流路24のうち膨張機14と凝縮器20との間の部位に接続されている。
The
切替部50は、オイルクーラ32から流出した混合媒体が膨張機14に流入する態様である第1態様と、オイルクーラ32から流出した混合媒体が分岐流路42に流入する態様である第2態様と、を切り替え可能である。本実施形態では、切替部50は、第1遮断弁V2と、第2遮断弁V3と、を有している。第1遮断弁V2は、油冷却流路40のうち当該油冷却流路40と分岐流路42の上流側の端部との接続部の下流側の部位に設けられている。第2遮断弁V3は、分岐流路42に設けられている。つまり、第1遮断弁V2が開かれかつ第2遮断弁V3が閉じられることにより切替部50が前記第1態様となり、第1遮断弁V2が閉じられかつ第2遮断弁V3が開かれることにより切替部50が前記第2態様となる。
The switching
制御部60は、膨張弁V1及び切替部50を制御する。本実施形態では、制御部60は、膨張弁調整部61と、ガス化判断部62と、切替部調整部63と、を有する。
The
膨張弁調整部61は、給油流路18のうちオイルクーラ32と膨張機14との間の部位の温度(膨張機14に流入する油の温度)が基準温度未満に維持されるように、換言すれば、膨張機14に供給される油の粘度が要求値以上に維持されるように、膨張弁V1の開度を調整する。なお、給油流路18のうちオイルクーラ32と膨張機14との間の部位の温度は、前記部位に設けられた温度センサ71によって検出される。
The expansion
ガス化判断部62は、オイルクーラ32から流出した混合媒体が気相であるか否かを判断する。本実施形態では、ガス化判断部62は、オイルクーラ32から流出した混合媒体の過熱度を算出するとともに、その過熱度が設定値よりも大きい場合に当該混合媒体が全て気相であると判断する一方、前記過熱度が前記設定値以下である場合に当該混合媒体に液相が含まれると判断する。なお、オイルクーラ32から流出した混合媒体の過熱度は、油冷却流路40のうちオイルクーラ32と第1遮断弁V2との間の部位又は分岐流路42のうち第2遮断弁V3の上流側の部位に設けられた圧力センサ72の検出値及び温度センサ73の検出値に基づいて算出される。
The
切替部調整部63は、オイルクーラ32から流出した混合媒体が全て気相であるとガス化判断部62が判断したとき(本実施形態ではオイルクーラ32から流出した混合媒体の過熱度が設定値よりも大きいとき)に、切替部50を前記第1態様に切り替える(第1遮断弁V2を開き第2遮断弁V3を閉じる)。逆に、オイルクーラ32から流出した混合媒体に液相が含まれるとガス化判断部62が判断したときに、切替部50を前記第2態様に切り替える(第1遮断弁V2を閉じ第2遮断弁V3を開く)。
When the
以下、図2を参照しながら、制御部60の具体的な制御内容について説明する。
Hereinafter, specific control contents of the
まず、制御部60の切替部調整部63は、第1遮断弁V2を閉じ、第2遮断弁V3を開く(ステップST11)。続いて、制御部60の膨張弁調整部61は、温度センサ71の検出値Toが基準温度T1未満であるか否かを判断する(ステップST12)。この結果、検出値Toが基準温度T1以上であれば、つまり、膨張機14に供給される油の粘度が要求値未満であれば、膨張弁調整部61は、オイルクーラ32での油の冷却量を増やすために膨張弁V1の開度を上げる(ステップST13)。
First, the switching
また、制御部60のガス化判断部62は、ステップST12において検出値Toが基準温度T1未満である場合(ステップST12でYESの場合)、あるいは、ステップST13の後、圧力センサ72の検出値及び温度センサ73の検出値に基づいて算出される過熱度Sが設定値αよりも大きいか否かを判断する(ステップST14)。この結果、過熱度Sが設定値αよりも大きい場合、つまり、オイルクーラ32から流出した混合媒体が全て気相であり、混合媒体を膨張機14に導入することによって動力回収機16で動力が回収可能である場合、制御部60の切替部調整部63は、第1遮断弁V2を開くとともに第2遮断弁V3を閉じ(切替部50を第1態様とし)(ステップST15)、ステップST12に戻る。一方、過熱度Sが設定値α以下である場合、つまり、オイルクーラ32から流出した混合媒体に液相が含まれる可能性がある場合、膨張弁調整部61は、混合媒体のオイルクーラ32への流入量を減らすために膨張弁V1の開度を下げる(ステップST16)。そして、ステップST16と同時に、あるいは、ステップST16の後、切替部調整部63は、第1遮断弁V2を閉じるとともに第2遮断弁V3を開き(切替部50を第2態様とし)(ステップST17)、ステップST12に戻る。
Further, if the detected value To is lower than the reference temperature T1 in step ST12 (YES in step ST12), or the gas
以上のように、本熱エネルギー回収装置では、ポンプ22から吐出された混合媒体は、膨張弁V1の通過により減圧されるため、オイルクーラ32で蒸発しやすくなり、オイルクーラ32での混合媒体の蒸発によって油が有効に冷却される。そして、オイルクーラ32で蒸発した混合媒体は、油冷却流路40を通じて膨張機14の中段部に導入されるので、その分膨張機14に投入されるエネルギー(動力回収機16で回収される動力)が増大する。しかも、オイルクーラ32では、混合媒体の蒸発現象を伴う熱交換が行われるため、オイルクーラ32において油と混合媒体との顕熱による熱交換のみが行われる場合に比べ、オイルクーラ32の小型化が可能となる。
As described above, in the present thermal energy recovery apparatus, the mixed medium discharged from the
また、制御部60は、切替部調整部63を有するので、気相の混合媒体が膨張機14に流入することによって動力回収機16において有効に動力を回収することと、液相の混合媒体の膨張機14への流入の抑制と、の双方が達成される。
In addition, since the
(第2実施形態)
次に、図3を参照しながら、本発明の第2実施形態の熱エネルギー回収装置について説明する。なお、第2実施形態では、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第1実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は省略する。
Second Embodiment
Next, a thermal energy recovery apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, only portions different from the first embodiment will be described, and the description of the same structure, operation and effect as the first embodiment will be omitted.
本実施形態では、切替部50の代わりに、油冷却流路40のうちオイルクーラ32と膨張機14との間の部位に気液分離器44が設けられており、分岐流路42の上流側の端部は、気液分離器44の例えば下部に接続されている。分岐流路42には、遮断弁V4が設けられている。気液分離器44には、液面センサ74が設けられている。また、油冷却流路40のうち気液分離器44の下流側の部位には、気液分離器44から膨張機14への混合媒体の通過を許容するとともに膨張機14から気液分離器44への混合媒体の通過を禁止する逆止弁V5が設けられている。
In the present embodiment, instead of the switching
また、本実施形態では、制御部60は、切替部調整部63の代わりに遮断弁V4の開閉を調整する遮断弁調整部64を有している。遮断弁調整部64は、気液分離器44から油冷却流路40に流出した混合媒体が全て気相であるとガス化判断部62が判断したとき(本実施形態では気液分離器44から油冷却流路40に流出した混合媒体の過熱度が設定値よりも大きいとき)に遮断弁V4を閉じるとともに、気液分離器44から油冷却流路40に流出した混合媒体に液相が含まれるとガス化判断部62が判断したときに遮断弁V4を閉じる。
Further, in the present embodiment, the
具体的に、本実施形態の制御部60の制御内容について、図4を参照しながら説明する。
Specifically, control contents of the
まず、制御部60の遮断弁調整部64は、遮断弁V4を開く(ステップST21)。なお、ステップST22〜ステップST24は、ステップST12〜ステップST14と同じであるので、説明を省略する。
First, the shutoff
ステップST24において、過熱度Sが設定値αよりも大きい場合(ステップST24でYESの場合)、遮断弁調整部64は、遮断弁V4を閉じ(ステップST25)、ステップST22に戻る。一方、ステップST24において、過熱度Sが設定値α以下である場合(ステップST24でNOの場合)、膨張弁調整部61は、膨張弁V1の開度を下げる(ステップST26)。そして、ステップST26と同時に、あるいは、ステップST26の後、遮断弁調整部64は、遮断弁V4を開き(ステップST27)、ステップST22に戻る。
In step ST24, if the degree of superheat S is larger than the set value α (YES in step ST24), the shutoff
以上のように、本実施形態の熱エネルギー回収装置は、気液分離器44及び分岐流路42を備えているので、オイルクーラ32から気液二相の状態で混合媒体が流出したとしても、その混合媒体は、気液分離器44において気相と液相とに分離され、気相の混合媒体のみが油冷却流路40を通じて膨張機14に導かれる。よって、気相の混合媒体が膨張機14に流入することによって動力回収機16において有効に動力を回収することと、液相の混合媒体の膨張機14への流入の抑制と、の双方が達成される。
As described above, since the thermal energy recovery apparatus of the present embodiment includes the gas-
また、油冷却流路40のうち気液分離器44の下流側の部位に逆止弁V5が設けられているので、膨張機14から気液分離器44への混合媒体の逆流、すなわち、動力回収機16での回収動力の低下が防止される。
Further, since the check valve V5 is provided in the portion of the oil
さらに、本実施形態の熱エネルギー回収装置は、分岐流路42に設けられた遮断弁V4と、遮断弁調整部64と、を備えるので、気液分離器44から分岐流路42へ気相の混合媒体が流出すること(動力回収機16において回収可能な動力が損失すること)と、気液分離器44に液相の混合媒体が過剰に貯留されることと、の双方が抑制される。
Furthermore, since the thermal energy recovery apparatus of the present embodiment includes the shutoff valve V4 provided in the
ここで、本実施形態において、遮断弁調整部64は、液面センサ74の検出値が設定値未満である場合に遮断弁V4を閉じ、液面センサ74の検出値が設定値以上である場合に遮断弁V4を開いてもよい。この場合、ステップST21、ステップST25及びステップST27は省略され、制御部60は、ステップST22〜ステップST24、ステップST26の操作と、遮断弁調整部64による操作と、を並列で行う。
Here, in the present embodiment, the shutoff
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 It should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is indicated not by the description of the embodiments described above but by the claims, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.
例えば、図5及び図6に示されるように、各実施形態において、油冷却流路40のうちオイルクーラ32と膨張機14との間の部位及び循環流路24のうち膨張機14と凝縮器20との間の部位に加熱器26が設けられてもよい。この加熱器26は、オイルクーラ32から流出した混合媒体を膨張機14から流出した混合媒体によって加熱する。これにより、オイルクーラ32から流出した混合媒体の蒸発が促進される。なお、第2実施形態においては、加熱器26は、油冷却流路40のうち気液分離器44と膨張機14との間の部位に設けられることが好ましい。
For example, as shown in FIGS. 5 and 6, in each embodiment, the portion between the
また、オイルクーラ32から流出した混合媒体が動力回収機16によって加熱されるように、油冷却流路40のうちオイルクーラ32と膨張機14との間の部位41が動力回収機16に接続されていてもよい。このようにすれば、オイルクーラ32から流出した混合媒体が動力回収機16の排熱を回収するので、動力回収機16で回収される動力が増大する。なお、第2実施形態においては、前記部位41は、油冷却流路40のうち気液分離器44の下流側の部位から選択されることが好ましい。また、前記部位41は、油冷却流路40のうち加熱器26に接続される部位に対して並列に設けられても当該部位と直列に設けられてもよい。また、加熱器26及び前記部位41の少なくとも一方は、油冷却流路40のうちオイルクーラ32の上流側の部位に設けられてもよい。
Further, a
また、第1実施形態において、油冷却流路40のうちオイルクーラ32と第1遮断弁V2との間の部位に、当該部位を流れる混合媒体に液相が含まれるか否かを検出するセンサが設けられ、ガス化判断部62は、そのセンサの検出結果に基づいて前記部位の混合媒体が気相であるか否かを判断してもよい。同様に、第2実施形態において、油冷却流路40のうち気液分離器44と膨張機14との間の部位に、前記センサが設けられ、ガス化判断部62は、そのセンサの検出結果に基づいて前記部位の混合媒体が気相であるか否かを判断してもよい。
Further, in the first embodiment, a sensor for detecting whether or not the mixed medium flowing in the region is contained in the region between the
10 蒸発器
12 油分離器
14 膨張機
16 動力回収機
18 給油流路
20 凝縮器
22 ポンプ
24 循環流路
26 過熱器
32 オイルクーラ
40 油冷却流路
42 分岐流路
44 気液分離器
50 切替部
60 制御部
61 膨張弁調整部
62 ガス化判断部
63 切替部調整部
64 遮断弁調整部
V1 膨張弁
V2 第1遮断弁
V3 第2遮断弁
V4 遮断弁
V5 逆止弁
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記蒸発器から流出した混合媒体から油を分離する油分離器と、
前記油分離器から流出した作動媒体を膨張させる膨張機と、
前記膨張機に接続された動力回収機と、
前記油分離器から流出した油を前記膨張機に供給する給油流路と、
前記膨張機から流出した混合媒体を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器から流出した混合媒体を前記蒸発器へ送るポンプと、
前記蒸発器、前記油分離器、前記膨張機、前記凝縮器及び前記ポンプをこの順に接続する循環流路と、
前記給油流路を流れる油を冷却するオイルクーラと、
前記循環流路のうち前記ポンプと前記蒸発器との間の部位から分岐しており、前記オイルクーラを通るように構成された油冷却流路と、
前記油冷却流路のうち前記オイルクーラの上流側の部位に設けられており開度調整が可能な膨張弁と、
前記給油流路のうち前記オイルクーラと前記膨張機との間の部位を流れる油の温度が基準温度未満に維持されるように前記膨張弁の開度を調整する膨張弁調整部と、を備え、
前記オイルクーラは、前記給油流路を流れる油と前記油冷却流路を流れる混合媒体とを熱交換させることによって当該混合動媒体の少なくとも一部を蒸発させ、
前記油冷却流路の下流側の端部は、前記膨張機の中段部に接続されている、熱エネルギー回収装置。 An evaporator for evaporating the mixed medium containing the working medium and the oil;
An oil separator for separating oil from the mixed medium flowing out of the evaporator;
An expander for expanding a working medium having flowed out of the oil separator;
A power recovery machine connected to the expander;
A refueling channel for supplying the oil, which has flowed out of the oil separator, to the expander;
A condenser that condenses the mixed medium that has flowed out of the expander;
A pump for sending the mixed medium flowing out of the condenser to the evaporator;
A circulation channel connecting the evaporator, the oil separator, the expander, the condenser, and the pump in this order;
An oil cooler for cooling the oil flowing through the oil supply passage;
An oil cooling channel branched from a portion of the circulation channel between the pump and the evaporator and configured to pass through the oil cooler;
An expansion valve provided at a position upstream of the oil cooler in the oil cooling flow passage, and capable of adjusting the opening degree;
And an expansion valve adjustment unit configured to adjust an opening degree of the expansion valve such that a temperature of oil flowing in a portion between the oil cooler and the expander in the oil supply passage is maintained below a reference temperature. ,
The oil cooler evaporates at least a part of the mixed moving medium by heat exchange between the oil flowing through the oil supply passage and the mixed medium flowing through the oil cooling passage.
The downstream end of the oil cooling channel is connected to the middle stage of the expander.
前記油冷却流路のうち前記オイルクーラと前記膨張機との間の部位から分岐しており前記循環流路のうち前記膨張機と前記凝縮器との間の部位に接続される分岐流路と、
前記オイルクーラから流出した混合媒体が前記膨張機に流入する態様である第1態様と前記オイルクーラから流出した混合媒体が前記分岐流路に流入する態様である第2態様とを切り替える切替部と、
前記オイルクーラから流出した混合媒体が気相であると判断されるときに前記切替部を前記第1態様に切り替えるとともに、前記油冷却流路のうち前記オイルクーラと前記切替部との間の部位を流れる混合媒体が液相を含むと判断されるときに前記切替部を前記第2態様に切り替える切替部調整部と、をさらに備える、熱エネルギー回収装置。 In the thermal energy recovery device according to claim 1,
A branch channel branched from a portion between the oil cooler and the expander in the oil cooling channel and connected to a portion between the expander and the condenser in the circulation channel; ,
A switching unit for switching between a first mode in which the mixed medium flowing out from the oil cooler flows into the expander, and a second mode in which the mixed medium flowing out from the oil cooler flows into the branch channel ,
The switching unit is switched to the first mode when it is determined that the mixed medium having flowed out of the oil cooler is in the gas phase, and a portion between the oil cooler and the switching unit in the oil cooling channel And a switching unit adjustment unit that switches the switching unit to the second mode when it is determined that the mixed medium flowing through the liquid phase includes a liquid phase.
前記油冷却流路のうち前記オイルクーラと前記膨張機との間の部位に設けられた気液分離器と、
前記気液分離器において分離された液相の混合媒体を前記凝縮器へ導く分岐流路と、をさらに備える、熱エネルギー回収装置。 In the thermal energy recovery device according to claim 1,
A gas-liquid separator provided in a portion of the oil cooling passage between the oil cooler and the expander;
And a branch channel for introducing a mixed medium of liquid phase separated in the gas-liquid separator to the condenser.
前記油冷却流路のうち前記気液分離器と前記膨張機との間に設けられており、前記気液分離器から前記膨張機への前記混合媒体の通過を許容するとともに前記膨張機から前記気液分離器への混合媒体の通過を禁止する逆止弁をさらに備える、熱エネルギー回収装置。 In the thermal energy recovery device according to claim 3,
It is provided between the gas-liquid separator and the expander in the oil cooling flow path, and allows passage of the mixed medium from the gas-liquid separator to the expander, and from the expander to the expansion device. The thermal energy recovery device, further comprising a check valve that prohibits the passage of the mixed medium to the gas-liquid separator.
前記分岐流路に設けられた遮断弁と、
前記油冷却流路のうち前記気液分離器と前記膨張機との間の部位を流れる混合媒体が気相であると判断されるときに前記遮断弁を閉じるとともに、前記油冷却流路のうち前記気液分離器と前記膨張機との間の部位を流れる混合媒体が液相を含むと判断されるときに前記遮断弁を閉じる遮断弁調整部と、をさらに備える、熱エネルギー回収装置。 In the thermal energy recovery device according to claim 3 or 4,
A shutoff valve provided in the branch flow path;
The shutoff valve is closed when it is determined that the mixed medium flowing in a portion between the gas-liquid separator and the expander in the oil cooling flow path is a gas phase, and the oil cooling flow path The heat energy recovery device, further comprising: a shutoff valve adjustment unit that closes the shutoff valve when it is determined that the mixed medium flowing through the portion between the gas-liquid separator and the expander includes the liquid phase.
前記油冷却流路のうち前記オイルクーラと前記膨張機との間の部位及び前記循環流路のうち前記膨張機と前記凝縮器との間の部位に設けられた加熱器であって、前記オイルクーラから流出した混合媒体を前記膨張機から流出した混合媒体によって加熱するものをさらに備える、熱エネルギー回収装置。 In the thermal energy recovery device according to any one of claims 1 to 5,
It is a heater provided in a part between the oil cooler and the expander in the oil cooling flow path and in a part between the expander and the condenser in the circulation flow path, the oil The thermal energy recovery device, further comprising: heating the mixed medium flowing out of the cooler by the mixed medium flowing out of the expander.
前記オイルクーラから流出した混合媒体が前記動力回収機によって加熱されるように、前記油冷却流路のうち前記オイルクーラと前記膨張機との間の部位が前記動力回収機に接続されている、熱エネルギー回収装置。 The thermal energy recovery device according to any one of claims 1 to 6.
A portion of the oil cooling passage between the oil cooler and the expander is connected to the power recovery machine so that the mixed medium having flowed out of the oil cooler is heated by the power recovery machine. Thermal energy recovery device.
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