JP2022512299A - 熱交換器における液滴形成を防止する方法およびコントローラ - Google Patents

Abstract

第２の媒体が第１の媒体に熱を伝達する熱交換器（１）において液滴の形成を防止するための方法である。本方法はコントローラ（１００）によって実行される。当該コントローラは、異なる温度値（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）および圧力値（Ｐ）を受信し、これらの値は、沸点温度値（ＴＢ）を計算し、且つ第１の温度差（ΔＴ１）および第２の温度差（ΔＴ２）を決定するために使用される。第１の温度差（ΔＴ１）、第２の温度差（ΔＴ２）および第１の温度値（Ｔ１）に基づいて、熱交換器（１）へ入る第１の媒体の流れを制御するための流量制御信号が生成されると共に、この流量制御信号が、熱交換器（１）における第１の媒体の流れを制御するためにレギュレータデバイス（４０，４１）へ送信される。【選択図】図５

Description

本発明は、概して、熱交換器における液滴の形成を防止するための方法およびコントローラに関し、より具体的には、熱交換器における第１の媒体の流れを制御することに関する。本発明はまた、本方法を実行するためのコンピュータプログラムおよびコンピュータプログラム製品に関する。

ランキンサイクル、カリーナサイクル、カーボン・キャリア・サイクルおよび／またはカルノーサイクルなどの熱力学的パワーサイクルによって運転される発電プラントにおいて、タービンは、発電にとって不可欠なエレメントである。液体は、加熱されて乾性ガスに変換され、これがタービンに入って仕事をする。典型的には、液体は、熱交換器内で加熱されて乾性ガスを生成し、乾性ガスは、熱交換器を出口ポートから出てタービンへ供給される。

液体を加熱してガスにする際の１つの問題点は、ガスが完全には乾いていないこと、すなわち、ガス中に液滴(liquid droplets)が存在し得ることにある。熱交換器から出て高速で移動する液滴の運動量は、タービンブレードを傷め、よってタービンの寿命を短くする。タービンは、典型的には、発電プラントの最も高額なパーツであり、よって、タービンの寿命を延ばすことができれば、タービンブレードまたはタービンを修繕または交換するコストが節約される可能性もある。同様の問題は、熱交換器へ連結されるコンプレッサについても発生し、すなわち、ここでも液滴がコンプレッサを傷める場合がある。したがって、コンプレッサの修繕または交換コストをなしにするというニーズも存在する。

特許文献１(EP2674697)は、流体通路間の冷却剤の供給をより良く制御し且つ分配し、一般的な運転条件とは独立してプレート熱交換器の効率を高めるための蒸発器システムに関する。このシステムは、蒸発された流体における液体量の存在を検出するための温度センサおよび圧力センサを有するセンサ装置を備える。圧力センサおよび温度センサは、蒸発器の出口とコンプレッサの入口との間に配置される。蒸発器システムは更に、冷却剤を高圧側から低圧側へ膨張させ、かつ流れを微調整する機能を有する膨張弁を備える。膨張弁は、コントローラにより、圧力センサおよび温度センサから受信される信号に基づいて操作され得る。

更に、幾つかの他の先行技術システムには、タービン内へ導かれるガスから液滴を分離するためのデバイスが存在する。このような液滴分離器は、第１の媒体（すなわち、作動媒体）の出口とタービンとの間に位置決めされる。液滴分離器の問題点は、かさばって、システム内のスペースを占めることにある。こうしたシステムがより高額になるという、コスト面での問題もある。したがって、空間およびコストの両面で効果の高いシステムが必要とされている。

したがって、上記に鑑みて、熱交換器における液滴の形成を防止するための、より効率的かつ精確な、かつタービンと共用されるように適合化されたコントローラおよび方法が必要とされている。

欧州特許第２６７４６９７号

本発明の目的は、熱交換器において、特にボイラとして使用される熱交換器の場合に、液滴の形成を防止するための効率的な方法を提供することにある。

本発明の一態様によれば、この目的は、第２の媒体が第１の媒体に熱を伝達するところの熱交換器における液滴の形成を防止する方法（当該方法はコントローラによって実行される）によって達成される。本方法において、コントローラは、
－ 第１の温度ユニットからの、熱交換器を出る第１の媒体の第１のポジションにおける温度である第１の温度値と、
－ 圧力センサユニットからの、熱交換器を出る第１の媒体の圧力の圧力値と、
－ 第２の温度ユニットからの、熱交換器へ入る第２の媒体の温度である第２の温度値と、
－ 第３の温度ユニットからの、熱交換器を出る第２の媒体の温度である第３の温度値と、を受信する。

コントローラで実行される本方法は、次に、
－ 受信された圧力値および熱交換器パラメータに基づいて、沸点温度値を計算し、
－ 第２の温度値と第１の温度値との間の第１の温度差を決定し、かつ、
－ 第３の温度値と沸点温度値との間の第２の温度差を決定する。

この後、コントローラは、第１の温度差、第２の温度差および第１の温度値に基づいて、熱交換器へ入る第１の媒体の流れを制御するための流量制御信号を生成し、かつ、この流量制御信号を、熱交換器における第１の媒体の流れを制御するためにレギュレータデバイス（調節装置）へ送信する。

ある例示的な実施形態において、流量制御信号は、第１の温度差および第２の温度差が反比例し、かつ第１の温度値が熱交換器における第１の媒体の流れに正比例するように生成されてもよい。特に、この場合、第１の温度差および第２の温度差は、０～６℃の範囲内で反比例し、かつ第１の温度値は、７０～１１５℃の範囲内で熱交換器における第１の媒体の流れに正比例する。

本方法のさらに別の例示的な実施形態において、コントローラは、第１の温度ユニットから、熱交換器を出る第１の媒体の第２のポジションにおける温度である第４の温度値を受信し、かつ第１の温度差を決定するステップは更に、第２の温度値と、第１の温度値および第４の温度値のいずれか一方との間の温度差を決定することを含む。

さらなる実施形態では、熱交換器パラメータとして、以下のパラメータ、すなわち、第１の媒体として使用される媒体の種類、第２の媒体として使用される媒体の種類、システム内の圧力および流量、周囲温度、選択される過熱温度、熱交換器の入口ポートと出口ポートとの間の第２の媒体の温度差、のうちの少なくとも１つが含まれる。

本発明のもう一つの目的は、熱交換器において、特にボイラとして使用される熱交換器の場合に、液滴の形成を効率的に防止するためのコントローラを提供することにある。

本発明のもう一つの態様によれば、この目的は、第２の媒体が第１の媒体に熱を伝達するところの熱交換器における液滴の形成を防止するためのコントローラによって達成される。コントローラは、プロセッサと、命令を記憶するように構成された非一時的コンピュータ可読媒体とを備え、該命令は、プロセッサにより実行されると、コントローラに、
（以下のデータを受信させる、即ち、）
－ 第１の温度ユニットからの、熱交換器を出る第１の媒体の第１のポジションにおける温度である第１の温度値と、
－ 圧力センサユニットからの、熱交換器を出る第１の媒体の圧力の圧力値と、
－ 第２の温度ユニットからの、熱交換器へ入る第２の媒体の温度である第２の温度値と、
－ 第３の温度ユニットからの、熱交換器を出る第２の媒体の温度である第３の温度値と、を受信させる。

更には、コントローラは、命令により、
－ 圧力値および熱交換器パラメータに基づいて、沸点温度値を計算し、
－ 第２の温度値と第１の温度値との間の第１の温度差を決定し、かつ、
－ 第３の温度値と沸点温度値との間の第２の温度差を決定する。

さらに、コントローラは、命令により、第１の温度差、第２の温度差および第１の温度値に基づいて、熱交換器へ入る第１の媒体の流れを制御するための流量制御信号を生成し、かつ、この流量制御信号を、熱交換器における第１の媒体の流れを制御するためにレギュレータデバイス（調節装置）へ送信する。

ある例示的な実施形態において、コントローラは更に、第１の温度差および第２の温度差が反比例し、かつ第１の温度値が熱交換器における第１の媒体の流れに正比例するように、流量制御信号を生成させられる。特に、この場合、第１の温度差および第２の温度差は、０～６℃の範囲内で反比例し、かつ第１の温度値は、７０～１１５℃の範囲内で熱交換器における第１の媒体の流れに正比例する。

別の例示的な実施形態において、コントローラは更に、第１の温度ユニットから、熱交換器を出る第１の媒体の第２のポジションにおける温度である第４の温度値を受信し、かつ第１の温度差を、第２の温度値と、第１の温度値および第４の温度値のいずれか一方との間の温度差として決定させられる。

さらに別の例示的な実施形態において、コントローラは更に、以下の熱交換器パラメータ、すなわち、第１の媒体として使用される媒体の種類、第２の媒体として使用される媒体の種類、システム内の圧力および流量、周囲温度、選択される過熱温度、熱交換器の入口ポートと出口ポートとの間の第２の媒体の温度差、のうちの少なくとも１つに基づいて、沸点温度値を計算させられる。

本発明の更なる態様によれば、プロセッサ上で実行された場合に上述の方法を実行するように適合化された、コンピュータプログラムコードを含むコンピュータプログラムも提供されている。さらに、コンピュータ可読記憶媒体を含むコンピュータプログラム製品が提供されていて、当該コンピュータ可読記憶媒体は、上述のコンピュータプログラムを記憶している。

本発明のこの方法の１つの利点は、流量制御信号を生成するための入力が、コントローラ内で合算される別々の３つの部分、すなわち第１の温度差、第２の温度差および第１の温度値、に基づくという理由で、第１の媒体の流量を所望される流れ曲線に十分に近づけて制御可能なことにある。これにより、熱交換器システムのエネルギー効率を高めること、かつ同時にエネルギーの生成に使用されるタービンブレードの摩耗を低減すること、かつこれにより、その寿命を延ばすことが可能となる。

熱交換器と、第１の媒体における流れを制御するためのコントローラおよびレギュレータデバイスとを有する、熱交換器システムを示す。 図１の熱交換器の側面断面図である。 図１の熱交換器の側面断面図である。 図１の熱交換器の第１の媒体の出口ポートを示す詳細断面図であって、第１の温度ユニットのセンサの可能な異なるポジションを示す。 図１の熱交換器の第１の媒体の出口ポートを示す詳細断面図であって、第１の温度ユニットの温度測定ワイヤの可能な異なるポジションを示す。 出口ポートの中を該ポートの開口を介して覗き見た、第１の媒体の出口ポートの図であり、温度測定ワイヤの可能な異なる構成を示す。 本発明が利用され得る廃熱発電機を示す。 熱交換器における第１の媒体の流れを制御するためのコントローラを示す略図である。 液滴の形成を防止するための方法を示すフローチャートである。

本発明は概して、熱交換器内の流れを、熱交換器システムがよりエネルギー効率的になるように制御することに関する。図１は、熱交換器１と、第１の媒体の流れを制御するためのコントローラ１００およびレギュレータデバイス４０、４１とを備える、こうした熱交換器システムを示す。図２ａおよび図２ｂには、図１の熱交換器１が断面側面図として示されている。熱交換器１において、第２の媒体は第１の媒体へ熱を伝達する。熱交換器１は、第１の媒体のための入口ポート２および出口ポート３、ならびに第２の媒体のための入口ポート６および出口ポート７を備える。図１において、矢印４および矢印５は、熱交換器１に入り、かつこれを出る第１の媒体の流れの方向を示し、矢印８および矢印９は、熱交換器１に入り、かつこれを出る第２の媒体の流れの方向を示す。本開示の文脈において、第１の媒体は、加熱されるべき媒体とされ、かつ第２の媒体は、第１の媒体へ熱を伝達する媒体とされる。第１の媒体は、作動媒体と呼ばれる場合もある。

第１の媒体および第２の媒体は、以下のグループ、すなわち、水、アルコール（メタノール、エタノール、イソプロパノールおよび／またはブタノールなど）、ケトン（アセトンおよび／またはメチルエチルケトンなど）、アミン、パラフィン（ペンタンおよびヘキサンなど）および／またはアンモニア、から選択されてもよい。ある例示的な実施形態において、第１の媒体および第２の媒体は、第１の媒体の沸点が第２の媒体の沸点より低くなるように、異なって選択される。ある好ましい例示的実施形態において、第１の媒体は、アセトンを含んでいて、水を含む第２の媒体により加熱される。

熱交換器１は更に、第１の温度センサユニット１０と、第２の温度センサユニット１５と、第３の温度センサユニット１６と、圧力センサユニット１２とを備える。第１の温度センサユニット１０は、出口ポート３において温度を測定するように配置され、かつ圧力センサユニット１２は、出口ポート３において熱交換器１を出る第１の媒体の圧力を測定するように配置されている。第２の温度センサユニット１５は、入口ポート６において熱交換器１へ入るときの第２の媒体の温度を測定するように配置される。第３の温度センサユニット１６は、出口ポート７において熱交換器１を出るときの第２の媒体の温度を測定するように配置される。これらの測定された温度値および測定された圧力値は全て、熱交換器１における第１の媒体の流れを制御するための流量制御信号を生成する際に使用されるが、これについては後に詳述する。

次に、図３ａ～図３ｅを参照して、熱交換器における第１の温度ユニット１０の配置および構成をより詳細に説明する。先に述べたように、第１の温度ユニット１０は、第１の媒体が熱交換器１を出る出口ポート３に配置される。第１の温度センサユニット１０は、熱交換器１の出口ポート３の異なるポジションに分散される１つまたは複数の温度センサ１０Ａ、１０Ｂを備えてもよい。温度センサ１０Ａは第１のポジションに配置され、かつ温度センサ１０Ｂは第２のポジションに配置される。ある例示的な実施形態において、第１の温度ユニット１０の温度センサ１０Ａ、１０Ｂは、０℃で１０～１０００オームの公称抵抗を有する白金抵抗温度計などの測温抵抗体である。

図３ａ～図３ｅは、温度センサアレイ１の温度センサ１０Ａ、１０Ｂの可能な異なるポジションを示す。異なる温度センサ１０Ａ、１０Ｂで異なるポジションにおける温度を測定することは、熱交換器１における第１の媒体の流れを制御するための流量制御信号を生成する際の精度をさらに高め得る。温度センサ１０Ａ、１０Ｂは、たとえば、第１の媒体の好ましくは円形である熱交換器出口ポート３内の周方向のポジション０～３６０゜に配置されてもよい。第１の温度センサユニット１０の温度センサ１０Ａ、１０Ｂは、好ましくは、出口ポート３の壁から距離を隔てて配置される。よって、センサ１０Ａ、１０Ｂは、周囲の温度が測定温度に影響を与えないことから、より精確な温度を測定する。図３ａ～図３ｅでは、出口ポート３が円錐形状を有することが示されているが、出口ポート３は、円筒形状などの他の形状を有してもよい。

図３ａにおいて、第１の温度センサユニット１０は、温度センサ１０Ａの１つのみを備え、上部ポジション、すなわち０゜の位置に配置される。上部ポジションは、重力場ベクトルとは反対方向の最遠ポジションと称される場合もある。

図３ｂにおいて、第１の温度センサユニット１０は、２つの温度センサ１０Ａ、１０Ｂを備え、これらは、周方向ポジションの上部および下部ポジション、０゜及び１８０゜の位置に互いに対向して配置される。当然ながら、温度センサ１０Ａ、１０Ｂを、周方向ポジション内の角度＋／－４５゜に、かつ／または周方向ポジション内の任意の角度に配置することも可能である。この角度は、第１の媒体の出口ポート３を介する流れに依存して、ひいては、潜在的乱流に起因して液滴が集められる場所、に依存して選択される。

図３ｃは、第１の温度センサユニット１０が出口３の下部ポジションに配置された２つの温度センサ１０Ａ、１０Ｂを備える、出口３を示す。

図３ｄにおいて、第１の温度センサユニット１０は、出口３の上部ポジションに配置された２つの温度センサ１０Ａ、１０Ｂを備える。

図３ｅにおいて、第１の温度センサユニット１０は、温度センサ１０Ａの１つのみを備え、下部ポジション、すなわち１８０゜の位置に配置される。下部ポジションは、重力場への最近ポジションと称される場合もある。

当業者には理解されるように、熱交換器１における出口ポート３での第１の媒体の温度を測定するために使用され得る温度センサは、広範に存在する。図４ａ～図４ｆは、測定ワイヤが温度センサとして使用される例を示す。図４ａおよび図４ｃに示す例示的な一実施形態では、単一の温度測定ワイヤ１０Ａを用いて温度が測定される。他の例示的な実施形態では、２つの温度測定ワイヤ１０Ａ、１０Ｂが、互いから距離を隔てて配置されてもよい。測定ワイヤは、互いに交差しても、交差しなくてもよい。図４ｄの例示的な実施形態では、２つの温度測定ワイヤ１０Ａ、１０Ｂが互いに対して平行に構成され、かつ図４ｂおよび図４ｅの例示的な実施形態では、２つの温度測定ワイヤ１０Ａ、１０Ｂが互いに対して垂直に構成される。直交する２つの温度測定ワイヤ１０Ａ、１０Ｂを有するこの例示的な実施形態において、温度測定ワイヤ１０Ａ、１０Ｂは、第１の媒体の出口３における任意の周方向ポジション０～３６０゜に構成されてもよい。これは、直交する温度測定ワイヤ１０Ａ、１０Ｂが第１の媒体の出口ポート３における２つの異なる周方向ポジションに構成されている図４ｅに示されていて、一方の構成が破線で示され、他方の構成は実線で示されている。図４ｆに示されているさらなる例示的な一実施形態では、少なくとも４つの温度測定ワイヤ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃおよび１０Ｄが存在し得、そのうちの２つのワイヤ１０Ａ、１０Ｂは、互いに対して平行に構成され、他の２つのワイヤ１０Ｃ、１０Ｄは、互いに平行に構成されるだけでなく、他の２つのワイヤ１０Ａ、１０Ｂに直交して、または他の任意の角度で構成される。

第２の媒体の入口ポート６における第２の温度ユニット１５の温度センサ、第２の媒体の出口ポート７における第３の温度ユニット１６の温度センサ、および第１の媒体の出口ポート３における圧力センサユニット１２の温度センサの配置および構成も、第１の温度ユニット１０の温度センサの場合と同様に行われ得ることは、留意されるべきである。第１の温度ユニット１０の温度センサの配置および構成についての上述の完全な説明を所与として、これは、当業者により容易に達成され、よってここでは繰り返さない。第２の媒体の入口６における第２の温度ユニット１５の温度センサ１５Ａ、１５Ｂの配置の一例は、図２ａに示されている。

熱交換器１は、第１の媒体を気化させるように配置されかつ／または適合化され、よってボイラとして構成され得、好ましくは、プレート熱交換器、プレートアンドシェル熱交換器、プレートフィン熱交換器、シェルアンドチューブ熱交換器またはこれらの変形形態のうちの１つとして選択される。

次に、図５を参照して、熱交換器１が廃熱発電機の一部である例示的な一実施形態について説明する。廃熱発電機は、閉ループ熱力学システムであり、好ましくは、有機ランキンサイクル(Organic Rankine Cycle)：ＯＲＣシステムである。ＯＲＣシステムは、タービン２０を介して循環する循環作動媒体、すなわち第１の媒体を含み、タービン２０は、作動媒体を沸騰させ過熱することにより第１の熱交換器１内で生成されるガスを膨張させる間に電力を生成するように構成されてなる発電デバイス２５へ連結されている。
沸騰および過熱は、熱を伝達する高温の第２の媒体を第１の熱交換器１へ導くことによって達成される。タービン２０および発電デバイス２５を通過したガスは、コンデンサ３０において、冷却媒体でガスを冷却することにより凝縮される。コンデンサ３０は、作動媒体の流れを冷却するように配置される第２の熱交換器３０ａと、作動媒体を凝縮するための別個のコンデンサタンク３０ｂとを備える。第２の熱交換器３０ａは、冷却媒体用の入口３６および出口３７、ならびに作動媒体用の入口３３および出口３２、すなわちコンデンサ３０へ入るガスの入口３２および凝縮液の出口３３、を有する。

レギュレータデバイス４０、４１は、コンデンサ３０で凝縮された作動媒体を第１の熱交換器１へ搬送する。作動媒体（すなわち、第１の媒体）は、第１の媒体の入口ポート２を介して第１の熱交換器１へ入り、第１の媒体の出口ポート３からガスの形態で出る。第２の媒体は、第２の媒体の入口ポート６を介して第１の熱交換器１へ入り、次いで第２の媒体の出口ポート７を介して出る。

レギュレータデバイス４０、４１は、第１の媒体の入口ポート２を介して熱交換器１へ入る第１の媒体の流れを制御するように構成されている。レギュレータデバイスは、ポンプ４０、バルブ４１および／またはインジェクタ、またはこうしたデバイスの任意の組合せを備えてもよい。したがって、コントローラ１００がレギュレータデバイス４０、４１へ第１の媒体の流れを制御するための流量制御信号を送信すると、レギュレータデバイス４０、４１は、第１の媒体の入口ポート２における面積を縮小または増大し、ポンプ４０もしくはインジェクタまたは両代替形態の回転速度を減少または増加することになる。

次に、図６を参照して、第１の媒体の流れを制御するためのコントローラ１００について詳述する。コントローラ１００は、図７に関連して説明される方法を実行するように構成され、かつ該方法を実行するように動作可能である。コントローラ１００は、プロセッサ１２０と、メモリ１４０とを備える。本出願の文脈において、プロセッサ１２０という用語は、処理回路として広義に解釈されるべきものであり、これには、命令を実行するように適合化された、１つまたは複数のプログラマブルプロセッサ、特定用途向け集積回路、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイまたはこれらの組合せ（不図示）が含まれ得る。メモリ１４０は、処理回路により実行可能な命令を含み、これにより、コントローラ１００は、第１の温度ユニット１０から第１の温度値Ｔ_１を、圧力センサユニット１２から圧力値Ｐを、第２の温度ユニット１５から第２の温度値Ｔ_２を、かつ第３の温度ユニット１６から第３の温度値Ｔ_３を受信し、圧力値Ｐおよび熱交換器パラメータに基づいて沸点温度値Ｔ_Ｂを計算し、第２の温度値Ｔ_２と第１の温度値Ｔ_１との間の第１の温度差ΔＴ_１と、第３の温度値Ｔ_３と沸点温度値Ｔ_Ｂとの間の第２の温度差ΔＴ_２とを決定し、第１の温度差ΔＴ_１、第２の温度差ΔＴ_２および第１の温度値Ｔ_１に基づいて、熱交換器１へ入る第１の媒体の流れを制御するための流量制御信号を生成し、かつ流量制御信号をレギュレータデバイスへ送信して、熱交換器における第１の媒体の流れを制御するように動作可能である。

他の実施形態によれば、コントローラ１００は、インタフェース１９０を更に備えてもよく、これは、他のユニットまたはデバイスと通信するための従来手段を備えると考えられてもよい。プロセッサ１２０により実行可能な命令は、たとえばメモリ１４０に記憶されるコンピュータプログラム１６０として用意されてもよい。

コンピュータプログラム１６０は、コントローラ１００において実行されるとコントローラ１００に後述の方法に記載の各ステップを実行させるコンピュータ読み取り可能なコード手段を含んでもよい。コンピュータプログラム１６０は、プロセッサ１２０に接続可能なコンピュータプログラム製品によって伝送されてもよい。コンピュータプログラム製品は、メモリ１４０であってもよい。メモリ１４０は、たとえば、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）、ＲＯＭ（読取り専用メモリ）またはＥＥＰＲＯＭ（電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ）として実現されてもよい。更に、コンピュータプログラムは、プログラムをメモリ１４０にダウンロードすることも可能な、ＣＤ、ＤＶＤまたはフラッシュメモリなどの別個のコンピュータ可読媒体１７０によって伝送されてもよい。あるいは、コンピュータプログラムは、サーバに、またはインタフェース１９０を介してコントローラ１００へ接続される又は接続可能な他の任意のエンティティに記憶されてもよい。コンピュータプログラムは、サーバからメモリ１４０へダウンロードされてもよい。

ある例示的な実施形態において、コントローラ１００は、さらに、０～６℃の範囲内で第１の温度差Ｔ_２－Ｔ_１＝ΔＴ_１が熱交換器１における第１の媒体の流れに反比例するように流量制御信号を生成すべく動作可能であってもよい。換言すれば、温度差ΔＴ_１が前記範囲内にある場合、温度差ΔＴ_１が増加すると、熱交換器１へ入る第１の媒体の流れが減少する。同様に、コントローラ１００は、０～６℃の範囲内で第２の温度差Ｔ_３－Ｔ_Ｂ＝ΔＴ_２が熱交換器１における第１の媒体の流れに反比例するように流量制御信号を生成すべく動作可能である。したがって、温度差ΔＴ_２が前記範囲内にある場合、温度差ΔＴ_２が増加すると、熱交換器１へ入る第１の媒体の流れが減少する。

さらに、コントローラ１００は、７０℃＜Ｔ_１＜１１５℃のとき、第１の温度値Ｔ_１が熱交換器１内の第１の媒体の流れに正比例するように流量制御信号を生成すべく動作可能である。したがって、温度Ｔ_１が上昇すると、熱交換器１へ入る第１の媒体の流れが増大する。

したがって、コントローラ１００が流量制御信号を生成する場合、合算される３つの異なる寄与分、すなわち温度差ΔＴ_１、温度差ΔＴ_２および第１の温度値Ｔ_１が存在する。

ある例示的な実施形態において、コントローラ１００は、さらに、第１の温度ユニット１０から第４の温度値Ｔ_４を受信させられる。第４の温度値は、第１の媒体の出口３における温度測定の精度を高めるために使用される。この例示的な実施形態において、第１の温度差ΔＴ_１は、第２の温度値Ｔ_２と、第１の温度値Ｔ_１および第４の温度値Ｔ_４のいずれか一方との間の温度差として決定される。

コントローラ１００は、さらに、以下の熱交換器パラメータ、すなわち、第１の媒体として使用される媒体の種類、第２の媒体として使用される媒体の種類、システム内の圧力および流量、周囲温度、選択された過熱温度ΔＴ_{ｏｖｅｒ－ｈｅａｔ}、熱交換器１の入口ポート６と出口ポート７との間の第２の媒体の温度差、のうちの少なくとも１つに基づいて、沸点温度値Ｔ_Ｂを計算させられる。

ある例示的な実施形態において、沸点温度値の計算は、アントワン式（下記の数１）を用いて計算され、ここで、ｐは蒸気圧であり、Ｔは温度であり、Ａ、ＢおよびＣは、特定の熱交換器パラメータである。

ある例示的な実施形態において、コントローラ１００は、比例積分微分（ＰＩＤ）レギュレータ、プログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）、パーソナルコンピュータ、または他の任意の適切な制御システムである。

次に、図７を参照して、本発明による方法をフローチャートによって詳述する。先に述べたように、本方法は、熱交換器１における液滴の形成を防止する。熱交換器１では、第２の媒体が第１の媒体に熱を伝達し、この方法は上述のコントローラ１００によって実行される。よって、本方法とコントローラに共通する特徴について再度簡単に説明する。

ステップＳ１０２において、コントローラ１００は、第１の温度ユニット１０から第１の温度値Ｔ_１を受信する。第１のポジションにおいて、熱交換器を出る第１の媒体の第１の温度値Ｔ_１が測定される。ステップＳ１０４において、コントローラ１００は、圧力センサユニット１２から圧力値Ｐを受信する。また、圧力値Ｐは、第１の媒体が熱交換器を出るポジションで測定される。ステップＳ１０６では、コントローラ１００により、第２の温度ユニットから第２の温度値Ｔ_２が受信され、該第２の温度値Ｔ_２は、第２の媒体が熱交換器へ入るポジションで測定される。さらに、ステップＳ１０８では、第３の温度ユニット１６から第３の温度値Ｔ_３が受信され、該第３の温度値は、第２の媒体が熱交換器を出るポジションで測定される。図７において破線で示されている任意選択のステップＳ１０９では、第１の温度ユニット１０から第４の温度値Ｔ_４が受信され、該第４の温度値Ｔ_４は、第１の媒体が熱交換器１を出る第２のポジションで測定される。

全ての温度値および圧力を受信した後、コントローラ１００は、ステップＳ１１０において、圧力値Ｐおよび熱交換器パラメータに基づいて沸点温度値Ｔ_Ｂを計算する。熱交換器パラメータとしては、以下のパラメータ、すなわち、第１の媒体として使用される媒体の種類、第２の媒体として使用される媒体の種類、システム内の圧力および流量、周囲温度、選択される過熱温度ΔＴ_{ｏｖｅｒ－ｈｅａｔ}、熱交換器１の入口ポート６と出口ポート７との間の第２の媒体の温度差、のうちの少なくとも１つが含まれてもよい。

この計算は、先に述べたように、アントワン式を用いて実行されてもよい。
ステップＳ１１２では、第２の温度値Ｔ_２と第１の温度値Ｔ_１との間の第１の温度差ΔＴ_１が決定される。任意選択のステップＳ１０９が実行されている場合、ステップＳ１１２は、代わりに、第１の温度差ΔＴ_１を、第２の温度値Ｔ_２と、第１の温度値Ｔ_１および第４の温度値Ｔ_４のいずれか一方との間の温度差として決定してもよい。ステップＳ１１４では、第３の温度値Ｔ_３と沸点温度値Ｔ_Ｂとの間の第２の温度差ΔＴ_２が決定される。

第１の温度差ΔＴ_１、第２の温度差ΔＴ_２および第１の温度値Ｔ_１は、ステップＳ１１６において、熱交換器１へ入る第１の媒体の流れを制御するための流量制御信号を生成するために使用される。次に、ステップＳ１１８では、コントローラ１００が、熱交換器１へ入る第１の媒体の流れを制御するために、流量制御信号をレギュレータデバイス（４０，４１）へ送信する。

ある例示的な実施形態において、流量制御信号は、第１の温度差ΔＴ_１および第２の温度差ΔＴ_２が、ΔＴ_１およびΔＴ_２の０～６℃の範囲内で反比例するように、かつ第１の温度値Ｔ_１が、Ｔ_１の７０℃～１１５℃の範囲内で熱交換器１における第１の媒体の流れに正比例するように生成される。

これまでの説明は、複数の特異性を含んでいるが、これらは、本明細書に記載の概念の範囲を限定するものとして解釈されるべきではなく、単に、記載している概念を例証する一部の実施形態の例示を提供するものとして解釈されるべきである。
本明細書に記載の概念の範囲が、当業者には明らかとなり得る他の実施形態を完全に包含するものであること、よって、本明細書に記載の概念の範囲が、限定されるべきものでないことは、認識されるであろう。エレメントの単数形での言及は、その旨の明示的指摘のない限り、「唯一」であることを意味するものではなく、「１つまたは複数の」エレメントであることを意味する。一般的な当業者に知られている上述の実施形態のエレメントに対する構造的および機能的等価物は全て、本明細書に明示的に組み込まれ、かつ本明細書に包含されることが意図される。さらに、コントローラまたは方法は、本明細書に記載の概念が解決しようとしているあらゆる問題に対処しなければ、本明細書に包含されないわけではない。例示的な図において、破線は、概して、破線内の特徴が任意選択であることを示す。

１ 熱交換器
１０ 第１の温度ユニット
１２ 圧力センサユニット
１５ 第２の温度ユニット
１６ 第３の温度ユニット
４０ ポンプ（レギュレータデバイスを構成する）
４１ バルブ（レギュレータデバイスを構成する）
１００ コントローラ
１６０ コンピュータプログラム
１７０ コンピュータ可読記憶媒体（コンピュータ読取り可能な記憶媒体）

Claims (12)

1. 第２の媒体が第１の媒体に熱を伝達する熱交換器（１）における液滴の形成を防止する方法であって、当該方法は、コントローラ（１００）によって実行されると共に、次のステップ、即ち、
   第１の温度ユニット（１０）から、前記熱交換器（１）を出る第１の媒体の第１のポジションにおける温度である第１の温度値（Ｔ_１）を受信するステップ（Ｓ１０２）と、
   圧力センサユニット（１２）から、前記熱交換器（１）を出る第１の媒体の圧力である圧力値（Ｐ）を受信するステップ（Ｓ１０４）と、
   第２の温度ユニット（１５）から、前記熱交換器（１）へ入る第２の媒体の温度である第２の温度値（Ｔ_２）を受信するステップ（Ｓ１０６）と、
   第３の温度ユニット（１６）から、前記熱交換器（１）を出る第２の媒体の温度である第３の温度値（Ｔ_３）を受信するステップ（Ｓ１０８）と、
   前記圧力値（Ｐ）および熱交換器パラメータに基づいて、沸点温度値（Ｔ_Ｂ）を計算するステップ（Ｓ１１０）と、
   前記第２の温度値（Ｔ_２）と前記第１の温度値（Ｔ_１）との間の第１の温度差（ΔＴ_１）を決定するステップ（Ｓ１１２）と、
   前記第３の温度値（Ｔ_３）と前記沸点温度値（Ｔ_Ｂ）との間の第２の温度差（ΔＴ_２）を決定するステップ（Ｓ１１４）と、
   前記第１の温度差（ΔＴ_１）、前記第２の温度差（ΔＴ_２）および前記第１の温度値（Ｔ_１）に基づいて、前記熱交換器（１）へ入る第１の媒体の流れを制御するための流量制御信号を生成するステップ（Ｓ１１６）と、
   前記熱交換器（１）における第１の媒体の流れを制御するために、前記流量制御信号をレギュレータデバイス（４０，４１）へ送信するステップ（Ｓ１１８）と、
   を備えることを特徴とする方法。
2. 前記流量制御信号は、前記第１の温度差（ΔＴ_１）および前記第２の温度差（ΔＴ_２）が反比例し、且つ、前記第１の温度値（Ｔ_１）が前記熱交換器（１）における前記第１の媒体の流れに正比例するように生成される、請求項１に記載の方法。
3. 前記方法は、
   前記第１の温度ユニット（１０）から、前記熱交換器（１）を出る第１の媒体の第２のポジションにおける温度である第４の温度値（Ｔ_４）を受信するステップ（Ｓ１０９）
   を更に備え、
   前記第１の温度差（ΔＴ_１）を決定する前記ステップ（Ｓ１１２）は更に、前記第２の温度値（Ｔ_２）と、前記第１の温度値（Ｔ_１）および前記第４の温度値（Ｔ_４）のうちのいずれか一方との間の温度差を決定することを含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記熱交換器パラメータは、以下のパラメータのうちの少なくとも１つ、即ち、
   第１の媒体として使用される媒体の種類、第２の媒体として使用される媒体の種類、システム内の圧力および流量、周囲温度、選択される過熱温度ΔＴ_{ｏｖｅｒ－ｈｅａｔ}、前記熱交換器（１）の入口ポート（６）と出口ポート（７）との間の第２の媒体の温度差、のうちの少なくとも１つを含んでなる、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記第１の温度差（ΔＴ_１）および前記第２の温度差（ΔＴ_２）は、０～６℃の範囲内で反比例し、且つ、前記第１の温度値（Ｔ_１）は、７０～１１５℃の範囲内で前記熱交換器（１）における第１の媒体の流れに正比例する、請求項２～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 第２の媒体が第１の媒体に熱を伝達する熱交換器（１）における液滴の形成を防止するためのコントローラ（１００）であって、当該コントローラは、プロセッサ（１２０）と、命令（１６０）を記憶すべく構成された非一時的コンピュータ可読媒体（１４０）とを備え、前記命令（１６０）は、前記プロセッサ（１２０）により実行されるとき、当該コントローラ（１００）に、
   第１の温度ユニット（１０）から、前記熱交換器（１）を出る第１の媒体の第１のポジションにおける温度である第１の温度値（Ｔ_１）を受信させ、
   圧力センサユニット（１２）から、前記熱交換器（１）を出る第１の媒体の圧力である圧力値（Ｐ）を受信させ、
   第２の温度ユニット（１５）から、前記熱交換器（１）へ入る第２の媒体の温度である第２の温度値（Ｔ_２）を受信させ、
   第３の温度ユニット（１６）から、前記熱交換器（１）を出る第２の媒体の温度である第３の温度値（Ｔ_３）を受信させ、
   前記圧力値（Ｐ）および熱交換器パラメータに基づいて、沸点温度値（Ｔ_Ｂ）を計算させ、
   前記第２の温度値（Ｔ_２）と前記第１の温度値（Ｔ_１）との間の第１の温度差（ΔＴ_１）を決定させ、
   前記第３の温度値（Ｔ_３）と前記沸点温度値（Ｔ_Ｂ）との間の第２の温度差（ΔＴ_２）を決定させ、
   前記第１の温度差（ΔＴ_１）、前記第２の温度差（ΔＴ_２）および前記第１の温度値（Ｔ_１）に基づいて、前記熱交換器（１）へ入る第１の媒体の流れを制御するための流量制御信号を生成させ、
   前記熱交換器（１）における第１の媒体の流れを制御するために、前記流量制御信号をレギュレータデバイス（４０，４１）へ送信させる、
   ことを特徴とするコントローラ。
7. 前記コントローラ（１００）は更に、前記第１の温度差（ΔＴ_１）および前記第２の温度差（ΔＴ_２）が反比例し、且つ、前記第１の温度値（Ｔ_１）が前記熱交換器（１）における前記第１の媒体の流れに正比例するように、前記流量制御信号を生成する、請求項６に記載のコントローラ。
8. 前記コントローラ（１００）は更に、前記第１の温度ユニット（１０）から、前記熱交換器（１）を出る第１の媒体の第２のポジションにおける温度である第４の温度値（Ｔ_４）を受信すると共に、
   前記第１の温度差（ΔＴ_１）を、前記第２の温度値（Ｔ_２）と、前記第１の温度値（Ｔ_１）および前記第４の温度値（Ｔ_４）のうちのいずれか一方との間の温度差として決定する、請求項６又は７に記載のコントローラ。
9. 前記コントローラ（１００）は更に、前記沸点温度値（Ｔ_Ｂ）を、以下の熱交換器パラメータのうちの少なくとも一つ、即ち、
   第１の媒体として使用される媒体の種類、第２の媒体として使用される媒体の種類、システム内の圧力および流量、周囲温度、選択される過熱温度ΔＴ_{ｏｖｅｒ－ｈｅａｔ}、前記熱交換器（１）の入口ポート（６）と出口ポート（７）との間の第２の媒体の温度差、のうちの少なくとも１つに基づいて計算する、請求項６～８のいずれか一項に記載のコントローラ。
10. 前記第１の温度差（ΔＴ_１）および前記第２の温度差（ΔＴ_２）は、０～６℃の範囲内で反比例し、且つ、前記第１の温度値（Ｔ_１）は、７０～１１５℃の範囲内で前記熱交換器（１）における前記第１の媒体の流れに正比例する、請求項６～９のいずれか一項に記載のコントローラ。
11. コンピュータプログラムコードを含むコンピュータプログラム（１６０）であって、
    前記コンピュータプログラムコードは、プロセッサ（１２０）上で実行されるとき、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法を実行するように適合化されている、ことを特徴とするコンピュータプログラム。
12. コンピュータ可読記憶媒体（１７０）を含むコンピュータプログラム製品であって、
    前記コンピュータ可読記憶媒体は、請求項１１に記載のコンピュータプログラム（１６０）を有してなる、ことを特徴とするコンピュータプログラム製品。

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