JP2526773B2

JP2526773B2 - 冷媒循環式発電システムにおける電力制御装置

Info

Publication number: JP2526773B2
Application number: JP4332361A
Authority: JP
Inventors: 弘高橋; 淳飯田
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1992-11-17
Filing date: 1992-11-17
Publication date: 1996-08-21
Anticipated expiration: 2011-08-21
Also published as: JPH06165599A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷媒循環式発電システ
ムにおける電力制御装置に関し、より特定的には、高温
熱源と低温熱源との間の熱落差に基づくエネルギーを電
気エネルギーとして取り出す冷媒循環式発電システムに
おける発電電力を制御するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ガス会社では、天然ガスを液化
した状態で液化天然ガス（以下、ＬＮＧと記す。）専用
タンカーで輸入し、海岸に面して立地されたＬＮＧタン
クに貯留するようにしている。そして、需要に応じて、
ＬＮＧタンクから取り出したＬＮＧを海水の熱を利用し
て気化し、１３Ａ都市ガスを供給するようにしている。
ここで、ＬＮＧを気化する場合、低温熱源としてのＬＮ
Ｇ（−１６２℃）と高温熱源としての海水（１０℃〜３
０℃）との間に熱落差がある。したがって、熱落差に基
づく熱エネルギーを熱交換器で取り出せれば、熱エネル
ギーで発電を行うことができ、所内の電力需要の一部を
まかなうことができ省エネルギーになる。このため、所
内に冷媒循環式発電システムが設けられている。

【０００３】図４は、従来の冷媒循環式発電システムお
よびその電力制御装置の構成を示すブロック図である。
この冷媒循環式発電システムは、第１の熱交換器として
の冷媒凝縮器２、第２の熱交換器としての冷媒蒸発器
４、冷媒循環手段としての冷媒ポンプ１６、タービン６
および発電機８等を備える。

【０００４】冷媒凝縮器２および冷媒蒸発器４には、冷
媒、例えばフロンがそれぞれ貯留されている。冷媒凝縮
器２内の上部にはパイプ３が付設されており、冷媒蒸発
器４内の下部にはパイプ５が付設されている。冷媒凝縮
器２のパイプ３には、ＬＮＧが還流される。パイプ３付
近では、気化したフロンすなわちフロンガスとＬＮＧと
の間で熱交換が行われる。その結果、フロンガスが液化
し、冷媒凝縮器２内のの下部に液体フロンが貯留され
る。このように、冷媒凝縮器２の内部では、フロンが順
次液化されるので、冷媒凝縮器２の上部のフロンガスの
圧力は、低くなる。冷媒凝縮器２内に貯留された液体フ
ロンは、冷媒ポンプ１６および液面制御弁１８を介して
冷媒蒸発器４内に送られる。冷媒蒸発器４内に送られた
液体フロンは、冷媒蒸発器４内においてその上部からシ
ャワー状にして下部に落下される。

【０００５】冷媒蒸発器４内の下部には、液体フロンが
貯留されている。冷媒蒸発器４のパイプ５には、海水が
還流される。パイプ５付近では、液体フロンと海水との
間で熱交換が行われる。その結果、液体フロンは気化
し、冷媒蒸発器４の上部にフロンガスが貯留される。こ
のように、冷媒蒸発器４の内部では液体フロンが順次気
化されるので、冷媒蒸発器４内のフロンガスの圧力は、
高くなる。

【０００６】冷媒蒸発器４から冷媒凝縮器２にフロンガ
スが戻る経路上には、タービン６が設けられている。
タービン６は、フロンガスに蓄積されたＬＮＧと海水と
の間の熱落差に基づく圧力エネルギーを機械的な回転エ
ネルギーに変換する。発電機８は、タービン６の回転エ
ネルギーを電気エネルギーに変換する。発電機８の発電
電力を所内の電気機器に給電することによって、所内の
電力需要に対応することができる。

【０００７】なお、フロンは、冷媒凝縮器２から冷媒ポ
ンプ１６を介して冷媒蒸発器４へ、また冷媒蒸発器４か
らタービン６を介して冷媒凝縮器２へと閉鎖された循環
系内で循環するので、フロンが逃げることなく一定量に
保持される。したがって、海水とＬＮＧとの熱落差に基
づく圧力エネルギーがフロンに有効に蓄積される。

【０００８】冷媒蒸発器４に関連して液面制御装置２２
が設けられている。液面制御装置２２は、冷媒蒸発器４
内の液体フロンの液面を監視し、冷媒蒸発器４のフロン
の液面レベルが一定になるように液面制御弁１８の開度
を制御する。したがって、冷媒蒸発器４内のパイプ５が
液体フロンの液面の上部に露出することがない。また、
冷媒蒸発器４内で液体フロンの液面のレベルが一定に保
たれると、循環系全体ではフロンの全量が一定であるの
で、冷媒凝縮器２内の液体フロンの液面のレベルも一定
に保たれる。したがって、冷媒凝縮器２内のパイプ３が
液体フロンに浸漬することがない。これによって、海水
とＬＮＧとの熱落差に基づく圧力エネルギーをフロンに
有効に蓄積することができる。

【０００９】ところで、ＬＮＧの供給量は、都市ガスの
供給の変動にともなって変動する。また、海水の温度も
夏と冬や昼と夜等の時期によっても変動する。これらの
変動に応じて、フロンに蓄積される圧力エネルギーが変
動し、結果として発電機８の発電電力が変動する。しか
し、発電機８は安全性の見地から定格電力以下で運転さ
せなければならない。また、所内の電力需要も時期によ
って変動する。このため、発電電力が所内の電力需要を
下回る場合が生じる。この場合には、不足分を電力会社
からの買電でまかなう必要がある。しかし、発電電力が
変動して所内の電力需要を上回る場合には、買電側に余
剰分の発電電力が逆流しないように考慮する必要があ
る。したがって、発電機８を常に定格電力以下で運転さ
せ、かつ、買電側に発電電力が逆流しないようにするた
め、発電機８の発電電力を監視し、発電電力が設定値を
越えると発電電力をほぼ設定値まで下げるように電力を
制御する必要がある。このため、従来の冷媒循環式発電
システムでは、次のような電力制御装置が設けられてい
た。

【００１０】従来の電力制御装置は、タービン入口弁１
０２、ローセレクタ１０４、バイパス弁１０６、電力制
御器１０８および圧力制御器１１０，１１２等を備え
る。タービン入口弁１０２は、タービン６の冷媒導入口
１１４に設けられ、タービン６に流入するフロンガスの
量を調整する。冷媒蒸発器４および冷媒凝縮器２間に
は、バイパス経路１１６が設けられる。バイパス経路１
１６は、冷媒蒸発器４から冷媒凝縮器２にフロンガスを
バイパスするためのものである。バイパス経路１１６上
には、バイパス弁１０６が設けられる。バイパス弁１０
６は、冷媒蒸発器４から冷媒凝縮器２にバイパスされる
フロンガスの量を調整する。ここで、バイパス弁１０６
は、制御容量が大であるため、大型かつ大重量である。
したがって、バイパス弁１０６は、動作が緩慢で、か
つ、分解能が低い。これに対し、タービン入口弁１０２
は、制御容量が小さいため、小型かつ軽量であり、動作
が迅速でかつ分解能が高い。すなわち、タービン入口弁
１０２は、制御信号入力に対して相対的に応答速度が速
く、開度の急峻な変更が可能である。一方、バイパス弁
１０６は、制御信号入力に対して相対的に応答速度が遅
く、開度の急峻な変更ができない。

【００１１】図示しない中央制御装置から予め定められ
た電力設定値が電力制御器１０８に送られている。電力
制御器１０８は、発電機８の発電電力を監視する。そし
て、発電電力が電力設定値を越えると、発電機８の発電
電力と予め定められた電力設定値との差が小さくなるよ
うに、タービン入口弁１０２の開度を制御する制御信号
をローセレクタ１０４に送る。

【００１２】圧力制御器１１０，１１２は、圧力設定部
１１８，１２０をそれぞれ備えている。この圧力設定部
１１８，１２０には、予め定められた圧力値が設定され
ている。例えば、圧力設定部１１８の圧力設定値は、
０．２ｋｇ／ｃｍ² であり、圧力設定部１２０の圧力設
定値は、０．３３ｋｇ／ｃｍ² である。圧力制御器１１
０は、冷媒凝縮器２内のフロンガスの圧力を監視し、冷
媒凝縮器２内のフロンガスの圧力が圧力設定値０．２ｋ
ｇ／ｃｍ² 以上の場合には、バイパス弁１０６を閉じた
状態に維持する。冷媒凝縮器２内のフロンガスの圧力が
圧力設定値０．２ｋｇ／ｃｍ² 未満になった場合には、
バイパス弁１０６を開き、フロンガスの圧力が圧力設定
値と一致するようにバイパス弁１０６の開度を調整す
る。一方、圧力制御器１１２は、冷媒凝縮器２内のフロ
ンガスの圧力を監視し、冷媒凝縮器２内のフロンガスの
圧力が圧力設定値０．３３ｋｇ／ｃｍ² 以上の場合に
は、タービン入口弁１０２の開度を下げ、圧力設定値
０．３３ｋｇ／ｃｍ² と一致するようにタービン入口弁
１０２の開度を制御する制御信号をローセレクタ１０４
に送る。冷媒凝縮器２内のフロンガスの圧力が圧力設定
値０．３３ｋｇ／ｃｍ² 未満の場合には、タービン入口
弁１０２の開度を上げ、圧力設定値０．３３ｋｇ／ｃｍ
² と一致するようにタービン入口弁１０２の開度を制御
する制御信号をローセレクタ１０４に送る。

【００１３】ローセレクタ１０４は、電力制御器１０８
からの制御信号と圧力制御器１１２からの制御信号とを
比較し、タービン入口弁１０２の開度を小さくする方の
制御信号を選択する。したがって、タービン入口弁１０
２は、電力制御器１０８と圧力制御器１１２とのいずれ
か一方の制御にしたがって、その開度が調整されること
になる。

【００１４】ここで、発電電力が電力設定値未満の場
合、例えば発電機８の定格電力が３０００ｋＷで発電電
力の設定値が２２００ｋＷでこのときの発電機８の発電
電力が２０００ｋＷの場合を想定する。このような場合
には、海水とＬＮＧとの熱落差による熱エネルギーをほ
ぼ１００％発電電力として回収する必要がある。したが
って、圧力エネルギーが冷媒蒸発器４から冷媒凝縮器２
に無駄に逃げないように、バイパス弁１０６を閉じてお
く必要がある。

【００１５】電力制御器１０８は、発電電力が電力設定
値２２００ｋＷ未満の２０００ｋＷであるので、１００
％の電力回収を行うため、タービン入口弁１０２の開度
を１００％にする制御信号をローセレクタ１０４に送
る。一方、圧力制御器１１２は、圧力設定値が０．３３
ｋＷ／ｃｍ² であるので、冷媒凝縮器２のフロンガスの
圧力が０．３３ｋｇ／ｃｍ² になるように、タービン入
口弁１０２の開度を例えば４２％にする制御信号をロー
セレクタ１０４に送る。ローセレクタ１０４は、電力制
御器１０８の制御信号の指示開度が１００％で、圧力制
御器１１２からの制御信号の指示開度が４２％であるの
で、指示開度の低い方の圧力制御器１１２からの制御信
号をタービン入口弁１０２に送る。その結果、バイパス
弁１０６の開度が４２％に調整され、冷媒凝縮器２内の
フロンガスの圧力は０．３３ｋｇ／ｃｍ² に保たれる。

【００１６】一方、圧力制御器１１０は、冷媒凝縮器２
内のフロンガスの圧力が圧力設定値０．２ｋｇ／ｃｍ²
より高い０．３３ｋｇ／ｃｍ² であるので、バイパス弁
１０６を閉じたままにする。したがって、冷媒蒸発器４
内のフロンガスがタービン６にのみ送られ、海水とＬＮ
Ｇとの熱落差による熱エネルギーをほぼ１００％発電電
力として回収することができる。

【００１７】次に、発電電力が電力設定値を越えた場合
を想定する。この場合、電力設定値が一定で海水温の上
昇等により発電電力が電力設定値を越えるときと、電力
設定値を強制的に下げた結果、発電電力が電力設定値を
越えるときとがある。しかし、電力制御装置の性能のテ
ストとしては同じであり、電力設定値を強制的に下げて
テストする方が、容易に行える。したがって、発電中に
発電電力の設定値を強制的に下げ、発電を停止すること
によって、電力制御装置の性能のテストを行うことにす
る。この場合、電力設定値を急に２２００ｋＷから０に
落とすと、冷媒凝縮器２内のフロンガスの圧力が急減
し、冷媒凝縮器２に負担がかかるため好ましくない。し
たがって、冷媒凝縮器２に負担がかからない程度に電力
設定値を徐々に下げる必要がある。図５は、電力制御装
置の制御成績の結果を示す図である。このテストでは、
電力設定値を図５のラインＬ１に示すように５分程度時
間をかけて元の電力設定値から徐々に２００ｋＷ程度ま
で低下させ、また、電力設定値を５分程度２００ｋＷ一
定に保持してから遮断器を切るようにする。

【００１８】電力設定値が徐々に低下するにつれて、電
力制御器１０８は、ローセレクタ１０４に送る制御信号
の指示開度を１００％から徐々に下げる。制御信号の指
示開度が４２％未満になると、電力制御器１０８からの
制御信号の指示開度の方が圧力制御器１１２からの制御
信号の指示開度より低くなる。したがって、ローセレク
タ１０４は、圧力制御器１１２に代え、電力制御器１０
８からの制御信号を選択する。これによって、タービン
入口弁１０２の開度は、図５のラインＬ２に示すよう
に、４２％から徐々に下がる。

【００１９】タービン入口弁１０２の開度が下がるにし
たがって、タービン６に導入されるフロンガスの量が減
少するので、発電機８の発電電力が図５のラインＬ３に
示すように低下する。また、冷媒凝縮器２内のフロンガ
スの圧力が図５のラインＬ４に示すように低下する。と
ころで、圧力制御器１１２は、冷媒凝縮器２内のフロン
ガスの圧力が低下するにしたがって、圧力を圧力設定値
０．３３ｋｇ／ｃｍ²に一致させるためタービン入口弁
１０２の開度を４２％以上にするようローセレクタ１０
４に制御信号を送る。しかし、圧力制御器１１２の制御
信号の指示開度より、電力制御器１０８の制御信号の指
示開度の方がより低くなる。したがって、ローセレクタ
１０４は、電力制御器１０８の制御信号を選択し、ター
ビン入口弁１０２の開度の制御を電力制御器１０８に任
せる。これによって、発電電力が低下する。

【００２０】冷媒凝縮器２内のフロンガスの圧力が圧力
制御器１１０の圧力設定値０．２ｋｇ／ｃｍ² 未満にな
ると、圧力制御器１１０は、冷媒凝縮器２内のフロンガ
スの圧力が０．２ｋｇ／ｃｍ² になるように制御信号を
バイパス弁１０６に送る。これによって、バイパス弁１
０６の開度は、図５のラインＬ５に示すように０％から
徐々に上昇する。したがって、冷媒蒸発器４内のフロン
ガスが発電のためにエネルギーを使うことなくバイパス
経路１１６のバイパス弁１０６を介して冷媒凝縮器２に
戻るので、発電機８の発電電力が低下する。このように
して、電力制御が行われ、発電電力が２００ｋＷにまで
低下され、５分程度時間が経過してから遮断器が切られ
ていた。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の電力制
御装置では、圧力制御器１１０の圧力設定値と圧力制御
器１１２の圧力設定値とが異なる値に選ばれており、圧
力制御器１１０でバイパス弁１０６を制御し、圧力制御
器１１２および電力制御器１０８でタービン入口弁１０
２を制御するようにしていたので、次のような問題が生
じていた。

【００２２】まず、第１に発電機８の発電電力を低下さ
せる場合、タービン入口弁１０２は、圧力制御装置１１
２から切り離されて、電力制御器１０８の制御下に入
る。そのため、冷媒凝縮器２内のフロンガスの圧力が
０．３３ｋｇ／ｃｍ² から０．２ｋｇ／ｃｍ² に低下し
て圧力制御器１１２が作動するまでの間は、冷媒凝縮器
２内のフロンガスの圧力は電力制御装置１０８によるタ
ービン入口弁１０２の開度制御のみに依存することにな
る。このとき、電力制御器１０８はタービン入口弁１０
２の開度を下げ続けているため、冷媒凝縮器２内のフロ
ンガスの圧力が０．３３ｋｇ／ｃｍ² から０．２ｋｇ／
ｃｍ² まで急激に低下し、システム全体に悪影響を与え
るという問題があった。また、冷媒凝縮器２内のフロン
ガスの圧力の急激な低下に起因して、冷媒蒸発器４内の
フロンガスと冷媒凝縮器２内のフロンガスの圧力差が増
大する。この圧力差の増大は、タービン６の回転エネル
ギーが増大する方向すなわち、発電機８の発電電力が増
大する方向に働く。したがって、タービン入口弁１０２
の開度が下がっても、発電機８の発電電力がそれほど低
下しないという問題もあった。

【００２３】第２に、電力制御器１０８でタービン入口
弁１２の開度を下げ、冷媒凝縮器２内のフロンガスの圧
力が０．２ｋｇ／ｃｍ² 未満になると、圧力制御器１１
０の制御でバイパス弁１４の開度を上げ、それによって
バイパス弁１０６から冷媒凝縮器２内へ流入するフロン
ガスが増大させて冷媒凝縮器２内のフロンガスの圧力を
０．２ｋｇ／ｃｍ² 未満にならないようにしている。し
かし、発電電力を電力設定値に一致させるためにタービ
ン入口弁１０２の開度が速く低下するにもかかわらず、
バイパス弁１０６の応答速度が遅いのに起因してバイパ
ス弁１４の開度をすばやく上げることができない。その
ため、冷媒凝縮器２内のフロンガスの圧力は、すぐには
０．２ｋｇ／ｃｍ² に安定せず、一時的に０．２ｋｇ／
ｃｍ² 以下に低下する。その結果大気圧によって冷媒凝
縮器２が破壊するおそれがあるという問題があった。ま
た、冷媒凝縮器２内のフロンガスの圧力の変動に起因し
て、液体フロンの液面の変動、発電電力の変動等のプロ
セス変動が生じるという問題もあった。

【００２４】上記のように、従来の電力制御装置では、
圧力制御も電力制御も十分に働かず、冷媒凝縮器２内の
フロンガスの圧力変動を防止することができないため安
定的に発電電力を低下させることができず、プロセスの
変動が生じるという問題があった。

【００２５】ところで、圧力制御器１１０の圧力設定部
１１８の圧力設定値を圧力制御器１１２の圧力設定部１
２０と同じ圧力設定値０．３３ｋｇ／ｃｍ² にし、発電
電力の低下中冷媒凝縮器２のフロンガスの圧力を一定に
することも考えられる。しかし、発電電力が電力設定値
未満の場合に、冷媒凝縮器２内のフロンガスの圧力が圧
力設定値から低下すると、圧力制御器１１０が冷媒凝縮
器２内のフロンガスの圧力を圧力設定値にしようとして
バイパス弁１０６を開いて制御する。このため、バイパ
ス弁１０６が頻繁に開いてしまうことになり、エネルギ
ーの回収効率が悪化するという別の問題が生じる。

【００２６】本発明は、上述の技術的課題を解決し、圧
力変動を生じることなく発電電力を安定的に低下させる
ことができる冷媒循環式発電システムにおける電力制御
装置を提供することを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上述の技術的課題を解決
するために、本発明は以下の構成をとる。請求項１の冷
媒循環式発電システムにおける電力制御装置は、気化し
た冷媒と低温熱源とを熱交換させることにより気化した
冷媒を液化するための第１の熱交換器と、液化した冷媒
と高温熱源とを熱交換させることにより液化した冷媒を
気化するための第２の熱交換器と、第１および第２の熱
交換器間で冷媒を循環させることにより閉鎖された冷媒
の循環系を構成するための冷媒循環手段と、冷媒循環手
段における第２の熱交換器から第１の熱交換器に気化し
た冷媒が戻る経路上に設けられ、この気化した冷媒に蓄
積された低温熱源と高温熱源との間の熱落差に基づく圧
力エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換するため
のタービンと、タービンの回転エネルギーを電気エネル
ギーに変換するための発電機とを備える冷媒循環式発電
システムにおいて、発電機の発電電力を制御するための
装置であって、タービンの冷媒導入口に設けられ、この
タービンに導入される気化した冷媒の量を調整するため
のタービン入口弁、第２の熱交換器と第１の熱交換器と
の間に設けられ、第２の熱交換器から第１の熱交換器に
気化した冷媒をバイパスするためのバイパス経路、バイ
パス経路上に設けられ、第２の熱交換器から第１の熱交
換器にバイパスされる気化した冷媒の量を調整するため
のバイパス弁、発電機の発電電力を監視し、この監視さ
れた発電電力が予め定められた設定値を越えたときに、
発電機の発電電力と予め定められた設定値との差が小さ
くなるように、バイパス弁の開度を制御するためのバイ
パス弁制御手段、および第１の熱交換器内の気化した冷
媒の圧力を監視し、この気化した冷媒の圧力が予め定め
られた設定値と一致するようにタービン入口弁の開度を
制御するためのタービン入口弁制御手段を備えることを
特徴とする。

【００２８】請求項２の冷媒循環式発電システムにおけ
る電力制御装置は、請求項１のものにおいて、タービン
入口弁は、相対的に応答速度が速い弁によって構成さ
れ、バイパス弁は、相対的に応答速度が遅い弁によって
構成されていることを特徴とする。

【００２９】請求項３の冷媒循環式発電システムにおけ
る電力制御装置は、請求項１または２のものにおいて、
バイパス弁制御手段は、発電機の発電電力と予め定めら
れた設定値との差が所定値以下になったことに応答し
て、バイパス弁の開度制御を停止するための不感帯を有
していることを特徴とする。

【００３０】

【作用】請求項１の冷媒循環式発電システムにおける電
力制御装置においては、バイパス弁制御手段は、発電機
の発電電力を監視し、発電電力が予め定められた設定値
を越えたときに、発電機の発電電力と予め定められた設
定値との差が小さくなるように、バイパス弁の開度を制
御する。一方、タービン入口弁制御手段は、第１の熱交
換器内の気化した冷媒の圧力を常時監視し、この気化し
た冷媒の圧力が予め定められた設定値と一致するように
タービン入口弁の開度を制御する。したがって、発電機
の発電電力を低下させるためにバイパス弁が開かれて
も、すぐにタービン入口弁制御手段によってタービン入
口弁の開度が適正な値に調整されるため、第１の熱交換
器内の気化した冷媒の圧力が常に一定に保たれる。

【００３１】請求項２の冷媒循環式発電システムにおけ
る電力制御装置においては、発電機の発電電力を低下さ
せるときに、相対的に応答速度の遅いバイパス弁の開度
の上昇に対して相対的に応答速度の速いタービン入口弁
の開度の低下がすばやく追随するため、第１の熱交換器
内の気化した冷媒の圧力がより一層安定化する。

【００３２】請求項３の冷媒循環式発電システムにおけ
る電力制御装置においては、発電機の発電電力と設定値
との偏差が不感帯に入ったときは、バイパス弁の開度制
御が一時的に停止される。これによって、圧力制御と電
力制御との間の相互干渉によるプロセスの変動が抑制さ
れ、第１の熱交換器内の気化した冷媒の圧力がさらに安
定化する。

【００３３】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。図１は、本発明の一実施例の電力制御装置および
それが適用された冷媒循環式発電システムの構成を示す
ブロック図である。なお、図１の実施例において、図４
の従来の装置と対応する部分には同一の参照符を付し、
その詳細な説明を省略する。この実施例の電力制御装置
は、タービン入口弁１２、バイパス弁１４、ハイセレク
タ１０、電力制御器４０および圧力制御器４２，４４等
を備える。

【００３４】タービン入口弁１２は、タービン６の冷媒
導入口４６に設けられ、タービン６に導入される気化し
た冷媒の量を調整する。冷媒蒸発器４および冷媒凝縮器
２間には、バイパス経路４８が設けられる。バイパス経
路４８は、冷媒蒸発器４から冷媒凝縮器２にフロンガス
をバイパスするためのものである。バイパス経路４８上
には、バイパス弁１４が設けられる。バイパス弁１４
は、冷媒蒸発器４から冷媒凝縮器２にバイパスされるフ
ロンガスの量を調整する。バイパス弁１４には、ハイセ
レクタ１０が設けられる。ここで、バイパス弁１４は、
制御容量が大であるため、大型かつ大重量である。した
がって、バイパス弁１４は、動作が緩慢で、かつ、分解
能が低い。これに対し、タービン入口弁１２は、制御容
量が小さいため、小型かつ軽量であり、動作が迅速でか
つ分解能が高い。すなわち、タービン入口弁１２は、制
御信号入力に対して相対的に応答速度が速く、開度の急
峻な変更が可能である。一方、バイパス弁１４は、制御
信号入力に対して相対的に応答速度が遅く、開度の急峻
な変更ができない。

【００３５】図示しない中央制御装置から予め定められ
た電力設定値が電力制御器４０に送られている。図２
は、電力制御器４０のより詳細な構成を示すブロック図
である。電力制御器４０は、減算器６０、電力検出器６
１，比較器６２およびＰＩＤ制御部６４を備える。電力
検出器６１は、発電機８の発電電力を検出している。電
力検出器６１の検出信号は、減算器６０の一方の入力に
与えられる。減算器６０の他方の入力には、中央制御装
置から予め定められた電力設定値が与えられる。減算器
６０は、電力設定値と発電電力の差を求め、この差を比
較器６２の一方の入力に与える。比較器６２の他方の入
力には、不感帯の範囲として例えば１５０ｋＷ程度を示
す一定の信号が与えられる。比較器６２は、減算器６０
からの信号が不感帯を越えていると、不感帯を越える部
分の信号をＰＩＤ制御部６４に送る。減算器６０からの
信号が不感帯未満のときには、減算器６０からの信号の
変化分を０にしてＰＩＤ制御部６４に送る。ＰＩＤ制御
部６４は、比較器６２からの信号の比例部分、積分部分
および微分部分を演算し、その結果を制御信号としてハ
イセレクタ１０に送る。したがって、電力制御器４０
は、発電電力が設定値を越え、さらに不感帯を越える
と、発電機８の発電電力と予め定められた電力設定値と
の差が小さくなるように、バイパス弁１４の開度を制御
する制御信号をハイセレクタ１０に送る。

【００３６】圧力制御器４２，４４は、圧力設定部５
０，５２をそれぞれ備えている。この圧力設定部５０，
５２には、予め定められた圧力値が設定されている。例
えば、圧力設定部５０の圧力設定値は、０．２ｋｇ／ｃ
ｍ² であり、圧力設定部５２の圧力設定値は、０．３３
ｋｇ／ｃｍ² である。圧力制御器４２は、冷媒凝縮器２
内のフロンガスの圧力を監視し、フロンガスの圧力が圧
力設定値０．２ｋｇ／ｃｍ² 以上の場合には、バイパス
弁１４を閉じた状態に維持する制御信号をハイセレクタ
１０に送る。圧力設定値０．２ｋｇ／ｃｍ² 未満になっ
た場合には、バイパス弁１４を開いて冷媒凝縮器２内の
フロンガスの圧力が圧力設定値０．２ｋｇ／ｃｍ² と一
致するようにバイパス弁１４の開度を調整する制御信号
をハイセレクタ１０におくる。一方、圧力制御器４４
は、冷媒凝縮器２内のフロンガスの圧力を監視し、フロ
ンガスの圧力が圧力設定値０．３３ｋｇ／ｃｍ² 以上の
場合には、タービン入口弁１２の開度を下げて冷媒凝縮
器２内のフロンガスの圧力が圧力設定値０．３３ｋｇ／
ｃｍ² と一致するように、制御信号をタービン入口弁１
２に送る。冷媒凝縮器２内のフロンガスの圧力が圧力設
定値０．３３ｋｇ／ｃｍ² 未満の場合には、タービン入
口弁１２の開度を上げて圧力設定値０．３３ｋｇ／ｃｍ
² と一致するように、制御信号をタービン入口弁１２に
送る。

【００３７】ハイセレクタ１０は、電力制御器４０から
の制御信号と圧力制御器４２からの制御信号とを比較
し、バイパス弁１４の開度を大きくする方の制御信号を
選択する。したがって、バイパス弁１４は、電力制御器
４０と圧力制御器４２のいずれか一方の制御信号にした
がって、その開度が調整されることになる。

【００３８】ここで、発電電力が設定値未満の場合、例
えば発電機８の定格電力が３０００ｋＷで発電電力の設
定値が２５００ｋＷでこのときの発電機８の発電電力が
ほぼ２４００ｋＷの場合を想定する。このような場合に
は、海水とＬＮＧとの熱落差による熱エネルギーをほぼ
１００％発電電力として回収する必要がある。したがっ
て、圧力エネルギーが冷媒蒸発器４から冷媒凝縮器２に
無駄に逃げないように、バイパス弁１４を閉じておく必
要がある。

【００３９】圧力制御器４４は、圧力設定部５２の圧力
設定値が０．３３ｋｇ／ｃｍ² であるので、冷媒凝縮器
２内の圧力が０．３３ｋｇ／ｃｍ² になるように、ター
ビン入口弁１２の開度を例えば３９％にする制御信号を
タービン入口弁１２に送る。したがって、冷媒凝縮器２
内のフロンガスの圧力は、ほぼ一定の０．３３ｋｇ／ｃ
ｍ² に保たれる。

【００４０】電力制御器４０は、発電電力が設定値２５
００ｋＷ未満の２４００ｋＷであるので、エネルギーの
回収効率をほぼ１００％に維持しながら発電電力を２０
００ｋＷから２１００ｋＷに近づけるため、バイパス弁
１４の開度を０％にする制御信号をハイセレクタ１０に
送る。一方、圧力制御器４２は、圧力設定部５０の圧力
設定値が０．２ｋＷ／ｃｍ² で、冷媒凝縮器２内のフロ
ンガスの圧力が圧力設定値０．２ｋＷ／ｃｍ² 以上の
０．３３ｋｇ／ｃｍ² であるので、バイパス弁１４の開
度を０％にする制御信号をハイセレクタ１０に送る。ハ
イセレクタ１０は、電力制御器４０の制御信号の指示開
度が０％で、圧力制御器４４からの制御信号の指示開度
が０％で同じであるので、電力制御器４０または圧力制
御器４２からの制御信号をバイパス弁１４に送る。した
がって、バイパス弁１４の開度は０％、すなわちバイパ
ス弁１４は閉じたままに保たれる。したがって、冷媒蒸
発器４内のフロンガスがタービン６にのみ送られ、海水
とＬＮＧとの熱落差による熱エネルギーをほぼ１００％
発電電力として回収することができる。

【００４１】次に、発電電力が電力設定値を越えた場合
を想定する。ここでも、従来の場合と同様に、電力設定
値を強制的に下げて電力制御装置の性能テストを行うこ
ととする。図３は電力制御装置の制御成績の結果を示す
図である。このテストでも、電力設定値を従来と同様に
図３のラインＬ１に示すように５分程度時間をかけて元
の設定値から徐々に４００ｋＷ程度まで低下させ、ま
た、設定値を５分程度４００ｋＷ一定に保持してから遮
断器を切るようにする。

【００４２】電力設定値が徐々に低下するにつれて、電
力制御器４０は、ハイセレクタ１０に送る制御信号の指
示開度を０％から徐々に上げる。電力制御器４０からの
制御信号の指示開度が０％から上昇すると、電力制御器
４０からの制御信号の指示開度の方が圧力制御器４２か
らの制御信号の指示開度０％より高くなる。したがっ
て、ハイセレクタ１０は、電力制御器４０からの制御信
号を選択する。これによって、バイパス弁１４の開度
は、図３のラインＬ５に示すように、０％から徐々に上
昇する。なお、バイパス弁１４は、全閉状態から開く状
態に移行するのに少し時間がかかる。

【００４３】バイパス弁１４の開度が上がると、冷媒蒸
発器４内のフロンガスがバイパス経路４８を介して冷媒
凝縮器２内に戻る。このため、冷媒凝縮器２のフロンガ
スの圧力が０．３３ｋｇ／ｃｍ² から少し上昇する（図
３のラインＬ４参照）。しかし、圧力制御器４４は、冷
媒凝縮器２内のフロンガスの圧力が０．３３ｋｇ／ｃｍ
² から上昇すると、この上昇を検出し、冷媒凝縮器２内
のフロンガスの圧力が０．３３ｋｇ／ｃｍ² になるよう
に、タービン入口弁１２の開度を下げるよう制御信号を
送る。したがって、タービン入口弁１２の開度は、図３
のラインＬ２に示すように、３９％から低下する。ター
ビン入口弁１２の開度が低下すると、冷媒蒸発器４内か
らタービン６を介して冷媒凝縮器２内に戻るフロンガス
の量が低下する。したがって、バイパス弁１４内から冷
媒凝縮器２内に戻るフロンガスの増加量と、タービン入
口弁１２の開度の減少による冷媒凝縮器２内に戻るフロ
ンガスの減少量とがほぼ等しくなるので、図３のライン
Ｌ４に示すように、冷媒凝縮器２内のフロンガスの圧力
をほぼ一定の０．３３ｋｇ／ｃｍ² に保つことができ
る。また、タービン入口弁１２の方がバイパス弁１４よ
り応答速度が速いので、バイパス弁１４の開度の変化に
応じてすばやくタービン入口弁１２の開度を変更でき、
冷媒凝縮器２内のフロンガスの圧力を一定の０．３３ｋ
ｇ／ｃｍ² に保つことができる。

【００４４】一方、タービン入口弁１２の開度が３９％
から低下すると、冷媒蒸発器４内からタービン６に流入
するフロンガスの量が低下する。したがって、発電機８
の発電電力は、図３のラインＬ３に示すように、タービ
ン入口弁１２の開度が低下するにしたがって、安定的に
低下する。

【００４５】ここで、電力制御器４０は、不感帯を備え
ている。したがって、発電電力と電力設定値の差が不感
帯の範囲に入ると、この差が不感帯の範囲内にある間バ
イパス弁１４の開度をその開度に保持するようハイセレ
クタ１０に制御信号を送る。このため、バイパス弁１４
の開度の増加は、ラインＬ５に示すように少し、階段状
になる。バイパス弁１４の開度の増加が階段状になる
と、バイパス経路４８から冷媒凝縮器２内に戻るフロン
ガスの量が階段状に増加する。圧力制御器４４は、この
階段状に増加する分減少させるようタービン入口弁１２
を制御する。したがって、タービン入口弁１２の開度
は、図３のラインＬ２に示すように階段状に減少する。
タービン入口弁１２の開度が階段状に減少すると、冷媒
蒸発器４からタービン６に流入するフロンガスの量が階
段状に減少する。したがって、発電機８の発電電力は、
図３のラインＬ３に示すように、階段状に減少する。

【００４６】ところで、不感帯のためバイパス弁１４の
開度が階段状に上昇するため、バイパス経路４８を介し
て冷媒凝縮器２内に戻るフロンガスの増加の変化が一時
停止されることになる。この期間中に冷媒凝縮器２内の
フロンガスの圧力が０．３３ｋｇ／ｃｍ² になるように
タービン入口弁１２の開度が下げられるので、冷媒凝縮
器２内の圧力は、０．３３ｋｇ／ｃｍ² の一定に保たれ
る。また、タービン入口弁１２の方がバイパス弁１４よ
り応答速度が速いので、冷媒凝縮器２内の圧力を容易に
０．３３ｋｇ／ｃｍ² の一定に保つことができる。すな
わち、発電機８の発電電力と電力設定値との偏差が不感
帯に入ったときは、バイパス弁１４の開度制御が一時的
に停止される。これによって、圧力制御と電力制御との
間の相互干渉によるプロセスの変動が抑制され、冷媒凝
縮器２内のフロンガスの圧力がさらに安定化し、発電電
力を安定的に低下させることができる。電力設定値が４
００ｋＷになり発電電力が５００ｋＷ程度にまで低下さ
れ、５分程度経過すると、遮断器が切られる。なお、電
力設定値より発電電力の方が高いのは、不感帯のためで
ある。

【００４７】したがって、冷媒凝縮器２の圧力を０．３
３ｋｇ／ｃｍ² の一定に保ち、プロセス変動を生じるこ
となく、安定的に発電電力を低下させることができる。

【００４８】なお、上述の実施例では、電力設定値が４
００ｋＷになり発電電力が５００ｋＷ程度にまで低下
し、５分程度経過すると、遮断器を切るようにしたが、
遮断器を切らずに電力設定値を４００ｋＷからこれ以上
の電力設定値に上げるようにしてもよく、電力設定値が
２５００ｋＷから４００ｋＷに低下させている過程で、
電力設定値を上昇させるようにしてもよい。このような
場合においても、冷媒凝縮器２内のフロンガスの圧力を
一定に保ちつつ、発電電力を安定的に制御することがで
きる。また、高温熱源を海水として実施するようにした
が、地熱発電における水蒸気等の他の高温熱源で実施す
るようにしてもよい。また、低温熱源をＬＮＧとして実
施するようにしたが、液化メタン、水等の他の低温熱源
で実施するようにしてもよい。さらに、冷媒をフロンと
して実施するようにしたが、プロパン、水等の他の冷媒
で実施するようにしてもよい。また、電力制御器４０に
おいて、減算器６０の出力を比較器６２に与えるように
したが、減算器６０の出力をＰＩＤ制御部６４に直接与
え、不感帯をなくすようにして実施するようにしてもよ
い。さらに、圧力設定部５０，５２の設定値や、不感帯
の幅は他の値で実施するようにしてもよい。

【００４９】

【発明の効果】請求項１の冷媒循環式発電システムにお
ける電力制御装置は、バイパス弁制御手段が、発電機の
発電電力を監視し、発電電力が予め定められた設定値を
越えたときに、発電機の発電電力と予め定められた設定
値との差が小さくなるように、バイパス弁の開度を制御
し、かつ、タービン入口弁制御手段が、第１の熱交換器
内の気化した冷媒の圧力を常時監視し、この気化した冷
媒の圧力が予め定められた設定値と一致するようにター
ビン入口弁の開度を制御するので、発電機の発電電力を
低下させるためにバイパス弁が開かれても、すぐにター
ビン入口弁制御手段によってタービン入口弁の開度が適
正な値に調整されるため、第１の熱交換器内の気化した
冷媒の圧力が常に一定に保たれ、電力を安定的に低下さ
せることができる。

【００５０】請求項２の冷媒循環式発電システムにおけ
る電力制御装置においては、発電機の発電電力を低下さ
せるときに、圧力制御手段が相対的に応答速度の速いタ
ービン入口弁の開度を制御するので、バイパス弁の開度
の上昇に対してタービン入口弁の開度の低下がすばやく
追随し、第１の熱交換器内の気化した冷媒の圧力がより
一層安定化し、電力をより一層安定的に低下させること
ができる。

【００５１】請求項３の冷媒循環式発電システムにおけ
る電力制御装置においては、発電機の発電電力と設定値
との偏差が不感帯に入ったときは、バイパス弁の開度制
御が一時的に停止されので、圧力制御と電力制御との間
の相互干渉によるプロセスの変動が抑制され、第１の熱
交換器内の気化した冷媒の圧力がさらに安定化し、電力
をさらに安定的に低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の冷媒循環式発電システムに
おける電力制御装置の構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示す電力制御器４０のより詳細な構成を
示すブロック図である。

【図３】電力設定値を強制的に下げた場合の図１の電力
制御装置による制御成績の結果を示すグラフである。

【図４】従来の冷媒循環式発電システムにおける電力制
御装置の構成を示すブロック図である。

【図５】電力設定値を強制的に下げた場合の図４の電力
制御装置による制御成績の結果を示すグラフである。

【符号の説明】

２…冷媒凝縮器４…冷媒蒸発器６…タービン８…発電機１２…タービン入口弁１４…バイパス弁４０…電力制御器４４…圧力制御器４８…バイパス経路 …経路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】気化した冷媒と低温熱源とを熱交換させ
ることにより気化した冷媒を液化するための第１の熱交
換器と、液化した冷媒と高温熱源とを熱交換させること
により液化した冷媒を気化するための第２の熱交換器
と、前記第１および第２の熱交換器間で冷媒を循環させ
ることにより閉鎖された冷媒の循環系を構成するための
冷媒循環手段と、前記冷媒循環手段における前記第２の
熱交換器から前記第１の熱交換器に気化した冷媒が戻る
経路上に設けられ、当該気化した冷媒に蓄積された前記
低温熱源と前記高温熱源との間の熱落差に基づく圧力エ
ネルギーを機械的な回転エネルギーに変換するためのタ
ービンと、前記タービンの回転エネルギーを電気エネル
ギーに変換するための発電機とを備える冷媒循環式発電
システムにおいて、前記発電機の発電電力を制御するた
めの装置であって、前記タービンの冷媒導入口に設けられ、当該タービンに
導入される気化した冷媒の量を調整するためのタービン
入口弁、前記第２の熱交換器と前記第１の熱交換器との間に設け
られ、前記第２の熱交換器から前記第１の熱交換器に気
化した冷媒をバイパスするためのバイパス経路、前記バイパス経路上に設けられ、前記第２の熱交換器か
ら前記第１の熱交換器にバイパスされる気化した冷媒の
量を調整するためのバイパス弁、前記発電機の発電電力を監視し、当該監視された発電電
力が予め定められた設定値を越えたときに、前記発電機
の発電電力と予め定められた設定値との差が小さくなる
ように、前記バイパス弁の開度を制御するためのバイパ
ス弁制御手段、および前記第１の熱交換器内の気化した
冷媒の圧力を監視し、当該気化した冷媒の圧力が予め定
められた設定値と一致するように前記タービン入口弁の
開度を制御するためのタービン入口弁制御手段を備え
る、冷媒循環式発電システムにおける電力制御装置。
【請求項２】前記タービン入口弁は、相対的に応答速
度が速い弁によって構成され、前記バイパス弁は、相対的に応答速度が遅い弁によって
構成されている、請求項１に記載の冷媒循環式発電シス
テムにおける電力制御装置。
【請求項３】前記バイパス弁制御手段は、前記発電機
の発電電力と予め定められた設定値との差が所定値以下
になったことに応答して、前記バイパス弁の開度制御を
停止するための不感帯を有している、請求項１または請
求項２に記載の冷媒循環式発電システムにおける電力制
御装置。