JP6060040B2 - Waste heat recovery device and operation control method of waste heat recovery device - Google Patents

Waste heat recovery device and operation control method of waste heat recovery device Download PDF

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Description

本発明は、排熱回収装置に関するものである。   The present invention relates to an exhaust heat recovery apparatus.

従来、工場等から排出される温水の熱を回収する排熱回収装置が知られている。例えば、特許文献１には、温水の加熱媒体が供給される蒸発器と、蒸発器から流出したガス状の作動媒体が流入する膨張機と、膨張機に接続された回転機と、膨張機から排出された作動媒体を凝縮させる凝縮器と、凝縮器から流出した作動媒体を加圧して蒸発器へ送出するポンプと、を備えた排熱回収装置が開示されている。蒸発器内に流入した液状の作動媒体は、外部から当該蒸発器に供給される加熱媒体と熱交換することにより蒸発する。そして、ガス状となった作動媒体が膨張機へ流入する。   Conventionally, an exhaust heat recovery apparatus that recovers heat of hot water discharged from a factory or the like is known. For example, Patent Document 1 discloses an evaporator supplied with a hot water heating medium, an expander into which a gaseous working medium flowing out from the evaporator flows, a rotating machine connected to the expander, and an expander. An exhaust heat recovery apparatus is disclosed that includes a condenser that condenses the discharged working medium, and a pump that pressurizes the working medium flowing out of the condenser and sends it to the evaporator. The liquid working medium that has flowed into the evaporator evaporates by exchanging heat with a heating medium supplied to the evaporator from the outside. Then, the gaseous working medium flows into the expander.

特開２０１３−０１５０３０号公報JP 2013-015030 A

ところで、加熱媒体として工場等の排熱を用いる場合、加熱媒体の温度の変化が大きい。加熱媒体の温度が低下すると、蒸発器において加熱媒体により作動媒体に与えられる熱量が減少してしまう。この結果、蒸発器から流出する作動媒体が気体と液体とが混在した二相状態となってしまう場合がある。膨張機に流入するガス状の作動媒体の量が減少することにより膨張機から取り出される動力が著しく減少してしまう。   By the way, when exhaust heat from a factory or the like is used as the heating medium, the temperature change of the heating medium is large. When the temperature of the heating medium decreases, the amount of heat given to the working medium by the heating medium in the evaporator decreases. As a result, the working medium flowing out of the evaporator may be in a two-phase state in which gas and liquid are mixed. As the amount of the gaseous working medium flowing into the expander decreases, the power extracted from the expander decreases significantly.

一方、加熱媒体の温度が過度に上昇すると蒸発器にて蒸発する作動媒体の量が増大し、蒸発器と膨張機との間において圧力が増大する。この場合、排熱回収装置に設けられる種々のバルブやタンクの耐圧性を確保する必要があるため、装置の大型化やコストの上昇を招く。   On the other hand, when the temperature of the heating medium rises excessively, the amount of the working medium that evaporates in the evaporator increases, and the pressure increases between the evaporator and the expander. In this case, since it is necessary to ensure the pressure resistance of various valves and tanks provided in the exhaust heat recovery apparatus, the apparatus is increased in size and cost.

本発明の主たる目的は、熱交換器から流出する作動媒体が二相状態となることを抑制することであり、加熱媒体の温度上昇による作動媒体の圧力上昇を抑制することも目的としている。   The main object of the present invention is to suppress the working medium flowing out of the heat exchanger from entering a two-phase state, and to suppress the pressure increase of the working medium due to the temperature rise of the heating medium.

前記課題を解決するために、本発明は、作動媒体を加熱する熱交換器と、前記熱交換器から流出した前記作動媒体が流入する膨張機と、前記膨張機に接続された回転機と、前記膨張機から排出された前記作動媒体を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器から流出した前記作動媒体を加圧して前記熱交換器へ送出するポンプと、前記熱交換器から流出した前記作動媒体の相の状態を判定する相状態判定部と、前記相状態判定部の判定結果に基づいて前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させる流量制御部と、を備える排熱回収装置を提供する。   In order to solve the above problems, the present invention provides a heat exchanger for heating a working medium, an expander into which the working medium flowing out from the heat exchanger flows, a rotating machine connected to the expander, A condenser for condensing the working medium discharged from the expander, a pump for pressurizing the working medium flowing out from the condenser and sending it to the heat exchanger, and the working medium flowing out from the heat exchanger An exhaust heat recovery apparatus comprising: a phase state determination unit that determines a state of the phase of the gas; and a flow rate control unit that reduces an inflow amount of the working medium to the heat exchanger based on a determination result of the phase state determination unit I will provide a.

本発明では、流量制御部は、相状態判定部によって熱交換器から流出した作動媒体が気液二相の状態であると判定されたときに熱交換器への作動媒体の流入量を減少させる。これにより、作動媒体は、熱交換器において加熱媒体によって十分に加熱され、熱交換器から飽和状態または過熱状態のガス状で流出する。よって、熱交換器から流出する作動媒体が気液二相の状態となるのが抑制される。このため、当該装置を停止させる等することなく運転を継続することが可能となる。   In the present invention, the flow rate control unit decreases the inflow amount of the working medium into the heat exchanger when the phase state determining unit determines that the working medium flowing out of the heat exchanger is in a gas-liquid two-phase state. . Thus, the working medium is sufficiently heated by the heating medium in the heat exchanger, and flows out from the heat exchanger in a saturated or superheated gaseous state. Therefore, it is suppressed that the working medium which flows out of a heat exchanger will be in a gas-liquid two-phase state. For this reason, it is possible to continue the operation without stopping the device.

この場合において、前記流量制御部が前記ポンプの回転速度を下げることにより、前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させてもよい。   In this case, the flow rate controller may reduce the inflow amount of the working medium to the heat exchanger by lowering the rotational speed of the pump.

この態様では、ポンプの回転速度が低下することにより熱交換器への作動媒体の流入量が減少するので、熱交換器から流出する作動媒体が気液二相の状態となるのが抑制される。   In this aspect, since the flow rate of the working medium into the heat exchanger decreases due to a decrease in the rotational speed of the pump, the working medium flowing out from the heat exchanger is prevented from entering a gas-liquid two-phase state. .

あるいは、前記ポンプから送出された前記作動媒体の一部を前記凝縮器と前記ポンプとの間に戻す戻し流路と、前記戻し流路に設けられた戻し弁とをさらに備え、前記流量制御部が前記戻し弁の開度を制御することにより、前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させてもよい。   Alternatively, the flow rate control unit further includes a return flow path for returning a part of the working medium sent from the pump between the condenser and the pump, and a return valve provided in the return flow path. However, the amount of the working medium flowing into the heat exchanger may be reduced by controlling the opening degree of the return valve.

この態様では、戻し弁の開度を大きくすることにより熱交換器への作動媒体の流入量が減少するので、熱交換器から流出する作動媒体が気液二相の状態となるのが抑制される。   In this aspect, since the inflow amount of the working medium to the heat exchanger is reduced by increasing the opening degree of the return valve, the working medium flowing out from the heat exchanger is prevented from entering a gas-liquid two-phase state. The

ここで、加熱媒体は工場等から排出される蒸気等であり、当該加熱媒体の温度が定常的な温度から上昇することがある。加熱媒体の温度が上昇すると、熱交換器において加熱媒体が作動媒体との熱交換によって当該作動媒体に与える熱量が増大する。そうすると、熱交換器から流出する作動媒体の圧力が上昇する。本排熱回収装置では、熱交換器から流出した作動媒体の圧力が圧力上限値を超える場合、当該装置がその圧力に耐え得る仕様への設計変更が必要となるが、この変更は容易ではない。   Here, the heating medium is steam discharged from a factory or the like, and the temperature of the heating medium may rise from a steady temperature. When the temperature of the heating medium rises, the amount of heat that the heating medium gives to the working medium in the heat exchanger by heat exchange with the working medium increases. If it does so, the pressure of the working medium which flows out out of a heat exchanger will rise. In this exhaust heat recovery device, when the pressure of the working medium flowing out from the heat exchanger exceeds the upper limit value of the pressure, it is necessary to change the design to a specification that the device can withstand the pressure, but this change is not easy. .

そこで、本発明において、前記熱交換器から流出した前記作動媒体の圧力の状態を判定する圧力状態判定部と、前記圧力状態判定部の判定結果に基づいて前記熱交換器から流出する作動媒体の圧力を圧力上限値以下に制御する圧力制御部と、をさらに備えることが好ましい。   Therefore, in the present invention, the pressure state determination unit that determines the pressure state of the working medium that has flowed out of the heat exchanger, and the working medium that flows out of the heat exchanger based on the determination result of the pressure state determination unit It is preferable to further include a pressure controller that controls the pressure to be equal to or lower than the pressure upper limit value.

この態様では、熱交換器から流出した作動媒体の圧力が圧力上限値を超えなくなるので、各機器の設計圧力を抑えることができる。また、コストを削減することができる。   In this aspect, the pressure of the working medium flowing out from the heat exchanger does not exceed the pressure upper limit value, so that the design pressure of each device can be suppressed. Moreover, cost can be reduced.

この場合において、前記圧力制御部が前記ポンプの回転速度を低下させることにより、前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させることが好ましい。   In this case, it is preferable that the amount of the working medium flowing into the heat exchanger is reduced by the pressure control unit reducing the rotational speed of the pump.

熱交換器への作動媒体の流入量が減少すると、作動媒体は、熱交換器から過熱状態のガス状で流出する。そうすると、熱交換器から流出した作動媒体の温度は上昇するものの、その圧力は減少する。よって、熱交換器から流出する作動媒体の圧力を圧力上限値以下とすることができる。   When the amount of the working medium flowing into the heat exchanger decreases, the working medium flows out from the heat exchanger in a superheated gaseous state. As a result, the temperature of the working medium flowing out of the heat exchanger increases, but the pressure decreases. Therefore, the pressure of the working medium flowing out from the heat exchanger can be set to the pressure upper limit value or less.

また、本発明において、前記膨張機をバイパスするバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられたバイパス弁とをさらに備え、前記圧力制御部は、前記バイパス弁の開閉を制御することにより、前記熱交換器から流出した前記作動媒体の圧力を低下させることが好ましい。   Further, in the present invention, further comprising a bypass flow path for bypassing the expander, and a bypass valve provided in the bypass flow path, the pressure control unit by controlling the opening and closing of the bypass valve, It is preferable to reduce the pressure of the working medium flowing out of the heat exchanger.

バイパス弁が開かれると、熱交換器から流出した作動媒体の一部は、膨張機を経由することなく凝縮器へ流入する。そうすると、膨張機の上流側の作動媒体、すなわち、熱交換器から流出した作動媒体の圧力が低下する。よって、熱交換器から流出する作動媒体の圧力を圧力上限値以下とすることができる。   When the bypass valve is opened, a part of the working medium flowing out of the heat exchanger flows into the condenser without passing through the expander. Then, the pressure of the working medium upstream of the expander, that is, the working medium flowing out from the heat exchanger is reduced. Therefore, the pressure of the working medium flowing out from the heat exchanger can be set to the pressure upper limit value or less.

また、本発明は、作動媒体を加熱する熱交換器、前記熱交換器から流出した前記作動媒体が流入する膨張機、前記膨張機に接続された回転機、前記膨張機から排出された前記作動媒体を凝縮させる凝縮器、および、前記凝縮器から流出した前記作動媒体を加圧して前記熱交換器へ送出するポンプを備える排熱回収装置の運転制御方法であって、前記熱交換器から流出した前記作動媒体の相の状態を判定する相状態判定工程と、前記相状態判定工程における判定結果に基づいて前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させる流量制御工程と、を備える排熱回収装置の運転制御方法を提供する。   The present invention also provides a heat exchanger for heating the working medium, an expander into which the working medium that has flowed out of the heat exchanger flows, a rotating machine connected to the expander, and the operation discharged from the expander. An operation control method for an exhaust heat recovery apparatus comprising a condenser for condensing a medium and a pump for pressurizing the working medium flowing out from the condenser and sending it to the heat exchanger. A phase state determination step for determining the state of the phase of the working medium, and a flow rate control step for reducing the inflow amount of the working medium to the heat exchanger based on a determination result in the phase state determination step. Provided is an operation control method for an exhaust heat recovery apparatus.

本発明では、相状態判定工程において熱交換器から流出した作動媒体が気液二相の状態であると判定されたときに、流量制御工程において熱交換器への作動媒体の流入量を減少させる。これにより、作動媒体は、熱交換器において加熱媒体によって十分に加熱され、熱交換器から過熱状態のガス状で流出する。よって、熱交換器から流出する作動媒体が気液二相の状態となるのが抑制される。このため、当該装置を停止させる等することなく運転を継続することが可能となる。   In the present invention, when it is determined that the working medium flowing out from the heat exchanger is in a gas-liquid two-phase state in the phase state determination step, the inflow amount of the working medium to the heat exchanger is reduced in the flow rate control step. . As a result, the working medium is sufficiently heated by the heating medium in the heat exchanger, and flows out from the heat exchanger in a superheated gaseous state. Therefore, it is suppressed that the working medium which flows out of a heat exchanger will be in a gas-liquid two-phase state. For this reason, it is possible to continue the operation without stopping the device.

この場合において、前記熱交換器から流出した前記作動媒体の圧力の状態を判定する圧力状態判定工程と、前記圧力状態判定工程における判定結果に基づいて前記熱交換器から流出する作動媒体の圧力を圧力上限値以下に制御する圧力制御工程と、をさらに備えることが好ましい。   In this case, the pressure state determination step for determining the pressure state of the working medium flowing out from the heat exchanger, and the pressure of the working medium flowing out from the heat exchanger based on the determination result in the pressure state determination step It is preferable to further include a pressure control step of controlling to a pressure upper limit value or less.

この態様では、圧力状態判定工程の判定に基づいて熱交換器から流出する作動媒体の圧力を圧力上限値以下に制御されるので、装置全体の設計変更を行うことなく加熱媒体の温度の上昇に対応可能となる。   In this aspect, since the pressure of the working medium flowing out from the heat exchanger is controlled to the pressure upper limit value or less based on the determination in the pressure state determination step, the temperature of the heating medium can be increased without changing the design of the entire apparatus. It becomes possible to respond.

以上のように、本発明によれば、熱交換器から流出する作動媒体が二相状態となることを抑制することができる。   As mentioned above, according to this invention, it can suppress that the working medium which flows out out of a heat exchanger becomes a two-phase state.

本発明の第一実施形態の排熱回収装置の構成の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of a structure of the waste heat recovery apparatus of 1st embodiment of this invention. 作動媒体の飽和蒸気圧曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the saturated vapor pressure curve of a working medium. 制御手段の制御内容の概略を示すフローチャートある。It is a flowchart which shows the outline of the control content of a control means. 制御手段の制御内容の概略を示すフローチャートある。It is a flowchart which shows the outline of the control content of a control means. 排熱回収装置の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a waste heat recovery apparatus. 第二実施形態の排熱回収装置を示す図である。It is a figure which shows the waste heat recovery apparatus of 2nd embodiment. 制御手段の制御内容の概略を示すフローチャートある。It is a flowchart which shows the outline of the control content of a control means. 第三実施形態の排熱回収装置を示す図である。It is a figure which shows the waste heat recovery apparatus of 3rd embodiment. 制御手段の制御内容の概略を示すフローチャートある。It is a flowchart which shows the outline of the control content of a control means. 制御手段の制御内容の概略を示すフローチャートある。It is a flowchart which shows the outline of the control content of a control means.

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態の排熱回収装置について、図１及び図２を参照しながら説明する。 (First embodiment)
The exhaust heat recovery apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

図１に示されるように、この排熱回収装置は、蒸発器である熱交換器１０と、熱交換器１０から流出した作動媒体が流入する膨張機１３と、膨張機１３に接続された回転機１４と、膨張機１３から流出した作動媒体を凝縮させる凝縮器１６と、凝縮器１６から流出した作動媒体を加圧するポンプ１８と、各種制御を行う制御部４０と、を備える。本実施形態では、作動媒体としてＲ２４５ｆａが用いられる。熱交換器１０、膨張機１３、凝縮器１６及びポンプ１８は、循環流路２０によりこの順にて直列に接続される。循環流路２０には、バイパス流路２２、バイパス弁２４、圧力センサ３２および温度センサ３４が設けられる。   As shown in FIG. 1, the exhaust heat recovery apparatus includes a heat exchanger 10 that is an evaporator, an expander 13 into which a working medium flowing out from the heat exchanger 10 flows, and a rotation connected to the expander 13. , A condenser 16 that condenses the working medium that has flowed out of the expander 13, a pump 18 that pressurizes the working medium that has flowed out of the condenser 16, and a control unit 40 that performs various controls. In this embodiment, R245fa is used as the working medium. The heat exchanger 10, the expander 13, the condenser 16, and the pump 18 are connected in series by the circulation channel 20 in this order. The circulation channel 20 is provided with a bypass channel 22, a bypass valve 24, a pressure sensor 32, and a temperature sensor 34.

熱交換器１０は、作動媒体が流れる作動媒体流路１１ａと、温水や蒸気等の加熱媒体が流れる加熱媒体流路１１ｂとを有している。作動媒体流路１１ａ内を流れる作動媒体は、加熱媒体流路１１ｂ内を流れる加熱媒体と熱交換することにより蒸発する。作動媒体流路１１ａの上流側の端部及び下流側の端部は、それぞれ循環流路２０に接続されている。   The heat exchanger 10 has a working medium flow path 11a through which a working medium flows, and a heating medium flow path 11b through which a heating medium such as hot water or steam flows. The working medium flowing in the working medium flow path 11a evaporates by exchanging heat with the heating medium flowing in the heating medium flow path 11b. An upstream end and a downstream end of the working medium flow path 11a are connected to the circulation flow path 20, respectively.

膨張機１３は、循環流路２０における熱交換器１０の下流側に設けられている。本実施形態では、膨張機１３としてスクリュー式のものが用いられている。この膨張機１３は、内部にロータ室が形成されたケーシングと、ロータ室内に回転自在に支持された雌雄一対のスクリュロータとを有している。膨張機１３では、ロータ室内に供給された作動媒体が膨張することによりスクリュロータが回転駆動される。そして、圧力が低下した作動媒体は、ケーシングの排出口から循環流路２０へ排出される。なお、膨張機１３としては、遠心式のものやスクロールタイプのもの等が用いられてもよい。   The expander 13 is provided on the downstream side of the heat exchanger 10 in the circulation channel 20. In the present embodiment, a screw type is used as the expander 13. The expander 13 includes a casing having a rotor chamber formed therein, and a pair of male and female screw rotors rotatably supported in the rotor chamber. In the expander 13, the screw rotor is rotationally driven when the working medium supplied into the rotor chamber expands. Then, the working medium whose pressure has decreased is discharged from the discharge port of the casing to the circulation flow path 20. In addition, as the expander 13, a centrifugal type, a scroll type, etc. may be used.

回転機１４は、膨張機１３に接続されている。本実施形態では、回転機１４として発電機１４が用いられている。発電機１４は、膨張機１３の一対のスクリュロータのうちの一方に接続された回転軸を有している。発電機１４は、回転軸が前記スクリュロータの回転に伴って回転することにより電力を発生させる。   The rotating machine 14 is connected to the expander 13. In the present embodiment, the generator 14 is used as the rotating machine 14. The generator 14 has a rotating shaft connected to one of the pair of screw rotors of the expander 13. The generator 14 generates electric power by rotating the rotating shaft with the rotation of the screw rotor.

凝縮器１６は、循環流路２０における膨張機１３の下流側に設けられている。凝縮器１６は、膨張機１３から排出されたガス状の作動媒体を凝縮させて液状の作動媒体とする。具体的には、凝縮器１６に流入したガス状の作動媒体は、当該凝縮器１６に外部から供給された冷却媒体と熱交換することにより凝縮する。凝縮器１６に供給される冷却媒体としては、例えば、冷却水や空気が挙げられる。   The condenser 16 is provided on the downstream side of the expander 13 in the circulation flow path 20. The condenser 16 condenses the gaseous working medium discharged from the expander 13 into a liquid working medium. Specifically, the gaseous working medium that has flowed into the condenser 16 is condensed by exchanging heat with the cooling medium supplied from the outside to the condenser 16. Examples of the cooling medium supplied to the condenser 16 include cooling water and air.

ポンプ１８は、循環流路２０における凝縮器１６の下流側（熱交換器１０と凝縮器１６との間）に設けられている。ポンプ１８は、凝縮器１６で凝縮された作動媒体を所定の圧力まで加圧して循環流路２０におけるポンプ１８の下流側に送り出す。ポンプ１８としては、インペラをロータとして備える遠心ポンプや、ロータが一対のギアからなるギアポンプ等が用いられる。このポンプ１８は、任意の回転速度で駆動されることが可能である。   The pump 18 is provided on the downstream side of the condenser 16 in the circulation channel 20 (between the heat exchanger 10 and the condenser 16). The pump 18 pressurizes the working medium condensed by the condenser 16 to a predetermined pressure and sends it to the downstream side of the pump 18 in the circulation flow path 20. As the pump 18, a centrifugal pump having an impeller as a rotor, a gear pump having a rotor composed of a pair of gears, or the like is used. The pump 18 can be driven at an arbitrary rotational speed.

バイパス流路２２は、膨張機１３をバイパスする流路である。バイパス流路２２の一端は、循環流路２０における熱交換器１０と膨張機１３との間に接続されている。バイパス流路２２の他端は、循環流路２０における膨張機１３と凝縮器１６との間に接続されている。   The bypass flow path 22 is a flow path that bypasses the expander 13. One end of the bypass flow path 22 is connected between the heat exchanger 10 and the expander 13 in the circulation flow path 20. The other end of the bypass flow path 22 is connected between the expander 13 and the condenser 16 in the circulation flow path 20.

バイパス弁２４は、バイパス流路２２に設けられている。バイパス弁２４の開放時には、熱交換器１０から流出した作動媒体の一部がバイパス流路２２を流れて凝縮器１６に流入する。   The bypass valve 24 is provided in the bypass flow path 22. When the bypass valve 24 is opened, a part of the working medium flowing out from the heat exchanger 10 flows through the bypass flow path 22 and flows into the condenser 16.

圧力センサ３２は、循環流路２０における熱交換器１０の下流側、より具体的には、熱交換器１０と膨張機１３との間に設けられており、この位置の作動媒体の圧力を検出する。温度センサ３４は、圧力センサ３２と同じ位置に設けられており、この位置の作動媒体の温度を検出する。   The pressure sensor 32 is provided on the downstream side of the heat exchanger 10 in the circulation channel 20, more specifically, between the heat exchanger 10 and the expander 13, and detects the pressure of the working medium at this position. To do. The temperature sensor 34 is provided at the same position as the pressure sensor 32, and detects the temperature of the working medium at this position.

制御部４０は、圧力センサ３２及び温度センサ３４に接続されており、また、インバータ４２を介してポンプ１８に接続されている。制御部４０の機能には、相状態判定部４０ａと、流量制御部４０ｂと、圧力状態判定部４０ｃと、圧力制御部４０ｄとが含まれている。   The control unit 40 is connected to the pressure sensor 32 and the temperature sensor 34, and is connected to the pump 18 via the inverter 42. The functions of the control unit 40 include a phase state determination unit 40a, a flow rate control unit 40b, a pressure state determination unit 40c, and a pressure control unit 40d.

流量制御部４０ｂはポンプ１８の駆動を制御する。圧力制御部４０ｄは戻し弁２４の開度およびポンプ１８の駆動を制御する。圧力状態判定部４０ｃは、圧力センサ３２の検出値を取得する。相状態判定部４０ａは圧力センサ３２および温度センサ３４の検出値を取得する。   The flow rate control unit 40b controls the driving of the pump 18. The pressure control unit 40 d controls the opening degree of the return valve 24 and the driving of the pump 18. The pressure state determination unit 40c acquires the detection value of the pressure sensor 32. The phase state determination unit 40 a acquires the detection values of the pressure sensor 32 and the temperature sensor 34.

図２は、作動媒体の飽和蒸気圧曲線を示す図である。相状態判定部４０ａは、作動媒体の温度と対応する飽和蒸気圧とを示すデータを記憶している。相状態判定部４０ａでは、前記蒸気圧曲線に基づいて圧力センサ３２の検出値に対応する作動媒体の飽和温度を求め、その飽和温度から温度センサ３４の検出値を引いた値がマイナスとなったときに作動媒体が気体と液体とが混在した状態（以下、「二相状態」という。）、すなわち、ガス中に液滴が発生したと判定する。   FIG. 2 is a diagram showing a saturated vapor pressure curve of the working medium. The phase state determination unit 40a stores data indicating the temperature of the working medium and the corresponding saturated vapor pressure. In the phase state determination unit 40a, the saturation temperature of the working medium corresponding to the detection value of the pressure sensor 32 is obtained based on the vapor pressure curve, and the value obtained by subtracting the detection value of the temperature sensor 34 from the saturation temperature is negative. It is sometimes determined that the working medium is a mixture of gas and liquid (hereinafter referred to as “two-phase state”), that is, a droplet is generated in the gas.

排熱回収装置の駆動時には、熱交換器１０の作動媒体流路１１ａへ流入した液状の作動媒体が、加熱媒体流路１１ｂを流れる加熱媒体（温水や蒸気等）と熱交換することにより蒸発する。熱交換器１０から流出したガス状の作動媒体は膨張機１３へ流入し、膨張機１３および回転機１４が駆動される。膨張機１３から排出された作動媒体は、凝縮器１６によって凝縮されて液体となり、ポンプ１８によって再び熱交換器１０へ送られる。このように、排熱回収装置における作動媒体の一連の循環サイクルにより、発電が行われる。   When the exhaust heat recovery device is driven, the liquid working medium flowing into the working medium flow path 11a of the heat exchanger 10 evaporates by exchanging heat with a heating medium (hot water, steam, etc.) flowing through the heating medium flow path 11b. . The gaseous working medium flowing out of the heat exchanger 10 flows into the expander 13, and the expander 13 and the rotating machine 14 are driven. The working medium discharged from the expander 13 is condensed into a liquid by the condenser 16, and is sent again to the heat exchanger 10 by the pump 18. Thus, power generation is performed by a series of circulation cycles of the working medium in the exhaust heat recovery apparatus.

次に、排熱回収装置の運転制御について図３を参照しつつ説明する。   Next, operation control of the exhaust heat recovery apparatus will be described with reference to FIG.

排熱回収装置が起動されると（ステップＳ１０）、相状態判定部４０ａは、圧力センサ３２および温度センサ３４から作動媒体の圧力および温度を取得する（ステップＳ１１）。図２の飽和蒸気圧曲線に基づいて作動媒体の圧力に対応する飽和温度を求め、飽和温度に対する作動媒体の温度との差分を取得し、作動媒体の相の状態の判定を行う（ステップＳ１２）。   When the exhaust heat recovery device is activated (step S10), the phase state determination unit 40a acquires the pressure and temperature of the working medium from the pressure sensor 32 and the temperature sensor 34 (step S11). A saturation temperature corresponding to the pressure of the working medium is obtained based on the saturated vapor pressure curve of FIG. 2, a difference between the temperature of the working medium and the saturation temperature is obtained, and the phase state of the working medium is determined (step S12). .

差分がゼロまたはプラスである場合、すなわち、作動媒体が飽和または過熱状態である場合、ポンプの回転速度が定格速度であるか否かが確認され（ステップＳ１４）、定格速度である場合にはステップＳ１１に戻る。   If the difference is zero or plus, that is, if the working medium is saturated or overheated, it is confirmed whether or not the rotational speed of the pump is the rated speed (step S14). Return to S11.

一方、加熱媒体の温度が低下することにより、作動媒体の温度が低下した場合、上記差分がマイナスとなってしまう。相状態判定部４０ａは、作動媒体が二相状態であると判定し、流量制御部４０ｂが、一定期間の間インバータ４２を介してポンプ１８の回転速度を定格速度から所定の割合で減速させる（ステップＳ１３）。これにより、熱交換器１０への作動媒体の流入量が減少する。熱交換器１０では、流入量が減少することにより作動媒体が十分に加熱される。   On the other hand, when the temperature of the working medium decreases due to a decrease in the temperature of the heating medium, the difference becomes negative. The phase state determination unit 40a determines that the working medium is in a two-phase state, and the flow rate control unit 40b reduces the rotational speed of the pump 18 from the rated speed at a predetermined rate via the inverter 42 for a certain period ( Step S13). Thereby, the inflow amount of the working medium to the heat exchanger 10 decreases. In the heat exchanger 10, the working medium is sufficiently heated by reducing the inflow amount.

そして、一定時間経過後、作動媒体の圧力および温度が再び取得され（ステップＳ１１）、相状態判定部４０ａにて作動媒体の相の状態の判定が行われ（ステップＳ１２）、二相状態が解消されたと判定された場合にはポンプの回転速度が定格速度に戻され（ステップＳ１４，Ｓ１５）、ステップＳ１１に戻る。一方、二相状態が維持されていると判定された場合には、ポンプ１８がさらに減速され（ステップＳ１３）、圧力及び温度を取得して再び作動媒体の相状態の判定が行われる（ステップＳ１１，Ｓ１２）。   Then, after a predetermined time has elapsed, the pressure and temperature of the working medium are acquired again (step S11), and the phase state determination unit 40a determines the phase state of the working medium (step S12), and the two-phase state is eliminated. If it is determined that the pump has been operated, the rotational speed of the pump is returned to the rated speed (steps S14 and S15), and the process returns to step S11. On the other hand, when it is determined that the two-phase state is maintained, the pump 18 is further decelerated (step S13), the pressure and temperature are acquired, and the phase state of the working medium is determined again (step S11). , S12).

以上に説明したように、排熱回収装置では、駆動中にステップＳ１１〜Ｓ１５が繰り返され、加熱媒体が低温となった際には、作動媒体の循環量が低減される。これにより、熱交換器１０から流出した作動媒体が二相状態となることが解消され、膨張機１３の出力の大幅な低下が防止される。さらに、作動媒体の液滴が膨張機１３等の部材に衝突することによる部材の損傷（いわゆるエロージョン）も防止される。排熱回収装置では、加熱媒体の平均的な温度（加熱媒体が温水であれば６５℃〜７０℃程度）よりも大きく低下（具体的には５５℃程度まで低下）した場合であっても、排熱回収装置の運転を継続することが可能となる。これにより、温度の変動が大きい工場等の排熱を効率よく回収することができる。   As described above, in the exhaust heat recovery apparatus, steps S11 to S15 are repeated during driving, and when the heating medium becomes low temperature, the circulation amount of the working medium is reduced. As a result, the working medium flowing out of the heat exchanger 10 is eliminated from being in a two-phase state, and a significant decrease in the output of the expander 13 is prevented. Further, the damage (so-called erosion) of the member due to the droplet of the working medium colliding with the member such as the expander 13 is also prevented. In the exhaust heat recovery device, even when the temperature is lower than the average temperature of the heating medium (about 65 ° C to 70 ° C if the heating medium is hot water) (specifically, down to about 55 ° C), It becomes possible to continue the operation of the exhaust heat recovery apparatus. Thereby, exhaust heat from a factory or the like having a large temperature fluctuation can be efficiently recovered.

ところで、加熱媒体の温度は平均的な温度よりも過度に（具体的には、加熱媒体が温水であれば９５℃程度まで）上昇することもある。加熱媒体の温度が上昇すると、熱交換器１０において加熱媒体が作動媒体との熱交換によって当該作動媒体に与える熱量が増大し、熱交換器１０から流出する作動媒体の圧力が過度に上昇してしまう。   By the way, the temperature of the heating medium may rise excessively (specifically, up to about 95 ° C. if the heating medium is hot water) than the average temperature. When the temperature of the heating medium rises, the amount of heat given to the working medium by heat exchange with the working medium in the heat exchanger 10 increases, and the pressure of the working medium flowing out from the heat exchanger 10 increases excessively. End up.

本排熱回収装置では、圧力状態判定部４０ｃ及び圧力制御部４０ｄが以下のようにして熱交換器１０から流出する作動媒体の圧力を設定値（以下、「圧力上限値」という。）以下となるように制御を行う。本実施形態では、圧力上限値は１ＭＰａである。ただし、圧力上限値は機器の設計に応じて適宜変更されてよい。   In this exhaust heat recovery apparatus, the pressure of the working medium flowing out from the heat exchanger 10 by the pressure state determination unit 40c and the pressure control unit 40d as follows is referred to as a set value (hereinafter referred to as “pressure upper limit value”) or less. Control is performed as follows. In the present embodiment, the pressure upper limit is 1 MPa. However, the pressure upper limit value may be appropriately changed according to the design of the device.

圧力状態判定部４０ｃ及び圧力制御部４０ｄの制御内容を図４を参照しながら説明する。なお、図４の制御は上述の図３の制御と並行して行われる。   The control contents of the pressure state determination unit 40c and the pressure control unit 40d will be described with reference to FIG. The control in FIG. 4 is performed in parallel with the control in FIG.

本排熱回収装置が起動されると（ステップＳ２０）、圧力状態判定部４０ｃは、圧力センサ３２の圧力が第一判定値である０．９１ＭＰａ以上か否かを判定する（ステップＳ２１）。   When the exhaust heat recovery apparatus is activated (step S20), the pressure state determination unit 40c determines whether or not the pressure of the pressure sensor 32 is equal to or higher than 0.91 MPa, which is the first determination value (step S21).

圧力が０．９１ＭＰａ未満である場合には、一定の間隔にて作動媒体の圧力状態の確認が繰り返される。ところで、加熱媒体の温度が一時的に過度に上昇し、作動媒体の圧力が第一判定値を超えてしまう場合がある。圧力状態判定部４０ｃが、作動媒体の圧力を０．９１ＭＰａ以上であると判定すると、圧力制御部４０ｄは、インバータ４２を介してポンプ１８の回転速度を定格速度から２０％／分程度の割合で減速させる（ステップＳ２２）。これにより、熱交換器１０への作動媒体の流入量が減少する。流入量が減少することにより熱交換器１０における作動媒体の蒸発量が抑えられることから、作動媒体の温度は上昇するものの圧力は減少することとなる。   When the pressure is less than 0.91 MPa, the confirmation of the pressure state of the working medium is repeated at regular intervals. By the way, the temperature of the heating medium temporarily rises excessively, and the pressure of the working medium may exceed the first determination value. When the pressure state determination unit 40c determines that the pressure of the working medium is 0.91 MPa or more, the pressure control unit 40d changes the rotational speed of the pump 18 through the inverter 42 at a rate of about 20% / min from the rated speed. Decelerate (step S22). Thereby, the inflow amount of the working medium to the heat exchanger 10 decreases. Since the amount of evaporation of the working medium in the heat exchanger 10 is suppressed by reducing the inflow amount, the pressure of the working medium increases although the temperature of the working medium rises.

次に、圧力状態判定部４０ｃは、圧力センサ３２の検出値が第二判定値である０．９３ＭＰａ以上か否かを判定する（ステップＳ２３）。ここでは、依然として高圧状態が維持されている場合に減圧処理をさらに行うか否かを判断している。圧力が０．９３ＭＰａ未満である場合にはステップＳ２１に戻り、作動媒体の圧力状態の確認が繰り返される。一方、圧力センサ３２の検出値が０．９３ＭＰａ以上であると判定されると、圧力制御部４０ｄはバイパス弁２４を開く（ステップＳ２４）。熱交換器１０から流出した作動媒体の一部はバイパス流路２２を介して膨張機１３を迂回し、凝縮器１６へ直接流入する。これにより、熱交換器１０と膨張機１３との間の作動媒体の量が減少し圧力が低下する。そして、圧力状態判定部４０ｃは、圧力が第３判定値である０．９２５ＭＰａ以下まで減少したか否かを判定し（ステップＳ２５）、圧力が０．９２５ＭＰａ以下であると判定されると、バイパス弁２４が閉じられる（ステップＳ２６）。制御部４０はステップＳ１１に戻って作動媒体の圧力状態の確認を行う。また、圧力が０．９２５ＭＰａよりも高い場合には、圧力が低下するまでバイパス弁２４が開放される。   Next, the pressure state determination unit 40c determines whether or not the detection value of the pressure sensor 32 is equal to or higher than 0.93 MPa, which is the second determination value (step S23). Here, it is determined whether or not the pressure reduction process is further performed when the high pressure state is still maintained. When the pressure is less than 0.93 MPa, the process returns to step S21, and the confirmation of the pressure state of the working medium is repeated. On the other hand, when it is determined that the detected value of the pressure sensor 32 is 0.93 MPa or more, the pressure control unit 40d opens the bypass valve 24 (step S24). A part of the working medium flowing out from the heat exchanger 10 bypasses the expander 13 via the bypass flow path 22 and directly flows into the condenser 16. Thereby, the quantity of the working medium between the heat exchanger 10 and the expander 13 decreases, and a pressure falls. Then, the pressure state determination unit 40c determines whether or not the pressure has decreased to 0.925 MPa or less, which is the third determination value (step S25), and when it is determined that the pressure is 0.925 MPa or less, bypassing is performed. The valve 24 is closed (step S26). The control unit 40 returns to step S11 and confirms the pressure state of the working medium. When the pressure is higher than 0.925 MPa, the bypass valve 24 is opened until the pressure decreases.

以上に説明したように、排熱回収装置では、駆動中にステップＳ２１〜Ｓ２６が繰り返され、加熱媒体の温度が過度に高温となった際に、作動媒体の循環量を低減することにより熱交換器１０と膨張機１３との間の圧力の過度の上昇が防止される。これにより、加熱媒体の高温下においても、排熱回収装置の運転を継続することが可能となる。さらに、排熱回収装置は、ポンプの回転速度を下げる動作を行った後にバイパス弁２４を開く動作を行うことから、膨張機１３にて動力として回収されない熱エネルギーを極力抑えることができ、排熱の回収効率を向上することができる。   As described above, in the exhaust heat recovery apparatus, steps S21 to S26 are repeated during driving, and when the temperature of the heating medium becomes excessively high, heat exchange is performed by reducing the circulation amount of the working medium. An excessive increase in pressure between the vessel 10 and the expander 13 is prevented. Thereby, it becomes possible to continue the operation of the exhaust heat recovery apparatus even under a high temperature of the heating medium. Furthermore, since the exhaust heat recovery device performs the operation of opening the bypass valve 24 after performing the operation of lowering the rotational speed of the pump, the heat energy that is not recovered as power by the expander 13 can be suppressed as much as possible. The recovery efficiency can be improved.

以上説明したように、本実施形態の排熱回収装置では、流量制御部４０ｂが、相状態判定部４０ａによって熱交換器１０から流出した作動媒体の温度が飽和温度未満であると判定されたときに、ポンプ１８の回転速度を下げることによって熱交換器１０への作動媒体の流入量を減少させる。これにより、作動媒体は、熱交換器１０において加熱媒体によって十分に加熱されることから、膨張機１３に流入する作動媒体が二相状態となることが抑制される。   As described above, in the exhaust heat recovery apparatus of the present embodiment, when the flow rate control unit 40b determines that the temperature of the working medium flowing out of the heat exchanger 10 by the phase state determination unit 40a is less than the saturation temperature. Further, the flow rate of the working medium into the heat exchanger 10 is reduced by lowering the rotational speed of the pump 18. Thereby, since a working medium is fully heated with a heating medium in the heat exchanger 10, it is suppressed that the working medium which flows in into the expander 13 will be in a two-phase state.

また、圧力制御部４０ｄは、圧力状態判定部４０ｃによって圧力が第一判定値以上と判定されたときに、ポンプ１８の回転速度を低下させることにより熱交換器１０への作動媒体の流入量を減少させ、熱交換器１０から流出した作動媒体の圧力が圧力上限値以下に抑えられる。圧力の上昇を抑えることにより、排熱回収装置の各機器の設計圧力を小さくすることができ、排熱回収装置のコストを削減することができる。排熱回収装置では、ポンプ１８の回転速度を低下させても作動媒体の高圧状態が維持される場合には、バイパス弁２４が開かれる。これにより、より確実に作動媒体の圧力を抑えることができる。   Further, the pressure control unit 40d reduces the inflow amount of the working medium to the heat exchanger 10 by reducing the rotation speed of the pump 18 when the pressure state determination unit 40c determines that the pressure is equal to or higher than the first determination value. The pressure of the working medium flowing out from the heat exchanger 10 is reduced to a pressure upper limit value or less. By suppressing the increase in pressure, the design pressure of each device of the exhaust heat recovery apparatus can be reduced, and the cost of the exhaust heat recovery apparatus can be reduced. In the exhaust heat recovery apparatus, when the high pressure state of the working medium is maintained even when the rotational speed of the pump 18 is decreased, the bypass valve 24 is opened. Thereby, the pressure of a working medium can be suppressed more reliably.

図５は排熱回収装置の他の例を示す図である。熱交換器１０は、蒸発器１１と、蒸発器１１の下流に設けられた過熱器１２とを備える。蒸発器１１は、作動媒体が流れる作動媒体流路１１ａと、加熱媒体が流れる加熱媒体流路１１ｂとを有している。過熱器１２は、作動媒体が流れる作動媒体流路１２ａと、加熱媒体が流れる加熱媒体流路１２ｂとを有している。作動媒体流路１１ａの上流側の端部及び作動媒体流路１２ａの下流側の端部は、それぞれ循環流路２０に接続されている。圧力センサ３２および温度センサ３４は過熱器１２よりも下流側に設けられる。作動媒体は蒸発器１１にて加熱された後、過熱器１２にてさらに加熱され、過熱状態のガスとして膨張機１３へ流入する。   FIG. 5 is a view showing another example of the exhaust heat recovery apparatus. The heat exchanger 10 includes an evaporator 11 and a superheater 12 provided downstream of the evaporator 11. The evaporator 11 has a working medium flow path 11a through which the working medium flows and a heating medium flow path 11b through which the heating medium flows. The superheater 12 has a working medium flow path 12a through which the working medium flows and a heating medium flow path 12b through which the heating medium flows. The upstream end of the working medium flow path 11a and the downstream end of the working medium flow path 12a are connected to the circulation flow path 20, respectively. The pressure sensor 32 and the temperature sensor 34 are provided on the downstream side of the superheater 12. The working medium is heated by the evaporator 11, further heated by the superheater 12, and flows into the expander 13 as a superheated gas.

制御部４０における制御動作は第一実施形態と同様である。図５に示す場合においても、加熱媒体の温度が平均的な温度よりも大きく低下した場合、および、過度に上昇した場合に作動媒体の循環量を低減させることにより、作動媒体が二相状態となること、および、作動媒体の圧力が過度に上昇することを抑制することができる。以下の第二および第三実施形態においても、熱交換器１０に過熱器１２が設けられてよい。   The control operation in the control unit 40 is the same as in the first embodiment. Also in the case shown in FIG. 5, when the temperature of the heating medium is lowered more than the average temperature and excessively increased, the amount of circulation of the working medium is reduced, so that the working medium is in a two-phase state. It is possible to prevent the pressure of the working medium from rising excessively. The superheater 12 may be provided in the heat exchanger 10 also in the following second and third embodiments.

（第二実施形態）
図６は第二の実施形態に係る排熱回収装置を示す図である。排熱回収装置では、各加熱媒体流路１１ｂ，１２ｂに加熱媒体を供給する加熱媒体供給流路２５の熱交換器１０よりも上流側に温度センサ３６が設けられる。他の構成は第一実施形態と同様である。相状態判定部４０ａには、作動媒体の種類や循環量等に基づいて加熱媒体の温度と熱交換器１０から流出する作動媒体の相の状態との関係を示すデータが記憶されている。また、圧力状態判定部４０ｃには、作動媒体の種類や循環量等に基づいて加熱媒体の温度と熱交換器１０から流出する作動媒体の圧力との関係を示すデータが記憶されている。 (Second embodiment)
FIG. 6 is a view showing an exhaust heat recovery apparatus according to the second embodiment. In the exhaust heat recovery apparatus, a temperature sensor 36 is provided upstream of the heat exchanger 10 in the heating medium supply channel 25 that supplies the heating medium to the heating medium channels 11b and 12b. Other configurations are the same as those of the first embodiment. The phase state determination unit 40a stores data indicating the relationship between the temperature of the heating medium and the state of the phase of the working medium flowing out from the heat exchanger 10 based on the type of the working medium, the circulation amount, and the like. The pressure state determination unit 40c stores data indicating the relationship between the temperature of the heating medium and the pressure of the working medium flowing out from the heat exchanger 10 based on the type of the working medium, the circulation amount, and the like.

加熱媒体の温度が平均的な温度よりも低下した場合、相状態判定部４０ａは、温度センサ３６により加熱媒体の温度を取得し（図３：ステップＳ１１）、作動媒体の相の状態の判定を行う（ステップＳ１２）。そして、作動媒体が二相状態であると判定されると、第一実施形態と同様に、ポンプ１８の回転速度を定格速度から所定の割合で減速させることによって熱交換器１０への作動媒体の流入量を減少させる（ステップＳ１３）。加熱媒体の温度が上昇して作動媒体が飽和または過熱状態であると判定された場合にはポンプの回転速度が定格速度に戻される（ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ１５）。   When the temperature of the heating medium is lower than the average temperature, the phase state determination unit 40a acquires the temperature of the heating medium by the temperature sensor 36 (FIG. 3: step S11), and determines the phase state of the working medium. It performs (step S12). When it is determined that the working medium is in a two-phase state, the working medium to the heat exchanger 10 is reduced by reducing the rotational speed of the pump 18 from the rated speed at a predetermined rate, as in the first embodiment. The inflow amount is decreased (step S13). When it is determined that the temperature of the heating medium rises and the working medium is saturated or overheated, the rotational speed of the pump is returned to the rated speed (steps S11, S12, S14, S15).

一方、圧力状態判定部４０ｃでは、図７に示すように、排熱回収装置の起動後、温度センサ３６により取得された作動媒体の温度が第一判定値である９６℃以上か否かを判定する（ステップＳ３０，Ｓ３１）。温度が９６℃未満である場合には、一定の間隔にて加熱媒体の温度の確認が繰り返される。   On the other hand, as shown in FIG. 7, the pressure state determination unit 40c determines whether the temperature of the working medium acquired by the temperature sensor 36 is equal to or higher than 96 ° C., which is the first determination value, after the exhaust heat recovery device is started. (Steps S30 and S31). When the temperature is less than 96 ° C., the confirmation of the temperature of the heating medium is repeated at regular intervals.

温度が９６℃以上であると判定されると、圧力制御部４０ｄは、ポンプ１８の回転速度を定格速度から２０％／分程度の割合で低下させる（ステップＳ３２）。熱交換器１０への作動媒体の流入量が減少することにより、作動媒体の圧力を減少させることができる。次に、圧力状態判定部４０ｃは、加熱媒体の温度が第二判定値である９７℃以上か否かを判定する（ステップＳ３３）。温度が９７℃未満である場合にはステップＳ３１に戻り、加熱媒体の温度の確認が繰り返される。   If it is determined that the temperature is 96 ° C. or higher, the pressure control unit 40d decreases the rotational speed of the pump 18 at a rate of about 20% / min from the rated speed (step S32). By reducing the amount of working medium flowing into the heat exchanger 10, the pressure of the working medium can be reduced. Next, the pressure state determination part 40c determines whether the temperature of a heating medium is 97 degreeC or more which is a 2nd determination value (step S33). When the temperature is lower than 97 ° C., the process returns to step S31, and the confirmation of the temperature of the heating medium is repeated.

温度が９７℃以上であると判定されると、圧力制御部４０ｄはバイパス弁２４を開く（ステップＳ３４）。これにより、熱交換器１０と膨張機１３との間の圧力を低下させることができる。さらに、圧力状態判定部４０ｃは、温度が第三判定値である９６℃以下となるまで繰り返し確認し（ステップＳ３５）、温度が９６℃以下であると判定されると、圧力制御部４０ｄはバイパス弁２４を閉じる（ステップＳ３６）。   If it determines with temperature being 97 degreeC or more, the pressure control part 40d will open the bypass valve 24 (step S34). Thereby, the pressure between the heat exchanger 10 and the expander 13 can be reduced. Further, the pressure state determination unit 40c repeatedly confirms that the temperature is 96 ° C. or less, which is the third determination value (step S35), and if it is determined that the temperature is 96 ° C. or less, the pressure control unit 40d bypasses. The valve 24 is closed (step S36).

第二実施形態においても、第一実施形態と同様に、熱交換器１０から流出した作動媒体の二相状態を抑制することができるとともに、作動媒体の圧力が過度に上昇してしまうことを防止することができる。   In the second embodiment, as in the first embodiment, the two-phase state of the working medium flowing out from the heat exchanger 10 can be suppressed, and the pressure of the working medium is prevented from excessively rising. can do.

（第三実施形態）
図８は、本発明の第三実施形態の排熱回収装置の構成の概略を示している。なお、第三実施形態では、第一実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第一実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は省略する。 (Third embodiment)
FIG. 8 schematically shows the configuration of the exhaust heat recovery apparatus according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, only parts different from the first embodiment will be described, and descriptions of the same structure, operation, and effect as those of the first embodiment will be omitted.

本実施形態の排熱回収装置は、ポンプ１８から送出された作動媒体の一部を凝縮器１６とポンプ１８との間に戻す戻し流路２６と、この戻し流路２６に設けられた戻し弁２８とを備えている。   The exhaust heat recovery apparatus of the present embodiment includes a return channel 26 that returns a part of the working medium sent from the pump 18 between the condenser 16 and the pump 18, and a return valve provided in the return channel 26. 28.

図９および図１０はそれぞれ、加熱媒体の温度が低下した場合の制御の流れ、および、加熱媒体の温度が上昇した場合の制御の流れの一部を示す図である。図９はステップＳ１３を除き図３と同様であり、図１０はステップＳ２２を除き図４と同様である。   FIG. 9 and FIG. 10 are diagrams showing a part of the control flow when the temperature of the heating medium decreases and a part of the control flow when the temperature of the heating medium increases, respectively. 9 is the same as FIG. 3 except for step S13, and FIG. 10 is the same as FIG. 4 except for step S22.

図９に示すように、加熱媒体の温度が平均的な温度よりも大きく低下した場合、制御部４０の相状態判定部４０ａにより作動媒体が二相状態であると判定すると（ステップＳ１１）、流量制御部４０ｂが戻し弁２８の開度を大きくし（ステップＳ４１）、熱交換器１０へ向かう作動媒体の流入量を減少させる。これにより、熱交換器１０にて作動媒体が十分に加熱され、作動媒体が二相状態であることが解消される。   As shown in FIG. 9, when the temperature of the heating medium is significantly lower than the average temperature, the phase state determination unit 40a of the control unit 40 determines that the working medium is in a two-phase state (step S11). The controller 40b increases the opening degree of the return valve 28 (step S41), and decreases the amount of working medium flowing toward the heat exchanger 10. Thereby, the working medium is sufficiently heated in the heat exchanger 10, and the working medium is eliminated from being in a two-phase state.

また、図１０に示すように、加熱媒体の温度が過度に上昇した場合、圧力状態判定部４０ｃは、圧力センサ３２から取得された圧力が０．９１ＭＰａ以上か否かを判定し（ステップＳ１１）、圧力が０．９１ＭＰａ以上であると判定されると、圧力制御部４０ｄは、戻し弁２８の開度を一定時間の間一定の割合にて大きくする（ステップＳ５１）。これにより、熱交換器１０への作動媒体の流入量が減少し、熱交換器１０から流出する作動媒体の圧力が減少する。   As shown in FIG. 10, when the temperature of the heating medium rises excessively, the pressure state determination unit 40c determines whether or not the pressure acquired from the pressure sensor 32 is 0.91 MPa or more (step S11). When it is determined that the pressure is 0.91 MPa or more, the pressure control unit 40d increases the opening degree of the return valve 28 at a constant rate for a fixed time (step S51). Thereby, the inflow amount of the working medium to the heat exchanger 10 decreases, and the pressure of the working medium flowing out from the heat exchanger 10 decreases.

第三実施形態においても、第一実施形態と同様に、作動媒体の二相状態の抑制および圧力上昇の抑制を行うことができる。第三実施形態では、第二実施形態と同様に、作動媒体の温度および圧力に代えて加熱媒体の温度に基づいて作動媒体の熱交換器１０への流入量の制御が行われてもよい。   Also in the third embodiment, similarly to the first embodiment, it is possible to suppress the two-phase state of the working medium and the pressure increase. In the third embodiment, similarly to the second embodiment, the amount of working medium flowing into the heat exchanger 10 may be controlled based on the temperature of the heating medium instead of the temperature and pressure of the working medium.

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。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.

例えば、上記実施形態では、回転機１４として発電機１４が例示されたが、回転機１４は圧縮機等の他の駆動機械でもよい。   For example, in the above embodiment, the generator 14 is exemplified as the rotating machine 14, but the rotating machine 14 may be another driving machine such as a compressor.

第一実施形態では、相状態判定部４０ａが、作動媒体の温度から蒸気圧を求め、蒸気圧と作動媒体の圧力とを比較することにより熱交換器１０から流出した作動媒体が二相状態であるか否かを判定してもよい。第三実施形態においても同様である。   In the first embodiment, the phase state determination unit 40a obtains the vapor pressure from the temperature of the working medium and compares the vapor pressure with the pressure of the working medium so that the working medium flowing out of the heat exchanger 10 is in a two-phase state. It may be determined whether or not there is. The same applies to the third embodiment.

加熱媒体の温度の変動が大きくない場合には、圧力制御部４０ｄでは、ポンプ１８の回転速度の制御とバイパス弁２４の開閉制御の一方のみが行われてもよい。第二実施形態においても同様である。また、第三実施形態では、戻し弁２８の開度の制御とバイパス弁２４の開度の制御の一方のみが行われてもよい。相状態判定部４０ａは圧力状態判定部４０ｃの機能を兼ねてもよい。流量制御部４０ｂおよび圧力制御部４０ｄについても同様である。   When the variation of the temperature of the heating medium is not large, only one of the control of the rotation speed of the pump 18 and the opening / closing control of the bypass valve 24 may be performed in the pressure control unit 40d. The same applies to the second embodiment. In the third embodiment, only one of the control of the opening degree of the return valve 28 and the control of the opening degree of the bypass valve 24 may be performed. The phase state determination unit 40a may also function as the pressure state determination unit 40c. The same applies to the flow rate control unit 40b and the pressure control unit 40d.

１０ 熱交換器
１１ 蒸発器
１１ａ 作動媒体流路
１１ｂ 加熱媒体流路
１２ 過熱器
１２ａ 作動媒体流路
１２ｂ 加熱媒体流路
１３ 膨張機
１４ 発電機（回転機）
１６ 凝縮器
１８ ポンプ
２０ 循環流路
２２ バイパス流路
２４ バイパス弁
２５ 加熱媒体供給流路
２６ 戻し流路
２８ 戻し弁
３２ 圧力センサ
３４ 温度センサ
３６ 温度センサ
４０ 制御部
４０ａ 相状態判定部
４０ｂ 流量制御部
４０ｃ 圧力状態判定部
４０ｄ 圧力制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Heat exchanger 11 Evaporator 11a Working medium flow path 11b Heating medium flow path 12 Superheater 12a Working medium flow path 12b Heating medium flow path 13 Expander 14 Generator (rotating machine)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 16 Condenser 18 Pump 20 Circulation flow path 22 Bypass flow path 24 Bypass valve 25 Heating medium supply flow path 26 Return flow path 28 Return valve 32 Pressure sensor 34 Temperature sensor 36 Temperature sensor 40 Control part 40a Phase state determination part 40b Flow rate control part 40c Pressure state determination unit 40d Pressure control unit

Claims (6)

作動媒体を加熱する熱交換器と、
前記熱交換器から流出した前記作動媒体が流入する膨張機と、
前記膨張機に接続された回転機と、
前記膨張機から排出された前記作動媒体を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器から流出した前記作動媒体を加圧して前記熱交換器へ送出するポンプと、
前記膨張機をバイパスするバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられたバイパス弁と、
前記熱交換器から流出した前記作動媒体の相の状態を判定する相状態判定部と、
前記相状態判定部の判定結果に基づいて前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させる流量制御部と、
前記熱交換器から流出した前記作動媒体の圧力の状態を判定する圧力状態判定部と、
前記圧力状態判定部の判定結果に基づいて前記熱交換器から流出する作動媒体の圧力を圧力上限値以下に制御する圧力制御部と、を備え、
前記圧力制御部は、前記圧力状態判定部によって前記熱交換器から流出した前記作動媒体の圧力が第１判定値以上であると判定されると、前記ポンプの回転速度を下げることにより前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させ、前記圧力状態判定部によって前記熱交換器から流出した前記作動媒体の圧力が前記第１判定値よりも大きな第２判定値以上であると判定されると、前記バイパス弁を開き、前記圧力状態判定部によって前記熱交換器から流出した前記作動媒体の圧力が前記第１判定値よりも大きく前記第２判定値よりも小さな第３判定値以下であると判定されると、前記バイパス弁を閉じる排熱回収装置。 A heat exchanger for heating the working medium;
An expander into which the working medium flowing out of the heat exchanger flows;
A rotating machine connected to the expander;
A condenser for condensing the working medium discharged from the expander;
A pump for pressurizing the working medium flowing out of the condenser and sending it to the heat exchanger;
A bypass flow path for bypassing the expander;
A bypass valve provided in the bypass channel;
A phase state determination unit for determining the state of the phase of the working medium flowing out of the heat exchanger;
A flow rate controller that reduces the inflow of the working medium to the heat exchanger based on the determination result of the phase state determination unit;
A pressure state determination unit for determining a state of pressure of the working medium flowing out of the heat exchanger;
A pressure control unit that controls the pressure of the working medium flowing out of the heat exchanger based on a determination result of the pressure state determination unit to a pressure upper limit value or less ,
When the pressure control unit determines that the pressure of the working medium flowing out of the heat exchanger is equal to or higher than a first determination value by the pressure state determination unit, the pressure control unit decreases the rotation speed of the pump to reduce the heat exchange. The amount of the working medium flowing into the chamber is decreased, and the pressure state determination unit determines that the pressure of the working medium flowing out of the heat exchanger is equal to or higher than a second determination value that is larger than the first determination value. Then, the bypass valve is opened, and the pressure of the working medium that has flowed out of the heat exchanger by the pressure state determination unit is less than a third determination value that is greater than the first determination value and smaller than the second determination value. When determined, the exhaust heat recovery apparatus close the bypass valve. 加熱媒体によって作動媒体を加熱する熱交換器と、
前記熱交換器から流出した前記作動媒体が流入する膨張機と、
前記膨張機に接続された回転機と、
前記膨張機から排出された前記作動媒体を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器から流出した前記作動媒体を加圧して前記熱交換器へ送出するポンプと、
前記膨張機をバイパスするバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられたバイパス弁と、
前記熱交換器から流出した前記作動媒体の相の状態を判定する相状態判定部と、
前記相状態判定部の判定結果に基づいて前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させる流量制御部と、
前記熱交換器から流出した前記作動媒体の圧力の状態を判定する圧力状態判定部と、
前記圧力状態判定部の判定結果に基づいて前記熱交換器から流出する作動媒体の圧力を圧力上限値以下に制御する圧力制御部と、
を備え、
前記圧力制御部は、前記圧力状態判定部によって前記熱交換器に流入する前記加熱媒体の温度が第１判定値以上であると判定されると、前記ポンプの回転速度を下げることにより前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させ、前記圧力状態判定部によって前記熱交換器に流出する前記加熱媒体の温度が前記第１判定値よりも大きな第２判定値以上であると判定されると、前記バイパス弁を開き、前記圧力状態判定部によって前記熱交換器に流入する前記加熱媒体の温度が前記第２判定値よりも小さな第３判定値以下であると判定されると、前記バイパス弁を閉じる排熱回収装置。 A heat exchanger for heating the working medium with the heating medium;
An expander into which the working medium flowing out of the heat exchanger flows;
A rotating machine connected to the expander;
A condenser for condensing the working medium discharged from the expander;
A pump for pressurizing the working medium flowing out of the condenser and sending it to the heat exchanger;
A bypass flow path for bypassing the expander;
A bypass valve provided in the bypass channel;
A phase state determination unit for determining the state of the phase of the working medium flowing out of the heat exchanger;
A flow rate controller that reduces the inflow of the working medium to the heat exchanger based on the determination result of the phase state determination unit;
A pressure state determination unit for determining a state of pressure of the working medium flowing out of the heat exchanger;
A pressure control unit that controls the pressure of the working medium flowing out of the heat exchanger to be equal to or lower than a pressure upper limit value based on a determination result of the pressure state determination unit;
With
When the pressure control unit determines that the temperature of the heating medium flowing into the heat exchanger is equal to or higher than a first determination value by the pressure state determination unit, the pressure control unit decreases the rotation speed of the pump to reduce the heat exchange. The amount of the working medium flowing into the chamber is reduced, and the pressure state determination unit determines that the temperature of the heating medium flowing out to the heat exchanger is equal to or higher than a second determination value that is larger than the first determination value. Then, when the bypass valve is opened and the pressure state determination unit determines that the temperature of the heating medium flowing into the heat exchanger is equal to or lower than a third determination value smaller than the second determination value, the exhaust heat recovery apparatus you close the bypass valve. 請求項１又は２に記載の排熱回収装置において、
前記流量制御部が前記ポンプの回転速度を下げることにより、前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させる、排熱回収装置。 In the exhaust heat recovery apparatus according to claim 1 or 2 ,
An exhaust heat recovery apparatus in which the flow rate control unit reduces the flow rate of the working medium into the heat exchanger by lowering the rotational speed of the pump. 請求項１又は２に記載の排熱回収装置において、
前記ポンプから送出された前記作動媒体の一部を前記凝縮器と前記ポンプとの間に戻す戻し流路と、前記戻し流路に設けられた戻し弁とをさらに備え、
前記流量制御部が前記戻し弁の開度を制御することにより、前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させる、排熱回収装置。 In the exhaust heat recovery apparatus according to claim 1 or 2 ,
A return flow path for returning a part of the working medium sent from the pump between the condenser and the pump; and a return valve provided in the return flow path,
An exhaust heat recovery apparatus in which the flow rate control unit controls the opening degree of the return valve to reduce the amount of the working medium flowing into the heat exchanger. 作動媒体を加熱する熱交換器、前記熱交換器から流出した前記作動媒体が流入する膨張機、前記膨張機に接続された回転機、前記膨張機から排出された前記作動媒体を凝縮させる凝縮器、前記凝縮器から流出した前記作動媒体を加圧して前記熱交換器へ送出するポンプ、前記膨張機をバイパスするバイパス流路、および、前記バイパス流路に設けられたバイパス弁を備える排熱回収装置の運転制御方法であって、
前記熱交換器から流出した前記作動媒体の相の状態を判定する相状態判定工程と、
前記相状態判定工程における判定結果に基づいて前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させる流量制御工程と、
前記熱交換器から流出した前記作動媒体の圧力の状態を判定する圧力状態判定工程と、
前記圧力状態判定工程における判定結果に基づいて前記熱交換器から流出する作動媒体の圧力を圧力上限値以下に制御する圧力制御工程と、を備え、
前記圧力制御工程では、前記圧力状態判定工程で前記熱交換器から流出した前記作動媒体の圧力が第１判定値以上であると判定されると、前記ポンプの回転速度を下げることにより前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させ、前記圧力状態判定工程で前記熱交換器から流出した前記作動媒体の圧力が前記第１判定値よりも大きな第２判定値以上であると判定されると、前記バイパス弁を開き、前記圧力状態判定工程で前記熱交換器から流出した前記作動媒体の圧力が前記第１判定値よりも大きく前記第２判定値よりも小さな第３判定値以下であると判定されると、前記バイパス弁を閉じる排熱回収装置の運転制御方法。 A heat exchanger for heating the working medium, an expander into which the working medium that has flowed out of the heat exchanger flows in, a rotating machine connected to the expander, and a condenser for condensing the working medium discharged from the expander , A pump that pressurizes the working medium flowing out of the condenser and sends it to the heat exchanger, a bypass passage that bypasses the expander, and a waste heat recovery unit that includes a bypass valve provided in the bypass passage A device operation control method comprising:
A phase state determination step for determining a state of the phase of the working medium flowing out of the heat exchanger;
A flow rate control step of reducing the inflow amount of the working medium to the heat exchanger based on the determination result in the phase state determination step;
A pressure state determination step of determining a pressure state of the working medium flowing out of the heat exchanger;
A pressure control step of controlling the pressure of the working medium flowing out of the heat exchanger to a pressure upper limit value or less based on the determination result in the pressure state determination step ,
In the pressure control step, when it is determined that the pressure of the working medium that has flowed out of the heat exchanger in the pressure state determination step is equal to or higher than a first determination value, the heat exchange is performed by reducing the rotation speed of the pump. The amount of the working medium flowing into the chamber is decreased, and it is determined that the pressure of the working medium flowing out of the heat exchanger in the pressure state determination step is equal to or higher than a second determination value that is larger than the first determination value. Then, the bypass valve is opened, and the pressure of the working medium that has flowed out of the heat exchanger in the pressure state determination step is equal to or less than a third determination value that is larger than the first determination value and smaller than the second determination value. When determined, the operation control method of the exhaust heat recovery apparatus close the bypass valve. 加熱媒体によって作動媒体を加熱する熱交換器、前記熱交換器から流出した前記作動媒体が流入する膨張機、前記膨張機に接続された回転機、前記膨張機から排出された前記作動媒体を凝縮させる凝縮器、前記凝縮器から流出した前記作動媒体を加圧して前記熱交換器へ送出するポンプ、前記膨張機をバイパスするバイパス流路、および、前記バイパス流路に設けられたバイパス弁を備える排熱回収装置の運転制御方法であって、
前記熱交換器から流出した前記作動媒体の相の状態を判定する相状態判定工程と、
前記相状態判定工程における判定結果に基づいて前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させる流量制御工程と、
前記熱交換器から流出した前記作動媒体の圧力の状態を判定する圧力状態判定工程と、
前記圧力状態判定工程における判定結果に基づいて前記熱交換器から流出する作動媒体の圧力を圧力上限値以下に制御する圧力制御工程と、を備え、
前記圧力制御工程では、前記圧力状態判定工程で前記熱交換器に流入する前記加熱媒体の温度が第１判定値以上であると判定されると、前記ポンプの回転速度を下げることにより前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させ、前記圧力状態判定工程で前記熱交換器に流入する前記加熱媒体の温度が前記第１判定値よりも大きな第２判定値以上であると判定されると、前記バイパス弁を開き、前記圧力状態判定工程で前記熱交換器に流入する前記加熱媒体の温度が前記第２判定値よりも小さな第３判定値以下であると判定されると、前記バイパス弁を閉じる排熱回収装置の運転制御方法。 A heat exchanger that heats the working medium with a heating medium, an expander into which the working medium that has flowed out of the heat exchanger flows in, a rotating machine that is connected to the expander, and condenses the working medium that has been discharged from the expander A condenser to be pressurized, a pump for pressurizing the working medium flowing out from the condenser and sending it to the heat exchanger, a bypass passage for bypassing the expander, and a bypass valve provided in the bypass passage An operation control method for an exhaust heat recovery device,
A phase state determination step for determining a state of the phase of the working medium flowing out of the heat exchanger;
A flow rate control step of reducing the inflow amount of the working medium to the heat exchanger based on the determination result in the phase state determination step;
A pressure state determination step of determining a pressure state of the working medium flowing out of the heat exchanger;
A pressure control step of controlling the pressure of the working medium flowing out of the heat exchanger to a pressure upper limit value or less based on the determination result in the pressure state determination step,
In the pressure control step, when it is determined in the pressure state determination step that the temperature of the heating medium flowing into the heat exchanger is equal to or higher than a first determination value, the heat exchange is performed by reducing the rotation speed of the pump. The amount of the working medium flowing into the chamber is decreased, and it is determined in the pressure state determination step that the temperature of the heating medium flowing into the heat exchanger is equal to or higher than a second determination value larger than the first determination value. Then, when the bypass valve is opened and it is determined that the temperature of the heating medium flowing into the heat exchanger in the pressure state determination step is equal to or lower than a third determination value smaller than the second determination value, operation control method of the exhaust heat recovery apparatus you close the bypass valve.
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