JPH01267306A

JPH01267306A - 熱交換器の流量制御装置

Info

Publication number: JPH01267306A
Application number: JP9158188A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Morita; 守田　政信
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-04-15
Filing date: 1988-04-15
Publication date: 1989-10-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）この発明は、太陽熱、地熱水、工場廃熱等を熱源にし、
低融点媒体を作動流体にし、作動流体を熱交換器で蒸発
させ、その蒸気の熱エネルギを巧みに利用して発電する
場合、熱交換の際、熱源流体と作動流体との流量バラン
スを好適にする熱交換器の流量制御装置に関する。

（従来の技術）近年、エネルギ資源開発の観点から、太陽熱。

地熱、海洋エネルギ、工場廃熱水等の熱源を利用して発
電または動力を取り出す技術が、大学、民間・国家等で
日夜研究が行なわれており、その一つに熱水等を熱源に
、被加熱媒体である作動流体、例えばフロンを用いた発
電設備がある。

第４図は、現在、研究開発が行なわれている発電設備の
概略図であり、いわゆるランキンサイクルが構成されて
いる。ランキンサイクルは、閉回路を構成するもので、
この閉回路はタービン１１、発電機１２、凝縮器１３、
ポンプ１４等からなる。また、タービン１１の入口側に
は、熱源である熱水１によって作動流体２が予熱・加熱
・蒸発されるよう熱交換器群が直列的に配設されており
、これら熱交換器群は、蒸発器５、第１予熱加卿器６、
第２予熱加熱器７・・・・・・第５予熱加熱器１０で構
成されている。

こうした構成で、熱水１によって蒸発した作動流体２は
、タービン１１で仕事をして発電機１２を廻し、電気出
力を取り出す。タービン１１を出た作動流体２は凝縮器
１３で冷却水４と熱交換して液体となり、液体はポンプ
１４．制御弁１５を経て熱交換器群に戻される。熱交換
器群に戻された作動流体２は、第５予熱加熱器１０、・
・・・・・、第２予熱加熱器６を通過する間に熱水１か
らの熱が加えられ、蒸発器５を出るときにはほぼ気体に
なってタービン１１に回転エネルギを与えるようになる
。こうして作動流体の膨張エネルギが巧みに利用されて
発電機１２からの電気出力が系統母線に送られて、電力
または動力に供せられる。

（発明が解決しようとする課題）ところで、上記構成による発電プラントでは、熱水１の
温度および流体景が計画通りに運用されているならば、
何ら不都合はなく、安定した電気出力が取り出せる。

しかし、工場の廃熱水のようにある時間間隔を持って流
量あるいは温度が変化する熱源を利用する場合には、プ
ラントの運用が不安定になるという問題点がある。例え
ば、熱水１の流量が設計点より大幅に低下した場合、熱
水１の出口温度を一定にするために、熱水１の流量の減
少に伴って予熱加熱器６，７・・・・・・１ｏおよび蒸
発器５を流れる作動流体２をも流量コントロールする必
要がある。

ところが１作動流体２の流量コントロールすると、第５
予熱加熱器６で作動流体２が蒸発してしまい、閉回路系
統全体の圧力変動・流量変動ひいては圧力損失が大きく
なって、プラント全体の運用が難しくなることがあった
。このため、温度や流量の不安定な熱源を利用する場合
、−個所に熱源を貯える貯槽を設け、貯槽から流量コン
トロールして熱交換器群に熱源を送り出すことが考えら
れるけれども、８備が複雑となり、コスト的に高くなっ
て好ましくない。

この発明は、熱源が不足すると、受熱側の作動流体にも
悪い影響を与える点に鑑み、熱源不足でも、作動流体を
巧みに流量コントロールすることによって熱源と作動流
体とを好適に流量バランスさせる熱交換器の流量制御装
置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記の目的に沿ってこの発明では、熱水等を加熱媒体と
し、作動流体を被加熱媒体とし、被加熱媒体が複数の熱
交換器を通過する間に、加熱媒体から熱を受けた被加熱
媒体が予熱・加熱・蒸発し、蒸気となってタービンで仕
事をし、仕事を終えて凝縮した被加熱媒体は凝縮器・ポ
ンプを経て熱交換器に戻る蒸気原動プラントにおいて、
各熱交換器間にバイパス路を並設するとともに、バイパ
ス路に調節弁を介挿し、各熱交換器を通過する加熱媒体
の流量が被加熱媒体の流量より少ないとき。

加熱媒体の流量・温度信号、被加熱媒体の流量・温度信
号を受けた演算制御装置が上記調節弁に開口信号を与え
て、被加熱媒体を各熱交換器からバイパスさせるよう構
成したものである。

（作　　用）熱水等の加熱媒体が熱交換器群に順次導かれると、被加
熱媒体である作動流体は熱交換器群を通過するときに予
熱、加熱が行なわれ、最後に蒸気となってタービンに送
り出される。この熱交換中に、加熱媒体が不足してくる
と、加熱媒体の流量・温度信号および被加熱媒体の流量
・温度信号を受けた演算制御装置は各熱交換器を結ぶ弁
に閉成信号を与えるとともに、バイパス路の調節弁に開
口信号を与える。

こうして被加熱媒体は直接的には各熱交換器を通過せず
、途中の熱交換器に送り込まれるので、加熱交換媒体と
被加熱媒体とはほぼ流量バランスされるようになる。そ
の結果、熱源が不足した場合でも、予熱加熱器内では被
加熱媒体の蒸発が早めに起らず、プラントの運転が安定
して続行できる。

（実　施　例）この発明にかかる熱交換器の制御装置につき。

図面を参照しながら一実施例を説臂する。

第１図は、例えば工場の廃熱水等の熱水の熱エネルギー
を利用して発電を行なう発電プラントの概略図である。

工場の廃熱水や地熱熱水等の熱水１は蒸発器５を通過し
、第５予熱加熱器６、第４予熱加熱器７・・・・・・第
１予熱加熱器１０まで通過することにより被加熱媒体で
ある作動流体２ヘエネルギーを伝達する。作動流体２は
第１予熱加熱器１０から第５予熱加熱器６まで順次通過
する間に熱水１のエネルギーを受けて予熱加熱され、そ
の後蒸発器５でさらに熱水１のエネルギーを受けて高温
高圧の蒸気となる。高温高圧の蒸気となった作動流体２
は、タービン１１へ案内され、タービン１１で断熱膨張
してタービン１１を駆動し、タービン１１に直結した発
電機１２を回転させて電気を発生させる。

タービン１１で仕事をした作動流体２は、凝縮器１３で
冷却水４によって冷却され、凝縮液となる。

凝縮液となった作動流体２はポンプ１４によって昇圧さ
れて、第１予熱加熱器１０へ移送され、各予熱加熱器１
０，９・・・・・・および蒸発器５により再び予熱加熱
および蒸発が行なわれる。

各熱交換器にはバイパス路３が並設され、このバイパス
路３に調節弁１９．２０．２１が介挿される。

第２図は第１図の調節弁１９．２０．２１を制御する装
置である。熱水１の熱水流量の変化量を常時流量検出器
ＦＸ、にて監視、検出し、その変化量を演算制御装置２
２に伝達し、演算制御装置２２において熱水流量の変化
量に合った作動流体２の循環量を変化させる流量制御弁
１５を操作することにより、作動流体の流量検出器ＦＸ
、は、熱水流量ＦＸ１の変化量に合った制御が行なわれ
る。演算制御装置２２は、熱水流量ＦＸユの信号と作動
流体流量ＦＸ、の信号の偏差分を補正し、適切になる様
に作動流体流量ＦＸ２を流量制御弁１５の操作によって
行なっている。

ここで、例えば熱水１の熱水量が大幅に減少した場合、
先に説明したように第５予熱加熱器６内で蒸発が開始さ
れ、プラント連輪状態が不安定になる。このような状態
が発生すると第１予熱加熱器１０をカットする必要があ
る。予熱加熱器の台数カットの制御方法について第２図
の演算制御装置２２の内部について説明する。

熱水１の熱水流量ＦＸ、が減少すると、　その変化量が
演算制御装置２２に伝達される。演算制御装置２２の内
部は、熱水流量の変化量に合った作動流体流量、蒸発温
度、予熱加熱器運転台数を予めセットされた制御関数に
て適宜自動的に判断し、制御信号指令によって調節弁１
９を全開にし、切替調節弁１６を全開にする。このよう
に第１予熱加熱器１０を系統から切り離すことによって
プラントの運転状態を安定にし信頼性が高い運用ができ
る。この流水を第２図によって説明する。まず、熱水流
量が設計点（Ｘ点）の場合は、作動流体流量、蒸発温度
が設計点の値でセットされ、予熱加熱器台数は設計点の
５台が選択制御され、プラントの運転が行なわれる。

しかし、熱水流量が設計点のＸ点からｘ１点へ減少した
場合は、破線をたどり、熱水流量の変化量に合った作動
流体流量、蒸発温度の値をセットし、予熱加熱器台数を
１台カットすることによってプラントを安定に運転を行
なう、予熱加熱台数の切替えの境には、あるバンドを設
け、予熱加熱器切替時のハンチングを避ける事は言うま
でもない。

上記実施例において熱水流量の変化についてのみ説明し
たが、熱水温度（ＴＸｔ）、冷却水温度（ｒｘａ）が変
化した場合、更にそれら組み合わせによって変化した場
合についても制御関数が演算制御装置内２２に納められ
ており、熱水流量変化時と同時に適用することができる
。

第３図はこの発明の他の実施例で、第１実施例と異なり
、調節弁１９．２０．２１を介挿するバイパス器３を加
熱源側に並設したものである。このようにすれば、加熱
源側の媒体が過量で流量コントロールする場合に好都合
である。

〔発明の効果〕

以上の説明のとおり、この発明は熱交換器にバイパス路
を設け、このバイパス路の調節弁に開口信号を与えて作
動流体を熱交換器からバイパスさせたもので、加熱媒体
の流量が不安なとき１作動流体の流量をバランスさせる
ことができ、その結果、プラントの安定な運転が期待ｔ
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す概略図、第２図は演算
５制御装置を説明する概念図、第３図はこの発明の他の
実施例を示す概略図、第４図は従来の実施例を示す概略
図である。３・・・バイパス路　　　　５・・・蒸発器６・・・第
５予熱加熱器　　７・・・第４予熱加熱器８・・・第３
予熱加熱器　　９・・・第２予熱加熱器１０・・・第１
予熱加熱器　　１１・・・タービン１３・・・凝縮器　
　　　　　１９，２０，２１・・・調節弁２２・・・演
算制御装置代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　第子丸　健第１図第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

熱水等を加熱媒体とし、作動流体を被加熱媒体とし、被
加熱媒体が複数の熱交換器を通過する間に、加熱媒体か
ら熱を受けた被加熱媒体が予熱、加熱、蒸発し、蒸気と
なってタービンで仕事をし、仕事を終えて凝縮した被加
熱媒体は凝縮器、ポンプを経て熱交換器に戻る蒸気原動
プラントにおいて、各熱交換器間にバイパス路を並設す
るとともに、バイパス路に調節弁を介挿し、各熱交換器
を通過する加熱媒体の流量が被加熱媒体の流量よりも少
ないとき、加熱媒体の流量・温度信号、被加熱媒体の流
量・温度信号を受けた演算制御装置が上記調節弁に開口
信号を与えて、被加熱媒体を各熱交換器からバイパスさ
せることを特徴とする熱交換器の流量制御装置。