JPH10274009A - バイナリー発電システムおよびその制御方法 - Google Patents

バイナリー発電システムおよびその制御方法

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JPH10274009A
JPH10274009A JP8145997A JP8145997A JPH10274009A JP H10274009 A JPH10274009 A JP H10274009A JP 8145997 A JP8145997 A JP 8145997A JP 8145997 A JP8145997 A JP 8145997A JP H10274009 A JPH10274009 A JP H10274009A
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JP
Japan
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working fluid
absorber
concentration
evaporator
liquid
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Withdrawn
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JP8145997A
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Inventor
Akira Horiguchi
章 堀口
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Hisaka Works Ltd
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Hisaka Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 非共沸混合物を作動流体として用いるバイ
ナリー発電システムの安定した運転を可能ならしめる。 【解決手段】 吸収液ライン12に流量制御弁18を設
置し、吸収器6の出口側における作動流体の温度、圧力
より作動流体の濃度(組成)を計算し、当該濃度が一定
となるように吸収液の流量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は非共沸混合物を作
動流体として用いる混合媒体バイナリー発電システムお
よびその制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は従来の混合媒体バイナリー発電シ
ステムの系統図を示し、作動流体の蒸発器(2)、スク
リュータービン(4)、油分離器(5)、凝縮器(6)
および作動流体ポンプ(8)を直列に接続して閉じた作
動流体ループを構成し、スクリュータービン(4)の出
力軸を発電機(10)と連結してある。蒸発器(2)で
液相の作動流体が熱源流体から熱を受け取って蒸発し、
発生した蒸気はスクリュータービン(4)に供給され
る。スクリュータービン(4)に供給された蒸気はスク
リュータービン(4)の作用室内を進むにつれて膨張
し、スクリュータービン(4)を駆動する。これによ
り、スクリュータービン(4)と連結された発電機(1
0)が回転して発電を行う。スクリュータービン(4)
からの排気は油分離器(5)に入って蒸気と潤滑油とに
分離され、蒸気は凝縮器(6)へ送られ、潤滑油は油ポ
ンプで再び油加熱器(14)に送られる。凝縮器(8)
に進んだ蒸気は冷却水により冷却されて凝縮し、凝縮液
は作動流体ポンプ(8)で再び蒸発器(2)に戻され
る。
【0003】蒸発器(2)の出口側に設置されたミスト
セパレータ(3)で蒸気とミストが分離され、ミストセ
パレータ(3)に溜まった蒸発残液は吸収器(6)に送
られ、吸収液となる。すなわち、作動流体が非共沸混合
流体であることから、蒸発器では低沸点成分が先に蒸発
しやすく、その結果、蒸気機関(4)に供給される蒸気
は低沸点成分濃度が高く、蒸発残液は高沸点成分の濃度
が高くなる傾向にある。したがって、ミストセパレータ
(3)に溜まった高沸点成分濃度の高い蒸発残液を吸収
器(6)に送り込むことにより、蒸気機関(4)から排
出された低沸点成分濃度の高い蒸気を吸収させることが
できる。
【0004】従来、系内を循環する作動流体の量を、吸
収器(6)出口の液量が一定になるように制御し、ま
た、蒸発器(2)では、蒸発器(2)における作動流体
の液面レベルが一定となるように吸収液量を制御してい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】蒸発器(2)の性能は
作動流体の低沸点成分濃度により大きく変化するため、
作動流体の濃度が変化すると蒸発器(2)の性能も変化
し、ひいては吸収液量も変化して安定した制御ができな
くなる。すなわち、従来の制御では、システムの立ち上
げ時や運転条件の変更時等、系のバランスがずれたとき
に、蒸発しやすく凝縮しにくい低沸点成分の濃度が急激
に変化して、各点で濃度が大きく変動する。濃度変化が
生じると、蒸発器での性能が変化し、蒸発量や、吸収器
へ送る吸収液の供給量が変化して、蒸発、凝縮、吸収の
各圧力の変化を伴う。その結果、各液面変動が大きくな
る。また、圧力変化に伴いポンプ性能も変化し、作動流
体供給量の変動が生じる。その結果、液面制御が困難に
なり、全体バランスが崩れ、安定した運転が望めないこ
ととなる。
【0006】そこで、この発明の目的は、非共沸混合物
を作動流体として用いるバイナリー発電システムの安定
した運転を可能ならしめることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、吸収器出口側における作動流体の温
度、圧力より濃度(組成)を計算し、当該吸収器出口液
濃度が一定となるように吸収液量を制御するようにした
ものである。吸収器出口液濃度が安定すれば蒸発器の性
能が安定し、安定したシステムの運転が可能となる。
【0008】すなわち、請求項1の発明は、蒸発器、蒸
気機関、吸収器、作動流体循環ポンプを直列に接続して
閉ループを構成し、前記閉ループ内で作動流体を循環さ
せ、蒸気機関で発電機を駆動して発電を行うようにした
非共沸混合物を作動流体として用いるバイナリー発電シ
ステムにおいて、蒸発器の作動流体出口における蒸発残
液を吸収液として吸収器に供給するための吸収液ライン
と、吸収液ラインに設置した流量制御弁と、吸収器出口
における作動流体の圧力および温度を測定するためのセ
ンサと、前記センサの測定値に基づき作動流体の濃度を
算出してするとともに、当該濃度が一定となるように流
量制御弁を制御する制御器とを具備したことを特徴とす
るバイナリー発電システムである。
【0009】請求項2の発明は、蒸発器、蒸気機関、吸
収器、作動流体循環ポンプを直列に接続して閉ループを
構成し、前記閉ループ内で作動流体を循環させ、蒸気機
関で発電機を駆動して発電を行うようにした非共沸混合
物を作動流体として用いるバイナリー発電システムを制
御するにあたり、蒸発器の作動流体出口における蒸発残
液を吸収液として吸収器に供給し、吸収器出口における
作動流体の濃度が一定になるように吸収液の流量を制御
することを特徴とするバイナリー発電システムの制御方
法である。
【0010】
【発明の実施の形態】図1に示すように、蒸発器
(2)、スクリュータービン(4)、吸収器(6)、作
動流体循環ポンプ(8)を直列に接続して閉じた作動流
体ループ(1)を構成する。蒸発器(2)に熱源流体を
供給し、吸収器(6)に水や空気等の冷却流体を供給
し、作動流体ループ(1)内で作動流体を循環させるこ
とによりランキンサイクルを構成させ、熱源流体の熱を
スクリュータービンで動力として回収し、最終的に発電
を行うようにしている。
【0011】作動流体となる非共沸混合物としては、た
とえばフロンR123とR22のような、沸点の異なる
二成分系の混合媒体を挙げることができる。ここでは沸
点の高い方の成分を高沸成分、沸点の低い方の成分を低
沸成分と呼ぶこととする。
【0012】蒸発器(2)は熱源流体との熱交換によっ
て作動流体を蒸発させるためのものである。低沸点の作
動流体を採用することにより、熱源流体としては中低温
の地熱水、工場廃熱、温海水等を使用することができ
る。
【0013】スクリュータービン(4)は蒸発器(2)
で発生した作動流体の蒸気の供給を受けて、蒸気の膨張
仕事を回転動力として取り出し、発電機(10)を回転
駆動するようにした蒸気機関であって、スクリュー式流
体機械を膨張機として使用したもので容積式膨張機に属
する。スクリュータービン(4)は互いに噛み合った一
対のロータをケーシング内に回転自在に収容して構成さ
れており、一対のスクリューロータ同士は厳密には接触
しないで両者間に形成される歯形空間(作用室)は潤滑
油でシールされている。作動流体蒸気がこの作用室内で
膨張する過程でスクリューロータに回転力を与える。
【0014】吸収器(6)はスクリュータービン(4)
から排出された作動流体の蒸気を液化させるためのもの
である。吸収器(6)はたとえばプレート式熱交換器の
形態をとり、複数の伝熱プレートを積層して隣接する伝
熱プレート間に作動流体通路(62)と冷却流体通路
(64)を交互に形成してなる。作動流体通路(62)
の入口側はスクリュータービン(4)の排出口と接続
し、出口側は作動流体循環ポンプ(8)の吸込み口と接
続する。伝熱プレートの伝熱面に向けて吸収液を噴射す
ることにより、この吸収液が伝熱面を伝って流下する間
に、スクリュータービン(4)から排出され作動流体通
路(62)内に導入された蒸気を吸収する。冷却流体通
路(64)にはこの場合冷却水を供給する。なお、空気
その他の冷却流体を使用するタイプの吸収器を採用する
こともできる。
【0015】蒸発器(2)の作動流体出口側で蒸気から
分離した液を吸収液として用いるため、蒸発器(2)の
作動流体出口側にミストセパレータ(3)を設置し、ミ
ストセパレータ(3)と吸収器(6)の作動流体入口側
の作動流体ループ部分とを配管で接続して吸収液ライン
(12)を設ける。ミストセパレータ(3)で蒸気とミ
ストが分離され、ミストセパレータ(3)に溜まったミ
ストすなわち蒸発残液を吸収液として吸収器(6)の作
動流体通路(62)の入口に供給する。
【0016】作動流体は非共沸混合物で構成されている
ことから、蒸発器(2)では低沸点成分が先に蒸発しや
すい。その結果、蒸発器(2)で発生した蒸気は低沸点
成分濃度が比較的高く、したがってまた、スクリュータ
ービン(4)から排出されて吸収器(6)に流入する蒸
気も低沸点成分濃度が高くなっている。一方、蒸発残液
は高沸点成分濃度が高くなっている。この高沸点成分濃
度の高い蒸発残液を吸収液として吸収器(6)の作動流
体通路に供給することにより、低沸点成分濃度の高い蒸
気が吸収液に吸収される。
【0017】一般に吸収液の温度が低いほど吸収効率が
よいが、蒸発残液はスクリュータービン(4)に送られ
る蒸気と同じく高温である。そこで、吸収器(6)の作
動流体通路(62)を流れる吸収液の温度を低くして吸
収を促進するべき、吸収液ライン(12)の途中に油加
熱器(14)を設置して蒸発残液と油との間で熱交換を
させ、油の加熱源として利用すると同時に吸収液の温度
を下げる。さらに、吸収液冷却器(16)を設置して、
吸収器(6)から排出された液との間で熱交換をさせる
ことにより、一方では吸収液の温度を下げ、他方では蒸
発器に向かう液の予熱を行う。
【0018】スクリュータービン(4)の排気側に設置
した油分離器(5)、油ポンプ(7)、油加熱器(1
4)を経てスクリュータービン(4)の作動流体通路入
口側に至る油系統は、加熱された潤滑油をスクリュータ
ービン(4)の作動流体入口付近で作動流体蒸気中に噴
射するためのものである。スクリュータービン(4)の
作用室には、スクリュータービン(4)の潤滑およびシ
ール等のために潤滑油が供給される。油加熱器(14)
で作動媒体蒸気と同程度まで加熱された潤滑油がスクリ
ュータービン(4)の作動流体入口付近から作動流体蒸
気中に噴射される。スクリュータービン(4)からの排
気は油分離器(5)で蒸気と潤滑油とに分離され、蒸気
は吸収器(6)の作動流体通路(62)へ送られ、潤滑
油は油ポンプ(5)で油加熱器(14)へ送られる。
【0019】吸収液冷却器(16)を経た吸収液は吸収
器(6)に向かうが、その流量は流量制御弁(18)に
よって調節される。流量制御弁(18)の開度は吸収器
(6)の出口側における作動流体の温度および圧力に応
じて制御される。図示しないセンサで吸収器(6)の出
口側における作動流体の温度と圧力を計測し、それらの
計測値より、作動流体の濃度を計算によって求め、この
濃度が一定となるように、吸収液の流量を調節するので
ある。このようにして吸収器(6)の出口における作動
流体の濃度が安定すれば、蒸発器(2)における作動流
体の濃度が一定となり、蒸発器(2)の性能が安定する
ため、システムの運転も安定する。
【0020】作動流体の圧力、温度と濃度(組成)の関
係は各成分の物性により定まる。図2は一定圧力の下に
おける二成分系非共沸混合物の気液平衡線図であり、縦
軸は温度、横軸は作動流体の組成たとえば低沸点成分の
割合を表している。組成がzで一定の作動流体を圧力一
定のもとで過熱状態(a点)から過冷却状態(e点)ま
で冷却されるときの相変化を考えると、a点で示される
状態の過熱蒸気は熱を奪われることにより温度が低下
し、b点の状態となる。b点は凝縮を開始する飽和蒸気
を示している。b点で示される組成zの蒸気は熱を奪わ
れることにより一部凝縮を始める。高沸点成分のほうが
凝縮しやすいため、この時発生する液体は高沸点成分の
割合の多いb’点で表される。さらに冷却が進むと、液
体組成は露点曲線(b’→c’→d)に沿って、気体組
成は沸点曲線(b→c”→d”)に沿って凝縮が進行
し、d点ですべて飽和液体となる。この時の組成は入口
組成zと同じである。さらに熱が奪われると過冷却さ
れ、e点で示される過冷却液体となる。また、この凝縮
の過程において凝縮温度はTbからTc、Tdまで変化
する。
【0021】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明は、蒸発
器、蒸気機関、吸収器、作動流体循環ポンプを直列に接
続して閉ループを構成し、前記閉ループ内で作動流体を
循環させ、蒸気機関で発電機を駆動して発電を行うよう
にした非共沸混合物を作動流体として用いるバイナリー
発電システムにおいて、吸収器出口における作動流体の
温度、圧力より濃度(組成)を計算し、当該吸収器出口
液濃度が一定となるように吸収液量を制御することによ
り、吸収器出口液濃度が、したがってまた蒸発器の性能
が安定し、安定したシステムの運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示すバイナリー発電システ
ムの系統図である。
【図2】作動流体の気液平衡線図である。
【図3】従来の技術を示すバイナリー発電システムの系
統図である。
【符号の説明】
2 蒸発器 3 ミストセパレータ 4 蒸気機関(スクリュータービン) 5 油分離器 6 吸収器 7 油ポンプ 8 作動流体循環ポンプ 10 発電機 12 吸収液ライン 14 油加熱器 16 吸収液冷却器 18 流量制御弁 20 制御器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 蒸発器、蒸気機関、吸収器、作動流体循
    環ポンプを直列に接続して閉ループを構成し、前記閉ル
    ープ内で作動流体を循環させ、蒸気機関で発電機を駆動
    して発電を行うようにした非共沸混合物を作動流体とし
    て用いるバイナリー発電システムにおいて、蒸発器の作
    動流体出口における蒸発残液を吸収液として吸収器に供
    給するための吸収液ラインと、吸収液ラインに設置した
    流量制御弁と、吸収器出口における作動流体の圧力およ
    び温度を測定するためのセンサと、前記センサの測定値
    に基づき作動流体の濃度を算出してするとともに、当該
    濃度が一定となるように流量制御弁を制御する制御器と
    を具備したことを特徴とするバイナリー発電システム。
  2. 【請求項2】 蒸発器、蒸気機関、吸収器、作動流体循
    環ポンプを直列に接続して閉ループを構成し、前記閉ル
    ープ内で作動流体を循環させ、蒸気機関で発電機を駆動
    して発電を行うようにした非共沸混合物を作動流体とし
    て用いるバイナリー発電システムを制御するにあたり、
    蒸発器の作動流体出口における蒸発残液を吸収液として
    吸収器に供給し、吸収器出口における作動流体の濃度が
    一定になるように吸収液の流量を制御することを特徴と
    するバイナリー発電システムの制御方法。
JP8145997A 1997-03-31 1997-03-31 バイナリー発電システムおよびその制御方法 Withdrawn JPH10274009A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190038218A (ko) * 2017-09-29 2019-04-08 주식회사 포스코아이씨티 폐열발전 작동유체 공급장치 및 방법

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KR20190038218A (ko) * 2017-09-29 2019-04-08 주식회사 포스코아이씨티 폐열발전 작동유체 공급장치 및 방법

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Effective date: 20040601