JPS5997402A - 廃熱利用プラント - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、廃熱を熱源とし中間熱媒体を介して低沸点媒
体によシ被駆動部を駆動させる一一利用プラントに関す
る。

との徨のものは、低沸点媒体でタービン等を駆動し、こ
れにより発電！行う廃熱利用発電プラント桑どに適用し
て利用される。　　　　　　　。

〔従来技術〕、　　　　　　　　　　　、　　。

従来の屏熱利タイラントは、熱源として利用す、る廃熱
の温度の変化が激しいため、低沸点媒体が過度に加熱さ
れ、その分解などのトラブルの虞れがあるも、のであっ
た。

即ち、この種の廃熱利用技術にあっては、熱源として営
種プラントから排出される排ガスを用いるのが一般的で
ある。ところがこれは元来廃雫するガスで今る牟め温度
は一定せず、当然その温度制御もな、されス、温度範囲
は広くばらつい下いる。

従って廃ガスの温度が高いと、中間熱媒体を介してこの
熱を受けた低沸点媒体が過度に加熱され、分解すること
がある。もともと低沸点媒竺は沸点が低いが故に利用さ
れるのであシ、熱しすぎると分解・変質などの可能性が
あるので、かかる過熱は問題である。

特に、低沸点媒体として一般に用いられるフロンは、あ
る温度を越えると分解し、劣化に至る。

フロンが分解すると塩素Ｃ１２が発生し、該塩素が不可
避的にフロン循環系の中に混入する水分ＨｚＯと反応し
て塩酸ＨＣ１を生成し、これが装置の腐食をもたらし、
水漏れなどを発生させて装置を使用不能ならしめること
もある。

このように、プラント等の廃熱を利用して中間熱媒体と
フロン等低沸点媒体とを熱交換させ、発生した低沸点媒
体蒸気によジタービンを回転させるなどして発電等を行
うシステムにあっては、廃熱温度が広範囲にばらつくこ
とに伴う低沸点媒体の熱分解や劣化の問題は避けられな
い。例えばフロンはその劣化上限温度は概略１５０Ｃと
言われるが、実際に運転されるプラントでは、排出され
る排ガスはその１５０Ｃを越えた広範囲に亘って変動す
ることが多い。よってかかるプラントの廃熱を利用する
と、排ガスの温度の変動により、油（中間熱媒体）加熱
器加熱管内のフロンが熱分解を起こして劣化に至る可能
性が犬である。

従ってこれを防止して、常に正常な装置の運転を可能な
らしめる技術の開発が望まれているのが現状である。

なお従来よシ下流側であるタービンについては、これを
排ガスの温度に対して保護するため、その負荷の制限等
のことは実施されているが、このような制限があっても
装置が長時間運転されれば、排ガス温度の何らかの制限
がない限シいずれはフロンの熱分解、そして劣化に至る
という、過程は免かれ得ないものである。

〔発明の目的〕

本発明は、上記のような事情に鑑みて、廃熱として利用
する排ガスの温度を調節し、これによシ中間熱媒体の温
度が低沸点媒体の劣化をもたらす温度以上にならないよ
うにして、該低沸点媒体の分解等及びそれに伴うトラブ
ルを防止した有利な廃熱利用プラントを提供することを
目的とする。

〔発明の概要〕

上記目的を達成すべく、本発明においては、中間熱媒体
加熱器に流入する排ガスの温度を制御する制御弁を設け
て、該制御弁を備えた温度調節ダンパーを設置する。

この構成をとれば、該ダンパーの制御弁の作動によシ排
ガスの温度を調節でき、中間熱媒体加熱器が過度に熱せ
られることが防がれ、低沸点媒体の分解や劣化、及びそ
れに伴うトラブルも回避できるものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例について、図面を参照して説明す
る。

第１図中、符号３で示すのが排ガスであシ、この廃熱が
利用されるものであるが、該排ガス３を中間熱媒体加熱
器５に流入させるに際し、排ガス温度を制御するための
制御弁１１を備えた温度調整用ダンパー１６を設置して
、中間熱媒体加熱器５゛が過度に熱せられないように構
成する。

この結果、中間熱媒体は過度に高温にはならず、このた
め中間熱媒体に加熱される低沸点媒体もその分解や劣化
が防止される。

以下本実施例について、更に詳述する。この例は本発明
を、フロン利用の発電プラントに適用したものである。

この種の技術においては第６図に略示する如く矢印工で
流入した排ガスが、ダクト■中の、一般に油加熱器■と
称される中間熱媒体加熱器の加熱管■をその廃熱をもっ
て加熱し、加熱された油（中間熱媒体）はこれと混合さ
れたフロンを蒸発させ、一方排ガスは矢印！′で流出し
て行く。ガス化したフロンは矢印■の如く流れ、ガスタ
ービンＴを駆動し、ガスタービンＴは発電機Ｇに発電を
行わせ、一方仕事を終えたフロンは矢印Ｗの如くフロン
凝縮機■に入ってここで冷却凝縮され、ポンプＰＫよシ
矢印■で予熱器■に送られ、予熱された後矢印Ｘで油加
熱器Ｈに入って、フロン循環が行われる。

本実施例も、このような一般的な技術に本発明を適用し
て具体化したものであシ、第１図のダクト４が第６図の
ダクト■に対応する。っｔＪ）本例ではダクト４を図示
の如く２基並列したシステムを採用しているわけである
が、勿論ダクトが１基のシステムに適用するのでもよい
。また第１図中の符号１５はバイパスダクトでアシ、第
６図のノζイバスダク）ＸＩに対応する。

プラントの排ガスは、一旦ヘツダーに集められた後、廃
熱回収プラントに導かれる。第１図において、バイパス
ダンパー１は通常運転時には閉の状態で、入口ダンパー
２が開の状態になっておシ、プラントの排ガス３は廃熱
回収プラント内に流入する。バイパスダンパー１は、廃
熱回収プラントの機器に異常が生じた場合や、また運転
上好ましくな゛い状況が発生した場合に開となシ、排ガ
ス３をバイパスダクト１５の方にノ（イノシスさせる役
割を果たす。

本実施例においては前記第６図を用いて説明した如く、
排ガスの熱を中間熱媒体で回収して低沸点媒体であるフ
ロンへ熱交換させ、フロン蒸気の発生によジタービンを
駆動し動力回収を行う。中間熱媒体としてはポリオ いられ、これが第６図に示す如き油加熱益田中でフロン
と混合した状態で熱媒介を行うものである。

このような場合、初めにも述べたように、最も懸念され
るのは排ガス３の温度である。

つまシ本実施例において、排ガス３はダクト４の途中に
設置された油加熱器５を通過してその加熱管６を加熱し
、もって油加熱器５中に蓄えられた中間熱媒体油とフロ
ンを加熱するが、この時に該排ガス３による加熱温度が
高すぎると、フロンが熱分解を起こし劣化に至る場合が
ある。かかる熱分解・劣化が様々のトラブルの原因とな
ることは既述したとおシである。フロンの分解温度は、
文献によると約１５０Ｃであるが、この種の廃熱回収プ
ラントにおいては排ガスの温度が約２５０Ｃに至るとフ
ロン熱分解が発生し、劣化に至ると　・とが実測によシ
判明している。例えば第２図はことの関係を実測によシ
確かめたもので、これは横軸に排ガス温度の逆数をとり
、たて軸にフロンの熱分解による塩素の発生量をとって
両者の関係を示したグラフである。このグラフから、排
ガス温度の逆数にリニヤな関係でフロン分解塩素ガスが
発生することが明らかであシ、温度によるフロン劣化の
様子はこれから良く理解されるであろう。

従って、廃熱利用プラントに流入する排ガス３の温度が
約２５０Ｃ付近になった場合、該排ガス温度を調節して
常に適切な温度の排ガス３が廃熱回収プラント内に流入
するよう、温度調節ダンノく−１６を作動させればよい
。本実施例にあっては、油加熱器５内に複数列に設置さ
れた加熱管６に熱電対７を取付け、これによシ直接加熱
管６の温度を測定し、また排ガス３の通路において油加
熱器５の直前に熱電対８を設置して、排ガス３の温度を
測定する。これらの温度測定データに基づいて゛ダンパ
ー１６を作動させて、排ガス３の温度を調節するもので
ある。熱電、対７．８の設置は、いずれか一方のみでも
よいし、その他排ガス乃至は加熱部の温度を指すデータ
をとシ得る場所であればいずれの個所でもよく、またい
ずれのデータをとってもよい。

との実施例では、上記熱電対７，８で測定された排ガス
温度を温度測定器９で検知し、これによシメンパー１６
内の温度制御用の制御弁を作動させて、温度調節を行う
。具体的には、温度測定器９からの検知信号が電空変換
器１０によシ空気圧に変換され、かかる空気信号１３が
ピストン１４を介して制御弁たる）（タフライ弁１１を
作動させる。バタフライ弁１１は構造が簡単なので流量
調節弁として有効であるが、これに限られるものではな
い。

検知温度データが２５０Ｃ付近になった場合、上記の如
き作動でバタフライ弁１１が開の状態になり、ここから
外気１２をダクト４内に吸い込む。

吸い込まれた外気１２は、排ガス３と混合され、排ガス
３はこれによ多温度低下した状態で油加熱器５の方向に
向って進む。外気１２はプラントから排出された状態の
排ガス３よ多温度が低いから、混合係の排ガス３は混合
前に比してその温度は低下し、よって２５０Ｃに至るこ
とはなく、従って７０Ｚの熱分解による劣化は確実に防
止される。

この時のバタフライ弁１１の開度調整は、次のようにし
てなされる。第３図に示す如く、外気１２−）まシ冷却
空気の流量を最大限１００とした場合、その量が排ガス
３の入ロ温度ＴＩ、Ｔ４２５０Ｃ付近からほぼ直線的に
、排ガス温度に比例した量でダクト４内に送りこまれる
ように、このバタフライ弁１１の開度を調節するもので
ある。

なお第１図中、Ｔは各部における排ガスの温度、０語同
じく流量、Ｈは同じくエネルギーを示す。

上記一連の作動が実施され、ダクト４内に流入する外気
（冷却空気）１２の量が定量化されると、第４図に示す
ように、排ガス入口温度Ｔ１．Ｔ４がかなシの高温（２
５００〜３００Ｃ程度）になった場合でも、油加熱器５
直前における排ガス温度Ｔ７は約２５０Ｃ付近を保つこ
とが可能になシ、この結果フロンの熱分解による劣化は
防止される。

次に本実施例の作用を、第５図を参照して説明する。第
５図は、排ガス入口温度Ｔｌ、Ｔ４（横軸）と油加熱器
５の直前の排ガス流量Ｇ７　　（たて軸）との関係をグ
ラフ化したもので、曲線Ｉａ＋ｌａ、ｌｉａは各状態に
おいて、エネルギーが概略一定の状態でその関係を示し
ている。

冷却用にバタフライ弁１１から導入する外気１２の量Ｏ
Ａは、次式によシ表される。

Ｇム＝ＧｙＸ（１（Ｈｙ　　Ｈ＾）／（Ｈｌ−Ｈム））
　・・・（１）Ｇ４＝０７　　Ｇム　　　　・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）但し、
Ｇム：外気１２の流入量 Ｇ７　：油加熱器５直前の排ガス３流量Ｈ７：同排ガス
３のエネルギー Ｈ＾：外気１２のエネルギー Ｈｌ　：入口排ガス３のエネルギー Ｇ４　：ダクト４へ流入の排ガス３流量上記（２）式は
第５図からも明らかであろう。第５図の各曲線■ａ〜ｌ
ｌａは、排ガスの持つエネルギーの量を表すものであシ
、概略エネルギーが一定の状態を示す。

廃熱回収に当たっては、廃熱利用プラント内に流入した
時点の排ガス温度、つまり排ガス入口温度Ｔｒ　、’Ｔ
４が゛高くなるにつれて油加熱器５に流入するガス量は
少なくしてよいものであるが、一方、所期の効果を得る
ためには、フロン劣化に至る約２５０Ｃ付近に排カスの
温度が至った時には流入する排ガス量を抑えて、これに
相当する冷却空気量をダクト内に送りこまなければなら
ない。

この時、バイパスダンパー１を通ってバイパス量゛　　
クト１５にバイパスさせる排ガスの量が０３であり、こ
の分を人口ダンパー２を通って流れる排ガス量Ｇ４と外
気（冷却空気）量Ｇａとでまかなうことによシ、エネル
ギーが一定に保たれるよう、制御されるわけである。

この際の、バタフライ弁１１を通ってダクト４内に流入
する外気１２の量は、排ガスの入口における状態のエネ
ルギーＨ１と、油加熱器５直前の排ガスの状態のエネル
ギーＨ７との相関関係によ！Ｉ）、（１）式で表される
ことによシ決定され、ダクト中間で（２）式により排ガ
ス量がチェックされる。

次に、上述の排ガス入口温度Ｔ１．Ｔ４　と、油加熱器
５に流入するガス流量Ｇ７との関連を、第５図によ９更
に詳細に説明する。

第５図ニオイテ、曲ａＩ　ａ、Ｉｌａ、ｍａはいずれも
排ガスが保持するエネルギーがほぼ同一の状態であるこ
とを示す。

既述した通シ、この種の廃熱利用プラントにおいては、
フロンの熱分解によシ劣化に至る排ガス温度は約２５０
０であることが判明しているから、この付近の温度にな
る迄は第５図の曲線１ａに示された状態でガス流は推移
する。排ガス温度が２５０Ｃ付近を越えても、排ガスの
温度調節を行わないでそのままの状態を続けた場合、ガ
ス量の推移は曲線１１ａの如くなる。この時一部をバイ
ノくスダクト１５にバイパスさせれば、曲線■ｂのよう
に、バイパス量Ｇ３の分だけ少なくなる。

曲線ｆｌａの状態の場合、タービンの出力は、ガスエネ
ルギーが不変であるから一定に保たれるではおろうけれ
ど、フロンは熱分解を起こし、劣化に至ることが予想さ
れる。これを防ぐべく、本例では冷却用の外気１２を取
入れ、排ガスの温度を制限しようとするのであシ、この
場合の状態は曲線１１ａに示す通りである。

曲線ｌｅａの状態を実現するのは、次のような操作によ
る。ます、ダクト４内に排ガスが流入する以前に、予め
排ガスをバイパスダクト１５の方向に流出させてバイパ
スさせる。このバイパスさせる量を０３とすると、前述
の如くその状態は第５図の曲線Ｂｂに示す如くなる。従
って廃熱回収プラント内に流入する排ガス量はＧ４とな
シ、この時点ではエネルギーは一定状態よシ低いものと
なる。

ここで前述したように、排ガス３の入口の熱量の状態、
油加熱器５直前の排ガス３の熱量の状態また冷却用の外
気１２の熱量の状態等の相互関係によシ決定された外気
量（冷却空気量）Ｇムを廃熱回収プラント内に流入させ
ることによシ、エネルギー一定の状態を保つのである。

このように外気１２を流入ｉｔＧムで混合させると、第
５図に示す通シ、曲線１ｂの状態にこの量Ｇムが乗せら
れて、油加熱器５に流入する排カス３のエネルギーは曲
線［［ａの如くなシ、一定に保たれる。

即ち、第５図に即して言えは、本実施例の構成において
は排カス温度の制御によシ、排ガスの状態を曲線１ａの
状態から曲線ｌｅａの状態に推移させることを狙、つた
ものと言うことができる。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明の廃熱利用プラントは、温度調節ダ
ンパーの制御弁の作動によシ中間熱媒体加熱器に流入す
る排ガスの温度を調節する構成としたので、中間熱媒体
の温度が低沸点媒体の劣化をもたらす温度以上になるこ
とを防止でき、従って低沸点媒体の分解・劣化及びそれ
に伴うトラブルを確実に阻止し得るので、温度変動範囲
の激しい廃熱を利用するプラントにおいて極めて有利な
ものということができる。

なお当然のことではあるが、本発明は図示の実施例にの
み限られるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図である。第２図は排
ガスの温度とフロンの熱分解によ多発生する塩素の量と
の関係を示す図、第３図は排ガス入口温度と冷却空気量
（外気量）との関係を示す図、第４図は排ガス入口温度
と油加熱器直前の排ガス温度との関係を示し、特に温度
調節ダンツク−作動後の両者の関係を示す図である。第
５図は前記実施例の作用を説明するためのもので、各状
態における排カス入口温度と油加熱器直前のガス流量（
ガスのエネルギー）との関係を示す図である。 第６図は一般的な廃熱利用プラントの系統を示す略示図
である。 ３・・・排ガス、５・・・中間熱媒体加熱器（油加熱器
）、７、訃・・温度検出手段（熱電対）、１１・・・制
御弁（バタフライ弁）、１２・・べ冷却用）外突、１６
・・・温度調節用ダンノく−０ 代理人　弁理士　秋本正実 奉　　２　　図 ｇ　　　　第　、５　図 習トガス入０温渡 第　　Ｓ　　日 ’ｌｊ；Ｑ　　　　　　３００　　→Ｔｌ、Ｔ４＃しガ
ス入ｒ１り二舟

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、廃熱を熱源として中間熱媒体を介して低沸点媒体に
   よシ被駆動部を駆動させる廃熱利用プラントにおいて、
   中間熱媒体加熱器に流入する排ガスの温度を制御するた
   峠の制御弁を備えた温度調節・　ダイパーを設置したこ
   と全特徴とする廃熱利用プラ：ント。・ ２、制御弁が流量調節弁で、諌流量調節弁によシ、外気
   の導入量を調節することによって中間熱媒体加熱器に流
   入する排ガスの温度を制御するものである特許請求の範
   囲第１項に記載の廃熱利用プラント。 ３、排ガスの温度を、中間熱媒体加熱器のメタル温度・
   または中間熱媒体加熱器に流入する排ガスの温度を測定
   することＫよシ検知し、該検知に基づき制御弁を作動さ
   せるものである特許請求の範囲第１項または第２項に記
   載の廃熱利用プラント。