JPS61150014A - 容積式エキスパンダの回転制御によるエネルギ−回収装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は蒸気もしくはガスなどの高圧気体の流量制御を
行う場合に、その高圧気体の持っているエネルギーを回
収する装置に関する。

〔従来の技術〕

従来前記のような高圧気体の流量制御は一般的に調節弁
の開度を調節し、調節弁に差圧を付ける事で行われてい
るが、この圧力差を有効にエネルギーとして回収するた
めにはターボ形の蒸気タービン又はエキスパンダが使用
されて来た。しかしターボ形の蒸気タービンは小形では
低効率で高価格のため経済性に難があり、普及するに至
らなかった。

またエキスパンダによるエネルギー回収のために、高圧
気体の通過する重量すなわち流量を制御するためには容
積式エキスパンダ（以下ＥＸＰという）の場合回転数が
一定の場合には吐出容積が一定であるので、ＥＸＰの入
口に調節弁を設けてこれにより差圧を付けることによっ
てＥＸＰ入口の高圧ガスを膨張させ比容積を大きくして
吐出容積が一定でも通過重量を低下させて制御していた
。

しかしこの方法によると低流量の場合にはＥＸＰが利用
出来る差圧が減少し、エネルギー回収率が低下する問題
がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上述のような流量低下時の問題を解決するもの
で、前段の調節弁の圧力差によるエネルギー損失を発生
させずに部分負荷運転時のエネルギー回収効率を大きく
向上させるものである。

〔発明の概要〕

本発明はＥＸＰの吐出量の制御はその回転数の制御を行
うことにより、調節弁での圧力損失を発生させず一定圧
力のまま高圧気体の通過重量即ち流量を制御すると共に
ＥＸＰによるエネルギーの回収効率を高めるものである
。

即ち高圧気体の上流側ユニットと下流側ユニットとの間
に介挿した第１制御弁と、この第１制御弁に並列接続し
た遮断弁とＥＸＰの直列回路とを設け、高圧気体による
ＥＸＰの回転により発電機を駆動してエネルギーを回収
する装置において、ＥＸＰの回転数を回転数制御装置に
よって調節することにより、一定圧力のまま高圧気体の
通過重量を調節するＥＸＰの回転制御によるエネルギー
回収装置である。

上述のようなエネルギー回収装置はＥＸＰを通過する高
圧気体は流量調節のために従来のように前段の調節弁に
よって圧力調節を行って比容積を大きくした後にエネル
ギー回収に利用されるのと異なり、高圧のままでＥＸＰ
を通過するので前段の調節弁によるエネルギー損失がな
く、低流量の場合でもエネルギーの回収効率が高い。

〔発明の詳細な説明〕

図面は本発明のエネルギー回収装置の回路構成図である
。上流側ユニット１から供給される高圧気体は流量検出
用のオリフィス２を通り、この高圧気体を使用する下流
側ユニット３までの流路のうち第１の流路には第１制御
弁４を設け、第１の流路に並列に接続された第２の流路
には遮断弁５゜第２制御弁６．ＥＸＰ７を設けである。

オリフィス２の検出出力に接続された発信器８は流量に
応じた出力を出すもので、この出力は調節計９に接続し
である。調節計９には流量設定器２１が接続されている
一方、出力は信号切換弁１０に接続しである。さらに信
号切換弁１０には手動設定器１１が接続してあり、出力
側は前記第１制御弁４及び第２制御弁６ならびに空電変
換器１２を経て電流形可変電圧可変周波数装置（以下Ｖ
ＶＶＦという）１３に接続しである。ＥＸＰ７の出力軸
には発電機（以下ＧＥと表記する）１４が接続してあり
、この出力はＶＶＶＦ運転用開閉器１５を経てＶＶＶＦ
１３に接続すると共に、商用電源運転用開閉器１６を経
て商用電源ライン１７に接続しである。一方前記ＶＶＶ
Ｆ１３は上記商用電源ライン１７に接続しである。制御
回路１８には前記ＥＸＰ７の出力軸の回転数を回転計１
９で検出し、その検出出力を入力すると共に前記ＧＥ１
４の電気出力側に設けた電力方向リレー２０の検出出力
が入力してあり、制御回路１８の出力は前記ＶＶｖＦ、
運転用開閉器１５の開閉操作を行う。

次に本発明の装置の作用を説明する。

まずプロセスのスタート時からＥＸＰ７をスタートする
場合は次の手順によって行う。

（１）信号切換弁１０を切換えて調節計９はＶＶＶＦ１
３の周波数制御を、手動設定器１１は第２制御弁６の制
御を行うようにする。。

（２１ＶＶＶＦ１３の運転停止中及び第２制御弁６を全
開の状態で遮断弁５を開く。

（３）　　ＶＶＶＦ１３を最低周波数で運転する。（こ
の時はモータリング運転である。） （４）第２制御弁６を手動設定器１１で徐々に開き、Ｅ
ＸＰ７及びＧＥ１４の回転に伴いモータリング運転から
発電へ移行させる。

（５）　　ＶＶＶＦ１３の周波数上昇と第２制御弁６の
開操作を第２制御弁６が全開になるまで行う。

（６）調節計９は流量設定器２１から入力された設定値
に基づきＶＶＶＦ１３の周波数を上昇させ一定流量にな
るように自動制御させる。

次にプロセス運転中にＥＸＰ７をスタートさせる場合は
次の手順によって行う。プロセス運転中であるので、調
節計９からの信号は第１制御弁４及び第２制御弁６に接
続され、手動設定器１１からの信号はＶＶＶＦ１３に接
続されている。この場合遮断弁５は全閉で、第２制御弁
６は全開となり、第１制御弁４で流量を制御している。

したがってＥＸＰ７には高圧気体は流れていない。この
状態で次の操作を行う。

（１）　　ＶＶＶＦ１３を最低周波数で運転する。（こ
の時はモータリング運転である。） （２）遮断弁５を開くとＥＸＰ７は高圧気体で回転し、
ＧＥ１４はモータリングから発電領域へ移行する。この
時プロセス流量は一時的に増大するが、第１制御弁４が
閉となって流量は安定する。

（３１ＶＶＶＦ１３の周波数を上昇する。

（４）信号切換弁１０を切換え、調節計９からの信号は
ＶＶＶＦ１３に接続し、ＥＸＰ７の回転数制御を行わせ
る。

なお、制御回路１８はＥＸＰ７の出力軸の回転数を検出
する回転計１９の出力信号と、電力方向リレー２０で判
定するモータリングもしくは発電領域の何れかの判定信
号によってＶＶＶＦ運転用開閉器１５の開閉制御を行う
。

このような装置では従来の調節弁と定速回転Ｅｘｐとを
併用した流量制御の場合調節弁により絞られて減圧する
ので、所定の流量（通過重量）の場合ＥＸＰに接続した
発電機出力にくらべて、Ｅｘｐの回転数で流量（通過重
量）を制御しており、このＥＸＰに接続したＧＥの出力
は上記従来例にくらべて高効率で動作するので、このた
めＶＶＶＦ１３から商用電源ライン１７へ送出する回収
エネルギーの電力も従来例にくらべてはるかに大きくな
る。

次にＶＶＶＦ１３が故障時の運転について説明する。Ｖ
ＶＶＦ１３の故障時にはＶＶＶＦ運転用開閉器１５が断
となり、数秒後に商用電源運転用開閉器１６が接となり
、Ｃ，Ｅ１４は一旦回転数が低下した後商用電源周波数
で高速運転となる。この時一時的に流量は増加するが、
ＶＶＶＦ故障と同時に信号切換弁ｌＯが切換り、調節計
９は第２制御弁６を制御するので流量を安定化するよう
に働く。

なお制御弁の追従時間遅れが問題になる場合には商用周
波電源回路にリアクトル等を入れて商用周波電源での加
速時間を遅らせる方法もある。

次に上述のＥＸＰ発電システムが停止した場合には遮断
弁５が閉じられ、この為一時的に流量は大きく無くなる
が、調節計９からの信号で第１制御弁４が開き自動的に
流量制御される。

〔発明の効果〕 上述のように本発明の装置では高圧気体の流量制御は気
体圧力を変化させることなく、ＥＸＰの回転数制御によ
って通過重量を制御して流量制御を行うので、ＥＸＰに
おける全断熱効率が高くＥＸＰの回転制御を行うＧＥか
らの回収電力が従来の調節弁併用のＥＸＰの場合にくら
べて大きくなる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明のエネルギー回収装置の回路構成図である
。 １・・・・・・上流側ユニット、３・・・・・・下流側
ユニット、４・・・・・・第１制御弁、５・・・・・・
遮断弁、７・・・・・・容積式エキスパンダ（ＥＸＰ）
　、９・・・・・・調節計、１０・旧・・信号切換弁、
１３・・・・・・電流形可変電圧可変周波数装置（ＶＶ
ＶＦ）　、１４・・・・・・発電機（ＧＥ）、２０・・
・・・・電力方向リレー、２１・・・・・・流量設定器
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高圧気体の上流側ユニットと下流側ユニットとの間に介
   挿した第１制御弁と、この第１制御弁に並列接続した遮
   断弁と容積式エキスパンダの直列回路とを設け、高圧気
   体による容積式エキスパンダの回転により発電機を駆動
   してエネルギーを回収する装置において、容積式エキス
   パンダの回転数を回転数制御装置によって調節すること
   により、一定圧力のまま高圧気体の通過重量を調節する
   ことを特徴とする容積式エキスパンダの回転制御による
   エネルギー回収装置。