KR20160033043A - 에너지 회수 장치 및 압축 장치 및 에너지 회수 방법 - Google Patents

에너지 회수 장치 및 압축 장치 및 에너지 회수 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 에너지 회수 장치는 서로 병렬로 접속되어, 복수의 열원으로부터 열원이 유입되는 복수의 열 교환기와, 작동 매체를 팽창시키는 팽창기와, 동력 회수부와, 응축기와, 응축기로부터 유출된 작동 매체를 복수의 열 교환기로 보내는 펌프와, 복수의 열 교환기로의 작동 매체의 유입량을 조정하는 조정부를 구비한다. 조정부가 복수의 열 교환기의 각각으로부터 유출된 기상의 작동 매체의 온도차, 또는 기상의 작동 매체의 과열도 차가 일정 범위 내에 들어가도록, 복수의 열 교환기의 각각으로 유입되는 기상의 작동 매체의 유입량을 조정한다. 이에 의해, 온도가 다른 복수의 열원으로부터 열 에너지를 회수할 때에, 효율적으로 열 에너지를 회수할 수 있다.

Description

에너지 회수 장치 및 압축 장치 및 에너지 회수 방법{ENERGY RECOVERY DEVICE AND COMPRESSION DEVICE, AND ENERGY RECOVERY METHOD}
본 발명은 열 에너지를 회수하는 에너지 회수 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 압축기로부터 토출된 압축 가스가 갖는 에너지를 회수하는 시스템이 제안되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는 전단의 임펠러와, 전단의 임펠러로부터 토출된 압축 가스와 액상 작동 매체를 열 교환시키는 제1 증발기와, 제1 증발기로부터 유출된 가스를 냉각하는 제1 냉각기와, 제1 냉각기로부터 유출된 가스를 압축하는 후단의 임펠러와, 후단의 임펠러로부터 토출된 압축 가스와 액상 작동 매체를 열 교환시키는 제2 증발기와, 제2 증발기로부터 유출된 가스를 냉각하는 제2 냉각기와, 각 증발기로부터 유출된 기상 작동 매체를 팽창시키는 터빈과, 터빈에 접속된 교류 발전기와, 터빈으로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 응축기로부터 유출된 액상 작동 매체를 각 증발기로 압송하는 순환 펌프를 구비하는 압축기의 에너지 회수 시스템이 개시되어 있다. 이 시스템에서는, 제1 증발기와 제2 증발기가 서로 병렬이 되도록 접속되어 있다. 즉, 펌프로부터 토출된 액상 작동 매체는, 그 일부가 제1 증발기로 유입됨과 함께 나머지가 제2 증발기로 유입되고, 각 증발기로부터 유출된 작동 매체가 터빈의 상류측에서 합류되고 나서 터빈으로 유입된다.
일본 특허 공개 제2013-057256호 공보
상기 특허문헌 1에 기재된 시스템에서는, 각 임펠러(각 압축기)의 압축비가 서로 다른 값으로 설정되는 것 등에 기인하여, 각 압축기로부터 토출된 압축 가스의 온도에 차가 발생하는 경우가 있다. 이 경우, 온도가 높은 압축 가스가 유입되는 증발기에서는, 당해 압축 가스와 열 교환된 기상의 작동 매체의 온도가 과도하게 상승해 버린다. 기상의 작동 매체의 현열량이 증대함으로써, 당해 증발기에서 효율적으로 압축 가스를 냉각할 수 없다. 또한, 고온의 작동 매체에 의해, 당해 증발기의 하류측에 설치되어 있는 계기가 손상되어 버릴 우려도 있다.
한편, 온도가 낮은 압축 가스가 유입되는 증발기에서는, 당해 증발기로 유입되는 작동 매체의 유량이 너무 많아져 버림으로써, 충분히 작동 매체를 증발시킬 수 없는, 즉 압축 가스를 작동 매체의 잠열을 이용해서 충분히 냉각할 수 없다. 또한, 기액 2상의 상태에서 작동 매체가 터빈에 유입되어 버리면 터빈이 손상되어 버릴 우려도 있다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 복수의 열원으로부터 열 에너지를 회수할 때에, 각 열원의 온도가 다른 경우에도, 효율적으로 열 에너지를 회수하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 과제의 해결 수단으로서, 본 발명은 작동 매체의 런킨 사이클에 의해, 열원으로부터의 열 에너지를 회수하는 에너지 회수 장치이며, 다음의 것으로 이루어진다 : 상기 런킨 사이클 상에 있어서 서로 병렬로 접속되는 복수의 열 교환기, 상기 복수의 열 교환기의 각각에는 다른 열원이 유입된다 ; 상기 복수의 열 교환기에 있어서 열원과 열 교환된 작동 매체를 팽창시키는 팽창기 ; 상기 팽창기로부터의 동력을 회수하는 동력 회수부 ; 상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기 ; 상기 응축기로부터 유출된 작동 매체를 상기 복수의 열 교환기로 보내는 펌프 ; 상기 복수의 열 교환기의 각각으로부터 유출된 기상의 작동 매체의 온도를 검출하는 복수의 온도 센서 ; 상기 복수의 열 교환기의 각각으로부터 유출된 기상의 작동 매체의 압력을 검출하는 복수의 압력 센서 ; 상기 복수의 열 교환기의 각각을 향하는 복수의 분기 유로 중 적어도 하나의 분기 유로에 설치되는 유량 조정 밸브 ; 및 상기 유량 조정 밸브를 제어함으로써 상기 복수의 열 교환기의 각각으로의 액상의 작동 매체의 유입량을 조정하는 조정부, 상기 조정부는 상기 복수의 온도 센서의 각각이 검출한 온도에 기초하거나, 또는 상기 복수의 온도 센서의 각각이 검출한 온도와 상기 복수의 압력 센서의 각각이 검출한 압력으로부터 계산한 각각의 과열도에 기초하여 제어를 행한다.
본 발명에서는, 상기 온도 또는 상기 과열도에 기초하여 각 열 교환기로의 작동 매체의 유입량이 조정된다. 이에 의해, 한쪽의 열 교환기에 있어서 작동 매체의 과열도가 과도하게 상승해 버림으로써 기상의 작동 매체의 현열량이 증대해 버리는 것이 억제되어, 효율적으로 압축 가스의 열 회수를 행할 수 있다. 또한, 다른 쪽의 열 교환기에 있어서, 액체로서 작동 매체가 유출되어 버리는 것이 방지되어, 작동 매체의 잠열을 유효하게 이용할 수 있어, 효율적으로 압축 가스의 열 회수를 행할 수 있다.
나아가, 유량 조정 밸브의 개방도를 제어한다고 하는 간단한 구성에 의해 각 열 교환기로의 작동 매체의 유입량의 조정이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 복수의 열 교환기로 유입되는 액상의 작동 매체의 전체 유량을 조정하는 전체 유량 제어부를 더 포함하고, 상기 전체 유량 제어부는 상기 복수의 온도 센서의 각각이 검출한 온도에 기초하거나, 또는 상기 복수의 온도 센서의 각각이 검출한 온도와 상기 복수의 압력 센서의 각각이 검출한 압력으로부터 계산한 각각의 과열도에 기초하여, 상기 복수의 열 교환기로부터 유출된 기상의 작동 매체의 과열도의 평균 또는 온도의 평균이 특정한 범위 내에 들어가도록, 상기 펌프로부터 송출되는 작동 매체의 유량을 제어하는 것이 바람직하다.
또는, 본 발명에 있어서, 상기 제어부는 상기 복수의 열 교환기로 유입되는 액상의 작동 매체의 전체 유량을 조정하는 전체 유량 제어부를 포함하고, 상기 전체 유량 제어부는 상기 복수의 온도 센서의 각각이 검출한 온도에 기초하거나, 또는 상기 복수의 온도 센서의 각각이 검출한 온도와 상기 복수의 압력 센서의 각각이 검출한 압력으로부터 계산한 각각의 과열도에 기초하여, 상기 복수의 열 교환기로부터 유출된 기상의 작동 매체가 합류된 후이며 상기 팽창기로 유입되기 전의 기상의 작동 매체의 과열도 또는 온도가 특정한 범위 내에 들어가도록, 상기 펌프로부터 송출되는 작동 매체의 유량을 제어하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 압축 가스의 온도가 변화되어도 평균 과열도를 일정하게 유지할 수 있어, 팽창기로 유입되기 직전의 작동 매체가 액체가 되어 버리거나, 온도가 과도하게 높은 증기가 되어 버리거나 하는 것이 방지된다. 그 결과, 에너지 회수 장치가 압축 가스의 열 에너지를 보다 효율적으로 회수할 수 있다.
또한, 본 발명은 압축 장치이며, 상기한 에너지 회수 장치와, 가스를 압축하는 제1 압축기와, 상기 제1 압축기로부터 토출된 압축 가스를 더 압축하는 제2 압축기를 구비하고,
상기 에너지 회수 장치의 상기 복수의 열 교환기가, 상기 제1 압축기로부터 토출된 압축 가스의 열 에너지를 회수하는 제1 열 교환기와, 상기 제2 압축기로부터 토출된 압축 가스의 열 에너지를 회수하는 제2 열 교환기를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 압축기에 의해 토출되는 가스의 압력을 대략 일정하게 하고, 상기 제2 압축기에 의해 토출되는 가스의 압력을 수요측의 요구 압력에 따라서 변경하는 압력 제어부를 더 구비하고, 상기 조정부는 상기 복수의 열 교환기의 각각으로 유입되는 액상의 작동 매체의 유입량을, 상기 제2 압축기에 의해 토출되는 가스의 압력 또는 온도의 변화율에 기초하여 다시 조정하는 것이 바람직하다.
열원인 압축 가스의 온도가 변화되고 나서, 열 교환기로부터 유출되는 작동 매체의 온도가 변화될 때까지의 동안에 약간 어긋남이 발생한다. 압축 장치에서는, 압축 가스의 온도를 직접 검지함으로써, 각 열 교환기로 유입되는 작동 매체의 유입량을 압축 가스의 온도 변화에 따라서 빠르게 조정할 수 있다. 또한, 제1 압축기로부터 토출되는 압축 가스의 압력을 대략 일정하게 함으로써, 작동 매체의 당해 유입량의 조정을 용이하게 행할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 조정부는 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기의 각각으로부터 토출되는 압축 가스의 온도가 대략 일정하게 유지될 경우에, 수요처에 압축 가스가 공급되기 전에 있어서 상기 에너지 회수 장치의 동작을 조정할 때에, 상기 복수의 열 교환기로의 액상의 작동 매체의 유입량을 조정하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 압축 가스의 수요처로의 공급 도상에서 작동 매체의 유입량을 조정하는 작업이 불필요하게 된다.
또한, 본 발명은 작동 매체의 런킨 사이클을 사용해서 열원으로부터의 열 에너지를 회수하는 에너지 회수 방법이며, a) 상기 런킨 사이클 상에 있어서 서로 병렬로 접속되고, 복수의 열원이 유입되는 복수의 열 교환기를 준비하고, 상기 복수의 열 교환기의 각각으로부터 유출된 기상의 작동 매체의 온도 또는 과열도를 취득하는 공정과, b) 상기 온도 또는 상기 과열도에 기초하여, 상기 복수의 열 교환기의 각각으로 유입되는 액상의 작동 매체의 유입량을 조정하는 공정을 구비하는, 에너지 회수 방법을 제공한다.
이 방법에서는, 상기 온도 또는 상기 과열도에 기초하여 각 열 교환기로의 작동 매체의 유입량이 조정된다. 이에 의해, 한쪽의 열 교환기에 있어서 작동 매체의 과열도가 과도하게 상승해 버림으로써 기상의 작동 매체의 현열량이 증대해 버리는 것이 억제되어, 효율적으로 열 에너지를 회수할 수 있다. 또한, 다른 쪽의 열 교환기에 있어서, 액체로서 작동 매체가 유출되어 버리는 것이 방지되어, 작동 매체의 잠열을 유효하게 이용할 수 있어, 효율적으로 열 에너지를 회수할 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 복수의 열 교환기와, 각 열 교환기에 있어서 열원과 열 교환된 후의 기상의 작동 매체를 팽창시키는 팽창기와, 상기 팽창기로부터의 동력을 회수하는 동력 회수부와, 상기 팽창기로부터 유출된 기상의 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기로부터 유출된 액상의 작동 매체를 상기 복수의 열 교환기로 보내는 펌프를 구비하는 에너지 회수 장치를 사용하고, 상기 a) 및 상기 b) 공정을 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 a) 및 상기 b) 공정에 전후해서, 또는 상기 a) 및 상기 b) 공정과 동시에, 상기 복수의 열 교환기로부터 유출된 기상의 작동 매체의 과열도의 평균 또는 온도의 평균이 특정한 범위 내에 들어가도록, 또는 상기 복수의 열 교환기로부터 유출된 기상의 작동 매체가 합류된 후이며 상기 팽창기로 유입되기 전의 기상의 작동 매체의 과열도 또는 온도가 특정한 범위 내에 들어가도록, 상기 복수의 열 교환기로 유입되는 액상의 작동 매체의 전체 유량을 조정하는 공정을 더 구비하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 압축 가스의 온도가 변화되어도 평균 과열도를 일정하게 유지할 수 있어, 팽창기로 유입되기 직전의 작동 매체가 액체가 되어 버리거나, 온도가 과도하게 높은 증기가 되어 버리거나 하는 것이 방지된다. 그 결과, 에너지 회수 장치가 압축 가스의 열 에너지를 보다 효율적으로 회수할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 복수의 열원으로부터 열 에너지를 회수할 때에, 각 열원의 온도가 다른 경우라도 효율적으로 열 에너지를 회수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 압축 장치의 구성의 개략을 도시하는 도면이다.
도 2는 전체 유량 제어부의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 3은 밸브 제어부의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 4는 도 1의 압축 장치의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 5는 변형예에 관한 전체 유량 제어부의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 6은 변형예에 관한 밸브 제어부의 제어 내용을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태의 압축 장치의 구성의 개략을 도시하는 도면이다.
도 8은 제2 실시 형태에 관한 작동 매체의 분배량의 조정의 흐름을 도시하는 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서, 이하 도면을 참조하면서 설명한다.
(제1 실시 형태)
본 발명의 제1 실시 형태 압축 장치(1)에 대해서, 도 1 내지 도 3을 참조하면서 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 압축 장치(1)는 공기 등의 가스를 압축하는 제1 압축기(11)와, 제1 압축기(11)로부터 토출된 압축 가스를 더 압축하는 제2 압축기(12)와, 에너지 회수 장치(20)를 구비하고 있다.
에너지 회수 장치(20)는, 작동 매체를 사용한 런킨 사이클을 이용함으로써 제1 압축기(11)로부터 토출된 압축 가스 및 제2 압축기(12)로부터 토출된 압축 가스가 갖는 열 에너지를 회수하는 장치이다. 본 실시 형태에서는, 작동 매체로서 R245fa 등의 물보다도 저비점의 유기 유체가 이용된다. 구체적으로, 에너지 회수 장치(20)는 제1 열 교환기(21)와, 제2 열 교환기(22)와, 팽창기(24)와, 동력 회수부인 발전기(26)와, 응축기(28)와, 펌프(30)와, 순환 유로(32)와, 조정부(40)와, 전체 유량 제어부(44)를 구비하고 있다.
순환 유로(32)는 단일 유로를 형성하는 본 유로(33)와, 서로 병렬이 되도록 본 유로(33)로부터 두 갈래로 분기한 제1 분기 유로(34a) 및 제2 분기 유로(34b)를 갖는다. 이 순환 유로(32) 내를 작동 매체가 순환한다. 본 유로(33)는 팽창기(24), 응축기(28) 및 펌프(30)를 이 순서대로 직렬로 접속하고 있다. 제1 분기 유로(34a)에는 제1 열 교환기(21)가 접속되어 있고, 제2 분기 유로(34b)에는 제2 열 교환기(22)가 접속되어 있다. 즉, 제1 열 교환기(21) 및 제2 열 교환기(22)는, 팽창기(24), 응축기(28) 및 펌프(30)에 대하여 병렬로 접속되어 있다. 제1 분기 유로(34a) 중 제1 열 교환기(21)의 하류측 부위에 제1 온도 센서(51) 및 제1 압력 센서(52)가 설치된다. 제2 분기 유로(34b) 중 제2 열 교환기(22)의 하류측 부위에 제2 온도 센서(53) 및 제2 압력 센서(54)가 설치된다.
제1 열 교환기(21)는, 제1 압축기(11)로부터 토출된 압축 가스(열원)와 액상의 작동 매체를 열 교환시킨다. 이에 의해, 압축 가스는 냉각되고, 액상의 작동 매체는 증발한다(압축 가스가 갖는 열 에너지를 회수함). 즉, 제1 열 교환기(21)는 압축 가스를 냉각하는 냉각기로서의 역할 외에, 액상의 작동 매체를 증발시키는 증발기로서의 역할도 행한다. 본 실시 형태의 제1 열 교환기(21)는, 핀 튜브식이다. 제1 열 교환기(21)로서 플레이트식 등의 다른 열 교환기가 이용되어도 좋다. 제2 열 교환기(22)에 있어서도 마찬가지이다.
제2 압축기(12)는 제1 열 교환기(21)의 하류측에 배치되어 있다. 제2 압축기(12)의 구조는, 제1 압축기(11)의 구조와 동일하다. 제2 압축기(12)는, 제1 열 교환기(21)에서 냉각된 압축 가스를 더 압축한다.
제2 열 교환기(22)는, 제2 압축기(12)의 하류측에 배치되어 있다. 제2 열 교환기(22)의 구조는, 제1 열 교환기(21)의 구조와 동일하다. 제2 열 교환기(22)는, 제2 압축기(12)로부터 토출된 압축 가스(열원)와 작동 매체를 열 교환시킨다. 또한, 압축 장치(1)에서는 제1 압축기(11) 및 제2 압축기(12)에서 각각 고온의 압축 가스가 생성되므로, 에너지 회수 장치(20)에 있어서, 제1 열 교환기(21) 및 제2 열 교환기(22)로 유입되는 압축 가스는 다른 열원이라고 파악할 수 있다.
팽창기(24)는 순환 유로(32) 중 제1 열 교환기(21) 및 제2 열 교환기(22)보다도 하류측 부위, 보다 구체적으로는 본 유로(33) 중 제1 분기 유로(34a)와 제2 분기 유로(34b)가 합류하는 합류부[각 분기 유로(34a, 34b)의 하류측 단부끼리의 접속부]의 하류측 부위에 설치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 팽창기(24)로서 용적식의 스크류 팽창기가 사용되고 있다. 또한, 팽창기(24)로서는 스크류 팽창기에 한정되지 않고, 원심식의 것이나 스크롤 타입의 것이 사용되어도 좋다.
발전기(26)는 팽창기(24)에 접속되어 있다. 발전기(26)는 팽창기(24)의 로터부에 접속된 회전축을 갖고 있다. 발전기(26)는 상기 회전축이 팽창기(24)의 로터부의 회전에 따라 회전함으로써 전력을 발생시킨다.
응축기(28)는 본 유로(33) 중 팽창기(24)의 하류측 부위에 설치되어 있다. 응축기(28)는 기상의 작동 매체를 냉각 유체(냉각수 등)로 냉각함으로써 응축(액화)시킨다.
펌프(30)는 본 유로(33) 중 응축기(28)의 하류측이고 또한 당해 본 유로(33)로부터 제1 분기 유로(34a) 및 제2 분기 유로(34b)로 분기하는 분기부[각 분기 유로(34a, 34b)의 상류측 단부끼리의 접속부]보다도 상류측 부위에 설치되어 있다. 펌프(30)는 액상의 작동 매체를 소정의 압력까지 가압해서 제1 열 교환기(21) 및 제2 열 교환기(22)로 송출한다. 펌프(30)로서는, 임펠러를 로터로서 구비하는 원심 펌프나, 로터가 한 쌍의 기어로 이루어지는 기어 펌프, 스크류 펌프, 트로코이드 펌프 등이 사용된다.
조정부(40)는, 각 열 교환기(21, 22)로의 액상의 작동 매체의 유입량을 조정한다. 본 실시 형태에서는, 조정부(40)는 유량 조정 밸브(V)와, 유량 조정 밸브(V)의 개방도를 제어하는 밸브 제어부(42)를 갖는다. 유량 조정 밸브(V)는 개방도 조정 가능한 밸브이며, 제2 분기 유로(34b) 중 제2 열 교환기(22)보다도 상류측 부위에 설치되어 있다. 유량 조정 밸브(V)의 개방도가 조정됨으로써, 제1 및 제2 열 교환기(21, 22)의 각각으로 유입되는 액상의 작동 매체의 유입량(이하,「분배량」이라고 함)이 조정된다.
전체 유량 제어부(44)는, 펌프(30)의 회전수를 제어해서 제1 및 제2 열 교환기(21, 22)로 유입되는 액상의 작동 매체의 전체 유량, 즉 제1 분기 유로(34a) 및 제2 분기 유로(34b)를 흐르는 액상의 작동 매체의 유량의 합계를 조정한다. 압축 장치(1)에서는, 전체 유량 제어부(44) 및 조정부(40)에 의해, 제1 열 교환기(21) 및 제2 열 교환기(22)로 유입되는 액상의 작동 매체가 적절한 양이 된다.
이상에서 설명한 압축 장치(1)가 구동되면, 제1 압축기(11)로부터 토출된 압축 가스는 제1 열 교환기(21)에서 냉각되고, 제2 압축기(12)에서 더 압축된 후, 제2 열 교환기(22)에 의해 냉각되고 나서 수요처에 공급된다. 한편, 제1 열 교환기(21) 및 제2 열 교환기(22)에서 압축 가스의 열 에너지를 회수함으로써 증발한 작동 매체는, 팽창기(24)로 유입되어서 팽창함으로써 팽창기(24) 및 발전기(26)를 구동한다. 팽창기(24)로부터 유출된 작동 매체는, 응축기(28)에서 응축된다. 응축된 액상의 작동 매체는, 펌프(30)에 의해 다시 제1 열 교환기(21) 및 제2 열 교환기(22)로 송출된다. 즉, 펌프(30)로부터 토출된 액상의 작동 매체는, 그 일부가 제1 분기 유로(34a)를 통해서 제1 열 교환기(21)로 유입되고, 나머지가 제2 분기 유로(34b)를 통해서 제2 열 교환기(22)로 유입된다. 이와 같이, 작동 매체가 순환 유로(32) 내를 순환함으로써, 발전기(26)에서 전력이 생성된다.
이어서, 제1 열 교환기(21) 및 제2 열 교환기(22)로 유입되는 액상의 작동 매체의 양을 설정하는 방법(이하,「유량 조정 조작」이라고 함)에 대해서 설명한다. 이하의 설명에서는, 당해 유량 조정 조작은 압축 장치(1)에 의해 수요처에 압축 가스가 공급되고 있는 도중에 있어서 행하여지는 것으로 한다.
먼저, 제1 및 제2 압축기(11, 12)가 기동되어서 제1 및 제2 열 교환기(21, 22) 내에 압축 가스가 흐르게 된다. 또한, 에너지 회수 장치(20) 내에서 펌프(30)가 구동되고, 작동 매체가 초기 설정된 전체 유량으로 순환된다. 이어서, 도 2에 도시한 바와 같이, 전체 유량 제어부(44)가 제1 온도 센서(51) 및 제1 압력 센서(52)에 기초하여 제1 열 교환기(21)로부터 유출된 기상의 작동 매체의 과열도(이하,「제1 과열도 S1」이라고 함)를 산출한다. 또한, 전체 유량 제어부(44)는 제2 온도 센서(53) 및 제2 압력 센서(54)에 기초하여 제2 열 교환기(22)로부터 유출된 기상의 작동 매체의 과열도(이하,「제2 과열도 S2」라고 함)를 산출한다.
전체 유량 제어부(44)는 제1 과열도 S1 및 제2 과열도 S2에 기초하여 과열도의 평균(이하,「평균 과열도 S」라고 함)를 산출한다(스텝 S11).
전체 유량 제어부(44)는, 평균 과열도 S가 미리 설정된 하한값 Sα 이상인지 여부를 판정한다(스텝 S12). 평균 과열도 S가 하한값 Sα보다도 작은 경우(스텝 S12에서 "아니오"), 즉 각 열 교환기(21, 22)로의 액상의 작동 매체의 유입량이 많은 경우, 전체 유량 제어부(44)에 의해 펌프(30)의 회전수가 미리 정해진 비율만큼 내려간다(스텝 S13). 펌프(30)의 회전수가 내려가면, 일정 시간 경과 후, 다시 평균 과열도 S가 측정되고, 하한값 Sα와 비교된다(스텝 S12). 평균 과열도 S가 하한값 Sα보다도 작은 경우에는, 펌프(30)의 회전수가 더 내려간다(스텝 S13). 이와 같이, 평균 과열도 S가 하한값 Sα 이상이 될 때까지 펌프(30)의 회전수가 내려간다.
평균 과열도 S가 하한값 Sα 이상이 되면(스텝 S12에서 "예"), 전체 유량 제어부(44)는 평균 과열도 S가 상한값 Sβ 이하인지 여부를 판정한다(스텝 S14). 평균 과열도 S가 상한값 Sβ 이하인 경우에는, 평균 과열도 S가 원하는 특정 범위(Sα 이상 Sβ 이하의 범위) 내에 존재하게 된다.
그리고 일정 시간 경과 후, 다시 평균 과열도 S가 하한값 Sα와 비교된다(스텝 S12). 평균 과열도 S가 하한값 Sα 미만인 경우에는, 하한값 Sα 이상이 될 때까지 펌프(30)의 회전수가 내려간다. 평균 과열도 S가 하한값 Sα 이상인 경우에는, 다시 상한값 Sβ 이하인지 여부가 판정된다(스텝 S14). 평균 과열도 S가 상한값 Sβ보다도 큰 경우(스텝 S14에서 "아니오"), 즉 각 열 교환기(21, 22)로의 액상의 작동 매체의 유입량이 적은 경우, 전체 유량 제어부(44)에 의해 펌프(30)의 회전수가 미리 정해진 비율만큼 올라간다(스텝 S15). 펌프(30)의 회전수가 올라가면, 일정 시간 경과 후, 평균 과열도 S가 하한값 Sα 이상인 것이 확인된 다음(스텝 S12), 다시 상한값 Sβ와 비교된다(스텝 S14). 평균 과열도 S가 상한값 Sβ보다도 큰 경우에는 펌프(30)의 회전수가 더 올라간다(스텝 S15). 이와 같이, 평균 과열도 S가 상한값 Sβ 이하가 될 때까지 반복하여 펌프(30)의 회전수가 올라간다.
이상에서 설명한 흐름에 의해, 에너지 회수 장치(20)에서는 액상의 작동 매체의 전체 유량이 압축 가스의 온도에 대하여 적절한 유량으로 조정되어, 제1 및 제2 열 교환기(21, 22)로부터 유출된 기상의 작동 매체의 평균 과열도가 특정한 범위(하한값 Sα 이상 상한값 Sβ 이하의 범위) 내로 유지된다.
이어서, 압축 장치(1)에서는 제1 및 제2 열 교환기(21, 22)로의 분배량의 조정이 행하여진다. 먼저, 도 3에 도시한 바와 같이, 밸브 제어부(42)는 제1 온도 센서(51)에 의해 검출된 온도 T1 및 제2 온도 센서(53)에 의해 검출된 온도 T2를 취득하고, 이들의 차인 온도차 △T를 산출한다(스텝 S21). 단, △T=T1-T2이다. 이하, 제1 열 교환기(21)로부터 유출된 기상의 작동 매체의 온도인 온도 T1을「제1 온도 T1」이라고 한다. 제2 열 교환기(22)로부터 유출된 기상의 작동 매체의 온도인 온도 T2를「제2 온도 T2」라고 한다.
이어서, 밸브 제어부(42)는 온도차 △T가 미리 설정된 하한값 -α(α는 플러스인 값) 이상인지 여부를 판정한다(스텝 S22). 온도차 △T가 하한값 -α보다도 작은 경우, 즉 제2 열 교환기(22)로부터 유출된 작동 매체의 제2 온도 T2가 제1 열 교환기(21)로부터 유출된 작동 매체의 제1 온도 T1에 비하여 과도하게 큰 경우, 밸브 제어부(42)는 유량 조정 밸브(V)의 개방도를 미리 정해진 개방도만큼 올린다(스텝 S23). 이에 의해, 제2 분기 유로(34b)의 분배량이 증대됨과 함께, 제1 분기 유로(34a)의 분배량이 감소된다. 유량 조정 밸브(V)의 개방도가 조정된 후, 일정 시간 경과 후, 다시 온도차 △T와 하한값 -α가 비교된다(스텝 S22). 온도차 △T가 하한값 -α보다도 작은 경우에는, 유량 조정 밸브(V)의 개방도가 더 올라간다(스텝 S23). 이와 같이, 온도차 △T가 하한값 -α 이상이 될 때까지 유량 조정 밸브(V)의 개방도가 올라간다.
온도차 △T가 하한값 -α 이상이 되면, 밸브 제어부(42)는 온도차 △T가 미리 설정된 상한값 β 이하인지 여부를 판정한다(스텝 S24). 온도차 △T가 상한값 β 이하인 경우(스텝 S24에서 "예")에는, 온도차 △T가 원하는 일정 범위(하한값 -α 이상 상한값 β 이하의 범위) 내에 존재하게 된다.
그리고 일정 시간 경과 후, 온도차 △T가 다시 하한값 -α와 비교된다(스텝 S22). 온도차 △T가 하한값 -α보다도 작은 경우에는, 하한값 -α 이상이 될 때까지 유량 조정 밸브(V)의 개방도가 올라간다. 온도차 △T가 하한값 -α 이상인 경우에는, 온도차 △T가 상한값 β 이하인지 여부가 판정된다(스텝 S24). 온도차 △T가 상한값 β보다도 큰, 즉 제1 열 교환기(21)로부터 유출된 작동 매체의 제1 온도 T1이 제2 열 교환기(22)로부터 유출된 작동 매체의 제2 온도 T2에 비하여 과도하게 큰 경우, 밸브 제어부(42)는 유량 조정 밸브(V)의 개방도를 미리 정한 개방도만큼 내린다(스텝 S25). 이에 의해, 제1 열 교환기(21)로의 액상의 작동 매체의 분배량이 증대됨과 함께 제2 열 교환기(22)로의 액상의 작동 매체의 분배량이 감소된다. 그리고 일정 시간 경과 후, 온도차 △T가 하한값 -α 이상인 것이 확인된 다음(스텝 S22), 온도차 △T와 상한값 β가 비교되어, 온도차 △T가 상한값 β보다도 큰 경우에는, 유량 조정 밸브(V)의 개방도가 더 올라간다(스텝 S25). 이와 같이, 온도차 △T가 상한값 β 이하가 될 때까지 반복하여, 유량 조정 밸브(V)의 개방도가 올라간다.
이상에서 설명한 흐름에 의해, 밸브 제어부(42)에 의해 분배량이 반복하여 조정되고, 제1 열 교환기(21) 및 제2 열 교환기(22)로의 분배량의 치우침이 방지된다. 이에 의해, 제1 및 제2 열 교환기(21, 22)로부터 유출되는 기상의 작동 매체의 온도차가 소정의 일정 범위(하한값 -α 이상 상한값 β 이하의 범위) 내가 되어, 작동 매체의 과열도 차가 과도하게 커져 버리는 것이 억제된다. 또한, 분배량이 조정된 후, 제1 압축기(11) 및 제2 압축기(12)의 압축 가스의 온도가 크게 변화되어, 평균 과열도 S가 특정한 범위(Sα 이상 Sβ 이하의 범위) 밖이 되어 버린 경우에는, 당해 범위 내가 되도록 전체 유량이 재조정되고, 분배량도 재조정된다.
이상, 본 실시 형태의 압축 장치(1)의 구조 및 유량 조정 조작에 대해서 설명했지만, 가령 제1 및 제2 열 교환기(21, 22) 사이에 있어서 과열도 차가 과도하게 커져 버리면, 분배량이 적은 한쪽의 열 교환기에서는, 작동 매체는 과열도가 과도하게 큰 증기로서 유출되어, 작동 매체가 흡수하는 열로서 잠열보다도 열량이 낮은 현열의 비율이 증대해 버린다. 또한, 분배량이 많은 다른 쪽의 열 교환기에서는, 작동 매체가 액체로서 또는 기액 2상 상태로서 유출되어, 잠열을 충분히 이용할 수 없다. 이와 같이, 어떠한 열 교환기에 있어서도 열 에너지를 효율적으로 회수할 수 없다. 바꾸어 말하면, 압축 가스를 충분히 냉각할 수 없다.
이에 반해, 압축 장치(1)에서는 전체 유량 제어부(44)에 의해 평균 과열도 S가 특정한 범위 내에 들어가도록 전체 유량이 조정된다. 이에 의해, 압축 가스의 온도가 변화되어도 평균 과열도를 일정하게 유지할 수 있다. 그 결과, 팽창기(24)로 유입되기 직전의 작동 매체, 즉 제1 분기 유로(34a) 및 제2 분기 유로(34b)의 합류부로부터 팽창기(24)에 이르는 유로 부분에 존재하는 작동 매체가 액체가 되어 버리거나, 반대로 과열도가 과도하게 큰 증기가 되어 버리는 것이 방지된다. 그 결과, 에너지 회수 장치(20)가 압축 가스의 열 에너지를 효율적으로 회수할 수 있다. 또한, 팽창기(24)의 손상을 확실하게 방지할 수도 있다.
또한, 압축 장치(1)에서는 제1 및 제2 열 교환기(21, 22)의 각각으로부터 유출된 기상의 작동 매체의 온도차가 일정 범위 내에 들어가도록, 제1 및 제2 열 교환기(21, 22)의 각각으로 유입되는 액상의 작동 매체의 분배량이 조정된다. 그 결과, 제1 및 제2 열 교환기(21, 22) 사이에 있어서 작동 매체의 과열도 차를 억제할 수 있고, 보다 효율적으로 압축 가스의 열 회수를 행할 수 있어, 압축 가스도 충분히 냉각할 수 있다. 또한, 제1 열 교환기(21)로부터 유출되는 작동 매체가 고온의 증기가 됨으로써 제1 분기 유로(34a) 내의 계장 기기가 손상되어 버리는 것이 방지된다. 제2 열 교환기(22)에 있어서도 마찬가지이다. 또한, 고온의 압축 가스가 제2 압축기(22) 또는 수요처의 설비에 영향을 끼쳐 버리는 것도 방지된다.
에너지 회수 장치(20)에서는, 유량 조정 밸브(V)의 개방도를 제어함으로써, 용이하게 제1 및 제2 열 교환기(21, 22)로의 작동 매체의 분배량을 조정할 수 있다.
제1 실시 형태에서는, 작동 매체의 전체 유량을 조정할 때에, 평균 과열도 S가 상한값 Sβ 이하인지 여부가 판정된 후, 하한값 Sα 이상인지 여부가 판정되어도 좋다. 또한, 제1 온도 T1과 제2 온도 T2의 평균이 특정한 범위 내에 들어가도록 전체 유량 제어부(44)에 의해 펌프(30)의 회전수가 조정되어도 좋다. 이하의 제2 실시 형태에 있어서도 마찬가지이다.
작동 매체의 분배량을 조정할 때에, 온도차 △T가 상한값 β 이하인지 여부가 판정된 후, 하한값 -α 이상인지 여부가 판정되어도 좋다. 제1 과열도 S1과 제2 과열도 S2의 차가 일정 범위에 들어가도록 밸브 제어부(42)가 유량 조정 밸브(V)의 개방도를 조정해도 좋다. 이하의 제2 실시 형태에 있어서도 마찬가지이다.
(제1 실시 형태의 변형예)
도 4는 제1 실시 형태의 변형예를 도시하는 도면이다. 도 4에서는, 제1 분기 유로(34a) 및 제2 분기 유로(34b)의 합류부로부터 팽창기(24)에 이르는 유로 부분에 온도 센서(55) 및 압력 센서(56)가 설치된다. 에너지 회수 장치(20)에서는, 온도 센서(55) 및 압력 센서(56)에 기초하여 산출된 과열도, 즉 제1 및 제2 열 교환기(21, 22)로부터 유출된 기상의 작동 매체가 합류된 후이며 팽창기(24)로 유입되기 전의 기상 작동 매체의 과열도가 구해진다. 그리고 당해 과열도가 상술한 특정한 범위(하한값 Sα 이상 상한값 Sβ 이하의 범위) 내에 들어가도록, 전체 유량 제어부(44)에 의해 펌프(30)의 회전수가 조정되어서 작동 매체의 전체 유량이 조정된다. 전체 유량을 조정하는 방법의 상세는 도 2와 마찬가지이다.
이에 의해, 도 4에 도시한 경우라도, 압축 가스의 온도 변화에 대하여 평균 과열도를 일정하게 유지할 수 있어, 에너지 회수 장치(20)가 압축 가스의 열 에너지를 효율적으로 회수할 수 있다.
에너지 회수 장치(20)에서는, 온도 센서(55)에 의해 검출된 온도, 즉 제1 및 제2 열 교환기(21, 22)로부터 유출된 기상의 작동 매체가 합류된 후이며 팽창기(24)로 유입되기 전의 기상의 작동 매체의 온도가 특정한 범위 내에 들어가도록, 전체 유량 제어부(44)에 의해 펌프(30)의 회전수가 조정되어도 좋다.
(제1 실시 형태의 다른 변형예)
상술한 유량 조정 조작은, 반드시 압축 가스가 수요처에 공급되고 있는 도상에서 행하여질 필요는 없고, 압축 가스의 수요처로의 공급 전이며 에너지 회수 장치(20)를 포함하는 압축 장치(1)의 각 기기의 동작을 조정하는 작업(이하,「조정 작업」이라고 함) 시에 행하여져도 좋다.
이 경우, 먼저, 제1 및 제2 압축기(11, 12)가 기동되어서 제1 및 제2 열 교환기(21, 22) 내에 압축 가스가 흐르게 된다. 또한, 에너지 회수 장치(20) 내에서 펌프(30)에 의해 작동 매체가 순환된다. 이어서, 전체량 제어부(44)에 의한 전체 유량의 조정이 행하여진다.
도 5는 전체 유량의 조정의 흐름을 도시하는 도면이다. 도 5는 스텝 S34를 제외하고, 도 2와 마찬가지이다. 먼저, 전체 유량 제어부(44)가 제1 과열도 S1 및 제2 과열도 S2로부터 상기 평균 과열도 S를 산출한다(스텝 S31). 이어서, 평균 과열도 S가 미리 설정된 하한값 Sα 이상이 될 때까지, 전체 유량 제어부(44)에 의해 펌프(30)의 회전수가 단계적으로 내려간다(스텝 S32, S33). 평균 과열도 S가 하한값 Sα 이상이 되면, 전체 유량 제어부(44)는 평균 과열도 S가 상한값 Sβ 이하인지 여부를 판정하고(스텝 S34), 평균 과열도 S가 상한값 Sβ 이하인 경우에는 전체 유량 조정이 완료된다.
한편, 평균 과열도 S가 상한값 Sβ보다도 큰 경우, 평균 과열도 S가 하한값 Sα 이상인 것이 확인되면서 평균 과열도 S가 상한값 Sβ 이하가 될 때까지 펌프(30)의 회전수가 단계적으로 올라간다(스텝 S32, S34, S35). 평균 과열도 S가 상한값 Sβ 이상 하한값 Sα 이상인 범위 내에 존재하는 것이 확인되면(스텝 S32, S33), 전체 유량 조정이 완료된다.
이어서, 밸브 제어부(42)에 의해 분배량이 조정된다. 도 6은 분배량의 조정의 흐름을 도시하는 도면이다. 도 6은 스텝 S44를 제외하고, 도 3과 마찬가지이다. 먼저, 밸브 제어부(42)가 제1 온도 T1과 제2 온도 T2의 온도차 △T를 산출한다(스텝 S41). 단, △T=T1-T2이다. 이어서, 온도차 △T가 미리 설정된 하한값 -α 이상이 될 때까지, 밸브 제어부(42)에 의해 유량 조정 밸브(V)의 개방도가 단계적으로 올라간다(스텝 S42, S43). 온도차 △T가 하한값 -α 이상이 되면, 밸브 제어부(42)는 온도차 △T가 상한값 β 이하인지 여부를 판정하고(스텝 S44), 온도차 △T가 상한값 β 이하인 경우에는 분배량의 조정이 완료된다.
한편, 온도차 △T가 상한값 β보다도 큰 경우, 온도차 △T가 하한값 -α 이상인 것이 확인되면서 온도차 △T가 상한값 β 이하가 될 때까지 유량 조정 밸브(V)의 개방도가 단계적으로 내려간다(스텝 S42, S44, S45). 온도차 △T가 하한값 -α 이상 상한값 β 이하의 범위 내에 존재하는 것이 확인되면(스텝 S42, S43), 분배량의 조정이 완료된다.
압축 장치(1)에서는, 조정 작업 시에 유량 조정 조작이 행해짐으로써, 특히 제1 압축기(11) 및 제2 압축기(12)의 각각으로부터 토출되는 압축 가스의 압력이 대부분 변동하지 않는, 즉 압축 가스의 온도가 대략 일정한 경우에는, 압축 장치(1)가 수요처에 압축 가스를 공급하기 시작한 후의 유량 조정 조작이 불필요하게 된다.
상술한 조정 작업에 있어서의 유량 조정 조작은 반드시 전체 유량 제어부(44) 및 밸브 제어부(42)에 의해 행하여질 필요는 없고, 작업자가 작동 매체의 평균 과열도 및 온도차에 기초하여 펌프(30)의 회전수 및 유량 조정 밸브(V)의 개방도를 조정함으로써 행하여져도 좋다.
(제2 실시 형태)
도 7은, 제2 실시 형태에 관한 압축 장치(1)이다. 압축 장치(1)에서는, 압축 가스의 유로 상에 있어서 제2 압축기(12)보다도 하류측 부위에 온도 센서(57) 및 압력 센서(58)가 설치된다. 다른 구조는 제1 실시 형태와 마찬가지이며, 이하, 마찬가지의 구성에는 같은 부호를 부여해서 설명한다.
압축 장치(1)에서는, 압축기 제어부(46)에 의해, 제1 압축기(11)로부터 토출되는 압축 가스의 압력이 대략 일정하게 되어, 제2 압축기(12)로부터 토출되는 압축 가스의 압력이 수요측의 요구 압력에 따라서 변경된다. 압축 장치(1)의 다른 동작은, 유량 조정 조작을 제외하고 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
이어서, 유량 조정 조작의 흐름에 대해서 설명한다. 압축 장치(1)의 조정 작업이 행하여질 때에, 먼저 제1 및 제2 압축기(11, 12)가 기동되어서 제1 및 제2 열 교환기(21, 22) 내에 압축 가스가 흐르게 된다. 여기서, 제2 압축기(12)로부터 토출되는 압축 가스의 토출압은, 미리 설정된 압력(이하,「기준 압력」이라고 함) 이 된다. 기준 압력에 대한 압축 가스의 온도(이하,「기준 온도」라고 함)가 온도 센서(57)에 의해 검출된다. 또한, 이미 설명한 바와 같이, 제1 압축기(11)로부터 토출되는 압축 가스의 토출압은 대략 일정하며, 당해 토출압에 대한 압축 가스의 온도는 미리 취득되고 있다.
에너지 회수 장치(20)에서는, 펌프(30)가 구동되고, 작동 매체가 초기 설정된 전체 유량으로 순환된다.
이어서, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 전체 유량 제어부(44)에 의해 순환 유로(32) 내의 액상의 작동 매체의 전체 유량이 결정된다. 즉, 제1 및 제2 과열도 S1, S2로부터 평균 과열도 S가 산출되고, 평균 과열도 S가 하한값 Sα 이상 상한값 Sβ 이하의 범위가 되도록 펌프(30)의 회전수가 조정된다(도 5 : 스텝 S31 내지 스텝 S35).
그리고 제1 실시 형태와 마찬가지로, 제1 및 제2 열 교환기(21, 22)로의 분배량의 조정이 행하여진다. 즉, 제1 온도 T1과 제2 온도 T2 사이의 온도차 △T가 일정 범위 내에 들어가도록, 밸브 제어부(42)에 의해 유량 조정 밸브(V)의 개방도가 조정된다(도 6 : 스텝 S41 내지 45).
이상의 흐름에 의해, 제2 압축기(12)로부터 토출되는 압축 가스의 기준 온도에 대한 작동 매체의 분배량(이하,「기준 분배량」이라고 함)이 결정된다(도 8 : 스텝 S51). 단, 온도차 △T가 일정 범위 내에 들어간다면, 기준 분배량은 엄밀하게 하나의 값으로 설정될 필요는 없다.
그 후, 압축 장치(1)의 조정 작업이 완료되고, 압축 가스의 수요처로의 공급이 개시된다. 압축 장치(1)의 구동 중에, 수요처로부터의 요구 압력이 변경되면, 압축기 제어부(46)에 의해 제2 압축기(12)로부터 토출되는 압축 가스의 토출압이 변경되고, 당해 압축 가스의 온도가 기준 온도로부터 변화된다(스텝 S52). 이때, 에너지 회수 장치(20)에서는, 밸브 제어부(42)에 있어서, 기준 온도에 대한 압축 가스의 온도 변화율이 구해지고, 당해 변화율에 기초하여 제2 열 교환기(22)로 유입되는 작동 매체의 분배량이 기준 분배량으로부터 변경된다(스텝 S53). 변경 후의 작동 매체의 분배량은 기준 분배량에 상기 변화율을 곱한 값으로서 구해져도 좋고, 또한 당해 값에 조정 값을 승산하거나, 가감산함으로써 구해져도 좋다.
에너지 회수 장치(20)에서는, 압축 장치(1)의 구동 중, 압축 가스의 온도 변화가 항상 검지되어, 온도가 변화될 경우에는(스텝 S52), 상술한 바와 같이 기준 온도에 대한 온도의 변화율이 구해지고, 당해 변화율에 기초하여 기준 분배량으로부터의 분배량의 변경이 반복된다(스텝 S53).
이상, 유량 조정 조작의 흐름에 대해서 설명했지만, 에너지 회수 장치(20)에서는, 제1 및 제2 열 교환기(21, 22)로 유입되는 작동 매체의 분배량이 조정된 후, 제2 압축기(12)로부터의 압축 가스의 온도 변화율에 기초하여 분배량이 재조정된다. 이에 의해, 제1 압축기(11)로부터 토출되는 압축 가스 및 제2 압축기(12)로부터 토출되는 압축 가스 중, 온도가 높은 것이 유입되는 열 교환기에서 작동 매체의 분배량이 증대되고, 온도가 낮은 것이 유입되는 열 교환기에서 작동 매체의 분배량이 감소된다. 그 결과, 효율적으로 압축 가스의 열 에너지를 회수할 수 있다.
압축 장치(1)에서는, 압축 가스의 온도가 변화되고 나서, 제2 열 교환기(22)로부터 유출되는 작동 매체의 온도가 변화될 때까지의 동안에 약간 시간을 필요로 한다. 압축 장치(1)는 압축 가스의 온도를 직접 검지해서 분배량을 조정함으로써, 작동 매체의 온도나 과열도에 기초하여 분배량을 조정하는 경우에 비하여, 압축 가스의 온도 변화에 빠르게 대응할 수 있다. 또한, 제1 압축기(11)로부터 토출되는 압축 가스의 압력이 일정하게 됨으로써, 유량 조정 조작을 용이하게 행할 수 있다.
제2 실시 형태에서는, 밸브 제어부(42)에 있어서, 기준 압력에 대한 변동 후의 압축 가스의 압력 변화율이 구해지고, 당해 변화율에 기초하여 제2 열 교환기(22)로 유입되는 작동 매체의 분배량이 기준 분배량으로부터 변경되어도 좋다.
유량 조정 조작에서는, 압축 가스가 수요처에 공급되고 있는 도상에서 기준 분배량을 구하는 작업이 행하여져도 좋다. 기준 분배량은 압축 가스의 온도의 변화 상황에 맞추어 재설정되어도 좋다.
또한, 금회 개시된 실시 형태는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시 형태의 설명이 아닌 특허 청구 범위에 의해 나타내고, 또한 특허 청구 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.
예를 들어, 밸브 제어부(42)에서는 제1 온도 T1을 제2 온도 T2로 나눈 값이 일정 범위 내에 들어가도록, 제1 및 제2 열 교환기(21, 22)로 유입되는 작동 매체의 분배량이 조정되어도 좋다. 물론, 제2 온도 T2를 제1 온도 T1로 나눈 값에 기초하여 분배량이 조정되어도 좋다. 제1 온도 T1과 제2 온도 T2의 비에 기초하여 분배량이 조정되어도 좋다. 이와 같이, 밸브 제어부(42)가 제1 및 제2 열 교환기(21, 22)의 각각으로부터 유출된 기상의 작동 매체의 온도에 기초하여, 작동 매체의 분배량을 조정할 수 있는 것이면, 여러 가지 계산 방법이 이용되어도 좋다. 또한, 제1 온도 T1 및 제2 온도 T2 대신에 제1 과열도 및 제2 과열도가 이용되어도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 유량 조정 밸브(V)의 개방도가 조정된 후에, 펌프(30)의 회전수 조정(즉, 전체 유량의 조정)이 행하여져도 좋다. 또한, 유량 조정 밸브(V)의 개방도의 조정과 펌프(30)의 회전수의 조정이 동시에 행하여져도 좋다.
상기 실시 형태에 있어서, 유량 조정 밸브(V)는 제1 분기 유로(34a) 중 제1 열 교환기(21)보다도 상류측 부위에 설치되어도 좋고, 제1 분기 유로(34a) 및 제2 분기 유로(34b)의 양쪽에 유량 조정 밸브가 설치되어도 좋다. 또는, 유량 조정 밸브(V)는 상기 분기부[각 분기 유로(34a, 34b)의 상류측 단부끼리의 접속부]에 설치된 3방 밸브라도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 전체 유량 제어부(44)는 펌프(30)의 회전수를 제어함으로써 각 열 교환기(21, 22)로 유입되는 액상의 작동 매체의 전체 유량을 조정하는 예를 나타내었지만, 전체 유량의 조정 방법은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 펌프(30)를 바이패스하도록 본 유로(33)에 접속된 바이패스 유로와, 이 바이패스 유로에 설치된 바이패스 밸브가 설치되고, 전체 유량 제어부(44)는 바이패스 밸브의 개방도를 조정함으로써 각 열 교환기(21, 22)로 유입되는 액상의 작동 매체의 전체 유량을 조정해도 좋다.
도 1에서는, 제1 및 제2 열 교환기(21, 22)의 각각으로부터 유출되는 작동 매체의 압력은 대략 동일해지므로, 제1 압력 센서(52) 및 제2 압력 센서(54)의 한쪽에서만 이 압력이 구해져도 좋다. 또한, 제1 분기 유로(34a) 및 제2 분기 유로(34b)의 합류부보다도 하류측에 1개의 압력 센서가 설치되어도 좋다. 도 7에 있어서도 마찬가지이다. 또한, 도 4에 있어서도, 압력 센서(52, 54, 56) 중 적어도 1개가 설치되어 있으면 좋다.
상기 실시 형태에서는, 팽창기(24)로부터의 동력을 회수하는 동력 회수부로서, 발전기(26) 이외에 회전 기계가 설치되어도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 액상의 작동 매체를 증발시키기 위해서 각 열 교환기(21, 22)에 공급되는 열원으로서 압축 가스가 예시되었지만, 열원으로서는 외부의 복수 열원으로부터 공급되는 온수, 증기, 또는 배기 가스 등의 유체라도 좋다. 예를 들어, 제1 열 교환기(21)에 대응하는 제1 열원으로서 온천수가 이용되고, 제2 열 교환기(22)에 대응하는 제2 열원으로서 온천 증기가 이용되어도 좋다. 또는, 복수의 열원은 공장 폐열이라도 좋다. 예를 들어, 제1 열 교환기(21)에는 열원으로서 고온의 공장 배수가 공급되고, 제2 열 교환기(22)에는 열원으로서 고온의 배기 가스가 공급되어도 좋다. 또한, 열원은 가열 벽면(소각로의 벽면)을 냉각하기 위해서 당해 벽면에 공급된 냉각 유체가 증발됨으로써 생성되는 증기라도 좋다.
열 교환기의 수는 3 이상이라도 좋다. 반드시, 열 교환기의 수와 열원의 수가 동일할 필요는 없고, 1개의 열원의 열 에너지가 복수의 열 교환기로 회수되어도 좋다.

Claims (10)

  1. 작동 매체의 런킨 사이클에 의해, 열원으로부터의 열 에너지를 회수하는 에너지 회수 장치이며, 다음 것으로 이루어진다 :
    상기 런킨 사이클 상에 있어서 서로 병렬로 접속되는 복수의 열 교환기, 상기 복수의 열 교환기의 각각에는 다른 열원이 유입된다 ;
    상기 복수의 열 교환기에 있어서 열원과 열 교환된 작동 매체를 팽창시키는 팽창기 ;
    상기 팽창기로부터의 동력을 회수하는 동력 회수부 ;
    상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기 ;
    상기 응축기로부터 유출된 작동 매체를 상기 복수의 열 교환기로 보내는 펌프 ;
    상기 복수의 열 교환기의 각각으로부터 유출된 기상의 작동 매체의 온도를 검출하는 복수의 온도 센서 ;
    상기 복수의 열 교환기의 각각으로부터 유출된 기상의 작동 매체의 압력을 검출하는 복수의 압력 센서 ;
    상기 복수의 열 교환기의 각각을 향하는 복수의 분기 유로 중 적어도 1개의 분기 유로에 설치되는 유량 조정 밸브 ; 및
    상기 유량 조정 밸브를 제어함으로써 상기 복수의 열 교환기의 각각으로의 액상의 작동 매체의 유입량을 조정하는 조정부, 상기 조정부는 상기 복수의 온도 센서의 각각이 검출한 온도에 기초하거나, 또는 상기 복수의 온도 센서의 각각이 검출한 온도와 상기 복수의 압력 센서의 각각이 검출한 압력으로부터 계산한 각각의 과열도에 기초하여 제어를 행하는 것을 특징으로 하는, 에너지 회수 장치.
  2. 제1항에 있어서, 또한 상기 복수의 열 교환기로 유입되는 액상의 작동 매체의 전체 유량을 조정하는 전체 유량 제어부를 포함하고,
    상기 전체 유량 제어부는, 상기 복수의 온도 센서의 각각이 검출한 온도에 기초하거나, 또는 상기 복수의 온도 센서의 각각이 검출한 온도와 상기 복수의 압력 센서의 각각이 검출한 압력으로부터 계산한 각각의 과열도에 기초하여, 상기 복수의 열 교환기로부터 유출된 기상의 작동 매체의 과열도의 평균 또는 온도의 평균이 특정한 범위 내에 들어가도록, 상기 펌프로부터 송출되는 작동 매체의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는, 에너지 회수 장치.
  3. 제1항에 있어서, 또한 상기 복수의 열 교환기로 유입되는 액상의 작동 매체의 전체 유량을 조정하는 전체 유량 제어부를 포함하고,
    상기 전체 유량 제어부는, 상기 복수의 온도 센서의 각각이 검출한 온도에 기초하거나, 또는 상기 복수의 온도 센서의 각각이 검출한 온도와 상기 복수의 압력 센서의 각각이 검출한 압력으로부터 계산한 각각의 과열도에 기초하여, 상기 복수의 열 교환기로부터 유출된 기상의 작동 매체가 합류된 후이며 상기 팽창기로 유입되기 전의 기상의 작동 매체의 과열도 또는 온도가 특정한 범위 내에 들어가도록, 상기 펌프로부터 송출되는 작동 매체의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는, 에너지 회수 장치.
  4. 압축 장치이며,
    제1항에 기재된 에너지 회수 장치와,
    가스를 압축하는 제1 압축기와,
    상기 제1 압축기로부터 토출된 압축 가스를 더 압축하는 제2 압축기를 구비하고,
    상기 에너지 회수 장치의 상기 복수의 열 교환기가
    상기 제1 압축기로부터 토출된 압축 가스의 열 에너지를 회수하는 제1 열 교환기와,
    상기 제2 압축기로부터 토출된 압축 가스의 열 에너지를 회수하는 제2 열 교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 압축 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 압축기에 의해 토출되는 가스의 압력을 대략 일정하게 하고, 상기 제2 압축기에 의해 토출되는 가스의 압력을 수요측의 요구 압력에 따라서 변경하는 압력 제어부를 더 구비하고,
    상기 조정부는 상기 복수의 열 교환기의 각각으로 유입되는 액상의 작동 매체의 유입량을, 상기 제2 압축기에 의해 토출되는 가스의 압력 또는 온도의 변화율에 기초하여 다시 조정하는 것을 특징으로 하는, 압축 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 조정부는 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기의 각각으로부터 토출되는 압축 가스의 온도가 대략 일정하게 유지될 경우에, 수요처에 압축 가스가 공급되기 전에 있어서 상기 에너지 회수 장치의 동작을 조정할 때에, 상기 복수의 열 교환기로의 액상의 작동 매체의 유입량을 조정하는 것을 특징으로 하는, 압축 장치.
  7. 작동 매체의 런킨 사이클을 사용해서 열원으로부터의 열 에너지를 회수하는 에너지 회수 방법이며,
    a) 상기 런킨 사이클 상에 있어서 서로 병렬로 접속되어, 복수의 열원이 유입되는 복수의 열 교환기를 준비하고, 상기 복수의 열 교환기의 각각으로부터 유출된 기상의 작동 매체의 온도 또는 과열도를 취득하는 공정과,
    b) 상기 온도 또는 상기 과열도에 기초하여, 상기 복수의 열 교환기의 각각으로 유입되는 액상의 작동 매체의 유입량을 조정하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 에너지 회수 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 복수의 열 교환기와, 각 열 교환기에 있어서 열원과 열 교환된 후의 기상의 작동 매체를 팽창시키는 팽창기와, 상기 팽창기로부터의 동력을 회수하는 동력 회수부와, 상기 팽창기로부터 유출된 기상의 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기로부터 유출된 액상의 작동 매체를 상기 복수의 열 교환기로 보내는 펌프를 구비하는 에너지 회수 장치를 사용하고,
    상기 a) 및 상기 b) 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는, 에너지 회수 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 a) 및 상기 b) 공정에 전후해서, 또는 상기 a) 및 상기 b) 공정과 동시에, 상기 복수의 열 교환기로부터 유출된 기상의 작동 매체의 과열도의 평균 또는 온도의 평균이 특정한 범위 내에 들어가도록, 상기 복수의 열 교환기로 유입되는 액상의 작동 매체의 전체 유량을 조정하는 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 에너지 회수 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 a) 및 상기 b) 공정에 전후해서, 또는 상기 a) 및 상기 b) 공정과 동시에, 상기 복수의 열 교환기로부터 유출된 기상의 작동 매체가 합류된 후이며 상기 팽창기로 유입되기 전의 기상의 작동 매체의 과열도 또는 온도가 특정한 범위 내에 들어가도록, 상기 복수의 열 교환기로 유입되는 액상의 작동 매체의 전체 유량을 조정하는 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 에너지 회수 방법.
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