WO2013111577A1 - 空冷凝縮器およびそれを備えた発電装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention aims to provide an air condenser that can suppress air from being mixed in a working medium, and a power generation device using the same.
- the cooling device includes a flow control valve for adjusting the flow rate of the working medium on either the inlet side or the outlet side of the heat exchanger.
- the part decreases the opening degree of the flow rate adjusting valve when the pressure value of the pressure detection means is less than the target value, and increases the opening degree of the flow rate adjusting valve when the pressure value is higher than the target value. It is good also as things.
- the air-cooled condenser for condensing a working medium supplied from a turbine, an evaporator for evaporating the working fluid by the heat of heat source fluid, and the working medium supplied from the evaporator ,
- a generator connected to the turbine, and a pump for delivering the working medium from the air-cooled condenser outlet to the evaporator inlet.
- FIG. 3 is a diagram showing the operation combination of the valve and the fan of the condenser 6.
- FIG. 4 is an operation sequence diagram. The main points of the operation of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
- the valves 60a, 60b, 60c, 60d, 60e and 60f are sequentially opened as the amount of heat inflow is increased, and the cooling capacity by the heat radiation pipes 62a, 62b, 62c, 62d, 62e and 62f connected to these valves is increased.
- the second fans 64c and 64e are sequentially operated to increase the cooling capacity.
- the first fan 64a is subjected to rotational speed control, and the first fan 64a is controlled such that the value of the pressure gauge 9 at the outlet of the condenser approaches the target value.
- this target value is set to atmospheric pressure or higher, air can be prevented from mixing into the condenser 6 to reduce the power generation efficiency, but if the target value is too high, the cooling capacity of the condenser 6 will be reduced. Therefore, it is preferable to input the measured value of a barometer (not shown) provided outside the condenser 6 into the control device 10 and control the value of 0% to 50% increase of this measured value as the target value.
- a barometer not shown
- the target value is increased by 20% of the measurement value of the barometer.
- the main points of the above embodiment in the aspect of power consumption reduction are a plurality of heat exchangers for indirectly air cooling the working medium through the wall, a valve provided in each of the heat exchangers, and the heat exchanger A plurality of fans for cooling at least one, a sensor for measuring the pressure value of the working medium on the outlet side of the heat exchanger, and two or more so that the pressure value obtained by the sensor approaches a target value And a controller for controlling the opening and closing of the plurality of valves before operating the fan.
- the valve is preferentially controlled to open and close before operating the fan, it is possible to reduce the chance of operating the second and subsequent fans. As a result, the power consumption of the fan can be reduced.
- the control device 10 monitors the measured rotation speed or the command value of the rotation speed of the first fan 64a, and opens one of these rotation speeds when any of these rotation speeds exceeds the upper limit value, and either of these rotation speeds is The valve is controlled to close when the lower limit value is exceeded.
- the controller 10 monitors the number of open valves. When the valves are all open, control of the number of second fans starts.
- the control device 10 monitors the measured rotational speed or the command value of the rotational speed of the first fan 64a, and operates any one of the second fans if any of these rotational speeds exceeds the upper limit value, Control is performed to stop at least one of the second fans when any one of the rotational speeds of the lower than the lower limit value.
- step S3 is ended and the opening / closing control of the valve of step 2 is performed.
- the control unit 10 uses the thermometer 11 to measure the temperature of the working medium on the outlet side of the heat exchanger.
- the pressure value of the working medium on the outlet side of the heat exchanger may be calculated based on the temperature, and the same control as in the first embodiment or the second embodiment may be performed.
- the saturated vapor pressure value (Pst) at the temperature (T1) is calculated using Equation 2 below. If the working medium to be used is different, the equation for obtaining the saturated vapor pressure value (Pst) is appropriately changed in accordance with the characteristics of the working medium.
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Abstract
Description
特許文献4は、固定ファン台数制御方式や回転数制御方式について記載されているが、作動媒体に空気が混入することを防止することに関する記載は無く、課題も異なる。
(実施例1)
図1は、本発明の実施例に係る凝縮器が組み込まれた発電装置の概略構成図である。熱源流体入口1から流入した熱源流体は、蒸発器3、予熱器8を通って熱を回収され、熱源流体出口2から外部へ排出される。作動媒体は、循環ポンプ7、予熱器8、蒸発器3、タービン4および凝縮器6を順に配管で接続した環状の流路を通流する。
温度計11は、凝縮器出口の作動媒体の温度を測定する。温度計11の信号配線は、制御装置10に接続されている。
制御装置10は、弁60a、60b、60c、60d、60e、60f、圧力計9、温度計11の各信号配線や、第1ファン64a、第2ファン64c、64eの各動力配線と接続されている。そして、制御装置10は、タービン4へ送る作動媒体流量の指令値に基づいて、循環ポンプ7が予熱器8へ液状の作動媒体を送る流量を制御している。
凝縮器の伝熱量は下記の式1で表される。
Q:交換熱量(W)
U:総括伝熱係数(W/m2・K)
A:伝熱面積(m2)
Tm:対数平均温度差(K)
ここで、Uに大きな影響を与える空気流量が一定なのでUは変化が少ない。また面積は一定であるから、Qはほぼ対数平均温度差に比例する。この関係から外気温の変化に対応した熱交換量を計算すると図6のようになる。作動媒体を冷やしすぎると、作動媒体の飽和蒸気圧が大気圧を下回り、負圧となることで凝縮器内に大気を吸込む恐れがある。そこで、開く弁の数を3つとすると凝縮器の熱交換量は外気温が-40℃でも0.96倍であった。従って、作動媒体の冷やしすぎを防止することによって、作動媒体の飽和蒸気圧が大気圧を下回ることを防止できる。
本発明の実施例の動作の要点を図3で説明する。流入熱量が多くなる程、まず、弁60a、60b、60c、60d、60e、60fを順次開けて、これらの弁に接続した放熱配管62a、62b、62c、62d、62e、62fによる冷却能力を増加させる。さらに流入熱量が増加する場合は、第2ファン64c、64eを順次作動させて冷却能力を増加させる。これらの過程すべてにおいて、第1ファン64aが回転数制御されており、第1ファン64aは、凝縮器出口の圧力計9の値が目標値に近づくように制御される。
ステップS1では、まず図2の弁60aを開き、流入熱量に関わらず圧力計9で得られた圧力値が目標値に近づくように第1ファン64aの回転数制御を行っている。具体的には、制御部10は、圧力計9の圧力値が目標値未満の場合に第1ファン64aの回転数を減少させ、圧力計9の圧力値が目標値より高い場合に第1ファン64aの回転数を増加させる。この回転数制御は、PID制御で行うことが望ましい。
この目標値を大気圧以上に設定すれば、凝縮器6内に空気が混入して、発電効率が低下することを抑制できるが、目標値が高すぎると凝縮器6の冷却能力が低下する。
そこで、凝縮器6の外に設けられた気圧計(不図示)の計測値を制御装置10に入力し、この計測値の0%~50%増しの値を目標値として制御することが好ましい。このように目標値を設定すれば、凝縮器6内の圧力を大気圧以上に維持しながら、発電出力の低下を抑制することができる。
またさらに好ましくは、目標値を気圧計の計測値の20%増しとする。このように設定すれば、高温熱源である熱水や低温熱源である外気温度の変動時に系内が負圧になることを回避できる。
また、制御装置10は、第1ファン64aの実測回転数または回転数の指令値をモニタリングしており、これらの値に基づいて、ステップ2の弁60a、60b、60c、60d、60e、60fの開閉制御を行う。
(実施例2)
上記実施例1の変形例として、次の構成としても良い。上記実施例1の前記弁60a、60b、60c、60d、60e、60fの開閉制御に関して、各弁を流量調整弁とし、前記熱交換器を通流する前記作動媒体の流量を制御してもよい。その場合は、流入熱量の増加に応じて各弁に優先順位を定め、制御部10は、優先順位が高い弁の開度が100%に達したら、次の優先順位の弁を開くように制御を行う。さらに、制御部10は、圧力計9の圧力値が前記目標値未満の場合に前記流量調整弁の開度を減少させ、圧力計9の圧力値が前記目標値より高い場合に前記流量調整弁の開度を増加させる。
(実施例3)
上記実施例1または実施例2の変形例として、次の構成としても良い。圧力計9で凝縮器出口の圧力を計測する代わりに、前記熱交換器の出口側の前記作動媒体の温度を計測する温度計11を用い、前記制御部10が、前記温度計11で計測した温度に基づいて前記熱交換器の出口側の前記作動媒体の圧力値を演算し、上記実施例1または実施例2と同様の制御を行うこととしても良い。具体的には、例えば、nペンタンの場合、下記の式2を用いて、温度(T1)における飽和蒸気圧値(Pst)を演算する。用いる作動媒体が違う場合は、その作動媒体の特性に合わせて飽和蒸気圧値(Pst)を求める式を適宜変更する。
以上のように、本発明の実施例によれば、また、目標値を大気圧以上に設定にすれば、凝縮器内が大気圧よりも負圧になることを抑制できるので、作動流体へ空気が混入することを抑制できる。
2:熱源流体出口
3:蒸発器
4:タービン
5:発電機
6:空冷凝縮器
7:循環ポンプ
8:予熱器
9:圧力計
10:制御部
11:温度計
12:回転数計
13:電力変換器
60a、60b、60c、60d、60e、60f:弁
61a、61b、61c、61d、61e、61f:入口側マニホールド
62a、62b、62c、62d、62e、62f:放熱配管
63a、63b、63c、63d、63e、63f:出口側マニホールド
64a:第1ファン
64c、64e:第2ファン
70:分岐配管
71:集約配管
Claims (8)
- 壁を介して間接的に作動媒体を空冷する熱交換器と、前記熱交換器に冷却空気を供給する第1ファンとを備える冷却装置と、
前記熱交換器の出口側の前記作動媒体の圧力値を検出する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段で得られた圧力値が大気圧以上に設定された目標値に近づくように、前記冷却装置を制御する制御部とを備える空冷凝縮器。 - 前記制御部は、前記圧力検出手段の圧力値が前記目標値未満の場合に前記第1ファンの回転数を減少させ、前記圧力検出手段の圧力値が前記目標値より高い場合に前記第1ファンの回転数を増加させる請求項1に記載の空冷凝縮器。
- 前記冷却装置は、複数の熱交換器と、
各熱交換器の入口側に前記作動媒体をそれぞれ分配させる分岐配管と、
前記各熱交換器の出口側に前記作動媒体を集約させる集約配管と、
前記各熱交換器の入口側または出口側に設けた弁と、を備え、
前記制御部は、前記第1ファンの回転数が上限値より高い場合に、開ける弁の数を増やし、前記第1ファンの回転数が下限値未満の場合に、開ける弁の数を減らす請求項2に記載の空冷凝縮器。 - 前記冷却装置は、第2のファンをさらに備え、
前記弁がすべて開いており、かつ前記第1ファン回転数が上限値より高い場合に第2ファンを作動させ、前記第1ファンの回転数が下限値未満の場合に前記第2ファンを停止する請求項3に記載の空冷凝縮器。 - 前記第2ファンを複数備え、
前記制御部は、複数の前記第2ファンの稼働台数の制御を行なうことを特徴とする請求項4に記載の空冷凝縮器。 - 前記冷却装置は、前記熱交換器の入口側または出口側のいずれかに前記作動媒体の流量を調節する流量調整弁を備え、
前記制御部は、前記圧力検出手段の圧力値が前記目標値未満の場合に前記流量調整弁の開度を減少させ、前記圧力値が前記目標値より高い場合に前記流量調整弁の開度を増加させる請求項1に記載の空冷凝縮器。 - 前記圧力検出手段が、前記熱交換器の出口側の前記作動媒体の温度を計測する温度計と、前記温度計で計測した温度に基づいて前記熱交換器の出口側の前記作動媒体の圧力値を演算する演算部とからなる請求項1ないし5のいずれか一項に記載の空冷凝縮器。
- タービンから供給される作動媒体を凝縮する請求項1ないし6のいずれか一項に記載の空冷凝縮器と、
熱源流体の熱で前記作動流体を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器から供給される前記作動媒体の蒸気で回転するタービンと、
前記タービンに接続された発電機と、
前記空冷凝縮器出口から前記蒸発器入口へ前記作動媒体を送るポンプと
を備える発電装置。
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