KR101790915B1 - Generator device - Google Patents
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Abstract
발전 장치(1)는, 가스상의 작동 매체를 팽창시키는 팽창기(14)와, 팽창기(14)에 의해 팽창된 작동 매체를 응축시키는 응축기(6)와, 응축기(6)에 의해 응축된 작동 매체를 가압하는 펌프(8)와, 펌프(8)에 의해 가압된 작동 매체를 열원 매체의 열로 증발시키는 가열기(10)와, 가열기(10)의 하류측에 있어서, 과열 상태이며 미리 정해진 온도 이상의 작동 매체를 냉각하는 냉각 수단(25)을 구비하고 있다.The power generation device 1 includes an expander 14 for expanding a gas-phase working medium, a condenser 6 for condensing the working medium expanded by the expander 14, and a working medium, which is condensed by the condenser 6, A heater 10 for heating the working medium pressurized by the pump 8 with heat of a heat source medium and a heater 10 for heating the working medium in an overheated state at a predetermined temperature or higher, And cooling means (25) for cooling the cooling medium.
Description
본 발명은, 발전 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power generation apparatus.
종래, 하기 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 작동 매체가 순환하는 순환 배관에 설치된 팽창기에 의해 발전기를 구동하는 바이너리 발전 장치가 알려져 있다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 이 특허문헌 1에 개시된 바이너리 발전 장치에서는, 증발기(71), 팽창기(72), 응축기(73) 및 순환 펌프(74)가 이 순으로 순환 배관(75)에 접속되어 있다. 증발기(71)는, 공장으로부터 배출되는 배온수나, 온천으로부터의 온수를 열원 매체로 하여, 작동 매체를 증발시킨다. 열원 매체가 흐르는 유로에 있어서의 증발기(71)의 출측에는, 온도 계측 수단(76)이 설치되어 있다. 이 계측값에 기초하여, 순환 펌프(74)의 회전수가 조정되고 있다. 즉, 증발기(71)의 출측에서의 온수의 온도가 목표값보다도 고온이 되면, 순환 펌프(74)의 회전수를 올림으로써, 출측에서의 온수 온도를 낮추도록 하고 있다.BACKGROUND ART Conventionally, as disclosed in
상기 특허문헌 1에 개시된 바이너리 발전 장치에서는, 열원으로서의 온수의 온도가 상승된 경우에 순환 펌프(74)의 회전수를 올림으로써, 증발기(71)로부터 유출되는 온수의 온도를 낮춘다. 이에 의해, 증발기(71)로부터 유출되는 온수의 온도가 소정 범위 내에 수용되도록 할 수 있다. 그러나, 이 바이너리 발전 장치에서는, 온수(열원 매체)의 온도가 급격하게 상승한 경우에 대처할 수 없다는 문제가 남아 있다. 즉, 증발기(71)의 출측에서의 온수의 온도가 상승하면 순환 펌프(74)의 회전수를 올리도록 조정하지만, 온수의 온도가 급격하게 상승된 경우에는, 작동 매체의 유량 증가를 따라잡지 못하여, 증발기 출구의 과열도가 일시적으로 상승한다. 이로 인해, 증발기(71)로부터 팽창기(72)에 이르는 경로에 존재하고 있는 플랜지의 패킹 등을 내열 재료로 구성해야 한다는 문제가 있다.In the binary power generation apparatus disclosed in
본 발명의 목적은, 발전 장치에 있어서 증발기의 출측에서의 작동 매체의 온도 상승을 억제할 수 있도록 하는 것이다.An object of the present invention is to make it possible to suppress the temperature rise of the working medium at the outlet side of the evaporator in the power generating device.
본 발명의 일 국면에 따르는 발전 장치는, 가스상의 작동 매체를 팽창시키는 팽창기와, 상기 팽창기에 의해 팽창된 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에 의해 응축된 작동 매체를 가압하는 펌프와, 상기 펌프에 의해 가압된 작동 매체의 적어도 일부를 열원 매체의 열로 증발시키는 가열기와, 상기 가열기의 하류측에 있어서, 과열 상태이며 미리 정해진 온도 이상의 작동 매체를 냉각하는 냉각 수단을 구비하고 있다.According to one aspect of the present invention, there is provided a power generation apparatus comprising: an expander for expanding a gas-phase working medium; a condenser for condensing the working medium expanded by the expander; a pump for pressurizing the working medium condensed by the condenser; A heater for evaporating at least a part of the working medium pressurized by the pump to heat of the heat source medium and a cooling means for cooling the working medium in an overheated state at a predetermined temperature or higher on the downstream side of the heater.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 발전 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 발전 장치에 있어서의 제어 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 발전 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 제2 실시 형태에 관한 발전 장치에 있어서의 제어 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 기타 실시 형태에 관한 발전 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 기타 실시 형태에 관한 발전 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 7은 종래의 바이너리 발전 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of a power generation apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG.
2 is a diagram for explaining the control operation in the power generation apparatus according to the first embodiment.
3 is a view schematically showing a configuration of a power generation apparatus according to a second embodiment of the present invention.
4 is a diagram for explaining a control operation in the power generation apparatus according to the second embodiment.
5 is a view schematically showing a configuration of a power generation apparatus according to another embodiment of the present invention.
6 is a view schematically showing a configuration of a power generation apparatus according to another embodiment of the present invention.
7 is a view schematically showing a configuration of a conventional binary power generation apparatus.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
제1 실시 형태에 의한 발전 장치(1)는, 런킨 사이클을 이용한 발전 시스템이며, 도 1에 도시하는 바와 같이, 응축기(6)와, 순환 펌프(8)와, 증발기(10)와, 팽창기(14)를 구비하고 있다. 응축기(6), 순환 펌프(8), 가열기(10) 및 팽창기(14)는 이 순으로 순환 유로(4)에 설치되어 있다. 본 실시 형태에 의한 발전 장치(1)에서는, 작동 매체가 순환 유로(4)를 통하여 가열기(10), 팽창기(14), 응축기(6) 및 순환 펌프(8)를 순서대로 흐르는 순환 회로가 구성되어 있다. 작동 매체로는, 물보다도 비점이 낮은 냉매가 사용된다.1, the
팽창기(14)에는 발전기(16)가 접속되어 있다. 팽창기(14)에 있어서 가스상의 작동 매체를 팽창시킴으로써, 발전기(16)를 구동하는 힘을 취출할 수 있다.The
응축기(6)는, 팽창기(14)로부터 배출된 가스상의 작동 매체를 응축시켜서 액상의 작동 매체로 하기 위한 것이다. 응축기(6)는, 가스상의 작동 매체가 흐르는 작동 매체 유로(6a)와, 냉각수 등의 냉각 매체가 흐르는 냉각 매체 유로(6b)를 갖고 있다. 냉각 매체 유로(6b)는 냉각 회로(61)와 접속되어 있다. 냉각 매체 유로(6b)에는, 이 냉각 회로(61)로부터 공급된 냉각수 등의 냉각 매체가 흐른다. 작동 매체 유로(6a)를 흐르는 작동 매체는, 냉각 매체 유로(6b)를 흐르는 냉각 매체와 열 교환함으로써 응축된다.The
순환 펌프(8)는, 순환 유로(4)에 있어서의 응축기(6)의 하류측[가열기(10)와 응축기(6)의 사이]에 설치되어 있고, 순환 유로(4) 내에서 작동 매체를 순환시키기 위한 것이다. 순환 펌프(8)는, 응축기(6)에 의해 응축된 액상의 작동 매체를 소정의 압력까지 가압하여 가열기(10)에 송출한다. 순환 펌프(8)로서, 임펠러를 로터로서 구비하는 원심 펌프나, 로터가 한 쌍의 기어로 이루어지는 기어 펌프 등이 사용된다.The
가열기(10)는, 순환 유로(4)에 있어서의 순환 펌프(8)의 하류측[순환 펌프(8)와 팽창기(14)의 사이]에 설치되어 있다. 가열기(10)는, 작동 매체가 흐르는 작동 매체 유로(10a)와, 열원 매체가 흐르는 열원 매체 유로(10b)를 갖고 있다. 열원 매체 유로(10b)는 열원 매체 회로(62)에 접속되어 있고, 이 열원 매체 유로(10b)에는, 외부의 열원으로부터 공급된 열원 매체가 흐른다. 작동 매체 유로(10a)를 흐르는 작동 매체는, 열원 매체 유로(10b)를 흐르는 열원 매체와 열교환하여 증발된다. 열원 매체로서는, 예를 들어 온수, 수증기 등을 들 수 있다.The
순환 유로(4)에는, 가열기(10)와 팽창기(14)의 사이에 차단 밸브(개폐 밸브)(21)가 설치되어 있다. 차단 밸브(21)는, 통상 개방되어 있지만, 팽창기(14)의 이상 시 등, 팽창기(14)를 정지시킬 때 등에 폐쇄된다.A shut-off valve (open / close valve) 21 is provided in the circulating
순환 유로(4)에는, 바이패스 수단(23) 및 냉각 수단(25)이 설치되어 있다. 바이패스 수단(23)은, 팽창기(14)를 우회하는 바이패스로(23a)와, 바이패스로(23a)에 설치된 개폐 밸브(23b)를 갖는다. 개폐 밸브(23b)는, 통상 폐쇄되어 있지만, 팽창기(14)의 회전 이상 시 등, 팽창기(14)를 정지시킬 때 등에 개방된다. 개폐 밸브(23b)가 개방됨으로써, 가열기(10)로부터 유출된 작동 매체가 팽창기(14)에 도입되는 일 없이, 응축기(6)에 도입되게 된다.A bypass means (23) and a cooling means (25) are provided in the circulation flow path (4). The bypass means 23 has a
냉각 수단(25)은 가열기(10)에 의해 증발된 가스상의 작동 매체를 냉각하기(즉, 작동 매체로부터 현열을 빼앗기) 위한 것으로, 냉각용 통로(25a)와, 냉각용 통로(25a)에 설치된 냉각용 밸브(개폐 밸브)(25b)를 갖는다. 냉각용 통로(25a)의 일단부는, 순환 유로(4)에 있어서의 순환 펌프(8)와 가열기(10) 사이의 부위에 접속되어 있다. 따라서, 냉각용 통로(25a)에는, 액상의 작동 매체가 유입된다. 냉각용 통로(25a)의 타단부는, 순환 유로(4)에 있어서의 가열기(10)와 팽창기(14) 사이의 부위에 접속되어 있다. 이로 인해, 냉각용 통로(25a)를 흐르는 액상의 작동 매체는, 증발기(10)로부터 유출된 가스상의 작동 매체에 합류된다.The cooling means 25 is for cooling the gaseous working medium evaporated by the heater 10 (that is, for absorbing sensible heat from the working medium) and includes a
냉각용 통로(25a)는, 순환 유로(4)를 구성하는 배관보다도 가는 직경의 배관에 의해 구성되어 있다. 따라서, 냉각용 통로(25a)에는, 순환 유로(4)를 흐르는 작동 매체에 비하여 충분히 작은 유량의 작동 매체가 흐른다. 또한, 대체적으로, 냉각용 통로(25a)에 교축 밸브나 모세관 튜브(도시 생략)가 설치되는 구성으로 해도 된다.The
냉각용 밸브(25b)는, 통상 폐쇄되어 있고, 후술하는 컨트롤러(30)로부터의 지령을 받으면 개방된다.The
순환 유로(4)에는, 냉각용 통로(25a)의 하류 단부가 접속된 부위와 팽창기(14)의 사이에, 온도 센서(32) 및 압력 센서(34)가 설치되어 있다. 온도 센서(32)는, 가열기(10)로부터 유출되어 차단 밸브(21) 및 팽창기(14)에 도입되는 작동 매체의 온도를 검출한다. 압력 센서(34)는, 증발기(10)로부터 유출되어 차단 밸브(21) 및 팽창기(14)에 도입되는 작동 매체의 압력을 검출한다.A
발전 장치(1)에는, 순환 펌프(8)의 구동 제어나 개폐 밸브(21, 23b, 25b)의 개폐 제어를 행하는 컨트롤러(30)가 설치되어 있다. 컨트롤러(30)의 기능에는, 펌프 제어 수단(30a)과 냉각 제어 수단(30b)이 포함되어 있다.The
펌프 제어 수단(30a)은, 순환 펌프(8)의 회전수를 제어하는 수단이며, 온도 센서(32) 및 압력 센서(34)의 검출값으로부터 도출되는 작동 매체의 과열도가 미리 설정된 범위 내에 수용되도록 순환 펌프(8)의 구동 제어를 행한다.The pump control means 30a is means for controlling the rotation speed of the
냉각 제어 수단(30b)은, 냉각용 밸브(25b)의 개폐를 제어하는 수단이며, 가열기(10)로부터 유출된 작동 매체의 온도에 기초하여 냉각용 밸브(25b)의 개폐 제어를 실행한다. 즉, 냉각 제어 수단(30b)은, 온도 센서(32) 및 압력 센서(34)의 검출값으로부터 가열기(10)의 하류측에서의 작동 매체가 과열 상태에 있다고 판단된 경우에 있어서, 온도 센서(32)의 검출값이 미리 정해진 온도(기준 온도) 이상에 있다고 판단되었을 때, 냉각용 밸브(25b)를 개방하기 위한 지령을 출력한다. 이 기준 온도로서는, 차단 밸브(21)의 접속부에 설치된 도시를 생략한 패킹 등에 대미지를 끼치지 않는 온도가 설정되어 있다. 즉, 패킹이 내열재로 구성되어 있지 않은 경우에도, 작동 매체로부터 받는 열에 의해 대미지를 받지 않도록, 가열기(10) 출구에서의 작동 매체의 온도가 컨트롤된다.The cooling control means 30b is a means for controlling the opening and closing of the cooling
또한, 냉각 제어 수단(30b)은, 가열기(10)의 하류측의 작동 매체가 포화 온도 이상으로 유지되는 범위에서 냉각을 행하도록, 냉각용 밸브(25b)의 폐쇄 제어를 실행한다. 즉, 냉각 제어 수단(30b)은, 팽창기(14)에 도입되는 작동 매체가 포화온도 이상으로 유지되도록, 미리 정해진 폐쇄 조건이 성립되면 냉각용 밸브(25b)를 폐쇄하는 지령을 출력한다. 이 폐쇄 조건으로는, 예를 들어 온도 센서(32) 및 압력 센서(34)의 검출값으로부터 얻어지는 작동 매체의 과열도가 소정 온도 이상에 있는 것 등을 들 수 있다. 또한, 이때의 작동 매체의 온도는, 상기 기준 온도보다도 낮은 온도가 된다.The cooling control means 30b performs the closing control of the cooling
여기서, 제1 실시 형태에 의한 발전 시스템의 운전 동작에 대하여 설명한다. 통상 운전 시에 있어서는, 차단 밸브(21)가 개방되어 있는 한편, 바이패스로(23a)의 개폐 밸브(23b) 및 냉각용 밸브(25b)는 폐쇄되어 있다.Here, the operation of the power generation system according to the first embodiment will be described. At the time of normal operation, the
순환 펌프(8)가 구동되면, 순환 펌프(8)로부터 송출된 액상의 작동 매체는, 가열기(10)의 작동 매체 유로(10a)에 유입된다. 이 작동 매체는, 열원 매체 유로(10b)를 흐르는 열원 매체에 의해 가열되어 증발한다. 가열기(10)에 의해 증발된 작동 매체는, 팽창기(14)에 도입된다. 작동 매체가 팽창기(14) 내에 도입됨으로써, 팽창기(14)가 회전 구동되고, 그것에 의해 발전기(16)가 구동되어 발전이 행해진다. 팽창기(14) 내에서 팽창된 작동 매체는, 순환 유로(4)에 배출된다. 팽창기(14)로부터 배출된 가스상의 작동 매체는, 응축기(6)의 작동 매체 유로(6a)에 도입된다. 응축기(6)에 있어서는, 작동 매체는, 냉각 매체 유로(6b)를 흐르는 냉각 매체에 의해 냉각되어 응축된다. 이 액상의 작동 매체는, 순환 유로(4)를 흘러서 순환 펌프(8)에 흡입된다. 순환 유로(4)에서는, 이러한 순환이 반복되어 발전기(16)에 있어서 발전이 행해진다.When the
발전 장치(1)의 운전 시에는, 가열기(10) 하류측에서의 작동 매체의 과열도가 소정 범위 내에 수용되도록, 순환 펌프(8)의 회전수가 제어되어 있다. 즉, 도 2에 도시하는 바와 같이, 압력 센서(34) 및 온도 센서(32)의 검출값 P1, T1이 컨트롤러(30)에 입력되고(스텝 ST1), 펌프 제어 수단(30a)은, 이 검출값 P1, T1에 기초하여, 작동 매체의 과열도가 미리 설정된 범위 내에 수용되도록 순환 펌프(8)의 제어를 행하고 있다(스텝 ST2).The rotational speed of the
그리고, 냉각 제어 수단(30b)은, 압력 센서(34) 및 온도 센서(32)의 검출값 P1, T1에 기초하여, 작동 매체가 과열 상태에 있는지 여부를 확인한 다음, 온도 센서(32)의 검출값 T1이 미리 설정된 기준 온도(상한값) Tr 이하인지 여부를 판정한다(스텝 ST3, ST4). 또한, 과열 상태란, 압력 검출값 P1에 있어서의 작동 매체의 포화 온도보다도 온도 검출값 T1 쪽이 높은 상태를 말한다. 그리고, 작동 매체가 과열 상태에 있는 경우에 있어서, 온도 센서(32)의 검출값 T1이 기준 온도 Tr을 초과하고 있다고 판단된 경우에는, 냉각용 밸브(25b)를 개방한다(스텝 ST5). 이러한 사태는, 예를 들어 가열기(10)에 도입되는 열원 매체의 온도가 급격하게 상승함에 따라, 순환 펌프(8)의 회전수 상승으로는 대응할 수 없게 되어버렸을 경우 등에 발생한다.The cooling control means 30b then checks whether or not the operating medium is in an overheated state based on the detected values P1 and T1 of the
냉각용 밸브(25b)가 개방되면, 순환 펌프(8)로부터 토출된 액상의 작동 매체의 일부가 냉각용 통로(25a)에 분류된다. 그리고, 냉각용 통로(25a)를 흐른 액상의 작동 매체가 순환 유로(4) 내의 과열 상태에 있는 작동 매체에 합류된다. 따라서, 가열기(10)로부터 유출되어 차단 밸브(21) 및 팽창기(14)를 향하여 순환 유로(4)를 흐르는 가스상의 작동 매체는, 합류된 액상의 작동 매체가 기화함으로써 냉각된다. 냉각용 통로(25a)로부터 순환 유로(4)에 있어서의 가열기(10)보다도 하류의 부분으로 도입된 액상의 작동 매체는, 가열기(10)로부터 유출된 순환 유로(4) 내의 가스상의 작동 매체의 온도를 낮추는, 즉, 현열을 빼앗기만 해도 되므로, 잠열을 빼앗는 경우에 비하여 큰 열량을 필요로 하지 않는다. 이로 인해, 상기 액상의 작동 매체는 소량이어도 된다.When the cooling
또한, 냉각용 통로(25a)는 순환 유로(4)에 비하여 가는 직경의 배관으로 구성되어 있기 때문에, 냉각용 통로(25a)를 다량의 작동 매체가 흘러 버리는 것이 방지된다. 이로 인해, 가열기(10) 내에 고여 있는 작동 매체량에 영향을 줄 정도는, 순환 유로(4)를 통하여 가열기(10)에 유입되는 작동 매체의 양은 줄어들지 않고, 과열도가 더 상승하는 일도 거의 없다.Further, since the
냉각용 밸브(25b)가 개방되어 있는 상태에 있어서, 온도 센서(32) 및 압력 센서(34)의 검출값 T1, P1로부터 산출된 과열도 SH가 기준 과열도(하한값) SHr 이상에 있는지 여부가 판단되고 있다(스텝 ST6). 그리고, 과열도 SH가 기준 과열도 SHr보다도 낮아지면 냉각용 밸브(25b)가 폐쇄된다(스텝 ST7). 이에 의해, 순환 펌프(8)로부터 토출된 작동 매체가 냉각용 통로(25a)에 분류되는 일 없이 가열기(10)에 도입되는 통상 운전으로 복귀된다.It is determined whether or not the superheat degree SH calculated from the detected values T1 and P1 of the
이상 설명한 바와 같이, 제1 실시 형태에서는, 냉각 수단(25)이 가열기(10)의 하류측에서의 온도가 미리 정해진 값 이상의 과열 상태에 있는 작동 매체를 냉각한다. 이로 인해, 가열기(10)로부터 유출되어 팽창기(14)에 유입되는 작동 매체의 온도를 억제할 수 있다. 따라서, 열원 매체의 온도가 급격하게 상승된 경우 등에 있어서도, 작동 매체의 승온을 효과적으로 억제할 수 있다. 이로 인해, 가열기(10)로부터 팽창기(14)에 이르는 경로에 존재하고 있는 플랜지의 패킹 등을 내열성이 있는 것으로 구성할 필요가 없어지고, 또한 발전기(16)에서 사용되는 절연재의 계급을 높이는 등의 대책도 필요 없어진다.As described above, in the first embodiment, the cooling means 25 cools the working medium in a superheated state at a temperature on the downstream side of the
또한 제1 실시 형태에서는, 냉각 수단(25)이 펌프의 하류측이고 또한 가열기(10)의 상류측으로부터 분류된 작동 매체를 순환 유로(4)에 합류시킴으로써 작동 매체를 냉각하는 구성으로 되어 있다. 이로 인해, 발전 장치(1)로서의 구성이 복잡해지는 것을 억제할 수 있고, 또한, 더 효과적으로 작동 매체를 냉각할 수 있다.In the first embodiment, the working medium is cooled by joining the working medium classified from the upstream side of the
또한 제1 실시 형태에서는, 가열기(10)의 하류측의 작동 매체가 포화 온도 이상으로 유지되기 때문에, 액상의 작동 매체가 팽창기(14)에 도입되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 발전 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.Further, in the first embodiment, since the working medium on the downstream side of the
또한 제1 실시 형태는, 작동 매체의 기화열을 이용하여 과열 상태의 작동 매체의 냉각을 행하기 때문에, 작동 매체의 냉각을 더 효과적으로 행할 수 있다. 즉, 약간의 양의 냉각 매체로 과열 상태의 작동 매체를 냉각할 수 있다. 특히, 순환 펌프(8)의 하류측으로부터 분류된 작동 매체를 냉각 매체로서 사용하기 때문에, 순환 펌프(8)로부터 가열기(10)에 보내지는 작동 매체의 양이 약간 줄어들 뿐이다. 이로 인해, 순환 펌프(8)로부터 토출된 작동 매체로부터 분류시킨다 하더라도, 영향은 거의 없다.Further, in the first embodiment, since the working medium in an overheated state is cooled using the heat of vaporization of the working medium, the working medium can be cooled more effectively. That is, the working medium in an overheated state can be cooled with a slight amount of cooling medium. Particularly, since the working medium classified from the downstream side of the circulating
도 3은 제2 실시 형태에 관한 발전 장치(1)를 도시한다. 제2 실시 형태에 관한 발전 장치(1)에서는, 냉각 수단(25)은 과열 상태의 작동 매체를, 외부로부터 도입되는 증기, 고온 공기, 온수 등의 열매체에 의해 냉각하는 열교환기(25f)를 갖고 있어도 된다. 예를 들어, 이 열교환기(25f)는, 가열기(10)에 접속되는 열원 매체 회로(62)가, 엔진(도시 생략)으로의 과급 공기가 흐르는 유로에 의해 구성되어 있는 경우에 적용된다. 열교환기(25f)는, 순환 회로(4)에 있어서의 가열기(10)의 하류측에 설치되어 있다. 열교환기(25f)의 냉각 유로(25e)에는, 엔진이 탑재되는 배에 설치되는 도시하지 않은 증기 설비로부터 잉여 증기가 도입되어도 된다. 엔진이 고부하 운전되고 있는 경우에는, 예를 들어 150℃ 정도 이상의 과급 공기가 가열기(10)에 도입된다. 이로 인해, 가열기(10)의 작동 매체 유로(10a)를 흐르는 작동 매체는, 150℃ 정도의 온도가 될 때까지 가열된다. 이 경우에는, 냉각 수단(25)의 냉각용 통로(25a)에 설치된 냉각용 밸브(감압 수단)(25b)의 개방도를 교축함으로써, 열매체를 감압시키고, 이에 의해 열매체의 온도를 낮춘다. 이에 의해, 열교환기(25f)의 작동 매체 유로(25d)를 흐르는 과열 상태의 작동 매체를 냉각할 수 있다. 또한, 엔진이 저부하 운전되고 있는 경우에는, 가열기(10)에 있어서 작동 매체가 충분히 가열되지 않는 경우가 있기 때문에, 이때에는, 열교환기(25f)는 작동 매체를 과열 상태까지 가열하는 과열기로서도 기능할 수 있다.Fig. 3 shows a
도 4에 도시하는 바와 같이, 이 실시 형태에 의한 발전 시스템에서는, 압력 센서(34) 및 온도 센서(32)의 검출값 P1, T1에 기초하여, 작동 매체가 과열 상태에 있는지 여부를 확인한다(스텝 ST3). 그리고, 작동 매체가 과열 상태에 있는 경우에 있어서, 온도 센서(32)의 검출값 T1이 기준 온도 Tr을 초과하고 있다고 판단된 경우에는(스텝 ST4), 냉각 제어 수단(30b)은, 냉각용 밸브(25b)를 교축하는 제어를 행한다(스텝 ST11). 이에 의해, 열매체가 감압되고, 열교환기(25f)에 있어서 작동 매체가 냉각된다(작동 매체의 현열이 빼앗김).4, in the power generation system according to this embodiment, it is checked whether or not the working medium is in an overheated state based on the detected values P1 and T1 of the
냉각용 밸브(25b)를 교축하는 상태가 행해지고 있는 상태에 있어서, 온도 센서(32) 및 압력 센서(34)의 검출값 T1, P1로부터 산출된 과열도 SH가 기준 과열도(하한값) SHr 이상에 있는지 여부가 판단되고 있다(스텝 ST6). 그리고, 과열도 SH가 기준 과열도 SHr보다도 낮아지면 냉각용 밸브(25b)를 교축하는 제어가 해제된다(스텝 ST7). 이때, 작동 매체가 충분히 가열되어 있지 않았을 경우에는, 작동 매체를 보조적으로 가열할 수 있고, 작동 매체의 과열도 SH를 상승시킬 수 있다.The degree of superheat SH calculated from the detected values T1 and P1 of the
또한, 본 발명은, 상기 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경, 개량 등이 가능하다. 예를 들어, 상기 제1 실시 형태에서는, 순환 유로(4)로부터 분류된 작동 매체가, 가열기(10)의 하류측에서 다시 순환 유로(4)의 작동 매체에 합류되고, 당해 작동 매체와 직접 열교환된다. 대체적으로, 도 5에 도시하는 바와 같이, 냉각용 통로(25a)에 분류된 작동 매체와 순환 유로(4)의 작동 매체가 간접적으로 열교환되어도 된다.The present invention is not limited to the first and second embodiments described above, and various modifications and improvements can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the first embodiment, the working medium classified from the circulating
구체적으로, 냉각 수단(25)은, 순환 유로(4)에 있어서의 가열기(10)의 하류측에 배치된 냉각용 열교환기(25c)를 갖고 있다. 이 냉각용 열교환기(25c)에는, 순환 유로(4)에 접속된 작동 매체 유로(25d)와, 냉각용 통로(25a)에 접속된 냉각 유로(25e)가 설치되어 있다.Specifically, the cooling means 25 has a
냉각용 통로(25a)의 일단부(상류 단부)는, 순환 유로(4)에 있어서의 순환 펌프(8)와 가열기(10) 사이의 부위에 접속되어 있다. 냉각용 통로(25a)의 타단부(하류 단부)는, 순환 유로(4)에 있어서의 팽창기(14)와 응축기(6) 사이의 부위에 접속되어 있다. 냉각용 통로(25a)의 하류 단부는, 순환 유로(4)에 있어서의 순환 펌프(8)의 흡입측에 위치하고 있기 때문에, 냉각용 통로(25a)에 분류된 작동 매체가 흐르기 쉽게 되어 있다.One end (upstream end) of the
순환 유로(4)로부터 냉각용 통로(25a)에 분류된 액상의 작동 매체는, 냉각용 열교환기(25c)에 있어서 과열 상태에 있는 작동 매체 유로(25d)의 작동 매체를 냉각하면서 기화한다. 기화된 작동 매체는, 냉각용 통로(25a)로부터 순환 유로(4)에 있어서의 응축기(6)의 상류측으로 되돌려진다.The liquid working medium classified from the circulating
상기 제1 실시 형태에서는, 과열 상태의 작동 매체가 액상의 작동 매체에 의해 냉각된다. 대체적으로, 도 6에 도시하는 바와 같이, 응축기(6)를 통과한 냉각 회로(61)의 냉각 매체(냉각수)에 의해 과열 상태의 작동 매체가 냉각되어도 된다. 구체적으로, 냉각용 통로(25a)의 일단부(상류 단부)는, 냉각 회로(61)에 있어서의 응축기(6)의 하류측의 부위에 접속되어 있다. 냉각용 통로(25a)를 흐른 냉각 매체는 냉각 회로(61)로 되돌려진다. 이 구성에서는, 냉각용 열교환기(25c)에 있어서, 냉각 유로(25e) 내의 냉각 매체가, 과열 상태에 있는 작동 매체 유로(25d)의 작동 매체를 냉각한다.In the first embodiment, the working medium in an overheated state is cooled by a liquid working medium. 6, the working medium in an overheated state may be cooled by the cooling medium (cooling water) of the
상기 각 실시 형태에 있어서, 순환 유로(4)의 가열기(10)와 팽창기(14) 사이의 배관 부분의 일부를 덮는 재킷을 설치하고, 당해 재킷 내에 작동 매체나 냉각 유체를 흐르게 함으로써 가열기(10)로부터 유출된 작동 매체가 간접적으로 냉각되어도 된다.In each of the above-described embodiments, a jacket for covering a part of the piping portion between the
냉각용 밸브(25a)는 개방도 조정 가능한 밸브여도 된다.The cooling
여기서, 상기 실시 형태에 대하여 개략적으로 설명한다.Here, the above embodiment will be schematically described.
상기 실시 형태에서는, 냉각 수단이, 가열기의 하류측에서의 온도가 미리 정해진 값 이상의 과열 상태에 있는 작동 매체를 냉각한다. 이로 인해, 가열기로부터 유출되어 팽창기에 유입되는 작동 매체의 온도를 억제할 수 있다. 따라서, 열원 매체의 온도가 급격하게 상승한 경우 등에 있어서도, 작동 매체의 승온을 효과적으로 억제할 수 있다. 이로 인해, 가열기로부터 팽창기에 이르는 경로에 존재하고 있는 플랜지의 패킹 등을 내열성이 있는 것으로 구성할 필요가 없어지고, 또한 발전기에서 사용되는 절연재의 계급을 높이는 등의 대책도 필요 없어진다.In the above embodiment, the cooling means cools the working medium in which the temperature at the downstream side of the heater is in an overheated state at a predetermined value or more. As a result, the temperature of the working medium flowing out of the heater and flowing into the inflator can be suppressed. Therefore, even when the temperature of the heat source medium rises sharply, the temperature rise of the working medium can be effectively suppressed. As a result, there is no need to form a packing or the like of the flange existing in the path from the heater to the inflator to have heat resistance, and measures such as raising the rank of the insulating material used in the generator are also eliminated.
상기 냉각 수단은, 상기 펌프의 하류측이고 또한 상기 가열기의 상류측으로부터 분류된 작동 매체에 의해, 상기 과열 상태의 작동 매체를 냉각하도록 구성되어 있어도 된다. 이 형태에서는, 펌프로부터 토출된 작동 매체에 의해 과열 상태의 작동 매체를 냉각하기 때문에, 발전 장치로서의 구성이 복잡해지는 것을 억제할 수 있다.The cooling means may be configured to cool the working medium in the overheated state by a working medium that is downstream from the pump and is classified from the upstream side of the heater. In this configuration, since the working medium discharged from the pump is cooled by the working medium in an overheated state, it is possible to suppress the complication of the configuration of the power generation device.
상기 냉각 수단은, 상기 펌프의 하류측으로부터 분류된 작동 매체를 상기 가열기의 하류측의 작동 매체에 합류함으로써 상기 과열 상태의 작동 매체를 냉각하도록 구성되어 있어도 된다. 이 형태에서는, 펌프의 하류측으로부터 분류된 작동 매체가 과열 상태의 작동 매체에 합류됨으로써, 당해 작동 매체를 냉각한다. 따라서, 더 효과적으로 작동 매체를 냉각할 수 있다.The cooling means may be configured to cool the working medium in the overheated state by joining the working medium classified from the downstream side of the pump to the working medium on the downstream side of the heater. In this configuration, the working medium classified from the downstream side of the pump joins the working medium in the overheated state, thereby cooling the working medium. Therefore, the working medium can be cooled more effectively.
상기 냉각 수단은, 상기 가열기의 하류측의 작동 매체가 포화 온도 이상으로 유지되는 범위에서 냉각을 행해도 된다. 이 형태에서는, 액상의 작동 매체가 팽창기에 도입되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 발전 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.The cooling means may be cooled within a range in which the working medium on the downstream side of the heater is maintained at the saturation temperature or higher. In this configuration, it is possible to prevent the liquid working medium from being introduced into the inflator. Therefore, the power generation efficiency can be prevented from being lowered.
상기 냉각 수단은, 기화열을 이용하여 과열 상태의 작동 매체의 냉각을 행해도 된다. 이 형태에서는, 기화열을 이용하여 과열 상태의 작동 매체의 냉각을 행하기 때문에, 작동 매체의 냉각을 더 효과적으로 행할 수 있다. 즉, 조금의 양의 냉각 매체로 과열 상태의 작동 매체를 냉각할 수 있다. 특히, 펌프의 하류측으로부터 분류된 작동 매체를 냉각 매체로서 사용하는 경우에는, 펌프로부터 증발기에 보내지는 작동 매체의 양이 조금 줄어들 뿐이다. 이로 인해, 펌프로부터 토출된 작동 매체로부터 분류시킨다고 하더라도, 영향은 거의 없다.The cooling means may cool the working medium in an overheated state by using the heat of vaporization. In this mode, since the working medium in an overheated state is cooled using the heat of vaporization, the working medium can be cooled more effectively. That is, the working medium in an overheated state can be cooled by a small amount of cooling medium. Particularly, when the working medium classified from the downstream side of the pump is used as the cooling medium, the amount of working medium sent from the pump to the evaporator is only slightly reduced. Therefore, even if the pump is divided from the working medium discharged from the pump, there is almost no influence.
상기 냉각 수단은, 작동 매체 유로 및 냉각 유로를 갖고, 상기 가열기에 있어서의 하류측에 배치된 열교환기와, 상기 냉각 유로에 연결되는 열매체 회로에 설치된 감압 수단을 갖고 있어도 된다. 상기 감압 수단은, 작동 매체가 과열 상태이며 미리 정해진 온도 이상일 때 상기 열교환기에 있어서 상기 작동 매체가 냉각되도록, 열매체를 감압해도 된다.The cooling means may include a heat exchanger having a working medium flow path and a cooling flow path and disposed on a downstream side of the heater and a decompression means provided on a heating medium circuit connected to the cooling flow path. The decompression means may decompress the heating medium so that the working medium is cooled in the heat exchanger when the working medium is in an overheated state and a predetermined temperature or more.
이 형태에서는, 작동 매체가 과열 상태이며 미리 정해진 온도 이상일 때, 열교환기에 있어서, 작동 매체 유로를 흐르는 작동 매체가, 열매체 회로의 감압 수단에 의해 감압되어 냉각 유로를 흐르는 열매체에 의해 냉각된다. 한편, 가열기에 있어서 작동 매체가 충분히 가열되지 않았을 경우에는, 작동 매체는 열교환기에 있어서 열매체에 의해 가열되게 된다. 따라서, 열교환기는, 작동 매체가 과도하게 가열된 경우에 작동 매체를 냉각할 수 있는 한편, 작동 매체가 충분히 가열되지 않았을 경우에는 작동 매체를 보조적으로 가열할 수 있다.In this mode, when the working medium is in an overheated state and a predetermined temperature or more, in the heat exchanger, the working medium flowing through the working medium flow path is reduced in pressure by the pressure reducing means of the heating medium circuit and cooled by the heating medium flowing through the cooling flow path. On the other hand, when the working medium in the heater is not sufficiently heated, the working medium is heated by the heating medium in the heat exchanger. Thus, the heat exchanger can cool the working medium when the working medium is overheated, while it can supplementarily heat the working medium if the working medium is not sufficiently heated.
이상 설명한 바와 같이, 상기 실시 형태에 따르면, 발전 장치에 있어서 증발기의 출측에서의 작동 매체의 온도 상승을 억제할 수 있다.As described above, according to the embodiment, it is possible to suppress the temperature rise of the working medium at the outlet side of the evaporator in the power generation device.
Claims (6)
상기 팽창기에 의해 팽창된 작동 매체를 응축시키는 응축기와,
상기 응축기에 의해 응축된 작동 매체를 가압하는 펌프와,
상기 펌프에 의해 가압된 작동 매체의 적어도 일부를 열원 매체의 열로 증발시키는 가열기와,
상기 가열기의 하류측에 있어서, 과열 상태이며 미리 정해진 온도 이상의 작동 매체를 포화 온도 이상으로 유지되는 범위에서 냉각하는 냉각 수단을 구비하고,
상기 냉각 수단은, 냉각용 통로와, 냉각용 통로에 설치된 냉각용 밸브를 갖고,
상기 냉각용 통로의 일단부가 상기 응축기, 상기 펌프, 상기 가열기 및 상기 팽창기가 설치되는 순환 유로에서 상기 펌프 및 상기 가열기 사이의 부위에 접속되고, 타단부가 상기 순환 유로에서 상기 가열기 및 상기 팽창기 사이의 부위에 접속되고,
운전시에는, 상기 가열기의 하류 측에서 작동 매체의 과열도가 미리 설정된 범위 내에 들어가도록 상기 펌프의 제어가 이루어지는 한편, 작동 매체가 과열 상태에 있는 경우에서 상기 가열기로부터 유출되어 상기 팽창기에 도입되는 작동 매체의 온도가 기준 온도를 초과하고 있다고 판단된 경우에, 상기 냉각 수단은 상기 냉각용 밸브를 개방하여, 상기 냉각용 통로를 흐른 액상 작동 매체가 상기 순환 유로 중 과열 상태에 있는 작동 매체에 합류하는 것에 의한 기화열을 이용하여 상기 과열 상태의 작동 매체를 냉각하는,
발전 장치.An expander for expanding the gas-phase working medium,
A condenser for condensing the working medium expanded by said inflator,
A pump for pressurizing the working medium condensed by the condenser,
A heater for evaporating at least a portion of the working medium pressurized by the pump to heat of the heat source medium,
And cooling means for cooling the working medium in an overheated state at a predetermined temperature or higher in a range where the working medium is maintained at a saturated temperature or higher,
Wherein the cooling means has a cooling passage and a cooling valve provided in the cooling passage,
Wherein one end of the cooling passage is connected to a portion between the pump and the heater in a circulating flow path in which the condenser, the pump, the heater and the inflator are installed, and the other end is connected to the heater / RTI >
The operation of the pump is controlled so that the degree of superheat of the working medium falls within a predetermined range on the downstream side of the heater while the working medium is in an overheated state, When it is determined that the temperature of the medium exceeds the reference temperature, the cooling means opens the cooling valve to allow the liquid working medium flowing in the cooling passage to join the working medium in the overheated state of the circulating flow path And a cooling unit for cooling the working medium in the overheated state,
Generator.
상기 팽창기에 의해 팽창된 작동 매체를 응축시키는 응축기와,
상기 응축기에 의해 응축된 작동 매체를 가압하는 펌프와,
상기 펌프에 의해 가압된 작동 매체의 적어도 일부를 열원 매체의 열로 증발시키는 가열기와,
상기 가열기의 하류측에 있어서, 과열 상태이며 미리 정해진 온도 이상의 작동 매체를 포화 온도 이상으로 유지되는 범위에서 냉각하는 냉각 수단을 구비하고,
상기 냉각 수단은, 냉각용 열교환기와, 냉각용 통로와, 냉각용 통로에 설치된 냉각용 밸브를 갖고,
상기 냉각용 통로의 일단부가 상기 응축기, 상기 펌프, 상기 가열기 및 상기 팽창기가 설치되는 순환 유로에서 상기 펌프 및 상기 가열기 사이의 부위에 접속되고, 타단부가 상기 순환 유로에서 상기 팽창기 및 상기 응축기 사이의 부위에 접속되고,
상기 냉각용 열교환기는, 상기 순환 유로에서 상기 가열기의 하류 측에 배치되고, 상기 순환 유로에 접속된 작동 매체 유로 및 상기 냉각용 통로가 설치되고,
운전시에는, 상기 가열기의 하류 측에서 작동 매체의 과열도가 미리 설정된 범위 내에 들어가도록 상기 펌프의 제어가 이루어지는 한편, 작동 매체가 과열 상태에 있는 경우에서 상기 가열기로부터 유출되어 상기 팽창기에 도입되는 작동 매체의 온도가 기준 온도를 초과하고 있다고 판단된 경우에, 상기 냉각 수단은 상기 냉각용 밸브를 개방하여, 상기 냉각용 열교환기에서 상기 냉각용 통로에 분류된 작동 매체 및 상기 순환 유로의 작동 매체가 간접적으로 열교환되는 것에 의해 상기 과열 상태의 작동 매체를 냉각하는,
발전 장치.An expander for expanding the gas-phase working medium,
A condenser for condensing the working medium expanded by said inflator,
A pump for pressurizing the working medium condensed by the condenser,
A heater for evaporating at least a portion of the working medium pressurized by the pump to heat of the heat source medium,
And cooling means for cooling the working medium in an overheated state at a predetermined temperature or higher in a range where the working medium is maintained at a saturated temperature or higher,
Wherein the cooling means has a cooling heat exchanger, a cooling passage, and a cooling valve provided in the cooling passage,
Wherein one end of the cooling passage is connected to a portion between the pump and the heater in a circulating flow path in which the condenser, the pump, the heater and the inflator are installed, and the other end is connected to the space between the inflator and the condenser / RTI >
Wherein the cooling heat exchanger includes a working medium flow path which is arranged on the downstream side of the heater in the circulation flow path and which is connected to the circulation flow path,
The operation of the pump is controlled so that the degree of superheat of the working medium falls within a predetermined range on the downstream side of the heater while the working medium is in an overheated state, Wherein when the temperature of the medium is judged to be higher than the reference temperature, the cooling means opens the cooling valve so that the working medium classified in the cooling passage in the cooling heat exchanger and the working medium of the circulating flow passage And cooling the working medium in the overheated state by heat exchange indirectly,
Generator.
상기 냉각 수단은 기화열을 이용하여 과열 상태의 작동 매체의 냉각을 행하는,
발전 장치.3. The method of claim 2,
The cooling means cooling the working medium in an overheated state by using the heat of vaporization,
Generator.
상기 팽창기에 의해 팽창된 작동 매체를 냉각 회로로부터 공급되는 냉각 매체에 의해 응축시키는 응축기와,
상기 응축기에 의해 응축된 작동 매체를 가압하는 펌프와,
상기 펌프에 의해 가압된 작동 매체의 적어도 일부를 열원 매체의 열로 증발시키는 가열기와,
상기 가열기의 하류측에 있어서, 과열 상태이며 미리 정해진 온도 이상의 작동 매체를 포화 온도 이상으로 유지되는 범위에서 냉각하는 냉각 수단을 구비하고,
상기 냉각 수단은, 냉각용 열교환기와, 냉각용 통로와, 냉각용 통로에 설치된 냉각용 밸브를 갖고,
상기 냉각용 통로가, 상기 냉각 회로에서의 상기 응축기의 하류 측의 부위에 접속되고, 냉각용 통로를 흐르는 냉각 매체가 상기 냉각 회로로 되돌려지도록 구성되고,
상기 냉각용 열교환기는 순환 유로에서 상기 가열기의 하류 측에 배치되고, 상기 냉각용 열교환기에 상기 순환 유로에 접속된 작동 매체 유로 및 상기 냉각용 통로가 설치되고,
운전시에는, 상기 가열기의 하류 측에서 작동 매체의 과열도가 미리 설정된 범위 내에 들어가도록 상기 펌프의 제어가 이루어지는 한편, 작동 매체가 과열 상태에 있는 경우에서 상기 가열기로부터 유출되어 상기 팽창기에 도입되는 작동 매체의 온도가 기준 온도를 초과하고 있다고 판단된 경우에, 상기 냉각 수단은 상기 냉각용 밸브를 개방하여, 상기 냉각용 열교환기에서 냉각 매체가 과열 상태의 작동 매체를 냉각하는,
발전 장치.An expander for expanding the gas-phase working medium,
A condenser for condensing the working medium expanded by the inflator by a cooling medium supplied from a cooling circuit,
A pump for pressurizing the working medium condensed by the condenser,
A heater for evaporating at least a portion of the working medium pressurized by the pump to heat of the heat source medium,
And cooling means for cooling the working medium in an overheated state at a predetermined temperature or higher in a range where the working medium is maintained at a saturated temperature or higher,
Wherein the cooling means has a cooling heat exchanger, a cooling passage, and a cooling valve provided in the cooling passage,
Wherein the cooling passage is connected to a portion on the downstream side of the condenser in the cooling circuit and the cooling medium flowing through the cooling passage is returned to the cooling circuit,
Wherein the cooling heat exchanger is disposed on a downstream side of the heater in the circulation flow passage, the working medium flow path connected to the circulation flow path and the cooling passage are provided in the cooling heat exchanger,
The operation of the pump is controlled so that the degree of superheat of the working medium falls within a predetermined range on the downstream side of the heater while the working medium is in an overheated state, Wherein when the temperature of the medium is judged to exceed the reference temperature, the cooling means opens the cooling valve to cool the working medium in the overheated state in the cooling heat exchanger,
Generator.
상기 팽창기에 의해 팽창된 작동 매체를 응축시키는 응축기와,
상기 응축기에 의해 응축된 작동 매체를 가압하는 펌프와,
상기 펌프에 의해 가압된 작동 매체의 적어도 일부를 열원 매체의 열로 증발시키는 가열기와,
상기 가열기의 하류측에 있어서, 과열 상태이며 미리 정해진 온도 이상의 작동 매체를 냉각하는 냉각 수단을 구비하고,
상기 냉각 수단은, 작동 매체 유로 및 냉각 유로를 갖고, 상기 가열기에 있어서의 하류측에 배치된 열교환기와, 상기 냉각 유로에 연결되는 열매체 회로에 설치된 감압 수단을 갖고,
상기 감압 수단은, 작동 매체가 과열 상태이며 미리 정해진 온도 이상일 때 상기 열교환기에 있어서 상기 작동 매체가 냉각되도록 열매체를 감압하는,
발전 장치.An expander for expanding the gas-phase working medium,
A condenser for condensing the working medium expanded by said inflator,
A pump for pressurizing the working medium condensed by the condenser,
A heater for evaporating at least a portion of the working medium pressurized by the pump to heat of the heat source medium,
And a cooling means for cooling the working medium in an overheated state at a predetermined temperature or higher on the downstream side of the heater,
Wherein the cooling means includes a heat exchanger having a working medium flow path and a cooling flow path and disposed on a downstream side of the heater and a decompression means provided on a heating medium circuit connected to the cooling flow path,
Wherein the decompression means decompresses the heating medium so that the working medium is cooled in the heat exchanger when the working medium is in an overheated state and a predetermined temperature or more,
Generator.
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