JP2006037849A - Power recovery device and operation method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱サイクルを用いて作動媒体を循環させて、比較的低温の排熱等の熱エネルギーを回収する動力回収装置に関し、特に作動媒体の凝縮液を媒体循環ポンプを用いることなく蒸気発生器に送液できる動力回収装置及びその運転方法に関するものである。 The present invention relates to a power recovery device that circulates a working medium using a heat cycle and collects heat energy such as exhaust heat at a relatively low temperature, and in particular, condensate of the working medium generates steam without using a medium circulation pump. The present invention relates to a power recovery device that can send liquid to a container and an operation method thereof.
排熱等から動力を回収する方法としては、熱サイクルを用いたものが一般的である。熱サイクルのうちでも、作動媒体の潜熱を用いたランキンサイクルやそれに類するロレンツサイクルなどを用いるものがよく知られている。ランキンサイクルでは、排熱を用いて蒸気発生器で作動媒体液を気化し、高圧の作動媒体蒸気とし、これをタービンなどの膨張機に導いて膨張させ、膨張した作動媒体蒸気を凝縮器で液化する。液化された作動媒体液は、再度蒸気発生器に戻される。 As a method for recovering power from exhaust heat or the like, a method using a heat cycle is generally used. Among thermal cycles, those using a Rankine cycle using latent heat of a working medium or a Lorentz cycle similar thereto are well known. In the Rankine cycle, exhaust fluid is used to vaporize the working medium liquid with a steam generator to produce high-pressure working medium steam, which is led to an expander such as a turbine for expansion, and the expanded working medium vapor is liquefied with a condenser. To do. The liquefied working medium liquid is returned to the steam generator again.
図1はこの種の動力回収装置の構成例を示す図である。動力回収装置は、排熱1を回収して高圧作動媒体蒸気を生成する蒸気発生器10と、生成した高圧蒸気を膨張させて発電機を駆動するタービンなどの膨張機20と、該膨張した高圧蒸気を凝縮させて液化させる凝縮器30と、これら各機器の間で作動媒体を循環させる作動媒体流路40とを備えて構成される。なお、31は、凝縮器30から排出される作動媒体液を滞留させるバッファタンクである。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of this type of power recovery apparatus. The power recovery device includes a
上記構成の動力回収装置で、作動媒体は、蒸気発生器10で高圧作動媒体蒸気となり、膨張機20に導入されて膨張し、該膨張機20から凝縮器30に導入されて作動媒体液となった後、再び蒸気発生器10に戻されることで装置内を一巡する。このとき、凝縮器30から排出された作動媒体液を蒸気発生器10へ送液するにあたっては、凝縮器30と蒸気発生器10の圧力差がごく小さい場合は、作動媒体液の液ヘッドなどを利用して送液することが可能であるが、一般には、凝縮器30と蒸気発生器10との間を連通する配管41に媒体循環ポンプ50を設置し、該媒体循環ポンプ50により送液することが多い。
しかし、媒体循環ポンプ50を用いて作動媒体液を凝縮器30から蒸気発生器10に送液すると、次のような点が問題となる。即ち、
(1)凝縮器30から排出された作動媒体液は、ほぼ飽和した状態の飽和液であるため、媒体循環ポンプ50の吸込み実揚程(NPSH)が不足し、媒体循環ポンプ50がキャビテーションを起こしやすい。また、これを防止するために作動媒体液を過冷却すると、エネルギー回収効率の低下を招く。
However, when the working medium liquid is sent from the
(1) Since the working medium liquid discharged from the
(2)動力回収装置内の作動媒体の循環量は、蒸気発生器10に供給される排熱1の熱量にほぼ比例するため、該熱量の変動にあわせて媒体循環ポンプ50の動作を制御する必要がある。ところが、この制御がうまく行われないと作動媒体の循環量の変化に対応することができない。すると、蒸気発生器10へ導入される作動媒体液が過剰となってあふれを生じて、膨張機20に作動媒体液が入って破損する等の不都合が生じてしまう。また、逆に、媒体循環ポンプ50が空運転して破損したり、蒸気発生器10へ導入される作動媒体液が少なくなりすぎて空焚きとなり内圧が異常に上昇するなどの問題も生じる。
(2) Since the circulation amount of the working medium in the power recovery apparatus is substantially proportional to the heat amount of the
(3)媒体循環ポンプ50は一般に電力で駆動するため、排熱1から回収した動力で発電した電力を消費することとなり、動力回収装置の出力を低下させる要因となってしまう。特に、発電装置のエネルギー回収効率や発電効率、媒体循環ポンプ50のポンプ効率等が低い場合、動力回収装置の出力を大きく低下させることとなる。
(3) Since the
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、媒体循環ポンプを使用することなく、即ち作動媒体の循環に回収した動力を消費することなく且つ安定した状態で作動媒体液を循環させることができる動力回収装置及びその運転方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described points, and an object of the present invention is to provide a working medium liquid in a stable state without using a medium circulation pump, that is, without consuming recovered power for circulation of the working medium. An object of the present invention is to provide a power recovery device that can be circulated and an operation method thereof.
本願請求項1に記載の発明は、排熱等を回収して作動媒体の高圧蒸気を生成する蒸気発生器と、高圧蒸気を膨張させる膨張機と、膨張した蒸気を凝縮させる凝縮器とを備えた動力回収装置において、膨張機の入口に接続された蒸気発生器を含む高圧系統と、膨張機の出口に接続された凝縮器を含む低圧系統との間に、凝縮器の作動媒体の液面よりも低い位置で、蒸気発生器の作動媒体液の液面よりも高い位置に1つ又は複数の給液タンクを設け、凝縮器と給液タンクとの間を該凝縮器から該給液タンクへ作動媒体液が流れるように自動弁又は逆止弁を介して配管で接続し、給液タンクと蒸気発生器との間を該給液タンクから該蒸気発生器へ作動媒体液が流れるように自動弁又は逆止弁を介して配管で接続し、給液タンクと高圧系統とを自動弁を有する高圧系均圧配管で接続すると共に給液タンクと低圧系統とを自動弁を有する低圧系均圧配管で接続し、又は給液タンクと高圧系統及び低圧系統とを切換可能な切換弁を介して接続したことを特徴とする。
The invention described in
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の動力回収装置において、蒸気発生器の下流側に気液分離器を設け、該気液分離器で分離された作動媒体液を作動媒体再循環ポンプで蒸気発生器に戻すように構成すると共に、該作動媒体再循環ポンプの吸込口と給液タンクとを自動弁又は逆止弁を介して配管で接続したことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the power recovery device according to the first aspect, a gas-liquid separator is provided on the downstream side of the steam generator, and the working medium liquid separated by the gas-liquid separator is returned to the working medium. It is configured to return to the steam generator by a circulation pump, and the suction port of the working medium recirculation pump and the liquid supply tank are connected by piping through an automatic valve or a check valve.
請求項3に記載の発明は、排熱を回収して作動媒体の高圧蒸気を生成する蒸気発生器と、高圧蒸気を膨張させる膨張機と、膨張した蒸気を凝縮させる凝縮器とを備えた動力回収装置の運転方法であって、膨張機の入口に接続された蒸気発生器を含む高圧系統と、膨張機の出口に接続された凝縮器を含む低圧系統との間に、凝縮器の作動媒体液面よりも低い位置で、蒸気発生器の作動媒体液面よりも高い位置に給液タンクを設け、凝縮器の作動媒体液の液位と給液タンクの作動媒体液の液位との落差により凝縮器の作動媒体液を給液タンクに送液し、該給液タンクの作動媒体液の液位が所定レベルになったら、給液タンクの作動媒体液の液位と蒸気発生器の作動媒体液の液位との落差により、給液タンクの作動媒体液を蒸気発生器に送液することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a motive power provided with a steam generator that recovers exhaust heat and generates high-pressure steam as a working medium, an expander that expands the high-pressure steam, and a condenser that condenses the expanded steam. A method for operating a recovery apparatus, comprising: a working medium for a condenser between a high-pressure system including a steam generator connected to an inlet of the expander and a low-pressure system including a condenser connected to an outlet of the expander A liquid supply tank is installed at a position lower than the liquid level and higher than the working medium liquid level of the steam generator, and the difference between the liquid level of the working medium liquid in the condenser and the liquid level of the working medium liquid in the supply tank When the liquid level of the working medium liquid in the liquid supply tank reaches a predetermined level, the liquid level of the working medium liquid in the liquid supply tank and the operation of the steam generator are supplied. The working medium liquid in the liquid supply tank is fed to the steam generator due to the drop from the liquid level of the medium liquid. The features.
本願請求項1に記載の発明によれば、膨張機の入口に接続された蒸発器を含む高圧系統と、膨張機の出口に接続された凝縮器を含む低圧系統との間に、給液タンクを設け、給液タンクと蒸気発生器との間を該給液タンクから該蒸気発生器へ作動媒体液が流れるように自動弁又は逆止弁を介して配管で接続し、給液タンクと凝縮器との間を該凝縮器から該給液タンクへ作動媒体液が流れるように自動弁又は逆止弁を介して配管で接続し、給液タンクと高圧系統とを自動弁を有する高圧系均圧配管で接続すると共に給液タンクと低圧系統とを自動弁を有する低圧系均圧配管で接続したので、凝縮器の作動媒体液が飽和液等であっても、これを安定した状態で蒸気発生器へ送液することができる。また、作動媒体液を送液する際に動力を消費することがないので動力回収効率を低下させずに済む。さらに、蒸気発生器で回収した熱エネルギーの量に応じて装置内を循環する作動媒体の循環量が変化するので、蒸気発生器や凝縮器等の故障や事故を防ぐことができる。 According to the first aspect of the present invention, a liquid supply tank is provided between a high pressure system including an evaporator connected to the inlet of the expander and a low pressure system including a condenser connected to the outlet of the expander. Connected with a pipe via an automatic valve or a check valve so that the working medium liquid flows from the liquid supply tank to the steam generator between the liquid supply tank and the steam generator. Connected with a pipe through an automatic valve or a check valve so that the working medium liquid flows from the condenser to the feed tank between the condenser and the feed tank and the high-pressure system. Since the supply tank and the low-pressure system are connected by a low-pressure system equalizing pipe with an automatic valve, even if the working medium liquid of the condenser is a saturated liquid or the like, the steam is maintained in a stable state. It can be sent to the generator. Further, since power is not consumed when the working medium liquid is fed, power recovery efficiency does not have to be reduced. Furthermore, since the circulation amount of the working medium that circulates in the apparatus changes according to the amount of thermal energy recovered by the steam generator, it is possible to prevent failures and accidents of the steam generator and the condenser.
また、高圧系均圧配管と低圧系圧配管に代えて給液タンクと高圧系統若しくは低圧系統とを切換可能な切換弁を介して接続すれば、簡単な構成で上記と同様の効果が得られる。 Further, if the liquid supply tank and the high-pressure system or the low-pressure system are connected via a switching valve that can be switched instead of the high-pressure system equalizing pipe and the low-pressure system pressure pipe, the same effect as described above can be obtained with a simple configuration. .
また、給液タンクを複数とすれば、蒸気発生器内の温度の変動が生じにくくなり、動力回収装置の安定性と安全性を高めることができる。 Further, if a plurality of liquid supply tanks are used, temperature fluctuations in the steam generator are less likely to occur, and the stability and safety of the power recovery device can be improved.
本願請求項2に記載の発明によれば、蒸気発生器の下流側に気液分離器を設け、該気液分離器で分離された作動媒体液を作動媒体再循環ポンプで蒸気発生器に戻すように構成すると共に、該作動媒体再循環ポンプの吸込口と給液タンクとを自動弁又は逆止弁を介して配管で接続したので、請求項1に記載の発明と同様な効果に加え、作動媒体再循環ポンプの吸込口の作動媒体液温度が低下するため、作動媒体再循環ポンプのNPSHが大きくなり、作動媒体再循環ポンプのトラブルが減少する。また、液分が除去された高圧の作動媒体蒸気を膨張機に導入できる。
According to the second aspect of the present invention, the gas-liquid separator is provided on the downstream side of the steam generator, and the working medium liquid separated by the gas-liquid separator is returned to the steam generator by the working medium recirculation pump. In addition to the effects similar to those of the invention according to
本願請求項3に記載の発明によれば、膨張機の入口に接続された蒸気発生器を含む高圧系統と、膨張機の出口に接続された凝縮器を含む低圧系統との間に、凝縮器の作動媒体液面よりも低い位置で、蒸気発生器の作動媒体液面よりも高い位置に給液タンクを設け、凝縮器の作動媒体液の液位と給液タンクの作動媒体液の液位との落差により凝縮器の作動媒体液を給液タンクに送液し、該給液タンクの作動媒体液の液位が所定レベルになったら、給液タンクの作動媒体液の液位と蒸気発生器の作動媒体液の液位との落差により、給液タンクの作動媒体液を蒸気発生器に送液するので、凝縮器の作動媒体液が飽和液等であっても、これを安定した状態で蒸気発生器へ送液することができる。また、作動媒体液を送液する際に動力を消費することがないので、動力回収効率を低下させずに済む。さらに、蒸気発生器で回収した熱エネルギーの量に応じて装置内を循環する作動媒体の循環量が変化するので、蒸気発生器や凝縮器等の故障や事故を防ぐことができる。 According to the third aspect of the present invention, a condenser is provided between a high pressure system including a steam generator connected to the inlet of the expander and a low pressure system including a condenser connected to the outlet of the expander. The liquid supply tank is provided at a position lower than the working medium liquid level of the steam generator and higher than the working medium liquid level of the steam generator, and the liquid level of the working medium liquid in the condenser and the liquid level of the working medium liquid in the liquid supply tank When the liquid level of the working medium liquid in the liquid supply tank reaches a predetermined level, the liquid level of the working medium liquid in the liquid supply tank and the generation of steam Since the working medium liquid in the supply tank is sent to the steam generator due to the drop in the liquid level of the working medium liquid in the condenser, even if the working medium liquid in the condenser is a saturated liquid, etc. Can be sent to the steam generator. Further, since power is not consumed when the working medium liquid is fed, power recovery efficiency does not need to be reduced. Furthermore, since the circulation amount of the working medium that circulates in the apparatus changes according to the amount of thermal energy recovered by the steam generator, it is possible to prevent failures and accidents of the steam generator and the condenser.
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図2は、本発明の一実施形態にかかる動力回収装置の構成例(実施例1)を示す概略図である。図2に示す動力回収装置において、図1と共通する部分には同一の符号を付し、ここではその詳細な説明は省略する。なお、他の図面においても、共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。また以下の実施形態例では、動力回収装置として発電装置を例に説明する。図2において、膨張機としてのタービン20の入口に接続された蒸気発生器10を含む部分を高圧系統と定義し、タービン20の出口に接続された凝縮器30を含む部分を低圧系統と定義する。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration example (Example 1) of the power recovery apparatus according to the embodiment of the present invention. In the power recovery apparatus shown in FIG. 2, the same reference numerals are given to portions common to FIG. 1, and detailed description thereof is omitted here. In other drawings, common portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In the following embodiments, a power generation device will be described as an example of a power recovery device. In FIG. 2, a portion including the
給液タンク60はこの高圧系統と低圧系統の間に設けられ、バッファタンク31内の作動媒体液は逆止弁36が設けられた配管35を通して該給液タンク60に送液されるようになっており、給液タンク60の作動媒体液は逆止弁66が設けられた配管65を通して蒸気発生器10に送液されるようになっている。給液タンク60はその内部に滞留する作動媒体液61の液面位Yが、バッファタンク31内に滞留する作動媒体液32の液面位置Hと蒸気発生器10内に滞留する作動媒体液11の液面位置Lとの間hに位置するように設置されている。なお、バッファタンク31は、図示する構成以外にも凝縮器30と一体に設けてもよいし、作動媒体の循環量が少ない場合は省略してもよい。以下の説明では、凝縮器30というときはバッファタンク31も含むものとし、バッファタンク31というときは凝縮器30も含むものとする。なお、逆止弁36、66は自動弁でもよい。
The
一方、凝縮器30の上流側の配管25、即ち低圧系統と給液タンク60の上部は自動弁27を設けた配管26で接続され、蒸気発生器10の下流側の配管15、即ち高圧系統と給液タンク60の上部(配管26)は自動弁17を設けた配管16で接続されている。自動弁27を開くことにより、低圧系統と給液タンク60内は均圧し、自動弁17を開くことにより、高圧系統と給液タンク60内は均圧することができる。
On the other hand, the
蒸気発生器10、バッファタンク31、給液タンク60には、それぞれ内部に滞留した作動媒体液の液位を測定する液面計12、液面計33、液面計62が設置されている。なお、液面計12は蒸気発生器10の空焚きを検出するために設置されたもので、液面計33は作動媒体の循環不良を検出するために設置されたものである。これら液面計12と液面計33は、発電装置の安全を確認するために設置したもので、都合に応じて省略することもできる。
In the
次に、発電装置の運転時における作動媒体液の流れを説明する。発電装置の運転中は、自動弁27は常時開、自動弁17は常時閉としておく。これにより凝縮器30と給液タンク60内の圧力は等しくなり、凝縮器30内の作動媒体液32は、凝縮器30内の液位Hと給液タンク60内の液位Yとの落差によって、配管35を通って給液タンク60内に移動する。給液タンク60内の作動媒体液61の液位Yが所定レベル以上になったことが液面計62で検知されると、図示しない制御手段によって一定の時間自動弁27が閉じられると共に自動弁17が開かれる。これにより、給液タンク60と蒸気発生器10の内圧が等しくなり、給液タンク60内の作動媒体液61は、給液タンク60内の液位Yと蒸気発生器10内の液位Lとの落差によって、配管65を通って蒸気発生器10に送られる。
Next, the flow of the working medium liquid during operation of the power generator will be described. During the operation of the power generator, the
このように、媒体循環ポンプなどを用いることなく、凝縮器30内の作動媒体液32を給液タンク60を介して蒸気発生器10へ送ることができるため、作動媒体液32がほぼ飽和状態の飽和液である場合などでも、NPSHなどに制限されずに安定した状態で蒸気発生器10に送ることができる。また、蒸気発生器10に供給される排熱1の熱量が変化することによって、発電装置内を循環する作動媒体の循環量、即ち、凝縮器30から排出される作動媒体液32の液量が変化しても、作動媒体液を送液する間隔が循環量により変化するため、特に作動媒体の循環量を意識しなくとも適切に制御され、蒸気発生器10へ送液される作動媒体液が多くなり過ぎたり、少な過ぎたりすることを防止でき、蒸気発生器10や膨張機20等の故障や事故の発生を防ぐことができる。
In this way, the working
ここで、本発明にかかる発電装置と、図1に示す従来の給液ポンプ50を用いて作動媒体液を送液する発電装置の出力の比較について検討する。本発明にかかる発電装置では、低圧の凝縮器30から高圧の蒸気発生器10に作動媒体液を送液するのに要する消費エネルギーは、配管16及び配管26を通る作動媒体の蒸気のエネルギーに等しい。この消費エネルギー率は、おおよそ次式で近似することができる。
Q1=w×q×m2/m1 (式1)
但し、Q1:消費エネルギー率〔W〕
w:作動媒体の流量〔kg/sec〕
q:作動媒体の気化熱〔J/kg〕(但し、顕熱昇温分を含む。)
m1,m2:作動媒体液、作動媒体蒸気の比重量〔kg/m3〕
Here, a comparison of the output of the power generation device according to the present invention and the power generation device that feeds the working medium liquid using the conventional
Q 1 = w × q × m 2 / m 1 (Formula 1)
Where Q 1 : Energy consumption rate [W]
w: Flow rate of working medium [kg / sec]
q: Heat of vaporization of working medium [J / kg] (however, including sensible heat rise)
m 1, m 2 : Specific weight of working medium liquid and working medium vapor [kg / m 3 ]
消費エネルギー率は、発電装置の入熱量(蒸気発生器10に供給される排熱1などの熱量)に影響されるため、排熱量に対する消費エネルギー率が出力低下率となる。出力低下率は次式で表される。
ξ1=Q1/(q×w)=m2/m1 (式2)
但し、ξ1:出力低下率
Since the energy consumption rate is affected by the amount of heat input to the power generator (the amount of heat such as
ξ 1 = Q 1 / (q × w) = m 2 / m 1 (Formula 2)
Where ξ 1 : Output decrease rate
次に、図1に示す従来の発電装置で、給液ポンプ50を用いて蒸気発生器10に作動媒体液を送液する場合を考える。このとき、給液ポンプ50が消費するエネルギーは次式で表される。
Q2=(P1−P2)×w/m1/ηP (式3)
但し、Q2:ポンプ消費エネルギー率〔W〕
ηP:ポンプ効率〔W/W〕
P1,P2:作動媒体液、作動媒体蒸気圧力〔Pa〕
Next, consider a case where the working medium liquid is fed to the
Q 2 = (P 1 −P 2 ) × w / m 1 / η P (Formula 3)
However, Q 2 : Pump energy consumption rate [W]
η P : Pump efficiency [W / W]
P 1 , P 2 : Working medium liquid, working medium vapor pressure [Pa]
この場合、消費エネルギー率は回収動力に影響し、回収動力に対するポンプ消費エネルギー率が出力低下率となる。
ξ2=(P1−P2)/ηP×w/m1/(ηe×w×q)
=(P1−P2)/(q×m1×ηP×ηe) (式4)
但し、ξ2:出力低下率
ηe:動力回収効率
In this case, the consumed energy rate affects the recovered power, and the pump consumed energy rate with respect to the recovered power becomes the output reduction rate.
ξ 2 = (P 1 −P 2 ) / η P × w / m 1 / (η e × w × q)
= (P 1 −P 2 ) / (q × m 1 × η P × η e ) (Formula 4)
However, ξ 2 : Output decrease rate η e : Power recovery efficiency
これより、出力低下率の比は、
φ=ξ2/ξ1=(P1−P2)/(q×m2×ηP×ηe) (式5)
となる。このφが1を超える場合、本発明にかかる発電装置の方が従来の発電装置よりもエネルギー効率の点で有利であるといえる。なお、エネルギー効率が必ずしも有利でなくとも、少なくとも同等であれば前記したNPSH等の点で利点があるので、本発明にかかる発電装置は有利といえる。
From this, the ratio of output reduction rate is
φ = ξ 2 / ξ 1 = (P 1 −P 2 ) / (q × m 2 × η P × η e ) (Formula 5)
It becomes. When φ exceeds 1, it can be said that the power generator according to the present invention is more advantageous in terms of energy efficiency than the conventional power generator. In addition, even if energy efficiency is not necessarily advantageous, it can be said that the power generation apparatus according to the present invention is advantageous because it has advantages in terms of NPSH and the like as long as it is at least equivalent.
ここで、作動媒体として水及び水蒸気を用いて、高圧蒸気圧力を0.20MPa(A)、低圧蒸気圧力を0.01MPa(A)、水の気化熱を2500kJ/kg、ポンプ効率ηPを80%、動力回収効率ηeを8%とした場合、
φ=ξ2/ξ1≒1.1
となり、本発明にかかる発電装置と従来の発電装置のエネルギー効率はほぼ同等となる。また、作動媒体としてフッ化アルコール(トリフルオロエタノール)を用いて、高圧蒸気圧力を0.14MPa(A)、低圧蒸気圧力を0.04MPa(A)、ポンプ効率ηPを80%、動力回収効率ηeを4.6%とした場合、
φ=ξ2/ξ1≒1.9
となり、本発明にかかる発電装置の方が有利である。他の方式で作動媒体液を送液する発電装置についても検討した結果、一般に比較的低温の熱源から熱を回収し、フロンやアルコール等を作動媒体に用いる発電装置の場合、本発明にかかる発電装置を用いることがエネルギー効率では有利となることがわかった。
Here, using water and steam as the working medium, the high pressure steam pressure is 0.20 MPa (A), the low pressure steam pressure is 0.01 MPa (A), the heat of vaporization of water is 2500 kJ / kg, and the pump efficiency η P is 80. %, When the power recovery efficiency η e is 8%,
φ = ξ 2 / ξ 1 ≒ 1.1
Thus, the energy efficiency of the power generation device according to the present invention and that of the conventional power generation device are substantially equal. Also, using fluorinated alcohol (trifluoroethanol) as the working medium, high pressure steam pressure is 0.14 MPa (A), low pressure steam pressure is 0.04 MPa (A), pump efficiency η P is 80%, power recovery efficiency When η e is 4.6%,
φ = ξ 2 / ξ 1 ≒ 1.9
Therefore, the power generator according to the present invention is more advantageous. As a result of studying power generators that deliver working medium liquids by other methods, in general, in the case of power generators that recover heat from a relatively low-temperature heat source and use chlorofluorocarbon or alcohol as the working medium, the power generation according to the present invention It has been found that using an apparatus is advantageous in terms of energy efficiency.
このように、本発明にかかる発電装置は、低温の排熱1から動力を回収する場合に、作動媒体液が飽和液であっても安定した状態でこれを送液することができ、作動媒体の循環量の変化に自ら追従することができることに加えて、回収した電力を消費せずに送液することができエネルギー効率が良い、などといった優れた特性を持つ。これらは小型分散型の発電装置(動力回収装置)が備えるべき特性として非常に重要なものである。
Thus, when recovering power from the low-
なお、本発明にかかる発電装置では、自動弁17を開いて蒸気発生器10と給液タンク60とを均圧している間は、蒸気発生器10から高温の蒸気が給液タンク60に導入されてこれが熱損失となる場合があるが、この問題は、給液タンク60内の作動媒体液61を蒸気発生器10に送液する時間をできるだけ短くすることで解決できる。
In the power generator according to the present invention, while the
図3は、本発明の他の実施形態にかかる発電装置の構成例(実施例2)を示す概略図である。この発電装置は、低圧系統と高圧系統の間に流路切換弁(3方切換弁)74を設け、低圧系統と流路切換弁74の一端を配管71で接続すると共に、高圧系統と流路切換弁74の他の一端を配管72で接続し、更に給液タンク60の上部と流路切換弁74の他の一端を配管73で接続している。流路切換弁74の切換操作により、給液タンク60の内圧を高圧系統内圧と同圧したり、低圧系統内圧と同圧することができる。このように流路切換弁74の切換操作により、図2の場合と同様、凝縮器30に溜まった作動媒体液を蒸気発生器へ送液することができる。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration example (Example 2) of a power generation device according to another embodiment of the present invention. In this power generator, a flow path switching valve (three-way switching valve) 74 is provided between the low pressure system and the high pressure system, one end of the low pressure system and the flow
図4は、本発明の他の実施形態にかかる発電装置の構成例(実施例3)を示す概略図である。この発電装置は、低圧系統と高圧系統との間に2個の給液タンク75、80と、流路切換弁(3方切換弁)98、99を設けている。低圧系統と流路切換弁98の一端を配管93で接続すると共に、高圧系統と流路切換弁98の他の一端を配管95で接続し、給液タンク75の上部と流路切換弁98の他の一端を配管96で接続している。また、低圧系統と流路切換弁99の一端を配管93で接続すると共に、高圧系統と流路切換弁99の他の一端を配管95で接続し、給液タンク80の上部と流路切換弁99の他の一端を配管94で接続している。給液タンク75、80はいずれもその内部に滞留する作動媒体液76、81の液位Y1、Y2が、凝縮器30内に滞留する作動媒体液32の液位Hと、蒸気発生器10内に滞留する作動媒体液11の液位Lとの間に位置するように設置されている。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration example (Example 3) of a power generation device according to another embodiment of the present invention. This power generator is provided with two
そして、バッファタンク31の底部31aと給液タンク75、80の底部75a、80aとを配管85、86で連通し、該配管85、86には、バッファタンク31から給液タンク75、80に向かって作動媒体液を流す逆止弁87、88が設置されている。さらに、給液タンク75、80の底部75a、80aと蒸気発生器10の底部10aとを配管89、90で連通し、該配管89、90には給液タンク75、80から蒸気発生器10に向かって作動媒体液を流す逆止弁91、92が設置されている。逆止弁87、88、逆止弁91、92は自動弁でもよい。
The bottom 31a of the
流路切換弁98は、低圧系統に開かれている場合は凝縮器30と給液タンク75の内圧を等しくし、高圧系統に開かれている場合は、給液タンク75と蒸気発生器10の内圧を等しくする自動弁としての機能を兼ね備えている。また、同様に、流路切換弁99は、低圧系統に開かれている場合は、凝縮器30と給液タンク80の内圧を等しくし、高圧系統に開かれている場合は、給液タンク80と蒸気発生器10の内圧を等しくする自動弁としての機能を兼ね備えている。なお、給液タンク75、80にはそれぞれ内部の作動媒体液の液面を計測する液面計77、82が取り付けられている。
When the flow
上記実施例1又は2の発電装置では、蒸気発生器10に作動媒体液を送液する際に、蒸気発生器10内の温度が低下する等して温度の変動が生じるという問題があった。そこで実施例3の発電装置では、給液タンク75、80の2つを設けることで作動媒体液の送液系統を2系統並列に設置している。この2つの給液タンク75、80を交互に用いて凝縮器30から蒸気発生器10へ作動媒体液を連続して送液し続けることで、蒸気発生器10内の温度の変動を少なくすることが可能となるため、発電装置の安全性を高めることができる。なお、本実施例では給液タンクを2つ設置した場合を示したが、設置する給液タンクの数はさらに増やすことも可能である。
In the power generator of the first or second embodiment, when the working medium liquid is sent to the
図5は、本発明の他の実施形態にかかる発電装置の構成例(実施例4)を示す概略図である。この発電装置は、凝縮器30の直下(下流側)に給液タンク60を設置し、凝縮器30と給液タンク60とを配管100で連通し、該配管100に自動弁101を設けて構成している。自動弁101は、凝縮器30と給液タンク60の内圧を等しくする機能と凝縮器30から給液タンク60へ作動媒体液を送液する機能とを兼ね備えている。自動弁101が開かれることで、凝縮器30内の作動媒体液32が位置落差によって給液タンク60へ流下すると共に、給液タンク60内の蒸気(気体)63が凝縮器30へ移動して、凝縮器30内と給液タンク60内の圧力が等しくなる。凝縮器30の作動媒体液32の液面高さHと給液タンク60の作動媒体液61の液面高さYとの間に適切な落差があれば、配管100に十分な太さを持たせることで、流体の移動をスムーズに行わせることができる。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration example (Example 4) of a power generation device according to another embodiment of the present invention. This power generator is configured by installing a
図6は、本発明の他の実施形態にかかる発電装置の構成例(実施例5)を示す概略図である。この発電装置は、蒸気発生器10の下流側に気液分離器13を設けると共に、該気液分離器13で分離された作動媒体液を作動媒体再循環ポンプ14で蒸気発生器10に戻すようにし、作動媒体再循環ポンプ14の吸込口に配管65を連通して構成している。このように構成することにより、作動媒体再循環ポンプ14の吸込口から流入する作動媒体液の液温が低下するため、NPSHが大きくなり、作動媒体再循環ポンプ14の故障などのトラブルを減少させることが可能となる。また、液分が除去された高圧の作動媒体蒸気をタービン20に導入できる。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration example (Example 5) of a power generation device according to another embodiment of the present invention. In this power generation device, a gas-
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載のない何れの形状や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、実施例5の発電装置に設けた気液分離器13及び作動媒体再循環ポンプ14は、実施例1乃至4のいずれかの発電装置にこれを設けることも可能である。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims and the specification and drawings. Is possible. Note that any shape or material not directly described in the specification and drawings is within the scope of the technical idea of the present invention as long as the effects and advantages of the present invention are achieved. For example, the gas-
1 排熱
10 蒸気発生器
10a 底部
11 作動媒体液
12 液面計
13 気液分離器
14 作動媒体再循環ポンプ
15 配管
16 配管
17 自動弁
20 膨張機(タービン)
25 配管
26 配管
27 自動弁
30 凝縮器
31 バッファタンク
31a 底部
32 作動媒体液
33 液面計
35 配管
36 逆止弁
60 タンク
60a 底部
60b 上部
61 作動媒体液
62 液面計
63 蒸気
65 配管
66 逆止弁
71 配管
72 配管
73 配管
74 流路切換弁
75 タンク
75a 底部
75b 上部
76 作動媒体液
77 液面計
80 タンク
80a 底部
80b 上部
85 配管
86 配管
87 逆止弁
88 逆止弁
89 配管
90 配管
91 逆止弁
92 逆止弁
93 配管
94 配管
95 配管
96 配管
98 流路切換弁
99 流路切換弁
100 配管
101 自動弁
DESCRIPTION OF
25
Claims (3)
膨張機の入口に接続された前記蒸気発生器を含む高圧系統と、前記膨張機の出口に接続された前記凝縮器を含む低圧系統との間に、前記凝縮器の作動媒体液面よりも低い位置で、前記蒸気発生器の作動媒体液の液面よりも高い位置に1つ又は複数の給液タンクを設け、
前記凝縮器と前記給液タンクとの間を該凝縮器から該給液タンクへ作動媒体液が流れるように自動弁又は逆止弁を介して配管で接続し、
前記給液タンクと前記蒸気発生器との間を該給液タンクから該蒸気発生器へ作動媒体液が流れるように自動弁又は逆止弁を介して配管で接続し、
前記給液タンクと前記高圧系統とを自動弁を有する高圧系均圧配管で接続すると共に前記給液タンクと前記低圧系統とを自動弁を有する低圧系均圧配管で接続し、又は前記給液タンクと前記高圧系統及び前記低圧系統とを切換可能な切換弁を介して接続したことを特徴とする動力回収装置。 In a power recovery apparatus comprising a steam generator that recovers exhaust heat or the like to generate high-pressure steam of a working medium, an expander that expands the high-pressure steam, and a condenser that condenses the expanded steam,
Lower than the working medium liquid level of the condenser between the high pressure system including the steam generator connected to the inlet of the expander and the low pressure system including the condenser connected to the outlet of the expander One or more liquid tanks at a position higher than the liquid level of the working medium liquid of the steam generator,
A pipe is connected between the condenser and the liquid supply tank via an automatic valve or a check valve so that a working medium liquid flows from the condenser to the liquid supply tank,
A pipe is connected between the liquid supply tank and the steam generator via an automatic valve or a check valve so that the working medium liquid flows from the liquid supply tank to the steam generator.
The liquid supply tank and the high pressure system are connected by a high pressure system pressure equalizing pipe having an automatic valve and the liquid supply tank and the low pressure system are connected by a low pressure system pressure equalizing pipe having an automatic valve, or the liquid supply A power recovery apparatus, wherein a tank and the high-pressure system and the low-pressure system are connected via a switching valve that can be switched.
前記蒸気発生器の下流側に気液分離器を設け、該気液分離器で分離された作動媒体液を作動媒体再循環ポンプで前記蒸気発生器に戻すように構成すると共に、該作動媒体再循環ポンプの吸込口と前記給液タンクとを自動弁又は逆止弁を介して配管で接続したことを特徴とする動力回収装置。 The power recovery device according to claim 1,
A gas-liquid separator is provided downstream of the steam generator, and the working medium liquid separated by the gas-liquid separator is returned to the steam generator by a working medium recirculation pump. A power recovery apparatus, wherein a suction port of a circulation pump and the liquid supply tank are connected by piping through an automatic valve or a check valve.
前記膨張機の入口に接続された前記蒸気発生器を含む高圧系統と、前記膨張機の出口に接続された前記凝縮器を含む低圧系統との間に、前記凝縮器の作動媒体液面よりも低い位置で、前記蒸気発生器の作動媒体液面よりも高い位置に給液タンクを設け、
前記凝縮器の作動媒体液の液位と前記給液タンクの作動媒体液の液位との落差により凝縮器の作動媒体液を給液タンクに送液し、該給液タンクの作動媒体液の液位が所定レベルになったら、前記給液タンクの作動媒体液の液位と前記蒸気発生器の作動媒体液の液位との落差により、給液タンクの作動媒体液を蒸気発生器に送液することを特徴とする動力回収装置の運転方法。
An operation method of a power recovery apparatus comprising: a steam generator that recovers exhaust heat or the like to generate high-pressure steam as a working medium; an expander that expands the high-pressure steam; and a condenser that condenses the expanded steam. There,
Between the high-pressure system including the steam generator connected to the inlet of the expander and the low-pressure system including the condenser connected to the outlet of the expander than the working medium liquid level of the condenser At a low position, a liquid supply tank is provided at a position higher than the working medium liquid level of the steam generator,
The working medium liquid of the condenser is sent to the liquid supply tank by a drop between the liquid level of the working medium liquid of the condenser and the liquid level of the working medium liquid of the liquid supply tank. When the liquid level reaches a predetermined level, the working medium liquid in the liquid supply tank is sent to the steam generator due to the difference between the liquid level of the working medium liquid in the liquid supply tank and the liquid level of the working medium liquid in the steam generator. An operation method of a power recovery apparatus, characterized by being liquefied.
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