排熱回收裝置以及排熱回收裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)控制方法
【專利摘要】為了抑制從熱交換器流出的動(dòng)作介質(zhì)成為氣液二相的狀態(tài)，本發(fā)明的排熱回收裝置具備：將動(dòng)作介質(zhì)加熱的熱交換器（10）、從熱交換器（10）流出的動(dòng)作介質(zhì)流入的膨脹機(jī)（13）、與膨脹機(jī)（13）連接的旋轉(zhuǎn)機(jī)（14）、使從膨脹機(jī)（13）排出的動(dòng)作介質(zhì)冷凝的冷凝器（16）、將從冷凝器（16）流出的動(dòng)作介質(zhì)加壓并向熱交換器（10）送出的泵（18）、判定從熱交換器（10）流出的動(dòng)作介質(zhì)是否是氣液二相的狀態(tài)的相狀態(tài)判定部（40a）、和基于相狀態(tài)判定部（40a）的判定來(lái)使動(dòng)作介質(zhì)向熱交換器（10）的流入量減少的流量控制部（40b）。
【專利說(shuō)明】排熱回收裝置以及排熱回收裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及排熱回收裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]以往，公知有一種對(duì)從工廠等排出的溫水的熱進(jìn)行回收的排熱回收裝置。例如，在日本?特開(kāi)2013 - 015030號(hào)中公開(kāi)了一種排熱回收裝置，其具備:被供給溫水的加熱介質(zhì)的蒸發(fā)器、流入從蒸發(fā)器流出的氣態(tài)的動(dòng)作介質(zhì)的膨脹機(jī)、與膨脹機(jī)連接的旋轉(zhuǎn)機(jī)、使從膨脹機(jī)排出的動(dòng)作介質(zhì)冷凝的冷凝器、和對(duì)從冷凝器流出的動(dòng)作介質(zhì)進(jìn)行加壓并向蒸發(fā)器送出的泵。流入到蒸發(fā)器內(nèi)的液態(tài)的動(dòng)作介質(zhì)通過(guò)與從外部供給至該蒸發(fā)器的加熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換而蒸發(fā)。然后，成為氣態(tài)的動(dòng)作介質(zhì)流向膨脹機(jī)。
[0003]然而，在使用工廠等的排熱作為加熱介質(zhì)的情況下，加熱介質(zhì)的溫度的變化較大。如果加熱介質(zhì)的溫度降低，則導(dǎo)致在蒸發(fā)器中由加熱介質(zhì)對(duì)動(dòng)作介質(zhì)賦予的熱量減少。結(jié)果，從蒸發(fā)器流出的動(dòng)作介質(zhì)有時(shí)成為氣體與液體混合存在的二相狀態(tài)。由于流入膨脹機(jī)的氣態(tài)的動(dòng)作介質(zhì)的量減少，所以從膨脹機(jī)取出的動(dòng)力顯著減少。
[0004]另一方面，如果加熱介質(zhì)的溫度過(guò)度上升則由蒸發(fā)器蒸發(fā)的動(dòng)作介質(zhì)的量增大，在蒸發(fā)器與膨脹機(jī)之間壓力增大。該情況下，由于需要確保設(shè)置于排熱回收裝置中的各種閥、容器的耐壓性，所以導(dǎo)致裝置大型化、成本上升。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的是抑制從熱交換器流出的動(dòng)作介質(zhì)成為二相狀態(tài)，抑制因加熱介質(zhì)的溫度上升而引起的動(dòng)作介質(zhì)的壓力上升也為目的。
[0006]為了解決上述課題，本發(fā)明提供一種排熱回收裝置，具備:熱交換器，將動(dòng)作介質(zhì)加熱；膨脹機(jī)，從上述熱交換器流出的上述動(dòng)作介質(zhì)流入所述膨脹機(jī)；旋轉(zhuǎn)機(jī)，與上述膨脹機(jī)連接；冷凝器，使從上述膨脹機(jī)排出的上述動(dòng)作介質(zhì)冷凝；泵，將從上述冷凝器流出的上述動(dòng)作介質(zhì)加壓并向上述熱交換器送出；相狀態(tài)判定部，判定從上述熱交換器流出的上述動(dòng)作介質(zhì)的相的狀態(tài)；和流量控制部，基于上述相狀態(tài)判定部的判定結(jié)果，來(lái)使上述動(dòng)作介質(zhì)向上述熱交換器的流入量減少。
[0007]在本發(fā)明中，流量控制部在通過(guò)相狀態(tài)判定部判定為從熱交換器流出的動(dòng)作介質(zhì)是氣液二相的狀態(tài)時(shí)使動(dòng)作介質(zhì)向熱交換器的流入量減少。由此，動(dòng)作介質(zhì)在熱交換器中被加熱介質(zhì)充分加熱，從熱交換器以飽和狀態(tài)或者過(guò)熱狀態(tài)的氣態(tài)流出。因此，可抑制從熱交換器流出的動(dòng)作介質(zhì)成為氣液二相的狀態(tài)。因此，能夠不使該裝置停止等地繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0008]該情況下，上述流量控制部可以通過(guò)降低上述泵的旋轉(zhuǎn)速度，來(lái)使上述動(dòng)作介質(zhì)向上述熱交換器的流入量減少。
[0009]在該方式中，由于通過(guò)泵的旋轉(zhuǎn)速度降低來(lái)減少動(dòng)作介質(zhì)向熱交換器的流入量，所以可抑制從熱交換器流出的動(dòng)作介質(zhì)成為氣液二相的狀態(tài)。
[0010]或者，可以還具備:返回流路，使從上述泵送出的上述動(dòng)作介質(zhì)的一部分返回到上述冷凝器與上述泵之間；和返回閥，設(shè)于上述返回流路；上述流量控制部通過(guò)控制上述返回閥的開(kāi)度，來(lái)使上述動(dòng)作介質(zhì)向上述熱交換器的流入量減少。
[0011]在該方式中，由于通過(guò)增大返回閥的開(kāi)度來(lái)減少動(dòng)作介質(zhì)向熱交換器的流入量，所以可抑制從熱交換器流出的動(dòng)作介質(zhì)成為氣液二相的狀態(tài)。
[0012]這里，加熱介質(zhì)是從工廠等排出的蒸汽等，該加熱介質(zhì)的溫度從穩(wěn)定的溫度開(kāi)始上升。如果加熱介質(zhì)的溫度上升，則在熱交換器中加熱介質(zhì)通過(guò)與動(dòng)作介質(zhì)的熱交換而對(duì)該動(dòng)作介質(zhì)賦予的熱量增大。于是，從熱交換器流出的動(dòng)作介質(zhì)的壓力上升。在本排熱回收裝置中，當(dāng)從熱交換器流出的動(dòng)作介質(zhì)的壓力超過(guò)壓力上限值時(shí)，該裝置需要向能夠承受該壓力的式樣變更設(shè)計(jì)，但該變更并不容易。
[0013]鑒于此，在本發(fā)明中，優(yōu)選還具備:壓力狀態(tài)判定部，判定從上述熱交換器流出的上述動(dòng)作介質(zhì)的壓力的狀態(tài)；和壓力控制部，基于上述壓力狀態(tài)判定部的判定結(jié)果，來(lái)將從上述熱交換器流出的動(dòng)作介質(zhì)的壓力控制為壓力上限值以下。
[0014]在該方式中，由于從熱交換器流出的動(dòng)作介質(zhì)的壓力不會(huì)超過(guò)壓力上限值，所以可抑制各設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力。另外，可以削減成本。
[0015]該情況下，優(yōu)選上述壓力控制部通過(guò)使上述泵的旋轉(zhuǎn)速度降低，來(lái)減少上述動(dòng)作介質(zhì)向上述熱交換器的流入量。
[0016]如果動(dòng)作介質(zhì)向熱交換器的流入量減少，則動(dòng)作介質(zhì)從熱交換器以過(guò)熱狀態(tài)的氣態(tài)流出。于是，雖然從熱交換器流出的動(dòng)作介質(zhì)的溫度上升，但其壓力減少。因此，可使從熱交換器流出的動(dòng)作介質(zhì)的壓力為壓力上限值以下。
[0017]另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選還具備:旁通流路，將上述膨脹機(jī)旁通；和旁通閥，設(shè)于上述旁通流路；上述壓力控制部通過(guò)控制上述旁通閥的開(kāi)閉，來(lái)使從上述熱交換器流出的上述動(dòng)作介質(zhì)的壓力降低。
[0018]如果旁通閥被開(kāi)啟，則從熱交換器流出的動(dòng)作介質(zhì)的一部分不經(jīng)由膨脹機(jī)地流入冷凝器。于是，膨脹機(jī)的上游側(cè)的動(dòng)作介質(zhì)、即從熱交換器流出的動(dòng)作介質(zhì)的壓力降低。因此，可使從熱交換器流出的動(dòng)作介質(zhì)的壓力為壓力上限值以下。
[0019]上述相狀態(tài)判定部可以構(gòu)成為，具備:壓力檢測(cè)器，檢測(cè)從上述熱交換器流出的上述動(dòng)作介質(zhì)的壓力；和溫度檢測(cè)器，檢測(cè)從上述熱交換器流出的上述動(dòng)作介質(zhì)的溫度；基于由上述壓力檢測(cè)器檢測(cè)出的壓力值和由上述溫度檢測(cè)器檢測(cè)出的溫度值，來(lái)判定上述動(dòng)作介質(zhì)的相的狀態(tài)。這里，上述相狀態(tài)判定部可以構(gòu)成為，上述相狀態(tài)判定部存儲(chǔ)有蒸汽壓曲線數(shù)據(jù)，所述蒸汽壓曲線數(shù)據(jù)將上述動(dòng)作介質(zhì)的溫度和對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓進(jìn)行表示；根據(jù)由上述壓力檢測(cè)器檢測(cè)出的壓力值和上述蒸汽壓曲線數(shù)據(jù)，來(lái)求出與上述壓力值對(duì)應(yīng)的上述動(dòng)作介質(zhì)的飽和溫度，根據(jù)由上述溫度檢測(cè)器檢測(cè)出的溫度值和上述飽和溫度，來(lái)判定上述動(dòng)作介質(zhì)的相的狀態(tài)。
[0020]另外，本發(fā)明提供一種排熱回收裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)控制方法，所述排熱回收裝置具備:將動(dòng)作介質(zhì)加熱的熱交換器、從上述熱交換器流出的上述動(dòng)作介質(zhì)流入的膨脹機(jī)、與上述膨脹機(jī)連接的旋轉(zhuǎn)機(jī)、使從上述膨脹機(jī)排出的上述動(dòng)作介質(zhì)冷凝的冷凝器、以及將從上述冷凝器流出的上述動(dòng)作介質(zhì)加壓并向上述熱交換器送出的泵，其中，所述排熱回收裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)控制方法具備:相狀態(tài)判定工序，判定從上述熱交換器流出的上述動(dòng)作介質(zhì)的相的狀態(tài)；和流量控制工序，基于上述相狀態(tài)判定工序中的判定結(jié)果，來(lái)使上述動(dòng)作介質(zhì)向上述熱交換器的流入量減少。
[0021]在本發(fā)明中，當(dāng)在相狀態(tài)判定工序中判定為從熱交換器流出的動(dòng)作介質(zhì)是氣液二相的狀態(tài)時(shí)，在流量控制工序中使動(dòng)作介質(zhì)向熱交換器的流入量減少。由此，動(dòng)作介質(zhì)在熱交換器中被加熱介質(zhì)充分加熱，從熱交換器以過(guò)熱狀態(tài)的氣態(tài)流出。因此，可抑制從熱交換器流出的動(dòng)作介質(zhì)成為氣液二相的狀態(tài)。因此，能夠不使該裝置停止等地繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0022]該情況下，優(yōu)選還具備:壓力狀態(tài)判定工序，判定從上述熱交換器流出的上述動(dòng)作介質(zhì)的壓力的狀態(tài)；和壓力控制工序，基于上述壓力狀態(tài)判定工序中的判定結(jié)果，來(lái)將從上述熱交換器流出的動(dòng)作介質(zhì)的壓力控制為壓力上限值以下。
[0023]在該方式中，由于基于壓力狀態(tài)判定工序的判定來(lái)將從熱交換器流出的動(dòng)作介質(zhì)的壓力控制為壓力上限值以下，所以能夠不進(jìn)行裝置整體的設(shè)計(jì)變更地應(yīng)對(duì)加熱介質(zhì)的溫度的上升。
[0024]如上所述，根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制從熱交換器流出的動(dòng)作介質(zhì)成為二相狀態(tài)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的排熱回收裝置的構(gòu)成的概略的圖。
[0026]圖2是表示動(dòng)作介質(zhì)的飽和蒸汽壓曲線的圖表。
[0027]圖3是表示控制單元的控制內(nèi)容的概略的流程圖。
[0028]圖4是表示控制單元的控制內(nèi)容的概略的流程圖。
[0029]圖5是表示排熱回收裝置的其他例的圖。
[0030]圖6是表示第二實(shí)施方式的排熱回收裝置的圖。
[0031]圖7是表示控制單元的控制內(nèi)容的概略的流程圖。
[0032]圖8是表示第三實(shí)施方式的排熱回收裝置的圖。
[0033]圖9是表示控制單元的控制內(nèi)容的概略的流程圖。
[0034]圖10是表示控制單元的控制內(nèi)容的概略的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0035](第一實(shí)施方式)
一邊參照?qǐng)D1以及圖2—邊對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的排熱回收裝置進(jìn)行說(shuō)明。
[0036]如圖1所示，該排熱回收裝置具備作為蒸發(fā)器的熱交換器10、流入從熱交換器10流出的動(dòng)作介質(zhì)的膨脹機(jī)13、與膨脹機(jī)13連接的旋轉(zhuǎn)機(jī)14、使從膨脹機(jī)13流出的動(dòng)作介質(zhì)冷凝的冷凝器16、對(duì)從冷凝器16流出的動(dòng)作介質(zhì)進(jìn)行加壓的泵18、和進(jìn)行各種控制的控制部40。在本實(shí)施方式中，使用R245fa作為動(dòng)作介質(zhì)。熱交換器10、膨脹機(jī)13、冷凝器16以及泵18按照該順序通過(guò)循環(huán)流路20串聯(lián)連接。循環(huán)流路20中設(shè)有旁通流路22、旁通閥24、壓力傳感器32以及溫度傳感器34。
[0037]熱交換器10具有動(dòng)作介質(zhì)流動(dòng)的動(dòng)作介質(zhì)流路11a、和溫水、蒸汽等加熱介質(zhì)流動(dòng)的加熱介質(zhì)流路lib。在動(dòng)作介質(zhì)流路Ila內(nèi)流動(dòng)的動(dòng)作介質(zhì)通過(guò)與在加熱介質(zhì)流路Ilb內(nèi)流動(dòng)的加熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換而蒸發(fā)。動(dòng)作介質(zhì)流路Ila的上游側(cè)的端部以及下游側(cè)的端部分別與循環(huán)流路20連接。
[0038]膨脹機(jī)13被設(shè)在循環(huán)流路20中的熱交換器10的下游側(cè)。在本實(shí)施方式中，使用螺旋式的膨脹機(jī)作為膨脹機(jī)13。該膨脹機(jī)13具有:在內(nèi)部形成了轉(zhuǎn)子室的殼體、和被旋轉(zhuǎn)自如地支承在轉(zhuǎn)子室內(nèi)的陰陽(yáng)一對(duì)螺旋轉(zhuǎn)子。在膨脹機(jī)13中，螺旋轉(zhuǎn)子通過(guò)供給至轉(zhuǎn)子室內(nèi)的動(dòng)作介質(zhì)膨脹而被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。然后，壓力降低后的動(dòng)作介質(zhì)從殼體的排出口向循環(huán)流路20排出。此外，作為膨脹機(jī)13，也可以使用離心式的膨脹機(jī)或渦旋型的膨脹機(jī)等。
[0039]旋轉(zhuǎn)機(jī)14與膨脹機(jī)13連接。旋轉(zhuǎn)機(jī)14具有與膨脹機(jī)13的一對(duì)螺旋轉(zhuǎn)子中的一方連接的旋轉(zhuǎn)軸。在本實(shí)施方式中，使用發(fā)電機(jī)作為旋轉(zhuǎn)機(jī)14。該發(fā)電機(jī)通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸伴隨著上述螺旋轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)來(lái)產(chǎn)生電力。
[0040]冷凝器16被設(shè)在循環(huán)流路20中的膨脹機(jī)13的下游側(cè)。冷凝器16使從膨脹機(jī)13排出的氣態(tài)的動(dòng)作介質(zhì)冷凝而成為液態(tài)的動(dòng)作介質(zhì)。具體而言，流入至冷凝器16的氣態(tài)的動(dòng)作介質(zhì)通過(guò)與從外部供給至該冷凝器16的冷卻介質(zhì)進(jìn)行熱交換而冷凝。作為供給至冷凝器16的冷卻介質(zhì)，例如可舉出冷卻水或空氣。
[0041]泵18被設(shè)在循環(huán)流路20中的冷凝器16的下游側(cè)(熱交換器10與冷凝器16之間)。泵18將被冷凝器16冷凝后的動(dòng)作介質(zhì)加壓至規(guī)定的壓力并向循環(huán)流路20中的泵18的下游側(cè)送出。作為泵18，可使用具備葉輪作為轉(zhuǎn)子的離心泵、或轉(zhuǎn)子由一對(duì)齒輪構(gòu)成的齒輪泵等。該泵18能夠被以任意的轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)。
[0042]旁通流路22是將膨脹機(jī)13旁通的流路。旁通流路22的一端連接在循環(huán)流路20中的熱交換器10與膨脹機(jī)13之間。旁通流路22的另一端連接在循環(huán)流路20中的膨脹機(jī)13與冷凝器16之間。
[0043]旁通閥24被設(shè)于旁通流路22。在旁通閥24開(kāi)放時(shí)，從熱交換器10流出的動(dòng)作介質(zhì)的一部分在旁通流路22中流過(guò)而流入冷凝器16。
[0044]壓力傳感器32被設(shè)在循環(huán)流路20中的熱交換器10的下游側(cè)，更具體而言，被設(shè)在熱交換器10與膨脹機(jī)13之間，對(duì)該位置的動(dòng)作介質(zhì)的壓力進(jìn)行檢測(cè)。溫度傳感器34被設(shè)在與壓力傳感器32相同的位置，對(duì)該位置的動(dòng)作介質(zhì)的溫度進(jìn)行檢測(cè)。
[0045]控制部40與壓力傳感器32以及溫度傳感器34連接，另外，經(jīng)由變換器42與泵18連接?？刂撇?0的功能包括相狀態(tài)判定部40a、流量控制部40b、壓力狀態(tài)判定部40c和壓力控制部40d。
[0046]流量控制部40b控制泵18的驅(qū)動(dòng)。壓力控制部40d控制返回閥24的開(kāi)度以及泵18的驅(qū)動(dòng)。壓力狀態(tài)判定部40c取得壓力傳感器32的檢測(cè)值。相狀態(tài)判定部40a取得壓力傳感器32以及溫度傳感器34的檢測(cè)值。
[0047]圖2是表示動(dòng)作介質(zhì)的飽和蒸汽壓曲線的圖。相狀態(tài)判定部40a存儲(chǔ)有對(duì)動(dòng)作介質(zhì)的溫度與對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓進(jìn)行表示的數(shù)據(jù)。在相狀態(tài)判定部40a中，基于上述蒸汽壓曲線來(lái)求出與壓力傳感器32的檢測(cè)值對(duì)應(yīng)的動(dòng)作介質(zhì)的飽和溫度，在從該飽和溫度減去溫度傳感器34的檢測(cè)值而得到的值為負(fù)時(shí)判定為動(dòng)作介質(zhì)為氣體與液體混合存在的狀態(tài)(以下稱為“二相狀態(tài)”)、即在氣體中產(chǎn)生了液滴。
[0048]在驅(qū)動(dòng)排熱回收裝置時(shí)，向熱交換器10的動(dòng)作介質(zhì)流路Ila流入的液態(tài)的動(dòng)作介質(zhì)通過(guò)與在加熱介質(zhì)流路Ilb中流動(dòng)的加熱介質(zhì)(溫水或蒸汽等)進(jìn)行熱交換而蒸發(fā)。從熱交換器10流出的氣態(tài)的動(dòng)作介質(zhì)向膨脹機(jī)13流入，膨脹機(jī)13以及旋轉(zhuǎn)機(jī)14被驅(qū)動(dòng)。從膨脹機(jī)13排出的動(dòng)作介質(zhì)被冷凝器16冷凝而成為液體，被泵18再次送至熱交換器10。這樣，通過(guò)排熱回收裝置中的動(dòng)作介質(zhì)的一系列循環(huán)周期來(lái)進(jìn)行發(fā)電。
[0049]接下來(lái)，一邊參照?qǐng)D3 —邊對(duì)排熱回收裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)控制進(jìn)行說(shuō)明。
[0050]如果排熱回收裝置被起動(dòng)(步驟S10)，則相狀態(tài)判定部40a從壓力傳感器32以及溫度傳感器34取得動(dòng)作介質(zhì)的壓力以及溫度(步驟Sll )?；趫D2的飽和蒸汽壓曲線來(lái)求出與動(dòng)作介質(zhì)的壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度，并取得動(dòng)作介質(zhì)的溫度與飽和溫度的差值，進(jìn)行動(dòng)作介質(zhì)的相的狀態(tài)的判定(步驟S12)。
[0051]在差值為零或者為正的情況下，即在動(dòng)作介質(zhì)為飽和或者過(guò)熱狀態(tài)的情況下，確認(rèn)泵的旋轉(zhuǎn)速度是否是額定速度(步驟S14)，在是額定速度的情況下返回至步驟S11。
[0052]另一方面，在動(dòng)作介質(zhì)的溫度因加熱介質(zhì)的溫度降低而降低的情況下，導(dǎo)致上述差值為負(fù)。相狀態(tài)判定部40a判定為動(dòng)作介質(zhì)是二相狀態(tài)，流量控制部40b經(jīng)由變換器42使泵18的旋轉(zhuǎn)速度從額定速度以規(guī)定的比例減速一定期間(步驟S13)。由此，動(dòng)作介質(zhì)向熱交換器10的流入量減少。在熱交換器10中，動(dòng)作介質(zhì)因流入量減少而被充分加熱。
[0053]然后，在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，再次取得動(dòng)作介質(zhì)的壓力以及溫度(步驟S11)，由相狀態(tài)判定部40a進(jìn)行動(dòng)作介質(zhì)的相的狀態(tài)的判定(步驟S12)，在判定為二相狀態(tài)消除的情況下，泵的旋轉(zhuǎn)速度返回為額定速度(步驟S14、S15)，返回至步驟S11。另一方面，在判定為正維持二相狀態(tài)的情況下，泵18被進(jìn)一步減速(步驟S13)，取得壓力以及溫度來(lái)再次進(jìn)行動(dòng)作介質(zhì)的相狀態(tài)的判定(步驟S11、S12)。
[0054]如以上說(shuō)明那樣，在排熱回收裝置中，步驟Sll?S15在驅(qū)動(dòng)過(guò)程中被反復(fù)進(jìn)行，當(dāng)加熱介質(zhì)變?yōu)榈蜏貢r(shí)，動(dòng)作介質(zhì)的循環(huán)量減少。由此，從熱交換器10流出的動(dòng)作介質(zhì)為二相狀態(tài)的情況被消除，可防止膨脹機(jī)13的輸出大幅度降低。進(jìn)而，還能夠防止因動(dòng)作介質(zhì)的液滴與膨脹機(jī)13等部件碰撞而引起的部件的損傷(所謂的侵蝕)。在排熱回收裝置中，即使是比加熱介質(zhì)的平均的溫度(如果加熱介質(zhì)為溫水則為65°C?70°C左右)大幅降低(具體而言降低至55°C左右)的情況，也能夠繼續(xù)排熱回收裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)。由此，能夠效率良好地回收溫度的變動(dòng)較大的工廠等的排熱。
[0055]然而，加熱介質(zhì)的溫度有時(shí)也會(huì)比平均的溫度過(guò)度地上升(具體而言，如果加熱介質(zhì)是溫水則上升至95°C左右)。如果加熱介質(zhì)的溫度上升，則在熱交換器10中加熱介質(zhì)通過(guò)與動(dòng)作介質(zhì)的熱交換而對(duì)該動(dòng)作介質(zhì)賦予的熱量增大，導(dǎo)致從熱交換器10流出的動(dòng)作介質(zhì)的壓力過(guò)度上升。
[0056]在本排熱回收裝置中，壓力狀態(tài)判定部40c以及壓力控制部40d如以下那樣進(jìn)行控制以使從熱交換器10流出的動(dòng)作介質(zhì)的壓力變?yōu)樵O(shè)定值(以下稱為“壓力上限值”)以下。在本實(shí)施方式中，壓力上限值為IMPa。不過(guò)，壓力上限值可以根據(jù)設(shè)備的設(shè)計(jì)來(lái)適當(dāng)?shù)刈兏?br> [0057]一邊參照?qǐng)D4 一邊對(duì)壓力狀態(tài)判定部40c以及壓力控制部40d的控制內(nèi)容進(jìn)行說(shuō)明。另外，圖4的控制與上述的圖3的控制并行進(jìn)行。
[0058]如果本排熱回收裝置被起動(dòng)(步驟S20)，則壓力狀態(tài)判定部40c判定壓力傳感器32的壓力是否是作為第一判定值的0.9IMPa以上(步驟S21)。
[0059]在壓力小于0.9IMPa的情況下，以一定的間隔反復(fù)確認(rèn)動(dòng)作介質(zhì)的壓力狀態(tài)。然而，有時(shí)加熱介質(zhì)的溫度暫時(shí)過(guò)度上升而導(dǎo)致動(dòng)作介質(zhì)的壓力超過(guò)第一判定值。如果壓力狀態(tài)判定部40c判定為動(dòng)作介質(zhì)的壓力是0.9IMPa以上，則壓力控制部40d經(jīng)由變換器42使泵18的旋轉(zhuǎn)速度從額定速度以20%/分鐘左右的比例減速(步驟S22)。由此，動(dòng)作介質(zhì)向熱交換器10的流入量減少。由于熱交換器10中的動(dòng)作介質(zhì)的蒸發(fā)量因流入量減少而被抑制，所以雖然動(dòng)作介質(zhì)的溫度上升，但壓力減少。
[0060]接下來(lái)，壓力狀態(tài)判定部40c判定壓力傳感器32的檢測(cè)值是否為作為第二判定值的0.93MPa以上(步驟S23)。這里，在依然被維持高壓狀態(tài)的情況下判斷是否進(jìn)一步進(jìn)行減壓處理。在壓力小于0.93MPa的情況下返回至步驟S21，反復(fù)確認(rèn)動(dòng)作介質(zhì)的壓力狀態(tài)。另一方面，若判定為壓力傳感器32的檢測(cè)值為0.93MPa以上，則壓力控制部40d將旁通閥24開(kāi)啟(步驟S24)。從熱交換器10流出的動(dòng)作介質(zhì)的一部分經(jīng)由旁通流路22繞過(guò)膨脹機(jī)13，直接流入冷凝器16。由此，熱交換器10與膨脹機(jī)13之間的動(dòng)作介質(zhì)的量減少，壓力降低。然后，壓力狀態(tài)判定部40c判定壓力是否減少至作為第三判定值的0.925MPa以下(步驟S25)，如果判定為壓力是0.925MPa以下，則關(guān)閉旁通閥24 (步驟S26)。控制部40返回到步驟Sll而進(jìn)行動(dòng)作介質(zhì)的壓力狀態(tài)的確認(rèn)。另外，在壓力高于0.925MPa的情況下，旁通閥24被開(kāi)放至壓力降低。
[0061]如以上說(shuō)明那樣，在排熱回收裝置中，步驟S21?S26在驅(qū)動(dòng)過(guò)程中被反復(fù)進(jìn)行，當(dāng)加熱介質(zhì)的溫度過(guò)度變?yōu)楦邷貢r(shí)，通過(guò)減少動(dòng)作介質(zhì)的循環(huán)量來(lái)防止熱交換器10與膨脹機(jī)13之間的壓力過(guò)度上升。由此，即使在加熱介質(zhì)的高溫下，也能夠繼續(xù)排熱回收裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)。進(jìn)而，由于排熱回收裝置在進(jìn)行了將泵的旋轉(zhuǎn)速度降低的動(dòng)作之后進(jìn)行將旁通閥24開(kāi)啟的動(dòng)作，所以能夠極力抑制未被膨脹機(jī)13作為動(dòng)力回收的熱能，可提高排熱的回收效率。
[0062]如以上說(shuō)明那樣，在本實(shí)施方式的排熱回收裝置中，流量控制部40b在由相狀態(tài)判定部40a判定為從熱交換器10流出的動(dòng)作介質(zhì)的溫度小于飽和溫度時(shí)，通過(guò)降低泵18的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)使動(dòng)作介質(zhì)向熱交換器10的流入量減少。由此，由于動(dòng)作介質(zhì)在熱交換器10中被加熱介質(zhì)充分加熱，所以可抑制流入膨脹機(jī)13的動(dòng)作介質(zhì)成為二相狀態(tài)。
[0063]另外，壓力控制部40d在由壓力狀態(tài)判定部40c判定為壓力是第一判定值以上時(shí)，通過(guò)降低泵18的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)使動(dòng)作介質(zhì)向熱交換器10的流入量減少，從熱交換器10流出的動(dòng)作介質(zhì)的壓力被抑制為壓力上限值以下。通過(guò)抑制壓力的上升，可以減小排熱回收裝置的各設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力，能夠削減排熱回收裝置的成本。在排熱回收裝置中，當(dāng)即使降低泵18的旋轉(zhuǎn)速度動(dòng)作介質(zhì)也被維持高壓狀態(tài)時(shí)，旁通閥24被開(kāi)啟。由此，能夠更可靠地抑制動(dòng)作介質(zhì)的壓力。
[0064]圖5是表示排熱回收裝置的其他例的圖。熱交換器10具備蒸發(fā)器11、和設(shè)在蒸發(fā)器11的下游的過(guò)熱器12。蒸發(fā)器11具有動(dòng)作介質(zhì)流動(dòng)的動(dòng)作介質(zhì)流路11a、和加熱介質(zhì)流動(dòng)的加熱介質(zhì)流路lib。過(guò)熱器12具有動(dòng)作介質(zhì)流動(dòng)的動(dòng)作介質(zhì)流路12a、和加熱介質(zhì)流動(dòng)的加熱介質(zhì)流路12b。動(dòng)作介質(zhì)流路Ila的上游側(cè)的端部以及動(dòng)作介質(zhì)流路12a的下游側(cè)的端部分別與循環(huán)流路20連接。壓力傳感器32以及溫度傳感器34被設(shè)在比過(guò)熱器12靠下游側(cè)。動(dòng)作介質(zhì)在被蒸發(fā)器11加熱后，被過(guò)熱器12進(jìn)一步加熱，作為過(guò)熱狀態(tài)的氣體向膨脹機(jī)13流入。
[0065]控制部40中的控制動(dòng)作與第一實(shí)施方式同樣。即使在圖5所示的情況下，通過(guò)在加熱介質(zhì)的溫度比平均的溫度大幅降低的情況以及過(guò)度上升的情況下使動(dòng)作介質(zhì)的循環(huán)量減少，也能夠抑制動(dòng)作介質(zhì)成為二相狀態(tài)以及動(dòng)作介質(zhì)的壓力過(guò)度上升。在以下的第二以及第三實(shí)施方式中，也可以對(duì)熱交換器10設(shè)置過(guò)熱器12。
[0066](第二實(shí)施方式)
圖6是表示第二實(shí)施方式涉及的排熱回收裝置的圖。在排熱回收裝置中，在比對(duì)各加熱介質(zhì)流路lib、12b供給加熱介質(zhì)的加熱介質(zhì)供給流路25的熱交換器10靠上游側(cè)，設(shè)有溫度傳感器36。其他構(gòu)成與第一實(shí)施方式同樣。相狀態(tài)判定部40a中,存儲(chǔ)有基于動(dòng)作介質(zhì)的種類(lèi)、循環(huán)量等對(duì)加熱介質(zhì)的溫度與從熱交換器10流出的動(dòng)作介質(zhì)的相的狀態(tài)之間的關(guān)系進(jìn)行表示的數(shù)據(jù)。另外，壓力狀態(tài)判定部40c中，存儲(chǔ)有基于動(dòng)作介質(zhì)的種類(lèi)、循環(huán)量等對(duì)加熱介質(zhì)的溫度與從熱交換器10流出的動(dòng)作介質(zhì)的壓力之間的關(guān)系進(jìn)行表示的數(shù)據(jù)。
[0067]在加熱介質(zhì)的溫度比平均的溫度降低的情況下，相狀態(tài)判定部40a利用溫度傳感器36取得加熱介質(zhì)的溫度(圖3:步驟S11)，進(jìn)行動(dòng)作介質(zhì)的相的狀態(tài)的判定(步驟S12)。然后，如果判定為動(dòng)作介質(zhì)是二相狀態(tài)，則與第一實(shí)施方式同樣地通過(guò)使泵18的旋轉(zhuǎn)速度從額定速度以規(guī)定的比例減速來(lái)減少動(dòng)作介質(zhì)向熱交換器10的流入量(步驟S13)。在判定為加熱介質(zhì)的溫度上升而動(dòng)作介質(zhì)為飽和或者過(guò)熱狀態(tài)的情況下，泵的旋轉(zhuǎn)速度返回為額定速度(步驟 S11、S12、S14、S15)。
[0068]另一方面，在壓力狀態(tài)判定部40c中，如圖7所示，在排熱回收裝置起動(dòng)后，判定由溫度傳感器36取得的動(dòng)作介質(zhì)的溫度是否是作為第一判定值的96°C以上(步驟S30、S31)。在溫度小于96°C的情況下，以一定的間隔反復(fù)確認(rèn)加熱介質(zhì)的溫度。
[0069]如果判定為溫度是96°C以上，則壓力控制部40d使泵18的旋轉(zhuǎn)速度從額定速度以20%/分鐘左右的比例降低(步驟S32)。通過(guò)減少動(dòng)作介質(zhì)向熱交換器10的流入量，可使動(dòng)作介質(zhì)的壓力減少。接下來(lái)，壓力狀態(tài)判定部40c判定加熱介質(zhì)的溫度是否是作為第二判定值的97V以上(步驟S33)。在溫度小于97°C的情況下返回至步驟S31，反復(fù)確認(rèn)加熱介質(zhì)的溫度。
[0070]如果判定為溫度是97°C以上，則壓力控制部40d將旁通閥24開(kāi)啟(步驟S34)。由此，可使熱交換器10與膨脹機(jī)13之間的壓力降低。并且，壓力狀態(tài)判定部40c反復(fù)進(jìn)行確認(rèn)，直至溫度變?yōu)樽鳛榈谌卸ㄖ档?6°C以下(步驟S35)，如果判定為溫度是96°C以下，則壓力控制部40d關(guān)閉旁通閥24 (步驟S36)。
[0071]在第二實(shí)施方式中，也能夠與第一實(shí)施方式同樣地抑制從熱交換器10流出的動(dòng)作介質(zhì)的二相狀態(tài)，并且，可防止動(dòng)作介質(zhì)的壓力過(guò)度上升。
[0072](第三實(shí)施方式)
圖8表示了本發(fā)明的第三實(shí)施方式的排熱回收裝置的構(gòu)成的概略。另外，在第三實(shí)施方式中，僅對(duì)與第一實(shí)施方式不同的部分進(jìn)行說(shuō)明，省略與第一實(shí)施方式相同的構(gòu)造、作用以及效果的說(shuō)明。
[0073]本實(shí)施方式的排熱回收裝置具備:使從泵18送出的動(dòng)作介質(zhì)的一部分返回到冷凝器16與泵18之間的返回流路26、和設(shè)于該返回流路26的返回閥28。
[0074]圖9以及圖10分別是表示加熱介質(zhì)的溫度降低的情況的控制流程、以及加熱介質(zhì)的溫度上升的情況的控制流程的一部分的圖。圖9除了步驟S13之外與圖3同樣，圖10除了步驟S22之外與圖4同樣。
[0075]如圖9所示，在加熱介質(zhì)的溫度比平均的溫度大幅降低的情況下，如果通過(guò)控制部40的相狀態(tài)判定部40a判定為動(dòng)作介質(zhì)是二相狀態(tài)(步驟SI I )，則流量控制部40b增大返回閥28的開(kāi)度(步驟S41)，使朝向熱交換器10的動(dòng)作介質(zhì)的流入量減少。由此，動(dòng)作介質(zhì)被熱交換器10充分加熱，動(dòng)作介質(zhì)為二相狀態(tài)的情況被消除。
[0076]另外，如圖10所示，在加熱介質(zhì)的溫度過(guò)度上升的情況下，壓力狀態(tài)判定部40c判定從壓力傳感器32取得的壓力是否為0.91MPa以上(步驟S11)，如果判定為壓力是
0.9IMPa以上，則壓力控制部40d將返回閥28的開(kāi)度以一定的比例增大一定時(shí)間(步驟S51)。由此，動(dòng)作介質(zhì)向熱交換器10的流入量減少，從熱交換器10流出的動(dòng)作介質(zhì)的壓力減少。
[0077]在第三實(shí)施方式中也與第一實(shí)施方式同樣，能夠進(jìn)行動(dòng)作介質(zhì)的二相狀態(tài)的抑制以及壓力上升的抑制。在第三實(shí)施方式中，也可以與第二實(shí)施方式同樣地取代動(dòng)作介質(zhì)的溫度以及壓力而基于加熱介質(zhì)的溫度來(lái)進(jìn)行動(dòng)作介質(zhì)向熱交換器10的流入量的控制。
[0078]此外，這次公開(kāi)的實(shí)施方式的所有方面都是例示，不應(yīng)認(rèn)為是限制性的。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求的范圍表示而不由上述實(shí)施方式的說(shuō)明表示，并且包括與權(quán)利要求的范圍等同的意思以及范圍內(nèi)的全部變更。
[0079]例如，在上述實(shí)施方式中，例示了發(fā)電機(jī)作為旋轉(zhuǎn)機(jī)14，但旋轉(zhuǎn)機(jī)14也可以是壓縮機(jī)等其他驅(qū)動(dòng)機(jī)械。
[0080]在第一實(shí)施方式中，相狀態(tài)判定部40a也可以根據(jù)動(dòng)作介質(zhì)的溫度求出蒸汽壓，通過(guò)將蒸汽壓與動(dòng)作介質(zhì)的壓力進(jìn)行比較來(lái)判定從熱交換器10流出的動(dòng)作介質(zhì)是否是二相狀態(tài)。在第三實(shí)施方式中也同樣。
[0081]在加熱介質(zhì)的溫度的變動(dòng)不大的情況下，也可以在壓力控制部40d中只進(jìn)行泵18的旋轉(zhuǎn)速度的控制與旁通閥24的開(kāi)閉控制的一方。在第二實(shí)施方式中也同樣。另外，在第三實(shí)施方式中，也可以只進(jìn)行返回閥28的開(kāi)度的控制與旁通閥24的開(kāi)度的控制的一方。相狀態(tài)判定部40a可以兼具壓力狀態(tài)判定部40c的功能。對(duì)于流量控制部40b以及壓力控制部40d也同樣。
【權(quán)利要求】
1.一種排熱回收裝置，其特征在于， 具備: 熱交換器，將動(dòng)作介質(zhì)加熱； 膨脹機(jī)，從上述熱交換器流出的上述動(dòng)作介質(zhì)流入所述膨脹機(jī)； 旋轉(zhuǎn)機(jī)，與上述膨脹機(jī)連接； 冷凝器，使從上述膨脹機(jī)排出的上述動(dòng)作介質(zhì)冷凝； 泵，將從上述冷凝器流出的上述動(dòng)作介質(zhì)加壓并向上述熱交換器送出； 相狀態(tài)判定部，判定從上述熱交換器流出的上述動(dòng)作介質(zhì)的相的狀態(tài)；和流量控制部，基于上述相狀態(tài)判定部的判定結(jié)果，來(lái)使上述動(dòng)作介質(zhì)向上述熱交換器的流入量減少。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排熱回收裝置，其特征在于， 上述流量控制部通過(guò)降低上述泵的旋轉(zhuǎn)速度，來(lái)使上述動(dòng)作介質(zhì)向上述熱交換器的流入量減少。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排熱回收裝置，其特征在于， 還具備: 返回流路，使從上述泵送出的上述動(dòng)作介質(zhì)的一部分返回到上述冷凝器與上述泵之間；和 返回閥，設(shè)于上述返回流路； 上述流量控制部通過(guò)控制上述返回閥的開(kāi)度，來(lái)使上述動(dòng)作介質(zhì)向上述熱交換器的流入量減少。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的排熱回收裝置，其特征在于， 還具備: 壓力狀態(tài)判定部，判定從上述熱交換器流出的上述動(dòng)作介質(zhì)的壓力的狀態(tài)；和壓力控制部，基于上述壓力狀態(tài)判定部的判定結(jié)果，來(lái)將從上述熱交換器流出的動(dòng)作介質(zhì)的壓力控制為壓力上限值以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的排熱回收裝置，其特征在于， 上述壓力控制部通過(guò)使上述泵的旋轉(zhuǎn)速度降低，來(lái)減少上述動(dòng)作介質(zhì)向上述熱交換器的流入量。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的排熱回收裝置，其特征在于， 還具備: 旁通流路，將上述膨脹機(jī)旁通；和 旁通閥，設(shè)于上述旁通流路； 上述壓力控制部通過(guò)控制上述旁通閥的開(kāi)閉，來(lái)使從上述熱交換器流出的上述動(dòng)作介質(zhì)的壓力降低。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排熱回收裝置，其特征在于， 上述相狀態(tài)判定部 具備: 壓力檢測(cè)器，檢測(cè)從上述熱交換器流出的上述動(dòng)作介質(zhì)的壓力；和 溫度檢測(cè)器，檢測(cè)從上述熱交換器流出的上述動(dòng)作介質(zhì)的溫度； 基于由上述壓力檢測(cè)器檢測(cè)出的壓力值和由上述溫度檢測(cè)器檢測(cè)出的溫度值，來(lái)判定上述動(dòng)作介質(zhì)的相的狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的排熱回收裝置，其特征在于， 上述相狀態(tài)判定部 存儲(chǔ)有蒸汽壓曲線數(shù)據(jù)，所述蒸汽壓曲線數(shù)據(jù)將上述動(dòng)作介質(zhì)的溫度和對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓進(jìn)行表示； 根據(jù)由上述壓力檢測(cè)器檢測(cè)出的壓力值和上述蒸汽壓曲線數(shù)據(jù)，來(lái)求出與上述壓力值對(duì)應(yīng)的上述動(dòng)作介質(zhì)的飽和溫度，根據(jù)由上述溫度檢測(cè)器檢測(cè)出的溫度值和上述飽和溫度，來(lái)判定上述動(dòng)作介質(zhì)的相的狀態(tài)。
9.一種排熱回收裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)控制方法，所述排熱回收裝置具備:將動(dòng)作介質(zhì)加熱的熱交換器、從上述熱交換器流出的上述動(dòng)作介質(zhì)流入的膨脹機(jī)、與上述膨脹機(jī)連接的旋轉(zhuǎn)機(jī)、使從上述膨脹機(jī)排出的上述動(dòng)作介質(zhì)冷凝的冷凝器、以及將從上述冷凝器流出的上述動(dòng)作介質(zhì)加壓并向上述熱交換器送出的泵，所述排熱回收裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)控制方法的特征在于， 具備: 相狀態(tài)判定工序，判定從上述熱交換器流出的上述動(dòng)作介質(zhì)的相的狀態(tài)；和 流量控制工序，基于上述相狀態(tài)判定工序中的判定結(jié)果，來(lái)使上述動(dòng)作介質(zhì)向上述熱交換器的流入量減少。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的排熱回收裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)控制方法，其特征在于， 還具備: 壓力狀態(tài)判定工序，判定從上述熱交換器流出的上述動(dòng)作介質(zhì)的壓力的狀態(tài)；和 壓力控制工序，基于上述壓力狀態(tài)判定工序中的判定結(jié)果，來(lái)將從上述熱交換器流出的動(dòng)作介質(zhì)的壓力控制為壓力上限值以下。
【文檔編號(hào)】F01K9/02GK104234762SQ201410248556
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月7日
【發(fā)明者】足立成人, 松村昌義, 成川裕, 高橋和雄 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所