CN105736081A - 热发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热发电装置。热发电装置具备蒸发器、膨胀机、发电机、冷凝器以及泵。热发电装置的工作流体是有机工作流体。蒸发器具有热交换部、旁通流路以及流量调节机构。旁通流路构成为供热介质绕过热交换部而流动。流量调节机构对应该向热交换部供给的热介质的流量和应该向旁通流路供给的热介质的流量进行调节。

Description

热发电装置

技术领域

本发明涉及热发电装置。

背景技术

如本领域技术人员所熟知，兰金循环是蒸汽涡轮的理论循环。与兰金循环相关的研究开发从很早以前就在进行。另一方面，如专利文献1所记载，与回收从工厂、焚烧炉等设施排出的废热能来进行发电的废热发电装置相关的研究开发也在进行。

在专利文献1的废热发电装置中，利用蒸发器从废热介质回收热能，兰金循环的工作流体通过回收到的热能而蒸发。蒸发后的工作流体驱动涡轮发电机。工作流体在驱动涡轮发电机之后，由水冷式的冷凝器冷却而冷凝。冷凝后的工作流体由泵再次输送到蒸发器。由此，可从废热能连续地生成电能。近年来，不仅是大规模的废热发电装置，能够并设于比较小规模的设施的废热发电装置也正受到关注。

这样的废热发电装置有时会随着故障的产生而不得不紧急停止。此时，进行预定的控制以使废热发电装置安全地停止发电。例如，在专利文献2中记载了一种在使工作流体停止流动之后，能够实现发电装置的运转的实质上的早期停止，用于避免对膨胀机施加反推力的技术。

如图7所示，专利文献2所记载的发电装置200具备通断阀215、均压流路217、膨胀机旁通流路219以及控制器220。均压流路217能够在循环流路206中使通断阀215和蒸发器202之间的部分与螺杆式膨胀机203和冷凝器204之间的部分连通。膨胀机旁通流路219能够在循环流路206中使通断阀215和螺杆式膨胀机203之间的部分与螺杆式膨胀机203和冷凝器204之间的部分连通。在运转停止时，控制器220进行关闭通断阀215并在工作流体泵205停止以后打开膨胀机旁通阀218和均压阀216的控制。另外，在起动时，控制器220进行打开通断阀215并在驱动工作流体泵205之前关闭膨胀机旁通阀218和均压阀216的控制。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2013-7370号公报

专利文献2：日本特开2013-57264号公报

发明内容

专利文献2所记载的技术，设想了从温度较低的热介质回收热的情况。然而，不仅是从低温的热介质回收热的热发电装置，在从超过300℃那样的高温的热介质回收热的热发电装置中，也需要使热发电装置安全地停止。

本发明的目的在于提供一种用于在热发电装置发生了异常时使该热发电装置安全地停止的技术。

即，本发明提供一种热发电装置，具备：

蒸发器，其具有构成为使从热源供给的热介质与工作流体进行热交换的热交换部；

膨胀机，其从由所述蒸发器加热后的所述工作流体回收动力；

发电机，其将由所述膨胀机回收到的动力变换为电力；

冷凝器，其对由所述膨胀机减压后的所述工作流体进行冷却；以及

泵，其吸入由所述冷凝器冷却后的所述工作流体并向所述蒸发器排出，

所述工作流体是有机工作流体，

所述蒸发器还具有：旁通流路，其构成为供所述热介质绕过所述热交换部而流动；和流量调节机构，其对应该向所述热交换部供给的所述热介质的流量和应该向所述旁通流路供给的所述热介质的流量进行调节。

根据上述技术，在热发电装置发生了异常时，能够使用旁通流路和流量调节机构使该热发电装置安全停止。

附图说明

图1是实施方式1的热发电装置的结构图。

图2是图1所示的热发电装置所使用的空冷单元的结构图。

图3是变形例1的空冷单元的结构图。

图4是变形例2的空冷单元的结构图。

图5是实施方式2的热发电装置的结构图。

图6是实施方式3的热发电装置的结构图。

图7是以往的发电装置的结构图。

标号的说明

11·膨胀机

12·冷凝器

13·泵

14、15·连接部

16·控制器

17·发电机

18·风扇

24·蒸发器

24a·热交换部

24b·主流路

24c·旁通流路

25、65·挡板

26、66·致动器

27、67、77、87·流量调节机构

100、101、102·热发电装置

104·热源

110、112、114·空冷单元

具体实施方式

在从气体发动机、工业炉等热源排出的300℃以上的高温的热介质回收热的情况下，热介质的温度有可能超过热发电装置的工作流体的热分解温度(例如250℃)。在热发电装置正常运转的状况下，蒸发器中的工作流体的温度被保持为低于热分解温度。但是，在热发电装置的构成部件产生故障等异常时，蒸发器中的工作流体的温度可能会超过热分解温度。即，在热发电装置发生了异常、且蒸发器暴露于热介质的状况持续的情况下，蒸发器中的工作流体的温度可能会超过热分解温度而导致生成HF等有害物质。这样的有害物質也有可能泄漏到外部。另外，即使在工作流体***漏的情况下，工作流体的物性也有可能发生变化而导致难以使热发电装置发挥期望的性能。

本发明的第1技术方案提供一种热发电装置，具备：

蒸发器，其具有使从热源供给的热介质与工作流体进行热交换的热交换部；

膨胀机，其从由所述蒸发器加热后的所述工作流体回收动力；

发电机，其将由所述膨胀机回收到的动力变换为电力；

冷凝器，其对由所述膨胀机减压后的所述工作流体进行冷却；以及

泵，其吸入由所述冷凝器冷却后的所述工作流体并向所述蒸发器排出，

所述工作流体是有机工作流体，

所述蒸发器还具有：旁通流路，其供所述热介质绕过所述热交换部而流动；和流量调节机构，其对应该向所述热交换部供给的所述热介质的流量和应该向所述旁通流路供给的所述热介质的流量进行调节。

根据本发明的第1技术方案，能够在热发电装置发生了异常时调节向热交换部供给的热介质的流量。换言之，能够使热介质流入旁通流路。由此，能够防止在热交换部中工作流体被过度加热，进而能够使热发电装置安全地停止。

本发明的第2技术方案在第1技术方案的基础上提供一种热发电装置，所述流量调节机构配置于比所述热交换部靠所述热介质的流动方向上的上游侧。

当在这样的位置配置流量调节机构时，能够切实地使热介质向热交换部的供给停止。

本发明的第3技术方案在第1或第2技术方案的基础上提供一种热发电装置，所述蒸发器还具有第2流量调节机构，该第2流量调节机构配置于比所述热交换部靠所述热介质的流动方向上的下游侧。根据第2流量调节机构，能够防止热介质从下游侧向热交换部逆流。其结果，能够抑制热不必要地进入热交换部。若控制流量调节机构和第2流量调节机构以关闭流量调节机构和第2流量调节机构，则能够进行包括拆卸热交换部的维护。

本发明的第4技术方案在第1～第3技术方案的任一技术方案的基础上提供一种热发电装置，还具备：

检测器，其用于掌握所述热发电装置的运转状态；和

流量控制器，其控制所述流量调节机构，

所述流量控制器，在所述检测器的检测结果超过了预先设定的阈值时，控制所述流量调节机构来使热介质向所述热交换部的供给减少或停止。根据这样的结构，能够以在热交换部中工作流体的温度不会超过热分解温度的方式使热发电装置运转。

本发明的第5技术方案在第1～第4技术方案的任一技术方案的基础提供一种热发电装置，所述检测器检测所述膨胀机的入口处的所述工作流体的压力、或者所述膨胀机的入口处的所述工作流体的压力与所述膨胀机的出口处的所述工作流体的压力之差。根据这样的结构，能够监视热发电装置的举动而切实地检测热发电装置的异常。

本发明的第6技术方案在第1～第5技术方案的任一技术方案的基础上提供一种热发电装置，所述检测器检测所述膨胀机的入口处的所述工作流体的温度。根据这样的结构，能够监视热发电装置的举动而切实地检测热发电装置的异常。

本发明的第7技术方案在第1～第6技术方案的任一技术方案的基础上提供一种热发电装置，所述检测器检测由所述发电机发出的电力的大小。由于发出的电力是响应性优异的参数，所以根据检测电力的检测器，能够迅速地检测热发电装置的异常。

本发明的第8技术方案在第1～第7技术方案的任一技术方案的基础上提供一种热发电装置，所述热发电装置还具有：

膨胀机旁通流路，其供所述工作流体绕过所述膨胀机而流动；

阀，其配置于所述膨胀机旁通流路；以及

控制器，其控制所述阀，

所述控制器，在检测到所述热发电装置的异常时，打开所述阀而使所述工作流体流入所述膨胀机旁通流路。根据这样的结构，能够使工作流体流入膨胀机旁通流路。其结果，能够抑制向膨胀机流入过多的工作流体，使热发电装置安全地停止。

本发明的第9技术方案在第1～第8技术方案的任一技术方案的基础上提供一种热发电装置，所述热发电装置还具有：

膨胀机旁通流路，其供所述工作流体绕过所述膨胀机而流动；和

阀，其配置于所述膨胀机旁通流路，

所述阀在所述热发电装置异常时打开。根据这样的构成，能够在热发电装置异常时抑制热发电装置中的内部压力的上升。

本发明的第10技术方案在第1～第9技术方案的任一技术方案的基础上提供一种热发电装置，在所述热交换部中，所述热介质和所述工作流体直接进行热交换。这样一来，与经由二次介质进行热交换的情况相比，能够实现高热交换效率。因而，能够提高热发电装置的发电量。另外，能够谋求热发电装置的构成部件的简化。

本发明的第11技术方案在第1～第10技术方案的任一技术方案的基础上提供一种热发电装置，所述冷凝器利用空气来冷却所述工作流体。在冷凝器是空冷式的冷凝器时，由于无需冷却水，所以也无需水配管等附属设备。其结果，能够简化热发电装置的设置工序，并且省去维护的工夫。

本发明的第12技术方案在第1～第11技术方案的任一技术方案的基础上提供一种热发电装置，所述冷凝器利用水来冷却所述工作流体。在冷凝器是水冷式的冷凝器时，与冷凝器是空冷式的冷凝器的情况相比，能够降低冷凝温度。其结果，热发电装置的发电量提高，可实现高发电效率。

本发明的第13技术方案在第1～第12技术方案的任一技术方案的基础上提供一种热发电装置，所述蒸发器能够供温度比所述工作流体的热分解温度高的所述热介质流入。若热发电装置在这样的条件下运转，则热发电装置中的热回收量增加，有可能能够实现高发电效率。

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。本发明不限于以下的实施方式。

(实施方式1)

如图1所示，热发电装置100具备蒸发器24、膨胀机11、冷凝器12、泵13以及控制器16。蒸发器24、膨胀机11、冷凝器12以及泵13以形成兰金循环回路的方式由配管按照上述顺序连接成环状。通过管道106从热源104向热发电装置100供给高温的热介质。热发电装置100使用由热源104生成的高温的热介质来生成电力。

热源104的种类没有特别的限定。从热源104向热发电装置100供给的热介质的种类也没有特别的限定。在热源104中，例如生成100～500℃左右的高温的热介质。在一例中，热源104是垃圾焚烧炉、燃烧炉、烧成炉等炉。在该情况下，从热源104向热发电装置100供给排气、燃烧空气等高温的气体作为热介质。在另一例中，热源104是蒸气车间等工厂。在该情况下，从热源104向热发电装置100供给高温的蒸气或高温的排液。在又一例中，热源104是地热源、温泉等天然的蒸气源。在该情况下，从热源104向热发电装置100供给高温的蒸气。除此之外，也可以向热发电装置100供给油等液体作为热介质。

在本实施方式中，热发电装置100所使用的工作流体是有机工作流体。在上述兰金循环回路中填充有有机工作流体。也就是说，热发电装置100基于有机兰金循环。根据有机兰金循环，在100～500℃的温度段下，与其他发电方式相比，容易实现高发电效率。

作为有机工作流体，可举出卤代烃、烃、醇等。作为卤代烃，可举出R-123、R-245fa、R-1234ze等。作为烃，可举出丙烷、丁烷、正戊烷、异戊烷等烷烃。作为醇，可举出乙醇等。这些有机工作流体既可以单独使用，也可以使用2种以上的混合物。此外，也有可能能够将本说明书所公开的技术应用于使用水、二氧化碳、氨等无机工作流体作为工作流体的热发电装置。

在热发电装置100运转时，配置有热交换部24a的位置处的热介质的温度例如比工作流体的热分解温度高。若热发电装置100在这样的条件下运转，则热发电装置100中的热回收量增加，有可能能够实现高发电效率。

在本实施方式中，管道106的一部分由蒸发器24形成。即，蒸发器24可以是包括管道106的一部分的蒸发单元。具体而言，蒸发器24具有热交换部24a、主流路24b以及旁通流路24c。热交换部24a构成为使来自热源104的热介质与工作流体进行热交换。在蒸发器24的热交换部24a中应该加热的工作流体是被填充到兰金循环回路的工作流体。工作介质在热交换部24a中从热介质接受热能而蒸发。主流路24b和旁通流路24c分别是在管道106的内部形成的流路。在主流路24b配置热交换部24a。旁通流路24c构成为供热介质绕过热交换部24a而流动。在本实施方式中，主流路24b和旁通流路24c由隔壁60隔开。

蒸发器24经由热介质回收从工厂、焚烧炉等设施排出的热能。蒸发器24的构造(尤其是热交换部24a的构造)可以根据热介质的温度、热介质的流量、热介质的物性等条件适当设计。热交换部24a例如具有翅管式热交换器的构造。在热源104是工厂，管道106是工厂的废热路径(排气管道)时，热交换部24a配置于该废热路径。

热交换部24a构成为使热介质与工作流体直接进行热交换。换言之，以不经由二次介质的方式进行热介质与工作流体之间的热交换。这样一来，与经由二次介质进行热交换的情况相比，能够实现高热交换效率。因而，能够提高热发电装置100的发电量。另外，能够谋求热发电装置100的构成部件的简单化。

蒸发器24还具有流量调节机构27。流量调节机构27承担对应该向热交换部24a供给的热介质的流量和应该向旁通流路24c供给的热介质的流量进行调节的作用。根据流量调节机构27，在热发电装置100发生了异常时，能够调整向热交换部24a供给的热介质的流量。换言之，能够使热介质流入旁通流路24c。由此，能够防止在热交换部24a中工作流体被过度加热，进而能够使热发电装置100安全地停止。

流量调节机构27具有对主流路24b中的热介质的流量与旁通流路24c中的热介质的流量的比率阶段性地或连续地进行调节的功能(分配功能)。根据这样的功能，能够根据热源104的状况、所需的发电量等来调节各流路中的热介质的流量。例如，在热源104产生了大量的热时，可以使热介质的一部分流入主流路24b，使热介质的剩余部分流入旁通流路24c。这样一来，能够在防止热交换部24a中的工作流体的过度升温的同时，使热发电装置100稳定地运转。但是，流量调节机构27不是必须具有这样的分配功能。流量调节机构27也可以构成为仅以从使热介质全部流入主流路24b的模式和使热介质全部流入旁通流路24c的模式中选择出的任一模式进行动作。

在本实施方式中，流量调节机构27是调节风门式的调节机构。详细而言，流量调节机构27包括挡板(damper)25和致动器26。流量调节机构27由控制器16进行电控制。挡板25与致动器26联结，通过致动器26来使挡板25动作。致动器26是马达、螺线管等。主流路24b中的热介质的流量与旁通流路24c中的热介质的流量的比率与挡板25的位置相应地设定。例如，在挡板25处于实线所示的位置时，旁通流路24c封闭，热介质全部被导入主流路24b。在挡板25处于虚线所示的位置时，旁通流路24c开放，热介质全部被导入旁通流路24c。

在本实施方式中，流量调节机构27配置于比热交换部24a靠热介质的流动方向上的上游侧。具体而言，在主流路24b与旁通流路24c的分支位置(隔壁60的上游端)配置流量调节机构27。当在这样的位置配置流量调节机构27时，能够切实地使热介质向热交换部24a的供给停止。

在本实施方式中，流量调节机构27通过致动器26来进行工作。致动器26由控制器16控制。根据这样的结构，能够远程使流量调节机构27工作。此外，流量调节机构27的构造没有特别的限定。流量调节机构27也可以是由滑动式、蝶式、双通阀、三通阀实现的流量调节机构。

如图2所示，膨胀机11、冷凝器12以及泵13形成空冷单元110。空冷单元110具有壳体30。在壳体30的内部配置膨胀机11、冷凝器12以及泵13。在空冷单元110设置有连接部14、15。连接部14与蒸发器24的入口(详细而言，热交换部24a的入口)通过配管而连接。连接部15与蒸发器24的出口(详细而言，热交换部24a的出口)通过配管而连接。经由连接部14从空冷单元110向蒸发器24输送工作介质。工作介质在蒸发器24中接受热能而气化。气相状态的工作介质经由连接部15返回到空冷单元110。连接部14、15不是必需的，也可以省略。

膨胀机11从由蒸发器24加热后的工作流体回收动力。详细而言，膨胀机11通过使工作流体膨胀来将工作流体的膨胀能变换为旋转动力。膨胀机11的旋转轴连接有发电机17。膨胀机11驱动发电机17。发电机17将由膨胀机11回收到的动力变换为电力。膨胀机11例如是容积型或涡轮型的膨胀机。作为容积型的膨胀机，可举出涡旋膨胀机、旋转膨胀机、螺杆式膨胀机、往复膨胀机等。涡轮型的膨胀机是所谓的膨胀透平。

作为膨胀机11，推荐容积型的膨胀机。通常，容积型的膨胀机以范围比涡轮型的膨胀机宽的转速发挥高膨胀机效率。例如，也能够在维持高效率的状态下以额定转速的一半以下的转速使容积型的膨胀机运转。也就是说，能够在维持高效率的状态下使发电量降低为额定发电量的一半以下。由于容积型的膨胀机具有这样的特性，所以使用容积型的膨胀机能够在维持高效率的状态下使发电量增减。

在本实施方式中，在膨胀机11的密闭容器中配置有发电机17。也就是说，膨胀机11是全密闭型的膨胀机。但是，膨胀机11也可以是半密闭型或开放型的膨胀机。

冷凝器12对由膨胀机11减压后的工作流体进行冷却而使其冷凝。作为冷凝器12，可以使用利用空气来冷却工作流体的空冷式的热交换器。作为空冷式的热交换器，可举出翅管式热交换器。翅管式热交换器有助于空冷单元110的成本节约和设置面积的减少。冷凝器12的构造根据空冷单元110的设置场所、从热源104向热发电装置100供给的热量等适当决定。在冷凝器12是空冷式的冷凝器时，由于无需冷却水，所以也不需要水配管等附属设备。其结果，能够简化热发电装置100的设置工序，也能够省去维护的工夫。

但是，冷凝器12的形式不限于空冷式。作为冷凝器12，例如也可以使用利用水等液体来冷却工作流体的液冷却式(水冷式)的热交换器。作为这样的热交换器，已知有板式热交换器。在冷凝器12是水冷式的冷凝器时，与冷凝器12是空冷式的冷凝器的情况相比，能够降低冷凝温度。其结果，热发电装置100的发电量提高，可实现高发电效率。

空冷单元110还具备向冷凝器12供给空气的风扇18。风扇18也配置在壳体30中。通过风扇18的作用，能够向冷凝器12供给空气。风扇18例如是螺桨风扇。

泵13吸入由冷凝器12冷却后的工作流体并对其加压，将加压后的工作流体向蒸发器24排出。作为泵13，可以使用通常的容积型或涡轮型的泵。作为容积型的泵，可举出活塞泵、齿轮泵、叶轮泵、旋转泵等。作为涡轮型的泵，可举出离心泵、斜流泵、轴流泵等。

控制器16对流量调节机构27、泵13、发电机17、风扇18等控制对象进行控制。也就是说，控制器16进行热发电装置100整体的控制。作为控制器16，可以使用包括A/D变换电路、输入输出电路、运算电路、存储装置等的DSP(DigitalSignalProcessor：数字信号处理器)。在控制器16中存储有用于使热发电装置100适当运转的程序。

壳体30是收纳膨胀机11、冷凝器12、泵13等构成要素的容器。壳体30例如由金属制成。壳体30例如具有长方体的形状。在壳体30的彼此相对的1组侧面分别形成有用于将空气导入壳体30的内部空间的开口和用于将空气从壳体30的内部空间排出的开口。

空冷单元110还具备分隔件19和分隔件20。壳体30的内部空间由分隔件19和分隔件20分隔成膨胀机收纳部32、冷凝器收纳部37以及泵收纳部38。若将膨胀机收纳部32的温度、冷凝器收纳部37的温度以及泵收纳部38的温度相互进行比较，则膨胀机收纳部32的温度最高。膨胀机收纳部32的温度例如会上升至200℃。由于通过分隔件19和分隔件20减少了来自膨胀机11的传热，所以冷凝器收纳部37的温度和泵收纳部38的温度比膨胀机收纳部32的温度低数10℃。

热发电装置100还具备用于掌握热发电装置100的运转状态的检测器33。从检测器33向控制器16输入检测信号。在检测器33的检测结果超过了预先设定的阈值时，控制器16检测出热发电装置100的异常。然后，控制器16控制流量调节机构27，以使热介质向热交换部24a的供给减少或停止。根据这样的结构，能够以在热交换部24a中工作流体的温度不会超过热分解温度的方式使热发电装置100运转。另外，在工作流体的温度超过了或者要超过热分解温度的情况下，可以立即控制流量调节机构27来将热介质导入旁通流路24c，防止在热交换部24a中工作流体热分解。

检测器33例如包括检测膨胀机11的入口(或者热交换部24a的出口)处的工作流体的温度的检测器。也就是说，检测器33可以是温度传感器。膨胀机11的入口处的工作流体的温度表示热发电装置100中最高的温度。因此，若在该位置检测工作流体的温度，则能够切实地防止工作流体的热分解。若使用包括温度传感器的检测器33，则能够监视热发电装置100的举动而切实地检测出热发电装置100的异常。另外，包括温度传感器的检测器33简易且廉价。在检测器33包括温度传感器的情况下，上述阈值(阈值温度)例如可以设定为比工作流体的热分解温度低50℃左右的温度。

另外，热交换装置100也可以具备检测器34作为用于掌握热发电装置100的运转状态的检测器。检测器34检测膨胀机11的入口处的工作流体的压力。也就是说，检测器34可以是压力传感器。在膨胀机11的入口处的工作流体的压力超过了阈值时，判断为热发电装置100发生了异常。控制器16控制流量调节机构27，以使热介质向热交换部24a的供给减少或停止。阈值(阈值压力)根据工作流体的种类等适当设定。若使用包括压力传感器的检测器34，则能够监视热发电装置100的举动而切实地检测热发电装置100的异常。

另外，热交换装置100也可以具备检测器34和检测器35作为用于掌握热发电装置100的运转状态的检测器。检测器34检测膨胀机11的入口处的工作流体的压力。检测器35检测膨胀机11的出口处的工作流体的压力。也就是说，检测器34、35可以是压力传感器。通过检测器34、35，能够确定膨胀机11的入口处的工作流体的压力与膨胀机11的出口处的工作流体的压力之差。在压力差超过了预先设定的阈值时，控制器16控制流量调节机构27以使热介质向热交换部24a的供给减少或停止。若使用检测器34、35，则能够监视热发电装置100的举动而切实地检测热发电装置100的异常。

另外，热交换装置100也可以具备检测器36作为用于掌握热发电装置100的运转状态的检测器。检测器36检测由发电机17发出的电力的大小。也就是说，检测器36可以是电力计。在发出的电力的大小超过了预先设定的阈值时，控制器16控制流量调节机构27以使热介质向热交换部24a的供给减少或停止。由于发出的电力是响应性优异的参数，所以利用检测器36能够迅速地检测出热发电装置100的异常。

可以使用从上述检测器33、检测器34、检测器34与检测器35的组合以及检测器36中选择出的至少一方，监视热发电装置100的举动来检测热发电装置100的异常。

作为热发电装置100中的异常，例如可举出工作流体因泵的故障而无法循环、伴随于变换器的故障而无法对膨胀机11进行旋转控制、由空冷单元110的风扇18的故障引起的冷凝不足等。在发生了这样的异常时，若从热源104向热交换部24a持续供给高温的热介质、特别是超过工作流体的热分解温度的温度的热介质而使得热交换部24a持续暴露于热介质，则工作流体有可能会热分解。在本实施方式中，在检测到热发电装置100的异常的情况下，控制流量调节机构27，以保护热交换部24a免受热的影响。由此，能够避免热交换部24a的工作流体的过度升温，抑制工作流体的热分解。

接着，对能够在热发电装置100中使用的空冷单元的几个变形例进行说明。

(变形例1)

如图3所示，变形例1的空冷单元112除了参照图2说明的空冷单元110的结构之外，还具备再热器21(reheater)、膨胀机旁通流路22以及阀23。再热器21、膨胀机旁通流路22以及阀23收纳于壳体30。膨胀机旁通流路22构成为供工作流体绕过膨胀机11而流动。具体而言，膨胀机旁通流路22是通过在膨胀机11的外部将使工作流体流入膨胀机11的流路50与从膨胀机11排出的工作流体流过的流路52连接来绕过膨胀机11的流路。即，膨胀机旁通流路22是能够使得工作流体不经由膨胀机11而流入再热器21的流路。在空冷单元112不具有再热器21的情况下，工作流体能够经由膨胀机旁通流路22被供给到冷凝器12。阀23配置于膨胀机旁通流路22。阀23对膨胀机旁通流路22中的工作流体的流量进行调节。阀23既可以是流量调节阀，也可以是通断阀。

再热器21形成用于将从膨胀机11排出的工作流体供给到冷凝器12的流路52的一部分。另外，再热器21形成用于将从泵13排出的工作流体供给到蒸发器24的流路51的一部分。在再热器21中，在应该从膨胀机11向冷凝器12供给的工作流体与应该从泵13向蒸发器24供给的工作流体之间进行热交换。从膨胀机11排出的工作流体的温度例如为100～150℃。在再热器21中，能够将从膨胀机11排出的工作流体的热能传递给从泵13排出的工作流体。由此，能够减少冷凝器12所需的冷却能和蒸发器24所需的加热能。其结果，能够使冷凝器12和蒸发器24小型化。

在本实施方式中，再热器21配置于膨胀机收纳部32。当在膨胀机收纳部32配置再热器21时，能够通过再热器21直接回收膨胀机收纳部32的热，或者通过连接于再热器21的配管来回收回收膨胀机收纳部32的热。从泵13排出的工作流体的温度低，例如为20～50℃。从膨胀机11排出的工作流体的温度例如为100～150℃。从泵13排出的工作流体的温度比从膨胀机11排出的工作流体的温度低。另外，从再热器21流出的工作流体的温度也比从膨胀机11排出的工作流体的温度低。因此，从膨胀机11放出的热能可由再热器21回收到热发电装置100。

膨胀机旁通流路22和阀23也配置于膨胀机收纳部32。阀23的上游侧的膨胀机旁通流路22中的工作流体的温度与膨胀机11的入口处的工作流体的温度大致相等，例如为200℃。当膨胀机旁通流路22和阀23配置于膨胀机收纳部32时，能够抑制从处于膨胀机旁通流路22的上游部分的高温的工作流体向冷凝器12、泵13等低温的构成要素的传热。

当如本实施方式这样在1个围出的空间(膨胀机收纳部32)配置膨胀机11、再热器21、膨胀机旁通流路22以及阀23时，无需用隔热材料独立地覆盖这些构成要素。也可以通过用隔热材料40围住膨胀机收纳部32来对膨胀机收纳部32进行隔热。其结果，能够简化空冷单元112的制造工序。当然，也可以用隔热材料独立地对膨胀机11、再热器21、膨胀机旁通流路22以及阀23进行隔热。

另外，在本变形例中，控制器16配置于泵收纳部38。泵收纳部38是具有比膨胀机收纳部32的温度低数10℃的温度的空间，对于控制器16来说是有用的环境。当控制器16配置于泵收纳部38时，能够抑制控制器16的温度过度上升。

另外，当控制器16配置于泵收纳部38时，能够利用泵13的出口的工作流体来冷却控制器16。通常，控制器16搭载有控制用的电子电路。由于电子电路会产生热，所以需要对控制器16进行冷却。另外，也可以利用空气来冷却控制器16。另一方面，也可以如本实施方式这样利用从泵13排出的工作流体来冷却控制器16。虽然依赖于周围环境和热发电装置100的运转条件，但泵13的出口的工作流体处于液相状态，例如具有20～50℃的温度。这样的工作流体在控制器16的冷却中是有用的。具体而言，通过使连接于泵13的出口的流路51(配管)的一部分(流路51a)与控制器16(控制器16的发热部)接触，能够冷却控制器16。由此，能够抑制控制器16的温度过度上升。

在本实施方式中，用于将膨胀机11与蒸发器24连接的流路50(第1流路)经由膨胀机收纳部32延伸到壳体30的外部。用于将蒸发器24与流路50连接的连接部15位于壳体30的外部。另外，用于将泵13与蒸发器24连接的流路51(第2流路)的一部分(流路51b)经由膨胀机收纳部32延伸到壳体30的外部。用于将蒸发器24与流路51连接的连接部14位于壳体30的外部。连接部14和连接部15例如安装于壳体30的形成膨胀机收纳部32的部分。根据这样的结构，能够将温度较高的工作流体流过的流路50和流路51b(配管)收纳于膨胀机收纳部32。其结果，能够减少向用于冷凝器12的风路和泵13波及的传热。

阀23优选是能够变更开度的阀。通过变更阀23的开度，能够调节绕过膨胀机11的工作流体的流量。例如，在热发电装置100的起动时和停止时这样的蒸发器24的出口处的工作流体的状态过渡地变化而循环处于不稳定的状态时，执行打开阀23的控制。但是，打开阀23的时期不限于过渡期。在可以在蒸发器24的出口处的工作流体的状态处于稳定状态时执行打开阀23的控制。

另外，控制器16在检测到热发电装置100的异常时进行打开阀23的控制，以使工作流体流入膨胀机旁通流路22。由此，能够使工作流体流入膨胀机旁通流路22。其结果，能够抑制过多的工作流体流入膨胀机11，使热发电装置100安全地停止。

(变形例2)

如图4所示，本变形例的空冷单元114除了变形例1的空冷单元112的结构之外，还具备追加的膨胀机旁通流路29和第2阀28。即，追加的膨胀机旁通流路29是与膨胀机旁通流路22并列地排列、且能够使得工作流体不经由膨胀机11地流入再热器21的流路。第2阀28例如是安全阀。详细而言，在膨胀机11的入口处的压力与膨胀机11的出口处的压力之差超过了阈值的情况下，即，在热发电装置100发生了异常的情况下，第2阀28打开。根据这样的结构，能够在热发电装置100的异常时抑制热发电装置100中的内部压力的上升。另外，第2阀28作为基于预先设定的阈值压力而以无动力的方式机械地进行开闭的安全阀发挥功能。因而，即使在停电时等无法得到电力的状况下，第2阀28也能切实地发挥功能，能够使热发电装置100更安全地停止。

(实施方式2)

如图5所示，实施方式2的热发电装置101除了实施方式1的热发电装置100的结构之外，还具备第2流量调节机构67。第2流量调节机构67例如包含于蒸发器24。

在本实施方式中，第2流量调节机构67配置于比热交换部24a靠热介质的流动方向上的下游侧。具体而言，在主流路24b与旁通流路24c的合流位置(隔壁60的下游端)配置第2流量调节机构67。当除了在实施方式1中说明的流量调节机构27(第1流量调节机构27)之外还设置有第2流量调节机构67时，能够防止热介质从下游侧向热交换部24a逆流。其结果，能够抑制热不必要地进入热交换部24a。若关闭第1流量调节机构27和第2流量调节机构67、即控制第1流量调节机构27和第2流量调节机构67以阻止热介质进入主流路24b，则能够进行包括拆卸热交换部24a的维护。

与第1流量调节机构27同样，第2流量调节机构67的构造也没有特别的限定。在本实施方式中，第2流量调节机构67包括挡板65和致动器66。第2流量调节机构67也由控制器16进行电控制。挡板65与致动器67联结，通过致动器67来使挡板66动作。

(实施方式3)

如图6所示，在本实施方式的热发电装置102中，旁通流路24c由旁通配管形成。从热源104通过配管107向热发电装置102供给热介质。在热交换部24a中，工作流体从在主流路24b中流动的热介质接受热。热交换部24a例如具有壳管式热交换器、双重管式热交换器等的构造。

在本实施方式中，在主流路24b与旁通流路24c的分支位置配置有流量调节机构77。流量调节机构77例如是三通阀。但是，流量调节机构77也可以包括流量调节阀。在该情况下，流量调节机构77具有在之前的实施方式中说明的分配功能。另外，为了防止热介质从下游侧向热交换部24a逆流，在热交换部24a的下游侧配置有作为第2流量调节机构87的通断阀。详细而言，在比主流路24b与旁通流路24c的合流位置靠上游侧的主流路24b配置有通断阀。

(其他)

蒸发器24不是必须包含旁通流路24c。同样，蒸发器24也不是必须包含流量调节机构27、67、77、87。它们也可以与蒸发器24相独立地设置。

另外，控制器16不限于DSP，只要具有控制功能即可。作为一例，控制器16具备运算处理部(未图示)和存储控制程序的存储部(未图示)。作为运算处理部，可例示MPU和CPU。作为存储部，可例示存储器。控制程序经由运算处理部来进行流量调节机构27、泵13、发电机17、风扇18等的控制。控制器16既可以由进行集中控制的单个控制器构成，也可以由彼此协动而进行分散控制的多个控制器构成。

Claims (13)

1.一种热发电装置，具备：

蒸发器，其具有使从热源供给的热介质与工作流体进行热交换的热交换部；

膨胀机，其从由所述蒸发器加热后的所述工作流体回收动力；

发电机，其将由所述膨胀机回收到的动力变换为电力；

冷凝器，其对由所述膨胀机减压后的所述工作流体进行冷却；以及

泵，其吸入由所述冷凝器冷却后的所述工作流体并向所述蒸发器排出，

所述工作流体是有机工作流体，

所述蒸发器还具有：旁通流路，其供所述热介质绕过所述热交换部而流动；和流量调节机构，其对应该向所述热交换部供给的所述热介质的流量和应该向所述旁通流路供给的所述热介质的流量进行调节。

2.根据权利要求1所述的热发电装置，

所述流量调节机构配置于比所述热交换部靠所述热介质的流动方向上的上游侧。

3.根据权利要求1或2所述的热发电装置，

所述蒸发器还具有第2流量调节机构，该第2流量调节机构配置于比所述热交换部靠所述热介质的流动方向上的下游侧。

4.根据权利要求1所述的热发电装置，还具备：

检测器，其用于掌握所述热发电装置的运转状态；和

流量控制器，其控制所述流量调节机构，

所述流量控制器，在所述检测器的检测结果超过了预先设定的阈值时，控制所述流量调节机构来使所述热介质向所述热交换部的供给减少或停止。

5.根据权利要求4所述的热发电装置，

所述检测器检测所述膨胀机的入口处的所述工作流体的压力、或者所述膨胀机的入口处的所述工作流体的压力与所述膨胀机的出口处的所述工作流体的压力之差。

6.根据权利要求4所述的热发电装置，

所述检测器检测所述膨胀机的入口处的所述工作流体的温度。

7.根据权利要求4所述的热发电装置，

所述检测器检测由所述发电机发出的电力的大小。

8.根据权利要求1所述的热发电装置，

所述热发电装置还具有：

膨胀机旁通流路，其供所述工作流体绕过所述膨胀机而流动；

阀，其配置于所述膨胀机旁通流路；以及

控制器，其控制所述阀，

所述控制器，在检测到所述热发电装置的异常时，打开所述阀来使所述工作流体流入所述膨胀机旁通流路。

9.根据权利要求1所述的热发电装置，

所述热发电装置还具有：

膨胀机旁通流路，其供所述工作流体绕过所述膨胀机而流动；和

阀，其配置于所述膨胀机旁通流路，

所述阀在所述热发电装置异常时打开。

10.根据权利要求1所述的热发电装置，

所述热交换部中，所述热介质与所述工作流体直接进行热交换。

11.根据权利要求1所述的热发电装置，

所述冷凝器利用空气来冷却所述工作流体。

12.根据权利要求1所述的热发电装置，

所述冷凝器利用水来冷却所述工作流体。

13.根据权利要求1所述的热发电装置，

所述蒸发器能够供温度比所述工作流体的热分解温度高的所述热介质流入。