JP2014114703A - Waste heat power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、廃熱発電装置に関し、特にバイナリー発電を行う廃熱発電装置に関するものである。 The present invention relates to a waste heat power generation apparatus, and more particularly to a waste heat power generation apparatus that performs binary power generation.
従来から工場や焼却施設等で放出される廃熱エネルギーを回収して発電が行われており、この発電によって得られた電気エネルギーが再利用されることで省エネルギーが図られているが、近年では、従来殆ど回収されていなかった低温廃熱の廃熱エネルギーをも回収して発電を行うことで、更なる省エネルギーを実現させる取り組みが行われている。このような低温廃熱から電気エネルギーを回収するために、低沸点作動媒体を用いたランキンサイクルの廃熱発電装置が提案されている(例えば特許文献1)。 Conventionally, power generation has been carried out by recovering waste heat energy released in factories and incineration facilities, etc., and energy saving has been achieved by reusing electrical energy obtained by this power generation. In addition, efforts have been made to realize further energy saving by recovering waste heat energy of low-temperature waste heat that has hardly been recovered in the past and generating power. In order to recover electric energy from such low-temperature waste heat, a Rankine cycle waste heat power generation apparatus using a low-boiling working medium has been proposed (for example, Patent Document 1).
特許文献1には、外部から供給される廃熱媒体(加熱媒体)と作動媒体との間で熱交換を行う熱交換器(蒸発器、予熱器)と、該熱交換器からの作動媒体の供給により発電を行うタービン発電機と、該タービン発電機から排出された作動媒体を凝縮する凝縮器と、該凝縮器で凝縮された作動媒体を熱交換器に向けて送出するポンプと、を備える廃熱発電装置(排熱回収タービン装置)が開示されている。 Patent Document 1 discloses a heat exchanger (evaporator, preheater) that exchanges heat between a waste heat medium (heating medium) supplied from the outside and a working medium, and a working medium from the heat exchanger. A turbine generator that generates electric power by supply; a condenser that condenses the working medium discharged from the turbine generator; and a pump that sends the working medium condensed by the condenser toward a heat exchanger. A waste heat power generation apparatus (exhaust heat recovery turbine apparatus) is disclosed.
ところで、上記廃熱発電装置では、運転前はシステム内部が冷えているため、本格的な運転の前には先ず暖機運転をする必要がある。通常、この暖機運転においては、ポンプ(循環ポンプ)を駆動させ、冷えて溜められていた液状の作動媒体を熱交換器に向けて送出し、熱交換器の中で作動媒体を徐々に蒸発させてシステム内部を暖めている。そのため、従来では、廃熱発電をする前にポンプを駆動するための電気を使用する必要があった。 By the way, in the waste heat power generation apparatus, since the inside of the system is cooled before operation, it is necessary to first perform warm-up operation before full-scale operation. Normally, in this warm-up operation, the pump (circulation pump) is driven, the liquid working medium that has been cooled and stored is sent to the heat exchanger, and the working medium is gradually evaporated in the heat exchanger. To warm the inside of the system. Therefore, conventionally, it has been necessary to use electricity for driving the pump before waste heat power generation.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、暖気運転の際の電気使用を抑えることのできる廃熱発電装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a waste heat power generation apparatus that can suppress the use of electricity during warm-up operation.
上記の課題を解決するために、本発明は、作動媒体と外部から供給される廃熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器からの前記作動媒体の供給により発電を行うタービン発電機と、前記タービン発電機から排出された前記作動媒体を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された前記作動媒体を前記熱交換器に向けて送出するポンプと、前記ポンプが停止している状態において、液状の前記作動媒体を前記熱交換器の中に滞留させる滞留手段と、を有する、廃熱発電装置を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、暖機運転の際に、滞留手段によって熱交換器の中に予め溜まっている作動媒体を蒸発させてシステム内部を暖めることが可能となる。このため、暖機運転の際にポンプを駆動することがなく、電気を使用しないようにすることができ、また、仮に熱交換器の中に溜まっている作動媒体だけでは暖機が十分でなかった場合でも暖機運転の際のポンプの駆動時間を短くできるため、電気使用を抑えることができる。
In order to solve the above problems, the present invention provides a heat exchanger for exchanging heat between a working medium and a waste heat medium supplied from outside, and generating power by supplying the working medium from the heat exchanger. A condenser for condensing the working medium discharged from the turbine generator, a pump for sending the working medium condensed in the condenser toward the heat exchanger, and the pump The waste heat power generation apparatus having a staying means for staying the liquid working medium in the heat exchanger is employed.
By adopting this configuration, in the present invention, it is possible to warm the inside of the system by evaporating the working medium accumulated in the heat exchanger by the staying means during the warm-up operation. For this reason, the pump is not driven during the warm-up operation, so that electricity can be prevented from being used, and the warm-up is not sufficient only with the working medium accumulated in the heat exchanger. In this case, the pump drive time during the warm-up operation can be shortened, so that the use of electricity can be suppressed.
また、本発明においては、前記滞留手段として、前記熱交換器の底部に設けられた前記廃熱媒体の供給口及び排出口の少なくともいずれか一方と、前記熱交換器において、前記熱交換器の底部に設けられた前記廃熱媒体の供給口及び排出口の少なくともいずれか一方よりも、上方に設けられた前記作動媒体の供給口及び排出口と、を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、熱交換器の底部に廃熱媒体の供給口及び排出口の少なくともいずれか一方を設けることで、ポンプが停止している状態において廃熱媒体については熱交換器の底部から自重により自然排出させる一方で、作動媒体の供給口及び排出口については共に熱交換器において上方に設けることで、ポンプが停止している状態において熱交換器の中に液状の作動媒体を滞留させることができる。作動媒体は一般に凝固点が低く冬場等において凍結等することがない一方で、廃熱媒体(例えば温水)は冬場等において凍結しその体積膨張によって熱交換器の破損等が懸念され得るため、この構成によれば熱交換器の中に廃熱媒体を溜めずに作動媒体を溜めることができる。
In the present invention, as the staying means, at least one of the supply port and the discharge port of the waste heat medium provided at the bottom of the heat exchanger, and the heat exchanger, the heat exchanger A configuration is adopted in which the working medium supply port and the discharge port are provided above the at least one of the waste heat medium supply port and the discharge port provided at the bottom.
By adopting this configuration, in the present invention, by providing at least one of a waste heat medium supply port and a discharge port at the bottom of the heat exchanger, the waste heat medium in a state where the pump is stopped. While the natural heat is discharged from the bottom of the heat exchanger by its own weight, both the supply port and the discharge port of the working medium are provided above the heat exchanger, so that the liquid is liquid in the heat exchanger when the pump is stopped. The working medium can be retained. Since the working medium generally has a low freezing point and does not freeze in the winter, etc., the waste heat medium (for example, hot water) freezes in the winter, etc., and its volume expansion may cause damage to the heat exchanger. Therefore, the working medium can be stored without storing the waste heat medium in the heat exchanger.
また、本発明においては、前記熱交換器は、プレート式の熱交換器である、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、プレート式の熱交換器のその内部構造により、廃熱媒体の排出と作動媒体の貯溜とを容易に行わせることができる。
Moreover, in this invention, the structure that the said heat exchanger is a plate-type heat exchanger is employ | adopted.
By adopting this configuration, in the present invention, the waste heat medium can be easily discharged and the working medium can be stored by the internal structure of the plate heat exchanger.
また、本発明においては、前記ポンプの上流側において前記凝縮器で凝縮された前記作動媒体を貯溜するリザーバタンクを有し、前記滞留手段は、前記リザーバタンクにおける水頭圧によって前記作動媒体を前記熱交換器の中に滞留させる、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、例えば熱交換器とリザーバタンクの設置高さを合わせることによって、ポンプが停止している状態であっても、リザーバタンクにおける水頭圧によって作動媒体を熱交換器の中に滞留させることができ、熱交換器側において作動媒体を溜めるための工夫をする必要性をなくすことができる。
Further, in the present invention, it has a reservoir tank for storing the working medium condensed by the condenser on the upstream side of the pump, and the retention means causes the working medium to be heated by the water head pressure in the reservoir tank. A configuration is adopted in which it is retained in the exchanger.
By adopting this configuration, in the present invention, the working medium is heated by the water head pressure in the reservoir tank even when the pump is stopped, for example, by matching the installation height of the heat exchanger and the reservoir tank. It can be made to stay in an exchanger, and the necessity for devising for accumulating a working medium in the heat exchanger side can be eliminated.
また、本発明においては、前記ポンプは、ターボ式のポンプである、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ターボ式のポンプであればリザーバタンクにおける水頭圧によっても羽根車が回転するので作動媒体を熱交換器の中に滞留させ易くすることができる。
In the present invention, a configuration is adopted in which the pump is a turbo pump.
By adopting this configuration, in the present invention, in the case of a turbo pump, the impeller rotates due to the water head pressure in the reservoir tank, so that the working medium can be easily retained in the heat exchanger.
また、本発明においては、前記熱交換器は、前記作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器の上流側で前記作動媒体を予熱する予熱器とであって、前記滞留手段は、前記作動媒体を前記予熱器の中に滞留させる、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、予熱器の中に予め溜まっている作動媒体を蒸発させてシステム内部を暖めることが可能となる。
In the present invention, the heat exchanger is an evaporator that evaporates the working medium, and a preheater that preheats the working medium on the upstream side of the evaporator, and the staying means is the operation unit. A configuration is adopted in which the medium is retained in the preheater.
By adopting this configuration, in the present invention, it is possible to warm the inside of the system by evaporating the working medium accumulated in advance in the preheater.
また、本発明においては、前記熱交換器は、前記作動媒体を蒸発させる蒸発器であって、前記滞留手段は、前記作動媒体を前記蒸発器の中に滞留させる、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、蒸発器の中に予め溜まっている作動媒体を蒸発させてシステム内部を暖めることが可能となる。
In the present invention, the heat exchanger is an evaporator that evaporates the working medium, and the staying means retains the working medium in the evaporator.
By adopting this configuration, in the present invention, it is possible to warm the system interior by evaporating the working medium accumulated in advance in the evaporator.
本発明によれば、暖気運転の際の電気使用を抑えることのできる廃熱発電装置が得られる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the waste heat power generator which can suppress the use of electricity at the time of warm-up operation is obtained.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態における廃熱発電装置Gの構成図である。なお、図1においてドットパターンが付された領域は、液状の作動媒体を模式的に表している。
図1に示す通り、本実施形態の廃熱発電装置Gは、蒸発器(熱交換器)1a、予熱器(熱交換器)1b、膨張タービン発電機2(タービン発電機)、凝縮器3、リザーバタンク4(貯蔵装置)、ポンプ5を備えるランキンサイクルを利用した発電装置であり、工場や焼却施設等から放出される低温廃熱(本実施形態では温水、以下、熱源と称する場合がある)の廃熱エネルギーを用いて発電を行う。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of a waste heat power generation apparatus G in the first embodiment of the present invention. In addition, the area | region to which the dot pattern was attached | subjected in FIG. 1 represents the liquid working medium typically.
As shown in FIG. 1, the waste heat power generation apparatus G of this embodiment includes an evaporator (heat exchanger) 1a, a preheater (heat exchanger) 1b, an expansion turbine generator 2 (turbine generator), a condenser 3, A power generation device using a Rankine cycle including a reservoir tank 4 (storage device) and a pump 5, and low-temperature waste heat released from a factory, an incineration facility, or the like (in this embodiment, hot water, hereinafter may be referred to as a heat source) Power is generated using the waste heat energy.
蒸発器1aは、工場等から放出される低温廃熱を回収して作動媒体の蒸気を生成するものである。蒸発器1aは、熱源との間の熱交換によって作動媒体を気化させる一種の熱交換器である。この蒸発器1aでは、熱源(例えば温水)が流通する流路と作動媒体が流通する流路とが隣接するように設けられており、高温側である熱源の熱が低温側である作動媒体に効率良く伝導する。このような蒸発器1aは、予熱器1bから供給された液体状態の作動媒体を気化させ、気化状態の作動媒体を膨張タービン発電機2に供給する。
The evaporator 1a collects low-temperature waste heat released from a factory or the like to generate steam as a working medium. The evaporator 1a is a kind of heat exchanger that vaporizes a working medium by heat exchange with a heat source. In this evaporator 1a, the flow path through which the heat source (for example, hot water) circulates and the flow path through which the working medium circulates so that the heat of the heat source on the high temperature side is the working medium on the low temperature side. Conduct efficiently. Such an evaporator 1a vaporizes the liquid working medium supplied from the
予熱器1bは、工場等から放出される低温廃熱を回収して作動媒体を予熱するものである。予熱器1bは、熱源との間の熱交換によって蒸発器1aの上流側で液状の作動媒体を予熱する一種の熱交換器である。この予熱器1bでは、蒸発器1aを流通した熱源(温水)が流通する流路と作動媒体が流通する流路とが隣接するように設けられており、高温側である熱源の熱が低温側である作動媒体に効率良く伝導する。このような予熱器1bは、ポンプ5から供給された液体状態の作動媒体を予熱し、蒸発器1aに供給する。
The
本実施形態の作動媒体としては、沸点(大気圧条件下における沸点)が35℃程度の媒体を用い、且つ運転中の装置内部の圧力が最大で1MPa(G)(ゲージ圧で1MPa)以下であるのが望ましい。その理由は、例えば約100℃以下の低温廃熱の廃熱エネルギーを利用した発電を可能とすべく低温廃熱から蒸気の生成を可能にするとともに、装置全体の圧力を低く抑えることで膨張タービン発電機2の内部圧力を低く抑えるためである。 As the working medium of this embodiment, a medium having a boiling point (boiling point under atmospheric pressure) of about 35 ° C. and the pressure inside the apparatus during operation is at most 1 MPa (G) (1 MPa in gauge pressure) or less. It is desirable. The reason for this is that, for example, steam can be generated from low-temperature waste heat to enable power generation using waste heat energy of low-temperature waste heat of about 100 ° C. or less, and the expansion turbine is kept low by keeping the pressure of the entire apparatus low. This is to keep the internal pressure of the generator 2 low.
膨張タービン発電機2の内部圧力が低く抑えられると、膨張タービン発電機2のケーシングや蒸発器1a及び凝縮器3にも高い圧力がかからないため、安全でかつコストを低く抑えて製造することも可能となるという相乗的な効果も得られる。ここで、上記の作動媒体としては、ハイドロフルオロエーテル(HFE)、フルオロカーボン、フルオロケトン、パーフルオロポリエーテル等を用いることができる。 If the internal pressure of the expansion turbine generator 2 is kept low, the casing of the expansion turbine generator 2, the evaporator 1a, and the condenser 3 are not subjected to high pressure. A synergistic effect is also obtained. Here, hydrofluoroether (HFE), fluorocarbon, fluoroketone, perfluoropolyether, or the like can be used as the working medium.
また、ハイドロフルオロエーテル(HFE)としては、例えば、C3F7OCH3(HFE7000、沸点34℃、凝固点−123℃)、C4F9OCH3(HFE7100、沸点61℃、凝固点−135℃)及びC4F9OC2H5(HFE7200、沸点76℃、凝固点−138℃)等を用いることが好ましい。これらは、沸点が低く、また、凝固点も年間を通して想定され得る気温よりも十分に低いため、冬場等においても凍結等することがない。 Examples of the hydrofluoroether (HFE) include C 3 F 7 OCH 3 (HFE 7000, boiling point 34 ° C., freezing point −123 ° C.), C 4 F 9 OCH 3 (HFE 7100, boiling point 61 ° C., freezing point −135 ° C.). And C 4 F 9 OC 2 H 5 (HFE7200, boiling point 76 ° C., freezing point −138 ° C.) or the like is preferably used. Since these have a low boiling point and a freezing point that is sufficiently lower than the temperature that can be assumed throughout the year, they do not freeze in winter.
膨張タービン発電機2は、このような蒸発器1aから供給された気化状態の作動媒体を用いて三相交流電力を発電する。この膨張タービン発電機2は、図示するようにタービン2a、発電機2bを備えている。タービン2aは、蒸発器1aから供給される作動媒体によって駆動される回転機械である。すなわち、このタービン2aは、作動媒体を蒸発器1aから受け入れる受入口と、作動媒体を凝縮器3に排出する排出口と、軸(タービン軸)が発電機2bと結合するタービンインペラ等を備えるものであり、蒸発器1aからの作動媒体の供給によってタービンインペラを回転させる。
The expansion turbine generator 2 generates three-phase AC power using the vaporized working medium supplied from the evaporator 1a. The expansion turbine generator 2 includes a
発電機2bは、タービン2aの回転動力によって駆動されて三相交流電力を発電する回転機械である。すなわち、この発電機2bは、タービン2aのタービン軸と軸結合すると共に略円筒状のロータ(界磁)と、当該ロータの外周に円環状に備えられたステータ(電機子巻線)等から構成されている。このような発電機2bは、ロータ(界磁)がタービン2aによって回転駆動されることによって、ステータ(電機子巻線)に起電力が発生する。なお、この発電機2bが出力する三相交流電力は、不図示の電源回生コンバータによって商用電力(系統電力)の仕様に適合した三相交流電力に変換する。
The
凝縮器3は、膨張タービン発電機2を介した後の蒸気を冷却水等の冷却媒体にて冷却して凝縮させるものである。凝縮器3は、冷却水との間の熱交換によって作動媒体を凝縮(液体化)させる一種の熱交換器である。このような凝縮器3は、作動媒体を液体状態にしたものをリザーバタンク4に供給する。リザーバタンク4は、凝縮器3で凝縮された作動媒体を一時的に蓄えるタンクである。ポンプ5は、凝縮器3で凝縮されてリザーバタンク4に一時的に蓄えられた作動媒体を加圧して蒸発器1aに向けて送出する。なお、このポンプ5は、例えば電動機によって回転駆動される。 The condenser 3 cools and condenses the steam after passing through the expansion turbine generator 2 with a cooling medium such as cooling water. The condenser 3 is a kind of heat exchanger that condenses (liquefies) a working medium by heat exchange with cooling water. Such a condenser 3 supplies the reservoir tank 4 with the working medium in a liquid state. The reservoir tank 4 is a tank that temporarily stores the working medium condensed by the condenser 3. The pump 5 pressurizes the working medium condensed in the condenser 3 and temporarily stored in the reservoir tank 4 and sends it out toward the evaporator 1a. The pump 5 is rotationally driven by, for example, an electric motor.
上記構成の廃熱発電装置Gは、ポンプ5が停止している状態において、液状の作動媒体を予熱器1bの中に滞留させる滞留手段10を有する。以下、この滞留手段10の構成について、図2を参照して説明する。
図2は、本発明の第1実施形態における予熱器1bの構造を模式的に示す斜視図である。なお、図2において、破線は作動媒体の流れを示し、実線は廃熱媒体(温水)の流れを示す。
The waste heat power generation apparatus G having the above-described configuration includes the retention means 10 that retains the liquid working medium in the
FIG. 2 is a perspective view schematically showing the structure of the
図2に示すように、本実施形態の予熱器1bは、プレート式の熱交換器である。予熱器1bの筐体内部には、複数のプレート11が所定の間隔をあけて複数平行に配列されている。複数のプレート11は縦姿勢で配置され、隣り合うプレート11同士は例えばロウ付け等で固定され、間隔を一定に保持している。また、予熱器1bの筐体内部においては、この複数のプレート11によって形成される流路に対し、作動媒体及び廃熱媒体が交互に流れるように配管されている。このため予熱器1bでは、このプレート11を挟んで作動媒体と廃熱媒体とが熱交換することにより、液状の作動媒体が予熱されるようになっている。
As shown in FIG. 2, the
本実施形態では、上記構成の予熱器1bに液状の作動媒体を滞留させる滞留手段10として、予熱器1bの底部に設けられた廃熱媒体の供給口12a及び排出口12bの少なくともいずれか一方と、予熱器1bにおいて、予熱器1bの底部に設けられた廃熱媒体の供給口12a及び排出口12bの少なくともいずれか一方よりも、上方に設けられた作動媒体の供給口13a及び排出口13bと、を有する。なお、廃熱発電システムの稼動時には、供給口12aを介して廃熱媒体が供給され、排出口12bを介して廃熱媒体が排出される。また、供給口13aを介して作動媒体が供給され、排出口13bを介して作動媒体が排出される。
In the present embodiment, as the retention means 10 for retaining the liquid working medium in the
本実施形態では、廃熱媒体の供給口12a及び排出口12bの両方が、予熱器1bの底部に設けられている。このため、廃熱発電システムが停止し、廃熱媒体の供給が途絶えた際には、予熱器1bの底部に設けられた供給口12a及び排出口12bの両方から廃熱媒体を自重により自然排出させることができるようになっている。なお、本実施形態では、廃熱媒体の供給口12a及び排出口12bが予熱器1bの底部として、筐体側面の下端部分に設けられているが、筐体底面に設ける構成であってもよい。
In the present embodiment, both the waste heat
また、本実施形態では、作動媒体の供給口13a及び排出口13bの両方が、予熱器1bにおいて底部に設けられた廃熱媒体の供給口12a及び排出口12bよりも上方に設けられている。このため、廃熱発電システムが停止し、作動媒体の供給が途絶えた際には、作動媒体については予熱器1bの中から全て自然排出されることなく、予熱器1bの中に少なくとも一部の液状の作動媒体を滞留させることができる。なお、本実施形態では、作動媒体の供給口13a及び排出口13bが、筐体側面の上端部分に設けられているが、筐体天面に設ける構成であってもよい。
In the present embodiment, both the
次に、このように構成された廃熱発電装置Gの動作について説明する。 Next, the operation of the waste heat power generation apparatus G configured as described above will be described.
最初に、廃熱発電装置Gの発電動作(主動作)について説明すると、本実施形態の廃熱発電装置Gでは、図1に示すように、作動媒体が予熱器1b→蒸発器1a→膨張タービン発電機2→凝縮器3→リザーバタンク4→ポンプ5→予熱器1bの順で循環しつつ作動媒体が液体と気体に状態変化することによって膨張タービン発電機2における発電が行われる。
First, the power generation operation (main operation) of the waste heat power generator G will be described. In the waste heat power generator G of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the working medium is a
すなわち、熱源の熱によって予熱器1bで予熱され蒸発器1aで蒸発した作動媒体は、膨張タービン発電機2に供給された後に凝縮器3で冷却水によって凝縮されて、リザーバタンク4に一時貯溜された後、再びポンプ5を介して予熱器1bに送出される。このような作動媒体の循環的な状態変化の過程において、作動媒体の作用によって膨張タービン発電機2で発電が行われる。そして、当該膨張タービン発電機2で発生した三相交流電力は、不図示の電源回生コンバータを経ることによって商用電力(系統電力)の仕様に適合した三相交流電力に変換されて外部に供給される。
That is, the working medium preheated by the
一方、廃熱発電装置Gの発電動作を停止させる場合には、廃熱媒体の供給を停止させると共に、ポンプ5の駆動を停止させ、作動媒体の循環を止めることとなる。このとき、本実施形態では、滞留手段10を具備しているため、ポンプ5が停止している状態において、液状の作動媒体を予熱器1bの中に滞留させることができる。具体的に、本実施形態の滞留手段10は、図2に示すように、予熱器1bの底部に設けられた廃熱媒体の供給口12a及び排出口12bと、予熱器1bにおいて供給口12a及び排出口12bよりも上方に設けられた作動媒体の供給口13a及び排出口13bと、を有する。
On the other hand, when the power generation operation of the waste heat power generation apparatus G is stopped, the supply of the waste heat medium is stopped and the driving of the pump 5 is stopped to stop the circulation of the working medium. At this time, in this embodiment, since the retention means 10 is provided, the liquid working medium can be retained in the
この構成によれば、予熱器1bの底部に廃熱媒体の供給口12a及び排出口12bが設けられているため、廃熱媒体については予熱器1bの底部から自重により自然排出させる一方で、作動媒体の供給口13a及び排出口13bが共に予熱器1bにおいて上方に設けられているため、ポンプ5が停止している状態において予熱器1bの中に液状の作動媒体の少なくとも一部を滞留させることができる。
作動媒体は一般に凝固点が低く冬場等において凍結等することがないが、廃熱媒体(例えば温水)は冬場等において凍結しその体積膨張によって予熱器1bの破損等が懸念され得る。したがって、この構成によれば、予熱器1bの中に廃熱媒体を溜めずに作動媒体だけを溜めることができ、予熱器1bの破損を年間を通じて予防することができる。また、本実施形態の予熱器1bは、プレート式の熱交換器であるため、シェルアンドチューブ等の他の形式の熱交換器と比べて、上述したような廃熱媒体の排出と作動媒体の滞留とを容易に行わせることができる。
According to this configuration, since the waste heat
The working medium generally has a low freezing point and does not freeze in the winter, etc., but the waste heat medium (for example, hot water) freezes in the winter, etc., and its volume expansion may cause damage to the
このように、ポンプ5が停止している状態において、液状の作動媒体を予熱器1bの中に滞留させることで、廃熱発電装置Gの暖機運転の際において電気使用を抑えることができる。すなわち、暖機運転の際には、廃熱媒体の供給のみで滞留手段10によって予熱器1bの中に予め溜まっている作動媒体を蒸発させてシステム内部を暖めることが可能となる。したがって、暖機運転の際にポンプ5を駆動することがなく、電気を使用しないようにすることができる。なお、予熱器1bの中に溜まっている作動媒体だけでは暖機が十分でなかった場合には、ポンプ5を駆動させて作動媒体を追加する必要はあるが、この場合であっても暖機運転の際のポンプ5の駆動時間を短くできるため、電気使用を抑えることができる。
As described above, in the state where the pump 5 is stopped, the liquid working medium is retained in the
したがって、上述の本実施形態によれば、作動媒体と外部から供給される廃熱媒体との間で熱交換を行う蒸発器1a及び予熱器1bと、蒸発器1aからの作動媒体の供給により発電を行う膨張タービン発電機2と、膨張タービン発電機2から排出された作動媒体を凝縮する凝縮器3と、凝縮器3で凝縮された作動媒体を予熱器1bに向けて送出するポンプ5と、ポンプ5が停止している状態において、液状の作動媒体を予熱器1bの中に滞留させる滞留手段10を有する、廃熱発電装置Gを採用することによって、暖機運転の際に、滞留手段10によって予熱器1bの中に予め溜まっている作動媒体を蒸発させてシステム内部を暖めることが可能となるため、ポンプ5を駆動することがなく、暖気運転の際の電気使用を抑えることができる。
Therefore, according to the above-described embodiment, the evaporator 1a and the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the following description, the same or equivalent components as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.
図3は、本発明の第2実施形態における廃熱発電装置Gの構成図である。なお、図3においてドットパターンが付された領域は、液状の作動媒体を模式的に表している。
図3に示すように、第2実施形態では、滞留手段10がリザーバタンク4における水頭圧によって作動媒体を蒸発器1aの中に滞留させる点で、上記実施形態と異なる。また、第2実施形態では、予熱器1bがなく、蒸発器1aのみで作動媒体を蒸発させるように構成されている。
FIG. 3 is a configuration diagram of the waste heat power generation apparatus G in the second embodiment of the present invention. In addition, the area | region to which the dot pattern was attached | subjected in FIG. 3 represents the liquid working medium typically.
As shown in FIG. 3, the second embodiment differs from the above embodiment in that the retention means 10 retains the working medium in the evaporator 1 a due to the water head pressure in the reservoir tank 4. Moreover, in 2nd Embodiment, there is no
第2実施形態では、蒸発器1aとリザーバタンク4の設置高さを合わせることによって、ポンプ5が停止している状態であっても、リザーバタンク4における水頭圧によって作動媒体を蒸発器1aの中に滞留させるようになっている。このため、ポンプ5が停止している状態において、図3において一点鎖線で示すように、リザーバタンク4の液面高さと、蒸発器1aの液面高さとを合わせることができる。また、蒸発器1aの底部とリザーバタンク4の底部とは配管で接続され、その間にポンプ5が配置されているが、このポンプ5は、ターボ式のポンプとなっている。 In the second embodiment, by matching the installation heights of the evaporator 1a and the reservoir tank 4, even when the pump 5 is stopped, the working medium is moved into the evaporator 1a by the water head pressure in the reservoir tank 4. It is supposed to stay in. For this reason, when the pump 5 is stopped, the liquid level height of the reservoir tank 4 and the liquid level height of the evaporator 1a can be matched as shown by the one-dot chain line in FIG. Further, the bottom of the evaporator 1a and the bottom of the reservoir tank 4 are connected by piping, and a pump 5 is disposed between them. The pump 5 is a turbo pump.
上記構成の第2実施形態によれば、ポンプ5が停止している状態であっても、リザーバタンク4における水頭圧によって作動媒体を蒸発器1aの中に滞留させることができるため、上記実施形態のように作動媒体の供給口13a及び排出口13bを上方に設けたりすること等、蒸発器1a側には設計変更等の手を加える必要性をなくすことができる。このため、既存の設備にも適用させ易くすることができる。また、上記実施形態と同様に、暖機運転の際には、蒸発器1aの中に予め溜まっている作動媒体を蒸発させてシステム内部を暖めることが可能となるため、ポンプ5を駆動することがなく、暖気運転の際の電気使用を抑えることができる。
According to the second embodiment having the above configuration, the working medium can be retained in the evaporator 1a by the hydraulic head pressure in the reservoir tank 4 even when the pump 5 is stopped. As described above, it is possible to eliminate the necessity of making a design change or the like on the evaporator 1a side, such as providing the working
また、ポンプ5としてターボ式のポンプを採用することで、作動媒体を蒸発器1aの中に滞留させ易くすることができる。すなわち、ポンプ5として容積ポンプのような圧力を与えるものを採用した場合、その構造上、液状の作動媒体が流通し難くなる。しかしながら、非容積ポンプのターボ式のポンプであれば、リザーバタンク4における水頭圧によっても羽根車が回転するので作動媒体を蒸発器1aの中に滞留させ易くすることができる。したがって、この第2実施形態のように、滞留手段10がリザーバタンク4における水頭圧によって作動媒体を蒸発器1aの中に滞留させるような場合に特に好適である。 In addition, by adopting a turbo pump as the pump 5, the working medium can be easily retained in the evaporator 1a. That is, when a pump 5 that applies pressure such as a volumetric pump is adopted, the liquid working medium is difficult to circulate due to its structure. However, in the case of a turbo pump of a non-volumetric pump, the impeller rotates due to the water head pressure in the reservoir tank 4, so that the working medium can be easily retained in the evaporator 1a. Therefore, as in the second embodiment, the retention means 10 is particularly suitable when the working medium is retained in the evaporator 1a by the water head pressure in the reservoir tank 4.
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring drawings, this invention is not limited to the said embodiment. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described embodiments are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
例えば、上記第1実施形態では、廃熱媒体の供給口及び排出口の両方が熱交換器の底部にある構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、廃熱媒体の供給口及び排出口の一方が熱交換器の底部にある構成であってもよい。例えば、図3に示す第2実施形態のように廃熱媒体の排出口が熱交換器の底部にあれば廃熱媒体のみを自然排出させることができる。 For example, in the first embodiment, the configuration in which both the supply port and the discharge port of the waste heat medium are at the bottom of the heat exchanger has been described. However, the present invention is not limited to this configuration, and the waste heat medium. One of the supply port and the discharge port may be in the bottom of the heat exchanger. For example, as in the second embodiment shown in FIG. 3, if the exhaust port for the waste heat medium is at the bottom of the heat exchanger, only the waste heat medium can be naturally discharged.
また、例えば、上記実施形態では、熱交換器がプレート式である構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、シェルアンドチューブ式等の他の形式の熱交換器を採用してもよい。
また、上記第1実施形態の熱交換器の構造による滞留手段と、上記第2実施形態のリザーバタンクの水頭圧による滞留手段との組み合わせや置き換えも可能である。
具体的に、上記第1実施形態では、熱交換器の構造による滞留手段を上記第2実施形態のリザーバタンクの水頭圧による滞留手段と置き換えても良く、これらを組み合わせて適用しても良い。また、熱交換器の構造による滞留手段のみを有する場合においては、リザーバタンクはなくてもよい。
また、上記第2実施形態では、リザーバタンクの水頭圧による滞留手段を上記第1実施形態の熱交換器の構造による滞留手段と置き換えても良く、これらを組み合わせて適用しても良い。また、熱交換器の構造による滞留手段のみを有する場合においては、リザーバタンクはなくてもよい。
Further, for example, in the above-described embodiment, the configuration in which the heat exchanger is a plate type has been described. However, the present invention is not limited to this configuration, and other types of heat exchangers such as a shell and tube type may be used. It may be adopted.
Further, the retention means by the heat exchanger structure of the first embodiment and the retention means by the head pressure of the reservoir tank of the second embodiment can be combined or replaced.
Specifically, in the first embodiment, the retention means based on the structure of the heat exchanger may be replaced with the retention means based on the head pressure of the reservoir tank of the second embodiment, or a combination of these may be applied. Further, in the case where only the staying means having the heat exchanger structure is provided, the reservoir tank may not be provided.
Moreover, in the said 2nd Embodiment, the retention means by the water head pressure of a reservoir tank may be replaced with the retention means by the structure of the heat exchanger of the said 1st Embodiment, and you may apply combining these. Further, in the case where only the staying means having the heat exchanger structure is provided, the reservoir tank may not be provided.
また、例えば、上記実施形態では、温水となった廃熱エネルギーを電気エネルギーとして回収したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば熱源として廃ガスを用いてもよい。また、熱源は、廃ガスや廃温水などの廃熱に限定されない。 For example, in the said embodiment, the waste heat energy used as warm water was collect | recovered as electrical energy, However, This invention is not limited to this, For example, you may use waste gas as a heat source. Further, the heat source is not limited to waste heat such as waste gas or waste hot water.
また、例えば、上記実施形態では、本発明は、遠心式膨張タービン発電機、斜流式膨張タービン発電機等のラジアルタービン発電機を発電装置として用いる場合にも適用可能である。 For example, in the said embodiment, this invention is applicable also when using radial turbine generators, such as a centrifugal expansion turbine generator and a mixed flow type expansion turbine generator, as an electric power generating apparatus.
1a…蒸発器(熱交換器)、1b…予熱器(熱交換器)、2…膨張タービン発電機(タービン発電機)、3…凝縮器、4…リザーバタンク、5…ポンプ、10…滞留手段、12a…供給口、12b…排出口、13a…供給口、13b…排出口、G…廃熱発電装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a ... Evaporator (heat exchanger), 1b ... Preheater (heat exchanger), 2 ... Expansion turbine generator (turbine generator), 3 ... Condenser, 4 ... Reservoir tank, 5 ... Pump, 10 ... Retention means , 12a ... supply port, 12b ... discharge port, 13a ... supply port, 13b ... discharge port, G ... waste heat power generator
Claims (7)
前記熱交換器からの前記作動媒体の供給により発電を行うタービン発電機と、
前記タービン発電機から排出された前記作動媒体を凝縮する凝縮器と、
前記凝縮器で凝縮された前記作動媒体を前記熱交換器に向けて送出するポンプと、
前記ポンプが停止している状態において、液状の前記作動媒体を前記熱交換器の中に滞留させる滞留手段と、を有する、ことを特徴とする廃熱発電装置。 A heat exchanger for exchanging heat between the working medium and the waste heat medium supplied from outside,
A turbine generator that generates power by supplying the working medium from the heat exchanger;
A condenser for condensing the working medium discharged from the turbine generator;
A pump for delivering the working medium condensed in the condenser toward the heat exchanger;
A waste heat power generator comprising: a retention means for retaining the liquid working medium in the heat exchanger in a state where the pump is stopped.
前記熱交換器の底部に設けられた前記廃熱媒体の供給口及び排出口の少なくともいずれか一方と、
前記熱交換器において、前記熱交換器の底部に設けられた前記廃熱媒体の供給口及び排出口の少なくともいずれか一方よりも、上方に設けられた前記作動媒体の供給口及び排出口と、を有する、ことを特徴とする請求項1に記載の廃熱発電装置。 As the retention means,
At least one of a supply port and a discharge port of the waste heat medium provided at the bottom of the heat exchanger;
In the heat exchanger, the working medium supply port and the discharge port provided above the waste heat medium supply port and the discharge port provided at the bottom of the heat exchanger, and The waste heat power generator according to claim 1, wherein
前記滞留手段は、前記リザーバタンクにおける水頭圧によって前記作動媒体を前記熱交換器の中に滞留させる、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の廃熱発電装置。 A reservoir tank for storing the working medium condensed by the condenser on the upstream side of the pump;
The waste heat power generator according to any one of claims 1 to 3, wherein the retention means retains the working medium in the heat exchanger by a water head pressure in the reservoir tank.
前記滞留手段は、前記作動媒体を前記予熱器の中に滞留させる、ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の廃熱発電装置。 The heat exchanger is an evaporator that evaporates the working medium, and a preheater that preheats the working medium upstream of the evaporator,
The waste heat power generator according to any one of claims 1 to 5, wherein the retention means retains the working medium in the preheater.
前記滞留手段は、前記作動媒体を前記蒸発器の中に滞留させる、ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の廃熱発電装置。 The heat exchanger is an evaporator that evaporates the working medium,
The waste heat power generator according to any one of claims 1 to 5, wherein the retention means retains the working medium in the evaporator.
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