(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の容積型膨張機と、前記複数の容積型膨張機のそれぞれに接続された複数の発電機とを備え、前記複数の容積型膨張機の少なくとも１台において蒸気が膨張することで発電を行う発電システムであって、
前記容積型膨張機のそれぞれに対する前記蒸気の流通を抑制可能な抑制手段と、
前記蒸気の熱量に関する情報に基づいて前記抑制手段を制御することにより、前記容積型膨張機の１台あたりの負荷率を調整する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記蒸気の熱量に関する情報を検出し、前記少なくとも１台の前記容積型膨張機を運転させる間、前記熱量が所定量変化するごとに、それぞれの前記容積型膨張機における回転数を段階的に変化させる、発電システム。
【請求項２】
前記制御部は、複数の前記容積型膨張機を運転させる場合に、複数の前記容積型膨張機における回転数が等しくなるよう、複数の前記容積型膨張機に対して分配される前記蒸気の熱量を等しくする、請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記複数の容積型膨張機はＮ台であり、
前記制御部は、前記蒸気の熱量に関する情報についての異なる（Ｎ−１）個の閾値を少なくとも記憶しており、
前記制御部は、前記蒸気の熱量に関する情報を検出し、検出した前記情報が、前記（Ｎ−１）個の閾値のうち小さい方からａ番目（ａは１から（Ｎ−１）までのいずれかの整数）の閾値を超えると判断した場合に、（ａ＋１）台の前記容積型膨張機を運転させる、請求項１または２に記載の発電システム。
【請求項４】
複数の容積型膨張機と、前記複数の容積型膨張機のそれぞれに接続された複数の発電機とを備えた発電システムを用い、前記複数の容積型膨張機の少なくとも１台において蒸気が膨張することで発電を行う発電方法であって、
前記蒸気の熱量に関する情報に基づいて前記容積型膨張機の１台あたりの負荷率を調整する工程を含み、
前記工程では、前記蒸気の熱量に関する情報を検出し、前記少なくとも１台の前記容積型膨張機を運転させる間、前記熱量が所定量変化するごとに、それぞれの前記容積型膨張機における回転数を段階的に変化させる、発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電システムおよび発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、膨張機において蒸気を膨張させることで発電を行う装置が知られている。たとえば、特許文献１に記載の装置では、蒸発器と膨張機と凝縮器とが１つの発電サイクルをなしており、そのような発電サイクルが複数設けられている。また、加熱媒体遮断弁と冷却媒体遮断弁とが設けられている。この装置では、発電量を検出し、この発電量の検出値と、加熱媒体排出温度とに基づいて、加熱媒体遮断弁および冷却媒体遮断弁を開閉している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２０２２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した装置のように、複数の発電サイクルを設けることにより、大きな熱量に対応することができる。しかしながら、熱量の変動に対応できる発電システムはこれまでになかった。たとえば、熱量１００％に合わせたタービン設計において、熱量が５０％に減少した場合には、発電機を稼働させるトルクが得られずに相対的なメカロスが大きくなっていた。この場合、発電量が著しく低下してしまう。
【０００５】
本発明は、入力熱量が変動しても、全体の効率を低下させることなく十分な発電を行うことができる発電システムおよび発電方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、複数の容積型膨張機と、複数の容積型膨張機のそれぞれに接続された複数の発電機とを備え、複数の容積型膨張機の少なくとも１台において蒸気が膨張することで発電を行う発電システムであって、容積型膨張機のそれぞれに対する蒸気の流通を抑制可能な抑制手段と、蒸気の熱量に関する情報に基づいて抑制手段を制御することにより、容積型膨張機の１台あたりの負荷率を調整する制御部と、を備え、制御部は、蒸気の熱量に関する情報を検出し、少なくとも１台の容積型膨張機を運転させる間、熱量が所定量変化するごとに、それぞれの容積型膨張機における回転数を段階的に変化させる。
なお、この発電システムにおいて、制御部は、複数の容積型膨張機を運転させる場合に、複数の容積型膨張機における回転数が等しくなるよう、複数の容積型膨張機に対して分配される前記蒸気の熱量を等しくしてもよい。
【０００７】
本発明の他の態様は、複数の容積型膨張機と、複数の容積型膨張機のそれぞれに接続された複数の発電機とを備えた発電システムを用い、複数の容積型膨張機の少なくとも１台において蒸気が膨張することで発電を行う発電方法であって、蒸気の熱量に関する情報に基づいて容積型膨張機の１台あたりの負荷率を調整する工程を含み、その工程では、蒸気の熱量に関する情報を検出し、少なくとも１台の容積型膨張機を運転させる間、熱量が所定量変化するごとに、それぞれの容積型膨張機における回転数を段階的に変化させる。
【０００８】
これらの発電システムおよび発電方法によれば、発電機がそれぞれ接続された複数の容積型膨張機が設けられている。蒸気の熱量に関する情報に基づいて容積型膨張機の１台あたりの負荷率が調整される。たとえば、入力熱量が低下した場合には、容積型膨張機の１台あたりの負荷率を高くすることにより、発電を効率的に制御することができる。また、入力熱量が増加した場合には、容積型膨張機の１台あたりの負荷率を低くすることにより、発電を効率的に制御することができる。よって、入力熱量が変動しても、全体の効率を低下させることなく、必要な台数の容積型膨張機によって十分な発電を行うことができる。
【０００９】
上記の発電システムにおいて、複数の容積型膨張機はＮ台であり、制御部は、蒸気の熱量に関する情報についての異なる（Ｎ−１）個の閾値を少なくとも記憶しており、制御部は、蒸気の熱量に関する情報を検出し、検出した情報が、（Ｎ−１）個の閾値のうち小さい方からａ番目（ａは１から（Ｎ−１）までのいずれかの整数）の閾値を超えると判断した場合に、（ａ＋１）台の容積型膨張機を運転させてもよい。
【００１０】
この構成によれば、異なる（Ｎ−１）個の閾値を境界として段階的に運転台数が変更されるため、簡便な判断処理で、より高効率な発電を行うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、入力熱量が変動しても、全体の効率を低下させることなく、必要な台数の容積型膨張機によって十分な発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る発電システムの概略構成を示す図である。
【図２】入力熱量に応じた各発電機の運転状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１４】
まず図１を参照して、本実施形態の蒸気発電システム１について説明する。図１において、実線は電気回路を示しており、破線は蒸気の回路を示している。二点鎖線は、蒸気の回路を示している。制御部３０に接続されるように示された破線は、制御回路を示している。
【００１５】
図１に示されるように、蒸気発電システム１は、高温の蒸気（たとえば圧力０．７〜０．８ＭＰａで温度１７０〜１８０℃程度）を熱源として用い発電を行う発電システムである。蒸気発電システム１は、第１スクロール膨張機６Ａ、第２スクロール膨張機６Ｂ、および第３スクロール膨張機６Ｃと、これら３台（すなわち、Ｎ＝３）の第１〜第３スクロール膨張機６Ａ〜６Ｃのそれぞれに接続された第１発電機７Ａ、第２発電機７Ｂ、および第３発電機７Ｃとを備えている。
【００１６】
第１スクロール膨張機６Ａおよび第１発電機７Ａは、蒸気が第１スクロール膨張機６Ａにおいて膨張することでその出力軸を回転させ、第１発電機７Ａにより発電を行う。第２スクロール膨張機６Ｂおよび第２発電機７Ｂは、蒸気が第２スクロール膨張機６Ｂにおいて膨張することでその出力軸を回転させ、第２発電機７Ｂにより発電を行う。第３スクロール膨張機６Ｃおよび第３発電機７Ｃは、蒸気が第３スクロール膨張機６Ｃにおいて膨張することでその出力軸を回転させ、第３発電機７Ｃにより発電を行う。
【００１７】
蒸気発電システム１には蒸気ラインＬ１が設けられており、この蒸気ラインＬ１内を、蒸気が所定の圧力をもって供給される。蒸気ラインＬ１には、蒸気の熱量に関する情報を検出するための入口部検出器１１が設けられている。蒸気の熱量に関する情報とは、蒸気の流量、温度、圧力のいずれか１つまたは２以上の情報である。入口部検出器１１は、第１〜第３スクロール膨張機６Ａ〜６Ｃに供給される蒸気の情報を検出する。なお、「ライン」は、内部を流体が流れる配管を意味する。
【００１８】
蒸気ラインＬ１は、３本に分岐している。第１蒸気供給ラインＬ１Ａは第１スクロール膨張機６Ａに接続されており、第２蒸気供給ラインＬ１Ｂは第２スクロール膨張機６Ｂに接続されており、第３蒸気供給ラインＬ１Ｃは第３スクロール膨張機６Ｃに接続されている。第１〜第３蒸気供給ラインＬ１Ａ〜Ｌ１Ｃには、各ライン内における蒸気の流通を停止（遮断）または抑制するための第１〜第３電磁弁１６Ａ〜１６Ｃが設けられている。すなわち、第１〜第３電磁弁１６Ａ〜１６Ｃのそれぞれは、その開度が調整されることにより、蒸気の流通を抑制可能である。また、第１〜第３電磁弁１６Ａ〜１６Ｃのそれぞれは、全閉とされることにより、蒸気の流通を停止させる。第１〜第３電磁弁１６Ａ〜１６Ｃは、第１〜第３スクロール膨張機６Ａ〜６Ｃのそれぞれに対する蒸気の流通を抑制可能な抑制手段に相当する。
【００１９】
第１スクロール膨張機６Ａの蒸気出口部に接続された第１蒸気放出ラインＬ２Ａと、第２スクロール膨張機６Ｂの蒸気出口部に接続された第２蒸気放出ラインＬ２Ｂと、第３スクロール膨張機６Ｃの蒸気出口部に接続された第３蒸気放出ラインＬ２Ｃとは、合流して１本のラインとなり、大気放出されている。
【００２０】
第１〜第３発電機７Ａ〜７Ｃのそれぞれは、検漏器や電磁接触器等を介してインバータ１７に接続されている。インバータ１７は、三相交流（たとえば２００Ｖ）の商用電源２１に接続されている。インバータ１７には、たとえば電動機等の負荷１８が接続されている。
【００２１】
蒸気発電システム１は、蒸気の熱量に関する情報に基づいて上記の抑制手段を制御することにより、第１〜第３スクロール膨張機６Ａ〜６Ｃの１台当たりの負荷率を調整する制御部３０を備えている。制御部３０は、たとえばＣＰＵ（Central  Processing  Unit)、ＲＯＭ(Read  Only  Memory)、およびＲＡＭ(Random  Access  Memory)等のハードウェアと、ＲＯＭに記憶されたプログラム等のソフトウェアと、から構成されたコンピュータである。前述の入口部検出器１１は、蒸気の熱量に関する情報を検出すると、検出した情報を制御部３０に逐次送信する。制御部３０は、蒸気の熱量に関する情報を取得し、取得した情報に基づいて第１〜第３電磁弁１６Ａ〜１６Ｃを開閉制御する。第１〜第３電磁弁１６Ａ〜１６Ｃの開閉制御によって、第１〜第３スクロール膨張機６Ａ〜６Ｃの１台当たりの負荷率を調整することができる。また、第１〜第３電磁弁１６Ａ〜１６Ｃを全閉／全開制御することにより、第１〜第３スクロール膨張機６Ａ〜６Ｃの運転台数を制御することもできる。蒸気発電システム１では、このようにして、運転する容積型膨張機の台数を絞り込めるようになっている。
【００２２】
制御部３０は、蒸気の熱量に関する情報についての異なる２個（（Ｎ−１）個）の閾値を少なくとも記憶している。制御部３０は、たとえば、入口部検出器１１における検出結果に基づいて算出される入力熱量（％）についての２個の閾値（ここでは、たとえば第１閾値：４０％、および、第２閾値：７０％）を記憶している。入力熱量（％）とは、３系列全体としての定格熱量に対する、実際に蒸気が持っている熱量の比率である。制御部３０は、これらの閾値を、第１〜第３スクロール膨張機６Ａ〜６Ｃの負荷率または運転台数の調整制御に用いる。
【００２３】
続いて、図２を参照して、蒸気発電システム１の運転方法（蒸気発電システム１を用いた発電方法）について説明する。制御部３０は、蒸気発電システム１の稼働中、入口部検出器１１から送信された蒸気の熱量に関する情報に基づいて、前述の閾値に対応する数値（閾値と同じ次元の数値）を算出する。ここでは、制御部３０は、入口部検出器１１に基づいて、現在の入力熱量を算出する。
【００２４】
制御部３０は、算出した入力熱量が、前述の第１閾値を超えているか、および、第２閾値を超えているかを判断する。制御部３０は、入力熱量が第１閾値以下であると判断すると、第１電磁弁１６Ａのみを開とし、他の電磁弁は閉とする。これにより、第１の系列である第１スクロール膨張機６Ａのみが運転状態となる。制御部３０は、入力熱量が第１閾値を超えていると判断すると、さらに、第２電磁弁１６Ｂを開とする。これにより、第２の系列である第２スクロール膨張機６Ｂも運転状態となり、合計で２系列が運転状態となる。制御部３０は、入力熱量が第２閾値をも超えていると判断すると、さらに、第３電磁弁１６Ｃを開とする。これにより、第３の系列である第３スクロール膨張機６Ｃも運転状態となり、合計で３系列が運転状態となる。
【００２５】
図２に示されるように、第１閾値である４０％と、第２閾値である７０％とを境界として、運転台数が切り替わっている。同時に運転している複数のスクロール膨張機に対して分配される蒸気の熱量は等しくされており、したがって、複数のスクロール膨張機における回転数は等しくなっている。（図では、線種を異ならせることにより、複数のスクロール膨張機における回転数が等しくなっている（線が重なっている）ことが読み取れる。）図２に示される運転方式では、入力熱量が１０％変化するごとに、段階的に、各スクロール膨張機における回転数を変えるようにしている。
【００２６】
このように、制御部３０は、蒸気の熱量に関する情報を検出し、検出した情報が、２（Ｎ−１）個の閾値のうち第１閾値（小さい方から１番目の閾値）を超えると判断した場合に、２台の容積型膨張機を運転させる。制御部３０は、検出した熱量に関する情報が２個の閾値のうち第２閾値（小さい方から２番目の閾値）を超えると判断した場合に、３台の容積型膨張機を運転させる。
【００２７】
以上説明した蒸気発電システム１およびそれを用いた発電方法によれば、第１〜第３発電機７Ａ〜７Ｃがそれぞれ接続された複数の容積型膨張機６Ａ〜６Ｃが設けられている。制御部３０によって、蒸気の熱量に関する情報に基づいて第１〜第３電磁弁１６Ａ〜１６Ｃの開閉制御が行われ、これにより、容積型膨張機６Ａ〜６Ｃの１台あたりの負荷率が調整される。たとえば、入力熱量が低下した場合には、容積型膨張機の１台あたりの負荷率を高くすることにより、発電を効率的に制御することができる。また、入力熱量が増加した場合には、容積型膨張機の１台あたりの負荷率を低くすることにより、発電を効率的に制御することができる。よって、入力熱量が変動しても、全体の効率を低下させることなく、必要な台数の容積型膨張機６Ａ〜６Ｃによって十分な発電を行うことができる。
【００２８】
特に、蒸気発電システム１では、小さい熱量から大きい熱量まで幅広く対応可能であり、熱量の変動が大きい場合には特に有利な効果を発揮する。従来、蒸気を熱源に用いる小型の発電システムは少なかったが、複数の容積型膨張機および発電機を並べた蒸気発電システム１では、小型から大型の幅広いスケールに対応可能である。
【００２９】
制御部３０は、熱源媒体である蒸気の熱量に関する情報を検出し、検出した情報が、２個の閾値のうち小さい方からａ番目（ａは１から２までのいずれかの整数）の閾値を超えると判断した場合に、（ａ＋１）台の容積型膨張機を運転させる。この構成によれば、異なる２個の閾値を境界として段階的に運転台数が変更されるため、簡便な判断処理で、より高効率な発電を行うことができる。
【００３０】
以上、本発明の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られない。たとえば、容積型膨張機の系列数（台数）は、４以上であってもよい。多数の系列を設けたとしても、本発明の制御によれば、熱源媒体である蒸気の熱量に応じた最適な運転台数で、簡便かつ効率よく発電を行うことができる。
【００３１】
制御部３０が記憶している閾値は、系列数より１少ない個数に限られない。閾値は、それより多くてもよいし、少なくてもよい。抑制手段は、電磁弁に限定されない。各系列にポンプを独立して設け、ポンプの流量調整やオンーオフによって流通の抑制／停止を行ってもよい。分岐点に三方弁を用いる構成としてもよい。
【００３２】
容積型膨張機は、スクロール膨張機に限られない。第１〜第３スクロール膨張機６Ａ〜６Ｃに代えて、他の容積型膨張機を用いてもよい。たとえば、スクリュー膨張機、クロー膨張機、レシプロ膨張機、ルーツ膨張機等の各種の膨張機を用いてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１…蒸気発電システム（発電システム）、６Ａ〜６Ｃ…第１〜第３スクロール膨張機（容積型膨張機）、７Ａ〜７Ｃ…第１〜第３発電機、１６Ａ〜１６Ｃ…第１〜第３電磁弁（抑制手段）、３０…制御部。
【図１】
0006778475.tif 000002
【図２】
0006778475.tif 000003