(57)【要約】  有機ランキンサイクルパワープラントにおいて、熱源から蒸発器へ流れる高温ガスの流量を調節する装置を備えている。調節装置としては、蒸発器の下流側に設けられた送風機や蒸発器の上流側に設けられた弁がある。このような調節装置は、該調節装置を作動あるいは非作動に切り換えるためのデジタル信号と、該調節装置の位置を調節するためのアナログ信号を発生させることによって制御される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発器、タービンおよび凝縮器が直列に流体連通している形式の有機ランキンサイクルパワープラントとともに使用される熱源制御メカニズムであって、
上記蒸発器を通る流路に高温ガス流を供給する熱源と、
上記流路内に配置され、上記蒸発器へ流れる高温ガスの流量を選択的に変化させる少なくとも１つの調節装置と、
上記調節装置を選択的に調節する制御装置と、
を備える熱源制御メカニズム。
【請求項２】
上記制御装置は、上記調節装置を作動あるいは非作動に選択的に切り換えるためのデジタル信号を、上記調節装置へ送るように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱源制御メカニズム。
【請求項３】
上記制御装置は、上記蒸発器へ流れる高温ガスの流量を変化させるために上記少なくとも１つの調節装置の位置を選択的に調節するためのアナログ信号を送るように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱源制御メカニズム。
【請求項４】
上記熱源は、上記熱源からの高温ガス流を周囲空気中へ導くとともに周囲空気の逆流を上記蒸発器内へ誘導する煙突ないしベンチュリを含むことを特徴とする請求項１に記載の熱源制御メカニズム。
【請求項５】
上記少なくとも１つの調節装置は、上記蒸発器の下流側に流体的に接続された送風機を含むことを特徴とする請求項１に記載の熱源制御メカニズム。
【請求項６】
上記熱源は、上記蒸発器の上流に設けられた煙突ないしベンチュリを含むことを特徴とする請求項５に記載の熱源制御メカニズム。
【請求項７】
上記少なくとも１つの調節装置は、上記蒸発器の上流側に流体的に接続された弁を含むことを特徴とする請求項１に記載の熱源制御メカニズム。
【請求項８】
上記弁は、高温ガス流のすべてを上記蒸発器からバイパスさせるように、通常は開いていることを特徴とする請求項７に記載の熱源制御メカニズム。
【請求項９】
上記弁は、上記制御装置によって該弁の位置が制御される分流弁であり、この分流弁によって、上記蒸発器へ流れる高温ガスの流量が制御されることを特徴とする請求項８に記載の熱源制御メカニズム。
【請求項１０】
上記熱源が加圧されることを特徴とする請求項７に記載の熱源制御メカニズム。
【請求項１１】
上記弁は、上記蒸発器へ高温ガス流が流れることを妨げるように、常閉型弁であることを特徴とする請求項７に記載の熱源制御メカニズム。
【請求項１２】
上記制御装置が上記少なくとも１つの調節装置の位置を調節することによって、上記蒸発器へ流れる高温ガスの流量が制御されることを特徴とする請求項１１に記載の熱源制御メカニズム。
【請求項１３】
上記少なくとも１つの調節装置は、上記蒸発器の下流側に設けられた送風機と、上記蒸発器の上流側に設けられた弁と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の熱源制御メカニズム。
【請求項１４】
上記制御装置は、上記送風機および上記弁の両方を作動に切り換えるデジタル信号を送ることを特徴とする請求項１３に記載の熱源制御メカニズム。
【請求項１５】
上記制御装置は、上記送風機の速度を選択的に変化させるためのアナログ信号を送ることを特徴とする請求項１３に記載の熱源制御メカニズム。
【請求項１６】
蒸発器、タービンおよび凝縮器が直列に流体連通している形式の有機ランキンサイクルパワープラントへ流れる熱源からの高温ガスの流量を制御する方法であって、
特定の圧力特性および流量特性を有する熱源からの高温ガス流を、上記蒸発器を通る流路へ送るステップと、
上記熱源の圧力特性および流量特性に対処するように、選択的に、上記蒸発器へ流れる高温ガスの流量を変化させるステップと、
を含む方法。
【請求項１７】
制御装置から流量調節装置へ、該流量調節装置を作動あるいは非作動に選択的に切り換えるためのデジタル信号が送られることを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
制御装置から、上記蒸発器へ流れる高温ガスの流量を変化させるために流量調節装置の位置を選択的に調節するためのアナログ信号が送られることを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
上記熱源からの高温ガス流を、上記蒸発器へ導かずに、周囲空気中へ導くことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
上記流量を変化させるステップが、上記蒸発器の下流側に流体的に接続された送風機によって実現されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
上記流量を変化させるステップが、上記蒸発器の上流側に流体的に接続された弁によって実現されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
上記弁は、高温ガス流のすべてを上記蒸発器からバイパスさせるように、通常は開位置にされていることを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
上記蒸発器へ流れる高温ガスの流量を制御するように、制御装置による操作で上記弁の位置を調節することを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
上記熱源を加圧することを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
上記弁は、上記蒸発器へ高温ガス流が流れることを妨げるように、通常は閉位置にされていることを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
上記蒸発器へ流れる高温ガスの流量を制御するように、上記弁の位置を調節することを含む請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
上記蒸発器へ流れる高温ガス流の流量を変化させるステップが、上記蒸発器の下流側に配置された送風機と、上記蒸発器の上流側に配置された弁と、によって実現されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２８】
上記送風機および上記弁の両方を作動に切り換えるためのデジタル信号を送ることを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
上記送風機の速度を選択的に変化させるためのアナログ信号を送ることを含む請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、ランキンサイクルシステムに関し、詳しくは、ランキンサイクルシステムの蒸発器へ流れる高温ガスの流量を制御する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ランキンサイクルパワープラントは、高温ガス流に含まれる熱を電気に変換するために使用することができる。この種のパワープラントは、有機作動流体を蒸発させるボイラつまり蒸発器と、この蒸発器によって蒸気にされた作動流体に応答し、この蒸気を膨張させて仕事を生み出すタービンと、このタービンに接続され、生み出された仕事を電気エネルギに変換する発電機と、タービンからの膨張した蒸気の作動流体を凝縮して凝縮液を生成する凝縮器と、を備えており、凝縮液はポンプによって或いは重力の影響を受けてボイラに戻される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
蒸発器に利用される高温ガス流は、例えば、火炎、往復機関の排気、熱酸化剤の排気などのさまざまな熱源から得ることができ、あるいは化学プロセスや製造プロセスなどのさまざまな種類の工業プロセスから得ることができる。従って、高温ガス流の圧力特性および流量特性は、熱源の種類や場所に応じて実質的に異なる。従って、高温源の流量を制御する必要があり、特に、パワープラントが非運転モードにあるときに高温ガスが蒸発器へ流れないようにする必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
要約すると、本発明の一態様においては、パワープラントが運転モードであるときにはガスが自由に流れることを許容し、パワープラントが非運転モードであるときには高温ガス流を通さないように制御される流量調節装置を備えている。
【０００５】
本発明の他の態様においては、流量調節装置は、蒸発器の下流側に設けられた送風機である。
【０００６】
本発明の他の態様においては、送風機はデジタル信号によって選択的に作動し、送風機の速度はアナログ信号によって制御され、これらの信号はともに制御装置から送られる。
【０００７】
本発明の他の態様においては、流量調節装置は、熱源と蒸発器の間に配置された弁である。
【０００８】
本発明の他の態様においては、弁は制御装置からのデジタル信号によって作動し、弁の位置は制御装置からのアナログ信号によって調節される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明が組み込まれたランキンサイクルパワープラントの概略図。
【図２】本発明の一実施例のランキンサイクルパワープラントの概略図。
【図３】本発明の他の実施例のランキンサイクルパワープラントの概略図。
【図４】本発明のさらに他の実施例のランキンサイクルパワープラントの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に示す有機ランキンサイクルパワープラントは、ライン１２で示す高温ガス流をボイラつまり蒸発器１３へ供給する熱源１１を含み、この高温ガス流の排気は、最終的には周囲空気中へ流れる。この蒸発器１３において、作動流体との熱交換が行われ、この作動流体は、このプロセスで液体から蒸気に変化する。
【００１１】
作動流体は、蒸発器１３、タービン１４、凝縮器１６およびポンプ１５を含む閉回路システム内を通流する。従って、この蒸気は、蒸発器１３からタービン１４へ流れてこのタービン１４に動力を与え、タービン１４からの膨張した蒸気は、凝縮器１６へ流れて液体に凝縮され、蒸発器１３へ戻る。タービン１４は、発電機１７に動力を与え、発電機１７は、一般的な様式で電気を発生させる。
【００１２】
上述したように、さまざまな種類の熱源１１と、これに関連する種々の異なる圧力特性および流量特性があるので、本出願人は、蒸発器１３が効果的かつ効率的に作動するとともに、有機ランキンサイクルパワープラントが運転されていない期間に蒸発器１３が加熱されないように、蒸発器の高温側の流量を制御することが望ましいと認識するに至った。これは、図１において破線で示した制御メカニズム１８によって実現される。
【００１３】
この制御メカニズム１８は、該制御メカニズム１８をほとんどまたは全く再構成することなく、様々な種類の熱源１１に対処して使用されるように、設計され意図されている。
【００１４】
図２を参照すると、制御メカニズム１８は、ランキンサイクルパワープラントに組み込まれて示され、このランキンサイクルパワープラントは、熱源１９によって加熱される蒸発器１３を有するとともに、煙突ないしベンチュリを備え、この煙突ないしベンチュリを介して高温ガスが周囲空気中へ流れることができる。高温ガスの浮力によって生じる煙突効果、あるいは高温ガスが狭い流路を流れることによって発生する吸引効果によって、高温ガスが蒸発器へ流れることが妨げられる。実際には、低温の周囲空気が蒸発器内へ引き込まれ、さらに熱源へ戻される。しかし、パワープラントの運転中には、送風機２１が蒸発器１３内へ高温ガスを引き込むように作動し、この蒸発器１３において、高温ガスは液体を蒸気に変化させるために利用され、排気ガスは、周囲空気中へ排出される。送風機２１は、可変速駆動機２２によって動力を与えられ、この可変速駆動機２２は、熱源１９の圧力特性および流量特性に対処しつつタービンの入口圧力および発電機の電力を制御するように、送風機２１の速度を選択的に変化させる。
【００１５】
制御装置１８は、可変速駆動機２２をオン状態あるいはオフ状態に切り換えるように、さらには、可変速駆動機２２の速度を選択的に変化させるように設計されている。これは、制御装置から送られるデジタル信号とアナログ信号の２つの別個の信号によって実現される。すなわち、制御装置１８は、デジタル信号をライン２３に沿ってメカニズム２４へ送り、このメカニズム２４を作動あるいは非作動にする、つまり可変速駆動機２２をオンあるいはオフに切り換えるように構成されている。この制御装置１８は、また、選択的にアナログ信号をライン２６に沿って速度制御メカニズム２７へ送り、この速度制御メカニズム２７が、可変速駆動機２２の速度を選択的に制御する。
【００１６】
作動中に、パワープラントを運転しないことが望まれるときには、制御装置１８は、デジタル信号をライン２３に沿ってイネーブルメカニズム２４へ送り、このイネーブルメカニズム２４が、可変速駆動機２２およびファン２１をオフにして、蒸発器１３内へ高温ガスが引き込まれないようにする。この条件において熱源１９が活性化されると、高温ガスのすべてが煙突ないしベンチュリを通って排出される。パワープラントを運転することが望まれるときには、制御装置１８は、デジタル信号をライン２３に沿ってイネーブルメカニズム２４へ送り、このイネーブルメカニズム２４が、可変速駆動機２２をオンにする。同時に、アナログ信号がライン２６に沿って速度制御メカニズム２７に送られ、この速度制御メカニズム２７が、蒸発器１３へ流れる高温ガスの圧力特性および流量特性を制御するように可変速駆動機２２の速度を選択的に変化させ、こうして、熱源１９の特定の特性に対処する。熱源の流量は、所望のタービン出力を発生させるように調節され、このタービン出力は、図１に示す電力測定装置２０によって測定されている。この有機ランキンサイクルにおけるポンプ１５は、タービン入口における作動流体の過熱を維持するように有機流体の流量を調節し、この過熱は、図１に示すセンサ２５，３５によって測定されている。
【００１７】
図３の実施例においては、熱源２８は、例えば送風機などの加圧器２９によって加圧されるか、あるいは多くの場合は既に加圧された熱源が用いられる。例えば、タービンの排気や往復機関の排気は、既に加圧されていることが多い。従って、熱源２８と蒸発器１３との間に直接的な開ラインがある場合、加圧器２９によって、高温ガス流は、蒸発器１３を通るように流れてから周囲空気中に解放される。熱源２８と蒸発器１３との間のライン３２に分流弁３１が設けられる。この分流弁３１は、通常は全バイパス位置にある可変位置デバイスである。従って、この分流弁３１は、制御装置１８によって作動されない限り、図示したように、熱源２８からの高温ガス流のすべてを周囲空気中へ分流させる。
【００１８】
制御装置１８およびこれに関連する部品は、上記に説明したものと同様であるが、この例では、可変速送風機に関して動作するのでなく、分流弁３１を操作するために動作する。すなわち、ライン２３に沿って送られたデジタル信号がイネーブルメカニズム２４を始動させることによって、分流弁が通常の全バイパス位置から動くことが可能となる。同様に、アナログ信号が、制御装置１８からライン２６に沿って位置調節メカニズム３３に送られ、この位置調節メカニズム３３は、熱源２８からの高温ガス流の圧力特性および流量特性を選択的に調節するように、分流弁３１の位置を選択的に変える。これに関して、図３に示した位置調節メカニズム３３と、図２の実施例に示した速度制御メカニズム２７とは、両者とも、発電機の出力を制御するために流量を変化させるように制御されるデバイス（すなわち、可変速駆動機２２または分流弁３１のいずれか）の機械的な位置を調節するために利用されるので、同様のものであると理解されたい。
【００１９】
図４の実施例においては、熱源３４は加圧されないものであり、煙突ないしベンチュリを備えていない。従って、可変速駆動機２２を備える送風機２１が、図２の実施例に示したのと同様に蒸発器１３の下流に設けられる。また、この可変速駆動機２２は、図２について上述したのと同様に、制御装置１８によって制御される。
【００２０】
熱源３４と蒸発器１３との間のライン３７上に設けられた弁３６は、常閉型遮断弁であり、制御装置１８によって操作されない限り、高温ガス流が蒸発器１３へ流れないようにし、これによって、高温ガス流は、図示したように、熱源３４からライン３７を通って通気ライン３８へ流れ、さらに周囲空気中に解放される。
【００２１】
イネーブルメカニズム２４は、可変速駆動機２２を作動に切り換えることに加え、弁３６を作動に切り換えることができるように接続されている。従って、常閉型弁３６が作動に切り換えられると、この弁３６は、全開位置まで動かされる。そして、熱源から蒸発器１３へ流れる高温ガス流の圧力特性および流量特性は、上記に説明したように可変速駆動機２２の速度によって制御される。
【００２２】
上述した３つの異なる種類の熱源１９，２８，３４に対して、制御装置１８およびこれに関連する構成要素は、本質的には同じものであり、メカニズムを作動あるいは非作動に切り換えるためのデジタル信号と、蒸発器の高温側の流れの圧力特性および流量特性を制御するメカニズムの位置を調節するためのアナログ信号と、を発生させることを含むことを理解されたい。デジタル信号によって、非作動モードでは、パワープラントが運転していないときの蒸発器に確実に熱が与えられないようになる。このようにして、パワープラント制御装置をほとんどまたは全く再構成することなく、広範囲の熱源の圧力特性および流量特性に対処することができる。
【００２３】
本発明について、図示したような好ましい実施例および変形例を参照して説明したが、当業者であれば、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、さまざまな細かい変更がなされ得ることを理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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