JP5871661B2 - Binary power generator control method - Google Patents
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Description
本発明は、バイナリー発電装置の制御方法に関するものである。 The present invention relates to control how the binary power generation apparatus.
従来、工場から排出される排温水や温泉水などの低温の熱源から熱を回収して発電を行う発電システムとして、バイナリー発電が行われている。このバイナリー発電は、作動媒体として水でなく低沸点の有機化合物などを用いており、通常の蒸気タービンを用いた発電装置に比べて低温の熱源であっても発電が可能なものとなっている。
ところで、このような温排水や温泉水は、バイナリー発電装置を通過した後でも比較的高い温度を維持していることがあり、そのような場合は発電用の熱源として1次的に用いられた温水をさらに2次的に利用するといったニーズがユーザから寄せられることがある。例えば、工場からの温排水の場合であれば発電用の熱源として供給されたときよりも低温のプロセス(例えば、温水プール)において2次利用することが考えられるし、温泉水の場合であれば発電に用いた後に浴槽などに実際に給湯する温水として2次利用することが考えられる。こういった発電に用いられた温水を2次利用するケースでは、バイナリー発電装置から排出される温水温度を2次側のプロセスに合わせた温度に制御・管理する必要がある。
Conventionally, binary power generation has been performed as a power generation system that recovers heat from a low-temperature heat source such as exhaust hot water or hot spring water discharged from a factory. This binary power generation uses a low-boiling organic compound as a working medium instead of water, and can generate power even with a low-temperature heat source compared to a power generation device using a normal steam turbine. .
By the way, such warm drainage and hot spring water may maintain a relatively high temperature even after passing through the binary power generation device, and in such a case, it was primarily used as a heat source for power generation. There may be a need from the user to use the hot water secondarily. For example, in the case of hot wastewater from a factory, it can be used secondarily in a lower temperature process (for example, a hot water pool) than when supplied as a heat source for power generation. It is conceivable to use the secondary water as hot water that is actually supplied to a bathtub after being used for power generation. In the case where the hot water used for such power generation is secondarily used, it is necessary to control and manage the temperature of the hot water discharged from the binary power generator to a temperature that matches the process on the secondary side.
ところで、バイナリー発電装置では、与えられた温水・冷却水の条件から最大の発電効率が得られるように運転条件を定めることが一般的であり、蒸発器から排出される温水温度も運転条件が決まれば自動的に定まってしまう。その一方で、バイナリー発電装置の蒸発器から出てくる温水の温度を2次利用で必要となる温度に合わせようとすれば、必然的に作動媒体の流量を加減せざるを得なくなる。 By the way, in a binary power generator, it is common to determine the operating conditions so that the maximum power generation efficiency can be obtained from the given hot water / cooling water conditions, and the operating conditions are also determined for the temperature of the hot water discharged from the evaporator. It will be determined automatically. On the other hand, if the temperature of the hot water coming out of the evaporator of the binary power generator is set to the temperature required for the secondary use, the flow rate of the working medium is inevitably increased or decreased.
ところが、バイナリー発電サイクルにおいてこのように作動媒体の流量を変化させれば、作動媒体の流量変化に付随して作動媒体の圧力やエンタルピーも変化してしまい、結果として流量とエンタルピーとの積として与えられる発電効率が最適な状態から大きくずれ、発電量の低下が著しいものとなってしまう。つまり、バイナリー発電装置において作動媒体の流量調整を行う際には、作動媒体の流量を変化させてもそれに付随して作動媒体の圧力が変動しないような何らかの手段を講じることが望ましいのである。 However, if the flow rate of the working medium is changed in this way in the binary power generation cycle, the pressure and enthalpy of the working medium change accompanying the change in the flow rate of the working medium, and as a result, the product of the flow rate and the enthalpy is given. The generated power generation efficiency greatly deviates from the optimum state, and the power generation amount is significantly reduced. That is, when adjusting the flow rate of the working medium in the binary power generator, it is desirable to take some means so that even if the flow rate of the working medium is changed, the pressure of the working medium does not fluctuate accordingly.
例えば、特許文献1や特許文献2には、循環ポンプの前後にバイパス用の流路を設けたり圧力調整弁を用いたりすることにより、作動媒体の圧力を変動させることなく作動媒体の流量を調整する技術が開示されている。
For example, in
ところが、特許文献1や特許文献2の技術は、作動媒体の圧力を一定にしたまま循環量を増加方向か減少方向かのいずれかに一方の変化に対応して調整するものであり、蒸発器出側の温水温度を制御する場合に適用可能な技術とはなっていない。
つまり、蒸発器出側の温水温度を所望の温度に調整しつつも、発電効率の低下を最小限に留めるためには、蒸発器に供給される作動媒体の循環量を増減させるだけでなく、作動媒体の圧力を循環量に連動させるような制御が必要となる。ところが、特許文献1や特許文献2はそのような技術を開示しておらず、蒸発器出側の温水温度を確実に制御することはできないのである。
However, the techniques of
In other words, in order to minimize the decrease in power generation efficiency while adjusting the hot water temperature on the outlet side of the evaporator to a desired temperature, not only increase or decrease the circulation amount of the working medium supplied to the evaporator, Control that links the pressure of the working medium with the amount of circulation is required. However,
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、蒸発器から排出される温水の温度を所定の温度に調整した上で、さらに発電効率をも最大にすることができるバイナリー発電装置の制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is a binary power generation device that can further maximize power generation efficiency after adjusting the temperature of hot water discharged from an evaporator to a predetermined temperature. an object of the present invention is to provide a control how.
上記課題を解決するため、本発明のバイナリー発電装置の制御方法は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明のバイナリー発電装置の制御方法は、温水を熱源として作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器で蒸発した作動媒体の蒸気を膨張させて回転駆動力を発生する膨張機と、前記膨張機で膨張した作動媒体の蒸気を液体に凝縮する凝縮器と、前記凝縮器から蒸発器に向って作動媒体を循環させる循環ポンプとを備えたバイナリー発電装置を制御するに際しては、前記蒸発器の出側における温水の温度を所定の温度にした上で発電量を最大にするために、蒸発器に供給される作動媒体の循環量及び圧力を調整することを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the control method of the binary power generation apparatus of the present invention employs the following technical means.
That is, the control method of the binary power generation device of the present invention includes an evaporator that evaporates the working medium using hot water as a heat source, an expander that generates a rotational driving force by expanding the vapor of the working medium evaporated by the evaporator, When controlling a binary power generation apparatus comprising a condenser that condenses the vapor of the working medium expanded by the expander into a liquid and a circulation pump that circulates the working medium from the condenser toward the evaporator, In order to maximize the amount of power generation after setting the temperature of hot water on the outlet side of the evaporator to a predetermined temperature, the circulation amount and pressure of the working medium supplied to the evaporator are adjusted.
なお、好ましくは、前記蒸発器の出側における温水の温度が所定の温度になるように、蒸発器に供給される作動媒体の循環量を増減し、前記作動媒体の循環量の増減に対応して、前記蒸発器に供給される作動媒体の圧力を調整するとよい。
なお、好ましくは、前記蒸発器の出側における温水の温度が所定の温度より高い場合には、前記作動媒体の循環量を増大させると共に、前記蒸発器に供給される作動媒体の圧力を減少させるとよい。
Preferably, the amount of circulation of the working medium supplied to the evaporator is increased or decreased so that the temperature of the hot water on the outlet side of the evaporator becomes a predetermined temperature, corresponding to the increase or decrease of the amount of circulation of the working medium. The pressure of the working medium supplied to the evaporator may be adjusted.
Preferably, when the temperature of the hot water on the outlet side of the evaporator is higher than a predetermined temperature, the circulating amount of the working medium is increased and the pressure of the working medium supplied to the evaporator is decreased. Good.
なお、好ましくは、前記蒸発器の出側における温水の温度が所定の温度より低い場合には、前記作動媒体の循環量を減少させると共に、前記蒸発器に供給される作動媒体の圧力を増加させるとよい。
また、本発明に係るバイナリー発電装置の制御方法の最も好ましい形態は、温水を熱源として作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器で蒸発した作動媒体の蒸気を膨張させて回転駆動力を発生する膨張機と、前記膨張機で膨張した作動媒体の蒸気を液体に凝縮する凝縮器と、前記凝縮器から蒸発器に向って作動媒体を循環させる循環ポンプとを備えたバイナリー発電装置を制御するに際しては、前記蒸発器の出側における温水の温度を所定の温度にした上で発電量を最大にするために、蒸発器に供給される作動媒体の循環量及び圧力を調整するものとし、前記蒸発器の出側における温水の温度を排水温度の目標値と比較し、前記蒸発器の出側における温水の温度が前記目標値より高い場合には、前記作動媒体の循環量を増大させると共に、前記膨張機の入側の過熱度が適正範囲内に入るように前記蒸発器に供給される作動媒体の圧力を低くし、前記蒸発器の出側における温水の温度が前記目標値より低い場合には、前記作動媒体の循環量を減少させると共に、前記膨張機の入側の過熱度が適正範囲内に入るように前記蒸発器に供給される作動媒体の圧力を増加させることにより、発電量を最大にしつつ、前記蒸発器の出側における温水の温度を2次利用が可能な温度に維持することを特徴とする。
Preferably, when the temperature of the hot water on the outlet side of the evaporator is lower than a predetermined temperature, the circulating amount of the working medium is decreased and the pressure of the working medium supplied to the evaporator is increased. Good.
The most preferable embodiment of the control method of the binary power generator according to the present invention is an evaporator that evaporates the working medium using hot water as a heat source, and generates a rotational driving force by expanding the vapor of the working medium evaporated by the evaporator. A binary power generation device comprising: an expander that expands; a condenser that condenses the vapor of the working medium expanded in the expander into a liquid; and a circulation pump that circulates the working medium from the condenser toward the evaporator At that time, in order to maximize the amount of power generation after setting the temperature of hot water on the outlet side of the evaporator to a predetermined temperature, the circulation amount and pressure of the working medium supplied to the evaporator are adjusted, Comparing the temperature of warm water on the outlet side of the evaporator with the target value of the drainage temperature, and if the temperature of warm water on the outlet side of the evaporator is higher than the target value, increase the circulation amount of the working medium and When the pressure of the working medium supplied to the evaporator is lowered so that the degree of superheat on the inlet side of the expander falls within an appropriate range, and the temperature of hot water on the outlet side of the evaporator is lower than the target value Reduces the circulating amount of the working medium and increases the pressure of the working medium supplied to the evaporator so that the superheat degree on the inlet side of the expander falls within an appropriate range. While being maximized, the temperature of the hot water on the outlet side of the evaporator is maintained at a temperature at which secondary use is possible.
本発明のバイナリー発電装置の制御方法によれば、蒸発器から排出される温水の温度を所定の温度に調整した上で、さらに発電効率をも最大にすることができる。 According to the control how the binary power generation apparatus of the present invention, the hot water temperature to be discharged from the evaporator after adjusting to a predetermined temperature, it can be maximized even further the power generation efficiency.
「第1実施形態」
以下、本発明のバイナリー発電装置1及びこのバイナリー発電装置1の制御方法の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
図1は、第1実施形態のバイナリー発電装置1を模式的に示したものである。図1に示すように、バイナリー発電装置1は、工場から排出される排温水や温泉からの温水を熱源として液体の作動媒体を蒸発させる蒸発器2と、蒸発器2で蒸発した作動媒体の蒸気を膨張させて回転駆動力を発生する膨張機3と、膨張機3で膨張した作動媒体の蒸気を液体に
凝縮する凝縮器4と、凝縮器4から蒸発器2に向って作動媒体を循環させる循環ポンプ5とを備えている。これら蒸発器2、膨張機3、凝縮器4及び循環ポンプ5は作動媒体を循環させる閉ループ状の循環配管6により接続されていて、作動媒体を循環配管6の一方向(蒸発器2、膨張機3、凝縮器4、循環ポンプ5の順番に循環する方向)に沿って流通できるようになっている。
“First Embodiment”
Hereinafter, an embodiment of a
FIG. 1 schematically shows a
このバイナリー発電装置1には、膨張機3に隣接するように発電機7が設けられており、膨張機3で得られた回転駆動力を用いて発電機7で発電を行うことができるようになっている。また、バイナリー発電装置1に用いられる作動媒体には、代替フロンやペンタンなどのような水より低沸点の有機化合物が用いられており、温泉からの温水や工場の排温水などのように100℃未満の低温の温水から供給される熱を用いて発電を行うことが可能となっている。
The
図1に示すバイナリー発電装置1で発電を行う際には、まず蒸発器2の1次側に温水を供給すると共に蒸発器2の2次側に液体の作動媒体を導いて、蒸発器2内で両者の間に熱交換を行って、液体の作動媒体を作動媒体の蒸気に蒸発させる。そして、この蒸発器2から送られてきた作動媒体の蒸気によって、膨張機3を駆動させ、膨張機3の回転駆動力を用いて発電機7で発電を行う。その後、作動媒体の蒸気は凝縮器4に送られ、凝縮器4において冷却水との間に熱交換が行われて、作動媒体は蒸気から液体に戻る。凝縮器4で生成された液体の作動媒体は循環ポンプ5で圧送されて蒸発器2に帰還し、再び蒸発に用いられる。このようにしてバイナリー発電装置1では、作動媒体のランキンサイクルを利用して発電が行われるのである。
When generating power with the
ところで、発電用の熱源として1次的に用いられた温水をさらに2次的に利用するケースでは、バイナリー発電装置1の蒸発器2から排出される温水温度を2次側のプロセスに合わせた温度に制御・管理する必要がある。このような場合は蒸発器2の出側で計測される温水が所定の温度になるように、蒸発器2内に供給される作動媒体の流量を適宜増加させたり、減少させたりしなくてはならない。
By the way, in the case where the hot water used primarily as a heat source for power generation is used secondarily, the temperature of the hot water discharged from the evaporator 2 of the
ところが、このような作動媒体の流量調整を行うと、作動媒体の流量変化に付随して作動媒体の圧力やエンタルピーも変化してしまい、結果として流量とエンタルピーとの積として与えられる発電効率が最も良い状態から大きくずれてしまい、発電量が大幅に低下する可能性が高い。
そこで、本発明のバイナリー発電装置1及びその制御方法では、蒸発器2の出側における温水の温度を所定の温度にするだけでなく、発電量の落ち込みを最小限に留めて発電量を可能な限り大きなものとするために、蒸発器2に供給される作動媒体の循環量と圧力との双方を調整しているのである。
However, when the flow rate of the working medium is adjusted in this way, the pressure and enthalpy of the working medium change accompanying the change in the flow rate of the working medium, and as a result, the power generation efficiency given as the product of the flow rate and the enthalpy is the highest. There is a high possibility that the amount of power generation will drop significantly from a good state.
Therefore, in the binary
具体的には、第1実施形態のバイナリー発電装置1は、蒸発器2の出側における温水の温度が所定の温度になるように、蒸発器2に供給される作動媒体の循環量を調整(増減)し、次に作動媒体の循環量の増減に対応して蒸発器2に供給される作動媒体の圧力を調整する制御部9を備えている。
そして、この制御部9では、蒸発器2の出側における温水の温度が所定の温度より高い場合には、作動媒体の循環量を増大させて温水との間に交換される熱量を増やすと共に、循環量の増大に伴って大きくなるエンタルピーを下げるために蒸発器2に供給される作動媒体の圧力を減少させる制御を行っている。
Specifically, the binary
And in this control part 9, when the temperature of the warm water on the exit side of the evaporator 2 is higher than a predetermined temperature, the amount of heat exchanged with the warm water is increased by increasing the circulation amount of the working medium, Control is performed to reduce the pressure of the working medium supplied to the evaporator 2 in order to reduce the enthalpy that increases as the circulation amount increases.
また、この制御部9では、蒸発器2の出側における温水の温度が所定の温度より低い場合には、作動媒体の循環量を減少させて温水との間に交換される熱量を減らすと共に、循環量の減少に伴って小さくなるエンタルピーを上げるために蒸発器2に供給される作動媒体の圧力を増加させる制御も行っている。なお、実際の制御部9には、PLCやパソコンなどのような機器が用いられる。 Further, in the control unit 9, when the temperature of the hot water on the outlet side of the evaporator 2 is lower than a predetermined temperature, the amount of heat exchanged with the hot water is reduced by reducing the circulating amount of the working medium, Control is also performed to increase the pressure of the working medium supplied to the evaporator 2 in order to increase the enthalpy which becomes smaller as the circulation amount decreases. The actual control unit 9 is a device such as a PLC or a personal computer.
さらに、上述したバイナリー発電装置1には、上述した制御部9以外にも、循環ポンプ5の出側の作動媒体の一部を入側に返送するバイパス流路10、このバイパス流路10を流通する作動媒体の流量を調整する流量調整弁11、蒸発器2に供給される作動媒体の圧力を調整する圧力調整弁12、が設けられている。そして、上述した制御部9は、これら
の流量調整弁11や圧力調整弁12などに制御信号を出力して、作動媒体の循環流量や圧力を調整するようになっている。
Further, in the binary
次に、第1実施形態のバイナリー発電装置1に設けられるバイパス流路10、流量調整弁11、圧力調整弁12、制御部9について説明する。
バイパス流路10は、循環ポンプ5が設けられた部分の循環配管6に対して、この循環ポンプ5を迂回するように循環配管6と並列に設けられた配管である。バイパス流路10は、循環ポンプ5に対する入側の循環配管6と、出側の循環配管6とを結んでおり、循環ポンプ5を経由することなく循環ポンプ5の出側の作動媒体を入側に戻すことができるようになっている。
Next, the
The
流量調整弁11は、バイパス流路10に設けられて、バイパス流路10を経由して循環ポンプ5の出側から入側に戻る作動媒体の流量を調整するものであり、バイパス流路10の流量を調整することで蒸発器2に供給される作動媒体の循環流量を制御できるようになっている。具体的には、この流量調整弁11は、外部からの信号によって弁の開度を調整可能となっており、制御部9からの制御信号によってバイパス流路10を経由して返送される作動媒体の流量を調整している。
The flow
圧力調整弁12は、循環ポンプ5と蒸発器2との間の循環配管6に設けられて、循環配管6を流れる作動媒体の圧力を減少させつつ調整する弁である。この圧力調整弁12も、外部からの信号によって圧力の減少量を調整可能となっており、制御部9からの制御信号によって循環配管6の圧力を調整している。
上述したバイナリー発電装置1には、蒸発器2の出側における温水の温度Twを計測する第1の温度計測手段13a、膨張機3の入側における作動媒体の温度T2を計測する第2の温度計測手段13b、蒸発器2の入側における作動媒体の圧力P1を計測する第1の圧力計測手段14a、蒸発器2の出側における作動媒体の圧力P2を計測する第2の圧力計測手段14bが設けられている。これらの計測手段で計測された温度、圧力などの計測結果は、制御部9に信号として入力されている。
The
The binary
図3は、制御部9で行われる制御(バイナリー発電装置1の制御方法)を示すフローチャートである。
第1実施形態のバイナリー発電装置1の制御方法は、次のような手順で行われる。
ステップ11では、第1の温度計測手段13aを用いて、蒸発器2の出側の温水温度Tw[℃]を計測する。そして、予め入力されていた排水温度の目標値Ts[℃](2次利用において要求される温水温度)に対して、計測された温水温度Tw[℃]が有する温度差の絶対値が許容値Tp[℃]内に入っているかどうかを判断する。
FIG. 3 is a flowchart showing the control performed by the control unit 9 (control method of the binary power generator 1).
The control method of the
In
なお、この許容値Tp[℃]は、2次利用される温水の目的などに合わせて適宜設定されるものであり、例えば温泉や温水プールの場合であれば2℃〜5℃程度とされる。
このようにして算出された温度差の絶対値が許容値Tp[℃]より大きい場合は、蒸発器2の出側の温水温度Tw[℃]を調整する必要があるものと判断して、ステップ12以降に進んで作動媒体の循環流量及び圧力の調整を行う。また、算出された温度差の絶対値が許容値Tp[℃]以下である場合は、作動媒体の循環流量や圧力を調整する必要はない(現状の運転をそのまま継続すればよい)と判断して、ステップ18に進んで処理を終了する。
The allowable value T p [° C.] is appropriately set in accordance with the purpose of the hot water used for the secondary use. For example, in the case of a hot spring or a hot water pool, it is set to about 2 ° C. to 5 ° C. The
If the absolute value of the temperature difference calculated in this way is larger than the allowable value T p [° C.], it is determined that the hot water temperature T w [° C.] on the outlet side of the evaporator 2 needs to be adjusted. Then, the process proceeds to step 12 and subsequent steps to adjust the circulating flow rate and pressure of the working medium. If the absolute value of the calculated temperature difference is equal to or less than the allowable value T p [° C], it is determined that there is no need to adjust the circulating flow rate or pressure of the working medium (the current operation can be continued as it is). Then, the process proceeds to step 18 to finish the process.
ステップ12では、蒸発器2の出側の温水温度Tw[℃]が排水温度の目標値Ts[℃]より高いかどうか、言い換えれば蒸発器2の出側における温水の温度が排水温度の目標値Ts[℃]より高温側に外れているか低温側に外れているかを判断する。蒸発器2の出側の温水温度Tw[℃]が排水温度の目標値Ts[℃]より高い場合は、高温側に外れている温水の温度を下げるためにステップ13以降に進んで作動媒体の循環流量を上げる(増加させる)。また、蒸発器2の出側の温水温度Tw[℃]が排水温度の目標値Ts[℃]と同じ温度か低い場合は、低温側に外れている温水の温度を上げるために、図4のステップ21に進んで作動媒体の循環流量を下げる(減少させる)。
In
ステップ13では、循環ポンプ5の回転数を増加させて、作動媒体の循環流量を増加させる。具体的には、作動媒体の循環流量を所定の増加量毎に段階的に変化させ、段階的に増加させられた循環流量のそれぞれに対して後述する過熱度が所望範囲に収まるような作
動媒体の圧力を求める。このようにして作動媒体の循環流量と圧力とをそれぞれ段階的に変化させてゆけば、蒸発器2の出側において2次利用が可能な温度を維持しつつも、発電効率が最大となるような循環流量及び圧力の条件を得ることが可能となるからである。
In step 13, the number of rotations of the
ステップ14では、このようにステップ13で循環ポンプ5の回転数を所定量だけ増加させて作動媒体の循環流量が増大したら、増大した作動媒体の循環流量に対応する膨張機3の入側における作動媒体の温度T2[℃]及び圧力P2[Pa]を、第2の温度計測手段13b及び第2の圧力計測手段14bを用いて計測する。そして、求められた作動媒体の温度T2[℃]及び圧力P2[Pa]を用いて、膨張機3の入側(膨張機3の出側)における作動媒体の過熱度ΔTv[℃]を算出する。
In step 14, when the circulation flow rate of the working medium is increased by increasing the number of rotations of the
なお、過熱度ΔTv[℃]は、作動媒体に用いられる有機化合物の種類が分かれば、膨張機3の入側における作動媒体の圧力P2[Pa]より必然的に導くことができる。このようにして作動媒体の過熱度ΔTv[℃]が算出されたら、ステップ15に進んで過熱度が所望範囲に収まるかどうかを判断する。
ステップ15では、ステップ14において算出された作動媒体の過熱度ΔTv[℃]が、予め定められた過熱度の下限値ΔTP2[℃]よりも大きいかどうかを判断する。この過熱度の下限値ΔTP2[℃]は、作動媒体が気液混合状態のまま膨張機3に吸い込まれることがないように作動媒体が蒸発器2で十分に過熱されたと判断できる過熱度、言い換えれば良好な発電効率が得られていることを示す過熱度の値である。
Note that the degree of superheat ΔT v [° C.] can be inevitably derived from the pressure P 2 [Pa] of the working medium on the inlet side of the expander 3 if the type of organic compound used in the working medium is known. When the superheat degree ΔT v [° C.] of the working medium is calculated in this way, the process proceeds to step 15 to determine whether or not the superheat degree falls within a desired range.
In step 15, it is determined whether or not the superheat degree ΔT v [° C.] of the working medium calculated in step 14 is larger than a predetermined lower limit value ΔT P2 [° C.] of the superheat degree. The lower limit value ΔT P2 [° C.] of the degree of superheat is a degree of superheat at which it can be determined that the working medium is sufficiently superheated by the evaporator 2 so that the working medium is not sucked into the expander 3 in a gas-liquid mixed state. In other words, the superheat value indicates that good power generation efficiency is obtained.
このようにして算出された作動媒体の過熱度ΔTv[℃]が下限値ΔTP2[℃]よりも大きいと判断された場合は、膨張機3において作動媒体から回転駆動力を安定して回収して、上述した発電機7を用いて効率よく発電を行うことができると判断できるので、ステップ17に進む。
一方、算出された作動媒体の過熱度ΔTv[℃]が下限値ΔTP2[℃]よりも小さいと判断された場合は、作動媒体が液体のまま膨張機3に吸い込まれる虞があり、このままでは良好な発電効率を得ることができないため、ステップ16に進んで作動媒体の圧力を下げる。
When it is determined that the calculated degree of superheat ΔT v [° C.] of the working medium is larger than the lower limit value ΔT P2 [° C.], the expander 3 stably recovers the rotational driving force from the working medium. Then, since it can be determined that the power generation can be efficiently performed using the above-described
On the other hand, if it is determined that the calculated degree of superheating ΔT v [° C.] of the working medium is smaller than the lower limit value ΔT P2 [° C.], the working medium may be sucked into the expander 3 while being in a liquid state. Then, since good power generation efficiency cannot be obtained, the process proceeds to step 16 to lower the pressure of the working medium.
ステップ16では、圧力調整弁12に制御信号を出力して、圧力が低くなる方向に所定の変更量毎に弁開度を段階的に調整する。このようにすれば、弁開度を調整するたびに、第1の圧力計測手段14aで計測される作動媒体の圧力P1[Pa]が段階的に低く変化する。そして、作動媒体の圧力P1[Pa]が段階的に変化する毎に、ステップ14の前に戻って過熱度が所望の範囲に入っているかどうかの判断を繰り返せば、やがて過熱度ΔTv[℃]が下限値ΔTP2[℃]よりも大きくなるような作動媒体の圧力P1[Pa]が得られる。このようにして過熱度を所望の範囲内にするような作動媒体の圧力P1[Pa]が求められたら、ステップ17に進む。
In step 16, a control signal is output to the
ステップ17では、蒸発器2の出側で計測された温水温度Tw[℃]が排水温度の目標値Ts[℃]に対して許容値Tp[℃]の範囲内に入っているか小さいかどうかを再び判断する。このステップ17の判断において、蒸発器2の出側で計測された温水温度Tw[℃]から排水温度の目標値Ts[℃]を差し引いた温度差が許容値Tp[℃]以下となる場合には、発電効率が最大となる循環流量と圧力との条件が得られたものと考えて、処理を終了する。 In step 17, the hot water temperature T w [° C.] measured on the outlet side of the evaporator 2 is within the allowable value T p [° C.] or smaller than the drain temperature target value T s [° C.]. Determine again. In the determination of step 17, the temperature difference obtained by subtracting the target value T s [° C.] of the waste water temperature from the hot water temperature T w [° C.] measured on the outlet side of the evaporator 2 is less than the allowable value T p [° C.]. In such a case, it is considered that the condition of the circulation flow rate and pressure that maximizes the power generation efficiency is obtained, and the process is terminated.
一方、温度差が許容値Tp[℃]より大きくなる場合には、ステップ13に戻って、再び循環流量を段階的に増加させる。
上述したステップ13〜ステップ17は、蒸発器2の出側における温水の温度Tw[℃]が排水温度の目標値Ts[℃]より高い場合(ステップ12での判断が「yes」の場合)であった。しかし、排水温度の目標値Ts[℃]と同じか低い場合(ステップ12での判断が「no」の場合)には、図4に示すような手順で処理を行うこともできる。
On the other hand, when the temperature difference becomes larger than the allowable value T p [° C.], the process returns to step 13 to increase the circulation flow rate stepwise again.
Steps 13 to 17 described above are performed when the temperature T w [° C.] of the hot water on the outlet side of the evaporator 2 is higher than the target value T s [° C.] of the drainage temperature (when the determination in
すなわち、ステップ21では、バイパス流路10に設けられた流量調整弁11に制御信号を送って循環ポンプ5の出側から入側に戻る作動媒体の流量を所定の量だけ上げ、蒸発器2に供給される作動媒体の循環流量を段階的に減少させる。このようにして循環流量が段階的に減少したら、ステップ22に進んで作動媒体の過熱度ΔTv[℃]を算出する。
ステップ22では、膨張機3の入側(蒸発器2の出側)における作動媒体の温度T2[℃]及び圧力P2[Pa]を計測する。そして、求められた作動媒体の温度T2[℃]及び圧力P2[Pa]を
用いて、ステップ14の場合と同様にして膨張機3の入側(膨張機3の出側)における作動媒体の過熱度ΔTv[℃]を算出する。このようにして作動媒体の過熱度ΔTv[℃]が算出されたら、ステップ23に進む。
That is, in step 21, a control signal is sent to the flow
In step 22, the temperature T 2 [° C.] and the pressure P 2 [Pa] of the working medium on the inlet side of the expander 3 (the outlet side of the evaporator 2) are measured. Then, using the obtained temperature T 2 [° C.] and pressure P 2 [Pa] of the working medium, the working medium on the inlet side of the expander 3 (the outlet side of the expander 3) is the same as in step 14. The degree of superheat ΔT v [° C.] is calculated. When the superheat degree ΔT v [° C.] of the working medium is calculated in this way, the process proceeds to step 23.
ステップ23では、ステップ22において算出された作動媒体の過熱度ΔTv[℃]が、予め定められた過熱度の適正範囲内にあるかどうかを判断する。具体的には、このステップ23では、作動媒体の過熱度ΔTv[℃]が過熱度の下限値ΔTP2[℃]よりも小さいかどうかという判断が行われる。
例えば、作動媒体の過熱度ΔTv[℃]が下限値ΔTP2[℃]よりも小さいと判断されなかった場合(「no」の場合)は、作動媒体の過熱度ΔTv[℃]が高く、温水と作動媒体との間に十分な温度差があると考えられるので、発電量を高くするためにステップ24に進んで作動媒体の圧力を上げる。
In step 23, it is determined whether or not the superheat degree ΔT v [° C.] of the working medium calculated in step 22 is within an appropriate range of the predetermined superheat degree. Specifically, in step 23, it is determined whether the superheat degree ΔT v [° C.] of the working medium is smaller than the lower limit value ΔT P2 [° C.] of the superheat degree.
For example, (the case of "no") if the overheating of the working medium of [Delta] T v [° C.] is not determined to be smaller than the lower limit value [Delta] T P2 [° C.], the working medium of superheat ΔT v [℃] is high Since it is considered that there is a sufficient temperature difference between the hot water and the working medium, the process proceeds to step 24 to increase the pressure of the working medium in order to increase the power generation amount.
ステップ24では、循環ポンプ5に制御信号を出力して、圧力が高くなる方向に所定の変更量毎に回転数を段階的に調整する。このように循環ポンプ5を用いて作動媒体の圧力を上げた場合は、圧力と共に作動媒体の流量も上昇する。それゆえ、図3の場合と同様に第1圧力計測手段14aで計測される作動媒体の圧力P1[Pa]が段階的に大きくなると同時に、作動媒体の流量も大きくなり、蒸発器2の出側における作動媒体の過熱度ΔTv[℃]が必要以上に小さくなる場合がある。そこで、ステップ23に戻って再び過熱度が所望の範囲に入っているかどうかの判断を繰り返す。
In step 24, a control signal is output to the
ステップ23に戻った際に、上述したように作動媒体の過熱度ΔTv[℃]が過熱度の下限値ΔTP2[℃]よりも小さいという判断が下された場合は、循環ポンプ5の回転数を上げ過ぎたと言うことになるので、今度は圧力が低くなる方向に所定の変更量毎に回転数を段階的に調整し、循環ポンプ5を用いて作動媒体の圧力及び流量を下げる。
このようにしてステップ23とステップ24との操作を繰り返し、作動媒体の過熱度が適正な範囲に収まるような作動媒体の圧力及び流量、言い換えれば最大の発電出力が得られれば(「yes」の場合は)、ステップ25に進む。
When returning to step 23, if it is determined that the superheat degree ΔT v [° C.] of the working medium is smaller than the lower limit value ΔT P2 [° C.] of the superheat degree as described above, the rotation of the
In this way, the operations of Step 23 and Step 24 are repeated, and if the working medium pressure and flow rate, that is, the maximum power generation output is obtained so that the degree of superheating of the working medium is within an appropriate range (“yes”) If yes), go to Step 25.
ステップ25では、ステップ17と同様に蒸発器2の出側で計測された温水温度Tw[℃]が排水温度の目標値Ts[℃]に対して許容値Tp[℃]の範囲内に入っているかどうかを再び判断する。この判断において、蒸発器2の出側で計測された温水温度Tw[℃]から排水温度の目標値Ts[℃]を差し引いた温度差が許容値Tp[℃]以下となる場合には、発電効率が最大となる循環流量と圧力との条件が得られたものと考えて、処理を終了する。 In step 25, as in step 17, the hot water temperature T w [° C.] measured on the outlet side of the evaporator 2 is within the allowable value T p [° C.] with respect to the target value T s [° C.] of the waste water temperature. It is determined again whether it is in. In this determination, when the temperature difference obtained by subtracting the target value T s [° C.] of the waste water temperature from the hot water temperature T w [° C.] measured on the outlet side of the evaporator 2 is equal to or less than the allowable value T p [° C.]. Considers that the conditions of the circulation flow rate and the pressure at which the power generation efficiency is maximized are obtained, and ends the processing.
上述の制御方法に従って発電を行えば、作動媒体の循環流量を上げたり下げたりして、蒸発器2の出側における温水の温度を2次利用に適した温度に制御することができる。そして、このように循環流量を調整した上で、バイパス流路10や圧力調整弁12を用いて圧力を調整することで、発電効率を最大にすることができる。それゆえ、蒸発器2の出側における温水の温度の変更を行っても、それに付随して発電量が大きく落ち込むことがなく、温水の2次利用と良好な発電効率の維持とを両立させることが可能となる。
If power generation is performed according to the above control method, the temperature of the hot water on the outlet side of the evaporator 2 can be controlled to a temperature suitable for secondary use by increasing or decreasing the circulating flow rate of the working medium. And after adjusting the circulation flow rate in this way, the power generation efficiency can be maximized by adjusting the pressure using the
言い換えれば、本発明のバイナリー発電装置1の制御方法は、バイパス流路10や圧力調整弁12を用いることにより、図2に示すように循環ポンプ5のポンプ特性曲線(循環流量に対する揚程の変化曲線)を見かけ上で仕様が異なるものに変化させる作用効果を有している。例えば作動媒体を循環ポンプ5の入側にバイパスする場合を考えると、循環ポンプ5の特性曲線がバイパス前の状態からより左側に水平に移動した変化曲線に変更することに相当し、揚程が同じでも作動媒体の吐出能力(循環流量)が小さいポンプに循環ポンプ5の仕様を切り替えたような効果を発揮する。
In other words, the control method of the binary
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. In particular, in the embodiment disclosed this time, matters that are not explicitly disclosed, for example, operating conditions and operating conditions, various parameters, dimensions, weights, volumes, and the like of a component deviate from a range that a person skilled in the art normally performs. Instead, values that can be easily assumed by those skilled in the art are employed.
1 バイナリー発電装置
2 蒸発器
3 膨張機
4 凝縮器
5 循環ポンプ
6 循環配管
7 発電機
9 制御部
10 バイパス流路
11 流量調整弁
12 圧力調整弁
13a第1の温度計測手段
13b第2の温度計測手段
14a第1の圧力計測手段
14b第2の圧力計測手段
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記蒸発器の出側における温水の温度を所定の温度にした上で発電量を最大にするために、蒸発器に供給される作動媒体の循環量及び圧力を調整するものとし、
前記蒸発器の出側における温水の温度を排水温度の目標値と比較し、
前記蒸発器の出側における温水の温度が前記目標値より高い場合には、前記作動媒体の循環量を増大させると共に、前記膨張機の入側の過熱度が適正範囲内に入るように前記蒸発器に供給される作動媒体の圧力を低くし、
前記蒸発器の出側における温水の温度が前記目標値より低い場合には、前記作動媒体の循環量を減少させると共に、前記膨張機の入側の過熱度が適正範囲内に入るように前記蒸発器に供給される作動媒体の圧力を増加させることにより、
発電量を最大にしつつ、前記蒸発器の出側における温水の温度を2次利用が可能な温度に維持する
ことを特徴とするバイナリー発電装置の制御方法。 An evaporator that evaporates the working medium using hot water as a heat source, an expander that expands the vapor of the working medium evaporated by the evaporator to generate a rotational driving force, and the vapor of the working medium expanded by the expander into liquid When controlling a binary power generation apparatus including a condenser for condensing and a circulation pump for circulating a working medium from the condenser toward the evaporator,
In order to maximize the amount of power generation after setting the temperature of hot water on the outlet side of the evaporator to a predetermined temperature, the circulation amount and pressure of the working medium supplied to the evaporator shall be adjusted ,
Compare the temperature of the hot water on the outlet side of the evaporator with the target value of the drainage temperature,
When the temperature of the hot water on the outlet side of the evaporator is higher than the target value, the amount of circulation of the working medium is increased, and the evaporation is performed so that the superheat degree on the inlet side of the expander falls within an appropriate range. Lower the pressure of the working medium supplied to the
When the temperature of hot water on the outlet side of the evaporator is lower than the target value, the amount of circulation of the working medium is reduced, and the evaporation is performed so that the superheat degree on the inlet side of the expander falls within an appropriate range. By increasing the pressure of the working medium supplied to the vessel,
A method for controlling a binary power generator , wherein the temperature of hot water on the outlet side of the evaporator is maintained at a temperature at which secondary use is possible while maximizing power generation .
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