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KR101600687B1 - 배열 회수 장치 및 배열 회수 장치의 운전 제어 방법 - Google Patents

배열 회수 장치 및 배열 회수 장치의 운전 제어 방법 Download PDF

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KR101600687B1
KR101600687B1 KR1020140066987A KR20140066987A KR101600687B1 KR 101600687 B1 KR101600687 B1 KR 101600687B1 KR 1020140066987 A KR1020140066987 A KR 1020140066987A KR 20140066987 A KR20140066987 A KR 20140066987A KR 101600687 B1 KR101600687 B1 KR 101600687B1
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

열교환기로부터 유출되는 작동 매체가 기액 2상의 상태로 되는 것을 억제하기 위해, 본 발명의 배열 회수 장치는, 작동 매체를 가열하는 열교환기(10)와, 열교환기(10)로부터 유출된 작동 매체가 유입되는 팽창기(13)와, 팽창기(13)에 접속된 회전기(14)와, 팽창기(13)로부터 배출된 작동 매체를 응축시키는 응축기(16)와, 응축기(16)로부터 유출된 작동 매체를 가압하여 열교환기(10)로 송출하는 펌프(18)와, 열교환기(10)로부터 유출된 작동 매체가 기액 2상의 상태인지 여부를 판정하는 상 상태 판정부(40a)와, 상 상태 판정부(40a)의 판정에 기초하여 열교환기(10)로의 작동 매체의 유입량을 감소시키는 유량 제어부(40b)를 구비한다.

Description

배열 회수 장치 및 배열 회수 장치의 운전 제어 방법 {HEAT RECOVERY APPARATUS AND OPERATION CONTROL METHOD OF HEAT RECOVERY APPARATUS}
본 발명은 배열 회수 장치에 관한 것이다.
종래, 공장 등으로부터 배출되는 온수의 열을 회수하는 배열(排熱) 회수 장치가 알려져 있다. 예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제2013-015030호에는 온수의 가열 매체가 공급되는 증발기와, 증발기로부터 유출된 가스 상태의 작동 매체가 유입되는 팽창기와, 팽창기에 접속된 회전기와, 팽창기로부터 배출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 응축기로부터 유출된 작동 매체를 가압하여 증발기로 송출하는 펌프를 구비한 배열 회수 장치가 개시되어 있다. 증발기 내에 유입된 액상의 작동 매체는 외부로부터 당해 증발기에 공급되는 가열 매체와 열교환함으로써 증발한다. 그리고, 가스 상태로 된 작동 매체가 팽창기로 유입된다.
그런데, 가열 매체로서 공장 등의 배열을 사용하는 경우, 가열 매체의 온도의 변화가 크다. 가열 매체의 온도가 저하되면, 증발기에 있어서 가열 매체에 의해 작동 매체에 부여되는 열량이 감소해 버린다. 이 결과, 증발기로부터 유출되는 작동 매체가 기체와 액체가 혼재된 2상 상태로 되어 버리는 경우가 있다. 팽창기에 유입되는 가스 상태의 작동 매체의 양이 감소함으로써 팽창기로부터 취출되는 동력이 현저하게 감소해 버린다.
한편, 가열 매체의 온도가 과도하게 상승하면 증발기에 의해 증발하는 작동 매체의 양이 증대되어, 증발기와 팽창기 사이에 있어서 압력이 증대된다. 이 경우, 배열 회수 장치에 설치되는 각종 밸브나 탱크의 내압성을 확보할 필요가 있으므로, 장치의 대형화나 비용의 상승을 초래한다.
본 발명의 주된 목적은, 열교환기로부터 유출되는 작동 매체가 2상 상태로 되는 것을 억제하는 것이고, 가열 매체의 온도 상승에 의한 작동 매체의 압력 상승을 억제하는 것도 목적으로 하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 작동 매체를 가열하는 열교환기와, 상기 열교환기로부터 유출된 상기 작동 매체가 유입되는 팽창기와, 상기 팽창기에 접속된 회전기와, 상기 팽창기로부터 배출된 상기 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기로부터 유출된 상기 작동 매체를 가압하여 상기 열교환기로 송출하는 펌프와, 상기 열교환기로부터 유출된 상기 작동 매체의 상의 상태를 판정하는 상 상태 판정부와, 상기 상 상태 판정부의 판정 결과에 기초하여 상기 열교환기로의 상기 작동 매체의 유입량을 감소시키는 유량 제어부를 구비하는 배열 회수 장치를 제공한다.
본 발명에서는, 유량 제어부는 상 상태 판정부에 의해 열교환기로부터 유출된 작동 매체가 기액 2상의 상태라고 판정되었을 때에 열교환기로의 작동 매체의 유입량을 감소시킨다. 이에 의해, 작동 매체는 열교환기에 있어서 가열 매체에 의해 충분히 가열되어, 열교환기로부터 포화 상태 또는 과열 상태의 가스 상태로 유출된다. 따라서, 열교환기로부터 유출되는 작동 매체가 기액 2상의 상태로 되는 것이 억제된다. 이로 인해, 당해 장치를 정지시키는 것 등을 하지 않고 운전을 계속하는 것이 가능해진다.
이 경우에 있어서, 상기 유량 제어부가 상기 펌프의 회전 속도를 내림으로써, 상기 열교환기로의 상기 작동 매체의 유입량을 감소시켜도 된다.
이 형태에서는, 펌프의 회전 속도가 저하됨으로써 열교환기로의 작동 매체의 유입량이 감소되므로, 열교환기로부터 유출되는 작동 매체가 기액 2상의 상태로 되는 것이 억제된다.
혹은, 상기 펌프로부터 송출된 상기 작동 매체의 일부를 상기 응축기와 상기 펌프 사이로 복귀시키는 복귀 유로와, 상기 복귀 유로에 설치된 복귀 밸브를 더 구비하여, 상기 유량 제어부가 상기 복귀 밸브의 개방도를 제어함으로써, 상기 열교환기로의 상기 작동 매체의 유입량을 감소시켜도 된다.
이 형태에서는, 복귀 밸브의 개방도를 크게 함으로써 열교환기로의 작동 매체의 유입량이 감소하므로, 열교환기로부터 유출되는 작동 매체가 기액 2상의 상태로 되는 것이 억제된다.
여기서, 가열 매체는 공장 등으로부터 배출되는 증기 등이고, 당해 가열 매체의 온도가 정상적인 온도로부터 상승하는 경우가 있다. 가열 매체의 온도가 상승하면, 열교환기에 있어서 가열 매체가 작동 매체와의 열교환에 의해 당해 작동 매체에 부여하는 열량이 증대된다. 그렇게 하면, 열교환기로부터 유출되는 작동 매체의 압력이 상승한다. 본 배열 회수 장치에서는 열교환기로부터 유출된 작동 매체의 압력이 압력 상한값을 초과하는 경우, 당해 장치가 그 압력에 견딜 수 있는 사양으로의 설계 변경이 필요해지지만, 이 변경은 용이하지 않다.
따라서, 본 발명에 있어서, 상기 열교환기로부터 유출된 상기 작동 매체의 압력의 상태를 판정하는 압력 상태 판정부와, 상기 압력 상태 판정부의 판정 결과에 기초하여 상기 열교환기로부터 유출되는 작동 매체의 압력을 압력 상한값 이하로 제어하는 압력 제어부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이 형태에서는, 열교환기로부터 유출된 작동 매체의 압력이 압력 상한값을 초과하지 않게 되므로, 각 기기의 설계 압력을 억제할 수 있다. 또한, 비용을 삭감할 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 압력 제어부가 상기 펌프의 회전 속도를 저하시킴으로써, 상기 열교환기로의 상기 작동 매체의 유입량을 감소시키는 것이 바람직하다.
열교환기로의 작동 매체의 유입량이 감소하면, 작동 매체는 열교환기로부터 과열 상태의 가스 상태로 유출된다. 그렇게 하면, 열교환기로부터 유출된 작동 매체의 온도는 상승하지만, 그 압력은 감소한다. 따라서, 열교환기로부터 유출되는 작동 매체의 압력을 압력 상한값 이하로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 팽창기를 바이패스하는 바이패스 유로와, 상기 바이패스 유로에 설치된 바이패스 밸브를 더 구비하고, 상기 압력 제어부는 상기 바이패스 밸브의 개폐를 제어함으로써, 상기 열교환기로부터 유출된 상기 작동 매체의 압력을 저하시키는 것이 바람직하다.
바이패스 밸브가 개방되면, 열교환기로부터 유출된 작동 매체의 일부는 팽창기를 경유하지 않고 응축기로 유입된다. 그렇게 하면, 팽창기의 상류측의 작동 매체, 즉, 열교환기로부터 유출된 작동 매체의 압력이 저하된다. 따라서, 열교환기로부터 유출되는 작동 매체의 압력을 압력 상한값 이하로 할 수 있다.
상기 상 상태 판정부는 상기 열교환기로부터 유출된 상기 작동 매체의 압력을 검출하는 압력 검출기와, 상기 열교환기로부터 유출된 상기 작동 매체의 온도를 검출하는 온도 검출기를 구비하여, 상기 압력 검출기에 의해 검출된 압력값과 상기 온도 검출기에 의해 검출된 온도값에 기초하여 상기 작동 매체의 상의 상태를 판정하도록 구성할 수 있다. 여기서, 상기 상 상태 판정부는 상기 작동 매체의 온도와 대응하는 포화 증기압을 나타내는 증기압 곡선 데이터를 기억하고 있고, 상기 압력 검출기에 의해 검출된 압력값과 상기 증기압 곡선 데이터로부터, 상기 압력값에 대응하는 상기 작동 매체의 포화 온도를 구하고, 상기 온도 검출기에 의해 검출된 온도값과 상기 포화 온도로부터 상기 작동 매체의 상의 상태를 판정하도록 구성할 수 있다.
또한, 본 발명은 작동 매체를 가열하는 열교환기, 상기 열교환기로부터 유출된 상기 작동 매체가 유입되는 팽창기, 상기 팽창기에 접속된 회전기, 상기 팽창기로부터 배출된 상기 작동 매체를 응축시키는 응축기 및 상기 응축기로부터 유출된 상기 작동 매체를 가압하여 상기 열교환기로 송출하는 펌프를 구비하는 배열 회수 장치의 운전 제어 방법이며, 상기 열교환기로부터 유출된 상기 작동 매체의 상의 상태를 판정하는 상 상태 판정 공정과, 상기 상 상태 판정 공정에 있어서의 판정 결과에 기초하여 상기 열교환기로의 상기 작동 매체의 유입량을 감소시키는 유량 제어 공정을 구비하는 배열 회수 장치의 운전 제어 방법을 제공한다.
본 발명에서는 상 상태 판정 공정에 있어서 열교환기로부터 유출된 작동 매체가 기액 2상의 상태라고 판정되었을 때에, 유량 제어 공정에 있어서 열교환기로의 작동 매체의 유입량을 감소시킨다. 이에 의해, 작동 매체는 열교환기에 있어서 가열 매체에 의해 충분히 가열되어, 열교환기로부터 과열 상태의 가스 상태로 유출된다. 따라서, 열교환기로부터 유출되는 작동 매체가 기액 2상의 상태로 되는 것이 억제된다. 이로 인해, 당해 장치를 정지시키는 것 등을 하지 않고 운전을 계속하는 것이 가능해진다.
이 경우에 있어서, 상기 열교환기로부터 유출된 상기 작동 매체의 압력의 상태를 판정하는 압력 상태 판정 공정과, 상기 압력 상태 판정 공정에 있어서의 판정 결과에 기초하여 상기 열교환기로부터 유출되는 작동 매체의 압력을 압력 상한값 이하로 제어하는 압력 제어 공정을 더 구비하는 것이 바람직하다.
이 형태에서는, 압력 상태 판정 공정의 판정에 기초하여 열교환기로부터 유출되는 작동 매체의 압력이 압력 상한값 이하로 제어되므로, 장치 전체의 설계 변경을 행하지 않고 가열 매체의 온도의 상승에 대응 가능해진다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 열교환기로부터 유출되는 작동 매체가 2상 상태로 되는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 배열 회수 장치의 구성의 개략을 도시하는 도면.
도 2는 작동 매체의 포화 증기압 곡선을 나타내는 그래프.
도 3은 제어 수단의 제어 내용의 개략을 도시하는 흐름도.
도 4는 제어 수단의 제어 내용의 개략을 도시하는 흐름도.
도 5는 배열 회수 장치의 다른 예를 도시하는 도면.
도 6은 제2 실시 형태의 배열 회수 장치를 도시하는 도면.
도 7은 제어 수단의 제어 내용의 개략을 도시하는 흐름도.
도 8은 제3 실시 형태의 배열 회수 장치를 도시하는 도면.
도 9는 제어 수단의 제어 내용의 개략을 도시하는 흐름도.
도 10은 제어 수단의 제어 내용의 개략을 도시하는 흐름도.
(제1 실시 형태)
본 발명의 제1 실시 형태의 배열 회수 장치에 대해, 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이 배열 회수 장치는 증발기인 열교환기(10)와, 열교환기(10)로부터 유출된 작동 매체가 유입되는 팽창기(13)와, 팽창기(13)에 접속된 회전기(14)와, 팽창기(13)로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기(16)와, 응축기(16)로부터 유출된 작동 매체를 가압하는 펌프(18)와, 각종 제어를 행하는 제어부(40)를 구비한다. 본 실시 형태에서는 작동 매체로서 R245fa가 사용된다. 열교환기(10), 팽창기(13), 응축기(16) 및 펌프(18)는 순환 유로(20)에 의해 이 순으로 직렬로 접속된다. 순환 유로(20)에는 바이패스 유로(22), 바이패스 밸브(24), 압력 검출기에 해당하는 압력 센서(32) 및 온도 검출기에 해당하는 온도 센서(34)가 설치된다.
열교환기(10)는 작동 매체가 흐르는 작동 매체 유로(11a)와, 온수나 증기 등의 가열 매체가 흐르는 가열 매체 유로(11b)를 갖고 있다. 작동 매체 유로(11a) 내를 흐르는 작동 매체는 가열 매체 유로(11b) 내를 흐르는 가열 매체와 열교환함으로써 증발한다. 작동 매체 유로(11a)의 상류측의 단부 및 하류측의 단부는 각각 순환 유로(20)에 접속되어 있다.
팽창기(13)는 순환 유로(20)에 있어서의 열교환기(10)의 하류측에 설치되어 있다. 본 실시 형태에서는 팽창기(13)로서 스크류식의 것이 사용되어 있다. 이 팽창기(13)는 내부에 로터실이 형성된 케이싱과, 로터실 내에 회전 가능하게 지지된 암수 한 쌍의 스크류 로터를 갖고 있다. 팽창기(13)에서는 로터실 내에 공급된 작동 매체가 팽창함으로써 스크류 로터가 회전 구동된다. 그리고, 압력이 저하된 작동 매체는 케이싱의 배출구로부터 순환 유로(20)로 배출된다. 또한, 팽창기(13)로서는, 원심식의 것이나 스크롤 타입의 것 등이 사용되어도 된다.
회전기(14)는 팽창기(13)에 접속되어 있다. 회전기(14)는 팽창기(13)의 한 쌍의 스크류 로터 중 한쪽에 접속된 회전축을 갖고 있다. 본 실시 형태에서는, 회전기(14)로서 발전기가 사용되어 있다. 이 발전기는 회전축이 상기 스크류 로터의 회전에 수반하여 회전함으로써 전력을 발생시킨다.
응축기(16)는 순환 유로(20)에 있어서의 팽창기(13)의 하류측에 설치되어 있다. 응축기(16)는 팽창기(13)로부터 배출된 가스 상태의 작동 매체를 응축시켜 액상의 작동 매체로 한다. 구체적으로는, 응축기(16)에 유입된 가스 상태의 작동 매체는 당해 응축기(16)에 외부로부터 공급된 냉각 매체와 열교환함으로써 응축한다. 응축기(16)에 공급되는 냉각 매체로서는, 예를 들어 냉각수나 공기를 들 수 있다.
펌프(18)는 순환 유로(20)에 있어서의 응축기(16)의 하류측[열교환기(10)와 응축기(16) 사이]에 설치되어 있다. 펌프(18)는 응축기(16)로 응축된 작동 매체를 소정의 압력까지 가압하여 순환 유로(20)에 있어서의 펌프(18)의 하류측으로 송출한다. 펌프(18)로서는, 임펠러를 로터로서 구비하는 원심 펌프나, 로터가 한 쌍의 기어를 포함하는 기어 펌프 등이 사용된다. 이 펌프(18)는 임의의 회전 속도로 구동되는 것이 가능하다.
바이패스 유로(22)는 팽창기(13)를 바이패스하는 유로이다. 바이패스 유로(22)의 일단부는 순환 유로(20)에 있어서의 열교환기(10)와 팽창기(13) 사이에 접속되어 있다. 바이패스 유로(22)의 타단부는 순환 유로(20)에 있어서의 팽창기(13)와 응축기(16) 사이에 접속되어 있다.
바이패스 밸브(24)는 바이패스 유로(22)에 설치되어 있다. 바이패스 밸브(24)의 개방 시에는, 열교환기(10)로부터 유출된 작동 매체의 일부가 바이패스 유로(22)를 흘러 응축기(16)에 유입된다.
압력 센서(32)는 순환 유로(20)에 있어서의 열교환기(10)의 하류측, 보다 구체적으로는, 열교환기(10)와 팽창기(13) 사이에 설치되어 있고, 이 위치의 작동 매체의 압력을 검출한다. 온도 센서(34)는 압력 센서(32)와 동일한 위치에 설치되어 있고, 이 위치의 작동 매체의 온도를 검출한다.
제어부(40)는 압력 센서(32) 및 온도 센서(34)에 접속되어 있고, 또한 인버터(42)를 통해 펌프(18)에 접속되어 있다. 제어부(40)의 기능에는 상 상태 판정부(40a)와, 유량 제어부(40b)와, 압력 상태 판정부(40c)와, 압력 제어부(40d)가 포함되어 있다.
유량 제어부(40b)는 펌프(18)의 구동을 제어한다. 압력 제어부(40d)는 복귀 밸브(24)의 개방도 및 펌프(18)의 구동을 제어한다. 압력 상태 판정부(40c)는 압력 센서(32)의 검출값을 취득한다. 상 상태 판정부(40a)는 압력 센서(32) 및 온도 센서(34)의 검출값을 취득한다.
도 2는 작동 매체의 포화 증기압 곡선을 도시하는 도면이다. 상 상태 판정부(40a)는 작동 매체의 온도와 대응하는 포화 증기압을 나타내는 데이터를 기억하고 있다. 상 상태 판정부(40a)에서는 상기 증기압 곡선에 기초하여 압력 센서(32)의 검출값에 대응하는 작동 매체의 포화 온도를 구하고, 그 포화 온도로부터 온도 센서(34)의 검출값을 뺀 값이 마이너스로 되었을 때에 작동 매체가 기체와 액체가 혼재된 상태(이하, 「2상 상태」라고 함), 즉, 가스 중에 액적이 발생하였다고 판정한다.
배열 회수 장치의 구동 시에는, 열교환기(10)의 작동 매체 유로(11a)로 유입된 액상의 작동 매체가, 가열 매체 유로(11b)를 흐르는 가열 매체(온수나 증기 등)와 열교환함으로써 증발한다. 열교환기(10)로부터 유출된 가스 상태의 작동 매체는 팽창기(13)로 유입되어, 팽창기(13) 및 회전기(14)가 구동된다. 팽창기(13)로부터 배출된 작동 매체는 응축기(16)에 의해 응축되어 액체로 되고, 펌프(18)에 의해 다시 열교환기(10)로 보내진다. 이와 같이, 배열 회수 장치에 있어서의 작동 매체의 일련의 순환 사이클에 의해, 발전이 행해진다.
다음에, 배열 회수 장치의 운전 제어에 대해 도 3을 참조하면서 설명한다.
배열 회수 장치가 기동되면(스텝 S10), 상 상태 판정부(40a)는 압력 센서(32) 및 온도 센서(34)로부터 작동 매체의 압력 및 온도를 취득한다(스텝 S11). 도 2의 포화 증기압 곡선에 기초하여 작동 매체의 압력에 대응하는 포화 온도를 구하고, 포화 온도에 대한 작동 매체의 온도와의 차분을 취득하여, 작동 매체의 상의 상태의 판정을 행한다(스텝 S12).
차분이 제로 또는 플러스인 경우, 즉, 작동 매체가 포화 또는 과열 상태인 경우, 펌프의 회전 속도가 정격 속도인지 여부가 확인되어(스텝 S14), 정격 속도인 경우에는 스텝 S11로 돌아간다.
한편, 가열 매체의 온도가 저하됨으로써, 작동 매체의 온도가 저하된 경우, 상기 차분이 마이너스로 되어 버린다. 상 상태 판정부(40a)는 작동 매체가 2상 상태라고 판정하여, 유량 제어부(40b)가, 일정 기간 동안 인버터(42)를 통해 펌프(18)의 회전 속도를 정격 속도로부터 소정의 비율로 감속시킨다(스텝 S13). 이에 의해, 열교환기(10)로의 작동 매체의 유입량이 감소한다. 열교환기(10)에서는 유입량이 감소함으로써 작동 매체가 충분히 가열된다.
그리고, 일정 시간 경과 후, 작동 매체의 압력 및 온도가 다시 취득되고(스텝 S11), 상 상태 판정부(40a)에서 작동 매체의 상의 상태의 판정이 행해져(스텝 S12), 2상 상태가 해소되었다고 판정된 경우에는 펌프의 회전 속도가 정격 속도로 복귀되어(스텝 S14, S15), 스텝 S11로 돌아간다. 한편, 2상 상태가 유지되어 있다고 판정된 경우에는, 펌프(18)가 더욱 감속되어(스텝 S13), 압력 및 온도를 취득하고 다시 작동 매체의 상 상태의 판정이 행해진다(스텝 S11, S12).
이상에 설명한 바와 같이, 배열 회수 장치에서는 구동 중에 스텝 S11 내지 S15가 반복되어, 가열 매체가 저온으로 되었을 때에는, 작동 매체의 순환량이 저감된다. 이에 의해, 열교환기(10)로부터 유출된 작동 매체가 2상 상태로 되는 것이 해소되어, 팽창기(13)의 출력의 대폭적인 저하가 방지된다. 또한, 작동 매체의 액적이 팽창기(13) 등의 부재에 충돌함으로써 부재의 손상(소위, 침식)도 방지된다. 배열 회수 장치에서는 가열 매체의 평균적인 온도(가열 매체가 온수이면 65℃ 내지 70℃ 정도)보다도 크게 저하(구체적으로는 55℃ 정도까지 저하)된 경우라도, 배열 회수 장치의 운전을 계속하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 온도의 변동이 큰 공장 등의 배열을 효율적으로 회수할 수 있다.
그런데, 가열 매체의 온도는 평균적인 온도보다도 과도하게(구체적으로는, 가열 매체가 온수이면 95℃ 정도까지) 상승하는 경우도 있다. 가열 매체의 온도가 상승하면, 열교환기(10)에 있어서 가열 매체가 작동 매체와의 열교환에 의해 당해 작동 매체에 부여하는 열량이 증대되어, 열교환기(10)로부터 유출되는 작동 매체의 압력이 과도하게 상승해 버린다.
본 배열 회수 장치에서는 압력 상태 판정부(40c) 및 압력 제어부(40d)가 이하와 같이 하여 열교환기(10)로부터 유출되는 작동 매체의 압력을 설정값(이하, 「압력 상한값」이라고 함) 이하로 되도록 제어를 행한다. 본 실시 형태에서는, 압력 상한값은 1㎫이다. 단, 압력 상한값은 기기의 설계에 따라서 적절히 변경되어도 된다.
압력 상태 판정부(40c) 및 압력 제어부(40d)의 제어 내용을 도 4를 참조하면서 설명한다. 또한, 도 4의 제어는 상술한 도 3의 제어와 병행하여 행해진다.
본 배열 회수 장치가 기동되면(스텝 S20), 압력 상태 판정부(40c)는 압력 센서(32)의 압력이 제1 판정값인 0.91㎫ 이상인지 여부를 판정한다(스텝 S21).
압력이 0.91㎫ 미만인 경우에는, 일정한 간격으로 작동 매체의 압력 상태의 확인이 반복된다. 그런데, 가열 매체의 온도가 일시적으로 과도하게 상승하여, 작동 매체의 압력이 제1 판정값을 초과해 버리는 경우가 있다. 압력 상태 판정부(40c)가, 작동 매체의 압력을 0.91㎫ 이상이라고 판정하면, 압력 제어부(40d)는 인버터(42)를 통해 펌프(18)의 회전 속도를 정격 속도로부터 20％/분 정도의 비율로 감속시킨다(스텝 S22). 이에 의해, 열교환기(10)로의 작동 매체의 유입량이 감소한다. 유입량이 감소함으로써 열교환기(10)에 있어서의 작동 매체의 증발량이 억제되므로, 작동 매체의 온도는 상승하지만 압력은 감소하게 된다.
다음에, 압력 상태 판정부(40c)는 압력 센서(32)의 검출값이 제2 판정값인 0.93㎫ 이상인지 여부를 판정한다(스텝 S23). 여기서는, 여전히 고압 상태가 유지되어 있는 경우에 감압 처리를 더 행할지 여부를 판단하고 있다. 압력이 0.93㎫ 미만인 경우에는 스텝 S21로 돌아가, 작동 매체의 압력 상태의 확인이 반복된다. 한편, 압력 센서(32)의 검출값이 0.93㎫ 이상이라고 판정되면, 압력 제어부(40d)는 바이패스 밸브(24)를 개방한다(스텝 S24). 열교환기(10)로부터 유출된 작동 매체의 일부는 바이패스 유로(22)를 통해 팽창기(13)를 우회하여, 응축기(16)로 직접 유입된다. 이에 의해, 열교환기(10)와 팽창기(13) 사이의 작동 매체의 양이 감소하여 압력이 저하된다. 그리고, 압력 상태 판정부(40c)는 압력이 제3 판정값인 0.925㎫ 이하까지 감소하였는지 여부를 판정하여(스텝 S25), 압력이 0.925㎫ 이하라고 판정되면, 바이패스 밸브(24)가 폐쇄된다(스텝 S26). 제어부(40)는 스텝 S11로 돌아가 작동 매체의 압력 상태의 확인을 행한다. 또한, 압력이 0.925㎫보다도 높은 경우에는, 압력이 저하될 때까지 바이패스 밸브(24)가 개방된다.
이상에 설명한 바와 같이, 배열 회수 장치에서는 구동 중에 스텝 S21 내지 S26이 반복되어, 가열 매체의 온도가 과도하게 고온으로 되었을 때에, 작동 매체의 순환량을 저감시킴으로써 열교환기(10)와 팽창기(13) 사이의 압력의 과도한 상승이 방지된다. 이에 의해, 가열 매체의 고온 하에 있어서도, 배열 회수 장치의 운전을 계속하는 것이 가능해진다. 또한, 배열 회수 장치는 펌프의 회전 속도를 내리는 동작을 행한 후에 바이패스 밸브(24)를 개방하는 동작을 행하므로, 팽창기(13)에 의해 동력으로서 회수되지 않는 열에너지를 최대한 억제할 수 있어, 배열의 회수 효율을 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 배열 회수 장치에서는 유량 제어부(40b)가, 상 상태 판정부(40a)에 의해 열교환기(10)로부터 유출된 작동 매체의 온도가 포화 온도 미만이라고 판정되었을 때에, 펌프(18)의 회전 속도를 내림으로써 열교환기(10)로의 작동 매체의 유입량을 감소시킨다. 이에 의해, 작동 매체는 열교환기(10)에 있어서 가열 매체에 의해 충분히 가열되므로, 팽창기(13)에 유입되는 작동 매체가 2상 상태로 되는 것이 억제된다.
또한, 압력 제어부(40d)는 압력 상태 판정부(40c)에 의해 압력이 제1 판정값 이상이라고 판정되었을 때에, 펌프(18)의 회전 속도를 저하시킴으로써 열교환기(10)로의 작동 매체의 유입량을 감소시켜, 열교환기(10)로부터 유출된 작동 매체의 압력이 압력 상한값 이하로 억제된다. 압력의 상승을 억제함으로써, 배열 회수 장치의 각 기기의 설계 압력을 작게 할 수 있어, 배열 회수 장치의 비용을 삭감할 수 있다. 배열 회수 장치에서는, 펌프(18)의 회전 속도를 저하시켜도 작동 매체의 고압 상태가 유지되는 경우에는, 바이패스 밸브(24)가 개방된다. 이에 의해, 보다 확실하게 작동 매체의 압력을 억제할 수 있다.
도 5는 배열 회수 장치의 다른 예를 도시하는 도면이다. 열교환기(10)는 증발기(11)와, 증발기(11)의 하류에 설치된 과열기(12)를 구비한다. 증발기(11)는 작동 매체가 흐르는 작동 매체 유로(11a)와, 가열 매체가 흐르는 가열 매체 유로(11b)를 갖고 있다. 과열기(12)는 작동 매체가 흐르는 작동 매체 유로(12a)와, 가열 매체가 흐르는 가열 매체 유로(12b)를 갖고 있다. 작동 매체 유로(11a)의 상류측의 단부 및 작동 매체 유로(12a)의 하류측의 단부는 각각 순환 유로(20)에 접속되어 있다. 압력 센서(32) 및 온도 센서(34)는 과열기(12)보다도 하류측에 설치된다. 작동 매체는 증발기(11)에 의해 가열된 후, 과열기(12)에 의해 더 가열되어, 과열 상태의 가스로서 팽창기(13)로 유입된다.
제어부(40)에 있어서의 제어 동작은 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 도 5에 도시한 경우에 있어서도, 가열 매체의 온도가 평균적인 온도보다도 크게 저하된 경우 및 과도하게 상승한 경우에 작동 매체의 순환량을 저감시킴으로써, 작동 매체가 2상 상태로 되는 것 및 작동 매체의 압력이 과도하게 상승하는 것을 억제할 수 있다. 이하의 제2 및 제3 실시 형태에 있어서도, 열교환기(10)에 과열기(12)가 설치되어도 된다.
(제2 실시 형태)
도 6은 제2 실시 형태에 관한 배열 회수 장치를 도시하는 도면이다. 배열 회수 장치에서는 각 가열 매체 유로(11b, 12b)에 가열 매체를 공급하는 가열 매체 공급 유로(25)의 열교환기(10)보다도 상류측에 온도 센서(36)가 설치된다. 다른 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 상 상태 판정부(40a)에는 작동 매체의 종류나 순환량 등에 기초하여 가열 매체의 온도와 열교환기(10)로부터 유출되는 작동 매체의 상의 상태와의 관계를 나타내는 데이터가 기억되어 있다. 또한, 압력 상태 판정부(40c)에는 작동 매체의 종류나 순환량 등에 기초하여 가열 매체의 온도와 열교환기(10)로부터 유출되는 작동 매체의 압력과의 관계를 나타내는 데이터가 기억되어 있다.
가열 매체의 온도가 평균적인 온도보다도 저하된 경우, 상 상태 판정부(40a)는 온도 센서(36)에 의해 가열 매체의 온도를 취득하여(도 3:스텝 S11), 작동 매체의 상의 상태의 판정을 행한다(스텝 S12). 그리고, 작동 매체가 2상 상태라고 판정되면, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 펌프(18)의 회전 속도를 정격 속도로부터 소정의 비율로 감속시킴으로써 열교환기(10)로의 작동 매체의 유입량을 감소시킨다(스텝 S13). 가열 매체의 온도가 상승하여 작동 매체가 포화 또는 과열 상태라고 판정된 경우에는 펌프의 회전 속도가 정격 속도로 복귀된다(스텝 S11, S12, S14, S15).
한편, 압력 상태 판정부(40c)에서는, 도 7에 도시한 바와 같이 배열 회수 장치의 기동 후, 온도 센서(36)에 의해 취득된 작동 매체의 온도가 제1 판정값인 96℃ 이상인지 여부를 판정한다(스텝 S30, S31). 온도가 96℃ 미만인 경우에는, 일정한 간격으로 가열 매체의 온도의 확인이 반복된다.
온도가 96℃ 이상이라고 판정되면, 압력 제어부(40d)는 펌프(18)의 회전 속도를 정격 속도로부터 20％/분 정도의 비율로 저하시킨다(스텝 S32). 열교환기(10)로의 작동 매체의 유입량이 감소함으로써, 작동 매체의 압력을 감소시킬 수 있다. 다음에, 압력 상태 판정부(40c)는 가열 매체의 온도가 제2 판정값인 97℃ 이상인지 여부를 판정한다(스텝 S33). 온도가 97℃ 미만인 경우에는 스텝 S31로 돌아가, 가열 매체의 온도의 확인이 반복된다.
온도가 97℃ 이상이라고 판정되면, 압력 제어부(40d)는 바이패스 밸브(24)를 개방한다(스텝 S34). 이에 의해, 열교환기(10)와 팽창기(13) 사이의 압력을 저하시킬 수 있다. 또한, 압력 상태 판정부(40c)는 온도가 제3 판정값인 96℃ 이하로 될 때까지 반복해서 확인하여(스텝 S35), 온도가 96℃ 이하라고 판정되면, 압력 제어부(40d)는 바이패스 밸브(24)를 폐쇄한다(스텝 S36).
제2 실시 형태에 있어서도, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 열교환기(10)로부터 유출된 작동 매체의 2상 상태를 억제할 수 있음과 함께, 작동 매체의 압력이 과도하게 상승해 버리는 것을 방지할 수 있다.
(제3 실시 형태)
도 8은 본 발명의 제3 실시 형태의 배열 회수 장치의 구성의 개략을 도시하고 있다. 또한, 제3 실시 형태에서는 제1 실시 형태와 다른 부분에 대해서만 설명을 행하고, 제1 실시 형태와 동일한 구조, 작용 및 효과의 설명은 생략한다.
본 실시 형태의 배열 회수 장치는 펌프(18)로부터 송출된 작동 매체의 일부를 응축기(16)와 펌프(18) 사이로 복귀시키는 복귀 유로(26)와, 이 복귀 유로(26)에 설치된 복귀 밸브(28)를 구비하고 있다.
도 9 및 도 10은 각각 가열 매체의 온도가 저하된 경우의 제어의 흐름 및 가열 매체의 온도가 상승한 경우의 제어의 흐름의 일부를 도시하는 도면이다. 도 9는 스텝 S13을 제외하고 도 3과 마찬가지이고, 도 10은 스텝 S22를 제외하고 도 4와 마찬가지이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 가열 매체의 온도가 평균적인 온도보다도 크게 저하된 경우, 제어부(40)의 상 상태 판정부(40a)에 의해 작동 매체가 2상 상태라고 판정되면(스텝 S11), 유량 제어부(40b)가 복귀 밸브(28)의 개방도를 크게 하여(스텝 S41), 열교환기(10)를 향하는 작동 매체의 유입량을 감소시킨다. 이에 의해, 열교환기(10)에 의해 작동 매체가 충분히 가열되어, 작동 매체가 2상 상태인 것이 해소된다.
또한, 도 10에 도시한 바와 같이, 가열 매체의 온도가 과도하게 상승한 경우, 압력 상태 판정부(40c)는 압력 센서(32)로부터 취득된 압력이 0.91㎫ 이상인지 여부를 판정하여(스텝 S11), 압력이 0.91㎫ 이상이라고 판정되면, 압력 제어부(40d)는 복귀 밸브(28)의 개방도를 일정 시간 동안 일정한 비율로 크게 한다(스텝 S51). 이에 의해, 열교환기(10)로의 작동 매체의 유입량이 감소하여, 열교환기(10)로부터 유출되는 작동 매체의 압력이 감소한다.
제3 실시 형태에 있어서도, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 작동 매체의 2상 상태의 억제 및 압력 상승의 억제를 행할 수 있다. 제3 실시 형태에서는, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 작동 매체의 온도 및 압력 대신에, 가열 매체의 온도에 기초하여 작동 매체의 열교환기(10)로의 유입량의 제어가 행해져도 된다.
또한, 금회 개시된 실시 형태는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시 형태의 설명이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 나타나고, 또한 특허 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는 회전기(14)로서 발전기가 예시되었지만, 회전기(14)는 압축기 등의 다른 구동 기계여도 된다.
제1 실시 형태에서는 상 상태 판정부(40a)가, 작동 매체의 온도로부터 증기압을 구하여, 증기압과 작동 매체의 압력을 비교함으로써 열교환기(10)로부터 유출된 작동 매체가 2상 상태인지 여부를 판정해도 된다. 제3 실시 형태에 있어서도 마찬가지이다.
가열 매체의 온도의 변동이 크지 않은 경우에는, 압력 제어부(40d)에서는 펌프(18)의 회전 속도의 제어와 바이패스 밸브(24)의 개폐 제어의 한쪽만이 행해져도 된다. 제2 실시 형태에 있어서도 마찬가지이다. 또한, 제3 실시 형태에서는, 복귀 밸브(28)의 개방도의 제어와 바이패스 밸브(24)의 개방도의 제어의 한쪽만이 행해져도 된다. 상 상태 판정부(40a)는 압력 상태 판정부(40c)의 기능을 겸해도 된다. 유량 제어부(40b) 및 압력 제어부(40d)에 대해서도 마찬가지이다.

Claims (10)

  1. 배열 회수 장치이며,
    작동 매체를 가열하는 열교환기와,
    상기 열교환기로부터 유출된 상기 작동 매체가 유입되는 팽창기와,
    상기 팽창기에 접속된 회전기와,
    상기 팽창기로부터 배출된 상기 작동 매체를 응축시키는 응축기와,
    상기 응축기로부터 유출된 상기 작동 매체를 가압하여 상기 열교환기로 송출하는 펌프와,
    상기 열교환기로부터 유출된 상기 작동 매체의 상의 상태를 판정하는 상 상태 판정부와,
    상기 상 상태 판정부의 판정 결과에 기초하여 상기 열교환기로의 상기 작동 매체의 유입량을 감소시키는 유량 제어부를 구비하는, 배열 회수 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유량 제어부가 상기 펌프의 회전 속도를 내림으로써, 상기 열교환기로의 상기 작동 매체의 유입량을 감소시키는, 배열 회수 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 펌프로부터 송출된 상기 작동 매체의 일부를 상기 응축기와 상기 펌프 사이로 복귀시키는 복귀 유로와, 상기 복귀 유로에 설치된 복귀 밸브를 더 구비하고,
    상기 유량 제어부가 상기 복귀 밸브의 개방도를 제어함으로써, 상기 열교환기로의 상기 작동 매체의 유입량을 감소시키는, 배열 회수 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열교환기로부터 유출된 상기 작동 매체의 압력의 상태를 판정하는 압력 상태 판정부와,
    상기 압력 상태 판정부의 판정 결과에 기초하여 상기 열교환기로부터 유출되는 작동 매체의 압력을 압력 상한값 이하로 제어하는 압력 제어부를 더 구비하는, 배열 회수 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 압력 제어부가 상기 펌프의 회전 속도를 저하시킴으로써, 상기 열교환기로의 상기 작동 매체의 유입량을 감소시키는, 배열 회수 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 팽창기를 바이패스하는 바이패스 유로와, 상기 바이패스 유로에 설치된 바이패스 밸브를 더 구비하고,
    상기 압력 제어부는 상기 바이패스 밸브의 개폐를 제어함으로써, 상기 열교환기로부터 유출된 상기 작동 매체의 압력을 저하시키는, 배열 회수 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 상 상태 판정부는,
    상기 열교환기로부터 유출된 상기 작동 매체의 압력을 검출하는 압력 검출기와,
    상기 열교환기로부터 유출된 상기 작동 매체의 온도를 검출하는 온도 검출기를 구비하고,
    상기 압력 검출기에 의해 검출된 압력값과 상기 온도 검출기에 의해 검출된 온도값에 기초하여 상기 작동 매체의 상의 상태를 판정하는, 배열 회수 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 상 상태 판정부는,
    상기 작동 매체의 온도와 대응하는 포화 증기압을 나타내는 증기압 곡선 데이터를 기억하고 있고,
    상기 압력 검출기에 의해 검출된 압력값과 상기 증기압 곡선 데이터로부터, 상기 압력값에 대응하는 상기 작동 매체의 포화 온도를 구하고, 상기 온도 검출기에 의해 검출된 온도값과 상기 포화 온도로부터 상기 작동 매체의 상의 상태를 판정하는, 배열 회수 장치.
  9. 배열 회수 장치의 운전 제어 방법이며,
    작동 매체를 가열하는 열교환기, 상기 열교환기로부터 유출된 상기 작동 매체가 유입되는 팽창기, 상기 팽창기에 접속된 회전기, 상기 팽창기로부터 배출된 상기 작동 매체를 응축시키는 응축기 및 상기 응축기로부터 유출된 상기 작동 매체를 가압하여 상기 열교환기로 송출하는 펌프를 구비하는 배열 회수 장치의 운전 제어 방법이며,
    상기 열교환기로부터 유출된 상기 작동 매체의 상의 상태를 판정하는 상 상태 판정 공정과,
    상기 상 상태 판정 공정에 있어서의 판정 결과에 기초하여 상기 열교환기로의 상기 작동 매체의 유입량을 감소시키는 유량 제어 공정을 구비하는, 배열 회수 장치의 운전 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 열교환기로부터 유출된 상기 작동 매체의 압력의 상태를 판정하는 압력 상태 판정 공정과,
    상기 압력 상태 판정 공정에 있어서의 판정 결과에 기초하여 상기 열교환기로부터 유출되는 작동 매체의 압력을 압력 상한값 이하로 제어하는 압력 제어 공정을 더 구비하는, 배열 회수 장치의 운전 제어 방법.
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