JPH0650067B2 - 排熱利用システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、排熱利用システムに係り、特にタービンに熱
媒体を安定に供給するようにした排熱利用システムに関
する。

（従来の技術） 一般に、排熱利用システムは、排熱回収装置、タービ
ン、圧縮機、再生器、冷却器等の各機器に熱媒体を循環
させる熱媒体循環系と、発電機、電力変換器、蓄電器、
電気制御機器、加熱器等を有する電気系と、冷却水ポン
プ、調節弁等を有する冷却水系とを有する。

この排熱利用システム、特に熱媒体循環系は、熱媒体が
圧縮機により加圧され、この熱媒体が再生器を介して排
熱回収装置に供給され、この排熱回収装置においてボイ
ラ、その他の熱発生器から生じる排熱が前記熱媒体に熱
回収され、この加温された熱媒体によりタービンが回転
駆動されるものである。このタービンで仕事をした熱媒
体は、再び前記再生器を介して冷却器に送られ、この冷
却器で水等により冷却されて前記圧縮機に戻されるよう
になっている。前記タービンには発電機が直結されてお
り、タービンが熱媒体により回転駆動されると発電機か
ら電力が発生し、この電力を系統に供給するとともにそ
の余剰電力が前記熱媒体循環系等の電源、制御電源とし
て利用される。

さらにまた冷却水系は前記熱媒体循環系等の冷却源とし
て利用される。

（発明が解決しようとする課題） このような排熱利用システムは、排熱回収装置が受ける
排熱が主要機器例えば蒸気タービンサイクルの排熱を使
用するものであるため、主要機器の出力により排熱が大
きく影響を受けて変動させられる。そのため排熱回収装
置からタービンに供給される熱媒体温度が変動させら
れ、タービンが安定した速度で回転されず、これにより
発電機の回転数が変動させられ系統に一定の電力が供給
できないと言う問題等が生じる。

また、前記排熱温度の変動は循環する熱媒体温度を変動
させ、熱媒体循環系の各機器の温度を変動させる。その
ため前記熱媒体循環系の各機器の調整が面倒になり結果
的にはタービンを回転が不安定になり発電機から発生す
る電力が変動する等の問題があった。

本発明は上記問題を解決するために各機器を循環する熱
媒体の圧力、温度等を検出し、この検出値により各機器
を適確に制御し、タービンを安定に駆動するよにした排
熱利用システムを得ることを目的とするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、圧縮機で加圧された熱媒体を再生器を介して
排熱回収装置に供給し、その排熱回収装置において加温
された熱媒体によりタービンを駆動するとともに、その
タービンからの排気を前記再生器、冷却器を経て上記圧
縮機に循環させるようにした排熱利用システムにおい
て、前記排熱回収装置から前記タービンに供給される熱
媒体温度を検出する第１の温度検出器と、この第１の温
度検出器により検出された熱媒体温度により作動され前
記排熱回収装置に供給される熱媒体の一部を前記排熱回
収装置をバイパスさせる第１の制御弁と、前記排熱回収
装置に設けた前記第１の温度検出器からの検出温度によ
り作動される加熱器とを備えたものであり、また、前記
排熱利用システムにおいて、前記タービンから排気され
る熱媒体温度を検出する第２の温度検出器と、前記ター
ビンから排気され前記再生器を介して冷却器に送られる
熱媒体を検出する第３の温度検出器と、前記圧縮機から
前記排熱回収装置に供給され前記タービンから排気され
る熱媒体と熱交換された後の前記再生器の熱媒体温度を
検出する第４の温度検出器と、これ等各温度検出器によ
り検出された熱媒体温度により作動され前記再生器に供
給される熱媒体の一部を前記再生器をバイパスさせる第
２の制御弁とを設けたものである。

（作 用） 熱媒体を圧縮機、再生器、排熱回収装置、タービン、冷
却器等を介して前記圧縮器に循環させるようにした排熱
利用システムにおいて、熱媒体が排熱回収装置を介して
タービンに供給される熱媒体温度が検出され、その検出
温度により前記排熱回収装置に供給される熱媒体の一部
を排熱回収装置においてバイパスさせあるいは加熱器が
作動され、前記タービンに供給される熱媒体温度を所定
温度に加熱されるように制御される。

また、圧縮機から再生器を介して排熱回収装置に供給さ
れる熱媒体がタービンから排気される熱媒体と熱交換さ
せられる。この再生器の通る各熱媒体の入口温度、出口
温度が検出され、この各検出温度により熱媒体が再生器
においてバイパス制御され、再生器から排熱回収装置に
供給される熱媒体温度が所定温度にするように制御され
る。

（実施例） 以下本発明排熱利用システムの一実施例を添附図面につ
いて説明する。

全体を１０で示す排熱利用システムの熱媒体循環系に
は、電磁弁１１および後述する調整弁１２を介して空気
・ガス等の熱媒体を加圧する圧縮機１３が設けられてい
る。この圧縮機１３により加圧された熱媒体は制御弁１
４（以下第２の調整弁と言う）を介して再生器１５に供
給され、この再生器１５において後述するタービン１６
の排熱と熱交換される。この再生器１５により熱交換さ
れた熱媒体は、制御弁１７（以下第１の調整弁と言う）
を介して排熱回収装置１８に供給され図示しないボイ
ラ、その他の加熱源等からの排熱により加熱され前記タ
ービン１６に供給され、このタービン１６が所定の速度
で回転駆動される。

第２の制御弁１４には、上記再生器１５をバイパスする
バイパス管路１９の一端が接続され、その他端が上記再
生器１５の出口側に接続されている。また前記第１の制
御弁１７にも上記排熱回収装置１８をバイパスするバイ
パス管路２０の一端が接続され、その他端が上記排熱回
収装置１８の出口側に接続され、その第１の制御弁１７
の調整により熱媒体の一部が排熱回収装置１８をバイパ
スするようにしてある。

前記タービン１６の回転により、これに連結された発電
機２１が回転させられる。この発電機２１の回転によ
り、これから電力が発生しその電力が図示しない系統に
給電される。前記タービン１６で仕事を行った熱媒体は
前記再生器１５に送られ、前述のように圧縮機１３から
排熱回収装置１８に供給される熱媒体と熱交換され、タ
ービン１６の排熱が有効に利用される。この再生器１５
で熱交換した熱媒体は、冷却器２２に送られて冷却され
た後前記調整弁１２の入口側に戻され前記圧縮機１３に
再び供給される。

ところで、上記圧縮機１３の吐出側には圧力検出器２３
が設けられ、また再生器１５の熱媒体流出側、排熱回収
装置１８の出口側、タービン１６の排気側、再生器１５
の排ガス流出側および冷却器２２の出口側にはそれぞれ
温度検出器２４、２５、２６、２７および２８が設けら
れ、さらにタービン１６と圧縮機１３の回転軸には回転
数検出器２９が設けられている。

さらにまた、前記発電機２１の出力端子には、後述する
制御装置３０により制御される遮断器３１を介して交流
を直流に変換する電力変換器３２が接続され、この電力
変換器３２の出力が蓄電器３３に送られ、前記発電機２
１の余剰電力が蓄電器３３に充電される。

前記電力変換器３２の蓄電器３３との間には前記遮断器
３１と同様に制御装置３０により制御される遮断器３４
を介して例えばＳＣＲのような電気制御器３５が接続さ
れ、この電気制御器３５の制御により前記排熱回収装置
１８に取付けられた加熱器３６が制御されるようにして
ある。

また、前記冷却器２２には調整弁３７を有する冷却水ポ
ンプ３８が接続され、この冷却水ポンプ３８により循環
させられる冷却水により再生器１５から流出する前記熱
媒体が冷却されるようにしてある。

前記制御装置３０の主要部は第２図に示すようなもの
で、前記圧力検出器２３、各温度検出器２４、２５、２
６、２７および２８、回転数検出器２９からの検出信号
が入力され変換器、演算器、加減算器等を介して調整弁
１２、第１および第２の制御弁１７、１４および調整弁
３７、加熱器３６に制御信号が送られる。

すなわち、温度検出器２５（以下第１の温度検出器と言
う）により排熱回収装置１８の出口側の熱媒体の温度が
検出され、この温度信号が温度−電流変換器４０に送ら
れ、ここで電気信号に変換される。この電気信号は、温
度設定器４１に送られ設定温度信号と比較演算され、そ
の偏差信号が、ＰＩＤ形調節計４２に送られ、その偏差
に基づく出力信号が発生される。そして、この出力信号
が電空変換器４３を介して第１の制御弁１７に印加さ
れ、その第１の制御弁１７が前記偏差信号に応じて制御
され、排熱回収装置１８の出口側の熱媒体の温度が所定
の温度になるように制御される。

すなわち、排熱回収装置１８の出口側の熱媒体の温度が
所定温度以上になると、上記第１の制御弁１７が作動さ
れ、排熱回収装置１８に流入する熱媒体の一部がバイパ
ス管路２０を介して排熱回収装置１８をバイパスさせ
る。これにより、排熱回収装置１８の出口側の熱媒体の
温度が所定の温度になるようにされる。

また、前記温度−電流変換器４０の電気信号はリミッタ
４４に送られ、この電気信号がリミッタ４４により規定
された制限値より低い場合には出力信号が発生させられ
る。この出力信号は温度設定器４５に送られ、設定温度
信号と比較演算されてその偏差信号が発生させられる。
この偏差信号は前記電気制御器３５の制御信号とさせら
れるとともに前記遮断器３１、３４に制御信号として加
えられ、前記加熱器３６が制御されて排熱回収装置１８
の温度不足分が補充される。

温度検出器２４（以下第４の温度検出器と言う）では再
生器１５から排熱回収装置１８に供給する熱媒体の温度
が検出され、この温度信号が温度−電流変換器４６に送
られここで電気信号に変換される。この電気信号は温度
設定器４７に送られ、設定温度信号と比較演算されてそ
の偏差信号がＰＩＤ形調節計４８を介して加減演算器４
９に送られる。

一方、温度検出器２６（以下第２の温度検出器と言う）
によりタービン１６で仕事を行った熱媒体の温度が検出
され、この温度信号が温度−電流変換器５１に送られて
電気信号に変換される。また、温度検出器２７（以下第
３の温度検出器と言う）では再生器１５を通り冷却器２
２に送られる熱媒体の温度が検出され、この温度信号が
温度−電流変換器５２に送られここで電気信号に変換さ
れる。この第２の温度検出器２６および第３の温度検出
器２７の電気信号は加減演算器５３に送られ加減演算さ
れ、その加減演算信号がバイアス回路５４を経て前記加
減演算器４９に送られる。

そこでこの加減演算器４９では前記第４の温度検出器２
４からの信号と第２の温度検出器２６、第３の温度検出
器２７からの信号が比較演算され、その偏差信号が前記
電空変換器４３と同様な作動をする電空変換器５０を介
して前記第２の制御弁１４に加えられその制御が行わ
れ、再生器１５に送られる熱媒体の供給量が制御され
る。

すなわち、再生器１５から排熱回収装置１８に供給され
熱媒体の温度が設定器４７で設定された温度になるよう
に設定信号をＰＩＤ形調節計４８を介して加減演算器４
９に送る。

一方、タービン１６から排出される熱媒体の温度が第２
の温度検出器２６により検出され、また、再生器１５か
ら冷却器２２に送られる熱媒体の温度が第３の温度検出
器２７により検出される。これら両熱媒体の温度差を電
気信号として加減演算器５３に送り加減演算信号として
バイアス回路５４を介して加減演算器４９に送る。

加減演算器４９では設定信号と加減演算信号とを演算処
理し再生器１５から排熱回収装置１８に供給する熱媒体
の温度が適正になるような加減演算値を演算する。この
演算出力信号により第２の制御弁１４を調整制御しバイ
パス管路１９のバイパス量を調整し排熱回収装置１８に
供給する熱媒体の温度を制御する。

温度検出器２８では冷却器２２から圧縮機１２に排出さ
れる熱媒体の温度が検出される。この温度信号は前記と
同様な温度−電流変換機５５により電気信号に変換され
る。この電気信号は、前記冷却機２２が要求する温度を
設定する設定器５６に送られ、設定温度信号と比較さ
れ、その偏差信号がＰＩＤ形調節計５７を介して加減演
算器５８に送られる。また、前記温度検出器２７から温
度−電流変換器５２を介して送られてくる電気信号と前
記温度−電流変換器５５から送られてくる電気信号とを
加減演算器５９で加減演算し、その加減算信号がバイア
ス回路６０に与えられる。このバイアス信号と前記ＰＩ
Ｄ形調節計５７からの偏差信号とが前記加減演算器５８
に送られ加減演算信号を発生させられる。加減演算器５
８の加減演算信号は電空変換器６１に送られ、調整弁３
７を加減演算信号により制御し冷却水ポンプ３８から冷
却器２２に送られる水量を制御し、熱媒体が冷却器２２
により適度の温度になるように制御される。

圧縮機１３によって加圧された熱媒体の吐出圧力は圧力
検出器２３により電気信号として検出される。この吐出
圧力信号は圧力設定器６２に送られ、圧縮機１３の設定
圧力信号と比較演算され、その偏差信号がＰＩＤ形調節
計６３を介して高値優先回路６４に送られる。

また、回転検出器２９では、前記タービン１６と圧縮器
１３との回転数が検出される。

この回転信号は周波数変換器６５に送られて電気信号に
変換される。この電気信号は回転数設定器６６に送ら
れ、タービン１６等の設定回転数と比較され、その偏差
信号がＰＩＤ形調節計６７を介して前記高値優先回路６
４に送られる。

この高値優先回路６４では、圧縮機１３の吐出圧力信号
またはタービン１６等の回転数電気信号とのうちいずれ
か高い方の信号が電空変換器６８を介して調整弁１２に
加えられその調整弁１２が開閉制御され圧縮機１３に供
給される熱媒体量が制御される。

本発明排熱利用システムは、再生器、排熱回収装置、冷
却器等を循環する熱媒体の入口部、出口部の各温度、圧
力を温度検出器、圧力検出器等により検出し、この温
度、圧力等から再生器、排熱回収装置、冷却器等を循環
する熱媒体の温度制御をするとともに熱媒体のバイパス
制御を行うようにしたから、排熱回収装置の排熱が変動
するようなことがあってもタービンに供給される熱媒体
温度を所定値に維持することができる。そのため、ター
ビンの安定運転を行い、これに直結した発電機から良質
の電力を発生することができる。

〔発明の効果〕

上述したように本発明は、排熱利用システムにおいて排
熱回収装置からタービンに供給される熱媒体温度を検出
し、この検出温度により排熱回収装置の熱媒体制御、バ
イパス制御および加熱温度制御を行うようにしたから、
排熱回収装置からタービンに供給される熱媒体温度を所
定温度に維持でき、このタービンに直結した発電機から
良質の電力を発生することができる。

また、前記排熱利用システムにおいて再生器で熱交換さ
れるタービンの排気熱媒体、再生器から排熱回収装置に
供給される熱媒体の各出入口温度をそれぞれ検出し、こ
の検出温度から再生器の熱媒体制御、バイパス制御をす
るようにしたから、再生器から排熱回収装置に供給する
熱媒体温度を所定温度にすることができる。その結果、
再生器、排熱回収装置を介してタービンに供給される熱
媒体温度ガ安定し、このタービンに連結した発電機から
一定の電力を発生することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明排熱利用システムを示すブロック線
図、第２図は、第１図における制御回路を示すブロック
線図である。 １０……排熱利用システム、１１……電磁弁、１２、３
７……調整弁、１３……圧縮機、１４、１７……制御
弁、１５……再生器、１６……タービン、１８……排熱
回収装置、２１……発電機、２０……冷却器、２３……
圧力検出器、２４、２５、２６、２７および２８……温
度検出器、２９……回転数検出器、３０……制御回路、
３１、３４……遮断器、３２……電力変換器、３３……
蓄電器、３５……電気制御器、３６……加熱器、４０、
４６、５１、５２、５５および６５……温度−電気変換
器、４１、４７、５６、６２および６６……設定器、４
２、４８、５７、６３および６７……ＰＩＤ調節計、４
９、５３、５８および５９……加減演算器、４３、５
０、６１および６８……空電変換器、４４……リミッ
タ、５４、６０……バイアス回路、６４……高値優先回
路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機で加圧された熱媒体を再生器を介し
   て排熱回収装置に供給し、その排熱回収装置において過
   温された熱媒体によりタービンを駆動するとともに、そ
   のタービンからの排気を前記再生器、冷却器を経て上記
   圧縮機に循環させるようにした排熱利用システムにおい
   て、 前記排熱回収装置から前記タービンに供給される熱媒体
   温度を検出する第１の温度検出器と、 この第１の温度検出器により検出された熱媒体温度によ
   り作動され前記排熱回収装置に供給される熱媒体の一部
   を前記排熱回収装置をバイパスさせる第１の制御弁と、 前記排熱回収装置に設けた前記第１の温度検出器からの
   検出温度により作動される加熱器と、 を有することを特徴とする排熱利用システム。
2. 【請求項２】圧縮機で加圧された熱媒体を再生器を介し
   て排熱回収装置に供給し、その排熱回収装置において過
   温された熱媒体によりタービンを駆動するとともに、そ
   のタービンからの排気を前記再生器、冷却器を経て上記
   圧縮機に循環させるようにした排熱利用システムにおい
   て、 前記タービンから排気される熱媒体温度を検出する第２
   の温度検出器と、 前記タービンから排気され前記再生器を介して冷却器に
   送られる熱媒体温度を検出する第３の温度検出器と、 前記圧縮機から前記排熱回収装置に供給され前記タービ
   ンから排気される熱媒体と熱交換された後の前記再生器
   の熱媒体温度を検出する第４の温度検出器と、 これ等各温度検出器により検出される熱媒体温度により
   作動され前記再生器に供給される熱媒体の一部を前記再
   生器をバイパスさせる第２の制御弁と、 を有することを特徴とする排熱利用システム。