廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】提供一種廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)，其目的在于將廢熱以與熱需求相應(yīng)的方式有效地回收。在由以第一工作介質(zhì)工作的第一蘭金循環(huán)(2)、以及以比第一工作介質(zhì)的沸點(diǎn)低的第二工作介質(zhì)工作的第二蘭金循環(huán)(3)構(gòu)成的廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)(1)中，第一蘭金循環(huán)(2)具備利用第二工作介質(zhì)使第一工作介質(zhì)的蒸汽冷凝的第一冷凝器(7)，第二蘭金循環(huán)(3)具備作為將第二工作介質(zhì)提供給第一冷凝器(7)的凝結(jié)水泵的第二凝結(jié)水泵(14)、變更凝結(jié)水泵(14)的流量的調(diào)量閥(17)、以及將由第一冷凝器(7)加熱的第二工作介質(zhì)分離為氣相和液相的氣液分離裝置(15)。第二工作介質(zhì)的氣相提供給膨脹機(jī)，第二工作介質(zhì)的液相提供給熱交換器(16)。
【專利說明】廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，已知回收從引擎等熱源排出的廢熱生成高溫高壓的蒸汽，以該蒸汽為工作介質(zhì)驅(qū)動膨脹機(jī)而發(fā)電的廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)。在這樣的廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)中，存在將以水蒸氣(水)為工作介質(zhì)的第一蘭金循環(huán)和以比水的沸點(diǎn)更低的物質(zhì)為工作介質(zhì)的第二蘭金循環(huán)組合而得的蘭金循環(huán)系統(tǒng)。其構(gòu)成為以作為第一工作介質(zhì)的水蒸氣為熱源生成第二工作介質(zhì)的蒸汽，利用該蒸汽再次發(fā)電。其通過再利用第一工作介質(zhì)作為加熱第二工作介質(zhì)的熱源，提高了利用廢熱產(chǎn)生的發(fā)電效率。例如如專利文獻(xiàn)I所述。
[0003]專利文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)1:日本特開2008-267341號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]發(fā)明所要解決的問題
[0006]但是，在專利文獻(xiàn)I公開的技術(shù)中，在進(jìn)一步利用第二工作介質(zhì)具有的熱的情況下，將作為第二膨脹機(jī)的驅(qū)動源進(jìn)行利用之后的第二工作介質(zhì)作為第三蘭金循環(huán)的熱源。因此，利用第二工作介質(zhì)產(chǎn)生的第二膨脹機(jī)的工作量和在第二冷凝器中提供給第三工作介質(zhì)的熱量成比例關(guān)系。即，由于不能變更第二膨脹機(jī)中輸出的工作量和在第二冷凝器中排出的熱量的比率，因此存在不能根據(jù)來自第三蘭金循環(huán)的熱需求來提供熱量的情況。
[0007]本發(fā)明是鑒于如上的情況而完成的，其目的在于提供一種將廢熱以與熱需求相應(yīng)的方式有效地回收的廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)。
[0008]用于解決問題的方法
[0009]本發(fā)明提供一種廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)，由以第一工作介質(zhì)工作的第一蘭金循環(huán)、以及以比所述第一工作介質(zhì)的沸點(diǎn)更低的第二工作介質(zhì)工作的第二蘭金循環(huán)構(gòu)成，所述第一蘭金循環(huán)具備利用第二工作介質(zhì)使第一工作介質(zhì)的蒸汽冷凝第一冷凝器，所述第二蘭金循環(huán)具備將所述第二工作介質(zhì)提供給所述第一冷凝器的凝結(jié)水泵、變更所述凝結(jié)水泵的流量的調(diào)量閥、以及將由所述第一冷凝器加熱了的所述第二工作介質(zhì)分離為氣相和液相的氣液分離裝置，所述第二工作介質(zhì)的氣相提供給膨脹機(jī)，所述第二工作介質(zhì)的液相提供給熱交換器。
[0010]本發(fā)明還具有控制裝置，當(dāng)要增加在提供給所述熱交換器的供水與所述第二工作介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換的熱量時，控制所述凝結(jié)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和所述調(diào)量閥的開度以增大所述第二工作介質(zhì)的流量，當(dāng)要減少在提供給所述熱交換器的供水和所述第二工作介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換的熱量時，控制所述凝結(jié)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和所述調(diào)量閥的開度以減少所述第二工作介質(zhì)的流量。
[0011]所述氣液分離裝置還具備檢測能從所述第二工作介質(zhì)中分離氣相的極限的液面位置的液面檢測單元，當(dāng)利用所述液面檢測單元檢測出所述液面位置時，所述控制裝置控制所述凝結(jié)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和所述調(diào)量閥的開度以增加所述第二工作介質(zhì)的流量。
[0012]本發(fā)明還具備利用冷卻水使從所述膨脹機(jī)排出的所述第二工作介質(zhì)冷凝的第二冷凝器、以及變更所述冷卻水的路徑使得所述冷卻水代替所述供水而提供給提供所述供水的提供目標(biāo)的切換閥，當(dāng)在所述供水與所述第二工作介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換的供水的每單位流量的熱量小于等于在所述第二冷凝器中所述冷卻水與所述第二工作介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換的冷卻水的每單位流量的熱量時，所述控制裝置切換所述切換閥使得所述冷卻水向所述供水目標(biāo)提供。
[0013]發(fā)明的效果
[0014]本發(fā)明起到如下所示的效果。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，在第二蘭金循環(huán)中，不止是將廢熱作為膨脹機(jī)的動力回收而是能夠作為用于加熱供水的熱回收，由此，廢熱以與熱需求相應(yīng)的方式被有效地回收。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，能夠變更第二工作介質(zhì)的流量并變更第二工作介質(zhì)中的氣相與液相的比例，并能夠變更膨脹機(jī)中進(jìn)行的工作量與熱交換機(jī)中進(jìn)行熱交換的熱量的比率。由此，廢熱以與熱需求相應(yīng)的方式被有效地回收。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，能夠防止將氣相提供給熱交換器。由此，不會降低熱交換器的效率。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)熱需求少時，能夠向供水的提供目標(biāo)供熱并將第二工作介質(zhì)全部提供給膨脹機(jī)。由此，廢熱以與熱需求相應(yīng)的方式被有效地回收。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是表示作為本發(fā)明的第一實(shí)施方式的廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的概要圖。
[0020]圖2是表示本發(fā)明的廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)中工作介質(zhì)的相變化的圖。
[0021]圖3是表示作為本發(fā)明的第一實(shí)施方式的廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)中的相對于第二工作介質(zhì)的每單位時間流量的供熱量和發(fā)電量的關(guān)系的圖。
[0022]圖4是表示作為本發(fā)明的第一實(shí)施方式的廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)中的第二凝結(jié)水泵的控制步驟的流程圖。
[0023]圖5是表示作為本發(fā)明的其他實(shí)施方式的廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)中的第二凝結(jié)水泵的控制步驟的流程圖。
[0024]圖6是表示作為本發(fā)明的第二實(shí)施方式的廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的概要圖。
[0025]圖7是表示作為本發(fā)明的第二實(shí)施方式的廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)中的第二凝結(jié)水泵的控制步驟的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0027]首先，用圖1對本發(fā)明第一實(shí)施方式的具有滾動式流體機(jī)械的廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)I的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
[0028]如圖1所示，廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)I是將來自引擎的排氣等作為熱源，一并進(jìn)行發(fā)電和供熱的熱電并供系統(tǒng)。如圖1所示，廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)I具備以第一工作介質(zhì)工作的第一蘭金循環(huán)2、以及以比第一工作介質(zhì)的沸點(diǎn)低的第二工作介質(zhì)工作的第二蘭金循環(huán)3。
[0029]第一蘭金循環(huán)2利用由外部的熱源進(jìn)行了加熱的第一工作介質(zhì)進(jìn)行發(fā)電。第一蘭金循環(huán)2具備蒸汽產(chǎn)生器4、作為膨脹機(jī)的第一滾動式流體機(jī)械5、第一發(fā)電機(jī)6、第一冷凝器7以及第一凝結(jié)水泵8。
[0030]蒸汽產(chǎn)生器4加熱第一工作介質(zhì)生成高溫高壓的蒸汽。蒸汽產(chǎn)生器4由以引擎的排氣作為熱源的廢熱回收鍋爐構(gòu)成。蒸汽產(chǎn)生器4通過第一工作介質(zhì)和排氣的熱交換生成蒸汽。蒸汽產(chǎn)生器4通過工作介質(zhì)通道9a與第一滾動式流體機(jī)械5連接。在蒸汽產(chǎn)生器4中生成的蒸汽通過工作介質(zhì)通道9a提供給第一滾動式流體機(jī)械5。此外，雖然本實(shí)施方式中將熱源設(shè)為引擎的排氣但并不限定于此。
[0031]作為膨脹機(jī)的第一滾動式流體機(jī)械5將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)力而輸出。第一滾動式流體機(jī)械5通過工作介質(zhì)通道9b與第一冷凝器7連接。第一工作介質(zhì)以氣相(蒸汽)的形式被從蒸汽產(chǎn)生器4提供給形成于第一滾動式流體機(jī)械5內(nèi)部的未圖示的膨脹室，第一滾動式流體機(jī)械5通過對其進(jìn)行絕熱膨脹使曲軸5a旋轉(zhuǎn)。此外，雖然本實(shí)施方式中將膨脹機(jī)設(shè)為滾動式但并不限定于此，也可以是渦輪式。
[0032]第一發(fā)電機(jī)6利用來自外部的驅(qū)動力發(fā)電。第一發(fā)電機(jī)6與第一滾動式流體機(jī)械5的曲軸5a連結(jié)。S卩，第一發(fā)電機(jī)6構(gòu)成為可通過曲軸5a的旋轉(zhuǎn)來發(fā)電。由第一發(fā)電機(jī)6產(chǎn)生的電被提供至廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)I的外部。
[0033]第一冷凝器7將作為第一工作介質(zhì)的氣相的蒸汽冷卻而使之冷凝(使其凝結(jié))。第一冷凝器7通過工作介質(zhì)通道9c與第一凝結(jié)水泵8連接。第一工作介質(zhì)通過工作介質(zhì)通道9b被從第一滾動式流體機(jī)械5提供給第一冷凝器7。并且，第二工作介質(zhì)通過第二蘭金循環(huán)3的工作介質(zhì)通道18d被提供給第一冷凝器7。第一冷凝器7通過第一工作介質(zhì)和第二工作介質(zhì)間的熱交換使第一工作介質(zhì)凝結(jié)。即，第一冷凝器7以第二蘭金循環(huán)3的第二工作介質(zhì)作為冷卻劑使第一工作介質(zhì)冷凝。另一方面，第二工作介質(zhì)通過與第一工作介質(zhì)的熱交換進(jìn)行加熱。
[0034]第一凝結(jié)水泵8向蒸汽產(chǎn)生器4提供第一工作介質(zhì)。第一凝結(jié)水泵8通過工作介質(zhì)通道9d與蒸汽產(chǎn)生器4連接。在第一冷凝器7中凝結(jié)了的第一工作介質(zhì)被第一凝結(jié)水泵8提供給蒸汽產(chǎn)生器4。
[0035]第二蘭金循環(huán)3利用以第一工作介質(zhì)為熱源進(jìn)行了加熱的第二工作介質(zhì)進(jìn)行發(fā)電和供熱。第二蘭金循環(huán)3具備作為膨脹機(jī)的第二滾動式流體機(jī)械10、第二發(fā)電機(jī)11、第二冷凝器12、凝結(jié)水箱13、第二凝結(jié)水泵14、氣液分離裝置15、熱交換器16、調(diào)量閥17、以及控制裝置21。
[0036]作為膨脹機(jī)的第二滾動式流體機(jī)械10將蒸汽能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)力而輸出。第二滾動式流體機(jī)械10通過工作介質(zhì)通道18a與第二冷凝器12連接。在由第一冷凝器7加熱了的第二工作介質(zhì)當(dāng)中，由后述的氣液分離裝置15分離出的氣相(蒸汽)部分被提供給第二滾動式流體機(jī)械10。第二工作介質(zhì)被提供至形成于第二滾動式流體機(jī)械10內(nèi)部的未圖示的膨脹室，第二滾動式流體機(jī)械10通過對其進(jìn)行絕熱膨脹使曲軸1a旋轉(zhuǎn)。此外，雖然在本實(shí)施方式中將膨脹機(jī)設(shè)為滾動式但并不限定于此，也可以是渦輪式。
[0037]第二發(fā)電機(jī)11通過來自外部的驅(qū)動力來發(fā)電。第二發(fā)電機(jī)11與第二滾動式流體機(jī)械10的曲軸1a連結(jié)。即，第二發(fā)電機(jī)11構(gòu)成為可通過曲軸1a的旋轉(zhuǎn)來發(fā)電。由第二發(fā)電機(jī)11產(chǎn)生的電被提供至廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)I的外部。
[0038]第二冷凝器12將由第二工作介質(zhì)構(gòu)成的蒸汽冷卻而使之冷凝(使其凝結(jié))。第二冷凝器12通過工作介質(zhì)通道18b與凝結(jié)水箱13連接。第二工作介質(zhì)通過工作介質(zhì)通道18a被從第二滾動式流體機(jī)械10提供給第二冷凝器12。并且，冷卻水通過冷卻水通道19a被提供給第二冷凝器12。第二冷凝器12利用第二工作介質(zhì)與冷卻水的熱交換使第二工作介質(zhì)凝結(jié)。在第二冷凝器12中凝結(jié)了的第二工作介質(zhì)通過工作介質(zhì)通道18b被提供給凝結(jié)水箱13。
[0039]凝結(jié)水箱13儲存利用第二冷凝器12凝結(jié)了的第二工作介質(zhì)。凝結(jié)水箱13通過工作介質(zhì)通道18c與第二凝結(jié)水泵14連接。
[0040]第二凝結(jié)水泵14將第二工作介質(zhì)提供給第一蘭金循環(huán)2的第一冷凝器7。第二凝結(jié)水泵14構(gòu)成為能任意變更每單位時間的流量。第二凝結(jié)水泵14通過工作介質(zhì)通道18d與第一冷凝器7連接。凝結(jié)水箱13內(nèi)的第二工作介質(zhì)由第二凝結(jié)水泵14提供給第一冷凝器7。S卩，在第一冷凝器7中熱被從第一工作介質(zhì)提供給第二工作介質(zhì)。
[0041]氣液分離裝置15將第二工作介質(zhì)分離為氣相(蒸汽)和液相。氣液分離裝置15由氣相保持部分15a和液相保持部分15b構(gòu)成。氣液分離裝置15通過工作介質(zhì)通道18e與第一冷凝器7連接。由此，在第一冷凝器7中通過進(jìn)行加熱氣相和液相混在一起的第二工作介質(zhì)被提供給氣液分離裝置15。另外，氣液分離裝置15的氣相保持部分15a通過工作介質(zhì)通道18f與第二滾動式流體機(jī)械10連接。并且，氣液分離裝置15的液相保持部分15b通過工作介質(zhì)通道18g與熱交換器16連接。由此，第二工作介質(zhì)的氣相部分被提供給第二滾動式流體機(jī)械10，液相部分被提供給熱交換器16。
[0042]熱交換器16用于在第二工作介質(zhì)與冷卻介質(zhì)間進(jìn)行熱交換。熱交換器16通過工作介質(zhì)通道18h與凝結(jié)水箱13連接。另外，熱交換器16作為冷卻介質(zhì)通過供水通道20與外部熱設(shè)備群22連接。液相的第二工作介質(zhì)通過工作介質(zhì)通道18g被提供給熱交換器16。熱交換器16利用第二工作介質(zhì)與供水的熱交換來冷卻第二工作介質(zhì)并加熱供水。
[0043]調(diào)量閥17控制第二工作介質(zhì)的流量。調(diào)量閥17設(shè)置在工作介質(zhì)通道18h。調(diào)量閥17能任意設(shè)定閥的開度。即，調(diào)量閥17構(gòu)成為能任意變更通過的流體的每單位時間的流量。
[0044]控制裝置21根據(jù)熱需求進(jìn)行廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)I的控制。控制裝置21保存有用于進(jìn)行控制廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)I的各種程序、數(shù)據(jù)?？刂蒲b置21可以是將CPU、ROM、RAM和HDD等用總線連接的構(gòu)成，或者也可以是由單片LSI等構(gòu)成。
[0045]控制裝置21與外部熱設(shè)備群22連接，能從外部熱設(shè)備群22獲取關(guān)于熱需求的信息?？刂蒲b置21與構(gòu)成廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)I的各種裝置、例如第二凝結(jié)水泵14以及調(diào)量閥17連接?？刂蒲b置21能控制第二凝結(jié)水泵14提供的第二工作介質(zhì)的每單位時間的流量。另外，控制裝置21能控制調(diào)量閥17的開度。
[0046]在這樣結(jié)構(gòu)的廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)I中，第一蘭金循環(huán)2用于利用由蒸汽產(chǎn)生器4加熱了的第一工作介質(zhì)驅(qū)動第一滾動式流體機(jī)械5。從第一滾動式流體機(jī)械5排出的第一工作介質(zhì)在通過第一冷凝器7進(jìn)行冷凝后被提供給蒸汽產(chǎn)生器4。在第二蘭金循環(huán)3中，第二工作介質(zhì)通過與第一冷凝器7中的第一工作介質(zhì)間的熱交換進(jìn)行加熱。第二工作介質(zhì)通過氣液分離裝置15分離成氣相(蒸汽)部分和液相部分。在第二工作介質(zhì)當(dāng)中，氣相部分被用于第二滾動式流體機(jī)械10的驅(qū)動。在第二工作介質(zhì)內(nèi)當(dāng)中，液相部分被用于提供給熱交換器16的供水的加熱。這樣，能夠利用第一工作介質(zhì)發(fā)電，并且利用第二工作介質(zhì)進(jìn)行發(fā)電和供熱。
[0047]接著，用圖1和圖2對廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)I中的第二工作介質(zhì)的相變化進(jìn)行說明。
[0048]圖2是本實(shí)施方式的T-S線圖(溫度-熵線圖)。圖中的箭頭表示第二工作介質(zhì)的蘭金循環(huán)。
[0049]如圖1和圖2所示，溫度Tl為第一冷凝器7的入口溫度，溫度T2為第二工作介質(zhì)的蒸汽溫度。點(diǎn)Al為在第一冷凝器7的入口的第二工作介質(zhì)的狀態(tài)。點(diǎn)A2為第一冷凝器7中的蒸汽產(chǎn)生開始點(diǎn)。點(diǎn)A3為在第一冷凝器7出口的第二工作介質(zhì)的狀態(tài)。點(diǎn)A4為在第二滾動式流體機(jī)械10的蒸汽排出口的第二工作介質(zhì)的狀態(tài)。
[0050]在點(diǎn)Al到點(diǎn)A2之間，第二工作介質(zhì)以液相的形式存在，由蒸汽產(chǎn)生器4進(jìn)行加熱和加壓。然后，在點(diǎn)A2的狀態(tài)下的第二工作介質(zhì)開始從液相向氣相(蒸汽)的相變化。
[0051]在點(diǎn)A2到點(diǎn)A3之間，第二工作介質(zhì)由蒸汽產(chǎn)生器4進(jìn)行加熱和加壓。在此間，第二工作介質(zhì)為液相和氣相混在一起。第二工作介質(zhì)在點(diǎn)A3的狀態(tài)下完成向氣相的相變化。
[0052]在點(diǎn)A3到點(diǎn)A4之間，第二工作介質(zhì)在第二滾動式流體機(jī)械10的膨脹室內(nèi)膨脹并工作。在膨脹室內(nèi)的第二工作介質(zhì)的膨脹是近似的絕熱膨脹，因此第二工作介質(zhì)的溫度降低。在此間，第二工作介質(zhì)的一部分凝結(jié)并開始從氣相向液相的相變化。
[0053]在點(diǎn)A4到點(diǎn)Al之間，第二工作介質(zhì)通過第二冷凝器冷卻，在一定壓力的狀態(tài)下凝結(jié)。在此間，第二工作介質(zhì)開始從氣相向液相的相變化。其結(jié)果為第二工作介質(zhì)在點(diǎn)Al的狀態(tài)下完成向液相的相變化。
[0054]接著，用圖1至圖3對第二蘭金循環(huán)3中的第二凝結(jié)水泵14的工作方式進(jìn)行說明。
[0055]如圖1所示，第二工作介質(zhì)由第二凝結(jié)水泵14提供給第一冷凝器7。此時，由第二凝結(jié)水泵14的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和調(diào)量閥17的開度決定的第二工作介質(zhì)的每單位時間的流量(以下簡稱為“流量F”)越是增加，由第一工作介質(zhì)提供的第二工作介質(zhì)每單位流量的供熱量越是減少。S卩，第二工作介質(zhì)的相狀態(tài)由第二工作介質(zhì)的流量F決定。
[0056]如圖3所示，在第二工作介質(zhì)的流量F不足流量FI的情況下，第二工作介質(zhì)在第一冷凝器7中通過來自第一工作介質(zhì)的熱而全部相變化為氣相形式的蒸汽。S卩，第二工作介質(zhì)從圖2中得點(diǎn)Al的狀態(tài)相變化至點(diǎn)A3的狀態(tài)而從第一冷凝器7排出。為氣相的第二工作介質(zhì)通過氣液分離裝置15被全部提供給第二滾動式流體機(jī)械10。其結(jié)果為第二蘭金循環(huán)3通過第二滾動式流體機(jī)械10進(jìn)行發(fā)電，不進(jìn)行利用熱交換器16向供水提供熱。
[0057]如圖3所示，在第二工作介質(zhì)的流量F大于等于流量FI而不足Fh的情況下，第二工作介質(zhì)在第一冷凝器7中隨著從第一工作介質(zhì)提供給第二工作介質(zhì)的第二工作介質(zhì)的每單位流量的供熱量的減少，僅其一部分相變化為氣相。即，第二工作介質(zhì)從圖2中的點(diǎn)Al的狀態(tài)向與流量F相應(yīng)的點(diǎn)A2與點(diǎn)A3之間的狀態(tài)相變化而從第一冷凝器7排出。具體的說，在第二工作介質(zhì)的流量F為流量FI的情況下，第二工作介質(zhì)的大部分相變化為氣相。在第二工作介質(zhì)的流量F處于流量FI和流量Fh之間的情況下，第二工作介質(zhì)以與該流量F相應(yīng)的比例相變化為氣相。即，氣相和液相以與流量F相應(yīng)的比例混在一起。在第二工作介質(zhì)的流量F與流量Fh相近的情況下，第二工作介質(zhì)的大部分為液相而極少一部分相變化為氣相。
[0058]以氣相的形式存在的第二工作介質(zhì)通過氣液分離裝置15提供給第二滾動式流體機(jī)械10。其結(jié)果是，第二蘭金循環(huán)3通過第二滾動式流體機(jī)械10進(jìn)行發(fā)電。另一方面，以液相的形式存在的第二工作介質(zhì)通過氣液分離裝置15提供給熱交換器16。其結(jié)果是第二蘭金循環(huán)3在熱交換器16中從第二工作流體向供水提供熱。
[0059]如圖3所示，在第二工作介質(zhì)的流量F比流量Fh大情況下，在第一冷凝器7中，在從第一工作介質(zhì)提供給第二工作介質(zhì)的第二工作介質(zhì)的每單位流量的供熱量下第二工作介質(zhì)維持液相，而不會相變化為氣相形式的蒸汽。即，第二工作介質(zhì)在從圖2中的點(diǎn)Al的狀態(tài)開始在不伴隨相變化的點(diǎn)A2的狀態(tài)下從第一冷凝器7排出。為液相的第二工作介質(zhì)由氣液分離裝置15全部提供給熱交換器16。其結(jié)果是，第二蘭金循環(huán)3在熱交換器16中從第二工作流體向供水提供熱，不通過第二滾動式流體機(jī)械10進(jìn)行發(fā)電。
[0060]這樣，第二蘭金循環(huán)3通過變更第二工作介質(zhì)的流量F，能變更發(fā)電量與提供給供水的熱量的比例。
[0061]以下用圖4對如上述那樣構(gòu)成的廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)I中的控制裝置21的工作方式進(jìn)行說明。
[0062]控制裝置21從外部熱設(shè)備群22獲取關(guān)于熱需求的信息?？刂蒲b置21根據(jù)獲取到的信息控制第二凝結(jié)水泵14提供的第二工作介質(zhì)的流量F和調(diào)量閥17的開度(參照圖1)。
[0063]如圖4所示，控制裝置21按以下步驟控制第二凝結(jié)水泵14。
[0064]首先，在步驟SlOl中，控制裝置21獲取來自連接于控制裝置21的外部熱設(shè)備群22的關(guān)于熱需求的信息、第二工作介質(zhì)的流量F。
[0065]在步驟S102中，控制裝置21根據(jù)來自外部熱設(shè)備群22的關(guān)于熱需求的信息，判斷第二工作介質(zhì)的流量F是否比基于熱需求的目標(biāo)流量Ft大。即，判斷在第一冷凝器7中通過熱交換沒有相變化為氣相的為液相的第二工作介質(zhì)給供水的供水每單位時間的供熱量是否比來自外部熱設(shè)備群22的熱需求大。
[0066]其結(jié)果是，在判斷第二凝結(jié)水泵14提供的第二工作介質(zhì)的流量F比基于熱需求的目標(biāo)流量Ft大的情況下，即、在判斷為通過熱交換從第二工作介質(zhì)提供給供水的供水每單位流量的供熱量比來自外部熱設(shè)備群22的熱需求大的情況下，控制裝置21將步驟轉(zhuǎn)移到步驟S103。
[0067]另一方面，在判斷第二工作介質(zhì)的流量F不比基于熱需求的目標(biāo)流量Ft大的情況下，即、在判斷為通過熱交換從第二工作介質(zhì)提供給供水的供水每單位流量的供熱量不比來自外部熱設(shè)備群22的熱需求大情況下，控制裝置21將步驟轉(zhuǎn)移到步驟S203。
[0068]在步驟S103中，控制裝置21控制第二凝結(jié)水泵14的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和調(diào)量閥17的開度使第二工作介質(zhì)的流量F減少至目標(biāo)流量Ft。由此，熱交換器16中的提供給供水的供水每單位時間的供熱量減少。另一方面，在第一冷凝器7中通過熱交換相變化為氣相的第二工作介質(zhì)的流量增加。由此，提供給第二滾動式流體機(jī)械10的第二工作介質(zhì)增加，由第二發(fā)電機(jī)11產(chǎn)生的發(fā)電量增加。之后，控制裝置21將步驟返回到步驟S101。
[0069]在步驟S203中，控制裝置21根據(jù)來自外部熱設(shè)備群22的關(guān)于熱需求的信息，判斷第二工作介質(zhì)的流量F是否比基于熱需求的目標(biāo)流量Ft小。即，判斷從在第一冷凝器7中通過熱交換沒有相變化為氣相的第二工作介質(zhì)提供給供水的供水每單位時間的供熱量是否比來自外部熱設(shè)備群22的熱需求小。
[0070]其結(jié)果是，在判斷第二工作介質(zhì)的流量F比基于熱需求的目標(biāo)流量Ft小的情況下，即、在判斷為通過熱交換從第二工作介質(zhì)提供給供水的供水每單位流量的供熱量比來自外部熱設(shè)備群22的熱需求小的情況下，控制裝置21將步驟轉(zhuǎn)移到步驟S204。
[0071]另一方面，在判斷為第二工作介質(zhì)的流量F不比基于熱需求的目標(biāo)流量Ft小的情況下，即、在判斷為通過熱交換從第二工作介質(zhì)提供給供水的供水每單位流量的供熱量不比來自外部熱設(shè)備群22的熱需求小的情況下，控制裝置21將步驟返回到步驟S101。
[0072]在步驟S204中，控制裝置21控制第二凝結(jié)水泵14的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和調(diào)量閥17的開度使第二工作介質(zhì)的流量F增加至目標(biāo)流量Ft。由此，在熱交換器16中提供給供水的供水每單位時間的供熱量增加。另一方面，在第一冷凝器7中通過熱交換相變化為氣相的第二工作介質(zhì)的流量減少。由此，提供給第二滾動式流體機(jī)械10的第二工作介質(zhì)減少，由第二發(fā)電機(jī)11產(chǎn)生的發(fā)電量減少。之后，控制裝置21將步驟返回到步驟S101。
[0073]另外，作為本實(shí)施方式中廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)I其他的實(shí)施方式，具有在氣液分離裝置15中設(shè)置了作為液面位置檢測裝置的液面檢測傳感器15c的結(jié)構(gòu)。液面檢測傳感器15c檢測在氣液分離裝置15中分離出的為液相的第二工作介質(zhì)的液面。液面檢測傳感器15c與控制裝置21連接(參照圖1)。另外，控制裝置21能獲取液面檢測傳感器15c檢測出的與第二工作介質(zhì)的液面位置有關(guān)的液面信號S。
[0074]下面，用圖5對如上所述的設(shè)置了液面檢測傳感器15c的廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)I中的控制裝置21的工作方式進(jìn)行說明。
[0075]首先，在步驟SlOl中，控制裝置21獲取來自連接于控制裝置21的外部熱設(shè)備群22的關(guān)于熱需求的信息、由第二凝結(jié)水泵14的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和調(diào)量閥17的開度決定的第二工作介質(zhì)的流量F、以及來自液面檢測傳感器15c的與在氣液分離裝置15中的第二工作介質(zhì)液面有關(guān)的液面信號S。
[0076]在步驟Slll中，控制裝置21判斷液面信號S是否比在氣液分離裝置15能分離蒸汽的極限的液面位置SI高。即、判斷是否是在氣液分離裝置15中為氣相的第二工作介質(zhì)沒有提供給熱交換器16的液面位置。
[0077]其結(jié)果是，在判斷為液面信號S比液面位置SI高的情況下，即、在判斷為氣相的第二工作介質(zhì)沒有提供給熱交換器16的情況下，控制裝置21將步驟轉(zhuǎn)移到步驟S102。
[0078]另一方面，在判斷為液面信號S不比液面位置SI高的情況下，即、判斷為氣相的第二工作介質(zhì)提供給熱交換器16的情況下，控制裝置21將步驟轉(zhuǎn)移到步驟S312。
[0079]在步驟S312中，控制裝置21控制第二凝結(jié)水泵14使第二工作介質(zhì)的流量F僅增加規(guī)定量。S卩、控制裝置21控制第二凝結(jié)水泵14使氣液分離裝置15中的第二工作介質(zhì)的液面位置變高。之后，控制裝置21將步驟返回到步驟S101。
[0080]從步驟S102至步驟S204與已說明的實(shí)施方式相同故而省略其具體說明。
[0081]以上為對本實(shí)施方式的廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)I的工作方式的說明。此外，本發(fā)明的技術(shù)思想不限于對上述的滾動式流體機(jī)械的適用，也能適用于其他結(jié)構(gòu)的滾動式流體機(jī)械。
[0082]除此之外，廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)I例如能應(yīng)用于使用高溫蒸汽獲得推進(jìn)力的船舶等。另外，本滾動式流體機(jī)械能用作從其他機(jī)器回收廢熱轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)動力的動力機(jī)械。
[0083]如上所述，在由以第一工作介質(zhì)工作的第一蘭金循環(huán)系統(tǒng)2、以及以比第一工作介質(zhì)的沸點(diǎn)低的第二工作介質(zhì)工作的第二蘭金循環(huán)系統(tǒng)3構(gòu)成的廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)I中，第一蘭金循環(huán)系統(tǒng)2具備通過第二工作介質(zhì)使第一工作介質(zhì)的蒸汽冷凝的第一冷凝器7，第二蘭金循環(huán)系統(tǒng)3具備提供第二工作介質(zhì)給第一冷凝器7的作為凝結(jié)水泵的第二凝結(jié)水泵14、變更凝結(jié)水泵14的流量的調(diào)量閥17、以及將由第一冷凝器7加熱的第二工作介質(zhì)分離為氣相和液相的氣液分離裝置15。第二工作介質(zhì)的氣相提供給膨脹機(jī)，第二工作介質(zhì)的液相提供給熱交換器16。
[0084]通過這樣的結(jié)構(gòu)，在第二蘭金循環(huán)系統(tǒng)3中，不僅能將廢熱作為膨脹機(jī)的動力回收還能作為用于加熱供水的熱回收，由此，廢熱以與熱需求相應(yīng)的方式被有效地回收。
[0085]另外，還具有控制裝置21，在要增加提供給熱交換器16的供水與第二工作介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換的熱量的情況下，控制所述凝結(jié)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和所述調(diào)量閥17的開度以增大所述第二工作介質(zhì)的流量，在要減少提供給熱交換器16的供水和所述第二工作介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換的熱量的情況下，控制所述凝結(jié)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和所述調(diào)量閥17的開度以減少所述第二工作介質(zhì)的流量。
[0086]通過這樣的結(jié)構(gòu)，能夠變更第二工作介質(zhì)的流量F以變更第二工作介質(zhì)中氣相與液相的比例，變更第二滾動式流體機(jī)械10中進(jìn)行的工作量與熱交換器16中排出的熱量的比率。由此，廢熱以與熱需求相應(yīng)的方式被有效地回收。
[0087]另外，氣液分離裝置15還具備檢測能從第二工作介質(zhì)中分離氣相的極限的液面位置的液面檢測單元，當(dāng)控制裝置21利用液面檢測單元檢測出液面位置時，控制所述凝結(jié)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和調(diào)量閥17的開度以增加第二工作介質(zhì)的流量。
[0088]通過這樣的結(jié)構(gòu)，能防止蒸汽被提供給熱交換器16。由此，不會降低熱交換器16的效率。
[0089]下面，用圖6對本發(fā)明的廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)I中作為第二實(shí)施方式的排廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)30進(jìn)行說明。此外，在以下的實(shí)施方式中，對與已經(jīng)說明的實(shí)施方式相同的點(diǎn)省略其具體說明，以不同的部分為中心進(jìn)行說明。
[0090]排廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)30除了廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)I之外，還具備用于切換供水通道使得提供供水給第二冷凝器12的切換閥23。
[0091]切換閥23切換供水通道20。切換閥23設(shè)置在供水通道20。另外，切換閥23與冷卻水通道19b連接。切換閥23通過滑動閥芯能切換至位置X或位置Y。另外，在冷卻水通道19c設(shè)置切斷冷卻水通道的冷卻水閥24。
[0092]在切換閥23處于位置X的狀態(tài)時，冷卻水通道19b與供水通道20被切斷。因此，在供水通道20被提供供水而不被提供冷卻水。此時，冷卻水閥24處于沒有切斷冷卻水通道19c的狀態(tài)，冷卻水通過冷卻水閥24向外部排出。
[0093]當(dāng)切換閥23處于位置Y的狀態(tài)時，冷卻水通道19b與供水通道20連通。因此，在供水通道20不被提供供水而被提供冷卻水。此時，冷卻水閥24處于切斷冷卻水通道19c的狀態(tài)，冷卻水不會通過冷卻水閥24向外部排出。
[0094]控制裝置21與外部熱設(shè)備群22連接，能從外部熱設(shè)備群22獲取關(guān)于熱需求的信息?？刂蒲b置21與構(gòu)成廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)30的各種裝置、例如切換閥23以及冷卻水閥24連接，能控制切換閥23的位置和冷卻水閥24的開閉。
[0095]在這種結(jié)構(gòu)的廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)30中，被用作第二滾動式流體機(jī)械10的驅(qū)動的第二工作介質(zhì)通過第二冷凝器12冷卻。S卩，向提供給第二冷凝器12的冷卻水通過與第二工作介質(zhì)的熱交換來提供熱。在來自外部熱設(shè)備群22的熱需求比將第二工作介質(zhì)的流量F設(shè)為流量FI時的在第二冷凝器12中提供給冷卻水的冷卻水每單位時間供熱量小的情況下，控制裝置21將切換閥23切換至位置Y的狀態(tài)并且使冷卻水閥24設(shè)為關(guān)閉狀態(tài)，將加熱后的冷卻水提供給供水通道20。由此，能不減少由第二發(fā)電機(jī)11產(chǎn)生的發(fā)電量地將熱提供給外部熱設(shè)備群22。
[0096]下面用圖7對如上所述結(jié)構(gòu)的廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)30中的控制裝置21的工作方式進(jìn)行說明。
[0097]首先，在步驟SlOl中，控制裝置21獲取來自與控制裝置21連接的外部熱設(shè)備群22的關(guān)于熱需求的信息、由第二凝結(jié)水泵14的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和調(diào)量閥17的開度決定的第二工作介質(zhì)的流量F、以及切換閥23的位置。
[0098]在步驟S131中，控制裝置21判斷來自外部熱設(shè)備群22的熱需求是否比將第二工作介質(zhì)的流量F設(shè)為流量FI時的從第二工作介質(zhì)提供給冷卻水的冷卻水每單位時間供熱量大。
[0099]其結(jié)果是，在判斷來自外部熱設(shè)備群22的熱需求比將第二工作介質(zhì)的流量F設(shè)為流量FI時的從第二工作介質(zhì)提供給冷卻水的冷卻水每單位時間供熱量大的情況下，控制裝置21將步驟轉(zhuǎn)移至步驟S132。
[0100]另一方面，在判斷為來自外部熱設(shè)備群22的熱需求不比將第二工作介質(zhì)的流量F設(shè)為流量FI時從第二工作介質(zhì)提供給冷卻水的冷卻水每單位時間供熱量大的情況下，控制裝置21將步驟轉(zhuǎn)移至步驟S432。
[0101]在步驟S132中，控制裝置21控制切換閥23連通供水通道20并且切斷冷卻水通道19b和供水通道。S卩，控制裝置21將切換閥23控制為處于位置X的狀態(tài)而使加熱后的冷卻水不提供給供水通道20。一并將冷卻水閥24控制為不切斷的狀態(tài)。之后，控制裝置21將步驟轉(zhuǎn)移至步驟102。
[0102]在步驟S432中，控制裝置21控制第二凝結(jié)水泵14使第二工作介質(zhì)的流量F為流量FI。即，控制裝置21控制第二凝結(jié)水泵14使第二工作介質(zhì)全部以氣相的形式提供給第二滾動式流體機(jī)械10。之后，控制裝置21將步驟轉(zhuǎn)移至步驟S433。
[0103]在步驟S433中，控制裝置21控制切換閥23切斷供水通道20并使冷卻水通道19b與供水通道20連通。S卩，控制裝置21將切換閥23控制為處于位置Y的狀態(tài)使加熱后的冷卻水提供給供水通道20。一并將冷卻水閥24控制為切斷狀態(tài)。之后，控制裝置21將步驟返回到步驟SlOl。
[0104]步驟S102至步驟S204與已說明的實(shí)施方式相同故而省略其具體說明。控制裝置21將步驟返回到步驟SlOl。
[0105]如上所述，還具備通過冷卻水使從作為膨脹機(jī)的第二滾動式流體機(jī)械10排出的第二工作介質(zhì)冷凝的第二冷凝器12、以及變更冷卻水的路徑使得冷卻水代替供水而提供給作為供水的提供目標(biāo)的外部熱設(shè)備群22的切換閥23，在供水與第二工作介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換的供水每單位流量的熱量小于在第二冷凝器12中冷卻水與第二工作介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換的冷卻水每單位流量的熱量的情況下，控制裝置21切換切換閥23使得冷卻水被提供給外部熱設(shè)備群22。
[0106]通過這樣的結(jié)構(gòu)，在熱需求小的情況下，能夠持續(xù)供熱給作為供水提供目標(biāo)的外部熱設(shè)備群22并且使第二工作介質(zhì)全部提供給膨脹機(jī)。由此，廢熱以與熱需求相應(yīng)的方式被有效地回收。
[0107]產(chǎn)業(yè)中的可利用性
[0108]本發(fā)明可利用于以第一工作介質(zhì)工作的第一蘭金循環(huán)、和以比第一工作介質(zhì)沸點(diǎn)低的第二工作介質(zhì)工作的第二蘭金循環(huán)構(gòu)成的廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)。
[0109]附圖標(biāo)記說明
[0110]1:廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)；2:第一蘭金循環(huán)；3:第二蘭金循環(huán)；7:第一冷凝器；14:第二凝結(jié)水泵；15:氣液分離裝置；16:熱交換器；17:調(diào)量閥。
【權(quán)利要求】
1.一種廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)，由以第一工作介質(zhì)工作的第一蘭金循環(huán)、以及以比所述第一工作介質(zhì)的沸點(diǎn)低的第二工作介質(zhì)工作的第二蘭金循環(huán)構(gòu)成， 所述第一蘭金循環(huán)具備利用所述第二工作介質(zhì)使所述第一工作介質(zhì)冷凝的第一冷凝器， 所述第二蘭金循環(huán)具備:將所述第二工作介質(zhì)提供給所述第一冷凝器的凝結(jié)水泵、變更所述凝結(jié)水泵的流量的調(diào)量閥、以及將由所述第一冷凝器加熱了的所述第二工作介質(zhì)分離為氣相和液相的氣液分離裝置， 所述第二工作介質(zhì)的氣相提供給膨脹機(jī)，所述第二工作介質(zhì)的液相提供給熱交換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)，其中，還具備控制裝置，當(dāng)要增加在提供給所述熱交換器的供水與所述第二工作介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換的熱量時，控制所述凝結(jié)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和所述調(diào)量閥的開度以增大所述第二工作介質(zhì)的流量，當(dāng)要減少在提供給所述熱交換器的供水與所述第二工作介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換的熱量時，控制所述凝結(jié)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和所述調(diào)量閥的開度以減少所述第二工作介質(zhì)的流量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)，其中，所述氣液分離裝置還具備檢測能從所述第二工作介質(zhì)中分離氣相的極限的液面位置的液面檢測單元， 當(dāng)利用所述液面檢測單元檢測出所述液面位置時，所述控制裝置控制所述凝結(jié)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和所述調(diào)量閥的開度以增加所述第二工作介質(zhì)的流量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的廢熱回收蘭金循環(huán)系統(tǒng)，其中，還具備利用冷卻水使從所述膨脹機(jī)排出的所述第二工作介質(zhì)冷凝的第二冷凝器、以及變更所述冷卻水的路徑使得所述冷卻水代替所述供水而提供給被提供所述供水的提供目標(biāo)的切換閥， 當(dāng)所述供水與所述第二工作介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換的供水的每單位流量的熱量小于等于在所述第二冷凝器中所述冷卻水與所述第二工作介質(zhì)之間進(jìn)行熱交換的冷卻水的每單位流量的熱量時，所述控制裝置切換所述切換閥使得所述冷卻水向所述供水目標(biāo)提供。
【文檔編號】F01K23/06GK104185718SQ201380012270
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月2日
【發(fā)明者】小野泰右 申請人:洋馬株式會社