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公開番号2025043956
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-01
出願番号2023151578
出願日2023-09-19
発明の名称冷熱ORC発電装置及びその制御方法並びに冷熱ORC発電装置の有機流体充填方法
出願人三菱重工業株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類F01K 25/10 20060101AFI20250325BHJP(機械または機関一般;機関設備一般;蒸気機関)
要約【課題】小型化が可能で経済的に運転できる冷熱ORC発電装置を提供する。
【解決手段】冷熱ORC発電装置1は、0℃以下の冷熱源と熱交換させてプロパンを凝縮させる凝縮器3と、液化プロパンを輸送する循環ポンプ5と、循環ポンプ5の出口側に設けられてプロパンの流量を制御する出口弁7と、出口弁7から導かれたプロパンを海水と熱交換させて蒸発させる蒸発器9と、蒸発器9から導かれたプロパンによって動作するタービン11と、タービン11に流入するプロパンの流量を調整するタービン流量調整弁31と、タービン11によって駆動されて発電する発電機と、を備え、凝縮器3及び蒸発器9は、圧力容器の内部に格納されたプレート式熱交換器とされ、凝縮器3の熱交換量に基づいて、タービン流量調整弁31を制御する制御部を備えている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
冷熱源と熱交換させて有機流体を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器にて凝縮された有機流体を輸送する液体ポンプと、
前記液体ポンプの出口側に設けられて有機流体の流量を制御する液体ポンプ出口弁と、
前記液体ポンプ出口弁から導かれた有機流体を温熱源と熱交換させて蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器から導かれた有機流体によって動作するタービンと、
前記タービンに流入する有機流体の流量を調整するタービン流量調整弁と、
前記タービンによって駆動されて発電する発電機と、
を備え、
前記凝縮器及び前記蒸発器は、圧力容器の内部に格納されたプレート式熱交換器とされ、
前記凝縮器の熱交換量に基づいて、前記タービン流量調整弁を制御する制御部を備えている冷熱ＯＲＣ発電装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記凝縮器で凝縮された有機流体を一時的に貯留するドレンタンクが設けられ、
前記制御部は、前記ドレンタンクの内圧が所定値となるように、前記タービン流量調整弁を制御する請求項１に記載の冷熱ＯＲＣ発電装置。
【請求項３】
前記タービン流量調整弁及び前記タービンをバイパスするバイパス経路が設けられ、
前記バイパス経路には、バイパス流量調整弁が設けられ、
前記制御部は、前記ドレンタンクの内圧が所定値となるように、前記バイパス流量調整弁を制御する請求項２に記載の冷熱ＯＲＣ発電装置。
【請求項４】
前記ドレンタンクの気相部と前記凝縮器の入口側とを接続するバランス管が設けられている請求項２に記載の冷熱ＯＲＣ発電装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記蒸発器の出口の有機流体の過熱度が所定値となるように、前記液体ポンプ出口弁を制御する請求項１に記載の冷熱ＯＲＣ発電装置。
【請求項６】
０℃以下の冷熱源と熱交換させて有機流体を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器にて凝縮された有機流体を輸送する液体ポンプと、
前記液体ポンプの出口側に設けられて有機流体の流量を制御する液体ポンプ出口弁と、
前記液体ポンプ出口弁から導かれた有機流体を温熱源と熱交換させて蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器から導かれた有機流体によって動作するタービンと、
前記タービンに流入する有機流体の流量を調整するタービン流量調整弁と、
前記タービンによって駆動されて発電する発電機と、
を備えた冷熱ＯＲＣ発電装置の制御方法であって、
前記凝縮器及び前記蒸発器は、圧力容器の内部に格納されたプレート式熱交換器とされ、
前記凝縮器の熱交換量に基づいて、前記タービン流量調整弁を制御する冷熱ＯＲＣ発電装置の制御方法。
【請求項７】
請求項１から５のいずれかに記載された冷熱ＯＲＣ発電装置に対して有機流体を充填する冷熱ＯＲＣ発電装置の有機流体充填方法であって、
前記凝縮器、前記液体ポンプ出口弁、前記蒸発器、前記タービンを含む有機流体が循環する有機流体循環系統を、０℃における水の飽和圧力以下まで真空引きする真空引き工程と、
前記真空引き工程の後に、前記有機流体循環系統に有機流体を充填する充填工程と、
を有する冷熱ＯＲＣ発電装置の有機流体充填方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えば０℃以下の冷熱源を用いた冷熱ＯＲＣ発電装置及びその制御方法並びに冷熱ＯＲＣ発電装置の有機流体充填方法に関するものである。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
ＬＮＧ（液化天然ガス）等の０℃以下の冷熱源を利用した冷熱ＯＲＣ（Organic Rankine Cycle：有機ランキンサイクル）発電装置が知られている（例えば特許文献１）。このような冷熱ＯＲＣ発電装置は、ランキンサイクルを行う作動流体としてプロパン等の有機流体を用いる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１７－１８０３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＯＲＣ発電装置では、凝縮器や蒸発器には一般にシェルアンドチューブ式熱交換器が用いられている。シェルアンドチューブ式熱交換器は、凝縮液を貯留する大きな容積を有するシェルを備えているため小型化することが難しい。また、冷熱源であるＬＮＧ等の送ガス圧力が数ＭＰａ程度と高圧化の傾向にあり、経済的な冷熱ＯＲＣ発電装置を実現することが難しい。例えば、ＯＲＣ発電装置の凝縮器でＬＮＧを気化させたＮＧ（天然ガス）をボイラのバーナに供給する場合には、減圧膨張タービンにてエネルギー回収した後にＮＧをバーナに供給する構成が可能となっていた。しかし、ＮＧの供給先がガスタービン燃焼器のように高圧を要求する場合にはエネルギー回収する減圧膨張タービンを設置することができないため経済性が悪化することになる。
【０００５】
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、小型化が可能で経済的に運転できる冷熱ＯＲＣ発電装置及びその制御方法並びに冷熱ＯＲＣ発電装置の有機流体充填方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係る冷熱ＯＲＣ発電装置は、冷熱源と熱交換させて有機流体を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器にて凝縮された有機流体を輸送する液体ポンプと、前記液体ポンプの出口側に設けられて有機流体の流量を制御する液体ポンプ出口弁と、前記液体ポンプ出口弁から導かれた有機流体を温熱源と熱交換させて蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器から導かれた有機流体によって動作するタービンと、前記タービンに流入する有機流体の流量を調整するタービン流量調整弁と、前記タービンによって発電する発電機と、を備え、前記凝縮器及び前記蒸発器は、圧力容器の内部に格納されたプレート式熱交換器とされ、前記凝縮器の熱交換量に基づいて、前記タービン流量調整弁を制御する制御部を備えている。
【０００７】
本開示の一態様に係る冷熱ＯＲＣ発電装置の制御方法は、冷熱源と熱交換させて有機流体を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器にて凝縮された有機流体を輸送する液体ポンプと、前記液体ポンプの出口側に設けられて有機流体の流量を制御する液体ポンプ出口弁と、前記液体ポンプ出口弁から導かれた有機流体を温熱源と熱交換させて蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器から導かれた有機流体によって動作するタービンと、前記タービンに流入する有機流体の流量を調整するタービン流量調整弁と、前記タービンによって発電する発電機と、を備えた冷熱ＯＲＣ発電装置の制御方法であって、前記凝縮器及び前記蒸発器は、圧力容器の内部に格納されたプレート式熱交換器とされ、前記凝縮器の熱交換量に基づいて、前記タービン流量調整弁を制御する。
【０００８】
本開示に一態様に係る冷熱ＯＲＣ発電装置の有機流体充填方法は、上記のいずれかに記載された冷熱ＯＲＣ発電装置に対して有機流体を充填する冷熱ＯＲＣ発電装置の有機流体充填方法であって、前記凝縮器、前記膨張弁、前記蒸発器、前記タービンを含む有機流体が循環する有機流体循環系統を、０℃における水の飽和圧力以下まで真空引きする工程と、前記真空引き工程の後に、前記有機流体循環系統に有機流体を充填する充填工程と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
小型化が可能で経済的に運転することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本開示の第１実施形態に係る冷熱ＯＲＣ発電装置を示した概略構成図である。
本開示の第２実施形態に係る冷熱ＯＲＣ発電装置を示した概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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