本發(fā)明涉及發(fā)電裝置。

背景技術：

以往，如下述專利文獻1公開的那樣，已知有借助在工作介質循環(huán)的循環(huán)配管中設置的膨脹機驅動發(fā)電機的二元發(fā)電裝置。如圖7所示，在該專利文獻1所公開的二元發(fā)電裝置中，蒸發(fā)器71、膨脹機72、冷凝器73以及循環(huán)泵74按照該順序連接于循環(huán)配管75。蒸發(fā)器71將自工廠排出的溫排水或來自溫泉的溫水作為熱源介質而使工作介質蒸發(fā)。在熱源介質流通的流路中的蒸發(fā)器71的出側，設置有溫度測量機構76?；谠摐y量值，調整循環(huán)泵74的轉速。即，若蒸發(fā)器71的出側處的溫水的溫度變成比目標值更高溫，則提高循環(huán)泵74的轉速，從而降低出側處的溫水溫度。

在前述專利文獻1所公開的二元發(fā)電裝置中，在作為熱源的溫水的溫度上升的情況下，提高循環(huán)泵74的轉速，從而降低從蒸發(fā)器71流出的溫水的溫度。由此，能使從蒸發(fā)器71流出的溫水的溫度落入既定范圍內。但是，在該二元發(fā)電裝置中，殘留有不能對應溫水（熱源介質）的溫度急劇地上升的情況的問題。即，若蒸發(fā)器71的出側處的溫水的溫度上升則以上升的方式調整循環(huán)泵74的轉速，但在溫水的溫度急劇地上升時，工作介質的流量增加不能跟上，蒸發(fā)器出口的過熱度會暫時上升。因此，存在下述問題：存在于自蒸發(fā)器71至膨脹機72的路徑中的凸緣的襯墊等不得不用耐熱材料構成。

專利文獻1：日本特開2013-181398號公報。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于在發(fā)電裝置中使得能抑制蒸發(fā)器的出側處的工作介質的溫度上升。

根據本發(fā)明的一個技術方案的發(fā)電裝置具備：膨脹機，使氣體狀的工作介質膨脹；冷凝器，使在前述膨脹機中膨脹的工作介質冷凝；泵，對在前述冷凝器中冷凝的工作介質加壓；加熱器，使在前述泵中被加壓的工作介質的至少一部分利用熱源介質的熱而蒸發(fā)；冷卻機構，在前述加熱器的下游側，對為過熱狀態(tài)且為預先確定的溫度以上的工作介質進行冷卻。

附圖說明

圖1是概略地表示本發(fā)明的第一實施方式的發(fā)電裝置的結構的圖。

圖2是用于說明第一實施方式的發(fā)電裝置的控制動作的圖。

圖3是概略地表示本發(fā)明的第二實施方式的發(fā)電裝置的結構的圖。

圖4是用于說明第二實施方式的發(fā)電裝置的控制動作的圖。

圖5是概略地表示本發(fā)明的其他實施方式的發(fā)電裝置的結構的圖。

圖6是概略地表示本發(fā)明的其他實施方式的發(fā)電裝置的結構的圖。

圖7是概略地表示以往的二元發(fā)電機裝置的結構的圖。

具體實施方式

以下一邊參照附圖一邊詳細地說明用于實施本發(fā)明的方式。

根據第一實施方式的發(fā)電裝置1是利用了蘭金循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)，如圖1所示，具備：冷凝器6、循環(huán)泵8、蒸發(fā)器10、膨脹機14。冷凝器6、循環(huán)泵8、加熱器10以及膨脹機14按照該順序設置于循環(huán)流路4中。在根據本實施方式的發(fā)電裝置1中，構成有工作介質通過循環(huán)流路4而按順序流過加熱器10、膨脹機14、冷凝器6以及循環(huán)泵8的循環(huán)回路。作為工作介質，使用比水的沸點更低的制冷劑。

發(fā)電機16連接于膨脹機14。在膨脹機14中使氣體狀的工作介質膨脹從而能取出驅動發(fā)電機16的力。

冷凝器6是用于使從膨脹機14排出來的氣體狀的工作介質冷凝而成為液狀的工作介質的部件。冷凝器6具有：氣體狀的工作介質流通的工作介質流路6a、冷卻水等冷卻介質流通的冷卻介質流路6b。冷卻介質流路6b與冷卻回路61連接。在冷卻介質流路6b中，流通從該冷卻回路61供給的冷卻水等冷卻介質。在工作介質流路6a中流通的工作介質通過與在冷卻介質流路6b中流通的冷卻介質進行熱交換而冷凝。

循環(huán)泵8設置于循環(huán)流路4中冷凝器6的下游側（加熱器10與冷凝器6之間），是用于使工作介質在循環(huán)流路4內循環(huán)的部件。循環(huán)泵8將借助冷凝器6而被冷凝后的液狀的工作介質加壓到既定的壓力而向加熱器10送出。作為循環(huán)泵8，使用作為轉子具備葉輪的離心泵、轉子由一對齒輪形成的齒輪泵等。

加熱器10設置于循環(huán)流路4中循環(huán)泵8的下游側（循環(huán)泵8與膨脹機14之間）。加熱器10具有：工作介質流通的工作介質流路10a、熱源介質流通的熱源介質流路10b。熱源介質流路10b連接于熱源介質回路62，在該熱源介質流路10b中，流通從外部的熱源供給來的熱源介質。在工作介質流路10a中流通的工作介質與在熱源介質流路10b中流通的熱源介質進行熱交換而蒸發(fā)。作為熱源介質，能列舉出例如溫水、水蒸汽等。

在循環(huán)流路4中，在加熱器10與膨脹機14之間設置有截止閥（開關閥）21。截止閥21為常開，但在膨脹機14異常時等、在使膨脹機14停止時等關閉。

在循環(huán)流路4中設置有旁通機構23以及冷卻機構25。旁通機構23具有：繞過膨脹機14的旁通路23a、設置于旁通路23a中的開關閥23b。開關閥23b為常閉，但在膨脹機14的旋轉異常時等、在使膨脹機14停止時等打開。通過打開開關閥23b，從加熱器10流出來的工作介質不會被導入膨脹機14，而是被導入冷凝器6。

冷卻機構25是用于將利用加熱器10而蒸發(fā)的氣體狀的工作介質冷卻（即，從工作介質帶走顯熱）的部件，具有：冷卻用通路25a、設置于冷卻用通路25a的冷卻用閥（開關閥）25b。冷卻用通路25a的一端部連接于循環(huán)流路4中的循環(huán)泵8與加熱器10之間的部位。因此，液狀的工作介質流入冷卻用通路25a中。冷卻用通路25a的另一端部連接于循環(huán)流路4中的加熱器10與膨脹機14之間的部位。因此，流過冷卻用通路25a的液狀的工作介質與從蒸發(fā)器10流出來的氣體狀的工作介質合流。

冷卻用通路25a由比構成循環(huán)流路4的配管直徑更細的配管構成。因此，與在循環(huán)流路4中流通的工作介質比足夠小的流量的工作介質在冷卻用通路25a中流通。此外，也可以替換地設成在冷卻用通路25a中設置節(jié)流器或毛細管（省略圖示）的結構。

冷卻用閥25b為常閉，若從后述的控制器30接收到指令則打開。

在循環(huán)流路4中，在與冷卻用通路25a的下游端連接的部位與膨脹機14之間，設置有溫度傳感器32以及壓力傳感器34。溫度傳感器32檢測從加熱器10流出而被導入截止閥21以及膨脹機14的工作介質的溫度。壓力傳感器34檢測從蒸發(fā)器10流出而被導入截止閥21以及膨脹機14的工作介質的壓力。

在發(fā)電裝置1中，設置有進行循環(huán)泵8的驅動控制、開關閥21、23b、25b的開關控制的控制器30?？刂破?0的功能中包括泵控制機構30a與冷卻控制機構30b。

泵控制機構30a是控制循環(huán)泵8的轉速的機構，進行循環(huán)泵8的驅動控制，使得從溫度傳感器32以及壓力傳感器34的檢測值導出的工作介質的過熱度落入預先設定的范圍內。

冷卻控制機構30b是控制冷卻用閥25b的開關的機構，基于從加熱器10流出來的工作介質的溫度執(zhí)行冷卻用閥25b的開關控制。即，冷卻控制機構30b在從溫度傳感器32以及壓力傳感器34的檢測值判斷加熱器10的下游側處的工作介質處于過熱狀態(tài)的情況下，在判斷溫度傳感器32的檢測值是預先確定的溫度（基準溫度）以上時，輸出用于打開冷卻用閥25b的指令。作為該基準溫度，設定如下的溫度，使得不會損傷在截止閥21的連接部處設置的未圖示的襯墊等。即，控制加熱器10的出口處的工作介質的溫度，使得即使在襯墊不是由耐熱材料構成的情況下，也不會因從工作介質受到的熱而受到損傷。

另外，冷卻控制機構30b執(zhí)行冷卻用閥25b的閉鎖控制，使得在加熱器10的下游側的工作介質維持飽和溫度以上的范圍內進行冷卻。即，冷卻控制機構30b在預先確定的閉鎖條件成立時就輸出關閉冷卻用閥25b的指令，使得向膨脹機14導入的工作介質維持飽和溫度以上。作為該閉鎖條件，能夠列舉出例如從溫度傳感器32以及壓力傳感器34的檢測值獲得的工作介質的過熱度處于既定溫度以上等。此外，此時的工作介質的溫度變成比前述的基準溫度更低的溫度。

在此，說明根據第一實施方式的發(fā)電系統(tǒng)的運轉動作。在通常運轉時，截止閥21被打開，另一方面，旁通路23a的開關閥23b以及冷卻用閥25b被關閉。

若循環(huán)泵8被驅動，則從循環(huán)泵8送出來的液狀的工作介質向加熱器10的工作介質流路10a流入。該工作介質被在熱源介質流路10b中流通的熱源介質加熱而蒸發(fā)。利用加熱器10而蒸發(fā)的工作介質被導入膨脹機14。工作介質被導入膨脹機14內，從而膨脹機14被旋轉驅動，由此發(fā)電機16被驅動而進行發(fā)電。在膨脹機14內膨脹的工作介質被排出至循環(huán)流路4。從膨脹機14排出來的氣體狀的工作介質被導入冷凝器6的工作介質流路6a。在冷凝器6中，工作介質被在冷卻介質流路6b中流通的冷卻介質冷卻而冷凝。該液狀的工作介質在循環(huán)流路4中流通而被循環(huán)泵8吸入。在循環(huán)流路4中，重復這樣的循環(huán)而在發(fā)電機16中進行發(fā)電。

在發(fā)電裝置1運轉時，控制循環(huán)泵8的轉速而使得加熱器10下游側的工作介質的過熱度落入既定的范圍內。即，如圖2所示，壓力傳感器34以及溫度傳感器32的檢測值P1、T1被輸入到控制器30（步驟ST1），泵控制機構30a基于該檢測值P1、T1進行循環(huán)泵8的控制，使得工作介質的過熱度落入預先設定的范圍內（步驟ST2）。

接著，冷卻控制機構30b基于壓力傳感器34以及溫度傳感器32的檢測值P1、T1，確認工作介質是否處于過熱狀態(tài)并且判定溫度傳感器32的檢測值T1是否為預先設定的基準溫度（上限值）Tr以下（步驟ST3、ST4）。此外，過熱狀態(tài)是指與壓力檢測值P1下的工作介質的飽和溫度相比溫度檢測值T1更高的狀態(tài)。接著，在工作介質處于過熱狀態(tài)時，在判斷溫度傳感器32的檢測值T1超過基準溫度Tr的情況下，打開冷卻用閥25b（步驟ST5）。這樣的狀況例如在導入加熱器10的熱源介質的溫度急劇地上升從而以循環(huán)泵8的轉速上升不能對應時等發(fā)生。

若打開冷卻用閥25b，則從循環(huán)泵8吐出來的液狀的工作介質的一部分被分流至冷卻用通路25a。接著，流過冷卻用通路25a的液狀的工作介質與循環(huán)流路4中的處于過熱狀態(tài)的工作介質合流。因此，從加熱器10流出而朝向截止閥21以及膨脹機14在循環(huán)流路4中流通的氣體狀的工作介質借助合流的液狀的工作介質氣化而被冷卻。從冷卻用通路25a向循環(huán)流路4中的比加熱器10更靠下游側的部分導入的液狀的工作介質僅將從加熱器10流出來的循環(huán)流路4內的氣體狀的工作介質的溫度降低，即，帶走顯熱即可，因此與帶走潛熱的情況相比無需更大的熱量。因此，上述液狀的工作介質少量即可。

此外，冷卻用通路25a由與循環(huán)流路4相比直徑更細的配管構成，因此防止多量的工作介質在冷卻用通路25a中流通的情況。因此，通過循環(huán)流路4流入加熱器10的工作介質的量不會減少到影響在加熱器10內積存的工作介質量的程度，也幾乎沒有過熱度進一步上升的情況。

在冷卻用閥25b被打開的狀態(tài)下，判斷從溫度傳感器32以及壓力傳感器34的檢測值T1、P1算出來的過熱度SH是否處于基準過熱度（下限值）SHr以上（步驟ST6）。接著，若過熱度SH比基準過熱度SHr更低，則閉鎖冷卻用閥25b（步驟ST7）。由此，返回至從循環(huán)泵8吐出來的工作介質不會向冷卻用通路25a分流而是被導入加熱器10的通常運轉。

如以上說明那樣，在第一實施方中，冷卻機構25將加熱器10的下游側處的溫度為預先確定的值以上的處于過熱狀態(tài)的工作介質冷卻。因此，能抑制從加熱器10流出而流入膨脹機14的工作介質的溫度。因此，即使在熱源介質的溫度急劇地上升時等，也能有效地抑制工作介質的升溫。因此，不需要將在從加熱器10至膨脹機14的路徑中存在的凸緣的襯墊等用具有耐熱性的材料構成，另外，也不需要將在發(fā)電機16中使用的絕緣材料的級別提高等對策。

另外，在第一實施方式中，構成為冷卻機構25令從泵的下游側且加熱器10的上游側分流出來的工作介質合流于循環(huán)流路4從而冷卻工作介質。因此，能抑制作為發(fā)電裝置1的結構復雜化，另外，能更有效地冷卻工作介質。

另外，在第一實施方式中，加熱器10的下游側的工作介質維持在飽和溫度以上，因此能防止液狀的工作介質被導入膨脹機14。因此，能防止發(fā)電效率降低。

另外，第一實施方式利用工作介質的氣化熱進行過熱狀態(tài)的工作介質的冷卻，因此能更有效地進行工作介質的冷卻。即，能用少量的冷卻介質將過熱狀態(tài)的工作介質冷卻。特別是，將從循環(huán)泵8的下游側分流出來的工作介質作為冷卻介質使用，因此從循環(huán)泵8向加熱器10輸送的工作介質的量僅稍微減少。因此，即使令從由循環(huán)泵8吐出來的工作介質分流，也幾乎沒有影響。

圖3表示第二實施方式的發(fā)電裝置1。在第二實施方式的發(fā)電裝置1中，冷卻機構25也可以具有將過熱狀態(tài)的工作介質借助從外部導入的蒸汽、高溫空氣、溫水等熱介質冷卻的熱交換器25f。例如，該熱交換器25f適用于與加熱器10連接的熱源介質回路62由向發(fā)動機（省略圖示）的增壓空氣流通的流路構成的情況。熱交換器25f設置于循環(huán)回路4中的加熱器10的下游側。向熱交換器25f的冷卻流路25e也可以從搭載發(fā)動機的船上設置的圖外的蒸汽設備導入剩余蒸汽。在發(fā)動機被高負荷運轉時，例如150℃左右以上的增壓空氣被導入加熱器10。因此，在加熱器10的工作介質流路10a中流通的工作介質被加熱到150℃左右的溫度。在該情況下，通過將設置于冷卻機構25的冷卻用通路25a的冷卻用閥（減壓機構）25b的開度縮小，將熱介質減壓，從而降低熱介質的溫度。由此，能將在熱交換器25f的工作介質流路25d中流通的過熱狀態(tài)的工作介質冷卻。此外，在發(fā)動機低負荷運轉時，有時在加熱器10中工作介質沒有被充分加熱，因此，此時熱交換器25f還能作為將工作介質加熱到過熱狀態(tài)的過熱器而發(fā)揮功能。

如圖4所示，在根據該實施方式的發(fā)電系統(tǒng)中，基于壓力傳感器34以及溫度傳感器32的檢測值P1、T1，確認工作介質是否處于過熱狀態(tài)（步驟ST3）。接著，在工作介質處于過熱狀態(tài)時，在判斷溫度傳感器32的檢測值T1超過基準溫度Tr的情況下（步驟ST4），冷卻控制機構30b進行將冷卻用閥25b節(jié)流的控制（步驟ST11）。由此，熱介質被減壓，在熱交換器25f中工作介質被冷卻（工作介質的顯熱被除去）。

在冷卻用閥25b進行節(jié)流狀態(tài)的狀態(tài)下，判斷由溫度傳感器32以及壓力傳感器34的檢測值T1、P1算出來的過熱度SH是否處于基準過熱度（下限值）SHr以上（步驟ST6）。接著，若過熱度SH變成比基準過熱度SHr更低，則解除節(jié)流冷卻用閥25b的控制（步驟ST7）。此時，在工作介質沒有被充分加熱的情況下，能輔助地加熱工作介質，能使工作介質的過熱度SH上升。

此外，本發(fā)明不限于前述第一實施方式以及第二實施方式，能在不脫離其主旨的范圍內進行各種變更、改良等。例如，在前述第一實施方式中，從循環(huán)流路4分流的工作介質在加熱器10的下游側再次與循環(huán)流路4的工作介質合流，與該工作介質直接進行熱交換。也可以代替地如圖5所示，使分流至冷卻用通路25a中的工作介質與循環(huán)流路4的工作介質間接地進行熱交換。

具體而言，冷卻機構25具有在循環(huán)流路4中的加熱器10的下游側配置的冷卻用熱交換器25c。在該冷卻用熱交換器25c中設置有與循環(huán)流路4連接的工作介質流路25d、與冷卻用通路25a連接的冷卻流路25e。

冷卻用通路25a的一端部（上游端部）與循環(huán)流路4中的循環(huán)泵8與加熱器10之間的部位連接。冷卻用通路25a的另一端（下游端部）與循環(huán)流路4中的膨脹機14與冷凝器6之間的部位連接。冷卻用通路25a的下游端部位于循環(huán)流路4中的循環(huán)泵8的吸入側，因此分流至冷卻用通路25a的工作介質變得容易流通。

從循環(huán)流路4分流至冷卻用通路25a的液狀的工作介質在冷卻用熱交換器25c中，一邊將處于過熱狀態(tài)的工作介質流路25d的工作介質冷卻一邊氣化。氣化后的工作介質從冷卻用通路25a返回至循環(huán)流路4中的冷凝器6的上游側。

在前述第一實施方式中，過熱狀態(tài)的工作介質被液狀的工作介質冷卻。也可以代替地如圖6所示，借助通過了冷凝器6的冷卻回路61的冷卻介質（冷卻水）冷卻過熱狀態(tài)的工作介質。具體而言，冷卻用通路25a的一端部（上游端部）與冷卻回路61中的冷凝器6的下游側的部位連接。流過了冷卻用通路25a的冷卻介質返回到冷卻回路61。借助該結構，在冷卻用熱交換器25c中，冷卻流路25e內的冷卻介質將處于過熱狀態(tài)的工作介質流路25d的工作介質冷卻。

在前述各實施方式中，也可以設置將循環(huán)流路4的加熱器10與膨脹機14之間的配管部分的一部分覆蓋護套，通過令工作介質或冷卻流體在該護套內流通而間接地冷卻從加熱器10流出的工作介質。

冷卻用閥25a也可以為能調整開度的閥。

在此，關于前述實施方式進行概述。

在前述實施方式中，冷卻機構將加熱器的下游側處的溫度為預先確定的值以上的處于過熱狀態(tài)的工作介質冷卻。因此，能抑制從加熱器流出而流入膨脹機的工作介質的溫度。因此，即使在熱源介質的溫度急劇地上升的情況下等，也能有效地抑制工作介質的升溫。因此，不需要將在從加熱器至膨脹機的路徑中存在的凸緣的襯墊等用具有耐熱性的材料構成，另外，也不需要將在發(fā)電機中使用的絕緣材料的級別提高等的對策。

前述冷卻機構也可以構成為借助從前述泵的下游側且前述加熱器的上游側分流出來的工作介質，冷卻前述過熱狀態(tài)的工作介質。在該方式下，借助從泵吐出來的工作介質將過熱狀態(tài)的工作介質冷卻，因此能抑制作為發(fā)電裝置的結構復雜化。

前述冷卻機構也可以構成為將從前述泵的下游側分流出來的工作介質合流于前述加熱器的下游側的工作介質從而將前述過熱狀態(tài)的工作介質冷卻。在該方式下，從泵的下游側分流出來的工作介質與過熱狀態(tài)的工作介質合流從而將該工作介質冷卻。因此，能更有效地將工作介質冷卻。

前述冷卻機構也可以在前述加熱器的下游側的工作介質維持飽和溫度以上的范圍內進行冷卻。在該方式下，能防止液狀的工作介質被導入膨脹機。因此，能防止發(fā)電效率下降。

前述冷卻機構也可以利用氣化熱來進行過熱狀態(tài)的工作介質的冷卻。在該方式下，利用氣化熱而進行過熱狀態(tài)的工作介質的冷卻，因此能更有效地進行工作介質的冷卻。即，能用少量的冷卻介質將過熱狀態(tài)的工作介質冷卻。特別是在將從泵的下游側分流出來的工作介質作為冷卻介質使用時，從泵向蒸發(fā)器輸送的工作介質的量僅稍微減少。因此，即使從自泵吐出來的工作介質令其分流也幾乎沒有影響。

前述冷卻機構也可以具有：熱交換器，具有工作介質流路以及冷卻流路，配置于前述加熱器的下游側；減壓機構，設置在連接于前述冷卻流路的熱介質回路中。前述減壓機構也可以將熱介質減壓，以便在工作介質為過熱狀態(tài)且為預先確定的溫度以上時，在前述熱交換器中冷卻前述工作介質。

在該方式下，工作介質在為過熱狀態(tài)且為預先確定的溫度以上時，在熱交換器中，在工作介質流路中流通的工作介質被借助熱介質回路的減壓機構減壓而在冷卻流路中流通的熱介質冷卻。另一方面，在加熱器中工作介質沒有被充分地加熱時，工作介質在熱交換器中被熱介質加熱。因此，熱交換器能在工作介質被過度地加熱時將工作介質冷卻，另一方面，能在工作介質沒有被充分地加熱時將工作介質輔助地加熱。

如上面說明的那樣，根據前述實施方式，能在發(fā)電裝置中抑制蒸發(fā)器的出側的工作介質的溫度上升。