蒸发器、朗肯循环装置以及热电联供系统的制作方法_4

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燃烧气体G的流动方向垂直的方向)上也以多个列(在本实施方式中为4列)排列。也就是说,传热管28在高度方向(Y方向)和水平方向(X方向)这两个方向上排列成矩阵状。工作流体在流过位于同一段的多个传热管28之后,被输送至位于另一段的传热管28。如图2B所示,当从与翅片27的表面垂直的方向观察蒸发器24时,多个传热管28以交错排列的方式配置。多个传热管28由在这些传热管28的长度方向的两端设置的连接管29以形成I个流路的方式彼此连接。但是,不是必须由所有传热管28形成单一的流路。也可以通过使用分配器等公知的部件而并列形成2个以上的流路。另夕卜,作为传热管28和连接管29,也可以使用所谓的发夹管(hairpin pipe)。在该情况下,可以利用发夹管置换2个直线状的传热管28与I个连接管29的组合。
[0151]工作流体流路25包括最上游工作流体流路25a、最下游工作流体流路25b以及中间工作流体流路25c。最上游工作流体流路25a是位于燃烧气体G的流动方向的最上游侧的段的流路。最下游工作流体流路25b是位于燃烧气体G的流动方向上的最下游侧的段的流路。中间工作流体流路25c是在燃烧气体G的流动方向上位于最上游工作流体流路25a与最下游工作流体流路25b之间的流路。也可以存在多个中间工作流体流路25c。最上游工作流体流路25a、最下游工作流体流路25b以及中间工作流体流路25c也由多个传热管28和多个连接管29构成。
[0152]构成最下游工作流体流路25b的传热管28形成蒸发器24的入口,以使得流入到蒸发器24的工作流体最先流过构成最下游工作流体流路25b的传热管28。构成中间工作流体流路25c的传热管28形成蒸发器24的出口。最上游工作流体流路25a形成工作流体流路25的中间部分。从栗23排出的工作流体依次流过最下游工作流体流路25b、最上游工作流体流路25a以及中间工作流体流路25c。
[0153]在从栗23排出而刚流入到蒸发器24之后,工作流体处于液相状态或气液二相状态,工作流体的温度在蒸发器24中最低。工作流体在蒸发器24的内部流动,由燃烧气体G加热而蒸发。在蒸发器24的出口处,工作流体处于气相状态,工作流体的温度在蒸发器24中最高。若在蒸发器24中在燃烧气体G与工作流体之间产生过度的热交换而工作流体的温度过度上升,则有可能招致工作流体的热分解、润滑油的劣化等不良状况。
[0154]在本实施方式中,温度传感器35设置于在工作流体的流动方向上比最上游工作流体流路25a的下游端25p靠下游侧的工作流体流路25。基于温度传感器35的输出值来调整蒸发器24中的工作流体的温度。详细而言,进行用于将设置有温度传感器35的位置处的工作流体的温度维持为比设定上限温度低的温度的控制。由此,能够防止在蒸发器24中工作流体被过度加热。其理由如下。S卩,传热管28的内壁面的温度在最上游工作流体流路25a的下游端25p显示出最高温度。因而,若比下游端25p靠下游侧的任意位置处的工作流体的温度低于上限温度,则可以判断为也防止了工作流体被过度加热。
[0155]在本实施方式中,温度传感器35在工作流体的流动方向上比最上游工作流体流路25a的下游端25p靠下游侧安装于构成工作流体流路25的连接管29。详细而言,温度传感器35安装于与最上游工作流体流路25a的下游端25p连接的连接管29。在将温度传感器35配置于这样的位置时,能够得到上述效果。
[0156]温度传感器35例如粘接于连接管29的外周面。也可以将温度传感器35的检测部(热电偶、热敏电阻等)放入连接管29的内部。另外,温度传感器35优选配置在自连接管29的两端起的距离相等的位置。在传热管28与温度传感器35适度分离时,能够抑制热传导的影响波及到温度传感器35。其结果,能够准确地检测到在连接管29中流动的工作流体的温度。
[0157]在本实施方式中,温度传感器35与蒸发器24的周围环境之间的热影响受到抑制。详细而言,蒸发器24还具备包围温度传感器35的隔热材料41。通过隔热材料41来抑制温度传感器35与蒸发器24的周围环境之间的热影响。隔热材料41包围连接管29和温度传感器35。由连接管29和隔热材料41形成带隔热材料的连接管29a。根据这样的结构,能够准确地检测在连接管29中流动的工作流体的温度。作为隔热材料41,可举出纺布、无纺布、毛毡、石棉、玻璃棉、硅海绵等。
[0158]在本实施方式中,最上游工作流体流路25a由内面带槽管形成。详细而言,构成最上游工作流体流路25a的至少I个传热管28是内面带槽管。也可以是构成最上游工作流体流路25a的所有传热管28都是内面带槽管。构成最上游工作流体流路25a的多个连接管29既可以是内面带槽管,也可以是内面平滑管。内面带槽管是考虑了制冷剂等工作流体处于气液二相状态和向蒸发器的应用的传热管。当在传热管28的内周面形成有槽时,液相的工作流体沿着槽流动而形成回旋流。
[0159]在最上游工作流体流路25a中,通过火焰的辐射,传热管28表面的特定部分(面对火焰的部分)所接收的热量相对大,剩余部分所接收的热量相对小。其结果,存在工作流体的温度局部上升的危险性。但是,若传热管28是内面带槽管,则会在传热管28的内部形成工作流体的回旋流。当产生回旋流时,可抑制传热管28内部的工作流体的局部升温。另夕卜,也可抑制局部的温度差。因而,根据本实施方式,能够在抑制最上游工作流体流路25a的局部温度变化的影响的同时,通过温度传感器35准确地检测工作流体的温度。
[0160]另外,在比最上游工作流体流路25a的上游端25q靠下游侧,可以利用内面带槽管形成工作流体流路25的一部分或全部。例如,连接最上游工作流体流路25a与中间工作流体流路25c的连接管29也可以是内面带槽管。在该情况下,能够减小温度传感器的计测误差。另外,构成中间工作流体流路25c的多个传热管28和多个连接管29也可以是内面带槽管。构成最下游工作流体流路25b的多个传热管28和多个连接管29也可以是内面平滑管。
[0161]接着,参照图3的流程图,对为了调整蒸发器24中的工作流体的温度而由控制电路50执行的控制进行说明。通过执行图3所示的控制,蒸发器24的特定位置处的工作流体的温度接近目标温度。特定位置例如是设置有温度传感器35的位置。图3的流程图所示的控制例如与朗肯循环装置20的起动同时开始。
[0162]首先,由温度传感器35检测工作流体的温度Th(步骤SI)。接着,基于检测到的温度Th,判断蒸发器24中的工作流体的温度是否过高(步骤S2)。具体而言,判断检测到的温度Th是否为预先设定的上限温度以上。在工作流体的温度过高的情况下,执行用于降低工作流体的温度的处理。在执行用于降低工作流体的温度的处理之前,检测栗23的转速fp (运转频率)(步骤S3) ο
[0163]接着,通过减少向蒸发器24供给的燃烧气体G的流量来降低工作流体的温度。换言之,控制燃烧器14来减少每单位时间的燃烧气体G的产生量(每单位时间内产生的燃烧热的量)(步骤S4)。作为用于减少燃烧气体G的供给流量的方法,可举出减少向燃烧器14供给的燃料量(每单位时间的供给量)的方法。在设置有用于向锅炉10的内部供给空气的送风机的情况下,也可以通过减少来自送风机的送风量来减少燃烧气体G的供给流量。也就是说,通过调整燃烧气体G的供给流量,能够调整蒸发器24中的工作流体的温度。
[0164]接着,判断栗23的转速fp是否为上限以下(步骤S5)。在栗23的转速fp为上限以下的情况下,提高栗23的转速fp(步骤S6)。由此,朗肯循环装置20中的工作流体的循环流量增加。若提高栗23的转速fp,则蒸发器24中的工作流体的流量增加,因此,能够降低工作流体的温度。也就是说,通过调整栗23的转速,能够调整蒸发器24中的工作流体的温度。在提高栗23的转速fp之后,由温度传感器35检测工作流体的温度Th(步骤S7)。判断检测到的温度Th是否低于上限温度(步骤S8)。反复进行从步骤S3到步骤S8的处理,直到工作流体的温度Th低于上限温度。
[0165]图4示出蒸发器24中的工作流体的温度与传热管的内壁面的温度的关系。图4的横轴表示自蒸发器24的入口起的距离。图4的纵轴表示温度。在图4所示的例子中,在朗肯循环装置20设置有再热器,在蒸发器24的入口处工作流体处于气液二相状态。
[0166]工作流体由燃烧气体G加热,在蒸发器24的入口与出口之间成为气相状态,并以气相状态从蒸发器24流出。气液二相状态的工作流体的温度是恒定的,工作流体的温度在变化为气相状态之后上升。只要工作流体是气液二相状态,传热管28的内壁面的温度就不会急剧上升。因而,在最上游工作流体流路25a中,工作流体的温度过度上升的可能性也低。在工作流体处于气液二相状态时,传热管28的内壁面的热传递率足够高。通过向工作流体的热传递,可抑制内壁面的温度上升。
[0167]当工作流体从气液二相状态变化为气相状态时,传热管28的内壁面的温度急剧上升。在工作流体处于气相状态时,传热管28的内壁面的热传递率低,传热管28的内壁面的温度上升。在蒸发器24的内部,当工作流体从某段向另一段移动时,燃烧气体G的温度也会变化。因此,传热管28的内壁面的温度也会变化。燃烧气体G的温度在上游侧(第I段)相对高,在下游侧(第2段)相对低。在工作流体从第I段移动至第2段时,传热管28的内壁面的温度也会降低。在工作流体处于气相状态时,随着工作流体的温度的上升,传热管28的内壁面的温度也持续上升。工作流体的温度在蒸发器24的出口成为最大。因此,蒸发器24的出口优选设置于燃烧气体G的流动方向上的下游侧。
[0168]在蒸发器24的出口设置于燃烧气体G的流动方向上的下游侧的情况下,在最上游工作流体流路25a的下游端25p处,传热管28的内壁面的温度成为最大。也就是说,在该位置最容易引起工作流体的热分解。因而,掌握构成最上游工作流体流路25a的下游端25p的传热管28的温度并控制朗肯循环装置20以使得工作流体的温度低于热分解温度,在安全方面是有意义的。
[0169]在图4所示的例子中,在最上游工作流体流路25a中,工作流体从气液二相状态向气相状态变化。从安全性的观点来看,优选,工作流体在最上游工作流体流路25a的整个流路上都处于气液二相状态。但是,朗肯循环装置20的运转条件根据季节等而变化。因此,在工作流体在最上游工作流体流路25a的整个流路上都处于气液二相状态的情况下,在特定的运转条件下,有可能无法向膨胀机21供给目标温度的气相的工作流体。因而,并不禁止在最上游工作流体流路25a中工作流体从气液二相状态向气相状态变化。只要在配置有温度传感器35的位置处工作流体的温度低于上限温度,就能够确保安全性。
[0170]本说明书所公开的技术在工作流体是有机工作流体的情况下尤其有效。更详细而言,在燃烧气体G的温度超过了工作流体的热分解温度的情况下尤其有效。若使用有机工作流体,则不仅是锅炉10这样的高温的热源,也能够构筑使用了比较低温的热源的朗肯循环装置。燃烧气体G的温度越高,则能够使朗肯循环装置20以越高的效率运转。在一例中,由气体锅炉生成的燃烧气体的温度最高为1500°C,有机工作流体的热分解温度处于150?300°C的范围。
[0171](变形例)
[0172]如图2C所示,温度传感器35也可以设置于最上游工作流体流路25a。在本变形例中,在将最上游工作流体流路25a的全长定义为L时,温度传感器35位于从最上游工作流体流路25a的下游
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