蒸发器、朗肯循环装置以及热电联供系统的制作方法_3

文档序号:9450070阅读:来源:国知局
120]在第22技术方案中,例如,第21技术方案的蒸发器中,所述工作流体流路可以沿着所述高温流体的流动方向形成多个段,在所述多个段中分别配置成蜿蜒形状,露出于所述蒸发器的壳体的外侧的工作流体流路的一部分可以是所述蜿蜒形状的弯曲部分。
[0121]在第23技术方案中,例如,第22技术方案的蒸发器的所述多个段可以包括位于所述高温流体的流动方向的最上游的第I段、位于所述高温流体的流动方向的最下游的第3段、以及所述第I段与所述第3段之间的第2段,所述工作流体流路可以使所述工作流体从所述蒸发器的外部向所述第I段所包括的工作流体流路流入,在经由所述第3段之后,使所述工作流体经由所述第2段所包括的工作流体流路而向所述蒸发器的外部流出,所述温度传感器可以设置于所述工作流体从所述第3段流向所述第2段的所述工作流体流路的区域。
[0122]根据第23技术方案,所述工作流体流路使所述工作流体从所述蒸发器的外部向所述多个段中位于所述高温流体的流动方向的最上游的第I段流入。如前所述,在蒸发器的内部,越靠高温流体的流动方向的上游侧,则高温流体的温度越高。另外,蒸发器从包括液相状态的工作流体生成气相状态的工作流体,因此,越靠工作流体的流动方向上的下游侦牝则工作流体流路中的包含气相状态的工作流体的比例越高。因此,根据第23技术方案,将包括温度最不容易上升的工作流体流路的段配置于温度最高的场所。因此,能够防止形成该段的工作流体流路的内壁面的温度成为工作流体的热分解温度以上。
[0123]第24技术方案的蒸发器,通过高温流体对工作流体进行加热,使所述工作流体蒸发,具备:燃烧器,其具有圆筒形状,生成所述高温流体,并从所述圆筒形状的中心轴朝向圆周方向送出所述高温流体(燃烧器,其从所述圆筒形状的中心轴朝向圆周方向而从在所述圆筒形状的表面设置的孔送出所述高温流体);和工作流体流路,其具有线圈形状,配置于所述燃烧器的周围,供所述工作流体流动,所述蒸发器还具备设置于所述工作流体流路的温度传感器,所述工作流体流路的一部分向所述蒸发器的壳体的外侧露出,所述温度传感器设置于在供所述工作流体从所述蒸发器的外部流入的所述工作流体流路的流入口和供所述工作流体向所述蒸发器的外部流出的所述工作流体流路的流出口以外的区域中的露出于所述蒸发器的壳体的外侧的工作流体流路,所述温度传感器的输出值用于调整所述蒸发器中的所述工作流体的温度。
[0124]根据第24技术方案,工作流体流路配置在燃烧器的周围。换言之,燃烧器配置在工作流体流路所形成的线圈形状的内部(形成线圈的中心轴的区域)。因此,第25技术方案的蒸发器与其他技术方案的蒸发器相比,能够使装置整体小型。
[0125]在第25技术方案中,所述第24技术方案的蒸发器的所述工作流体流路可以在所述蒸发器的剖视(从与所述线圈形状的中心轴垂直的方向观察的情况)下具备:第I部位,其与所述蒸发器重叠;和第2部位,其位于比与所述蒸发器重叠的部位靠所述工作流体的流动方向下游侧的位置,不与所述蒸发器重叠,所述温度传感器可以设置在所述工作流体流路中的所述第I部位与所述第2部位之间且露出于所述蒸发器的壳体的外侧的部位。
[0126]根据第25技术方案,在靠近燃烧器的区域即第I部位处,工作流体流路由高温的高温流体加热。因此,从抑制工作流体的热分解的观点来看,适合控制工作流体以使得在第I部位工作流体成为气液二相状态或低温的气相状态,在远离燃烧器的区域即第2部位工作流体成为高温的气相状态。根据本技术方案,通过在第I部位与第2部位之间且露出于蒸发器的壳体的外侧的部位设置温度传感器,能够容易地进行上述控制。
[0127]在第26技术方案中,第24技术方案或第25技术方案的蒸发器可以是线圈型热交换器。
[0128]在第27技术方案中,第I技术方案的蒸发器可以还具备设置在接受所述高温流体的入口与用于排出所述高温流体的出口之间的、阻碍所述高温流体的流动而使所述高温流体的流动方向变化的构造。
[0129]根据第27技术方案,能够设定高温流体的流动方向以使得进行高效的热交换。
[0130]以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。本发明不限于以下的实施方式。
[0131](实施方式I)
[0132]如图1所示,本实施方式的热电联供系统100 (以下,称为CHP系统)具备锅炉10、朗肯循环装置20、热介质回路30以及控制电路50。CHP系统100构成为能够使用由锅炉10生成的热能同时或独立地得到热水和电力。“同时”的意思是在供给热水的同时也能够供给电力。
[0133]锅炉10具备燃烧室12和燃烧器14 (combustor)。在燃烧室12的上部设置有排气口。燃烧器14是生成燃烧气体G的热源,配置于燃烧室12的内部。由燃烧器14生成的燃烧气体G在燃烧室12的内部空间中向上移动,通过排气口而排出到外部。若使用生成燃烧气体G的燃烧器14作为CHP系统100的热源,则能够容易地得到高温的热能。其结果,能够使朗肯循环装置20的发电效率提高。在锅炉10的内部也可以配置有送风机等其他设备。
[0134]锅炉10例如是气体锅炉。在锅炉10是气体锅炉时,向燃烧器14供给天然气、生物气体等燃料气体。燃烧器14通过使燃料气体燃烧来生成高温的燃烧气体G。但是,锅炉10也可以是颗粒燃料锅炉等其他锅炉。在该情况下,向燃烧器14供给木质颗粒燃料等固体燃料。
[0135]朗肯循环装置20具备膨胀机21、冷凝器22、栗23以及蒸发器24。这些构件以形成闭合回路的方式由多个配管以上述顺序连接成环状。在朗肯循环装置20也可以设置有公知的换热器等。
[0136]膨胀机21通过使工作流体膨胀而将工作流体的膨胀能变换为旋转动力。膨胀机21的旋转轴连接有发电机26。发电机26由膨胀机21驱动。膨胀机21例如是容积型或涡轮型的膨胀机。作为容积型的膨胀机,可举出涡旋膨胀机、旋转膨胀机、螺杆膨胀机、往复膨胀机等。涡轮型的膨胀机是所谓的膨胀涡轮。
[0137]作为膨胀机21,优选容积型的膨胀机。通常,容积型的膨胀机以范围比涡轮型的膨胀机要广的转速发挥高膨胀机效率。例如,在维持高效率不变的状态下,也能够以额定转速的一半以下的转速使容积型的膨胀机运转。也就是说,能够在维持高效率不变的状态下使发电量降低为额定发电量的一半以下。由于容积型的膨胀机具有这样的特性,所以使用容积型的膨胀机能够灵活地应对与热需求的变化相伴的发电量的变化。另外,对于电力需求的变化,也能够在维持高效率不变的状态下增减发电量。
[0138]冷凝器22通过使热介质回路30中的水与从膨胀机21排出的工作流体进行热交换来冷却工作流体并加热水。作为冷凝器22,可以使用板式热交换器、套管式热交换器等公知的热交换器。冷凝器22的种类可以根据热介质回路30中的热介质的种类来适当选择。在热介质回路30中的热介质是水等液体时,可以优选将板式热交换器或套管式热交换器用于冷凝器22。在热介质回路30中的热介质是空气等气体时,可以优选将翅管热交换器用于冷凝器22。
[0139]栗23吸入从冷凝器22流出的工作流体并进行加压,将加压后的工作流体供给至蒸发器24。作为栗23,可以使用通常的容积型或涡轮型的栗。作为容积型的栗,可举出活塞栗、齿轮栗、叶片栗、旋转栗等。作为涡轮型的栗,可举出离心栗、斜流栗、轴流栗等。
[0140]蒸发器24是吸收由锅炉10生成的燃烧气体G的热能的热交换器。蒸发器24例如是翅管热交换器,以位于燃烧气体G的流路上的方式配置于锅炉10的内部。在本实施方式中,蒸发器24位于燃烧器14的正上方。在锅炉10生成的燃烧气体G与朗肯循环装置20的工作流体在蒸发器24中进行热交换。由此,工作流体被加热而蒸发。
[0141]作为朗肯循环装置20的工作流体,可以优选使用有机工作流体。作为有机工作流体,可举出卤代烃、烃、醇等。作为卤代烃,可举出R-123、R-245fa、R-1234ze等。作为烃,可举出丙烷、丁烷、正戊烷、异戊烷等烷烃。作为醇,可举出乙醇等。这些有机工作流体既可以单独使用,也可以使用2种以上的混合物。作为工作流体,也存在可以使用水、二氧化碳、氨等无机工作流体的可能性。
[0142]热介质回路30是供作为在冷凝器22中冷却朗肯循环装置20的工作流体的低温热源的水(热介质)流动的回路,连接于冷凝器22。热介质回路30中的水由从膨胀机21排出的工作流体加热。在热介质回路30设置有栗31和放热器32。放热器32例如是室内的地热设备的一部分。由冷凝器22制出的热水由栗31供给至放热器32,用于室内的制热。也就是说,在本实施方式中,热介质回路30是热水制热回路。在利用冷凝器22加热自来水的情况下,也可以将由冷凝器22生成的热水用于供给热水。通过有效利用工作流体的低温排热,能够使朗肯循环装置20的综合热效率提高。
[0143]在如本实施方式这样应该通过热介质回路30而被加热的热介质是水、盐水等液体时,热介质回路30可由多个配管形成。与此相对,在应该通过热介质回路30而被加热的热介质是空气等气体时,热介质回路30可由用于使气体流动的风路或管道形成。由冷凝器22生成的热风被供给至室内,用于室内的制热。
[0144]由热介质回路30生成的热水也可供给至淋浴器、水龙头、热水箱等其他设备。SP,热介质回路30既可以以对低温的热水进行再加热的目的来使用,也可以以加热自来水的目的来使用。此外,CHP系统100也可以构成为能够停止热介质回路30的热水供给而仅供给电力。
[0145]控制电路50控制栗23、栗31、燃烧器14以及发电机26等控制对象。控制电路50只要具有控制功能即可,具备运算处理部(未图示)和存储控制程序的存储部(未图示)。作为运算处理部,可例不 MPU (Microprocessor Un1:微处理器)、CPU (Central ProcessingUnit:中央处理器)。作为存储部,可例示存储器(memory)。控制电路既可以由进行集中控制的单独的控制电路构成,也可以由彼此协调地进行分散控制的多个控制电路构成(在其他实施方式及其变形例的控制电路中也同样)。在控制电路50中储存有用于使CHP系统100适当运转的程序。
[0146]接着,对蒸发器24的详细构造进行详细说明。
[0147]如图2A和图2B所示,蒸发器24具有供工作流体流动的工作流体流路25。工作流体流路25在应该与工作流体进行热交换的燃烧气体G (高温流体)的流动方向上以多个段形成。在工作流体流路25设置有温度传感器35。基于温度传感器35的输出值(检测值)来调整蒸发器24中的工作流体的温度。
[0148]在本实施方式中,蒸发器24是具有多个翅片27、多个传热管28以及多个连接管29的翅管热交换器。多个翅片27以其表面和背面与铅垂方向平行的方式在水平方向上排列。在翅片27与翅片27之间形成的空间形成燃烧气体G的排气路径。多个传热管28在应该与工作流体进行热交换的燃烧气体G的流动方向(高度方向)上以多个段排列。在本实施方式中,多个传热管28在高度方向上以3段排列。多个连接管29与多个传热管28彼此连接。连接管29是所谓的弯管。
[0149]工作流体流路25由多个传热管28和多个连接管29构成。传热管28位于燃烧室12的内部,连接管29位于燃烧室12的外部。传热管28处于燃烧气体G的流路上,与燃烧气体G进行热交换。连接管29处于燃烧气体G的流路的外部,不与燃烧气体G直接进行热交换。
[0150]传热管28在水平方向(与
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