发电系统及发电方法与流程

本申请是申请日为2016年6月30日、申请号为201610509567.0、发明名称为发电系统及发电方法的专利申请的分案申请。

本发明涉及发电系统及发电方法。

背景技术：

一直以来，已知通过使蒸气在膨胀机中膨胀而进行发电的装置。例如，专利文献1(日本特开2012-202262号公报)所记载的装置中，蒸发器、膨胀机和凝结器形成一个发电循环，并设置多个这种发电循环。另外，设有加热介质截断阀和冷却介质截断阀。该装置中，检测发电量，并基于该发电量的检测值和加热介质排出温度，开闭加热介质截断阀及冷却介质截断阀。

如上述的装置，通过设置多个发电循环，可以对应较大的热量。但是，目前为止没有可以与热量的变动对应的发电系统。例如在匹配热量100％的涡轮设计中，在热量减少至50％的情况下，得不到使发电机工作的扭矩，相对的机械损耗变大。在该情况下，发电量显著降低。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种发电系统及发电方法，即使输入热量变动，也不会降低整体的效率而可以进行充分的发电。

本发明的一方式是一种发电系统，具备多个容积型膨胀机和与多个容积型膨胀机的各个连接的多个发电机，通过蒸气在多个容积型膨胀机的至少1台中膨胀，从而进行发电，具备：抑制单元，其可以抑制蒸气相对于容积型膨胀机的各个的流通；控制部，其通过基于与蒸气的热量相关的信息而控制抑制单元，从而调整容积型膨胀机的每1台的负荷率。

本发明的另一方式是一种发电方法，使用具备多个容积型膨胀机和与多个容积型膨胀机的各个连接的多个发电机的发电系统，通过蒸气在多个容积型膨胀机的至少1台中膨胀，从而进行发电，基于与蒸气的热量相关的信息，调整容积型膨胀机的每1台的负荷率。

根据这些发电系统及发电方法，设有分别连接有发电机的多个容积型膨胀机。基于与蒸气的热量相关的信息，调整容积型膨胀机的每1台的负荷率。例如，在输入热量降低的情况下，通过提高容积型膨胀机的每1台的负荷率，可以有效地控制发电。另外，在输入热量增加的情况下，通过降低容积型膨胀机的每1台的负荷率，可以有效地控制发电。因此，即使输入热量变动，也不会降低整体的效率，可以利用必要台数的容积型膨胀机进行充分的发电。

上述的发电系统中，也可以是多个容积型膨胀机为n台，控制部至少存储关于与蒸气的热量相关的信息的不同的(n-1)个阈值，控制部检测与蒸气的热量相关的信息，在判断为检测的信息超过(n-1)个阈值中从较小的一方起第a个(a为从1到(n-1)的任一整数)阈值的情况下，使(a+1)台容积型膨胀机运转。

根据该结构，以不同的(n-1)个阈值为分界，阶段性地变更运转台数，因此，可以通过简单的判断处理进行更高效率的发电。

根据本发明，即使输入热量变动，也不会降低整体的效率，可以利用必要台数的容积型膨胀机进行充分的发电。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式所涉及的发电系统的概略结构的图。

图2是表示与输入热量对应的各发电机的运转状态的图。

符号的说明

1…蒸气发电系统(发电系统)、6a～6c…第一～第三涡旋膨胀机(容积型膨胀机)、7a～7c…第一～第三发电机、16a～16c…第一～第三电磁阀(抑制单元)、30…控制部。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。此外，附图的说明中，对相同的要素标注相同的符号，并省略重复的说明。

首先，参照图1对本实施方式的蒸气发电系统1进行说明。图1中，实线表示电路。双点划线表示蒸气的回路。以与控制部30连接的方式表示的虚线表示控制回路。本实施方式中，蒸气为例如水蒸气。

如图1所示，蒸气发电系统1是进行将高温的蒸气(例如压力0.7～0.8mpa，温度170～180℃左右)用作热源的发电的发电系统。蒸气发电系统1具备：第一涡旋膨胀机6a、第二涡旋膨胀机6b、及第三涡旋膨胀机6c、和与这3台(即，n＝3)第一～第三涡旋膨胀机6a～6c的各个连接的第一发电机7a、第二发电机7b、及第三发电机7c。

第一涡旋膨胀机6a及第一发电机7a通过蒸气在第一涡旋膨胀机6a中膨胀，从而使其输出轴旋转，利用第一发电机7a进行发电。第二涡旋膨胀机6b及第二发电机7b通过蒸气在第二涡旋膨胀机6b中膨胀，从而使其输出轴旋转，利用第二发电机7b进行发电。第三涡旋膨胀机6c及第三发电机7c通过蒸气在第三涡旋膨胀机6c中膨胀，从而使其输出轴旋转，利用第三发电机7c进行发电。

在蒸气发电系统1，设有蒸气路线l1，在该蒸气路线l1内，蒸气具有规定的压力而被供给。在蒸气路线l1，设有用于检测与蒸气的热量相关的信息的入口部检测器11。与蒸气的热量相关的信息是蒸气的流量、温度、压力的任一或两个以上的信息。入口部检测器11检测向第一～第三涡旋膨胀机6a～6c供给的蒸气的信息。此外，“路线”是指流体在内部流动的配管。

蒸气路线l1分支成3条。第一蒸气供给路线l1a与第一涡旋膨胀机6a连接，第二蒸气供给路线l1b与第二涡旋膨胀机6b连接，第三蒸气供给路线l1c与第三涡旋膨胀机6c连接。在第一～第三蒸气供给路线l1a～l1c，设有用于使各路线内的蒸气的流通停止(截断)或抑制的第一～第三电磁阀16a～16c。即，第一～第三电磁阀16a～16c的各个通过调整其开度，可以抑制蒸气的流通。另外，第一～第三电磁阀16a～16c的各个通过设为全闭，使蒸气的流通停止。第一～第三电磁阀16a～16c相当于可以抑制蒸气相对于第一～第三涡旋膨胀机6a～6c的各个的流通的抑制单元。

与第一涡旋膨胀机6a的蒸气出口部连接的第一蒸气放出路线l2a、与第二涡旋膨胀机6b的蒸气出口部连接的第二蒸气放出路线l2b和与第三涡旋膨胀机6c的蒸气出口部连接的第三蒸气放出路线l2c合流而成为1条路线，并进行大气放出。

第一～第三发电机7a～7c的各个经由检漏器或电磁接触器等而与变换器17连接。变换器17与三相交流(例如200v)的商用电源21连接。在变换器17，连接有例如电动机等负荷18。

蒸气发电系统1具备控制部30，该控制部30通过基于与蒸气的热量相关的信息而控制上述抑制单元，从而调整第一～第三涡旋膨胀机6a～6c的每1台的负荷率。控制部30是由例如cpu(centralprocessingunit(中央处理器))、rom(readonlymemory(只读存储器))及ram(randomaccessmemory(随机存取存储器))等的硬件和存储于rom的程序等的软件构成的计算机。如果上述的入口部检测器11检测出与蒸气的热量相关的信息，则将检测出的信息依次发送至控制部30。控制部30取得与蒸气的热量相关的信息，基于取得的信息开闭控制第一～第三电磁阀16a～16c。通过第一～第三电磁阀16a～16c的开闭控制，可以调整第一～第三涡旋膨胀机6a～6c的每1台的负荷率。另外，通过对第一～第三电磁阀16a～16c进行全闭/全开控制，也可以控制第一～第三涡旋膨胀机6a～6c的运转台数。蒸气发电系统1中，这样的话，减少运转的容积型膨胀机的台数。

控制部30至少存储关于与蒸气的热量相关的信息的不同的两个((n-1)个)阈值。控制部30存储例如关于基于入口部检测器11的检测结果而算出的输入热量(％)的两个阈值(在此，例如第一阈值：40％及第二阈值：70％)。输入热量(％)是蒸气实际保持的热量相对于作为3个系列整体的额定热量的比率。控制部30将这些阈值用于第一～第三涡旋膨胀机6a～6c的负荷率或运转台数的调整控制。

接着，参照图2说明蒸气发电系统1的运转方法(使用了蒸气发电系统1的发电方法)。控制部30基于蒸气发电系统1的工作中从入口部检测器11发送的与蒸气的热量相关的信息，算出与上述阈值对应的数值(与阈值相同次元的数值)。在此，控制部30基于来自入口部检测器11的信息算出当前的输入热量。

控制部30判断算出的输入热量是否超过上述的第一阈值、及是否超过第二阈值。控制部30判断为输入热量为第一阈值以下时，仅将第一电磁阀16a设为打开，且其它电磁阀设为关闭。由此，仅作为第一系列的第一涡旋膨胀机6a成为运转状态。控制部30判断为输入热量超过第一阈值时，进一步将第二电磁阀16b设为打开。由此，作为第二系列的第二涡旋膨胀机6b也成为运转状态，合计两个系列成为运转状态。控制部30判断为输入热量也超过第二阈值时，进一步将第三电磁阀16c设为打开。由此，作为第三系列的第三涡旋膨胀机6c也成为运转状态，合计3个系列成为运转状态。

如图2所示，以作为第一阈值的40％和作为第二阈值的70％为分界，切换运转台数。对同时运转的多个涡旋膨胀机分配的蒸气的热量相等，因此，多个涡旋膨胀机的转速相等。(图中，通过使线种类不同，读取多个涡旋膨胀机的转速相等(线重合)。)图2所示的运转方式中，输入热量每变化10％，阶段性地改变各涡旋膨胀机的转速。

这样，控制部30检测与蒸气的热量相关的信息，在判断为检测的信息超过两个((n-1)个)阈值中的第一阈值(从较小的一方起第一个阈值)的情况下，使两台容积型膨胀机运转。控制部30在判断为与检测的热量相关的信息超过两个阈值中的第二阈值(从较小的一方起第二个阈值)的情况下，使3台容积型膨胀机运转。

根据以上说明的蒸气发电系统1及使用该系统的发电方法，设有分别连接有第一～第三发电机7a～7c的多个容积型膨胀机6a～6c。通过控制部30，基于与蒸气的热量相关的信息进行第一～第三电磁阀16a～16c的开闭控制，由此，调整容积型膨胀机6a～6c的每1台的负荷率。例如在输入热量降低的情况下，通过提高容积型膨胀机的每1台的负荷率，可以有效地控制发电。另外，在输入热量增加的情况下，通过降低容积型膨胀机的每1台的负荷率，可以有效地控制发电。因此，即使输入热量变动，也不会降低整体的效率，可以利用必要台数的容积型膨胀机6a～6c进行充分的发电。

特别是蒸气发电系统1中，在可以从较小的热量到较大的热量广泛地对应且热量变动较大的情况下，发挥特别有利的效果。一直以来，将蒸气用于热源的小型发电系统较少，但将多个容积型膨胀机及发电机排列的蒸气发电系统1中，可以应对从小型到大型的大规模。

控制部30检测与作为热源介质的蒸气的热量相关的信息，在判断为检测的信息超过两个阈值中从较小的一方起第a个(a为从1到2的任一整数)阈值的情况下，使(a+1)台容积型膨胀机运转。根据该结构，以不同的两个阈值为分界阶段性地变更运转台数，因此，可以通过简单的判断处理进行更高效率的发电。

以上，说明了本发明的实施方式，但本发明不限于上述实施方式。例如，容积型膨胀机的系列数(台数)也可以为4个以上。即使设置多个系列，根据本发明的控制，也可以以与作为热源介质的蒸气的热量相应的最佳的运转台数，进行简单且高效地发电。

控制部30存储的阈值不限于比系列数小1的个数。阈值也可以比其多，也可以比其少。抑制单元不限定于电磁阀。也可以对各系列独立地设置泵，通过泵的流量调整或导通-切断进行流通的抑制/停止。也可以设为在分支点使用三通阀的结构。

容积型膨胀机不限于涡旋膨胀机。也可以使用其它容积型膨胀机代替第一～第三涡旋膨胀机6a～6c。例如也可以使用螺杆膨胀机、爪膨胀机、往复式膨胀机、罗茨膨胀机等各种膨胀机。也可以利用水蒸气以外的其它蒸气。