(57)【要約】【課題】ランキンサイクル装置の信頼性を確保するのに適した技術を提供する。【解決手段】センサは、（Ｉ）作動流体の圧力、（II）作動流体の温度、または、（III）凝縮器において作動流体と熱交換されるべき冷却媒体の温度、を検出する。センサの検出値が第１閾値よりも低いときに、第１制御を開始する。第１制御は、作動流体を、ポンプ１により、蒸発器２および／またはヒータ１０を介して循環させる制御である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサと、ポンプと、蒸発器と、膨張機と、凝縮器と、を備え、
作動流体が流れる流体回路であって、循環回路を含む流体回路が設けられ、
前記循環回路において、前記ポンプと、前記蒸発器と、前記膨張機と、前記凝縮器と、がこの順に並び、
前記センサは、（Ｉ）前記作動流体の圧力、（II）前記作動流体の温度、または、（III）前記凝縮器において前記作動流体と熱交換されるべき冷却媒体の温度、を検出し、
前記センサの検出値が第１閾値よりも低いときに、第１制御を開始し、
前記第１制御は、前記作動流体を、前記ポンプにより、前記蒸発器および／またはヒータを介して循環させる制御である、ランキンサイクル装置。
【請求項２】
（ｉ）前記センサは前記作動流体の圧力を検出し、前記第１閾値は大気圧以上の圧力である、
（ii）前記センサは前記作動流体の温度を検出し、前記第１閾値は大気圧における前記作動流体の沸点以上の温度である、または、
（iii）前記センサは前記凝縮器において前記作動流体と熱交換されるべき冷却媒体の温度を検出し、前記第１閾値は大気圧における前記作動流体の沸点以上の温度である、
請求項１に記載のランキンサイクル装置。
【請求項３】
前記センサは、前記循環回路における前記膨張機よりも下流側かつ前記ポンプよりも上流側の部分における前記作動流体の圧力を検出する、
請求項１または２に記載のランキンサイクル装置。
【請求項４】
前記流体回路は、前記循環回路における前記蒸発器よりも下流側かつ前記膨張機よりも上流側の部分と、前記循環回路における前記膨張機よりも下流側かつ前記凝縮器よりも上流側の部分と、を接続するバイパス回路を含み、
前記第１制御において、前記バイパス回路を介して前記作動流体を循環させる、
請求項１から３のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項５】
前記バイパス回路において、弁が設けられ、
前記第１制御において、前記バイパス回路の前記弁の開度を５０％以上１００％以下に設定する、
請求項４に記載のランキンサイクル装置。
【請求項６】
前記流体回路において、前記ヒータが設けられ、
前記第１制御において、前記作動流体を、前記ポンプにより、前記蒸発器を介して循環させ、
前記検出値が第２閾値未満でありかつ前記第１制御を開始してからの経過時間が閾値時間以上であるときに、前記ヒータの発熱を開始する、
請求項１から５のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項７】
前記検出値が第２閾値以上であるときに、前記ポンプの駆動を停止させる、
請求項１から６のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項８】
前記作動流体の大気圧における沸点は、０℃以上５０℃以下である、
請求項１から７のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項９】
前記膨張機の回転トルクにより発電する発電機を備える、
請求項１から８のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項１０】
ポンプと、蒸発器と、膨張機と、凝縮器と、をこの順に作動流体が循環するランキンサイクル装置の制御方法であって、
センサにより、（Ｉ）前記作動流体の圧力、（II）前記作動流体の温度、または、（III）前記凝縮器において前記作動流体と熱交換されるべき冷却媒体の温度、を検出することと、
前記センサの検出値が第１閾値よりも低いときに、加熱されている状態にある前記作動流体を前記ポンプにより循環させる第１循環を開始することと、を備えた、
制御方法。
【請求項１１】
（ｉ）前記センサは前記作動流体の圧力を検出し、前記第１閾値は大気圧以上の圧力である、
（ii）前記センサは前記作動流体の温度を検出し、前記第１閾値は大気圧における前記作動流体の沸点以上の温度である、または、
（iii）前記センサは前記凝縮器において前記作動流体と熱交換されるべき冷却媒体の温度を検出し、前記第１閾値は大気圧における前記作動流体の沸点以上の温度である、
請求項１０に記載の制御方法。
【請求項１２】
前記ランキンサイクル装置において、前記ポンプと、前記蒸発器と、前記膨張機と、前記凝縮器と、がこの順に並ぶ循環回路が設けられ、
前記センサは、前記循環回路における前記膨張機よりも下流側かつ前記ポンプよりも上流側の部分における前記作動流体の圧力を検出する、
請求項１０または１１に記載の制御方法。
【請求項１３】
前記ランキンサイクル装置において、
前記ポンプと、前記蒸発器と、前記膨張機と、前記凝縮器と、がこの順に並ぶ循環回路と、
前記循環回路における前記蒸発器よりも下流側かつ前記膨張機よりも上流側の部分と、前記循環回路における前記膨張機よりも下流側かつ前記凝縮器よりも上流側の部分と、を接続するバイパス回路と、が設けられ、
前記第１循環において、前記作動流体は前記バイパス回路を経由する、
請求項１０から１２のいずれか一項に記載の制御方法。
【請求項１４】
前記バイパス回路おいて、弁が設けられ、
前記第１循環において、前記バイパス回路の前記弁の開度を５０％以上１００％以下に設定する、
請求項１３に記載の制御方法。
【請求項１５】
前記第１循環において、前記蒸発器および／またはヒータによって前記作動流体を加熱する、
請求項１０から１４のいずれか一項に記載の制御方法。
【請求項１６】
前記第１循環において、前記蒸発器によって前記作動流体を加熱し、
前記制御方法は、前記検出値が第２閾値未満でありかつ前記第１循環を開始してからの経過時間が閾値時間以上であるときに、前記作動流体のヒータによる加熱を開始することをさらに備える、
請求項１０から１５のいずれか一項に記載の制御方法。
【請求項１７】
前記制御方法は、前記検出値が第２閾値以上であるときに、前記ポンプの駆動を停止させることをさらに備える、
請求項１０から１６のいずれか一項に記載の制御方法。
【請求項１８】
前記作動流体の大気圧における沸点は、０℃以上５０℃以下である、
請求項１０から１７のいずれか一項に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ランキンサイクル装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、種々のランキンサイクル装置が検討されている。特許文献１には、ランキンサイクル装置の一例が記載されている。
【０００３】
図８に、特許文献１に係るランキンサイクル装置１００を示す。ランキンサイクル装置１００では、ポンプ１０１と、蒸発器１０２と、膨張機１０３と、凝縮器１０４とが環状に接続されている。ランキンサイクル装置１００には、バイパス流路１１０が設けられている。バイパス流路１１０は、膨張機１０３をバイパスしている。バイパス流路１１０には、弁１０５が設けられている。弁１０５は、バイパス流路１１０における作動流体の流量を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６１７９７３６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、ランキンサイクル装置の信頼性を確保するのに適した技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、
センサと、ポンプと、蒸発器と、膨張機と、凝縮器と、を備え、
作動流体が流れる流体回路であって、循環回路を含む流体回路が設けられ、
前記循環回路において、前記ポンプと、前記蒸発器と、前記膨張機と、前記凝縮器と、がこの順に並び、
前記センサは、（Ｉ）前記作動流体の圧力、（II）前記作動流体の温度、または、（III）前記凝縮器において前記作動流体と熱交換されるべき冷却媒体の温度、を検出し、
前記センサの検出値が第１閾値よりも低いときに、第１制御を開始し、
前記第１制御は、前記作動流体を、前記ポンプにより、前記蒸発器および／またはヒータを介して循環させる制御である、ランキンサイクル装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示に係る技術は、ランキンサイクル装置の信頼性を確保するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施の形態１におけるランキンサイクル装置の構成図である。
【図２】図２は、一例に係る作動流体の状態図である。
【図３】図３は、実施の形態１における制御を表すフローチャートを示す。
【図４】図４は、実施の形態２におけるランキンサイクル装置の構成図である。
【図５】図５は、実施の形態２における制御を表すフローチャートを示す。
【図６】図６は、実施の形態３におけるランキンサイクル装置の構成図である。
【図７】図７は、実施の形態４における制御を表すフローチャートを示す。
【図８】図８は、従来技術に係るランキンサイクル装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（本開示の基礎となった知見）
作動流体の圧力が負圧である場合、作動流体が流れる流路内に、大気中の空気、水分等が混入するおそれがある。このような混入を抑制することは、ランキンサイクル装置の信頼性確保に寄与する。
【００１０】
（本開示に係る一態様の概要）
本開示の第１態様に係るランキンサイクル装置は、
センサと、ポンプと、蒸発器と、膨張機と、凝縮器と、を備え、
作動流体が流れる流体回路であって、循環回路を含む流体回路が設けられ、
前記循環回路において、前記ポンプと、前記蒸発器と、前記膨張機と、前記凝縮器と、がこの順に並び、
前記センサは、（Ｉ）前記作動流体の圧力、（II）前記作動流体の温度、または、（III）前記凝縮器において前記作動流体と熱交換されるべき冷却媒体の温度、を検出し、
前記センサの検出値が第１閾値よりも低いときに、第１制御を開始し、
前記第１制御は、前記作動流体を、前記ポンプにより、前記蒸発器および／またはヒータを介して循環させる制御である。
【００１１】
第１態様に係る技術は、作動流体の圧力が負圧になることを防止するのに適している。このことは、ランキンサイクル装置の信頼性確保に寄与する。
【００１２】
本開示の第２態様において、例えば、第１態様に係るランキンサイクル装置では、
（ｉ）前記センサは前記作動流体の圧力を検出してもよく、前記第１閾値は大気圧以上の圧力であってもよく、
（ii）前記センサは前記作動流体の温度を検出してもよく、前記第１閾値は大気圧における前記作動流体の沸点以上の温度であってもよく、または、
（iii）前記センサは前記凝縮器において前記作動流体と熱交換されるべき冷却媒体の温度を検出してもよく、前記第１閾値は大気圧における前記作動流体の沸点以上の温度であってもよい。
【００１３】
第２態様の（ｉ）、（ii）および（iii）は、作動流体の圧力が負圧になることを防止するのに適している。
【００１４】
本開示の第３態様において、例えば、第１態様または第２態様に係るランキンサイクル装置では、
前記センサは、前記循環回路における前記膨張機よりも下流側かつ前記ポンプよりも上流側の部分における前記作動流体の圧力を検出してもよい。
【００１５】
第３態様は、作動流体の圧力が負圧になることを防止するのに適している。
【００１６】
本開示の第４態様において、例えば、第１から第３態様のいずれか１つに係るランキンサイクル装置では、
前記流体回路は、前記循環回路における前記蒸発器よりも下流側かつ前記膨張機よりも上流側の部分と、前記循環回路における前記膨張機よりも下流側かつ前記凝縮器よりも上流側の部分と、を接続するバイパス回路を含んでいてもよく、
前記第１制御において、前記バイパス回路を介して前記作動流体を循環させてもよい。
【００１７】
第４態様の第１制御において、作動流体は、バイパス回路によって、膨張機をバイパスして循環できる。このようにすれば、第１制御において、作動流体はスムーズに循環できる。
【００１８】
本開示の第５態様において、例えば、第４態様に係るランキンサイクル装置では、
前記バイパス回路において、弁が設けられていてもよく、
前記第１制御において、前記バイパス回路の前記弁の開度を５０％以上１００％以下に設定してもよい。
【００１９】
第５態様では、第１制御において、バイパス回路の弁の開度を、５０％以上１００％以下に設定する。このように開度を設定すると、第１制御において、作動流体をスムーズに循環させ易い。
【００２０】
本開示の第６態様において、例えば、第１から第５態様のいずれか１つに係るランキンサイクル装置では、
前記流体回路において、前記ヒータが設けられていてもよく、
前記第１制御において、前記作動流体を、前記ポンプにより、前記蒸発器を介して循環させてもよく、
前記検出値が第２閾値未満でありかつ前記第１制御を開始してからの経過時間が閾値時間以上であるときに、前記ヒータの発熱を開始してもよい。
【００２１】
第６態様によれば、第１制御では作動流体の圧力が負圧になるリスクを十分に抑制できない場合であっても、ヒータを用いて上記リスクを抑制できる。
【００２２】
本開示の第７態様において、例えば、第１から第６態様のいずれか１つに係るランキンサイクル装置は、
前記検出値が第２閾値以上であるときに、前記ポンプの駆動を停止させてもよい。
【００２３】
第７態様によれば、ポンプの不要な電力消費を回避できる。
【００２４】
本開示の第８態様において、例えば、第１から第７態様のいずれか１つに係るランキンサイクル装置では、
前記作動流体の大気圧における沸点は、０℃以上５０℃以下であってもよい。
【００２５】
作動流体の沸点が第８態様で規定している程度に高い場合には、作動流体の圧力が負圧になり易い。このため、この場合には、作動流体の圧力が負圧になることを防止する技術がその効果を発揮し易い。
【００２６】
本開示の第９態様において、例えば、第１から第８態様のいずれか１つに係るランキンサイクル装置は、
前記膨張機の回転トルクにより発電する発電機を備えていてもよい。
【００２７】
第９態様によれば、膨張機および発電機により発電を行うことができる。
【００２８】
本開示の第１０態様に係る制御方法は、
ポンプと、蒸発器と、膨張機と、凝縮器と、をこの順に作動流体が循環するランキンサイクル装置の制御方法であって、
センサにより、（Ｉ）前記作動流体の圧力、（II）前記作動流体の温度、または、（III）前記凝縮器において前記作動流体と熱交換されるべき冷却媒体の温度、を検出することと、
前記センサの検出値が第１閾値よりも低いときに、加熱されている状態にある前記作動流体を前記ポンプにより循環させる第１循環を開始することと、を備える。
【００２９】
第１０態様に係る技術は、作動流体の圧力が負圧になることを防止するのに適している。このことは、ランキンサイクル装置の信頼性確保に寄与する。
【００３０】
本開示の第１１態様において、例えば、第１０態様に係る制御方法では、
（ｉ）前記センサは前記作動流体の圧力を検出してもよく、前記第１閾値は大気圧以上の圧力であってもよく、
（ii）前記センサは前記作動流体の温度を検出してもよく、前記第１閾値は大気圧における前記作動流体の沸点以上の温度であってもよく、または、
（iii）前記センサは前記凝縮器において前記作動流体と熱交換されるべき冷却媒体の温度を検出してもよく、前記第１閾値は大気圧における前記作動流体の沸点以上の温度であってもよい。
【００３１】
第１１態様の（ｉ）、（ii）および（iii）は、作動流体の圧力が負圧になることを防止するのに適している。
【００３２】
本開示の第１２態様において、例えば、第１０態様または第１１態様に係る制御方法では、
前記ランキンサイクル装置において、前記ポンプと、前記蒸発器と、前記膨張機と、前記凝縮器と、がこの順に並ぶ循環回路が設けられていてもよく、
前記センサは、前記循環回路における前記膨張機よりも下流側かつ前記ポンプよりも上流側の部分における前記作動流体の圧力を検出してもよい。
【００３３】
第１２態様は、作動流体の圧力が負圧になることを防止するのに適している。
【００３４】
本開示の第１３態様において、例えば、第１０から第１２態様のいずれか１つに係る制御方法では、
前記ランキンサイクル装置において、
前記ポンプと、前記蒸発器と、前記膨張機と、前記凝縮器と、がこの順に並ぶ循環回路と、
前記循環回路における前記蒸発器よりも下流側かつ前記膨張機よりも上流側の部分と、前記循環回路における前記膨張機よりも下流側かつ前記凝縮器よりも上流側の部分と、を接続するバイパス回路と、が設けられていてもよく、
前記第１循環において、前記作動流体は前記バイパス回路を経由してもよい。
【００３５】
第１３態様の第１循環において、作動流体は、バイパス回路によって、膨張機をバイパスして循環できる。このようにすれば、第１循環において、作動流体はスムーズに循環できる。
【００３６】
本開示の第１４態様において、例えば、第１３態様に係る制御方法では、
前記バイパス回路おいて、弁が設けられていてもよく、
前記第１循環において、前記バイパス回路の前記弁の開度を５０％以上１００％以下に設定してもよい。
【００３７】
第１４態様では、第１循環において、バイパス回路の弁の開度を、５０％以上１００％以下に設定する。このように開度を設定すると、第１循環において、作動流体をスムーズに循環させ易い。
【００３８】
本開示の第１５態様において、例えば、第１０から第１４態様のいずれか１つに係る制御方法では、
前記第１循環において、前記蒸発器および／またはヒータによって前記作動流体を加熱してもよい。
【００３９】
蒸発器およびヒータは、作動流体を加熱する機器の一具体例である。
【００４０】
本開示の第１６態様において、例えば、第１０から第１５態様のいずれか１つに係る制御方法では、
前記第１循環において、前記蒸発器によって前記作動流体を加熱してもよく、
前記制御方法は、前記検出値が第２閾値未満でありかつ前記第１循環を開始してからの経過時間が閾値時間以上であるときに、前記作動流体のヒータによる加熱を開始することをさらに備えていてもよい。
【００４１】
第１６態様によれば、第１循環では作動流体の圧力が負圧になるリスクを十分に抑制できない場合であっても、ヒータを用いて上記リスクを抑制できる。
【００４２】
本開示の第１７態様において、例えば、第１０から第１６態様のいずれか１つに係る制御方法は、
前記検出値が第２閾値以上であるときに、前記ポンプの駆動を停止させることをさらに備えていてもよい。
【００４３】
第１７態様によれば、ポンプの不要な電力消費を回避できる。
【００４４】
本開示の第１８態様において、例えば、第１０から第１７態様のいずれか１つに係る制御方法では、
前記作動流体の大気圧における沸点は、０℃以上５０℃以下であってもよい。
【００４５】
作動流体の沸点が第１８態様で規定している程度に高い場合には、作動流体の圧力が負圧になり易い。このため、この場合には、作動流体の圧力が負圧になることを防止する技術がその効果を発揮し易い。
【００４６】
本開示の第１９態様に係るランキンサイクル装置は、
センサと、ポンプと、蒸発器と、膨張機と、凝縮器と、を備え、
作動流体が流れる流体回路であって、循環回路を含む流体回路が設けられ、
前記循環回路において、前記ポンプと、前記蒸発器と、前記膨張機と、前記凝縮器と、がこの順に並び、
前記センサは、（Ｉ）前記作動流体の圧力、（II）前記作動流体の温度、または、（III）前記凝縮器において前記作動流体と熱交換されるべき冷却媒体の温度、を検出し、
前記センサの検出値が第１閾値よりも低いときに、加熱されている状態にある前記作動流体を前記ポンプにより循環させる第１制御を開始する。
【００４７】
本開示の第２０態様に係る制御方法は、
ポンプと、蒸発器と、膨張機と、凝縮器と、をこの順に作動流体が循環するランキンサイクル装置の制御方法であって、
センサにより、（Ｉ）前記作動流体の圧力、（II）前記作動流体の温度、または、（III）前記凝縮器において前記作動流体と熱交換されるべき冷却媒体の温度、を検出することと、
前記センサの検出値が第１閾値よりも低いときに、第１循環を開始することと、を備え、
前記第１循環は、前記作動流体の、前記ポンプによる、前記蒸発器および／またはヒータを介した循環である。
【００４８】
以下の実施の形態では、「回路」という用語を用いることがある。図面等から理解されるように、「回路」は、閉じた経路を必ずしも意味せず、「流路」に適宜言い換え可能である。
【００４９】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。実施の形態によって本開示は限定されない。
【００５０】
（実施の形態１）
図１に、実施の形態１におけるランキンサイクル装置２１の構成図を示す。
【００５１】
ランキンサイクル装置２１では、流体回路１４が設けられている。流体回路１４では、作動流体が流れる。流体回路１４は、循環回路１５と、バイパス回路１６と、を含む。
【００５２】
作動流体の種類は、特に限定されない。作動流体の大気圧における沸点は、例えば、０℃以上５０℃以下である。ここで、大気圧は、一気圧を指す。作動流体の具体例は、ハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）系の作動流体である。ここで、ＨＦＯ系の作動流体は、ＨＦＯを含む作動流体を指す。作動流体におけるＨＦＯの含有率は、例えば、５０質量％以上であり、８０質量％以上であってもよい。より具体的には、作動流体として、ＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｚ）、ＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｅ）、ＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｚ）およびＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｅ）の混合流体等を採用できる。ＨＦＯを含む作動流体は、混合流体であってもよく、単一種類の作動流体であってもよい。作動流体として、ＨＦＯを含まない公知の流体を採用することもできる。
【００５３】
流体回路１４は、複数の配管を用いて構成されている。以下、複数の配管を、まとめて配管部と称することがある。
【００５４】
ランキンサイクル装置２１において、ランキンサイクルが構成されている。具体的には、ランキンサイクル装置２１において、オーガニックランキンサイクル（ＯＲＣ）が構成されている。
【００５５】
ランキンサイクル装置２１は、ポンプ１と、蒸発器２と、膨張機３と、凝縮器４とを備える。循環回路１５において、ポンプ１と、蒸発器２と、膨張機３と、凝縮器４とは、この順に並んでいる。ポンプ１と、蒸発器２と、膨張機３と、凝縮器４とは、複数の配管を用いて接続されている。
【００５６】
ランキンサイクル装置２１は、再熱器６を含む。再熱器６では、循環回路１５における互いに異なる部分を流れる作動流体の間で熱交換がなされる。
【００５７】
バイパス回路１６は、循環回路１５における蒸発器２よりも下流側かつ膨張機３よりも上流側の部分と、循環回路１５における膨張機３よりも下流側かつ凝縮器４よりも上流側の部分と、を接続している。
【００５８】
ランキンサイクル装置２１は、弁５を含む。弁５は、バイパス回路１６に設けられている。以下では、弁５を、バイパス弁５と称することがある。本実施の形態では、バイパス弁５は、流量調整弁である。ここで、流量調整弁は、０％および１００％のみならず、０％よりも大きく１００％よりも小さい開度を採り得る弁である。
【００５９】
ランキンサイクル装置２１は、発電機１８を備える。発電機１８は、膨張機３に接続されている。
【００６０】
以下、ランキンサイクル装置２１が発電運転を行っているときの、ポンプ１、蒸発器２、膨張機３、凝縮器４、バイパス弁５、再熱器６および発電機１８の動作について説明する。ここで、ランキンサイクル装置２１の発電運転は、発電機１８が発電を行う運転を指す。
【００６１】
ポンプ１は、作動流体を搬送する。
【００６２】
蒸発器２は、作動流体を蒸発させる。具体的には、蒸発器２は、加熱媒体の熱を回収して作動流体を蒸発させる。本実施の形態では、加熱媒体は、熱源ガスである。具体的には、本実施の形態では、加熱媒体は、工場の設備等の熱源からの排ガスである。蒸発器２は、例えば、フィンアンドチューブ熱交換器によって構成されている。
【００６３】
膨張機３は、作動流体を膨張させる。具体的には、膨張機３は、蒸発器２で高温蒸気となった作動流体を膨張させる。
【００６４】
凝縮器４は、膨張機３で膨張した作動流体を凝縮させる。具体的には、凝縮器４は、冷却媒体により作動流体の熱を奪うことによって、作動流体を凝縮させる。本実施の形態では、冷却媒体は、ガスであり、具体的には大気中の空気である。ただし、冷却媒体は、水などの液体であってもよい。本実施の形態では、凝縮器４は、ファン７を備えている。凝縮器４は、ファン７を用いて作動流体を凝縮させる。ただし、ファン７は必須ではない。凝縮器４は、例えば、フィンアンドチューブ熱交換器、プレート熱交換器または二重管式熱交換器によって構成されている。一具体例では、冷却媒体は空気であり、凝縮器４はフィンアンドチューブ熱交換器であり、凝縮器４はファン７を備えている。別の具体例では、冷却媒体は水であり、凝縮器４はプレート熱交換器または二重管式熱交換器であり、凝縮器４はファン７を備えていない。
【００６５】
バイパス弁５は、膨張機３を流れる作動流体の流量と、バイパス回路１６を流れる作動流体の流量と、を調整する。具体的には、バイパス弁５の開度が調整されることによって、これらの流量が調整される。
【００６６】
再熱器６は、循環回路１５におけるポンプ１よりも下流側かつ蒸発器２よりも上流側の第１部分６ａと、循環回路１５における膨張機３よりも下流側かつ凝縮器４よりも上流側の第２部分６ｂと、を含む。再熱器６では、これら両部分を流れる作動流体の間で熱交換がなされる。この熱交換により、第１部分６ａを流れる作動流体の温度が上昇し、第２部分６ｂを流れる作動流体の温度が低下する。
【００６７】
発電機１８は、膨張機３の回転トルクにより発電する。
【００６８】
さらに、ランキンサイクル装置２１は、第１圧力センサ８ａと、第２圧力センサ８ｂと、第１温度センサ９ａと、第２温度センサ９ｂと、第３温度センサ９ｃと、第４温度センサ９ｄと、を含む。
【００６９】
第１圧力センサ８ａは、第１回路１５ａにおける作動流体の圧力を検出する。第２圧力センサ８ｂは、第２回路１５ｂにおける作動流体の圧力を検出する。ここで、第１回路１５ａは、循環回路１５におけるポンプ１よりも下流側かつ膨張機３よりも上流側の部分である。第２回路１５ｂは、循環回路１５における膨張機３よりも下流側かつポンプ１よりも上流側の部分である。
【００７０】
本実施の形態では、第１圧力センサ８ａは、第１回路１５ａに設けられている。具体的には、本実施の形態では、第１圧力センサ８ａは、循環回路１５における蒸発器２よりも下流側かつ膨張機３よりも上流側の部分に設けられている。ただし、第１圧力センサ８ａは、循環回路１５におけるポンプ１よりも下流側かつ蒸発器２よりも上流側の部分に設けられていてもよい。第１圧力センサ８ａは、ランキンサイクル装置２１におけるランキンサイクルの高圧側の圧力を検出する。第１圧力センサ８ａを、高圧センサ８ａと称することができる。
【００７１】
第１圧力センサ８ａは、バイパス回路１６におけるバイパス弁５よりも上流側の部分に設けられていてもよい。バイパス回路１６におけるバイパス弁５よりも上流側の部分に設けられた第１圧力センサ８ａも、第１回路１５ａにおける作動流体の圧力を検出し得る。
【００７２】
本実施の形態では、第２圧力センサ８ｂは、第２回路１５ｂに設けられている。具体的には、本実施の形態では、第２圧力センサ８ｂは、循環回路１５における凝縮器４よりも下流側かつポンプ１よりも上流側の部分に設けられている。後述するように、この部分は、第３回路１５ｃに対応する。ただし、第２圧力センサ８ｂは、循環回路１５における膨張機３よりも下流側かつ凝縮器４よりも上流側の部分に設けられていてもよい。第２圧力センサ８ｂは、ランキンサイクル装置２１におけるランキンサイクルの低圧側の圧力を検出する。第２圧力センサ８ｂを、低圧センサ８ｂと称することができる。
【００７３】
第２圧力センサ８ｂは、バイパス回路１６におけるバイパス弁５よりも下流側の部分に設けられていてもよい。バイパス回路１６におけるバイパス弁５よりも下流側の部分に設けられた第２圧力センサ８ｂも、第２回路１５ｂにおける作動流体の圧力を検出し得る。
【００７４】
第１温度センサ９ａは、循環回路１５における蒸発器２よりも下流側かつ膨張機３よりも上流側の部分に設けられている。第１温度センサ９ａは、この部分における作動流体の温度を検出する。第１温度センサ９ａによれば、膨張機３の入口における作動流体の温度を把握できる。第１温度センサ９ａを、膨張機入口温度センサ９ａと称することができる。
【００７５】
第２温度センサ９ｂは、第３回路１５ｃに設けられている。ここで、第３回路１５ｃは、循環回路１５のうち、凝縮器４よりも下流側かつポンプ１よりも上流側の部分である。第２温度センサ９ｂは、第３回路１５ｃにおける作動流体の温度を検出する。第２温度センサ９ｂによれば、凝縮器４の出口における作動流体の温度を把握できる。第２温度センサ９ｂを、凝縮器出口温度センサ９ｂと称することができる。
【００７６】
第３温度センサ９ｃは、凝縮器４における冷却媒体の吸い込み部分に設置されている。第３温度センサ９ｃは、冷却媒体の温度を検出する。本実施の形態では、冷却媒体は、大気中の空気であり、第３温度センサ９ｃは外気温度を検出する。本実施の形態では、第３温度センサ９ｃを、外気温度センサ９ｃと称することができる。
【００７７】
第４温度センサ９ｄは、蒸発器２に吸い込まれる加熱媒体の温度を検出する。上述の通り、本実施の形態では、加熱媒体は、熱源ガスである。本実施の形態では、第４温度センサ９ｄを、熱源ガス温度センサ９ｄと称することができる。
【００７８】
さらに、ランキンサイクル装置２１は、制御装置１９を含む。制御装置１９は、ランキンサイクル装置２１の構成要素を制御する。
【００７９】
以下、流体回路１４における作動流体の圧力について説明する。
【００８０】
ランキンサイクル装置２１が発電運転を行っているときには、蒸発器２において、加熱媒体の熱が回収され、その熱により作動流体が加熱される。そして、ポンプ１によって、加熱された作動流体が、流体回路１４を流れる。このため、流体回路１４における作動流体の圧力は、正圧に保持される。ここで、正圧は、大気圧よりも高い圧力である。
【００８１】
一方、ランキンサイクル装置２１が停止し、ポンプ１が停止しているときは、作動流体が、流体回路１４を流れない。この場合、蒸発器２に供給される加熱媒体の温度が高くても、流体回路１４における作動流体の圧力は、外気温度の影響を受け、作動流体の外気温度での飽和圧力に近い圧力となることがある。
【００８２】
一具体例では、ポンプ１、膨張機３および凝縮器４は１つの筐体に収容され、その筐体と蒸発器２とは５ｍ以上離間している。離間距離がその程度に大きい場合には、筐体内に存する流体回路１４における作動流体の圧力は、加熱媒体の温度よりも外気温度の影響を強く受け易く、作動流体の外気温度での飽和圧力に近い圧力になり易い。
【００８３】
大気圧における飽和温度が高い作動流体を使用する場合を考える。この場合、外気温度が作動流体の沸点よりも低いと、作動流体の圧力が負圧となる可能性がある。ここで、飽和温度は、沸点を指す。負圧は、大気圧よりも低い圧力を指す。
【００８４】
作動流体の温度が流体回路１４の各部で略平衡状態でありかつ外気温度が作動流体の沸点よりも低い場合において、外気温度の影響を受けて作動流体の圧力が負圧になる様子を、図２を参照しながら説明する。なお、典型的には、ポンプ１の停止直後においては、流体回路１４の各部で作動流体に温度差がある。ポンプ１の停止から十分に時間が経過した後に、作動流体の温度は流体回路１４の各部で略平衡状態となり得る。図２は、作動流体の状態図である。なお、図２では、融解曲線および昇華曲線は省略している。
【００８５】
状態Ａにおいて、作動流体は、気液二相状態にある。作動流体の圧力は、正圧である。作動流体の温度は、大気圧における沸点よりも高い。
【００８６】
外気温度が変化すると、作動流体の温度も外気温度の影響を受けて変化する。特に、凝縮器４内部の作動流体の温度は、熱的平衡状態にある場合は、ほぼ外気温度と同じ温度になる。例えば、外気温度が低下すると、作動流体の温度も低下する。作動流体の温度が低下すると、作動流体の圧力は、蒸気圧曲線に沿って低下する。具体的には、この例では、作動流体の状態は、状態Ａから、状態Ｂを経由して、状態Ｃに変化する。
【００８７】
状態Ｂにおいて、作動流体は、気液二相状態にある。作動流体の圧力は、大気圧である。作動流体の温度は、大気圧における沸点である。
【００８８】
状態Ｃにおいて、作動流体は、気液二相状態にある。作動流体の温度は、外気温度である。作動流体の圧力は、負圧である。
【００８９】
図２では、蒸気圧曲線における状態Ｂと状態Ｃの間の状態においても、作動流体の圧力は負圧である。このことから理解されるように、作動流体の温度が外気温度まで下がりきらなくても、作動流体の圧力は負圧になり得る。
【００９０】
なお、図２は、説明用の図であり、実施の形態の限定的に解釈するために用いられるべきではない。例えば、作動流体の状態図の曲線は、図２の形に限定されない。また、気液二相状態にない作動流体の圧力が負圧になることもあり得る。
【００９１】
具体的に、作動流体としてＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｚ）を使用する場合を考える。ＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｚ）の沸点は、３３℃である。このため、この場合には、外気温度が３３℃未満であるときにポンプ１が停止していると、作動流体の圧力が負圧となるおそれがある。
【００９２】
また、作動流体としてＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｅ）を使用する場合を考える。ＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｅ）の沸点は、８℃である。このため、この場合には、外気温度が８℃未満であるときにポンプ１が停止していると、作動流体の圧力が負圧となるおそれがある。
【００９３】
配管部では、溶接個所、ネジ接続部分等で隙間が生じ得る。この隙間は、溶接不良、ネジ接続時の締め付けトルク不足等の施工不良によって生じる場合もあれば、運転中の振動等によるネジ接続部の緩み、経年劣化等によって生じる場合もあり得る。作動流体の圧力が正圧である場合は、万一、配管部に隙間が発生した場合には、配管部の内部から外部へと作動流体が漏れる。この場合、隙間がなくなるように配管部を修理し、作動流体を再充填すれば、ランキンサイクル装置２１を作動流体が漏れる前の状態に戻すことができる。また、配管部から作動流体が漏れていると、作動流体不足が原因でポンプ１による作動流体の循環ができない等、ランキンサイクル装置の不具合を示唆する具体的な症状が現れる。このため、配管部からの作動流体の漏れは、認識され易い。このため、配管部の修理および作動流体の再充填は、作動流体の漏れの発生から比較的早期に実施できる。
【００９４】
一方、作動流体の圧力が負圧である場合、配管部に隙間が発生した場合には、大気中の空気、水分等が、配管部内に混入するおそれがある。そのような混入が発生すると、作動流体または潤滑油が加水分解するおそれがある。潤滑油が加水分解すると、ポンプ１、膨張機３等の機器において部品の摺動部の潤滑性が悪化して、機器故障の原因となり得る。配管部内への空気、水分等の混入を速やかに認識するのは必ずしも容易ではない。このため、不具合が発生していることに気がついた時には、不具合の程度が大きくなっていることもあり得る。そのため、不具合が発覚した時点では機器の故障が深刻な状態にまで進行しており、隙間を補修し、作動流体を再充填しても、元の状態には戻り難い。
【００９５】
配管部に隙間が生じた場合において作動流体の圧力が負圧となることが原因で生じる上記の不具合を避けるためには、配管部における隙間の発生自体をなくすことが考えられる。しかし、隙間の発生を完全になくすことは、必ずしも容易ではない。
【００９６】
具体的には、上記のように、流体回路１４は、溶接個所、ネジ接続部等を含んでいることがある。溶接個所、ネジ接続部等における隙間の発生を完全になくすことは、容易でない。
【００９７】
製造装置が整った工場でランキンサイクル装置２１を完成させ、その完成品を設置場所に移動させるという設置方式を採用すること、すなわちランキンサイクル装置２１の設置現場での溶接作業を排除することで、溶接個所における隙間の発生確率を低下させることは可能である。しかし、そのような設置方式が常に採用されるわけではない。蒸発器２に熱源ガスを供給する熱源が、土地に定着した設備である場合には、その設備がある現場において、ランキンサイクル装置２１を施工することもある。現場で溶接を行う場合、溶接個所における隙間の発生を完全に防止することは、必ずしも容易ではない。
【００９８】
また、ランキンサイクル装置２１の設置時には問題がなくても、ランキンサイクル装置２１の運転時の振動が原因で、配管部で隙間が生じることもあり得る。運転に伴う隙間の発生を完全に回避することも、必ずしも容易ではない。
【００９９】
そこで、本発明者らは、配管部に隙間が発生した場合に、作動流体の圧力が負圧となることが原因で生じる上記の不具合の発生を抑制するために、ランキンサイクル装置２１の配管部内の負圧発生を抑制することを検討した。
【０１００】
本発明者らの検討によれば、作動流体の圧力が低い場合に、停止状態にあるポンプ１を駆動させることによって、負圧の発生を抑制できる。具体的には、ポンプ１を駆動させることにより、流体回路１４で作動流体を流しながら蒸発器２において作動流体を加熱でき、作動流体の圧力を正圧に保持できる。本発明者らは、さらに検討を進め、以下で説明する制御を想到するに至った。
【０１０１】
以下、図３のフローチャートを参照しつつ、ランキンサイクル装置２１の制御について説明する。なお、以下の説明では、フローチャートの開始前において、バイパス弁５は閉じられているものとする。
【０１０２】
ステップＳ１において、制御装置１９は、ポンプ１が停止しておりかつ第２圧力センサ８ｂの検出圧力が第１閾値圧力Ｐｔｈ１未満であるか否かを判断する。ポンプ１が停止しておりかつ第２圧力センサ８ｂの検出圧力が第１閾値圧力Ｐｔｈ１未満である場合、ステップＳ２に進む。ポンプ１が駆動されている場合および／または第２圧力センサ８ｂの検出圧力が第１閾値圧力Ｐｔｈ１以上である場合には、再度ステップＳ１が実行される。「ポンプ１が駆動されている場合および／または第２圧力センサ８ｂの検出圧力が第１閾値圧力Ｐｔｈ１以上である場合」は、ポンプ１が駆動されているという条件および第２圧力センサ８ｂの検出圧力が第１閾値圧力Ｐｔｈ１以上であるという条件の少なくとも一方が成立している場合を意味する。
【０１０３】
第１閾値圧力Ｐｔｈ１は、大気圧以上の圧力であり得る。第１閾値圧力Ｐｔｈ１は、発電運転時の第２圧力センサ８ｂの検出圧力以下の圧力、具体的には該検出圧力よりも低い圧力であり得る。この文脈において、「発電運転時の第２圧力センサ８ｂの検出圧力」は、過渡状態ではなく定常状態にある圧力の検出値を指す。第１閾値圧力Ｐｔｈ１は、例えば、０．０１ＭＰａ以上０．２ＭＰａ以下である。一具体例では、第１閾値圧力Ｐｔｈ１は、０．０５ＭＰａである。
【０１０４】
この例では、最初にステップＳ１からＳ２に進んだタイミングを起点として、ステップＳ１の条件を満足している経過時間がカウントされる。以下、この経過時間を、待機時間と称することがある。
【０１０５】
ステップＳ２において、制御装置１９は、待機時間が閾値待機時間Ｔｗｔｈ以上か否かを判断する。待機時間が閾値待機時間Ｔｗｔｈ以上である場合、ステップＳ３に進む。待機時間が閾値待機時間Ｔｗｔｈ未満である場合、ステップＳ１に進む。
【０１０６】
閾値待機時間Ｔｗｔｈは、例えば、０．１分間以上５分間以下である。閾値待機時間Ｔｗｔｈの具体例は、１分である。
【０１０７】
ステップＳ３において、制御装置１９は、バイパス弁５の開度を大きくする。また、ステップＳ３において、制御装置１９は、ポンプ１の駆動を開始する。ステップＳ３の後、ステップＳ４に進む。
【０１０８】
ステップＳ３の実施後には、作動流体は、ポンプ１、蒸発器２、バイパス弁５および凝縮器４をこの順に循環する。蒸発器２において、蒸発器２に供給される加熱媒体の熱が回収され、その熱により作動流体が加熱される。この加熱により、作動流体の圧力が上昇する。
【０１０９】
上述の通り、蒸発器２に供給される加熱媒体は、熱源ガスであり得る。一具体例では、熱源ガスは、乾燥炉、溶鉱炉等の熱容量が大きな設備からの排ガスである。この場合、設備の稼働を停止しても、すぐに排ガスの温度が外気温度付近まで低下することはない。このため、稼働を停止してから暫くの間は、蒸発器２およびその周囲温度は外気温度に比べて高い状態が維持されるため、ポンプ１を駆動させることにより蒸発器２で作動流体を加熱してその圧力を上昇させることが可能である。
【０１１０】
ステップＳ３において、バイパス弁５を全開にしてもいい。ステップＳ３の実行前においてバイパス弁５の開度がゼロでない場合、例えば該開度が５０％以上である場合等には、ステップＳ３において、必ずしもバイパス弁５の開度を大きくしなくてもよい。場合によっては、ステップＳ３の前後において、バイパス弁５の開度をゼロに維持してもよい。
【０１１１】
ステップＳ３において、ポンプ１の回転数は、例えば、１００ｒｐｍ以上５０００ｒｐｍ以下に設定される。一具体例では、ステップＳ３において、ポンプ１の回転数は、１０００ｒｐｍに設定される。ただし、ポンプの仕様によってその運転回転数範囲は様々であるため、設定される回転数は上記の例に限定されるものではない。
【０１１２】
ステップＳ３の動作を、負圧を防止する制御と考えることが可能である。ステップＳ３の制御を、第１の負圧防止制御と称することができる。
【０１１３】
第２圧力センサ８ｂは、第２回路１５ｂに設けられている。第２回路１５ｂにおける作動流体の圧力は負圧になり易い。このため、第２圧力センサ８ｂの検出値に基づいて負圧防止制御を行うと、作動流体が負圧になることを抑制する効果が得られ易い。具体的には、第２圧力センサ８ｂは、第３回路１５ｃに設けられている。
【０１１４】
ステップＳ４において、制御装置１９は、第２圧力センサ８ｂの検出圧力が第２閾値圧力Ｐｔｈ２以上であるか否かを判断する。第２圧力センサ８ｂの検出圧力が第２閾値圧力Ｐｔｈ２以上である場合、ステップＳ５に進む。第２圧力センサ８ｂの検出圧力が第２閾値圧力Ｐｔｈ２未満である場合、再度ステップＳ４が実行される。
【０１１５】
第２閾値圧力Ｐｔｈ２は、大気圧以上の圧力、具体的には大気圧よりも高い圧力であり得る。第２閾値圧力Ｐｔｈ２は、発電運転時の第２圧力センサ８ｂの検出圧力以下の圧力、具体的には該検出圧力よりも低い圧力であり得る。本実施の形態では、第２閾値圧力Ｐｔｈ２は、第１閾値圧力Ｐｔｈ１よりも高い。第２閾値圧力Ｐｔｈ２は、例えば、０．０１ＭＰａ以上０．２ＭＰａ以下である。一具体例では、第２閾値圧力Ｐｔｈ２は、０．１５ＭＰａである。
【０１１６】
ステップＳ５において、制御装置１９は、ポンプ１を停止する。これにより、ステップＳ３の負圧防止制御が終了する。
【０１１７】
図３のフローチャートに基づく制御が終了した後に、同制御を再開してもよい。例えば、図３のフローチャートに基づく制御が終了してから所定期間経過後に、同制御を再開してもよい。この点は、後述の実施形態の制御についても同様である。
【０１１８】
以下、他のいくつかの実施の形態について説明する。以下では、既に説明した実施の形態とその後に説明される実施の形態とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略することがある。フローチャートについても同様である。各実施の形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、相互に適用されうる。技術的に矛盾しない限り、各実施形態は、相互に組み合わされてもよい。
【０１１９】
（実施の形態２）
図４に、実施の形態２におけるランキンサイクル装置２２の構成図を示す。
【０１２０】
ランキンサイクル装置２２は、ヒータ１０を備える。ヒータ１０は、例えば、抵抗加熱ヒータである。
【０１２１】
ヒータ１０は、流体回路１４に設けられている。ヒータ１０は、流体回路１４を流れる作動流体を加熱する。図４の例では、ヒータ１０は、循環回路１５に設けられている。
【０１２２】
具体的には、ヒータ１０は、循環回路１５における、ポンプ１よりも下流側かつ凝縮器４よりも上流側の部分に設けられている。別の言い方をすると、ヒータ１０は、循環回路１５における、凝縮器４よりも下流側かつポンプ１よりも上流側の部分以外の部分に設けられている。このようにすれば、ヒータ１０による加熱によりポンプ１に流入する作動流体が気液二相状態となる事態を招き難く、ポンプ１による作動流体の搬送に不具合が生じ難い。
【０１２３】
より具体的には、ヒータ１０は、循環回路１５における、ポンプ１よりも下流側かつ蒸発器２よりも上流側の部分に設けられている。さらに具体的には、ヒータ１０は、循環回路１５における、ポンプ１よりも下流側かつ再熱器６よりも上流側の部分に設けられている。
【０１２４】
一例では、ヒータ１０は、線状形状を有する。ヒータ１０は、循環回路１５における配管に密着している。配管の長さ方向とヒータ１０の長さ方向が一致している。
【０１２５】
別例では、ヒータ１０は、帯状形状を有する。ヒータ１０は、循環回路１５における配管の外壁に巻き付けられている。
【０１２６】
制御装置１９は、ヒータ１０を制御する。本実施の形態では、制御装置１９は、ヒータ１０への通電を制御する。ヒータ１０への通電がなされているとき、ヒータ１０は発熱する。ヒータ１０への通電がなされていないとき、ヒータ１０は発熱しない。
【０１２７】
以下、図５のフローチャートを参照しつつ、ランキンサイクル装置２２の制御について説明する。
【０１２８】
実施の形態２では、ステップＳ３におけるポンプ１の駆動開始からの経過時間がカウントされる。以下、この経過時間を、ポンプ運転時間と称する。
【０１２９】
実施の形態２では、ステップＳ４において、第２圧力センサ８ｂの検出圧力が第２閾値圧力Ｐｔｈ２未満である場合、ステップＳ６に進む。
【０１３０】
ステップＳ６において、制御装置１９は、ポンプ運転時間が閾値時間Ｔｔｈ以上であるか否かを判断する。ポンプ運転時間が閾値時間Ｔｔｈ以上である場合、ステップＳ７に進む。ポンプ運転時間が閾値時間Ｔｔｈ未満である場合、ステップＳ４に進む。
【０１３１】
閾値時間Ｔｔｈは、例えば、１分以上１０分以下である。閾値時間Ｔｔｈの具体例は、５分である。
【０１３２】
ステップＳ７において、制御装置１９により、ヒータ１０への通電が開始される。ステップＳ７におけるヒータ１０への通電開始により、ヒータ１０による作動流体の加熱が開始される。ステップＳ７の後、ステップＳ８に進む。
【０１３３】
熱源が工場設備であり、工場設備が長期間停止している場合を考える。その場合、工場設備は周囲の空気により冷却されるため、熱源ガスの温度と外気温度との差が小さいことがある。この差が小さいと、ステップ３によりポンプ１を駆動させても、蒸発器２において作動流体を十分には加熱できず、作動流体の圧力が十分に上昇しないことがある。この点、本実施の形態では、ステップＳ７において、ヒータ１０により作動流体が加熱される。これにより、作動流体の圧力を十分に上昇させることができる。
【０１３４】
ステップＳ７の動作を、負圧を防止する制御と考えることが可能である。ステップＳ７の制御を、第２の負圧防止制御と称することができる。
【０１３５】
ステップＳ８において、制御装置１９は、第２圧力センサ８ｂの検出圧力が第２閾値圧力Ｐｔｈ２以上であるか否かを判断する。第２圧力センサ８ｂの検出圧力が第２閾値圧力Ｐｔｈ２以上である場合、ステップＳ９に進む。第２圧力センサ８ｂの検出圧力が第２閾値圧力Ｐｔｈ２未満である場合、再度ステップＳ８が実行される。
【０１３６】
ステップＳ９において、制御装置１９により、ヒータ１０への通電が終了される。ステップＳ９におけるヒータ１０への通電終了により、ヒータ１０による作動流体の加熱が終了される。これにより、ステップＳ７の第２の負圧防止制御が終了する。
【０１３７】
ステップＳ９において、制御装置１９は、ヒータ１０への通電を終了させるとともに、ポンプ１を停止してもよい。
【０１３８】
（実施の形態３）
図６に、実施の形態３におけるランキンサイクル装置２３の構成図を示す。
【０１３９】
ランキンサイクル装置２３では、流体回路１４は、ショートカット回路１７を含む。
【０１４０】
ランキンサイクル装置２３は、弁１１を含む。弁１１は、ショートカット回路１７に設けられている。以下では、弁１１を、ショートカット弁１１と称する。本実施の形態では、ショートカット弁１１は、流量調整弁である。
【０１４１】
実施の形態３に、図５のフローチャートに基づいた制御を適用可能である。実施の形態３では、図５のステップＳ７が実行されるときに、制御装置１９が、ショートカット弁１１の開度を大きくする。これにより、ポンプ１、ショートカット弁１１および凝縮器４をこの順に作動流体が循環する。この循環中に、作動流体は、ヒータ１０も通る。作動流体は、ヒータ１０で加熱される。これにより、作動流体の圧力を上昇させることができる。
【０１４２】
ポンプ１、ショートカット弁１１および凝縮器４をこの順に通る作動流体の循環経路は、ポンプ１、蒸発器２、バイパス弁５および凝縮器４をこの順に通る作動流体の循環経路に比べ、短いため、ポンプ１による作動流体の循環を速やかに実施できる。このような循環経路の短さは、作動流体の圧力をヒータ１０で上昇させ易くし得る。
【０１４３】
図５のステップＳ７が実行されるときに、ショートカット弁１１を全開にしてもいい。ステップＳ７の実行前においてショートカット弁１１の開度がゼロでない場合、例えば該開度が５０％以上である等には、ステップＳ７が実行されるときに、必ずしもショートカット弁１１の開度を大きくしなくてもいい。場合によっては、ステップＳ７の前後で、ショートカット弁１１の開度をゼロに維持してもよい。
【０１４４】
（実施の形態４）
以下、実施の形態４の制御について、図７を参照ながら説明する。実施の形態４の制御は、例えば、実施の形態２のランキンサイクル装置２２を用いて実行可能である。
【０１４５】
図７に示すように、実施の形態４では、ステップＳ２において、待機時間が閾値待機時間Ｔｗｔｈ以上である場合、ステップＳ１０に進む。
【０１４６】
ステップＳ１０において、制御装置１９は、バイパス弁５の開度を大きくする。ステップＳ１０において、制御装置１９により、ヒータ１０への通電が開始される。ステップＳ１０におけるヒータ１０への通電開始により、ヒータ１０による作動流体の加熱が開始される。また、ステップＳ１０において、制御装置１９は、ポンプ１の駆動を開始する。ステップＳ１０の後、ステップＳ４に進む。
【０１４７】
ステップＳ１０の実施後には、作動流体は、ポンプ１、ヒータ１０、蒸発器２、バイパス弁５および凝縮器４をこの順に循環する。ヒータ１０において、作動流体が加熱される。蒸発器２においても、作動流体は加熱され得る。
【０１４８】
ステップＳ１０において、バイパス弁５を全開にしてもいい。ステップＳ１０の実行前においてバイパス弁５の開度がゼロでない場合、例えば該開度が５０％以上である場合等には、ステップＳ１０において、バイパス弁５の開度を大きくしなくてもいい。場合によっては、ステップＳ１０の前後において、バイパス弁５の開度をゼロに維持してもよい。
【０１４９】
場合によっては、ステップＳ１０の前から、制御装置１９によりヒータ１０への通電を行ってもよい。例えば、待機時間が第１閾値時間となったときに制御装置１９によりヒータ１０への通電を開始し、待機時間が閾値待機時間Ｔｗｔｈとなったときに制御装置１９によりポンプ１の駆動を開始してもよい。ここで、第１閾値時間は、閾値待機時間Ｔｗｔｈよりも短い。
【０１５０】
あるいは、ステップＳ１０の前から、制御装置１９によりポンプ１を駆動させてもよい。例えば、待機時間が第２閾値時間となったときに制御装置１９によりポンプ１の駆動を開始し、待機時間が閾値待機時間Ｔｗｔｈとなったときに制御装置１９によりヒータ１０への通電を開始してもよい。ここで、第２閾値時間は、閾値待機時間Ｔｗｔｈよりも短い。
【０１５１】
ステップＳ１０において、ポンプ１の回転数は、例えば、１００ｒｐｍ以上５０００ｒｐｍ以下に設定される。一具体例では、ステップＳ１０において、ポンプ１の回転数は、１０００ｒｐｍに設定される。ただし、ポンプの仕様によってその運転回転数範囲は様々であるため、設定される回転数は上記の例に限定されるものではない。
【０１５２】
ステップＳ１０の動作を、負圧を防止する制御と考えることが可能である。ステップＳ１０の制御を、第３の負圧防止制御と称することができる。
【０１５３】
実施の形態４では、ステップＳ４において、第２圧力センサ８ｂの検出圧力が第２閾値圧力Ｐｔｈ２以上である場合、ステップＳ１１に進む。
【０１５４】
ステップＳ１１において、制御装置１９により、ヒータ１０への通電が終了される。ステップＳ１１において、制御装置１９は、ポンプ１を停止する。ステップＳ１１により、ステップＳ１０の負圧防止制御が終了する。
【０１５５】
熱源が工場設備であり、工場設備が長期間停止している場合には、熱源ガスの温度と外気温度との差が実質的にない場合がある。この場合、ポンプ１を駆動させても、蒸発器２では作動流体は実質的に加熱されない。このため、蒸発器２は、作動流体の圧力上昇に実質的に寄与しない。
【０１５６】
この点、実施の形態４によれば、蒸発器２が作動流体の温度上昇および圧力上昇に寄与しない場合であっても、ヒータ１０により、作動流体の温度および圧力を上昇させることができる。
【０１５７】
（実施の形態５）
実施の形態４の制御を、実施の形態３のランキンサイクル２３を用いて行うことも可能である。実施の形態４の制御を実施の形態３のランキンサイクル２３を用いて行う形態を、実施の形態５と称する。
【０１５８】
実施の形態５において、図７のステップＳ１０が実行されるときに、ショートカット弁１１の開度を大きくしてもよく、全開にしてもいい。ステップＳ１０の実行前においてショートカット弁１１の開度がゼロでない場合、例えば該開度が５０％以上である等には、ステップＳ１０が実行されるときに、ショートカット弁１１の開度を大きくしなくてもいい。場合によっては、ステップＳ１０の前後で、ショートカット弁１１の開度をゼロに維持してもよい。
【０１５９】
実施の形態５において、図７のステップＳ１０以後において、ショートカット弁１１の開度が非ゼロでありかつバイパス弁５の開度がゼロである形態も採用され得る。このようすると、ステップＳ１０の実施後には、作動流体は、ポンプ１、ヒータ１０、ショートカット弁１１および凝縮器４をこの順に循環する。ヒータ１０において、作動流体が加熱される。この加熱により、作動流体の圧力が上昇する。
【０１６０】
（実施の形態１から５に適用可能な技術）
上述の例では、実施の形態１から５のステップＳ１において、第２圧力センサ８ｂの検出圧力が第１閾値圧力Ｐｔｈ１未満であるか否かを判断している。ただし、この判断を行う代わりに、第２温度センサ９ｂの検出温度が第１閾値温度未満であるか否かを判断してもよい。また、この判断を行う代わりに、第３温度センサ９ｃの検出温度が第２閾値温度未満であるか否かを判断してもよい。第２温度センサ９ｂの検出温度および第３温度センサ９ｃの検出温度は、作動流体の圧力が負圧になることを防止するための有効な指標となり得るためである。
【０１６１】
実施の形態１から５のステップＳ１で用いられている第２圧力センサ８ｂの検出圧力は、ランキンサイクルの低圧側の検出圧力である。ステップＳ１において、ランキンサイクルの高圧側の検出圧力を用いてもよい。具体的には、ステップＳ１において、第１圧力センサ８ａの検出圧力が第３閾値圧力未満であるか否かを判断してもよい。高圧側の検出圧力も、作動流体の圧力が負圧になることを防止するための有効な指標となり得るためである。ポンプ１が停止しているときには低圧側の圧力と高圧側の圧力とは近い値になることもあり得る。
【０１６２】
また、ステップＳ１において、ランキンサイクルの高圧側の検出温度を用いてもよい。具体的には、ステップＳ１において、第１温度センサ９ａの検出温度が第３閾値温度未満であるか否かを判断してもよい。高圧側の検出温度も、作動流体の圧力が負圧になることを防止するための有効な指標となり得るためである。ポンプ１が停止しているときには低圧側の温度と高圧側の温度とは近い値になることもあり得る。
【０１６３】
具体的には、一変形例に係るステップＳ１では、制御装置１９は、ポンプ１が停止しておりかつ第２温度センサ９ｂの検出温度が第１閾値温度未満であるか否かを判断する。ポンプ１が停止しておりかつ第２温度センサ９ｂの検出温度が第１閾値温度未満である場合、ステップＳ２に進む。ポンプ１が駆動されている場合および／または第２温度センサ９ｂの検出温度が第１閾値温度以上である場合には、再度ステップＳ１が実行される。第１閾値温度は、大気圧における作動流体の沸点以上の温度、具体的には該沸点よりも高い温度であり得る。第１閾値温度は、発電運転時の第２温度センサ９ｂの検出温度以下の温度、具体的には該検出温度よりも低い温度であり得る。第１閾値温度は、例えば、大気圧における作動流体の沸点にマージンを足した値である。マージンは、例えば、０℃以上５℃以下である。
【０１６４】
一変形例に係るステップＳ１では、制御装置１９は、ポンプ１が停止しておりかつ第３温度センサ９ｃの検出温度が第２閾値温度未満であるか否かを判断する。ポンプ１が停止しておりかつ第３温度センサ９ｃの検出温度が第２閾値温度未満である場合、ステップＳ２に進む。ポンプ１が駆動されている場合および／または第３温度センサ９ｃの検出温度が第２閾値温度以上である場合には、再度ステップＳ１が実行される。第２閾値温度は、大気圧における作動流体の沸点以上の温度、具体的には該沸点よりも高い温度であり得る。第２閾値温度は、例えば、大気圧における作動流体の沸点にマージンを足した値である。マージンは、例えば、０℃以上５℃以下である。
【０１６５】
一変形例に係るステップＳ１では、制御装置１９は、ポンプ１が停止しておりかつ第１圧力センサ８ａの検出圧力が第３閾値圧力未満であるか否かを判断する。ポンプ１が停止しておりかつ第１圧力センサ８ａの検出圧力が第３閾値圧力未満である場合、ステップＳ２に進む。ポンプ１が駆動されている場合および／または第１圧力センサ８ａの検出圧力が第３閾値圧力以上である場合には、再度ステップＳ１が実行される。第３閾値圧力は、大気圧以上の圧力、具体的には大気圧よりも高い圧力であり得る。第３閾値圧力は、発電運転時の第１圧力センサ８ａの検出圧力以下の圧力、具体的には該検出圧力よりも低い圧力であり得る。第３閾値圧力として、第１閾値圧力と同じ値を採用できる。
【０１６６】
一変形例に係るステップＳ１では、制御装置１９は、ポンプ１が停止しておりかつ第１温度センサ９ａの検出温度が第３閾値温度未満であるか否かを判断する。ポンプ１が停止しておりかつ第１温度センサ９ａの検出温度が第３閾値温度未満である場合、ステップＳ２に進む。ポンプ１が駆動されている場合および／または第１温度センサ９ａの検出温度が第３閾値温度以上である場合には、再度ステップＳ１が実行される。第３閾値温度は、大気圧における作動流体の沸点以上の温度、具体的には該沸点よりも高い温度であり得る。第３閾値温度は、発電運転時の第１温度センサ９ａの検出温度以下の温度、具体的には該検出温度よりも低い温度であり得る。第３閾値温度は、例えば、大気圧における作動流体の沸点にマージンを足した値である。マージンは、例えば、０℃以上５℃以下の範囲の値である。
【０１６７】
上述の例では、実施の形態１から５のステップＳ４において、第２圧力センサ８ｂの検出圧力が第２閾値圧力Ｐｔｈ２以上であるか否かを判断している。ただし、この判断を行う代わりに、第２温度センサ９ｂの検出温度が第４閾値温度以上であるか否かを判断してもよい。この判断を行う代わりに、第１温度センサ９ａの検出温度が第５閾値温度以上であるか否かを判断してもよい。
【０１６８】
具体的には、一変形例に係るステップＳ４では、制御装置１９は、第２温度センサ９ｂの検出温度が第４閾値温度以上であるか否かを判断する。第２温度センサ９ｂの検出温度が第４閾値温度以上である場合、ステップＳ５またはステップＳ１１に進む。第２温度センサ９ｂの検出温度が第４閾値温度未満である場合、再度ステップＳ４が実行されるまたはステップＳ６に進む。第４閾値温度は、大気圧における作動流体の沸点以上の温度、具体的には該沸点よりも高い温度であり得る。第４閾値温度は、発電運転時の第２温度センサ９ｂの検出温度以下の温度、具体的には該検出温度よりも低い温度であり得る。第４閾値温度は、第１閾値温度よりも高い温度であり得る。第４閾値温度は、例えば、大気圧における作動流体の沸点にマージンを足した値である。マージンは、例えば、０℃以上５℃以下の範囲の値である。
【０１６９】
一変形例に係るステップＳ４では、制御装置１９は、第１温度センサ９ａの検出温度が第５閾値温度以上であるか否かを判断する。第１温度センサ９ａの検出温度が第５閾値温度以上である場合、ステップＳ５またはステップＳ１１に進む。第１温度センサ９ａの検出温度が第５閾値温度未満である場合、再度ステップＳ４が実行されるまたはステップＳ６に進む。第５閾値温度は、大気圧における作動流体の沸点以上の温度、具体的には該沸点よりも高い温度であり得る。第５閾値温度は、発電運転時の第１温度センサ９ａの検出温度以下の温度、具体的には該検出温度よりも低い温度であり得る。第５閾値温度は、第２閾値温度よりも高い温度であり得る。第５閾値温度は、例えば、大気圧における作動流体の沸点にマージンを足した値である。マージンは、例えば、０℃以上５℃以下の範囲の値である。
【０１７０】
上述の例では、ステップＳ６において、制御装置１９は、ポンプ運転時間が閾値時間Ｔｔｈ以上であるか否かを判断する。ポンプ運転時間に基づいた判断を、実施の形態１，４および５のステップＳ４に適用することも可能である。
【０１７１】
具体的には、実施の形態１の一変形例に係るステップＳ４では、制御装置１９は、ポンプ運転時間が閾値時間Ｔｔｈ以上であるか否かを判断する。ポンプ運転時間が閾値時間Ｔｔｈ以上である場合、ステップＳ５に進む。ポンプ運転時間が閾値時間Ｔｔｈ未満である場合、再度ステップＳ４が実行される。
【０１７２】
実施の形態４および５の一変形例に係るステップＳ４では、制御装置１９は、ポンプ運転時間が閾値時間Ｔｔｈ以上であるか否かを判断する。ポンプ運転時間が閾値時間Ｔｔｈ以上である場合、ステップＳ１１に進む。ポンプ運転時間が閾値時間Ｔｔｈ未満である場合、再度ステップＳ４が実行される。
【０１７３】
上述の例では、実施の形態２および３のステップＳ８において、第２圧力センサ８ｂの検出圧力が第２閾値圧力Ｐｔｈ２以上であるか否かを判断している。ただし、この判断を行う代わりに、第２温度センサ９ｂの検出温度が第４閾値温度以上であるか否かを判断してもよい。この判断を行う代わりに、第１温度センサ９ａの検出温度が第５閾値温度以上であるか否かを判断してもよい。
【０１７４】
具体的には、一変形例に係るステップＳ８では、制御装置１９は、第２温度センサ９ｂの検出温度が第４閾値温度以上であるか否かを判断する。第２温度センサ９ｂの検出温度が第４閾値温度以上である場合、ステップＳ９に進む。第２温度センサ９ｂの検出温度が第４閾値温度未満である場合、再度ステップＳ８が実行される。
【０１７５】
一変形例に係るステップＳ８では、制御装置１９は、第１温度センサ９ａの検出温度が第５閾値温度以上であるか否かを判断する。第１温度センサ９ａの検出温度が第５閾値温度以上である場合、ステップＳ９に進む。第１温度センサ９ａの検出温度が第５閾値温度未満である場合、再度ステップＳ８が実行される。
【０１７６】
上述の例では、実施の形態１から３のステップＳ１において、制御装置１９は、ポンプ１が停止しておりかつ第２圧力センサ８ｂの検出圧力が第１閾値圧力Ｐｔｈ１未満であるか否かを判断する。ただし、ステップＳ１において、制御装置１９は、ポンプ１が停止しており、第２圧力センサ８ｂの検出圧力が第１閾値圧力Ｐｔｈ１未満であり、かつ、第４温度センサ９ｄの検出温度が第３温度センサ９ｃの検出温度よりも高いか否かを判断してもよい。第４温度センサ９ｄの検出温度が第３温度センサ９ｃの検出温度よりも高いか否かを判断することによって、ステップＳ３の実行時に蒸発器２で作動流体を加熱可能か否かを確かめることができる。蒸発器２の温度（具体的には、蒸発器２を構成する構造部の温度）を検出する温度センサを設け、その温度センサの検出温度を第４温度センサ９ｄの検出温度に代えて用いてもよい。なお、同様の改変は、実施の形態４および５にも適用可能である。
【０１７７】
具体的には、一変形例に係るステップＳ１では、制御装置１９は、実施の形態１から３のステップＳ１の条件に加え、第４温度センサ９ｄの検出温度が第３温度センサ９ｃの検出温度よりも高いか否かを判断する。実施の形態１から３のステップＳ１の条件が成立しており、かつ、第４温度センサ９ｄの検出温度が第３温度センサ９ｃの検出温度よりも高い場合、ステップＳ２に進む。実施の形態１から３のステップＳ１の条件が成立していない、および／または、第４温度センサ９ｄの検出温度が第３温度センサ９ｃの検出温度以下である場合には、再度ステップＳ１が実行される。なお、同様の改変は、実施の形態４および５にも適用可能である。さらに、同様の改変は、上述した変形例にも適用可能である。
【０１７８】
上述の例では、バイパス弁５およびショートカット弁１１は、流量可変型の弁である。ただし、バイパス弁５およびショートカット弁１１は、電磁弁のような開閉弁であってもよい。開閉弁は、開度が０％および１００％の２値のいずれかに設定される弁を指す。
【０１７９】
バイパス弁５および／またはショートカット弁１１として、電動ボールバルブを採用可能である。電動ボールバルブは、弁の部分と弁前後の配管とで流路断面積の変化が小さい。このため、電動ボールバルブによれば、作動流体を循環させる際の流路抵抗を小さくすることができる。
【０１８０】
ランキンサイクル装置の発電運転において、作動流体は、膨張機３を介して循環する。このことは、膨張機３および発電機１８による発電を可能にする。
【０１８１】
一方、ランキンサイクル装置が発電を行っていないときにおいて、作動流体が膨張機３を介して循環することは必須ではない。一具体例では、図３および図５のステップＳ３ならびに図７のステップＳ１０の後において、作動流体は、ポンプ１および蒸発器２に加えてバイパス回路１６を介して循環する。これにより、作動流は、スムーズに流れ得る。ステップＳ３およびステップＳ１０の後において、バイパス弁５の開度は１００％であってもよく、１００％未満であってもよい。
【０１８２】
ステップＳ３およびステップＳ１０の後におけるバイパス弁５の開度が１００％であることは、ポンプ１、蒸発器２およびバイパス回路１６を介した作動流体の流れをスムーズにする観点から有利である。この場合、蒸発器２により作動流体が加熱され易い。
【０１８３】
一方、ステップＳ３およびステップＳ１０の後におけるバイパス弁５の開度が１００％未満であることは、開度が１００％である場合に比べ、凝縮器４に流入する作動流体の温度を低下させる観点から有利である。この場合、凝縮器４において作動流体が凝縮し易く、気液二相の作動流体がポンプ１に流入し難く、ポンプ１で不具合が生じ難い。
【０１８４】
ステップＳ３およびステップＳ１０の後において、膨張機３の回転数を制御することにより、膨張機３への作動流体の流入を抑制することも可能である。上述の例では、膨張機３の回転軸と発電機１８の回転軸とが連結されている。このため、膨張機３の回転数の制御は、発電機１８の回転数を制御することにより実現できる。発電機１８の回転数の制御は、例えば、制御装置１９により実現できる。一具体例では、図示しないＰＷＭ（Pulse Width Modulation）インバータが、発電機１８に接続されている。そして、制御装置１９は、ＰＷＭインバータを用いて発電機１８の回転数をＰＷＭ制御する。なお、発電運転時には、ＰＷＭ制御により発電機１８の回転数することで、発電量を制御することも可能である。
【０１８５】
上述の通り、循環回路１５における蒸発器２よりも下流側かつ膨張機３よりも上流側の部分には、バイパス回路１６が接続されている。循環回路１５における上記接続部よりも下流側かつ膨張機３よりも上流側の部分に、弁を設けてもよい。このようにすれば、弁を閉じることによって、膨張機３への作動流体の流入を防止できる。例えば、ステップＳ３およびステップＳ１０において、弁を閉じることができる。
【０１８６】
第１の負圧防止制御、第２の負圧防止制御および第３の負圧防止制御を行っているときに、凝縮器４のファン７を停止させてもよい。これにより、作動流体は外気温度の影響を受け難くなり、作動流体の圧力が上昇し易くなるあるいは低下し難くなる。
【０１８７】
第１の負圧防止制御、第２の負圧防止制御および第３の負圧防止制御を行っているときに、ファン７を動作させてもよい。これにより、ポンプ１に気液二相の作動流体が流入し難くなる。例えば、凝縮器４に流入する作動流体の温度が高く、作動流体を凝縮させる能力を向上させるべき場合に、ファン７を動作させることができる。
【０１８８】
センサを用いてファン７を制御することも可能である。一例では、第２圧力センサ８ｂの検出値および第２温度センサ９ｂの検出値に基づいて、ファン７が制御される。一具体例では、第２圧力センサ８ｂの検出値および第２温度センサ９ｂの検出値に基づいて作動流体の過冷却度が計算され、その過冷却度に基づいてファン７が制御される。ファン７が制御されるとは、ファン７の回転数が制御される形態と、ファン７を駆動させるか停止させるかが制御される形態と、の両方を包含する表現である。
【０１８９】
（上述の説明に係る技術）
以上の説明から理解されるように、上述の説明に係るランキンサイクル装置２１から２３は、センサの検出値が第１閾値よりも低いときに、第１制御を開始する。第１制御は、作動流体を、ポンプ１により、蒸発器２および／またはヒータ１０を介して循環させる制御である。このようなランキンサイクル装置は、作動流体の圧力が負圧になることを防止するのに適している。このことは、ランキンサイクル装置の信頼性確保に寄与する。具体的には、第１制御は、作動流体を、ポンプ１により、蒸発器２および／または発熱状態にあるヒータ１０を介して循環させる制御である。一具体例では、第１制御は、作動流体を、ポンプ１により、作動流体を加熱可能な状態にある蒸発器２および／または発熱状態にあるヒータ１０を介して循環させる制御である。
【０１９０】
ここで、第１制御を開始するとは、ポンプ１の駆動開始がヒータ１０の発熱開始の前である形態と、ポンプ１の駆動開始がヒータ１０の発熱開始と同時である形態と、ポンプ１の駆動開始がヒータ１０の発熱開始の後である形態と、を包含する概念である。典型例では、第１制御の開始と、ポンプ１の駆動開始とが、同時である。
【０１９１】
また、「作動流体を、ポンプ１により、蒸発器２および／またはヒータ１０を介して循環させる」という表現は、ヒータ１０の存在が必須であることを意味しない。第１の実施形態から理解されるように、ヒータ１０がなくても、第１制御は実行できる。
【０１９２】
一具体例では、上述の説明に係るランキンサイクル装置２１から２３は、ポンプ１が停止しておりかつ第１条件が成立しているときに、ポンプ１の駆動を開始することによってポンプ１と蒸発器２とを介して作動流体を循環させる第１制御を開始する。ここで、第１条件は、センサの検出値が第１閾値よりも低いという条件である。
【０１９３】
上述の説明に係る制御方法は、センサにより検出を行う工程を備える。また、制御方法は、センサの検出値が第１閾値よりも低いときに、加熱されている状態にある作動流体をポンプ１により循環させる第１循環を開始する工程を備える。
【０１９４】
ここで、「加熱されている状態にある作動流体をポンプ１により循環させる第１循環を開始する」という表現について説明する。この表現は、ポンプ１の駆動開始が作動流体の加熱開始の前である形態と、ポンプ１の駆動開始が作動流体の加熱開始と同時である形態と、ポンプ１の駆動開始が作動流体の加熱開始の後である形態と、を包含する概念である。典型例では、第１循環の開始と、ポンプ１の駆動開始とが、同時である。
【０１９５】
具体的には、制御方法は、作動流体の加熱を行う工程を備えるとも言える。
【０１９６】
第１循環において、例えば、蒸発器２および／またはヒータ１０によって、作動流体が加熱され得る。作動流体の加熱を行う工程は、例えば、蒸発器２および／またはヒータ１０によって行われ得る。
【０１９７】
上記センサは、作動流体の圧力を検出するセンサであってもよい。この場合、第１条件は、作動流体の圧力が第１閾値よりも低いという条件である。この場合、第１閾値は、大気圧以上の圧力、具体的には大気圧よりも高い圧力であり得る。具体的には、この場合、上記センサとして第２圧力センサ８ｂを用い、第１閾値として上述の第１閾値圧力Ｐｔｈ１を用いることができる。また、この場合、上記センサとして第１圧力センサ８ａを用い、第１閾値として上述の第３閾値圧力を用いることができる。
【０１９８】
上記センサは、作動流体の温度を検出するセンサであってもよい。この場合、第１条件は、作動流体の温度が第１閾値よりも低いという条件である。この場合、第１閾値は、大気圧における作動流体の沸点以上の温度、具体的には該沸点よりも高い温度であり得る。具体的には、この場合、上記センサとして第２温度センサ９ｂを用い、第１閾値として上述の第１閾値温度を用いることができる。また、この場合、上記センサとして第１温度センサ９ａを用い、第１閾値として上述の第３閾値温度を用いることができる。
【０１９９】
上記センサは、凝縮器４において作動流体と熱交換されるべき冷却媒体の温度を検出するセンサであってもよい。この場合、第１条件は、冷却媒体の温度が第１閾値よりも低いという条件である。この場合、第１閾値は、大気圧における作動流体の沸点以上の温度、具体的には該沸点よりも高い温度であり得る。具体的には、この場合、上記センサとして第３温度センサ９ｃを用い、第１閾値として上述の第２閾値温度を用いることができる。なお、「凝縮器４において作動流体と熱交換されるべき冷却媒体の温度」は、凝縮器４において作動流体と熱交換される前の冷却媒体の温度を指す。
【０２００】
一具体例では、センサは、循環回路１５における膨張機３よりも下流側かつポンプ１よりも上流側の部分（つまり、第２回路１５ｂ）における作動流体の圧力を検出する。この部分における作動流体の圧力は負圧になり易い。このため、センサがこの部分の作動流体の圧力を検出することは、作動流体の圧力が負圧になることを防止するのに適している。
【０２０１】
より具体的な例では、センサは、循環回路１５における凝縮器４よりも下流側かつポンプ１よりも上流側の部分（つまり、第３回路１５ｃ）における作動流体の圧力を検出する。
【０２０２】
第１制御において、バイパス回路１６を介して作動流体を循環させてもよい。このようにすれば、作動流体は、バイパス回路１６によって、膨張機３をバイパスして循環できる。このようにすれば、作動流体はスムーズに循環できる。
【０２０３】
一具体例では、第１制御において、ポンプ１と蒸発器２とバイパス回路１６とを介して作動流体を循環させる。このようにすれば、第１制御において、作動流体は、ポンプ１と蒸発器２とを介してスムーズに循環できる。
【０２０４】
同様に、第１循環において、作動流体は、バイパス回路１６を経由してもよい。具体的には、第１循環において、作動流体は、ポンプ１と蒸発器２とバイパス回路１６とを経由してもよい。
【０２０５】
特に限定されないが、第１制御において、バイパス回路１６の弁５の開度を５０％以上１００％以下に設定できる。このように開度を設定すると、第１制御において、作動流体をポンプ１と蒸発器２とを介してスムーズに循環させ易い。第１制御において、バイパス回路１６の弁５の開度を７５％以上１００％以下に設定してもよい。
【０２０６】
同様に、第１循環を、バイパス回路１６の弁５の開度が５０％以上１００％以下に設定された状態で行ってもよい。第１循環を、バイパス回路１６の弁５の開度が７５％以上１００％以下に設定された状態で行ってもよい。
【０２０７】
一例では、第１制御において、作動流体を、ポンプ１により、蒸発器２を介して循環させる。センサの検出値が第２閾値未満でありかつ第１制御を開始してからの経過時間が閾値時間以上であるときに、ヒータ１０の発熱を開始する。このようにすれば、第１制御では作動流体の圧力が負圧になるリスクを十分に抑制できない場合であっても、ヒータ１０を用いて上記リスクを抑制できる。典型例では、第２閾値は、第１閾値よりも高い。
【０２０８】
一具体例では、第２条件が成立しておらずかつポンプ運転時間が閾値時間以上であるときに、ヒータ１０に発熱させつつポンプ１とヒータ１０とを介して作動流体を循環させる第２制御を開始する。ここで、第２条件は、上記検出値が第２閾値以上であるという条件である。第２閾値は、第１閾値に比べて高い閾値である。ポンプ運転時間は、第１制御によりポンプの駆動を開始してからの経過時間である。このようにすれば、第１制御では作動流体の圧力が負圧になるリスクを十分に抑制できない場合であっても、ヒータ１０を用いた第２制御により上記リスクを抑制できる。
【０２０９】
同様に、一例では、第１循環において、蒸発器２によって作動流体を加熱する。制御方法は、センサの検出値が第２閾値未満でありかつ第１循環を開始してからの経過時間が閾値時間以上であるときに、作動流体のヒータ１０による加熱を開始する工程を備える。一具体例では、制御方法は、第２条件が成立しておらずかつポンプ運転時間が閾値時間以上であるときに、ヒータ１０に発熱させつつポンプ１とヒータ１０とを介して作動流体を循環させる第２循環を開始する工程を備える。典型例では、第２閾値は、第１閾値よりも高い。
【０２１０】
ランキンサイクル装置は、検出値が第２閾値以上であるときに、ポンプ１の駆動を停止させるものであってもよい。このようにすれば、ポンプの不要な電力消費を回避できる。
【０２１１】
同様に、制御方法は、センサの検出値が第２閾値以上であるときに、ポンプ１の駆動を停止させる工程をさらに備えていてもよい。
【０２１２】
上述の通り、上記センサは作動流体の圧力を検出するセンサであってもよい。この場合、第２条件は、作動流体の圧力が第２閾値以上であるという条件である。この場合、第２閾値は、大気圧以上の圧力、具体的には大気圧よりも高い圧力であり得る。具体的には、上記センサとして第２圧力センサ８ｂを用い、第２閾値として上述の第２閾値圧力Ｐｔｈ２を用いることができる。上記センサが作動流体の圧力を検出するセンサである場合、第１閾値を第１閾値圧力と称し、第２閾値を第２閾値圧力と称することができる。典型例では、第２閾値圧力は、第１閾値圧力よりも高い。
【０２１３】
上述の通り、上記センサは、作動流体の温度を検出するセンサであってもよい。この場合、第２条件は、作動流体の温度が第２閾値以上であるという条件である。この場合、第２閾値は、大気圧における作動流体の沸点以上の温度、具体的には該沸点よりも高い温度であり得る。具体的には、この場合、上記センサとして第２温度センサ９ｂを用い、第２閾値として上述の第４閾値温度を用いることができる。また、この場合、上記センサとして第１温度センサ９ａを用い、第２閾値として上述の第５閾値温度を用いることができる。
【０２１４】
一具体例では、第２制御において、ポンプ１とヒータ１０とバイパス回路１６とを介して作動流体を循環させる。特に限定されないが、第２制御において、バイパス回路１６の弁５の開度を、例えば５０％以上１００％以下に設定できる。第２制御において、バイパス回路１６の弁５の開度を７５％以上１００％以下に設定してもよい。
【０２１５】
同様に、一具体例では、第２循環において、ポンプ１とヒータ１０とバイパス回路１６とを介して作動流体を循環させる。特に限定されないが、第２循環において、バイパス回路１６の弁５の開度を、例えば５０％以上１００％以下に設定できる。第２循環において、バイパス回路１６の弁５の開度を７５％以上１００％以下に設定してもよい。
【０２１６】
流体回路１４は、上述のショートカット回路１７を含んでいてもよい。第２制御において、ポンプ１とヒータ１０とショートカット回路１７とを介して作動流体を循環させてもよい。特に限定されないが、第２制御において、ショートカット回路１７の弁１１の開度を、例えば５０％以上１００％以下に設定できる。第２制御において、ショートカット回路１７の弁１１の開度を７５％以上１００％以下に設定してもよい。
【０２１７】
同様に、第２循環において、ポンプ１とヒータ１０とショートカット回路１７とを介して作動流体を循環させてもよい。特に限定されないが、第２循環において、ショートカット回路１７の弁１１の開度を、例えば５０％以上１００％以下に設定できる。第２循環において、ショートカット回路１７の弁１１の開度を７５％以上１００％以下に設定してもよい。
【０２１８】
一具体例では、ポンプ１、膨張機３および凝縮器４は１つの筐体に収容されている。筐体に収容されることで、ポンプ１、膨張機３および凝縮器４は、外気と熱交換し難くなり、外気により温度が低下し難くなる。このため、筐体は、作動流体が負圧になることを抑制する効果を奏し得る。
【産業上の利用可能性】
【０２１９】
本開示に係るランキンサイクル装置は、蒸発器が熱源ガスと直接接触する直接接触型ランキンサイクルに適用できる。また、本開示に係るランキンサイクル装置は、熱源ガスと蒸発器との間に水冷媒等のサイクルを有するバイナリ式ランキンサイクルにも適用できる。
【符号の説明】
【０２２０】
１  ポンプ
２  蒸発器
３  膨張機
４  凝縮器
５  バイパス弁
６  再熱器
７  ファン
８ａ  第１圧力センサ
８ｂ  第２圧力センサ
９ａ  第１温度センサ
９ｂ  第２温度センサ
９ｃ  第３温度センサ
９ｄ  第４温度センサ
１０  ヒータ
１１  ショートカット弁
１４  流体回路
１５  循環回路
１６  バイパス回路
１７  ショートカット回路
１８  発電機
１９  制御装置
２１，２２，２３  ランキンサイクル装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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