(57)【要約】【課題】熱交換器から流出する作動媒体が気液二相の状態となるのを抑制すること。【解決手段】排熱回収装置であって、作動媒体を加熱する熱交換器（１０）と、熱交換器（１０）から流出した作動媒体が流入する膨張機（１３）と、膨張機（１３）に接続された回転機（１４）と、膨張機（１３）から排出された作動媒体を凝縮させる凝縮器（１６）と、凝縮器（１６）から流出した作動媒体を加圧して熱交換器（１０）へ送出するポンプ（１８）と、熱交換器（１０）から流出した作動媒体が気液二相の状態であるか否かを判定する相状態判定部（４０ａ）と、相状態判定部（４０ａ）の判定に基づいて熱交換器（１０）への作動媒体の流入量を減少させる流量制御部（４０ｂ）とを備えること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動媒体を加熱する熱交換器と、
前記熱交換器から流出した前記作動媒体が流入する膨張機と、
前記膨張機に接続された回転機と、
前記膨張機から排出された前記作動媒体を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器から流出した前記作動媒体を加圧して前記熱交換器へ送出するポンプと、
前記熱交換器から流出した前記作動媒体の相の状態を判定する相状態判定部と、
前記相状態判定部の判定結果に基づいて前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させる流量制御部と、を備える排熱回収装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排熱回収装置において、
前記流量制御部が前記ポンプの回転速度を下げることにより、前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させる、排熱回収装置。
【請求項３】
請求項１に記載の排熱回収装置において、
前記ポンプから送出された前記作動媒体の一部を前記凝縮器と前記ポンプとの間に戻す戻し流路と、前記戻し流路に設けられた戻し弁とをさらに備え、
前記流量制御部が前記戻し弁の開度を制御することにより、前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させる、排熱回収装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の排熱回収装置において、
前記熱交換器から流出した前記作動媒体の圧力の状態を判定する圧力状態判定部と、
前記圧力状態判定部の判定結果に基づいて前記熱交換器から流出する作動媒体の圧力を圧力上限値以下に制御する圧力制御部と、をさらに備える、排熱回収装置。
【請求項５】
請求項４に記載の排熱回収装置において、
前記圧力制御部が前記ポンプの回転速度を低下させることにより、前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させる、排熱回収装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の排熱回収装置において、
前記膨張機をバイパスするバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられたバイパス弁とをさらに備え、
前記圧力制御部は、前記バイパス弁の開閉を制御することにより、前記熱交換器から流出した前記作動媒体の圧力を低下させる、排熱回収装置。
【請求項７】
作動媒体を加熱する熱交換器、前記熱交換器から流出した前記作動媒体が流入する膨張機、前記膨張機に接続された回転機、前記膨張機から排出された前記作動媒体を凝縮させる凝縮器、および、前記凝縮器から流出した前記作動媒体を加圧して前記熱交換器へ送出するポンプを備える排熱回収装置の運転制御方法であって、
前記熱交換器から流出した前記作動媒体の相の状態を判定する相状態判定工程と、
前記相状態判定工程における判定結果に基づいて前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させる流量制御工程と、
を備える排熱回収装置の運転制御方法。
【請求項８】
請求項７に記載の排熱回収装置の運転制御方法であって、
前記熱交換器から流出した前記作動媒体の圧力の状態を判定する圧力状態判定工程と、
前記圧力状態判定工程における判定結果に基づいて前記熱交換器から流出する作動媒体の圧力を圧力上限値以下に制御する圧力制御工程と、をさらに備える、排熱回収装置の運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排熱回収装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、工場等から排出される温水の熱を回収する排熱回収装置が知られている。例えば、特許文献１には、温水の加熱媒体が供給される蒸発器と、蒸発器から流出したガス状の作動媒体が流入する膨張機と、膨張機に接続された回転機と、膨張機から排出された作動媒体を凝縮させる凝縮器と、凝縮器から流出した作動媒体を加圧して蒸発器へ送出するポンプと、を備えた排熱回収装置が開示されている。蒸発器内に流入した液状の作動媒体は、外部から当該蒸発器に供給される加熱媒体と熱交換することにより蒸発する。そして、ガス状となった作動媒体が膨張機へ流入する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−０１５０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、加熱媒体として工場等の排熱を用いる場合、加熱媒体の温度の変化が大きい。加熱媒体の温度が低下すると、蒸発器において加熱媒体により作動媒体に与えられる熱量が減少してしまう。この結果、蒸発器から流出する作動媒体が気体と液体とが混在した二相状態となってしまう場合がある。膨張機に流入するガス状の作動媒体の量が減少することにより膨張機から取り出される動力が著しく減少してしまう。
【０００５】
一方、加熱媒体の温度が過度に上昇すると蒸発器にて蒸発する作動媒体の量が増大し、蒸発器と膨張機との間において圧力が増大する。この場合、排熱回収装置に設けられる種々のバルブやタンクの耐圧性を確保する必要があるため、装置の大型化やコストの上昇を招く。
【０００６】
本発明の主たる目的は、熱交換器から流出する作動媒体が二相状態となることを抑制することであり、加熱媒体の温度上昇による作動媒体の圧力上昇を抑制することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は、作動媒体を加熱する熱交換器と、前記熱交換器から流出した前記作動媒体が流入する膨張機と、前記膨張機に接続された回転機と、前記膨張機から排出された前記作動媒体を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器から流出した前記作動媒体を加圧して前記熱交換器へ送出するポンプと、前記熱交換器から流出した前記作動媒体の相の状態を判定する相状態判定部と、前記相状態判定部の判定結果に基づいて前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させる流量制御部と、を備える排熱回収装置を提供する。
【０００８】
本発明では、流量制御部は、相状態判定部によって熱交換器から流出した作動媒体が気液二相の状態であると判定されたときに熱交換器への作動媒体の流入量を減少させる。これにより、作動媒体は、熱交換器において加熱媒体によって十分に加熱され、熱交換器から飽和状態または過熱状態のガス状で流出する。よって、熱交換器から流出する作動媒体が気液二相の状態となるのが抑制される。このため、当該装置を停止させる等することなく運転を継続することが可能となる。
【０００９】
この場合において、前記流量制御部が前記ポンプの回転速度を下げることにより、前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させてもよい。
【００１０】
この態様では、ポンプの回転速度が低下することにより熱交換器への作動媒体の流入量が減少するので、熱交換器から流出する作動媒体が気液二相の状態となるのが抑制される。
【００１１】
あるいは、前記ポンプから送出された前記作動媒体の一部を前記凝縮器と前記ポンプとの間に戻す戻し流路と、前記戻し流路に設けられた戻し弁とをさらに備え、前記流量制御部が前記戻し弁の開度を制御することにより、前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させてもよい。
【００１２】
この態様では、戻し弁の開度を大きくすることにより熱交換器への作動媒体の流入量が減少するので、熱交換器から流出する作動媒体が気液二相の状態となるのが抑制される。
【００１３】
ここで、加熱媒体は工場等から排出される蒸気等であり、当該加熱媒体の温度が定常的な温度から上昇することがある。加熱媒体の温度が上昇すると、熱交換器において加熱媒体が作動媒体との熱交換によって当該作動媒体に与える熱量が増大する。そうすると、熱交換器から流出する作動媒体の圧力が上昇する。本排熱回収装置では、熱交換器から流出した作動媒体の圧力が圧力上限値を超える場合、当該装置がその圧力に耐え得る仕様への設計変更が必要となるが、この変更は容易ではない。
【００１４】
そこで、本発明において、前記熱交換器から流出した前記作動媒体の圧力の状態を判定する圧力状態判定部と、前記圧力状態判定部の判定結果に基づいて前記熱交換器から流出する作動媒体の圧力を圧力上限値以下に制御する圧力制御部と、をさらに備えることが好ましい。
【００１５】
この態様では、熱交換器から流出した作動媒体の圧力が圧力上限値を超えなくなるので、各機器の設計圧力を抑えることができる。また、コストを削減することができる。
【００１６】
この場合において、前記圧力制御部が前記ポンプの回転速度を低下させることにより、前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させることが好ましい。
【００１７】
熱交換器への作動媒体の流入量が減少すると、作動媒体は、熱交換器から過熱状態のガス状で流出する。そうすると、熱交換器から流出した作動媒体の温度は上昇するものの、その圧力は減少する。よって、熱交換器から流出する作動媒体の圧力を圧力上限値以下とすることができる。
【００１８】
また、本発明において、前記膨張機をバイパスするバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられたバイパス弁とをさらに備え、前記圧力制御部は、前記バイパス弁の開閉を制御することにより、前記熱交換器から流出した前記作動媒体の圧力を低下させることが好ましい。
【００１９】
バイパス弁が開かれると、熱交換器から流出した作動媒体の一部は、膨張機を経由することなく凝縮器へ流入する。そうすると、膨張機の上流側の作動媒体、すなわち、熱交換器から流出した作動媒体の圧力が低下する。よって、熱交換器から流出する作動媒体の圧力を圧力上限値以下とすることができる。
【００２０】
また、本発明は、作動媒体を加熱する熱交換器、前記熱交換器から流出した前記作動媒体が流入する膨張機、前記膨張機に接続された回転機、前記膨張機から排出された前記作動媒体を凝縮させる凝縮器、および、前記凝縮器から流出した前記作動媒体を加圧して前記熱交換器へ送出するポンプを備える排熱回収装置の運転制御方法であって、前記熱交換器から流出した前記作動媒体の相の状態を判定する相状態判定工程と、前記相状態判定工程における判定結果に基づいて前記熱交換器への前記作動媒体の流入量を減少させる流量制御工程と、を備える排熱回収装置の運転制御方法を提供する。
【００２１】
本発明では、相状態判定工程において熱交換器から流出した作動媒体が気液二相の状態であると判定されたときに、流量制御工程において熱交換器への作動媒体の流入量を減少させる。これにより、作動媒体は、熱交換器において加熱媒体によって十分に加熱され、熱交換器から過熱状態のガス状で流出する。よって、熱交換器から流出する作動媒体が気液二相の状態となるのが抑制される。このため、当該装置を停止させる等することなく運転を継続することが可能となる。
【００２２】
この場合において、前記熱交換器から流出した前記作動媒体の圧力の状態を判定する圧力状態判定工程と、前記圧力状態判定工程における判定結果に基づいて前記熱交換器から流出する作動媒体の圧力を圧力上限値以下に制御する圧力制御工程と、をさらに備えることが好ましい。
【００２３】
この態様では、圧力状態判定工程の判定に基づいて熱交換器から流出する作動媒体の圧力を圧力上限値以下に制御されるので、装置全体の設計変更を行うことなく加熱媒体の温度の上昇に対応可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明によれば、熱交換器から流出する作動媒体が二相状態となることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第一実施形態の排熱回収装置の構成の概略を示す図である。
【図２】作動媒体の飽和蒸気圧曲線を示すグラフである。
【図３】制御手段の制御内容の概略を示すフローチャートある。
【図４】制御手段の制御内容の概略を示すフローチャートある。
【図５】排熱回収装置の他の例を示す図である。
【図６】第二実施形態の排熱回収装置を示す図である。
【図７】制御手段の制御内容の概略を示すフローチャートある。
【図８】第三実施形態の排熱回収装置を示す図である。
【図９】制御手段の制御内容の概略を示すフローチャートある。
【図１０】制御手段の制御内容の概略を示すフローチャートある。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（第一実施形態）
本発明の第一実施形態の排熱回収装置について、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００２７】
図１に示されるように、この排熱回収装置は、蒸発器である熱交換器１０と、熱交換器１０から流出した作動媒体が流入する膨張機１３と、膨張機１３に接続された回転機１４と、膨張機１３から流出した作動媒体を凝縮させる凝縮器１６と、凝縮器１６から流出した作動媒体を加圧するポンプ１８と、各種制御を行う制御部４０と、を備える。本実施形態では、作動媒体としてＲ２４５ｆａが用いられる。熱交換器１０、膨張機１３、凝縮器１６及びポンプ１８は、循環流路２０によりこの順にて直列に接続される。循環流路２０には、バイパス流路２２、バイパス弁２４、圧力センサ３２および温度センサ３４が設けられる。
【００２８】
熱交換器１０は、作動媒体が流れる作動媒体流路１１ａと、温水や蒸気等の加熱媒体が流れる加熱媒体流路１１ｂとを有している。作動媒体流路１１ａ内を流れる作動媒体は、加熱媒体流路１１ｂ内を流れる加熱媒体と熱交換することにより蒸発する。作動媒体流路１１ａの上流側の端部及び下流側の端部は、それぞれ循環流路２０に接続されている。
【００２９】
膨張機１３は、循環流路２０における熱交換器１０の下流側に設けられている。本実施形態では、膨張機１３としてスクリュー式のものが用いられている。この膨張機１３は、内部にロータ室が形成されたケーシングと、ロータ室内に回転自在に支持された雌雄一対のスクリュロータとを有している。膨張機１３では、ロータ室内に供給された作動媒体が膨張することによりスクリュロータが回転駆動される。そして、圧力が低下した作動媒体は、ケーシングの排出口から循環流路２０へ排出される。なお、膨張機１３としては、遠心式のものやスクロールタイプのもの等が用いられてもよい。
【００３０】
回転機１４は、膨張機１３に接続されている。本実施形態では、回転機１４として発電機１４が用いられている。発電機１４は、膨張機１３の一対のスクリュロータのうちの一方に接続された回転軸を有している。発電機１４は、回転軸が前記スクリュロータの回転に伴って回転することにより電力を発生させる。
【００３１】
凝縮器１６は、循環流路２０における膨張機１３の下流側に設けられている。凝縮器１６は、膨張機１３から排出されたガス状の作動媒体を凝縮させて液状の作動媒体とする。具体的には、凝縮器１６に流入したガス状の作動媒体は、当該凝縮器１６に外部から供給された冷却媒体と熱交換することにより凝縮する。凝縮器１６に供給される冷却媒体としては、例えば、冷却水や空気が挙げられる。
【００３２】
ポンプ１８は、循環流路２０における凝縮器１６の下流側（熱交換器１０と凝縮器１６との間）に設けられている。ポンプ１８は、凝縮器１６で凝縮された作動媒体を所定の圧力まで加圧して循環流路２０におけるポンプ１８の下流側に送り出す。ポンプ１８としては、インペラをロータとして備える遠心ポンプや、ロータが一対のギアからなるギアポンプ等が用いられる。このポンプ１８は、任意の回転速度で駆動されることが可能である。
【００３３】
バイパス流路２２は、膨張機１３をバイパスする流路である。バイパス流路２２の一端は、循環流路２０における熱交換器１０と膨張機１３との間に接続されている。バイパス流路２２の他端は、循環流路２０における膨張機１３と凝縮器１６との間に接続されている。
【００３４】
バイパス弁２４は、バイパス流路２２に設けられている。バイパス弁２４の開放時には、熱交換器１０から流出した作動媒体の一部がバイパス流路２２を流れて凝縮器１６に流入する。
【００３５】
圧力センサ３２は、循環流路２０における熱交換器１０の下流側、より具体的には、熱交換器１０と膨張機１３との間に設けられており、この位置の作動媒体の圧力を検出する。温度センサ３４は、圧力センサ３２と同じ位置に設けられており、この位置の作動媒体の温度を検出する。
【００３６】
制御部４０は、圧力センサ３２及び温度センサ３４に接続されており、また、インバータ４２を介してポンプ１８に接続されている。制御部４０の機能には、相状態判定部４０ａと、流量制御部４０ｂと、圧力状態判定部４０ｃと、圧力制御部４０ｄとが含まれている。
【００３７】
流量制御部４０ｂはポンプ１８の駆動を制御する。圧力制御部４０ｄは戻し弁２４の開度およびポンプ１８の駆動を制御する。圧力状態判定部４０ｃは、圧力センサ３２の検出値を取得する。相状態判定部４０ａは圧力センサ３２および温度センサ３４の検出値を取得する。
【００３８】
図２は、作動媒体の飽和蒸気圧曲線を示す図である。相状態判定部４０ａは、作動媒体の温度と対応する飽和蒸気圧とを示すデータを記憶している。相状態判定部４０ａでは、前記蒸気圧曲線に基づいて圧力センサ３２の検出値に対応する作動媒体の飽和温度を求め、その飽和温度から温度センサ３４の検出値を引いた値がマイナスとなったときに作動媒体が気体と液体とが混在した状態（以下、「二相状態」という。）、すなわち、ガス中に液滴が発生したと判定する。
【００３９】
排熱回収装置の駆動時には、熱交換器１０の作動媒体流路１１ａへ流入した液状の作動媒体が、加熱媒体流路１１ｂを流れる加熱媒体（温水や蒸気等）と熱交換することにより蒸発する。熱交換器１０から流出したガス状の作動媒体は膨張機１３へ流入し、膨張機１３および回転機１４が駆動される。膨張機１３から排出された作動媒体は、凝縮器１６によって凝縮されて液体となり、ポンプ１８によって再び熱交換器１０へ送られる。このように、排熱回収装置における作動媒体の一連の循環サイクルにより、発電が行われる。
【００４０】
次に、排熱回収装置の運転制御について図３を参照しつつ説明する。
【００４１】
排熱回収装置が起動されると（ステップＳ１０）、相状態判定部４０ａは、圧力センサ３２および温度センサ３４から作動媒体の圧力および温度を取得する（ステップＳ１１）。図２の飽和蒸気圧曲線に基づいて作動媒体の圧力に対応する飽和温度を求め、飽和温度に対する作動媒体の温度との差分を取得し、作動媒体の相の状態の判定を行う（ステップＳ１２）。
【００４２】
差分がゼロまたはプラスである場合、すなわち、作動媒体が飽和または過熱状態である場合、ポンプの回転速度が定格速度であるか否かが確認され（ステップＳ１４）、定格速度である場合にはステップＳ１１に戻る。
【００４３】
一方、加熱媒体の温度が低下することにより、作動媒体の温度が低下した場合、上記差分がマイナスとなってしまう。相状態判定部４０ａは、作動媒体が二相状態であると判定し、流量制御部４０ｂが、一定期間の間インバータ４２を介してポンプ１８の回転速度を定格速度から所定の割合で減速させる（ステップＳ１３）。これにより、熱交換器１０への作動媒体の流入量が減少する。熱交換器１０では、流入量が減少することにより作動媒体が十分に加熱される。
【００４４】
そして、一定時間経過後、作動媒体の圧力および温度が再び取得され（ステップＳ１１）、相状態判定部４０ａにて作動媒体の相の状態の判定が行われ（ステップＳ１２）、二相状態が解消されたと判定された場合にはポンプの回転速度が定格速度に戻され（ステップＳ１４，Ｓ１５）、ステップＳ１１に戻る。一方、二相状態が維持されていると判定された場合には、ポンプ１８がさらに減速され（ステップＳ１３）、圧力及び温度を取得して再び作動媒体の相状態の判定が行われる（ステップＳ１１，Ｓ１２）。
【００４５】
以上に説明したように、排熱回収装置では、駆動中にステップＳ１１〜Ｓ１５が繰り返され、加熱媒体が低温となった際には、作動媒体の循環量が低減される。これにより、熱交換器１０から流出した作動媒体が二相状態となることが解消され、膨張機１３の出力の大幅な低下が防止される。さらに、作動媒体の液滴が膨張機１３等の部材に衝突することによる部材の損傷（いわゆるエロージョン）も防止される。排熱回収装置では、加熱媒体の平均的な温度（加熱媒体が温水であれば６５℃〜７０℃程度）よりも大きく低下（具体的には５５℃程度まで低下）した場合であっても、排熱回収装置の運転を継続することが可能となる。これにより、温度の変動が大きい工場等の排熱を効率よく回収することができる。
【００４６】
ところで、加熱媒体の温度は平均的な温度よりも過度に（具体的には、加熱媒体が温水であれば９５℃程度まで）上昇することもある。加熱媒体の温度が上昇すると、熱交換器１０において加熱媒体が作動媒体との熱交換によって当該作動媒体に与える熱量が増大し、熱交換器１０から流出する作動媒体の圧力が過度に上昇してしまう。
【００４７】
本排熱回収装置では、圧力状態判定部４０ｃ及び圧力制御部４０ｄが以下のようにして熱交換器１０から流出する作動媒体の圧力を設定値（以下、「圧力上限値」という。）以下となるように制御を行う。本実施形態では、圧力上限値は１ＭＰａである。ただし、圧力上限値は機器の設計に応じて適宜変更されてよい。
【００４８】
圧力状態判定部４０ｃ及び圧力制御部４０ｄの制御内容を図４を参照しながら説明する。なお、図４の制御は上述の図３の制御と並行して行われる。
【００４９】
本排熱回収装置が起動されると（ステップＳ２０）、圧力状態判定部４０ｃは、圧力センサ３２の圧力が第一判定値である０．９１ＭＰａ以上か否かを判定する（ステップＳ２１）。
【００５０】
圧力が０．９１ＭＰａ未満である場合には、一定の間隔にて作動媒体の圧力状態の確認が繰り返される。ところで、加熱媒体の温度が一時的に過度に上昇し、作動媒体の圧力が第一判定値を超えてしまう場合がある。圧力状態判定部４０ｃが、作動媒体の圧力を０．９１ＭＰａ以上であると判定すると、圧力制御部４０ｄは、インバータ４２を介してポンプ１８の回転速度を定格速度から２０％／分程度の割合で減速させる（ステップＳ２２）。これにより、熱交換器１０への作動媒体の流入量が減少する。流入量が減少することにより熱交換器１０における作動媒体の蒸発量が抑えられることから、作動媒体の温度は上昇するものの圧力は減少することとなる。
【００５１】
次に、圧力状態判定部４０ｃは、圧力センサ３２の検出値が第二判定値である０．９３ＭＰａ以上か否かを判定する（ステップＳ２３）。ここでは、依然として高圧状態が維持されている場合に減圧処理をさらに行うか否かを判断している。圧力が０．９３ＭＰａ未満である場合にはステップＳ２１に戻り、作動媒体の圧力状態の確認が繰り返される。一方、圧力センサ３２の検出値が０．９３ＭＰａ以上であると判定されると、圧力制御部４０ｄはバイパス弁２４を開く（ステップＳ２４）。熱交換器１０から流出した作動媒体の一部はバイパス流路２２を介して膨張機１３を迂回し、凝縮器１６へ直接流入する。これにより、熱交換器１０と膨張機１３との間の作動媒体の量が減少し圧力が低下する。そして、圧力状態判定部４０ｃは、圧力が第３判定値である０．９２５ＭＰａ以下まで減少したか否かを判定し（ステップＳ２５）、圧力が０．９２５ＭＰａ以下であると判定されると、バイパス弁２４が閉じられる（ステップＳ２６）。制御部４０はステップＳ１１に戻って作動媒体の圧力状態の確認を行う。また、圧力が０．９２５ＭＰａよりも高い場合には、圧力が低下するまでバイパス弁２４が開放される。
【００５２】
以上に説明したように、排熱回収装置では、駆動中にステップＳ２１〜Ｓ２６が繰り返され、加熱媒体の温度が過度に高温となった際に、作動媒体の循環量を低減することにより熱交換器１０と膨張機１３との間の圧力の過度の上昇が防止される。これにより、加熱媒体の高温下においても、排熱回収装置の運転を継続することが可能となる。さらに、排熱回収装置は、ポンプの回転速度を下げる動作を行った後にバイパス弁２４を開く動作を行うことから、膨張機１３にて動力として回収されない熱エネルギーを極力抑えることができ、排熱の回収効率を向上することができる。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態の排熱回収装置では、流量制御部４０ｂが、相状態判定部４０ａによって熱交換器１０から流出した作動媒体の温度が飽和温度未満であると判定されたときに、ポンプ１８の回転速度を下げることによって熱交換器１０への作動媒体の流入量を減少させる。これにより、作動媒体は、熱交換器１０において加熱媒体によって十分に加熱されることから、膨張機１３に流入する作動媒体が二相状態となることが抑制される。  
【００５４】
また、圧力制御部４０ｄは、圧力状態判定部４０ｃによって圧力が第一判定値以上と判定されたときに、ポンプ１８の回転速度を低下させることにより熱交換器１０への作動媒体の流入量を減少させ、熱交換器１０から流出した作動媒体の圧力が圧力上限値以下に抑えられる。圧力の上昇を抑えることにより、排熱回収装置の各機器の設計圧力を小さくすることができ、排熱回収装置のコストを削減することができる。排熱回収装置では、ポンプ１８の回転速度を低下させても作動媒体の高圧状態が維持される場合には、バイパス弁２４が開かれる。これにより、より確実に作動媒体の圧力を抑えることができる。
【００５５】
図５は排熱回収装置の他の例を示す図である。熱交換器１０は、蒸発器１１と、蒸発器１１の下流に設けられた過熱器１２とを備える。蒸発器１１は、作動媒体が流れる作動媒体流路１１ａと、加熱媒体が流れる加熱媒体流路１１ｂとを有している。過熱器１２は、作動媒体が流れる作動媒体流路１２ａと、加熱媒体が流れる加熱媒体流路１２ｂとを有している。作動媒体流路１１ａの上流側の端部及び作動媒体流路１２ａの下流側の端部は、それぞれ循環流路２０に接続されている。圧力センサ３２および温度センサ３４は過熱器１２よりも下流側に設けられる。作動媒体は蒸発器１１にて加熱された後、過熱器１２にてさらに加熱され、過熱状態のガスとして膨張機１３へ流入する。
【００５６】
制御部４０における制御動作は第一実施形態と同様である。図５に示す場合においても、加熱媒体の温度が平均的な温度よりも大きく低下した場合、および、過度に上昇した場合に作動媒体の循環量を低減させることにより、作動媒体が二相状態となること、および、作動媒体の圧力が過度に上昇することを抑制することができる。以下の第二および第三実施形態においても、熱交換器１０に過熱器１２が設けられてよい。
【００５７】
（第二実施形態）
図６は第二の実施形態に係る排熱回収装置を示す図である。排熱回収装置では、各加熱媒体流路１１ｂ，１２ｂに加熱媒体を供給する加熱媒体供給流路２５の熱交換器１０よりも上流側に温度センサ３６が設けられる。他の構成は第一実施形態と同様である。相状態判定部４０ａには、作動媒体の種類や循環量等に基づいて加熱媒体の温度と熱交換器１０から流出する作動媒体の相の状態との関係を示すデータが記憶されている。また、圧力状態判定部４０ｃには、作動媒体の種類や循環量等に基づいて加熱媒体の温度と熱交換器１０から流出する作動媒体の圧力との関係を示すデータが記憶されている。
【００５８】
加熱媒体の温度が平均的な温度よりも低下した場合、相状態判定部４０ａは、温度センサ３６により加熱媒体の温度を取得し（図３：ステップＳ１１）、作動媒体の相の状態の判定を行う（ステップＳ１２）。そして、作動媒体が二相状態であると判定されると、第一実施形態と同様に、ポンプ１８の回転速度を定格速度から所定の割合で減速させることによって熱交換器１０への作動媒体の流入量を減少させる（ステップＳ１３）。加熱媒体の温度が上昇して作動媒体が飽和または過熱状態であると判定された場合にはポンプの回転速度が定格速度に戻される（ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ１５）。
【００５９】
一方、圧力状態判定部４０ｃでは、図７に示すように、排熱回収装置の起動後、温度センサ３６により取得された作動媒体の温度が第一判定値である９６℃以上か否かを判定する（ステップＳ３０，Ｓ３１）。温度が９６℃未満である場合には、一定の間隔にて加熱媒体の温度の確認が繰り返される。
【００６０】
温度が９６℃以上であると判定されると、圧力制御部４０ｄは、ポンプ１８の回転速度を定格速度から２０％／分程度の割合で低下させる（ステップＳ３２）。熱交換器１０への作動媒体の流入量が減少することにより、作動媒体の圧力を減少させることができる。次に、圧力状態判定部４０ｃは、加熱媒体の温度が第二判定値である９７℃以上か否かを判定する（ステップＳ３３）。温度が９７℃未満である場合にはステップＳ３１に戻り、加熱媒体の温度の確認が繰り返される。
【００６１】
温度が９７℃以上であると判定されると、圧力制御部４０ｄはバイパス弁２４を開く（ステップＳ３４）。これにより、熱交換器１０と膨張機１３との間の圧力を低下させることができる。さらに、圧力状態判定部４０ｃは、温度が第三判定値である９６℃以下となるまで繰り返し確認し（ステップＳ３５）、温度が９６℃以下であると判定されると、圧力制御部４０ｄはバイパス弁２４を閉じる（ステップＳ３６）。
【００６２】
第二実施形態においても、第一実施形態と同様に、熱交換器１０から流出した作動媒体の二相状態を抑制することができるとともに、作動媒体の圧力が過度に上昇してしまうことを防止することができる。
【００６３】
（第三実施形態）
図８は、本発明の第三実施形態の排熱回収装置の構成の概略を示している。なお、第三実施形態では、第一実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第一実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は省略する。
【００６４】
本実施形態の排熱回収装置は、ポンプ１８から送出された作動媒体の一部を凝縮器１６とポンプ１８との間に戻す戻し流路２６と、この戻し流路２６に設けられた戻し弁２８とを備えている。
【００６５】
図９および図１０はそれぞれ、加熱媒体の温度が低下した場合の制御の流れ、および、加熱媒体の温度が上昇した場合の制御の流れの一部を示す図である。図９はステップＳ１３を除き図３と同様であり、図１０はステップＳ２２を除き図４と同様である。
【００６６】
図９に示すように、加熱媒体の温度が平均的な温度よりも大きく低下した場合、制御部４０の相状態判定部４０ａにより作動媒体が二相状態であると判定すると（ステップＳ１１）、流量制御部４０ｂが戻し弁２８の開度を大きくし（ステップＳ４１）、熱交換器１０へ向かう作動媒体の流入量を減少させる。これにより、熱交換器１０にて作動媒体が十分に加熱され、作動媒体が二相状態であることが解消される。
【００６７】
また、図１０に示すように、加熱媒体の温度が過度に上昇した場合、圧力状態判定部４０ｃは、圧力センサ３２から取得された圧力が０．９１ＭＰａ以上か否かを判定し（ステップＳ１１）、圧力が０．９１ＭＰａ以上であると判定されると、圧力制御部４０ｄは、戻し弁２８の開度を一定時間の間一定の割合にて大きくする（ステップＳ５１）。これにより、熱交換器１０への作動媒体の流入量が減少し、熱交換器１０から流出する作動媒体の圧力が減少する。
【００６８】
第三実施形態においても、第一実施形態と同様に、作動媒体の二相状態の抑制および圧力上昇の抑制を行うことができる。第三実施形態では、第二実施形態と同様に、作動媒体の温度および圧力に代えて加熱媒体の温度に基づいて作動媒体の熱交換器１０への流入量の制御が行われてもよい。
【００６９】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００７０】
例えば、上記実施形態では、回転機１４として発電機１４が例示されたが、回転機１４は圧縮機等の他の駆動機械でもよい。
【００７１】
第一実施形態では、相状態判定部４０ａが、作動媒体の温度から蒸気圧を求め、蒸気圧と作動媒体の圧力とを比較することにより熱交換器１０から流出した作動媒体が二相状態であるか否かを判定してもよい。第三実施形態においても同様である。
【００７２】
加熱媒体の温度の変動が大きくない場合には、圧力制御部４０ｄでは、ポンプ１８の回転速度の制御とバイパス弁２４の開閉制御の一方のみが行われてもよい。第二実施形態においても同様である。また、第三実施形態では、戻し弁２８の開度の制御とバイパス弁２４の開度の制御の一方のみが行われてもよい。相状態判定部４０ａは圧力状態判定部４０ｃの機能を兼ねてもよい。流量制御部４０ｂおよび圧力制御部４０ｄについても同様である。
【符号の説明】
【００７３】
１０    熱交換器
１１    蒸発器
１１ａ  作動媒体流路
１１ｂ  加熱媒体流路
１２    過熱器
１２ａ  作動媒体流路
１２ｂ  加熱媒体流路
１３    膨張機
１４    発電機（回転機）
１６    凝縮器
１８    ポンプ
２０    循環流路
２２    バイパス流路
２４    バイパス弁
２５    加熱媒体供給流路
２６    戻し流路
２８    戻し弁
３２    圧力センサ
３４    温度センサ
３６    温度センサ
４０    制御部
４０ａ  相状態判定部
４０ｂ  流量制御部
４０ｃ  圧力状態判定部
４０ｄ  圧力制御部
【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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【図９】
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【図１０】
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