(57)【要約】      （修正有）【課題】ランキンサイクル装置の長期の製品寿命を確保しつつ、サイクルの効率を向上させる【解決手段】本開示のランキンサイクル装置は、膨張機と、凝縮器と、ポンプと、蒸発器５ａと、蒸発器５ａに熱媒体が供給されるように蒸発器５ａが配置された熱媒体流路とを備える。蒸発器５ａは、内管５１及び外管５３を有する。外管５３は、内管５１の外周面に部分的に接触している内周面５３ｓを有する。外管５３の一端５３ａが閉塞されていることによって外管５３と内管５１との間にガスが滞留できる滞留空間が形成されている。外管５３の外周面５３ｓは、熱媒体流路９における熱媒体の流れ方向の最も上流側に位置している上流側入熱面５３ｃを含んでいる。上流側入熱面５３ｃでの雰囲気温度よりも低温の雰囲気温度となる特定位置Ｐ１で滞留空間が滞留空間の外部の空間に連通している。【選択図】図２
2014211297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を膨張させることによって動力を取り出す膨張機と、
前記膨張機で膨張した前記作動流体を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器で凝縮した前記作動流体を加圧するポンプと、
前記ポンプで加圧した前記作動流体を熱媒体で加熱することによって蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器に前記熱媒体が供給されるように前記蒸発器が配置された熱媒体流路と、を備え、
前記蒸発器は、前記作動流体の流路を形成している内管及び前記内管の外側に設けられた外管を有し、
前記外管は、前記熱媒体によって加熱されるべき外周面と、前記内管の外周面に部分的に接続されている又は接触している内周面とを有し、
前記外管の一端が閉塞されていることによって前記外管の前記内周面と前記内管の前記外周面との間にガスが滞留できる滞留空間が形成されており、
前記外管の前記外周面は、前記熱媒体流路における前記熱媒体の流れ方向の最も上流側に位置している上流側入熱面を含み、
前記上流側入熱面での雰囲気温度よりも低温の雰囲気温度となる特定位置で前記滞留空間が前記滞留空間の外部の空間に連通している、又は、前記滞留空間の圧力に応じて前記滞留空間と前記外部の空間とを連通させる通気機構が前記特定位置で前記外管に設けられている、
ランキンサイクル装置。
【請求項２】
前記特定位置は、前記熱媒体流路の中の位置であって、前記上流側入熱面よりも下流側に位置している、請求項１に記載のランキンサイクル装置。
【請求項３】
前記外管は、前記熱媒体の流れ方向において前記前記上流側入熱面から最も離れた部分を有し、
前記最も離れた部分が前記特定位置にある、請求項２に記載のランキンサイクル装置。
【請求項４】
前記特定位置は、前記熱媒体流路の外部の位置である、請求項１に記載のランキンサイクル装置。
【請求項５】
前記外管の他端が前記特定位置にある、請求項１〜４のいずれか１項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項６】
前記外管はステンレスで作られている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項７】
前記内管は銅又は銅合金で作られている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項８】
（i）前記内管の長手方向に延びる複数の凹部及び複数の凸部が前記内管の周方向に交互に並ぶように前記内管の前記外周面が形成されており、前記複数の凸部が前記外管の前記内周面に接している、
（ii）前記外管の長手方向に延びる複数の凹部及び複数の凸部が前記外管の周方向に交互に並ぶように前記外管の前記内周面が形成されており、前記複数の凸部が前記内管の前記外周面に接している、
（iii）前記外管又は前記内管が多角管状に形成され、前記外管の周方向に互いに離れた複数の位置で前記外管の前記内周面が前記内管の前記外周面に接している、又は
（iv）前記外管の周方向に互いに離れ、前記外管の長手方向に延び、前記外管と前記内管とを互いに接続している複数のリブを有するように前記外管と前記内管とが一体成形されていることによって、複数の前記滞留空間が形成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項９】
圧力スイッチと、
制御装置と、をさらに備え、
前記圧力スイッチによって前記滞留空間の圧力が閾値圧力以上に上昇したことが検出された場合に、前記制御装置は、前記熱媒体流路への前記熱媒体の供給を停止するための処理を含む所定の電気的処理を実行する、請求項１〜８のいずれか１項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項１０】
制御装置と、
前記凝縮器における前記作動流体の凝縮温度又は前記凝縮器の出口における前記作動流体の温度を検出するための凝縮温度センサと、
前記ポンプの出口における前記作動流体の温度を検出するためのポンプ温度センサと、をさらに備え、
前記ポンプ温度センサによって検出された前記作動流体の温度が、前記凝縮温度センサによって検出された前記作動流体の温度よりも閾値以上大きい場合に、前記制御装置は、前記熱媒体流路への前記熱媒体の供給を停止するための処理を含む所定の電気的処理を実行する、請求項１〜８のいずれか１項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項１１】
制御装置と、
前記膨張機の入口における前記作動流体の温度を検出するための入口温度センサと、をさらに備え、
前記入口温度センサによって検出された値が周期的に変動する場合に、前記制御装置は、前記熱媒体流路への前記熱媒体の供給を停止するための処理を含む所定の電気的処理を実行する、請求項１〜８のいずれか１項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項１２】
前記所定の電気的処理は、前記熱媒体流路への前記熱媒体の供給を停止するまで前記ポンプを動作させるための処理を含む、請求項９〜１１のいずれか１項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項１３】
前記蒸発器の入口における前記作動流体の流路に設けられた入口開閉弁と、
前記蒸発器の出口における前記作動流体の流路に設けられた出口開閉弁と、
前記膨張機の入口における前記作動流体の温度を検出するための入口温度センサと、
前記膨張機に連結された発電機と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記所定の電気的処理に代えて、又は、前記所定の電気的処理とともに、前記ポンプを停止し、かつ前記入口開閉弁を閉じた状態で、前記発電機を電動機として駆動させることによって前記蒸発器の中の前記作動流体を前記凝縮器に強制的に送出する回収運転を実行し、前記回収運転の実行中に前記入口温度センサによって検出された前記作動流体の温度が閾値温度を超えた場合に前記出口開閉弁を閉じて前記発電機の電動機としての駆動を停止するための処理を含む回収用の電気的処理を実行する、請求項９〜１１のいずれか１項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項１４】
警報装置をさらに備え、
前記所定の電気的処理は、警報を発するように前記警報装置を制御するための処理を含む、請求項９〜１１のいずれか１項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項１５】
前記ランキンサイクル装置を起動しているときに、前記熱媒体が発生する前に前記熱媒体流路に外気を供給するファンを動作させる、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項１６】
前記ランキンサイクル装置を起動しているときに、前記熱媒体が発生する前に前記ポンプを動作させる、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のランキンサイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランキンサイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電を行うための装置としてランキンサイクル装置が知られている。ランキンサイクル装置として、ボイラーの排出ガスで加熱されたオイルと作動流体とを熱交換させることによって、作動流体を蒸発させるランキンサイクル装置が知られている。
【０００３】
図１４に示すように、特許文献１には、膨張機６０１、中間エコノマイザ―６０２、凝縮器６０３、ポンプ６０４、及び蒸発器６０５を有するランキンサイクル装置６００が開示されている。蒸発器６０５は、コイル状の二重管構造のダクトによって形成されている。この二重管構造のダクトの内管６５１の内部には作動流体が流れている。また、二重管構造のダクトの内管６５１と外管６５３との間の空間にはオイルが存在している。バーナー６２３で生成された排出ガスが蒸発器６０５を通過することによってオイルが加熱される。蒸発器６０５は、加熱されたオイルと作動流体とを熱交換させることによって、作動流体を蒸発させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２０１４８８０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のランキンサイクル装置６００は、バーナー６２３が生成した排出ガスによって加熱されたオイルと作動流体とが熱交換するので、長い製品寿命を有する。しかしながら、上記のランキンサイクル装置６００は、ランキンサイクルの効率を向上させる余地を有している。そこで、本発明は、ランキンサイクル装置の長期の製品寿命を確保しつつ、ランキンサイクルの効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、
作動流体を膨張させることによって動力を取り出す膨張機と、
前記膨張機で膨張した前記作動流体を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器で凝縮した前記作動流体を加圧するポンプと、
前記ポンプで加圧した前記作動流体を熱媒体で加熱することによって蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器に前記熱媒体が供給されるように前記蒸発器が配置された熱媒体流路と、を備え、
前記蒸発器は、前記作動流体の流路を形成している内管及び前記内管の外側に設けられた外管を有し、
前記外管は、前記熱媒体によって加熱されるべき外周面と、前記内管の外周面に部分的に接続されている又は接触している内周面とを有し、
前記外管の一端が閉塞されていることによって前記外管の前記内周面と前記内管の前記外周面との間にガスが滞留できる滞留空間が形成されており、
前記外管の前記外周面は、前記熱媒体流路における前記熱媒体の流れ方向の最も上流側に位置している上流側入熱面を含み、
前記上流側入熱面での雰囲気温度よりも低温の雰囲気温度となる特定位置で前記滞留空間が前記滞留空間の外部の空間に連通している、又は、前記滞留空間の圧力に応じて前記滞留空間と前記外部の空間とを連通させる通気機構が前記特定位置で前記外管に設けられている、
ランキンサイクル装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、ランキンサイクル装置の長期の製品寿命を確保しつつ、ランキンサイクルの効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係るランキンサイクル装置の構成図
【図２】第１実施形態に係る蒸発器の構成図
【図３】第１実施形態に係る蒸発器の内部構造を示す断面図
【図４】変形例１に係る蒸発器の内部構造を示す断面図
【図５】変形例２に係る蒸発器の内部構造を示す断面図
【図６】変形例３に係る蒸発器の内部構造を示す断面図
【図７】変形例４に係る蒸発器の内部構造を示す断面図
【図８】変形例５に係る蒸発器の構成図
【図９】図８のIX-IX線に沿った断面図
【図１０】別の変形例に係る蒸発器の構成図
【図１１】第２実施形態に係るランキンサイクル装置の構成図
【図１２】第２実施形態に係るランキンサイクル装置の蒸発器の構成図
【図１３】第３実施形態に係るランキンサイクル装置の構成図
【図１４】従来のランキンサイクル装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ランキンサイクル装置の作動流体としては、炭化水素又はフッ素を含む流体（例えば、水素原子、炭素原子、及びフッ素原子が構成原子として含まれる化合物）が利用されることがある。炭化水素が高温の熱媒体と接触すると、炭化水素が発火点まで加熱されて燃焼する可能性がある。また、フッ素を含む流体が高温の熱媒体と接触すると、熱分解によってフッ酸が発生する可能性がある。炭化水素の燃焼又はフッ酸の発生は、装置（例えば、熱媒体の流路を構成する部分）を損傷させることで製品寿命を低下させる可能性がある。
【００１０】
そこで、ランキンサイクル装置の長期の製品寿命を確保するために、上記のランキンサイクル装置６００のように蒸発器を構成することが考えられる。つまり、高温の燃焼ガス、炉又は内燃機関の排出ガスなどの一次熱媒体によって温水、水蒸気、オイルなどの二次熱媒体を加熱し、この二次熱媒体とランキンサイクルの作動流体とを熱交換させるように蒸発器を構成することが考えられる。これにより、作動流体が漏洩しても、作動流体は一次熱媒体の温度よりも低温の二次熱媒体と接触するので、作動流体の燃焼又は熱分解が生じにくい。また、一次熱媒体の雰囲気で反応性及び燃焼性の低い二次熱媒体を利用することによって、二次熱媒体が漏洩した場合に、二次熱媒体の燃焼又は熱分解を防止できる。このような構成によれば、ランキンサイクル装置の長期の製品寿命を確保することができる。
【００１１】
しかしながら、上記の構成によれば、二次熱媒体の温度は一次熱媒体の温度よりも低いので、蒸発器における作動流体の加熱量が制限され、ランキンサイクルの効率が向上しにくい。蒸発器における作動流体の加熱量を増やすためには、蒸発器を大型化する必要があるので、装置の製造コストが上昇する。また、二次熱媒体を循環させるためにポンプを設ける場合には、ポンプが要する動力によってランキンサイクル装置の送電端効率が低下する。さらに、二次熱媒体の流路を形成するための配管施工、一次熱媒体と二次熱媒体との熱交換のための熱交換器の設置、ポンプの設置などによって装置の製造コストが上昇する。
【００１２】
本開示の第１態様は、
作動流体を膨張させることによって動力を取り出す膨張機と、
前記膨張機で膨張した前記作動流体を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器で凝縮した前記作動流体を加圧するポンプと、
前記ポンプで加圧した前記作動流体を熱媒体で加熱することによって蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器に前記熱媒体が供給されるように前記蒸発器が配置された熱媒体流路と、を備え、
前記蒸発器は、前記作動流体の流路を形成している内管及び前記内管の外側に設けられた外管を有し、
前記外管は、前記熱媒体によって加熱されるべき外周面と、前記内管の外周面に部分的に接続されている又は接触している内周面とを有し、
前記外管の一端が閉塞されていることによって前記外管の前記内周面と前記内管の前記外周面との間にガスが滞留できる滞留空間が形成されており、
前記外管の前記外周面は、前記熱媒体流路における前記熱媒体の流れ方向の最も上流側に位置している上流側入熱面を含み、
前記上流側入熱面での雰囲気温度よりも低温の雰囲気温度となる特定位置で前記滞留空間が前記滞留空間の外部の空間に連通している、又は、前記滞留空間の圧力に応じて前記滞留空間と前記外部の空間とを連通させる通気機構が前記特定位置で前記外管に設けられている、
ランキンサイクル装置を提供する。
【００１３】
第１態様によれば、内管が破損して作動流体が漏洩した場合、漏洩した作動流体は、滞留空間を流れて上流側入熱面での雰囲気温度よりも低温の雰囲気温度となる特定位置で滞留空間の外部に排出される。特定位置における雰囲気温度は、上流側入熱面での雰囲気温度よりも低いので、作動流体の燃焼又は熱分解が生じにくい。また、滞留空間を流れている作動流体は、内管の内部を流れている作動流体によって冷却されるので、燃焼又は熱分解しない。このため、ランキンサイクル装置の長期の製品寿命を確保することができる。また、外管は、内管の外周面に部分的に接続されている又は接触している内周面を有するので、外管の外周面と内管の内周面との間の伝熱抵抗が小さくなる。このため、蒸発器における作動流体の加熱量を増やすことができるので、ランキンサイクルの効率を向上させることができる。
【００１４】
本開示の第２態様は、第１態様に加えて、前記特定位置は、前記熱媒体流路の中の位置であって、前記上流側入熱面よりも下流側に位置している、ランキンサイクル装置を提供する。上流側入熱面において熱媒体と作動流体とが熱交換することによって、熱媒体流路を流れる熱媒体の温度は急激に低下する。このため、上流側入熱面よりも下流側では熱媒体の温度が相対的に低い。第２態様によれば、漏洩した作動流体は熱媒体の上流側入熱面よりも下流側で熱媒体と接触するので、作動流体の燃焼又は熱分解が生じにくい。このため、ランキンサイクル装置の長期の製品寿命を確保することができる。
【００１５】
本開示の第３態様は、第２態様に加えて、前記外管は、前記熱媒体の流れ方向において前記上流側入熱面から最も離れた部分を有し、前記最も離れた部分が前記特定位置にある、ランキンサイクル装置を提供する。第３態様によれば、上記の最も離れた部分において熱媒体の温度は低いので、漏洩した作動流体が熱媒体と接触しても作動流体の燃焼又は熱分解が生じにくい。このため、ランキンサイクル装置の長期の製品寿命を確保することができる。
【００１６】
本開示の第４態様は、第１態様に加えて、前記特定位置は、前記熱媒体流路の外部の位置である、ランキンサイクル装置を提供する。第４態様によれば、漏洩した作動流体は熱媒体流路の外部の低温の雰囲気に排出されるので、ランキンサイクル装置の長期の製品寿命を確保することができる。
【００１７】
本開示の５態様は、第１態様〜第４態様のいずれか１つの態様に加えて、前記外管の他端が前記特定位置にある、ランキンサイクル装置を提供する。第５態様によれば、滞留空間を滞留空間の外部の空間に連通させるための外管の加工が容易である。
【００１８】
本開示の第６態様は、第１態様〜第５態様のいずれか１つの態様に加えて、前記外管はステンレスで作られている、ランキンサイクル装置を提供する。第６態様によれば、外管が耐食性を有するので、熱媒体に含まれるＮＯX、ＳＯXなどを含む水蒸気が外管で結露することによって外管が腐食することを防止できる。
【００１９】
本開示の第７態様は、第１態様〜第６態様のいずれか１つの態様に加えて、前記内管は銅又は銅合金で作られている、ランキンサイクル装置を提供する。第７態様によれば、内管の加工が容易である。また、内管の伝熱性能が高い。
【００２０】
本開示の第８態様は、第１態様〜第７態様のいずれか１つの態様に加えて、
（i）前記内管の長手方向に延びる複数の凹部及び複数の凸部が前記内管の周方向に交互に並ぶように前記内管の前記外周面が形成されており、前記複数の凸部が前記外管の前記内周面に接している、
（ii）前記外管の長手方向に延びる複数の凹部及び複数の凸部が前記外管の周方向に交互に並ぶように前記外管の前記内周面が形成されており、前記複数の凸部が前記内管の前記外周面に接している、
（iii）前記外管又は前記内管が多角管状に形成され、前記外管の周方向に互いに離れた複数の位置で前記外管の前記内周面が前記内管の前記外周面に接している、又は
（iv）前記外管の周方向に互いに離れ、前記外管の長手方向に延び、前記外管と前記内管とを互いに接続している複数のリブを有するように前記外管と前記内管とが一体成形されていることによって、複数の前記滞留空間が形成されている、ランキンサイクル装置を提供する。
【００２１】
第８態様によれば、下記のような効果を得ることができる。上記（i）の場合、外管の外周面と内管の内周面との間の伝熱抵抗が小さいことに加え、内管の外周面を加工すればよいので、複数の滞留空間を形成するための管の加工が容易である。上記（ii）の場合、外管の外周面と内管の内周面との間の伝熱抵抗が小さい。上記（iii）の場合、外管の外周面と内管の内周面との間の伝熱抵抗が小さい。上記（iv）の場合、外管の外周面と内管の内周面との間の伝熱抵抗が小さいことに加え、外管と内管とを接触させることによる熱抵抗が生じないので、蒸発器の伝熱性能が高い。
【００２２】
本開示の第９態様は、第１態様〜第８態様のいずれか１つの態様に加えて、圧力スイッチと、制御装置と、をさらに備え、前記圧力スイッチによって前記滞留空間の圧力が閾値圧力以上に上昇したことが検出された場合に、前記制御装置は、前記熱媒体流路への前記熱媒体の供給を停止するための処理を含む所定の電気的処理を実行する、ランキンサイクル装置を提供する。第９態様によれば、作動流体が漏洩した場合に、熱媒体流路への熱媒体の供給を停止できる。
【００２３】
本開示の第１０態様は、第１態様〜第８態様のいずれか１つの態様に加えて、制御装置と、前記凝縮器における前記作動流体の凝縮温度又は前記凝縮器の出口における前記作動流体の温度を検出するための凝縮温度センサと、前記ポンプの出口における前記作動流体の温度を検出するためのポンプ温度センサと、をさらに備え、前記ポンプ温度センサによって検出された前記作動流体の温度が、前記凝縮温度センサによって検出された前記作動流体の温度よりも閾値以上大きい場合に、前記制御装置は、前記熱媒体流路への前記熱媒体の供給を停止するための処理を含む所定の電気的処理を実行する、ランキンサイクル装置を提供する。作動流体が漏洩すると、凝縮器において作動流体が過冷却状態になりにくいので、ポンプ温度センサによって検出された作動流体の温度が凝縮温度センサによって検出された前記作動流体の温度よりも閾値以上大きくなる。第１０態様によれば、凝縮温度センサ及びポンプ温度センサによって作動流体の漏洩を検出して、熱媒体流路への熱媒体の供給を停止できる。
【００２４】
本開示の第１１態様は、第１態様〜第８態様のいずれか１つの態様に加えて、制御装置と、前記膨張機の入口における前記作動流体の温度を検出するための入口温度センサと、をさらに備え、前記入口温度センサによって検出された値が周期的に変動する場合に、前記制御装置は、前記熱媒体流路への前記熱媒体の供給を停止するための処理を含む所定の電気的処理を実行する、ランキンサイクル装置を提供する。作動流体が漏洩すると、ポンプの入口の作動流体が十分な過冷却液状態にならず、ポンプに気相の作動流体が断続的に流入してポンプの送液流量が変動するので、膨張機入口における作動流体の温度が周期的に変動する。第１１態様によれば、この作動流体の温度の周期的な変動を検出した場合に、熱媒体流路への熱媒体の供給を停止できる。
【００２５】
本開示の第１２態様は、第９〜第１１態様のいずれか１つの態様に加えて、前記所定の電気的処理は、前記熱媒体流路への前記熱媒体の供給を停止するまで前記ポンプを動作させるための処理を含む、ランキンサイクル装置を提供する。第１２態様によれば、少なくとも熱媒体流路への熱媒体の供給が停止するまでは、内管の内部に作動流体を流すことによって滞留空間を流れている漏洩した作動流体を冷却することができる。
【００２６】
本開示の第１３態様は、第９態様〜第１１態様のいずれか１つの態様に加えて、前記蒸発器の入口における前記作動流体の流路に設けられた入口開閉弁と、前記蒸発器の出口における前記作動流体の流路に設けられた出口開閉弁と、前記膨張機の入口における前記作動流体の温度を検出するための入口温度センサと、前記膨張機に連結された発電機と、をさらに備え、前記制御装置は、前記所定の電気的処理に代えて、又は、前記所定の電気的処理とともに、前記ポンプを停止し、かつ前記入口開閉弁を閉じた状態で、前記発電機を電動機として駆動させることによって前記蒸発器の中の前記作動流体を前記凝縮器に強制的に送出する回収運転を実行し、前記回収運転の実行中に前記入口温度センサによって検出された前記作動流体の温度が閾値温度を超えた場合に前記出口開閉弁を閉じて前記発電機の電動機としての駆動を停止するための処理を含む回収用の電気的処理を実行する、ランキンサイクル装置を提供する。第１３態様によれば、作動流体の漏洩を早期に止めることができる。
【００２７】
本開示の第１４態様は、第９態様〜第１１態様のいずれか１つの態様に加えて、警報装置をさらに備え、前記所定の電気的処理は、警報を発するように前記警報装置を制御するための処理を含む、ランキンサイクル装置を提供する。第１４態様によれば、ユーザーが作動流体の漏洩に気づきやすく、製品寿命を維持するためのメンテナンスに必要な対策を早期に行うことができる。
【００２８】
本開示の第１５態様は、第１態様〜第１４態様のいずれか１つの態様に加えて、前記ランキンサイクル装置を起動しているときに、前記熱媒体が発生する前に前記熱媒体流路に外気を供給するファンを動作させる、ランキンサイクル装置を提供する。第１５態様によれば、ランキンサイクル装置の停止中に作動流体が漏洩して作動流体が熱媒体流路に存在している場合に、熱媒体流路に熱媒体が供給される前に熱媒体流路に存在している作動流体を熱媒体流路から排出できる。
【００２９】
本開示の第１６態様は、第１態様〜第１５態様のいずれか１つの態様に加えて、前記ランキンサイクル装置を起動しているときに、前記熱媒体が発生する前に前記ポンプを動作させる、ランキンサイクル装置を提供する。第１６態様によれば、ランキンサイクル装置の停止中に作動流体が漏洩している場合に、熱媒体流路へ熱媒体が供給されてすぐに漏洩した作動流体を内管の内部を流れている作動流体によって冷却できる。
【００３０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【００３１】
＜第１実施形態＞
図１に示すように、ランキンサイクル装置１００は、膨張機１、再熱器２、凝縮器３、ポンプ４、及び蒸発器５ａを有する。これらが配管によって接続されていることによって、ランキンサイクル装置１００の作動流体の流路が構成されている。ランキンサイクル装置１００は、作動流体の流路として、主回路１１及びバイパス回路１２を有する。主回路１１は、膨張機１、再熱器２（低圧側）、凝縮器３、ポンプ４、再熱器２（高圧側）、及び蒸発器５ａをこの順番で配管を用いて環状に接続することによって構成されている。バイパス回路１２は、蒸発器５ａと膨張機１との間で主回路１１から分岐し、膨張機１と再熱器２（低圧側）との間で主回路１１に合流している。バイパス回路１２には、膨張弁７が設けられている。膨張弁７は、例えば電動膨張弁である。また、主回路１１とバイパス回路１２との分岐位置よりも膨張機１の入口の近くにおいて、主回路１１には開閉弁６が設けられている。開閉弁６は、例えば電磁開閉弁である。
【００３２】
膨張機１は、作動流体を膨張させることによって動力を取り出す。この取り出した動力によって膨張機１に連結された発電機（図示省略）を駆動することによって、発電が行われる。凝縮器３は、膨張機１で膨張した作動流体を凝縮させる。ポンプ４は、凝縮器３で凝縮した作動流体を加圧して蒸発器５ａへ供給する。ポンプ４の働きによって作動流体が主回路１１又はバイパス回路１２を循環する。蒸発器５ａは、ポンプ４で加圧した作動流体を熱媒体で加熱することによって蒸発させる。ランキンサイクル装置１００は、蒸発器５ａに熱媒体が供給されるように蒸発器５ａが配置された熱媒体流路９を有している。
【００３３】
再熱器２は、低圧側熱交換部２ａと高圧側熱交換部２ｂとを有する。低圧側熱交換部２ａは、主回路１１の膨張機１と凝縮器３との間の位置に設けられている。さらに、低圧側熱交換部２ａは、主回路１１とバイパス回路１２との合流位置よりも下流側に設けられている。高圧側熱交換部２ｂは、主回路１１のポンプ４と蒸発器５ａとの間の位置に設けられている。再熱器２において、低圧側熱交換部２ａを流れている作動流体によって高圧側熱交換部２ｂを流れている作動流体が加熱される。これにより、蒸発器５ａに供給される作動流体を予熱できる。
【００３４】
凝縮器３は、被冷却部３ａと冷却部３ｂとを有している。被冷却部３ａを作動流体が流れている。また、冷却部３ｂには、作動流体を冷却するための冷却熱媒体が流れている。冷却熱媒体は例えば水である。本実施形態では、冷却部３ｂ、放熱器３１又は給湯加熱器３３、及びポンプ３５が配管によって環状に接続されていることによって、温水回路３４が構成されている。給湯加熱器３３は、給湯タンク３２の内部に配置されている。本実施形態では、放熱器３１と給湯加熱器３３とは温水回路３４において並列に設けられている。放熱器３１と給湯加熱器３３とは温水回路３４において直列に設けられていてもよい。冷却部３ｂを流れる冷却熱媒体は、被冷却部３ａを流れる作動流体と熱交換することによって加熱される。一方、被冷却部３ａを流れている作動流体は冷却部３ｂを流れている冷却熱媒体によって冷却されて凝縮する。加熱された冷却熱媒体の熱が放熱器３１又は給湯加熱器３３において放熱されることによって、冷却熱媒体の温度は低下する。この温度が低下した冷却熱媒体がポンプ３５によって再び冷却部３ｂに送られる。
【００３５】
熱媒体流路９には、所定の熱源から熱媒体が供給される。本実施形態においては、燃焼器２３ａを有するボイラー２１の内部に熱媒体流路９が形成されている。ボイラー２１は、燃焼器２３ａに空気を供給するためのファン１７を有している。ファン１７は、ファン１７と熱媒体流路９との間に燃焼器２３ａが位置するように設けられている。燃焼器２３ａで燃料が燃焼することによって、熱媒体としての燃焼ガスが発生する。この燃焼ガスが熱媒体流路９を通って蒸発器５ａに供給される。燃焼ガスは、蒸発器５ａの周囲を流れた後ボイラー２１の排気ダクトからボイラー２１の外部へ排出される。
【００３６】
ランキンサイクル装置１００は、さらに、制御装置１０ａ、凝縮温度センサ８ａ及びポンプ温度センサ８ｂを有している。凝縮温度センサ８ａは、凝縮器３における作動流体の凝縮温度又は凝縮器３の出口における作動流体の温度を検出するためのセンサである。ポンプ温度センサ８ｂは、ポンプ４の出口における作動流体の温度を検出するためのセンサである。制御装置１０ａは、ランキンサイクル装置１００及びボイラー２１に所定の動作をさせるために各種の電気的処理を実行する。
【００３７】
図２に示すように、蒸発器５ａは、内管５１及び外管５３を有している。外管５３は、内管５１の外側に設けられている。すなわち、蒸発器５ａは、内管５１と外管５３との二重管構造を有している。図３に示すように、内管５１は作動流体の流路５５を形成している。蒸発器５ａは、熱媒体流路９における熱媒体の流れ方向に互いに離れた複数の位置で熱媒体流路９における熱媒体の流れ方向と交差するように、外管５３の一端５３ａから外管５３の他端５３ｂへ向かって延びている。すなわち、蒸発器５ａは、熱媒体流路９の上流側から熱媒体流路９の下流側に向かって蛇行しながら延びている。蒸発器５ａは、例えば、フィンチューブ熱交換器である。
【００３８】
外管５３は、熱媒体によって加熱されるべき外周面５３ｓと、内周面５３ｉとを有している。外管５３の内周面５３ｉは、内管５１の外周面５１ｓと部分的に接触している。また、外管５３の一端５３ａは閉塞されている。これによって、外管５３の内周面５３ｉと内管５１の外周面５１ｓとの間にガスが滞留できる滞留空間５７が形成されている。図２に示すように、外管５３の外周面５３ｓは、熱媒体流路９における熱媒体の流れ方向の最も上流側に位置している上流側入熱面５３ｃを含んでいる。滞留空間５７は、上流側入熱面５３ｃでの雰囲気温度よりも低温の雰囲気温度となる特定位置Ｐ１で滞留空間５７の外部の空間に連通している。言い換えると、外管５３は、特定位置Ｐ１に開口Ｈを有している。本実施形態では、特定位置Ｐ１は、熱媒体流路９の中の位置であって、上流側入熱面５３ｃよりも下流側に位置している。このため、外管５３は、熱媒体流路９の上流側入熱面５３ｃよりも下流側に開口Ｈを有している。
【００３９】
本実施形態において、外管５３は、熱媒体流路９における熱媒体の流れ方向において上流側入熱面５３ｃから最も離れた部分を有している。本実施形態では、この最も離れた部分が特定位置Ｐ１にある。このため、外管５３は、最も離れた部分に開口Ｈを有している。さらに、本実施形態では、外管５３の他端５３ｂが特定位置Ｐ１にある。このため、外管５３は、他端５３ｂにおいて開口Ｈを有している。
【００４０】
外管５３の内周面５３ｉと内管５１の外周面５１ｓとの間に複数の滞留空間５７が形成されている。具体的に、図３に示すように、内管５１の外周面５１ｓは、内管５１の長手方向に延びる複数の凹部５１ｒ及び複数の凸部５１ｐが内管５１の周方向に交互に並ぶように形成されている。複数の凸部５１ｐが外管５３の内周面５３ｉに接していることによって複数の滞留空間５７が形成されている。
【００４１】
熱媒体は、ＮＯX又はＳＯXを含んでいることがある。ＮＯX又はＳＯXを取込んだ水蒸気が外管５３に結露した場合、外管５３が腐食してしまう可能性がある。このため、外管５３は、耐食性を有する材料で作られていることが望ましい。本実施形態では、外管５３は、例えばステンレスで作られている。
【００４２】
熱媒体の熱は、内管５１を介して作動流体に伝わるので、内管５１は、伝熱特性が良好な材料で作られていることが望ましい。本実施形態では、内管５１は、例えば銅又は銅合金で作られている。また、内管５１が、銅又は銅合金で作られていると、内管５１の加工が容易である。
【００４３】
ランキンサイクル装置１００に利用される作動流体は、特に制限されないが、例えば、有機作動流体を好適に使用できる。有機作動流体として、ハロゲン化炭化水素、炭化水素、アルコールなどが挙げられる。ハロゲン化炭化水素として、Ｒ−１２３、Ｒ−２４５ｆａなどが挙げられる。炭化水素として、プロパン、ブタン、ペンタン、イソペンタンなどのアルカンが挙げられる。アルコールとして、エタノールなどが挙げられる。これらの有機作動流体は、単独で使用してもよいし、２種類以上の混合物を使用してもよい。
【００４４】
次に、ランキンサイクル装置１００の動作について説明する。まず、ポンプ３５を始動させて被冷却部３ａにおける作動流体と冷却部３ｂにおける冷却熱媒体とを熱交換させる。このようにして、作動流体の冷却を開始する。また、熱媒体が発生する前にファン１７を動作させて、熱媒体流路９に外気を供給する。次に、開閉弁６を閉じ膨張弁７の開度を大きく設定した状態でポンプ４を動作させて作動流体を循環させる。熱媒体が発生する前にポンプ４を動作させる。
【００４５】
ポンプ４の動作の開始後に、ボイラー２１の燃焼器２３ａに燃料を供給し、ファン１７が供給する空気と反応させて燃料を燃焼させる。これにより、燃料の燃焼ガスである熱媒体が発生する。熱媒体は熱媒体流路９を流れて蒸発器５ａに供給される。蒸発器５ａに供給された熱媒体は蒸発器５ａを流れている作動流体と熱交換して、液相の作動流体を蒸発させる。作動流体は、外管５３の一端５３ａから外管５３の他端５３ｂに向かって流れている。外管５３の外周面５３ｓを通過する熱媒体及び内管５１の内部を通過する作動流体によって、外管５３の外周面５３ｓと内管５１の内周面５１ｉとの間に温度勾配が生じる。これにより、高温の熱媒体が有する熱が低温の作動流体に向かって移動する。外管５３の内周面５３ｉは、内管５１の外周面５１ｓに部分的に接触しているので、滞留空間５７に滞留しているガスよりも熱抵抗の小さい内管５１の凸部５１ｐを介して熱媒体の有する熱が作動流体に伝わる。このとき、内管５１の内側を流れる作動流体と内管５１の内周面５１ｉとの間の伝熱における熱伝達率は、外管５３の外側を流れる熱媒体と外管５３の外周面５３ｓとの間の伝熱における熱伝達率よりもかなり高い。また、外管５３の外周面５３ｓから内管５１の内周面５１ｉまでの熱伝導率が非常に高い。このため、外管５３の外周面５３ｓから内管５１の内周面５１ｉまでの温度勾配は比較的小さく、内管５１及び外管５３の大部分の温度は、作動流体の温度に近い。よって、滞留空間５７は、内管５１の中を流れる作動流体の温度に近い低い温度に保たれる。
【００４６】
熱媒体は、まず、上流側入熱面５３ｃにおいて作動流体と熱交換する。上流側入熱面５３ｃにおいて、多くの熱が熱媒体から奪われる。このため、熱媒体流路９の上流側入熱面５３ｃよりも下流側を流れている熱媒体の温度は、上流側入熱面５３ｃよりも上流側を流れている熱媒体の温度と比べて大きく低下している。熱媒体は、上流側入熱面５３ｃを通過した後も蒸発器５ａと接触して熱を奪われ続けるので、熱媒体流路９の下流へ向かうほど、熱媒体の温度が低下している。熱媒体は、蒸発器５ａを通過した後、ボイラー２１の上部の排気ダクトから外部に排出される。
【００４７】
蒸発器５ａにおいて、作動流体は蒸発して過熱蒸気となる。過熱蒸気である作動流体は、バイパス回路１２を流れて凝縮器３に達する。凝縮器３において、温水回路３４の冷却熱媒体で冷却されることによって過熱蒸気である作動流体は凝縮し液相状態となる。液相状態の作動流体はポンプ４に戻る。このようにして、作動流体が主回路１１又はバイパス回路１２を循環する。再熱器２では、低圧側熱交換部２ａを流れている高温の作動流体と、高圧側熱交換部２ｂを流れている低温の作動流体とが熱交換し、低圧側熱交換部２ａを流れている作動流体は冷却され、高圧側熱交換部２ｂを流れている作動流体は加熱される。
【００４８】
次に、蒸発器５ａの出口で作動流体が十分な過熱度を示すようになったら、膨張弁７の開度を小さくし、開閉弁６を開く。これによって、過熱蒸気が膨張機１へ供給され、作動流体の圧力エネルギーが膨張機１で回転動力に変換され、動力が取り出される。取り出された動力によって発電機（図示省略）を駆動させて電力を得ることができる。また、この動力を機械動力として利用することもできる。
【００４９】
凝縮器３において、冷却熱媒体は作動流体によって加熱される。凝縮器３において加熱された冷却熱媒体を放熱器３１又は給湯加熱器３３に供給することによって、暖房又は給湯加熱を行うことができる。
【００５０】
次に、内管５１が破損し、内管５１の内部を流れている作動流体が漏洩した場合のランキンサイクル装置１００の動作について説明する。内管５１から作動流体が漏洩した場合、作動流体は、滞留空間５７に流出する。滞留空間５７に流出した作動流体は、滞留空間５７が滞留空間５７の外部の空間に連通している特定位置Ｐ１に向かって流れる。特定位置Ｐ１に到達した作動流体は、滞留空間５７の外部の空間に流出する。ここで、特定位置Ｐ１における雰囲気温度は、上流側入熱面５３ｃでの雰囲気温度よりも低温であるので、特定位置Ｐ１で、作動流体が滞留空間５７の外部の空間に流出しても、作動流体は燃焼又は熱分解しにくい。燃焼器２３ａで生成された燃焼ガスの温度は、例えば、７００〜１５００℃である。熱媒体流路９における蒸発器５ａの最も下流側の列に達するころ、燃焼ガスの温度は、例えば、５０〜２５０℃まで低下する。滞留空間５７の外部の空間に流出した作動流体は、熱媒体の流れとともに、ボイラー２１の排気ダクトから排出される。このため、ランキンサイクル装置１００の長期の製品寿命を確保できる。
【００５１】
作動流体が滞留空間５７に漏洩した場合、ランキンサイクル装置１００の主回路１１を流れる作動流体の量が減少するので、凝縮器３の出口側に保持されている液相の作動流体の量が減少する。そのため、凝縮器３からポンプ４へ供給される作動流体の過冷却度が減少し、気液二相状態の作動流体がポンプ４へ供給される。この場合、ポンプ４で気相の作動流体が昇圧されることで、作動流体の温度が上昇する。その結果、凝縮温度センサ８ａによって検出された作動流体の温度とポンプ温度センサ８ｂによって検出された作動流体の温度との間に比較的大きい差が生じる。換言すると、ポンプ温度センサ８ｂによって検出された作動流体の温度Ｔ１が、凝縮温度センサ８ａによって検出された作動流体の温度Ｔ２よりも閾値以上大きい場合に、作動流体が漏洩している可能性がある。例えば、温度Ｔ１から温度Ｔ２を引くことによって得られる温度差（Ｔ１−Ｔ２）が１０℃以上になった場合、作動流体が漏洩している可能性がある。
【００５２】
制御装置１０ａには、凝縮温度センサ８ａの測定値及びポンプ温度センサ８ｂの測定値が入力されている。ポンプ温度センサ８ｂによって検出された作動流体の温度が、凝縮温度センサ８ａによって検出された作動流体の温度よりも閾値以上大きい場合に、制御装置１０ａは、熱媒体流路９への熱媒体の供給を停止するための処理を含む所定の電気的処理を実行する。具体的には、制御装置１０ａは、燃焼器２３ａに燃料の供給を停止するための処理を実行する。そのような処理としては、燃料ポンプ（図示省略）を停止すること、燃料供給ライン（図示省略）に設けられた弁を閉じることなどが挙げられる。これにより、作動流体が漏洩した場合に熱媒体流路９への熱媒体の供給が停止されるので、蒸発器５ａの周辺の雰囲気温度が急激に低下する。この場合に、ファン１７の動作を継続すれば、熱媒体流路９に低温の空気を供給できるので、蒸発器５ａの周辺の雰囲気温度をより低下させることができる。これにより、漏洩した作動流体の燃焼又は熱分解が抑制されるので、ランキンサイクル装置１００の長期の製品寿命が確保される。
【００５３】
蒸発器５ａにおける作動流体の温度が十分に低下するまでポンプ４を動作させる。具体的に、上記の所定の電気的処理は、熱媒体流路９への熱媒体の供給を停止するまで前記ポンプ４を動作させるための処理を含んでいる。このため、少なくとも熱媒体流路９への熱媒体の供給を停止するまでは、内管５１の内部に作動流体を流すことによって滞留空間５７を流れている漏洩した作動流体を冷却できる。
【００５４】
図１に示すように、ランキンサイクル装置１００は、警報装置４０を備えている。制御装置１０ａによって実行されるべき所定の電気的処理は、警報を発するように警報装置４０を制御するための処理を含んでいてもよい。これにより、作動流体が漏洩している場合に、警報装置４０が警報を発する。警報装置４０は、例えば、警告音を発するスピーカー又は点灯により警報を発する警報ランプである。また、警報装置４０は、有線又は無線を用いた通信によって所定の通信先に警報情報を通知するように構成されていてもよい。この他、警報装置４０は、人に知覚可能な警報を発するものであればよい。制御装置１０ａによって実行されるべき所定の電気的処理は、ファン１７の動作を継続させるための処理を含んでいてもよい。例えば、復旧作業によって作動流体の漏洩が停止するまで、熱媒体流路９への熱媒体の供給が停止され、ファン１７は連続的に作動する。
【００５５】
ランキンサイクル装置１００の停止中に作動流体が漏洩して熱媒体流路９に作動流体が存在している可能性がある。上記の通り、ランキンサイクル装置１００を起動しているときに、熱媒体が発生する前にファン１７を動作させている。ファン１７は、ファン１７と熱媒体流路９との間に燃焼器２３ａが位置するように設けられている。このため、ファン１７によって熱媒体流路９に供給された外気とともに熱媒体流路９に存在している漏洩した作動流体は熱媒体流路９の下流側に流れていく。さらに、漏洩した作動流体は、熱媒体流路９の下流側に位置するボイラー２１の排気ダクトからボイラー２１の外部に排出される。これにより、熱媒体流路９に熱媒体が供給される前に漏洩した作動流体を熱媒体流路９から排出できる。
【００５６】
第１実施形態は様々な観点から変形が可能である。以下に、本実施形態のいくつかの変形例を説明する。第１実施形態の構成と同一又対応する変形例の構成には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５７】
（変形例１）
図４に変形例１に係る蒸発器５ｂを示す。蒸発器５ｂは、外管５３の内周面５３ｉに複数の凹部５３ｒ及び複数の凸部５３ｐが形成されている点で第１実施形態の蒸発器５ａと異なる。具体的に、外管５３の長手方向に延びる複数の凹部５３ｒ及び複数の凸部５３ｐが外管５３の周方向に交互に並ぶように外管５３の内周面５３ｉが形成されている。また、その複数の凸部５３ｐが内管５１の外周面５１ｓに接していることによって、複数の滞留空間５７が形成されている。
【００５８】
（変形例２及び変形例３）
図５に示すように、変形例２に係る蒸発器５ｃでは、外管５３は三角管状に形成されており、内管５１は円管である。外管５３の周方向に互いに離れた複数（３つ）の位置で外管５３の内周面５３ｉが内管５１の外周面５１ｓに接している。図６に示すように、変形例３に係る蒸発器５ｄでは、外管５３が六角管状に形成されている。また、外管５３の周方向に互いに離れた複数（６つ）の位置で外管５３の内周面５３ｉが内管５１の外周面５１ｓに接している。このようにして、複数の滞留空間５７が形成されている。外管５３の周方向に互いに離れた複数の位置で外管５３の内周面５３ｉと内管５１の外周面５１ｓが接していることによって複数の滞留空間５７が形成されるのであれば、外管５３は、三角管状又は六角管状以外の多角管状に形成されていてもよい。また、内管５１が多角管状に形成されていてもよい。すなわち、外管５３又は内管５１が多角管状に形成され、外管５３の周方向に互いに離れた複数の位置で外管５３の内周面５３ｉが内管５１の外周面５１ｓに接していることによって複数の滞留空間５７が形成されていてもよい。ただし、内管５１が作動流体の流路５５を形成していることを考慮すると、内管５１は円管であることが望ましい。
【００５９】
（変形例４）
図７に示すように、変形例４に係る蒸発器５ｅは、外管５３及び内管５１が一体的に成形されている。すなわち、外管５３は、内管５１の外周面５１ｓに部分的に接続されている内周面５３ｉを有している。具体的に、外管５３の周方向に互いに離れ、外管５３の長手方向に延び、外管５３と内管５１とを互いに接続している複数のリブ５０ｒを有するように外管５３と内管５１とが一体成形されている。これにより、複数の滞留空間５７が形成されている。変形例４によれば、外管５３と内管５１とを接触させることによる熱抵抗が生じないので、蒸発器５ｅの伝熱特性が高い。変形例４に係る蒸発管５ｅは、例えば、押出成形又は引抜成形によって作製できる。
【００６０】
（変形例５）
図８に示すように、変形例５に係る蒸発器５ｆは、燃焼器２３ｂを取り囲むように巻かれたコイル状に形成されている。図９に示すように、燃焼器２３ｂは、周方向及び軸方向に沿って多数の貫通孔２３ｈが形成された円筒状の構造体を備えている。円筒状の構造体の内部で燃料を燃焼させると、貫通孔２３ｈを通じて熱媒体としての燃焼ガスが燃焼器２３ｂの半径方向に吹き出す。これにより、熱媒体が蒸発器５ｆに供給される。このような構造の燃焼器２３ｂを有するボイラーは、主に欧州で普及しており、例えば、独国のVIESSMANN社から提供されている。
【００６１】
蒸発器５ｆは、燃焼器２３ｂから少し離れた位置で燃焼器２３ｂを包囲している。蒸発器５ｆは、燃焼器２３ｂの半径方向に熱媒体を通過させるための隙間５０ｓが形成されるように所定ピッチの螺旋状の構造を有している。蒸発器５ｆと燃焼器２３ｂとの間の空間及び隙間５０ｓによって、熱媒体流路９が形成されている。外管５３及び内管５１は、角管状に形成されている。内管５１は、外周面５１ｓに凸部を有しており、この凸部が外管５３の内周面５３ｉと接していることによって滞留空間５７が形成されている。熱媒体は、燃焼器２３ｂの半径方向に熱媒体流路９を流れるので、外管５３の外周面５３ｓのうち燃焼器２３ｂと対向する面が熱媒体流路９における熱媒体の流れ方向の最も上流側に位置している。すなわち、外管５３の外周面のうち燃焼器２３ｂと対向する面が、上流側入熱面５３ｃである。
【００６２】
熱媒体５は、まず、上流側入熱面５３ｃにおいて作動流体と熱交換する。上流側入熱面５３ｃにおいては、多くの熱が熱媒体から奪われる。このため、熱媒体流路９の上流側入熱面５３ｃよりも下流側を流れている熱媒体の温度は、上流側入熱面５３ｃよりも上流側を流れている熱媒体の温度と比べて大きく低下している。つまり、上流側入熱面５３ｃよりも燃焼器２３ｂの半径方向の外側での雰囲気温度は、上流側入熱面５３での雰囲気温度よりも低い。すなわち、上流側入熱面５３ｃよりも燃焼器２３ｂの半径方向の外側の任意の位置が特定位置Ｐ１に相当する。本変形例では、外管５３の外周面５３ｓのうち入熱側入熱面５３ｃと反対側の面に開口Ｈが形成されている。これにより、特定位置Ｐ１で滞留空間５７が滞留空間５７の外部の空間に連通している。
【００６３】
（その他の変形例）
図１０に示すように、特定位置Ｐ１は、熱媒体流路９の外部の位置であってもよい。すなわち、外管５３は、熱媒体流路９の外部の位置に開口Ｈを有していてもよい。この場合、外管５３は、ボイラー２１の壁を貫通してボイラー２１の外部の空間まで延びている。
【００６４】
蒸発器５ａに供給される熱媒体は、炉又は内燃機関の排出ガスであってもよい。また、地熱又は太陽熱によって温められたガスであってもよい。必要に応じて、バイパス回路１２、再熱器２などは省略されてもよい。
【００６５】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るランキンサイクル装置２００について説明する。なお、特に説明する場合を除き、第２実施形態は、第１実施形態と同様に構成される。第１実施形態の構成要素と同一又は対応する第２実施形態の構成要素には、第１実施形態と同一の符号を付し、詳細な説明を省略することがある。すなわち、第１実施形態及び第１実施形態の変形例に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、本実施形態にも適用される。
【００６６】
図１１に示すように、ランキンサイクル装置２００は、凝縮温度センサ８ａ及びポンプ温度センサ８ｂに代えて、入口温度センサ８ｃを有している。入口温度センサ８ｃは、膨張機１の入口における作動流体の温度を検出するためのセンサである。入口温度センサ８ｃの測定値は、制御装置１０ｂに入力されている。蒸発器５で作動流体が漏洩する場合、ポンプ４の入口における作動流体の過冷却度が低下してポンプ４の入口における作動流体が気液二相状態となる。この場合、ポンプ４の送液量が変動するので、入口温度センサ８ｃの測定値は周期的に変動する。このため、入口温度センサ８ｃの測定値が周期的に変動する場合に、作動流体が漏洩している可能性がある。
【００６７】
入口温度センサ８ｃによって検出された値が周期的に変動する場合に、制御装置１０ｂは、所定の電気的処理を実行する。この所定の電気的処理は、第１実施形態と同様に、熱媒体流路９への熱媒体の供給を停止するための処理を含んでいる。この所定の電気的処理は、熱媒体流路９への熱媒体の供給を停止するまでポンプ４を動作させるための処理又は警報を発するように警報装置４０を制御するための処理を含んでいてもよい。
【００６８】
図１２に示すように、ランキンサイクル装置２００の蒸発器５ｇは、通気機構５８を有している。通気機構５８は、特定位置Ｐ１で外管５３に設けられている。通気機構５８は、滞留空間５７の圧力に応じて滞留空間５７と外部の空間とを連通させる。すなわち、蒸発器５ｇは、特定位置Ｐ１で開口Ｈが形成されていることに代えて、特定位置Ｐ１で通気機構が設けられている点で、第１実施形態の蒸発器５ａと異なる。
【００６９】
通気機構５８は、例えば、滞留空間５７を滞留空間の外部に連通させるリリーフ弁５８である。リリーフ弁５８は、特定位置Ｐ１である外管５３の他端５３ｂに設けられている。リリーフ弁５８が閉じている場合、滞留空間５７は滞留空間５７の外部の空間とは連通していない。この場合、滞留空間５７は密閉された空間である。内管５１の内部から作動流体が漏洩した場合、滞留空間５７に作動流体が流出するので、滞留空間５７の圧力が上昇する。滞留空間５７の圧力が閾値圧力以上に上昇した場合に、リリーフ弁５８が開く。リリーフ弁５８が開くと、滞留空間５７が滞留空間５７の外部の空間と連通する。これにより、漏洩した作動流体が滞留空間５７の外部の空間に排出される。所定量の作動流体が滞留空間５７から排出されて滞留空間５７の圧力が閾値圧力未満に低下した場合、リリーフ弁５８は再び閉じた状態になる。
【００７０】
ランキンサイクル装置２００は、圧力スイッチ５９と、制御装置１０ｂとを有している。圧力スイッチ５９は、滞留空間５７の圧力が閾値圧力未満である場合にオフ状態である。圧力スイッチ５９は、滞留空間５７の圧力が閾値圧力以上に上昇した場合にオン状態となる。圧力スイッチ５９のオン／オフ状態に関する情報は、制御装置１０ｂに入力されている。なお、ランキンサイクル装置２００は、圧力スイッチ５９に代えて、圧力センサと制御装置とを組み合わせることによって、圧力スイッチ５９と同様に回路のオン／オフ状態が切り替え可能であるように構成してもよい。
【００７１】
圧力スイッチ５９によって滞留空間５７の圧力が閾値圧力以上に上昇したことが検出された場合に、制御装置１０ｂは、所定の電気的処理を実行する。所定の電気的処理は、第１実施形態と同様に、熱媒体流路９への熱媒体の供給を停止するための処理を含んでいる。所定の電気的処理は、熱媒体流路９への熱媒体の供給を停止するまでポンプ４を動作させるための処理又は警報を発するように警報装置４０を制御するための処理を含んでいてもよい。
【００７２】
＜第３実施形態＞
次に、本開示の第３実施形態に係るランキンサイクル装置３００について説明する。なお、特に説明する場合を除き、第３実施形態は、第２実施形態と同様に構成される。第３実施形態と第２実施形態の構成要素と同一又は対応する第３実施形態の構成要素には、第２実施形態と同一の符号を付し、詳細な説明を省略することがある。すなわち、第２実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、本実施形態にも適用される。
【００７３】
図１３に示すように、ランキンサイクル装置３００は、入口開閉弁１３と、出口開閉弁１４と、入口温度センサ８ｃと、発電機１５とを有している、入口開閉弁１３は、例えば電磁弁であり、蒸発器５ｇの入口における作動流体の流路に設けられている。出口開閉弁１４は、例えば電磁弁であり、蒸発器５ｇの出口における作動流体の流路に設けられている。入口温度センサ８ｃは、膨張機１の入口における作動流体の温度を検出するための温度センサである。入口温度センサ８ｃの測定値は、制御装置１０ｃに入力されている。発電機１５は、膨張機１に連結されている。入口温度センサ８ｃによって検出された値が周期的に変動する場合に、制御装置１０ｃは、制御装置１０ｂが実行する所定の電気的処理に代えて、又は、所定の電気的処理とともに、蒸発器５ｇから作動流体を回収するための電気的処理を実行する。蒸発器５ｇから作動流体を回収するための電気的処理を回収用の電気的処理と呼ぶ。
【００７４】
制御装置１０ｃが回収用の電気的処理を実行すると、ランキンサイクル装置３００において回収運転が実行される。この回収運転は、ポンプ４を停止し、かつ入口開閉弁１４を閉じた状態で、発電機１５を電動機として駆動させることによって蒸発器５ｇの作動流体を凝縮器３に強制的に送出する運転である。さらに、回収運転の実行中に入口温度センサ８ｃによって検出された作動流体の温度が閾値温度を超えた場合に出口開閉弁１４を閉じて発電機の電動機としての駆動を停止する。すなわち、制御装置１０ｃが実行するべき回収用の電気的処理は、出口開閉弁１４を閉じて発電機１５の電動機としての駆動を停止するための処理を含んでいる。そのような処理は、回収運転の実行中に入口温度センサ８ｃによって検出された作動流体の温度が閾値温度を超えた場合に実行される。これにより、作動流体の漏洩を止めることができる。特に、熱媒体流路９への熱媒体の供給を停止できない場合でも、作動流体の漏洩を止めることができる。
【００７５】
制御装置１０ｃには、第２実施形態の制御装置１０ｂのように、圧力スイッチ５９のオン／オフ状態に関する情報が、入力されていてもよい。圧力スイッチ５９によって滞留空間５７の圧力が閾値圧力以上に上昇したことが検出された場合に、制御装置１０ｃが、所定の電気的処理に代えて、又は、所定の電気的処理とともに、回収用の電気的処理を実行してもよい。
【００７６】
制御装置１０ｃには、第１実施形態の制御装置１０ａのように、凝縮温度センサ８ａの測定値及びポンプ温度センサ８ｂの測定値が入力されてもよい。ポンプ温度センサ８ｂによって検出された作動流体の温度が、凝縮温度センサ８ａによって検出された作動流体の温度よりも閾値以上大きい場合に、制御装置１０ｃが、所定の電気的処理に代えて、又は、所定の電気的処理とともに、回収用の電気的処理を実行してもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１                  膨張機
３                  凝縮器
４                  ポンプ
５ａ〜５ｇ          蒸発器
８ａ                凝縮温度センサ
８ｂ                ポンプ温度センサ
８ｃ                入口温度センサ
９                  熱媒体流路
１０ａ〜１０ｃ      制御装置
１３                入口開閉弁
１４                出口開閉弁
１５                発電機
１７                ファン
４０                警報装置
５０ｒ              リブ
５１                内管
５１ｉ              内管の内周面
５１ｓ              内管の外周面
５１ｐ              凸部
５１ｒ              凹部
５３                外管
５３ａ              外管の一端
５３ｂ              外管の他端
５３ｃ              上流側入熱面
５３ｉ              外管の内周面
５３ｓ              外管の外周面
５３ｐ              凸部
５３ｒ              凹部
５５                作動流体の流路
５７                滞留空間
５８                通気機構（リリーフ弁）
５９                圧力スイッチ
Ｐ１                特定位置
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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