(57)【要約】【課題】高い熱交換効率を達成しつつ、蒸発器における作動流体の過剰な温度上昇を防止するための技術を提供する。【解決手段】ランキンサイクル装置（１００）の蒸発器（１２）は、熱交換部（３０）及び切替部（４０）を有する。熱交換部（３０）は、上段流路（３１）、中段流路（３３）及び下段流路（３５）を含み、上段流路（３１）、中段流路（３３）及び下段流路（３５）は、熱流体（Ｇ）の流れ方向における上流側から下流側に向かってこの順番で配置されており、第１接続状態において、切替部（４０）は、下段流路（３５）、中段流路（３３）及び上段流路（３５）の順番に作動流体が流れるように複数の流路を互いに接続し、第２接続状態において、切替部（４０）は、下段流路（３５）、上段流路（３１）及び中段流路（３３）の順番に作動流体が流れるように複数の流路を互いに接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ、蒸発器、膨張機及び凝縮器を有し、これらの機器がこの順番で環状に接続されており、作動流体としての有機媒体が循環するランキンサイクル回路を備え、
前記蒸発器は、前記作動流体と熱交換するべき熱流体の流路上に配置された熱交換部と、前記熱流体の前記流路の外部に配置された切替部とを有し、
前記熱交換部は、前記作動流体が流れる複数の流路を含み、
前記複数の流路は、上段流路、中段流路及び下段流路を含み、
前記上段流路、前記中段流路及び前記下段流路は、前記熱流体の流れ方向における上流側から下流側に向かってこの順番で配置されており、
前記切替部は、第１接続状態と第２接続状態との間で前記複数の流路の接続状態の切り替えを行い、
前記第１接続状態において、前記切替部は、前記下段流路、前記中段流路及び前記上段流路の順番に前記作動流体が流れるように前記複数の流路を互いに接続し、
前記第２接続状態において、前記切替部は、前記下段流路、前記上段流路及び前記中段流路の順番に前記作動流体が流れるように前記複数の流路を互いに接続する、ランキンサイクル装置。
【請求項２】
前記蒸発器に流入する前に前記熱流体の温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記温度センサによって検出された温度が閾値温度よりも低い場合、前記複数の流路が前記第１接続状態を示し、
前記温度センサによって検出された温度が前記閾値温度以上である場合、前記複数の流路が前記第２接続状態を示す、請求項１に記載のランキンサイクル装置。
【請求項３】
前記切替部は、
前記下段流路と前記中段流路とを接続する第１連絡路と、
前記第１連絡路に配置された第１開閉弁と、
前記下段流路と前記上段流路とを接続する第２連絡路と、
前記第２連絡路に配置された第２開閉弁と、
前記中段流路と前記蒸発器における前記作動流体の出口とを接続する第３連絡路と、
前記第３連絡路に配置された第３開閉弁と、
前記上段流路と前記出口とを接続する第４連絡路と、
前記第４連絡路に配置された第４開閉弁と、
を有する、請求項１又は２に記載のランキンサイクル装置。
【請求項４】
前記第１接続状態において、前記切替部は、前記第１開閉弁及び前記第４開閉弁を開くとともに前記第２開閉弁及び前記第３開閉弁を閉じ、
前記第２接続状態において、前記切替部は、前記第１開閉弁及び前記第４開閉弁を閉じるとともに前記第２開閉弁及び前記第３開閉弁を開く、請求項３に記載のランキンサイクル装置。
【請求項５】
前記上段流路は、互いに直列に接続された第１部分及び第２部分を含み、
前記熱流体の前記流れ方向において、前記第１部分は、前記第２部分よりも上流側に配置されており、
前記中段流路は、互いに直列に接続された第３部分及び第４部分を含み、
前記熱流体の前記流れ方向において、前記第３部分は、前記第４部分よりも上流側に配置されており、
前記第１連絡路は、前記下段流路と前記第４部分とを接続し、
前記第２連絡路は、前記下段流路と前記第１部分とを接続し、
前記第３連絡路は、前記第３部分と前記出口とを接続し、
前記第４連絡路は、前記第１部分と前記出口とを接続する、請求項３又は４に記載のランキンサイクル装置。
【請求項６】
前記切替部は、
前記第２部分と前記第３部分とを接続する第５連絡路と、
前記第５連絡路に配置された第５開閉弁と、
前記第２部分と前記第４部分とを接続する第６連絡路と、
前記第６連絡路に配置された第６開閉弁と、
をさらに有する、請求項５に記載のランキンサイクル装置。
【請求項７】
前記第１接続状態において、前記切替部は、前記第５開閉弁を開くとともに前記第６開閉弁を閉じることによって、前記作動流体が前記第４部分及び前記第３部分の順番に流れるように前記複数の流路を相互に接続し、
前記第２接続状態において、前記切替部は、前記第５開閉弁を閉じるとともに前記第６開閉弁を開くことによって、前記作動流体が前記第４部分及び前記第３部分の順番に流れるように前記複数の流路を相互に接続する、請求項６に記載のランキンサイクル装置。
【請求項８】
前記切替部は、四方弁を有し、
前記第１接続状態において、前記四方弁は、前記下段流路と前記中段流路とを接続するとともに前記上段流路と前記蒸発器における前記作動流体の出口とを接続し、
前記第２接続状態において、前記四方弁は、前記下段流路と前記上段流路とを接続するとともに前記中段流路と前記出口とを接続する、請求項１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】
本開示は、ランキンサイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ランキンサイクルは、ボイラと蒸気タービンとを主たる構成要素とする熱機関の理論サイクルである。近年、作動流体として低沸点の有機作動流体を使用したランキンサイクルが注目されている。有機作動流体を使用すれば、１００℃に満たない熱源によって蒸気を発生させて蒸気タービンを駆動することができる。そのため、有機作動流体を使用したランキンサイクルは、低温排熱を用いた発電手段として期待されている。
【０００３】
図９に示すように、従来のランキンサイクル装置２００は、ポンプ２０１、蒸発器２０２、膨張タービン２０３、発電機２０４及び凝縮器２０５を備えている。蒸発器２０２は、作動流体と高温の熱流体とを熱交換させて、作動流体の蒸気を発生させる。熱流体は、天然ガス、石油などの燃料を燃焼させることによって熱源２０６において発生する。作動流体の蒸気は、膨張タービン２０３を回転させて動力を発生させる。発生した動力は、発電機２０４において電力に変換される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３０７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
蒸発器において作動流体が過剰に加熱されると、作動流体の熱分解、潤滑油の劣化などの不具合を招くおそれがある。この問題は、有機作動流体を使用した場合及び潤滑油を必要とする膨張機を使用した場合に顕著となる。
【０００６】
本開示の目的は、高い熱交換効率を達成しつつ、蒸発器における作動流体の過剰な温度上昇を防止するための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本開示は、
ポンプ、蒸発器、膨張機及び凝縮器を有し、これらの機器がこの順番で環状に接続されており、作動流体としての有機媒体が循環するランキンサイクル回路を備え、
前記蒸発器は、前記作動流体と熱交換するべき熱流体の流路上に配置された熱交換部と、前記熱流体の前記流路の外部に配置された切替部とを有し、
前記熱交換部は、前記作動流体が流れる複数の流路を含み、
前記複数の流路は、上段流路、中段流路及び下段流路を含み、
前記上段流路、前記中段流路及び前記下段流路は、前記熱流体の流れ方向における上流側から下流側に向かってこの順番で配置されており、
前記切替部は、第１接続状態と第２接続状態との間で前記複数の流路の接続状態の切り替えを行い、
前記第１接続状態において、前記切替部は、前記下段流路、前記中段流路及び前記上段流路の順番に前記作動流体が流れるように前記複数の流路を互いに接続し、
前記第２接続状態において、前記切替部は、前記下段流路、前記上段流路及び前記中段流路の順番に前記作動流体が流れるように前記複数の流路を互いに接続する、ランキンサイクル装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の技術によれば、高い熱交換効率を達成しつつ、蒸発器における作動流体の過剰な温度上昇を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本開示の一実施形態にかかるランキンサイクル装置の構成図である。
【図２】図２は、図１に示すランキンサイクル装置を運転するための処理を示すフローチャートである。
【図３Ａ】図３Ａは、第１接続状態が選択されたときの蒸発器における熱流体及び作動流体の温度変化を示すグラフである。
【図３Ｂ】図３Ｂは、第２接続状態が選択されたときの蒸発器における熱流体及び作動流体の温度変化を示すグラフである。
【図４】図４は、ランキンサイクルのモリエル線図である。
【図５】図５は、作動流体の循環流量と膨張機の効率との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、変形例１に係る蒸発器の構成図である。
【図７】図７は、変形例２に係る蒸発器の構成図である。
【図８】図８は、変形例３に係る蒸発器の構成図である。
【図９】図９は、従来の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】
【００１０】
（本開示の基礎となった知見）
ランキンサイクル装置の蒸発器は、通常、熱流体と作動流体とが対向流の形式で熱交換を行うように構成されている。対向流の形式で熱交換が行われるとき、熱流体と作動流体との間の温度差が最大限に確保されるので、高い熱交換効率を達成できる。ランキンサイクル装置の発電効率も高い。しかし、熱流体の温度が大幅に上昇すると、作動流体が過剰に加熱されるおそれがある。特に、有機作動流体の分解温度は低いので、有機作動流体の過剰な温度上昇を防止する必要がある。他方、並行流の形式で熱交換が行われるとき、作動流体は加熱されにくい。しかし、並行流の形式での熱交換は、熱交換効率の面で対向流の形式での熱交換に劣る。
【００１１】
熱流体の温度が変動するシステムにおいて、作動流体の過剰な温度上昇を防止することと、高い熱交換効率を達成することとを両立させることは容易ではない。作動流体の過剰な温度上昇を防止できるだけでなく、熱流体の温度が変動しても高い熱交換効率を達成できる技術が望まれている。
【００１２】
本開示の第１態様にかかるランキンサイクル装置は、
ポンプ、蒸発器、膨張機及び凝縮器を有し、これらの機器がこの順番で環状に接続されており、作動流体としての有機媒体が循環するランキンサイクル回路を備え、
前記蒸発器は、前記作動流体と熱交換するべき熱流体の流路上に配置された熱交換部と、前記熱流体の前記流路の外部に配置された切替部とを有し、
前記熱交換部は、前記作動流体が流れる複数の流路を含み、
前記複数の流路は、上段流路、中段流路及び下段流路を含み、
前記上段流路、前記中段流路及び前記下段流路は、前記熱流体の流れ方向における上流側から下流側に向かってこの順番で配置されており、
前記切替部は、第１接続状態と第２接続状態との間で前記複数の流路の接続状態の切り替えを行い、
前記第１接続状態において、前記切替部は、前記下段流路、前記中段流路及び前記上段流路の順番に前記作動流体が流れるように前記複数の流路を互いに接続し、
前記第２接続状態において、前記切替部は、前記下段流路、前記上段流路及び前記中段流路の順番に前記作動流体が流れるように前記複数の流路を互いに接続する。
【００１３】
第１態様によれば、作動流体の温度が過剰に上昇するおそれがないとき、複数の流路の接続状態として、第１接続状態が選択されうる。作動流体の温度が過剰に上昇するおそれがあるとき、複数の流路の接続状態として、第２接続状態が選択されうる。このようにすれば、作動流体の過剰な温度上昇を防止できるだけでなく、熱流体の温度が変動しても高い熱交換効率を達成できる。
【００１４】
本開示の第２態様において、例えば、第１態様にかかるランキンサイクル装置は、前記蒸発器に流入する前に前記熱流体の温度を検出する温度センサをさらに備え、前記温度センサによって検出された温度が閾値温度よりも低い場合、前記複数の流路が前記第１接続状態を示し、前記温度センサによって検出された温度が前記閾値温度以上である場合、前記複数の流路が前記第２接続状態を示す。第２態様によれば、作動流体の分解温度を超えるような高温の熱流体によって作動流体が加熱されることを回避できる。
【００１５】
本開示の第３態様において、例えば、第１又は第２態様にかかるランキンサイクル装置の前記切替部は、前記下段流路と前記中段流路とを接続する第１連絡路と、前記第１連絡路に配置された第１開閉弁と、前記下段流路と前記上段流路とを接続する第２連絡路と、前記第２連絡路に配置された第２開閉弁と、前記中段流路と前記蒸発器における前記作動流体の出口とを接続する第３連絡路と、前記第３連絡路に配置された第３開閉弁と、前記上段流路と前記出口とを接続する第４連絡路と、前記第４連絡路に配置された第４開閉弁と、を有する。第３態様によれば、第１接続状態と第２接続状態との間で複数の流路の接続状態の切り替えを容易に行うことができる。
【００１６】
本開示の第４態様において、例えば、第３態様にかかるランキンサイクル装置では、前記第１接続状態において、前記切替部は、前記第１開閉弁及び前記第４開閉弁を開くとともに前記第２開閉弁及び前記第３開閉弁を閉じ、前記第２接続状態において、前記切替部は、前記第１開閉弁及び前記第４開閉弁を閉じるとともに前記第２開閉弁及び前記第３開閉弁を開く。第４態様によれば、第１接続状態において、下段流路、中段流路及び上段流路の順番に作動流体が流れるように複数の流路が互いに接続される。第２接続状態において、下段流路、上段流路及び中段流路の順番に作動流体が流れるように複数の流路が互いに接続される。
【００１７】
本開示の第５態様において、例えば、第３又は第４態様にかかるランキンサイクル装置では、前記上段流路は、互いに直列に接続された第１部分及び第２部分を含み、前記熱流体の前記流れ方向において、前記第１部分は、前記第２部分よりも上流側に配置されており、前記中段流路は、互いに直列に接続された第３部分及び第４部分を含み、前記熱流体の前記流れ方向において、前記第３部分は、前記第４部分よりも上流側に配置されており、前記第１連絡路は、前記下段流路と前記第４部分とを接続し、前記第２連絡路は、前記下段流路と前記第１部分とを接続し、前記第３連絡路は、前記第３部分と前記出口とを接続し、前記第４連絡路は、前記第１部分と前記出口とを接続する。第５態様によれば、上段流路、中段流路及び下段流路のそれぞれが熱流体の流れ方向に沿って配置された複数の部分を有しているので、より多くの熱を回収することができる。
【００１８】
本開示の第６態様において、例えば、第５態様にかかるランキンサイクル装置の前記切替部は、前記第２部分と前記第３部分とを接続する第５連絡路と、前記第５連絡路に配置された第５開閉弁と、前記第２部分と前記第４部分とを接続する第６連絡路と、前記第６連絡路に配置された第６開閉弁と、をさらに有する。第６態様によれば、蒸発器１２における熱交換量をさらに増やすことができる。
【００１９】
本開示の第７態様において、例えば、第６態様にかかるランキンサイクル装置では、前記第１接続状態において、前記切替部は、前記第５開閉弁を開くとともに前記第６開閉弁を閉じることによって、前記作動流体が前記第４部分及び前記第３部分の順番に流れるように前記複数の流路を相互に接続し、前記第２接続状態において、前記切替部は、前記第５開閉弁を閉じるとともに前記第６開閉弁を開くことによって、前記作動流体が前記第４部分及び前記第３部分の順番に流れるように前記複数の流路を相互に接続する。第７態様によれば、作動流体の過剰な温度上昇を防止しつつ、蒸発器における熱交換量をさらに増やすことができる。
【００２０】
本開示の第８態様において、例えば、第５態様にかかるランキンサイクル装置の前記切替部は、四方弁を有し、前記第１接続状態において、前記四方弁は、前記下段流路と前記中段流路とを接続するとともに前記上段流路と前記蒸発器における前記作動流体の出口とを接続し、前記第２接続状態において、前記四方弁は、前記下段流路と前記上段流路とを接続するとともに前記中段流路と前記出口とを接続する。第８態様によれば、四方弁が使用されているので、切替部の構造が比較的簡素である。
【００２１】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態のランキンサイクル装置１００は、ポンプ１１、蒸発器１２、膨張機１３及び凝縮器１５を備えている。これらの機器は、複数の配管によって上記の順番で環状に接続されている。これにより、ランキンサイクル回路１０が形成されている。ランキンサイクル回路１０には、作動流体が充填されている。ランキンサイクル装置１００には、公知の再生器などが設けられていてもよい。
【００２３】
ランキンサイクル装置１００は、作動流体と熱交換するべき熱流体Ｇの流路１６を備えていてもよい。熱流体Ｇは、例えば、ボイラの燃焼ガス又は工場の排ガスである。流路１６は、例えば、燃焼ガス又は排ガスのダクトである。流路１６は、入口１６ａ及び出口１６ｂを有する。熱流体Ｇは、入口１６ａから出口１６ｂに向かって流れる。入口１６ａと出口１６ｂとの間において、流路１６に蒸発器１２が配置されている。
【００２４】
膨張機１３は、作動流体を膨張させることによって作動流体の膨張エネルギーを回転動力に変換する。膨張機１３の回転軸に発電機１４が接続されている。膨張機１３によって発電機１４が駆動される。膨張機１３は、例えば、容積型又はターボ型の膨張機である。容積型の膨張機として、スクロール膨張機、ロータリ膨張機、スクリュー膨張機、往復膨張機などが挙げられる。ターボ型の膨張機は、いわゆる膨張タービンである。
【００２５】
凝縮器１５は、空気などの冷却媒体と膨張機１３から吐出された作動流体とを熱交換させることによって、作動流体を冷却する。凝縮器１５として、フィンアンドチューブ式熱交換器、プレート式熱交換器、二重管式熱交換器などの公知の熱交換器を使用できる。凝縮器１５の種類は、冷却媒体の種類に応じて適切に選択される。冷却媒体が空気などの気体のとき、フィンアンドチューブ式熱交換器を凝縮器１５に好適に使用できる。冷却媒体が水などの液体のとき、プレート式熱交換器又は二重管式熱交換器を凝縮器１５に好適に使用できる。
【００２６】
ポンプ１１は、凝縮器１５から流出した作動流体を吸い込んで加圧し、加圧された作動流体を蒸発器１２に供給する。ポンプ１１として、一般的な容積型又はターボ型のポンプを使用できる。容積型のポンプとして、ピストンポンプ、ギヤポンプ、ベーンポンプ、ロータリポンプなどが挙げられる。ターボ型のポンプとして、遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプなどが挙げられる。
【００２７】
蒸発器１２は、熱流体Ｇの熱エネルギーを吸収する熱交換器である。蒸発器１２は、例えばフィンアンドチューブ式熱交換器である。入口１６ａから出口１６ｂに向かって熱流体Ｇが流れるとき、熱流体Ｇが蒸発器１２を通過し、熱流体Ｇと作動流体とが蒸発器１２において熱交換する。これにより、作動流体が加熱され、蒸発する。
【００２８】
ランキンサイクル装置１００の作動流体として、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、Ｒ−１２３４ｚｅ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。
【００２９】
ランキンサイクル装置１００は、さらに、温度センサ１７を備えている。温度センサ１７は、流路１６に配置されている。温度センサ１７は、流路１６において、蒸発器１２よりも上流側に位置している。蒸発器１２に流入する前の熱流体Ｇの温度が温度センサ１７によって検出される。
【００３０】
ランキンサイクル装置１００は、さらに、温度センサ１８及び圧力センサ１９を備えている。温度センサ１８及び圧力センサ１９は、蒸発器１２の出口と膨張機１３の入口との間において、ランキンサイクル回路１０に配置されている。温度センサ１８は、膨張機１３の入口における作動流体の温度（いわゆる吸入温度）を検出する。圧力センサ１９は、膨張機１３の入口における作動流体の圧力（いわゆる吸入圧力）を検出する。
【００３１】
ランキンサイクル装置１００は、さらに、制御器２０を備えている。制御器２０は、ポンプ１１、発電機１４、後述する複数の開閉弁などの制御対象を制御する。センサ１７，１８及び１９の検出信号は、制御器２０に入力される。制御器２０として、Ａ／Ｄ変換回路、入出力回路、演算回路、記憶装置などを含むＤＳＰ（Digital Signal Processor）を使用できる。制御器２０には、ランキンサイクル装置１００を適切に運転するためのプログラムが格納されている。
【００３２】
次に、蒸発器１２の構造及び動作を詳細に説明する。
【００３３】
蒸発器１２は、熱交換部３０及び切替部４０を有する。熱交換部３０は、流路１６上に配置された部分である。熱交換部３０において、作動流体が熱流体Ｇによって加熱される。切替部４０は、流路１６の外部に配置された部分である。
【００３４】
熱交換部３０は、作動流体が流れる複数の流路３１，３３及び３５によって構成されている。複数の流路３１，３３及び３５は、上段流路３１、中段流路３３及び下段流路３５を含む。上段流路３１、中段流路３３及び下段流路３５は、熱流体Ｇの流れ方向における上流側から下流側に向かってこの順番で配置されている。上段流路３１は、熱流体Ｇの流路１６の入口１６ａに最も近い。下段流路３５は、熱流体Ｇの流路１６の出口１６ｂに最も近い。中段流路３３は、上段流路３１と下段流路３５との間に位置している。下段流路３５は、蒸発器１２の入口１２ａに接続されている。作動流体は、入口１２ａを通じて下段流路３５に流入する。蒸発器１２の入口１２ａは、ポンプ１１と蒸発器１２とを接続している配管の端部に位置していてもよい。蒸発器１２の出口１２ｂは、蒸発器１２と膨張機１３とを接続している配管の端部に位置していてもよい。
【００３５】
本実施形態において、上段流路３１は、熱流体Ｇの流れ方向に沿って、一段の流路のみを含む。同様に、中段流路３３は、熱流体Ｇの流れ方向に沿って、一段の流路のみを含む。下段流路３５は、熱流体Ｇの流れ方向に沿って、一段の流路のみを含む。ただし、後述するように、複数の流路３１，３３及び３５のそれぞれは、熱流体Ｇの流れ方向に沿って配置された複数の部分によって構成されていてもよい。
【００３６】
熱流体Ｇの温度は、上段流路３１の位置で最も高く、下段流路３５の位置で最も低い。中段流路３３の位置において、熱流体Ｇは、中間の温度を示す。
【００３７】
切替部４０は、複数の連絡路４１〜４４及び複数の開閉弁５１〜５４によって構成されている。複数の連絡路４１〜４４は、第１連絡路４１、第２連絡路４２、第３連絡路４３及び第４連絡路４４を含む。複数の開閉弁５１〜５４は、第１開閉弁５１、第２開閉弁５２、第３開閉弁５３及び第４開閉弁５４を含む。第１連絡路４１は、下段流路３５と中段流路３３とを接続する流路である。第１開閉弁５１は、第１連絡路４１に配置されている。第２連絡路４２は、下段流路３５と上段流路３１とを接続する流路である。第２開閉弁５２は、第２連絡路４２に配置されている。第３連絡路４３は、中段流路３３と蒸発器１２の出口１２ｂとを接続する流路である。第３開閉弁５３は、第３連絡路４３に配置されている。第４連絡路４４は、上段流路３１と蒸発器１２の出口１２ｂとを接続する流路である。第４開閉弁５４は、第４連絡路４４に配置されている。第３連絡路４３及び第４連絡路４４は、互いに合流して出口１２ｂに達している。このような構成によれば、第１接続状態と第２接続状態との間で複数の流路３１，３３及び３５の接続状態の切り替えを容易に行うことができる。
【００３８】
蒸発器１２において、各流路は、少なくとも１つの配管（伝熱管）によって構成されている。
【００３９】
切替部４０は、第１接続状態と第２接続状態との間で複数の流路３１，３３及び３５の接続状態の切り替えを行う。第１接続状態において、切替部４０は、下段流路３５、中段流路３３及び上段流路３１の順番に作動流体が流れるように複数の流路３１，３３及び３５を互いに接続する。第２接続状態において、切替部４０は、下段流路３５、上段流路３１及び中段流路３３の順番に作動流体が流れるように複数の流路３１，３３及び３５を互いに接続する。
【００４０】
第１接続状態において、熱流体Ｇと作動流体とが完全に対向流の形式で熱交換を行うので、高い熱交換効率が達成される。作動流体の温度が過剰に上昇するおそれがないときは、複数の流路３１，３３及び３５の接続状態として、第１接続状態が選択される。第２接続状態において、熱交換の形式は、一部で対向流の形式であり、残部で並行流の形式である。具体的には、下段流路３５から上段流路３１に作動流体が進むとき、対向流の形式で熱交換が行われる。上段流路３１から中段流路３３に作動流体が進むとき、並行流の形式で熱交換が行われる。作動流体の温度が過剰に上昇するおそれがないとき、複数の流路３１，３３及び３５の接続状態として、第１接続状態が選択されうる。作動流体の温度が過剰に上昇するおそれがあるとき、複数の流路３１，３３及び３５の接続状態として、第２接続状態が選択されうる。このようにすれば、作動流体の過剰な温度上昇を防止できるだけでなく、熱流体Ｇの温度が変動しても高い熱交換効率を達成できる。
【００４１】
本実施形態において、複数の流路３１，３３及び３５の接続状態は、熱流体Ｇの温度に応じて、第１接続状態と第２接続状態との間で相互に切り替えられる。温度センサ１７によって検出された温度が閾値温度Ｔｓよりも低い場合、複数の流路３１，３３及び３５が第１接続状態を示す。温度センサ１７によって検出された温度が閾値温度Ｔｓ以上である場合、複数の流路３１，３３及び３５が第２接続状態を示す。温度センサ１７は、蒸発器１２に到達する直前の熱流体Ｇの温度を検出する。温度センサ１７によって検出された温度は、上段流路３１を構成する配管の表面における熱流体Ｇの温度に概ね等しい。上段流路３１は、蒸発器１２において、最も高い温度に晒される流路である。上記のルールに則って複数の流路３１，３３及び３５の接続状態の切り替えを行うことによって、作動流体の分解温度を超えるような高温の熱流体Ｇによって作動流体が加熱されることを回避できる。
【００４２】
閾値温度Ｔｓは、作動流体の種類に応じて定められる。閾値温度Ｔｓは、作動流体の分解温度であってもよく、作動流体の分解温度よりも低い温度であってもよい。例えば、作動流体がＨＦＣ−２４５ｆａ（分解温度：２５０℃）であるとき、閾値温度Ｔｓは、２００〜２５０℃の範囲における特定の温度に設定されうる。
【００４３】
図１に示すように、第１接続状態において、切替部４０は、第１開閉弁５１及び第４開閉弁５４を開くとともに第２開閉弁５２及び第３開閉弁５３を閉じる。このとき、第１連絡路４１及び第４連絡路４４が開通し、第２連絡路４２及び第３連絡路４３が閉鎖される。作動流体は、下段流路３５、中段流路３３及び上段流路３１をこの順番に流れる。熱流体Ｇの流れ方向に対して作動流体の流れ方向が完全に逆であり、対向流の形式で熱交換が行われる。熱流体Ｇと作動流体との間の温度差が最大限に確保されるので、高い熱交換効率を達成できる。蒸発器１２における熱交換量が増加し、ランキンサイクル装置１００の発電量も増加する。
【００４４】
他方、第２接続状態において、切替部４０は、第１開閉弁５１及び第４開閉弁５４を閉じるとともに第２開閉弁５２及び第３開閉弁５３を開く。このとき、第１連絡路４１及び第４連絡路４４が閉鎖され、第２連絡路４２及び第３連絡路４３が開通する。作動流体は、下段流路３５、上段流路３１及び中段流路３３をこの順番に流れる。上段流路３１において作動流体は気液２相状態にあり、高温の熱流体Ｇによって加熱されたとしても作動流体の温度は過剰に上昇しにくい。作動流体の熱分解も防止される。さらに、作動流体の過熱度ＳＨも抑制されるので、ポンプ１１の回転数制御及び膨張機１３のトルク制御を組み合わせることによって、ランキンサイクル装置１００を運用できる熱流体Ｇの温度範囲が拡大する。
【００４５】
次に、ランキンサイクル装置１００の運転について説明する。
【００４６】
図２は、ランキンサイクル装置１００を運転するための処理を示すフローチャートである。制御器２０は、図２のフローチャートの各処理を所定の制御周期で実行する。ステップＳ１〜Ｓ６において、膨張機１３の入口における作動流体の過熱度ＳＨが所定範囲に収まるように、ポンプ１１の回転数を調節する。ステップＳ７〜Ｓ９において、熱流体Ｇの温度Ｔ０と作動流体の飽和温度Ｔ２との温度差（Ｔ０−Ｔ２）が所定範囲に収まるように膨張機１３の負荷トルクを調節する。ステップＳ１０〜Ｓ１２において、熱流体Ｇの温度Ｔ０に応じて、流路３１，３３及び３５の接続状態を切り替える。
【００４７】
ステップＳ１において、センサ１７，１８及び１９から熱流体の温度Ｔ０、膨張機１８の入口における作動流体の温度Ｔ１、膨張機１８の入口における作動流体の圧力Ｐ１をそれぞれ取得する。ステップＳ２において、制御器２０に記憶されたテーブルを参照して、圧力Ｐ１に対応するサイクルの高圧側の飽和温度Ｔ２を特定する。飽和温度Ｔ２は、計算式によって算出されてもよい。ステップＳ３において、膨張機１３の入口における作動流体の過熱度ＳＨ（＝Ｔ１−Ｔ２）を算出する。
【００４８】
次に、ステップＳ４〜Ｓ６において、過熱度ＳＨが所定範囲に収まるようにポンプ１１の回転数を制御する。具体的には、ステップＳ４において、過熱度ＳＨが所定範囲にあるか否かを判断する。過熱度ＳＨが所定範囲の上限値ｔ２よりも大きい場合、ステップＳ５において、ポンプ１１の回転数を増加させる。これにより、作動流体の循環流量が増加して過熱度ＳＨが減少する。過熱度ＳＨが所定範囲の下限値ｔ１以下の場合、ステップＳ６において、ポンプ１１の回転数を減少させる。これにより、作動流体の循環流量が減少して過熱度ＳＨが増加する。過熱度ＳＨが所定範囲にある場合、ポンプ１１の回転数を現在の回転数に維持する。所定範囲の下限値ｔ１及び上限値ｔ２も作動流体の種類に応じて定められる。ランキンサイクル装置１００において、発電効率が最大になる運転条件が存在する。下限値ｔ１及び上限値ｔ２は、例えば、この運転条件における最適な過熱度ＳＨ±５Ｋの範囲内で定められる。過熱度ＳＨの下限値ｔ１及び上限値ｔ２は、ランキンサイクル装置１００の安定性を考慮して設定されうる。
【００４９】
次に、ステップＳ７〜Ｓ９において、温度差（Ｔ０−Ｔ２）が所定範囲に収まるように膨張機１３の負荷トルク（発電機１４の負荷トルク）を制御する。ステップＳ７において、熱流体Ｇの温度Ｔ０と作動流体の飽和温度Ｔ２との温度差（Ｔ０−Ｔ２）が所定範囲にあるか否かを判断する。温度差（Ｔ０−Ｔ２）は、熱流体Ｇから回収した熱エネルギーの大きさを示す。温度差（Ｔ０−Ｔ２）が所定範囲の上限値ｔ４よりも大きい場合、ステップＳ８において、膨張機１３の負荷トルクを増大させる。これにより、膨張機１３の回転数が減少し、作動流体の圧力Ｐ１が上昇し、飽和温度Ｔ２が上昇する。温度差（Ｔ０−Ｔ２）が所定範囲の下限値ｔ３以下の場合、ステップＳ９において、膨張機１３の負荷トルクを減少させる。これにより、膨張機１３の回転数が増加し、作動流体の圧力Ｐ１を低下し、飽和温度Ｔ２が低下する。温度差（Ｔ０−Ｔ２）が所定範囲にある場合、膨張機１３の負荷トルクを現在の負荷トルクに維持する。ランキンサイクル装置１００において、発電効率が最大になる運転条件が存在する。下限値ｔ３及び上限値ｔ４は、例えば、この運転条件における最適な温度差±５Ｋの範囲内で定められる。所定範囲は、ランキンサイクル装置１００の安定性を考慮して設定されうる。負荷トルクは、発電機１４の出力を増減させたり、出力電圧を上昇又は下降させたりすることによって制御されうる。
【００５０】
次に、ステップＳ１０〜Ｓ１２において、熱流体Ｇの温度Ｔ０に応じて、流路３１，３３及び３５の接続状態を切り替える。ステップＳ１０において、熱流体Ｇの温度Ｔ０が閾値温度Ｔｓ以上であるか否かを判断する。熱流体Ｇの温度Ｔ０が閾値温度Ｔｓ以上である場合、ステップＳ１１において、複数の流路３１，３３及び３５の接続状態として第２接続状態を選択する。すなわち、第１開閉弁５１及び第４開閉弁５４を閉じるとともに第２開閉弁５２及び第３開閉弁５３を開くように制御する。これにより、作動流体の過剰な温度上昇を防止できる。熱流体Ｇの温度Ｔ０が閾値温度Ｔｓよりも低い場合、ステップＳ１２において、複数の流路３１，３３及び３５の接続状態として第１接続状態を選択する。すなわち、第１開閉弁５１及び第４開閉弁５４を開くとともに第２開閉弁５２及び第３開閉弁５３を閉じるように制御する。これにより、高い熱交換効率を達成できる。
【００５１】
図３Ａは、第１接続状態が選択されたときの蒸発器における熱流体及び作動流体の温度変化を示すグラフである。熱流体Ｇの温度Ｔ０が閾値温度Ｔｓよりも低い場合、複数の流路３１，３３及び３５の接続状態として第１接続状態が選択される。熱流体Ｇの温度Ｔ０が実線矢印と破線矢印との間で変化すると、作動流体の温度も実線矢印と破線矢印との間で変化する。熱流体Ｇの温度Ｔ０の上昇に伴い、膨張機１３の入口における作動流体の圧力も上昇する。
【００５２】
第１接続状態において、完全な対向流の形式にて、熱流体Ｇと作動流体との間で熱交換が行われる。図３Ａに示す例において、液相の作動流体が下段流路３５に流入する。作動流体は、下段流路３５において液飽和状態に達する。下段流路３５の途中から中段流路３３の終点まで、作動流体は、気液２相状態にある。中段流路３３の終点付近において、作動流体は、ガス飽和状態に達する。気相の作動流体が上段流路３１に流入し、作動流体の過熱度が上昇する。
【００５３】
図３Ｂは、第２接続状態が選択されたときの蒸発器における熱流体及び作動流体の温度変化を示すグラフである。熱流体Ｇの温度Ｔ０が閾値温度Ｔｓ以上である場合、複数の流路３１，３３及び３５の接続状態として第２接続状態が選択される。熱流体Ｇの温度Ｔ０が実線矢印と破線矢印との間で変化すると、作動流体の温度も実線矢印と破線矢印との間で変化する。熱流体Ｇの温度Ｔ０の上昇に伴い、膨張機１３の入口における作動流体の圧力も上昇する。
【００５４】
第２接続状態において、熱交換の形式には、対向流と並行流とが含まれている。図３Ｂに示す例において、液相の作動流体が下段流路３５に流入する。作動流体は、下段流路３５において液飽和状態に達する。下段流路３５の途中から上段流路３１の終点まで、作動流体は、気液２相状態にある。上段流路３１の終点付近において、作動流体は、ガス飽和状態に達する。気相の作動流体が中段流路３３に流入し、作動流体の過熱度が上昇する。
【００５５】
上段流路３１において、熱流体Ｇから作動流体に与えられた熱は、作動流体の蒸発潜熱として消費されるので、作動流体の温度は概ね一定に保たれる。また、気液２相状態の作動流体は、気相の作動流体と比較して、高い熱伝達率を有する。そのため、上段流路３１において作動流体が気液２相状態にある場合、上段流路３１における局所的な温度上昇も防止されうる。結果として、作動流体の熱分解を防ぐことができる。
【００５６】
第２接続状態が選択されたとき、中段流路３３における熱流体Ｇと作動流体との温度差は比較的小さい。中段流路３３において、熱流体Ｇから作動流体に熱が移動しにくい。したがって、第２接続状態を選択すると、膨張機１３の入口における作動流体の過熱度ＳＨを減少させることができる。図２に示すフローチャートによれば、制御器２０は、過熱度ＳＨがｔ１＜ＳＨ≦ｔ２の所定範囲に収まるようにポンプ１１の回転数を制御する。過熱度ＳＨが所定範囲の上限値ｔ２よりも大きい場合、ポンプ１１の回転数を増加させる。これにより、作動流体の循環流量が増加し、過熱度ＳＨが減少する。ポンプ１１の回転数制御によって加熱度ＳＨを調節できる範囲において、熱流体Ｇの温度変化が許容され、ランキンサイクル装置１００の運転が可能である。切替部４０を用いて過熱度ＳＨを減少させることによって、より広い温度範囲の熱流体Ｇを用いてランキンサイクル装置１００を運転することが可能である。熱流体Ｇの温度範囲の拡大は、熱流体Ｇの温度の最大値における作動流体の循環流量の減少を意味する。つまり、本実施形態によれば、ポンプ１１の動力も節約できる。
【００５７】
図４は、ランキンサイクルのモリエル線図である。作動流体は、ポンプ１１によって昇圧され（点Ａ→点Ｂ）、蒸発器１２において熱流体Ｇから熱を回収して気化する（点Ｂ→点Ｃ）。膨張機１３において作動流体が膨張し、発電機１４において動力が電力に変換される（点Ｃ→点Ｄ）。作動流体は、凝縮器１５において冷却されて液化する（点Ｄ→点Ａ）。点Ｃにおける作動流体の比エンタルピーｈ２と点Ｄにおける作動流体の比エンタルピーｈ３との差（ｈ２−ｈ３）に膨張機１３（発電機１４）の効率を乗ずることによって発電量が算出される。発電効率は、蒸発器１２で回収された熱量に対する発電量の比率（ｈ２−ｈ３）／（ｈ２−ｈ４）に膨張機１３（発電機１４）の効率を乗ずることによって算出される。「ｈ４」は、点Ｂにおける作動流体の比エンタルピーである。
【００５８】
熱流体Ｇの温度が上昇すると、熱流体Ｇと作動流体との温度差が拡大するため、作動流体の圧力も上昇する。蒸発器１２における作動流体の変化は、点Ｅ及び点Ｆによって表される。点Ｆにおける作動流体の比エンタルピーｈ１は、点Ｃにおける比エンタルピーｈ２よりも大きいので、発電量が増加する。
【００５９】
図５は、作動流体の循環流量と膨張機の効率との関係を示すグラフである。膨張機の効率は、特定の循環流量において最大値を示す。作動流体の循環流量はポンプの回転数に対応している。膨張機の仕様に応じて、効率のピークの位置が変化する。作動流体の循環流量がＲ２のとき、小流量用の膨張機は、最大の効率Ｅ３を示す。作動流体の循環流量がＲ１のとき、小流量用の膨張機は、効率Ｅ２（＜Ｅ３）を示す。作動流体の循環流量がＲ３（＞Ｒ２）のとき、大流量用の膨張機は、最大の効率Ｅ３を示す。作動流体の循環流量がＲ１のとき、大流量用の膨張機は、効率Ｅ１（＜Ｅ２）を示す。
【００６０】
作動流体の循環流量がＲ１とＲ３との間に収まるように大流量用の膨張機を運転する場合、膨張機の効率は、Ｅ１とＥ３との間で変動する。作動流体の循環流量がＲ１とＲ２との間に収まるように小流量用の膨張機を運転する場合、膨張機の効率は、Ｅ２とＥ３との間で変動する。作動流体の循環流量の最小値がＲ１であるとき、小流量用の膨張機は、大流量用の膨張機よりも全体的に高い効率を示す。先に説明したように、本実施形態の技術によれば、作動流体の循環流量を減らすことができるので、ランキンサイクル装置１００の膨張機１３として、実線の特性を有する小流量用の膨張機を使用できる。つまり、本実施形態の技術を採用しつつ、小流量用の膨張機を使用することによって、ランキンサイクル装置１００の発電量及び発電効率を向上させることができる。
【００６１】
本実施形態において、開閉弁５１〜５４は、温度センサ１７の検出値に基づき、制御器２０によって開閉が制御される電磁弁でありうる。ただし、熱流体Ｇの温度が頻繁に変動しない場合、開閉弁５１〜５４は、作業員によって開閉される弁であってもよい。このことは、後述する開閉弁５５及び５６についても当てはまる。
【００６２】
図１に示す蒸発器１２に代えて、以下のいくつかの変形例に示す蒸発器をランキンサイクル装置１００に採用できる。各変形例の蒸発器も図１に示す蒸発器１２と同じ効果を奏する。図１に示す蒸発器１２と各変形例の蒸発器との間の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。図１に示す蒸発器１２に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、各変形例にも適用されうる。
【００６３】
（変形例１）
図６に示すように、本変形例の蒸発器１２Ｄは、熱交換部３０及び切替部６０を有する。熱交換部３０の構造は、図１を参照して説明した通りである。切替部６０は、四方弁６１及び連絡路６３を有する。
【００６４】
上段流路３１、中段流路３３及び下段流路３５のそれぞれが四方弁６１に接続されている。連絡路６３は、四方弁６１と蒸発器１２の出口１２ｂとを接続している。第１接続状態において、四方弁６１は、下段流路３５と中段流路３３とを接続するとともに上段流路３１と蒸発器１２の出口１２ｂとを接続する。第２接続状態において、四方弁６１は、下段流路３５と上段流路３１とを接続するとともに中段流路３３と蒸発器１２の出口１２ｂとを接続する。四方弁６１が実線の状態を占有しているとき、複数の流路３１，３３及び３５の接続状態が第１接続状態である。第１接続状態において、作動流体は、下段流路３５、中段流路３３及び上段流路３１をこの順番に流れる。四方弁６１が破線の状態を占有しているとき、複数の流路３１，３３及び３５の接続状態が第２接続状態である。第２接続状態において、作動流体は、下段流路３５、上段流路３１及び中段流路３３をこの順番に流れる。本変形例によれば、図１を参照して説明した実施形態と同じ効果が得られる。図１を参照して説明した実施形態と同じ方法にて、四方弁６１の制御を行うことができる。本変形例では、四方弁６１が使用されているので、切替部６０の構造が比較的簡素である。
【００６５】
（変形例２）
図７に示すように、本変形例の蒸発器１２Ｅは、熱交換部３０Ｅ及び切替部４０を有する。切替部４０の構造は、図１を参照して説明した通りである。
【００６６】
本変形例において、複数の流路３１，３３及び３５のそれぞれは、熱流体Ｇの流れ方向に沿って配置された複数の部分によって構成されている。上段流路３１は、第１部分３１１及び第２部分３１２を含む。第１部分３１１は、第２部分３１２に直列に接続されている。熱流体Ｇの流れ方向において、第１部分３１１は、第２部分３１２よりも上流側に配置されている。詳細には、第１部分３１１は、熱流体Ｇの流れ方向において、熱交換部３０Ｅの中で最も上流側に位置する部分である。第２部分３１２は、熱流体Ｇの流れ方向において、中段流路３３に隣接する部分である。中段流路３３は、第３部分３３１及び第４部分３３２を含む。第３部分３３１は、第４部分３３２に直列に接続されている。熱流体Ｇの流れ方向において、第３部分３３１は、第４部分３３２よりも上流側に配置されている。第３部分３３１は、熱流体Ｇの流れ方向において、上段流路３１（第２部分３１２）に隣接する部分である。第４部分３３２は、熱流体Ｇの流れ方向において、下段流路３５に隣接する部分である。下段流路３５は、第５部分３５１、第６部分３５２及び第７部分３５３を含む。第５部分３５１、第６部分３５２及び第７部分３５３は、互いに直列に接続されている。熱流体Ｇの流れ方向において、第５部分３５１は、第６部分３５２よりも上流側に配置されている。熱流体Ｇの流れ方向において、第６部分３５２は、第７部分３５３よりも上流側に配置されている。第５部分３５１は、熱流体Ｇの流れ方向において、中段流路３３（第４部分３３２）に隣接する部分である。第６部分３５３は、熱流体Ｇの流れ方向において、熱交換部３０Ｅの中で最も下流側に位置する部分である。
【００６７】
切替部４０の第１連絡路４１は、下段流路３５の第５部分３５１と中段流路３３の第４部分３３２とを接続している。切替部４０の第２連絡路４２は、下段流路３５の第５部分３５１と上段流路３１の第１部分３１１とを接続している。切替部４０の第３連絡路４３は、中段流路３３の第３部分３３１と蒸発器１２Ｅの出口１２ｂとを接続している。切替部４０の第４連絡路４４は、上段流路３１の第１部分３１１と蒸発器１２Ｅの出口１２ｂとを接続している。
【００６８】
第１接続状態において、切替部４０は、第１開閉弁５１及び第４開閉弁５４を開くとともに第２開閉弁５２及び第３開閉弁５３を閉じる。作動流体は、下段流路３５、中段流路３３及び上段流路３１をこの順番に流れる。詳細には、作動流体は、第７部分３５３から第１部分３１１に向かって流れる。熱流体Ｇの流れ方向に対して作動流体の流れ方向が完全に逆であり、対向流の形式で熱交換が行われる。
【００６９】
第２接続状態において、切替部４０は、第１開閉弁５１及び第４開閉弁５４を閉じるとともに第２開閉弁５２及び第３開閉弁５３を開く。作動流体は、下段流路３５、上段流路３１及び中段流路３３をこの順番に流れる。下段流路３５において、熱流体Ｇの流れ方向に対して作動流体の流れ方向が逆である。下段流路３５において、対向流の形式で熱交換が行われる。上段流路３１及び中段流路３３において、熱流体Ｇの流れ方向に対して作動流体の流れ方向が平行である。上段流路３１及び中段流路３３において、並行流の形式で熱交換が行われる。
【００７０】
本変形例によれば、図１を参照して説明した実施形態と同じ効果が得られる。図１を参照して説明した実施形態と同じ方法にて、開閉弁５１〜５４の制御を行うことができる。本変形例によれば、上段流路３１、中段流路３３及び下段流路３５のそれぞれが熱流体Ｇの流れ方向に沿って配置された複数の部分を有しているので、より多くの熱を回収することができる。
【００７１】
本変形例によれば、上段流路３１は、熱流体Ｇの流れ方向に沿って配置された複数の部分３１１及び３１２を有する。中段流路３３は、熱流体Ｇの流れ方向に沿って配置された複数の部分３３１及び３３２を有する。下段流路３３は、熱流体Ｇの流れ方向に沿って配置された複数の部分３５１，３５２及び３５３を有する。各流路を構成する部分の数は特に限定されない。さらに、上段流路３１、中段流路３３及び下段流路３５からなる群より選ばれる少なくとも１つが熱流体Ｇの流れ方向に沿って配置された複数の部分によって構成されていてもよい。つまり、図１を参照して説明した実施形態に本変形例の一部を組み合わせることができる。
【００７２】
（変形例３）
図８に示すように、本変形例の蒸発器１２Ｆは、熱交換部３０Ｅ及び切替部７０を有する。熱交換部３０Ｅの構造は、図７を参照して説明した通りである。
【００７３】
本変形例において、切替部７０は、先に説明した切替部４０の構成に加え、第５連絡路４５、第５開閉弁５５、第６連絡路４６及び第６開閉弁５６をさらに有する。第５連絡路４５は、上段流路３１の第２部分３１２と中段流路３３の第３部分３３１とを接続する流路である。第５開閉弁５５は、第５連絡路４５に配置されている。第６連絡路４６は、上段流路３１の第２部分３１２と中段流路３３の第４部分３３２とを接続する流路である。第６開閉弁５６は、第６連絡路４６に配置されている。このような構成によれば、蒸発器１２Ｆにおける熱交換量をさらに増やすことができる。
【００７４】
第１接続状態において、切替部７０は、第１開閉弁５１、第４開閉弁５４及び第５開閉弁５５を開くとともに、第２開閉弁５２、第３開閉弁５３及び第６開閉弁５６を閉じる。このとき、第１連絡路４１、第４連絡路４４及び第５連絡路４５が開通し、第２連絡路４２、第３連絡路４３及び第６連絡路４６が閉鎖される。作動流体は、下段流路３５、中段流路３３及び上段流路３１をこの順番に流れる。詳細には、作動流体は、第７部分３５３から第１部分３１１に向かって流れる。熱流体Ｇの流れ方向に対して作動流体の流れ方向が完全に逆であり、対向流の形式で熱交換が行われる。
【００７５】
第２接続状態において、切替部７０は、第１開閉弁５１、第４開閉弁５４及び第５開閉弁５５を閉じるとともに、第２開閉弁５２、第３開閉弁５３及び第６開閉弁５６を開く。このとき、第１連絡路４１、第４連絡路４４及び第５連絡路４５が閉鎖され、第２連絡路４２、第３連絡路４３及び第６連絡路４６が開通する。作動流体は、下段流路３５、上段流路３１及び中段流路３３をこの順番に流れる。詳細には、作動流体は、第７部分３５３、第６部分３５２、第５部分３５１、第１部分３１１、第２部分３１２、第４部分３３２及び第３部分３３１をこの順番に流れる。下段流路３５において、熱流体Ｇの流れ方向に対して作動流体の流れ方向が逆である。下段流路３５において、対向流の形式で熱交換が行われる。上段流路３１において、熱流体Ｇの流れ方向に対して作動流体の流れ方向が平行である。上段流路３１において、並行流の形式で熱交換が行われる。中段流路３３において、熱流体Ｇの流れ方向に対して作動流体の流れ方向が逆である。中段流路３３において、対向流の形式で熱交換が行われる。本変形例によれば、作動流体の過剰な温度上昇を防止しつつ、蒸発器１２Ｆにおける熱交換量をさらに増やすことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本明細書に開示された技術は、作動流体によって回収した熱を利用する熱回収システムだけでなく、ＣＨＰシステムなどのコジェネレーションシステムに好適である。本明細書に開示された技術は、特に、電力需要が頻繁に変化するシステムに好適である。本明細書に開示された技術は、さらに、高い温度領域で運転される高温ヒートポンプなど、作動流体を熱流体で加熱する工程を含むあらゆるシステムに適用されうる。
【符号の説明】
【００７７】
１１  ポンプ
１２，１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆ  蒸発器
１２ａ  入口
１２ｂ  出口
１３  膨張機
１４  発電機
１５  凝縮器
１６  熱流体の流路
１７，１８  温度センサ
１９  圧力センサ
２０  制御器
３０，３０Ｅ  熱交換部
３１  上段流路
３３  中段流路
３５  下段流路
４０，６０，７０  切替部
４１  第１連絡路
４２  第２連絡路
４３  第３連絡路
４４  第４連絡路
４５  第５連絡路
４６  第６連絡路
５１  第１開閉弁
５２  第２開閉弁
５３  第３開閉弁
５４  第４開閉弁
５５  第５開閉弁
５６  第６開閉弁
６１  四方弁
３１１  第１部分
３１２  第２部分
３３１  第３部分
３３２  第４部分
３５１  第５部分
３５２  第６部分
３５３  第７部分
１００  ランキンサイクル装置
Ｇ  熱流体
【図１】
2018204541.tif 000003
【図２】
2018204541.tif 000004
【図３Ａ】
2018204541.tif 000005
【図３Ｂ】
2018204541.tif 000006
【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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