(57)【要約】【課題】熱源で発生した熱媒体の温度が高い場合でも、高い発電効率で運転可能な状態に制御できるランキンサイクル装置を提供すること。【解決手段】熱源３０１からの熱媒体と作動流体とを熱交換させる熱交換部２０２を有する蒸発器２０１、作動流体を膨張させて減圧し動力を回収する膨張機１０２、作動流体を冷却する凝縮器１０４、作動流体を蒸発器２０２へ圧送するポンプ１０１をこの順に環状に連結して作動流体が循環するランキンサイクル流路と、膨張機１０２で回収された動力を電力に変換する発電機１０３と、を有し、蒸発器２０１は、外気を流入して熱交換部２０２に流入する前の熱媒体に対し外気を供給する吸気口２０３と、流入する外気の流量を調節する流量調節機構２０４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源から供給される熱媒体と作動流体とを熱交換させる熱交換部により前記作動流体を加熱する蒸発器、
前記蒸発器で過熱された前記作動流体を膨張させて減圧し動力を回収する膨張機、
前記膨張機で減圧された前記作動流体を冷却する凝縮器、及び、
前記凝縮器で冷却された前記作動流体を吸入して前記蒸発器へ圧送するポンプ
をこの順に環状に連結して前記作動流体が循環するランキンサイクル流路と、
前記膨張機で回収された前記動力を電力に変換する発電機と、
を有するランキンサイクル装置であって、
前記蒸発器は、
外気を流入し、前記熱交換部に流入する前の前記熱媒体に対して前記外気を供給する吸気口と、
前記吸気口に流入する前記外気の流量を調節する流量調節機構と、
を備えるランキンサイクル装置。
【請求項２】
前記ランキンサイクル流路上における前記熱交換部と前記膨張機との間に配置される圧力センサと、
前記流量調節機構を制御する制御装置と、
をさらに備え、
前記制御装置は、
前記圧力センサの検出値に基づいて前記流量調節機構を制御する、
請求項１に記載のランキンサイクル装置。
【請求項３】
前記外気が前記吸気口から前記熱媒体に供給される第１の位置と前記熱媒体が前記熱交換部に流入する第２の位置との間に配置される温度センサと、
前記流量調節機構を制御する制御装置と、
をさらに備え、
前記制御装置は、
前記温度センサの検出値に基づいて前記流量調節機構を制御する、
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ものである。
【背景技術】
【０００２】
ランキンサイクルは、熱媒体から作動流体を介して熱を取り出し動力に変換する。この動力を用いて発電を行うことができる。熱エネルギーを電気エネルギーに変換するためのシステムとして、ランキンサイクル装置はよく知られている。従来のランキンサイクル装置には、発電効率を向上させるために、ポンプ及び膨張機の制御を行うものがある（例えば特許文献１参照）。図７は、特許文献１に記載された、燃焼機器の熱媒体の廃熱から動力を取り出して発電に用いるランキンサイクル装置の制御フローを示したものである。
【０００３】
図７において、Ｔw は廃熱温度、Ｔr は膨張機入口側の冷媒温度、Ｐrin は膨張機入口側の冷媒圧力、Ｔrsatは冷媒圧力Ｐrin における飽和ガス冷媒温度（すなわち冷媒の蒸発温度）、ＳＨはＴrsatとＴr との温度差である冷媒過熱度、ｔ１はＳＨの所定範囲の下限値、ｔ２はＳＨの所定範囲の上限値、Δｔ３はＴw −Ｔrsatの所定範囲の下限値、及び、Δｔ４はＴw −Ｔrsatの所定範囲の上限値（Δｔ３より大）を示す。このランキンサイクル装置は、制御装置において、必要な検出値を読み込み（Ｓ１）、必要な値を計算し（Ｓ２、Ｓ３）、冷媒過熱度ＳＨがｔ１〜ｔ２の範囲に収まるようにポンプ回転数で作動流体の流量を調整して蒸発器から膨張機に供給される作動流体の温度を所定の範囲に制御し（Ｓ４〜Ｓ６）、燃焼機器から供給される熱媒体の廃熱温度Ｔw と作動流体（冷媒）のガス飽和温度Ｔrsatとの温度差がΔｔ３〜Δｔ４の範囲に収まるように膨張機トルクで作動流体の圧力を制御していた（Ｓ７〜Ｓ９）。
【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】
しかしながら、従来の構成では、熱媒体の温度上昇によって蒸発器内の作動流体の圧力が上昇したときに、膨張機において膨張比が過剰に増大してしまう可能性がある。このような場合、ランキンサイクルの発電効率が最大となる膨張比を超えてしまい、ランキンサイクルの発電効率が低下するという課題を有していた。
【０００６】
本開示は、熱源で発生した熱媒体の温度が高い場合でも、高い発電効率でランキンサイクル装置を運転するための技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、熱源から供給される熱媒体と作動流体とを熱交換させる熱交換部により前記作動流体を加熱する蒸発器、前記蒸発器で過熱された前記作動流体を膨張させて減圧し動力を回収する膨張機、前記膨張機で減圧された前記作動流体を冷却する凝縮器、及び、前記凝縮器で冷却された前記作動流体を吸入して前記蒸発器へ圧送するポンプをこの順に環状に連結して前記作動流体が循環するランキンサイクル流路と、前記膨張機で回収された前記動力を電力に変換する発電機と、を有するランキンサイクル装置であって、前記蒸発器は、外気を流入し、前記熱交換部に流入する前の前記熱媒体に対して前記外気を供給する吸気口と、前記吸気口に流入する前記外気の流量を調節する流量調節機構と、を備えるランキンサイクル装置を提供する。
【０００８】
本構成によって、熱源からの熱媒体の温度が上昇して過剰に高くなった場合、流量調節機構が「閉」の状態であれば「開」に変更し、開度を大きくして外気の吸気量を増やすことで、蒸発器の熱交換器入口の熱媒体温度を低下させる。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の技術によれば、熱源で発生した熱媒体の温度が高い場合でも、高い発電効率でランキンサイクル装置を運転できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示のランキンサイクル装置の構成図
【図２】本開示のランキンサイクルにおける熱媒体温度上昇時の状態を示すモリエル線図
【図３】本開示の膨張機の不足膨張過程を示す図
【図４】本開示のランキンサイクルにおける膨張機効率低下時の状態を示すモリエル線図
【図５】膨張機の膨張比とランキンサイクル装置の発電量との関係を示す図
【図６】本開示のランキンサイクル装置の制御フロー図
【図７】従来のランキンサイクル装置の制御フロー図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜本発明者の検討に基づく知見＞
ランキンサイクルは、理論的には、熱媒体の温度上昇によって効率が増加する。しかし、特許文献１に示す従来のランキンサイクル装置において、蒸発器の作動流体の圧力（飽和温度と対応する）が上昇し続けた場合、膨張機において、高膨張比での断熱膨張不全による図示効率低下、スラスト軸受を押す力の増加による機械効率低下、作動流体が膨張室から漏れる量の増加による体積効率低下、などが発生する。このため、膨張比に対してランキンサイクルの発電効率は頭打ちとなり、最大値すなわちピークを有する。したがって、熱媒体が温度上昇を続け、蒸発器の作動流体の圧力が上昇し続けることにより、膨張機の膨張比が過剰に増大して発電効率がピークとなる膨張比を超えてしまい、ランキンサイクルの発電効率が低下するという課題があることを、本発明者は発見した。
【００１２】
これに関して本発明者は、燃焼機器などの熱源で発生した時点の熱媒体の温度が高い場合でも、蒸発器に流入するときの熱媒体の温度を、発電効率がピークとなる膨張比又はその近傍となるように調整できれば、発電効率が高い状態を維持できることを思いついた。すなわち、熱媒体が蒸発器に流入する手前で熱媒体の温度を調整する構成を配置すれば、蒸発器の作動流体の圧力も調整されるため、膨張機の膨張比も適切な状態に調整することができ、結果として、発電効率を高い状態に維持することができる。
【００１３】
以上を踏まえ、本発明者は、熱媒体の温度が高い場合に対して、蒸発器に流入する熱媒体の温度を調整して蒸発器の作動流体の圧力が過剰に上昇することを抑制し、発電効率が高い運転条件に制御できるランキンサイクル装置を検討した。
【００１４】
本開示の第１の態様は、熱源から供給される熱媒体と作動流体とを熱交換させる熱交換部により前記作動流体を加熱する蒸発器、前記蒸発器で過熱された前記作動流体を膨張させて減圧し動力を回収する膨張機、前記膨張機で減圧された前記作動流体を冷却する凝縮器、及び、前記凝縮器で冷却された前記作動流体を吸入して前記蒸発器へ圧送するポンプをこの順に環状に連結して前記作動流体が循環するランキンサイクル流路と、前記膨張機で回収された前記動力を電力に変換する発電機と、
を有するランキンサイクル装置であって、前記蒸発器は、外気を流入し、前記熱交換部に
流入する前の前記熱媒体に対して前記外気を供給する吸気口と、前記吸気口に流入する前記外気の流量を調節する流量調節機構と、を備えるランキンサイクル装置を提供する。
【００１５】
本開示の第１の態様のランキンサイクル装置によれば、熱源で発生した熱媒体の温度が過剰に上昇してランキンサイクル装置の効率低下が生じうる場合、流量調節機構が「閉」の状態であれば「開」に変更し、開度を大きくして外気の吸気量を増やすことで、蒸発器の熱交換部の熱媒体入口の熱媒体温度を低下させることができる。
【００１６】
よって、熱媒体の温度上昇による蒸発器の作動流体の過剰な圧力上昇を抑えることができる。これにより、ランキンサイクル装置の発電効率を高く維持できる。
【００１７】
第２の様態は、第１の態様に加え、前記ランキンサイクル流路上における前記熱交換部と前記膨張機との間に配置される圧力センサと、前記流量調節機構を制御する制御装置と、をさらに備え、前記制御装置は、前記圧力センサの検出値に基づいて前記流量調節機構を制御する、ランキンサイクル装置を提供する。
【００１８】
本開示の第２の態様のランキンサイクル装置によれば、圧力センサにより作動流体の圧力を測定し、熱源で発生した熱媒体の温度上昇によって作動流体の圧力が所定の範囲を超えた場合、流量調節機構が「閉」の状態であれば「開」に変更し、開度を大きくして、外気の吸気量を増やすことで、蒸発器の熱交換部の熱媒体入口の熱媒体温度を低下させることができる。
【００１９】
第３の様態は、第１の態様に加え、前記外気が前記吸気口から前記熱媒体に供給される第１の位置と前記熱媒体が前記熱交換部に流入する第２の位置との間に配置される温度センサと、前記流量調節機構を制御する制御装置と、をさらに備え、前記制御装置は、前記温度センサの検出値に基づいて前記流量調節機構を制御する、ランキンサイクル装置を提供する。
【００２０】
本開示の第３の態様のランキンサイクル装置によれば、温度センサにより、熱媒体の温度を測定し、熱源で発生した熱媒体の温度が上昇して所定の範囲を超えた場合、流量調節機構が「閉」の状態であれば「開」に変更し、開度を大きくして、外気の吸気量を増やし、吸気量を適切に調整して、蒸発器の熱交換部に導入される熱媒体の温度を所定の温度範囲内に収まるように調整することができる。
【００２１】
よって、運転始動時などの、作動流体の温度又は圧力をポンプ回転数又は膨張機トルクで制御できない場合であっても、熱媒体の温度上昇による蒸発器の作動流体の圧力の過剰な上昇を抑えることができる。これにより、ランキンサイクル装置の発電効率を高く維持できる。
【００２２】
なお、熱媒体の温度を調整することで、ランキンサイクル装置を安全に運転することができる。
【００２３】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の説明は本開示の技術を例示的に示すものであり、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本開示のランキンサイクル装置の構成図である。
【００２５】
図１において、ランキンサイクル装置１００は、ポンプ１０１、蒸発器２０１、膨張機１０２、発電機１０３、凝縮器１０４によって構成されている。ポンプ１０１、蒸発器２
０１、膨張機１０２、凝縮器１０４は、この順に連結配管で環状連結されてランキンサイクル流路が形成され、そのランキンサイクル流路を作動流体が循環することでランキンサイクル装置が動作する。
【００２６】
蒸発器２０１は、熱源である燃焼機器３０１から熱媒体流路３０２を経由して供給される熱媒体と作動流体とを、熱交換部２０２で熱交換させて、作動流体を加熱する。膨張機１０２は、蒸発器２０１の熱交換部２０２で加熱された作動流体を膨張させて動力を回収する。発電機１０３は、膨張機１０２で回収された動力を電力に変換する。凝縮器１０４は、膨張機１０２で膨張し減圧された作動流体を冷却する。ポンプ１０１は、凝縮器１０４で冷却された作動流体を吸入して蒸発器２０１に向けて圧送する。
【００２７】
蒸発器２０１は、熱交換部２０２の熱媒体入口の手前に外気を供給する吸気口２０３を備える。吸気口２０３は図１のように適度な長さを有していてもよい。熱交換部２０２の熱媒体入口の手前とは、熱媒体が流れる熱媒体流路３０２において、燃焼機器３０１と熱交換部２０２の入口との間の区間の任意の位置を指す。この区間において、熱媒体流路３０２と吸気口２０３との合流部分は熱交換部２０２の入口に近い位置が望ましい。さらに、蒸発器２０１は、吸気口２０３から熱媒体流路３０２へ供給される外気の流量を調節する流量調節機構２０４を備える。
【００２８】
かかる構成によれば、燃焼機器３０１で発生した熱媒体の温度が過剰に上昇したときに、吸気口２０３に外気が流れ込むように流量調節機構２０４の開度を大きくし、吸気口２０３から熱媒体流路３０２に供給される外気の吸気量を増やすことで、蒸発器２０１の熱交換部２０２の熱媒体入口の熱媒体温度を低下させることができる。
【００２９】
よって、熱媒体の温度上昇による蒸発器作動流体の過剰な圧力上昇を抑えることができるので、膨張機の膨張比を適切な状態にすることができる。したがって、ランキンサイクル装置の発電効率を高く維持できる。
【００３０】
また、運転状態を検出するために、ランキンサイクル装置１００は、ランキンサイクル流路上に、作動流体の圧力を検出するセンサ又は温度を検出するセンサを配置してもよい。
【００３１】
例えば、膨張機１０２の作動流体入口付近に第１圧力センサ２０７を配置して、作動流体の高圧側の圧力を検出するようにしてもよい。ここで、膨張機１０２の作動流体入口付近とは、熱交換部２０２の作動流体出口と、膨張機１０２の作動流体入口と、の間の区間の任意の位置を指す。この区間において、第１圧力センサ２０７は、膨張機１０２の作動流体入口に近い位置に配置されるのが望ましい。
【００３２】
また、例えば、膨張機１０２の作動流体出口付近に第２圧力センサ２０８を配置して、作動流体の低圧側の圧力を検出するようにしてもよい。ここで、膨張機１０２の作動流体出口付近とは、膨張機１０２の作動流体出口と、凝縮器１０４の作動流体入口と、の間の区間の任意の位置を指す。この区間において、第２圧力センサ２０８は、膨張機１０２の作動流体出口に近い位置に配置されるのが望ましい。
【００３３】
また、例えば、熱交換部２０２の作動流体出口付近に作動流体温度センサ２０６を配置して、熱交換部２０２から流出した作動流体の温度を検出するようにしてもよい。ここで、熱交換部２０２の作動流体出口付近とは、熱交換部２０２の作動流体出口と、膨張機１０２の作動流体入口と、の間の区間の任意の位置を指す。この区間において、作動流体温度センサ２０６は、熱交換部２０２の作動流体出口に近い位置に配置されるのが望ましい。
【００３４】
ランキンサイクル装置１００がより適切な状態で運転されているかどうかを判断するためには、これらのセンサのうち、第１圧力センサ２０７の検出値と第２圧力センサ２０８の検出値とを用いて、燃焼機器３０１で発生した熱媒体の温度が過剰に上昇していないかどうかを判断すればよい。このような判断を行うために、ランキンサイクル装置１００は、制御装置１０５を有する。制御装置１０５は、第１圧力センサ２０７の検出値と第２圧力センサ２０８の検出値とを入力して必要な処理を行い、熱媒体の温度が過剰に上昇する可能性がある場合には、流量調節機構２０４に対し、外気の吸入口が閉じている場合には吸入口を開くための信号を出力するとともに、入力した検出値に応じて流量調節機構２０４の開度を調整するための信号を出力する。
【００３５】
上述のように第１圧力センサ２０７と第２圧力センサ２０８とを配置した場合、燃焼機器３０１で発生した熱媒体の温度が過剰に上昇する可能性があることを、例えば、第１圧力センサ２０７の検出値と第２圧力センサ２０８の検出値との比による膨張比を求め、この膨張比が所定の範囲を超えた場合により判断することができる。これにより、熱媒体の温度が過剰に上昇しそうな場合には、吸気口２０３に外気が流れ込むように流量調節機構２０４の開度を大きくするなどの調整を行い、吸気孔２０３から熱媒体流路３０２に供給される外気の吸気量を増やすことで、蒸発器２０１の熱交換部２０２の熱媒体入口の熱媒体温度を低下させることができる。
【００３６】
なお、機器の設置状況においては、圧力センサとして第１圧力センサ２０７のみを配置して、熱媒体の温度の判断及び流量調節機構２０４の制御を行うこともできる。例えば、凝縮器１０４において常に温度一定の冷却水が供給される構成で作動流体が凝縮する場合、作動流体の低圧側の圧力は実質的に固定されるため、圧力として高圧側の圧力、すなわち第１圧力センサ２０７の検出値のみを用いて、熱媒体の温度の判断及び流量調節機構２０４の制御を行うことができる。
【００３７】
かかる構成によれば、燃焼機器３０１で発生した熱媒体の温度が過剰に上昇する可能性があることを、例えば、第１圧力センサ２０７における作動流体の圧力の検出値が所定の範囲を超えた場合により判断することができる。これにより、熱媒体の温度が過剰に上昇しそうな場合には、吸気口２０３に外気が流れ込むように流量調節機構２０４の開度を大きくするなどの調整を行い、吸気孔２０３から熱媒体流路３０２に供給される外気の吸気量を増やすことで、蒸発器２０１の熱交換部２０２の熱媒体入口の熱媒体温度を低下させることができる。
【００３８】
図２はランキンサイクルにおける熱媒体温度上昇時の状態を示すモリエル線図である。図２は、熱媒体温度上昇が理想的な範囲内で生じている場合を示す。
【００３９】
ランキンサイクルにおいて、作動流体は、ポンプ１０１によってＡからＢに昇圧され、蒸発器２０１の熱交換部２０２によってＢからＣに変化して気化するとともに熱媒体から熱を回収する。そして作動流体は、膨張機１０２（及び発電機１０３）によってＣからＤに変化して膨張されるとともに作動流体の熱が電力に変換される。そして作動流体は、凝縮器によってＤからＡに変化して液化される。このとき、ＣのエンタルピーをＨＣ、ＤのエンタルピーをＨＤとして、ＣとＤとのエンタルピー差（ＨＣ−ＨＤ）と、作動流体の循環流量と、膨張機１０２（及び発電機１０３）効率との積が発電量になる。発電効率は、熱交換部２０２で回収した熱量と発電量との比（ＨＣ−ＨＤ）／（ＨＣ−ＨＢ）と膨張機１０２（及び発電機１０３）効率との積である。
【００４０】
ここで、熱媒体温度が上昇した場合には、熱媒体温度と作動流体との温度差が広がるため、作動流体の圧力が上がり、ＢはＢ’に、ＣはＣ’になる。ＣとＤとのエンタルピー差
（ＨＣ−ＨＤ）に対して、熱媒体温度上昇後のＣ’とＤとのエンタルピー差（ＨＣ’−ＨＤ）は大きくなるので、発電量が増加する。
【００４１】
しかし、図３に示す容積型膨張機内の作動流体の不足膨張過程のように、膨張機には吸入室の容積Vsと吐出室の容積Veとがあるため、膨張比が大きくなるにしたがって、不足膨張になる。吸入圧力をPsとし、圧力Psのときの体積Vsが、体積Veまで断熱膨張した場合の圧力をPe１とし、実際の吐出圧力をPe２として、圧力の高さ順にPs＞Pe1＞Pe2である場合、理想的な膨張機ではPsからPe２まで断熱膨張をして外部に仕事を取り出すことができるが、実際の膨張機ではPsからPe１までしか断熱膨張できず、外部に取り出せる仕事量は斜線の面積分になる。すなわち、膨張比が大きくなるにしたがって、理論サイクルにおいて仕事に変えることのできる熱量と、実際に供給される熱量との割合である図示効率が低下する。
【００４２】
また、膨張比が大きくなるにつれて、膨張機の膨張機構部のスラスト軸受を抑える力が大きくなるため、機械効率が低下する。さらに、高圧領域と低圧領域との圧力差が大きくなるため、膨張機内での作動流体の漏れ量が増加し体積効率が低下する。
【００４３】
上記の膨張機の効率低下を踏まえ、ランキンサイクルにおける膨張機効率低下時の状態を示すモリエル線図を図４に示す。膨張機効率が低下したため、膨張機出口であるＤがＤ’となり、Ｃ’とＤとのエンタルピー差（ＨＣ’−ＨＤ）に対して、Ｃ’とＤ’とのエンタルピー差（ＨＣ’−ＨＤ’）は小さくなるので、発電量が低下する。
【００４４】
図５に、膨張機の膨張比とランキンサイクル装置の発電量との関係を示す。発電量は、膨張機の膨張比増加にともなって、増加要因と低下要因との影響により、あるところで頭打ちとなり、最大値すなわちピークを迎える。さらに膨張比が増加すると、発電量は最大値から減少する。したがってランキンサイクル装置の高効率な運転のためには、所定の膨張比において発電量がピークを維持するように制御する必要がある。
【００４５】
ランキンサイクル装置１００において、膨張機１０２に流入する加熱された作動流体の過熱度及び圧力が所定範囲となるように、ポンプ１０１の回転数、膨張機１０２のトルク、及び、蒸発器２０１の流量調節機構２０４を調節する運転時の制御をフローチャートで図６に示す。ランキンサイクル装置１００には、熱媒体温度センサ２０５、作動流体温度センサ２０６、第１圧力センサ２０７、第２圧力センサ２０８、及び制御装置１０５が配置されているものとする。
【００４６】
まず、熱媒体流路３０２における熱交換部２０２の入口側の熱媒体温度Ｔｗ、膨張機１０２の入口側の作動流体温度Ｔｒ、膨張機１０２の入口側の作動流体の圧力Ｐｒｉｎ、及び膨張機１０２の出口側の作動流体の圧力Ｐｒｏｕｔを読み込む（Ｓ１）。そして、作動流体の圧力Ｐｒｉｎの飽和温度Ｔｒｓａｔ（作動流体飽和温度）を、例えば制御装置１０５内に記憶されたマップ等を用いて算出する（Ｓ２）。
【００４７】
次に、作動流体飽和温度Ｔｒｓａｔと作動流体温度Ｔｒとの温度差より膨張機１０２の入口における作動流体の過熱度ＳＨ（＝Ｔｒ−Ｔｒｓａｔ）を算出し（Ｓ３）、過熱度ＳＨが所定の範囲になるようにポンプ１０１の回転数を制御する（Ｓ４〜Ｓ６）。
【００４８】
具体的には、まずＳ４にて、作動流体の過熱度ＳＨが所定の範囲内にあるか否かを判定する。過熱度ＳＨが所定の範囲の上限値ｔ２より大きいときには、ポンプ１０１の回転数を増加して、熱交換部２０２を流れる作動流体の流量を適切な状態まで増加させる（Ｓ５）。
【００４９】
一方、過熱度ＳＨが所定の範囲の下限値ｔ１以下のときには、ポンプ１０１の回転数を減少して、熱交換部２０２を流れる作動流体の流量を適切な状態まで減少させる（Ｓ６）。
【００５０】
なお、過熱度ＳＨが所定の範囲内にあるとき、つまりｔ１＜ＳＨ≦ｔ２のときは、ポンプ１０１の回転数を変化させず、現状の回転数を維持する。
【００５１】
次に、熱媒体温度Ｔｗと作動流体飽和温度Ｔｒｓａｔとの温度差に基づいて、膨張機１０２の負荷トルク、つまり発電機１０３の負荷トルクを制御する（Ｓ７〜Ｓ９）。
【００５２】
具体的には、熱媒体温度Ｔｗと作動流体飽和温度Ｔｒｓａｔとの温度差は、熱源から回収した熱エネルギの大きさを示すものであるから、まずＳ７にて、温度差Ｔｗ−Ｔｒｓａｔが所定範囲にあるか否かを判定する。温度差Ｔｗ−Ｔｒｓａｔが所定範囲の上限である所定温度差Δｔ４より大きいときには、膨張機１０２の負荷トルクを増大させて膨張機１０２の回転数を低下させることにより、膨張機１０２の入口の作動流体の圧力Ｐｒｉｎを上昇させて作動流体飽和温度Ｔｒｓａｔを適切な状態まで上昇させる（Ｓ８）。
【００５３】
一方、温度差Ｔｗ−Ｔｒｓａｔが所定範囲の下限である、所定温度差Δｔ４より小さい、所定温度差Δｔ３以下のときは、膨張機１０２の負荷トルクを減少させて膨張機１０２の回転数を増大させることにより、膨張機１０２の入口の作動流体の圧力Ｐｒｉｎを低下させて作動流体飽和温度Ｔｒｓａｔを適切な状態まで低下させる（Ｓ９）。
【００５４】
なお、温度差Ｔｗ−Ｔｒｓａｔが所定範囲内にあるとき、つまりΔｔ３＜Ｔｗ−Ｔｒｓａｔ≦Δｔ４のときは、膨張機１０２の負荷トルクを変化させることなく、現状の負荷トルクを維持する。
【００５５】
次に、膨張機１０２の入口側の作動流体の圧力Ｐｒｉｎと出口側の作動流体の圧力Ｐｒｏｕｔとの膨張比に基づいて、蒸発器２０１の流量調節機構２０４を制御する（Ｓ１０〜Ｓ１２）。
【００５６】
具体的には、まずＳ１０にて、膨張比Ｐｒｉｎ／Ｐｒｏｕｔが所定範囲にあるか否かを判定する。膨張比Ｐｒｉｎ／Ｐｒｏｕｔが所定範囲の上限である所定膨張比Ｒ６より大きいときには、流量調節機構２０４の状態が「閉」となっていた場合は「開」とし、開度を大きくして熱媒体流路３０２に供給される外気の吸気量を増やす。これにより、熱交換部２０２へ流れる熱媒体の温度を下げて、熱交換部２０２内での熱媒体と作動流体とを一定の温度差となるように調節することで、膨張機１０２の入口側の作動流体の圧力Ｐｒｉｎを適切な状態まで低下させる（Ｓ１１）。
【００５７】
一方、膨張比Ｐｒｉｎ／Ｐｒｏｕｔが所定範囲の下限である所定膨張比Ｒ５以下のときは、流量調節機構２０４の状態が「開」となっていた場合は開度を小さくするか、あるいは状態を「閉」として、熱媒体流路３０２に供給される外気の吸気量を減らすかゼロにする。これにより、熱交換部２０２へ流れる熱媒体の温度を上げて、熱交換部２０２内での熱媒体と作動流体とを一定の温度差となるように調節することで、膨張機１０２の入口側の作動流体の圧力Ｐｒｉｎを適切な状態まで上昇させる（Ｓ１２）。
【００５８】
なお、膨張比Ｐｒｉｎ／Ｐｒｏｕｔが所定範囲内にあるとき、つまりＲ５＜Ｐｒｉｎ／Ｐｒｏｕｔ≦Ｒ６のときは、熱交換部２０２へ流れる熱媒体の温度を変化させることなく、現状の流量調節機構２０４の開度を維持する。
【００５９】
なお、ランキンサイクル装置が停止した時には、流量調節機構２０４の状態を「開」と
して外気を吸気して熱媒体流路３０２に流入させることで、停止直後の蒸発器２０１における余熱を取り除くことができるので、ランキンサイクル装置を安全に停止させることが可能になる。
【００６０】
また、故障あるいはメンテナンスのためにランキンサイクル装置を停止させる場合には、燃焼機器３０１の連続運転を可能にするために、流量調節機構２０４の状態を「開」として外気を吸気することによって、熱媒体流路３０２における熱交換部２０２を流れる熱媒体の温度を下げるようにする。これにより、熱交換部２０２において作動流体が過熱されて分解反応が発生することを防ぐことができる。
【００６１】
（実施の形態２）
本開示の実施の形態２におけるランキンサイクル装置について説明する。本実施の形態におけるランキンサイクル装置は、実施の形態１で用いた図１の構成と同様であり、各部分の詳細説明は省略する。
【００６２】
本実施の形態のランキンサイクル装置１００は、運転状態を検出するために、熱媒体流路３０２上に、熱媒体の温度を検出するセンサを配置する。例えば、蒸発器２０１の熱交換部２０２への熱媒体入口付近に熱媒体温度センサ２０５を配置して、熱交換器２０２の熱媒体入口の熱媒体の温度を検出する。ここで、熱媒体流路３０２における熱交換部２０２への熱媒体入口付近とは、熱媒体流路３０２と吸気口２０３との合流部分と、熱交換部２０２の熱媒体入口と、の間の区間の任意の位置を指す。この区間において、熱媒体温度センサ２０５は、熱交換部２０２の熱媒体入口に近い位置に配置されるのが望ましい。そして、ランキンサイクル装置１００を適切な状態で運転するために、熱媒体温度センサ２０５の検出値が所定の範囲内に収まるように流量調節機構２０４を制御する。
【００６３】
ランキンサイクル装置１００が適切な状態で運転されているかどうかを判断するためには、熱媒体温度センサ２０５の検出値を用いて、燃焼機器３０１で発生した熱媒体の温度が過剰に上昇していないかどうかを判断すればよい。このような判断を行うために、ランキンサイクル装置１００の制御装置１０５は、熱媒体温度センサ２０５の検出値を入力し、熱媒体の温度が過剰に上昇する可能性がある場合には、流量調節機構２０４に対し、外気の吸入口が閉じている場合には吸入口を開くための信号を出力するとともに、入力した検出値に応じて流量調節機構２０４の開度を調整するための信号を出力する。
【００６４】
かかる構成によれば、燃焼機器３０１で発生した熱媒体の温度が過剰に上昇する可能性があることを、例えば、熱媒体温度センサ２０５で熱媒体の温度を測定し、測定された検出値が所定の範囲を超えた場合により判断することができる。これにより、熱媒体の温度が過剰に上昇しそうな場合には、吸気口２０３に外気が流れ込むように流量調節機構２０４の開度を大きくするなどの調整を行い、吸気孔２０３から熱媒体流路３０２に供給される外気の吸気量を調整して、蒸発器２０１の熱交換部２０２に導入される熱媒体の温度を所定の温度範囲内に収まるように調整することができる。
【００６５】
よって、運転始動時などの、作動流体の温度及び圧力をポンプ回転数及び膨張機トルクで制御できない場合であっても、熱媒体の温度上昇による蒸発器内の作動流体の圧力（飽和温度）の過剰な上昇を抑えることができる。したがって、ランキンサイクル装置の発電効率を高く維持できる。
【００６６】
なお、熱媒体の温度を調整することで、ランキンサイクル装置を安全に運転することができる。
【００６７】
なお、図１に示す蒸発器２０１の流量調節機構２０４は、図１に記載の構造に限定され
るものではない。
【００６８】
また、熱源を燃焼機器３０１として説明したが、熱媒体により熱をランキンサイクル装置１００に供給できるものであればよく、これに限定されるものではない。
【００６９】
また、ランキンサイクル装置１００は、熱媒体流路３０２において、熱交換部２０２よりも下流の位置に、熱媒体の流れを安定化させるブロアを配置してもよい。この場合、燃焼機器３０１で発生した熱媒体（排気）だけでなく、流量調節機構２０４から外気を吸入する場合にも、その外気を安定的に吸入して、排気とともに熱媒体流路３０２を流すことができる。
【００７０】
また、蒸発器２０１は、熱媒体流路３０２と吸気口２０３とが合流する位置において、熱媒体流路３０２を流れてきた熱媒体（排気）と吸気口２０３を流れてきた外気とが混合する際、混合された熱媒体の温度の分布に偏りが小さくなるように、すなわち温度的に一様な状態となるようにする構成が施されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本開示にかかる技術は、作動流体によって熱を回収し、利用する熱回収システムだけでなく、熱電併給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、高温ヒートポンプなど、作動流体を高温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】
【００７２】
１００  ランキンサイクル装置
１０１  ポンプ
１０２  膨張機
１０３  発電機
１０４  凝縮器
１０５  制御装置
２０１  蒸発器
２０２  熱交換部
２０３  吸気口
２０４  流量調節機構
２０５  熱媒体温度センサ
２０６  作動流体温度センサ
２０７  第１圧力センサ
２０８  第２圧力センサ
３０１  燃焼機器
３０２  熱媒体流路
【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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