(57)【要約】【課題】ランキンサイクル装置の起動時の信頼性を確保する。【解決手段】循環経路１３５において、ポンプ１１５と、蒸発器１１１と、膨張機構１１２ａと、凝縮器１１３と、がこの順に現れる。流量調整装置１２０は、凝縮器１１３において作動流体と熱交換される冷却媒体の凝縮器１１３への流量を調整する。有限期間において、流量がゼロよりも大きい状態を維持する。有限期間よりも後に、流量の時間微分を、正でありかつ有限期間に比べて大きい値にする。【選択図】図１
2019027344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランキンサイクル装置の起動方法であって、
前記ランキンサイクル装置は、ポンプと、蒸発器と、膨張機構と、凝縮器と、流量調整装置と、を含み、
前記ランキンサイクル装置では、作動流体が流れる循環経路が構成され、
前記循環経路において、前記ポンプと、前記蒸発器と、前記膨張機構と、前記凝縮器と、がこの順に現れ、
前記流量調整装置は、前記凝縮器において前記作動流体と熱交換される冷却媒体の前記凝縮器への流量を調整するものであり、
有限期間において、前記流量がゼロよりも大きい状態を維持し、
前記有限期間よりも後に、前記流量の時間微分を、正でありかつ前記有限期間に比べて大きい値にする、起動方法。
【請求項２】
前記有限期間よりも後かつ前記蒸発器における作動流体の加熱開始後に、前記流量の時間微分を、正でありかつ前記有限期間に比べて大きい値にする、請求項１に記載の起動方法。
【請求項３】
前記有限期間は、前記流量の時間微分がゼロである期間を含む、請求項１又は２に記載の起動方法。
【請求項４】
前記有限期間における前記流量の時間微分は、常にゼロ以上である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の起動方法。
【請求項５】
前記有限期間における前記流量は、前記ランキンサイクル装置の定格運転時に比べて小さい、請求項１〜４のいずれか一項に記載の起動方法。
【請求項６】
前記有限期間における前記流量は、前記ランキンサイクル装置の定格運転時の５〜８０％である、請求項５に記載の起動方法。
【請求項７】
前記ランキンサイクル装置は、膨張機と、第１温度センサと、第２温度センサと、バイパス弁と、を含み、
前記膨張機は、前記膨張機構と、回転軸と、容器と、を有し、
前記膨張機構は、前記回転軸に接続されており、
前記容器は、前記膨張機構を収納しており、
前記ランキンサイクル装置では、前記作動流体が流れるバイパス経路が構成され、
前記循環経路において、前記ポンプと、前記蒸発器と、分岐点と、前記膨張機構と、合流点と、前記凝縮器と、がこの順に現れ、
前記バイパス経路は、前記膨張機を迂回しつつ前記分岐点と前記合流点を接続しており、
前記バイパス経路において、前記バイパス弁が現れ、
前記第１温度センサは、前記循環経路における前記凝縮器の出口と前記ポンプの入口の間の部分に存する前記作動流体の温度を検出し、
前記第２温度センサは、前記循環経路における前記蒸発器の出口と前記膨張機構の間の部分に存する前記作動流体の温度を検出し、
前記蒸発器における前記作動流体の加熱が開始されてから前記第１温度センサの検出温度である第１検出温度が第１閾値温度に達するまでの第１期間において、前記回転軸の回転である軸回転を連続的に強制停止し、
前記第１検出温度が前記第１閾値温度に達してから前記第２温度センサの検出温度である第２検出温度が第２閾値温度に達するまでの第２期間において、前記軸回転の強制停止と前記軸回転の許可とのセットを少なくとも一回実行し、
前記第２期間よりも後に、前記流量を、前記第１期間及び前記第２期間に比べて大きい値まで上昇させる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の起動方法。
【請求項８】
前記第２期間において、第１時間幅にわたる前記軸回転の強制停止と第２時間幅にわたる前記軸回転の許可との前記セットを少なくとも一回実行し、
前記第１時間幅は、前記第２時間幅よりも長い、請求項７に記載の起動方法。
【請求項９】
前記第２期間において、第１時間幅にわたる前記軸回転の強制停止と第２時間幅にわたる前記軸回転の許可との前記セットを少なくとも一回実行し、
前記第１時間幅は、前記第２時間幅よりも短い、請求項７に記載の起動方法。
【請求項１０】
前記第２期間において、前記セットを複数回実行する、請求項７〜９のいずれか一項に記載の起動方法。
【請求項１１】
前記膨張機は、発電機を含み、
前記発電機は、前記回転軸に接続されており、
前記第２期間において、前記軸回転の強制停止を、前記発電機に直流電流を流すことによって実行し、
前記第２期間において、前記バイパス弁の開度を８０％〜１００％に維持し、
前記第２期間よりも後に、前記ポンプの回転数を、前記第２期間に比べて大きい値まで上昇させる、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の起動方法。
【請求項１２】
前記第１期間及び前記第２期間において前記第１検出温度が上昇し、
前記第２期間よりも後に、前記第１検出温度が低下する期間が現れる、請求項７〜１１のいずれか一項に記載の起動方法。
【請求項１３】
前記流量調整装置は、前記流量を調整するための専用装置である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の起動方法。
【請求項１４】
ポンプと、蒸発器と、膨張機構と、凝縮器と、流量調整装置と、制御装置と、を含み、
作動流体が流れる循環経路が構成され、
前記循環経路において、前記ポンプと、前記蒸発器と、前記膨張機構と、前記凝縮器と、がこの順に現れ、
前記流量調整装置は、前記凝縮器において前記作動流体と熱交換される冷却媒体の前記凝縮器への流量を調整するものであり、
前記制御装置は、有限期間において、前記流量がゼロよりも大きい状態を維持し、
前記制御装置は、前記有限期間よりも後に、前記流量の時間微分を、正でありかつ前記有限期間に比べて大きい値にする、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の起動方法及びランキンサイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ランキンサイクル装置の起動方法が開示されている。
【０００３】
図７は、特許文献１のランキンサイクル装置の概略構成図である。図７に示すように、特許文献１のランキンサイクル装置１は、流体経路５０を備えている。流体経路５０は、ランキンサイクルを構成している。
【０００４】
流体経路５０では、ポンプ７、蒸発器４、膨張機５及び凝縮器６が、複数の配管によって、この順で環状に接続されている。蒸発器４の出口と膨張機５の入口の間には、作動流体の温度を特定するための温度センサ１０が設けられている。
【０００５】
流体経路５０は、バイパス経路７０を有している。バイパス経路７０は、膨張機５をバイパスしている。バイパス経路７０の上流端は、流体経路５０における蒸発器４の出口と膨張機５の入口との間の部分に接続されている。バイパス経路７０の下流端は、流体経路５０における膨張機５の出口と凝縮器６の入口との間の部分に接続されている。バイパス経路７０には、バイパス弁９が設けられている。
【０００６】
膨張機５には、発電機８が連結されている。ポンプ７には、電動機１１が連結されている。膨張機５は、発電機８を駆動する。電動機１１は、ポンプ７を駆動する。
【０００７】
ランキンサイクル装置は、以下のように動作する。ポンプ７は、作動流体を圧送し、循環させる。蒸発器４は、加熱源からの熱を用いて作動流体を加熱する。これにより、作動流体が気体、具体的には過熱蒸気の状態となる。膨張機５には、過熱蒸気の作動流体が流入する。流入した作動流体は、膨張機５内で断熱膨張する。これにより、膨張機５に駆動力が生じ、膨張機５が動作する。凝縮器６は、冷却水、冷却空気等を用いて、膨張機５から吐出された作動流体を冷却する。これにより、作動流体は、凝縮して、液体状態となる。液体の作動流体は、ポンプ７に吸い込まれる。
【０００８】
制御装置２は、コンバータ２０を有している。コンバータ２０は、３相配線２３を介して発電機８に接続されている。コンバータ２０は、発電機８を介して膨張機５に制動トルク又は駆動トルクを与えることができる。これにより、膨張機５が作動流体を膨張させることを禁止したり、膨張機５が作動流体を膨張させることを許可したりすることができる。その他、制御装置２は、駆動回路２１と、電力変換器２２とを有している。駆動回路２１は、３相配線２９によって電動機１１に接続されている。電力変換器２２は、直流配線２４によってコンバータ２０と接続されている。電力変換器２２は、電力系統３に接続可能である。
【０００９】
制御装置２がコンバータ２０を用いて発電機８に直流電流を流すことにより、膨張機５に制動力を働かせることができる。制御装置２は、このようにして、膨張機５が作動流体を膨張させることを禁止することができる。
【００１０】
また、制御装置２がコンバータ２０を用いて発電機８の端子間電圧をゼロにすることにより、膨張機５が作動流体を膨張させることを許可することができる。このようにして作動流体の膨張禁止を解除すると、膨張機５の入口における作動流体の圧力と膨張機５の出口における作動流体の圧力との差に基づいて、膨張機５を動作させることができる。
【００１１】
ランキンサイクル装置１の起動時には、温度センサ１０の検出温度が閾値温度まで増加しポンプ７の回転数がゼロから増加し始めてからも暫くの間は、膨張機５の回転数をゼロに維持する。これにより、温度が低く液体を多く含む作動流体が膨張機５に流入することを防止している。
【００１２】
ポンプ７の回転数が所定回転数まで増加した後のタイミングにおいて、バイパス弁９の開度を小さくする。その後、制御装置２がコンバータ２０を用いて発電機８の端子間電圧をゼロにする。これにより、膨張機５が作動流体を膨張させることが許可される。そして、膨張機５の入口における作動流体の圧力と膨張機５の出口における作動流体の圧力との差に基づいて、膨張機５の回転数がゼロから増加し始める。その後、コンバータ２０を用いた発電機８の回転数の調整により、膨張機５の回転数は徐々に増加し、所定の回転数に到達する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１７−００２８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、特許文献１の技術には、ランキンサイクル装置の起動時の信頼性を確保する観点から、改善の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本開示は、
ランキンサイクル装置の起動方法であって、
前記ランキンサイクル装置は、ポンプと、蒸発器と、膨張機構と、凝縮器と、流量調整装置と、を含み、
前記ランキンサイクル装置では、作動流体が流れる循環経路が構成され、
前記循環経路において、前記ポンプと、前記蒸発器と、前記膨張機構と、前記凝縮器と、がこの順に現れ、
前記流量調整装置は、前記凝縮器において前記作動流体と熱交換される冷却媒体の前記凝縮器への流量を調整するものであり、
有限期間において、前記流量がゼロよりも大きい状態を維持し、
前記有限期間よりも後に、前記流量の時間微分を、正でありかつ前記有限期間に比べて大きい値にする、起動方法を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本開示に係る技術によれば、ランキンサイクル装置の起動時の信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１に係るランキンサイクル装置の概略構成図
【図２】実施の形態１の膨張機の概略構成図
【図３】実施の形態１の起動制御運転のフローチャート
【図４】実施の形態１の起動制御運転のタイムチャート
【図５】実施の形態２の起動制御運転のタイムチャート
【図６】変形例の起動制御運転のタイムチャート
【図７】従来のランキンサイクル装置の概略構成図
【図８】冷却媒体の凝縮器への流量を大きくした場合のモリエル線図
【図９】冷却媒体の凝縮器への流量を抑えた場合のモリエル線図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（本発明者らによる知見）
ランキンサイクル装置では、ポンプに液体状態の作動流体が流入する場合には、ポンプは安定して動作する。一方、ポンプに気液二相状態の作動流体が流入する場合には、作動流体の流量を確保できない。また、この場合には、ポンプでキャビテーションが生じることもある。ランキンサイクル装置の信頼性を確保する観点から、ポンプに気液二相状態の作動流体が流入することは避けることが望ましい。
【００１９】
意外なことに、凝縮器における作動流体の冷却量を大きくすると、ポンプに気液二相状態の作動流体が流入することがある。これは、凝縮器における作動流体の冷却により、ポンプの入口の作動流体の圧力が低下するためである。圧力低下が原因でポンプに気液二相状態の作動流体が流入する現象は、ランキンサイクル装置の起動運転の際に発生することがある。この現象は、具体的には、他の条件にもよるが、蒸発器における作動流体の加熱量が低いとき等に発生し易い。ここで、「加熱量が低いとき」は、加熱量がゼロであるときを含む意の表現である。
【００２０】
本発明者らは、凝縮器において作動流体と熱交換される冷却媒体の凝縮器への流量を調整することによって作動流体の冷却量を調整することを考えた。本発明者らは、具体的には、起動運転において上記流量が抑えられた有限期間を設定することを考えた。そのような有限期間を設定することにより、ポンプに気液二相状態の作動流体が流入するリスクを低減させることができる。
【００２１】
図８及び図９に、起動運転の際のモリエル線図を示す。具体的には、図８は、冷却媒体の凝縮器への流量を大きくした場合のモリエル線図である。図９は、同流量を抑えた場合のモリエル線図である。図８及び図９の横軸は、エンタルピーｈを指す。縦軸は、圧力Ｐを指す。図８の点Ａ１及び図９の点Ａ２は、ポンプの入口における作動流体の状態を表す。図８の点Ｂ１及び図９の点Ｂ２は、ポンプの出口の作動流体の状態を表す。
【００２２】
図８では、点Ａ１は、飽和液線と飽和気線に挟まれた気液二相の領域内にある。このことは、ポンプの入口における作動流体が気液二相状態にあることを意味する。一方、図９では、点Ａ２は、飽和液線よりも左の領域にある。このことは、ポンプの入口における作動流体が液体状態にあることを意味する。図８及び図９から理解されるように、冷却媒体の凝縮器への流量を抑えると、ポンプの入口における作動流体の圧力が過度に低下することを防止でき、同作動流体の状態を液体状態にできる。
【００２３】
本開示に係る技術は、このような検討により見出されたものである。
【００２４】
本開示の第１態様は、
ランキンサイクル装置の起動方法であって、
前記ランキンサイクル装置は、ポンプと、蒸発器と、膨張機構と、凝縮器と、流量調整装置と、を含み、
前記ランキンサイクル装置では、作動流体が流れる循環経路が構成され、
前記循環経路において、前記ポンプと、前記蒸発器と、前記膨張機構と、前記凝縮器と、がこの順に現れ、
前記流量調整装置は、前記凝縮器において前記作動流体と熱交換される冷却媒体の前記凝縮器への流量を調整するものであり、
有限期間において、前記流量がゼロよりも大きい状態を維持し、
前記有限期間よりも後に、前記流量の時間微分を、正でありかつ前記有限期間に比べて大きい値にする、起動方法を提供する。
【００２５】
第１態様では、冷却媒体の凝縮器への流量の時間微分が相対的に小さい有限期間が設定される。このようにして設定された有限期間は、流量が抑えられた期間である。このため、この有限期間では、凝縮器における作動流体の冷却量が抑制され、ポンプの入口における作動流体の過度な圧力低下が防止される。そのような有限期間を過度な圧力低下が発生し易い期間と重なるように設定することにより、圧力低下が原因でポンプに気液二相状態の作動流体が流入するリスクを低減させることができる。以上の理由で、第１態様によれば、ランキンサイクル装置の起動時の信頼性を確保することができる。
【００２６】
本開示の第２態様は、第１態様に加え、
前記有限期間よりも後かつ前記蒸発器における作動流体の加熱開始後に、前記流量の時間微分を、正でありかつ前記有限期間に比べて大きい値にする、起動方法を提供する。
【００２７】
蒸発器における作動流体の加熱開始後は、凝縮器における作動流体の冷却が原因でポンプに気液二相状態の作動流体が流入するリスクが低下していく。このため、蒸発器における作動流体の加熱開始後は、冷却媒体の流量の時間微分を大きくするタイミングとして適している。
【００２８】
本開示の第３態様は、第１態様又は第２態様に加え、
前記有限期間は、前記流量の時間微分がゼロである期間を含む、起動方法を提供する。
【００２９】
ポンプには、凝縮器で冷却された作動流体が流入する。このため、ポンプ入口の作動流体の状態は、凝縮器における冷却媒体の流量に影響される。この流量の時間微分がゼロである期間においては、ポンプ入口の作動流体の状態の変化が抑制され易く、ポンプを安定して制御し易い。第３態様の有限期間は、そのような期間を含んでいる。このため、第３態様は、ランキンサイクル装置の起動時の信頼性を確保するのに適している。
【００３０】
本開示の第４態様は、第１態様〜第３態様のいずれか１つに加え、
前記有限期間における前記流量の時間微分は、常にゼロ以上である、起動方法を提供する。
【００３１】
蒸発器における作動流体の加熱が開始されると、ランキンサイクルにおける作動流体の温度が全体として上昇していく。ランキンサイクル装置の信頼性確保の観点からは、この温度上昇が過度に速くなることを防止することが望ましい。この点、第４態様の有限期間における冷却媒体の流量の時間微分は、常にゼロ以上である。このようにすれば、上記のような過度に速い温度上昇が発生し難い。この効果は、蒸発器における作動流体の加熱量の時間微分が大きい場合に特に好適に発揮され得る。以上の理由で、第４態様は、ランキンサイクル装置の起動時の信頼性を確保するのに適している。
【００３２】
本開示の第５態様は、第１態様〜第４態様のいずれか１つに加え、
前記有限期間における前記流量は、前記ランキンサイクル装置の定格運転時に比べて小さい、起動方法を提供する。
【００３３】
本開示の第６態様は、第５態様に加え、
前記有限期間における前記流量は、前記ランキンサイクル装置の定格運転時の５〜８０％である、起動方法を提供する。
【００３４】
第５態様及び第６態様は、有限期間においてポンプに気液二相状態の作動流体が流入するリスクを低減させる観点から有利である。
【００３５】
本開示の第７態様は、第１態様〜第６態様のいずれか１つに加え、
前記ランキンサイクル装置は、膨張機と、第１温度センサと、第２温度センサと、バイパス弁と、を含み、
前記膨張機は、前記膨張機構と、回転軸と、容器と、を有し、
前記膨張機構は、前記回転軸に接続されており、
前記容器は、前記膨張機構を収納しており、
前記ランキンサイクル装置では、前記作動流体が流れるバイパス経路が構成され、
前記循環経路において、前記ポンプと、前記蒸発器と、分岐点と、前記膨張機構と、合流点と、前記凝縮器と、がこの順に現れ、
前記バイパス経路は、前記膨張機を迂回しつつ前記分岐点と前記合流点を接続しており、
前記バイパス経路において、前記バイパス弁が現れ、
前記第１温度センサは、前記循環経路における前記凝縮器の出口と前記ポンプの入口の間の部分に存する前記作動流体の温度を検出し、
前記第２温度センサは、前記循環経路における前記蒸発器の出口と前記膨張機構の間の部分に存する前記作動流体の温度を検出し、
前記蒸発器における前記作動流体の加熱が開始されてから前記第１温度センサの検出温度である第１検出温度が第１閾値温度に達するまでの第１期間において、前記回転軸の回転である軸回転を連続的に強制停止し、
前記第１検出温度が前記第１閾値温度に達してから前記第２温度センサの検出温度である第２検出温度が第２閾値温度に達するまでの第２期間において、前記軸回転の強制停止と前記軸回転の許可とのセットを少なくとも一回実行し、
前記第２期間よりも後に、前記流量を、前記第１期間及び前記第２期間に比べて大きい値まで上昇させる、起動方法を提供する。
【００３６】
第７態様では、第２期間よりも後に、冷却媒体の流量を、第１期間及び第２期間に比べて大きい値まで上昇させる。このため、第１期間及び第２期間において、冷却量を抑え、凝縮器から外部への放熱量を抑えることができる。このため、これらの期間において、ポンプ及びその周辺における潤滑油の温度を上昇させ易くなり、該潤滑油の粘度を下げ易くなり、該潤滑油が流れる際の粘性による流動抵抗を下げ易くなる。
【００３７】
典型的には、ランキンサイクル装置の運転が開始される時点において、膨張機の容器内上部に気体状態の作動流体が存在する。容器内下部に液体状態の作動流体が存在する。第７態様の第２期間では、膨張機の軸回転の強制停止と許可とのセットを少なくとも一回実行する。軸回転を強制停止する期間が存在することにより、膨張機の容器から気体状態の作動流体が流出することを許容しつつ、これに続いて液体状態の作動流体が流出することを防止し易くなる。具体的には、気体状態の作動流体の流出後に、液体状態の作動流体が膨張機の膨張機構まで吸い上げられて容器外部に流出する事態を回避し易くなる。従って、液体の作動流体に溶け込んだ潤滑油が容器外部に流出し難くなる。また、上述の理由で、第７態様の第２期間では、ポンプ及びその周辺における潤滑油は、流動抵抗が下がった状態にある。その潤滑油を、軸回転を許可する期間において、作動流体と共に膨張機の容器へと圧送することができる。
【００３８】
このような理由で、第７態様によれば、膨張機の容器からの潤滑油の流出を抑制しつつ、容器への潤滑油の流入を促進させることができる。これにより、容器が保持する潤滑油を増加させることができる。従って、第７態様は、膨張機における潤滑油不足を解消するのに適している。
【００３９】
本開示の第８態様は、第７態様に加え、
前記第２期間において、第１時間幅にわたる前記軸回転の強制停止と第２時間幅にわたる前記軸回転の許可との前記セットを少なくとも一回実行し、
前記第１時間幅は、前記第２時間幅よりも長い、起動方法を提供する。
【００４０】
本開示の第９態様は、第７態様に加え、
前記第２期間において、第１時間幅にわたる前記軸回転の強制停止と第２時間幅にわたる前記軸回転の許可との前記セットを少なくとも一回実行し、
前記第１時間幅は、前記第２時間幅よりも短い、起動方法を提供する。
【００４１】
ランキンサイクル装置の仕様及び使用環境等にもよるが、容器内部における気体状態の作動流体が減少している場合には、第８態様に従ってランキンサイクル装置を制御すれば、容器内の潤滑油が増加し易い傾向にある。一方、容器内部における気体状態の作動流体が多い場合には、第９態様に従ってランキンサイクル装置を制御すれば、容器内の潤滑油が増加し易い傾向にある。第８態様が有利な場合としては、ランキンサイクル装置の運転停止後に暫く時間をおいてからランキンサイクル装置を再起動させる場合が挙げられる。一方、第９態様が有利な場合としては、ランキンサイクル装置の運転停止時後にあまり時間をおかずにランキンサイクル装置を再起動させる場合が挙げられる。
【００４２】
具体的には、第８態様の第２期間では、軸回転が許可される時間幅が比較的短い。この短さにより、気体状態の作動流体の流出後に、液体状態の作動流体が膨張機構まで吸い上げられて容器外部に流出する事態を回避し易くなる。従って、液体の作動流体に溶け込んだ潤滑油が容器外部に流出し難くなる。また、膨張機の軸回転が許可されているときには、膨張機の容器内へと潤滑油が入り込む。入り込んだ潤滑油は、容器内の構造物に付着する。付着した潤滑油は、重力により容器下部へと移動する。その後、潤滑油は、液体状態の作動流体と共に保持される。第８態様の第２期間では、膨張機の軸回転が強制停止される時間幅が比較的長い。この長さにより、構造物に付着した潤滑油が気体状態の作動流体と共に容器外部に流出する事態を回避し易くなり、上記のようにして液体状態の作動流体と共に保持される潤滑油の量を確保し易くなる。第８態様によれば、以上のようにして、容器内の潤滑油を増加させることができる。
【００４３】
一方、容器内部における気体状態の作動流体が多い場合には、容器内の気体状態の作動流体が液体状態に戻ることを防止することが、容器内の潤滑油を増加させるのに有利である。これを考慮し、第９態様の第２期間では、軸回転が許可される時間幅を比較的長くしている。このようにすることが容器内の潤滑油を増加させるのに有利である理由は、以下のように説明される。膨張機の軸回転が許可されているときには、容器の熱の容器外への放熱と、蒸発器で加熱された高温の作動流体の容器内部への流入とが、容器内部の作動流体の温度に影響を与える。第９態様の第２期間では、軸回転が許可される時間幅が比較的長い。このため、高温の作動流体の流入が膨張機の容器内の作動流体の温度に及ぼす影響が大きい。このため、容器内の作動流体の温度を確保し易い。このため、容器内の作動流体が液体状態に戻ることを防止し易い。容器内部における気体状態の作動流体が多い場合に軸回転が許可される時間幅を長くすると、比較的長時間にわたり、気体状態の作動流体を容器外部に流出させつつ、容器内部に潤滑油を流入させることができる。このため、液体状態の作動流体に溶け込んだ潤滑油が容器外部に流出する事態を回避しつつ、容器内部に多くの潤滑油を流入させることができる。第９態様によれば、以上のようにして、容器内の潤滑油を増加させることができる。
【００４４】
本開示の第１０態様は、第７態様〜第９態様のいずれか１つに加え、
前記第２期間において、前記セットを複数回実行する、起動方法を提供する。
【００４５】
第１０態様によれば、膨張機の容器からの潤滑油の流出を好適に抑制しつつ、容器への潤滑油の流入を好適に促進させることができる。
【００４６】
本開示の第１１態様は、第７態様〜第１０態様のいずれか１つに加え、
前記膨張機は、発電機を含み、
前記発電機は、前記回転軸に接続されており、
前記第２期間において、前記軸回転の強制停止を、前記発電機に直流電流を流すことによって実行し、
前記第２期間において、前記バイパス弁の開度を８０％〜１００％に維持し、
前記第２期間よりも後に、前記ポンプの回転数を、前記第２期間に比べて大きい値まで上昇させる、起動方法を提供する。
【００４７】
第１１態様の第２期間では、バイパス弁の開度が比較的大きく、ポンプの回転数が比較的低い。これにより、第２期間において、膨張機構のトルクが過度に大きくなることが防止される。このようにすれば、直流電流の印加では膨張機構の強制停止が出来ないという事態を回避することができる。
【００４８】
本開示の第１２態様は、第７態様〜第１１態様のいずれか１つに加え、
前記第１期間及び前記第２期間において前記第１検出温度が上昇し、
前記第２期間よりも後に、前記第１検出温度が低下する期間が現れる、起動方法を提供する。
【００４９】
第１２態様の第２期間においては、ポンプ及びその周辺における潤滑油の流動抵抗が下がった状態になり易い。
【００５０】
本開示の第１３態様は、第１態様〜第１２態様のいずれか１つに加え、
前記流量調整装置は、前記流量を調整するための専用装置である、起動方法を提供する。
【００５１】
第１３態様の凝縮器用の流量調整装置は専用装置である。このため、第１３態様によれば、凝縮器以外の機器に影響を及ぼすことなく凝縮器への冷却媒体の流量を調整することができる。
【００５２】
本開示の第１４態様は、
ポンプと、蒸発器と、膨張機構と、凝縮器と、流量調整装置と、制御装置と、を含み、
作動流体が流れる循環経路が構成され、
前記循環経路において、前記ポンプと、前記蒸発器と、前記膨張機構と、前記凝縮器と、がこの順に現れ、
前記流量調整装置は、前記凝縮器において前記作動流体と熱交換される冷却媒体の前記凝縮器への流量を調整するものであり、
前記制御装置は、有限期間において、前記流量がゼロよりも大きい状態を維持し、
前記制御装置は、前記有限期間よりも後に、前記流量の時間微分を、正でありかつ前記有限期間に比べて大きい値にする、ランキンサイクル装置を提供する。
【００５３】
第１４態様によれば、第１態様と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
ランキンサイクル装置の起動方法に関する技術は、ランキンサイクル装置に適用できる。ランキンサイクル装置に関する技術は、ランキンサイクル装置の起動方法に適用できる。
【００５５】
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。本開示は、以下の実施の形態に限定されない。
【００５６】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１におけるランキンサイクル装置２００の構成図である。
【００５７】
ランキンサイクル装置２００は、ポンプ１１５と、蒸発器１１１と、膨張機構１１２ａと（図２参照）、凝縮器１１３と、を含んでいる。膨張機構１１２ａは、膨張機１１２の構成要素である。ランキンサイクル装置２００は、第１温度センサ１１９と、第２温度センサ１１８と、を含んでいる。ランキンサイクル装置２００は、分岐点１３６と、合流点１３７と、を含んでいる。ランキンサイクル装置２００は、流量調整装置１２０を含んでいる。ランキンサイクル装置２００は、バイパス弁１１７を含んでいる。ランキンサイクル装置２００は、電動機１２１と、電動機１２２と、を含んでいる。ランキンサイクル装置２００は、制御装置１５０を含んでいる。
【００５８】
ランキンサイクル装置２００は、ランキンサイクル経路１３０を備えている。以下では、ランキンサイクル経路１３０を、流体経路１３０と称することがある。流体経路１３０は、作動流体が流れる回路である。流体経路１３０は、ランキンサイクルを構成している。流体経路１３０は、循環経路１３５と、バイパス経路１４０と、を有している。つまり、ランキンサイクル装置２００では、作動流体が流れる循環経路１３５及びバイパス経路１４０が構成されている。
【００５９】
循環経路１３５において、ポンプ１１５と、蒸発器１１１と、膨張機１１２（の膨張機構１１２ａ）と、凝縮器１１３と、がこの順に現れる。具体的には、循環経路１３５において、ポンプ１１５と、蒸発器１１１と、分岐点１３６と、膨張機構１１２ａと、合流点１３７と、凝縮器１１３と、がこの順に現れる。本実施の形態では、ポンプ１１５、蒸発器１１１、膨張機１１２及び凝縮器１１３は、複数の配管によってこの順番で環状に接続されている。
【００６０】
バイパス経路１４０は、膨張機１１２を迂回しつつ分岐点１３６と合流点１３７を接続している。バイパス経路１４０において、バイパス弁１１７が現れる。
【００６１】
ランキンサイクル装置２００は、流体経路１３０において、公知の再生器等を含んでいてもよい。
【００６２】
蒸発器１１１は、熱源（図示省略）で生成された熱エネルギーを吸収する熱交換器である。蒸発器１１１は、例えばフィンチューブ熱交換器であり、熱源ガスの経路に位置するように配置されている。熱源ガスとランキンサイクル装置２００の作動流体とが蒸発器１１１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。この加熱には、例えば、工場、焼却炉等の施設から排出された廃熱エネルギーを利用することができる。
【００６３】
図２に示すように、ランキンサイクル装置２００は、膨張機１１２を含んでいる。膨張機１１２は、膨張機構１１２ａと、回転軸１１２ｂと、容器１１２ｃと、を有している。本実施の形態では、膨張機１１２は、発電機１１６も有している。
【００６４】
膨張機構１１２ａは、回転軸１１２ｂに接続されている。本実施の形態では、発電機１１６も、回転軸１１２ｂに接続されている。容器１１２ｃは、膨張機構１１２ａを収納している。本実施の形態では、容器１１２ｃは、回転軸１１２ｂ及び発電機１１６も収納している。
【００６５】
膨張機構１１２ａは、作動流体を膨張させる。膨張機構１１２ａにより、作動流体の膨張エネルギーが回転動力に変換される。この回転動力は、回転軸１１２ｂにより発電機１１６に伝達される。発電機１１６は、この回転動力を用いて駆動し、発電する。
【００６６】
容器１１２ｃは、吸入口１１２ｄと、吐出口１１２ｅと、を有している。吸入口１１２ｄは、膨張前の作動流体を吸入する。吐出口１１２ｅは、膨張後の作動流体を吐出する。
【００６７】
具体的には、作動流体は、吸入口１１２ｄから容器１１２ｃの内部に吸入される。次に、作動流体は、発電機１１６に近づいていく。発電機１１６には、空間的な隙間がある。作動流体は、その隙間を通過する。次に、作動流体は、膨張機構１１２ａに到達する。作動流体は、膨張機構１１２ａにおいて膨張する。その後、作動流体は、吐出口１１２ｅから吐出される。
【００６８】
容器１１２ｃ内には、潤滑油の供給機構１１２ｆも収納されている。吸入口１１２ｄからは、作動流体と共に、潤滑油が吸引される。吸引された潤滑油の一部が、容器１１２ｃ内の流動中に、容器１１２ｃ内の構造物に付着する。付着した潤滑油は、吐出口１１２ｅまで到達せずに、容器１１２ｃ内に留まり、重力により容器１１２ｃの下部に溜まる。下部に溜まった潤滑油は、供給機構１１２ｆにより吸い上げられる。吸い上げられた潤滑油は、潤滑が必要となる箇所へ供給される。例えば、吸い上げられた潤滑油は、膨張機構１１２ａに供給される。また例えば、吸い上げられた潤滑油は、回転軸１１２ｂを支える軸受部に供給される。
【００６９】
膨張機１１２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、往復膨張機等が挙げられる。ターボ型の膨張機は、いわゆる膨張タービンである。
【００７０】
膨張機１１２として、容積型の膨張機が推奨される。一般に、容積型の膨張機は、ターボ型の膨張機よりも広範囲の回転数で高い膨張機効率を発揮する。例えば、高効率を維持したまま、定格回転数の半分以下の回転数で容積型の膨張機を運転することも可能である。つまり、高効率を維持したまま、発電量を定格発電量の半分以下に低下させることができる。容積型の膨張機はこのような特性を持っているので、容積型の膨張機を使用すれば蒸発器１１１での熱源ガスの状態変化に伴う発電量の変化に柔軟に対応することができる。
【００７１】
凝縮器１１３は、膨張機１１２から吐出された高温の作動流体を、作動流体の温度より低い温度の空気、水等の他の冷却媒体により冷却する。凝縮器１１３として、フィンチューブ熱交換器、プレート式熱交換器、二重管式熱交換器等の公知の熱交換器を使用できる。
【００７２】
凝縮器１１３の種類は、冷却する媒体の種類に応じて適切に選択される。冷却する媒体が水等の液体のとき、プレート式熱交換器又は二重管式熱交換器を凝縮器１１３に好適に使用できる。冷却する媒体が空気等の気体のとき、フィンチューブ熱交換器を凝縮器１１３に好適に使用できる。
【００７３】
ポンプ１１５は、電動式のポンプである。ポンプ１１５は、液体の作動流体を循環させることができる。具体的に、ポンプ１１５は、凝縮器１１３から流出した作動流体を吸い込み、加圧する。これにより、加圧された作動流体が蒸発器１１１に供給される。ポンプ１１５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、ロータリポンプ等が挙げられる。ターボ型のポンプとして、遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプ等が挙げられる。
【００７４】
ポンプ１１５は、膨張機１１２とは連結されていない。つまり、ポンプ１１５の回転軸と膨張機１１２の回転軸１１２ｂとは切り離されている。このため、ポンプ１１５は、膨張機１１２から独立して動作できる。
【００７５】
電動機１２１は、ポンプ１１５に連結されている。電動機１２１は、ポンプ１１５を駆動する。
【００７６】
電動機１２１は、例えば、永久磁石同期電動機である。
【００７７】
発電機１１６は、例えば、永久磁石同期発電機である。
【００７８】
バイパス弁１１７は、開度を変更可能な弁である。バイパス弁１１７の開度を変更することによって、膨張機１１２をバイパスする作動流体の流量を調節できる。ただし、バイパス弁１１７として電磁式の開閉弁を用いてもよい。
【００７９】
なお、本明細書では、「開度」とは、バイパス弁１１７を全開にしたときに作動流体が通る通路の断面積を１００％としたときの、作動流体が通る通路の断面積を百分率で表したものである。
【００８０】
第２温度センサ１１８は、循環経路１３５における蒸発器１１１の出口と膨張機構１１２ａの間の部分に存する作動流体の温度Ｔｅを検出する。具体的には、第２温度センサ１１８は、循環経路１３５における蒸発器１１１の出口と膨張機１１２の入口の間の部分に存する作動流体の温度Ｔｅを検出する。本実施の形態の第２温度センサ１１８は、作動流体に接触することによって温度Ｔｅを直接的に検出するものである。ただし、第２温度センサ１１８は、循環経路１３５を形成する壁の温度を検出することによって温度Ｔｅを間接的に検出するものであってもよい。壁は、典型的には配管によって構成される。なお、「循環経路１３５における蒸発器１１１の出口と膨張機１１２の入口の間の部分」は、蒸発器１１１の出口及び膨張機１１２の入口を含む。
【００８１】
第２温度センサ１１８の位置は、第２温度センサ１１８が温度Ｔｅの特定に利用可能な検出値を得ることができる位置であれば、特に限定されない。第２温度センサ１１８は、蒸発器１１１の出口と膨張機１１２の入口の間の上記部分におけるいずれかの箇所に設けられうる。また、第２温度センサ１１８は、該部分を形成する壁のいずれかの箇所に設けられうる。膨張機１１２の配線と第２温度センサ１１８の配線とを近づけてこれらの配線を取り扱い易くする観点からは、第２温度センサ１１８を膨張機１１２の入口に設けることができる。
【００８２】
第２温度センサ１１８は、温度Ｔｅの検出信号を制御装置１５０に送信する。以下では、第２温度センサ１１８を用いて特定された温度Ｔｅを、第２検出温度と称することがある。
【００８３】
第１温度センサ１１９は、循環経路１３５における凝縮器１１３の出口とポンプ１１５の入口の間の部分に存する作動流体の温度Ｔｐを検出する。本実施の形態の第１温度センサ１１９は、作動流体に接触することによって温度Ｔｐを直接的に検出するものである。ただし、第１温度センサ１１９は、循環経路１３５を形成する壁の温度を検出することによって温度Ｔｐを間接的に検出するものであってもよい。壁は、典型的には配管によって構成される。なお、「循環経路１３５における凝縮器１１３の出口とポンプ１１５の入口の間の部分」は、凝縮器１１３の出口及びポンプ１１５の入口を含む。
【００８４】
第１温度センサ１１９の位置は、第１温度センサ１１９が温度Ｔｐの特定に利用可能な検出値を得ることができる位置であれば、特に限定されない。第１温度センサ１１９は、凝縮器１１３の出口とポンプ１１５の入口の間の上記部分におけるいずれかの箇所に設けられうる。また、第１温度センサ１１９は、該部分を形成する壁のいずれかの箇所に設けられうる。
【００８５】
第１温度センサ１１９は、温度Ｔｐの検出信号を制御装置１５０に送信する。以下では、第１温度センサ１１９を用いて特定された温度Ｔｐを、第１検出温度Ｔｐと称することがある。
【００８６】
流量調整装置１２０は、凝縮器１１３において作動流体と熱交換される冷却媒体の凝縮器１１３への流量を調整するものである。流量調整装置１２０は、この流量の調整を通じて、凝縮器１１３での作動流体の冷却量を調整することができる。流量調整装置１２０の制御は、制御装置１５０が担う。流量調整装置１２０として、例えばプロペラファン、液体ポンプ等が挙げられる。
【００８７】
流量調整装置１２０の種類は、作動流体を冷却する冷却媒体の種類に応じて選択される。作動流体を冷却する冷却媒体が空気等の気体のときには、プロペラファンを流量調整装置１２０として好適に使用できる。作動流体を冷却する冷却媒体が水等の液体のときには、液体ポンプを流量調整装置１２０として好適に使用できる。
【００８８】
ランキンサイクル装置２００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、アルコール等が挙げられる。ハロゲン化炭化水素として、Ｒ−１２３、Ｒ−２４５ｆａ、Ｒ−１２３３ｚｄ、Ｒ−３６５ｍｆｃ等が挙げられる。炭化水素として、プロパン、ブタン、ペンタン、イソペンタン等のアルカンが挙げられる。アルコールとして、エタノール等が挙げられる。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。
【００８９】
ランキンサイクル装置２００の潤滑油として、ポリオールエステル（ＰＯＥ）系オイル、ポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）系オイル、鉱油等が挙げられる。潤滑油は、作動流体と共に流体経路１３０内を循環する。潤滑油は、膨張機１１２及びポンプ１１５の機構部及び軸受部等、摺動が生じ潤滑が必要な箇所に供給される。潤滑油は、作動流体と共に流体経路１３０内を循環する。このため、本実施の形態では、潤滑油として、作動流体との相互溶解性の良いものを使用している。なお、機構部は、回転運動又は直線運動等の運動によりその機能を発揮する部品を指す。
【００９０】
また、本実施の形態では、高温においても一定の粘度が維持される高粘度の潤滑油を使用している。これにより、温度が高温になる膨張機１１２内部においても好適な潤滑効果が得られる。従って、このような潤滑油によれば、ポンプ１１５及び膨張機１１２両方の機構部を好適に潤滑することが可能となる。
【００９１】
流体経路１３０における膨張機１１２付近の温度は比較的高い。このため、高粘度の潤滑油を使用する場合であっても、潤滑油の粘度は、膨張機１１２付近では機構部の潤滑に適した粘度となり易い。一方、流体経路１３０におけるポンプ１１５付近の温度は比較的低い。このため、高粘度の潤滑油を使用する場合、潤滑油の粘度は、ポンプ１１５付近では、膨張機１１２付近に比べると、高い粘度となり易い。しかしながら、後述の説明により明らかになるように、本実施の形態によれば、ポンプ１１５及びその周辺に潤滑油が偏在し、膨張機１１２で潤滑油が不足するという問題を緩和又は解消することができる。
【００９２】
ランキンサイクル装置２００の動作の概要は以下の通りである。
【００９３】
ポンプ１１５は、作動流体を圧送し、循環させる。
【００９４】
蒸発器１１１は、熱源からの熱を用いて作動流体を加熱する。これにより、作動流体が気体、具体的には過熱蒸気の状態となる。
【００９５】
膨張機１１２には、過熱蒸気の作動流体が流入する。流入した作動流体は、膨張機１１２内の膨張機構１１２ａで断熱膨張する。これにより、膨張機構１１２ａに駆動力が生じ、膨張機構１１２ａが動作する。つまり、膨張機構１１２ａによって、膨張エネルギーが機械エネルギーへと変換される。
【００９６】
膨張機構１１２ａの動作に伴い、発電機１１６が動作し、発電する。つまり、発電機１１６によって、機械エネルギーが電気エネルギーへと変換される。要するに、膨張機構１１２ａ及び発電機１１６によって、膨張エネルギーが電気エネルギーへと変換される。
【００９７】
凝縮器１１３は、冷却空気、冷却水等の冷却媒体を用いて、膨張機１１２から吐出された作動流体を冷却する。これにより、作動流体が凝縮して液体の状態となる。液体の作動流体は、ポンプ１１５に吸い込まれる。
【００９８】
制御装置１５０は、ランキンサイクル装置２００の構成要素を制御する。制御装置１５０は、コンバータと、ポンプ駆動回路と、冷却用駆動回路と、バイパス弁駆動回路とを有している。
【００９９】
コンバータは、配線１５１を介して発電機１１６に接続されている。具体的には、配線１５１は、３相配線である。
【０１００】
ポンプ駆動回路は、配線１５２を介して電動機１２１に接続されている。具体的には、配線１５２は、３相配線である。
【０１０１】
冷却用駆動回路は、配線１５３を介して電動機１２２に接続されている。具体的には、配線１５３は、３相配線である。
【０１０２】
バイパス弁駆動回路は、配線１５４を介してバイパス弁１１７に接続されている。具体的には、配線１５４は、直流配線である。
【０１０３】
制御装置１５０は、第１温度センサ１１９の第１検出温度Ｔｐを、信号として取得する。制御装置１５０は、第２温度センサ１１８の第２検出温度Ｔｅを、信号として取得する。制御装置１５０は、これらの信号を用いて、ランキンサイクル装置２００の構成要素を制御する。
【０１０４】
制御装置１５０は、コンバータを用いて発電機１１６を制御する。これにより、膨張機構１１２ａが作動流体を膨張させることを禁止したり、膨張機構１１２ａが作動流体を膨張させることを許可したりすることができる。
【０１０５】
コンバータにより、発電機１１６の回転数を目標回転数に追従させる制御を行うことができる。目標回転数をゼロにすることにより、膨張機構１１２ａを強制停止することができる。コンバータによる発電機１１６の制御を通じて、膨張機構１１２ａの膨張動作を許可することもできる。以下では、膨張機構１１２ａを強制停止させ膨張機１１２の回転軸１１２ｂの回転を禁止する様を、膨張機１１２の軸回転を強制停止させると称することがある。また、膨張機構１１２ａの膨張動作を許可して膨張機１１２の回転軸１１２ｂの回転を許可する様を、膨張機１１２の軸回転を許可すると称することがある。
【０１０６】
定性的には、制御装置１５０は、コンバータを用いて発電機１１６に直流電流を流すことにより、膨張機構１１２ａを強制停止することができる。膨張機１１２の回転軸１１２ｂに発電機１１６が接続されているので、発電機１１６に電流を流すと、膨張機構１１２ａに制動力が働く。こうすると、膨張機１１２の入口と出口との間に圧力差が生じても膨張機構１１２ａは動かない。つまり、膨張機構１１２ａの回転数はゼロとなる。
【０１０７】
また、制御装置１５０は、コンバータを用いて発電機１１６の端子間電圧をゼロにすることにより、膨張機構１１２ａが動作することを許可することができる。このようにして膨張機構１１２ａの強制停止を解除すると、膨張機１１２の入口と膨張機１１２の出口における作動流体の圧力差に基づいて、膨張機構１１２ａを動作させることができる。
【０１０８】
制御装置１５０は、ポンプ駆動回路を用いて電動機１２１を制御する。この制御により、ポンプ１１５を駆動することができる。具体的には、ポンプ駆動回路から電動機１２１に電力を供給しつつ、ポンプ駆動回路により電動機１２１の回転数を制御する。これにより、ポンプ１１５の回転数が制御される。
【０１０９】
制御装置１５０は、冷却用駆動回路を用いて電動機１２２を制御する。この制御により、流量調整装置１２０を駆動することができる。具体的には、冷却用駆動回路から電動機１２２に電力を供給しつつ、冷却用駆動回路により電動機１２２の回転数を制御する。これにより、流量調整装置１２０の回転数が制御される。
【０１１０】
制御装置１５０は、バイパス弁駆動回路を用いてバイパス弁１１７を制御する。具体的には、バイパス弁駆動回路からバイパス弁１１７に電力を供給しつつ、バイパス弁駆動回路によりバイパス弁１１７の開度を制御する。
【０１１１】
ランキンサイクル装置２００の起動制御運転は、ランキンサイクル装置２００の運転を開始する指令が外部から制御装置１５０に入力されたときに開始される。この指令は、本実施の形態では信号である。
【０１１２】
以下、図３及び図４を用いて、本実施の形態における起動制御運転の制御シーケンスを説明する。なお、図４の上から１段目のグラフは、蒸発器１１１での作動流体の加熱量、具体的には蒸発器１１１において作動流体に与えられる単位時間当たりの熱量、の時間変化を模式的に示している。２段目のグラフは、バイパス弁１１７の開度の時間変化を模式的に示している。３段目のグラフは、ポンプ１１５の回転数Ｎｐの時間変化を模式的に示している。４段目のグラフは、膨張機構１１２ａの回転数Ｎｅの時間変化を模式的に示している。５段目のグラフは、第２温度センサ１１８の第２検出温度Ｔｅの時間変化を模式的に示している。６段目のグラフは、第１温度センサ１１９の第１検出温度Ｔｐの時間変化を模式的に示している。７段目のグラフは、流量調整装置１２０から凝縮器１１３への冷却媒体の流量Ｑｃの時間変化を模式的に示している。具体的には、流量Ｑｃは、単位時間当たりに流量調整装置１２０から凝縮器１１３に移動する冷却媒体の量を指す。
【０１１３】
ステップＳ１００は、バイパス弁１１７を開くステップである。一例では、バイパス弁１１７の開度をゼロから８０％以上１００％以下まで増加させる。ステップＳ１００において、バイパス弁１１７の開度を１００％すなわち全開にしてもよい。また、バイパス弁１１７を一気に開いてもよく、バイパス弁１１７の開度を徐々に増加させてもよい。この例では、ステップＳ２２０までは、バイパス弁１１７の開度は８０％以上１００％以下の範囲に維持される。ステップＳ１００は、ランキンサイクル装置２００の運転開始の指令が外部から制御装置１５０に入力されたタイミングで開始される。
【０１１４】
ステップＳ１１０は、凝縮器１１３における作動流体の冷却を開始するステップである。具体的には、ステップＳ１１０は、流量調整装置１２０から凝縮器１１３への冷却媒体の供給が開始されるステップである。図４に示す例では、流量調整装置１２０から凝縮器１１３への冷却媒体の流量Ｑｃが所定の流量に達した後、流量Ｑｃを一定の値に維持する。ただし、冷却媒体の流量Ｑｃを徐々に増加させてもよい。流量Ｑｃは、例えば複数段階に分けて増加させることができる。本実施の形態では、ステップＳ２００までは、第１検出温度Ｔｐを閾値温度Ｔｐ１以上に上昇させるのに適した値に流量Ｑｃを設定する。図３に示すように、本実施の形態では、ステップＳ２００までは、流量Ｑｃは、流量Ｑｃ１以下に維持される。本実施の形態では、ステップＳ１１０は、バイパス弁１１７の開度が８０％以上１００％以下の範囲まで増加したタイミングで開始される。
【０１１５】
ステップＳ１２０は、膨張機構１１２ａの強制停止を開始するステップである。膨張機構１１２ａが強制停止されると、膨張機構１１２ａの回転数Ｎｅは、強制的にゼロに維持される。ステップＳ１２０は、凝縮器１１３の冷却が開始されたタイミングで開始される。
【０１１６】
ステップＳ１３０は、ポンプ１１５の運転を開始するステップである。ステップＳ１３０は、膨張機構１１２ａの強制停止が開始されたタイミングで開始される。
【０１１７】
ステップＳ１４０は、蒸発器１１１における作動流体の加熱を開始するステップである。作動流体の加熱が進むと、蒸発器１１１の出口から、気化した作動流体が流出されるようになる。ステップＳ１４０は、ポンプ１１５の運転が開始された後に開始される。
【０１１８】
ステップＳ１５０は、第１検出温度Ｔｐが第１閾値温度Ｔｐ１以上であるか否かを判断するステップである。ステップＳ１５０において、温度ＴｐがＴｐ１以上であると判断されると、ステップＳ１６０に進む。温度ＴｐがＴｐ１未満であると判断されると、ステップＳ１５０が繰り返される。
【０１１９】
第１閾値温度Ｔｐ１は、潤滑油の粘度が低く、潤滑油の流動状態が良いと判断できる温度に設定されている。一例では、第１閾値温度Ｔｐ１は、４０℃以上６０℃以下である。
【０１２０】
膨張機構１１２ａを構成する部品同士の間には、隙間が存在する。膨張機構１１２ａの回転数Ｎｅがゼロに維持されている場合であっても、ポンプ１１５が動作していると、膨張機１１２の入口と出口で圧力差が生じ、上記隙間を通じた作動流体及び潤滑油の微小流れが発生する。この微小流れは、作動流体及び潤滑油を、容器１１２ｃ内へ流入させ、また、容器１１２ｃ外に流出させる。ただし、膨張機構１１２ａの回転数Ｎｅがゼロに維持されている場合には、積極的に作動流体及び潤滑油が容器１１２ｃに流入したり容器１１２ｃから流出したりするわけではない。この微小流れのみにより容器１１２ｃ内の潤滑油を十分に増やすことは難しい。このため、本実施の形態では、容器１１２ｃ内の潤滑油を増やすために、ステップＳ１６０及びステップＳ１７０のセットを少なくとも一回実行する。具体的には、本実施の形態では、このセットを複数回繰り返す。
【０１２１】
ステップＳ１６０は、膨張機構１１２ａの強制停止をΔｔｒ秒解除するステップである。具体的には、コンバータを用いて発電機１１６の端子間電圧をゼロにし、膨張機構１１２ａの強制停止を解除する。膨張機構１１２ａの強制停止が解除されると、膨張機１１２の入口と出口の間の作動流体の圧力差に基づいて、無負荷状態で膨張機構１１２ａが回転する。この回転時には、入口と出口の圧力差に基づいて、吸入口１１２ｄを通して潤滑油を多く含んだ作動流体が吸入される。また、この回転時には、容器１１２ｃ上部で滞留していた作動流体が、吐出口１１２ｅを通して容器１１２ｃ外部へと吐出される。
【０１２２】
ステップＳ１８０は、第２検出温度Ｔｅが第２閾値温度Ｔｅ１以上であるか否かを判断するステップである。ステップＳ１８０において、温度ＴｅがＴｅ１以上であると判断されると、ステップＳ１９０に進む。ステップＳ１８０において、温度ＴｅがＴｅ１未満であると判断されると、ステップＳ１７０に進む。
【０１２３】
ステップＳ１７０は、膨張機構１１２ａをΔｔｓ秒強制停止するステップである。具体的には、コンバータを用いて発電機１１６に直流電流を流し、膨張機構１１２ａを強制停止させる。ステップＳ１７０が終了すると、ステップＳ１６０に進む。
【０１２４】
本実施の形態では、ステップＳ１７０を行うとき、具体的にはステップＳ１６０及びステップＳ１７０を行うときに、ポンプ回転数Ｎｐを予め定められた回転数Ｎｐ１以下に維持する。また、このときに、バイパス弁１１７の開度Ｏｖを予め定められた開度Ｏｖ１以上に維持する。このようにすれば、膨張機１１２の入口と出口の圧力差が過度に大きくなり、膨張機構１１２ａの回転トルクが過度に高くなることが防止できる。これにより、膨張機構１１２ａを強制停止させようとするときに、直流電流の印加では膨張機構１１２ａの強制停止できないという事態を回避することができる。
【０１２５】
回転数Ｎｐ１は、例えば、ランキンサイクル装置２００の定格運転時の回転数の１０％〜５０％である。回転数Ｎｐ１は、具体的には、６００ｒｐｍ〜１８００ｒｐｍにすることができる。開度Ｏｖ１は、例えば、８０％〜１００％である。
【０１２６】
ステップＳ１６０及びステップＳ１７０は、第２検出温度Ｔｅが第２閾値温度Ｔｅ１以上であると判断されるまで交互に繰り返される。本実施の形態では、強制停止の解除時間Δｔｒを強制停止時間Δｔｓよりも短くしている。これにより、容器１１２ｃから液体状態の作動流体が流出し、液体状態の作動流体に溶け込んだ潤滑油が流出し、容器内１１２ｃからの潤滑油の流出が流入を上回るという事態を回避している。一例では、強制停止解除時間Δｔｒは１０〜３０秒である。一例では、強制停止時間Δｔｓは１２０〜３００秒である。一例では、強制停止解除時間Δｔｒと強制停止時間Δｔｓとの比率は、１：１０〜１：３０である。
【０１２７】
ステップＳ１９０は、膨張機構１１２ａの強制停止を解除するステップである。ステップＳ１９０は、第２検出温度Ｔｅが第２閾値温度Ｔｅ１以上になった後に実施される。第２閾値温度Ｔｅ１は、容器１１２ｃ内の作動流体の昇温が進み、容器１１２ｃ内で液化した作動流体の量を減少できたと判断できる温度に設定されている。一例では、第２閾値温度Ｔｅ１は１００℃以上１５０℃以下である。
【０１２８】
ステップＳ２００は、冷却媒体の流量Ｑｃを予め定められた流量Ｑｃ２まで増加させるステップである。ステップＳ２００は、膨張機構１１２ａの強制停止が解除されたタイミングで開始される。
【０１２９】
ところで、膨張機構１１２ａの強制停止解除直後には、回転数制御が不安定になり易い。これを考慮し、本実施の形態では、図４に示すように、強制停止解除後に、冷却媒体の流量Ｑｃを流量Ｑｃ２に維持する期間を設けている。これにより、流量Ｑｃの変化によるサイクルの変化を抑えることができる。これにより、膨張機構１１２ａが安定して動作し易くなる。
【０１３０】
ステップＳ２１０は、ポンプ１１５の回転数Ｎｐを予め定められた回転数Ｎｐ２まで増加させるステップである。本実施の形態では、ステップＳ２１０は、冷却媒体の流量Ｑｃが流量Ｑｃ２まで増加されたタイミングで開始される。ただし、ステップＳ２００の開始時点とステップＳ２１０の開始時点は同じであってもよい。
【０１３１】
ステップＳ２２０は、バイパス弁１１７の開度Ｏｖを小さくするステップである。バイパス弁１１７の開度Ｏｖを小さくすることによって、膨張機１１２の入口における作動流体の圧力と膨張機１１２の出口における作動流体の圧力との差は増加する。圧力差の増加により、膨張機構１１２ａの動作が促進され、膨張機構１１２ａの始動が容易になる。一例では、ステップＳ２２０において、バイパス弁１１７の開度Ｏｖを６０％〜８０％まで減少させる。
【０１３２】
ステップＳ２３０は、膨張機構１１２ａの回転数Ｎｅが閾値回転数Ｎｅ２以上であるか否かを判断するステップである。ステップＳ２３０において、回転数Ｎｅが閾値回転数Ｎｅ２以上であると判断されると、ステップＳ２４０に進む。ステップＳ２３０において、回転数Ｎｅが閾値回転数Ｎｅ２未満であると判断されると、ステップＳ２２０に進む。
【０１３３】
ステップＳ１９０による膨張機構１１２ａの強制停止の解除と、ステップＳ２２０によるバイパス弁１１７の開度減少とにより、膨張機構１１２ａの回転数がゼロから増加する。やがて、膨張機構１１２ａの回転数Ｎｅが、膨張機構１１２ａの回転数制御が可能な回転数に達する。ステップＳ２３０の回転数Ｎｅ２は、回転数制御が可能な回転数以上の回転数に設定されている。このため、ステップＳ２３０は、膨張機構１１２ａの回転数制御が可能な回転数に達したか否かを判断するステップであると言える。そして、そのような回転数に達した場合には、ステップＳ２４０へと移行する。
【０１３４】
ステップＳ２４０は、ポンプ１１５の回転数Ｎｐを増加させるステップである。
【０１３５】
ステップＳ２５０は、バイパス弁１１７の開度Ｏｖを小さくするステップである。一例では、ステップＳ２５０において、バイパス弁１１７の開度Ｏｖを０％〜６０％まで減少させる。
【０１３６】
ステップＳ２６０は、膨張機構１１２ａの回転数Ｎｅを、制御装置１５０による回転数制御により増加させるステップである。
【０１３７】
ステップＳ２７０は、冷却媒体の流量Ｑｃを増加させるステップである。
【０１３８】
ステップＳ２８０は、第２検出温度Ｔｅが予め定められた第３閾値温度Ｔｅ３以上であるか否かを判断するステップである。ステップＳ２８０において、温度ＴｅがＴｅ３以上であると判断されると、ステップＳ２９０に進む。ステップＳ２８０において、温度ＴｅがＴｅ３未満であると判断されると、ステップＳ２４０に進む。一例では、第３閾値温度Ｔｅ３は１５０℃以上１８０℃以下である。
【０１３９】
ステップＳ２９０は、ポンプ１１５の回転数Ｎｐを調整するステップである。
【０１４０】
ステップＳ３００は、膨張機構１１２ａの回転数Ｎｅを調整するステップである。
【０１４１】
ステップＳ３１０は、冷却媒体の流量Ｑｃを調整するステップである。
【０１４２】
本実施の形態では、ステップＳ２８０の第３閾値温度Ｔｅ３は、ランキンサイクル装置２００の通常運転時における温度Ｔｅの目標値と同じである。ステップＳ２９０からＳ３１０では、第２検出温度Ｔｅを第３閾値温度Ｔｅ３に維持しつつ、ポンプ１１５の回転数Ｎｐ、膨張機構１１２ａの回転数Ｎｅ及び冷却媒体の流量Ｑｃを、それぞれの目標値に調整する。本実施の形態では、これらの目標値は、回転数Ｎｐ、回転数Ｎｅ及び流量Ｑｃの通常運転時の目標値と同じである。図４のタイムチャートでは、温度Ｔｅが第３閾値温度Ｔｅ３でありかつ回転数Ｎｐ、回転数Ｎｅ及び流量Ｑｃが目標値に達したときに、ステップＳ３２０に進むこととしている。
【０１４３】
ステップＳ３２０の通常運転では、ポンプ１１５の回転数Ｎｐ、膨張機構１１２ａの回転数Ｎｅ及び冷却媒体の流量Ｑｃを制御する。膨張機構１１２ａ及びポンプ１１５の回転数制御には公知の制御を行うことができる。本実施の形態では、通常運転において、ポンプ１１５の回転数Ｎｐ、膨張機構１１２ａの回転数Ｎｅ及び流量Ｑｃが起動制御運転終了時の値に維持されている。しかし、通常運転に移行した後は、蒸発器１１１の加熱状態、凝縮器１１３の冷却状態の変化によって、個々の値を再度調整しても良い。ここで、起動制御運転は、通常運転に移行する前の運転を指す。起動制御運転は、図３及び図４に示す期間Ａ１〜Ｆ１までにおいて実行される運転である。
【０１４４】
図３及び図４における期間Ａ１は、ステップＳ１００からステップＳ１４０までの期間に対応する期間である。
【０１４５】
期間Ｂ１は、蒸発器１１１の加熱開始後の期間である。また、期間Ｂ１は、温度Ｔｐが第１閾値温度Ｔｐ１以上まで上昇したと判断されるまでの期間である。期間Ｂ１は、ステップＳ１５０に対応する。
【０１４６】
期間Ｃ１は、温度Ｔｐが第１閾値温度Ｔｐ１以上まで上昇したと判断された後の期間である。また、期間Ｃ１は、温度Ｔｅが第２閾値温度Ｔｅ１以上まで上昇したと判断され膨張機構１１２ａの強制停止が解除されるまでの期間である。期間Ｃ１は、ステップＳ１６０からステップＳ１９０までの期間に対応する。
【０１４７】
期間Ｄ１は、膨張機構１１２ａの強制停止が解除された後の期間である。また、期間Ｄ１は、膨張機構１１２ａの回転数Ｎｅが回転数Ｎｅ２以上まで増加したと判断されるまでの期間である。期間Ｄ１は、ステップＳ２００からステップＳ２３０までの期間に対応する。
【０１４８】
期間Ｅ１は、回転数Ｎｅが回転数Ｎｅ２以上まで増加したと判断された後の期間である。また、期間Ｅ１は、温度Ｔｅが第３閾値温度Ｔｅ３以上まで上昇したと判断されるまでの期間である。また、期間Ｅ１は、温度Ｔｅが第３閾値温度Ｔｅ３まで昇温するように、ポンプ１１５の回転数Ｎｐ、バイパス弁１１７の開度Ｏｖ、膨張機構１１２ａの回転数Ｎｅ及び冷却媒体の流量Ｑｃを調整する期間である。期間Ｅ１は、ステップＳ２４０からステップＳ２８０までの期間に対応する。
【０１４９】
期間Ｆ１は、温度Ｔｅが第３閾値温度Ｔｅ３以上まで増加したと判断された後の期間である。期間Ｆ１は、温度Ｔｅを第３閾値温度Ｔｅ３に維持しつつ、回転数Ｎｐ、回転数Ｎｅ及び流量Ｑｃをそれぞれの目標値に調整する期間である。期間Ｆ１は、ステップＳ２９０からステップＳ３１０までの期間に期間に対応する。
【０１５０】
以上のように、本実施の形態では、蒸発器１１１における作動流体の加熱が開始されてから第１温度センサ１１９の検出温度である第１検出温度Ｔｐが第１閾値温度Ｔｐ１に達するまでの第１期間において、回転軸１１２ｂの回転である軸回転を連続的に強制停止する。第１検出温度Ｔｐが第１閾値温度Ｔｐ１に達してから第２温度センサ１１８の検出温度である第２検出温度Ｔｅが第２閾値温度Ｔｅ１に達するまでの第２期間において、軸回転の強制停止と軸回転の許可とのセットを少なくとも一回実行する。そして、第２期間よりも後に、流量Ｑｃを、第１期間及び第２期間に比べて大きい値まで上昇させる。このように、本実施の形態では、第２期間よりも後に、冷却媒体の流量Ｑｃを、第１期間及び第２期間に比べて大きい値まで上昇させる。このため、第１期間及び第２期間において、冷却媒体の流量Ｑｃを抑え、凝縮器１１３から外部への放熱量を抑えることができる。このため、これらの期間において、ポンプ１１５及びその周辺における潤滑油の温度を上昇させ易くなり、該潤滑油の粘度を下げ易くなり、該潤滑油が流れる際の粘性による流動抵抗を下げ易くなる。典型的には、ランキンサイクル装置２００の運転が開始される時点において、膨張機１１２の容器１１２ｃ内上部に気体状態の作動流体が存在する。容器１１２ｃ内下部に液体状態の作動流体が存在する。本実施の形態の第２期間では、膨張機１１２の軸回転の強制停止と許可とのセットを少なくとも一回実行する。軸回転を強制停止する期間が存在することにより、膨張機１１２の容器１１２ｃから気体状態の作動流体が流出することを許容しつつ、これに続いて液体状態の作動流体が流出することを防止し易くなる。具体的には、気体状態の作動流体の流出後に、液体状態の作動流体が膨張機１１２の膨張機構１１２ａまで吸い上げられて容器１１２ｃ外部に流出する事態を回避し易くなる。従って、液体の作動流体に溶け込んだ潤滑油が容器１１２ｃ外部に流出し難くなる。また、上述の理由で、本実施の形態の第２期間では、ポンプ１１５及びその周辺における潤滑油は、流動抵抗が下がった状態にある。その潤滑油を、軸回転を許可する期間において、作動流体と共に膨張機１１２の容器１１２ｃへと圧送することができる。このような理由で、本実施の形態によれば、膨張機１１２の容器１１２ｃからの潤滑油の流出を抑制しつつ、容器１１２ｃへの潤滑油の流入を促進させることができる。これにより、容器１１２ｃが保持する潤滑油を増加させることができる。従って、本実施の形態は、膨張機１１２における潤滑油不足を解消するのに適している。なお、本実施の形態の第１期間は、図３のステップＳ１４０が実行されてから、ステップＳ１５０でＹＥＳと判断されるまでの期間に対応する。また、第２期間は、ステップＳ１５０でＹＥＳと判断されてから、ステップＳ１８０でＹＥＳと判断されるまでの期間に対応する。
【０１５１】
また、本実施の形態では、第１期間及び第２期間における流量Ｑｃは、ランキンサイクル装置の定格運転時に比べて小さい。このため、本実施の形態の第２期間においては、ポンプ１１５及びその周辺における潤滑油の流動抵抗が下がった状態となり易い。なお、定格運転は、ランキンサイクル装置から取り出されるエネルギーを、ランキンサイクル装置の運転状態毎に定められた目標値に追従させる運転である。定格運転は、上述の起動制御運転ともランキンサイクル装置を停止させるための運転とも区別される。本実施の形態では、目標値は、少なくとも蒸発器１１１における作動流体の加熱状態及び凝縮器１１２における作動流体の冷却状態に依存して設定される。目標値は、例えば、検出温度Ｔｅ及び検出温度Ｔｐに依存する数式又はテーブルに従って設定される。本実施の形態では、目標値は、ランキンサイクル装置の安全性を損なわない範囲でエネルギーを最大限取り出せるように設定される。上述の説明から理解されるように、本実施の形態では、エネルギーは、電力として取り出される。本実施の形態では、図３及び図４の通常運転が、定格運転に対応する。
【０１５２】
また、本実施の形態では、第２期間において、第１時間幅にわたる軸回転の強制停止と、第２時間幅にわたる軸回転の許可とのセットを少なくとも一回実行する。第１時間幅は、第２時間幅よりも長い。本実施の形態の第２期間では、軸回転が許可される時間幅が比較的短い。この短さにより、気体状態の作動流体の流出後に、液体状態の作動流体が膨張機構１１２ａまで吸い上げられて容器１１２ｃ外部に流出する事態を回避し易くなる。従って、液体の作動流体に溶け込んだ潤滑油が容器１１２ｃ外部に流出し難くなる。また、膨張機１１２の軸回転が許可されているときには、膨張機１１２の容器１１２ｃ内へと潤滑油が入り込む。入り込んだ潤滑油は、容器１１２ｃ内の構造物に付着する。付着した潤滑油は、重力により容器１１２ｃ下部へと移動する。その後、潤滑油は、液体状態の作動流体と共に保持される。本実施の形態の第２期間では、膨張機１１２の軸回転が強制停止される時間幅が比較的長い。この長さにより、構造物に付着した潤滑油が気体状態の作動流体と共に容器１１２ｃ外部に流出する事態を回避し易くなり、上記のようにして液体状態の作動流体と共に保持される潤滑油の量を確保し易くなる。本実施の形態によれば、以上のようにして、容器１１２ｃ内の潤滑油を増加させることができる。なお、第１時間幅を第２時間幅よりも長くすることによる上記効果は、容器１１２ｃ内部における気体状態の作動流体が減少している場合に、好適に発揮され易い。例えば、上記効果は、ランキンサイクル装置２００の運転停止後に暫く時間をおいてからランキンサイクル装置２００を再起動させる場合に、好適に発揮され易い。
【０１５３】
具体的には、本実施の形態では、第２期間において、上記セットを複数回実行する。このようにすれば、膨張機１１２の容器１１２ｃからの潤滑油の流出を好適に抑制しつつ、容器１１２ｃへの潤滑油の流入を好適に促進させることができる。
【０１５４】
また、本実施の形態では、ランキンサイクル装置２００は、発電機１１６を含む。発電機１１６は、回転軸１１２ｂに接続されている。第２期間において、軸回転の強制停止を、発電機１１６に直流電流を流すことによって実行する。第２期間において、バイパス弁１１７の開度を８０％〜１００％に維持する。第２期間よりも後に、ポンプ１１５の回転数を、第２期間に比べて大きい値まで上昇させる。本実施の形態の第２期間では、バイパス弁１１７の開度が比較的大きく、ポンプ１１５の回転数が比較的低い。これにより、第２期間において、膨張機構１１２ａのトルクが過度に大きくなることが防止される。このようにすれば、直流電流の印加では膨張機構１１２ａの強制停止ができないという事態を回避することができる。
【０１５５】
また、本実施の形態では、第１期間及び第２期間において第１検出温度が上昇する。そして、第２期間よりも後に、第１検出温度が低下する期間が現れる。このようにすると、第２期間において、ポンプ１１５及びその周辺における潤滑油の流動抵抗が下がった状態になり易い。
【０１５６】
図４等から理解されるように、本実施の形態では、有限期間において、冷却媒体の凝縮器１１３への流量Ｑｃがゼロよりも大きい状態を維持する。そして、有限期間よりも後に、流量Ｑｃの時間微分を、正でありかつ有限期間に比べて大きい値にする。このように、本実施の形態では、流量Ｑｃの時間微分が相対的に小さい有限期間が設定される。このようにして設定された有限期間は、流量Ｑｃが抑えられた期間である。このため、この有限期間では、凝縮器１１３における作動流体の冷却量が抑制され、ポンプ１１５の入口における作動流体の過度な圧力低下が防止される。そのような有限期間を過度な圧力低下が発生し易い期間と重なるように設定することにより、圧力低下が原因でポンプに気液二相状態の作動流体が流入するリスクを低減させることができる。以上の理由で、本実施の形態によれば、ランキンサイクル装置の起動時の信頼性を確保することができる。
【０１５７】
図４の例では、期間Ｂ１及び期間Ｃ１を含む流量Ｑｃが一定である期間が「有限期間」に該当する。ただし、期間Ｄ１の一部である流量Ｑｃが一定である期間を「有限期間」と捉えることもできる。
【０１５８】
本実施の形態では、有限期間は、流量Ｑｃの時間微分がゼロである期間を含む。つまり、有限期間は、流量Ｑｃが一定である期間を含む。ポンプ１１５には、凝縮器１１３で冷却された作動流体が流入する。このため、ポンプ１１５入口の作動流体の状態は、凝縮器１１３における冷却媒体の流量Ｑｃに影響される。流量Ｑｃの時間微分がゼロである期間においては、ポンプ１１５入口の作動流体の状態の変化が抑制され易く、ポンプ１１５を安定して制御し易い。本実施の形態の有限期間は、そのような期間を含んでいる。このため、本実施の形態は、ランキンサイクル装置の起動時の信頼性を確保するのに適している。
【０１５９】
本実施の形態では、有限期間における流量Ｑｃの時間微分は、常にゼロ以上である。つまり、有限期間は、流量Ｑｃが減少する期間を含まない。蒸発器１１１における作動流体の加熱が開始されると、ランキンサイクルにおける作動流体の温度が全体として上昇していく。ランキンサイクル装置の信頼性確保の観点からは、この温度上昇が過度に速くなることを防止することが望ましい。この点、本実施の形態の有限期間における流量Ｑｃの時間微分は、常にゼロ以上である。このようにすれば、上記のような過度に速い温度上昇が発生し難い。この効果は、蒸発器１１１における作動流体の加熱量の時間微分が大きい場合に特に好適に発揮され得る。以上の理由で、本実施の形態は、ランキンサイクル装置の起動時の信頼性を確保するのに適している。
【０１６０】
有限期間は、流量Ｑｃの時間微分が負の値である期間を含んでいてもよい。
【０１６１】
本実施の形態では、有限期間よりも後かつ蒸発器１１１における作動流体の加熱開始後に、流量Ｑｃの時間微分を、正でありかつ有限期間に比べて大きい値にする。蒸発器１１１における作動流体の加熱開始後は、凝縮器１１３における作動流体の冷却が原因でポンプ１１５に気液二相状態の作動流体が流入するリスクが低下していく。このため、蒸発器１１１における作動流体の加熱開始後は、冷却媒体の流量Ｑｃの時間微分を大きくするタイミングとして適している。
【０１６２】
本実施の形態では、有限期間における流量Ｑｃは、ランキンサイクル装置の定格運転時に比べて小さい。具体的には、有限期間における流量Ｑｃは、ランキンサイクル装置の定格運転時の５〜８０％である。これらの特徴は、有限期間においてポンプ１１５に気液二相状態の作動流体が流入するリスクを低減させる観点から有利である。なお、有限期間における流量Ｑｃは、ランキンサイクル装置の定格運転時の５〜６０％であってもよく、ランキンサイクル装置の定格運転時の５〜４０％であってもよい。
【０１６３】
本実施の形態では、有限期間において、循環経路１３５のうち凝縮器１１３の出口とポンプ１１５の入口の間の部分における作動流体を過冷却状態に維持する。有限期間における同作動流体の過冷却度は、例えば３〜２０Ｋに制御することができる。
【０１６４】
本実施の形態では、流量調整装置１２０は、流量Ｑｃを調整するための専用装置である。このため、凝縮器１１３以外の機器に影響を及ぼすことなく流量Ｑｃを調整することができる。
【０１６５】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。図５に、実施の形態２の起動制御運転のタイムチャートを示す。実施の形態２と実施の形態１との相違は、期間Ｃ１における膨張機１１２の制御である。実施の形態２では、実施の形態１と共通する部分については、説明を省略する。
【０１６６】
実施の形態２では、期間Ｃ１において、強制停止時間Δｔｓを強制停止の解除時間Δｔｒよりも短くして、膨張機構１１２ａの強制停止及びその解除を繰り返す。一例では、強制停止時間Δｔｓは３０〜６０秒である。一例では、強制停止の解除時間Δｔｒは６０〜１２０秒とする。一例では、強制停止解除時間Δｔｒと強制停止時間Δｔｓとの比率は、２：１〜４：１である。
【０１６７】
このように、本実施の形態では、第２期間において、第１時間幅にわたる軸回転の強制停止と、第２時間幅にわたる軸回転の許可とのセットを少なくとも一回（具体的には複数回）実行する。第１時間幅は、第２時間幅よりも短い。ここで、上述のとおり、第２期間は、第１検出温度Ｔｐが第１閾値温度Ｔｐ１に達してから第２温度センサ１１８の検出温度である第２検出温度Ｔｅが第２閾値温度Ｔｅ１に達するまでの期間である。容器１１２ｃ内部における気体状態の作動流体が多い場合には、容器１１２ｃ内の気体状態の作動流体が液体状態に戻ることを防止することが、容器１１２ｃ内の潤滑油を増加させるのに有利である。これを考慮し、本実施の形態の第２期間では、軸回転が許可される時間幅を比較的長くしている。このようにすることが容器１１２ｃ内の潤滑油を増加させるのに有利である理由は、以下のように説明される。膨張機１１２の軸回転が許可されているときには、容器１１２ｃの熱の容器１１２ｃ外への放熱と、蒸発器１１１で加熱された高温の作動流体の容器１１２ｃ内部への流入とが、容器１１２ｃ内部の作動流体の温度に影響を与える。本実施の形態の第２期間では、軸回転が許可される時間幅が比較的長い。このため、高温の作動流体の流入が膨張機１１２の容器１１２ｃ内の作動流体の温度に及ぼす影響が大きい。このため、容器１１２ｃ内の作動流体の温度を確保し易い。このため、容器１１２ｃ内の作動流体が液体状態に戻ることを防止し易い。容器１１２ｃ内部における気体状態の作動流体が多い場合に軸回転が許可される時間幅を長くすると、比較的長時間にわたり、気体状態の作動流体を容器１１２ｃ外部に流出させつつ、容器１１２ｃ内部に潤滑油を流入させることができる。このため、液体状態の作動流体に溶け込んだ潤滑油が容器１１２ｃ外部に流出する事態を回避しつつ、容器１１２ｃ内部に多くの潤滑油を流入させることができる。本実施の形態によれば、以上のようにして、容器１１２ｃ内の潤滑油を増加させることができる。なお、第１時間幅を第２時間幅よりも短くすることによる上記効果は、例えば、ランキンサイクル装置２００の運転停止後にあまり時間をおかずにランキンサイクル装置２００を再起動させる場合に、好適に発揮され易い。
【０１６８】
図４及び５から理解されるように、実施の形態１及び２では、蒸発器１１１における作動流体の加熱が開始される前に、凝縮器１１３における作動流体の冷却が開始される。ただし、図６に示すように、蒸発器１１１における作動流体の加熱が開始された後に、凝縮器１１３における作動流体の冷却が開始されてもよい。
【０１６９】
（実施の形態３）
実施の形態１及び２では、期間Ｃ１において、膨張機構１１２ａの強制停止とその解除とを一定周期で繰り返す。これに対し、実施の形態３では、第２温度センサ１１８の第２検出温度Ｔｅに基づいて、膨張機構１１２ａの強制停止とその解除とを繰り返す。具体的には、第２検出温度Ｔｅが基準温度Ｔｂに到達した時点からΔｔｒ秒間にわたり膨張機構１１２ａの強制停止を解除し、その後膨張機構１１２ａの強制停止を再開する。第２検出温度ＴｅがＴｂ＋ΔＴに到達した時点からΔｔｒ秒間にわたり膨張機構１１２ａの強制停止を解除し、その後膨張機構１１２ａの強制停止を再開する。第２検出温度ＴｅがＴｂ＋２×ΔＴに到達した時点からΔｔｒ秒間にわたり膨張機構１１２ａの強制停止を解除し、その後膨張機構１１２ａの強制停止を再開する。第２検出温度ＴｅがＴｂ＋３×ΔＴに到達した時点からΔｔｒ秒間にわたり膨張機構１１２ａの強制停止を解除し、その後膨張機構１１２ａの強制停止を再開する。・・・第２検出温度ＴｅがＴｂ＋Ｎ×ΔＴに到達した時点からΔｔｒ秒間にわたり膨張機構１１２ａの強制停止を解除し、その後膨張機構１１２ａの強制停止を再開する。ここで、Ｎは、自然数である。このような強制停止の解除と再開を、第２検出温度Ｔｅが第２閾値温度Ｔｅ１に達するまで繰り返す。ΔＴは、例えば１０〜２０℃である。Δｔｒは、例えば１０〜１２０秒である。
【０１７０】
このように、実施の形態３では、第２期間において、基準温度Ｔｂに所定幅ΔＴの整数倍を足し合わせた温度に第２検出温度Ｔｅが一致したときから第２時間幅Δｔｒにわたる軸回転の解除を実行し、その後、軸回転の強制停止を再開する。このようにしても、容器１１２ｃ内の潤滑油を増加させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１７１】
本開示に係る技術は、ランキンサイクル装置の起動時に好適に利用され得る。本開示にかかるランキンサイクル装置の起動方法は、作動流体によって熱を回収し、回収した熱を利用する熱回収システムに適用できる。また、この起動方法は、ＣＨＰシステム等のコジェネレーションシステムにも適用できる。
【符号の説明】
【０１７２】
１１１    蒸発器
１１２    膨張機
１１２ａ  膨張機構
１１２ｂ  回転軸
１１２ｃ  容器
１１２ｄ  吸入口
１１２ｅ  吐出口
１１２ｆ  供給機構
１１３    凝縮器
１１５    ポンプ
１１６    発電機
１１７    バイパス弁
１１８    第２温度センサ
１１９    第１温度センサ
１２０    流量調整装置
１２１    電動機
１２２    電動機
１３０    流体経路
１３５    循環経路
１３６    分岐点
１３７    合流点
１４０    バイパス経路
１５０    制御装置
１５１    配線
１５２    配線
１５３    配線
１５４    配線
２００    ランキンサイクル装置
【図１】
2019027344.tif 000003
【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】
2019027344.tif 000009
【図８】
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【図９】
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