(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を高温流体によって加熱し、前記作動流体を蒸発させる蒸発器であって、
高温流体の流れ方向に沿って複数の段をなして配置され、作動流体が流れる作動流体流路を備え、
前記蒸発器は、前記作動流体流路に設けられた第１温度センサをさらに備え、
前記作動流体流路は、前記複数の段の各々において蛇行形状に配置され、前記蛇行形状の湾曲部分が前記蒸発器の筺体の外側に露出し、
前記複数の段は、前記作動流体流路のうち前記高温流体の流れ方向の最も上流の位置に配置された部分によって構成された第１段と、前記第１段以外の段とを含み、
前記作動流体流路は、前記第１段以外の段に含まれる作動流体流路の流出口から前記蒸発器の外部へ前記作動流体を流出させ、
前記複数の段は、前記高温流体の流れ方向において、前記第１段の次に下流に位置する第２段をさらに含み、
前記第１温度センサは、前記第１段と前記第２段との間であって、前記蒸発器の筺体の外側に露出した作動流体流路に設けられ、
前記第１温度センサの出力値は、前記蒸発器における前記作動流体の温度の調整に用いられる、
蒸発器。
【請求項２】
前記複数の段は、前記高温流体の流れ方向の最下流に位置する第３段を含み、
前記作動流体流路は、前記第３段に含まれる作動流体流路の流入口から前記蒸発器の内部へ前記作動流体を流入させる、
請求項１に記載の蒸発器。
【請求項３】
前記作動流体流路は、前記蒸発器の筺体の内部に配置された複数の伝熱管と、前記蛇行形状の湾曲部分に対応する複数の接続管と、を含む、
請求項１又は２に記載の蒸発器。
【請求項４】
少なくとも前記第１段に配置された作動流体流路は、内面溝付管（inner grooved pipe）である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸発器。
【請求項５】
前記第１温度センサを囲んでいる断熱材をさらに備え、
前記断熱材によって、前記温度センサと前記蒸発器の周囲環境との間の熱的影響が抑制されている、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸発器。
【請求項６】
前記第１温度センサと前記蒸発器の周囲環境との間に配置された仕切りをさらに備え、
前記仕切りによって、前記第１温度センサと前記蒸発器の周囲環境との間の熱的影響が抑制されている、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸発器。
【請求項７】
前記第１温度センサと前記蒸発器の周囲環境との間の熱的影響が抑制されている、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸発器。
【請求項８】
前記蒸発器は、フィンチューブ熱交換器である、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の蒸発器。
【請求項９】
前記作動流体を加圧するポンプと、
前記ポンプから吐出された前記作動流体を流入する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の蒸発器と、
前記蒸発器で加熱された前記作動流体を膨張させる膨張機と、
前記膨張機から吐出された前記作動流体を冷却する凝縮器と、
制御回路と、を備えた、
ランキンサイクル装置。
【請求項１０】
前記制御回路は、
前記蒸発器における前記第１温度センサにより取得される温度が所定値以上のとき、前記高温流体の供給量を減少させ、
前記蒸発器における前記第１温度センサにより取得される温度が所定値未満のとき、前記高温流体の供給量を増加させる、
請求項９に記載のランキンサイクル装置。
【請求項１１】
前記制御回路は、
前記蒸発器における前記第１温度センサにより取得される温度が所定値以上のとき、前記ポンプの回転数を増加させ、
前記蒸発器における前記第１温度センサにより取得される温度が所定値未満のとき、前記ポンプの回転数を減少させる、
請求項９に記載のランキンサイクル装置。
【請求項１２】
前記制御回路は、
前記蒸発器における前記第１温度センサにより取得される温度が所定値以上のとき、前記膨張機の回転数を増加させ、
前記蒸発器における前記第１温度センサにより取得される温度が所定値未満のとき、前記膨張機の回転数を減少させる、
請求項９に記載のランキンサイクル装置。
【請求項１３】
前記作動流体の循環流量を調整可能な制御弁をさらに備え、
前記制御回路は、
前記蒸発器における前記第１温度センサにより取得される温度が所定値以上のとき、前記制御弁の開度を増加させ、
前記蒸発器における前記第１温度センサにより取得される温度が所定値未満のとき、前記制御弁の開度を減少させる、
請求項９に記載のランキンサイクル装置。
【請求項１４】
前記制御回路は、
前記蒸発器における前記第１温度センサにより取得される温度が所定値以上のとき、前記高温流体の温度を低下させ、
前記蒸発器における前記第１温度センサにより取得される温度が所定値未満のとき、前記高温流体の温度を増加させる、
請求項９に記載のランキンサイクル装置。
【請求項１５】
前記第１段より上流側において前記蒸発器の筺体の外側に露出した作動流体流路に、前記第１温度センサとは異なる第２温度センサを設け、
前記第１温度センサ及び前記第２温度センサの出力値は、前記蒸発器における前記作動流体の温度の調整に用いられる、
請求項１に記載の蒸発器。
【請求項１６】
前記高温流体の温度が前記作動流体の熱分解温度よりも高い、
請求項９〜１４のいずれか１項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項１７】
前記作動流体が有機作動流体である、
請求項９〜１４及び１６のいずれか１項に記載のランキンサイクル装置。
【請求項１８】
請求項９〜１４，１６及び１７のいずれか１項に記載のランキンサイクル装置と、
前記ランキンサイクル装置の前記凝縮器において前記作動流体を冷却する低温熱源としての熱媒体が流れる熱媒体回路と、
を備えた、熱電併給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、蒸発器、ランキンサイクル装置及び熱電併給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
当業者に良く知られているように、ランキンサイクルは、蒸気タービンの理論サイクルである。ランキンサイクルに関する研究開発は古くからなされている。一方、特許文献１に記載されているように、ランキンサイクルを応用した熱電併給システムに関する研究開発も行われている。熱電併給システム（ＣＨＰシステム：Combined Heat and Power System）とは、単一又は複数の資源から、熱及び電力のような複数の形態のエネルギーが同時に得られるように構成されたシステムのことである。近年では、大規模なＣＨＰシステムだけでなく、病院、学校、図書館などの比較的小規模な施設に併設できるＣＨＰシステム、さらには、一般家庭用のＣＨＰシステム（いわゆるマイクロＣＨＰ）が注目を浴びている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／０２１３８５４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のＣＨＰシステムは、ガスボイラーで生成された燃焼ガスをランキンサイクル装置のための熱エネルギーとして利用して電力を得るように構成されている。また、特許文献１には、気相の有機作動流体がボイラーで過剰に加熱されることを防止するための蒸発器の構造が開示されている。
【０００５】
特許文献１に開示された蒸発器は、確かに、ランキンサイクル装置が安定して運転されているときには有効かもしれない。しかし、特許文献１に開示された構成は、作動流体が過剰に加熱されることを防止するのに不十分である。
【０００６】
本開示は、蒸発器において作動流体が過剰に加熱されることを防止するための新規な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】
すなわち、本開示にかかる蒸発器は、
作動流体を高温流体によって加熱し、前記作動流体を蒸発させる蒸発器であって、
高温流体の流れ方向に沿って複数の段をなして配置され、作動流体が流れる作動流体流路を備え、
前記蒸発器は、前記作動流体流路に設けられた第１温度センサをさらに備え、
前記作動流体流路は、前記複数の段の各々において蛇行形状に配置され、前記蛇行形状の湾曲部分が前記蒸発器の筺体の外側に露出し、
前記複数の段は、前記高温流体の流れ方向の最上流に位置する第１段と、前記第１段以外の段とを含み、
前記作動流体流路は、前記第１段以外の段に含まれる作動流体流路の流出口から前記蒸発器の外部へ前記作動流体を流出させ、
前記第１温度センサは、前記第１段に配置された作動流体流路の全長をＬと定義したとき、前記第１段をなす作動流体流路の下流端から前記作動流体の流れ方向の上流側に向かってＬ／２の地点から前記作動流体の流れ方向上流側において、前記蒸発器の筺体の外側に露出した作動流体流路に設けられ、
前記第１温度センサの出力値は、前記蒸発器における前記作動流体の温度の調整に用いられる、
ものである。
【発明の効果】
【０００８】
上記の蒸発器によれば、作動流体が過剰に加熱されることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の実施形態１に係るＣＨＰシステムの構成図
【図２Ａ】図１に示すランキンサイクル装置の蒸発器の構成図
【図２Ｂ】図２Ａに示す蒸発器の概略平面図
【図２Ｃ】変形例に係る蒸発器の概略平面図
【図３】制御回路によって実行される制御のフローチャート
【図４】蒸発器における作動流体の温度と伝熱管の内壁面の温度との関係を示す図
【図５】本開示の実施形態２に係るＣＨＰシステムの構成図
【図６Ａ】図５に示すランキンサイクル装置の蒸発器の構成図
【図６Ｂ】図６Ａに示す蒸発器の概略平面図
【図７】制御回路によって実行される制御のフローチャート
【図８】蒸発器における作動流体の温度と伝熱管の内壁面の温度との関係を示す図
【図９】本開示の実施形態３に係るＣＨＰシステムの構成図
【図１０Ａ】図９に示すランキンサイクル装置の蒸発器の構成図
【図１０Ｂ】図１０Ａに示す蒸発器の概略平面図
【図１１】制御回路によって実行される制御のフローチャート
【図１２】蒸発器における作動流体の温度と伝熱管の内壁面の温度との関係を示す図
【図１３】本開示の実施形態４に係るＣＨＰシステムの構成図
【図１４】図１３に示すランキンサイクル装置の蒸発器の構成図
【図１５】従来のランキンサイクル装置の蒸発器の構成図
【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において、ガスバーナーで生成された燃焼ガスなどの高温流体と気相の作動流体との間で過剰な熱交換が起こると、作動流体の熱分解、潤滑油の劣化などの不具合を招く恐れがある。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になる。
【００１１】
上記の問題を回避するために、特許文献１は、図１５に示す構造の蒸発器１０４を提案している。蒸発器１０４には、高温流体（バーナーで生成された燃焼ガス）の流路１０４Ｃの下流側に作動流体の入口１１０Ａが設けられている。入口１１０Ａから遠位部１０４Ｄに流入した作動流体は、高温流体と対向流の形式で熱交換する。作動流体は、その後、接続管１０４Ｈを経由して、高温流体の流路１０４Ｃの上流側に配置された近位部１０４Ｅに送られる。近位部１０４Ｅにおいて、作動流体は、第１セクション１０４Ｅ１及び第２セクション１０４Ｅ２をこの順番で流れる。すなわち、近位部１０４Ｅにおいて、作動流体は並行流の形式で高温流体と熱交換する。作動流体の出口１１０Ｃは、エンクロージャ１０４Ａの中央付近に設けられている。なお、伝熱管（丸印）の中の数値は、作動流体の温度（華氏温度）の例を表している。
【００１２】
図１５に示す蒸発器１０４によれば、確かに、作動流体の過剰な加熱を防止できると推測される。なぜなら、作動流体は、遠位部１０４Ｄで液相状態、第１セクション１０４Ｅ１で液相状態又は気液二相状態、第２セクション１０４Ｅ２で気液二相状態又は気相状態にあると推測されるからである。しかし、この推測は、ランキンサイクル装置が安定して運転されているときの推測にすぎない。例えば、電力需要の変化に応じて作動流体の循環流量を減らした場合、作動流体が第１セクション１０４Ｅ１で早くも気相状態になる可能性がある。その結果、第１セクション１０４Ｅ１において、気相の作動流体が過剰に加熱される可能性がある。
【００１３】
作動流体の循環流量に応じてバーナーの火力を下げることは１つの有効な手段であるが、応答性の観点から必ずしも十分ではない。また、近年では、バイオマス、木質ペレットなどの固形燃料をガス燃料の代わりに使用する試みも検討されている。ペレットボイラーにおける固体燃料の燃焼は、ガスボイラーにおけるガス燃料の燃焼ほど安定していない。もとより、ペレットボイラーは、火力を急に上げたり下げたりするのに不向きである。そのため、作動流体が過剰に加熱されることを防ぐための技術が益々重要となる。上記知見に基づき、本発明者は、以下に説明する各態様の発明を想到するに至った。
【００１４】
本開示の第１態様にかかる蒸発器は、作動流体を高温流体によって加熱し、前記作動流体を蒸発させる蒸発器であって、高温流体の流れ方向に沿って複数の段をなして配置され、作動流体が流れる作動流体流路を備え、前記蒸発器は、前記作動流体流路に設けられた第１温度センサをさらに備え、前記作動流体流路は、前記複数の段の各々において蛇行形状に配置され、前記蛇行形状の湾曲部分が前記蒸発器の筺体の外側に露出し、前記複数の段は、前記高温流体の流れ方向の最上流に位置する第１段と、前記第１段以外の段とを含み、前記作動流体流路は、前記第１段以外の段に含まれる作動流体流路の流出口から前記蒸発器の外部へ前記作動流体を流出させ、前記第１温度センサは、前記第１段に配置された作動流体流路の全長をＬと定義したとき、前記第１段をなす作動流体流路の下流端から前記作動流体の流れ方向の上流側に向かってＬ／２の地点から前記作動流体の流れ方向下流側において、前記蒸発器の筺体の外側に露出した作動流体流路に設けられ、前記第１温度センサの出力値は、前記蒸発器における前記作動流体の温度の調整に用いられるものである。
【００１５】
前述の通り、作動流体は所定温度以上になると熱分解する。そこで、作動流体流路の内壁面の温度を所定温度未満に抑える必要がある。これに対し、第１態様によれば１温度センサの出力値を前記蒸発器における前記作動流体の温度の調整に用いることで、蒸発器における作動流体流路の内壁面の温度を所定温度未満に抑えることができる。これにより、作動流体が熱分解されることを抑制できる。以下、第１態様にかかる蒸発器が上記の効果を奏する理由を詳細に述べる。
【００１６】
作動流体流路が高温流体によって加熱される際における作動流体流路の内壁面の温度の上昇のし易さは、作動流体流路の内部を流れる作動流体の状態によって異なる。即ち、作動流体流路の内部を流れる作動流体が気相状態であるときの方が、気液二相状態であるときよりも作動流体流路の内壁面の温度は上昇し易い。この理由は、作動流体流路を流れる作動流体が気相状態であるときの方が、気液二相状態であるときよりも作動流体流路の内壁面の熱伝達率が低いことによる。すなわち、作動流体が気液二相状態のとき、作動流体流路の内壁面の熱伝達率は十分に高い。そのため、作動流体への熱伝達によって内壁面の温度の上昇は抑制される。他方、作動流体が気相状態のとき、作動流体流路の内壁面の熱伝達率は低い。そのため、作動流体への熱伝達が少ないため、内壁面の温度が上昇する。
【００１７】
そして、蒸発器は液相状態を含む作動流体から気相状態の作動流体を生成するため、作動流体流路における気相状態の作動流体が含まれる割合は、作動流体の流れ方向における下流側ほど高くなる。
【００１８】
また、蒸発器の外部へ作動流体を流出する作動流体流路の流出口は、作動流体の流れ方向の最下流に位置する。そのため、高温流体の流れ方向に沿って複数の段をなして作動流体流路が配置される蒸発器において、作動流体を蒸発器の外部へ流出する作動流体流路の流出口を含む段は、相対的に、作動流体の流れ方向における下流側に位置する。そのため、蒸発器の外部へ作動流体を流出する作動流体流路の流出口を含む段は、その他の段に比して、作動流体流路における気相状態の作動流体が含まれる割合が高くなる。
【００１９】
さらに、蒸発器の内部において、高温流体の温度は、高温流体の流れ方向の上流側ほど高くなる。
【００２０】
そのため、高温流体の流れ方向に沿って複数の段をなして作動流体流路が配置される蒸発器において、高温流体の流れ方向の最上流に、蒸発器の外部へ作動流体を流出する作動流体流路の流出口を含む段を位置させることは、最も温度が上昇し易い作動流体流路を含む段を、最も温度が高い場所に配置することになる。そのため、当該段をなす作動流体流路の内壁面の温度が作動流体の熱分解温度以上になり、作動流体が熱分解する可能性が高くなる。
【００２１】
これに対し、第１態様の蒸発器は、高温流体の流れ方向の最上流に位置する第１段と、第１段以外の段とを含み、第１段以外の段に含まれる作動流体流路の流出口から蒸発器の外部へ作動流体を流出させる。すなわち、高温流体の流れ方向の最上流には、第１段が位置し、蒸発器の外部へ作動流体を流出する作動流体流路の流出口を含む段は位置しない。このため、作動流体流路の内壁面の温度が作動流体の熱分解温度以上になる可能性を低減できる。
【００２２】
さらに、本開示の蒸発器は、第１段に配置された作動流体流路の全長をＬと定義したとき、第１段をなす作動流体流路の下流端から作動流体の流れ方向の上流側に向かってＬ／２の地点から作動流体の流れ方向下流側において、蒸発器の筺体の外側に露出した作動流体流路に第１温度センサが設けられる。これにより、作動流体が過度に加熱され、作動流体が熱分解されることをさらに防止することができる。以下、理由を説明する。
【００２３】
高温流体の流れ方向の最上流に位置する第１段において、作動流体の状態が気液二相状態から気相状態に変化する場合、前記第１段をなす作動流体流路の下流端において、以下の理由により、作動流体流路の内壁面の温度が最も高くなる。
【００２４】
前述の通り、作動流体流路の内部を流れる作動流体が気相状態であるときの方が、気液二相状態であるときよりも作動流体流路の内壁面の温度は上昇し易い。そのため、第１段において、作動流体の状態が気液二相状態から気相状態に変化する場合、気相状態の作動流体が流れる作動流体流路の内壁面の温度は上昇し易くなる。さらに、前述の通り、高温流体の温度は、高温流体の流れ方向の上流側ほど高くなる。第１段は、高温流体の流れ方向の最上流に位置するため、第１段をなす作動流体流路は他の段に比べて高い温度にさらされる。また、作動流体は、蒸発器の内部において、高温流体との間で熱交換を行いながら作動流体流路を流れるため、作動流体流路の下流側ほど温度が高くなる。よって、前記第１段をなす作動流体流路の下流端は第１段をなす作動流体流路の中で最も温度が高くなる。以上より、高温流体の流れ方向の最上流に位置する第１段において、作動流体の状態が気液二相状態から気相状態に変化する場合、前記第１段をなす作動流体流路の下流端において、作動流体流路の内壁面の温度が最も高くなる。
【００２５】
これに対し、第１態様の蒸発器は、第１段に配置された作動流体流路の全長をＬと定義したとき、第１段をなす作動流体流路の下流端から作動流体の流れ方向の上流側に向かってＬ／２の地点から作動流体の流れ方向下流側において、蒸発器の筺体の外側に露出した作動流体流路に第１温度センサが設けられる。このように、第１態様の蒸発器は、下流端から作動流体の流れ方向の上流側に向かってＬ／２の地点以降の部位における作動流体の温度を第１温度センサにより取得することができる。そのため、第１温度センサの出力値に基づき、作動流体流路の内壁面の温度が最も高くなる下流端における作動流体流路の内壁面の温度を容易に予測することができる（図４、図８参照）。したがって、第１温度センサの出力値を作動流体の温度の調整に用いることで、作動流体が過度に加熱され、作動流体が熱分解されることを防止できる。
【００２６】
第２態様において、例えば、第１態様にかかる蒸発器の第１温度センサは、前記第１段をなす作動流体流路の下流端から作動流体の流れ方向の下流側に向かってＬ／２までの領域に設けられていてもよい。
【００２７】
第２態様によれば、第１温度センサが設けられる場所が、下流端から作動流体の流れ方向の下流側に向かってＬ／２までの領域である。そのため、第１温度センサが設けられる場所が下流端の近傍に限定されるため、下流端における作動流体流路の内壁面の温度をさらに容易に予測することができる。
【００２８】
第３態様において、例えば、第１態様にかかる蒸発器の前記複数の段は、前記高温流体の流れ方向において、前記第１段の次に下流に位置する第２段を含み、前記第１温度センサは、前記第１段と第２段との間に設けられていてもよい。
【００２９】
第３態様によれば、第１段と前記第１段の次に上流に位置する第２段との間に限定される。そのため、そのため、第１温度センサが設けられる場所が下流端のさらに近傍に限定されるため、下流端における作動流体流路の内壁面の温度をさらに容易に予測することができる。
【００３０】
第４態様において、例えば、第１態様〜第３態様のいずれか１つにかかる蒸発器の前記複数の段は、前記高温流体の流れ方向の最下流に位置する第３段を含み、前記作動流体流路は、前記第３段に含まれる作動流体流路の流入口から前記蒸発器の内部へ前記作動流体を流入させてもよい。
【００３１】
第４態様によれば、前記第３段に含まれる作動流体流路の流入口から前記蒸発器の内部へ前記作動流体を流入させる。このため、高温流体と作動流体流路を流れる作動流体との間での熱交換を効率的に行うことができる。
【００３２】
第５態様において、例えば、第１態様〜第４態様のいずれか１つにかかる蒸発器の前記作動流体流路は、前記蒸発器の筺体の内部に配置された複数の伝熱管と、前記蛇行形状の湾曲部分に対応する複数の接続管と、を含んでもよい。
【００３３】
第６態様において、第１態様〜第５態様のいずれか１つにかかる蒸発器の少なくとも前記第１段に配置された作動流体流路は、内面溝付管（inner grooved pipe）であってもよい。
【００３４】
第６態様によれば、内面溝付管の内部で作動流体の旋回流が形成される。旋回流が発生すると、内面溝付管の内部での作動流体の局所的な昇温が抑制される。
【００３５】
第７態様において、第１態様〜第６態様のいずれか１つにかかる蒸発器は、前記第１温度センサを囲んでいる断熱材をさらに備え、前記断熱材によって、前記温度センサと前記蒸発器の周囲環境との間の熱的影響が抑制されていてもよい。
【００３６】
第７態様によれば、作動流体の温度を正確に検出できる。
【００３７】
第８態様において、第１態様〜第６態様のいずれか１つにかかる蒸発器は、前記第１温度センサと前記蒸発器の周囲環境との間に配置された仕切りをさらに備え、前記仕切りによって、前記第１温度センサと前記蒸発器の周囲環境との間の熱的影響が抑制されていてもよい。
【００３８】
第８態様によれば、作動流体の温度を正確に検出できる。
【００３９】
第９態様において、第１態様〜第６態様のいずれか１つにかかる蒸発器は、前記第１温度センサと前記蒸発器の周囲環境との間の熱的影響が抑制されていてもよい。
【００４０】
第９態様によれば、作動流体の温度を正確に検出できる。
【００４１】
第１０態様において、第１態様〜第９態様のいずれか１つにかかる蒸発器は、フィンチューブ熱交換器であってもよい。
【００４２】
第１１態様にかかるランキンサイクル装置は、前記作動流体を加圧するポンプと、前記ポンプから吐出された前記作動流体を流入する、第１態様〜第１０態様のいずれか１つに記載の蒸発器と、前記蒸発器で加熱された前記作動流体を膨張させる膨張機と、前記膨張機から吐出された前記作動流体を冷却する凝縮器と、制御回路と、を備えた、ものである。
【００４３】
第１１態様によれば、第１態様と同じ効果が得られる。
【００４４】
第１２態様において、例えば、第１１態様にかかるランキンサイクル装置の前記制御回路は、前記蒸発器における前記第１温度センサにより取得される温度が所定値以上のとき、前記高温流体の供給量を減少させ、前記蒸発器における前記第１温度センサにより取得される温度が所定値未満のとき、前記高温流体の供給量を増加させてもよい。
【００４５】
第１３態様において、例えば、第１１態様にかかるランキンサイクル装置の前記制御回路は、前記蒸発器における前記第１温度センサにより取得される温度が所定値以上のとき、前記ポンプの回転数を増加させ、前記蒸発器における前記第１温度センサにより取得される温度が所定値未満のとき、前記ポンプの回転数を減少させてもよい。
【００４６】
第１４態様において、例えば、第１１態様にかかるランキンサイクル装置の前記制御回路は、前記蒸発器における前記第１温度センサにより取得される温度が所定値以上のとき、前記膨張機の回転数を増加させ、前記蒸発器における前記第１温度センサにより取得される温度が所定値未満のとき、前記膨張機の回転数を減少させてもよい。
【００４７】
第１５態様において、例えば、第１１態様にかかるランキンサイクル装置は、前記作動流体の循環流量を調整可能な制御弁をさらに備え、前記制御回路は、前記蒸発器における前記第１温度センサにより取得される温度が所定値以上のとき、前記制御弁の開度を増加させ、前記蒸発器における前記第１温度センサにより取得される温度が所定値未満のとき、前記制御弁の回転数を減少させてもよい。
【００４８】
第１６態様において、例えば、第１１態様にかかるランキンサイクル装置の前記制御回路は、前記蒸発器における前記第１温度センサにより取得される温度が所定値以上のとき、前記高温流体の温度を低下させ、前記蒸発器における前記第１温度センサにより取得される温度が所定値未満のとき、前記高温流体の温度を増加させてもよい。
【００４９】
また、その他の態様において、例えば、第１１態様にかかるランキンサイクル装置は、前記蒸発器の内部に設けられ、前記高温流体に空気を供給するファンをさらに備え、前記制御回路は、前記蒸発器における前記第１温度センサにより取得される温度が所定値以上のとき、前記ファンの回転数を増加させて前記高温流体の温度を低下させ、前記蒸発器における前記第１温度センサにより取得される温度が所定値未満のとき、前記ファンの回転数を低下させて前記高温流体の温度を増加させてもよい。
【００５０】
第１２態様〜第１６態様によれば、作動流体が過剰に加熱されることを抑制できる。
【００５１】
第１７態様において、例えば、第１態様〜第３態様のいずれか１つにかかる蒸発器は、前記第１段より上流側において前記蒸発器の筺体の外側に露出した作動流体流路に、前記第１温度センサとは異なる第２温度センサを設け、前記第１温度センサ及び前記第２温度センサの出力値は、前記蒸発器における前記作動流体の温度の調整に用いられてもよい。
【００５２】
第１７態様によれば、２つの温度センサを使用する。そのため、より正確な温度管理を行うことができる。また、第１温度センサで検出された温度と第２温度センサで検出された温度との差から、作動流体流路（特に、最上流作動流体流路）における作動流体の状態を正確に知ることができる。
【００５３】
第１８態様において、例えば、第１１態様〜第１６態様のいずれか１つにかかるランキンサイクル装置の前記高温流体の温度は前記作動流体の熱分解温度よりも高くてもよい。
【００５４】
高温流体の温度が高ければ高いほど、ランキンサイクル装置を高効率で運転できる。
【００５５】
第１９態様において、例えば、第１１態様〜第１６態様及び第１８態様のいずれか１つにかかるランキンサイクル装置の前記作動流体は有機作動流体であってもよい。
【００５６】
本開示の第１９態様は、有機作動流体を使用すれば、ボイラーのような高温の熱源だけでなく、比較的低温の熱源を用いたランキンサイクル装置を構築することも可能である。
【００５７】
第２０態様にかかる熱電併給システムは、第１１態様〜第１６態様、第１８態様及び第１９態様のいずれか１つにかかるランキンサイクル装置と、前記ランキンサイクル装置の前記凝縮器において前記作動流体を冷却する低温熱源としての熱媒体が流れる熱媒体回路と、を備えた、ものである。
【００５８】
第２１態様にかかる蒸発器は、作動流体を高温流体によって加熱し、前記作動流体を蒸発させる蒸発器であって、前記高温流体の流れ方向に沿って配置され、作動流体が流れる作動流体流路を備え、前記蒸発器は、前記作動流体流路に設けられた温度センサをさらに備え、前記作動流体流路の一部が前記蒸発器の筺体の外側に露出し、前記温度センサは、前記蒸発器の外部から前記作動流体を流入する前記作動流体流路の流入口及び前記蒸発器の外部へ前記作動流体を流出する前記作動流体流路の流出口以外の領域において、前記蒸発器の筺体の外側に露出した作動流体流路に設けられ、前記温度センサの出力値は、前記蒸発器における前記作動流体の温度の調整に用いられる、ものである。
【００５９】
第２１態様によれば、前記温度センサは、前記蒸発器の外部から前記作動流体を流入する前記作動流体流路の流入口及び前記蒸発器の外部へ前記作動流体を流出する前記作動流体流路の流出口以外の領域において、前記蒸発器の筺体の外側に露出した作動流体流路に設けられる。これにより、熱交換器の内部における作動流体の温度を把握することができるので、蒸発器における前記作動流体の温度の調整を容易に行うことができる。
【００６０】
第２２態様において、例えば、第２１態様の蒸発器は、前記作動流体流路は、前記高温流体の流れ方向に沿って複数の段をなして、前記複数の段の各々において蛇行形状に配置され、前記蒸発器の筺体の外側に露出した作動流体流路の一部は、前記蛇行形状の湾曲部分であってもよい。
【００６１】
第２３態様において、例えば、第２２態様にかかる蒸発器の前記複数段は、前記高温流体の流れ方向の最上流に位置する第１段と、前記高温流体の流れ方向の最下流に位置する第３段と、前記第１段と前記第３段との間の第２段とを含み、前記作動流体流路は、前記第１段に含まれる作動流体流路へ前記蒸発器の外部から前記作動流体を流入し、前記第３段を経由した後、前記第２段に含まれる作動流体流路を介して前記蒸発器の外部へ前記作動流体を流出し、前記温度センサは、前記作動流体が前記第３段から前記第２段へ向かう前記作動流体流路の領域に設けられていてもよい。
【００６２】
第２３態様によれば、前記作動流体流路は、前記複数の段の中で前記高温流体の流れ方向の最上流に位置する第１段へ前記蒸発器の外部から前記作動流体を流入する。前述の通り、蒸発器の内部において、高温流体の温度は、高温流体の流れ方向の上流側ほど高くなる。また、蒸発器は液相状態を含む作動流体から気相状態の作動流体を生成するため、作動流体流路における気相状態の作動流体が含まれる割合は、作動流体の流れ方向における下流側ほど高くなる。このため、第２３態様によれば、最も温度が上昇しにくい作動流体流路を含む段を、最も温度が高い場所に配置することになる。そのため、当該段をなす作動流体流路の内壁面の温度が作動流体の熱分解温度以上となることを防止できる。
【００６３】
第２４態様の蒸発器は、作動流体を高温流体によって加熱し、前記作動流体を蒸発させる蒸発器であって、円筒形状を有し、前記高温流体を生成し、前記円筒形状の中心軸から円周方向に向かって前記高温流体を送り出す燃焼器（前記円筒形状の中心軸から円周方向に向かって前記円筒形状の表面に設けられた孔から前記高温流体を送り出す燃焼器）と、コイル形状を有し、前記燃焼器の周囲に配置され、前記作動流体が流れる作動流体流路と、を備え、前記蒸発器は、前記作動流体流路に設けられた温度センサをさらに備え、前記作動流体流路の一部が前記蒸発器の筺体の外側に露出し、前記温度センサは、前記蒸発器の外部から前記作動流体を流入する前記作動流体流路の流入口及び前記蒸発器の外部へ前記作動流体を流出する前記作動流体流路の流出口以外の領域において、前記蒸発器の筺体の外側に露出した作動流体流路に設けられ、前記温度センサの出力値は、前記蒸発器における前記作動流体の温度の調整に用いられる、ものである。
【００６４】
第２４態様によれば、作動流体流路は、燃焼器の周囲に配置される。換言すると、燃焼器は、作動流体流路が形成するコイル形状の内部（コイルの中心軸を形成する領域）に配置される。そのため、第２４態様の蒸発器はその他の態様の蒸発器に比して、装置全体を小型にすることができる。
【００６５】
第２５態様において、前記第２４態様の蒸発器の前記作動流体流路は、前記蒸発器の断面視（前記コイル形状の中心軸と垂直な方向から見た場合）において、前記蒸発器と重なる第１部位（２５ａ）と、前記蒸発器と重なる部位よりも前記作動流体の流れ方向下流側に位置し、前記蒸発器と重ならない第２部位（２５ｂ）とを備え、前記温度センサは、前記作動流体流路において、前記第１部位と前記第２部位との間であって、前記蒸発器の筺体の外側に露出した部位に設けられてもよい。
【００６６】
第２５態様によれば、燃焼器に近い領域である第１部位において、作動流体流路は、高温の高温流体によって加熱される。そのため、第１部位において、作動流体が気液二相状態又は低温の気相状態となり、燃焼器から離れた領域である第２部位において、作動流体が高温の気相状態となるように作動流体を制御することが作動流体の熱分解を抑制する観点から適している。本態様によれば、第１部位と第２部位との間であって、蒸発器の筺体の外側に露出した部位に温度センサを設けることで、上記制御を容易に行うことができる。
【００６７】
第２６態様において、第２４態様又は第２５態様にかかる蒸発器は、コイル型熱交換器であってもよい。
【００６８】
第２７態様において、第２５態様にかかる蒸発器は前記高温流体を受け入れる入口と前記高温流体を排出するための出口との間に設けられ、前記高温流体の流れを妨げて前記高温流体の流れ方向を変化させる構造をさらに備えていてもよい。
【００６９】
第２７態様によれば、効率的な熱交換が行われるように高温流体の流れ方向を定めることができる。
【００７０】
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。
【００７１】
（実施形態１）
図１に示すように、本実施形態の熱電併給システム１００（以下、ＣＨＰシステムと称する）は、ボイラー１０、ランキンサイクル装置２０、熱媒体回路３０及び制御回路５０を備えている。ＣＨＰシステム１００は、ボイラー１０で生成された熱エネルギーを使用して、温水及び電力を同時に又は独立して得ることができるように構成されている。「同時に」とは、温水を供給しながら電力も供給できるという意味である。
【００７２】
ボイラー１０は、燃焼チャンバ１２及び燃焼器１４（combustor）を備えている。燃焼チャンバ１２の上部には排気口が設けられている。燃焼器１４は、燃焼ガスＧを生成する熱源であり、燃焼チャンバ１２の内部に配置されている。燃焼器１４で生成された燃焼ガスＧは、燃焼チャンバ１２の内部空間を上に向かって進み、排気口を通って外部へと排出される。ＣＨＰシステム１００の熱源として、燃焼ガスＧを生成する燃焼器１４を使用すれば、高温の熱エネルギーを容易に得ることができる。その結果、ランキンサイクル装置２０の発電効率を向上させることができる。ボイラー１０の内部には、送風機などの他の機器が配置されていてもよい。
【００７３】
ボイラー１０は、例えばガスボイラーである。ボイラー１０がガスボイラーであるとき、燃焼器１４には天然ガス、バイオガスなどの燃料ガスが供給される。燃焼器１４は、燃料ガスを燃焼させることによって高温の燃焼ガスＧを生成する。ただし、ボイラー１０がペレットボイラーなどの他のボイラーであってもよい。この場合、燃焼器１４には木質ペレットなどの固体燃料が供給される。
【００７４】
ランキンサイクル装置２０は、膨張機２１、凝縮器２２、ポンプ２３及び蒸発器２４を備えている。これらのコンポーネントは、閉回路を形成するように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。ランキンサイクル装置２０には、公知の再生器などが設けられていてもよい。
【００７５】
膨張機２１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２１の回転軸には、発電機２６が接続されている。膨張機２１によって発電機２６が駆動される。膨張機２１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。
【００７６】
膨張機２１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熱需要の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。また、電力の需要の変化に対しても高効率を維持したまま発電量を増減できる。
【００７７】
凝縮器２２は、熱媒体回路３０の中の水と膨張機２１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、作動流体を冷却し、水を加熱する。凝縮器２２として、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２２の種類は、熱媒体回路３０の中の熱媒体の種類に応じて適切に選択される。熱媒体回路３０の中の熱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２２に好適に使用できる。熱媒体回路３０の中の熱媒体が空気などの気体のとき、フィンチューブ熱交換器を凝縮器２２に好適に使用できる。
【００７８】
ポンプ２３は、凝縮器２２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２４に供給する。ポンプ２３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。
【００７９】
蒸発器２４は、ボイラー１０で生成された燃焼ガスＧの熱エネルギーを吸収する熱交換器である。蒸発器２４は、例えばフィンチューブ熱交換器であり、燃焼ガスＧの流路上に位置するように、ボイラー１０の内部に配置されている。本実施形態では、蒸発器２４は、燃焼器１４の真上に位置している。ボイラー１０で生成された燃焼ガスＧとランキンサイクル装置２０の作動流体とが蒸発器２４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。
【００８０】
ランキンサイクル装置２０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。作動流体として、水、二酸化炭素、アンモニアなどの無機作動流体を使用できる可能性もある。
【００８１】
熱媒体回路３０は、凝縮器２２においてランキンサイクル装置２０の作動流体を冷却する低温熱源としての水（熱媒体）が流れる回路であり、凝縮器２２に接続されている。熱媒体回路３０の中の水は、膨張機２１から吐出された作動流体によって加熱される。熱媒体回路３０には、ポンプ３１及び放熱器３２が設けられている。放熱器３２は、例えば、室内の床暖房設備の一部である。凝縮器２２で作られた温水がポンプ３１によって放熱器３２に供給され、室内の暖房に使用される。つまり、本実施形態では、熱媒体回路３０は温水暖房回路である。市水を凝縮器２２で加熱する場合には、凝縮器２２で作られた温水を給湯に使用することもできる。作動流体の低温排熱を有効利用することによって、ランキンサイクル装置２０の総合熱効率を向上させることができる。
【００８２】
本実施形態のように、熱媒体回路３０を通じて加熱されるべき熱媒体が水、ブラインなどの液体のとき、熱媒体回路３０は複数の配管にて形成されうる。これに対し、熱媒体回路３０を通じて加熱されるべき熱媒体が空気などの気体のとき、熱媒体回路３０は気体を流すための風路又はダクトにて形成されうる。凝縮器２２で作られた温風が室内に供給され、室内の暖房に使用される。
【００８３】
熱媒体回路３０で生成された温水は、シャワー、蛇口、貯湯タンクなどの他の設備にも供給されうる。すなわち、熱媒体回路３０は、低温の温水を再加熱する目的で使用されてもよいし、市水を加熱する目的で使用されてもよい。なお、ＣＨＰシステム１００は、熱媒体回路３０による温水の供給を停止して電力のみを供給できるように構成されていてもよい。
【００８４】
制御回路５０は、ポンプ２３、ポンプ３１、燃焼器１４、発電機２６などの制御対象を制御する。制御回路５０は、制御機能を有するものであればよく、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備える。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリーが例示される。制御回路は、集中制御を行う単独の制御回路で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御回路で構成されていてもよい（他の実施形態およびその変形例の制御回路においても同様）。制御回路５０には、ＣＨＰシステム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。
【００８５】
次に、蒸発器２４の詳細な構造を説明する。
【００８６】
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、蒸発器２４は、作動流体が流れる作動流体流路２５を有する。作動流体流路２５は、作動流体と熱交換するべき燃焼ガスＧ（高温流体）の流れ方向において複数の段で形成されている。作動流体流路２５には、温度センサ３５が設けられている。温度センサ３５の出力値（検出値）に基づき、蒸発器２４における作動流体の温度が調整される。
【００８７】
本実施形態において、蒸発器２４は、複数のフィン２７、複数の伝熱管２８及び複数の接続管２９を有するフィンチューブ熱交換器である。複数のフィン２７は、それらの表面及び裏面が鉛直方向に平行となるように、水平方向に並べられている。フィン２７とフィン２７との間に形成された空間が燃焼ガスＧの排気経路を形成している。複数の伝熱管２８は、作動流体と熱交換するべき燃焼ガスＧの流れ方向（高さ方向）に複数の段で並べられている。本実施形態では、複数の伝熱管２８が高さ方向に３段で並べられている。複数の接続管２９は、複数の伝熱管２８を互いに接続している。接続管２９は、いわゆるベンド管である。
【００８８】
作動流体流路２５は、複数の伝熱管２８と複数の接続管２９とによって構成されている。伝熱管２８は燃焼チャンバ１２の内部に位置し、接続管２９は燃焼チャンバ１２の外部に位置している。伝熱管２８は燃焼ガスＧの流路上にあり、燃焼ガスＧと熱交換を行う。接続管２９は燃焼ガスＧの流路の外部にあり、燃焼ガスＧと直接熱交換を行わない。
【００８９】
伝熱管２８は、水平方向（燃焼ガスＧの流れ方向に垂直な方向）にも複数の列（本実施形態では４列）で並べられている。つまり、伝熱管２８は、高さ方向（Ｙ方向）と水平方向（Ｘ方向）との両方向にマトリクス状に並べられている。作動流体は、同じ段に位置している複数の伝熱管２８を流れた後、別の段に位置している伝熱管２８に送られる。図２Ｂに示すように、フィン２７の表面に垂直な方向から蒸発器２４を観察すると、複数の伝熱管２８は、千鳥配列で配置されている。複数の伝熱管２８は、それら伝熱管２８の長手方向の両端に設けられた接続管２９によって１つの流路をなすように互いに接続されている。ただし、全ての伝熱管２８によって単一の流路が形成されていることは必須ではない。分配器などの公知の部品を使用することによって、２以上の流路が並列に形成されていてもよい。また、伝熱管２８及び接続管２９として、いわゆるヘアピン管を使用してもよい。この場合、２つの直線状の伝熱管２８と１つの接続管２９との組み合わせをヘアピン管で置き換えることができる。
【００９０】
作動流体流路２５は、最上流作動流体流路２５ａ、最下流作動流体流路２５ｂ及び中間作動流体流路２５ｃを含む。最上流作動流体流路２５ａは、燃焼ガスＧの流れ方向における最も上流側の段に位置する流路である。最下流作動流体流路２５ｂは、燃焼ガスＧの流れ方向における最も下流側の段に位置する流路である。中間作動流体流路２５ｃは、燃焼ガスＧの流れ方向において、最上流作動流体流路２５ａと最下流作動流体流路２５ｂとの間に位置する流路である。複数の中間作動流体流路２５ｃが存在していてもよい。最上流作動流体流路２５ａ、最下流作動流体流路２５ｂ及び中間作動流体流路２５ｃも複数の伝熱管２８及び複数の接続管２９で構成されている。
【００９１】
蒸発器２４に流入した作動流体が最下流作動流体流路２５ｂを構成する伝熱管２８を最初に流れるように、最下流作動流体流路２５ｂを構成する伝熱管２８が蒸発器２４の入口を形成している。中間作動流体流路２５ｃを構成する伝熱管２８が蒸発器２４の出口を形成している。最上流作動流体流路２５ａは、作動流体流路２５の中間部分を形成している。ポンプ２３から吐出された作動流体は、最下流作動流体流路２５ｂ、最上流作動流体流路２５ａ及び中間作動流体流路２５ｃをこの順番で流れる。
【００９２】
ポンプ２３から吐出されて蒸発器２４に流入した直後において、作動流体は液相状態又は気液二相状態にあり、作動流体の温度は蒸発器２４の中で最も低い。作動流体は、蒸発器２４の内部を流れ、燃焼ガスＧよって加熱されて蒸発する。蒸発器２４の出口において、作動流体は気相状態にあり、作動流体の温度は蒸発器２４の中で最も高い。蒸発器２４において燃焼ガスＧと作動流体との間で過剰な熱交換が起こり、作動流体の温度が過度に上昇すると、作動流体の熱分解、潤滑油の劣化などの不具合を招く可能性がある。
【００９３】
本実施形態において、温度センサ３５は、作動流体の流れ方向に関して、最上流作動流体流路２５ａの下流端２５ｐよりも下流側において、作動流体流路２５に設けられている。温度センサ３５の出力値に基づき、蒸発器２４における作動流体の温度が調整される。詳細には、温度センサ３５が設けられた位置での作動流体の温度を設定上限温度よりも低い温度に維持するための制御が行われる。これにより、蒸発器２４において作動流体が過度に加熱されることを防止できる。その理由は次の通りである。すなわち、伝熱管２８の内壁面の温度は、最上流作動流体流路２５ａの下流端２５ｐで最も高い温度を示す。従って、下流端２５ｐよりも下流側における任意の位置での作動流体の温度が上限温度未満であれば、作動流体が過度に加熱されることも防止されていると判断できる。
【００９４】
本実施形態において、温度センサ３５は、作動流体の流れ方向に関して、最上流作動流体流路２５ａの下流端２５ｐよりも下流側において、作動流体流路２５を構成する接続管２９に取り付けられている。詳細には、温度センサ３５は、最上流作動流体流路２５ａの下流端２５ｐに接続された接続管２９に取り付けられている。このような位置に温度センサ３５が配置されていると、上記の効果が得られる。
【００９５】
温度センサ３５は、例えば、接続管２９の外周面に接着されている。接続管２９の内部に温度センサ３５の検知部（熱電対、サーミスタなど）が入れられてもよい。また、温度センサ３５は、接続管２９の両端から等距離の位置に配置されていることが望ましい。伝熱管２８と温度センサ３５とが適度に離れていると、熱伝導の影響が温度センサ３５に及ぶことを抑制できる。その結果、接続管２９を流れる作動流体の温度を正確に検出できる。
【００９６】
本実施形態では、温度センサ３５と蒸発器２４の周囲環境との間の熱的影響が抑制されている。詳細には、蒸発器２４は、温度センサ３５を囲んでいる断熱材４１をさらに備えている。断熱材４１によって、温度センサ３５と蒸発器２４の周囲環境との間の熱的影響が抑制されている。断熱材４１は、接続管２９及び温度センサ３５を囲んでいる。接続管２９及び断熱材４１によって、断熱材付き接続管２９ａが形成されている。このような構成によれば、接続管２９を流れる作動流体の温度を正確に検出できる。断熱材４１としては、織布、不織布、フェルト、ロックウール、グラスウール、シリコーンスポンジなどが挙げられる。
【００９７】
本実施形態では、最上流作動流体流路２５ａが内面溝付管で形成されている。詳細には、最上流作動流体流路２５ａを構成する少なくとも１つの伝熱管２８が内面溝付管である。最上流作動流体流路２５ａを構成する全ての伝熱管２８が内面溝付管であってもよい。最上流作動流体流路２５ａを構成する複数の接続管２９は、内面溝付管であってもよいし、内面平滑管であってもよい。内面溝付管は、冷媒などの作動流体が気液二相状態にあること及び蒸発器への適用を考慮した伝熱管である。伝熱管２８の内周面に溝が形成されていると、液相の作動流体が溝に沿って流れて旋回流を形成する。
【００９８】
最上流作動流体流路２５ａにおいては、火炎の輻射によって、伝熱管２８の表面の特定の部分（火炎に面する部分）に受け取られる熱量が相対的に大きく、残りの部分に受け取られる熱量が相対的に小さい。その結果、作動流体の温度が局所的に上昇する危険性がある。しかし、伝熱管２８が内面溝付管であると、伝熱管２８の内部で作動流体の旋回流が形成される。旋回流が発生すると、伝熱管２８の内部での作動流体の局所的な昇温が抑制される。また、局所的な温度の差も抑制されうる。従って、本実施形態によれば、最上流作動流体流路２５ａでの局所的な温度変化の影響を抑えつつ、温度センサ３５によって作動流体の温度を正確に検出できる。
【００９９】
また、最上流作動流体流路２５ａの上流端２５ｑよりも下流側において、作動流体流路２５の一部又は全部を内面溝付管で形成することができる。例えば、最上流作動流体流路２５ａと中間作動流体流路２５ｃとを接続する接続管２９が内面溝付管であってもよい。この場合、温度センサの計測誤差を小さくすることができる。また、中間作動流体流路２５ｃを構成する複数の伝熱管２８及び複数の接続管２９が内面溝付管であってもよい。最下流作動流体流路２５ｂを構成する複数の伝熱管２８及び複数の接続管２９が内面平滑管であってもよい。
【０１００】
次に、図３のフローチャートを参照しつつ、蒸発器２４における作動流体の温度を調整するために制御回路５０で実行される制御を説明する。図３に示す制御を実行することによって、蒸発器２４の特定の位置における作動流体の温度が目標温度に近づく。特定の位置は、例えば、温度センサ３５が設けられた位置である。図３のフローチャートに示す制御は、例えば、ランキンサイクル装置２０の起動と同時に開始される。
【０１０１】
まず、温度センサ３５で作動流体の温度Ｔｈを検出する（ステップＳ１）。次に、検出された温度Ｔｈに基づき、蒸発器２４における作動流体の温度が高すぎるかどうか判断する（ステップＳ２）。具体的には、検出された温度Ｔｈが予め設定された上限温度以上かどうか判断する。作動流体の温度が高すぎる場合、作動流体の温度を下げるための処理を実行する。作動流体の温度を下げるための処理を実行する前に、ポンプ２３の回転数ｆｐ（運転周波数）を検出する（ステップＳ３）。
【０１０２】
次に、蒸発器２４への燃焼ガスＧの供給流量を減らすことによって、作動流体の温度を下げる。言い換えれば、燃焼器１４を制御して単位時間あたりの燃焼ガスＧの発生量（単位時間あたりに発生する燃焼熱の量）を減らす（ステップＳ４）。燃焼ガスＧの供給流量を減らすための方法として、燃焼器１４への燃料供給量（単位時間あたりの供給量）を減らすことが挙げられる。ボイラー１０の内部に空気を供給するための送風機が設けられている場合には、送風機からの送風量を減らすことによって、燃焼ガスＧの供給流量を減らすこともできる。つまり、燃焼ガスＧの供給流量を調整することによって蒸発器２４における作動流体の温度を調整できる。
【０１０３】
次に、ポンプ２３の回転数ｆｐが上限以下かどうか判断する（ステップＳ５）。ポンプ２３の回転数ｆｐが上限以下である場合、ポンプ２３の回転数ｆｐを上げる（ステップＳ６）。これにより、ランキンサイクル装置２０における作動流体の循環流量が増加する。ポンプ２３の回転数ｆｐを上げると、蒸発器２４における作動流体の流量が増加するので、作動流体の温度を下げることができる。つまり、ポンプ２３の回転数を調整することによって蒸発器２４における作動流体の温度を調整できる。ポンプ２３の回転数ｆｐを上げた後、温度センサ３５で作動流体の温度Ｔｈを検出する（ステップＳ７）。検出された温度Ｔｈが上限温度未満かどうか判断する（ステップＳ８）。作動流体の温度Ｔｈが上限温度を下回るまで、ステップＳ３からステップＳ８までの処理を繰り返す。
【０１０４】
図４は、蒸発器２４における作動流体の温度と、伝熱管の内壁面の温度との関係を示している。図４の横軸は、蒸発器２４の入口からの距離を表している。図４の縦軸は、温度を表している。図４に示す例では、ランキンサイクル装置２０に再熱器が設けられており、蒸発器２４の入口において作動流体が気液二相状態にある。
【０１０５】
作動流体は、燃焼ガスＧによって加熱され、蒸発器２４の入口と出口との間で気相状態となり、気相状態で蒸発器２４から流出する。気液二相状態の作動流体の温度は一定であり、作動流体の温度は、気相状態に変化した後に上昇する。作動流体が気液二相状態である限り、伝熱管２８の内壁面の温度が急激に上昇することは無い。従って、最上流作動流体流路２５ａにおいて作動流体の温度が上がりすぎる可能性も低い。作動流体が気液二相状態のとき、伝熱管２８の内壁面の熱伝達率は十分に高い。作動流体への熱伝達によって内壁面の温度の上昇は抑制される。
【０１０６】
作動流体が気液二相状態から気相状態に変化すると、伝熱管２８の内壁面の温度は急激に上昇する。作動流体が気相状態のとき、伝熱管２８の内壁面の熱伝達率は低く、伝熱管２８の内壁面の温度は上昇する。蒸発器２４の内部において、ある段から別の段に作動流体が移動すると、燃焼ガスＧの温度も変化する。そのため、伝熱管２８の内壁面の温度も変化する。燃焼ガスＧの温度は、上流側（１段目）で相対的に高く、下流側（２段目）で相対的に低い。作動流体が１段目から２段目に移動したとき、伝熱管２８の内壁面の温度も低下する。作動流体が気相状態にあるとき、作動流体の温度の上昇に伴い、伝熱管２８の内壁面の温度も上昇し続ける。作動流体の温度は、蒸発器２４の出口で最大となる。そのため、蒸発器２４の出口は、燃焼ガスＧの流れ方向における下流側に設けられていることが望ましい。
【０１０７】
蒸発器２４の出口が燃焼ガスＧの流れ方向における下流側に設けられている場合、最上流作動流体流路２５ａの下流端２５ｐにおいて、伝熱管２８の内壁面の温度が最大となる。つまり、この位置で作動流体の熱分解が最も起こりやすい。従って、最上流作動流体流路２５ａの下流端２５ｐを構成する伝熱管２８の温度を把握し、作動流体の温度が熱分解温度を下回るように、ランキンサイクル装置２０を制御することは、安全面で有意である。
【０１０８】
図４に示す例では、最上流作動流体流路２５ａで作動流体が気液二相状態から気相状態へと変化している。安全性の観点では、最上流作動流体流路２５ａの全部で作動流体が気液二相状態にあることが望ましい。しかし、ランキンサイクル装置２０の運転条件は、季節等によって変化する。そのため、最上流作動流体流路２５ａの全部で作動流体が気液二相状態にある場合、特定の運転条件において、目標温度の気相の作動流体を膨張機２１に供給できない可能性がある。したがって、最上流作動流体流路２５ａで作動流体が気液二相状態から気相状態へと変化することは、必ずしも禁止されるわけではない。温度センサ３５が配置された位置で作動流体の温度が上限温度未満であれば、安全性は確保できる。
【０１０９】
本明細書に開示された技術は、作動流体が有機作動流体である場合に特に有効である。より詳細には、燃焼ガスＧの温度が作動流体の熱分解温度を越えている場合に特に有効である。有機作動流体を使用すれば、ボイラー１０のような高温の熱源だけでなく、比較的低温の熱源を用いたランキンサイクル装置を構築することも可能である。燃焼ガスＧの温度が高ければ高いほど、ランキンサイクル装置２０を高効率で運転できる。一例において、ガスボイラーで生成される燃焼ガスの温度は最高で１５００℃であり、有機作動流体の熱分解温度は１５０〜３００℃の範囲にある。
【０１１０】
（変形例）
図２Ｃに示すように、温度センサ３５は、最上流作動流体流路２５ａに設けられていてもよい。本変形例において、最上流作動流体流路２５ａの全長をＬと定義したとき、温度センサ３５は、最上流作動流体流路２５ａの下流端２５ｐから作動流体の流れ方向の上流側に向かってＬ／２までの範囲に位置している。詳細には、温度センサ３５は、当該範囲において、最上流作動流体流路２５ａを構成する接続管２９に取り付けられている。最上流作動流体流路２５ａの下流端２５ｐに比較的近い位置で検出された温度から、最上流作動流体流路２５ａの下流端２５ｐにおける作動流体の温度又は伝熱管２８の内壁面の温度を推定することは可能である。従って、図２Ｃに示す位置に温度センサ３５が設けられていたとしても、図２Ｂに示す位置に温度センサ３５が設けられている場合と同じように、蒸発器２４における作動流体の温度を調整するための制御を実行できる。下流端２５ｐからの温度センサ３５までの距離が大きくなればなるほど、下流端２５ｐにおける作動流体の温度又は伝熱管２８の内壁面の温度の推定度合いが増す。そのため、本実施形態のように、下流端２５ｐから温度センサ３５までの距離は、最大でもＬ／２にとどめるべきである。
【０１１１】
以下、ＣＨＰシステムの他の実施形態を説明する。実施形態１と他の実施形態とで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。すなわち、各実施形態の説明は、技術的に矛盾しない限り、相互に適用されうる。
【０１１２】
（実施形態２）
図５に示すように、本実施形態のＣＨＰシステム２００は、ボイラー１０、ランキンサイクル装置２０Ｂ、熱媒体回路３０及び制御回路５０を備えている。ランキンサイクル装置２０Ｂの蒸発器３４及びバイパス回路４３を除き、本実施形態のＣＨＰシステム２００の構成は、実施形態１のＣＨＰシステム１００の構成と同一である。
【０１１３】
ランキンサイクル装置２０Ｂにおいて、バイパス回路４３は、膨張機２１をバイパスする回路である。バイパス回路４３は、蒸発器３４の出口と膨張機２１の入口とを接続する流路から分岐し、膨張機２１の出口と凝縮器２２の入口（又は再熱器の入口）とを接続する流路に合流している。バイパス回路４３には、流量制御弁４５が設けられている。流量制御弁４５の開度を調整することによって、ランキンサイクル装置２０Ｂにおける作動流体の循環流量を調整できる。
【０１１４】
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、蒸発器３４は、第１温度センサ３５及び第２温度センサ３６を有する。第１温度センサ３５は、実施形態１で説明したように、最上流作動流体流路２５ａの下流端２５ｐに接続された接続管２９に取り付けられている。第２温度センサ３６は、作動流体の流れ方向に関して、最上流作動流体流路２５ａの上流端２５ｑよりも上流側において、作動流体流路２５に設けられている。詳細には、第２温度センサ３６は、最上流作動流体流路２５ａの上流端２５ｑに接続された接続管２９に取り付けられている。第１温度センサ３５及び第２温度センサ３６は、ともに、燃焼チャンバ１２の外部に位置している。第１温度センサ３５及び第２温度センサ３６の出力値に基づき、蒸発器３４における作動流体の温度が調整される。これにより、蒸発器３４において作動流体が過度に加熱されることを防止できる。２つの温度センサ３５及び３６を使用すれば、より正確な温度管理を行うことができる。特に、最上流作動流体流路２５ａの下流端２５ｐ及び上流端２５ｑに隣接する２つの接続管２９のそれぞれに第１温度センサ３５及び第２温度センサ３６が設けられている。この場合、第１温度センサ３５で検出された温度Ｔｈ１と第２温度センサ３６で検出された温度Ｔｈ２との差（Ｔｈ１−Ｔｈ２）から、作動流体流路２５（特に、最上流作動流体流路２５ａ）における作動流体の状態を正確に知ることができる。すなわち、差（Ｔｈ１−Ｔｈ２）は、作動流体の過熱度を表す。差（Ｔｈ１−Ｔｈ２）がゼロのとき、最上流作動流体流路２５ａの全域で作動流体が気液二相状態にある。差（Ｔｈ１−Ｔｈ２）がゼロよりも大きいとき、最上流作動流体流路２５ａの下流端２５ｐで作動流体が気相状態にある。
【０１１５】
また、蒸発器３４は、仕切り４０を有する。仕切り４０は、第１温度センサ３５と蒸発器３４の周囲環境との間に配置されている。詳細には、仕切り４０は、接続管２９及び第１温度センサ３５を囲んでいる。仕切り４０は、例えば、樹脂板、金属板などで作られたカバーである。仕切り４０によって、第１温度センサ３５と蒸発器３４の周囲環境との間の熱的影響が抑制されている。同様の仕切り４０は、第２温度センサ３６と蒸発器３４の周囲環境との間にも配置されている。このような構成によれば、接続管２９を流れる作動流体の温度を正確に検出できる。
【０１１６】
次に、図７のフローチャートを参照しつつ、蒸発器３４における作動流体の温度を調整するために制御回路５０で実行される制御を説明する。図７に示す制御を実行することによって、蒸発器３４の特定の位置における作動流体の温度が目標温度に近づく。特定の位置は、例えば、第１温度センサ３５が設けられた位置である。
【０１１７】
まず、第１温度センサ３５及び第２温度センサ３６で作動流体の温度Ｔｈ１及びＴｈ２を検出する（ステップＳ１１）。次に、検出された２つの温度に基づき、蒸発器３４における作動流体の温度が高すぎるかどうか判断する（ステップＳ１２）。具体的には、検出された２つの温度の差（Ｔｈ１−Ｔｈ２）が予め設定された閾値温度以下かどうか判断する。差（Ｔｈ１−Ｔｈ２）が閾値温度を越えている場合、作動流体の温度を下げるための処理を実行する。作動流体の温度を下げるための処理を実行する前に、膨張機２１の回転数ｆｐ（運転周波数）を検出する（ステップＳ１３）。閾値温度は、例えば、５〜３０℃の範囲にある。
【０１１８】
次に、作動流体の循環流量を増やすことによって、作動流体の温度を下げる。具体的には、流量制御弁４５の開度を増やす（ステップＳ１４）。流量制御弁４５の開度を増やすことによって、ランキンサイクル装置２０Ｂにおける作動流体の循環流量を増やすことができる。作動流体の循環流量が増加すると、蒸発器３４における作動流体の温度が下がる。このように、流量制御弁４５の開度を調整することによって蒸発器３４における作動流体の温度を調整できる。
【０１１９】
次に、膨張機２１の回転数ｆｐが上限以下かどうか判断する（ステップＳ１５）。膨張機２１の回転数ｆｐが上限以下である場合、膨張機２１の回転数ｆｐを上げる（ステップＳ１６）。これにより、ランキンサイクル装置２０における作動流体の循環流量が増加する。膨張機２１の回転数ｆｐを上げると、蒸発器３４における作動流体の流量が増加するので、作動流体の温度を下げることができる。つまり、膨張機２１の回転数ｆｐを調整することによって蒸発器３４における作動流体の温度を調整できる。膨張機２１の回転数ｆｐを上げた後、第１温度センサ３５及び第２温度センサ３６で作動流体の温度Ｔｈ１及びＴｈ２を検出する（ステップＳ１７）。検出された２つの温度の差（Ｔｈ１−Ｔｈ２）が予め設定された閾値温度以下かどうか判断する（ステップＳ１８）。差（Ｔｈ１−Ｔｈ２）が閾値温度以下になるまで、ステップＳ１３からステップＳ１８までの処理を繰り返す。
【０１２０】
なお、流量制御弁４５は、開状態と閉状態のみに制御される開閉弁であってもよい。
【０１２１】
図８は、蒸発器３４における作動流体の温度と伝熱管の内壁面の温度との関係を示す、図４と同様の図である。本実施形態において、第２温度センサ３６は、最上流作動流体流路２５ａの上流端２５ｑに隣接する接続管２９に取り付けられている。この位置において、作動流体は、気液二相状態にある。第１温度センサ３５及び第２温度センサ３６によって、作動流体の過熱度、作動流体の圧力などの作動流体の状態を把握できる。つまり、作動流体の状態を詳細に把握したうえでの制御が可能となる。
【０１２２】
温度センサを増やせば増やすほど、蒸発器３４における作動流体の温度変化を正確に把握できる。しかし、温度センサの増加はコストの増加を意味する。本実施形態のように、２つの温度センサ３５及び３６で蒸発器３４における作動流体の温度変化を予測することは可能である。温度センサの数を制限すれば、コストの増加を抑制しつつ、かつ安全な制御を達成できる。なお、作動流体の温度は、蒸発器３４における作動流体の温度だけでなく、ランキンサイクル装置２０Ｂの他の位置に設けられた温度センサの検出値を使用して、蒸発器３４における作動流体の温度を調整するための制御を実行してもよい。さらに、圧力センサによって検出された圧力を使用して制御を実行してもよい。
【０１２３】
（実施形態３）
図９に示すように、本実施形態のＣＨＰシステム３００は、ボイラー１０、ランキンサイクル装置２０Ｃ、熱媒体回路３０及び制御回路５０を備えている。ランキンサイクル装置２０Ｃの蒸発器４４及び吸気制御ファン３８を除き、本実施形態のＣＨＰシステム３００の構成は、実施形態１のＣＨＰシステム１００の構成と同一である。
【０１２４】
吸気制御ファン３８は、ボイラー１０の内部に配置されている。詳細には、燃焼器１４に空気を供給するための流路上に吸気制御ファン３８が配置されている。吸気制御ファン３８は、燃焼器１４に供給されるべき空気の流量を調整する役割を担う。
【０１２５】
図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、本実施形態では、蒸発器４４に流入した作動流体が最上流作動流体流路２５ａを構成する伝熱管２８を最初に流れるように、最上流作動流体流路２５ａを構成する伝熱管２８が蒸発器４４の入口を形成している。中間作動流体流路２５ｃを構成する伝熱管２８が蒸発器４４の出口を形成している。作動流体は、最上流作動流体流路２５ａ、最下流作動流体流路２５ｂ及び中間作動流体流路２５ｃをこの順番で流れる。
【０１２６】
温度センサ３５は、作動流体の流れ方向に関して、最下流作動流体流路２５ｂの下流端２５ｒよりも下流側において、作動流体流路２５に設けられている。詳細には、温度センサ３５は、最下流作動流体流路２５ｂの下流端２５ｒに接続された接続管２９に取り付けられている。このような位置に温度センサ３５があると、最下流作動流体流路２５ｂの下流端２５ｒにおける作動流体の温度を正確に検出できる。
【０１２７】
次に、図１１のフローチャートを参照しつつ、蒸発器４４における作動流体の温度を調整するために制御回路５０で実行される制御を説明する。図１１に示す制御を実行することによって、蒸発器４４の特定の位置における作動流体の温度が目標温度に近づく。特定の位置は、例えば、温度センサ３５が設けられた位置である。
【０１２８】
図１１のフローチャートのステップＳ２１〜Ｓ２３及びＳ２５〜Ｓ２８は、それぞれ、図３のフローチャートのステップＳ１〜Ｓ３及びＳ５〜Ｓ８に対応している。そのため、これらのステップの説明は省略する。
【０１２９】
本実施形態では、燃焼ガスＧの温度を下げることによって、作動流体の温度を下げる。具体的には、吸気制御ファン３８の回転数ｆｐを上げる（ステップＳ２４）。吸気制御ファン３８の回転数を上げると、燃焼に使用される低温の空気の量が増加する。その結果、燃焼によって発生する燃焼ガスＧの温度を下げることができる。このように、燃焼ガスＧの温度を調整することによって蒸発器４４における作動流体の温度を調整できる。なお、吸気制御ファン３８の回転数ｆｐを上げすぎると、空気過多となり、燃焼を維持できない可能性がある。そのため、吸気制御ファン３８の回転数ｆｐは、所定の上限未満に維持されることが望ましい。
【０１３０】
図１２は、蒸発器４４における作動流体の温度と伝熱管の内壁面の温度との関係を示す、図４と同様の図である。本実施形態において、伝熱管２８の内壁面の温度は蒸発器４４の出口で最大となる。本実施形態では、作動流体が最上流作動流体流路２５ａの全部で気液二相状態に維持されている。したがって、作動流体の熱分解を防ぐことができる。もちろん、作動流体が最上流作動流体流路２５ａで気液二相状態から気相状態に変化することが禁止されるわけではない。なお、最上流作動流体流路２５ａの下流端２５ｐに接続された接続管２９に温度センサ（第２温度センサ）が取り付けられていてもよい。
【０１３１】
実施形態１及び実施形態２においては、最下流作動流体流路２５ｂを構成する伝熱管２８によって蒸発器２４又は３４の入口が形成されている。そのため、蒸発器２４又は３４の後半部分においても、燃焼ガスＧは、最下流作動流体流路２５ｂを流れる低温の作動流体と熱交換する。一方、本実施形態によれば、蒸発器４４の後半部分において燃焼ガスＧが熱交換する作動流体の温度は、最下流作動流体流路２５ｂにおける作動流体の状態に依存する。作動流体の温度が低ければ低いほど、燃焼ガスＧから回収できる熱量も大きい。熱交換率の向上の観点から、最下流作動流体流路２５ｂの一部又は全部において、作動流体が気液二相状態にあることが望ましい。
【０１３２】
（実施形態４）
図１３に示すように、本実施形態のＣＨＰシステム４００は、ボイラー１０、ランキンサイクル装置２０Ｄ、熱媒体回路３０及び制御回路５０を備えている。ランキンサイクル装置２０Ｄの蒸発器５４及び燃焼器１４を除き、本実施形態のＣＨＰシステム４００の構成は、実施形態１のＣＨＰシステム１００の構成と同一である。
【０１３３】
図１３及び図１４に示すように、本実施形態において、燃焼器１４は円筒形状を有する。蒸発器５４は、コイル形状の伝熱管２８を有するコイル型熱交換器である。作動流体流路２５は、作動流体と熱交換するべき燃焼ガスＧの流れ方向において複数の段で形成されている。本実施形態では、作動流体流路２５が２段で形成されている。詳細には、作動流体流路２５は、最上流作動流体流路２５ａと最下流作動流体流路２５ｂとで構成されている。燃焼器１４に相対的に近い位置に最上流作動流体流路２５ａが形成されており、燃焼器１４から相対的に遠い位置に最下流作動流体流路２５ｂが形成されている。最上流作動流体流路２５ａによって蒸発器５４の入口が形成されており、最下流作動流体流路２５ｂによって蒸発器５４の出口が形成されている。
【０１３４】
最上流作動流体流路２５ａと最下流作動流体流路２５ｂとの間には、流路変更構造３９が設けられている。流路変更構造３９は、燃焼ガスＧを受け入れるための入口（蒸発器５４の入口）と燃焼ガスＧを排出するための出口（蒸発器５４の出口）との間に設けられており、燃焼ガスＧの流れを妨げて燃焼ガスＧの流れ方向を変化させる。燃焼ガスＧの流れ方向は、入口側と出口側とで異なる。燃焼チャンバ１２の内壁面と流路変更構造３９との間に形成された空間は、燃焼ガスＧの排気経路を形成している。同様に、燃焼チャンバ１２の内壁面と伝熱管２８との間に形成された空間は、燃焼ガスＧの排気経路を形成している。流路変更構造３９は、最上流作動流体流路２５ａと最下流作動流体流路２５ｂとの間に配置された整流板でありうる。整流板は、例えば、平面視で円形の形状を有する。流路変更構造３９によって、効率的な熱交換が行われるように燃焼ガスＧの流れ方向を定めることができる。
【０１３５】
作動流体流路２５は、コイル形状に成形された１本の伝熱管２８で構成されていてもよいし、複数の伝熱管２８で構成されていてもよい。最上流作動流体流路２５ａ及び最下流作動流体流路２５ｂは、それぞれ、コイル形状に成形された１本の伝熱管２８で構成されていてもよいし、複数の伝熱管２８で構成されていてもよい。本実施形態では、最上流作動流体流路２５ａを構成する伝熱管２８と最下流作動流体流路２５ｂを構成する伝熱管２８とが同軸状に配置されており、これらは接続管２９によって接続されている。接続管２９の少なくとも一部は、燃焼チャンバ１２の外部に位置している。温度センサ３５及び接続管２９は、断熱材（実施形態１）又は仕切り（実施形態２）で囲まれていてもよい。
【０１３６】
温度センサ３５は、最上流作動流体流路２５ａの下流端よりも下流側において、作動流体流路２５に設けられている。詳細には、温度センサ３５は、燃焼チャンバ１２の外部において、接続管２９に取り付けられている。実施形態１〜３と同様に、温度センサ３５の出力値に基づき、作動流体の熱分解を防ぐための制御を実行できる。なお、燃焼チャンバ１２の内部において、作動流体流路２５を構成する伝熱管２８に温度センサ３５が取り付けられていてもよい。
【０１３７】
燃焼器１４に近い領域では、燃焼ガスＧの温度が高い。そのため、燃焼器１４に近い領域において、作動流体は、気液二相状態又は低温の気相状態であることが望ましい。他方、燃焼器１４から離れた領域では、燃焼ガスＧの温度が低い。そのため、燃焼器１４から離れた領域において、作動流体が気相状態であることが許容される。以上を鑑み、実施形態１〜３と同様に、最上流作動流体流路２５ａの下流端よりも下流側に設けられた温度センサ３５を用いて、蒸発器５４における作動流体の状態（温度）を調整すべきである。
【０１３８】
本実施形態のＣＨＰシステム４００においては、作動流体流路２５は、燃焼器１４の周囲に配置される。そのため、本実施形態のＣＨＰシステム４００はその他の実施形態のＣＨＰシステムに比して、システム全体を小型にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
本明細書に開示された技術は、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、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、高温ヒートポンプなど、作動流体を高温流体で加熱する行程を含むあらゆるシステムに適用されうる。
【符号の説明】
【０１４０】
１０  ボイラー
１２  燃焼チャンバ
１４  燃焼器
２０，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ  ランキンサイクル装置
２１  膨張機
２２  凝縮器
２３  ポンプ
２４，３４，４４，５４  蒸発器
２５  作動流体流路
２５ａ  最上流作動流体流路
２５ｐ  上流端
２５ｑ，２５ｒ  下流端
２５ｂ  最下流作動流体流路
２６  発電機
２７  フィン
２８  伝熱管
２９  接続管
２９ａ  断熱材付き接続管
３０  熱媒体回路
３１  ポンプ
３２  放熱器
３５  温度センサ（第１温度センサ）
３６  第２温度センサ
３８  吸気制御ファン
３９  流路変更構造
４０  仕切り
４１  断熱材
４３  バイパス回路
４５  流量制御弁
５０  制御回路
１００，２００，３００，４００  ＣＨＰシステム
【図１】
0006583617.tif 000002
【図２Ａ】
0006583617.tif 000003
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0006583617.tif 000008
【図６Ａ】
0006583617.tif 000009
【図６Ｂ】
0006583617.tif 000010
【図７】
0006583617.tif 000011
【図８】
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【図９】
0006583617.tif 000013
【図１０Ａ】
0006583617.tif 000014
【図１０Ｂ】
0006583617.tif 000015
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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