(57)【要約】【課題】作動媒体の過冷却を防止し廃熱の利用効率を向上することができる廃熱回収ランキンサイクルシステムの提供を目的とする。【解決手段】膨張機から排出される気体の状態である作動媒体が複数の凝縮器である第一凝縮器５、第二凝縮器６、及び第三凝縮器７で凝縮される廃熱回収ランキンサイクルシステム１であって、第一凝縮器５、第二凝縮器６、及び第三凝縮器７は、直列に接続されるとともに、凝縮器毎に凝縮された作動媒体が復水タンク８に排出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨張機から排出される気体の状態である作動媒体が複数の凝縮器で凝縮される廃熱回収ランキンサイクルシステムであって、
前記複数の凝縮器は、
直列に接続されるとともに、凝縮器毎に凝縮された前記作動媒体が復水タンクに排出されるように構成される廃熱回収ランキンサイクルシステム。
【請求項２】
前記複数の凝縮器は、
凝縮器毎に冷却水の供給源に接続され、
制御装置と、
前記複数の凝縮器から排出される冷却水の温度を凝縮器毎に検出する複数の温度検出手段と、
前記冷却水の流量を凝縮器毎に変更する複数の流量制御バルブと、をさらに備え、
前記制御装置は、
前記複数の温度検出手段によって検出される前記温度が所定の温度になるように、前記複数の流量制御バルブのうち対応する流量制御バルブの開度を制御する請求項１に記載の廃熱回収ランキンサイクルシステム。
【請求項３】
前記複数の凝縮器は、
上流側の凝縮器の容量よりも下流側の凝縮器の容量が小さくなるように構成される請求項２に記載の廃熱回収ランキンサイクルシステム。
【請求項４】
前記複数の凝縮器と前記復水タンクとを接続する作動媒体通路は、
一部分が常に液体の状態である前記作動媒体で満たされるように構成される請求項２又は請求項３のいずれか一項に記載の廃熱回収ランキンサイクルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃熱回収ランキンサイクルシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジン等の熱源から放出される廃熱を回収して高温高圧の蒸気を生成し、この蒸気を発電のための動力源として利用したり、給湯のための熱源として利用したりする廃熱回収ランキンサイクルシステムが公知となっている。廃熱によって生成された蒸気を膨張機に供給することで発電機等を駆動することができる。また膨張機から排出された蒸気を凝縮器において凝縮される際の凝縮熱によって給水を加熱することができる。このようにして、熱源から回収した廃熱を駆動源や熱源として利用することで、廃熱の利用効率を向上させるものである。例えば、特許文献１に記載の如くである。
【０００３】
特許文献１に開示されている技術は、凝縮器から排出される作動媒体を再び蒸気発生器に供給する。このため、作動媒体の温度が１００℃に近いほど蒸気を発生させるために必要な熱量が抑制される。しかし、凝縮器内において凝縮した作動媒体は、凝縮器から排出されるまで冷却水によって過冷却されて必要以上に温度が低下する。また、凝縮器に供給される冷却水の温度や流量によって排出される作動媒体の温度が変動する。この結果、廃熱回収ランキンサイクルシステムの総合的な廃熱の利用効率が低下する場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１７０２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、作動媒体の過冷却を防止し廃熱の利用効率を向上することができる廃熱回収ランキンサイクルシステムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
即ち、請求項１においては、膨張機から排出される気体の状態である作動媒体が複数の凝縮器で凝縮される廃熱回収ランキンサイクルシステムであって、前記複数の凝縮器は、直列に接続されるとともに、凝縮器毎に凝縮された前記作動媒体が復水タンクに排出されるように構成されるものである。
【０００７】
請求項２においては、前記複数の凝縮器は、凝縮器毎に冷却水の供給源に接続され、制御装置と、前記複数の凝縮器から排出される冷却水の温度を凝縮器毎に検出する複数の温度検出手段と、前記冷却水の流量を凝縮器毎に変更する複数の流量制御バルブと、をさらに備え、前記制御装置は、前記複数の温度検出手段によって検出される前記温度が所定の温度になるように、前記複数の流量制御バルブのうち対応する流量制御バルブの開度を制御するものである。
【０００８】
請求項３においては、前記複数の凝縮器は、上流側の凝縮器の容量よりも下流側の凝縮器の容量が小さくなるように構成されるものである。
【０００９】
請求項４においては、前記複数の凝縮器と前記復水タンクとを接続する作動媒体通路は、一部分が常に液体の状態である前記作動媒体で満たされるように構成されるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１１】
即ち、請求項１に係る発明によれば、作動媒体の凝縮を複数の凝縮器において行うことで、凝縮された液体の状態である作動媒体が各凝縮器内から排出されやすい。これにより、作動媒体の過冷却を防止し廃熱の利用効率を向上することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明によれば、各凝縮器において作動媒体から冷却水に移動する熱量を凝縮器毎に制御することができる。これにより、作動媒体の過冷却を防止し廃熱の利用効率を向上することができる。
【００１３】
請求項３に係る発明によれば、作動媒体の流量に適した容量の凝縮器によって効率的に作動媒体を凝縮させることができる。これにより、作動媒体の過冷却を防止し廃熱の利用効率を向上することができる。
【００１４】
請求項４に係る発明によれば、気体の状態である作動媒体が復水タンクに排出されることがない。従って、復水タンク内の液体の状態である作動媒体とともに気体の状態である作動媒体が蒸気発生装置に供給されない。これにより、廃熱の利用効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態であるランキンサイクル発電システムの構成を示す概略図。
【図２】本発明の一実施形態であるランキンサイクル発電システムにおける作動媒体の相変化を表す図。
【図３】本発明の一実施形態であるランキンサイクル発電システムにおける凝縮器の構成を表す概略図。
【図４】本発明の一実施形態に係る凝縮器における凝縮された作動媒体の温度変化を示す図。
【図５】本発明の一実施形態であるランキンサイクル発電システムにおける流量制御バルブの制御手順を示すフローチャート図。
【図６】本発明の他の実施形態であるランキンサイクル発電システムにおける凝縮器の構成を表す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
まず、本発明の一実施形態に係る廃熱回収ランキンサイクルシステム１の構成について図１及び図２を用いて説明する。
【００１８】
廃熱回収ランキンサイクルシステム１は、作動媒体が水（蒸気）であり、エンジンからの排気ガス等を熱源として発電と熱供給とを平行して行う熱電併給システムである。
図１に示すように、廃熱回収ランキンサイクルシステム１は、蒸気発生器２と、膨張機であるスクロール形流体機械３と、発電機４と、第一凝縮器５と、第二凝縮器６と、第三凝縮器７と、復水タンク８と、作動媒体供給ポンプ９と、制御装置１２とを具備する。
【００１９】
蒸気発生器２は、作動媒体である水を加熱して高温高圧の蒸気を生成する。蒸気発生器２は、エンジンの排気ガスを熱源とする廃熱回収ボイラから構成される。蒸気発生器２は、作動媒体（後述の各凝縮器によって蒸気から凝縮された水）と排気との熱交換によって蒸気を生成する。蒸気発生器２は、作動媒体通路１４ａを介してスクロール形流体機械３に接続される。蒸気発生器２において生成された蒸気は、作動媒体通路１４ａを介してスクロール形流体機械３に供給される。なお、本実施形態において、熱源をエンジンの排気ガスとしたがこれに限定するものではない。
【００２０】
膨張機であるスクロール形流体機械３は、蒸気のエネルギーを回転力に変換して出力する。スクロール形流体機械３は、作動媒体通路１４ｂを介して第一凝縮器５に接続される。スクロール形流体機械３は、内部に形成される図示しない膨張室に蒸気発生器２から作動媒体が蒸気として供給され、断熱膨張することでクランク軸３ａを回転させる。なお、本実施形態において、膨張機をスクロール形としたがこれに限定するものでなくタービン形であってもよい。
【００２１】
発電機４は、外部からの駆動力によって電気を発電する。発電機４は、スクロール形流体機械３のクランク軸３ａに連結される。すなわち、発電機４は、クランク軸３ａの回転によって発電可能に構成される。発電機４によって発電された電気は、廃熱回収ランキンサイクルシステム１の外部に供給される。
【００２２】
第一凝縮器５は、蒸気の状態である作動媒体の一部を冷却して凝縮させる。第一凝縮器５は、作動媒体通路１４ｃを介して第二凝縮器６に接続される。また、第一凝縮器５は、冷却水通路１５ａを介して外部熱機器群１３に接続される。さらに、第一凝縮器５には、冷却水通路１５ｂを介して冷却水の供給源に接続される。第一凝縮器５は、作動媒体通路１４ｂを介してスクロール形流体機械３から作動媒体が供給される。また、第一凝縮器５は、冷却水通路１５ｂを介して冷却水の供給源から冷却水が供給される。第一凝縮器５は、蒸気の状態である作動媒体と冷却水との熱交換によって作動媒体を凝縮させる。一方、冷却水は、作動媒体との熱交換によって加熱される。
【００２３】
第二凝縮器６は、蒸気の状態である作動媒体の一部を冷却して凝縮させる。第二凝縮器６は、作動媒体通路１４ｄを介して第三凝縮器７に接続される。また、第二凝縮器６は、冷却水通路１５ｃを介して外部熱機器群１３に接続される。さらに、第二凝縮器６には、冷却水通路１５ｄを介して冷却水の供給源に接続される。第二凝縮器６は、作動媒体通路１４ｃを介して第一凝縮器５から作動媒体が供給される。また、第二凝縮器６は、冷却水通路１５ｄを介して冷却水の供給源から冷却水が供給される。第二凝縮器６は、蒸気の状態である作動媒体と冷却水との熱交換によって作動媒体を凝縮させる。一方、冷却水は、作動媒体との熱交換によって加熱される。
【００２４】
第三凝縮器７は、蒸気の状態である作動媒体の残りを冷却して凝縮させる。第三凝縮器７は、作動媒体通路１４ｅ、及び作動媒体通路１４ｆを介して復水タンク８に接続される。また、第三凝縮器７は、冷却水通路１５ｅを介して外部熱機器群１３に接続される。さらに、第三凝縮器７には、冷却水通路１５ｆを介して冷却水の供給源に接続される。第三凝縮器７は、作動媒体通路１４ｄを介して第二凝縮器６から作動媒体が供給される。また、第三凝縮器７は、冷却水通路１５ｆを介して冷却水の供給源から冷却水が供給される。第三凝縮器７は、蒸気の状態である作動媒体と冷却水との熱交換によって作動媒体を凝縮させる。一方、冷却水は、作動媒体との熱交換によって加熱される。
【００２５】
第一凝縮器５と外部熱機器群１３とを接続する冷却水通路１５ａには、流量制御バルブ１０と温度検出手段である温度センサー１１とが設けられる。同様に、第二凝縮器６と外部熱機器群１３とを接続する冷却水通路１５ｃ、及び第三凝縮器７と外部熱機器群１３とを接続する冷却水通路１５ｅに流量制御バルブ１０と温度検出手段である温度センサー１１とがそれぞれ設けられる。
【００２６】
流量制御バルブ１０は、第一凝縮器５、第二凝縮器６、及び第三凝縮器７から外部熱機器群１３に供給される冷却水の流量を変更する。流量制御バルブ１０は、第一凝縮器５、第二凝縮器６、及び第三凝縮器７から排出される単位時間当たりの冷却水の流量（以下、単に「流量Ｆ」とする）を任意に変更可能に構成される。温度センサー１１は、各凝縮器から外部熱機器群１３に供給される冷却水の温度を取得することができる。
【００２７】
以上より、第一凝縮器５の下流側には第二凝縮器６が接続され、第二凝縮器６の下流側には第三凝縮器７が接続される。つまり、第一凝縮器５、第二凝縮器６、及び第三凝縮器７における作動媒体の供給経路は直列に構成される。また、第一凝縮器５、第二凝縮器６、及び第三凝縮器７は、それぞれが冷却水の供給源に接続される。つまり、第一凝縮器５、第二凝縮器６、及び第三凝縮器７における冷却水の供給経路は並列に構成される。なお、接続される凝縮器の数は、本実施形態に限定されるものでなく、複数の凝縮器が接続される構成であればよい。
【００２８】
復水タンク８は、第一凝縮器５、第二凝縮器６、及び第三凝縮器７によって凝縮された液体の状態である作動媒体を溜める。復水タンク８は、作動媒体通路１４ｇを介して作動媒体供給ポンプ９に接続される。また、復水タンク８は、作動媒体通路１４ｆを介して作動媒体通路１４ｃ、及び作動媒体通路１４ｄがそれぞれ接続される。つまり、復水タンク８は、各凝縮器においてそれぞれ凝縮された液体の状態である作動媒体が供給される。これにより、第一凝縮器５において凝縮された液体の状態である作動媒体は、第二凝縮器６に供給されない。さらに、第二凝縮器６において凝縮された液体の状態である作動媒体は、第三凝縮器７に供給されない。作動媒体通路１４ｆは、その一部が液体の状態である作動媒体で隙間なく満たされるように構成される（図３参照）。このように構成することで、作動媒体通路１４ｆを介して気体の状態である作動媒体が復水タンク８に供給されることがない。
【００２９】
作動媒体供給ポンプ９は、復水タンク８内の作動媒体を蒸気発生器２に供給する。作動媒体供給ポンプ９は、作動媒体通路１４ｈを介して蒸気発生器２に接続される。作動媒体供給ポンプ９は、作動媒体通路１４ｇ及び作動媒体通路１４ｈを介して作動媒体を蒸気発生器２に供給する。
【００３０】
制御装置１２は、熱需要に基づいて廃熱回収ランキンサイクルシステム１の制御を行う。制御装置１２は、廃熱回収ランキンサイクルシステム１の制御を行うための種々のプログラムやデータが格納される。制御装置１２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。
【００３１】
制御装置１２は、外部熱機器群１３に接続され、外部熱機器群１３から熱需要についての情報を取得することができる。制御装置１２は、廃熱回収ランキンサイクルシステム１を構成する各種装置、例えば、流量制御バルブ１０・１０・１０に接続され、各流量制御バルブ１０の開度をそれぞれ制御することで第一凝縮器５、第二凝縮器６、及び第三凝縮器７から排出される冷却水の流量Ｆをそれぞれ変更することができる。また、制御装置１２は、温度センサー１１・１１・１１に接続され、温度センサー１１が検出する温度信号、すなわち第一凝縮器５、第二凝縮器６、及び第三凝縮器７から排出される冷却水の温度の信号を取得することができる。
【００３２】
このような構成の廃熱回収ランキンサイクルシステム１において、スクロール形流体機械３は、蒸気発生器２によって生成された高温高圧の蒸気のエネルギーを回転力に変換して発電機４を駆動する。スクロール形流体機械３から排出された蒸気は、第一凝縮器５、第二凝縮器６、及び第三凝縮器７によってそれぞれ凝縮された後に蒸気発生器２に供給される。第一凝縮器５、第二凝縮器６、及び第三凝縮器７において作動媒体との熱交換によって加熱された冷却水は、外部熱機器群１３に供給される。
【００３３】
次に、図２を用いて、廃熱回収ランキンサイクルシステム１における作動媒体の相変化について説明する。
【００３４】
図２は、本実施形態におけるＴ−Ｓ線図（温度−エントロピ線図）である。図中における矢印は、作動媒体である水又は蒸気のランキンサイクルを示している。
【００３５】
図２に示すように、温度ＴＡは、各凝縮器の入口温度、温度ＴＢは、作動媒体の蒸気温度である。点Ａ１は、蒸気発生器２の入口（凝縮器７の出口）における作動媒体の状態である。点Ａ２は、蒸気発生器２内での蒸気発生開始点である。点Ａ３は、蒸気発生器２の出口（スクロール形流体機械３の供給口）における作動媒体の状態である。点Ａ４は、スクロール形流体機械３の蒸気排出口における作動媒体の状態である。
【００３６】
点Ａ１から点Ａ２の間において、作動媒体は、液相である水として存在し、蒸気発生器２によって加熱及び加圧される。そして、点Ａ２の状態において作動媒体は、水から気相である蒸気への相変化を開始する。
【００３７】
点Ａ２から点Ａ３の間において、作動媒体は、蒸気発生器２によってさらに加熱及び加圧される。この間において、作動媒体は、液相である水と気相である蒸気とが混在している。作動媒体は、点Ａ３の状態において蒸気への相変化が完了される。
点Ａ３から点Ａ４の間において、作動媒体は、スクロール形流体機械３の膨張室内において膨張しながら仕事（スクロール形流体機械３における図示しない可動スクロールの旋回）をする。膨張室内における作動媒体の膨張は、近似的な断熱膨張であることから作動媒体の温度が低下する。この間において、作動媒体の一部は、凝縮して気相である蒸気から液相である水への相変化を開始する。
【００３８】
点Ａ４から点Ａ１の間において、作動媒体は、第一凝縮器５、第二凝縮器６、及び第三凝縮器７によって冷却され、一定圧力の状態で凝縮する。この間において、作動媒体は、気相である蒸気から液相である水への相変化を開始する。この結果、作動媒体は、点Ａ１の状態において液相である水への相変化が完了される。
【００３９】
次に、図３及び図４を用いて、第一凝縮器５、第二凝縮器６、及び第三凝縮器７の動作態様を具体的に説明する。なお、図中の白抜き矢印は、作動媒体の流れ方向を示し、黒抜き矢印は、冷却水の流れ方向を示す。また、図中の矢印は、凝縮した作動媒体の凝縮器外への排出を示している。
【００４０】
図３は、第一凝縮器５、第二凝縮器６、及び第三凝縮器７に蒸気の状態である作動媒体が供給された状態を示している。作動媒体通路１４ｂを介して第一凝縮器５に供給された作動媒体（図２における点Ａ４の状態）は、第一凝縮器５内に構成される二重管の内管５ｂを通過する。また、冷却水通路１５ｂを介して第一凝縮器５に供給された冷却水は、二重管の外管５ｂを通過する。内管５ａを通過する作動媒体は、外管５ｂを通過する冷却水によって冷却される。一方、外管５ｂを通過する冷却水は、内管５ａを通過する作動媒体によって加熱される。つまり、二重管内において高温蒸気の状態である作動媒体から低温の冷却水への熱の移動が発生する。
【００４１】
蒸気の状態である作動媒体の温度が凝縮温度（ＴＡ）以下になると蒸気の凝縮が始まる。凝縮した作動媒体は、内管５ａの内壁に水滴Ｗとして付着する。内管５ａの内壁に付着した液体の状態である作動媒体は、蒸気の状態である作動媒体の流れや重力の影響によって内壁をつたいながら第一凝縮器５の外部に排出される。すなわち、作動媒体は、図２における点Ａ４の状態から冷却水による冷却の状態に応じて点Ａ４と点Ａ１との間の状態に相変化して第一凝縮器５から排出される。
【００４２】
図３及び図４に示すように、第一凝縮器５の入口付近で凝縮された液体の状態である作動媒体は、第一凝縮器５の出口（入口からの距離Ｌ１）に到達するまで冷却水によって冷却される。しかし、第一凝縮器５は、蒸気の状態である作動媒体の一部のみを凝縮可能な大きさ（Ｌ１）であることから、液体の状態である作動媒体が過冷却される前に第一凝縮器５の外部に排出される。一方、第一凝縮器５において加熱された冷却水は、冷却水通路１５ａを介して外部熱機器群１３に供給される。
【００４３】
第一凝縮器５から排出された蒸気の状態である作動媒体は、第二凝縮器６の入口から出口の間（Ｌ２−Ｌ１）で同様の作用により凝縮される。また、第二凝縮器６から排出された蒸気の状態である作動媒体は、第三凝縮器７の入口から出口の間（Ｌ３−Ｌ２）で同様の作用により凝縮される。この際、各凝縮器から排出される冷却水の温度に基づいて冷却水の流量Ｆを変更することで、各凝縮器から排出される液体の状態である作動媒体の温度を略同一の温度ＴＣにすることができる。従って、凝縮温度に近い温度の作動媒体を蒸気発生器２に供給することで廃熱の利用効率が向上する。さらに、一定の温度の作動媒体を蒸気発生器２に供給することで蒸気発生器２の稼動状態が安定し廃熱の利用効率が向上する。また、凝縮器毎に冷却水の流量Ｆを変更することにより、外部熱機器群１３に供給する冷却水の温度の制御精度が向上する。
【００４４】
以下では、図５を用いて上述の如く構成される廃熱回収ランキンサイクルシステム１における制御装置１２の動作態様について説明する。
【００４５】
制御装置１２は、温度センサー１１・１１・１１から第一凝縮器５、第二凝縮器６、及び第三凝縮器７から排出される冷却水の温度の信号を取得する。また、制御装置１２は、外部熱機器群１３から熱需要についての情報を取得する。制御装置１２は、取得した情報に基づいて流量制御バルブ１０・１０・１０の開度を制御する（図１参照）。
【００４６】
図５に示すように、制御装置１２は、以下のステップで流量制御バルブ１０の開度を制御する。
【００４７】
まず、ステップＳ１０１において、制御装置１２は、制御装置１２に接続されている外部熱機器群１３からの熱需要についての情報、及び温度センサー１１から第一凝縮器５、第二凝縮器６、及び第三凝縮器７から排出される冷却水の温度Ｔ１、温度Ｔ２、温度Ｔ３の信号を取得する。
【００４８】
ステップＳ１０２において、制御装置１２は、外部熱機器群１３からの熱需要についての情報と冷却水の温度の信号とから、第一凝縮器５の冷却水の温度Ｔ１、第二凝縮器６の冷却水の温度Ｔ２、及び第三凝縮器７の冷却水の温度Ｔ３のうち、いずれかが目標温度Ｔｔよりも高いか否か判定する。すなわち、各凝縮器において凝縮された液体の状態である作動媒体のうち、いずれかの作動媒体の温度が作動媒体から冷却水への過大な熱移動により所定温度よりも低くなっているか否か判定する。
その結果、温度Ｔ１、温度Ｔ２、及び温度Ｔ３のうち、いずれかが目標温度Ｔｔよりも低いと判定した場合、すなわち、各凝縮器において凝縮された液体の状態である作動媒体のうち、いずれかの作動媒体の温度が所定温度よりも低いと判定した場合、制御装置１２は、ステップをステップＳ１０３に移行させる。
一方、温度Ｔ１、温度Ｔ２、及び温度Ｔ３のうち、いずれも目標温度Ｔｔよりも高くないと判定した場合、すなわち、各凝縮器において凝縮された液体の状態である作動媒体のうち、いずれも作動媒体の温度が所定温度よりも低くないと判定した場合、制御装置１２は、ステップをステップＳ２０３に移行させる。
【００４９】
ステップＳ１０３において、制御装置１２は、該当する凝縮器の流量制御バルブ１０の開度を制御して冷却水の流量Ｆを所定量だけ減少させる。すなわち、制御装置１２は、流量制御バルブ１０の開度を制御して該当する凝縮器から排出される液体の状態である作動媒体の温度を上昇させる。その後、制御装置１２は、ステップをステップＳ１０１に戻す。
【００５０】
ステップＳ２０３において、制御装置１２は、外部熱機器群１３からの熱需要についての情報と冷却水の温度の信号とから、第一凝縮器５の冷却水の温度Ｔ１、第二凝縮器６の冷却水の温度Ｔ２、及び第三凝縮器７の冷却水の温度Ｔ３のうち、いずれかが目標温度Ｔｔよりも低いか否か判定する。すなわち、各凝縮器において凝縮された液体の状態である作動媒体のうち、いずれかの作動媒体の温度が作動媒体から冷却水への過少な熱移動により所定温度よりも高くなっているか否か判定する。
その結果、温度Ｔ１、温度Ｔ２、及び温度Ｔ３のうち、いずれかが目標温度Ｔｔよりも低いと判定した場合、すなわち、各凝縮器において凝縮された液体の状態である作動媒体のうち、いずれかの作動媒体の温度が所定温度よりも高いと判定した場合、制御装置１２は、ステップをステップＳ２０４に移行させる。
一方、温度Ｔ１、温度Ｔ２、及び温度Ｔ３のうち、いずれも目標温度Ｔｔよりも低くないと判定した場合、すなわち、各凝縮器において凝縮された液体の状態である作動媒体のうち、いずれも作動媒体の温度が所定温度よりも高くないと判定した場合、ステップをステップＳ１０１に戻す。
【００５１】
ステップＳ２０４において、制御装置１２は、該当する凝縮器の流量制御バルブ１０の開度を制御して冷却水の流量Ｆを所定量だけ増大させる。すなわち、制御装置１２は、流量制御バルブ１０の開度を制御して該当する凝縮器から排出される液体の状態である作動媒体の温度を低下させる。その後、制御装置１２は、ステップをステップＳ１０１に戻す。
【００５２】
以上が本実施形態に係る廃熱回収ランキンサイクルシステム１の動作態様についての説明である。なお、本発明の技術的思想は、上述したスクロール形流体機械３への適用に限るものではなく、その他の構成のスクロール形流体機械に適用することが可能である。
【００５３】
加えて、スクロール形流体機械３は、例えば高温蒸気を用いて推進力を得る船舶等に利用することが可能である。また、本スクロール形流体機械３は、他の機器から廃熱を回収して回転動力に変換する動力機械として用いることが可能である。
【００５４】
以上の如く、膨張機から排出される気体の状態である作動媒体が複数の凝縮器である第一凝縮器５、第二凝縮器６、及び第三凝縮器７で凝縮される廃熱回収ランキンサイクルシステム１であって、第一凝縮器５、第二凝縮器６、及び第三凝縮器７は、直列に接続されるとともに、凝縮器毎に凝縮された作動媒体が復水タンク８に排出される。
このように構成することで、作動媒体の凝縮を第一凝縮器５、第二凝縮器６、及び第三凝縮器７において行うことで、凝縮された液体の状態である作動媒体が各凝縮器内から排出されやすい。これにより、作動媒体の過冷却を防止し廃熱の利用効率を向上することができる。
【００５５】
また、第一凝縮器５、第二凝縮器６、及び第三凝縮器７は、凝縮器毎に冷却水の供給源に接続され、制御装置１２と、第一凝縮器５、第二凝縮器６、及び第三凝縮器７から排出される冷却水の温度を凝縮器毎に検出する複数の温度検出手段である温度センサー１１・１１・１１と、冷却水の流量を凝縮器毎に変更する複数の流量制御バルブ１０・１０・１０と、をさらに備え、制御装置１２は、温度センサー１１・１１・１１によって検出される温度が所定の温度である目標温度Ｔｔになるように、流量制御バルブ１０・１０・１０のうち対応する流量制御バルブ１０の開度を制御する。
このように構成することで、各凝縮器において作動媒体から冷却水に移動する熱量を凝縮器毎に制御することができる。これにより、作動媒体の過冷却を防止し廃熱の利用効率を向上することができる。
【００５６】
また、第一凝縮器５、第二凝縮器６、及び第三凝縮器７と復水タンク８とを接続する作動媒体通路１４ｆは、一部分が常に液体の状態である作動媒体で満たされるように構成される。
このように構成することで、気体の状態である作動媒体が復水タンク８に供給されることがない。従って、復水タンク８内の液体の状態である作動媒体とともに気体の状態である作動媒体が蒸気発生器２に供給されない。これにより、廃熱の利用効率を向上することができる。
【００５７】
以下では、図６を用いて、本発明に係る廃熱回収ランキンサイクルシステム１における他の実施形態である廃熱回収ランキンサイクルシステム２２について説明する。なお、以下の実施形態において、既に説明した実施形態と同様の点に関してはその具体的説明を省略し、相違する部分を中心に説明する。
【００５８】
廃熱回収ランキンサイクルシステム２２は、容量の異なる第一凝縮器１５、第二凝縮器１６、及び第三凝縮器１７を備える。
【００５９】
第一凝縮器１５は、蒸気の状態である作動媒体の一部を冷却して凝縮させる（復水させる）。第一凝縮器１５の下流側には、作動媒体通路１４ｃを介して第二凝縮器１６が接続される。
【００６０】
第二凝縮器１６は、蒸気の状態である作動媒体の一部を冷却して凝縮させる（復水させる）。第二凝縮器１６の下流側には、作動媒体通路１４ｄを介して第三凝縮器１７が接続される。第二凝縮器１６は、第一凝縮器１５よりも容量が小さく構成される。つまり、第二凝縮器１６は、供給可能な蒸気の状態である作動媒体の流量Ｆが第一凝縮器１５よりも少ない。
【００６１】
第三凝縮器１７は、蒸気の状態である作動媒体の残りを冷却して凝縮させる（復水させる）。第三凝縮器１７の下流側には、作動媒体通路１４ｅ、及び作動媒体通路１４ｆを介して復水タンク８が接続される。第三凝縮器１７は、第二凝縮器１６よりも容量が小さく構成される。つまり、第三凝縮器１７は、供給可能な蒸気の状態である作動媒体の流量Ｆが第二凝縮器１６よりも少ない。
【００６２】
このような構成の廃熱回収ランキンサイクルシステム２２において、第一凝縮器１５に供給される蒸気の状態である作動媒体は、その一部が液体の状態である作動媒体として復水タンク８に供給され、その他の部分が下流側に接続される第二凝縮器１６に供給される。つまり、第二凝縮器１６に供給される蒸気の状態である作動媒体は、第一凝縮器１５に供給される量よりも少ない。同様に、第三凝縮器１７に供給される蒸気の状態である作動媒体は、第二凝縮器１６に供給される量よりも少ない。従って、下流側の凝縮器を上流側の凝縮器よりも容量を小さくすることで凝縮の効率を向上させることができる。
【００６３】
以上の如く、第一凝縮器１５、第二凝縮器１６、及び第三凝縮器１７は、上流側の凝縮器である第一凝縮器１５の容量よりも下流側の凝縮器である第二凝縮器１６の容量が小さくなるように、及び上流側の凝縮器である第二凝縮器１６の容量よりも下流側の凝縮器である第三凝縮器１７の容量が小さくなるように構成される。
このように構成することで、作動媒体の流量に適した容量の凝縮器によって効率的に作動媒体を凝縮させることができる。これにより、作動媒体の過冷却を防止し廃熱の利用効率を向上することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１    廃熱回収ランキンサイクルシステム
５    第一凝縮器
６    第二凝縮器
７    第三凝縮器
８    復水タンク
２    蒸気発生器
【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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