(57)【要約】【課題】復水特性を維持しつつ、復水特性の内部に侵入した空気を外部に排出することができる復水器および有機ランキンサイクル設備を提供する【解決手段】実施形態の復水器２５Ａは、有機物を作動媒体としてランキンサイクルで循環させる設備に備えられ、タービン２３から排出された気体の前記作動媒体を凝縮させる。復水器２５Ａは、タービン２３から排出された作動媒体を凝縮させる凝縮部４１と、凝縮部４１によって凝縮された液体の作動媒体が溜まる底部に設けられた加熱部３０と、開閉バルブ５１を備え、内部の気体を外部に排出する排出管５０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】
有機物を作動媒体としてランキンサイクルで循環させる設備に備えられ、タービンから排出された気体の前記作動媒体を凝縮させる復水器であって、
前記タービンから排出された前記作動媒体を凝縮させる凝縮部と、
前記凝縮部によって凝縮された液体の前記作動媒体が溜まる底部に設けられた加熱部と、
開閉バルブを備え、内部の気体を外部に排出する排出管と
を備えることを特徴とする復水器。
【請求項２】
底部に溜まった液体の前記作動媒体の一部を気化させる熱媒体が前記加熱部に供給されることを特徴とする請求項１記載の復水器。
【請求項３】
開閉バルブを備え、前記タービンからの前記作動媒体を前記凝縮部に導く導入管を備えることを特徴とする請求項１または２記載の復水器。
【請求項４】
内部に液体の前記作動媒体を収容し、前記排出管の下流端が底部に連結されたタンクと、
開閉バルブを備え、前記タンクの内部の気体を外部に排出する第２の排出管と
を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の復水器。
【請求項５】
前記排出管に放熱フィンを備えることを特徴とする請求項４記載の復水器。
【請求項６】
前記有機物が、ハイドロフルオロオレフィン、ハイドロクロロフルオロオレフィン、ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロフルオロエーテルからなる群から選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の復水器。
【請求項７】
有機物からなる作動媒体を加熱して気化させるボイラと、
前記ボイラで気化された前記作動媒体が導入されるタービンと、
前記タービンから排出された前記作動媒体を凝縮させる凝縮部、前記凝縮部によって凝縮された液体の前記作動媒体が溜まる底部に設けられた加熱部、および開閉バルブを備え、内部の気体を外部に排出する排出管を有する復水器と、
前記復水器で液体となった前記作動媒体を前記ボイラに導くポンプと、
前記復水器の前記加熱部または前記ボイラに熱媒体を供給する熱源と、
前記熱源からの熱媒体を前記ボイラに導く第１の熱媒体配管と、
前記熱源からの熱媒体を前記加熱部に導く第２の熱媒体配管と、
前記熱源からの熱媒体を前記第１の熱媒体配管または前記第２の熱媒体配管に切り替えて流す切替バルブと、
前記開閉バルブ、前記切替バルブおよび前記ポンプを制御する制御部と
を備えることを特徴とする有機ランキンサイクル設備。
【請求項８】
前記加熱部よりも下流側の前記第２の熱媒体配管が、前記ボイラの下流側で前記第１の熱媒体配管に連結していることを特徴とする請求項７記載の有機ランキンサイクル設備。
【請求項９】
前記加熱部よりも下流側の前記第２の熱媒体配管が、前記切替バルブと前記ボイラとの間で前記第１の熱媒体配管に連結していることを特徴とする請求項７記載の有機ランキンサイクル設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、復水器および有機ランキンサイクル設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラなどで作動媒体を蒸気とし、その蒸気を蒸気タービンに導入して発電するランキンサイクル方式の発電設備がある。このランキンサイクル方式の一種に有機ランキンサイクルがある、これは作動媒体として、低沸点の有機媒体が使用される。低沸点の有機媒体を使用した有機ランキンサイクルでは、水より沸点の低い作動媒体をボイラなどで熱して蒸気を発生させ、その蒸気によってタービンを回動させる。これによって、熱エネルギを運動エネルギに換えている。
【０００３】
ランキンサイクルは、基本的に、（Ａ）飽和水を給水ポンプで断熱圧縮してボイラに供給する過程、（Ｂ）ボイラで等圧加熱を行い飽和もしくは過熱蒸気にする過程、（Ｃ）原動機 （タービンなど）で断熱膨張を行って仕事を発生する過程、（Ｄ）排気が復水器中で等圧冷却されて飽和水となる過程の４つの過程を有している。
【０００４】
作動媒体として有機物を使用することで、作動媒体として水を使用する場合に比べて、作動媒体の種類を選択できる。そのため、ボイラなどの熱源の温度条件などに合わせて、最適な作動媒体を選択することができる。
【０００５】
有機ランキンサイクルに使用される有機物の沸点は、一般的に水の沸点よりも低い。また、常温における有機物の蒸気圧は、一般的に大気圧よりも高くなる。しなしながら、使用する有機物によっては、常温における蒸気圧が大気圧よりも低くなることがある。また、冬季においては、外気に曝される循環経路では、有機物の温度が下がり、蒸気圧が大気圧よりも低くなることがある。
【０００６】
このように有機物の蒸気圧が大気圧よりも低くなると、周囲の空気が循環経路内に侵入することがある。例えば、復水器においては空間が大きく、運転時において最も圧力および温度が低くなる。また、システムの停止時には、システムの作動時に比べて、系統全体の温度が低下する。このようなことから、復水器には、外部から空気が侵入しやすい。
【０００７】
復水器内に空気が侵入すると、不凝縮成分である空気が冷却管と作動媒体との間に存在し、作動媒体の復水現象を妨げる。これによって、復水特性が低下する。そのため、復水器内に侵入した空気を系統外に排出する必要がある。
【０００８】
従来の復水器では、エジェクタやポンプを用いて、復水器内に侵入した空気を復水器の外部に排出する方法が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１６９９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、復水器内に侵入した空気を復水器の外部に排出する従来の方法では、復水器内の圧力が低いため、空気を完全に排出することは困難であった。この従来の方法では、復水器内に空気が残存するため、復水特性が低下する。また、復水器内に侵入した空気を完全に排出するために、多くのエジェクタやポンプなどを備えることも考えられるが、設備コストが増加する。
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、復水特性を維持しつつ、復水器の内部に侵入した空気を外部に排出することができる復水器および有機ランキンサイクル設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
実施形態の復水器は、有機物を作動媒体としてランキンサイクルで循環させる設備に備えられ、タービンから排出された気体の前記作動媒体を凝縮させる。この復水器は、前記タービンから排出された前記作動媒体を凝縮させる凝縮部と、前記凝縮部によって凝縮された液体の前記作動媒体が溜まる底部に設けられた加熱部と、開閉バルブを備え、内部の気体を外部に排出する排出管とを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施の形態の復水器を備えた有機ランキンサイクル発電設備を模式的に示した図である。
【図２】第２の実施の形態の有機ランキンサイクル発電設備を模式的に示した図である。
【図３】第３の実施の形態の復水器を備えた有機ランキンサイクル発電設備を模式的に示した図である。
【図４】第１の実施の形態の復水器の他の構成を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の復水器２５Ａを備えた有機ランキンサイクル発電設備１０を模式的に示した図である。
【００１６】
有機ランキンサイクル発電設備１０は、図１に示すように、ボイラ２１、熱源２２、タービン２３、発電機２４、復水器２５Ａ、冷却塔２６、送液ポンプ２７、制御部３４を備える。また、有機ランキンサイクル発電設備１０は、熱源２２からの熱媒体が流れる熱媒体ライン２８Ａ、２８Ｂと、作動媒体が流れる循環経路２９とを備える。
【００１７】
循環経路２９は、ボイラ２１とタービン２３との間、タービン２３と復水器２５Ａとの間、復水器２５Ａと送液ポンプ２７との間、送液ポンプ２７とボイラ２１との間を接続している。そして、作動媒体は、例えば、ボイラ２１、タービン２３、復水器２５Ａ、送液ポンプ２７の順に循環する。
【００１８】
作動媒体は、水よりも沸点の低い有機物からなる媒体である。作動媒体としては、例えば、分子構造中に炭素−炭素二重結合を有するハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）、ハイドロクロロフルオロオレフィン（ＨＣＦＯ）、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）、ハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）などが挙げられる。換言すると、作動媒体は、ハイドロフルオロオレフィン、ハイドロクロロフルオロオレフィン、ハイドロフルオロカーボンおよびハイドロフルオロエーテルからなる群から選択される少なくとも一種である。すなわち、作動媒体として、これらの有機物を単体で使用してもよいし、これらの有機物から２種以上を選択して混合して使用してもよい。
【００１９】
熱源２２からの配管は、図１に示すように、ボイラ２１の上流側において、三方弁３２を介して、熱媒体ライン２８Ａと熱媒体ライン２８Ｂとに分岐している。熱媒体ライン２８Ｂは、ボイラ２１の下流側で、熱媒体ライン２８Ａに連結している。すなわち、後述する加熱部３０の下流側となる熱媒体ライン２８Ｂの下流端は、ボイラ２１の下流側で、熱媒体ライン２８Ａに連結している。この連結部は、三方弁３３で構成されている。なお、熱媒体ライン２８Ａおよび熱媒体ライン２８Ｂは、配管で構成される。
【００２０】
なお、熱媒体ライン２８Ａは、第１の熱媒体配管として機能し、熱媒体ライン２８Ｂは、第２の熱媒体配管として機能する。また、三方弁３２は、切替バルブとして機能する。
【００２１】
熱源２２から供給される熱媒体としては、例えば、地熱蒸気、地熱水、地熱ガス、原動機からの排気ガスなどが挙げられる。
【００２２】
ボイラ２１は、図１に示すように、熱媒体ライン２８Ａおよび循環経路２９に介在している。ボイラ２１では、熱媒体ライン２８Ａを流れる熱媒体によって、循環経路２９を流れる作動媒体を加熱する。そして、ボイラ２１では、液体の作動媒体を気化させて気体とする。
【００２３】
なお、ボイラ２１は、熱媒体と作動媒体とを熱交換できるものであればよい。また、熱媒体ライン２８Ａを流れる熱媒体は、ボイラ２１内において循環経路２９を流れる液体の作動媒体を気化させる熱量を有するものであればよい。
【００２４】
タービン２３では、ボイラ２１からの作動媒体の圧力より回転力を得て、タービン軸が回転駆動する。発電機２４は、タービン軸に連結されている。そして、発電機２４では、タービン軸から回転力を得て発電する。
【００２５】
復水器２５Ａは、タービン２３から排出された気体の作動媒体を冷却して、凝縮させる。復水器２５Ａは、筐体形状を有する復水器本体７０を備える。復水器２５Ａは、タービン２３から排出された作動媒体を復水器本体７０内に導入する導入管４０を備える。この導入管４０は、例えば、復水器本体７０の上方に連結されている。導入管４０には、開閉バルブ４２が設けられている。この開閉バルブ４２を開くことで、タービン２３内と復水器本体７０内とが連通し、開閉バルブ４２を閉じることで、タービン２３内と復水器本体７０内との連通が遮断される。
【００２６】
復水器本体７０内には、気体の作動媒体を冷却して凝縮させる凝縮部４１を備える。この凝縮部４１には、冷媒が流れる複数の冷却管４３が設けられている。冷却管４３は、例えば、図１に示すように、凝縮部４１内に導入された作動媒体が流れる方向に対して垂直な方向に延設されている。そして、この冷却管４３は、作動媒体が流れる方向に複数段設けられている。
【００２７】
なお、作動媒体が流れる方向とは、作動媒体の主流が流れる方向であり、例えば、図１では、凝縮部４１の上方から下方に向かう方向である。また、図示していないが、各段において、紙面に垂直な方向にも複数の冷却管４３が並設されている場合もある。
【００２８】
各冷却管４３には、冷却塔２６で冷却された冷媒が冷媒ポンプ３１によって圧送される。そして、冷却管４３に接触した作動媒体は、冷却され、凝縮する。ここで、冷媒としては、例えば、水などが挙げられる。各冷却管４３に供給される冷媒の温度は、作動媒体の沸点よりも低い温度である。
【００２９】
復水器本体７０の底部には、復水器本体７０の底部に溜まった液体の作動媒体Ｗを加熱する加熱部３０が設けられている。なお、図１において、復水器本体７０の底部に溜まった液体の作動媒体を符号Ｗで表している。
【００３０】
この加熱部３０は、例えば、前述した熱媒体ライン２８Ｂの一部である。加熱部３０は、復水器本体７０の底部に溜まった液体の作動媒体Ｗと接触する位置に配置される。熱媒体ライン２８Ｂを流れる熱媒体は、加熱部３０において復水器本体７０の底部に溜まった作動媒体Ｗの一部を気化させる熱量を有するものであればよい。
【００３１】
加熱部３０は、例えば、熱媒体ライン２８Ｂを複数回往復するように折り曲げてジグザグ状に構成される。また、加熱部３０は、例えば、配管からなる熱媒体ライン２８Ｂの周囲に放熱フィンを接合して構成されてもよい。すなわち、加熱部３０は、作動媒体Ｗとの接触面積が増加するような形状であればよい。これによって、熱媒体ライン２８Ｂを流れる熱媒体と、作動媒体Ｗとの熱交換が促進される。
【００３２】
復水器本体７０の上方には、排出管５０の上流端が連結されている。排出管５０の下流端は、例えば、大気解放されている。排出管５０は、復水器本体７０の内部の気体を外部に排出する。具体的には、排出管５０からは、例えば、復水器本体７０内に侵入した空気が加熱部３０によって気化された作動媒体とともに外部に排出される。
【００３３】
排出管５０には、開閉バルブ５１が設けられている。この開閉バルブ５１を開くことで、復水器本体７０内と外部（大気）とが連通し、開閉バルブ５１を閉じることで、復水器本体７０内と外部（大気）との連通が遮断される。
【００３４】
復水器本体７０の内部には、復水器本体７０内の温度を検知する温度検知装置６０と、復水器本体７０内の圧力を検知する圧力検知装置６１が備えられている。温度検知装置６０としては、例えば、熱電対などが挙げられる。圧力検知装置６１としては、例えば、圧力センサなどが挙げられる。なお、温度検知装置６０および圧力検知装置６１は、特に限定されるものではない。
【００３５】
送液ポンプ２７は、復水器本体７０の底部に溜まった液体の作動媒体をボイラ２１に圧送する。
【００３６】
制御部３４は、例えば、復水器本体７０内の温度や圧力の情報を取得して処理し、各部の動作を制御する。この制御部３４は、例えば、演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）やランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの記憶手段、出入力手段などを主に備えている。ＣＰＵでは、例えば、記憶手段に格納されたプログラムやデータなどを用いて各種の演算処理を実行する。
【００３７】
出入力手段は、外部機器から電気信号を入力したり、外部機器に電気信号を出力する。具体的には、出入力手段は、三方弁３２、３３、開閉バルブ４２、５１、送液ポンプ２７、冷媒ポンプ３１、温度検知装置６０、圧力検知装置６１などと各種信号の出入力が可能に接続されている。この制御部３４が実行する処理は、例えば、コンピュータ装置などで実現される。
【００３８】
制御部３４は、例えば、温度検知装置６０や圧力検知装置６１からの出力信号に基づいて、三方弁３２、３３、開閉バルブ４２、５１、送液ポンプ２７、冷媒ポンプ３１などを制御する。
【００３９】
上記した構成を備えることで、低沸点の有機物を作動媒体するランキンサイクルが実現される。
【００４０】
次に、有機ランキンサイクル発電設備１０の作用について説明する。
【００４１】
有機ランキンサイクル発電設備１０では、発電動作を行う通常運転と、復水器本体７０内に侵入した外気（空気）を復水器本体７０の外部に排出する空気排出運転とを実施する。
【００４２】
ここで、通常運転は、温度検知装置６０および圧力検知装置６１からの出力に基づいて、検知された圧力が検知された温度における限界圧力Ｐ以下であると、制御部３４が判定しているときに実施される。
【００４３】
一方、復水器本体７０内に侵入した空気は、不凝縮成分であるため、復水器本体７０内に気体のまま存在する。そして、復水器本体７０内に空気が侵入すると、復水器本体７０内の圧力は、通常時の上限の圧力として設定されている限界圧力Ｐよりも高い圧力となる。このような状態では、復水性能が低下するため、復水器本体７０内の空気を外部に排出する必要がある。
【００４４】
そこで、空気排出運転は、温度検知装置６０および圧力検知装置６１からの出力に基づいて、検知された圧力が検知された温度における限界圧力Ｐよりも高いと、制御部３４が判定したときに実施される。
【００４５】
なお、例えば、最大の復水性能が得られる復水器本体７０内の圧力値に対して、１〜３％程度上昇した圧力を限界圧力Ｐとして設定する。これによって、許容範囲を超えて復水性能が低下する前に、空気排出運転に切り替えることができる。
【００４６】
（通常運転）
まず、通常運転における作用について説明する。
【００４７】
ここで、通常運転時には、制御部３４は、熱媒体ライン２８Ｂ側（復水器２５Ａ側）に流す三方弁３２の流路を閉じた状態、熱媒体ライン２８Ａ側（ボイラ２１側）に流す三方弁３２の流路および熱源２２側から流れ込む三方弁３２の流路を開いた状態に制御している。
【００４８】
また、制御部３４は、熱媒体ライン２８Ｂ側から流れ込む三方弁３３の流路を閉じた状態、熱媒体ライン２８Ａのボイラ２１側から流れ込む三方弁３３の流路およびボイラ２１と異なる側の熱媒体ライン２８Ａに流す三方弁３３の流路を開いた状態に制御している。
【００４９】
すなわち、熱源２２からの熱媒体は、熱媒体ライン２８Ｂには流れず、熱媒体ライン２８Ａに流れる。
【００５０】
また、通常運転時には、制御部３４は、開閉バルブ４２を開いた状態に制御し、開閉バルブ５１を閉じた状態に制御している。さらに、制御部３４は、送液ポンプ２７および冷媒ポンプ３１を駆動した状態に制御している。すなわち、循環経路２９に作動媒体が循環し、冷却管４３に冷媒が流れている。
【００５１】
送液ポンプ２７によって圧送された液体の作動媒体は、循環経路２９を通り、ボイラ２１内に導入される。ボイラ２１内に導入された作動媒体は、熱媒体ライン２８Ａを流れる熱媒体から熱量を受けて気化する。なお、作動流体を熱交換した熱媒体は、例えば、熱媒体ライン２８Ａを流れ、熱源２２に循環される。
【００５２】
気体となった作動媒体は、タービン２３に導入される。タービン２３に導入された作動媒体は、各タービン段落の静翼（図示しない）、動翼（図示しない）を備える蒸気流路を膨張しながら通過し、タービンロータ（図示しない）を回転させる。そして、タービンロータに連結された発電機２４を駆動し、発電する。
【００５３】
タービン２３から排出された作動媒体は、導入管４０を通り、復水器本体７０内に流入する。
【００５４】
ここで、制御部３４は、温度検知装置６０および圧力検知装置６１からの出力信号に基づいて、検知された圧力が、検知された温度における限界圧力Ｐ以下であるか否かを判定する。なお、ここでは、通常運転の説明をするため、検知された圧力が検知された温度における限界圧力Ｐ以下であると、制御部３４が判定した場合について説明する。
【００５５】
制御部３４は、検知された圧力が、検知された温度における限界圧力Ｐ以下であると判定した場合、三方弁３２、３３、開閉バルブ４２、５１、送液ポンプ２７、冷媒ポンプ３１それぞれの作動状態を維持する。
【００５６】
なお、制御部３４は、検知された圧力が、検知された温度における限界圧力Ｐを超えていると判定した場合、後述する空気排出運転を行うための制御をする。
【００５７】
復水器本体７０内に流入した作動媒体は、冷却管４３に接触することで冷却される。冷却された作動媒体は、凝縮して液体となる。なお、不凝縮成分である空気が復水器本体７０内に存在する場合には、凝縮せずに、復水器本体７０内に残存する。
【００５８】
液体となった作動媒体は、底部に溜まる。復水器本体７０の底部に溜まった作動媒体Ｗは、循環経路２９を通り、送液ポンプ２７に圧送されて、ボイラ２１に導かれる。
【００５９】
このように、通常運転では、作動媒体が循環経路２９を循環し、ランキンサイクルを実現する。
【００６０】
（空気排出運転）
次に、空気排出運転における作用について説明する。
【００６１】
通常運転状態において、制御部３４は、温度検知装置６０および圧力検知装置６１からの出力信号に基づいて、検知された圧力が、検知された温度における限界圧力Ｐを超えていると判定した場合、空気排出運転を行うための制御をする。
【００６２】
具体的には、制御部３４は、検知された圧力が、検知された温度における限界圧力Ｐを超えていると判定した場合、熱媒体ライン２８Ｂ側（復水器２５Ａ側）に流す三方弁３２の流路を開き、熱媒体ライン２８Ａ側（ボイラ２１側）に流す三方弁３２の流路を閉じるための信号を三方弁３２に出力する。
【００６３】
そして、三方弁３２はこれらの信号に基づいて、熱媒体ライン２８Ｂ側の流路を開き、熱媒体ライン２８Ａ側の流路を閉じる。なお、熱源２２側から流れ込む三方弁３２の流路は、開いたままである。
【００６４】
また、制御部３４は、検知された圧力が、検知された温度における限界圧力Ｐを超えていると判定した場合、熱媒体ライン２８Ｂ側から流れ込む三方弁３３の流路を開き、熱媒体ライン２８Ａのボイラ２１側から流れ込む三方弁３３の流路を閉じるための信号を三方弁３３に出力する。
【００６５】
そして、三方弁３３は、これらの信号に基づいて、熱媒体ライン２８Ｂ側から流れ込む流路を開き、熱媒体ライン２８Ａのボイラ２１側から流れ込む流路を閉じる。なお、ボイラ２１と異なる側の熱媒体ライン２８Ａに流す三方弁３３の流路は、開いたままである。
【００６６】
そのため、熱源２２からの熱媒体は、ボイラ２１の上流側において熱媒体ライン２８Ａには流れず、熱媒体ライン２８Ｂに流れる。すなわち、熱源２２からの熱媒体は、ボイラ２１をバイパスし、ボイラ２１の下流側で、熱媒体ライン２８Ａに流入する。
【００６７】
また、制御部３４は、検知された圧力が、検知された温度における限界圧力Ｐを超えていると判定した場合、送液ポンプ２７および冷媒ポンプ３１を停止させるための信号をそれぞれのポンプに出力する。そして、送液ポンプ２７および冷媒ポンプ３１は停止する。すなわち、制御部３４は、循環経路２９における作動媒体の循環を停止させ、冷却管４３への冷媒の循環を停止させる。なお、この状態では、タービン２３が駆動しないため、発電は行われない。
【００６８】
さらに、制御部３４は、検知された圧力が、検知された温度における限界圧力Ｐを超えていると判定した場合、開閉バルブ４２を閉じるための信号を開閉バルブ４２に出力し、開閉バルブ５１を開くための信号を開閉バルブ５１に出力する。そして、開閉バルブ４２は閉じ、開閉バルブ５１は開く。
【００６９】
熱媒体ライン２８Ｂに流れた熱媒体は、加熱部３０において、復水器本体７０の底部に溜まった液体の作動媒体Ｗを加熱する。加熱された作動媒体Ｗの一部は、気化し、復水器本体７０の内部に広がる。このように作動媒体Ｗが気化することで、復水器本体７０内の圧力は上昇する。すなわち、復水器本体７０内には、気化した作動媒体と、残存する不凝縮成分である空気とが混合した混合気が存在している。
【００７０】
そして、この混合気は、排出管５０から外部に排出される。この排出によって、復水器本体７０内の空気は、外部に排出される。この際、開閉バルブ４２は閉じられているので、作動媒体や空気がタービン２３に流れ込むことはない。
【００７１】
なお、ここでは、検知された圧力が、検知された温度における限界圧力Ｐを超えていると判定したときに、開閉バルブ５１を開く一例を示したが、これに限られない。例えば、制御部３４は、圧力検知装置６１からの出力信号に基づいて、復水器本体７０内の圧力が所定の圧力に上昇したと判定したときに、開閉バルブ５１を開くように制御してもよい。
【００７２】
空気排出運転は、例えば、所定時間継続される。ここで、所定時間は、例えば、復水器本体７０内の空気を完全に排出できる時間である。
【００７３】
（空気排出運転から正常運転への切り替え）
制御部３４は、空気排出運転を開始してから所定時間が経過したと判定した場合、通常運転を行うための制御をする。
【００７４】
具体的には、制御部３４は、空気排出運転を開始してから所定時間が経過したと判定した場合、熱媒体ライン２８Ｂ側に流す三方弁３２の流路を閉じ、熱媒体ライン２８Ａ側に流す三方弁３２の流路を開くための信号を三方弁３２に出力する。
【００７５】
そして、三方弁３２はこれらの信号に基づいて、熱媒体ライン２８Ｂ側の流路を閉じ、熱媒体ライン２８Ａ側の流路を開く。なお、熱源２２側から流れ込む三方弁３２の流路は、開いたままである。
【００７６】
また、制御部３４は、空気排出運転を開始してから所定時間が経過したと判定した場合、熱媒体ライン２８Ｂ側から流れ込む三方弁３３の流路を閉じ、熱媒体ライン２８Ａのボイラ２１側から流れ込む三方弁３３の流路を開くための信号を三方弁３３に出力する。
【００７７】
そして、三方弁３３は、これらの信号に基づいて、熱媒体ライン２８Ｂ側から流れ込む流路を閉じ、熱媒体ライン２８Ａのボイラ２１側から流れ込む流路を開く。なお、ボイラ２１と異なる側の熱媒体ライン２８Ａに流す三方弁３３の流路は、開いたままである。
【００７８】
そのため、熱源２２からの熱媒体は、熱媒体ライン２８Ｂに流れない。すなわち、加熱部３０には、熱媒体が流れないため、復水器本体７０の底部に溜まった液体の作動媒体Ｗは、気化しない。
【００７９】
また、制御部３４は、空気排出運転を開始してから所定時間が経過したと判定した場合、送液ポンプ２７および冷媒ポンプ３１を駆動させるための信号をそれぞれのポンプに出力する。そして、送液ポンプ２７および冷媒ポンプ３１は駆動する。すなわち、制御部３４は、循環経路２９に作動媒体を循環させ、冷却管４３に冷媒を循環させる。
【００８０】
さらに、制御部３４は、空気排出運転を開始してから所定時間が経過したと判定した場合、開閉バルブ４２を開くための信号を開閉バルブ４２に出力し、開閉バルブ５１を閉じるための信号を開閉バルブ５１に出力する。そして、開閉バルブ４２は開き、開閉バルブ５１は閉じる。
【００８１】
このように、制御部３４が空気排出運転の状態から正常運転の状態に切り替えるための制御を行うことで、前述したとおりの通常運転が行われる。
【００８２】
なお、空気排出運転において外部に排出された作動媒体量に相当する量の作動媒体は、例えば、循環経路２９内に適宜補充される。例えば、液体の作動媒体を収容したバッファタンク（図示しない）から循環経路２９内に作動媒体が補充される。
【００８３】
ここで、上記した有機ランキンサイクル発電設備１０の作用の一例では、検知された圧力が、検知された温度における限界圧力Ｐを超えるか否かに基づいて、通常運転または空気排出運転を実施する一例を示したが、これに限られるもではない。
【００８４】
例えば、所定時間ごとに、通常運転と空気排出運転とを切り替えてもよい。この場合、制御部３４は、所定時間が経過したと判定した場合、通常運転から空気排出運転への切り替え、または空気排出運転から通常運転への切り替えを行うための制御をする。
【００８５】
上記したように、第１の実施の形態の復水器２５Ａを備えた有機ランキンサイクル発電設備１０によれば、復水器２５Ａの復水器本体７０内に侵入した不凝縮成分である空気を復水器本体７０の外部に排出することができる。これによって、復水性能の低下を抑制することができる。すなわち、復水特性を維持しつつ、復水特性の内部に侵入した空気を外部に排出することができる。
【００８６】
（第２の実施の形態）
図２は、第２の実施の形態の有機ランキンサイクル発電設備１１を模式的に示した図である。なお、以下の実施の形態において、第１の実施の形態の構成と同一の構成部分には、同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
【００８７】
ここで、第２の実施の形態の復水器２５Ａの構成は、第１の実施の形態の復水器２５Ａの構成と同じである。第２の実施の形態の有機ランキンサイクル発電設備１１では、三方弁３３の配置構成が、第１の実施の形態の三方弁３３の配置構成と異なる。そのため、ここでは、この異なる構成について主に説明する。
【００８８】
有機ランキンサイクル発電設備１１では、図２に示すように、ボイラ２１の上流側において、三方弁３２を介して、熱媒体ライン２８Ａと熱媒体ライン２８Ｂとに分岐している。また、熱媒体ライン２８Ｂは、ボイラ２１の上流側で、熱媒体ライン２８Ａに連結している。具体的には、熱媒体ライン２８Ｂは、三方弁３２とボイラ２１との間の熱媒体ライン２８Ａに連結している。すなわち、加熱部３０の下流側となる熱媒体ライン２８Ｂの下流端は、三方弁３２とボイラ２１との間の熱媒体ライン２８Ａに連結している。そして、この連結部は、三方弁３３で構成されている。
【００８９】
ここで、有機ランキンサイクル発電設備１１の作用について説明する。なお、第１の実施の形態の作用と異なる作用について主に説明し、重複する作用については説明を省略する。
【００９０】
（通常運転）
ここで、通常運転時には、制御部３４は、熱媒体ライン２８Ｂ側（復水器２５Ａ側）に流す三方弁３２の流路を閉じた状態、熱媒体ライン２８Ａ側（ボイラ２１側）に流れる三方弁３２の流路および熱源２２側から流れ込む三方弁３２の流路を開いた状態に制御している。
【００９１】
また、制御部３４は、熱媒体ライン２８Ｂ側から流れ込む三方弁３３の流路を閉じた状態、熱媒体ライン２８Ａの三方弁３２側から流れ込む三方弁３３の流路およびボイラ２１側に流す三方弁３３の流路を開いた状態に制御している。
【００９２】
すなわち、熱源２２からの熱媒体は、熱媒体ライン２８Ｂには流れず、熱媒体ライン２８Ａに流れる。
【００９３】
そして、通常運転時には、送液ポンプ２７によって圧送された液体の作動媒体は、熱媒体ライン２８Ａを通り、ボイラ２１内に導入される。ボイラ２１内に導入された作動媒体は、熱媒体ライン２８Ａを流れる熱媒体から熱量を受けて気化する。なお、作動流体を熱交換した熱媒体は、例えば、熱媒体ライン２８Ａを流れ、熱源２２に循環される。
【００９４】
（空気排出運転）
通常運転状態において、制御部３４は、温度検知装置６０および圧力検知装置６１からの出力信号に基づいて、検知された圧力が、検知された温度における限界圧力Ｐを超えていると判定した場合、空気排出運転を行うための制御をする。
【００９５】
制御部３４は、検知された圧力が、検知された温度における限界圧力Ｐを超えていると判定した場合、熱媒体ライン２８Ｂ側から流れ込む三方弁３３の流路を開き、熱媒体ライン２８Ａの三方弁３２側から流れ込む三方弁３３の流路を閉じるための信号を三方弁３３に出力する。
【００９６】
そして、三方弁３３は、これらの信号に基づいて、熱媒体ライン２８Ｂ側から流れ込む流路を開き、熱媒体ライン２８Ａの三方弁３２側から流れ込む流路を閉じる。なお、ボイラ２１側に流す三方弁３３の流路は、開いたままである。
【００９７】
そのため、熱源２２からの熱媒体は、三方弁３２から直接熱媒体ライン２８Ａに流れ込むことはない。しかしながら、熱媒体ライン２８Ｂを流れた熱媒体が、ボイラ２１の上流側で三方弁３３を介して熱媒体ライン２８Ａに流れ込む。
【００９８】
すなわち、空気排出運転時においても、熱媒体ライン２８Ｂを通過した熱媒体がボイラ２１内に流れる。
【００９９】
（空気排出運転から正常運転への切り替え）
制御部３４は、空気排出運転を開始してから所定時間が経過したと判定した場合、通常運転を行うための制御をする。
【０１００】
制御部３４は、空気排出運転を開始してから所定時間が経過したと判定した場合、熱媒体ライン２８Ｂ側から流れ込む三方弁３３の流路を閉じ、熱媒体ライン２８Ａの三方弁３２側から流れ込む三方弁３３の流路を開くための信号を三方弁３３に出力する。
【０１０１】
そして、三方弁３３は、これらの信号に基づいて、熱媒体ライン２８Ｂ側から流れ込む流路を閉じ、熱媒体ライン２８Ａの三方弁３２側から流れ込む流路を開く。なお、ボイラ２１側に流す三方弁３３の流路は、開いたままである。
【０１０２】
そのため、熱源２２からの熱媒体は、熱媒体ライン２８Ｂに流れない。すなわち、加熱部３０には、熱媒体が流れないため、復水器本体７０の底部に溜まった液体の作動媒体Ｗは、気化しない。
【０１０３】
上記したように、第２の実施の形態の復水器２５Ａを備えた有機ランキンサイクル発電設備１１によれば、第１の実施の形態と同様に、復水器２５Ａの復水器本体７０内に侵入した不凝縮成分である空気を復水器本体７０の外部に排出することができる。これによって、復水性能の低下を抑制することができる。すなわち、復水特性を維持しつつ、復水特性の内部に侵入した空気を外部に排出することができる。
【０１０４】
さらに、第２の実施の形態の有機ランキンサイクル発電設備１１によれば、空気排出運転時においても、熱媒体ライン２８Ｂを通過した熱媒体がボイラ２１内に流れる。そのため、ボイラ２１への熱媒体の供給と遮断を繰り返すことで生じるボイラ２１内の温度の変化が生じない。これによって、ボイラ２１を構成する金属における、温度変化による収縮や膨張を抑制することができる。そして、ボイラ２１を構成する金属の熱疲労の発生を抑制できる。
【０１０５】
（第３の実施の形態）
図３は、第３の実施の形態の復水器２５Ｂを備えた有機ランキンサイクル発電設備１２を模式的に示した図である。
【０１０６】
ここで、第３の実施の形態の復水器２５Ｂでは、分離タンク８０を備える構成が、第１の実施の形態の復水器２５Ａと異なる。そのため、ここでは、この異なる構成について主に説明する。
【０１０７】
図３に示すように、復水器２５Ｂは、第１の実施の形態の復水器２５Ａと同様に、復水器本体７０を備え、タービン２３から排出された気体の作動媒体を冷却して、凝縮させる。さらに、復水器２５Ｂは、分離タンク８０を備える。
【０１０８】
なお、分離タンク８０として、前述した、循環経路２９内に補充する作動媒体を収容するバッファタンクを用いてもよい。
【０１０９】
復水器本体７０の上方には、排出管５０の上流端が連結されている。この排出管５０の下流端は、分離タンク８０の底部に連結されている。この排出管５０に、図３に示すように、例えば、板状の放熱フィン５２を設けてもよい。放熱フィン５２は、例えば、開閉バルブ５１よりも下流側（分離タンク８０側）の排出管５０に設けられる。
【０１１０】
この放熱フィン５２を備えることで、排出管５０内を流れる作動流体の冷却が促進される。また、排出管５０には、開閉バルブ５１が設けられている。
【０１１１】
分離タンク８０では、空気排出運転において復水器本体７０内に存在する作動媒体と空気の混合気から空気を分離する。分離タンク８０内には、液体の作動媒体Ｗ１が収容されている。分離タンク８０内の上部には、空間を有している。なお、分離タンク８０は、タンクとして機能する。
【０１１２】
分離タンク８０の上方には、排出管９０が連結されている。この排出管９０の下流端は、例えば、大気解放されている。排出管９０は、分離タンク８０の内部の気体を外部に排出する。具体的には、分離タンク８０内に導かれた不凝縮成分である空気が、排出管９０から外部に排出される。
【０１１３】
排出管９０には、開閉バルブ９１が設けられている。この開閉バルブ９１を開くことで、分離タンク８０内と外部（大気）とが連通し、開閉バルブ９１を閉じることで、分離タンク８０内と外部（大気）との連通が遮断される。
【０１１４】
なお、排出管９０は、第２の排出管として機能する。また、開閉バルブ９１は、制御部３４の出入力手段と各種信号の出入力が可能に接続されている。
【０１１５】
ここで、有機ランキンサイクル発電設備１２の作用について説明する。なお、第１の実施の形態の作用と異なる作用について主に説明し、重複する作用については説明を省略する。
【０１１６】
（通常運転）
通常運転時には、制御部３４は、開閉バルブ５１および開閉バルブ９１を閉じた状態に制御している。そして、第１の実施の形態の「通常運転」において説明したとおり、作動媒体が循環経路２９を循環し、ランキンサイクルを実現する。
【０１１７】
（空気排出運転）
次に、空気排出運転における作用について説明する。
【０１１８】
通常運転状態において、制御部３４は、温度検知装置６０および圧力検知装置６１からの出力信号に基づいて、検知された圧力が、検知された温度における限界圧力Ｐを超えていると判定した場合、空気排出運転を行うための制御をする。
【０１１９】
制御部３４は、検知された圧力が、検知された温度における限界圧力Ｐを超えていると判定した場合、開閉バルブ４２を閉じるための信号を開閉バルブ４２に出力し、開閉バルブ５１、９１を開くための信号を開閉バルブ５１、９１に出力する。そして、開閉バルブ４２は閉じ、開閉バルブ５１および開閉バルブ９１は開く。
【０１２０】
熱媒体ライン２８Ｂを流れる熱媒体によって加熱された作動媒体Ｗの一部は、気化し、復水器本体７０の内部に広がる。そして、復水器本体７０内には、気化した作動媒体と、残存する不凝縮成分である空気とが混合した混合気が存在している。
【０１２１】
そして、この混合気は、排出管５０を通り、分離タンク８０に導かれる。混合気は、例えば、排出管５０を通過する際、放熱フィン５２を介して外部に熱を放出して温度が低下する。
【０１２２】
混合気は、分離タンク８０の底部から分離タンク８０内に導入される。そして、混合気は、分離タンク８０内に収容された液体の作動媒体Ｗ１と気液接触する。すなわち、気泡の混合気と作動媒体Ｗ１とを気液接触させるバブリング処理が施される。
【０１２３】
このバブリング処理によって、混合気の中の作動媒体が冷却され、凝縮する。そして、凝縮して液体となった作動媒体は、作動媒体Ｗ１と混ざる。一方、混合気中の空気は、不凝縮成分であるため、作動媒体Ｗ１を気体のまま通過し、排出管９０から外部に排出される。
【０１２４】
すなわち、バブリング処理によって、混合気中の作動媒体と空気とが分離される。そして、混合気中の空気のみが、例えば大気中に排出される。
【０１２５】
ここで、作動媒体Ｗ１の温度は、混合気中の冷却媒体を十分に凝縮させることができる温度に設定されている。換言すれば、作動媒体Ｗ１は、バブリング処理の際に混合気から与えられる熱量によって作動媒体Ｗ１が気化することがない温度に設定されている。
【０１２６】
なお、バブリング処理によって、混合気中の作動媒体が液体となるため、分離タンク８０内の作動媒体Ｗ１の量は増加する。そこで、作動媒体Ｗ１の量が所定量になったときに、所定量を超えた分の作動媒体Ｗ１を循環経路２９内に戻すように構成されてもよい。これによって、循環経路２９を流れる作動媒体が減少した分を補うことができる。
【０１２７】
（空気排出運転から正常運転への切り替え）
制御部３４は、空気排出運転を開始してから所定時間が経過したと判定した場合、通常運転を行うための制御をする。
【０１２８】
制御部３４は、空気排出運転を開始してから所定時間が経過したと判定した場合、開閉バルブ４２を開くための信号を開閉バルブ４２に出力し、開閉バルブ５１、９１を閉じるための信号を開閉バルブ５１、９１に出力する。そして、開閉バルブ４２は開き、開閉バルブ５１および開閉バルブ９１は閉じる。
【０１２９】
このように、制御部３４が空気排出運転の状態から正常運転の状態に切り替えるための制御を行うことで、前述したとおりの通常運転が行われる。
【０１３０】
上記したように、第３の実施の形態の復水器２５Ｂを備えた有機ランキンサイクル発電設備１２によれば、分離タンク８０を備えることで、復水器２５Ｂの復水器本体７０内に侵入した不凝縮成分である空気のみを復水器本体７０の外部に排出することができる。これによって、復水性能の低下を抑制することができる。すなわち、復水特性を維持しつつ、復水特性の内部に侵入した空気を外部に排出することができる。
【０１３１】
なお、上記した第３の実施の形態の構成は、第２の実施の形態にも適用できる。
【０１３２】
ここで、上記した実施の形態の復水器２５Ａ、２５Ｂの構成は、上記した構成に限られない。図４は、第１の実施の形態の復水器２５Ａの他の構成を模式的に示した図である。なお、復水器２５Ｂにおいても同様の構成を備えることができる。
【０１３３】
図４に示すように、復水器２５Ａにおける復水器本体７０の底部に、凝縮した液体の作動媒体を溜める貯留室１００を備えてもよい。この貯留室１００は、例えば、復水器本体７０の底部の中央に形成される。貯留室１００は、例えば、上方が開口し、底面が閉じられた筒体で構成される。貯留室１００の開口面積は、復水器本体７０の底面積よりも小さい。
【０１３４】
貯留室１００内には、加熱部３０が配置される。そして、加熱部３０は、貯留室１００内に溜まる作動媒体に接触する位置に配置される。
【０１３５】
貯留室１００を備えることで、液体の作動媒体が少量のときでも、作動媒体をより確実に加熱部３０に接触させることができる。また、貯留室１００内に加熱部３０を設置する作業は、復水器本体７０内に加熱部３０を設置する作業よりも簡易である。
【０１３６】
以上説明した実施形態によれば、復水特性を維持しつつ、復水特性の内部に侵入した空気を外部に排出することが可能となる。
【０１３７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１３８】
１０、１１、１２…有機ランキンサイクル発電設備、２１…ボイラ、２２…熱源、２３…タービン、２４…発電機、２５Ａ，２５Ｂ…復水器、２６…冷却塔、２７…送液ポンプ、２８Ａ，２８Ｂ…熱媒体ライン、２９…循環経路、３０…加熱部、３１…冷媒ポンプ、３２，３３…三方弁、３４…制御部、４０…導入管、４１…凝縮部、４２，５１，９１…開閉バルブ、４３…冷却管、５０，９０…排出管、５２…放熱フィン、６０…温度検知装置、６１…圧力検知装置、７０…復水器本体、８０…分離タンク、１００…貯留室。
【図１】
2017210894.tif 000003
【図２】
2017210894.tif 000004
【図３】
2017210894.tif 000005
【図４】
2017210894.tif 000006