特許 6158149 蒸留装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6158149

(24)【登録日】2017年6月16日

(45)【発行日】2017年7月5日

(54)【発明の名称】蒸留装置

(51)【国際特許分類】

   B01D 3/14 20060101AFI20170626BHJP

   B01D 3/42 20060101ALI20170626BHJP

【ＦＩ】

   B01D3/14 Z

   B01D3/42

【請求項の数】10

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-163605(P2014-163605)

(22)【出願日】2014年8月11日

(65)【公開番号】特開2016-36802(P2016-36802A)

(43)【公開日】2016年3月22日

【審査請求日】2016年9月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100067828

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 悦司

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100137143

【弁理士】

【氏名又は名称】玉串 幸久

(72)【発明者】

【氏名】泊 圭一郎

(72)【発明者】

【氏名】岸本 啓

(72)【発明者】

【氏名】戸島 正剛

【審査官】 神田 和輝

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６０−１６８５０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５３８２１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１３６７１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭４９−０３９３９６（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開昭４９−０６５３８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ３／００−３／４２

ＤＷＰＩ（Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第一成分及び第二成分を含む入力流体を前記第一成分を含む第一出力流体と前記第二成分を含む第二出力流体とに分離する分離器と、
前記分離器から流出した前記第一出力流体を冷却する凝縮器と、
前記分離器から流出した前記第二出力流体を加熱する加熱器と、
前記凝縮器及び前記加熱器を接続しており作動媒体を循環させるための循環流路と、
前記凝縮器で前記第一出力流体と熱交換することによって当該第一出力流体から熱エネルギーを受け取った後の作動媒体を圧縮する圧縮機と、
前記加熱器で前記第二出力流体と熱交換することによって当該第二出力流体に前記熱エネルギーを与えた後の作動媒体を膨張させる膨張機構と、
前記凝縮器から流出した前記第一出力流体を前記分離器に戻すための還流流路と、
前記還流流路に設けられており、前記凝縮器から前記還流流路に流出した前記第一出力流体である還流流体を冷却するための冷却器と、
前記還流流路から分岐しており前記還流流体の一部を外部に抜き出すための抜出流路と、を備え、
前記抜出流路は、前記還流流路のうち前記凝縮器と前記冷却器との間の部位から分岐している、蒸留装置。

【請求項2】

請求項１に記載の蒸留装置において、
前記冷却器において前記還流流体を冷却するための冷却媒体の前記冷却器への流入量を制御する流入量制御部をさらに備え、
前記流入量制御部は、前記分離器に流入する前記還流流体の温度が特定の範囲内に収まるように前記冷却媒体の前記冷却器への流入量を調整する、蒸留装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の蒸留装置において、
前記圧縮機の回転数を制御する圧縮機制御部をさらに備え、
前記圧縮機制御部は、前記凝縮器に流入する前記第一出力流体の温度と前記還流流路のうち前記凝縮器と前記冷却器との間の部位を流れる前記還流流体の温度との温度差に基づいて前記圧縮機の回転数を調整する、蒸留装置。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれかに記載の蒸留装置において、
前記凝縮器から前記還流流路へ流出した前記還流流体の前記抜出流路への分流量を調整する抜出量制御部をさらに備え、
前記抜出量制御部は、前記還流流路のうち当該還流流路と前記抜出流路との接続部よりも下流側の部位を流れる前記還流流体の流量を、前記還流流路のうち前記接続部よりも上流側の部位を流れる前記還流流体の流量から前記接続部よりも下流側の部位を流れる前記還流流体の流量を引いた流量差で除した値で表される還流比が基準範囲内に収まるように、前記分流量を調整する、蒸留装置。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれかに記載の蒸留装置において、
前記凝縮器に流入する前記第一出力流体の流量が予め設定された立ち上げ基準値よりも大きくなったときに前記圧縮機を駆動する立ち上げ制御部をさらに備える、蒸留装置。

【請求項6】

請求項５に記載の蒸留装置において、
前記循環流路のうち前記凝縮器と前記圧縮機との間の部位に設けられた立ち上げ制御弁をさらに備え、
前記立ち上げ制御部は、前記凝縮器に流入する前記第一出力流体の流量が前記立ち上げ基準値よりも大きくなり、かつ前記循環流路のうち前記凝縮器と前記立ち上げ制御弁との間の部位の圧力が起動値を超えたときに、前記立ち上げ制御弁を開くとともに前記圧縮機を駆動する、蒸留装置。

【請求項7】

請求項６に記載の蒸留装置において、
前記循環流路のうち液状の作動媒体が流れる部位に対して並列となるように当該循環流路に接続された並列流路と、
前記並列流路に設けられており、前記液状の作動媒体を前記凝縮器に送るポンプと、をさらに備え、
前記立ち上げ制御部は、前記凝縮器内における液状の作動媒体の貯留量が予め設定された基準量に達するまで前記ポンプを駆動する、蒸留装置。

【請求項8】

請求項１ないし７のいずれかに記載の蒸留装置において、
前記凝縮器に流入する前記第一出力流体の流量が停止基準値よりも小さくなったときに前記圧縮機を停止する停止制御部をさらに備える、蒸留装置。

【請求項9】

請求項１ないし８のいずれかに記載の蒸留装置において、
前記加熱器は、前記第二出力流体を加熱するための加熱媒体が流れる加熱媒体流路を有している、蒸留装置。

【請求項10】

請求項１ないし９のいずれかに記載の蒸留装置において、
前記凝縮器は、前記第一出力流体を冷却するための冷却媒体が流れる冷却媒体流路を有している、蒸留装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蒸留装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、蒸留プロセスを用いる蒸留装置が知られている。例えば、下記特許文献１には、蒸留塔と、蒸留コンデンサーと、蒸留リボイラ―と、蒸留コンデンサーから流出した第一出力流体を蒸留塔に戻すための還流用の配管と、を備える蒸留装置が開示されている。蒸留塔は、メタノール及び含水エタノールを含む入力流体をメタノールを含む第一出力流体と含水エタノールを含む第二出力流体とに分離する。蒸留コンデンサーは、蒸留塔で分離された第一出力流体を冷却する。蒸留リボイラ―は、蒸留塔で分離された第二出力流体を加熱する。蒸留コンデンサーから還流用の配管に流出した第一出力流体（以下、「還流流体」という。）は、当該還流用の配管を通じて蒸留塔に戻される。そして、蒸留塔内において、還流流体から再びメタノールが分離される。これにより、蒸留塔から流出する第一出力流体に含まれるメタノールの純度が高まる。なお、還流用の配管は、還流流体が蒸留塔の所定の温度領域（還流流体からメタノールが有効に分離される温度領域）に戻されるように蒸留塔に接続されている。

【0003】

この蒸留装置は、作動媒体（水）が蒸留コンデンサーで受け取った熱を蒸留リボイラ―に与えるヒートポンプをさらに備えている。ヒートポンプは、蒸留コンデンサー及び蒸留リボイラ―を接続するとともに作動媒体が循環する循環流路と、蒸留コンデンサーで蒸発した後の作動媒体を圧縮する圧縮機と、蒸留リボイラ―で熱を与えた後の作動媒体を減圧（膨張）させる減圧弁と、を有している。この蒸留装置では、蒸留塔の頂部から流出した第一出力流体の有する熱エネルギーが、ヒートポンプによって蒸留リボイラ―において有効に回収されている。すなわち、第一出力流体の熱エネルギーの有効利用により、蒸留リボイラ―における第二出力流体の加熱に必要な熱エネルギーの削減（省エネルギー化）が図られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特公平０６−００９６４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１に記載の蒸留装置では、蒸留コンデンサーから流出した還流流体の温度制御が困難である。例えば、還流流体の温度を所定の温度まで下げる必要がある場合、作動媒体の流量を増やすことによって当該作動媒体が蒸留コンデンサーで第一出力流体から受け取る熱量（蒸留コンデンサーでの第一出力流体の冷却量）を増やすことにより、還流流体の温度を下げることが考えられる。この場合、作動媒体の流量を増やすためには、圧縮機の回転数を増加させるとともに減圧弁の開度を大きくする操作が必要となる。しかしながら、この操作から、実際に作動媒体が蒸留コンデンサーで受け取る熱量が多くなるまでにはタイムラグが生じるので、応答性が悪い。このため、還流流体の温度が前記所定の温度まで低下しない状態で当該還流流体が蒸留塔に流入する流量が多くなるので、蒸留塔での蒸留精度が低下する懸念がある。

【0006】

本発明の目的は、第一出力流体の熱エネルギーを有効に回収することが可能で、かつ還流流体の温度を高い応答性で調整可能な蒸留装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記課題を解決するための手段として、本発明は、第一成分及び第二成分を含む入力流体を前記第一成分を含む第一出力流体と前記第二成分を含む第二出力流体とに分離する分離器と、前記分離器から流出した前記第一出力流体を冷却する凝縮器と、前記分離器から流出した前記第二出力流体を加熱する加熱器と、前記凝縮器及び前記加熱器を接続しており作動媒体を循環させるための循環流路と、前記凝縮器で前記第一出力流体と熱交換することによって当該第一出力流体から熱エネルギーを受け取った後の作動媒体を圧縮する圧縮機と、前記加熱器で前記第二出力流体と熱交換することによって当該第二出力流体に前記熱エネルギーを与えた後の作動媒体を膨張させる膨張機構と、前記凝縮器から流出した前記第一出力流体を前記分離器に戻すための還流流路と、前記還流流路に設けられており、前記凝縮器から前記還流流路に流出した前記第一出力流体である還流流体を冷却するための冷却器と、を備える蒸留装置を提供する。

【0008】

本発明では、作動媒体を介して第一出力流体の有する熱エネルギーを加熱器において有効に回収することができ、しかも、還流流路に冷却器が設けられているので、分離器に流入する還流流体の温度を高い応答性で調整することができる。具体的に、還流流路に冷却器が設けられているので、凝縮器から還流流路に流出した還流流体は、還流流路を通じて分離器に流入する前に冷却器で冷却される。このため、圧縮機の回転数の増加及び膨張機構での膨張量（減圧量）の調整という操作をすることによって凝縮器での第一出力流体の冷却量を増やす場合に比べて、還流流体の温度調整の応答性が高まる。さらに、前記操作をする場合に比べて圧縮機の回転数の変動が抑制されるので、当該変動に起因する圧縮機の駆動に必要な動力の増大が抑制される。

【0009】

この場合において、前記冷却器において前記還流流体を冷却するための冷却媒体の前記冷却器への流入量を制御する流入量制御部をさらに備え、前記流入量制御部は、前記分離器に流入する前記還流流体の温度が特定の範囲内に収まるように前記冷却媒体の前記冷却器への流入量を調整することが好ましい。

【0010】

このようにすれば、分離器に流入する還流流体の温度がほぼ特定の範囲内に収まるので、分離器において還流流体から第一成分が適切に分離する。よって、分離器から流出する第一出力流体に含まれる第一成分の純度が高まる。

【0011】

また、本発明において、前記圧縮機の回転数を制御する圧縮機制御部をさらに備え、前記圧縮機制御部は、前記凝縮器に流入する前記第一出力流体の温度と前記還流流路のうち前記凝縮器と前記冷却器との間の部位を流れる前記還流流体の温度との温度差に基づいて前記圧縮機の回転数を調整することが好ましい。

【0012】

この態様では、凝縮器から流出した還流流体の温度を飽和温度よりもわずかに低い温度とすることが可能な量（凝縮器において第一出力流体とほぼ潜熱のみの熱交換を行うことが可能な量）の作動媒体が凝縮器へ流入するように圧縮機の回転数を調整することにより、圧縮機の駆動に必要な動力を低減しつつ凝縮器において有効に熱エネルギーを回収することが可能となる。

【0013】

また、本発明において、前記還流流路から分岐しており前記還流流体の一部を外部に抜き出すための抜出流路をさらに備え、前記抜出流路は、前記還流流路のうち前記凝縮器と前記冷却器との間の部位から分岐していることが好ましい。

【0014】

このようにすれば、凝縮器から流出した還流流体のうち抜出流路から抜き取られた後の残余分（分離器に還流する分）のみを冷却器で冷却すればよいので、冷却器の負荷が低減する。

【0015】

この場合において、前記凝縮器から前記還流流路へ流出した前記還流流体の前記抜出流路への分流量を調整する抜出量制御部と、をさらに備え、前記抜出量制御部は、前記還流流路のうち当該還流流路と前記抜出流路との接続部よりも下流側の部位を流れる前記還流流体の流量を、前記還流流路のうち前記接続部よりも上流側の部位を流れる前記還流流体の流量から前記接続部よりも下流側の部位を流れる前記還流流体の流量を引いた流量差で除した値で表される還流比が基準範囲内に収まるように、前記分流量を調整することが好ましい。

【0016】

このようにすれば、還流比がほぼ基準範囲内に収まるので、分離器から流出する第一出力流体の流量に変動が生じた場合であっても、当該第一出力流体に含まれる第一成分の純度がほぼ一定に保たれる。

【0017】

また、本発明において、前記凝縮器に流入する前記第一出力流体の流量が予め設定された立ち上げ基準値よりも大きくなったときに前記圧縮機を駆動する立ち上げ制御部をさらに備えることが好ましい。

【0018】

このようにすれば、第一出力流体の流量が立ち上げ基準値よりも大きくなったとき（作動媒体を介して第一出力流体から第二出力流体に与えることが可能な熱エネルギーの量が十分に確保されたとき）に、自動的に第一出力流体の熱エネルギーを回収する回路が立ち上がる（起動する）。よって、圧縮機の不要な駆動を回避しつつ第一出力流体の有する熱エネルギーをより有効に回収することができる。

【0019】

この場合において、前記循環流路のうち前記凝縮器と前記圧縮機との間の部位に設けられた立ち上げ制御弁をさらに備え、前記立ち上げ制御部は、前記凝縮器に流入する前記第一出力流体の流量が前記立ち上げ基準値よりも大きくなり、かつ前記循環流路のうち前記凝縮器と前記立ち上げ制御弁との間の部位の圧力が起動値を超えたときに、前記立ち上げ制御弁を開くとともに前記圧縮機を駆動することが好ましい。

【0020】

このようにすれば、循環流路のうち凝縮器と立ち上げ制御弁との間の部位の圧力が起動値（圧縮機が安定的に駆動可能な圧力）を超えたときに圧縮機が駆動されるので、前記回路が安定的にかつ自動的に立ち上がる。

【0021】

さらにこの場合において、前記循環流路のうち液状の作動媒体が流れる部位に対して並列となるように当該循環流路に接続された並列流路と、前記並列流路に設けられており、前記液状の作動媒体を前記凝縮器に送るポンプと、をさらに備え、前記立ち上げ制御部は、前記凝縮器内における液状の作動媒体の貯留量が予め設定された基準量に達するまで前記ポンプを駆動することが好ましい。

【0022】

このようにすれば、凝縮器内において第一出力流体から熱エネルギーを受け取ることによって蒸発する液状の作動媒体の量、すなわち凝縮器で蒸発した後に当該凝縮器と立ち上げ制御弁との間に溜まるガス状の作動媒体の量が十分に確保されるまで、並列流路及び循環流路の液状の作動媒体がポンプによって凝縮器に送られる。よって、より早期に前記回路を立ち上げることが可能となる。

【0023】

また、本発明において、前記凝縮器に流入する前記第一出力流体の流量が停止基準値よりも小さくなったときに前記圧縮機を停止する停止制御部をさらに備えることが好ましい。

【0024】

このようにすれば、凝縮器に流入する第一出力流体の流量が停止基準値よりも小さくなったとき（作動媒体を介して第一出力流体から第二出力流体に与えることが可能な熱エネルギーの量が十分に確保できなくなったとき）に自動的に圧縮機を停止するので、圧縮機の損傷等が回避される。

【0025】

また、本発明において、前記加熱器は、前記第二出力流体を加熱するための加熱媒体が流れる加熱媒体流路を有していることが好ましい。

【0026】

このようにすれば、作動媒体を介して加熱器に投入される熱量のみでは当該加熱器における第二出力流体の加熱量が不足する場合であっても、この加熱器に外部から加熱媒体を供給することによってその不足分を補うことができる。

【0027】

また、本発明において、前記凝縮器は、前記第一出力流体を冷却するための冷却媒体が流れる冷却媒体流路を有していることが好ましい。

【0028】

このようにすれば、作動媒体を介して凝縮器で回収される熱量のみでは当該凝縮器における第一出力流体の冷却量が不足する場合であっても、この凝縮器に外部から冷却媒体を供給することによってその不足分を補うことができる。

【発明の効果】

【0029】

以上のように、本発明によれば、第一出力流体の熱エネルギーを有効に回収することが可能で、かつ還流流体の温度を高い応答性で調整可能な蒸留装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明の一実施形態の蒸留装置の構成の概略を示す図である。

【図2】図１の蒸留装置の定常運転時における制御部の制御内容を示すフローチャートである。

【図3】図１の蒸留装置の熱回収回路の立ち上げ時における制御部の制御内容を示すフローチャートである。

【図4】図１の蒸留装置の熱回収回路の停止時における制御部の制御内容を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0031】

本発明の一実施形態の蒸留装置について、図１〜図４を参照しながら説明する。

【0032】

図１に示されるように、蒸留装置は、分離器２２と、分離器２２から流出した第一出力流体を冷却する凝縮器２４と、分離器２２から流出した第二出力流体を加熱する加熱器２６と、凝縮器２４から流出した第一出力流体（以下、「還流流体」という。）を分離器２２に戻すための還流流路１３と、還流流路１３に設けられた冷却器２８と、作動媒体を介して第一出力流体から回収した熱エネルギーを第二出力流体に与える熱回収回路３０と、各種制御を行う制御部５０と、を備えている。

【0033】

分離器２２は、第一成分及び第一成分とは異なる第二成分を含む入力流体を、第一成分を含む第一出力流体と第二成分を含む第二出力流体とに分離する。例えば、第一出力流体は、第一成分として沸点の低い（揮発性の高い）成分を多く含んだ留出蒸気（留出液）であり、第二出力流体は、第二成分として第一成分の沸点よりも高い沸点を有する（第一成分の揮発性よりも低い揮発性を有する）成分を多く含んだ缶出液である。なお、入力流体は、入力流路１１を通じて分離器２２に流入する。第一出力流体は、出力流路１２を通じて凝縮器２４に流入し、第二出力流体は、出力流路１６を通じて加熱器２６に流入する。

【0034】

凝縮器２４は、第一出力流体と熱回収回路３０の作動媒体とを熱交換させることにより第一出力流体を冷却する。本実施形態では、凝縮器２４は、外部の冷却源（図示略）から供給される冷却媒体（冷却水等）によっても第一出力流体を冷却することができるように構成されている。具体的に、凝縮器２４は、冷却源から供給される冷却媒体が流れる冷却媒体流路２５を有している。冷却媒体流路２５には、開度調整可能な冷却媒体量調整弁Ｖ２が設けられている。なお、冷却媒体流路２５は省略されてもよい。

【0035】

凝縮器２４で作動媒体又は冷却媒体と熱交換することにより凝縮した第一出力流体は、還流流体として還流流路１３に流出する。本実施形態では、還流流路１３から抜出流路１４が分岐している。抜出流路１４は、還流流体の一部を外部に抜き出すための流路である。このため、凝縮器２４から還流流路１３に流出した還流流体の一部は、抜出流路１４を通じて外部に抜き出され、前記還流流体の残りが分離器２２の上部（還流流体から第一成分が有効に分離される温度領域）に戻される。

【0036】

加熱器２６は、第二出力流体と熱回収回路３０の作動媒体とを熱交換させることにより第二出力流体を加熱する。本実施形態では、加熱器２６は、外部の熱源（図示略）から供給される加熱媒体（蒸気等）によっても第二出力流体を加熱することができるように構成されている。具体的に、加熱器２６は、熱源から供給される加熱媒体が流れる加熱媒体流路２７を有している。加熱媒体流路２７には、開度調整可能な加熱媒体量調整弁Ｖ３が設けられている。なお、加熱媒体流路２７は省略されてもよい。

【0037】

加熱器２６に流入した第二出力流体の一部は、抜出流路１８を通じて外部に抜き出され、前記第二出力流体の残りは、加熱器２６で作動媒体又は加熱媒体と熱交換することにより加熱された後、戻し流路１７を通じて分離器２２の下部に戻される。

【0038】

冷却器２８は、還流流路１３に設けられている。より具体的には、冷却器２８は、還流流路１３のうち当該還流流路１３と抜出流路１４との接続部よりも下流側の部位に設けられている。冷却器２８は、還流流体と外部の冷却源から供給される冷却媒体（冷却水等）とを熱交換させることによって還流流体を冷却する。具体的に、冷却器２８は、冷却源から供給される冷却媒体が流れる冷却媒体流路２９を有している。冷却媒体流路２９には、開度調整可能な冷却媒体量調整弁Ｖ１が設けられている。

【0039】

凝縮器２４から還流流路１３に流出した還流流体は、冷却器２８で所定の温度領域（分離器２２で還流流体から第一成分が有効に分離される温度領域）まで冷却された後に分離器２２に流入する。

【0040】

熱回収回路３０は、凝縮器２４での第一出力流体と作動媒体との熱交換によって当該作動媒体が第一出力流体から受け取った熱エネルギーを、加熱器２６での作動媒体と第二出力流体との熱交換によって当該第二出力流体に与える回路である。つまり、熱回収回路３０は、相対的に低温の第一出力流体から相対的に高温の第二出力流体に対し、作動媒体を介して熱を運ぶいわゆるヒートポンプとして機能する。具体的に、熱回収回路３０は、作動媒体が循環する循環流路３２と、作動媒体を圧縮する圧縮機３４と、作動媒体を膨張させる膨張機構３６と、を有している。

【0041】

循環流路３２は、凝縮器２４、圧縮機３４、加熱器２６及び膨張機構３６をこの順に直列に接続している。この循環流路３２における凝縮器２４と圧縮機３４との間の部位には、立ち上げ制御弁Ｖ５が設けられている。

【0042】

圧縮機３４は、循環流路３２のうち凝縮器２４の下流側でかつ加熱器２６の上流側の部位に設けられている。圧縮機３４は、凝縮器２４から流出したガス状の作動媒体を圧縮することにより昇温させる。圧縮機３４から流出したガス状の作動媒体は、加熱器２６に流入し、当該加熱器２６において第二出力流体と熱交換を行うことにより液状となる。

【0043】

膨張機構３６は、循環流路３２のうち加熱器２６の下流側でかつ凝縮器２４の上流側の部位に設けられている。膨張機構３６は、加熱器２６から流出した液状の作動媒体を膨張させることにより減圧させる。膨張機構３６から流出した作動媒体は、凝縮器２４に流入し、当該凝縮器２４において第一出力流体と熱交換を行うことによりガス状となる。

【0044】

本実施形態では、熱回収回路３０は、循環流路３２に接続された並列流路３７と、並列流路３７に設けられたポンプ３８と、開閉弁Ｖ６と、をさらに有している。

【0045】

並列流路３７は、循環流路３２のうち液状の作動媒体が流れる部位に対して並列となるように当該循環流路３２に接続されている。具体的に、並列流路３７は、循環流路３２のうち加熱器２６と膨張機構３６との間の部位に対して並列となるように循環流路３２に接続されている。

【0046】

ポンプ３８は、液状の作動媒体を凝縮器２４に送る。

【0047】

開閉弁Ｖ６は、循環流路３２のうちポンプ３８と並列となる部位（循環流路３２のうち当該循環流路３２と並列流路３７の上流側の端部との接続部よりも下流側で当該循環流路３２と並列流路３７の下流側の端部との接続部よりも上流側の部位）に設けられている。この開閉弁Ｖ６は、ポンプ３８の運転中には閉じられる。なお、開閉弁Ｖ６は、作動媒体の加熱器２６から膨張機構３６に向かう方向への通過を許容する一方でその逆方向の通過を規制する逆止弁であってもよい。

【0048】

制御部５０は、流入量制御部５１と、圧縮機制御部５２と、抜出量制御部５３と、立ち上げ制御部５４と、停止制御部５５と、を含む。

【0049】

流入量制御部５１は、分離器２２に流入する還流流体の温度が特定の範囲内に収まるように冷却媒体の冷却器２８への流入量を調整する。具体的に、流入量制御部５１は、還流流路１３のうち冷却器２８と分離器２２との間の部位に設けられた温度センサ４１の検出値Ｔ１が特定の範囲内に収まるように、冷却媒体量調整弁Ｖ１の開度を調整する。より好ましくは、流入量制御部５１は、検出値Ｔ１が指定還流温度Ｔｒとなるように冷却媒体量調整弁Ｖ１の開度を調整する。

【0050】

圧縮機制御部５２は、凝縮器２４に流入する第一出力流体の温度と凝縮器２４から還流流路１３に流出した還流流体の温度との温度差に基づいて圧縮機３４の回転数を調整する。具体的に、圧縮機制御部５２は、出力流路１２に設けられた温度センサ４２の検出値Ｔ２から還流流路１３のうち凝縮器２４と冷却器２８との間の部位に設けられた温度センサ４３の検出値Ｔ３の値を引いた温度差ΔＴが規定値αとなるように、圧縮機３４の回転数を調整する。規定値αは、０℃よりも大きく、かつ５℃以下の任意の温度に設定されることが好ましい。換言すれば、規定値αは、凝縮器２４において第一出力流体が作動媒体と実質的に潜熱のみの熱交換を行う値に設定されることが好ましい。すなわち、圧縮機制御部５２は、ガス状で凝縮器２４に流入した第一出力流体が飽和温度よりもわずかに低い温度の液状で凝縮器２４から流出するように、圧縮機３４の回転数を調整する。

【0051】

抜出量制御部５３は、還流比Ｒが基準範囲内に収まるように抜出量調整弁Ｖ４の開度を調整する。還流比Ｒは、還流流路１３のうち当該還流流路１３と抜出流路１４との接続部よりも上流側の部位に設けられた流量センサ４４の検出値Ｑ１と、還流流路１３のうち前記接続部よりも下流側の部位に設けられた流量センサ４５の検出値Ｑ２と、に基づいて算出される。具体的に、還流比Ｒは、検出値Ｑ２を、検出値Ｑ１から検出値Ｑ２を引いた流量差（Ｑ１−Ｑ２）で除した値（Ｑ２／（Ｑ１−Ｑ２））で表される。本実施形態では、抜出量制御部５３は、還流比Ｒが指定還流比Ｒ０となるように抜出量調整弁Ｖ４の開度を調整する。

【0052】

立ち上げ制御部５４は、熱回収回路３０の立ち上げ時（起動時）に各種制御を行う。立ち上げ制御部５４は、分離器２２から流出した第一出力流体の流量が予め設定された立ち上げ基準値Ｑ０よりも大きくなったときに圧縮機３４を駆動する。つまり、前記第一出力流体の流量が立ち上げ基準値Ｑ０以下のときは、圧縮機３４の起動が禁止されている。本実施形態では、分離器２２から流出した第一出力流体の流量は、流量センサ４４により検出される。立ち上げ基準値Ｑ０は、作動媒体を介して第一出力流体から第二出力流体に与えることが可能な熱エネルギーの量が十分に確保可能な第一出力流体の流量に設定される。本実施形態では、立ち上げ制御部５４は、流量センサ４４の検出値Ｑ１が立ち上げ基準値Ｑ０よりも大きくなり、かつ循環流路３２のうち凝縮器２４と立ち上げ制御弁Ｖ５との間の部位に設けられた圧力センサ３３の検出値Ｐ１が稼働値Ｐ０を超えたときに、立ち上げ制御弁Ｖ５を開くとともに圧縮機３４を駆動する。さらに、立ち上げ制御部５４は、凝縮器２４内における液状の作動媒体の貯留量が予め設定された基準量Ｌ０に達するまで開閉弁Ｖ６を閉じるとともにポンプ３８を駆動する。凝縮器２４内における液状の作動媒体の貯留量は、凝縮器２４に設けられた液面センサ４０によって検出される。基準量Ｌ０は、凝縮器２４内の液状の作動媒体が第一出力流体から熱エネルギーを受け取ることによって蒸発した後に凝縮器２４と立ち上げ制御弁Ｖ５との間にガス状の作動媒体として溜まったときに、圧力センサ３３の検出値Ｐ１を稼働値Ｐ０以上にすることが可能な量に設定される。

【0053】

停止制御部５５は、熱回収回路３０の停止時に各種制御を行う。停止制御部５５は、分離器２２から流出した第一出力流体の流量（流量センサ４４の検出値Ｑ１）が停止基準値よりも小さくなったときに圧縮機３４を停止する。本実施形態では、停止基準値は、立ち上げ基準値Ｑ０と同じ値に設定されている。

【0054】

以下、制御部５０の具体的な制御内容を、図２〜図４を参照しながら説明する。図２は定常運転時の制御内容を示しており、図３は熱回収回路３０の立ち上げ時の制御内容を示しており、図４は熱回収回路３０の停止時の制御内容を示している。

【0055】

まず、図２を参照しながら、定常運転時の制御部５０の制御内容について説明する。

【0056】

制御部５０は、温度センサ４２の検出値Ｔ２から温度センサ４３の検出値Ｔ３を引いた温度差ΔＴが規定値αよりも大きいか否かを判定する（ステップＳＴ１１）。

【0057】

この結果、温度差ΔＴが規定値αよりも大きい場合（ステップＳＴ１１でＹＥＳ）、すなわち、作動媒体による第一出力流体の冷却量が多すぎる場合、制御部５０は、凝縮器２４への作動媒体の流入量を減らすために圧縮機３４の回転数を下げる（ステップＳＴ１２）。一方、温度差ΔＴが規定値α以下の場合（ステップＳＴ１１でＮＯ）、制御部５０は、温度差ΔＴが規定値αよりも小さいか否かを判定する（ステップＳＴ１３）。

【0058】

この結果、温度差ΔＴが規定値αよりも小さい場合（ステップＳＴ１３でＹＥＳ）、すなわち、作動媒体による第一出力流体の冷却量が少なすぎる場合、制御部５０は、凝縮器２４への作動媒体の流入量を増やすために圧縮機３４の回転数を上げる（ステップＳＴ１４）。

【0059】

そして、制御部５０は、ステップＳＴ１２又はステップＳＴ１４の後、温度差ΔＴが規定値αと等しいか否かを判定する（ステップＳＴ１５）。この結果、温度差ΔＴが規定値αと等しくない場合（ステップＳＴ１５でＮＯ）、ステップＳＴ１１に戻る。一方、温度差ΔＴが規定値αと等しい場合（ステップＳＴ１５でＹＥＳ）、及び、ステップＳＴ１３でＮＯの場合（温度差ΔＴが規定値αと等しい場合）、制御部５０は、温度センサ４１の検出値Ｔ１が指定還流温度Ｔｒよりも大きいか否かを判定する（ステップＳＴ１６）。

【0060】

この結果、検出値Ｔ１が指定還流温度Ｔｒよりも大きい場合（ステップＳＴ１６でＹＥＳ）、制御部５０は、冷却器２８での還流流体の冷却量を増やすために冷却媒体量調整弁Ｖ１の開度を上げる（ステップＳＴ１７）。一方、検出値Ｔ１が指定還流温度Ｔｒ以下の場合（ステップＳＴ１６でＮＯ）、制御部５０は、検出値Ｔ１が指定還流温度Ｔｒよりも小さいか否かを判定する（ステップＳＴ１８）。

【0061】

この結果、検出値Ｔ１が指定還流温度Ｔｒよりも小さい場合（ステップＳＴ１８でＹＥＳ）、制御部５０は、冷却器２８での還流流体の冷却量を減らすために冷却媒体量調整弁Ｖ１の開度を下げる（ステップＳＴ１９）。

【0062】

そして、制御部５０は、ステップＳＴ１７又はステップＳＴ１９の後、検出値Ｔ１が指定還流温度Ｔｒと等しいか否かを判定する（ステップＳＴ２０）。この結果、検出値Ｔ１が指定還流温度Ｔｒと等しくない場合（ステップＳＴ２０でＮＯ）、ステップＳＴ１６に戻る。一方、検出値Ｔ１が指定還流温度Ｔｒと等しい場合（ステップＳＴ２０でＹＥＳ）、及び、ステップＳＴ１８でＮＯの場合（検出値Ｔ１が指定還流温度Ｔｒと等しい場合）、制御部５０は、流量センサ４４の検出値Ｑ１及び流量センサ４５の検出値Ｑ２を読み取り、両検出値に基づいて還流比Ｒを算出する（ステップＳＴ２１）。

【0063】

次に、制御部５０は、還流比Ｒが指定還流比Ｒ０よりも大きいか否かを判定する（ステップＳＴ２２）。この結果、還流比Ｒが指定還流比Ｒ０よりも大きい場合（ステップＳＴ２２でＹＥＳ）、制御部５０は、抜出流路１４からの還流流体の抜出量を増やすために（分離器２２に還流する還流媒体の流量を減らすために）抜出量調整弁Ｖ４の開度を上げる（ステップＳＴ２３）。一方、還流比Ｒが指定還流比Ｒ０以下の場合（ステップＳＴ２２でＮＯ）、制御部５０は、還流比Ｒが指定還流比Ｒ０よりも小さいか否かを判定する（ステップＳＴ２４）。

【0064】

この結果、還流比Ｒが指定還流比Ｒ０よりも小さい場合（ステップＳＴ２４でＹＥＳ）、制御部５０は、抜出流路１４からの還流流体の抜出量を減らすために（分離器２２に還流する還流媒体の流量を増やすために）抜出量調整弁Ｖ４の開度を下げる（ステップＳＴ２５）。

【0065】

そして、制御部５０は、ステップＳＴ２３又はステップＳＴ２５の後、還流比Ｒが指定還流比Ｒ０と等しいか否かを判定する（ステップＳＴ２６）。この結果、還流比Ｒが指定還流比Ｒ０と等しくない場合（ステップＳＴ２６でＮＯ）、ステップＳＴ２１に戻る。
一方、還流比Ｒが指定還流比Ｒ０と等しい場合（ステップＳＴ２６でＹＥＳ）、及び、ステップＳＴ２４でＮＯの場合（還流比Ｒが指定還流比Ｒ０と等しい場合）、制御部５０は、加熱器２６に供給する加熱媒体の流量を決定し、その開度にて加熱媒体量調整弁Ｖ３を開く（ステップＳＴ２７）。その後、ステップＳＴ１１に戻る。このようにして、温度差ΔＴ、検出値Ｔ１及び還流比Ｒが一定となるように制御される。

【0066】

次に、熱回収回路３０の立ち上げ時（起動時）の制御部５０の制御内容について、図３を参照しながら説明する。熱回収回路３０の立ち上げ前の状態では、圧縮機３４及びポンプ３８は停止しており、立ち上げ制御弁Ｖ５は閉じている。また、凝縮器２４において第一出力流体を冷却するために冷却媒体量調整弁Ｖ２は開いている。

【0067】

この状態において、制御部５０は、まず、流量センサ４４の検出値Ｑ１を読み取り（ステップＳＴ３１）、この検出値Ｑ１が立ち上げ基準値Ｑ０よりも大きいか否かを判定する（ステップＳＴ３２）。

【0068】

そして、検出値Ｑ１が立ち上げ基準値Ｑ０以下の場合（ステップＳＴ３２でＮＯ）、ステップＳＴ３１に戻る。一方、検出値Ｑ１が立ち上げ基準値Ｑ０よりも大きい場合（ステップＳＴ３２でＹＥＳ）、制御部５０は、冷却媒体量調整弁Ｖ２を閉じる（ステップＳＴ３３）。冷却媒体量調整弁Ｖ２を閉じるのは、凝縮器２４内の液状の作動媒体によって第一出力流体の冷却が可能となるからである。そして、液面センサ４０の検出値Ｌ１を読み取るとともに（ステップＳＴ３４）、検出値Ｌ１が基準量Ｌ０よりも大きいか否かを判定する（ステップＳＴ３５）。

【0069】

この結果、検出値Ｌ１が基準量Ｌ０以下の場合（ステップＳＴ３５でＮＯ）、制御部５０は、凝縮器２４内の液状の作動媒体の量を増やすために開閉弁Ｖ６を閉じるとともにポンプ３８を駆動する（ステップＳＴ３６）。開閉弁Ｖ６を閉じることにより、ポンプ３８から吐出された作動媒体は、確実に凝縮器２４に流入する。一方、検出値Ｌ１が基準量Ｌ０よりも大きい場合（ステップＳＴ３５でＴＥＳ）、制御部５０は、ポンプ３８を停止して開閉弁Ｖ６を開き（ステップＳＴ３７）、圧力センサ３３の検出値Ｐ１を読み取る（ステップＳＴ３８）。その後、制御部５０は、検出値Ｐ１が稼働値Ｐ０よりも大きいか否かを判定する（ステップＳＴ３９）。

【0070】

この結果、検出値Ｐ１が稼働値Ｐ０以下の場合（ステップＳＴ３９でＮＯ）、ステップＳＴ３８に戻る。一方、検出値Ｐ１が稼働値Ｐ０よりも大きい場合（ステップＳＴ３９でＹＥＳ）、制御部５０は、立ち上げ制御弁Ｖ５を開くとともに圧縮機３４を駆動する（ステップＳＴ４０）。これにより、熱回収回路３０が立ち上がる。

【0071】

そして、制御部５０は、加熱器２６に供給する加熱媒体の流量を決定し、その開度で加熱媒体量調整弁Ｖ３を開く（ステップＳＴ４１）。その後、ステップＳＴ１１へ、すなわち定常運転時のフローへ移る。

【0072】

続いて、熱回収回路３０の停止時の制御部５０の制御内容について、図４を参照しながら説明する。なお、図４では、定常運転時の制御内容と同じ内容については、定常運転時の制御内容と同じ符号を付している。

【0073】

定常運転時において、制御部５０は、流量センサ４４の検出値Ｑ１を読み取り（ステップＳＴ５１）、この検出値Ｑ１が停止基準値Ｑ０よりも大きいか否かを判定する（ステップＳＴ５２）。

【0074】

そして、検出値Ｑ１が停止基準値Ｑ０よりも大きい場合（ステップＳＴ５２でＹＥＳ）、ステップＳＴ３１に戻る。一方、検出値Ｑ１が停止基準値Ｑ０以下の場合（ステップＳＴ５２でＮＯ）、制御部５０は、圧縮機３４を停止する（ステップＳＴ５３）。これにより、熱回収回路３０が停止する。

【0075】

その後、制御部５０は、加熱器２６に供給する加熱媒体の流量を決定し、その開度にて加熱媒体量調整弁Ｖ３を開く（ステップＳＴ５４）。これと同時に、制御部５０は、凝縮器２４に供給する冷却媒体の流量を決定し、その開度にて冷却媒体量調整弁Ｖ２を開く（ステップＳＴ５５）。

【0076】

この後の制御内容については、定常運転時のステップＳＴ１６〜ステップＳＴ２６の制御内容と同じであるので、その説明を省略する。ただし、ステップＳＴ２４でＮＯの場合及びステップＳＴ２６でＹＥＳの場合、ステップＳＴ５４に戻る。

【0077】

以上のように、本蒸留装置では、作動媒体を介して第一出力流体の有する熱エネルギーを加熱器２６において有効に回収することができ、しかも、還流流路１３に冷却器２８が設けられているので、分離器２２に流入する還流流体の温度を高い応答性で調整することができる。具体的に、還流流路１３に冷却器２８が設けられているので、凝縮器２４から還流流路１３に流出した還流流体は、還流流路１３を通じて分離器２２に流入する前に冷却器２８で冷却される。このため、圧縮機３４の回転数の増加及び膨張機構３６での膨張量（減圧量）の調整という操作をすることによって凝縮器２４での第一出力流体の冷却量を増やす場合に比べて、還流流体の温度調整の応答性が高まる。さらに、前記操作をする場合に比べて圧縮機３４の回転数の変動が抑制されるので、当該変動に起因する圧縮機３４の駆動に必要な動力の増大が抑制される。

【0078】

また、本実施形態では、温度センサ４１の検出値Ｔ１が指定還流温度Ｔｒとなるように流入量制御部５１によって冷却媒体量調整弁Ｖ１の開度が調整される。このため、分離器２２に流入する還流流体の温度がほぼ指定還流温度Ｔｒに等しくなるので、分離器２２において還流流体から第一成分が適切に分離する。よって、分離器２２から流出する第一出力流体に含まれる第一成分の純度が高まる。

【0079】

また、本実施形態では、温度差ΔＴが規定値αとなるように圧縮機制御部５２によって圧縮機３４の回転数が調整される。このため、凝縮器２４において第一出力流体と作動媒体とがほぼ潜熱のみの熱交換を行う。換言すれば、ガス状で凝縮器２４に流入した第一出力流体は、飽和温度よりもわずかに低い温度の液状で当該凝縮器２４から流出する。よって、圧縮機３４の駆動に必要な動力を低減しつつ凝縮器２４において有効に熱エネルギーを回収することが可能となる。

【0080】

また、本実施形態では、抜出流路１４は、還流流路１３のうち凝縮器２４と冷却器２８との間の部位から分岐している。このため、凝縮器２４から流出した還流流体のうち抜出流路１４から抜き取られた後の残余分（分離器２２に還流する分）のみが冷却器２８で冷却されればよいので、冷却器２８の負荷が低減する。

【0081】

さらに、本実施形態では、還流比Ｒが指定還流比Ｒ０となるように抜出量制御部５３によって抜出量調整弁Ｖ４の開度が調整される。このため、還流比Ｒがほぼ指定還流比Ｒ０に維持されるので、分離器２２から流出する第一出力流体の流量に変動が生じた場合であっても、当該第一出力流体に含まれる第一成分の純度がほぼ一定に保たれる。

【0082】

また、本実施形態では、流量センサ４４の検出値Ｑ１が立ち上げ基準値Ｑ０よりも大きくなり、かつ圧力センサ３３の検出値Ｐ１が稼働値Ｐ０を超えたときに、立ち上げ制御部５４によって立ち上げ制御弁Ｖ５が開かれるとともに圧縮機３４が駆動される。換言すれば、作動媒体を介して第一出力流体から第二出力流体に与えることが可能な熱エネルギーの量が十分に確保され、かつ圧縮機３４に流入するガス状の作動媒体の圧力が圧縮機３４を安定的に駆動可能な圧力を超えたときに、立ち上げ制御弁Ｖ５が開かれるとともに圧縮機３４が駆動される。よって、熱回収回路３０が安定的にかつ自動的に立ち上がる。また、検出値Ｐ１が稼働値Ｐ０を超えるまで立ち上げ制御弁Ｖ５が閉じているので、検出値Ｐ１が稼働値Ｐ０を超える前におけるガス状の作動媒体の圧縮機３４の上流側から下流側への漏出及びこの漏出に起因して検出値Ｐ１が稼働値Ｐ０に達する時間が長くなることが回避される。

【0083】

さらに、本実施形態では、立ち上げ制御部５４は、液面センサ４０の検出値Ｌ１が基準量Ｌ０に達するまでポンプ３８を駆動する。よって、より早期に熱回収回路３０が立ち上がる。

【0084】

また、本実施形態では、流量センサ４４の検出値Ｑ１が停止基準値Ｑ０よりも小さくなったときに停止制御部５５によって圧縮機３４が停止される。よって、圧縮機３４の損傷等が回避される。

【0085】

また、本実施形態では、加熱器２６は、加熱媒体流路２７を有している。このため、作動媒体を介して加熱器２６に投入される熱量のみでは当該加熱器２６における第二出力流体の加熱量が不足する場合であっても、この加熱器２６に外部から加熱媒体を供給することによってその不足分を補うことができる。

【0086】

また、本実施形態では、凝縮器２４は、冷却媒体流路２５を有している。このため、作動媒体を介して凝縮器２４から回収される熱量のみでは当該凝縮器２４における第一出力流体の冷却量が不足する場合であっても、この凝縮器２４に外部から冷却媒体を供給することによってその不足分を補うことができる。

【0087】

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

【0088】

例えば、上記実施形態では、温度センサ４１の検出値Ｔ１が指定還流温度Ｔｒとなるように流入量制御部５１が冷却媒体量調整弁Ｖ１の開度を調整する例が示されたが、流入量制御部５１は、検出値Ｔ１が特定の範囲内に収まるように冷却媒体量調整弁Ｖ１の開度を調整してもよい。この場合、流入量制御部５１は、検出値Ｔ１が前記特定の範囲の下限値よりも小さい場合に冷却媒体量調整弁Ｖ１の開度を下げ、検出値Ｔ１が前記特定の範囲の上限値よりも大きい場合に冷却媒体量調整弁Ｖ１の開度を上げる。

【0089】

また、上記実施形態では、還流比Ｒが指定還流比Ｒ０となるように抜出量制御部５３が抜出量調整弁Ｖ４の開度を調整する例が示されたが、抜出量制御部５３は、還流比Ｒが基準範囲内に収まるように抜出量調整弁Ｖ４の開度を調整してもよい。この場合、抜出量制御部５３は、還流比Ｒが前記基準範囲の下限値よりも小さい場合に抜出量調整弁Ｖ４の開度を下げ、還流比Ｒが前記基準範囲の上限値よりも大きい場合に抜出量調整弁Ｖ４の開度を上げる。

【0090】

また、上記実施形態では、抜出流路１４は、還流流路１３のうち冷却器２８の上流側に接続された例が示されたが、この抜出流路１４は、還流流路１３のうち冷却器２８の下流側に接続されてもよい。

【0091】

また、上記実施形態では、冷却器２８への冷却媒体の流入量の調整は、冷却媒体量調整弁Ｖ１の開度の調整により行う例が示されたが、この冷却媒体の流入量の調整方法は、これに限られない。例えば、冷却媒体流路２９に回転数の調整が可能なポンプが設けられ、このポンプの回転数の調整により冷却器２８への冷却媒体の流入量の調整が行われてもよい。

【0092】

また、上記実施形態では、抜出流路１４からの還流流体の抜出量の調整は、抜出量調整弁Ｖ４の開度の調整により行う例が示されたが、前記抜出量の調整方法は、これに限られない。例えば、抜出流路１４に複数の配管が並列に接続されるとともに、これらの配管に開閉弁が設けられ、各開閉弁を開く数によって前記抜出量が調整されてもよい。

【符号の説明】

【0093】

１３ 還流流路
１４ 抜出流路
２２ 分離器
２４ 凝縮器
２５ 冷却媒体流路
２６ 加熱器
２７ 加熱媒体流路
２８ 冷却器
２９ 冷却媒体流路
３０ 熱回収回路
３２ 循環流路
３４ 圧縮機
３６ 膨張機構
３７ 並列流路
３８ ポンプ
４０ 液面センサ
５０ 制御部
５１ 流入量制御部
５２ 圧縮機制御部
５３ 抜出量制御部
５４ 立ち上げ制御部
５５ 停止制御部
Ｖ１ 冷却媒体量調整弁
Ｖ２ 冷却媒体量調整弁
Ｖ３ 加熱媒体量調整弁
Ｖ４ 抜出量調整弁
Ｖ５ 立ち上げ制御弁
Ｖ６ 開閉弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】