特許 6190330 熱エネルギー回収装置

(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】6190330

(24)【登録日】2017年8月10日

(45)【発行日】2017年8月30日

(54)【発明の名称】熱エネルギー回収装置

(51)【国際特許分類】

   F01K 7/02 20060101AFI20170821BHJP

   F01K 25/00 20060101ALI20170821BHJP

   F01D 25/12 20060101ALI20170821BHJP

   F01K 7/22 20060101ALI20170821BHJP

   F01D 17/00 20060101ALI20170821BHJP

   F01D 17/24 20060101ALI20170821BHJP

   F01K 13/00 20060101ALI20170821BHJP

   F01K 17/04 20060101ALI20170821BHJP

【ＦＩ】

   F01K7/02

   F01K25/00 H

   F01D25/12 Z

   F01K7/22 Z

   F01D17/00 H

   F01D17/24 P

   F01K13/00 E

   F01K17/04 Z

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-135628(P2014-135628)

(22)【出願日】2014年7月1日

(65)【公開番号】特開2016-14329(P2016-14329A)

(43)【公開日】2016年1月28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】久保 洋平

(72)【発明者】

【氏名】高橋 和雄

(72)【発明者】

【氏名】藤澤 亮

【審査官】 高吉 統久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０１９３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２４６９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１０９２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０１３７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０７６３８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ １７／００

Ｆ０１Ｄ １７／２４

Ｆ０１Ｄ ２５／１２

Ｆ０１Ｋ ７／０２

Ｆ０１Ｋ ７／２２

Ｆ０１Ｋ １３／００

Ｆ０１Ｋ １７／０４

Ｆ０１Ｋ ２５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作動媒体を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器から流出した作動媒体が流入する膨張機と、
前記膨張機に接続された動力回収機と、
前記膨張機から流出した作動媒体を凝縮させる凝縮器と、
前記蒸発器、前記膨張機及び前記凝縮器を接続する循環流路と、
前記循環流路のうち前記凝縮器と前記蒸発器との間の部位に設けられており、前記循環流路から流入した作動媒体の一部を分流媒体として分流させることが可能なポンプと、
前記作動媒体のうち前記ポンプで分流された前記分流媒体を流す分流流路と、
前記分流流路に設けられており前記分流媒体を加熱するための加熱器と、を備え、
前記ポンプは、電動機と、前記循環流路に接続される第一流路と、前記第一流路を流れる作動媒体の一部を前記分流媒体として分流させるとともにその内部を流れる前記分流媒体によって前記電動機が冷却されるように配置された第二流路と、を有し、
前記分流流路は、前記第二流路と前記膨張機の中段部とを接続している、熱エネルギー回収装置。

【請求項2】

請求項１に記載の熱エネルギー回収装置において、
前記分流流路のうち前記ポンプと前記加熱器との間の部位、及び、前記循環流路のうち前記膨張機と前記凝縮器との間の部位又は前記凝縮器を接続する分岐流路と、
前記第二流路から前記分流流路に流出した分流媒体のうち前記分岐流路に分流する前記分流媒体の流量を調整可能な流量調整弁と、をさらに備える、熱エネルギー回収装置。

【請求項3】

請求項２に記載の熱エネルギー回収装置において、
前記膨張機に流入する前記分流媒体の過熱度が一定の範囲内に収まるように前記流量調整弁の開度を調整する制御部をさらに備える、熱エネルギー回収装置。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれかに記載の熱エネルギー回収装置において、
前記分流流路のうち前記ポンプと前記加熱器との間の部位に設けられており、前記分流媒体の圧力を調整可能な圧力調整弁をさらに備える、熱エネルギー回収装置。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれかに記載の熱エネルギー回収装置において、
前記循環流路のうち前記蒸発器と前記膨張機との間の部位に設けられており、前記作動媒体に含まれる油を回収する油回収機と、
前記油回収機で回収された油を前記膨張機に供給するための油供給流路と、をさらに備え、
前記加熱器は、前記油により前記分流媒体が加熱されるように前記油供給流路に接続されている、熱エネルギー回収装置。

【請求項6】

請求項１ないし５のいずれかに記載の熱エネルギー回収装置において、
前記分流流路のうち前記ポンプと前記加熱器との間の部位に設けられた熱交換器をさらに備え、
前記熱交換器は、前記分流媒体が流れる分流媒体流路と、前記分流媒体流路を流れる分流媒体を加熱するための媒体であって前記蒸発器において前記作動媒体と熱交換した後の加熱媒体が流れる加熱媒体流路と、を有する、熱エネルギー回収装置。

【請求項7】

請求項１ないし５のいずれかに記載の熱エネルギー回収装置において、
前記分流流路のうち前記ポンプと前記加熱器との間の部位に設けられた熱交換器をさらに備え、
前記熱交換器は、前記分流媒体が流れる分流媒体流路と、前記分流媒体流路を流れる分流媒体を加熱するための媒体であって前記膨張機から流出した後でかつ前記凝縮器に流入する前の作動媒体が流れる加熱媒体流路と、を有する、熱エネルギー回収装置。

【請求項8】

請求項１ないし７のいずれかに記載の熱エネルギー回収装置において、
前記膨張機は、前記作動媒体を膨張させる第一膨張部と、前記第一膨張部で膨張した後の作動媒体をさらに膨張させる第二膨張部と、を有し、
前記分流流路は、前記中段部である前記第一膨張部及び前記第二膨張部の間に接続されている、熱エネルギー回収装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱エネルギー回収装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、工場等の各種設備の排熱から動力を回収する熱エネルギー回収装置が知られている。例えば、特許文献１には、蒸発器と、蒸発器から流出した作動媒体が流入する膨張機と、膨張機に接続された発電機本体と、膨張機から流出した作動媒体を凝縮させる凝縮器と、凝縮器から流出した作動媒体を蒸発器へ送出する循環ポンプと、作動媒体が循環する循環配管と、熱媒体ラインと、を備えた発電システムが開示されている。この発電システムでは、循環ポンプとして、いわゆるリバースサーキュレーション形のポンプが用いられている。具体的に、循環ポンプは、電動機を有しており、循環配管から当該循環ポンプに流入した液状の作動媒体の一部で前記電動機を冷却した後に当該作動媒体を熱媒体として熱媒体ラインに排出する。熱媒体ラインは、循環ポンプと循環配管のうち膨張機と凝縮器との間の部位とを接続している。熱媒体ラインは、循環配管のうち循環ポンプと蒸発器との間の部位に設けられた予熱用熱交換器を通るように構成されている。このため、循環ポンプから熱媒体ラインに排出された熱媒体（電動機から熱を受け取った後の作動媒体）は、予熱用熱交換器において、循環ポンプから吐出された作動媒体に熱を与える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−０１９３０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１に示される発電システムでは、熱媒体が循環ポンプの電動機を冷却した際に当該電動機から受け取った熱エネルギーを作動媒体に与えることにより、電動機の排熱が有効に回収されている。しかしながら、このシステムでは、動力の回収効率に改善の余地がある。

【0005】

本発明の目的は、ポンプの電動機を冷却しつつ、動力回収効率の向上が可能な熱エネルギー回収装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題を解決する手段として、本発明は、作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器から流出した作動媒体が流入する膨張機と、前記膨張機に接続された動力回収機と、前記膨張機から流出した作動媒体を凝縮させる凝縮器と、前記蒸発器、前記膨張機及び前記凝縮器を接続する循環流路と、前記循環流路のうち前記凝縮器と前記蒸発器との間の部位に設けられており、前記循環流路から流入した作動媒体の一部を分流媒体として分流させることが可能なポンプと、前記作動媒体のうち前記ポンプで分流された前記分流媒体を流す分流流路と、を備え、前記ポンプは、電動機と、前記循環流路に接続される第一流路と、前記第一流路を流れる作動媒体の一部を前記分流媒体として分流させるとともにその内部を流れる前記分流媒体によって前記電動機が冷却されるように配置された第二流路と、を有し、前記分流流路は、前記第二流路と前記膨張機の中段部とを接続している、熱エネルギー回収装置を提供する。

【0007】

本発明では、ポンプから第一流路を通じて循環流路に吐出された作動媒体に加え、ポンプから第二流路を通じて分流流路に流出した分流媒体（電動機から熱を受け取った後の作動媒体）も膨張機に流入するので、従来（ポンプから循環流路に吐出された作動媒体のみが膨張機に流入し、ポンプで分流された分流媒体は膨張機に流入しない場合）に比べて膨張機に流入する作動媒体の総量が増大するとともに、電動機から受け取った熱も回収される。よって、動力回収機での動力回収率が向上する。ここで、第二流路から分流流路に流出した分流媒体の圧力は、第一流路から循環流路に吐出された作動媒体の圧力よりも小さいものの、分流流路は、膨張機の中段部、すなわち作動媒体の圧力が膨張機の入口よりも低くなっている部位に接続されているので、第二流路から分流流路へ流出した分流媒体の膨張機への流入が許容される。

【0008】

この場合において、前記分流流路に設けられており前記分流媒体を加熱するための加熱器をさらに備えることが好ましい。

【0009】

この態様では、分流媒体が膨張機に流入する前に加熱器において分流媒体をより確実に気相とすることができる。よって、膨張機の駆動が安定する。

【0010】

さらにこの場合において、前記分流流路のうち前記ポンプと前記加熱器との間の部位、及び、前記循環流路のうち前記膨張機と前記凝縮器との間の部位又は前記凝縮器を接続する分岐流路と、前記第二流路から前記分流流路に流出した分流媒体のうち前記分岐流路に分流する前記分流媒体の流量を調整可能な流量調整弁と、をさらに備えることが好ましい。

【0011】

このようにすれば、電動機を有効に冷却しつつ、気相の分流媒体を膨張機に流入させることが可能となる。具体的に、電動機を十分に冷却可能な分流媒体の流量を確保しようとすると、第二流路を通じて分流流路に流出する分流媒体の流量が多くなる場合がある。この場合において、分岐流路及び流量調整弁を備えていない場合には、分流流路に流出した分流媒体の全量が加熱器に流入するので、その分流媒体が加熱器において気相とならずに気液二相の状態で膨張機に流入するおそれがある。これに対し、本発明では、分岐流路及び流量調整弁を備えているので、分流媒体の分流流路への流出量が多くなった場合であっても、加熱器において分流媒体が気相となるように分岐流路へ分流させる分流媒体の流量を調整可能となる。このため、電動機の冷却に必要となる分流媒体の流量を制限する必要がなくなる。例えば、流量調整弁の膨張機側開度がゼロの状態からこの膨張機側開度を少しずつ大きくすることによって、加熱器で気相となる流量の分流媒体が加熱器に流入するように調整する。よって、電動機の冷却と気相の分流媒体を膨張機に流入させることとを両立することができる。

【0012】

加えて、前記膨張機に流入する前記分流媒体の過熱度が一定の範囲内に収まるように前記流量調整弁の開度を調整する制御部をさらに備えることが好ましい。

【0013】

このようにすれば、分流媒体は、一定の範囲内の過熱度で膨張機に流入するので、膨張機の駆動がより安定する。

【0014】

また、本発明において、前記分流流路のうち前記ポンプと前記加熱器との間の部位に設けられており、前記分流媒体の圧力を調整可能な圧力調整弁をさらに備えることが好ましい。

【0015】

このようにすれば、分流媒体の圧力を膨張機の中段部に流入しやすい圧力に調整可能となる。例えば、圧力調整弁の開度（設定圧）が最小の状態からこの開度を少しずつ大きくすることによって、分流媒体の圧力を膨張機の中段部に流入しやすい圧力に調整する。

【0016】

また、本発明において、前記循環流路のうち前記蒸発器と前記膨張機との間の部位に設けられており、前記作動媒体に含まれる油を回収する油回収機と、前記油回収機で回収された油を前記膨張機に供給するための油供給流路と、をさらに備え、前記加熱器は、前記油により前記分流媒体が加熱されるように前記油供給流路に接続されていることが好ましい。

【0017】

このようにすれば、油回収機で回収された油の排熱を有効に利用することにより分流媒体を加熱することが可能となる。さらに、加熱器において分流媒体によって冷却されることにより油の粘度が上昇するので、膨張機におけるいわゆる油膜切れの発生が抑制される（潤滑性能が向上する）。

【0018】

また、本発明において、前記分流流路のうち前記ポンプと前記加熱器との間の部位に設けられた熱交換器をさらに備えることが好ましい。この場合において、前記熱交換器は、前記分流媒体が流れる分流媒体流路と、前記分流媒体流路を流れる分流媒体を加熱するための媒体であって前記蒸発器において前記作動媒体と熱交換した後の加熱媒体が流れる加熱媒体流路と、を有していてもよい。

【0019】

このようにすれば、蒸発器で作動媒体と熱交換した後の加熱媒体の熱エネルギーの残余分を有効に回収することにより分流媒体をさらに加熱することが可能となる。

【0020】

あるいは、前記熱交換器は、前記分流媒体が流れる分流媒体流路と、前記分流媒体流路を流れる分流媒体を加熱するための媒体であって前記膨張機から流出した後でかつ前記凝縮器に流入する前の作動媒体が流れる加熱媒体流路と、を有していてもよい。

【0021】

このようにすれば、膨張機で動力が回収された後（温度が低下した後）の作動媒体の熱エネルギーを有効に回収することにより分流媒体をさらに加熱することが可能となる。

【0022】

また、本発明において、前記膨張機は、前記作動媒体を膨張させる第一膨張部と、前記第一膨張部で膨張した後の作動媒体をさらに膨張させる第二膨張部と、を有し、前記分流流路は、前記中段部である前記第一膨張部及び前記第二膨張部の間に接続されていることが好ましい。

【発明の効果】

【0023】

以上のように、本発明によれば、ポンプの電動機を冷却しつつ、動力回収効率の向上が可能な熱エネルギー回収装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の第一実施形態の熱エネルギー回収装置の構成の概略を示す図である。

【図2】図１の熱エネルギー回収装置の制御部の制御内容を示すフローチャートである。

【図3】本発明の第二実施形態の熱エネルギー回収装置の構成の概略を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

本発明の好ましい実施形態について、以下、図面を参照しながら説明する。

【0026】

（第一実施形態）
本発明の一実施形態の熱エネルギー回収装置について、図１及び図２を参照しながら説明する。

【0027】

図１に示されるように、熱エネルギー回収装置は、蒸発器１０と、油回収機１２と、膨張機１４と、動力回収機１６と、凝縮器１８と、ポンプ２０と、蒸発器１０、油回収機１２、膨張機１４、凝縮器１８及びポンプ２０をこの順に直列に接続する循環流路３０と、分流流路３２と、加熱器３４と、分岐流路３６と、を備えている。

【0028】

蒸発器１０は、液状の作動媒体を蒸発させてガス状の作動媒体とする。具体的に、蒸発器１０は、作動媒体が流れる作動媒体流路１０ａと、外部の熱源から供給される加熱媒体が流れる加熱媒体流路１０ｂと、を有する。作動媒体流路１０ａに流入した液状の作動媒体は、加熱媒体流路１０ｂに流入した加熱媒体と熱交換することにより蒸発する。蒸発器１０に供給される加熱媒体としては、例えば、工場等から排出される温水や高温ガスが挙げられる。

【0029】

油回収機１２は、循環流路３０における蒸発器１０の下流側の部位に設けられている。油回収機１２は、作動媒体に含まれる油を分離する。油回収機１２で回収された油は、油回収機１２と膨張機１４とを接続する油供給流路１３を通じて膨張機１４に供給される。

【0030】

膨張機１４は、循環流路３０における油回収機１２の下流側の部位に設けられている。本実施形態では、膨張機１４として、油回収機１２から流出したガス状の作動媒体の膨張エネルギーにより回転駆動されるロータを有する容積式のスクリュー膨張機が用いられている。具体的に、膨張機１４は、雌雄一対のスクリュロータからなる第一膨張部１４ａと、第一膨張部１４ａの下流側に設けられた雌雄一対のスクリュロータからなる第二膨張部１４ｂと、各膨張部１４ａ，１４ｂを収容するケーシング１４ｃと、を有している。

【0031】

第一膨張部１４ａは、循環流路３０からケーシング１４ｃ内に流入した作動媒体の膨張エネルギーによって回転駆動される。第二膨張部１４ｂは、第一膨張部１４ａの駆動により圧力が低下した作動媒体の有する膨張エネルギーによって回転駆動される。第二膨張部１４ｂを駆動することにより圧力が低下した作動媒体は、ケーシング１４ｃに形成された排出口から循環流路３０に排出される。なお、膨張機１４としては、容積式のスクリュー膨張機に限らず、遠心式のものやスクロールタイプのもの等が用いられてもよい。

【0032】

動力回収機１６は、膨張機１４に接続されている。本実施形態では、動力回収機１６として発電機が用いられている。この動力回収機１６は、膨張機１４の一対のスクリュロータのうちの一方に接続された回転軸を有している。動力回収機１６は、前記回転軸が前記スクリュロータの回転に伴って回転することにより電力を発生させる。なお、動力回収機１６として、発電機の他、圧縮機等が用いられてもよい。

【0033】

凝縮器１８は、循環流路３０における膨張機１４の下流側の部位に設けられている。凝縮器１８は、膨張機１４から流出した作動媒体を冷却媒体（冷却水等）で冷却することにより凝縮（液化）させる。

【0034】

ポンプ２０は、循環流路３０における凝縮器１８の下流側の部位（凝縮器１８と蒸発器１０との間の部位）に設けられている。ポンプ２０は、循環流路３０から流入した作動媒体の一部を分流媒体として分流させることが可能となっている。具体的に、ポンプ２０は、作動媒体を加圧する加圧部（本実施形態では羽根車）２２と、加圧部２２を駆動するための電動機２４と、循環流路３０に接続される第一流路２６と、第一流路２６から分岐した第二流路２８と、を有している。

【0035】

第二流路２８は、第一流路２６を流れる作動媒体の一部を前記分流媒体として分流させる。第二流路２８は、当該第二流路２８内を流れる分流媒体によって電動機２４が冷却される位置に配置されている。換言すれば、分流媒体は、第二流路２８を通過する過程で電動機２４と熱交換することによって当該電動機２４から熱を受ける。

【0036】

分流流路３２は、作動媒体のうちポンプ２０で分流された分流媒体を流すための流路である。分流流路３２は、ポンプ２０の第二流路２８と膨張機１４の中段部（第一膨張部１４ａと第二膨張部１４ｂとの間の部位）とを接続している。

【0037】

加熱器３４は、分流流路３２に設けられている。加熱器３４は、分流媒体が流れる分流媒体流路３４ａと、分流媒体流路３４ａを流れる分流媒体を加熱する加熱媒体が流れる加熱媒体流路３４ｂと、を有している。本実施形態では、加熱媒体流路３４ｂは、油供給流路１３に接続されている。すなわち、本実施形態では、分流媒体を加熱する媒体として油回収機１２で回収された油が用いられている。この油は、蒸発器１０において作動媒体とともに加熱されている。

【0038】

分岐流路３６は、ポンプ２０の第二流路２８から分流流路３２に流出した分流媒体の一部を分岐させる流路である。具体的に、分岐流路３６は、分流流路３２のうちポンプ２０と加熱器３４との間の部位と循環流路３０のうち膨張機１４と凝縮器１８との間の部位とを接続している。なお、分岐流路３６は、分流流路３２のうちポンプ２０と加熱器３４との間の部位と凝縮器１８を接続していてもよい。

【0039】

本実施形態では、膨張機１４に流入する分流媒体（分流流路３２のうち加熱器３４と膨張機１４との間の部位を流れる分流媒体）の過熱度Ｔαが一定の範囲内に収まるように、膨張機１４に流入する分流媒体の流量を調整可能に構成されている。具体的に、熱エネルギー回収装置は、流量調整弁Ｖ１と、圧力センサ３８と、温度センサ３９と、制御部４０と、をさらに備えている。

【0040】

流量調整弁Ｖ１は、分流流路３２と分岐流路３６との接続部に設けられている。流量調整弁Ｖ１は、ポンプ２０の第二流路２８から分流流路３２に流出した分流媒体のうち分岐流路３６に分流する分流媒体の流量（加熱器３４へ流入させる分流媒体の流量）を調整可能となっている。例えば、流量調整弁Ｖ１の膨張機側開度を大きくすることにより、分流媒体の膨張機１４への流入量が増加するとともに、分流媒体の分岐流路３６への流入量が減少する。

【0041】

圧力センサ３８及び温度センサ３９は、分流流路３２のうち加熱器３４と膨張機１４との間の部位に設けられている。

【0042】

制御部４０は、圧力センサ３８の検出値Ｐ１及び温度センサ３９の検出値Ｔ１に基づいて過熱度Ｔαを算出するとともに、その過熱度Ｔαが一定の範囲内に収まるように、流量調整弁Ｖ１の開度（膨張機側開度）を調整する。より好ましくは、制御部４０は、過熱度Ｔαが予め設定された設定過熱度Ｔ０となるように流量調整弁Ｖ１の開度を調整する。

【0043】

また、本実施形態では、分流流路３２に圧力調整弁Ｖ２が設けられている。より具体的には、圧力調整弁Ｖ２は、分流流路３２のうち流量調整弁Ｖ１と加熱器３４との間の部位に設けられている。圧力調整弁Ｖ２は、当該圧力調整弁Ｖ２の下流側に流出する分流媒体の圧力を調整可能な弁（減圧弁）である。圧力調整弁Ｖ２から流出する分流媒体の圧力は、圧力調整弁Ｖ２の開度（設定圧）の調整により行われる。この圧力調整弁Ｖ２は、分流媒体の圧力を膨張機１４の中段部（第一膨張部１４ａと第二膨張部１４ｂとの間の部位）に流入しやすい圧力に調整するために設けられている。具体的に、膨張機１４の中段部に流入可能な分流媒体の圧力は、特定の範囲内に制限されているので、分流媒体の圧力の前記特定の範囲内への調整が容易となるように圧力調整弁Ｖ２が設けられている。

【0044】

制御部４０は、圧力センサ３８の検出値Ｐ１が特定の圧力範囲に収まるように、圧力調整弁Ｖ２の開度（設定圧）をも調整する。より好ましくは、制御部４０は、検出値Ｐ１が予め設定された設定圧力Ｐ０となるように圧力調整弁Ｖ２の開度を調整する。ここで、設定圧力Ｐ０は、膨張機１４の中段部における作動媒体の圧力以上の値に設定される。

【0045】

さらに、本実施形態の熱エネルギー回収装置は、分流流路３２に設けられた熱交換器５０と、蒸発器１０において作動媒体と熱交換した後の加熱媒体が流れる加熱媒体排出流路５２と、さらに備えている。

【0046】

熱交換器５０は、分流流路３２における加熱器３４と圧力調整弁Ｖ２との間の部位に設けられている。熱交換器５０は、分流媒体が流れる分流媒体流路５０ａと、分流媒体流路５０ａを流れる分流媒体を加熱する加熱媒体が流れる加熱媒体流路５０ｂと、を有している。本実施形態では、加熱媒体流路５０ｂは、加熱媒体排出流路５２に接続されている。

【0047】

ここで、具体的な制御部４０の制御内容を図２を参照しながら説明する。

【0048】

まず、ポンプ２０の起動中（熱エネルギー回収装置の起動中）において、流量調整弁Ｖ１及び圧力調整弁Ｖ２が初期状態に設定される。初期状態とは、流量調整弁Ｖ１の膨張機側開度がゼロであり、圧力調整弁Ｖ２の開度が最小の状態をいう。

【0049】

そして、制御部４０は、圧力センサ３８の検出値Ｐ１及び温度センサ３９の検出値Ｔ１に基づいて過熱度Ｔαを算出するとともに（ステップＳ１１）、その過熱度Ｔαが設定過熱度Ｔ０よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１２）。

【0050】

この結果、過熱度Ｔαが設定過熱度Ｔ０よりも大きい場合（ステップＳ１２でＹＥＳ）、制御部４０は、加熱器３４への分流媒体の流入量を増やすために流量調整弁Ｖ１の膨張機側開度を上げる（ステップＳ１３）。一方、過熱度Ｔαが設定過熱度Ｔ０以下の場合（ステップＳ１２でＮＯ）、制御部４０は、過熱度Ｔαが設定過熱度Ｔ０よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１４）。

【0051】

この結果、過熱度Ｔαが設定過熱度Ｔ０よりも小さい場合（ステップＳ１４でＹＥＳ）、制御部４０は、加熱器３４への分流媒体の流入量を減らすために流量調整弁Ｖ１の膨張機側開度を下げる（ステップＳ１５）。

【0052】

そして、制御部４０は、ステップＳ１３又はステップＳ１５の後、過熱度Ｔαが設定過熱度Ｔ０と等しいか否かを判定する（ステップＳ１６）。この結果、過熱度Ｔαが設定過熱度Ｔ０と等しくない場合（ステップＳ１６でＮＯ）、ステップＳ１２に戻る。一方、過熱度Ｔαが設定過熱度Ｔ０と等しい場合（ステップＳ１６でＹＥＳ）、及び、ステップＳ１４でＮＯの場合（過熱度Ｔαが設定過熱度Ｔ０と等しい場合）、制御部４０は、圧力センサ３８の検出値Ｐ１が設定圧力Ｐ０よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１７）。

【0053】

この結果、検出値Ｐ１が設定圧力Ｐ０よりも小さい場合（ステップＳ１７でＹＥＳ）、制御部４０は、膨張機１４の中段部に流入する分流媒体の圧力を上げるために、すなわち分流媒体の膨張機１４の中段部への流入が許容されるようにするために、圧力調整弁Ｖ２の開度（設定圧）を上げる（ステップＳ１８）。一方、検出値Ｐ１が設定圧力Ｐ０以上の場合（ステップＳ１７でＮＯ）、制御部４０は、検出値Ｐ１が設定圧力Ｐ０よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１９）。

【0054】

この結果、検出値Ｐ１が設定圧力Ｐ０よりも大きい場合（ステップＳ１９でＹＥＳ）、制御部４０は、膨張機１４の中段部に流入する分流媒体の圧力を下げるために圧力調整弁Ｖ２の開度を下げる（ステップＳ２０）。

【0055】

そして、制御部４０は、ステップＳ１８又はステップＳ２０の後、検出値Ｐ１が設定圧力Ｐ０と等しいか否かを判定する（ステップＳ２１）。この結果、検出値Ｐ１が設定圧力Ｐ０と等しくない場合（ステップＳ２１でＮＯ）、ステップＳ１７に戻る。一方、検出値Ｐ１が設定圧力Ｐ０と等しい場合（ステップＳ２１でＹＥＳ）、及び、ステップＳ１９でＮＯの場合（検出値Ｐ１が設定圧力Ｐ０と等しい場合）、ステップＳ１１に戻る。このようにして、過熱度Ｔα及び検出値Ｐ１が一定となるように制御される。

【0056】

以上説明したように、本実施形態の熱エネルギー回収装置では、ポンプ２０から第一流路２６を通じて循環流路３０に吐出された作動媒体に加え、ポンプ２０から第二流路２８を通じて分流流路３２に流出した分流媒体（電動機２４から熱を受け取った後の作動媒体）も膨張機１４に流入するので、従来（ポンプから循環流路に吐出された作動媒体のみが膨張機に流入し、ポンプで分流された分流媒体は膨張機に流入しない場合）に比べて膨張機１４に流入する作動媒体の総量が増大するとともに、電動機２４から受け取った熱も回収される。よって、動力回収機１６での動力回収率が向上する。ここで、第二流路２８から分流流路３２に流出した分流媒体の圧力は、第一流路２６から循環流路３０に吐出された作動媒体の圧力よりも小さいものの、分流流路３２は、膨張機１４の中段部、すなわち作動媒体の圧力が膨張機１４の入口よりも低くなっている部位に接続されているので、第二流路２８から分流流路３２へ流出した分流媒体の膨張機１４への流入が許容される。

【0057】

また、本実施形態では、分流流路３２に加熱器３４が設けられているので、分流媒体が膨張機１４に流入する前に加熱器３４において分流媒体をより確実に気相とすることができる。よって、膨張機１４の駆動が安定する。

【0058】

また、本実施形態では、分岐流路３６及び流量調整弁Ｖ１が設けられているので、電動機２４を有効に冷却しつつ、気相の分流媒体を膨張機１４に流入させることが可能となる。具体的に、電動機２４を十分に冷却可能な分流媒体の流量を確保しようとすると、第二流路２８を通じて分流流路３２に流出する分流媒体の流量が多くなる場合がある。この場合において、分岐流路３６及び流量調整弁Ｖ１を備えていない場合には、分流流路３２に流出した分流媒体の全量が加熱器３４に流入するので、その分流媒体が加熱器３４において気相とならずに気液二相の状態で膨張機１４に流入するおそれがある。これに対し、本実施形態では、分岐流路３６及び流量調整弁Ｖ１を備えているので、分流媒体の分流流路３２への流出量が多くなった場合であっても、加熱器３４において分流媒体が気相となるように分岐流路３６へ分流させる分流媒体の流量を調整可能となる。この流量調整弁Ｖ１の開度調整は、制御部４０によって行われる。

【0059】

さらに、本実施形態では、制御部４０は、膨張機１４に流入する分流媒体の過熱度Ｔαが設定過熱度Ｔ０となるように流量調整弁Ｖ１の膨張機側開度を調整する。よって、膨張機１４の駆動がより安定する。

【0060】

また、本実施形態では、分流流路３２に圧力調整弁Ｖ２が設けられているので、分流媒体の圧力を膨張機１４の中段部に流入しやすい圧力に調整可能となる。この圧力調整弁Ｖ２の開度調整は、制御部４０によって行われる。

【0061】

また、上記実施形態では、加熱器３４の加熱媒体流路３４ｂが油供給流路１３に接続されているので、油回収機１２で回収された油の排熱を有効に利用することにより分流媒体を加熱することが可能となる。さらに、加熱器３４において分流媒体によって冷却されることにより油の粘度が上昇するので、膨張機１４におけるいわゆる油膜切れの発生が抑制される（潤滑性能が向上する）。

【0062】

また、本実施形態では、分流流路３２設けられた熱交換器５０の加熱媒体流路５０ｂが加熱媒体排出流路５２に接続されている。よって、蒸発器１０で作動媒体と熱交換した後の加熱媒体の熱エネルギーの残余分を有効に回収することにより分流媒体をさらに加熱することが可能となる。

【0063】

（第二実施形態）
本発明の第二実施形態の熱エネルギー回収装置について、図３を参照しながら説明する。なお、第二実施形態では、第一実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第一実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は省略する。

【0064】

本実施形態では、熱交換器５０の加熱媒体流路５０ｂの接続先が第一実施形態のそれと異なっている。具体的に、本実施形態の加熱媒体流路５０ｂは、循環流路３０のうち膨張機１４の下流側でかつ循環流路３０と分岐流路３６との接続部よりも上流側の部位に接続されている。すなわち、本実施形態では、熱交換器５０において分流媒体を加熱する媒体として、膨張機１４から流出した後の作動媒体が用いられている。

【0065】

このように、本実施形態では、膨張機１４で動力が回収された後（温度が低下した後）の作動媒体の熱エネルギーを有効に回収することにより、加熱器３４で油に加熱される前に分流媒体をさらに加熱することが可能となる。

【0066】

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。

【0067】

例えば、上記各実施形態では、加熱器３４の加熱媒体流路３４ｂが油供給流路１３に接続された例（分流媒体が油により加熱される例）が示されたが、分流媒体は、油以外の加熱媒体（蒸発器１０に供給される加熱媒体と同じ加熱媒体等）によって加熱されてもよい。

【0068】

また、制御部４０は、過熱度Ｔαが一定の範囲内に収まるように流量調整弁Ｖ１の開度を調整するとともに検出値Ｐ１が特定の圧力範囲に収まるように圧力調整弁Ｖ２の開度を調整してもよい。この場合、制御部４０は、過熱度Ｔαが一定の範囲の上限値よりも大きい場合、流量調整弁Ｖ１の開度を上げ、過熱度Ｔαが一定の範囲の下限値よりも小さい場合、流量調整弁Ｖ１の開度を下げる。その後、制御部４０は、検出値Ｐ１が特定の圧力範囲の下限値よりも小さい場合、圧力調整弁Ｖ２の開度を上げ、検出値Ｐ１が特定の圧力範囲の上限値よりも大きい場合、圧力調整弁Ｖ２の開度を下げる。

【0069】

また、上記各実施形態において、加熱器３４及び熱交換器５０は省略されてもよい。また、分岐流路３６、流量調整弁Ｖ１、圧力調整弁Ｖ２、圧力センサ３８、温度センサ３９及び制御部４０は、省略されてもよい。

【符号の説明】

【0070】

１０ 蒸発器
１２ 油回収機
１３ 油供給流路
１４ 膨張機
１４ａ 第一膨張部
１４ｂ 第二膨張部
１６ 動力回収機（発電機）
１８ 凝縮器
２０ ポンプ
２２ 加圧部
２４ 電動機
２６ 第一流路
２８ 第二流路
３０ 循環流路
３２ 分流流路
３４ 加熱器
３４ａ 分流媒体流路
３４ｂ 加熱媒体流路
３６ 分岐流路
３８ 圧力センサ
３９ 温度センサ
４０ 制御部
５０ 熱交換器
５０ａ 分流媒体流路
５０ｂ 加熱媒体流路
５２ 加熱媒体排出流路
Ｖ１ 流量調整弁
Ｖ２ 圧力調整弁

【図1】

【図2】

【図3】