特許 6763797 バイナリ発電システム

(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】6763797

(24)【登録日】2020年9月14日

(45)【発行日】2020年9月30日

(54)【発明の名称】バイナリ発電システム

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/66 20060101AFI20200917BHJP

   F04D 15/00 20060101ALI20200917BHJP

   F01D 17/00 20060101ALI20200917BHJP

   F01D 17/08 20060101ALI20200917BHJP

   F01D 21/00 20060101ALI20200917BHJP

   F01K 23/04 20060101ALI20200917BHJP

   F01K 25/10 20060101ALN20200917BHJP

【ＦＩ】

   F04D29/66 B

   F04D15/00 K

   F01D17/00 C

   F01D17/00 N

   F01D17/00 P

   F01D17/08 A

   F01D21/00 M

   F01D21/00 T

   F01D21/00 P

   F01K23/04 Z

   !F01K25/10 C

【請求項の数】4

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2017-20997(P2017-20997)

(22)【出願日】2017年2月8日

(65)【公開番号】特開2018-127942(P2018-127942A)

(43)【公開日】2018年8月16日

【審査請求日】2019年9月30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】高橋 和雄

(72)【発明者】

【氏名】田中 祐治

(72)【発明者】

【氏名】足立 成人

(72)【発明者】

【氏名】成川 裕

(72)【発明者】

【氏名】西村 和真

【審査官】 松浦 久夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２０２２６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３７２３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２５５４００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０８４０１３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０３０８２５２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｄ ２９／６６

Ｆ０４Ｄ １５／００

Ｆ０１Ｄ １７／００

Ｆ０１Ｄ １７／０８

Ｆ０１Ｄ ２１／００

Ｆ０１Ｋ ２３／０４

Ｆ０１Ｋ ２５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作動媒体が循環する作動媒体循環路と、
前記作動媒体循環路中に設けられ、回収熱エネルギにより作動媒体を蒸発させる蒸発器と、
前記作動媒体循環路中における前記蒸発器の下流側に設けられ、前記蒸発器から送り出された前記作動媒体を膨張させる膨張機と、
前記膨張機で生成される運動エネルギを回収するエネルギ回収機と、
前記作動媒体循環路中における前記膨張機の下流側に設けられ、前記膨張機から送り出された前記作動媒体を、冷却媒体との熱交換により凝縮させる凝縮器と、
前記作動媒体循環路中における前記凝縮器の下流側であって、前記蒸発器の上流側に設けられ、前記凝縮器から送り出された前記作動媒体を前記蒸発器へと送り出すポンプと、
前記ポンプの駆動制御を行う制御部と、
を備え、
前記ポンプは、
長手方向の端部に端壁を有する中空状のケーシングと、
前記長手方向に沿って軸芯が配され、前記端壁に軸支された状態で前記ケーシング内に少なくとも一部が配され、回転駆動力を受けて回転する回転軸と、
前記長手方向に沿って並んだ状態で、前記回転軸に接合された複数の羽根車と、
を有し、
前記ポンプは、前記回転軸の前記軸芯が鉛直方向に対して交差する向きで配されており、
前記制御部は、該システムの停止に際して、前記作動媒体循環路における前記凝縮器と前記ポンプとの間において、飽和温度と、前記凝縮器出口部分での前記作動媒体の温度とに基づいて算出される過冷却度が、が所定の過冷却度以上の状態を維持して、前記ポンプを段階的又は漸次的に低下させ、停止させる
バイナリ発電システム。

【請求項2】

請求項１記載のバイナリ発電システムにおいて、
前記ポンプは、前記回転軸の前記軸芯が鉛直方向に対して７５°〜９０°の角度で配置されている
バイナリ発電システム。

【請求項3】

請求項１または請求項２記載のバイナリ発電システムにおいて、
前記作動媒体循環路における前記凝縮器と前記ポンプとの間には、当該部分における前記作動媒体の温度を検出する温度検出部と、圧力を検出する圧力検出部とが設けられており、
前記凝縮器への前記冷却媒体の供給路には、当該部分における前記冷却媒体の温度を検出する冷却温度検出部が設けられており、
前記制御部は、
前記温度検出部からの温度情報と、前記圧力検出部からの圧力情報と、前記冷却温度検出部からの冷却温度情報と、を逐次受け付ける検出情報受付ステップと、
前記圧力情報から飽和温度Ｔｓを算出する算出ステップと、
前記飽和温度Ｔｓと、前記凝縮器出口部分での前記作動媒体の温度Ｔｒ１との差分である過冷却度（Ｔｓ−Ｔｒ１）が、所定の過冷却度ａ以上か否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップにおける判定が肯定的である場合に、前記ポンプの回転数を所定値低下させる回転数低減ステップと、
前記回転数低減ステップの実行前後の前記冷却温度情報を比較する冷却温度値比較ステップと、
を順に実行し、
前記冷却温度値比較ステップにおいて、前記回転数低減ステップの実行後の前記冷却温度情報が、前記回転数低減ステップの実行前の前記冷却温度情報に比べて低いと判断された場合に、前記回転数低減ステップと前記冷却温度値比較ステップとが繰り返して実行される
バイナリ発電システム。

【請求項4】

請求項３記載のバイナリ発電システムにおいて、
前記凝縮器は、前記作動媒体循環路において、上流側に設けられた第１凝縮部と、下流側に設けられた第２凝縮部と、が直列接続されてなり、
前記冷却温度検出部は、前記第２凝縮部に対する前記冷却媒体の供給路に設けられている
バイナリ発電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バイナリ発電システムに関し、特に、多段渦巻きポンプを備えるバイナリ発電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、熱エネルギ回収システムの一種である、バイナリ発電システムの研究・開発がされている（例えば、特許文献１）。バイナリ発電システムは、作動媒体の循環路中に、蒸発器、膨張機、凝縮器、及びポンプが順に設けられ、膨張機に発電機が接続されている。蒸発器では、回収されてきた蒸気や温水により、作動媒体を蒸発させる。膨張機では、蒸発器で蒸発した作動媒体を膨張させる。そして、凝縮器では、冷却水との熱交換により、膨張機から流出した作動媒体を凝縮させる。

【0003】

このような構成のバイナリ発電システムでは、水よりも沸点が低い作動媒体を使用して膨張機を駆動することにより、従来のような蒸気で直接膨張機を駆動する発電システムに比べ、低温度域での発電が可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−２０２２６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来技術に係るバイナリ発電システムでは、凝縮器が高温の状態でシステムを停止し、その後に再起動した場合に、ポンプのケーシング内でキャビテーションが発生するという問題がある。即ち、凝縮器が高温の状態でシステムを停止した場合には、作動媒体の循環停止により、圧力が急激に低下するのに対して、温度が高温であるために飽和状態となる。このため、凝縮器の下流に位置するポンプの吸込口部分で飽和状態になる。

【0006】

そして、ポンプの吸込口部分で作動媒体が飽和状態になった状態から、システムを再起動し、ポンプを駆動すると、吸込口部分が過熱状態になり、ケーシング内でキャビテーションが発生する。ポンプのケーシング内でキャビテーションが発生した場合には、システムの運転不良が発生し、また、ポンプの破損に繋がる場合もある。

【0007】

本発明は、上記のような問題の解決を図ろうとなされたものであって、システムの再起動時におけるポンプ内でのキャビテーションの発生を抑制することができるバイナリ発電システム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】

【0008】

本発明の一態様に係るバイナリ発電システムは、作動媒体循環路と、蒸発器と、膨張機と、エネルギ回収機と、凝縮器と、ポンプと、制御部と、を備える。

【0009】

前記作動媒体循環路は、作動媒体が循環する経路である。

【0010】

前記蒸発器は、前記作動媒体循環路中に設けられ、回収熱エネルギにより作動媒体を蒸発させる機能を有する構成部材である。

【0011】

前記膨張機は、前記作動媒体循環路中における前記蒸発器の下流側に設けられ、前記蒸発器から送り出された前記作動媒体を膨張させる機能を有する構成部材である。

【0012】

前記エネルギ回収機は、前記膨張機で生成される運動エネルギを回収する機能を有する構成部材である。

【0013】

前記凝縮器は、前記作動媒体循環路中における前記膨張機の下流側に設けられ、前記膨張機から送り出された前記作動媒体を、冷却媒体との熱交換により凝縮する機能を有する構成部材である。

【0014】

前記ポンプは、前記作動媒体循環路中における前記凝縮器の下流側であって、前記蒸発器の上流側に設けられ、前記凝縮器から送り出された前記作動媒体を前記蒸発器へと送り出す機能を有する構成部材である。

【0015】

前記ポンプは、ケーシングと、回転軸と、羽根車と、を有する。

【0016】

前記ケーシングは、長手方向の端部に端壁を有する中空状をしている。

【0017】

前記回転軸は、前記長手方向に沿って軸芯が配され、前記端壁に軸支された状態で、前記ケーシング内に少なくとも一部が配され、回転駆動力を受けて回転する構成部材である。

【0018】

前記複数の羽根車は、前記長手方向に沿って並んだ状態で、前記回転軸に接合された構成部材である。

【0019】

そして、前記ポンプは、前記回転軸の前記軸芯が鉛直方向に対して交差する向きで配されている。
前記制御部は、該システムの停止に際して、前記作動媒体循環路における前記凝縮器と前記ポンプとの間において、飽和温度と、前記凝縮器出口部分での前記作動媒体の温度とに基づいて算出される過冷却度が、が所定の過冷却度以上の状態を維持して、前記ポンプを段階的又は漸次的に低下させ、停止させる。

【0020】

本態様に係るバイナリ発電システムでは、ポンプを、回転軸の軸芯が鉛直方向に対して交差する向きで配している。このため、本態様に係るバイナリ発電システムでは、回転軸の軸芯を鉛直方向に沿うようにポンプを配置している従来技術に対して、システム再起動時におけるポンプのケーシング内でのキャビテーションの発生を抑制することができる。

【0021】

即ち、回転軸の軸芯を鉛直方向に対して交差する向きでポンプを配置することにより、回転軸の軸芯を鉛直方向に沿うようにポンプを配置する場合に比べて、システム再起動時に、作動媒体をスムーズにケーシング内で流通させることができる。システムの停止中においても、作動媒体は凝縮器で冷却されており、冷却された作動媒体がポンプのケーシング内を流通することで、吸込口付近での飽和状態が解消される。よって、システム再起動時におけるポンプのケーシング内でのキャビテーションの発生を抑制することができる。

【0022】

従って、本態様に係るバイナリ発電システムでは、システムの再起動時におけるポンプのケーシング内でのキャビテーションの発生を抑制することで、作動媒体を確実に蒸発器側へと送り出すことができ、運転不良が発生するのを抑制することができる。

【0023】

また、上記のように、本態様に係るポンプでは、再起動時におけるキャビテーションの発生を抑制することができるので、ガス溜まりの発生を抑制することができる。このため、再起動におけるポンプの破損を確実に抑制することができる。即ち、本態様に係るバイナリ発電システムでは、回転軸の軸芯が鉛直方向に対して交差する向きにポンプを配置することにより、回転軸の軸芯を鉛直方向に沿う向きにポンプを配する場合に比べて、ポンプの立ち上げ時における作動媒体の流通がスムーズになされ、これにより早期にケーシング内が冷却される。よって、キャビテーションの発生を抑制することができ、ガス溜まりの発生も抑制することができるので、ガス溜まりに起因するポンプの破損を抑制することができる。
さらに、本態様に係るバイナリ発電システムでは、飽和温度と凝縮器出口部分での作動媒体の温度とに基づく過冷却度が、所定の過冷却度以上の状態を維持して、ポンプを段階的又は漸次的に低下させた上で停止させることとしているので、システム再起動時におけるキャビテーションの発生を抑制し、運転不良の発生を抑制することができる。
ここで、仮に凝縮器が高温の状態でポンプを停止した場合には、凝縮器の下流部における作動媒体の圧力が急激に低下するが、温度が高温であるために飽和状態となる。よって、ポンプの吸込口で作動媒体が飽和状態となる。この状態からシステム再起動した場合には、ポンプの吸込口が過熱状態になり、ポンプのケーシング内でキャビテーションが発生しやすくなる。
これに対して、本態様に係るバイナリ発電システムでは、凝縮器の出口部分において、上記のように、飽和温度と作動媒体の温度とから算出される過冷却度が、所定の過冷却度以上の状態を維持しながら、ポンプのモータ回転数を段階的又は漸次的に低下させて停止させることとしているので、システム停止時にポンプの吸込口で加熱状態になることを抑制でき、システム再起動時におけるポンプのケーシング内でのキャビテーションの発生を抑制することができる。

【0024】

従って、本態様に係るバイナリ発電システムでは、システム再起動時におけるポンプなどの故障の発生を抑制することができ、高い信頼性が長期に亘って維持される。

【0025】

本発明の別態様に係るバイナリ発電システムは、上記構成において、前記ポンプは、前記回転軸の前記軸芯が鉛直方向に対して７５°〜９０°の角度で配置されている。

【0026】

本態様に係るバイナリ発電システムでは、ポンプを、回転軸の軸芯が鉛直方向に対して７５°〜９０°の角度で配しているので、再起動時におけるポンプ内での作動媒体のキャビテーションの発生を抑制するのに効果的である。即ち、本態様に係るポンプは、略横向きに寝かせた状態（略水平状態）で配置され、ケーシング内における作動媒体の流通経路も略横向き（略水平状態）となる。

【0027】

よって、作動媒体の液面レベルが低く、システム停止時に必ずしもポンプ内が作動媒体で満たされていない状況にあっても、システム再起動時において、スムーズにポンプのケーシング内で作動媒体を流通させることができる。このため、上述のように、ポンプにおけるケーシング内でのキャビテーションの発生を抑制することができ、運転不良やポンプの破損を抑制することができる。

【0032】

本発明の別態様に係るバイナリ発電システムは、上記構成において、さらに、圧力検出部と、温度検出部と、冷却温度検出部と、を備える。

【0033】

前記圧力検出部は、前記作動媒体循環路における前記凝縮器と前記ポンプとの間の部分に設けられ、当該部分における前記作動媒体の圧力を検出する検出部である。

【0034】

前記温度検出部は、前記作動媒体循環路における前記凝縮器と前記ポンプとの間の部分に設けられ、当該部分における前記作動媒体の温度を検出する検出部である。

【0035】

前記冷却温度検出部は、前記凝縮器への前記冷却媒体の供給路に設けられ、当該部分における前記冷却媒体の温度を検出する検出部である。

【0036】

本態様に係る前記制御部は、次のステップを順に実行する。

【0037】

（検出情報受付ステップ）前記温度検出部からの温度情報と、前記圧力検出部からの圧力情報と、前記冷却温度検出部からの冷却温度情報と、を逐次受け付ける。

【0038】

（算出ステップ）前記圧力情報（取得した凝縮器出口部分での作動媒体の圧力）から飽和温度Ｔｓを算出する。

【0039】

（判定ステップ）前記飽和温度Ｔｓと、前記凝縮器出口部分での前記作動媒体の温度Ｔｒ１との差分である過冷却度（Ｔｓ−Ｔｒ１）が、所定の過冷却度ａ以上か否かを判定する。

【0040】

（回転数低減ステップ）前記判定ステップにおける判定が肯定的である場合に、前記ポンプの回転数を所定値低下させる。

【0041】

（冷却温度値比較ステップ）前記回転数低減ステップの実行前後の前記冷却温度情報（冷却媒体の温度）を比較する。

【0042】

そして、本態様では、前記冷却温度値比較ステップにおいて、前記回転数低減ステップの実行後の前記冷却温度情報（冷却媒体の温度）が、前記回転数低減ステップの実行前の前記冷却温度情報（冷却媒体の温度）に比べて低いと判断された場合に、前記回転数低減ステップと前記冷却温度値比較ステップとが繰り返して実行される。

【0043】

本態様では、前記凝縮器出口部分での前記作動媒体の温度Ｔｒ１との差分である過冷却度（Ｔｓ−Ｔｒ１）が所定の過冷却度ａ以上の状態を維持して、前記ポンプを段階的又は漸次的に停止させるために、制御部が実行する具体的な制御ステップについて規定する。制御部が上記のようなステップを実行することにより、システム停止時にポンプの吸込口で加熱状態になることを抑制でき、システム再起動時におけるポンプ内でのキャビテーションの発生を抑制することができる。

【0044】

本発明の別態様に係るバイナリ発電システムは、上記構成において、前記凝縮器は、前記作動媒体循環路において、上流側に設けられた第１凝縮部と、下流側に設けられた第２凝縮部と、が直列接続されてなり、前記冷却温度検出部は、前記第２凝縮部に対する前記冷却媒体の供給路に設けられている。

【0045】

本態様に係るバイナリ発電システムでは、凝縮器を、直列接続されてなる第１凝縮部と第２凝縮部とで構成することとしている。即ち、本態様では、膨張機から送られてきた作動媒体を第１凝縮部と第２凝縮部との２段階で凝縮することとしている。

【0046】

よって、システム停止時における、ポンプでの作動媒体の過冷却度を一定以上に維持し易くなり、システム再起動時におけるポンプの吸込口部分での作動媒体の過冷却度がポンプの有効吸込みヘッド（ＮＰＳＨ；Ｎｅｔ Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｓｕｃｔｉｏｎ Ｈｅａｄ）以上になるように調整することができる。

【0047】

従って、本態様に係るバイナリ発電システムでは、さらに確実に、システムの再起動時におけるポンプ内でのキャビテーションの発生を抑制することができる。

【0048】

本発明の一態様に係るバイナリ発電システムの停止方法は、その対象となるバイナリ発電システムが、作動媒体循環路と、蒸発器と、膨張機と、エネルギ回収機と、凝縮器と、ポンプと、温度検出部と、圧力検出部と、冷却温度検出部と、を備える。

【0049】

前記作動媒体循環路は、作動媒体が循環する経路である。

【0050】

前記蒸発器は、前記作動媒体循環路中に設けられ、回収熱エネルギにより作動媒体を蒸発させる機能を有する構成部材である。

【0051】

前記膨張機は、前記作動媒体循環路中における前記蒸発器の下流側に設けられ、前記蒸発器から送り出された前記作動媒体を膨張させる機能を有する構成部材である。

【0052】

前記エネルギ回収機は、前記膨張機で生成される運動エネルギを回収する機能を有する構成部材である。

【0053】

前記凝縮器は、前記作動媒体循環路中における前記膨張機の下流側に設けられ、前記膨張機から送り出された前記作動媒体を、冷却媒体との熱交換により凝縮する機能を有する構成部材である。

【0054】

前記ポンプは、前記作動媒体循環路中における前記凝縮器の下流側であって、前記蒸発器の上流側に設けられ、前記凝縮器から送り出された前記作動媒体を前記蒸発器へと送り出す機能を有する構成部材である。

【0055】

前記圧力検出部は、前記作動媒体循環路における前記凝縮器と前記ポンプとの間に設けられ、当該部分における前記作動媒体の圧力を検出する検出部である。

【0056】

前記温度検出部は、前記作動媒体循環路における前記凝縮器と前記ポンプとの間に設けられ、当該部分における前記作動媒体の温度を検出する検出部である。

【0057】

前記冷却温度検出部は、前記凝縮器への前記冷却媒体の供給路に設けられ、当該部分における前記冷却媒体の温度を検出する検出部である。

【0058】

本態様に係るバイナリ発電システムの停止方法では、次のステップを順に実行する。

【0059】

（検出情報受付ステップ）前記温度検出部からの温度情報と、前記圧力検出部からの圧力情報と、前記冷却温度検出部からの冷却温度情報と、を逐次受け付ける。

【0060】

（算出ステップ）前記圧力情報（取得した凝縮器出口部分での作動媒体の圧力）から飽和温度Ｔｓを算出する。

【0061】

（判定ステップ）前記飽和温度Ｔｓと、前記凝縮器出口部分での前記作動媒体の温度Ｔｒ１との差分である過冷却度（Ｔｓ−Ｔｒ１）が、所定の過冷却度ａ以上か否かを判定する。

【0062】

（回転数低減ステップ）前記判定ステップにおける判定が肯定的である場合に、前記ポンプの回転数を所定値低下させる。

【0063】

（冷却温度値比較ステップ）前記回転数低減ステップの実行前後の前記冷却温度情報（冷却媒体の温度）を比較する。

【0064】

そして、本態様に係る前記制御部は、前記冷却温度値比較ステップにおいて、前記回転数低減ステップの実行後の前記冷却温度情報（冷却媒体の温度）が、前記回転数低減ステップの実行前の前記冷却温度情報（冷却媒体の温度）に比べて低いと判断した場合に、前記回転数低減ステップから前記冷却温度値比較ステップまでを繰り返して実行する。

【発明の効果】

【0065】

上記の各態様に係るバイナリ発電システム及びその停止方法では、システムの再起動時におけるポンプでのキャビテーションの発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0066】

【図1】本発明の第１実施形態に係るバイナリ発電システム１の全体構成の概略を示す模式図である。

【図2】（ａ）は、ポンプ１５の構成及び配置形態を側面側から示す模式断面図であり、（ｂ）は、ポンプ１５の構成及び配置形態を上面側から示す模式断面図である。

【図3】ポンプ１５の構成及び配置形態を端面側から示す模式断面図である。

【図4】参考例に係るポンプ９５の構成及び配置形態を示す断面図である。

【図5】本発明の第２実施形態に係るバイナリ発電システム３の構成を示す模式図である。

【図6】バイナリ発電システム３において、その停止に際してコントローラ３８が実行する制御フローを示すフローチャートである。

【図7】本発明の第３実施形態に係るバイナリ発電システム５の構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0067】

以下では、本発明の実施形態について、図面を用い説明する。なお、以下で説明の形態は、本発明の一態様であって、本発明は、その本質的な構成を除き何ら以下の形態に限定を受けるものではない。

【0068】

［第１実施形態］
１．全体構成
本発明の第１実施形態に係るバイナリ発電システム１の全体構成について、図１を用い説明する。

【0069】

図１に示すように、本実施形態に係るバイナリ発電システム１は、作動媒体循環路１０と、予熱器１１と、蒸発器１２と、膨張機１３と、凝縮器１４と、ポンプ１５と発電機１６と、インバータ１７と、コントローラ１８と、を備える。

【0070】

作動媒体循環路１０は、作動媒体が循環する経路である。作動媒体は、水よりも沸点が低く、常温で沸騰する媒体、例えば、代替フロン（ＨＦＣ２４５ｆａ等）や、アンモニアと水の混合液や、イソペンタンやイソブタンといった有機物質などを採用することができる。例えば、ＨＦＣ２４５ｆａの沸点は、１５．３［℃］であり、常温で蒸発する媒体である。

【0071】

予熱器１１及び蒸発器１２は、ともに向流装置の原理を用いた熱交換器である。即ち、予熱器１１及び蒸発器１２では、蒸気供給路１９を流れる蒸気あるいは温水に対して、対向する向きに作動媒体が送られ、作動媒体は、予熱器１１で予熱された後、蒸発器で蒸発する。

【0072】

膨張機１３は、作動媒体循環路１０中における蒸発器１２の下流側に設けられている。膨張機１３では、蒸発器１２から送られてきた作動媒体を膨張させる。詳細な図示を省略しているが、本実施形態では、膨張機１３として、雄雌一対のスクリューロータを有する容積式のスクリュー膨張機を採用している。

【0073】

そして、膨張機１３では、送られてきた気相状態の作動媒体の膨張エネルギにより一対のロータが回転駆動される。膨張機１３からは、一対のスクリューロータの内の一方に接続された回転軸１３ａが延出されており、その端部が発電機１６に接続されている。

【0074】

発電機１６は、本実施形態に係るバイナリ発電システム１において、エネルギ回収機として設けられている。発電機１６は、膨張機１３の回転駆動力を受けて、電力を生成する。これにより、供給された蒸気の熱エネルギの回収がなされる。

【0075】

凝縮器１４は、作動媒体循環路１０中における膨張機１３の下流側に設けられている。凝縮器１４は、向流式の熱交換器であって、膨張機１３から送られてくる気相状態の作動媒体と、冷却媒体循環路２０を送られてくる冷却媒体（例えば、冷却水）とが向流方向に流れることで熱交換がなされる。凝縮器１４では、送られてきた作動媒体が上記のように冷却されることにより凝縮され、液相状態となってポンプ１５へと送られる。

【0076】

ポンプ１５は、作動媒体循環路１０中における凝縮器１４の下流側であって、予熱器１１の上流側に設けられている。ポンプ１５の詳細な構成については後述するが、モータと、モータにより回転駆動される複数の羽根車を有する、所謂、多段渦巻きポンプが採用されている。ポンプ１５に送られてきた作動媒体は、所定の圧力まで加圧されて予熱器１１に送り出される。

【0077】

インバータ１７は、ポンプ１５のモータを可変速駆動するためのデバイスである。インバータ１７は、ポンプ１５のモータに供給する電力の周波数を変えることにより、モータの可変速を行う。

【0078】

コントローラ１８は、入力情報に基づき、インバータ１７に対してポンプ１５の可変速に関する指令を出す。

【0079】

２．ポンプ１５の構成及び配置形態
本実施形態に係るバイナリ発電システム１の構成の内、ポンプ１５の構成及び配置形態について、図２及び図３を用い説明する。図２（ａ）は、ポンプ１５の構成及び配置形態を側面側から示す模式断面図であり、図２（ｂ）は、ポンプ１５の構成及び配置形態を上面側から示す模式断面図である。また、図３は、ポンプ１５の構成及び配置形態を端面側から示す模式断面図である。

【0080】

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ポンプ１５は、ケーシング１５０と、回転軸１５１と、複数の羽根車１５２と、モータ１５３と、軸受１５４と、を備える。

【0081】

ケーシング１５０は、中空筒である側周壁１５０ｃと、長手方向の端部に端壁１５０ｄと端壁１５０ｅと、を有する。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ケーシング１５０は、長手方向（Ｘ方向）の寸法が、径方向（Ｙ，Ｚ方向）の寸法に比べて長い、長筒形状をしている。

【0082】

回転軸１５１は、その軸芯Ａｘ_１５がＸ方向（水平方向）に沿う状態で配されている。回転軸１５１は、Ｘ方向右側の端部がケーシング１５０の端壁１５０ｅを挿通して外方に延出されている。回転軸１５１におけるケーシング１５０の外方に延出されてなる端部は、駆動源としてのモータ１５３の駆動軸１５３ａに連結されている。

【0083】

軸受１５４は、ケーシング１５０における端壁１５０ｅの外面側に接合され、軸芯Ａｘ_１５の水平姿勢（Ｘ方向に沿った姿勢）を維持した状態で回転軸１５１を軸支する。即ち、本実施形態では、回転軸１５１を端壁１５０ｅ側の一端で軸支している。ただし、回転軸１５１を端壁１５０ｄと端壁１５０ｅとの両端で軸支することとしてもよい。

【0084】

なお、本実施形態に係るバイナリ発電システム１では、回転軸１５１の軸芯Ａｘ_１５が水平方向になるように、ポンプ１５を配置することとしているが、回転軸１５１の軸芯Ａｘ_１５が鉛直方向（Ｚ方向）に対して交差する状態に配置することとすればよい。例えば、鉛直方向（Ｚ方向）に対して、回転軸１５１の軸芯Ａｘ_１５が７５°以上９０°未満の範囲内となるように配置することも可能である。

【0085】

複数の羽根車１５２は、回転軸１５１におけるケーシング１５０内に収容された部分に対して、Ｘ方向に並んだ状態で接合されている。複数の羽根車１５２は、モータ１５３の回転駆動により、回転軸１５１と一体に回転する。

【0086】

図２（ｂ）に示すように、ケーシング１５０における側周壁１５０ｃには、吸込口１５０ａと吐出口１５０ｂとが開口されている。吸込口１５０ａは、側周壁１５０ｃにおけるＸ方向左側（端壁１５０ｄ側）の部分に開口されている。吐出口１５０ｂは、側周壁１５０ｃにおけるＸ方向右側（端壁１５０ｅ側）の部分に開口されている。

【0087】

図３に示すように、ポンプ１５の吸込口１５０ａには、吸込口配管２１を介して配管２２が接続されており、吐出口１５０ｂ（図３では、図示を省略。）には、吐出口配管２３を介して配管２４が接続されている。

【0088】

凝縮器１４から送られてきた液相状態の作動媒体は、配管２２の管内路２２ａ及び吸込口配管２１の管内路２１ａを通り、ポンプ１５におけるケーシング１５０内に導入される。導入された作動媒体は、複数の羽根車１５２の回転に伴って加圧されながら、紙面奥向きに送られる。そして、加圧された作動媒体は、吐出口配管２３及び配管２４を通り、予熱器１１へと送られる。

【0089】

ここで、図２（ａ）に示すように、本実施形態に係るポンプ１５は、回転軸１５１の軸芯Ａｘ_１５が水平方向（Ｘ方向）に沿うように横向きの姿勢で配置されている。このため、配管２２の管内路２２ａにおいて、作動媒体の液面が図３に示すレベルＬｅｖ１のように低い場合にあっても、ポンプ１５での加圧しながら吐出口１５０ｂへと送ることが十分に可能である。

【0090】

３．参考例に係るポンプ９５の構成及び配置形態
上記のような構成及び配置形態を有するポンプ１５との比較のため、参考例に係るポンプ９５の構成及び配置形態について、図４を用い説明する。

【0091】

図４に示すように、参考例に係るポンプ９５も、ケーシング９５０と、回転軸９５１と、複数の羽根車９５２と、モータ９５３と、軸受９５４と、を備える。この内、回転軸９５１、複数の羽根車９５２、モータ９５３、及び軸受９５４については、上記で説明したポンプ１５の回転軸１５１、複数の羽根車１５２、モータ１５３、及び軸受１５４と構成面での変更箇所はない。このため、これらについての説明を省略する。

【0092】

ポンプ９５におけるケーシング９５０は、中空筒である側周壁９５０ｃと、長手方向の端部に端壁９５０ｄと端壁９５０ｅと、側周壁９５０ｃの一部に沿って設けられ、側周壁９５０ｃの一部とで吐出路９５０ｇを囲む外側壁９５０ｆと、を有する。

【0093】

ケーシング９５０における側周壁９５０ｃのＺ方向下側（端壁９５０ｄ側）には、吸込口９５０ａが開口されており、側周壁９５０ｃのＺ方向上側（端壁９５０ｅ側）には、吐出口９５０ｂが開口されている。そして、ケーシング９５０における外側壁９５０ｆには、Ｚ方向下側に外側吐出口９５０ｈが開口されている。

【0094】

図４に示すように、本参考例に係るポンプ９５は、回転軸９５１の軸芯Ａｘ_９５がＺ方向（鉛直方向）に沿うように、縦向きの姿勢で配置されている。このため、ケーシング９５０における吸込口９５０ａは、Ｚ方向下側に位置し、吐出口９５０ｂは、Ｚ方向上側に位置する。

【0095】

なお、吸込口９５０ａには、吸込口配管９１を介して配管９２が接続され、外側吐出口９５０ｈには、吐出口配管９３を介して配管９４が接続されている。

【0096】

凝縮器から送られてきた作動媒体は、配管９２の管内路９２ａから吸込口配管９１を通って吸込口９５０ａからケーシング９５０内へと導入される。そして、導入された作動媒体は、複数の羽根車９５２の回転駆動によって、加圧されながらＺ方向上側へと送られる。そして、加圧された作動媒体は、吐出口９５０ｂから吐出路９５０ｇ及び外側吐出口９５０ｈ、さらに吐出口配管９３及び配管９４を通り、予熱器へと送られる。

【0097】

４．効果
以下では、第１実施形態に係るバイナリ発電システム１が奏する効果について、図４に示した参考例に係るポンプ９５を備えるシステムを比較対象としながら説明する。

【0098】

４−１．第１実施形態
第１実施形態に係るバイナリ発電システム１では、図２及び図３を用い説明したように、ポンプ１５の配置を、回転軸１５１の軸芯Ａｘ_１５が略水平方向となるように横向きの姿勢で配置している。このため、バイナリ発電システム１では、参考例に係るポンプ９５のように、回転軸９５１の軸芯Ａｘ_９５を鉛直方向（Ｚ方向）に沿うように縦向きの姿勢で配置している場合に比べて、バイナリ発電システム１の再起動時におけるポンプ１５のケーシング１５０内でのキャビテーションの発生を抑制することができる。

【0099】

即ち、第１実施形態に係るバイナリ発電システム１では、ポンプ１５を横向きの姿勢で配置することにより、縦向きの姿勢で配置する参考例の場合に比べて、作動媒体の液面がレベルＬｅｖ１のように低い場合でも、システム再起動時に、作動媒体を吸込口１５０ａから吐出口１５０ｂにスムーズに流通させることができる。

【0100】

これより、バイナリ発電システム１の停止中にも、凝縮器で冷却された作動媒体がポンプ１５のケーシング１５０内にスムーズに導入されることで、吸込口１５０ａ付近での飽和状態が解消される。よって、第１実施形態に係るバイナリ発電システム１では、システム再起動時におけるポンプ１５のケーシング１５０内でのキャビテーションの発生を抑制することができる。

【0101】

従って、バイナリ発電システム１では、システム再起動時におけるポンプ１５のケーシング１５０内でのキャビテーションの発生を抑制することができ、運転不良が発生するのを抑制することができる。

【0102】

また、上記のように、本実施形態に係るポンプ１５では、システム再起動時に、スムーズに作動媒体をケーシング１５０内に流通させることができるので、ケーシング１５０内でのガス溜まりの発生を抑制することができる。

【0103】

これより、本実施形態に係るバイナリ発電システム１では、ガス溜まりの発生に起因するポンプの破損を抑制することができる。

【0104】

従って、第１実施形態に係るバイナリ発電システム１では、システム再起動時に伴うポンプ１５の軸受１５４などの破損を抑制することができ、高い信頼性が長期に亘って維持される。

【0105】

４−２．参考例
一方、図４を用い説明したように、参考例に係るポンプ９５は、回転軸９５１の軸芯Ａｘ_９５が鉛直方向（Ｚ方向）に沿うように縦向きの姿勢で配置されている。このため、ポンプ９５の立ち上げ時を考慮して、ケーシング９５０内を作動媒体で満たしておこうとした場合には、配管９２の管内路９２ａにおいて、作動媒体の液面が図４に示すレベルＬｅｖ２のように高い位置としておくことが必要となる。

【0106】

仮に、配管９２の管内路９２ａにおける作動媒体の液面がレベルＬｅｖ２よりも低い位置にあり、ケーシング９５０内を作動媒体で満たすことができない場合には、システム再起動時におけるポンプ９５の立ち上げに際して、ケーシング９５０内でキャビテーションが発生する場合がある。ケーシング９５０内でキャビテーションが発生した場合には、ケーシング９５０内におけるＺ方向上方部分（矢印Ａで指し示す部分）にガス溜まりが発生する場合がある。

【0107】

このように、ケーシング９５０内におけるＺ方向上方部分にガス溜まりが発生すると、回転軸９５１の回転に伴う発熱により、ガス溜まりが発生しているＺ方向上方部分と端壁９５０ｅを挟んで表裏の関係にある軸受９５４などが熱により破損してしまうおそれ等がある。

【0108】

また、参考例に係るポンプ９５を備えるバイナリ発電システムでは、ポンプ９５の立ち上げ時にガス溜まりが発生する場合があるので、作動媒体が吐出口９５０ｂからスムーズに排出されず、運転不良を生じる場合も生じ得る。

【0109】

［第２実施形態］
１．全体構成
本発明の第２実施形態に係るバイナリ発電システム３の全体構成について、図５を用い説明する。なお、図５では、上記第１実施形態に係るバイナリ発電システム１と同様の構成に対しては、同一の符号を付し、以下での説明を省略する。

【0110】

図５に示すように、本実施形態に係るバイナリ発電システム３は、作動媒体循環路１０と、予熱器１１と、蒸発器１２と、膨張機１３と、凝縮器１４と、ポンプ１５と発電機１６と、インバータ１７と、コントローラ３８と、を備える。また、本実施形態に係るバイナリ発電システム３は、圧力検出部３１と、温度検出部３２と、冷却温度検出部３３と、を備えている。

【0111】

圧力検出部３１は、作動媒体循環路１０中における凝縮器１４とポンプ１５との間に設けられ、凝縮器１４の出口部分における作動媒体の圧力を検出する検出部である。

【0112】

温度検出部３２は、圧力検出部３１と同様に、作動媒体循環路１０中における凝縮器１４とポンプ１５との間に設けられており、凝縮器１４の出口部分における作動媒体の温度を検出する検出部である。

【0113】

冷却温度検出部３３は、凝縮器１４に接続された冷却媒体循環路２０における凝縮器１４への供給口部分に設けられ、凝縮器１４に供給される冷却媒体（例えば、冷却水）の温度を検出するセンサである。

【0114】

コントローラ３８は、上記コントローラ１８と同様に、インバータ１７に信号を送出し、ポンプ１５のモータ１５３の駆動を制御する。コントローラ３８が上記第１実施形態に係るコントローラ１８と異なる部分は、圧力検出部３１、温度検出部３２、及び冷却温度検出部３３からの、圧力情報、温度情報、及び冷却温度情報を逐次受け付け、当該受け付けた情報をモータ１５３の駆動制御（停止制御）に用いる点にある。

【0115】

２．システム停止時にコントローラ３８が実行する制御
本実施形態に係るバイナリ発電システム３のシステム停止時にコントローラ３８が実行する制御について、図６を用い説明する。

【0116】

図６に示すように、コントローラ３８は、システムの停止に際して、先ず、作動媒体循環路１０における凝縮器１４の出口部分での作動媒体の圧力情報Ｐｒ１を圧力検出部３１から取得し、温度情報Ｔｒ１を温度検出部３２から取得する（ステップＳ１）。なお、コントローラ３８による圧力情報Ｐｒ１及び温度情報Ｔｒ１の取得については、システムの停止に際してだけ実行することとしてもよいし、常時、実行することとしてもよい。また、コントローラ３８による圧力情報Ｐｒ１及び温度情報Ｔｒ１の取得については、本実施形態において、逐次実行することとしている。

【0117】

次に、コントローラ３８は、取得した圧力情報（凝縮器１４出口部分での作動媒体の圧力）Ｐｒ１から飽和温度Ｔｓを算出する（ステップＳ２）。そして、コントローラ３８は、算出した飽和温度Ｔｓと取得した温度情報（凝縮器１４出口部分での作動媒体の温度）Ｔｒ１との差分である過冷却度（Ｔｓ−Ｔｒ１）を算出し、当該過冷却度（Ｔｓ−Ｔｒ１）が所定の（目標とする）過冷却度ａ［℃］以上か否かを判定する（ステップＳ３）。

【0118】

コントローラ３８は、ステップＳ３において、（Ｔｓ−Ｔｒ１）＜ａであるとの判定を下した場合には（ステップＳ３：Ｎｏ）、ステップＳ１からステップＳ３を再度実行する。

【0119】

なお、ステップＳ３の判定における所定の過冷却度ａ［℃］は、例えば、１．０［℃］〜２．０［℃］の範囲内の値である。

【0120】

一方、飽和温度に対して、（Ｔｓ−Ｔｒ１）≧ａであるとの判定を下した場合には（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、コントローラ３８は、凝縮器１４に供給される冷却媒体の冷却温度情報（凝縮器１４に供給される冷却媒体の温度）Ｔｗ１を冷却温度検出部３３から取得する（ステップＳ４）。そして、コントローラ３８は、取得した冷却温度情報Ｔｗ１をＴｗ１（ｔｈ）として一旦格納し（ステップＳ５）、インバータ１７に対して、ポンプ１５のモータ１５３に供給する電力のインバータ周波数を、所定値ｂ［Ｈｚ］だけ低下するよう指示を出す（ステップＳ６）。これにより、ポンプ１５のモータ１５３の回転数は、１２０×ｂ／ｐ（ｒｐｍ）だけ低下する。なお、“ｐ”は、モータ１５３の極数である。

【0121】

本実施形態では、上記所定値ｂ［Ｈｚ］は、例えば、０．５〜１．０［Ｈｚ］の範囲内の値である。

【0122】

次に、コントローラ３８は、インバータ周波数を下げた時点での、作動媒体循環路１０における凝縮器１４の出口部分での作動媒体の圧力情報Ｐｒ１と、温度情報Ｔｒ１と、を再度取得する（ステップＳ７）。コントローラ３８は、取得した温度情報Ｔｒ１を用い、飽和温度Ｔｓと取得した温度情報Ｔｒ１との差分である過冷却度（Ｔｓ−Ｔｒ１）を再度算出し、算出した過冷却度（Ｔｓ−Ｔｒ１）が所定の（目標とする）過冷却度ａ［℃］以上か否かの判定を実行する（ステップＳ８）。ステップＳ８において、（Ｔｓ−Ｔｒ１）≧ａであるとの判定を下した場合には（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、冷却媒体の冷却温度情報Ｔｗ１を取得し（ステップＳ９）、取得した冷却温度情報Ｔｗ１がステップＳ５で格納した冷却温度情報Ｔｗ１（ｔｈ）、即ち、インバータ周波数を低下させる前の冷却温度情報Ｔｗ１に対して低下しているか否かの判定を実行する（ステップＳ１０）。

【0123】

コントローラ３８は、ステップＳ８及びステップＳ１０の判定の何れかにおいて、“Ｎｏ”との判定を下した場合には、ステップＳ１に戻り制御を再度実行する。

【0124】

一方、コントローラ３８は、ステップＳ８の判定が“Ｙｅｓ”であり、ステップＳ１０の判定も“Ｙｅｓ”であるとの判定を下した場合には、次に、インバータ１７のインバータ周波数が下限値未満であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。インバータ１７のインバータ周波数が下限値未満であるとの判定を下した場合には（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、コントローラ３８は、ポンプ１５におけるモータ１５３の駆動を停止する（ステップＳ１２）。

【0125】

コントローラ３８は、ステップＳ１１において、インバータ周波数が下限値以上であるとの判定を下した場合には（ステップＳ１１：Ｎｏ）、ステップＳ５からステップＳ１１までのステップを繰り返して実行する。

【0126】

以上のように、本実施形態に係るコントローラ３８は、取得した３つの情報（圧力情報Ｐｒ１、温度情報Ｔｒ１、冷却温度情報Ｔｗ１）に基づいて、過冷却度（Ｔｓ−Ｔｒ１）が所定の過冷却度ａ［℃］以上の状態を維持しながら、ポンプ１５のモータ１５３の回転数を段階的に低下させ、停止させる。

【0127】

３．効果
本実施形態に係るバイナリ発電システム３では、コントローラ３８が、図６に示すような制御の実行により、飽和温度Ｔｓと凝縮器１４の出口部分での作動媒体の温度Ｔｒ１との差分である過冷却度（Ｔｓ−Ｔｒ１）が所定の過冷却度ａ［℃］以上の状態を維持して、凝縮器１４の出口部分での作動媒体の圧力を低下させながらポンプ１５のモータ１５３を段階的又は漸次的に低下させた上で停止させることとしているので、システム再起動時におけるポンプ１５でのキャビテーションの発生を抑制し、運転不良の発生を抑制することができる。

【0128】

なお、上述のように、仮に凝縮器が高温の状態でポンプを急に停止した場合には、凝縮器の下流部における作動媒体の圧力が急激に低下するが、温度が高温であるために飽和状態となる。よって、ポンプの吸込口で作動媒体が飽和状態となる。この状態からシステム再起動した場合には、ポンプの吸込口が過熱状態になり、キャビテーションが発生しやすくなる。

【0129】

これに対して、本実施形態に係るバイナリ発電システム３では、ポンプ１５におけるモータ１５３を、上記のように飽和温度Ｔｓと凝縮器１４の出口部分での作動媒体の温度Ｔｒ１との差分である過冷却度（Ｔｓ−Ｔｒ１）が所定の過冷却度ａ［℃］以上の状態を維持して、凝縮器１４の出口部分での作動媒体の圧力を低下させながらポンプ１５のモータ１５３を段階的又は漸次的に低下させて停止させることとしているので、システム停止時にポンプ１５の吸込口１５０ａで加熱状態になることを抑制でき、システム再起動時におけるポンプ１５のケーシング１５０内でのキャビテーションの発生を抑制することができる。

【0130】

また、本実施形態に係るバイナリ発電システム３においても、上記第１実施形態と同様に、ポンプ１５を横向きの姿勢で配置することにより、縦向きの姿勢で配置する参考例に比べて、作動媒体の液面がレベルＬｅｖ１のように低い場合でも、システム再起動時に、作動媒体を吸込口１５０ａから吐出口１５０ｂにスムーズに流すことができる。よって、本実施形態に係るバイナリ発電システム３でも、上記バイナリ発電システム１と同様に、システム再起動時におけるポンプ１５のケーシング１５０内でのキャビテーションの発生を抑制することができる。

【0131】

従って、本実施形態に係るバイナリ発電システム３では、コントローラ３８による上記のような制御の採用と、上記第１実施形態と同様のポンプ１５の構成及び配置形態の採用と、によりシステムの再起動時におけるポンプ１５のケーシング１５０内でのキャビテーションの発生をより確実に抑制することができ、システムの運転不良やポンプ１５の故障などをより確実に抑制することができる。

【0132】

［第３実施形態］
１．構成
本発明の第３実施形態に係るバイナリ発電システム５の全体構成について、図７を用い説明する。なお、図７では、上記第１実施形態及び上記第２実施形態に係るバイナリ発電システム１，３と同様の構成に対しては、同一の符号を付し、以下での重ねての説明を省略する。

【0133】

図７に示すように、本実施形態に係るバイナリ発電システム５は、作動媒体循環路５０と、予熱器１１と、蒸発器１２と、膨張機１３と、凝縮器５４と、ポンプ１５と発電機１６と、インバータ１７と、コントローラ５８と、を備える。また、バイナリ発電システム５でも、作動媒体循環路５０における凝縮器５４の出口部分に設けられた圧力検出部５１及び温度検出部５２と、凝縮器５４に供給される冷却媒体の温度を検出する冷却温度検出部５３も備える。

【0134】

本実施形態に係るバイナリ発電システム５においても、圧力検出部５１、温度検出部５２、及び冷却温度検出部５３の各機能は、上記第２実施形態に係るバイナリ発電システム３における圧力検出部３１、温度検出部３２、及び冷却温度検出部３３と基本的に同じである。

【0135】

図７に示すように、本実施形態に係る凝縮器５４は、作動媒体循環路５０中において、直列接続された第１凝縮部５４１と第２凝縮部５４２とを備える。第１凝縮部５４１は、作動媒体循環路５０における上流側に配置され、第２凝縮器５４２は、その下流側に配置されている。

【0136】

第１凝縮部５４１に対しては、冷却媒体循環路６０を介して冷却媒体（例えば、冷却水）が供給され、第２凝縮部５４２に対しては、冷却媒体循環路６１を介して冷却媒体（例えば、冷却水）が供給されるようになっている。

【0137】

本実施形態に係るバイナリ発電システム５においても、システムが停止している場合においても、冷却媒体により第１凝縮部５４１及び第２凝縮部５４２の作動媒体は冷却される。

【0138】

圧力検出部５１及び温度検出部５２は、作動媒体循環路５０における第２凝縮部５４２の出口部分に設けられている。換言すると、本実施形態においても、圧力検出部５１及び温度検出部５２は、作動媒体循環路５０における凝縮器５４の出口部分に設けられている。

【0139】

冷却温度検出部５３は、作動媒体循環路５０における下流側に位置する第２凝縮部５４２への冷却媒体循環路６１に設けられており、第２凝縮部５４２に供給される冷却媒体の温度を検出する。

【0140】

コントローラ５８は、上記第２実施形態と同様に、システムの停止時において、取得した３つの情報（圧力情報Ｐｒ１、温度情報Ｔｒ１、冷却温度情報Ｔｗ１）に基づいて、飽和温度Ｔｓと凝縮器出口部分での作動媒体の温度Ｔｒ１との差分である過冷却度（Ｔｓ−Ｔｒ１）が所定の過冷却度ａ［℃］以上の状態を維持しながら、ポンプ１５のモータ１５３の回転数を段階的に低下させ、停止させる。コントローラ５８が実行する制御については、図６に示した制御と同様である。

【0141】

２．効果
本実施形態に係るバイナリ発電システム５でも、上記第２実施形態と同様に、コントローラ５８が、凝縮器５４の出口部分において、作動媒体の温度Ｔｒ１に基づき算出される過冷却度（Ｔｓ−Ｔｒ１）が所定の過冷却度ａ［℃］以上の状態を維持しながら、ポンプ１５のモータ１５３の回転数を段階的に低下させ、停止させることとしているので、システム再起動時におけるポンプ１５でのキャビテーションの発生を抑制し、運転不良の発生を抑制することができる。

【0142】

また、本実施形態に係るバイナリ発電システム５においても、上記第１実施形態及び上記第２実施形態と同様に、ポンプ１５を横向きに配置することにより、システム再起動時におけるポンプ１５のケーシング１５０内でのキャビテーションの発生を抑制することができる。

【0143】

さらに、本実施形態に係るバイナリ発電システム５では、作動媒体循環路５０において直列接続された第１凝縮部５４１と第２凝縮部５４２とで凝縮器５４を構成することとしているので、ポンプ１５に送られる作動媒体がより冷却可能な構成となっている。即ち、本実施形態に係るバイナリ発電システム５では、膨張機１３から送られてきた作動媒体を第１凝縮部５４１と第２凝縮部５４２との２段階で凝縮することとしている。

【0144】

これより、システム停止時における、ポンプ１５での作動媒体の過冷却度を一定以上に維持し易くなり、システム再起動時におけるポンプ１５の吸込口１５０ａ部分での作動媒体の過冷却度がポンプ１５の有効吸込みヘッド（ＮＰＳＨ）以上になるように調整することができる。

【0145】

よって、本実施形態では、凝縮器５４における第２凝縮部５４２が過冷却器として機能し、飽和温度Ｔｓと、凝縮器５４の出口部分での作動媒体の温度Ｔｒ１とに基づき算出される過冷却度（Ｔｓ−Ｔｒ１）が所定の過冷却度ａ［℃］以上である状態を維持しながら、システム停止するのに優位である。

【0146】

従って、本実施形態に係るバイナリ発電システム５では、上記第２実施形態と同様のコントローラ５８によるシステム停止時における制御の採用と、上記第１実施形態及び上記第２実施形態と同様のポンプ１５の構成及び配置形態の採用と、によりシステムの再起動時におけるポンプ１５のケーシング１５０内でのキャビテーションの発生をより確実に抑制することができ、システムの運転不良やポンプ１５の故障などをより確実に抑制することができる。

【0147】

［変形例］
上記第１実施形態から上記第３実施形態では、蒸気供給路１９を介して蒸発器１２に蒸気が供給される構成を採用したが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、蒸発器１２に対して温水や排ガス等が供給される構成であってもよい。

【0148】

また、蒸発器１２に対して、ある程度の温度を有するオイルなどが供給される構成とすることもできる。

【0149】

また、上記第１実施形態から上記第３実施形態では、作動媒体循環路１０，５０におけるポンプ１５と膨張機１３との間に、予熱器１１と蒸発器１２とが設けられてなる構成としたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、作動媒体循環路におけるポンプと膨張機との間に、蒸発器だけが設けられてなる構成を採用することもできる。

【0150】

また、上記第１実施形態から上記第３実施形態では、エネルギ回収機の一例として発電機１６を採用することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、回収された熱エネルギにより、気体や液体を圧縮する圧縮機を採用することもできる。

【0151】

また、上記第２実施形態及び上記第３実施形態では、ポンプ１５におけるモータ１５３の回転数を低下させるために、インバータ周波数を低下させてゆくこととしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、インバータ周波数とともに、印加電圧を低下させる、所謂、可変電圧可変周波数（ＡＶＡＦ；Ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ Ｖｏｌｔａｇｅ Ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）制御を採用することもできる。

【0152】

また、上記第２実施形態及び上記第３実施形態では、コントローラ３８，５８の制御に係るクロック周波数を小さくするにしたがって、ポンプ１５におけるモータ１５３の回転数が漸次的に低下することになる。本発明は、ポンプにおけるモータの回転数が段階的に低下する形態、及び漸次的に低下する形態の両形態について技術的範囲に含む。

【0153】

また、上記第１実施形態から上記第３実施形態の各バイナリ発電システム１，３，５では、ポンプ１５に配置について、回転軸１５１の軸芯Ａｘ_１５が水平方向になる形態を採用することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。即ち、本発明では、ポンプ１５における回転軸１５１の軸芯Ａｘ_１５が鉛直方向（Ｚ方向）に対して交差する状態に配置すればよい。例えば、鉛直方向（Ｚ方向）に対して、回転軸１５１の軸芯Ａｘ_１５が７５°以上９０°未満の範囲内となるように配置することも可能である。これにより、図４に示す参考例のように、回転軸９５１の軸芯Ａｘ_９５が鉛直方向に沿う姿勢でポンプ９５を配置する場合に比べて、再起動時におけるポンプ１５のケーシング１５０内でのキャビテーションの発生を抑制することができる。

【0154】

また、上記第１実施形態から上記第３実施形態では、ポンプ１５において、回転軸１５０に対して６つの羽根車１５２が接合されてなる形態を採用したが、本発明は、これに限定を受けるものではない。回転軸に対して接合される羽根車の数は、２つ〜５つであってもよいし、７つ以上であってもよい。

【0155】

また、上記第１実施形態から上記第３実施形態では、ポンプ１５の駆動源としてモータ１５３を採用することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関や、ガスタービンや、空圧や油圧で回転駆動するアクチュエータなどを採用することも可能である。また、必ずしもポンプの構成要素としてモータを具備する必要はない。外部の駆動源からの回転駆動力を受けてポンプを駆動することとしてもよい。

【0156】

また、上記第１実施形態から上記第３実施形態では、ポンプ１５における回転軸１５１を一方で軸支する片持ち形態としたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。両端で軸支する形態とすることもできる。

【0157】

また、上記第２実施形態及び上記第３実施形態では、ポンプ１５の配置形態に加えて、コントローラ３８，５８による上記制御を実行することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、システムにおけるポンプとして図４に示す参考例に係るポンプ９５を採用することもできる。そして、その上で、コントローラが図６に示すような制御を実行することで、システム再起動時におけるキャビテーションの発生を実質的に抑制することが可能な場合も考えられる。

【0158】

ただし、図２から図４を用い説明したように、ポンプ１５における回転軸１５１の軸芯Ａｘ_１５が鉛直方向（Ｚ方向）に対して交差する向きの姿勢で配置することにより、システム再起動時におけるキャビテーションの発生を抑制するという観点から優位である。

【0159】

また、上記第２実施形態や上記第３実施形態に係る制御を実行する場合には、ポンプとして遠心渦巻きポンプだけでなく、他の形式のポンプを採用することも可能である。例えば、歯車ポンプやベーンポンプ、あるいはねじポンプなどの容積式ポンプを用いることも可能である。

【0160】

また、上記第２実施形態及び上記第３実施形態では、圧力検出部３１，５１、温度検出部３２，５２、及び冷却温度検出部３３，５３を各１つ設けることとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、それぞれ複数の検出部を設けて、それぞれの平均値を算出した上で、当該平均値を用いて上記制御を実行することとしてもよい。これにより、より高精度の制御を実行することができる。

【0161】

また、上記第１実施形態から上記第３実施形態では、予熱器１１、蒸発器１２、凝縮器１４，５４などの熱交換器として、交流型の熱交換器を採用することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、並流型の熱交換器や直交流型の熱交換器などを採用することもできる。

【符号の説明】

【0162】

１，３，５ バイナリ発電システム
１０，５０ 作動媒体循環路
１１ 予熱器
１２ 蒸発器
１３ 膨張機
１４，５４ 凝縮器
１５ ポンプ
１６ 発電機（エネルギ回収機）
１７ インバータ
１８，３８，５８ コントローラ（制御部）
２０，６０，６１ 冷却媒体循環路
３１，５１ 圧力検出部
３２，５２ 温度検出部
３３，５３ 冷却温度検出部
１５０ ケーシング
１５０ａ 吸込口
１５０ｂ 吐出口
１５１ 回転軸
１５２ 羽根車
１５３ モータ（駆動源）
１５４ 軸受
５４１ 第１凝縮部
５４２ 第２凝縮部
Ａｘ_１５ 軸芯

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】