2022-154612 バイナリー発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022154612

(43)【公開日】2022-10-13

(54)【発明の名称】バイナリー発電装置

(51)【国際特許分類】

   F01D 17/08 20060101AFI20221005BHJP

   F01K 9/00 20060101ALI20221005BHJP

   F01D 17/00 20060101ALI20221005BHJP

【ＦＩ】

F01D17/08 A

F01K9/00 Z

F01D17/00 Z

F01D17/00 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021057731

(22)【出願日】2021-03-30

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ・一般社団法人ターボ機械協会 第８４回 長崎講演会にて発表（一般社団法人ターボ機械協会主催：東京都文京区本駒込６丁目３番２６号）

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和２年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業「温泉地域における超分散型エネルギー社会を実現するためのシナリオ策定」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】504205521

【氏名又は名称】国立大学法人 長崎大学

(74)【代理人】

【識別番号】100090033

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 博司

(74)【代理人】

【識別番号】100093045

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 良男

(74)【代理人】

【識別番号】110001209

【氏名又は名称】特許業務法人山口国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 壮一

(72)【発明者】

【氏名】山口 朝彦

【テーマコード（参考）】

3G071

【Ｆターム（参考）】

3G071AA10

3G071AB01

3G071BA09

3G071BA10

3G071FA05

3G071FA06

3G071HA04

3G071HA05

(57)【要約】

【課題】発電効率の低下を抑制することが可能なバイナリー発電装置を提供する。
【解決手段】バイナリー発電装置１００は、熱源１０から供給される熱媒体により作動媒体を蒸発させる蒸発器２０と、蒸発器２０で蒸発した作動媒体の蒸気を膨張させて回転駆動力を発生させるスクロールタービン２２と、スクロールタービン２２で膨張した作動媒体の蒸気を液体に凝縮する凝縮器２６と、凝縮器２６で凝縮された液体を蒸発器２０に循環させるポンプ２８と、作動媒体の温度を検出する第３の温度センサ６０と、第３の温度センサ６０により検出された作動媒体の凝縮器出口温度Ｔ_１と予め設定された制御目標温度Ｔ_１ ^＊との比較結果に基づいて凝縮器２６の出力を制御する制御装置５０とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱源から供給される熱媒体により作動媒体を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器で蒸発した前記作動媒体の蒸気を膨張させて回転駆動力を発生させるスクロールタービンと、
前記スクロールタービンで膨張した前記作動媒体の蒸気を液体に凝縮する凝縮器と、
前記凝縮器で凝縮された前記液体を前記蒸発器に循環させるポンプと、
前記作動媒体の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部により検出された前記作動媒体の温度と予め設定された基準温度値との比較結果に基づいて前記凝縮器の出力を制御する制御装置と、
を備えるバイナリー発電装置。

【請求項2】

前記温度検出部は、前記凝縮器の出口側に設けられ、
前記凝縮器には、前記作動媒体を冷却するためのファンが設けられ、
前記制御装置は、
前記作動媒体の温度が前記基準温度値よりも大きい場合には、前記ファンの回転数が下がるように前記ファンの動作を制御し、
前記作動媒体の温度が前記基準温度値よりも小さい場合には、前記ファンの回転数が上がるように前記ファンの動作を制御する、
請求項１に記載のバイナリー発電装置。

【請求項3】

熱源から供給される熱媒体により作動媒体を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器で蒸発した前記作動媒体の蒸気を膨張させて回転駆動力を発生させるスクロールタービンと、
前記スクロールタービンで膨張した前記作動媒体の蒸気を液体に凝縮する凝縮器と、
前記凝縮器で凝縮された前記液体を前記蒸発器に循環させるポンプと、
前記作動媒体の温度を検出する温度検出部と、
前記熱媒体の流量を計測する流量計測部と、
前記温度検出部により検出された前記温度及び前記流量計測部により計測された前記熱媒体の流量から決定される前記作動媒体の流量と予め設定された基準流量値との比較結果に基づいて前記ポンプの動作を制御する制御装置と、
を備えるバイナリー発電装置。

【請求項4】

前記温度検出部は、前記蒸発器の入口側及び出口側のそれぞれに設けられ、
前記制御装置は、
前記作動媒体の流量が前記基準流量値よりも大きい場合には、前記ポンプの電源周波数が下がるように前記ポンプの動作を制御し、
前記作動媒体の流量が前記基準流量値よりも小さい場合には、前記ポンプの電源周波数が上がるように前記ポンプの動作を制御する、
請求項３に記載のバイナリー発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バイナリー発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、工場排水や温泉等の低温の熱源を利用し、沸点の低い媒体（以下、作動媒体という。）を蒸発させることでタービン発電機を作動させる発電装置が知られている。この発電装置は、熱源系統と作動媒体系統の２つの熱サイクルを有するため、バイナリー発電装置と呼ばれている。バイナリー発電装置としては、１００ｋＷ級の出力が主流である。

【0003】

例えば、特許文献１及び２には、源泉の温泉水を利用して作動媒体を蒸発させることで、タービン等の膨張機を膨張させて回転駆動力を発生させるバイナリー発電装置が開示されている。バイナリー発電装置には、例えば、温水や作動媒体を循環させる循環ポンプが設けられると共に、タービンから排出された作動媒体を冷却するための冷却機構が設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５－１３５０６３号公報

【特許文献2】特開２０１７－７２１２４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、従来におけるバイナリー発電装置では、循環ポンプ又は冷却機構において、過剰な電力で運転されている場合や、常に一定の電力状態で運転されている場合があり、作動媒体等の状態を考慮した最適な電力管理が行われてない場合があった。このような場合には、過剰に電力が消費されることによって、特に数ｋＷ級の小出力のバイナリー発電装置においては、その発電効率が低下してしまうという問題があった。

【0006】

そこで、本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、発電効率の低下を抑制することが可能なバイナリー発電装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係るバイナリー発電装置は、熱源から供給される熱媒体により作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器で蒸発した前記作動媒体の前記蒸気を膨張させて回転駆動力を発生させるスクロールタービンと、前記スクロールタービンで膨張した前記作動媒体の前記蒸気を液体に凝縮する凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された前記液体を前記蒸発器に循環させるポンプと、前記作動媒体の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部により検出された前記作動媒体の温度と予め設定された基準温度値との比較結果に基づいて、前記凝縮器の出力を制御する制御装置と、を備える。

【0008】

また、本発明に係るバイナリー発電装置は、熱源から供給される熱媒体により作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器で蒸発した前記作動媒体の前記蒸気を膨張させて回転駆動力を発生させるスクロールタービンと、前記スクロールタービンで膨張した前記作動媒体の前記蒸気を液体に凝縮する凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された前記液体を前記蒸発器に循環させるポンプと、前記作動媒体の温度を検出する温度検出部と、前記熱媒体の流量を計測する流量計測部と、前記熱媒体の流量及び前記温度により決定される前記作動媒体の流量と予め設定された基準流量値との比較結果に基づいて、前記ポンプの動作を制御する制御装置と、を備える。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、温度検出部により検出された作動媒体の温度に基づいて凝縮器の動作を制御するので、凝縮器において電力が過剰に消費されることを防止できる。また、温度検出部により検出された熱媒体の温度、流量計測部により計測された熱媒体の温度等に基づいてポンプの動作を制御するので、ポンプにおいて電力が過剰に消費されることを防止できる。これらにより、バイナリー発電装置の発電効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施の形態に係るバイナリー発電装置の構成を示すブロック図である。

【図2A】作動流体を冷却する冷却ファンを制御する場合におけるバイナリー発電装置の動作の一例を示すフローチャートである。

【図2B】作動流体を冷却する冷却ファンを制御する場合におけるバイナリー発電装置の動作の一例を示すフローチャートである。

【図3】作動媒体流路を循環する作動流体の質量流量を制御する場合におけるバイナリー発電装置の動作の一例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】

【0011】

［バイナリー発電装置１００の構成例］
図１は、本実施の形態に係るバイナリー発電装置１００の構成を示すブロック図である。バイナリー発電装置１００は、発電電力が数ｋＷの小出力システムである。図１に示すように、バイナリー発電装置１００は、熱源系統側に設けられる熱源１０、ポンプ１２及び熱媒体流路１４と、作動媒体系統側に設けられる蒸発器２０、スクロールタービン２２、発電機２４、凝縮器２６、ポンプ２８及び作動媒体流路３０とを備える。なお、本実施の形態において蒸発器２０は、熱源系統と作動媒体系統の両方に兼用される。

【0012】

まず、熱源系統側について説明する。熱源１０は、例えば、１００℃未満の工場排水や温泉等の低温の熱媒体である。本実施の形態では、熱媒体として温水を利用する場合について説明する。熱媒体流路１４は、熱源１０と蒸発器２０との間、蒸発器２０とポンプ１２との間、ポンプ１２と熱源１０との間に亘って設けられ、温水の流路を形成する。ポンプ１２は、熱源１０からの温水を熱媒体流路１４を介して蒸発器２０に搬送する。温水は、熱媒体流路１４内を循環させる構成とする。

【0013】

次に、作動媒体系統側について説明する。作動媒体流路３０は、蒸発器２０とスクロールタービン２２との間、スクロールタービン２２と凝縮器２６との間、凝縮器２６とポンプ２８との間、ポンプ２８と蒸発器２０との間に亘って設けられ、作動媒体の循環経路を形成する。作動媒体には、例えば、Ｒ２４５ｆａ、Ｒ１２３３ｚｄ、Ｒ１２２４ｙｄ、ＨＦＥ－３４７ｐｃ－ｆ、ＨＦＥ－３４７ｍｃｃ等の低沸点の冷媒を用いることができる。

【0014】

蒸発器２０は、ポンプ２８の作動により搬送される作動媒体を、熱源１０から搬送される温水によって加熱することで蒸発させる。これにより、作動媒体は、気体（蒸気）となり、スクロールタービン２２に供給される。

【0015】

スクロールタービン２２は、蒸発器２０から搬送された気体の作動媒体を互いに噛み合った固定スクロール及び旋回スクロールによって形成される渦巻き状空間内で膨張させて、旋回スクロールを旋回させることで回転力を得る。回転駆動力は、回転軸を介して発電機２４に伝達される。発電機２４は、スクロールタービン２２から回転軸を介して伝達された回転駆動力に基づいて駆動することで発電する。

【0016】

凝縮器２６は、スクロールタービン２２から排気される気体の作動媒体を、例えば凝縮器２６に設けられた冷却ファン２７により冷却、凝縮することで液体の作動媒体に変化させる。液体の作動媒体は、作動媒体流路３０を経由してポンプ２８に搬送される。ポンプ２８は、凝縮器２６により凝縮された作動媒体を蒸発器２０に搬送する。このように、作動媒体は、蒸発器２０、スクロールタービン２２、凝縮器２６及びポンプ２８の間を作動媒体流路３０を経由して循環する。

【0017】

また、バイナリー発電装置１００は、熱源系統に設けられる第１の温度センサ１６、第２の温度センサ１８及び流量センサ（流量計測部）４０と、作動媒体系統に設けられる第３の温度センサ（温度検出部）６０、第４の温度センサ（温度検出部）６２及び第５の温度センサ（温度検出部）６４と、制御装置５０と、第1のインバータ７０と、第1のモータ７２と、第２のインバータ７４と、第２のモータ７６とを備える。第１の温度センサ１６、第２の温度センサ１８、第３の温度センサ６０、第４の温度センサ６２及び第５の温度センサ６４には、例えば熱電対を用いることができる。

【0018】

第１の温度センサ１６は、熱源１０と蒸発器２０との間の熱媒体流路１４であって、蒸発器２０の入口側に設けられる。第１の温度センサ１６は、蒸発器２０の温水の入口温度Ｔ_Hを計測し、この入口温度Ｔ_Hの温度データを制御装置５０に供給する。第２の温度センサ１８は、蒸発器２０とポンプ１２との間の熱媒体流路１４であって、蒸発器２０の出口側に設けられる。第２の温度センサ１８は、蒸発器２０の温水の出口温度Ｔ_Lを計測し、この出口温度Ｔ_Lの温度データを制御装置５０に供給する。

【0019】

流量センサ４０は、蒸発器２０とポンプ１２との間の熱媒体流路１４に設けられる。流量センサ４０は、蒸発器２０から排出された温水の質量流量Ｑ_hwを計測し、質量流量Ｑ_hwのデータを制御装置５０に供給する。

【0020】

第３の温度センサ６０は、凝縮器２６とポンプ２８との間の作動媒体流路３０であって、凝縮器２６の出口側に設けられる。第３の温度センサ６０は、凝縮器２６の出口側の作動媒体の凝縮器出口温度Ｔ₁を計測し、凝縮器出口温度Ｔ₁の温度データを制御装置５０に供給する。

【0021】

第４の温度センサ６２は、ポンプ２８と蒸発器２０との間の作動媒体流路３０であって、蒸発器２０の入口側に設けられる。第４の温度センサ６２は、蒸発器２０の入口側の作動流体の入口温度Ｔ₂を計測し、入口温度Ｔ₂の温度データを制御装置５０に供給する。第５の温度センサ６４は、蒸発器２０とスクロールタービン２２との間の作動媒体流路３０であって、蒸発器２０の出口側に設けられる。第５の温度センサ６４は、蒸発器２０の出口側の作動流体の出口温度Ｔ₃を計測し、出口温度Ｔ₃の温度データを制御装置５０に供給する。

【0022】

制御装置５０は、例えばバイナリー発電装置１００全体の動作を制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５０ａと、例えば後述する図２Ａ、図２Ｂ、図３に示す制御を実現するための所定のプログラムが格納されるメモリ５０ｂとを有する。制御装置５０は、第３の温度センサ６０から供給された凝縮器出口温度Ｔ₁と熱力学的解析により取得した制御目標温度Ｔ₁ ^*（基準温度値）との比較結果に基づいて、凝縮器２６に設けられた冷却ファン２７の動作を制御する。また、制御装置５０は、流量センサ４０により計測された温水の質量流量Ｑ_hw、第１の温度センサ１６により計測された温水の入口温度Ｔ_h、第２の温度センサ１８により計測された温水の出口温度Ｔ_L、第４の温度センサ６２により計測された作動流体の温度Ｔ₂及び第５の温度センサ６４により計測された作動流体の温度Ｔ₃より決定される質量流量Ｑ_Rを熱物性解析の結果である作動流体の制御目標質量流量Ｑ_R ^*（基準流量値）との比較結果に基づいて、ポンプ２８の動作を制御する。

【0023】

第1のインバータ７０は、制御装置５０から供給される制御信号に基づいてスイッチング動作することで直流電力を交流電力に変換し、所定の電圧、所定の周波数の交流電力を第１のモータ７２に供給する。第1のモータ７２は、第1のインバータ７０から供給された交流電力に基づいて駆動することで冷却ファン２７を所定の回転数で回転させる。

【0024】

第２のインバータ７４は、制御装置５０から供給される制御信号に基づいてスイッチング動作することで直流電力を交流電力に変換し、所定の電圧、所定の周波数の交流電力を第２のモータ７６に供給する。第２のモータ７６は、第２のインバータ７４から供給された交流電力に基づいて駆動することでポンプ２８を作動させる。

【0025】

［冷却ファン２７の制御例］
次に、作動媒体の温度を制御する場合におけるバイナリー発電装置１００の動作の一例について説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、作動流体を冷却する冷却ファン２７を制御する場合におけるバイナリー発電装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。なお、本実施の形態で示す式において、＊が付された記号は、解析的又は設計条件に基づいて予め決定された量を意味する。

【0026】

図２Ａに示すように、ステップＳ１００において、バイナリー発電装置１００の運転条件として、スクロールタービン２２の入口側のタービン入口圧力Ｐ₃ ^*、熱媒体流路１４内を流れる温水の質量流量Ｑ_hw ^*、温水の高温熱源温度（蒸発器２０の入口温度）Ｔ_h ^*、蒸発器２０おける高温側の温水の入口温度Ｔ_h ^*と作動流体の出口温度Ｔ₃ ^*との温度差を示す最小温度差ΔＴ_wの各データ（パラメータ）が制御装置５０に入力される。なお、タービン入口圧力Ｐ₃、質量流量Ｑ_hw ^*、高温熱源温度Ｔ_h ^*、出口温度Ｔ₃ ^*は、例えば作動媒体流路３０に各種センサを設けて検出するようにしても良い。

【0027】

次に、ステップＳ１１０において、スクロールタービン２２の設計条件として、排気体積Ｖ₄及び容積比σの各データが制御装置５０に入力される。制御装置５０は、入力された各データを用いて下記式（１）を実行し、スクロールタービン２２の最小体積Ｖ_minを算出する。また、下記式（２）を実行し、スクロールタービン２２の最大体積Ｖ_maxを算出する。

【0028】

【数1】

【0029】

【数2】

【0030】

制御装置５０は、式（１）により算出した最小体積Ｖ_minとスクロールタービン２２の吸入体積Ｖ₃（Ｖ_in）とが等しくなることから、最小体積Ｖ_minの算出結果を吸入体積Ｖ₃として取得する。また、入力された高温熱源温度Ｔ_h ^*と最小温度差ΔＴ_wとの差分からスクロールタービン２２の入口側の入口温度Ｔ₃を算出する。

【0031】

次に、ステップＳ１２０において、制御装置５０は、与えられたスクロールタービン２２のタービン入口圧力Ｐ₃ ^*とスクロールタービン２２の入口温度Ｔ₃とを用いて下記式（３）～式（５）を実行し、熱力学的状態を算出する。熱力学的状態には、スクロールタービン２２の入口における入口密度ρ₃ ^*、入口比エンタルピーｈ₃ ^*、及び入口比エントロピーｓ₃ ^*が含まれる。また、算出した入口温度Ｔ₃、入口密度ρ₃ ^*を用いて下記式（６）を実行し、吸入質量ｍ^*を算出する。なお、作動流体の熱物性値は、例えば公知の熱物性データベースにより取得できる。

【0032】

【数3】

【0033】

【数4】

【0034】

【数5】

【0035】

【数6】

【0036】

次に、ステップＳ１３０において、制御装置５０は、スクロールタービン２２の出口側の出口密度ρ₄ ^*を算出する。作動流体がスクロールタービン２２の内部で理想的な断熱膨張するものと仮定した場合、吸入質量ｍ^*は保存され、スクロールタービン２２の排気体積Ｖ₄ ^*は既に分かっているので、スクロールタービン２２の出口側の出口密度ρ₄ ^*は下記式（７）により算出できる。また、断熱膨張を仮定した場合、スクロールタービン２２の出口側の出口比エントロピーｓ₄ ^*と入口側の入口比エントロピーｓ₃ ^*とは、下記式（８）に示すように等しくなるので、入口比エントロピーｓ₃ ^*を出口比エントロピーｓ₄ ^*として取得できる。

【0037】

【数7】

【0038】

【数8】

【0039】

続けて、制御装置５０は、上記式（７）及び式（８）に示した２つの状態量（ρ₄ ^*，ｓ₄ ^*）を用いて下記式（９）～（１１）により、スクロールタービン２２の出口側の熱力学的状態を算出する。熱力学的状態には、スクロールタービン２２の出口側における作動媒体の出口温度Ｔ₄ ^*、出口圧力Ｐ₄ ^*及び出口比エンタルピーｈ₄ ^*が含まれる。

【0040】

【数9】

【0041】

【数10】

【0042】

【数11】

【0043】

ステップＳ１４０において、断熱効率η_sは下記式（１２）で定義される。断熱効率η_sには予め所定値が与えられる。

【0044】

【数12】

【0045】

ステップＳ１５０において、制御装置５０は、上記式（４）、式（６）、式（１１）で算出した入口比エンタルピーｈ₃ ^*、出口比エンタルピーｈ₄ ^*、吸入質量ｍ^*を用いて、断熱効率η_sを考慮したスクロールタービン２２の出口における熱力学的状態を下記式（１３）、式（１４）により算出する。

【0046】

【数13】

【0047】

【数14】

【0048】

続けて、制御装置５０は、上記式（１３）、式（１４）に示した２つの状態量を用いて下記式（１５）を実行し、断熱効率η_sが考慮されたスクロールタービン２２の出口側の出口圧力Ｐ_4s ^*を算出する。

【0049】

【数15】

【0050】

図２Ｂに示すように、ステップＳ１６０において、制御装置５０は、出口圧力Ｐ_4s ^*において作動流体が凝縮器２６の出口側で飽和液になるまで一定に保持される。凝縮器２６の作動流体が飽和液のとき、スクロールタービン２２の出口側の出口圧力Ｐ_4s ^*と凝縮器２６の出口側の出口圧力Ｐ₁ ^*とは等しくなることから、スクロールタービン２２の出口側の出口圧力Ｐ_4s ^*を凝縮器２６の出口側の出口圧力Ｐ₁ ^*として取得する。さらに、出口圧力Ｐ₁ ^*に基づいて下記式（１６）を実行することにより、凝縮器２６の出口側の作動流体の制御目標温度Ｔ₁ ^*を算出する。凝縮器２６の出口側の制御目標温度Ｔ₁ ^*は、凝縮器２６の出口圧力Ｐ₄ ^*における飽和液の温度であり、実測値と比較する際の基準値として用いられる。

【0051】

【数16】

なお、式（１６）のＡ、Ｂ、Ｃは、作動流体の蒸気圧と温度の単位に依存する定数（アントワン定数）である。

【0052】

ステップＳ１７０において、第３の温度センサ６０は、凝縮器２６の出口側の作動流体の凝縮器出口温度Ｔ₁を計測する。第３の温度センサ６０により計測された作動流体の凝縮器出口温度Ｔ₁のデータは、制御装置５０に供給される。

【0053】

ステップＳ１８０において、制御装置５０は、第３の温度センサ６０から供給された作動流体の凝縮器出口温度Ｔ₁と、熱力学的解析により取得した作動流体の制御目標温度Ｔ₁ ^*との差分Ｄ１が、予め設定された余裕温度ΔＴ_conを超えるか否かを判別する。ここで、余裕温度ΔＴ_conとは、解析的に決定された制御目標温度Ｔ₁ ^*から許容することが可能な作動媒体の温度の範囲を意味する。差分Ｄ１が予め設定された余裕温度ΔＴ_conを超える場合、言い換えると、実測値の凝縮器出口温度Ｔ₁が制御目標温度Ｔ₁ ^*よりも大きい場合にはステップＳ１９０に進む。

【0054】

ステップＳ１９０において、制御装置５０は、凝縮器２６に設けられた冷却ファン２７の回転数が上がるよう第１のインバータ７０を制御することで冷却ファン２７の回転数を制御する。これにより、冷却ファン２７の回転数が上がり、作動媒体流路３０内を流れる作動流体に当たる風量が多くなることで、作動流体の温度が下がる。冷却ファン２７の制御が終了したら、ステップＳ１７０に戻る。

【0055】

一方、差分Ｄ１が予め設定された余裕温度ΔＴ_con以下の場合、言い換えると、実測値の凝縮器出口温度Ｔ₁が制御目標温度Ｔ₁ ^*よりも小さい場合には、ステップＳ２００に進む。ステップＳ２００において、制御装置５０は、熱力学的解析により取得した制御目標温度Ｔ₁ ^*と第３の温度センサ６０から供給された凝縮器出口温度Ｔ₁との差分Ｄ２が、予め設定された余裕温度ΔＴ_conを超えるか否かを判別する。差分Ｄ２が予め設定された余裕温度ΔＴ_conを超える場合には、ステップＳ２１０に進む。

【0056】

ステップＳ２１０において、制御装置５０は、凝縮器２６に設けられた冷却ファン２７の回転数が下がるよう第１のインバータ７０を制御することで冷却ファン２７の回転数を制御する。これにより、冷却ファン２７の回転数が下がり、作動媒体流路３０内を流れる作動流体に当たる風量が少なくなることで、作動流体の温度が上昇する。冷却ファン２７の制御が終了したら、ステップＳ１７０に戻る。

【0057】

また、ステップＳ２００において、算出した差分Ｄ２が予め設定された余裕温度ΔＴ_con以下となる場合、つまり、差分Ｄ１、差分Ｄ２が余裕温度ΔＴ_conの範囲内にある（一致する）場合には、作動流体の温度は正常の範囲であるため、冷却ファン２７の制御を行わずに、ステップＳ１７０に戻る。

【0058】

なお、凝縮器２６の出口側の制御目標温度Ｔ₁ ^*を決定する方法については、上述した例に限定されることはない。例えば、スクロールタービン２２の出口側に圧力センサを設け、この圧力センサにより計測された出口圧力を用いて制御目標温度Ｔ₁ ^*を決定しても良い。具体的には、圧力センサにより計測されたスクロールタービン２２の出口側における実測値の出口圧力を凝縮器２６の出口側の出口圧力Ｐ₁として取得し、出口圧力Ｐ₁における飽和液の温度を凝縮器２６の出口側の制御目標温度Ｔ₁ ^*として逐次解析的に決定しても良い。この場合には、実測値の出口圧力を逐次フィードバック制御できるので、最適な基準温度値を設定できる。

【0059】

［ポンプ２８の制御例］
次に、作動媒体の流量を制御する場合のバイナリー発電装置１００の動作の一例について説明する。図３は、作動媒体流路３０を循環する作動流体の質量流量を制御する場合におけるバイナリー発電装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。

【0060】

ステップＳ３００において、バイナリー発電装置１００の運転条件として、温水の比熱Ｃ_p、温水の入口温度Ｔ_H ^*、温水の出口温度Ｔ_L ^*、温水の質量流量Ｑ_hw ^*の各データがそれぞれ制御装置５０に入力される。なお、温水の入口温度Ｔ_H ^*、温水の質量流量Ｑ_hw ^*の各データについては、図２ＡのステップＳ１００のバイナリー発電装置１００の運転条件で用いた各データを利用できる。また、制御装置５０は、蒸発器２０の入口側の作動流体の入口比エンタルピーｈ₂ ^*及び蒸発器２０の出口側の作動流体の出口比エンタルピーｈ₃ ^*を、図２ＡのステップＳ１２０で説明した熱力学的解析と同様の解析方法を利用して算出する。

【0061】

ステップＳ３１０において、制御装置５０は、入力された各データを用いて式（１７）を実行し、作動流体の制御目標質量流量Ｑ_R ^*を算出する。なお、作動流体の制御目標質量流量Ｑ_R ^*は、蒸発器２０において温水の供給熱量が１００％作動流体に熱交換されると仮定した場合の作動流体の質量流量であり、実測値の作動媒体の質量流量Ｑ_Rと比較する際の基準値として用いられる。

【0062】

【数17】

【0063】

ステップＳ３２０において、第１の温度センサ１６は蒸発器２０の入口側の温水の入口温度Ｔ_Hを計測し、第２の温度センサ１８は蒸発器２０の出口側の温水の出口温度Ｔ_Lを計測する。また、第４の温度センサ６２は蒸発器２０の入口側の作動流体の入口温度Ｔ₂を計測し、第５の温度センサ６４は蒸発器２０の出口側の作動流体の出口温度Ｔ₃を計測する。流量センサ４０は、熱媒体流路１４内を流れる温水の質量流量Ｑ_hwを測定する。制御装置５０には、計測された入口温度Ｔ_H、出口温度Ｔ_L、入口温度Ｔ₂、出口温度Ｔ₃、質量流量Ｑ_hwの各実測値が入力される。

【0064】

ステップＳ３３０において、制御装置５０は、入力された各実測値を用いて式（１８）を実行し、作動流体の質量流量Ｑ_Rを算出する。なお、式（１８）中の温水の比熱Ｃ_pについては、ステップＳ３００のバイナリー発電装置１００の運転条件で説明した温水の比熱Ｃ_pを利用できる。

【0065】

【数18】

【0066】

ステップＳ３４０において、制御装置５０は、実測値である作動流体の質量流量Ｑ_Rと熱物性解析の結果である作動流体の制御目標質量流量Ｑ_R ^*との差分Ｄ３を算出し、算出した差分Ｄ３が予め設定された余裕質量流量ΔQより大きいか否かを判別する。ここで、余裕質量流量ΔQとは、解析的に決定される制御目標流量Ｑ_R ^*から許容することが可能な作動媒体の流量の範囲を意味する。差分Ｄ３が余裕質量流量ΔQより大きい場合、言い換えると、実測値の質量流量Ｑ_Rが制御目標質量流量Ｑ_R ^*よりも大きい場合には、ステップＳ３５０に進む。

【0067】

ステップＳ３５０において、制御装置５０は、ポンプ２８の電源周波数Δｆが下がるよう第２のインバータ７４を制御することでポンプ２８の動作を制御する。これにより、ポンプ２８の電源周波数が下がることで、ポンプ２８から排出される作動媒体の流量を減少させることができる。ポンプ２８の制御が終了したら、ステップＳ３４０に戻る。

【0068】

一方、算出した差分Ｄ３が予め設定された余裕質量流量ΔQ以下となる場合、言い換えると、実測値の質量流量Ｑ_Rが制御目標質量流量Ｑ_R ^*よりも小さい場合には、ステップＳ３６０に進む。ステップＳ３６０において、制御装置５０は、熱物性解析の結果である制御目標質量流量Ｑ_R ^*と実測値である作動流体の質量流量Ｑ_Rとの差分Ｄ４が予め設定された余裕質量流量ΔQより大きいか否かを判別する。差分Ｄ４が予め設定された余裕質量流量ΔQより大きい場合には、ステップＳ３７０に進む

【0069】

ステップＳ３７０において、制御装置５０は、ポンプ２８の電源周波数Δｆが上がるよう第２のインバータ７４を制御することでポンプ２８の動作を制御する。これにより、ポンプ２８の電源周波数が上がることで、ポンプ２８から排出される作動媒体の流量を増加させることができる。ポンプ２８の制御が終了したら、ステップＳ３４０に進む。

【0070】

また、ステップＳ３７０において、算出した差分Ｄ４が予め設定された余裕質量流量ΔQ以下となる場合には、つまり、差分Ｄ３、差分Ｄ４が余裕質量流量ΔQの範囲内にある（一致する）場合には、作動流体の質量流量Ｑ_Rは正常の範囲であるため、ポンプ２８の制御を行わずに、ステップＳ３４０に戻る。

【0071】

以上説明したように、本実施の形態によれば、第３の温度センサ６０により計測された作動媒体の凝縮器出口温度Ｔ₁に基づいて凝縮器２６の冷却ファン２７の回転数を上昇又は低下させるので、作動媒体の温度を最適な状態で管理できると共に冷却ファン２７の無駄な駆動を防止できる。これにより、冷却ファン２７において電力が過剰に消費されることを防止でき、バイナリー発電装置１００における発電効率を向上させることができる。

【0072】

また、本実施の形態によれば、第１の温度センサ１６等により計測された温水の入口温度Ｔ_h、流量センサ４０により計測された温水の質量流量Ｑ_hw等により決定される作動媒体の流量に基づいて、ポンプ２８の電源周波数を上昇又は低下させるので、作動媒体流路３０内を流れる作動媒体の流量を最適な状態で管理できると共にポンプ２８の無駄な駆動を防止できる。これにより、ポンプ２８において電力が過剰に消費されることを防止でき、バイナリー発電装置１００における発電効率を向上させることができる。

【0073】

以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。

【0074】

上述した実施の形態では、凝縮器２６において作動媒体を冷却する手段として冷却ファン２７を用いた例について説明したが、これに限定されることはない。例えば、バイナリー発電装置１００の発電量が大きい場合には、ポンプによって冷却水を循環させることで作動媒体を冷却する水冷方式を採用しても良い。この水冷方式による制御を採用した場合でも、上述したステップＳ１００～Ｓ２１０で説明した熱力学解析と同様の方法により作動媒体の温度制御を行うことができる。

【0075】

また、上述した実施の形態では、基準値（閾値）としての制御目標温度Ｔ₁ ^*、制御目標質量流量Ｑ_R ^*を制御装置５０により演算、取得する例について説明したが、これに限定されることはない。例えば、制御装置５０とは異なる他のコンピュータにより制御目標温度Ｔ₁ ^*等を予め作成し、作成した制御目標温度Ｔ₁ ^*等を制御装置５０に直接又はネットワークを介して入力するようにしても良い。

【符号の説明】

【0076】

１０ 熱源
１４ 熱媒体流路
１６ 第１の温度センサ
１８ 第２の温度センサ
２０ 蒸発器
２２ スクロールタービン
２４ 発電機
２６ 凝縮器
２８ ポンプ
３０ 作動媒体流路
４０ 流量センサ（流量計測部）
５０ 制御装置
６０ 第３の温度センサ（温度検出部）
６２ 第４の温度センサ（温度検出部）
６４ 第５の温度センサ（温度検出部）
１００ バイナリー発電装置

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】