特許 7449712 ランキンサイクル装置およびその運転方法

(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】

(24)【登録日】2024-03-06

(45)【発行日】2024-03-14

(54)【発明の名称】ランキンサイクル装置およびその運転方法

(51)【国際特許分類】

   F01D 25/10 20060101AFI20240307BHJP

   F01D 17/08 20060101ALI20240307BHJP

   F01D 17/00 20060101ALI20240307BHJP

【ＦＩ】

F01D25/10 C

F01D17/08 A

F01D17/00 J

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2020025944

(22)【出願日】2020-02-19

(65)【公開番号】P2021131049

(43)【公開日】2021-09-09

【審査請求日】2023-01-13

【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）平成２７年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「未利用熱エネルギーの革新的活用技術研究開発」に係る委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000005821

【氏名又は名称】パナソニックホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004314

【氏名又は名称】弁理士法人青藍国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100107641

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 耕一

(72)【発明者】

【氏名】本間 雅也

(72)【発明者】

【氏名】倉本 哲英

【審査官】西山 智宏

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－２８７４３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０７８６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１２１６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－００９８９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｄ１７／００－２１／２０

Ｆ０１Ｄ２５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポンプと、第１部分と、蒸発器と、膨張機と、第２部分と、凝縮器と、をこの順に作動流体が流れ、前記第１部分を流れる前記作動流体と前記第２部分を流れる前記作動流体とが熱交換する再熱器が設けられている主流路と、
前記主流路における前記蒸発器よりも下流側かつ前記第２部分よりも上流側の部分と、前記主流路における前記第２部分よりも下流側かつ前記凝縮器よりも上流側の部分と、を接続し、弁が設けられたバイパス流路と、を備え、
前記作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇しかつ／または前記作動流体の圧力が閾値圧力を跨いで上昇したときに、前記バイパス流路における前記作動流体の流量が増加する、ランキンサイクル装置。

【請求項2】

前記作動流体の温度が前記閾値温度を跨いで上昇したときに、前記バイパス流路における前記作動流体の流量が増加し、
前記閾値温度は、前記作動流体の分解温度未満の値である、請求項１に記載のランキンサイクル装置。

【請求項3】

前記閾値温度と前記分解温度の差は、８０℃以下である、請求項２に記載のランキンサイクル装置。

【請求項4】

前記作動流体の圧力が前記閾値圧力を跨いで上昇したときに、前記バイパス流路における前記作動流体の流量が増加し、
前記作動流体の圧力が前記閾値圧力であるときの前記作動流体の飽和温度は、前記作動流体の分解温度未満である、請求項１に記載のランキンサイクル装置。

【請求項5】

前記飽和温度と前記分解温度の差は、１７０℃以下である、請求項４に記載のランキンサイクル装置。

【請求項6】

前記主流路における前記蒸発器の入口よりも下流側かつ前記膨張機の入口よりも上流側の部分である特定部分における前記作動流体の温度が前記閾値温度を跨いで上昇しかつ／または前記特定部分における前記作動流体の圧力が前記閾値圧力を跨いで上昇したときに、前記バイパス流路における前記作動流体の流量が増加する、請求項１から５のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。

【請求項7】

前記作動流体の温度が前記閾値温度を跨いで上昇しかつ／または前記作動流体の圧力が前記閾値圧力を跨いで上昇したときに、前記バイパス流路における前記作動流体の流量が増加するとともに、前記ポンプの回転数が増加する、請求項１から６のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。

【請求項8】

前記ランキンサイクル装置は、前記作動流体と熱交換するべき冷却媒体を前記凝縮器に送り込むファンをさらに備え、
前記作動流体の温度が前記閾値温度を跨いで上昇しかつ／または前記作動流体の圧力が前記閾値圧力を跨いで上昇したときに、前記バイパス流路における前記作動流体の流量が増加するとともに、前記ファンの回転数が増加する、請求項１から７のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。

【請求項9】

ポンプと、第１部分と、蒸発器と、膨張機と、第２部分と、凝縮器と、をこの順に作動流体が流れ、前記第１部分を流れる前記作動流体と前記第２部分を流れる前記作動流体とが熱交換する再熱器が設けられている主流路と、
前記主流路における前記蒸発器よりも下流側かつ前記第２部分よりも上流側の部分と、前記主流路における前記第２部分よりも下流側かつ前記凝縮器よりも上流側の部分と、を接続し、弁が設けられたバイパス流路と、を備え、
前記作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇しかつ／または前記作動流体の圧力が閾値圧力を跨いで上昇したときに、前記弁の開度が大きくなる、ランキンサイクル装置。

【請求項10】

前記バイパス流路は、前記主流路における前記蒸発器よりも下流側かつ前記膨張機よりも上流側の部分と、前記主流路における前記第２部分よりも下流側かつ前記凝縮器よりも上流側の部分と、を接続する、請求項１から９のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。

【請求項11】

ポンプと、第１部分と、蒸発器と、膨張機と、第２部分と、凝縮器と、をこの順に作動流体が流れ、前記第１部分を流れる前記作動流体と前記第２部分を流れる前記作動流体とが熱交換する再熱器が設けられている主流路と、
前記主流路における前記蒸発器よりも下流側かつ前記第２部分よりも上流側の部分と、前記主流路における前記第２部分よりも下流側かつ前記凝縮器よりも上流側の部分と、を接続し、弁が設けられたバイパス流路と、を備え、
前記バイパス流路は、前記主流路における前記膨張機よりも下流側かつ前記第２部分よりも上流側の部分と、前記主流路における前記第２部分よりも下流側かつ前記凝縮器よりも上流側の部分と、を接続する、ランキンサイクル装置。

【請求項12】

筐体と、
前記筐体内の空間を、前記膨張機を収容する第１空間と、前記凝縮器および前記弁を収容する第２空間と、に仕切る仕切りと、を備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。

【請求項13】

前記作動流体は、フッ素化合物である、請求項１から１２のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。

【請求項14】

前記ランキンサイクル装置は、前記ランキンサイクル装置の外部から前記蒸発器に排気ガスを導く排熱流路を備え、
前記排熱流路内に、前記蒸発器が設けられている、請求項１から１３のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。

【請求項15】

第１モードにおいて、主流路において、ポンプと、第１部分と、蒸発器と、膨張機と、第２部分と、凝縮器と、をこの順に作動流体を流すことと、
第２モードにおいて、前記主流路における前記蒸発器よりも下流側かつ前記第２部分よりも上流側の部分から、バイパス流路を経由して、前記主流路における前記第２部分よりも下流側かつ前記凝縮器よりも上流側の部分へと、前記作動流体を流すことと、を含み、
前記主流路において、前記第１部分を流れる前記作動流体と前記第２部分を流れる前記作動流体とが熱交換する再熱器が設けられており、
前記作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇しかつ／または前記作動流体の圧力が閾値圧力を跨いで上昇したときに、前記バイパス流路における前記作動流体の流量が増加する、ランキンサイクル装置の運転方法。

【請求項16】

第１モードにおいて、主流路において、ポンプと、第１部分と、蒸発器と、膨張機と、第２部分と、凝縮器と、をこの順に作動流体を流すことと、
第２モードにおいて、前記主流路における前記蒸発器よりも下流側かつ前記第２部分よりも上流側の部分から、弁が設けられたバイパス流路を経由して、前記主流路における前記第２部分よりも下流側かつ前記凝縮器よりも上流側の部分へと、前記作動流体を流すことと、を含み、
前記主流路において、前記第１部分を流れる前記作動流体と前記第２部分を流れる前記作動流体とが熱交換する再熱器が設けられており、
前記作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇しかつ／または前記作動流体の圧力が閾値圧力を跨いで上昇したときに、前記弁の開度が大きくなる、ランキンサイクル装置の運転方法。

【請求項17】

第１モードにおいて、主流路において、ポンプと、第１部分と、蒸発器と、膨張機と、第２部分と、凝縮器と、をこの順に作動流体を流すことと、
第２モードにおいて、前記主流路における前記蒸発器よりも下流側かつ前記第２部分よりも上流側の部分から、バイパス流路を経由して、前記主流路における前記第２部分よりも下流側かつ前記凝縮器よりも上流側の部分へと、前記作動流体を流すことと、を含み、
前記主流路において、前記第１部分を流れる前記作動流体と前記第２部分を流れる前記作動流体とが熱交換する再熱器が設けられており、
前記バイパス流路は、前記主流路における前記膨張機よりも下流側かつ前記第２部分よりも上流側の部分と、前記主流路における前記第２部分よりも下流側かつ前記凝縮器よりも上流側の部分と、を接続する、ランキンサイクル装置の運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ランキンサイクル装置およびその運転方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ランキンサイクル装置に関する種々の検討がなされている。特許文献１および２には、ランキンサイクル装置が開示されている。

【0003】

特許文献１のランキンサイクル装置は、膨張機、凝縮器、ポンプおよび蒸発器を備えている。作動流体は、これらの構成要素を上記の順番で循環する。

【0004】

特許文献１のランキンサイクル装置は、さらに、再熱器を備えている。再熱器において、膨張機から吐出された作動流体の熱エネルギーが、ポンプから吐出された作動流体に伝えられ得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１５－７８６８５号公報

【文献】特開２００７－９８９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本開示は、再熱器を備えたランキンサイクル装置において、信頼性を確保するのに適した技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示におけるランキンサイクル装置は、
ポンプと、第１部分と、蒸発器と、膨張機と、第２部分と、凝縮器と、をこの順に作動流体が流れ、前記第１部分を流れる前記作動流体と前記第２部分を流れる前記作動流体とが熱交換する再熱器が設けられている主流路と、
前記主流路における前記蒸発器よりも下流側かつ前記第２部分よりも上流側の部分と、前記主流路における前記第２部分よりも下流側かつ前記凝縮器よりも上流側の部分と、を接続し、弁が設けられたバイパス流路と、を備える。

【0008】

本開示のランキンサイクル装置の運転方法は、
第１モードにおいて、主流路において、ポンプと、第１部分と、蒸発器と、膨張機と、第２部分と、凝縮器と、をこの順に作動流体を流すことと、ここで、前記第１部分を流れる前記作動流体と前記第２部分を流れる前記作動流体とが熱交換する再熱器が設けられている、
第２モードにおいて、前記主流路における前記蒸発器よりも下流側かつ前記第２部分よりも上流側の部分から、バイパス流路を経由して、前記主流路における前記第２部分よりも下流側かつ前記凝縮器よりも上流側の部分へと、前記作動流体を流すことと、を含む。

【発明の効果】

【0009】

本開示に係る技術は、再熱器を備えたランキンサイクル装置において、信頼性を確保するのに適している。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態１におけるランキンサイクル装置を示す図

【図2】実施の形態１における空冷ユニットの構成図

【図3】実施の形態２におけるランキンサイクル装置を示す図

【図4】実施の形態３におけるランキンサイクル装置を示す図

【発明を実施するための形態】

【0011】

（本開示の基礎となった知見等）
発明者らが本開示に想到するに至った当時、膨張機、凝縮器、ポンプおよび蒸発器がこの順に接続されているとともに、再熱器が設けられたランキンサイクル装置があった。特許文献１には、そのようなランキンサイクル装置が開示されている。

【0012】

蒸発器において、熱源からの熱源流体と、作動流体とが熱交換する。これにより、作動流体が加熱される。そして、蒸発器から高温の作動流体が流出する。

【0013】

再熱器において、膨張機から吐出された作動流体の熱エネルギーが、ポンプから吐出された作動流体に伝えられ得る。このようにすれは、蒸発器に流入する作動流体の温度を高めることができる。このことは、ランキンサイクル装置の運転効率を向上させ得る。

【0014】

しかしながら、蒸発器に流入する作動流体の温度が高いと、蒸発器から流出する高温作動流体の温度も高くなり易い。定常運転における高温作動流体の温度を高めると、安全性が低下し得る。具体的には、熱源の過渡変動により熱源流体の温度が過渡的に上昇し、蒸発器から流出する高温作動流体の温度が高い温度を基準にさらに上昇し得る。このようにして作動流体の温度が過度に上昇すると、作動流体は分解し得る。また、作動流体の温度が上昇すると、作動流体の圧力も上昇する傾向にある。作動流体の圧力が過度に上昇することもまた、ランキンサイクル装置の安全性を低下させ得る。

【0015】

このように、再熱器は、ランキンサイクル装置の運転効率を向上させるというメリットをもたらし得る。一方で、再熱器は、ランキンサイクル装置の信頼性を低下させるというデメリットももたらし得る。

【0016】

再熱器を用いる技術に、作動流体の温度を高めるための他の技術が組み合わされることがある。例えば、特許文献１のランキンサイクル装置では、工場の排気ダクトに蒸発器が配置されている。そのため、排気ガスの熱が作動流体に直接的に与えられる。一方、特許文献２のランキンサイクル装置では、廃熱が冷却水を介して作動流体に間接的に与えられる。作動流体に熱を直接的に与える場合は、作動流体に熱を間接的に与える場合に比べ、作動流体の温度を高め易い。再熱器を用いる技術と作動流体に熱を直接的に与える技術とを組み合わせると、蒸発器から流出する高温作動流体の温度を高め易い。この組み合わせを行うと、上記のメリットのみならずデメリットも大きくなり得る。

【0017】

本発明者らは、上記のように、再熱器が設けられたランキンサイクル装置には、運転効率の向上と信頼性の確保との間にトレードオフの関係があることを見出した。このトレードオフの関係は、再熱器が設けられているとともに蒸発器において作動流体に熱が直接的に与えられるランキンサイクル装置においては、顕在化し得る。そこで、本発明者らは、運転効率の向上と信頼性の確保とを高いレベルで両立させ得る技術を検討した。

【0018】

以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。

【0019】

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

【0020】

（実施の形態１）
以下、図１を用いて、実施の形態１を説明する。

【0021】

［１－１．構成］
図１において、ランキンサイクル装置５０は、主流路Ｆ１と、バイパス流路Ｆ２と、熱源流路９と、制御器１２と、ファン６と、を備えている。主流路Ｆ１およびバイパス流路Ｆ２には、作動流体が流れる。熱源流路９には、熱源Ｓからの熱源流体Ｇが流れる。

【0022】

主流路Ｆ１は、ポンプ１と、再熱器２と、蒸発器３と、膨張機４と、凝縮器５と、を有している。再熱器２は、第１部分２ａと、第２部分２ｂと、を含んでいる。再熱器２において、第１部分２ａおよび第２部分２ｂは、互いを流れる作動流体の間で熱交換がなされるように構成されている。

【0023】

主流路Ｆ１において、ポンプ１と、第１部分２ａと、蒸発器３と、膨張機４と、第２部分２ｂと、凝縮器５とを、この順に作動流体が流れる。再熱器２において、第１部分２ａを流れる作動流体と第２部分２ｂを流れる作動流体とが熱交換する。主流路Ｆ１において、ポンプ１と、第１部分２ａと、蒸発器３と、膨張機４と、第２部分２ｂと、凝縮器５とは、配管によって環状にこの順で接続されている。

【0024】

バイパス流路Ｆ２は、主流路Ｆ１における蒸発器３よりも下流側かつ第２部分２ｂよりも上流側の部分と、主流路Ｆ１における第２部分２ｂよりも下流側かつ凝縮器５よりも上流側の部分と、を接続している。具体的には、バイパス流路Ｆ２は、主流路Ｆ１における蒸発器３よりも下流側かつ膨張機４よりも上流側の部分と、主流路Ｆ１における第２部分２ｂよりも下流側かつ凝縮器５よりも上流側の部分と、を接続している。

【0025】

バイパス流路Ｆ２は、弁８を有している。

【0026】

熱源流路９は、熱源Ｓから蒸発器３に熱源流体Ｇを導く。熱源Ｓは、ランキンサイクル装置５０の外部に設けられている。図１の例では、熱源流路９内に、蒸発器３が設けられている。

【0027】

具体的には、熱源Ｓは、工場、焼却炉等の施設である。熱源流体Ｇは、排気ガスである。熱源流路９は、排熱流路であり、具体的には排気ダクトである。蒸発器３は、排熱エネルギーを回収する熱交換器である。

【0028】

以下、ランキンサイクル装置５０の各構成要素について説明する。

【0029】

ポンプ１は、作動流体を吸い込んで圧送する。本実施の形態では、ポンプ１は、容積型のギヤポンプである。

【0030】

蒸発器３は、熱源流体Ｇの熱エネルギーを回収する熱交換器である。作動流体は、蒸発器３において、熱源流体Ｇによって加熱され、蒸発する。蒸発器３は、本実施の形態では、フィンチューブ式熱交換器である。

【0031】

膨張機４は、作動流体を膨張させて減圧させる。膨張機４は、作動流体を膨張させることによって、作動流体の膨張エネルギーを回転動力に変換する。膨張機４の回転軸には、発電機２５（図２参照）が接続されている。膨張機４の回転によって発電機２５が駆動される。こうして、発電が行われる。本実施の形態では、膨張機４は、容積型のレシプロ式の膨張機である。なお、図１では、発電機２５の図示は省略されている。

【0032】

再熱器２は、ポンプ１から吐出された作動流体と膨張機４から吐出された作動流体を熱交換させる。これにより、ポンプ１から吐出された作動流体は加熱され、膨張機４から吐出された作動流体は冷却される。本実施の形態では、再熱器２は、プレート式熱交換器である。プレート式熱交換器の一具体例では、金属プレートが複数枚積層されている。

【0033】

凝縮器５は、作動流体と外気を熱交換させることによって、作動流体を冷却して凝縮し、外気へ熱を放出する。外気はファン６によって凝縮器５へ送り込まれる。本実施の形態では、凝縮器５は、空冷式のフィンチューブ熱交換器である。

【0034】

弁８の開度に応じて、膨張機４へ流れる作動流体の流量とバイパス流路Ｆ２へ流れる作動流体の流量とが制御される。弁８は、作動流体の温度に基づき開閉する開閉弁である。

【0035】

本実施の形態では、弁８は、弁８における作動流体の温度に基づいて開閉する機械的な弁である。弁８は、センサレスで動作し得る。

【0036】

本実施の形態では、弁８は、作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇したときに、その開度が大きくなる。ここで、閾値温度をＴｔｈとし、作動流体の分解温度をＴｄとする。このとき、本実施の形態ではＴｔｈ≦Ｔｄであり、具体的にはＴｔｈ＜Ｔｄであり、より具体的にはＴｄ－８０℃≦Ｔｔｈ＜Ｔｄである。一具体例では、閾値温度Ｔｔｈは、２００℃である。ただし、閾値温度は特に限定されない。

【0037】

本実施の形態の変形例では、弁８は、作動流体の圧力に基づき開閉する開閉弁である。この変形例において、弁８は、弁８における作動流体の圧力に基づいて開閉する機械的な弁であってもよい。

【0038】

上記の変形例において、弁８は、作動流体の圧力が閾値圧力を跨いで上昇したときに、その開度が大きくなるものであってもよい。ここで、閾値圧力をＰｔｈとし、作動流体の圧力が閾値圧力Ｐｔｈであるときの作動流体の飽和温度をＴｓａｔとし、作動流体の分解温度をＴｄとする。このとき、この変形例では、Ｔｓａｔ≦Ｔｄであってもよく、Ｔｓａｔ＜Ｔｄであってもよく、Ｔｄ－１７０℃≦Ｔｓａｔ＜Ｔｄであってもよい。一具体例では、閾値圧力は３ＭＰａである。ただし、閾値圧力は特に限定されない。

【0039】

制御器１２は、ポンプ１の回転数、ファン６の回転数等の、ランキンサイクル装置５０の要素を制御する。

【0040】

本実施の形態では、作動流体は、フッ素化合物である。本実施の形態では、具体的には、作動流体は、ＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｅ）である。ＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｅ）の分解温度は、２５０℃である。

【0041】

本実施の形態では、ランキンサイクル装置５０において、図２に示す空冷ユニット３５が構成されている。空冷ユニット３５は、膨張機４、発電機２５、凝縮器５、ファン６、ポンプ１、再熱器２、制御器１２および筐体３０を備えている。膨張機４、発電機２５、凝縮器５、ポンプ１、再熱器２および制御器１２は、筐体３０に収納されている。蒸発器３は、空冷ユニット３５の外部に設けられている。

【0042】

空冷ユニット３５は、第１仕切り１３と、第２仕切り１４と、を有している。第１仕切り１３は、筐体３０内の空間を、第１空間１５と、第２空間１６と、に仕切っている。第１仕切り１３は、筐体３０内の空間を、第３空間１７と、第２空間１６と、に仕切っている。第２仕切り１４は、筐体３０内の空間を、第１空間１５と、第３空間１７と、に仕切っている。このように、第１仕切り１３および第２仕切り１４により、筐体３０内の空間が、第１空間１５と、第２空間１６と、第３空間１７と、に仕切られている。

【0043】

第１空間１５には、膨張機４、発電機２５および再熱器２が収容されている。第２空間１６には、凝縮器５および弁８が収容されている。第３空間１７には、ポンプ１および制御器１２が収容されている。

【0044】

第１仕切り１３は、第１空間１５と、第２空間１６との間の熱移動を抑制する。これにより、膨張機４が凝縮器５あるいはその周辺雰囲気により冷やされ難くなり、膨張機４で回収される熱エネルギーが減少し難くなり、発電量が減少し難くなる。このことは、ランキンサイクル装置５０の運転効率を向上させ得る。また、上記熱移動が抑制されることにより、凝縮器５に供給される外気温度が上昇し難くなり、凝縮器５が作動流体を冷却する能力を確保し易くなる。これにより、凝縮器５における作動流体の圧力が上昇し難くなり、すなわちランキンサイクル装置５０の低圧側の圧力が上昇し難くなる。これにより、高圧側の圧力も上昇し難くなり、圧力制御の必要性に伴う制約が小さくなって制御の自由度が高まり、ランキンサイクル装置５０を高効率に運転し易くなる。

【0045】

弁８は、第１空間１５ではなく第２空間１６に配置されている。このため、弁８は、相対的に高温の膨張機４あるいはその周辺雰囲気からよりも、相対的に低温の凝縮器５あるいはその周辺雰囲気からの影響を受け易い。このため、弁８の温度は、上昇し難く、弁８の耐熱温度を超え難い。

【0046】

第２仕切り１４は、第１空間１５と、第３空間１７との間の熱移動を抑制する。これにより、膨張機４がポンプ１あるいはその周辺雰囲気により冷やされ難くなる。また、上記熱移動が抑制されることにより、ポンプ１の入口の作動流体の過冷却度が低下し難くなる。これにより、ポンプ１の入口で作動流体が液相状態から気液二相状態に変化し難くなり、ポンプ１の入口でキャビテーションが発生したりポンプ１の動作が不安定になったりし難くなる。

【0047】

第１仕切り１３は、例えば、板状の部材である。第１仕切り１３の材料は、金属、樹脂、セラミック等の公知の材料である。第１仕切り１３を構成し得る金属として、鉄、ステンレス、アルミニウム等が挙げられる。これらの点は、第２仕切り１４についても同様である。

【0048】

第１仕切り１３は、望ましくは、第１空間１５と第２空間１６の間および第３空間１７と第２空間１６の間を連通する穴、隙間等の通路が存在しないように、筐体３０の内部空間を完全に仕切っている。しかし、部品の配置等の設計上の都合により、第１空間１５と第２空間１６とが第１仕切り１３によって完全に隔てられていなくてもよく、第３空間１７と第２空間１６とが第１仕切り１３によって完全に隔てられていなくてもよい。これらの点は、第２仕切り１４についても同様である。

【0049】

［１－２．動作］
以上のように構成されたランキンサイクル装置５０について、以下、その動作および作用を、図１を用いて説明する。

【0050】

弁８が閉口している状態において、作動流体は、以下のように振舞う。ポンプ１により、作動流体は、吸い込まれ、加圧される。ポンプ１から吐出された作動流体は、再熱器２の第１部分２ａに流入する。第１部分２ａから流出した作動流体は、蒸発器３に流入する。蒸発器３において、作動流体は、熱源流体Ｇから熱を受け取って蒸発し、過熱状態の気相の作動流体へと変化する。高温かつ気相の作動流体は、膨張機４へと送られる。膨張機４において、作動流体の圧力エネルギーが機械エネルギーに変換され、発電機２５（図２参照）において電力が生成される。膨張機４から吐出され低圧となった作動流体は、再熱器２の第２部分２ｂに流入する。再熱器２の第２部分２ｂから流出した作動流体は凝縮器５に流入する。作動流体は、凝縮器５おいて、外気によって冷却され、凝縮する。凝縮した作動流体はポンプ１によって加圧され、再び蒸発器３に送られる。

【0051】

弁８が閉口している状態において、再熱器２では、ポンプ１から吐出された作動流体と膨張機４から吐出された作動流体の熱交換が行われる。ポンプ１から吐出された作動流体は、膨張機４から吐出された作動流体によって加熱され、膨張機４から吐出された作動流体はポンプ１から吐出された作動流体によって冷却される。

【0052】

主流路Ｆ１における蒸発器３よりも下流側かつ膨張機４よりも上流側の部分における作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇したときに、弁８が開口される。これにより、作動流体が、バイパス流路Ｆ２を流れ、これにより膨張機４および第２部分２ｂをバイパスするようになる。本実施の形態では、閾値温度は、作動流体の分解温度よりも低い。

【0053】

弁８が開口している状態において、膨張機４へ流れた一部の作動流体は、再熱器２の第２部分２ｂで冷却され、その後、バイパス流路Ｆ２を流れた作動流体と合流する。合流後、作動流体は、凝縮器５で冷却され、ポンプ１で圧送され、再熱器２の第１部分２ａで加熱され、その後、蒸発器３へ流れる。

【0054】

ただし、弁８が閉口している状態に比べ、弁８が開口している状態においては、第２部分２ｂを流れる作動流体の流量は小さい。そのため、弁８が閉口している状態に比べ、弁８が開口している状態においては、第１部分２ａを流れる作動流体と第２部分２ｂを流れる作動流体との間の熱交換量は小さい。そのため、弁８が開口している状態において、第１部分２ａにおける作動流体の温度の上昇幅は抑制される。このため、蒸発器３に温度が低い作動流体を供給し易い。

【0055】

典型例では、弁８が開口している状態において、第２部分２ｂを流れる作動流体の流量は、バイパス流路Ｆ２を流れる作動流体の流量に比べて小さい。一具体例では、第２部分２ｂを流れる作動流体の流量は、バイパス流路Ｆ２を流れる作動流体の流量の０％以上３０％以下であり、０％以上２０％以下であってもよく、０％以上１０％以下であってもよい。第２部分２ｂを流れる作動流体の流量は、実質的にゼロであってもよく、ゼロであってもよい。

【0056】

［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態では、作動流体の温度が閾値温度未満である場合、弁８が閉口している。この場合、バイパス流路Ｆ２に作動流体は流れない。つまり、蒸発器３から流出した作動流体は、膨張機４および再熱器２を経由して凝縮器５に導かれる。これにより、第１部分２ａを流れる作動流体と第２部分２ｂを流れる作動流体との間の熱交換量が確保される。このことは、第１部分２ａにおける作動流体の温度の上昇幅を稼ぎ易く、蒸発器３に供給される作動流体の温度を高め易いことを意味する。このようにすることは、ランキンサイクル装置５０の運転効率を向上させる観点から有利である。

【0057】

一方、作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇した場合、弁８が開口される。これにより、バイパス流路Ｆ２に作動流体が流れるようになる。つまり、蒸発器３から流出した作動流体が、膨張機４および再熱器２を経由せず凝縮器５に導かれる経路が形成される。これにより、第１部分２ａを流れる作動流体と第２部分２ｂを流れる作動流体との間の熱交換量が抑制される。このことは、第１部分２ａにおける作動流体の温度の上昇幅が抑制され易く、蒸発器３に温度が低い作動流体を供給し易くなることを意味する。

【0058】

以上の説明から理解されるように、本実施の形態によれば、再熱器２における熱交換により、ランキンサイクル装置５０の運転効率が向上し得る。一方、バイパス流路Ｆ２によれば、作動流体の温度が過度に上昇した場合あるいは過度に上昇しつつある場合において、再熱器２による作動流体の温度上昇作用を抑制し、作動流体温度を速やかに低下させることができる。そのため、バイパス流路Ｆ２により、信頼性が向上し得る。

【0059】

熱源Ｓの過渡変動により、熱源流体Ｇの温度が過渡的に上昇し得る。熱源流体Ｇの温度が過渡的に上昇すると、これに追随して蒸発器３から流出する作動流体の温度も過渡的に上昇し得る。例えば、熱源Ｓが工場、焼却炉等の施設である場合、ファン等の不具合によって、上記のような過渡変動が生じ得る。熱源Ｓにおいて、熱源Ｓの過渡変動を抑える制御を行うことは可能である。しかしながら、制御遅れ等を考慮すると、熱源Ｓにおける制御により熱源Ｓの過渡変動を完全に抑えるのは必ずしも容易ではない。この点、本実施の形態によれば、熱源流体Ｇの温度が過渡的に上昇しこれに追随して蒸発器３から流出する作動流体の温度が上昇しても、作動流体の温度を速やかに低下させることができる。

【0060】

本実施の形態では、作動流体の温度が作動流体の分解温度未満のときに、弁８が開口する。このようにすれば、作動流体の温度が作動流体の分解温度以上になり難く、そのため作動流体が分解し難い。

【0061】

以上のように、本実施の形態のランキンサイクル装置５０は、主流路Ｆ１と、バイパス流路Ｆ２と、を備えている。主流路Ｆ１では、ポンプ１と、第１部分２ａと、蒸発器３と、膨張機４と、第２部分２ｂと、凝縮器５と、をこの順に作動流体が流れる。主流路Ｆ１では、第１部分２ａを流れる作動流体と第２部分２ｂを流れる作動流体とが熱交換する再熱器２が設けられている。バイパス流路Ｆ２は、主流路Ｆ１における蒸発器３よりも下流側かつ第２部分２ｂよりも上流側の部分と、主流路Ｆ１における第２部分２ｂよりも下流側かつ凝縮器５よりも上流側の部分と、を接続している。バイパス流路Ｆ２には、弁８が設けられている。本実施の形態に係る技術は、再熱器２を備えたランキンサイクル装置５０において、信頼性を確保するのに適している。

【0062】

上述の「バイパス流路Ｆ２には、弁８が設けられている」という表現について説明する。この表現において、弁８は、開閉弁であってもよく、流量調整弁であってもよい。また、この表現において、弁８は、バイパス流路Ｆ２の入口に設けられた三方弁であってもよく、バイパス流路Ｆ２の出口に設けられた三方弁であってもよい。弁８が流量調整弁である形態および三方弁である形態の詳細は、後述する。

【0063】

また、本実施の形態において、バイパス流路Ｆ２は、主流路Ｆ１における蒸発器３よりも下流側かつ膨張機４よりも上流側の部分と、主流路Ｆ１における第２部分２ｂよりも下流側かつ凝縮器５よりも上流側の部分と、を接続していてもよい。このようにすれば、弁８の開度が非ゼロであるときに、第２部分２ｂに作動流体が流れることを膨張機４により制限しながら、バイパス流路Ｆ２に作動流体を流すことができる。このようにすれば、第２部分２ｂにおける作動流体の流量を小さい値またはゼロにし易い。また、このようにすれば、凝縮器５から流出した作動流体の温度が高まっているときに、その作動流体の全てが膨張機４に流れることを回避でき、膨張機４の熱による損傷およびこれに伴う発電機２５の発電電力の低下が生じ難くなる。

【0064】

また、本実施の形態において、作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇しかつ／または作動流体の圧力が閾値圧力を跨いで上昇したときに、バイパス流路Ｆ２における作動流体の流量が増加してもよい。このような構成によれば、作動流体の温度および／または圧力が過度に上昇することを防止できる。

【0065】

作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇し「かつ」作動流体の圧力が閾値圧力を跨いで上昇したときという表現について説明する。この表現は、作動流体の温度および圧力が、作動流体の温度が閾値温度よりも高いという条件と作動流体の圧力が閾値圧力よりも高いという条件の両方が成立するに至るまで上昇したとき、ということを意味する。この表現は、前者の条件が成立するに至るタイミングと後者の条件が成立するに至るタイミングとが同じ場合のみならず異なる場合も包含することを意図したものである。これらのタイミングが異なる場合には、これらのタイミングのうち先ではなく後のタイミングが、作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇し「かつ」作動流体の圧力が閾値圧力を跨いで上昇したときに該当する。

【0066】

また、本実施の形態において、作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇しかつ／または作動流体の圧力が閾値圧力を跨いで上昇したときに、弁８の開度が大きくなってもよい。このような構成によれば、作動流体の温度および／または圧力が過度に上昇することを防止できる。

【0067】

上述の「弁８の開度が大きくなってもよい」という表現について説明する。弁８の開度が大きくなるとは、弁８が開閉弁である場合おいて弁８の状態が全閉状態から全開状態に遷移することを包含することを意図した表現である。弁８の開度が大きくなるとは、弁８が流量調整弁である場合おいて弁８の開度の増加幅が０％よりも大きく１００％よりも小さい態様を包含することを意図した表現である。弁８の開度が大きくなるとは、弁８が流量調整弁である場合おいて大きくなる前の弁８の開度がゼロである態様のみならず非ゼロである態様を包含することを意図した表現である。また、弁８の開度が大きくなるとは、弁８が流量調整弁である場合おいて大きくなった後の弁８の開度が１００％である態様のみならず１００％未満である態様を包含することを意図した表現である。

【0068】

また、本実施の形態において、作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇したときに、バイパス流路Ｆ２における作動流体の流量が増加してもよい。閾値温度は、作動流体の分解温度未満の値であってもよい。このような構成は、作動流体の分解を防止するのに適している。

【0069】

また、本実施の形態において、作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇したときに、弁８の開度が大きくなってもよい。閾値温度は、作動流体の分解温度未満の値であってもよい。このような構成は、作動流体の分解を防止するのに適している。

【0070】

また、本実施の形態において、閾値温度と分解温度の差は、８０℃以下であってもよい。このような構成によれば、作動流体の温度が分解温度よりも十分に低いにも関わらずバイパス流路Ｆ２における作動流体の流量が増加することを防止し易く、再熱器２に基づく運転効率向上作用を享受し易い。

【0071】

閾値温度と分解温度の差は、７０℃以下であってもよく、６０℃以下であってもよい。閾値温度と分解温度の差は、２０℃以上８０℃以下であってもよく、３０℃以上７０℃以下であってもよく、４０℃以上６０℃以下であってもよい。一例では、閾値温度と分解温度の差は、５０℃である。

【0072】

一具体例では、作動流体は、ＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｅ）である。ＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｅ）の分解温度は、２５０℃である。ただし、ＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｅ）の特性変化は温度が２２０から２３０℃であるときから徐々に起こり始めるという報告がある。そこで、少し余裕をみて閾値温度を２００℃とする。このようにすれば、ＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｅ）の分解のみならず特性変化が生じ難い。

【0073】

念のため断っておくが、閾値温度と分解温度の差が８０℃以下である構成は、作動流体がＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｅ）である場合以外においても採用され得る。この差が７０℃以下である構成、この差が６０℃以下である構成、この差が２０℃以上８０℃以下である構成、この差が３０℃以上７０℃以下である構成、この差が４０℃以上６０℃以下である構成、この差が５０℃である構成についても、同様である。

【0074】

また、本実施の形態において、作動流体の圧力が閾値圧力を跨いで上昇したときに、バイパス流路Ｆ２における作動流体の流量が増加してもよい。作動流体の圧力が閾値圧力であるときの作動流体の飽和温度は、作動流体の分解温度未満であってもよい。このような構成は、作動流体の分解を防止するのに適している。

【0075】

また、本実施の形態において、作動流体の圧力が閾値圧力を跨いで上昇したときに、弁８の開度が大きくなってもよい。作動流体の圧力が閾値圧力であるときの作動流体の飽和温度は、作動流体の分解温度未満であってもよい。このような構成は、作動流体の分解を防止するのに適している。

【0076】

また、本実施の形態において、飽和温度と分解温度の差は、１７０℃以下であってもよい。このような構成によれば、作動流体の圧力が十分に低いにも関わらずバイパス流路Ｆ２における作動流体の流量が増加することを防止し易く、再熱器２に基づく運転効率向上作用を享受し易い。

【0077】

飽和温度と分解温度の差は、１６０℃以下であってもよく、１５０℃以下であってもよい。飽和温度と分解温度の差は、１１０℃以上１７０℃以下であってもよく、１２０℃以上１６０℃以下であってもよく、１３０℃以上１５０℃以下であってもよい。一例では、飽和温度と分解温度の差は、１３７℃である。

【0078】

一具体例では、作動流体は、ＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｅ）である。ＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｅ）の分解温度は、２５０℃である。ＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｅ）の２ＭＰａにおける飽和温度は、約１１３℃である。そこで、飽和温度と分解温度の差を２５０－１１３＝１３７℃とする。このようにすると、作動流体の圧力が約２ＭＰａであるときに、バイパス流路Ｆ２における作動流体の流量が増加する。そのため、作動流体の圧力が約２ＭＰａであるときに、高圧保護機能が発揮される。

【0079】

念のため断っておくが、飽和温度と分解温度の差が１７０℃以下である構成は、作動流体がＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｅ）である場合以外においても採用され得る。この差が１６０℃以下である構成、この差が１５０℃以下である構成、この差が１１０℃以上１７０℃以下である構成、この差が１２０℃以上１６０℃以下である構成、この差が１３０℃以上１５０℃以下である構成、この差が１３７℃である構成についても、同様である。

【0080】

また、本実施の形態において、主流路Ｆ１における蒸発器３の入口よりも下流側かつ膨張機４の入口よりも上流側の部分である特定部分における作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇しかつ／または特定部分における作動流体の圧力が閾値圧力を跨いで上昇したときに、バイパス流路Ｆ２における作動流体の流量が増加してもよい。特定部分における作動流体の温度および圧力は、高くなり易い。上記構成によれば、その温度および圧力が高くなり易い部分における作動流体の温度および／または圧力が過度に上昇することを防止できる。このことは、ランキンサイクル装置５０の信頼性を確保するのに適している。

【0081】

また、本実施の形態において主流路Ｆ１における蒸発器３の入口よりも下流側かつ膨張機４の入口よりも上流側の部分である特定部分における作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇しかつ／または特定部分における作動流体の圧力が閾値圧力を跨いで上昇したときに、弁８の開度が大きくなってもよい。特定部分における作動流体の温度および圧力は、高くなり易い。上記構成によれば、その温度および圧力が高くなり易い部分における作動流体の温度および／または圧力が過度に上昇することを防止できる。このことは、ランキンサイクル装置５０の信頼性を確保するのに適している。

【0082】

上記の文脈における特定部分における温度について説明する。特定部分における温度は、主流路Ｆ１における蒸発器３よりも下流側かつ膨張機４の入口よりも上流側の部分における作動流体の温度を含む概念である。特定部分における温度は、蒸発器３の内部に存し熱源流体Ｇと熱交換した後の作動流体の温度を含む概念である。特定部分における圧力についても同様である。

【0083】

上記の文脈における特定部分における温度についてさらに説明する。特定部分における温度は、特定部分に配置された弁、センサ等の機器で把握される作動流体の温度であってもよい。特定部分における温度は、特定部分の作動流体と同じ温度を有する作動流体が存する別の部分に配置された弁、センサ等の機器で把握される温度であってもよい。例えば、弁８で把握される作動流体の温度は、特定部分における温度に該当し得る。特定部分における圧力についても同様である。

【0084】

また、本実施の形態において、作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇しかつ／または作動流体の圧力が閾値圧力を跨いで上昇したときに、バイパス流路Ｆ２における作動流体の流量が増加するとともに、ポンプ１の回転数が増加してもよい。このような構成によれば、作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇しかつ／または作動流体の圧力が閾値圧力を跨いで上昇したときに、作動流体の温度および／または圧力を速やかに低下させることができる。

【0085】

また、本実施の形態において、作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇しかつ／または作動流体の圧力が閾値圧力を跨いで上昇したときに、弁８の開度が大きくなるとともに、ポンプ１の回転数が増加してもよい。このような構成によれば、作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇しかつ／または作動流体の圧力が閾値圧力を跨いで上昇したときに、作動流体の温度および／または圧力を速やかに低下させることができる。

【0086】

また、本実施の形態において、ランキンサイクル装置５０は、作動流体と熱交換するべき冷却媒体を凝縮器５に送り込むファン６を有していてもよい。作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇しかつ／または作動流体の圧力が閾値圧力を跨いで上昇したときに、バイパス流路Ｆ２における作動流体の流量が増加するとともに、ファン６の回転数が増加してもよい。このような構成によれば、作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇しかつ／または作動流体の圧力が閾値圧力を跨いで上昇したときに、作動流体の温度および／または圧力を速やかに低下させることができる。

【0087】

また、本実施の形態において、ランキンサイクル装置５０は、作動流体と熱交換するべき冷却媒体を凝縮器５に送り込むファン６を備えていてもよい。作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇しかつ／または作動流体の圧力が閾値圧力を跨いで上昇したときに、弁８の開度が大きくなるとともに、ファン６の回転数が増加してもよい。このような構成によれば、作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇しかつ／または作動流体の圧力が閾値圧力を跨いで上昇したときに、作動流体の温度および／または圧力を速やかに低下させることができる。

【0088】

図１の例では、冷却媒体は、外気である。

【0089】

また、本実施の形態において、バイパス流路Ｆ２は、主流路Ｆ１から弁８まで延びる上流部分Ｆ２ａと、弁８から主流路Ｆ１まで延びる下流部分Ｆ２ｂとを含んでいてもよい。上流部分Ｆ２ａは下流部分Ｆ２ｂよりも長くてもよい。このような構成によれば、上流部分Ｆ２ａを流れている間に作動流体の温度が下がり易い。このため、弁８の温度は、上昇し難く、弁８の耐熱温度を超え難い。

【0090】

念のためにさらに説明すると、上流部分Ｆ２ａでは、主流路Ｆ１から弁８まで作動流体が流れる。下流部分Ｆ２ｂでは、弁８から主流路Ｆ１まで作動流体が流れる。

【0091】

また、本実施の形態において、ランキンサイクル装置５０は、筐体３０と、仕切り１３と、を備えていてもよい。仕切り１３は、筐体３０内の空間を、第１空間１５と、第２空間１６と、に仕切っていてもよい。第１空間１５は、膨張機４を収容していてもよい。第２空間１６は、凝縮器５および弁８を収容していてもよい。このような構成によれば、弁２３は、相対的に高温の膨張機４あるいはその周辺雰囲気からよりも、相対的に低温の凝縮器５あるいはその周辺雰囲気からの影響を受け易い。このため、弁８の温度は、上昇し難く、弁８の耐熱温度を超え難い。

【0092】

また、本実施の形態において、作動流体は、フッ素化合物であってもよい。フッ素化合物である作動流体は、地球温暖化係数が低く、環境負荷が低い傾向にある。一方、フッ素化合物である作動流体は、分解温度が低い傾向にある。しかしながら、バイパス流路Ｆ２によれば、作動流体の温度上昇を抑制でき、作動流体の分解を抑制できる。このため、本実施の形態によれば、作動流体の環境負荷が低いというメリットを、作動流体が熱により分解し易いというデメリットを抑制しつつ享受できる。

【0093】

なお、フッ素化合物は、フッ素原子を含む化合物である。

【0094】

また、本実施の形態において、ランキンサイクル装置５０は、ランキンサイクル装置５０の外部から蒸発器３に排気ガスＧを導く排熱流路９を備えていてもよい。排熱流路９内に、蒸発器３が設けられていてもよい。このような構成によれば、蒸発器３において、排気ガスＧと作動流体とを直接的に熱交換させ易く、蒸発器３で作動流体を加熱し易く、ランキンサイクル５０の運転効率を向上させ易い。また、この構成では、作動流体の温度が、定常運転において高い値を取り、排気ガスの過渡的な温度上昇によりさらに上昇し得る。そのため、この構成は、バイパス流路Ｆ２に作動流体を流すことで作動流体の温度上昇を抑制するという上記のメリットを享受し易い構成でもある。

【0095】

また、本実施の形態は、ランキンサイクル装置５０の運転方法を開示していると捉えることもできる。運転方法は、第１モードにおいて、主流路Ｆ１において、ポンプ１と、第１部分２ａと、蒸発器３と、膨張機４と、第２部分２ｂと、凝縮器５と、をこの順に作動流体を流すことを含む。ここで、第１部分２ａを流れる作動流体と第２部分２ｂを流れる作動流体とが熱交換する再熱器２が設けられている。また、運転方法は、第２モードにおいて、主流路Ｆ１における蒸発器３よりも下流側かつ第２部分２ｂよりも上流側の部分から、バイパス流路Ｆ２を経由して、主流路Ｆ１における第２部分２ｂよりも下流側かつ凝縮器５よりも上流側の部分へと、作動流体を流すことを含む。

【0096】

なお、第１モードにおいて、第２部分２ｂのみならずバイパス流路Ｆ２にも作動流体が流れてもよい。第１モードにおいて、第２部分２ｂに作動流体が流れ、一方、バイパス流路Ｆ２に作動流体が流れなくてもよい。第２モードにおいて、バイパス流路Ｆ２のみならず第２部分２ｂにも作動流体が流れてもよい。第２モードにおいて、バイパス流路Ｆ２に作動流体が流れ、一方、第２部分２ｂに作動流体が流れなくてもよい。

【0097】

以下、他の実施の形態を例示する。以下では、先に説明した実施の形態と同一の機能を有する構成要素には同一番号を付して詳細な説明は省略することがある。

【0098】

（実施の形態２）
以下、図３を用いて、実施の形態２を説明する。

【0099】

［２－１．構成］
図３において、ランキンサイクル装置６０は、温度センサ１０と、圧力センサ１１と、を備えている。温度センサ１０および圧力センサ１１は、主流路Ｆ１における蒸発器３よりも下流側かつ膨張機４よりも上流側の部分に設けられている。制御器１２は、温度センサ１０および／または圧力センサ１１の検出値を表す検知信号を受け取る。制御器１２は、検知信号に基づいて、制御信号を弁８へ送る。弁８の開度は、制御信号によって制御される。

【0100】

［２－２．動作］
実施の形態２に係るランキンサイクル装置６０では、実施の形態１に係るランキンサイクル装置５０と同様に、作動流体が流れる。

【0101】

［２－３．効果等］
実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られる。

【0102】

本実施の形態において、温度センサ１０および圧力センサ１１の両方を用いることは必須ではない。温度センサ１０および圧力センサ１１の一方のみを用いて弁８の開度を制御してもよい。

【0103】

温度センサ１０を用いて弁８の開度を制御する場合、実施の形態２に係るランキンサイクル装置６０は、実施の形態１において弁８が弁８における作動流体の温度に基づいて開閉する機械的な弁である場合のランキンサイクル装置５０と同様に動作し得る。具体的には、温度センサ１０の検出値が閾値温度を跨いで上昇したときに、弁８の開度が大きくなる構成を採用できる。

【0104】

圧力センサ１１を用いて弁８の開度を制御する場合、実施の形態２に係るランキンサイクル装置６０は、実施の形態１において弁８が弁８における作動流体の圧力に基づいて開閉する機械的な弁である場合のランキンサイクル装置５０と同様に動作し得る。具体的には、圧力センサ１１の検出値が閾値圧力を跨いで上昇したときに、弁８の開度が大きくなる構成を採用できる。

【0105】

温度センサ１０および圧力センサ１１の両方を用いて弁８の開度を制御する場合、例えば、温度センサ１０の検出値が閾値温度を跨いで上昇しかつ圧力センサ１１の検出値が閾値圧力を跨いで上昇したときに、弁８の開度が大きくなる構成を採用できる。

【0106】

以上のように、本実施の形態において、ランキンサイクル装置６０は、作動流体の温度を検出する温度センサ１０および／または作動流体の圧力を検出する圧力センサ１１を備えていてもよい。温度センサ１０の検出値が閾値温度を跨いで上昇しかつ／または圧力センサ１１の検出値が閾値圧力を跨いで上昇したときに、バイパス流路における作動流体の流量が増加してもよい。

【0107】

また、本実施の形態において、温度センサ１０は、特定部分における作動流体の温度を検出してもよい。

【0108】

また、本実施の形態において、圧力センサ１１は、特定部分における作動流体の圧力を検出してもよい。

【0109】

特定部分における温度および圧力の解釈については、上述と同様である。例えば、上述
の説明から理解されるように、温度センサ１０の位置は、特定部分に限定されず、特定部分の作動流体と同じ温度を有する作動流体が存する別の部分であってもよい。圧力センサ１１の位置についても同様である。

【0110】

（実施の形態３）
以下、図４を用いて、実施の形態３を説明する。

【0111】

［３－１．構成］
図４において、ランキンサイクル装置７０では、バイパス流路Ｆ２は、主流路Ｆ１における膨張機４よりも下流側かつ第２部分２ｂよりも上流側の部分と、主流路Ｆ１における第２部分２ｂよりも下流側かつ凝縮器５よりも上流側の部分と、を接続している。

【0112】

［３－２．動作］
主流路Ｆ１における蒸発器３よりも下流側かつ膨張機４よりも上流側の部分における作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇したときに、弁８が開口される。これにより、作動流体が、バイパス流路Ｆ２を流れ、これにより第２部分２ｂをバイパスするようになる。本実施の形態では、閾値温度は、作動流体の分解温度よりも低い。

【0113】

弁８が開口している状態において、膨張機４から流出した作動流体の一部は、再熱器２の第２部分２ｂで冷却され、その後、バイパス流路Ｆ２を流れた作動流体と合流する。合流後、作動流体は、凝縮器５で冷却され、ポンプ１で圧送され、再熱器２の第１部分２ａで加熱され、その後、蒸発器３へ流れる。

【0114】

ただし、弁８が閉口している状態に比べ、弁８が開口している状態においては、第２部分２ｂを流れる作動流体の流量は小さい。そのため、弁８が閉口している状態に比べ、弁８が開口している状態においては、第１部分２ａを流れる作動流体と第２部分２ｂを流れる作動流体との間の熱交換量は小さい。そのため、弁８が開口している状態において、第１部分２ａにおける作動流体の温度の上昇幅は抑制される。このため、蒸発器３に温度が低い作動流体を供給し易い。

【0115】

典型例では、弁８が開口している状態において、第２部分２ｂを流れる作動流体の流量は、バイパス流路Ｆ２を流れる作動流体の流量に比べて小さい。一具体例では、第２部分２ｂを流れる作動流体の流量は、バイパス流路Ｆ２を流れる作動流体の流量の０％以上３０％以下であり、０％以上２０％以下であってもよく、０％以上１０％以下であってもよい。

【0116】

［３－３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、バイパス流路Ｆ２は、主流路Ｆ１における膨張機４よりも下流側かつ第２部分２ｂよりも上流側の部分と、主流路Ｆ１における第２部分２ｂよりも下流側かつ凝縮器５よりも上流側の部分と、を接続していてもよい。このようにすれば、バイパス流路Ｆ２の配管長が短くなり、配管の取り回しを簡素化できる。

【0117】

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１から３を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略等を行った実施の形態にも適用できる。

【0118】

そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

【0119】

実施の形態１から３では、弁８は、開閉弁である。だたし、弁８は、開閉弁に限定されない。弁８は、流量調整弁であってもよい。弁８は、三方弁であってもよい。ここで、開閉弁とは、開度が０％および１００％の２値のいずれかに設定される弁を指す。流量調整弁は、０％および１００％のみならず、０％よりも大きく１００％よりも小さい開度を採り得る弁である。

【0120】

弁８が開閉弁であれば、弁８を短時間で全開にできる。このことは、作動流体を素早く凝縮器５へ流し、信頼性を向上させる観点から有利である。弁８が流量調整弁であれば、膨張機４へ流れる作動流体の流量を細かく制御可能である。そのため、ランキンサイクル装置を安定して起動させることができる。

【0121】

弁８が三方弁である場合の一例では、三方弁８は、バイパス流路Ｆ２の上流端Ｕｅおよび主流路Ｆ１の接続点に設けられる。三方弁８は、第１状態および第２状態を取る。第１状態において、三方弁８は、主流路Ｆ１において三方弁８に流入した作動流体が主流路Ｆ１を流れ続けることを許可しバイパス流路Ｆ２に流入することを禁止する。第２状態において、三方弁８は、主流路Ｆ１において三方弁８に流入した作動流体が主流路Ｆ１を流れ続けることを禁止しバイパス流路Ｆ２に流入することを許可する。作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇しかつ／または作動流体の圧力が閾値圧力を跨いで上昇したときに、三方弁８は第１状態から第２状態に切り替わる。このような切り替わりにより、バイパス流路Ｆ２を流れる作動流体の流量が増加する。

【0122】

弁８が三方弁である場合の一例では、三方弁８は、バイパス流路Ｆ２の下流端Ｄｅおよび主流路Ｆ１の接続点に設けられる。三方弁８は、第３状態および第４状態を取る。第３状態において、三方弁８は、主流路Ｆ１において三方弁８に流入した作動流体が主流路Ｆ１を流れ続けることを許可しバイパス流路Ｆ２において三方弁８に流入した作動流体が主流路Ｆ１に流入することを禁止する。第４状態において、三方弁８は、主流路Ｆ１において三方弁８に流入した作動流体が主流路Ｆ１を流れ続けることを禁止しバイパス流路Ｆ２において三方弁８に流入した作動流体が主流路Ｆ１に流入することを許可する。作動流体の温度が閾値温度を跨いで上昇しかつ／または作動流体の圧力が閾値圧力を跨いで上昇したときに、三方弁８は第３状態から第４状態に切り替わる。このような切り替わりにより、バイパス流路Ｆ２を流れる作動流体の流量が増加する。

【0123】

実施の形態１から３では、膨張機４は、容積型のレシプロ式の膨張機である。ただし、膨張機４は、容積型のレシプロ式の膨張機に限定されない。膨張機４は、容積型のスクロール式の膨張機であってもよい。膨張機４は、速度型のタービンであってもよい。

【0124】

膨張機４が容積型のレシプロ式の膨張機であれば、膨張比を大きくすることができる。このため、サイクル条件に適した仕様を採用し易い。このことは、ランキンサイクル装置の運転効率を向上させる観点から有利である。膨張機４が容積型のスクロール式の膨張機であれば、膨張機の振動を低減し易い。膨張機４が速度型のタービンであれば、大流量に対応し易い。

【0125】

実施の形態１から３では、作動流体は、ＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｅ）である。ただし、作動流体は、その他ＨＦＯ系、またはＨＦＣ系、イソペンタン等の炭化水素であってもよい。用途に応じて作動流体の選択が可能である。

【0126】

ＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｅ）は、地球温暖化係数が小さい。そのため、作動流体がＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｅ）であれば、環境負荷を低減し易い。一例に係る排熱利用のランキンサイクルでは、作動流体の温度、排気ガスＧの温度、外気温等を考慮すると、ＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｅ）を使用することにより、発電効率向上、信頼性向上、環境負荷低減等がバランスよく実現されることが期待される。

【0127】

上述の通り、各実施の形態の技術は、特に矛盾のない限り、組み合わせ可能である。例えば、実施の形態１に倣い、実施の形態２および３においても、空冷ユニット３５の第２空間１６に、弁８を凝縮器５とともに収容することが可能である。実施の形態３において、実施の形態１および２と同様、作動流体の圧力が閾値圧力になったときにバイパス流路Ｆ２における作動流体の流量が増加する構成を採用してもよい。実施の形態３において、実施の形態１および２と同様、作動流体の圧力が閾値圧力になったときに弁８の開度が大きくなる構成を採用してもよい。また、実施の形態３において、実施の形態２に倣い、温度センサ１０および／または圧力センサ１１を設け、温度センサ１０および／または圧力センサ１１の検出値に基づいて弁８を制御してもよい。

【0128】

上述の通り、各実施の形態の構成の一部を省略可能である。例えば、熱源流路９内に蒸発器３を配置したり、熱源流体Ｇと作動流体とを直接的に熱交換させたりすることは、必須ではない。

【産業上の利用可能性】

【0129】

本開示に係る技術は、工場、温泉、焼却炉等の施設あるいは自動車等の排熱から熱を回収して発電を行うランキンサイクル装置に有用である。また、本開示に係る技術は、ＣＨＰ（Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｈｅａｔ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ）、燃料電池等のコジェネレーションシステムの排熱を回収して発電を行うランキンサイクル装置に適用可能である。

【符号の説明】

【0130】

１ ポンプ
２ 再熱器
２ａ 第１部分
２ｂ 第２部分
３ 蒸発器
４ 膨張機
５ 凝縮器
６ ファン
８ 弁
９ 熱源流路
１０ 温度センサ
１１ 圧力センサ
１２ 制御器
１３ 第１仕切り
１４ 第２仕切り
１５ 第１空間
１６ 第２空間
１７ 第３空間
２５ 発電機
３０ 筐体
３５ 空冷ユニット
５０、６０、７０ ランキンサイクル装置
Ｕｅ 上流端
Ｄｅ 下流端
Ｆ１ 主流路
Ｆ２ バイパス流路
Ｆ２ａ 上流部分
Ｆ２ｂ 下流部分
Ｇ 熱源流体
Ｓ 熱源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】