特許 7594442 ランキンサイクル装置

(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】

(24)【登録日】2024-11-26

(45)【発行日】2024-12-04

(54)【発明の名称】ランキンサイクル装置

(51)【国際特許分類】

   F01K 25/10 20060101AFI20241127BHJP

【ＦＩ】

F01K25/10 P

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021001248

(22)【出願日】2021-01-07

(65)【公開番号】P2022106346

(43)【公開日】2022-07-20

【審査請求日】2023-11-15

【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

(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

(74)【代理人】

【識別番号】100202201

【弁理士】

【氏名又は名称】兒島 淳一郎

(72)【発明者】

【氏名】倉本 哲英

(72)【発明者】

【氏名】本間 雅也

【審査官】佐々木 淳

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１６４３７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１１８１１１７２（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０８２８２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｋ ２５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポンプ、蒸発器、分岐部、膨張機、合流部、凝縮器、流量調整器及び冷却室を備え、
作動流体が流れる流体流路が構成され、
前記流体流路は、
前記ポンプ、前記蒸発器、前記分岐部、前記膨張機、前記合流部及び前記凝縮器がこの順で並ぶ循環流路と、
前記分岐部と前記合流部とを接続し、前記流量調整器が設けられたバイパス流路と、を有し、
前記流体流路のうち前記蒸発器から前記分岐部を経由して前記流量調整器に至る部分を特定流路と定義したとき、前記冷却室は前記特定流路に設けられ、
前記冷却室は、タンクであり、
前記冷却室の内部空間の下端は、前記凝縮器の内部空間の上端よりも低い位置にある、
ランキンサイクル装置。

【請求項2】

前記冷却室は、前記バイパス流路のうち前記流量調整器よりも上流側の部分に設けられている、
請求項１に記載のランキンサイクル装置。

【請求項3】

前記冷却室の前記内部空間の前記下端は、前記膨張機の内部空間の下端よりも低い位置にある、
請求項１又は２に記載のランキンサイクル装置。

【請求項4】

ポンプ、蒸発器、分岐部、膨張機、合流部、凝縮器、流量調整器及び冷却室を備え、
作動流体が流れる流体流路が構成され、
前記流体流路は、
前記ポンプ、前記蒸発器、前記分岐部、前記膨張機、前記合流部及び前記凝縮器がこの順で並ぶ循環流路と、
前記分岐部と前記合流部とを接続し、前記流量調整器が設けられたバイパス流路と、を有し、
前記流体流路のうち前記蒸発器から前記分岐部を経由して前記流量調整器に至る部分を特定流路と定義したとき、前記冷却室は前記特定流路に設けられ、
ファンをさらに備え、
前記凝縮器及び前記冷却室が設けられた媒体流路が構成され、
前記媒体流路では、前記ファンにより冷却媒体の流れが形成される、
ランキンサイクル装置。

【請求項5】

前記冷却室は、前記媒体流路のうち前記凝縮器よりも下流側の部分に設けられている、
請求項４に記載のランキンサイクル装置。

【請求項6】

ポンプ、蒸発器、分岐部、膨張機、合流部、凝縮器、流量調整器及び冷却室を備え、
作動流体が流れる流体流路が構成され、
前記流体流路は、
前記ポンプ、前記蒸発器、前記分岐部、前記膨張機、前記合流部及び前記凝縮器がこの順で並ぶ循環流路と、
前記分岐部と前記合流部とを接続し、前記流量調整器が設けられたバイパス流路と、を有し、
前記流体流路のうち前記蒸発器から前記分岐部を経由して前記流量調整器に至る部分を特定流路と定義したとき、前記冷却室は前記特定流路に設けられ、
筐体と、
少なくとも１つの仕切りと、をさらに備え、
前記仕切りは、前記筐体の内部空間を複数の収容空間に仕切り、
前記複数の収容空間から選択される１つの収容空間に、前記冷却室及び前記凝縮器が収容されている、
ランキンサイクル装置。

【請求項7】

ポンプ、蒸発器、分岐部、膨張機、合流部、凝縮器、流量調整器及び冷却室を備え、
作動流体が流れる流体流路が構成され、
前記流体流路は、
前記ポンプ、前記蒸発器、前記分岐部、前記膨張機、前記合流部及び前記凝縮器がこの順で並ぶ循環流路であって、気液分離器が設けられていない循環流路と、
前記分岐部と前記合流部とを接続し、前記流量調整器が設けられたバイパス流路と、を有し、
前記流体流路のうち前記蒸発器から前記分岐部を経由して前記流量調整器に至る部分を特定流路と定義したとき、前記冷却室は前記特定流路に設けられ、
前記冷却室は、前記バイパス流路のうち前記流量調整器よりも上流側の部分に設けられ、
前記冷却室の内部空間の下端は、前記膨張機の内部空間の下端よりも低い位置にある、
ランキンサイクル装置。

【請求項8】

前記流体流路のうち前記冷却室から前記合流部を経由して前記凝縮器に至る部分を接続流路と定義したとき、前記凝縮器の内部空間の上端は、前記接続流路の上端よりも高い位置にある、
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】

前記冷却室の内容積及び前記凝縮器の内容積の合計は、前記蒸発器の内容積よりも大きい、
請求項１から８のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。

【請求項10】

前記冷却室の熱容量は、前記蒸発器の熱容量の１０％以上である、
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】

前記循環流路のうち前記蒸発器から前記分岐部を経由して前記膨張機に至る部分の少なくとも一部において、配管が延びており、
前記配管は、断熱材で覆われており、
前記冷却室を構成する部材の熱伝導率は、前記断熱材の熱伝導率よりも大きい、
請求項１から１０のいずれか一項に記載のランキンサイクル装置。

【請求項12】

ランキンサイクル装置の停止方法であって、
前記ランキンサイクル装置は、ポンプ、蒸発器、分岐部、膨張機、合流部、凝縮器、流量調整器及び冷却室を備え、
前記ランキンサイクル装置では、作動流体が流れる流体流路が構成され、
前記流体流路は、
前記ポンプ、前記蒸発器、前記分岐部、前記膨張機、前記合流部及び前記凝縮器がこの順で並ぶ循環流路と、
前記分岐部と前記合流部とを接続し、前記流量調整器が設けられたバイパス流路と、を有し、
前記流体流路のうち前記蒸発器から前記分岐部を経由して前記流量調整器に至る部分を特定流路と定義したとき、前記冷却室は前記特定流路に設けられ、
前記冷却室は、タンクであり、
前記冷却室の内部空間の下端は、前記凝縮器の内部空間の上端よりも低い位置にあり、
前記停止方法は、液相状態のひとつながりの前記作動流体の貯留を前記凝縮器の前記内部空間と前記冷却室の前記内部空間とで分担し、これにより前記ひとつながりの前記作動流体の気液境界を前記凝縮器の前記内部空間に形成することを含む、
停止方法。

【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に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１のランキンサイクル装置は、循環流路及びバイパス流路を備える。循環流路は、ポンプ、蒸発器、膨張機及び凝縮器を有する。バイパス流路は、膨張機を迂回する。バイパス流路は、流量調整器を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６２３３７８３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、信頼性の高いランキンサイクル装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示におけるランキンサイクル装置は、
ポンプ、蒸発器、分岐部、膨張機、合流部、凝縮器、流量調整器及び冷却室を備え、
作動流体が流れる流体流路が構成され、
前記流体流路は、
前記ポンプ、前記蒸発器、前記分岐部、前記膨張機、前記合流部及び前記凝縮器がこの順で並ぶ循環流路と、
前記分岐部と前記合流部とを接続し、前記流量調整器が設けられたバイパス流路と、を有し、
前記流体流路のうち前記蒸発器から前記分岐部を経由して前記流量調整器に至る部分を特定流路と定義したとき、前記冷却室は前記特定流路に設けられている。

【発明の効果】

【0006】

本開示に係る技術によれば、信頼性の高いランキンサイクル装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施の形態１における熱発電システムの構成図

【図2】ランキンサイクル装置の各構成要素の鉛直方向の位置を説明するための模式図

【図3】実施の形態１における発電ユニットの構成図

【図4】流体流路における作動流体の状態を示すモリエル線図

【図5】ランキンサイクル装置の基本制御を示すフローチャート

【図6A】ランキンサイクル装置の停止時における作動流体の状態の説明図

【図6B】ランキンサイクル装置の起動中における作動流体の状態の説明図

【図7A】参考例のランキンサイクル装置の停止時における作動流体の状態の説明図

【図7B】参考例のランキンサイクル装置の起動中における作動流体の状態の説明図

【図8】流量調整器の直ぐ上流側に位置する配管における作動流体の温度の経時変化を示すグラフ

【図9A】ランキンサイクル装置の通常制御中における作動流体の状態の説明図

【図9B】ランキンサイクル装置の停止制御完了後における作動流体の状態の説明図

【図10A】参考例のランキンサイクル装置の通常制御中における作動流体の状態の説明図

【図10B】参考例のランキンサイクル装置の停止制御完了後における作動流体の状態の説明図

【図11】実施の形態２における熱発電システムの構成図

【図12】実施の形態２における発電ユニットの構成図

【図13】変形例における熱発電システムの構成図

【発明を実施するための形態】

【0008】

（本開示の基礎となった知見等）
本発明者らが本開示に想到するに至った当時、ランキンサイクル装置についての検討がなされていた。一例に係る従来のランキンサイクル装置は、循環流路及びバイパス流路を備える。循環流路は、ポンプ、蒸発器、膨張機及び凝縮器を有する。バイパス流路は、膨張機を迂回する。バイパス流路は、流量調整器を有する。

【0009】

通常、ランキンサイクル装置の蒸発器に供給される加熱媒体の温度は、冷凍サイクル装置の蒸発器に供給される加熱媒体の温度よりも、大幅に高い。一数値例では、蒸発器に供給される加熱媒体の温度は、冷凍サイクル装置では－１０℃から５０℃程度であり、ランキンサイクル装置では１００℃から２００℃程度である。このため、ランキンサイクル装置の蒸発器では、作動流体と加熱媒体とが熱交換することにより、作動流体が高温に加熱され易い。蒸発器で高温に加熱された作動流体は、流量調整器へと流入しうる。

【0010】

ランキンサイクル装置の運転時のみならず停止時にも、蒸発器に高温の加熱媒体が供給されることがある。ランキンサイクル装置が停止しておりかつ蒸発器に高温の加熱媒体が供給されている状況では、蒸発器における作動流体の温度が上昇する。この状況が長期間にわたって続くと、蒸発器における作動流体の温度は、ランキンサイクル装置の運転中に比べて大幅に高くなりうる。

【0011】

ランキンサイクル装置が長期間停止した後にポンプを起動させると、蒸発器の直ぐ下流における作動流体の温度は、急激に上昇してピーク値に至り、その後低下して略安定状態となる。同様に、流量調整器に流入する作動流体の温度は、急激に上昇してピーク値に至り、その後低下して略安定状態となる。本発明者らは、流量調整器に流入する作動流体の温度の上記ピーク値を低いレベルに抑えることにより、流量調整器の信頼性ひいてはランキンサイクル装置の信頼性を確保することを検討した。

【0012】

そして、検討に基づき、本発明者らは、本開示の主題を構成するに至った。本開示は、信頼性の高いランキンサイクル装置を提供できる技術を提供する。

【0013】

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、又は、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。

【0014】

添付図面及び以下の説明は、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。

【0015】

（実施の形態１）
以下、図１から図１０Ｂを用いて、実施の形態１を説明する。

【0016】

［１－１．構成］
図１は、本実施の形態における熱発電システム１００の構成図である。熱発電システム１００は、熱流路４０及びランキンサイクル装置５０を備える。ランキンサイクル装置５０は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。

【0017】

熱源３０は、加熱媒体Ｇを生成する。熱流路４０は、加熱媒体Ｇをランキンサイクル装置５０に供給する。本実施の形態では、熱源３０は、工場等の設備である。加熱媒体Ｇは、設備から排出される排ガスである。熱流路４０は、例えばダクト等により構成されうる。

【0018】

ランキンサイクル装置５０は、流体流路１４を備える。流体流路１４には、作動流体が充填されている。流体流路１４において、作動流体が流れる。流体流路１４は、循環流路１５及びバイパス流路１６を備える。

【0019】

本実施の形態では、作動流体は、有機作動流体である。具体的には、作動流体は、ハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）系の作動流体である。ＨＦＯ系の作動流体は、ＨＦＯを含む作動流体を意味する。作動流体におけるＨＦＯの含有率は、例えば５０質量％以上であり、８０質量％以上であってもよい。ＨＦＯとしては、ＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｚ）、ＨＦＯ１３３６ｍｚｚ（Ｅ）、これらの混合物等が例示される。作動流体として、ＨＦＯを含まない公知の作動流体を採用することもできる。

【0020】

ランキンサイクル装置５０は、ポンプ１、蒸発器２、分岐部８１、膨張機３、合流部８２及び凝縮器４を備える。循環流路１５において、ポンプ１、蒸発器２、分岐部８１、膨張機３、合流部８２及び凝縮器４がこの順に並んでいる。ポンプ１、蒸発器２、膨張機３及び凝縮器４は、配管によって環状に接続されている。

【0021】

バイパス流路１６は、膨張機３を迂回する流路である。バイパス流路１６は、循環流路１５における膨張機３の入口側の部分と循環流路１５における膨張機３の出口側の部分とを接続している。具体的には、バイパス流路１６は、分岐部８１において循環流路１５から分岐し、合流部８２において循環流路１５に合流している。分岐部８１は、循環流路１５における蒸発器２よりも下流側かつ膨張機３よりも上流側に位置する。合流部８２は、循環流路１５における膨張機３よりも下流側かつ凝縮器４よりも上流側に位置する。

【0022】

ランキンサイクル装置５０は、流量調整器５を備える。流量調整器５は、バイパス流路１６に設けられている。

【0023】

ランキンサイクル装置５０は、冷却室１７を備える。流体流路１４のうち蒸発器２から分岐部８１を経由して流量調整器５に至る部分を、特定流路１４ｘと定義する。このとき、冷却室１７は、特定流路１４ｘに設けられている。冷却室１７及び流量調整器５は、配管によって接続されている。

【0024】

以下、熱発電システム１００の各構成要素について説明する。

【0025】

ポンプ１は、作動流体を加圧して、作動流体を搬送する。本実施の形態では、ポンプ１の回転数は可変である。

【0026】

蒸発器２には、熱源３０から加熱媒体Ｇが供給される。蒸発器２は、加熱媒体Ｇから熱を受け取り、作動流体に熱を与える。これにより、作動流体は、加熱され、蒸発する。蒸発器２が受け取る熱の量は、加熱媒体Ｇの温度及び流量に応じて決まる。蒸発器２は、受け取る熱の量が所定範囲に収まるように構成されうる。本実施の形態では、蒸発器２は、フィンアンドチューブ熱交換器である。

【0027】

工場等の設備の稼働中において、設備から排出される加熱媒体Ｇの温度及び流量は、経時的に大きく変動しない傾向にある。そのため、蒸発器２において、加熱媒体Ｇの温度及び流量は、概ね安定状態にある。

【0028】

一例では、熱源３０は、製品を乾燥させる乾燥工程に用いられる。熱源３０は、安定状態に維持される。このようにすれば、各製品の乾燥状態及び品質が均一に保たれうる。また、加熱媒体Ｇの温度及び流量が安定する。

【0029】

本実施の形態では、加熱媒体Ｇの温度及び流量が上記のような安定状態をとることを想定して、蒸発器２が設計されている。具体的には、この安定状態において加熱媒体Ｇから作動流体へと所定量の熱を移動させる熱交換がなされるように、蒸発器２が設計されている。より具体的には、ポンプ１は、外気温度に応じて予め設定された回転数で運転される。この運転がなされているときに、蒸発器２から流出する作動流体の温度が所定温度となり膨張機３に流入する作動流体の状態が所定状態となるように、蒸発器２が設計されている。

【0030】

本実施の形態の蒸発器２では、伝熱管の段数、伝熱管の列数、伝熱管の長さ、フィンのピッチ、フィンの枚数等が適切に設定されている。これらの設定を通じて、加熱媒体Ｇと作動流体との間の適切な熱交換が実現されうる。

【0031】

膨張機３は、作動流体を膨張させる。これにより、圧力エネルギーが機械エネルギーに変換される。本実施の形態では、膨張機３は、容積型である。容積型の膨張機としては、ロータリ式の膨張機、スクロール式の膨張機等が例示される。

【0032】

ランキンサイクル装置５０は、発電機１８を備える。膨張機３には、発電機１８が接続されている。発電機１８は、膨張機３によって回転させられる。これにより、発電機１８において発電が行われる。つまり、機械エネルギーが電気エネルギーに変換される。発電機１８には、図示しないコンバータが接続されている。コンバータにより、発電機１８及び膨張機３の回転数を制御できる。

【0033】

凝縮器４は、作動流体を凝縮させる。具体的には、凝縮器４は、冷却媒体によって作動流体を冷却する。これにより、作動流体が凝縮する。本実施の形態では、凝縮器４は、フィンアンドチューブ熱交換器である。

【0034】

ランキンサイクル装置５０は、ファン７を備える。ランキンサイクル装置５０では、媒体流路２１が構成されている。媒体流路２１では、凝縮器４が設けられている。媒体流路２１では、ファン７により冷却媒体の流れが形成される。本実施の形態では、冷却媒体は、空気である。媒体流路２１は、送風路である。後述の図３から理解されるように、本実施の形態では、媒体流路２１内に、凝縮器４が収容されている。

【0035】

循環流路１５は、第１流路１５ａ及び第２流路１５ｂを含む。第１流路１５ａは、ポンプ１から蒸発器２を経由して膨張機３に至る流路である。第２流路１５ｂは、膨張機３から凝縮器４を経由してポンプ１に至る流路である。

【0036】

典型的には、流量調整器５は、弁である。本実施の形態では、流量調整器５は、可変弁である。可変弁の開度は、０％（全閉）から１００％（全開）の間で任意に設定可能である。流量調整器５が可変弁であれば、膨張機３を流れる作動流体の流量とバイパス流路１６を流れる作動流体の流量との比率を調整できる。具体的には、本実施の形態では、流量調整器５は、電動式リニア制御弁である。

【0037】

流量調整器５には、冷却室１７から作動流体が流入する。冷却室１７において、作動流体が冷却されうる。これにより、流量調整器５の信頼性を確保できる。

【0038】

冷却室１７は、バイパス流路１６のうち流量調整器５よりも上流側の部分に設けられている。ランキンサイクル装置５０の通常運転時において、循環流路１５を作動流体が循環する。冷却室１７の上記配置によれば、通常運転時において冷却室１７が原因の圧力損失が生じ難い。このことは、膨張機３の入口及び出口の間の作動流体の圧力差を高める観点から有利である。この圧力差を高めることにより、発電機１８による発電電力を大きくできる。

【0039】

典型例では、流体流路１４の流路断面積は、冷却室１７の外部から冷却室１７の入口１７ａを介して冷却室１７の内部空間に入るときに拡大する。流体流路１４の流路断面積は、冷却室１７の内部空間から冷却室１７の出口１７ｂを介して冷却室１７の外部に出るときに縮小する。

【0040】

本実施の形態では、冷却室１７は、作動流体を貯留しうる。具体的には、冷却室１７は、タンクである。冷却室１７がタンクである場合、冷却室１７の内容積を確保し易い。また、この場合、作動流体を貯留し易い。

【0041】

冷却室１７は、冷却室１７の入口１７ａに接続された配管及び冷却室１７の出口１７ｂに接続された配管に比べて大きい流路断面積を有する配管であってもよい。冷却室１７は、直線状の配管に比べ流路の冗長性を増す配管であってもよい。冗長性を増す配管として、スパイラル状に延びる配管、ジグザグ状に延びる配管、１又は複数の折り返しを含む配管等が例示される。冷却室１７は、冷却室１７の入口１７ａと出口１７ｂとの間で並列に延びる複数の配管であってもよい。冷却室１７は、フィンが設けられた配管であってもよい。その他、冷却室１７は、公知の熱交換器であってもよい。

【0042】

循環流路１５のうち蒸発器２から分岐部８１を経由して膨張機３に至る部分の少なくとも一部において、配管が延びている。この配管は、断熱材で覆われている。この構成によれば、循環流路１５において作動流体が循環しているときに、上記部分において作動流体の温度が下がり難い。このことは、膨張機３の入口及び出口の間の作動流体の圧力差を高める観点から有利である。この圧力差を高めることにより、発電機１８による発電電力を大きくできる。

【0043】

典型例では、冷却室１７を構成する部材の熱伝導率は、上記断熱材の熱伝導率よりも大きい。この構成によれば、冷却室１７内の作動流体の温度が冷却室１７の外部の冷却媒体の温度よりも高い場合、冷却室１７内の作動流体が冷却され易い。この文脈において、熱伝導率は、２５℃の時の値である。本実施の形態では、冷却室１７は、断熱材を有さない。冷却室１７は、金属を主成分とする配管であってもよく、金属を主成分とするタンクであってもよく、その両方を含んでいてもよい。冷却室１７の外部の冷却媒体は、典型的には、空気である。

【0044】

上記断熱材として、ポリウレタン、ポリスチレン、グラスウール、ロックウール等が例示される。上記断熱材は、発泡体でありうる。

【0045】

本実施の形態では、ランキンサイクル装置５０は、再熱器６を備える。再熱器６は、第１部分６ａ及び第２部分６ｂを含む。第１部分６ａは、循環流路１５におけるポンプ１よりも下流側かつ蒸発器２よりも上流側の部分である。第２部分６ｂは、循環流路１５における膨張機３よりも下流側かつ凝縮器４よりも上流側の部分である。再熱器６において、第１部分６ａを流れる作動流体と第２部分６ｂを流れる作動流体との間で熱交換が行われる。この熱交換によって、第１部分６ａを流れる作動流体の温度が上昇し、第２部分６ｂを流れる作動流体の温度が低下する。

【0046】

図２は、本実施の形態のランキンサイクル装置５０の各構成要素の鉛直方向の位置を説明するための模式図である。図２では、再熱器６等の図示は省略している。なお、図２に示す各構成要素の鉛直方向の位置関係は、限定的なものではなく、一例に過ぎない。

【0047】

冷却室１７の内部空間の下端は、膨張機３の内部空間の下端よりも低い位置にある。この構成によれば、分岐部８１における作動流体が、膨張機３よりも冷却室１７へと流れ易い。ここで、「内部空間の下端」は、対象要素の内部に設けられた作動流体が存在しうる空間のうち最も低い部分を指す。

【0048】

上記及び下記の文脈において、「低い位置」、「高い位置」、「同じ高さの位置」、「下端」及び「上端」は、鉛直方向ＶＤに関する位置である。

【0049】

具体的には、冷却室１７の入口１７ａは、膨張機３の入口３ａよりも低い位置にある。より具体的には、冷却室１７の内部空間の上端が、膨張機３の内部空間の下端よりも低い位置にある。

【0050】

バイパス流路１６の少なくとも一部は、膨張機３の内部空間の下端よりも低い位置にある。この構成によれば、膨張機３よりもバイパス流路１６に作動流体が流れ易い。具体的には、バイパス流路１６の上端は、膨張機３の内部空間の下端よりも低い位置にある。この文脈において、バイパス流路１６の少なくとも一部及びバイパス流路１６の上端の「流路」は、作動流体が存在しうる空間を指す。

【0051】

分岐部８１は、蒸発器２の出口２ｂと同じ高さの位置又は蒸発器２の出口２ｂよりも低い位置にある。この構成によれば、蒸発器２から分岐部８１に作動流体が流れ易い。

【0052】

冷却室１７の入口１７ａは、分岐部８１と同じ高さの位置又は分岐部８１よりも低い位置にある。この構成によれば、分岐部８１から冷却室１７に作動流体が流れ易い。

【0053】

流量調整器５は、冷却室１７の出口１７ｂと同じ高さの位置又は冷却室１７の出口１７ｂよりも低い位置にある。この構成によれば、冷却室１７から流量調整器５に作動流体が流れ易い。

【0054】

合流部８２は、流量調整器５と同じ高さの位置又は流量調整器５よりも低い位置にある。この構成によれば、流量調整器５から合流部８２に作動流体が流れ易い。

【0055】

凝縮器４の入口４ａは、合流部８２と同じ高さの位置又は合流部８２よりも低い位置にある。この構成によれば、合流部８２から凝縮器４に作動流体が流れ易い。図２の例では、入口４ａは、凝縮器４の鉛直方向ＶＤの中心位置よりも高い位置にある。

【0056】

膨張機３の入口３ａは、分岐部８１と同じ高さの位置又は分岐部８１よりも低い位置にある。この構成によれば、分岐部８１から膨張機３に作動流体が流れ易い。

【0057】

合流部８２は、膨張機３の出口３ｂと同じ高さの位置又は膨張機３の出口３ｂよりも低い位置にある。この構成によれば、膨張機３から合流部８２に作動流体が流れ易い。

【0058】

流体流路１４のうち冷却室１７から合流部８２を経由して凝縮器４に至る部分を、接続流路１４ｙと定義する。このとき、本実施の形態では、凝縮器４の内部空間の上端は、接続流路１４ｙの上端よりも高い位置にある。厳密には、接続流路１４ｙは、流体流路１４のうち冷却室１７の出口１７ｂから合流部８２を経由して凝縮器４の入口４ａに至る部分である。この文脈において、接続流路１４ｙの「流路」は、作動流体が存在しうる空間を指す。

【0059】

本実施の形態では、冷却室１７の内部空間の下端は、凝縮器４の内部空間の上端よりも低い位置にある。この構成によれば、冷却室１７が、凝縮器４の内部空間に気液境界を形成させることに寄与し易い。この作用は、冷却室１７の内部空間の上端が凝縮器４の内部空間の上端よりも低い位置にある場合に、特に発現し易い。また、この作用は、凝縮器４の内部空間の上端が接続流路１４ｙの上端よりも高い位置にある場合に、特に発現し易い。上記の文脈において、「内部空間の上端」は、対象要素の内部に設けられた作動流体が存在しうる空間のうち最も高い部分を指す。

【0060】

なお、図２の例では、凝縮器４には、液相状態の作動流体及び気相状態の作動流体が貯留されている。つまり、凝縮器４の内部空間において作動流体の気液境界が形成されている。冷却室１７には、液相状態の作動流体が貯留されている。図２の点線ＤＬにより示されているように、凝縮器４の気液境界の高さは、冷却室１７における液相状態の作動流体の上端の高さと同じである。

【0061】

図１に戻って、本実施の形態では、ランキンサイクル装置５０は、第１圧力センサ８ａ及び第２圧力センサ８ｂを備える。第１圧力センサ８ａは、第１流路１５ａに設けられている。第２圧力センサ８ｂは、第２流路１５ｂに設けられている。具体的には、第１圧力センサ８ａは、循環経路１５における蒸発器２よりも下流側かつ膨張機３よりも上流側の部分に設けられている。第２圧力センサ８ｂは、循環経路１５における膨張機３よりも下流側かつ再熱器６よりも上流側の部分に設けられている。

【0062】

第１圧力センサ８ａは、第１流路１５ａにおける作動流体の圧力を検出する。第２圧力センサ８ｂは、第２流路１５ｂにおける作動流体の圧力を検出する。具体的には、第１圧力センサ８ａは、膨張機３の入口における作動流体の圧力である入口圧力を検出する。第２圧力センサ８ｂは、膨張機３の出口における作動流体の圧力である出口圧力を検出する。入口圧力及び出口圧力から、サイクルの高圧とサイクルの低圧との圧力差を特定できる。

【0063】

本実施の形態では、ランキンサイクル装置５０は、第１温度センサ９ａ及び第２温度センサ９ｂを備える。

【0064】

第１温度センサ９ａは、循環経路１５における蒸発器２よりも下流側かつ膨張機３よりも上流側の部分における作動流体の温度を検出する。本実施の形態では、第１温度センサ９ａは、この部分に設けられている。第１温度センサ９ａは、膨張機３の入口における作動流体の温度を検出しうる。

【0065】

第２温度センサ９ｂは、凝縮器４に供給されるべき冷却媒体の温度を検出する。本実施の形態では、第２温度センサ９ｂは、外気温度を検出する外気温度センサである。本実施の形態では、第２温度センサ９ｂは、凝縮器４における冷却媒体の吸い込み部に設けられている。

【0066】

本実施の形態では、ランキンサイクル装置５０は、制御装置２０を備える。制御装置２０は、各センサから取得した信号に基づき、ポンプ１、膨張機３、発電機１８、ファン７、流量調整器５等の制御対象を制御する。

【0067】

本実施の形態のランキンサイクル装置５０では、発電ユニット６０が構成されている。図３は、実施の形態１における発電ユニット６０の構成図である。

【0068】

発電ユニット６０は、膨張機３、発電機１８、凝縮器４、ファン７、ポンプ１、再熱器６、冷却室１７、流量調整器５、制御器２０、筐体６７及び少なくとも１つの仕切り７３を備える。膨張機３、発電機１８、凝縮器４、ファン７、ポンプ１、再熱器６、冷却室１７、流量調整器５、制御器２０及び仕切り７３は、筐体６７に収容されている。蒸発器３は、発電ユニット６０の外部に設けられている。

【0069】

図３の例では、少なくとも１つの仕切り７３は、１つの仕切り７３である。仕切り７３は、筐体６７の内部空間を、第１収容空間７５と第２収容空間７６とに仕切っている。第１収容空間７５には、膨張機３、発電機１８、ポンプ１、再熱器６、冷却室１７、流量調整器５及び制御器２０が収容されている。第２収容空間７６には、凝縮器４及びファン７が収容されている。第２収容空間７６は、媒体流路２１を構成している。

【0070】

仕切り７３は、例えば、板状の部材である。仕切り７３の材料は、金属、樹脂、セラミック等の公知の材料である。仕切り７３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。

【0071】

一例では、仕切り７３は、第１収容空間７５と第２収容空間７６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６７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収容空間７５と第２収容空間７６とが仕切り７３によって完全に隔てられていなくてもよい。

【0072】

筐体６７及び仕切り７３は、ランキンサイクル装置５０の所有物であるとも言える。なお、図３は、各要素が第１収容空間７５と第２収容空間７６のいずれに収容されているかを説明するものであって、各要素の鉛直方向ＶＤ及び垂直方向の位置を説明することを意図したものではない。

【0073】

［１－２．動作］
図４は、流体流路１４における作動流体の状態を示すモリエル線図である。ランキンサイクル装置５０が定常運転を行っているとき、作動流体の状態は、図４に示すモリエル線図に沿って変化する。定常運転は、後述の通常制御に基づく運転に対応しうる。

【0074】

図４において、横軸は、エンタルピである。縦軸は、圧力である。一点鎖線Ｌ１は、飽和液線である。二点鎖線Ｌ２は、飽和蒸気線である。

【0075】

矢印ＰＵＭは、ポンプ１による昇圧を表す。矢印ＲＨ１は、再熱器６による加熱を表す。矢印ＥＶは、蒸発器２による加熱を表す。矢印ＥＸは、膨張機３による膨張を表す。矢印ＲＨ２は、再熱器６による冷却を表す。矢印ＣＯＮは、凝縮器４による冷却を表す。これらの矢印が表す作用によって、作動流体の状態は、状態（１）、状態（２）、状態（３）、状態（４）、状態（５）及び状態（６）の順に変化する。

【0076】

状態（１）は、循環流路１５における凝縮器４よりも下流側かつポンプ１よりも上流側の部分における作動流体の状態である。状態（１）は、過冷却液の状態である。ブロック矢印ＳＣは、作動流体の過冷却度を模式的に表している。状態（１）は、状態（６）に比べ、エンタルピが低い。

【0077】

状態（２）は、循環流路１５におけるポンプ１よりも下流側かつ再熱器６の第１部分６ａよりも上流側の部分における作動流体の状態である。状態（２）は、過冷却液の状態である。状態（２）は、状態（１）に比べ、圧力が高い。

【0078】

状態（３）は、循環流路１５における再熱器６の第１部分６ａよりも下流側かつ蒸発器２よりも上流側の部分における作動流体の状態である。状態（３）は、過冷却液の状態である。状態（３）は、状態（２）に比べ、エンタルピが高い。再熱器６における熱交換量が大きい変形例では、状態（３）は、気液２相の状態である。この変形例では、図４において、状態（３）の位置は、飽和液線Ｌ１の右側となる。

【0079】

状態（４）は、循環流路１５における蒸発器２よりも下流側かつ膨張機３よりも上流側の部分における作動流体の状態である。状態（４）は、過熱蒸気の状態である。ブロック矢印ＳＨは、作動流体の過熱度を模式的に表している。状態（４）は、状態（３）に比べ、エンタルピが高い。

【0080】

状態（５）は、循環流路１５における膨張機３よりも下流側かつ再熱器６の第２部分６ｂよりも上流側の部分における作動流体の状態である。状態（５）は、過熱蒸気の状態である。状態（５）は、状態（４）に比べ、圧力及びエンタルピが低い。

【0081】

状態（６）は、循環流路１５における再熱器６の第２部分６ｂよりも下流側かつ凝縮器４よりも上流側の部分における作動流体の状態である。状態（６）は、気液２相の状態である。状態（６）は、状態（５）に比べ、エンタルピが低い。再熱器６における熱交換量が小さい変形例では、状態（６）は、過熱蒸気の状態である。この変形例では、図４において、状態（６）の位置は、飽和蒸気線Ｌ２の右側となる。

【0082】

状態（２）、状態（３）及び状態（４）は、第１流路１５ａにおける作動流体の状態であり、相対的に高圧の状態である。状態（５）、状態（６）及び状態（１）は、第２流路１５ｂにおける作動流体の状態であり、相対的に低圧の状態である。ブロック矢印ＰＤは、第１流路１５ａにおける作動流体と第２流路１５ｂにおける作動流体との圧力差を表す。以下、第１流路１５ａにおける作動流体の圧力を、高圧ＰＨと称することがある。第２流路１５ｂにおける作動流体の圧力を、低圧ＰＬと称することがある。高圧ＰＨと低圧ＰＬの圧力差を、圧力差ＰＤと称することがある。

【0083】

上述の通り、本実施の形態では、ランキンサイクル装置５０の構成要素が、制御装置２０によって制御される。具体的には、制御装置２０は、起動制御、通常制御及び停止制御を行う。起動制御は、ランキンサイクル装置５０を起動させるための制御である。通常制御は、ランキンサイクル装置５０のサイクルの安定時に行われる制御である。停止制御は、ランキンサイクル装置５０を停止させるための制御である。

【0084】

以下、制御装置２０が行う制御について、図５を参照しながら説明する。以下の説明では、各アクチュエータの起動制御における目標回転数を初期目標回転数と称することがある。以下の説明では、アクチュエータは、具体的には、ポンプ１、ファン７及び膨張機３である。

【0085】

図５は、ランキンサイクル装置５０の基本制御を示すフローチャートである。

【0086】

ステップＳ１において、制御装置２０は、ランキンサイクル装置５０に運転信号が入力されたか否かを判断する。運転信号が入力されている場合、ステップＳ２に進む。運転信号が入力されていない場合、再度ステップＳ１が行われる。

【0087】

ステップＳ２において、制御装置２０は、ファン７を所定回転数で所定時間だけ運転する。

【0088】

ステップＳ２の後、ステップＳ３において、制御装置２０は、第２温度センサ９ｂの検出値Ｔｃを取得する。上述のとおり、本実施の形態では、第２温度センサ９ｂは、外気温度センサである。検出値Ｔｃは、外気温度Ｔａｉｒに対応する。

【0089】

ステップＳ３の後、ステップＳ４において、制御装置２０は、各アクチュエータの初期目標回転数を設定する。具体的には、制御装置２０は、外気温度Ｔａｉｒに基づいて、ポンプ１の初期回転数Ｒｐ０、ファン７の初期回転数Ｒｆ０及び膨張機３の初期目標回転数Ｒｅ０を設定する。

【0090】

ステップＳ４の後、ステップＳ５において、制御装置２０は、ランキンサイクル装置５０の起動制御を実行する。

【0091】

起動制御において、制御装置２０は、流量調整器５の開度を小さくする。具体的には、制御装置２０は、流量調整器５の開度を全開（１００％）から全閉（０％）まで、徐々に変更する。

【0092】

起動制御において、制御装置２０は、ポンプ１の回転数を、ゼロから初期目標回転数Ｒｐ０へと制御する。具体的には、制御装置２０は、ポンプ１の回転数を、徐々に上昇させる。

【0093】

起動制御において、制御装置２０は、膨張機３の回転数を、ゼロから初期目標回転数Ｒｅ０へと制御する。具体的には、制御装置２０は、膨張機３の回転数を、徐々に上昇させる。

【0094】

起動制御において、制御装置２０は、ファン７の回転数を、ゼロから初期目標回転数Ｒｆ０へと制御する。具体的には、制御装置２０は、ファン７の回転数を初期目標回転数Ｒｆ０に到達させる。

【0095】

起動制御の初期段階では、分岐部８１から膨張機３を経由して合流部８２へと流れる作動流体の流量は、実質的にゼロである。作動流体は、バイパス経路１６を流れる。具体的には、作動流体は、分岐部８１から、冷却室１７及び流量調整器５をこの順に経由して、合流部８２に流れる。

【0096】

起動制御において、流量調整器５の開度は、全開（１００％）から全閉（０％）まで徐々に小さくなる。これにより、バイパス流路１６に流れる作動流体の流量が徐々に減少する。一方、膨張機３を流れる作動流体の流量が徐々に増加する。

【0097】

制御装置２０は、流量調整器５の開度の制御が完了し、かつ、ポンプ１、ファン７及び膨張機３の回転数が初期目標値に達すると、起動制御を終了させる。

【0098】

起動制御の終了後、ステップＳ６において、制御装置２０は、通常制御を実行する。

【0099】

通常制御において、制御装置２０は、流量調整器５の開度を、起動制御で小さくした後の値に維持する。具体的には、制御装置２０は、流量調整器５の開度を全閉に維持する。

【0100】

通常制御において、制御装置２０は、第１温度センサ９ａの検出値Ｔａを取得する。先の説明から理解されるように、検出値Ｔａから、膨張機３の入口における作動流体の温度を検出できる。

【0101】

通常制御において、制御装置２０は、検出値Ｔａが所定の目標値となるように、ポンプ１の回転数を制御する。

【0102】

通常制御において、制御装置２０は、第１圧力センサ８ａの検出値を取得する。この検出値から、膨張機３の入口における作動流体の圧力である入口圧力を検出できる。

【0103】

通常制御において、制御装置２０は、第２圧力センサ８ｂの検出値を取得する。この検出値から、膨張機３の出口における作動流体の圧力である出口圧力を検出できる。

【0104】

通常制御において、制御装置２０は、第１圧力センサ８ａの検出値から第２圧力センサ８ｂの検出値を差し引いた差分を計算する。以下では、この差分を、圧力差ΔＰ１と称することがある。圧力差ΔＰ１から、高圧と低圧との圧力差ＰＤを把握できる。

【0105】

通常制御において、制御装置２０は、膨張機３の目標圧力差ΔＰ０を設定する。具体的には、膨張機３の目標圧力差ΔＰ０と外気温度Ｔａｉｒとは予め対応付けられている。制御装置２０には、外気温度Ｔａｉｒに対応付けられた目標圧力差ΔＰ０を選択する。

【0106】

通常制御において、制御装置２０は、圧力差ΔＰ１が目標圧力差ΔＰ０に追従するように、膨張機３の回転数を制御する。

【0107】

ステップＳ７において、制御装置２０は、ランキンサイクル装置５０に停止信号が入力されたか否かを判断する。停止信号が入力されている場合、ステップＳ８に進む。停止信号が入力されていない場合、再度ステップＳ７が行われる。

【0108】

ステップ８において、制御装置２０は、ランキンサイクル装置５０の停止制御を行う。具体的には、流量調整器５を開くとともに、ポンプ１及び膨張機３の回転数を減少させて最終的に停止させる。これにより、ランキンサイクル装置５０が停止する。

【0109】

上述の説明から理解されるように、起動制御により、ランキンサイクル装置５０が起動する。停止制御により、ランキンサイクル装置５０が停止する。以下、起動制御及び停止制御に伴う作動流体の温度、圧力及び状態の変化について、図６Ａから図１０Ｂを参照しながら説明する。図６Ａから図１０Ｂでは、再熱器６の図示は省略している。

【0110】

図６Ａから図１０Ｂを参照した説明では、加熱媒体Ｇは、２００℃のガスであるものとする。以下では、ガスである加熱媒体Ｇを熱源ガスＧと表記することがある。外気温度は、１６℃であるものとする。

【0111】

まず、起動制御に伴う作動流体の温度、圧力及び状態の変化について、図６Ａから図８を参照して説明する。

【0112】

起動制御が行われる前には、ランキンサイクル装置５０は停止している。図６Ａは、ランキンサイクル装置５０の停止時における流体流路１４の作動流体の状態を例示する。停止時においては、作動流体は循環していない。

【0113】

図６Ａに示す停止時において、蒸発器２における作動流体の温度は、熱源ガスＧの温度とほぼ同じである。すなわち、蒸発器２における作動流体の温度は、ほぼ２００℃である。

【0114】

発電ユニット６０は、蒸発器２から所定距離離れた外気中に設けられている。このため、蒸発器２と発電ユニット６０との間の配管における作動流体の温度は、熱源ガスＧの温度及び外気温度の両方の影響を受ける。発電ユニット６０内における作動流体の温度は、熱源ガスＧの温度よりもむしろ外気温度の影響を受け易い。よって、発電ユニット６０内における作動流体の温度は、蒸発器２における作動流体の温度に比べ、低温となり易い。なお、この例では蒸発器２と発電ユニット６０との間の配管が断熱施工されているが、配管における作動流体の温度は、配管の周囲の温度の影響を受けうる。

【0115】

一数値例では、蒸発器２よりも下流側かつ発電ユニット６０よりも上流側に位置する配管における作動流体の温度は、３０℃である。分岐部８１に位置する配管における作動流体の温度は、１６℃である。冷却室１７よりも下流側かつ流量調整器５よりも上流側に位置する配管における作動流体の温度は、１６℃である。

【0116】

図６Ａの例では、蒸発器２における作動流体は、気相状態にある。膨張機３における作動流体は、気相状態にある。ただし、膨張機３における作動流体は、気液２相状態にありうる。冷却室１７における作動流体は、液相状態にある。ただし、冷却室１７における作動流体は、気液２相状態にありうる。凝縮器４における作動流体は、気液２相状態にある。ただし、凝縮器４における作動流体は、液相状態にありうる。

【0117】

図６Ｂは、ランキンサイクル装置５０の起動制御中における流体流路１４の作動流体の状態を例示する。起動制御により、流体流路１４の作動流体の状態は図６Ａの状態から図６Ｂの状態に変化する。

【0118】

具体的には、起動制御により、ポンプ１が起動する。ポンプ１が起動すると、蒸発器２における作動流体が、分岐部８１、冷却室１７、流量調整器５、合流部８２及び凝縮器４へとこの順に流れる。作動流体の温度は、作動流体が蒸発器２から冷却室１７に至る配管を流れている間に低下する。また、作動流体の温度は、作動流体が冷却室１７の入口１７ａから出口１７ｂに流れている間に低下する。

【0119】

一数値例では、蒸発器２よりも下流側かつ発電ユニット６０よりも上流側に位置する配管における作動流体の温度は、２００℃である。分岐部８１に位置する配管における作動流体の温度は、１８０℃である。冷却室１７よりも下流側かつ流量調整器５よりも上流側に位置する配管における作動流体の温度は、１６０℃である。

【0120】

次に、参考例のランキンサイクル装置５５について説明する。ランキンサイクル装置５５は、発電ユニット６５を有する。以下、ランキンサイクル装置５５を参考ランキンサイクル装置５５と称し、発電ユニット６５を参考発電ユニット６５と称することがある。参考発電ユニット６５と発電ユニット６０の相違点は、参考発電ユニット６５は冷却室１７を有さない点である。

【0121】

図７Ａは、参考ランキンサイクル装置５５の停止時における流体流路１４の作動流体の状態を例示する。

【0122】

図７Ａに示す停止時において、蒸発器２における作動流体の温度は、熱源ガスＧの温度とほぼ同じである。すなわち、蒸発器２における作動流体の温度は、ほぼ２００℃である。

【0123】

一数値例では、蒸発器２よりも下流側かつ参考発電ユニット６５よりも上流側に位置する配管における作動流体の温度は、３０℃である。分岐部８１に位置する配管における作動流体の温度は、１６℃である。流量調整器５の直ぐ上流側に位置する配管における作動流体の温度は、１６℃である。

【0124】

上述のとおり、停止時の参考ランキンサイクル装置５５における作動流体の温度は、停止時のランキンサイクル装置５０における作動流体の温度とほぼ同じである。ただし、参考ランキンサイクル装置５５は、ランキンサイクル装置５０とは異なり、冷却室１７を有さない。このため、参考ランキンサイクル装置５５の膨張機３では、ランキンサイクル装置５０の膨張機３よりも、作動流体が多くの液相成分を含んでいる。参考ランキンサイクル装置５５の凝縮器４では、ランキンサイクル装置５０の凝縮器４よりも、作動流体が多くの液相成分を含んでいる。

【0125】

図７Ａの例では、膨張機３における作動流体は、液相状態にある。ただし、膨張機３における作動流体は、気液２相状態にありうる。凝縮器４における作動流体は、液相状態にある。ただし、凝縮器４における作動流体は、気液２相状態にありうる。

【0126】

図７Ｂは、参考ランキンサイクル装置５５の起動制御中における流体流路１４の作動流体の状態を例示する。起動制御により、流体流路１４の作動流体の状態は図７Ａの状態から図７Ｂの状態に変化する。

【0127】

具体的には、起動制御により、ポンプ１が起動する。ポンプ１が起動すると、蒸発器２における作動流体が、分岐部８１、流量調整器５、合流部８２及び凝縮器４へとこの順に流れる。作動流体の温度は、作動流体が配管を流れている間に低下する。

【0128】

一数値例では、蒸発器２よりも下流側かつ参考発電ユニット６５よりも上流側に位置する配管における作動流体の温度は、２００℃である。分岐部８１に位置する配管における作動流体の温度は、１８０℃である。流量調整器５の直ぐ上流側に位置する配管における作動流体の温度は、１８０℃である。図７Ｂの例では、図６Ｂの例に比べ、流量調整器５の直ぐ上流側に位置する配管における作動流体の温度が高い。

【0129】

図８は、流量調整器５の直ぐ上流側に位置する配管における作動流体の温度の経時変化を示すグラフである。以下、この温度を、流量調整器５の入口温度と称することがある。図８の横軸は、時刻である。図８において、ｔｐは、起動制御におけるポンプ１の起動開始時刻である。図８の縦軸は、流量調整器５の入口温度である。図８の実線は、冷却室１７がある場合の流量調整器５の入口温度を示す。つまり、図８の実線は、図６Ａ及び図６Ｂに示すランキンサイクル装置５０に対応する。図８の点線は、冷却室１７がない場合の流量調整器５の入口温度を示す。つまり、図８の点線は、図７Ａ及び図７Ｂに示す参考ランキンサイクル装置５５に対応する。

【0130】

図８から理解されるように、冷却室１７が存在することによって、流量調整器５の入口温度のピーク値が抑制される。このことは、冷却室１７により、流量調整器５の温度が過度に上昇することが防止され、流量調整器５の信頼性が向上することを意味する。

【0131】

次に、停止制御に伴う作動流体の温度、圧力及び状態の変化について、図９Ａから図１０Ｂを参照して説明する。

【0132】

図９Ａは、ランキンサイクル装置５０の通常制御中における流体流路１４の作動流体の状態を例示する。通常制御中においては、作動流体は、略安定状態にある。

【0133】

一数値例では、図９Ａに示す通常制御中において、蒸発器２よりも下流側かつ発電ユニット６０よりも上流側に位置する配管における作動流体の温度は、１２０℃である。分岐部８１に位置する配管における作動流体の温度は、１２０℃である。

【0134】

蒸発器２の内部空間、膨張機３の内部空間及び凝縮器４の内部空間のそれぞれは、入口部分と出口部分とを有する。図９Ａの例では、蒸発器２の入口部分における作動流体は、液相状態にある。蒸発器２の出口部分における作動流体は、気相状態にある。膨張機３の入口部分における作動流体は、蒸発器２の出口部分と同様、１２０℃で気相状態にある。冷却室１７における作動流体は、気相状態にある。ただし、冷却室１７における作動流体は、気液２相状態にありうる。凝縮器４の入口部分における作動流体は、気相状態にある。ただし、凝縮器４の入口部分における作動流体は、気液２相状態にありうる。凝縮器４の出口部分における作動流体は、液相状態にある。作動流体は、このような状態変化を行いながら、循環流路１５を循環している。

【0135】

図９Ｂは、ランキンサイクル装置５０の停止制御完了後における流体流路１４の作動流体の状態を例示する。停止制御により、流体流路１４の作動流体の状態は図９Ａの状態から図９Ｂの状態に変化する。

【0136】

具体的には、停止制御により、流量調整器５が開かれるとともに、ポンプ１及び膨張機３の回転数がゼロへと減少する。これにより、ランキンサイクル装置５０が停止する。この停止状態においては、蒸発器２内に存在していた液相状態の作動流体は、熱源ガスＧによって加熱される。これにより、作動流体は、一旦気相状態となる。そして、作動流体は、外気雰囲気下に設置された低温の発電ユニット６０側へと向かう。

【0137】

冷却室１７の内部空間及びバイパス流路１６は、膨張機３の内部空間よりも低い位置にある。このため、蒸発器２から分岐部８１に到達した作動流体は、膨張機３よりもバイパス流路１６へと流れ易い。バイパス流路１６に流入した作動流体は、冷却室１７において冷却される。このため、冷却室１７及び凝縮器４において、作動流体は、液相状態又は気液２相状態で貯留される。

【0138】

図９Ｂの例では、矢印により示しているように、作動流体の気液境界は、凝縮器４の内部空間に形成されている。気液境界は、気相状態の作動流体と液相状態の作動流体との間の境界である。具体的には、図２を参照した説明から理解されるように、冷却室１７があるため、凝縮器４の内部空間のみならず冷却室１７の内部空間にも液相状態の作動流体が貯留されうる。冷却室１７の内部空間は、あたかも凝縮器４の内部空間を拡張するかのように作用し、液相状態の作動流体の貯留を凝縮器４の内部空間と分担する。この分担により、冷却室１７がない場合に比べ、気液境界が鉛直方向ＶＤの低い位置に形成され易くなる。結果として、気液境界が、蒸発器２に近い位置ではなく、凝縮器４の内部空間に形成され易くなる。

【0139】

外気温度は１６℃であり、気液境界が存する凝縮器４の温度は外気温度と同程度まで速やかに冷却される。このため、ランキンサイクル装置５０の停止状態においては、作動流体の圧力は、速やかに低下し、作動流体の１６℃における飽和圧力に落ち着く。この圧力は、十分に低い。つまり、ランキンサイクル装置５０の構成によれば、停止後の配管内部の圧力は、十分に低いレベルまで速やかに低下する。このため、ランキンサイクル装置５０の次回起動時に、高圧ＰＨが過度に上昇する事態を招き難い。このように、本実施の形態によれば、ランキンサイクル装置５０の信頼性を確保し易い。

【0140】

また、上述のとおり、蒸発器２から分岐部８１に到達した作動流体は、膨張機３には流入し難い。このため、膨張機３において液相状態で貯留する事態が生じ難い。このため、ランキンサイクル装置５０の次回起動時に、膨張機３内のオイルが液相状態の作動流体と一緒に膨張機３外に流出する事態を招き難い。このように、本実施の形態によれば、膨張機３ひいてはランキンサイクル装置５０の信頼性を確保し易い。

【0141】

図１０Ａは、参考ランキンサイクル装置５５の通常制御中における流体流路１４の作動流体の状態を例示する。

【0142】

一数値例では、図１０Ａに示す通常制御中において、蒸発器２よりも下流側かつ参考発電ユニット６５よりも上流側に位置する配管における作動流体の温度は、１２０℃である。分岐部８１に位置する配管における作動流体の温度は、１２０℃である。

【0143】

図１０Ａの例では、蒸発器２の入口部分における作動流体は、液相状態にある。蒸発器２の出口部分における作動流体は、気相状態にある。膨張機３の入口部分における作動流体は、蒸発器２の出口部分と同様、１２０℃で気相状態にある。凝縮器４の入口部分における作動流体は、気相状態にある。ただし、凝縮器４の入口部分における作動流体は、気液２相状態にありうる。凝縮器４の出口部分における作動流体は、液相状態にある。

【0144】

図１０Ｂは、参考ランキンサイクル装置５５の停止制御完了後における流体流路１４の作動流体の状態を例示する。停止制御により、流体流路１４の作動流体の状態は図１０Ａの状態から図１０Ｂの状態に変化する。

【0145】

具体的には、停止制御により、流量調整器５が開かれるとともに、ポンプ１及び膨張機３の回転数がゼロへと減少する。これにより、参考ランキンサイクル装置５５が停止する。この停止状態においては、蒸発器２内に存在していた液相状態の作動流体は、熱源ガスＧによって加熱される。これにより、作動流体は、一旦気相状態となる。そして、作動流体は、外気雰囲気下に設置された低温の参考発電ユニット６５側へと向かう。

【0146】

参考ランキンサイクル装置５５では、冷却室１７が存在しない。このため、蒸発器２から分岐部８１に到達した作動流体は、膨張機３に流入し易い。膨張機３に流入した作動流体は、膨張機３で冷却される。このため、膨張機３において液相状態の作動流体が貯留される事態が生じ易い。

【0147】

図１０Ｂの例では、矢印により示しているように、作動流体の気液境界は、流体流路１４における蒸発器２よりも下流側かつ膨張機３よりも上流側に位置する配管に形成されている。図１０Ａを参照した説明から理解されるように、通常運転中の当該配管における作動流体の温度は、約１２０℃である。外気温度は、１６℃である。しかし、以下の理由で、参考ランキンサイクル装置５５が停止した後直ちに当該配管における作動流体の温度が約１２０℃から１６℃付近まで低下するわけではない。

【0148】

図９Ｂにおいて気液境界が形成されている凝縮器４は、熱交換器であるため、外気温度によって冷え易い。例えば、凝縮器４は、外気に面している、ファン７により冷却されうる等といった状況にある。その凝縮器４に比べ、図１０Ｂにおいて気液境界が形成されている上記配管は、冷え難い。典型的には、上記配管は、断熱材に覆われており、作動流体と外気と熱交換がむしろ妨げられるように構成されている。

【0149】

一数値例では、蒸発器２よりも下流側かつ膨張機３よりも上流側に位置する上記配管における作動流体の温度は、約１２０℃から約８０℃まで比較的速やかに下がるが、その後、８０℃から１６℃付近まで低下するには時間がかかる。このため、参考ランキンサイクル装置５５の停止状態においては、作動流体の圧力は、作動流体の約８０℃における飽和圧力まではスムーズに低下するが、そこから作動流体の１６℃における飽和圧力に下がるまでには時間がかかる。作動流体の約８０℃における飽和圧力は、十分に低いとは言えない。つまり、参考ランキンサイクル装置５５の構成では、停止後の配管内部の圧力が高い状況が長時間にわたり維持され易い。参考ランキンサイクル装置５５の次回起動時までに配管内部の圧力が十分に下がっていない場合には、高圧ＰＨが過度に上昇しうる。このため、参考ランキンサイクル装置５５の信頼性は確保し難い。この問題は、蒸発器２の内容積が凝縮器４の内容積よりも大きい場合に、特に発生し易い。

【0150】

また、上述のとおり、蒸発器２から分岐部８１に到達した作動流体は、膨張機３に流入し、膨張機３において液相状態で貯留され易い。このため、参考ランキンサイクル装置５５の次回起動時に、膨張機３内のオイルが液相状態の作動流体と一緒に膨張機３外に流出し易い。このため、膨張機３の信頼性を確保し難い。

【0151】

本実施の形態では、冷却室１７の内容積ＶＴ及び凝縮器４の内容積ＶＣの合計は、蒸発器２の内容積ＶＥよりも大きい。停止制御によりランキンサイクル装置５０が停止した後に気液境界が形成される位置は、内容積ＶＴ、ＶＣ及びＶＥに依存しうる。ＶＴ＋ＶＣ＞ＶＥであれば、気液境界が、凝縮器４に形成され易い。このため、ランキンサイクル装置５０の停止後において、気液境界における作動流体の温度が外気温度付近まで低下し易い。このため、外気温度付近における飽和圧力へと作動流体の圧力を速やかに低下させることができる。このため、ランキンサイクル装置５０の次回起動時に、高圧ＰＨが過度に上昇する事態を招き難い。このため、ランキンサイクル装置５０の信頼性を確保し易い。この文脈において、内容積とは、対象要素の内部に設けられた作動流体が存在しうる空間の体積を指す。

【0152】

一例では、内容積ＶＴ及び内容積ＶＣの合計は、内容積ＶＥの１倍よりも大きく２倍よりも小さい。このようにすれば、ランキンサイクル装置５０の安全性を確保し易い。一具体例では、内容積ＶＴ及び内容積ＶＣの合計は、内容積ＶＥの１．５倍程度である。

【0153】

本実施の形態では、冷却室１７の熱容量は、蒸発器２の熱容量の１０％以上である。冷却室１７の熱容量が大きければ、冷却室１７において作動流体の温度を低下させ易い。このため、温度が過度に高い作動流体が流量調整器５に流入する事態を回避し易い。なお、冷却室１７の熱容量は、冷却室１７を構成する部材の材質の比熱と重量との積で算出される。蒸発器２の熱容量は、蒸発器２を構成する部材の材質の比熱と重量との積で算出される。熱量バランス計算によれば、冷却室１７の熱容量が蒸発器２の熱容量の１０％であれば、流量調整器５に流入する作動流体の温度を、加熱媒体Ｇの温度の１０％程度低下させることができる。この文脈において、比熱は、２５℃の時の値である。蒸発器２の全構成部品が、蒸発器２を構成する部材に該当する。例えば、フィン、筐体、管等は、蒸発器２を構成する部材に該当しうる。

【0154】

蒸発器２の材料の主成分として、銅、鉄、ステンレス等の金属が例示される。本実施の形態では、蒸発器２の材料の主成分は、ステンレスである。

【0155】

ここで、主成分は、一例では、５０質量％を超える成分である。一具体例では、主成分は、８０質量％を超える成分である。

【0156】

冷却室１７の材料の主成分として、銅、鉄、ステンレス等の金属が例示される。本実施の形態では、冷却室１７の材料の主成分は、ステンレスである。ステンレスの比熱は、銅の比熱よりも鉄の比熱よりも大きい。このため、冷却室１７の材料の主成分がステンレスであれば、ランキンサイクル装置５０の起動中における流量調整器５の温度上昇を抑制し易い。

【0157】

［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態のランキンサイクル装置５０のバイパス流路１６では、流量調整器５よりも上流側に冷却室１７が設けられている。冷却室１７の内部空間は、膨張機３の内部空間よりも低い位置にある。

【0158】

ランキンサイクル装置５０の起動中において、蒸発器２内の作動流体は、高温でありうる。しかし、本実施の形態によれば、作動流体は、冷却室１７を通過する際に冷却されうる。このため、流量調整器５に流入する作動流体の温度が過度に上昇することを防止できる。これにより、流量調整器５ひいてはランキンサイクル装置５０の信頼性を確保できる。

【0159】

ランキンサイクル装置５０の停止後において、蒸発器２内の作動流体は、暫くの間高温に維持されうる。この場合、蒸発器２内に存在していた液相状態の作動流体は、加熱媒体Ｇによって加熱される。これにより、作動流体は、一旦気相状態となる。そして、作動流体は、蒸発器２から下流側へと向かう。しかし、本実施の形態では、冷却室１７は、膨張機３よりも低い位置にある。このため、作動流体は、膨張機３ではなく冷却室１７に向かって流れ易い。このため、作動流体は膨張機３に流入し難く、液相状態の作動流体が膨張機３に滞留する事態が生じ難い。このため、ランキンサイクル装置５０の次回起動時に、膨張機３内のオイルが液相状態の作動流体と一緒に膨張機３外に流出する事態を招き難い。これにより、膨張機３ひいてはランキンサイクル装置５０の信頼性を確保できる。

【0160】

なお、膨張機３の直ぐ上流側に気液分離器を設けることにより液相状態の作動流体が膨張機３に滞留する事態を防止することは可能である。ただし、そのように気液分離器を設けると、ランキンサイクル装置５０の通常運転時において循環流路１５を作動流体が循環する際に、気液分離器が圧力損失を引き起こす。これに対し、本実施の形態では、循環流路１５ではなくバイパス流路１６に冷却室１７が設けられている。このようにすれば、圧力損失の問題が生じ難い。ただし、本開示は、循環流路１５に気液分離器を設けられた形態を排除しない。また、本開示は、バイパス流路１６に気液分離器を設けられた形態を排除しない。

【0161】

ランキンサイクル装置５０の停止後において、気液境界は、流体流路１４のうち蒸発器２よりも下流側に形成されうる。本実施の形態では、凝縮器４の内部空間のみならず冷却室１７の内部空間にも液相状態の作動流体が貯留されうる。結果として、気液境界が、蒸発器２に近い位置ではなく、凝縮器４という温度が下がり易い位置に形成され易くなる。このため、外気温度付近における飽和圧力へと作動流体の圧力を速やかに落ち着かせることができる。これにより、ランキンサイクル装置５０の次回起動時に、高圧ＰＨが過度に上昇する事態を招き難い。これにより、ランキンサイクル装置５０の信頼性を確保できる。

【0162】

本実施の形態では、冷却室１７の内容積ＶＴ及び凝縮器４の内容積ＶＣの合計が、蒸発器２の内容積ＶＥよりも大きい。このため、凝縮器４及び冷却室１７が貯留可能な液相状態の作動流体の量を大きくし易い。このため、気液境界が、蒸発器２に近い位置ではなく、凝縮器４に形成され易い。

【0163】

本実施の形態では、冷却室１７の熱容量は、蒸発器２の熱容量の１０％以上である。このようにすれば、流量調整器５に流入する作動流体の温度を低下させ易い。このため、流量調整器５に流入する作動流体の温度が過度に上昇することを防止できる。これにより、流量調整器５ひいてはランキンサイクル装置５０の信頼性を確保できる。

【0164】

なお、図６Ａから図１０Ｂで例示した各部の温度は一例に過ぎない。これらの温度は、熱発電システム１００の仕様によって変化しうる。熱発電システム１００の仕様は、例えば、蒸発器２、凝縮器４、冷却室１７の内容積、熱容量等である。

【0165】

以下、他の実施の形態について説明する。先の実施の形態と後の実施の形態とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略することがある。各実施の形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、相互に適用されうる。技術的に矛盾しない限り、各実施の形態は、相互に組み合わされてもよい。

【0166】

（実施の形態２）
以下、実施の形態２について、図１１及び図１２を参照しながら説明する。図１１は、実施の形態２における熱発電システム１０１の構成図である。図１２は、実施の形態２における発電ユニット６１の構成図である。

【0167】

［２－１．構成］
実施の形態２のランキンサイクル装置５１は、媒体流路２１に凝縮器４のみならず冷却室１７が設けられている点で、実施の形態１のランキンサイクル装置５０と異なる。このことは、以下の理由で、ランキンサイクル装置５１の信頼性を確保する観点から有利である。具体的には、冷却室１７は、媒体流路２１のうち、凝縮器４とファン７の間の部分に設けられている。より具体的には、冷却室１７は媒体流路２１のうち凝縮器４よりも下流側の部分に設けられており、そのため冷却媒体は凝縮器４に供給されその後冷却室１７に供給される。本実施の形態でも、冷却媒体は空気であり、媒体流路２１は送風路である。図１２から理解されるように、本実施の形態では、媒体流路２１内に、凝縮器４及び冷却室１７が収容されている。

【0168】

第１に、冷却室１７が媒体流路２１に設けられていると、起動制御によりランキンサイクル装置５１を起動させるときに、冷却室１７をファン７により冷却できる。これにより、冷却室１７における作動流体の温度を低下させることができる。このため、流量調整器５に流入する作動流体の温度を低下させることができる。このため、流量調整器５ひいてはランキンサイクル装置５１の信頼性を確保できる。

【0169】

第２に、通常制御によりランキンサイクル装置５１を運転させているときに、凝縮器４が作動流体との熱交換により冷却されると、凝縮器４近傍の冷却媒体は加熱される。冷却室１７が媒体流路２１のうち凝縮器４の下流側の部分に設けられていると、上記熱交換により加熱された冷却媒体が、冷却室１７へと流れる。これにより、冷却室１７が加熱される。このように、通常制御中において、冷却室１７は、作動流体を加熱する加熱室として機能しうる。このため、冷却室１７において作動流体が液相状態で滞留し難い。このため、ランキンサイクル装置５１においてランキンサイクルを維持するのに必要な作動流体の量を抑えることができる。

【0170】

第３に、冷却室１７が媒体流路２１に設けられていると、停止制御によりランキンサイクル装置５０を停止させるときに、冷却室１７をファン７により冷却できる。これにより、冷却室１７における作動流体の温度を外気温度付近まで速やかに低下させることができる。このため、ランキンサイクル装置５１の次回起動時に、高圧ＰＨが過度に上昇する事態を招き難い。例えば、ランキンサイクル装置５１の停止から再起動までの期間が短い場合であっても、次回起動時に、高圧ＰＨが過度に上昇する事態を招き難い。また、次回起動時の流量調整器５の温度が過度に上昇する事態を招き難い。このため、ランキンサイクル装置５１の信頼性を確保できる。

【0171】

本実施の形態では、停止制御によりポンプ１及び膨張機３を停止させた後に、ファン７の余熱冷却遅延運転を行う。余熱冷却遅延運転では、ファン７が一定時間にわたり回転することにより、凝縮器４の余熱が冷却される。この余熱冷却遅延運転により、冷却室１７を冷却できる。

【0172】

本実施の形態では、バイパス流路１６における配管の少なくとも一部もまた、媒体流路２１に設けられている。このことは、ランキンサイクル装置５１の信頼性を確保する観点から有利である。

【0173】

バイパス流路１６における分岐部８１と冷却室１７の間に位置する配管の少なくとも一部は、媒体流路２１に設けられうる。バイパス流路１６における冷却室１７と流量調整器５の間に位置する配管の少なくとも一部は、媒体流路２１に設けられうる。

【0174】

本実施の形態では、流量調整器５は、媒体流路２１に設けられている。このようにすれば、流量調整器５をファン７により冷却できる。ただし、流量調整器５は、媒体流路２１に設けられていなくてもよい。

【0175】

図１２に示すように、実施の形態２では、少なくとも１つの仕切り７３は、筐体６７の内部空間を、複数の収容空間に仕切っている。当該複数の収容空間から選択される１つの収容空間に、冷却室１７、流量調整器５及び凝縮器４が収容されている。具体的には、冷却室１７、流量調整器５及び凝縮器４は、第１収容空間７５ではなく第２収容空間７６に収容されている。このため、冷却室１７及び流量調整器５は、相対的に高温の膨張機３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４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、冷却室１７及び流量調整器５の温度は、上昇し難い。流量調整器５の耐熱温度を超える事態が生じ難い。なお、流量調整器５は、第２収容空間７６に収容されていてもよく、第１収容空間７５に収容されていてもよい。この点は、実施の形態１においても同様である。

【0176】

［２－２．効果等］
実施の形態２では、冷却室１７は、媒体流路２１に設けられている。このため、ランキンサイクル装置５０の起動時に、冷却室１７をファン７により冷却でき、流量調整器５に流入する作動流体の温度を低下させることができる。ランキンサイクル装置５０の通常運転時に、冷却室１７をファン７により加熱でき、このため冷却室１７において作動流体が液相状態で滞留し難い。また、ランキンサイクル装置５０の停止時に、冷却室１７をファン７により外気温度付近まで速やかに冷却できる。このため、ランキンサイクル装置５０の停止から再起動までの期間が短い場合であっても、次回起動時に高圧ＰＨが過度に上昇する事態を招き難い。

【0177】

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、実施の形態を説明した。しかし、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。また、上記実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

【0178】

上記実施の形態では、作動流体は、有機作動流体である。ただし、作動流体は、無機作動流体であってもよい。無機作動流体としては、水が例示される。

【0179】

上記実施の形態では、ポンプ１は、回転数可変型である。ただし、ポンプ１は、一定速型であってもよい。

【0180】

上記実施の形態では、膨張機３は、容積型である。ただし、膨張機３は、速度型であってもよい。速度型の膨張機としては、半径流タービン、斜流タービン、軸流タービン等が例示される。

【0181】

上記実施の形態では、凝縮器４は、フィンアンドチューブ熱交換器である。ただし、凝縮器４は、プレート熱交換器、二重管式熱交換器等であってもよい。上記実施の形態では、凝縮器４に流れる冷却媒体は、気体である。ただし、冷却媒体は、液体でもあってもよい。液体の冷却媒体としては、水、ブライン（不凍液）等が例示される。

【0182】

上記実施の形態では、流量調整器５は、可変弁であり、具体的には電動式リニア制御弁である。可変弁である流量調整器５の他の例は、ニードル弁である。また、流量調整器５は、開閉弁であってもよい。開閉弁は、開度が０％及び１００％の２値のいずれかに設定される弁を指す。開閉弁として、電動ボールバルブが例示される。電動ボールバルブは、弁の部分と弁前後の配管とで流路断面積の変化が小さい。このため、電動ボールバルブによれば、作動流体を循環させる際の流路抵抗を小さくできる。

【0183】

膨張機３の入口圧力は、蒸発器２における作動流体の蒸発温度から特定してもよい。膨張機３の出口圧力は、再熱器６又は凝縮器４における作動流体の凝縮温度から特定してもよい。

【0184】

ランキンサイクルの状態変化は、図４に示す態様のものに限定されない。図４では、配管における圧力損失、配管における放熱損失等の各種の損失が無視されている。現実には、モリエル線図はこれらが反映された形状をとる。

【0185】

ポンプ１の初期目標回転数Ｒｐ０、ファン７の初期目標回転数Ｒｆ０、膨張機３の初期目標回転数Ｒｅ０及び膨張機３の目標差圧ΔＰ０を、外気温度及び別のパラメータに依存させることも可能である。別のパラメータの例は、蒸発器２に流入する加熱媒体Ｇの温度の検出値である。この検出値は、第２温度センサ９ｂによって得られる。Ｒｐ０、Ｒｆ０、Ｒｅ０及びΔＰ０を第２温度センサ９ｂの検出値に応じて細かく設定することにより、ランキンサイクル装置５０の運転効率が向上しうる。

【0186】

外気温度と蒸発器２に流入する加熱媒体Ｇの温度との両方を考慮して各アクチュエータの目標値を設定することにより、ランキンサイクル装置５０の運転効率が更に向上しうる。加熱媒体Ｇの温度に限らず、加熱媒体Ｇの風量、風速等を併せて考慮すれば、ランキンサイクル装置５０の運転効率が更に向上しうる。

【0187】

上記実施の形態では、蒸発器２は、フィンアンドチューブ熱交換器である。ただし、蒸発器２は、フィンアンドチューブ熱交換器以外の熱交換器であってもよい。例えば、蒸発器２は、プレート熱交換器であってもよい。

【0188】

上記実施の形態では、ランキンサイクル装置５０は、直接接触型ランキンサイクルである。直接接触型ランキンサイクルであるランキンサイクル装置５０では、蒸発器２が加熱媒体Ｇと直接接触する。ただし、ランキンサイクル装置５０は、バイナリ式ランキンサイクル装置であってもよい。バイナリ式ランキンサイクル装置であるランキンサイクル装置５０では、加熱媒体Ｇと蒸発器２との間に、熱交換媒体が流れる熱交換サイクルが構成される。加熱媒体Ｇの熱が、熱交換媒体を介して、蒸発器２を流れる作動流体に与えられる。熱交換媒体は、例えば、水、シリコーンオイル等である。

【0189】

例えば起動制御の一期間においては、膨張機３に流入する作動流体の温度は、加熱媒体Ｇの温度と同等でありうる。ただし、これらの間の温度差が発生することもありうる。例えば、この温度差は、バイナリ式ランキンサイクル装置では発生し易い。

【0190】

上述の説明から理解されるように、冷却室１７は、凝縮器４の内容積をあたかも増加させるかのように作用することによって、蒸発器２の内容積に対する凝縮器４の内容積の比率を調整するのと同等の効果を奏しうる。一般的に、プレート式熱交換器の内容積は、フィンアンドチューブ熱交換器の内容積よりも小さい。そのため、蒸発器２がフィンアンドチューブ熱交換器であり、凝縮器４がプレート熱交換器である場合には、蒸発器２の内容積に対する凝縮器４の内容積の比率を確保し難い。このことは、この場合には、上記作用効果が好適に発現され易いことを意味する。

【0191】

上記実施の形態では、冷却室１７は、バイパス流路１６に設けられている。ただし、冷却室１７は、バイパス流路１６に設けられていなくてもよい。図１３は、変形例における熱発電システム１０２の構成図である。図１３の例では、冷却室１７は、循環流路１５のうち蒸発器２よりも下流側かつ分岐部８１よりも上流側の位置に設けられている。このようにしても、ランキンサイクル装置５２の起動中において、流量調整器５の温度が過度に上昇することが防止され、流量調整器５の信頼性が向上する。図１３において、符号６２は、発電ユニットである。

【0192】

ランキンサイクル装置が、図示した要素の全てを有していることは必須ではない。例えば、再熱器６は省略可能である。

【産業上の利用可能性】

【0193】

本開示に係る技術は、バイパス経路を有するランキンサイクル装置に適用されうる。本開示に係る技術は、直接接触型ランキンサイクル装置にもバイナリ式ランキンサイクル装置にも適用されうる。直接接触型ランキンサイクル装置は、蒸発器が加熱媒体に直接接触するものである。バイナリ式ランキンサイクル装置は、蒸発器と加熱媒体との間に水冷媒回路等の別のサイクルを有するものである。

【符号の説明】

【0194】

１ ポンプ
２ 蒸発器
３ 膨張機
４ 凝縮器
５ 流量調整器
６ 再熱器
６ａ 第１部分
６ｂ 第２部分
７ ファン
８ａ 第１圧力センサ
８ｂ 第２圧力センサ
９ａ 第１温度センサ
９ｂ 第２温度センサ
１４ 流体流路
１４ｘ 特定流路
１４ｙ 接続流路
１５ 循環流路
１５ａ 第１流路
１５ｂ 第２流路
１６ バイパス流路
１７ 冷却室
１８ 発電機
２０ 制御装置
２１ 媒体流路
３０ 熱源
４０ 熱流路
５０，５１，５２ ランキンサイクル装置
５５ 参考ランキンサイクル装置
６０，６１，６２ 発電ユニット
６５ 参考発電ユニット
６７ 筐体
７３ 仕切り
７５ 第１収容空間
７６ 第２収容空間
８１ 分岐部
８２ 合流部
１００，１０１，１０２ 熱発電システム
Ｇ 加熱媒体
ＶＤ 鉛直方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13】