JP2015214922A - 熱エネルギー回収装置および熱エネルギー回収装置の起動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプの上流に位置する貯留部内の液相の作動媒体の量を確保することができる熱エネルギー回収装置、および熱エネルギー回収装置の起動方法を提供する。【解決手段】熱エネルギー回収装置Ｘ１は、熱媒体の熱によって作動媒体を蒸発させる加熱器２と、加熱器２から流出した作動媒体が流入する膨張機３と、膨張機３に接続される駆動機４と、冷却媒体によって膨張機３から流出した作動媒体を凝縮させる凝縮器５と、凝縮器５において凝縮された作動媒体を貯留する貯留部６と、貯留部６から流出した作動媒体を加熱器２へ送るポンプ７と、加熱器２、膨張機３、凝縮器５、貯留部６、およびポンプ７をこの順に接続する作動媒体の循環流路８と、ポンプ７の駆動を制御するポンプ制御部９１と、を備え、ポンプ制御部９１は、加熱器２に熱媒体が供給されるとともに凝縮器５に冷却媒体が供給された後に、ポンプ７を駆動する。【選択図】図１

Description

本発明は、排熱を回収する熱エネルギー回収装置および熱エネルギー回収装置の起動方法に関する。

従来、各種の設備において発生する熱エネルギーを回収する装置が知られている。この装置の一例として、特許文献１には、熱媒体によって作動媒体液を蒸発させる加熱器と、作動媒体蒸気を膨張させる膨張機と、作動媒体蒸気を凝縮させる凝縮器と、作動媒体を循環させるポンプと、が直列接続された循環流路を備える発電装置が記載されている。特許文献１に記載された発電装置では、膨張機がスクリューロータを備えており、当該スクリューロータが膨張機において膨張した作動媒体蒸気によって回転する。このスクリューロータは、発電機に接続されており、当該発電機がスクリューロータの回転を電力に変換する。

ここで、特許文献１に記載された発電装置は、ポンプの入り口側の作動媒体の圧力を検出する圧力センサと、ポンプの入り口側の作動媒体の温度から当該作動媒体の飽和蒸気圧力を検出する導出手段と、をさらに備えている。特許文献１に記載された発電装置は、圧力センサにおいて検出された圧力と導出手段において導出された飽和蒸気圧力との差圧に応じて作動媒体の循環量を調整することにより、ポンプにおけるキャビテーションの発生を抑止している。

特開２０１２−２０２３７４号公報

ところで、凝縮器およびポンプが加熱器よりも上方に位置する場合、ポンプの停止時に液相の作動媒体が加熱器とポンプとの間の配管部分に溜まってしまい、ポンプの上流に存在する液相の作動媒体の量が不足してしまう。このような状態でポンプが始動されると、当該ポンプにおいてキャビテーションが発生することになる。特許文献１に開示される手法では、当該ポンプの始動時におけるキャビテーションの発生は避け難い。

本発明は、上記の観点からなされたものであり、その目的は、熱エネルギー回収装置においてポンプの上流に位置する貯留部内の液相の作動媒体の量を確保することである。

本発明に係る熱エネルギー回収装置は、熱媒体の熱によって作動媒体を加熱する加熱器と、前記加熱器から流出した作動媒体が流入する膨張機と、前記膨張機に接続される動力回収機と、前記加熱器よりも上方に位置し、冷却媒体によって前記膨張機から流出した作動媒体を凝縮させる凝縮器と、前記加熱器よりも上方に位置し、前記凝縮器において凝縮された作動媒体を貯留する貯留部と、前記加熱器よりも上方に位置し、前記貯留部から流出した作動媒体を前記加熱器へ送るポンプと、前記加熱器、前記膨張機、前記凝縮器、前記貯留部、および前記ポンプをこの順に接続する作動媒体の循環流路と、前記ポンプの駆動を制御するポンプ制御部と、を備え、前記ポンプ制御部は、前記加熱器に熱媒体が供給されるとともに前記凝縮器に冷却媒体が供給された後に、前記ポンプを駆動する。

熱エネルギー回収装置の停止時には、通常、加熱器への熱媒体の供給および凝縮器への冷却媒体の供給が停止される。このため、加熱器が貯留部よりも下方に配置される構造では、貯留部から流出した作動媒体がポンプを通過して加熱器の上流側に滞留してしまう。その結果、貯留部内の液相の作動媒体が不足し、ポンプを駆動する際にキャビテーションが発生する虞がある。

これに対し、本発明に係る熱エネルギー回収装置では、ポンプの駆動前、すなわち、熱エネルギー回収装置の運転開始前に、加熱器に熱媒体が供給され、かつ、凝縮器に冷却媒体が供給される。これにより、貯留部内に十分な量の作動媒体を貯留することができる。

また、前記貯留部は、当該貯留部に貯留された作動媒体の液面の高さを検出する液面センサを有し、前記ポンプ制御部は、前記液面センサの検出値に基づき前記貯留部に貯留された作動媒体の量が所定量以上となった場合に、前記ポンプを駆動することが好ましい。

上記の熱エネルギー回収装置では、貯留部内の作動媒体の量を確実に確保した状態でポンプを駆動することができる。

また、前記ポンプ制御部は、前記凝縮器へ冷却媒体の供給が開始されてから所定の時間が経過した後に、前記ポンプを駆動してもよい。

上記の熱エネルギー回収装置では、液面センサを設ける必要がないため、コストを低減することができる。

また、前記加熱器と前記膨張機とを繋ぐ前記循環流路の第１流路に設けられる遮断弁と、前記膨張機および前記凝縮器を繋ぐ前記循環流路の第２流路と、前記第１流路のうち前記遮断弁よりも上流側の部位とを繋ぐバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられるバイパス弁と、前記遮断弁および前記バイパス弁の開閉を制御する弁制御部と、をさらに備え、前記弁制御部は、前記ポンプの駆動前に、前記遮断弁を閉じるとともに前記バイパス弁を開放した状態とすることが好ましい。

上記の熱エネルギー回収装置では、膨張機を跨いで第１流路と第２流路とを繋ぐバイパス流路が設けられており、ポンプの駆動が開始される前に加熱器において蒸発した作動媒体が第１流路、バイパス流路、および第２流路を通じて凝縮器へ流入する。すなわち、上記の熱エネルギー回収装置では、ポンプの駆動が開始される前に加熱器において蒸発した作動媒体が膨張機を通じることなく凝縮器へ流入することになる。このため、加熱器において蒸発した作動媒体を効率的に凝縮器へ流入させることができる。

また、前記循環流路のうち前記ポンプと前記加熱器とを繋ぐ流路が、前記ポンプに接続されるとともに上方に向かって凸となる屈曲部を備えることが好ましい。

上記の熱エネルギー回収装置では、ポンプの駆動前に貯留部から加熱器へと作動媒体が流れてしまうことが抑制され、当該貯留部に液相の作動媒体をより速やかに蓄えることができる。

また、前記凝縮器と前記貯留部とは、別部材であることが好ましい。

上記の熱エネルギー回収装置では、凝縮器内に液相の作動媒体が貯留されることが抑止されるため、当該凝縮器のうち作動媒体の流入側の圧力を低減することが可能となり、これにより動力回収機において効率よくエネルギーを回収することができる。

また、前記循環流路のうち前記ポンプと前記加熱器とを繋ぐ流路には、開閉弁が設けられ、前記加熱器に熱媒体が供給されるとともに前記凝縮器に冷却媒体が供給された後に、前記開閉弁を開放し、前記ポンプを駆動することが好ましい。

上記の熱エネルギー回収装置では、ポンプの駆動停止時に開閉弁を閉じることによって、当該ポンプの駆動前に加熱器へと作動媒体が流れてしまうことが防止され、貯留部内に液相の作動媒体をより速やかに蓄えることができる。

また、前記熱媒体は、エンジンに供給される過給空気、前記エンジンから排出される排ガス、または前記排ガスから熱を回収するエコノマイザにて発生した蒸気の少なくとも１つを含むことが好ましい。

上記の熱エネルギー回収装置は、例えば揺れが生じやすい船舶や車両等の移動体に搭載され、当該移動体のエンジン周辺において発生した熱エネルギーを回収することができる。

また、本発明は、熱媒体によって作動媒体を加熱する加熱器と、前記加熱器から流出した作動媒体が流入する膨張機と、前記膨張機に接続される動力回収機と、前記加熱器よりも上方に位置し冷却媒体によって前記膨張機から流出した作動媒体を凝縮させる凝縮器と、前記加熱器よりも上方に位置し前記凝縮器において凝縮された作動媒体を貯留する貯留部と、前記加熱器よりも上方に位置し前記貯留部から流出した作動媒体を前記加熱器へ送るポンプと、を備え、前記加熱器、前記膨張機、前記凝縮器、前記貯留部、および前記ポンプがこの順に接続された熱エネルギー回収装置の起動方法であって、前記加熱器に熱媒体を供給する第１ステップと、前記凝縮器に冷却媒体を供給する第２ステップと、前記第１ステップおよび前記第２ステップの後に前記ポンプを駆動する第３ステップと、を備える。

上記の熱エネルギー回収装置の起動方法では、加熱器に熱媒体を供給するとともに凝縮器に冷却媒体を供給した後にポンプを駆動するため、当該ポンプの駆動前に貯留部内に十分な量の作動媒体を貯留することができる。

本発明によれば、ポンプの上流に位置する貯留部内の液相の作動媒体の量を確保することができる熱エネルギー回収装置、および熱エネルギー回収装置の起動方法が提供される。

本実施形態に係る熱エネルギー回収装置の概略構成図である。 本実施形態に係る熱エネルギー回収装置における起動制御の手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係る熱エネルギー回収装置の変形例１である。 本実施形態に係る熱エネルギー回収装置の変形例２であって、図１と同様の概略構成図である。 図４に示す変形例２の起動制御の手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係る熱エネルギー回収装置の変形例３であって、起動制御の手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係る熱エネルギー回収装置の変形例４であって、図１と同様の概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本実施形態に係る熱エネルギー回収装置を説明するために必要な主要部材を簡略化して示したものである。したがって、本実施形態に係る熱エネルギー回収装置は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。

図１に示されるように、熱エネルギー回収装置Ｘ１は、加熱器２、膨張機３、動力回収機４、凝縮器５、貯留部６、ポンプ７、循環流路８、バイパス流路１１、遮断弁８１ａおよび制御部９を備えている。そして、循環流路８が加熱器２、膨張機３、凝縮器５、貯留部６、およびポンプ７をこの順に接続している。以下の説明では、循環流路８のうち加熱器２と膨張機３とを繋ぐ部位を「第１流路８１」という。膨張機３と凝縮器５とを繋ぐ部位を「第２流路８２」という。凝縮器５とポンプ７とを繋ぐ部位を「第３流路８３」という。ポンプ７と加熱器２とを繋ぐ部位を「第４流路８４」という。

本実施形態では、熱エネルギー回収装置Ｘ１は、船舶に搭載され、過給機付エンジン１００の排熱を回収するように用いられる。なお、熱エネルギー回収装置Ｘ１は、例えば車両に搭載されてもよいし、工場等における各種の設備に適用されてもよい。

過給機付エンジン１００は、過給機、エンジン１３０、掃気ライン１４０，１５０、および排気ライン１６０を有している。過給機は、圧縮機１１０、および当該圧縮機１１０に接続されたタービン１２０を有している。圧縮機１１０で圧縮された過給空気は、掃気ライン１４０，１５０を通じてエンジン１３０に供給される。エンジン１３０からの排ガスは、排気ライン１６０を通じてタービン１２０に送られる。タービン１２０は、排ガスの膨張エネルギーによって駆動され、このタービン１２０の駆動力により圧縮機１１０が駆動される。本実施形態に係る熱エネルギー回収装置Ｘ１では、加熱器２が掃気ライン１４０と掃気ライン１５０の間に位置しており、掃気ライン１４０から掃気ライン１５０へと移動する過給空気の排熱を回収することができる。

加熱器２は、熱媒体流路２１および作動媒体流路２２を有している。熱媒体流路２１は、圧縮機１１０からの過給空気が流れる流路であり、一端が掃気ライン１４０に接続されているとともに他端が掃気ライン１５０に接続されている。作動媒体流路２２は、作動媒体が流れる流路である。加熱器２は、熱媒体流路２１を流れる過給空気と作動媒体流路２２を流れる液相の作動媒体とを熱交換させることによって、当該作動媒体を蒸発させる。

膨張機３は、循環流路８における加熱器２の下流側に位置している。膨張機３と加熱器２の作動媒体流路２２とは、循環流路８の第１流路８１を介して互いに接続されている。加熱器２において蒸発した作動媒体は、第１流路８１を通じて膨張機３に流入する。

本実施形態では、膨張機３として、気相の作動媒体の膨張エネルギーにより回転駆動されるロータを有する容積式のスクリュー膨張機が用いられている。なお、膨張機３としては、容積式のスクリュー膨張機に限らず、遠心式のものやスクロールタイプのもの等が用いられてもよい。

動力回収機４は、膨張機３に接続されている。本実施形態では、動力回収機４として発電機が用いられている。この動力回収機４は、膨張機３の一対のスクリューロータのうちの一方に接続された回転軸を有している。動力回収機４は、前記回転軸が前記スクリューロータの回転に伴って回転することにより電力を発生させる。なお、動力回収機４として、発電機の他、圧縮機等が用いられてもよい。

凝縮器５は、循環流路８における膨張機３の下流側に位置している。また、凝縮器５は、重力方向において加熱器２よりも上方に配置されている。凝縮器５は、冷却水流路５１および作動媒体流路５２を有している。冷却水流路５１は、冷却水が流れる流路である。作動媒体流路５２は、作動媒体が流れる流路である。作動媒体流路５２は、循環流路８の第２流路８２を介して膨張機３に接続されている。膨張機３から流出した気相の作動媒体は、第２流路８２を通じて凝縮器５の作動媒体流路５２に流入する。そして、作動媒体流路５２を流れる気相の作動媒体と冷却水流路５１を流れる冷却水との間で熱交換が行われることにより、当該作動媒体が凝縮される。なお、冷却水流路５１を流れる冷却水としては、例えば海水が使用されるが、これに限らず、作動媒体流路５２を流れる気相の作動媒体を凝縮可能な冷却媒体であればよい。

貯留部６は、循環流路８の第３流路８３上にて凝縮器５の下流側に位置している。また、貯留部６は、重力方向において凝縮器５よりも下方に位置し、かつ、加熱器２よりも上方に配置されている。凝縮器５の作動媒体流路５２とポンプ７とは、第３流路８３を介して互いに接続されており、貯留部６が当該第３流路８３の途中に設けられている。凝縮器５において凝縮された作動媒体は、第３流路８３に流入するとともに、当該第３流路８３の途中に設けられた貯留部６に貯留される。

ポンプ７は、循環流路８における貯留部６の下流側に位置している。また、ポンプ７は、重力方向において凝縮器５および貯留部６よりも下方に位置し、かつ、加熱器２よりも上方に位置する。ポンプ７と加熱器２の作動媒体流路２２とは、循環流路８の第４流路８４を介して互いに接続されている。貯留部６に貯留された液相の作動媒体は、ポンプ７に流入するとともに、当該ポンプ７によって所定の圧力で加熱器２の作動媒体流路２２へ送られる。ポンプ７としては、インペラをロータとして備える遠心ポンプや、ロータが一対のギアからなるギアポンプ等が用いられる。

遮断弁８１ａは循環流路の第１流路８１に設けられる。バイパス流路１１は、膨張機３を迂回して第１流路８１と第２流路８２とを繋ぐ流路である。バイパス流路１１の一端は、第１流路８１のうち遮断弁８１ａよりも上流側の部位に接続されている。バイパス流路１１の他端は、第２流路８２の所定箇所に接続されている。これにより、加熱器２において蒸発した作動媒体は、膨張機３を通じて凝縮器５へ流入することができるとともに、膨張機３を通じることなくバイパス流路１１を通じて凝縮器５へ流入することもできる。

制御部９は、熱エネルギー回収装置Ｘ１の駆動中の制御以外に起動を制御する役割も果たし、ポンプ制御部９１と、弁制御部９２と、判定部９３と、を機能的に有している。

判定部９３は、貯留部６に設けられた液面センサ６１からの信号を受けて、貯留部６に液相の作動媒体が十分に貯留されているか否かを判定する。

ポンプ制御部９１は、判定部９３から判定信号を受けた場合に、ポンプ７の駆動を開始させる制御を行う。

弁制御部９２は、バイパス弁１１ａの開閉制御、遮断弁８１ａの開閉制御、および、凝縮器５の冷却水流路５１の上流に設けられた開閉弁５１ａの開閉制御を行う。

制御部９では、ポンプ制御部９１、弁制御部９２、および判定部９３の機能が例えばメモリに記憶されたプログラムをＣＰＵによって実行することにより実現されている。

ところで、熱エネルギー回収装置Ｘ１の停止時、すなわち、ポンプ７の停止時には、加熱器２が貯留部６よりも重力方向において下方に位置することから、第４流路８４、すなわち、ポンプ７と加熱器２との間の循環流路８の部位に液相の作動媒体が溜まってしまう。なお、第４流路８４に溜まる液相の作動媒体には、貯留部６からポンプ７内の部材の隙間を介して第４流路８４へと漏れ出したものもある。その結果、貯留部６内の液相の作動媒体が不足してしまい、仮に不足状態でポンプ７を起動してしまうと、ポンプ７内に気相の作動媒体が侵入し、キャビテーションが生じる虞がある。

そこで、熱エネルギー回収装置Ｘ１の起動時には以下の制御が行われる。図２は熱エネルギー回収装置における起動制御の手順を示すフローチャートである。

まず、制御部９にて加熱器２の熱媒体流路２１に熱媒体が供給されたか否かが繰り返し確認される（ステップＯｐ１）。この熱媒体の供給の有無については、エンジン１３０の回転数、掃気ライン１４０の温度、あるいは掃気ライン１４０の圧力等に基づいて判定される。また、加熱器２の下流側における作動媒体の圧力や温度に基づいて熱媒体の供給の有無が判定されてもよい。

熱媒体が加熱器２に供給されると（ステップＯｐ１にてＹｅｓ）、弁制御部９２は、バイパス弁１１ａを開くとともに（ステップＯｐ２）、遮断弁８１ａを閉じる制御を行う（ステップＯｐ３）。なお、遮断弁８１ａは予め閉じられていてもよい。さらに、弁制御部９２は開閉弁５１ａを開き、冷却水流路５１に冷却水が供給される（ステップＯｐ４）。第４流路８４に溜まった液相の作動媒体は加熱器２にて加熱され、蒸発した作動媒体は第１流路８１、バイパス流路１１、および第２流路８２を通じて凝縮器５の作動媒体流路５２に流入する。作動媒体流路５２に流入した作動媒体は冷却水流路５１を流れる冷却水により冷却されて凝縮する。このような手順（ステップＯｐ１〜ステップＯｐ４）によって、ポンプ７が駆動される前に凝縮器５から当該凝縮器５の下流に位置する貯留部６へと液相の作動媒体が送られる。

そして、液面センサ６１が貯留部６内の液相の作動媒体の液面の高さを検出し（ステップＯｐ５）、判定部９３が液面センサ６１の検出値に基づき貯留部６内に十分な量の液相の作動媒体が貯留されているか否かを判定する（ステップＯｐ６）。貯留部６内の液相の作動媒体が所定量未満である場合には、所定量以上となるまで連続的あるいは断続的に作動媒体の液面の高さが検出される。そして、判定部９３が貯留部６内に所定量以上の液相の作動媒体が貯留されていると判定すると（ステップＯｐ６にてＹｅｓ）、当該貯留が完了したことを示す判定信号がポンプ制御部９１および弁制御部９２へ送信される。

判定部９３から前記判定信号を受けた弁制御部９２は、遮断弁８１ａを開くとともに（ステップＯｐ７）、バイパス弁１１ａを閉じる制御を行い（ステップＯｐ８）、加熱器２から膨張機３を通じて凝縮器５に至る流路を開放する。また、判定部９３から前記判定信号を受けたポンプ制御部９１は、ポンプ７の駆動を開始させる制御を行う（ステップＯｐ９）。

以上に説明した起動制御が行われると、ポンプ７は貯留部６から液相の作動媒体を吸入し、加熱器２へと送る。加熱器２にて蒸発した作動媒体は膨張機３に流入し、作動媒体により膨張機３が駆動される。発電機４は膨張機３の駆動力により駆動される。膨張機３を通過した作動媒体は凝縮器５にて凝縮され、貯留部６へと戻される。

以上、本実施形態に係る熱エネルギー回収装置Ｘ１の構造および起動時の動作について説明したが、熱エネルギー回収装置Ｘ１の起動時には、加熱器２の熱媒体流路２１に熱媒体が供給されるとともに凝縮器５の冷却水流路５１に冷却水が供給された後にポンプ７が駆動される。このため、ポンプ７の駆動前に、第４流路８４に溜まった液相の作動媒体を貯留部６へと戻すことができ、液相の作動媒体が貯留部６内に確保される。その結果、気相の作動媒体がポンプ７に侵入してしまうことが防止され、キャビテーションの発生が防止される。

熱エネルギー回収装置Ｘ１が船舶などの移動体に搭載される場合には、移動体の揺れにより貯留部６内の液面が波立ってしまうことがあるが、貯留部６に十分な量の液相の作動媒体が確保されることから、ポンプ７に気相の作動媒体が侵入してしまうことが防止される。

本実施形態に係る熱エネルギー回収装置Ｘ１では、貯留部６に設けられた液面センサ６１が液相の作動媒体の液面の高さを検知しており、液相の作動媒体を貯留部６内に確実に確保することができる。

さらに、ポンプ７の駆動前に、凝縮器５に冷却水が供給されるのに伴い遮断弁８１ａが閉じられるとともにバイパス弁１１ａが開放される。加熱器２において蒸発した作動媒体がバイパス弁１１ａを通じて凝縮器５へ流入することにより、、作動媒体を効率よく凝縮させることができる。

凝縮器５と貯留部６とが別部材であることにより、液化した作動媒体を速やかに凝縮器５外部へと排出することが可能となる。これにより、凝縮器５の作動媒体流路５２の流入側の圧力を低減することが可能となり、発電効率を向上することができる。

熱エネルギー回収装置Ｘ１の起動制御では、ポンプ７の駆動を開始させるポンプ駆動制御（ステップＯｐ９）と、ポンプ駆動制御前に作動媒体を貯留部６に貯留させるための貯留制御（ステップＯｐ１〜Ｏｐ８）とが必ずしも連続的に行われる必要はない。例えば、熱エネルギー回収装置Ｘ１の停止後であっても熱媒体の供給が一定時間維持される場合には、停止後に貯留制御を行って事前に作動媒体を貯留することにより、所望のタイミングにてポンプ駆動制御を行うことができる。以下の他の制御動作においても同様である。

以下、本実施形態に係る熱エネルギー回収装置Ｘ１の変形例について、図３〜図７を参照しつつ説明する。

図３に示す変形例では、ポンプ７の下流側に位置する第４流路８４が、上方に向かって凸状となるように曲がる部分を有する屈曲部８４ａを備える。屈曲部８４の図３における右側の端部がポンプ７に接続される。これにより、熱エネルギー回収装置Ｘ１の停止時には、屈曲部８４ａのうち上流側の部分に液相の作動媒体が溜まることとなり、ポンプ７からの漏出が抑制される。その結果、貯留部６に十分な量の作動媒体をより速やかに貯留することができる。

図４に示す変形例では、第４流路８４に開閉弁８４ｂが設けられている。開閉弁８４ｂは、熱エネルギー回収装置Ｘ１の運転停止に伴って閉じられる。図５は熱エネルギー回収装置Ｘ１の起動時における動作例を示す図である。熱エネルギー回収装置Ｘ１の動作はステップＯｐ１０を除き図２と同様である。まず、熱媒体が加熱器２に供給されると、バイパス弁１１ａが開放されるとともに遮断弁８１ａが閉じられ、凝縮器５の冷却水流路５１へ冷却水が供給される（ステップＯｐ１〜Ｏｐ４）。液面センサ６１が貯留部６内の液相の作動媒体の液面の高さを検出し（ステップＯｐ５）、判定部９３が貯留部６に十分な量の液相の作動媒体が貯留されていると判定すると（ステップＯｐ６にてＹｅｓ）、遮断弁８１ａが開放されるとともにバイパス弁１１ａが閉じられる（ステップＯｐ７，Ｏｐ８）。そして、弁制御部９２により開閉弁８５ｂが開放され（ステップＯｐ１０）、ポンプ制御部９１が、ポンプ７を駆動させる（ステップＯｐ９）。

図４に示す変形例では、開閉弁８４ｂが設けられることにより、熱エネルギー回収装置Ｘ１の停止中にポンプ７よりも下流側の第４流路８４へと液相の作動媒体が漏出してしまうことを防止することができる。第４流路８４に漏出する作動媒体の量が抑えられることにより、熱エネルギー回収装置Ｘ１の起動を速やかに行うことができるとともに、熱エネルギー回収装置Ｘ１にて使用される作動媒体の量を抑えることも可能となる。

図６に示す変形例では、貯留部６に取り付けられていた液面センサ６１が省略され、図２に示すステップＯｐ５およびステップＯｐ６に代えて、ステップＯｐ１１が挿入されている。弁制御部９２は、凝縮器５の冷却水流路５１への冷却水の供給が開始されてから予め設定された所定時間が経過した場合に（ステップＯｐ１１にてＹｅｓ）、遮断弁８１ａを開くとともに（ステップＯｐ７）、バイパス弁１１を閉じる（ステップＯｐ８）。このとき、弁制御部９２は、ポンプ制御部９１に対して前記所定時間の経過信号を送信する。そして、弁制御部９２から前記経過信号を受けたポンプ制御部９１は、ポンプ７の駆動を開始させる制御を行う（ステップＯｐ９）。このような手順によれば、液面センサ６１を省略することができ、熱エネルギー回収装置Ｘ１のコストを低減することができる。

以上説明した本実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、図２に示す起動時の動作において、ステップＯｐ２〜ステップＯｐ４が同時に行われてもよい。ステップＯｐ７〜ステップＯｐ９も同様である。また、凝縮器５への冷却水の供給と、加熱器２への熱媒体の供給とが同時に行われてもよく、冷却水の供給が先行して行われてもよい。熱媒体および冷却水を加熱器２および凝縮器５へ流入させる前に、予め遮断弁８１ａを閉じ、かつ、バイパス弁１１を開いていてもよい。このように、熱エネルギー回収装置Ｘ１では、図２とは異なる時系列にて各工程を行うこともできる。図５および図６の動作においても同様である。

さらに、上記実施形態では、必ずしも冷却水の供給制御が行われる必要はなく、冷却水が冷却水流路５１に常時供給される場合には、ステップＯｐ４は不要となる。

熱エネルギー回収装置Ｘ１では、遮断弁８１ａが省略され、加熱器２にて蒸発した作動媒体の一部が膨張機３を通じて凝縮器５に流入してもよい。これにより、より多くの電力を生成することが可能となる。また、作動媒体の貯留制御の時間が十分に確保される場合には、バイパス弁１１ａを閉じた状態で作動媒体の全量が膨張機３を通じて凝縮器５へ流入されてもよい。

上記実施形態では凝縮器５および貯留部６が一繋がりの部材とされてもよい。この場合、貯留部６に設けられていた液面センサ６１は、貯留部として機能する凝縮器５の下流部に設けられることになる。なお、液面センサ６１は、必ずしも凝縮器５に設けられる必要はなく、第３流路８３のポンプ７よりも上流側の部位に設けられていてもよい。

また、本実施形態では、制御部９が判定部９３を機能的に有しているが、これに限らず、液面センサ６１の検出値に基づき、操作者がポンプ制御部９１および弁制御部９２を指示してステップＯｐ７〜ステップＯｐ９、ステップＯｐ１０の制御を行ってもよい。

熱エネルギー回収装置Ｘ１では、複数の熱交換器により加熱器が構成されてもよい。図７に示す変形例では、過給機１００の圧縮機１１０で圧縮された過給空気からの熱を回収する熱交換器２ａと、熱交換器２ａの下流側にエコマイザ２００からの蒸気の熱を回収する熱交換器２ｂが設けられている。熱交換器２ａ，２ｂにより加熱器２が構成される。エコマイザ２００は、過給機付エンジン１００からの俳ガスの熱を回収する役割を有し、当該回収に伴って発生する蒸気が熱交換器２ｂの熱媒体流路２１ｂに流入する。そして、熱媒体流路２１ｂを通過する蒸気と作動媒体流路２２ｂを通過する作動媒体との間で熱交換が行われることになる。図７の構造では、熱交換器２ｂにて作動媒体が全て蒸気となるのであれば、熱交換器２ａにて液相の作動媒体の全量が必ずしも蒸発する必要はない。

熱エネルギー回収装置Ｘ１では、熱媒体としてエンジン１３０から排出される俳ガスの熱を直接的に回収する熱交換器が設けられてもよい。このように、熱エネルギー回収装置Ｘ１は、熱媒体として、エンジン１３０に供給される過給空気、エンジン１３０から排出される排ガス、または、排ガスから熱を回収するエコノマイザ２００にて生成される蒸気の少なくとも１つを含む構成とされる。

Ｘ１ 熱エネルギー回収装置
１１ バイパス流路
１１ａ バイパス弁
２ 加熱器
３ 膨張機
４ 動力回収機
５ 凝縮器
６ 貯留部
６１ 液面センサ
７ ポンプ
８ 循環流路
８１ 第１流路
８１ａ 遮断弁
８２ 第２流路
８４ 第４流路
８４ａ 屈曲部
８４ｂ 開閉弁
９ 制御部
９１ ポンプ制御部
９２ 弁制御部

Claims (9)

1. 熱媒体の熱によって作動媒体を加熱する加熱器と、
   前記加熱器から流出した作動媒体が流入する膨張機と、
   前記膨張機に接続される動力回収機と、
   前記加熱器よりも上方に位置し、冷却媒体によって前記膨張機から流出した作動媒体を凝縮させる凝縮器と、
   前記加熱器よりも上方に位置し、前記凝縮器において凝縮された作動媒体を貯留する貯留部と、
   前記加熱器よりも上方に位置し、前記貯留部から流出した作動媒体を前記加熱器へ送るポンプと、
   前記加熱器、前記膨張機、前記凝縮器、前記貯留部、および前記ポンプをこの順に接続する作動媒体の循環流路と、
   前記ポンプの駆動を制御するポンプ制御部と、を備え、
   前記ポンプ制御部は、前記加熱器に熱媒体が供給されるとともに前記凝縮器に冷却媒体が供給された後に、前記ポンプを駆動する、熱エネルギー回収装置。
2. 前記貯留部は、当該貯留部に貯留された作動媒体の液面の高さを検出する液面センサを有し、
   前記ポンプ制御部は、前記液面センサの検出値に基づき前記貯留部に貯留された作動媒体の量が所定量以上となった場合に、前記ポンプを駆動する、請求項１に記載の熱エネルギー回収装置。
3. 前記ポンプ制御部は、前記凝縮器へ冷却媒体の供給が開始されてから所定の時間が経過した後に、前記ポンプを駆動する、請求項１に記載の熱エネルギー回収装置。
4. 前記加熱器と前記膨張機とを繋ぐ前記循環流路の第１流路に設けられる遮断弁と、
   前記膨張機および前記凝縮器を繋ぐ前記循環流路の第２流路と、前記第１流路のうち前記遮断弁よりも上流側の部位とを繋ぐバイパス流路と、
   前記バイパス流路に設けられるバイパス弁と、
   前記遮断弁および前記バイパス弁の開閉を制御する弁制御部と、をさらに備え、
   前記弁制御部は、前記ポンプの駆動前に、前記遮断弁を閉じるとともに前記バイパス弁を開放した状態とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱エネルギー回収装置。
5. 前記循環流路のうち前記ポンプと前記加熱器とを繋ぐ流路が、前記ポンプに接続されるとともに上方に向かって凸となる屈曲部を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱エネルギー回収装置。
6. 前記凝縮器と前記貯留部とは、別部材である、請求項１〜５のいずれ一項に記載の熱エネルギー回収装置。
7. 前記循環流路のうち前記ポンプと前記加熱器とを繋ぐ流路には、開閉弁が設けられ、
   前記加熱器に熱媒体が供給されるとともに前記凝縮器に冷却媒体が供給された後に、前記開閉弁を開放し、前記ポンプを駆動する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱エネルギー回収装置。
8. 前記熱媒体は、エンジンに供給される過給空気、前記エンジンから排出される排ガス、または前記排ガスから熱を回収するエコノマイザにて発生した蒸気の少なくとも１つを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の熱エネルギー回収装置。
9. 熱媒体によって作動媒体を加熱する加熱器と、前記加熱器から流出した作動媒体が流入する膨張機と、前記膨張機に接続される動力回収機と、前記加熱器よりも上方に位置し冷却媒体によって前記膨張機から流出した作動媒体を凝縮させる凝縮器と、前記加熱器よりも上方に位置し前記凝縮器において凝縮された作動媒体を貯留する貯留部と、前記加熱器よりも上方に位置し前記貯留部から流出した作動媒体を前記加熱器へ送るポンプと、を備え、前記加熱器、前記膨張機、前記凝縮器、前記貯留部、および前記ポンプがこの順に接続された熱エネルギー回収装置の起動方法であって、
   前記加熱器に熱媒体を供給する第１ステップと、
   前記凝縮器に冷却媒体を供給する第２ステップと、
   前記第１ステップおよび前記第２ステップの後に前記ポンプを駆動する第３ステップと、を備える熱エネルギー回収装置の起動方法。

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