JP2017020396A - 熱エネルギー回収装置及びそのポンプの取換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】メカニカルシール部を有するポンプを用いて安定的に運転することが可能な熱エネルギー回収装置及びそのポンプの取換方法を提供すること。【解決手段】エネルギー回収装置であって、蒸発器と、膨張機と、動力回収機と、凝縮器と、ポンプ（１８）と、循環流路と、制御部と、を備え、ポンプ（１８）は、羽根車（３２）と、ケーシング（３４）と、電動機（３６）と、ケーシング（３４）と電動機（３６）との間をシールするメカニカルシール部（３８）と、メカニカルシール部（３８）を介してケーシング（３４）内からケーシング（３４）外に漏出した気相の作動媒体を収容する収容空間（Ｓ）をケーシング（３４）と電動機（３６）との間に形成する空間形成壁（４０）と、を有し、制御部は、ケーシング（３４）内から収容空間（Ｓ）への気相の作動媒体の漏出を検出したときに検出信号を出力すること。【選択図】図２

Description

本発明は、熱エネルギー回収装置及びそのポンプの取換方法に関する。

従来、工場等の各種設備の排熱から動力を回収する熱エネルギー回収装置が知られている。例えば、特許文献１には、作動媒体を蒸発させる蒸発器と、蒸発器から流出した作動媒体を膨張させる膨張機と、膨張機に接続された発電機と、膨張機から流出した作動媒体を凝縮させる凝縮器と、凝縮器から流出した作動媒体を蒸発器へ送出する循環ポンプと、蒸発器、膨張機、凝縮器及び循環ポンプを接続する循環流路と、を備えた熱エネルギー回収装置が開示されている。

特開２０１２−２０２２６９号公報

特許文献１に記載されるような熱エネルギー回収装置において、循環ポンプとして、メカニカルシール部を有するポンプを用いたいというニーズがある。このポンプは、羽根車と、羽根車を収容するケーシングと、ケーシングを貫通した状態で羽根車を回転駆動させる電動機と、ケーシングと電動機との間をシールするメカニカルシール部と、を有している。メカニカルシール部は、ケーシングに固定された固定環と、この固定環に対して羽根車及び電動機とともに回転する回転環と、を有している。固定環と回転環との間が液体で満たされ、かつ、回転環が固定環に押し付けられることによってケーシング内がシールされる。

しかしながら、特許文献１に記載されるような熱エネルギー回収装置では、循環ポンプとして、メカニカルシール部を有するポンプを用いて安定的に運転を継続するのは困難である。具体的に、メカニカルシール部は、固定環と回転環との間が液体で満たされていることがシール性の確保に重要であるが、上記熱エネルギー回収装置で用いられる作動媒体は非常に沸点が低いため、メカニカルシール部内に存在する液相の作動媒体が電動機で生じる熱により蒸発し、これによりメカニカルシール部内の液体が減少する場合がある。この場合、メカニカルシール部に焼付きが生じるおそれがある。

一方、循環ポンプとして、いわゆるマグネットポンプ（マグネット駆動式のポンプ）を用いたいというニーズもある。このポンプは、羽根車と、羽根車に固定された従動マグネットと、羽根車及び従動マグネットを収容するケーシングと、ケーシングの外側でかつ従動マグネットを駆動可能な位置に配置された駆動マグネットと、駆動マグネットを回転駆動させる電動機と、を有している。このマグネットポンプの電動機は、メカニカルシール部を有するポンプの電動機のようにケーシングを貫通する構造ではないため、マグネットポンプでは、メカニカルシール部を有するポンプに比べてケーシング外への作動媒体の漏出の懸念が少ない。

しかしながら、特許文献１に記載されるような熱エネルギー回収装置では、循環ポンプとして、マグネットポンプを用いて安定的に当該ポンプの運転を開始するのは困難である。具体的に、マグネットポンプが駆動された状態から停止された場合、渦電流が残存し、この渦電流に起因する発熱によってケーシング内の液相の作動媒体の一部が蒸発する場合がある。この状態、すなわち、ケーシング内に気相の作動媒体が存在する状態では、ポンプの駆動が不安定となる。

本発明の目的は、メカニカルシール部を有するポンプを用いて安定的に運転すること、あるいは、マグネットポンプを用いて安定的に当該ポンプの運転を開始することが可能な熱エネルギー回収装置及びそのポンプの取換方法を提供することである。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器から流出した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動力を回収する動力回収機と、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、前記凝縮器から流出した作動媒体を前記蒸発器へ向けて送るポンプと、前記蒸発器、前記膨張機、前記凝縮器及び前記ポンプを接続しており、前記作動媒体が循環する循環流路と、前記作動媒体の漏出を示す検出信号を出力する制御部と、を備え、前記ポンプは、羽根車と、前記羽根車を収容するケーシングと、前記ケーシングを貫通した状態で前記ケーシングの外側から前記羽根車を回転駆動させる電動機と、前記ケーシングと前記電動機との間をシールするメカニカルシール部と、前記メカニカルシール部を介して前記ケーシング内から前記ケーシング外に漏出した気相の作動媒体を収容する収容空間を前記ケーシングと前記電動機との間に形成する空間形成壁と、を有し、前記制御部は、前記ケーシング内から前記収容空間への前記気相の作動媒体の漏出を検出したときに前記検出信号を出力する、熱エネルギー回収装置を提供する。

本装置によれば、ポンプが収容空間を有しており、ケーシング内から収容空間への気相の作動媒体の漏出が検出されたときに検出信号が出力されるので、動力回収機によるエネルギーの回収中にメカニカルシール部から気相の作動媒体が漏出していること、すなわち、メカニカルシール部内の液相の作動媒体が減少していることを検知することができる。

例えば、前記検出信号は、管理室で本装置の運転状況を監視するオペレータが知覚可能な報知信号として利用されることが可能である。この場合、その報知信号を確認したオペレータが本装置の運転を停止することにより、メカニカルシール部での焼付きの発生が抑制される。

また、本発明において、前記循環流路のうち前記ポンプと前記凝縮器との間の部位に設けられた第１弁部材と、前記循環流路のうち前記ポンプと前記蒸発器との間の部位に設けられた第２弁部材と、をさらに備えることが好ましい。

この態様では、各弁部材を閉じることにより、循環流路を循環する作動媒体の全量を抜くことなく、循環流路のうち両弁部材間に存在する作動媒体を抜くだけでポンプを循環流路から取り外すことができる。よって、ポンプのメンテナンス時に流出する作動媒体が低減される。

この場合において、前記制御部は、前記検出信号として、前記第１弁部材を閉じる第１信号と、前記第２弁部材を閉じる第２信号と、前記ポンプを停止させる停止信号と、を出力することが好ましい。

このようにすれば、自動でメカニカルシール部での焼付きの発生を抑制しつつ、ポンプのメンテナンス時に抜く作動媒体の量を少なくすることができる。

具体的に、前記制御部は、前記第１信号を出力した後、前記循環流路のうち前記ポンプと前記蒸発器との間の部位を流れる作動媒体の過熱度が０よりも大きいことを確認したときに、あるいは、前記第１信号を出力した後、所定時間が経過したときに、前記第２信号を出力することが好ましい。

このようにすれば、各弁部材間に存在する作動媒体の多くが気相になっているので、ポンプのメンテナンス時に抜く作動媒体の量がより低減される。

また、本発明において、前記ケーシング内の前記作動媒体の一部を、前記ポンプよりも低圧側に戻す戻し流路と、前記戻し流路に設けられた流量調整部と、をさらに備えることが好ましい。

このようにすれば、メカニカルシール部での焼付きの発生がより確実に抑制される。具体的に、電動機で生じる熱によってポンプのケーシング内の液相の作動媒体の一部が蒸発し、これにより気相の作動媒体（気泡）が生じたとしても、この気泡は、戻し流路を通じてポンプよりも低圧側に戻される。よって、メカニカルシール部内への気泡の流入、及び、これに伴うメカニカルシール部内における液相の作動媒体の減少が抑制される。さらに、戻し流路には流量調整部が設けられているので、前記気泡のポンプよりも低圧側への案内が安定する。

また、本発明は、作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器から流出した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動力を回収する動力回収機と、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、前記凝縮器から流出した作動媒体を前記蒸発器へ向けて送るポンプと、前記蒸発器、前記膨張機、前記凝縮器及び前記ポンプを接続しており、前記作動媒体が循環する循環流路と、前記ポンプ内の前記作動媒体の一部を、前記ポンプよりも低圧側に戻す戻し流路と、前記戻し流路に設けられた流量調整部と、を備え、前記ポンプは、羽根車と、前記羽根車を収容するケーシングと、前記ケーシングを貫通した状態で前記ケーシングの外側から前記羽根車を回転駆動させる電動機と、前記ケーシングと前記電動機との間をシールするメカニカルシール部と、を有する、熱エネルギー回収装置を提供する。

本装置によれば、メカニカルシール部を有するポンプの電動機で生じる熱によってケーシング内の液相の作動媒体の一部が蒸発し、これにより気泡（気相の作動媒体）が生じたとしても、この気泡は、戻し流路を通じてポンプよりも低圧側に戻される。よって、メカニカルシール部内への気泡の流入、及び、これに伴うメカニカルシール部内における液相の作動媒体の減少が抑制される。さらに、戻し流路には流量調整部が設けられているので、前記気泡のポンプよりも低圧側への案内が安定する。よって、メカニカルシール部を有するポンプを用いて安定的に動力を回収することができる。

また、本発明は、作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器から流出した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動力を回収する動力回収機と、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、前記凝縮器から流出した作動媒体を前記蒸発器へ向けて送るポンプと、前記蒸発器、前記膨張機、前記凝縮器及び前記ポンプを接続しており、前記作動媒体が循環する循環流路と、前記ポンプ内の前記作動媒体の一部を、前記ポンプよりも低圧側に戻す戻し流路と、を備え、前記ポンプは、羽根車と、前記羽根車に接続された従動マグネットと、前記羽根車及び前記従動マグネットを収容するケーシングと、前記ケーシングの外側でかつ前記従動マグネットを駆動可能な位置に配置された駆動マグネットと、前記駆動マグネットを回転駆動させる電動機と、を有する、熱エネルギー回収装置を提供する。

本装置によれば、駆動マグネット及び従動マグネットを有するいわゆるマグネットポンプを用いながら、安定的に当該ポンプの運転（動力の回収）を開始することができる。具体的に、このポンプが運転された状態から停止された場合に残存する渦電流に起因する発熱によってケーシング内の液相の作動媒体の一部が蒸発し、これによりケーシング内に気相の作動媒体が蓄積したとしても、その気相の作動媒体は、戻し流路を通じてポンプよりも低圧側に戻される。よって、ケーシング内に気相の作動媒体が存在する状態でポンプが駆動されること、すなわち、ポンプの駆動が不安定になることが抑制される。

この場合において、前記凝縮器内、又は、前記循環流路内の液相の作動媒体の一部を前記ケーシング内に供給する給液流路をさらに備えることが好ましい。

このようにすれば、ケーシング内に液相の作動媒体が供給されるため、より安定的にポンプを駆動することができる。

また、本発明において、前記戻し流路に設けられた開閉弁と、制御部と、をさらに備え、前記制御部は、前記ポンプを駆動する前に前記開閉弁を開き、その後、前記ポンプを駆動することが好ましい。

このようにすれば、ポンプの安定的な駆動が自動的に行われる。

また、本発明において、前記戻し流路の下流側の端部は、前記循環流路のうち前記ポンプと前記凝縮器との間の部位に接続されており、前記凝縮器は、当該凝縮器から流出する作動媒体が過冷却状態となるように前記作動媒体を冷却してもよい。

このようにすれば、メカニカルシール部での焼付きの発生、あるいは、マグネットポンプの不安定な駆動がより確実に抑制される。具体的に、ケーシング内で気泡（気相の作動媒体）が生じたとしても、この気泡（気相の作動媒体）は、戻し流路を通じて循環流路のうちポンプと凝縮器との間の部位に戻され、しかも、凝縮器から流出する作動媒体は、過冷却状態であるので、前記気泡（気相の作動媒体）は、循環流路において凝縮器から流出した作動媒体に合流することにより液化する。よって、メカニカルシール部内における液相の作動媒体の減少、あるいは、ケーシング内への気相の作動媒体の蓄積が抑制される。

あるいは、前記戻し流路の下流側の端部は、前記循環流路のうち前記凝縮器と前記膨張機との間の部位、又は、前記凝縮器に接続されていてもよい。

このようにしても、メカニカルシール部内における液相の作動媒体の減少、あるいは、ケーシング内への気相の作動媒体の蓄積が抑制される。具体的に、前記気泡（気相の作動媒体）は、凝縮器において、すなわち、ケーシングに流入する前に液化するので、メカニカルシール部内における液相の作動媒体の減少、あるいは、ケーシング内への気相の作動媒体の蓄積が抑制される。

また、本発明は、前記エネルギー回収装置のポンプの取換方法であって、前記検出信号を検出したときに前記第１弁部材及び前記第２弁部材を閉じる弁部材閉鎖工程と、前記弁部材閉鎖工程の後に前記ポンプを前記循環流路から取り外すポンプ取外し工程と、を含む、エネルギー回収装置のポンプの取換方法を提供する。

この方法では、各弁部材を閉じた後に循環流路からポンプを取り外すため、循環流路を循環する作動媒体の全量を抜くことなく、循環流路のうち両弁部材間に存在する作動媒体を抜くだけでポンプを取外すことができる。

具体的に、前記弁部材閉鎖工程では、前記第１弁部材を閉じた後、前記循環流路のうち前記ポンプと前記蒸発器との間の部位を流れる作動媒体の過熱度が０よりも大きいことを確認したときに、あるいは、前記第１弁部材を閉じた後、所定時間が経過したときに、前記第２弁部材を閉じることが好ましい。

このようにすれば、各弁部材間に存在する作動媒体の多くが気相になっているので、ポンプの取外し工程時に抜く作動媒体の量がより低減される。

以上のように、本発明によれば、メカニカルシール部を有するポンプを用いて安定的に運転すること、あるいは、マグネットポンプを用いて安定的に当該ポンプの運転を開始することが可能な熱エネルギー回収装置及びそのポンプの取換方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態の熱エネルギー回収装置の構成の概略を示す図である。 ポンプの拡大図である。 制御部の制御内容の概略を示すフローチャートある。 本発明の第２実施形態の熱エネルギー回収装置のポンプ周辺の拡大図である。 本発明の第３実施形態の熱エネルギー回収装置のポンプ周辺の拡大図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の熱エネルギー回収装置について、図１〜図３を参照しながら説明する。

図１に示されるように、この熱エネルギー回収装置は、蒸発器１０と、膨張機１２と、動力回収機１４と、凝縮器１６と、ポンプ１８と、蒸発器１０、膨張機１２、凝縮器１６及びポンプ１８をこの順に直列に接続する循環流路２０と、各種制御を行う制御部６０と、を備えている。

蒸発器１０は、作動媒体と熱源から供給される加熱媒体（温水、排ガス等）とを熱交換させることによって作動媒体を蒸発させる。作動媒体として、低沸点の媒体（ＨＦＣ２４５ｆａ等）が用いられる。

膨張機１２は、循環流路２０における蒸発器１０の下流側の部位に設けられている。膨張機１２は、蒸発器１０から流出した作動媒体を膨張させる。本実施形態では、膨張機１２として、蒸発器１０から排出されたガス状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。具体的に、膨張機１２は、雌雄一対のスクリュロータを有している。

動力回収機１４は、膨張機１２に接続されている。本実施形態では、動力回収機１４として発電機が用いられている。この動力回収機１４は、膨張機１２の一対のスクリュ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１４は、前記回転軸が前記スクリュ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１４として、発電機の他、圧縮機等が用いられてもよい。

凝縮器１６は、循環流路２０における膨張機１２の下流側の部位に設けられている。凝縮器１６は、膨張機１２から流出した気相の作動媒体と冷却源から供給される冷却媒体（冷却水等）とを熱交換させることによって作動媒体を凝縮させる。循環流路２０のうち凝縮器１６の下流側の部位には、液相の作動媒体を貯留する貯留部２１が設けられている。この貯留部２１は、循環流路２０の一部、つまり、配管により構成されている。ただし、貯留部２１は、液相の作動媒体を貯留可能なレシーバタンクにより構成されてもよい。

ポンプ１８は、循環流路２０における凝縮器１６の下流側の部位（凝縮器１６と蒸発器１０との間の部位）に設けられている。ポンプ１８は、凝縮器１６で凝縮された液相の作動媒体を所定の圧力まで加圧して蒸発器１０に送る。本実施形態では、ポンプ１８として、非容積式ポンプが用いられている。具体的に、図２に示されるように、ポンプ１８は、羽根車３２と、ケーシング３４と、電動機３６と、メカニカルシール部３８と、空間形成壁４０と、を有する。

羽根車３２は、回転軸３２ａと、回転軸３２ａ回りに回転可能となるように当該回転軸３２ａに接続された複数の羽根３２ｂと、を有する。回転軸３２ａは、上下方向と平行となる姿勢で配置されている。

ケーシング３４は、羽根車３２を収容する。具体的に、ケーシング３４は、羽根車３２の周囲を覆う形状を有する周壁３４ａと、羽根車３２の軸方向の一端（上端）を覆う形状を有する上壁３４ｂと、羽根車３２の径方向について周壁３４ａよりも内側に配置された仕切壁３４ｃと、を有する。上壁３４ｂは、回転軸３２ａと直交する姿勢で配置されている。仕切壁３４ｃは、回転軸３２ａと平行となる姿勢で周壁３４ａに接続されている。羽根車３２は、循環流路２０からケーシング３４内に流入した液相の作動媒体を、上壁３４ｂに向けて送る。これにより上壁３４ｂに衝突した液相の作動媒体は、周壁３４ａと仕切壁３４ｃとの間を通って循環流路２０に流出する。

電動機３６は、ケーシング３４の外側からケーシング３４内に配置されている羽根車３２を回転駆動させる。つまり、電動機３６は、ケーシング３４を貫通した状態で羽根車３２を回転駆動させる。電動機３６は、電動機本体３６ａと、出力軸３６ｂと、を有している。出力軸３６ｂは、羽根車３２の回転軸３２ａに接続されている。より具体的には、出力軸３６ｂは、当該出力軸３６ｂの中心軸と回転軸３２ａの中心軸とが一直線上に並ぶ姿勢で上壁３４ｂを介して回転軸３２ａに接続されている。

メカニカルシール部３８は、ケーシング３４と電動機３６との間をシールする。メカニカルシール部３８は、上壁３４ｂに固定された固定環（図示略）と、回転軸３２ａ又は出力軸３６ｂに固定された回転環（図示略）と、を有する。固定環と回転環との間は、液相の作動媒体で満たされている。羽根車３２により上壁３４ｂに向かう方向に加圧された液相の作動媒体が回転環を固定環に押し付けることにより、ケーシング３４内から両環間を通じてケーシング３４外へ作動媒体が漏出するのが抑制されている。

空間形成壁４０は、メカニカルシール部３８を介してケーシング３４内からケーシング３４外に漏出した気相の作動媒体を収容する収容空間Ｓをケーシング３４と電動機３６との間に形成する。空間形成壁４０は、上壁３４ｂの外側面と電動機本体３６ａとの間に収容空間Ｓを形成する。

本実施形態では、循環流路２０のうちポンプ１８と凝縮器１６との間の部位に、第１弁部材Ｖ１が設けられており、循環流路２０のうちポンプ１８と蒸発器１０との間の部位に、第２弁部材Ｖ２が設けられている。

また、循環流路２０には、膨張機１２をバイパスするバイパス流路２２が接続されている。バイパス流路２２の上流側の端部は、循環流路２０における蒸発器１０と膨張機１２との間の部位に接続されており、バイパス流路２２の下流側の端部は、循環流路２０における膨張機１２と凝縮器１６との間の部位に接続されている。循環流路２０のうち、循環流路２０とバイパス流路２２の上流側の端部との接続部と膨張機１２との間の部位には、第３弁部材Ｖ３が設けられており、バイパス流路２２には、第４弁部材Ｖ４が設けられている。

制御部６０は、ケーシング３４内から収容空間Ｓへの気相の作動媒体の漏出を検出したときに検出信号を出力する。本実施形態では、前記気相の作動媒体の漏出は、空間形成壁４０に設けられた検出センサ５０（赤外線検査方式のセンサ）により検出される。制御部６０は、検出センサ５０から作動媒体の漏出を示す信号（漏出量Ｌが基準値Ｌ０以上となったことを示す信号）を受け取ったときに、前記検出信号として、ポンプ１８（電動機３６）を停止させる停止信号と、第１弁部材Ｖ１を閉じる第１信号と、第２弁部材Ｖ２を閉じる第２信号と、第３弁部材Ｖ３を閉じる第３信号と、第４弁部材Ｖ４を開く第４信号と、を出力する。以下、図３を参照しながら、制御部６０の制御内容について説明する。

本装置の運転中（第１弁部材Ｖ１〜第３弁部材Ｖ３は開、第４弁部材Ｖ４は閉）において、制御部６０は、ケーシング３４内から収容空間Ｓへの気相の作動媒体の漏出量Ｌが基準値Ｌ０以上であるか否かを判定する（ステップＳ１）。この結果、漏出量Ｌが基準値Ｌ０未満であれば、制御部６０は、再度、漏出量Ｌが基準値Ｌ０以上であるか否かを判定する（ステップＳ１）。一方、漏出量Ｌが基準値Ｌ０以上であれば、メカニカルシール部３８での焼付きの発生が懸念されるため、制御部６０は、前記停止信号、前記第３信号及び前記第４信号を出力する（ポンプ１８を停止させ、第３弁部材Ｖ３を閉じ、第４弁部材Ｖ４を開く）（ステップＳ２）。

次に、制御部６０は、前記第１信号を送信する（第１弁部材Ｖ１を開く）（ステップＳ３）。なお、ステップＳ３は、ステップＳ２と同時に実行されてもよい。また、このときも、蒸発器１０への加熱媒体の供給及び凝縮器１６への冷却媒体の供給は継続されている。このため、蒸発器１０で蒸発した作動媒体は、バイパス流路２２を介して凝縮器１６に流入して凝縮し続ける。

そして、制御部６０は、循環流路２０のうちポンプ１８と蒸発器１０との間の部位を流れる作動媒体の過熱度αがゼロよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４）。この結果、過熱度αがゼロ以下の場合、制御部６０は、再度、過熱度αがゼロよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４）。一方、過熱度αがゼロよりも大きい場合、すなわち、前記部位を流れる作動媒体が気相となっており、その体積が当該作動媒体が液相又は気液二相である場合に比べて十分に小さくなっていることが確認されたときに、制御部６０は、前記第２信号を出力する（第２弁部材Ｖ２を閉じる）（ステップＳ５）。これにより、循環流路２０のうちポンプ１８と蒸発器１０との間の部位に存在する作動媒体が十分に少なくなった後に、循環流路２０から第１弁部材Ｖ１と第２弁部材Ｖ２との間の部位が切り離される。なお、前記過熱度αは、循環流路２０のうちポンプ１８と蒸発器１０との間の部位に設けられた温度センサ５１及び圧力センサ５２の各検出値に基づいて算出される。

この後、必要に応じて、オペレータにより、循環流路２０からポンプ１８が取り外され、当該ポンプ１８のメンテナンス（メカニカルシール部３８での焼付きの発生の確認等）が行われる。

次に、本排熱回収装置の動作について説明する。

本装置が駆動されると（ポンプ１８や膨張機１２が駆動されると）、作動媒体が循環流路２０を循環することにより、動力回収機１４において動力（本実施形態では電力）が回収される。

ここで、本装置の運転中、電動機３６で生じる熱がメカニカルシール部３８に伝達することによって当該メカニカルシール部３８内の液相の作動媒体の一部が蒸発し、これにより気相の作動媒体が収容空間Ｓに漏出する（メカニカルシール部３８内の液相の作動媒体が減少する）場合がある。本実施形態では、ケーシング３４内から収容空間Ｓへの気相の作動媒体の漏出が検出されたときに、制御部６０がポンプ１８を停止させるので、メカニカルシール部３８での焼付きの発生が抑制される。

また、本装置は、第１弁部材Ｖ１及び第２弁部材Ｖ２を有しているので、これらの弁部材Ｖ１，Ｖ２を閉じることにより、循環流路２０を循環する作動媒体の全量を抜くことなく、循環流路２０のうち両弁部材Ｖ１，Ｖ２間に存在する作動媒体を抜くだけでポンプ１８のメンテナンスを行うことができる。

さらに、制御部６０は、第１弁部材Ｖ１を閉じる第１信号を出力した後、循環流路２０のうちポンプ１８と蒸発器１０との間の部位を流れる作動媒体の過熱度が０よりも大きいことを確認したときに、第２弁部材Ｖ２を閉じる第２信号を出力するので、ポンプ１８のメンテナンス時に抜く作動媒体の量がより低減される。具体的に、過熱度αがゼロよりも大きい場合、前記部位を流れる作動媒体が気相となっているので、作動媒体の体積は、当該作動媒体が液相又は気液二相である場合に比べて十分に小さくなっている。このため、ポンプ１８のメンテナンス時に抜く作動媒体の量（両弁部材Ｖ１，Ｖ２間に存在する作動媒体の体積）が低減される。

（第２実施形態）
次に、図４を参照しながら、本発明の第２実施形態の熱エネルギー回収装置について説明する。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は省略する。

本実施形態の熱エネルギー回収装置は、戻し流路２４と、この戻し流路２４に設けられた流量調整部２６と、さらに備えている。

戻し流路２４は、ケーシング３４内の作動媒体の一部を、ポンプ１８よりも低圧側に戻す流路である。本実施形態では、戻し流路２４の下流側の端部は、循環流路２０のうちポンプ１８と凝縮器１６との間の部位に接続されている。戻し流路２４の上流端は、ケーシング３４の上壁３４ｂに接続されている。戻し流路２４のうち、当該戻し流路２４の上流側の端部から下流側の端部に向かって所定寸法を有する部位は、羽根車３２の回転軸３２ａと平行な方向に沿って延びる形状を有する。このようにすれば、電動機３６で生じる熱によってケーシング３４内の液相の作動媒体の一部が蒸発し、これにより気泡Ｂ（気相の作動媒体）が生じたとしても、この気泡Ｂは、スムーズに戻し流路２４に流入する。

流量調整部２６は、戻し流路２４を流れる作動媒体の流量を調整する。本実施形態では、流量調整部２６として、電磁弁が用いられている。ただし、流量調整部２６は、手動弁（オリフィスバルブ等）であってもよい。

凝縮器１６は、当該凝縮器１６から流出する作動媒体が過冷却状態となるように作動媒体を冷却する。

また、制御部６０は、検出センサ５０から作動媒体の漏出を示す信号（漏出量Ｌが基準値Ｌ０以上となったことを示す信号）を受け取ったときに、前記検出信号として、流量調整部２６を開く信号をさらに出力する。

本実施形態では、メカニカルシール部での焼付きの発生がより確実に抑制される。具体的に、ケーシング３４内で気泡Ｂが生じたとしても、この気泡Ｂは、戻し流路２４を通じてポンプ１８よりも低圧側に戻される。よって、メカニカルシール部３８内への気泡Ｂの流入、及び、これに伴うメカニカルシール部３８内における液相の作動媒体の減少が抑制される。さらに、戻し流路２４には流量調整部２６が設けられているので、前記気泡Ｂのポンプ１８よりも低圧側への案内が安定する。

さらに、前記気泡Ｂは、循環流路２０のうちポンプ１８と凝縮器１６との間の部位に戻され、しかも、凝縮器１６から流出する作動媒体は、過冷却状態であるので、前記気泡Ｂは、循環流路２０において凝縮器１６から流出した作動媒体に合流することにより液化する。よって、メカニカルシール部３８内における液相の作動媒体の減少がより確実に抑制される。

（第３実施形態）
次に、図５を参照しながら、本発明の第３実施形態の熱エネルギー回収装置について説明する。なお、図５は、ポンプ１８が駆動されていた状態から停止された後の状態を示している。第３実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は省略する。

本実施形態では、ポンプ１８として、いわゆるマグネットポンプ（マグネット駆動式のポンプ）が用いられている。具体的に、ポンプ１８は、羽根車３２と、従動マグネット保持部３３と、従動マグネット３３Ｍと、ケーシング３４と、駆動マグネット保持部３５と、駆動マグネット３５Ｍと、電動機３６と、を有している。

羽根車３２の構造は、第１実施形態のそれと同じである。

従動マグネット保持部３３は、羽根車３２の回転軸３２ａの上端に接続されている。従動マグネット保持部３３の外径は、回転軸３２ａの外径よりも大きく設定されている。

従動マグネット３３Ｍは、従動マグネット保持部３３の外周面に保持されている。

ケーシング３４のうち周壁３４ａ及び仕切壁３４ｃの構造は、第１実施形態のそれと同じである。ケーシング３４の上壁３４ｂは、従動マグネット保持部３３を収容する収容部３４ｂ１を有している。収容部３４ｂ１は、上壁３４ｂのうち当該収容部３４ｂ１以外の部位から上方に突出する形状を有している。

駆動マグネット保持部３５は、収容部３４ｂ１よりも一回り大きな形状を有している。

駆動マグネット３５Ｍは、駆動マグネット保持部３５の内周面のうち、回転軸３２ａと直交する方向について従動マグネット３３Ｍと対向する位置に固定されている。

電動機３６は、駆動マグネット保持部３５を回転駆動させる。この駆動力が駆動マグネット３５Ｍ及び従動マグネット３３Ｍを介して従動マグネット保持部３３に伝達されることにより、羽根車３２が回転する。

また、本実施形態の熱エネルギー回収装置は、戻し流路２５と、戻し流路２５に設けられた開閉弁Ｖ５と、給液流路２７と、給液流路２７に設けられた開閉弁Ｖ６と、をさらに備えている。

戻し流路２５は、ケーシング３４内の作動媒体の一部を、ポンプ１８よりも低圧側に戻す流路である。本実施形態では、戻し流路２４の下流側の端部（図示略）は、循環流路２０のうち膨張機１２と凝縮器１６との間の部位に接続されている。戻し流路２４の上流端は、ケーシング３４の上壁３４ｂに接続されている。戻し流路２４のうち、当該戻し流路２４の上流側の端部から下流側の端部に向かって所定寸法を有する部位は、羽根車３２の回転軸３２ａと平行な方向に沿って延びる形状を有する。このようにすれば、電動機３６の停止時に残存する渦電流に起因して生じる熱によってケーシング３４内の液相の作動媒体の一部が蒸発し、これによりケーシング３４内に気相の作動媒体Ｇが蓄積したとしても、この気相の作動媒体Ｇは、スムーズに戻し流路２５に流入する。

給液流路２７は、液相の作動媒体を、いわゆる呼び水としてケーシング３４内に供給するための流路である。給液流路２７の上流側の端部（図示略）は、貯留部２１に接続されている。なお、この上流側の端部は、凝縮器１６に接続されてもよい。給液流路２７の下流側の端部は、ケーシング３４の上壁３４ｂに接続されている。

本実施形態では、制御部６０は、ポンプ１８の駆動前に、まず開閉弁Ｖ５及び開閉弁Ｖ６を開く。これにより、ケーシング３４内の気相の作動媒体Ｇが、戻し流路２５を通じて循環流路２０のうち膨張機１２と凝縮器１６との間の部位に戻されるとともに、貯留部２１に貯留されている液相の作動媒体の一部が、給液流路２７を通じてケーシング３４内に流入する。このため、ケーシング３４内が液相の作動媒体で満たされる。

その後（開閉弁Ｖ５及び開閉弁Ｖ６を開いてから所定時間経過後）、制御部６０は、ポンプ１８を駆動する。

以上のように、本実施形態では、ポンプ１８として、駆動マグネット３５Ｍ及び従動マグネット３３Ｍを有するいわゆるマグネットポンプを用いながら、安定的に当該ポンプ１８の運転（動力の回収）を開始することができる。具体的に、このポンプ１８が運転された状態から停止された場合に残存する渦電流に起因する発熱によってケーシング３４内の液相の作動媒体の一部が蒸発し、これによりケーシング３４内に気相の作動媒体Ｇが蓄積したとしても、その気相の作動媒体Ｇは、戻し流路２５を通じてポンプ１８よりも低圧側に戻される。よって、ケーシング３４内に気相の作動媒体Ｇが存在する状態でポンプ１８が駆動されること、すなわち、ポンプ１８の駆動が不安定になることが抑制される。

さらに、給液流路２７を有するので、つまり、ケーシング３４内に液相の作動媒体が供給されるので、より安定的にポンプ１８を駆動することができる。

さらに、制御部６０が上記のように各開閉弁Ｖ５，Ｖ６及びポンプ１８を制御するので、ポンプ１８の安定的な駆動が自動的に行われる。

なお、今回開示された実施形態は、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、上記実施形態では、制御部６０は、検出信号として、各弁部材Ｖ１〜Ｖ４の開閉を制御する信号、ポンプ１８を停止させる信号、流量調整部２６を開く信号を出力する例が示されたが、制御部６０は、検出信号として、管理室で本装置の運転状況を監視するオペレータが知覚可能な報知信号を出力してもよい。この場合、その報知信号を確認したオペレータが本装置の運転を停止することにより、メカニカルシール部３８での焼付きの発生が抑制される。

また、制御部６０は、第１弁部材Ｖ１を閉じる第１信号を出力した後、所定時間が経過したときに、第２弁部材Ｖ２を閉じる第２信号を出力してもよい。このようにしても、第１弁部材Ｖ１及び第２弁部材Ｖ２間に存在する作動媒体の多くが気相になっているので、ポンプ１８のメンテナンス時に抜く作動媒体の量が低減される。

また、第２実施形態において、検出センサ５０及び制御部６０は省略されてもよい。この場合、流量調整部２６として、開度調整が可能な手動弁が採用される。また、戻し流路２４の下流側の端部は、循環流路２０のうち凝縮器１６と膨張機１２との間の部位、又は、凝縮器１６に接続されていてもよい。このようにしても、メカニカルシール部３８内における液相の作動媒体の減少が抑制される。具体的に、前記気泡Ｂは、凝縮器１６において、すなわち、ケーシング３４に流入する前において液化するので、メカニカルシール部３８内における液相の作動媒体の減少が抑制される。

また、温度センサ５１及び圧力センサ５２は、循環流路２０のうちポンプ１８と第２弁部材Ｖ２との間の部位に設けられてもよい。

また、第３実施形態において、戻し流路２５及び給液流路２７は、共通の流路（配管）で構成されてもよい。

１０ 蒸発器
１２ 膨張機
１４ 動力回収機
１６ 凝縮器
１８ ポンプ
２０ 循環流路
２４ 戻し流路
２５ 戻し流路
２６ 流量調整部
２７ 給液流路
３２ 羽根車
３３ 従動マグネット保持部
３３Ｍ 従動マグネット
３４ ケーシング
３５ 駆動マグネット保持部
３５Ｍ 駆動マグネット
３６ 電動機
３８ メカニカルシール部
４０ 空間形成壁
５０ 検出センサ
６０ 制御部
Ｓ 収容空間
Ｖ１ 第１弁部材
Ｖ２ 第２弁部材
Ｖ５ 開閉弁

Claims (13)

1. 作動媒体を蒸発させる蒸発器と、
   前記蒸発器から流出した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動力を回収する動力回収機と、
   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、
   前記凝縮器から流出した作動媒体を前記蒸発器へ向けて送るポンプと、
   前記蒸発器、前記膨張機、前記凝縮器及び前記ポンプを接続しており、前記作動媒体が循環する循環流路と、
   前記作動媒体の漏出を示す検出信号を出力する制御部と、
   を備え、
   前記ポンプは、
   羽根車と、
   前記羽根車を収容するケーシングと、
   前記ケーシングを貫通した状態で前記ケーシングの外側から前記羽根車を回転駆動させる電動機と、
   前記ケーシングと前記電動機との間をシールするメカニカルシール部と、
   前記メカニカルシール部を介して前記ケーシング内から前記ケーシング外に漏出した気相の作動媒体を収容する収容空間を前記ケーシングと前記電動機との間に形成する空間形成壁と、
   を有し、
   前記制御部は、前記ケーシング内から前記収容空間への前記気相の作動媒体の漏出を検出したときに前記検出信号を出力する、熱エネルギー回収装置。
2. 請求項１に記載の熱エネルギー回収装置において、
   前記循環流路のうち前記ポンプと前記凝縮器との間の部位に設けられた第１弁部材と、
   前記循環流路のうち前記ポンプと前記蒸発器との間の部位に設けられた第２弁部材と、をさらに備える、熱エネルギー回収装置。
3. 請求項２に記載の熱エネルギー回収装置において、
   前記制御部は、前記検出信号として、前記第１弁部材を閉じる第１信号と、前記第２弁部材を閉じる第２信号と、前記ポンプを停止させる停止信号と、を出力する、熱エネルギー回収装置。
4. 請求項３に記載の熱エネルギー回収装置において、
   前記制御部は、前記第１信号を出力した後、前記循環流路のうち前記ポンプと前記蒸発器との間の部位を流れる作動媒体の過熱度が０よりも大きいことを確認したときに、あるいは、前記第１信号を出力した後、所定時間が経過したときに、前記第２信号を出力する、熱エネルギー回収装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の熱エネルギー回収装置において、
   前記ケーシング内の前記作動媒体の一部を、前記ポンプよりも低圧側に戻す戻し流路と、
   前記戻し流路に設けられた流量調整部と、
   をさらに備える、熱エネルギー回収装置。
6. 作動媒体を蒸発させる蒸発器と、
   前記蒸発器から流出した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動力を回収する動力回収機と、
   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、
   前記凝縮器から流出した作動媒体を前記蒸発器へ向けて送るポンプと、
   前記蒸発器、前記膨張機、前記凝縮器及び前記ポンプを接続しており、前記作動媒体が循環する循環流路と、
   前記ポンプ内の前記作動媒体の一部を、前記ポンプよりも低圧側に戻す戻し流路と、
   前記戻し流路に設けられた流量調整部と、
   を備え、
   前記ポンプは、
   羽根車と、
   前記羽根車を収容するケーシングと、
   前記ケーシングを貫通した状態で前記ケーシングの外側から前記羽根車を回転駆動させる電動機と、
   前記ケーシングと前記電動機との間をシールするメカニカルシール部と、
   を有する、熱エネルギー回収装置。
7. 作動媒体を蒸発させる蒸発器と、
   前記蒸発器から流出した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動力を回収する動力回収機と、
   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、
   前記凝縮器から流出した作動媒体を前記蒸発器へ向けて送るポンプと、
   前記蒸発器、前記膨張機、前記凝縮器及び前記ポンプを接続しており、前記作動媒体が循環する循環流路と、
   前記ポンプ内の前記作動媒体の一部を、前記ポンプよりも低圧側に戻す戻し流路と、
   を備え、
   前記ポンプは、
   羽根車と、
   前記羽根車に接続された従動マグネットと、
   前記羽根車及び前記従動マグネットを収容するケーシングと、
   前記ケーシングの外側でかつ前記従動マグネットを駆動可能な位置に配置された駆動マグネットと、
   前記駆動マグネットを回転駆動させる電動機と、
   を有する、熱エネルギー回収装置。
8. 請求項７に記載のエネルギー回収装置において、
   前記凝縮器内、又は、前記循環流路内の液相の作動媒体の一部を前記ケーシング内に供給する給液流路をさらに備える、熱エネルギー回収装置。
9. 請求項７又は８に記載の熱エネルギー回収装置において、
   前記戻し流路に設けられた開閉弁と、
   制御部と、をさらに備え、
   前記制御部は、前記ポンプを駆動する前に前記開閉弁を開き、その後、前記ポンプを駆動する、熱エネルギー回収装置。
10. 請求項６ないし９のいずれかに記載の熱エネルギー回収装置において、
    前記戻し流路の下流側の端部は、前記循環流路のうち前記ポンプと前記凝縮器との間の部位に接続されており、
    前記凝縮器は、当該凝縮器から流出する作動媒体が過冷却状態となるように前記作動媒体を冷却する、熱エネルギー回収装置。
11. 請求項６ないし９のいずれかに記載の熱エネルギー回収装置において、
    前記戻し流路の下流側の端部は、前記循環流路のうち前記凝縮器と前記膨張機との間の部位、又は、前記凝縮器に接続されている、熱エネルギー回収装置。
12. 請求項２に記載のエネルギー回収装置のポンプの取換方法であって、
    前記検出信号を検出したときに前記第１弁部材及び前記第２弁部材を閉じる弁部材閉鎖工程と、
    前記弁部材閉鎖工程の後に前記ポンプを前記循環流路から取り外すポンプ取外し工程と、を含む、エネルギー回収装置のポンプの取換方法。
13. 請求項１２に記載のエネルギー回収装置のポンプの取換方法において、
    前記弁部材閉鎖工程では、前記第１弁部材を閉じた後、前記循環流路のうち前記ポンプと前記蒸発器との間の部位を流れる作動媒体の過熱度が０よりも大きいことを確認したときに、あるいは、前記第１弁部材を閉じた後、所定時間が経過したときに、前記第２弁部材を閉じる、エネルギー回収装置のポンプの取換方法。

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