JP2017025901A - 熱エネルギー回収装置及びその起動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】運転開始時に蒸発器に生じる熱応力の急激な増大を抑制可能な熱エネルギー回収装置及びその起動方法を提供すること。【解決手段】熱エネルギー回収装置であって、蒸発器（１０）と、予熱器（１２）と、エネルギー回収部（１３）と、循環流路（２２）と、ポンプ（２０）と、蒸発器（１０）及び予熱器（１２）に対し加熱媒体を供給する加熱媒体流路（３０）と、加熱媒体流路（３０）のうち蒸発器（１０）よりも上流側の部位に設けられた流量調整部（４０）と、制御部（５０）と、を備え、制御部（５０）は、蒸発器（１０）の温度が規定値になるまで、ポンプ（２０）を停止させた状態において、蒸発器（１０）への気相の加熱媒体の流入量が次第に増加するように流量調整部（４０）を制御すること。【選択図】図１

Description

本発明は、熱エネルギー回収装置及びその起動方法に関するものである。

従来、工場の各種設備から排出される排ガス等の加熱媒体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、外部の熱源から供給される加熱媒体により作動媒体を加熱する蒸発器と、蒸発器から流出した加熱媒体により蒸発器に流入する前の作動媒体を加熱する予熱器と、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、凝縮器で凝縮された作動媒体を予熱器へ送る作動媒体ポンプと、予熱器、蒸発器、膨張機、凝縮器及びポンプを接続する循環流路と、を備える発電装置（熱エネルギー回収装置）が開示されている。

特開２０１４−４７６３２号公報

上記特許文献１に記載される熱エネルギー回収装置では、蒸発器に加熱媒体として蒸気（気相の媒体）が供給される場合、当該装置の運転開始時に蒸発器の温度が急上昇し、これにより蒸発器に生じる熱応力が急激に大きくなることが懸念される。具体的に、装置の運転開始前は、蒸発器の温度は比較的低温となっている一方、蒸気等の気相の加熱媒体の有する熱エネルギーは非常に大きいため、運転開始時に蒸発器に対して高温の気相の加熱媒体が流入すると、蒸発器の温度が急上昇するおそれがある。

本発明の目的は、運転開始時に蒸発器に生じる熱応力の急激な増大を抑制可能な熱エネルギー回収装置及びその起動方法を提供することである。

前記課題を解決する手段として、本発明は、外部から供給される気相の加熱媒体と作動媒体とを熱交換させることによって前記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加熱媒体と前記蒸発器に流入する前の作動媒体とを熱交換させることによって作動媒体を加熱する予熱器と、前記蒸発器から流出した作動媒体からエネルギーを回収するエネルギー回収部と、前記予熱器、前記蒸発器及び前記エネルギー回収部を接続するとともに前記作動媒体を流すための循環流路と、前記循環流路に設けられたポンプと、前記蒸発器及び前記予熱器に対し前記加熱媒体を供給する加熱媒体流路と、前記加熱媒体流路のうち前記蒸発器よりも上流側の部位に設けられた流量調整部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記蒸発器の温度が規定値になるまで、前記ポンプを停止させた状態において、前記蒸発器への前記気相の加熱媒体の流入量が次第に増加するように前記流量調整部を制御する、熱エネルギー回収装置を提供する。

本熱エネルギー回収装置では、蒸発器の温度が規定値になるまで、蒸発器への気相の加熱媒体（蒸気等）の流入量が次第に増加するので、蒸発器の温度の急激な上昇が抑制される。さらに、蒸発器の温度が規定値になるまでは、ポンプが停止しているので、蒸発器への加熱媒体の急激な流入、すなわち、蒸発器の温度の急上昇が、より確実に抑制される。具体的に、蒸発器の温度が規定値になる前にポンプが駆動されると、作動媒体が蒸発器へ流入し、当該作動媒体により気相の加熱媒体が冷却されるので、蒸発器での気相の加熱媒体の凝縮が促進される。気相の加熱媒体が凝縮すると、当該加熱媒体の体積（圧力）が小さくなるため、加熱媒体流路から蒸発器への気相の加熱媒体の流入が促進され、これにより蒸発器の温度が急上昇する場合がある。これに対し、本装置では、蒸発器の温度が規定値になるまでポンプが停止しているので、運転開始時における蒸発器の温度の急上昇、すなわち、蒸発器に生じる熱応力の急激な増大が抑制される。

この場合において、前記制御部は、前記蒸発器の温度が前記規定値であるときに、前記加熱媒体流路のうち前記流量調整部と前記蒸発器との間の部位の圧力の方が、前記加熱媒体流路のうち前記予熱器よりも下流側の部位の圧力よりも高い状態が維持されるように、前記ポンプの回転数を上げることが好ましい。

このようにすれば、蒸発器でのいわゆるウォータハンマー現象の発生を抑制しながらポンプを駆動すること（エネルギー回収部においてエネルギーを回収する定常運転に移行すること）ができる。例えば、加熱媒体流路のうち流量調整部と蒸発器との間の部位の圧力の方が加熱媒体流路のうち予熱器よりも下流側の部位の圧力よりも小さい場合、蒸発器や予熱器で凝縮した液相の加熱媒体が予熱器から流出しにくくなるため、当該液相の加熱媒体が蒸発器内に溜まりやすくなる。この状態で気相の加熱媒体が蒸発器内に流入すると、この加熱媒体は、蒸発器内の液相の加熱媒体（ドレインもしくはミスト）に冷却されて凝縮することによって急激に体積が小さくなる。そうすると、加熱媒体の凝縮が発生した領域の圧力が相対的に低くなる。この結果、その相対的に圧力の低い領域へ向かって液相の加熱媒体（液滴）が移動することにより、当該液相の加熱媒体が蒸発器の内面に衝突する現象（ウォータハンマー現象）が生じ得る。これに対し、本装置では、加熱媒体流路のうち流量調整部と蒸発器との間の部位の圧力の方が加熱媒体流路のうち予熱器よりも下流側の部位の圧力よりも高い状態が維持されるので、蒸発器でのウォータハンマー現象の発生が抑制される。

また、本発明において、前記加熱媒体流路のうち前記蒸発器よりも下流側でかつ前記予熱器よりも上流側の部位に設けられたスチームトラップをさらに備え、前記スチームトラップは、前記蒸発器から流出した加熱媒体のうち気相の加熱媒体の通過を禁止するとともに液相の加熱媒体の通過を許容することが好ましい。

この態様では、蒸発器から加熱媒体が気相又は気液二相の状態で流出したとしても、スチームトラップにより気相の加熱媒体の通過が禁止されるので、予熱器への気相の加熱媒体の流入が抑制される。よって、予熱器でのウォータハンマー現象の発生が抑制される。

この場合において、前記加熱媒体流路のうち前記スチームトラップと前記予熱器との間の部位に設けられ、前記蒸発器から流出した加熱媒体のうち気相の加熱媒体を外部に排出させるガス抜流路をさらに備えることが好ましい。

このようにすれば、予熱器への気相の加熱媒体の流入がより確実に抑制される。

また、本発明において、前記流量調整部は、前記加熱媒体流路のうち前記蒸発器よりも上流側の部位に設けられた第１開閉弁と、前記第１開閉弁をバイパスするとともに前記加熱媒体流路の内径よりも小さな内径を有するバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられた第２開閉弁と、を有し、前記第２開閉弁は、開度調整可能に構成されていることが好ましい。

この態様では、加熱媒体流路の内径よりも小さな内径を有するバイパス流路と開度調整が可能な第２開閉弁とを設けるという簡単な構造により、気相の加熱媒体の蒸発器への流入量を微調整することが可能となる。

この場合において、前記制御部は、前記加熱媒体流路のうち前記流量調整部よりも上流側の部位の圧力と、前記加熱媒体流路のうち前記流量調整部と前記蒸発器との間の部位の圧力と、が互いに等しいときに、前記第１開閉弁を開くことが好ましい。

このようにすれば、第１開閉弁を開いたときの気相の加熱媒体の蒸発器への急激な流入、すなわち、蒸発器の温度の急上昇を抑制しつつ、気相の加熱媒体の蒸発器への流入量を増やすことができる。

また、本発明において、前記加熱媒体流路のうち前記予熱器よりも下流側の部位に圧力損失発生部が設けられており、前記圧力損失発生部は、前記予熱器内が液相の加熱媒体で満たされるように、前記予熱器から流出した加熱媒体に対して圧力損失を与えることが好ましい。

このようにすれば、予熱器内が液相の加熱媒体で満たされるので、予熱器でのウォータハンマーの発生が抑制される。

具体的に、前記圧力損失発生部は、前記加熱媒体流路の一部により構成されかつ上方に向かって立ち上がる形状を有する立ち上がり流路からなり、前記立ち上がり流路の下流側の端部の位置は、前記予熱器のうち前記加熱媒体を前記予熱器内に流入させるための流入口の高さ位置と同じかそれ以上の高さ位置に設定されていることが好ましい。

このようにすれば、予熱器から流出した加熱媒体に対して簡単に圧力損失を生じさせることができる。

また、本発明において、前記加熱媒体流路のうち前記予熱器の下流側の部位に設けられており開度調整が可能な調整弁をさらに備え、前記制御部は、前記加熱媒体流路のうち前記調整弁よりも下流側の部位の温度又は圧力が一定の範囲内に収まるように、前記調整弁の開度を調整することが好ましい。

このようにすれば、予熱器から流出する加熱媒体の温度又は圧力が一定の範囲内に収まるので、当該加熱媒体を有効に利用することができる。

また、本発明は、外部から供給される気相の加熱媒体と作動媒体とを熱交換させることによって前記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からエネルギーを回収するエネルギー回収部と、前記蒸発器及び前記エネルギー回収部を接続するとともに前記作動媒体を流すための循環流路と、前記循環流路に設けられたポンプと、前記蒸発器に対し前記加熱媒体を供給する加熱媒体流路と、前記加熱媒体流路のうち前記蒸発器よりも上流側の部位に設けられた流量調整部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記蒸発器の温度が規定値になるまで、前記ポンプを停止させた状態において、前記蒸発器への前記気相の加熱媒体の流入量が次第に増加するように前記流量調整部を制御する、熱エネルギー回収装置を提供する。

本熱エネルギー回収装置においても、蒸発器の温度が規定値になるまで、蒸発器への気相の加熱媒体（蒸気等）の流入量が次第に増加するので、蒸発器の温度の急激な上昇が抑制される。さらに、蒸発器の温度が規定値になるまでは、ポンプが停止しているので、蒸発器への加熱媒体の急激な流入、すなわち、蒸発器の温度の急上昇が、より確実に抑制される。

この場合において、前記流量調整部は、前記加熱媒体流路のうち前記蒸発器よりも上流側の部位に設けられた第１開閉弁と、前記第１開閉弁をバイパスするとともに前記加熱媒体流路の内径よりも小さな内径を有するバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられた第２開閉弁と、を有し、前記第２開閉弁は、開度調整可能に構成されていることが好ましい。

さらにこの場合において、前記制御部は、前記加熱媒体流路のうち前記流量調整部よりも上流側の部位の圧力と、前記加熱媒体流路のうち前記流量調整部と前記蒸発器との間の部位の圧力と、が互いに等しいときに、前記第１開閉弁を開くことが好ましい。

また、本発明は、外部から供給される気相の加熱媒体と作動媒体とを熱交換させることによって前記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加熱媒体と前記蒸発器に流入する前の作動媒体とを熱交換させることによって作動媒体を加熱する予熱器と、前記蒸発器から流出した作動媒体からエネルギーを回収するエネルギー回収部と、前記予熱器、前記蒸発器及び前記エネルギー回収部を接続するとともに前記作動媒体を流すための循環流路と、前記循環流路に設けられたポンプと、前記蒸発器及び前記予熱器に対し前記加熱媒体を供給する加熱媒体流路と、を備える熱エネルギー回収装置の起動方法であって、前記蒸発器及び前記予熱器に前記気相の加熱媒体の供給を開始する加熱媒体供給開始工程を含み、前記加熱媒体供給開始工程では、前記蒸発器の温度が規定値になるまで、前記ポンプを停止させた状態において、前記蒸発器への前記気相の加熱媒体の流入量を次第に増加させる、熱エネルギー回収装置の起動方法を提供する。

本起動方法では、起動時（運転開始時）における蒸発器の温度の急上昇、すなわち、蒸発器に生じる熱応力の急激な増大が抑制される。

この場合において、前記ポンプの駆動を開始するポンプ駆動開始工程をさらに含み、前記ポンプ駆動開始工程では、前記蒸発器の温度が前記規定値になったときに、前記加熱媒体流路のうち前記流量調整部と前記蒸発器との間の部位の圧力の方が、前記加熱媒体流路のうち前記予熱器よりも下流側の部位の圧力よりも高い状態が維持されるように、前記ポンプの回転数を上げることが好ましい。

このようにすれば、蒸発器でのいわゆるウォータハンマー現象の発生を抑制しながらポンプを駆動すること（エネルギー回収部においてエネルギーを回収する定常運転に移行すること）ができる。

以上のように、本発明によれば、運転開始時に蒸発器に生じる熱応力の急激な増大を抑制可能な熱エネルギー回収装置及びその起動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。 起動時における制御部の制御内容を示すフローチャートである。 本発明の第２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。 第１実施形態の熱エネルギー回収装置の変形例の構成の概略を示す図である。

（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及び図２を参照しながら説明する。

図１に示されるように、熱エネルギー回収装置は、蒸発器１０と、予熱器１２と、エネルギー回収部１３と、凝縮器１８と、ポンプ２０と、循環流路２２と、加熱媒体流路３０と、流量調整部４０と、制御部５０と、を備えている。

蒸発器１０は、外部から供給される気相の加熱媒体（工場の排ガス等）と作動媒体（ＨＦＣ２４５ｆａ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。蒸発器１０は、作動媒体が流れる第１流路１０ａと、加熱媒体が流れる第２流路１０ｂと、を有している。本実施形態では、蒸発器１０として、ブレージングプレート式の熱交換器が用いられている。ただし、蒸発器１０として、いわゆるシェル＆チューブ式の熱交換器が用いられてもよい。

予熱器１２は、蒸発器１０から流出した加熱媒体と蒸発器１０に流入する前の作動媒体とを熱交換させることによって作動媒体を加熱する。予熱器１２は、作動媒体が流れる第１流路１２ａと、加熱媒体が流れる第２流路１２ｂと、を有している。本実施形態では、予熱器１２としても、ブレージングプレート式の熱交換器が用いられている。ただし、予熱器１２として、いわゆるシェル＆チューブ式の熱交換器が用いられてもよいことは、蒸発器１０の場合と同様である。予熱器１２は、加熱媒体を第２流路１２ｂ内に流入させるための流入口１２ｃと、加熱媒体を第２流路１２ｂから流出させるための流出口１２ｄと、を有している。予熱器１２は、流入口１２ｃの位置が流出口１２ｄの位置よりも高くなる姿勢で設置されている。予熱器１２の第２流路１２ｂの上流側の端部の高さ位置は、蒸発器１０の第２流路１０ｂの下流側の端部の高さ位置と同じかそれよりも低くなるように設定されている。

エネルギー回収部１３は、膨張機１４と、動力回収機１６と、を備えている。循環流路２２は、予熱器１２、蒸発器１０、膨張機１４、凝縮器１８及びポンプ２０をこの順に直接に接続している。循環流路２２のうち蒸発器１０と膨張機１４との間の部位には、遮断弁２５が設けられている。また、循環流路２２には、膨張機１４を迂回する迂回流路２４が設けられている。迂回流路２４には、開閉弁２６が設けられている。

膨張機１４は、循環流路２２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１４は、蒸発器１０から流出した気相の作動媒体を膨張させる。本実施形態では、膨張機１４として、蒸発器１０から流出した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。具体的に、膨張機１４は、雌雄一対のスクリュロータを有している。

動力回収機１６は、膨張機１４に接続されている。本実施形態では、動力回収機１６として発電機が用いられている。この動力回収機１６は、膨張機１４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１６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１６として、発電機の他、圧縮機等が用いられてもよい。

凝縮器１８は、循環流路２２における膨張機１４の下流側の部位に設けられている。凝縮器１８は、膨張機１４から流出した作動媒体を外部から供給される冷却媒体（冷却水等）で冷却することにより凝縮（液化）させる。

ポンプ２０は、循環流路２２における凝縮器１８の下流側の部位（凝縮器１８と予熱器１２との間の部位）に設けられている。ポンプ２０は、液相の作動媒体を所定の圧力まで加圧して予熱器１２へ送り出す。ポンプ２０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、スクリュポンプ、トロコイドポンプ等が用いられる。

加熱媒体流路３０は、気相の加熱媒体を生成する外部の熱源から蒸発器１０及び予熱器１２に対してこの順に加熱媒体を供給する流路である。つまり、加熱媒体流路３０は、気相の加熱媒体を蒸発器１０に供給する供給流路３０ａと、蒸発器１０の第２流路１０ｂから流出した加熱媒体を予熱器１２の第２流路１２ｂに流入させる連結流路３０ｂと、予熱器１２から加熱媒体を流出させる排出流路３０ｃと、を有している。

流量調整部４０は、供給流路３０ａ（加熱媒体流路３０のうち蒸発器１０よりも上流側の部位）に設けられている。流量調整部４０は、気相の作動媒体の蒸発器１０への流入量を調整可能に構成されている。本実施形態では、流量調整部４０は、供給流路３０ａに設けられた第１開閉弁Ｖ１と、第１開閉弁Ｖ１をバイパスするバイパス流路３２と、バイパス流路３２に設けられた第２開閉弁Ｖ２と、を有している。バイパス流路３２の内径（呼び径）は、供給流路３０ａの内径（呼び径）よりも小さく設定されている。バイパス流路３２の内径は、供給流路３０ａの内径の半分以下に設定されることが好ましい。第２開閉弁Ｖ２は、開度調整可能な電磁弁により構成されている。

本実施形態では、連結流路３０ｂ（加熱媒体流路３０のうち蒸発器１０と予熱器１２との間の部位）には、スチームトラップ３８と、ガス抜流路３４と、が設けられている。スチームトラップ３８は、蒸発器１０から流出した加熱媒体のうち気相の加熱媒体の通過を禁止するとともに液相の加熱媒体の通過を許容する。ガス抜流路３４は、連結流路３０ｂのうちスチームトラップ３８と予熱器１２との間の部位に設けられている。ガス抜流路３４は、蒸発器１０から流出した加熱媒体のうち気相の加熱媒体を外部に排出させるための流路である。ガス抜流路３４には、弁３５が設けられている。

排出流路３０ｃ（加熱媒体流路３０のうち予熱器１２よりも下流側の部位）は、予熱器１２において作動媒体に熱を与えた後の加熱媒体を外部に排出するための流路である。本実施形態では、排出流路３０ｃは、大気解放されている。排出流路３０ｃには、圧力損失発生部３６が設けられている。圧力損失発生部３６は、予熱器１２の第２流路１２ｂ内が液相の加熱媒体で満たされるように、予熱器１２から流出した加熱媒体に対して圧力損失を与える。本実施形態では、圧力損失発生部３６は、排出流路３０ｃの一部により構成された立ち上がり流路からなる。立ち上がり流路は、上方に向かって立ち上がる形状を有する。立ち上がり流路の下流側の端部３６ａの位置は、予熱器の流入口１２ｃの高さ位置と同じかそれ以上の高さ位置に設定されている。排出流路３０ｃのうち圧力損失発生部３６よりも下流側の部位には、開度調整が可能な調整弁Ｖ３が設けられている。

制御部５０は、本エネルギー回収装置の起動時には、主に、第１開閉弁Ｖ１、第２開閉弁Ｖ２、ポンプ２０、遮断弁２５及び開閉弁２６を制御する。なお、本装置の起動前（停止時）は、第１開閉弁Ｖ１及び第２開閉弁Ｖ２はいずれも閉じられており、ポンプ２０及びエネルギー回収部１３はいずれも停止しており、遮断弁２５は閉じられており、開閉弁２６は開かれている。以下、図２を参照しながら、制御部５０の制御内容について説明する。

本装置の運転が開始されると、制御部５０は、第２開閉弁Ｖ２を開くとともに、第２開閉弁Ｖ２の開度を一定の速度で大きくし続ける（ステップＳ１１）。そうすると、バイパス流路３２を通じて気相の加熱媒体が徐々に蒸発器１０に流入し始める。そして、その流入量は、次第に増加する。この結果、蒸発器１０の温度Ｔ１が徐々に上昇する。なお、蒸発器１０の温度Ｔ１は、蒸発器１０の代表温度を意味する。本実施形態（ブレージングプレート式の熱交換器）では、前記代表温度は、蒸発器１０の表面温度のことであり、当該温度Ｔ１は、蒸発器１０の表面に設けられた温度センサ５１により検出される。なお、蒸発器１０としてシェル＆チューブ式の熱交換器が採用された場合、前記代表温度は、当該熱交換器のうち加熱媒体が流れる流路の温度を意味する。

次に、制御部５０は、蒸発器１０の温度Ｔ１が規定値Ｔ０よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１２）。この結果、蒸発器１０の温度Ｔ１が規定値Ｔ０未満である場合（ステップＳ１１でＮＯ）、制御部５０は、再度、蒸発器１０の温度Ｔ１が規定値Ｔ０よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１２）。一方、蒸発器１０の温度Ｔ１が規定値Ｔ０よりも大きい場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）、制御部５０は、ポンプ２０の回転数を上げる（ステップＳ１３）。

そうすると、作動媒体が予熱器１２及び蒸発器１０に供給される。ここで、遮断弁２５が閉じられており、開閉弁２６が開かれているので、作動媒体は、迂回流路２４を介して（膨張機１４を迂回しながら）循環流路２２を循環する。このとき、蒸発器１０では、気相の加熱媒体は、作動媒体により冷却される（作動媒体を加熱する）。そして、蒸発器１０から液相又は気液二相の状態で流出した加熱媒体は、スチームトラップ３８を経て予熱器１２に流入する。そして、予熱器１２において作動媒体により冷却された（作動媒体に熱を与えた）加熱媒体は、排出流路３０ｃを通じて外部に排出される。

続いて、制御部５０は、供給流路３０ａのうち流量調整部４０と蒸発器１０との間の部位の圧力Ｐｓ２が、排出流路３０ｃのうち予熱器１２と圧力損失発生部（立ち上がり流路）３６との間の部位の圧力Ｐｓ４（本実施形態では、大気圧と圧力損失発生部３６での圧力損失分との和）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１４）。前記圧力Ｐｓ４が前記圧力Ｐｓ２よりも大きい場合、液相の加熱媒体が排出流路３０ｃから排出されにくい状態、つまり、蒸発器１０の第２流路１０ｂ内に液相の加熱媒体が留まりやすい状態にあるといえる。なお、前記圧力Ｐｓ２は、供給流路３０ａのうち流量調整部４０と蒸発器１０との間の部位に設けられた圧力センサ６２により検出され、前記圧力Ｐｓ４は、排出流路３０ｃのうち予熱器１２と圧力損失発生部３６との間の部位に設けられた圧力センサ６４により検出される。

上記判定の結果、前記圧力Ｐｓ２が前記圧力Ｐｓ４よりも大きい場合、制御部５０は、ポンプ２０の回転数を上げる一方（ステップＳ１５）、前記圧力Ｐｓ２が前記圧力Ｐｓ４以下である場合、制御部５０は、ポンプ２０の回転数を下げる（ステップＳ１６）。

その後、制御部５０は、第２開閉弁Ｖ２の開度が最大であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。この結果、第２開閉弁Ｖ２の開度が最大でない場合、制御部５０は、再度、蒸発器１０の温度Ｔ１が規定値Ｔ０よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１２）。一方、第２開閉弁Ｖ２の開度が最大である場合、制御部５０は、供給流路３０ａのうち流量調整部４０よりも上流側の部位の圧力Ｐｓ１が前記圧力Ｐｓ２と等しいか否かを判定する（ステップＳ１８）。なお、前記圧力Ｐｓ１は、供給流路３０ａのうち流量調整部４０よりも上流側の部位に設けられた圧力センサ６１により検出される。

上記判定の結果、前記圧力Ｐｓ１が前記圧力Ｐｓ２と等しくない場合（ステップＳ１８でＮＯ）、制御部５０は、再度、前記圧力Ｐｓ１が前記圧力Ｐｓ２と等しいか否かを判定する（ステップＳ１８）。一方、前記圧力Ｐｓ１が前記圧力Ｐｓ２と等しい場合（ステップＳ１８でＹＥＳ）、制御部５０は、第１開閉弁Ｖ１を開く（ステップＳ１９）。そうすると、気相の加熱媒体は、第１開閉弁Ｖ１及び第２開閉弁Ｖ２による制限を受けることなく全量が蒸発器１０に流入する。

その後、制御部５０は、開閉弁２６を閉じるとともに遮断弁２５を開き、膨張機１４及び動力回収機１６を駆動する（動力の回収を開始する）ことにより、暖機運転へ移行する。このとき、制御部５０は、供給流路３０ａのうち流量調整部４０と蒸発器１０との間の部位の第１飽和温度と、循環流路２２のうち蒸発器１０と膨張機１４との間の部位の第２飽和温度と、の差（ピンチ温度）が目標値となるように、ポンプ２０の回転数を上昇させる。なお、前記第１飽和温度は、供給流路３０ａのうち流量調整部４０と蒸発器１０との間の部位に設けられた圧力センサ６２の検出値に基づいて算出され、前記第２飽和温度は、循環流路２２のうち蒸発器１０と膨張機１４との間の部位に設けられた圧力センサ６５の検出値に基づいて算出される。

そして、制御部５０は、排出流路３０ｃのうち圧力損失発生部３６よりも下流側の部位の温度Ｔｓ６又は圧力Ｐｓ６が一定の範囲内に収まるように、調整弁Ｖ３の開度を調整する。なお、前記温度Ｔｓ６及び前記圧力Ｐｓ６は、それぞれ、排出流路３０ｃのうち圧力損失発生部３６よりも下流側の部位に設けられた温度センサ６６及び圧力センサ６７により検出される。

以上に説明したように、本熱エネルギー回収装置では、蒸発器１０の温度Ｔ１が規定値Ｔ０になるまで、蒸発器１０への気相の加熱媒体（蒸気等）の流入量が次第に増加するので、蒸発器１０の温度Ｔ１の急激な上昇が抑制される。さらに、蒸発器１０の温度Ｔ１が規定値Ｔ０になるまでは、ポンプ２０が停止しているので、蒸発器１０への加熱媒体の急激な流入、すなわち、蒸発器１０の温度Ｔ１の急上昇が、より確実に抑制される。具体的に、蒸発器１０の温度Ｔ１が規定値Ｔ０になる前にポンプ２０が駆動されると、作動媒体が蒸発器１０へ流入し、当該作動媒体により気相の加熱媒体が冷却されるので、蒸発器１０での気相の加熱媒体の凝縮が促進される。気相の加熱媒体が凝縮すると、当該加熱媒体の体積（圧力）が小さくなるため、加熱媒体流路３０から蒸発器１０への気相の加熱媒体の流入が促進され、これにより蒸発器１０の温度Ｔ１が急上昇する場合がある。これに対し、本装置では、蒸発器１０の温度Ｔ１が規定値Ｔ０になるまでポンプ２０が停止しているので、運転開始時（起動時）における蒸発器１０の温度Ｔ１の急上昇、すなわち、蒸発器１０に生じる熱応力の急激な増大が抑制される。

また、制御部５０は、蒸発器１０の温度Ｔ１が規定値Ｔ０であるときに、加熱媒体流路３０のうち流量調整部４０と蒸発器１０との間の部位の圧力Ｐｓ２の方が、加熱媒体流路３０のうち予熱器１２よりも下流側の部位の圧力Ｐｓ４よりも高い状態が維持されるように、ポンプ２０の回転数を上げる。

このため、蒸発器１０でのいわゆるウォータハンマー現象の発生を抑制しながらポンプ２０を駆動すること（エネルギー回収部１３においてエネルギーを回収する定常運転に移行すること）ができる。例えば、前記圧力Ｐｓ２の方が前記圧力Ｐｓ４よりも小さい場合、蒸発器１０や予熱器１２で凝縮した液相の加熱媒体が予熱器１２から流出しにくくなるため、当該液相の加熱媒体が蒸発器１０の第２流路１０ｂ内に溜まりやすくなる。この状態で気相の加熱媒体が蒸発器１０の第２流路１０ｂ内に流入すると、この加熱媒体は、第２流路１０ｂ内の液相の加熱媒体（ドレインもしくはミスト）に冷却されて凝縮することによって急激に体積が小さくなる。そうすると、加熱媒体の凝縮が発生した領域の圧力が相対的に低くなる。この結果、その相対的に圧力の低い領域へ向かって液相の加熱媒体（液滴）が移動することにより、当該液相の加熱媒体が蒸発器１０の第２流路１０ｂの内面に衝突する現象（ウォータハンマー現象）が生じ得る。これに対し、本実施形態では、前記圧力Ｐｓ２の方が前記圧力Ｐｓ４よりも高い状態が維持されるので、蒸発器１０でのウォータハンマー現象の発生が抑制される。

また、本実施形態では、連結流路３０ｂにスチームトラップ３８が設けられている。このため、蒸発器１０から加熱媒体が気相又は気液二相の状態で流出したとしても、スチームトラップ３８により気相の加熱媒体の通過が禁止されるので、予熱器１２への気相の加熱媒体の流入が抑制される。よって、予熱器１２でのウォータハンマー現象の発生が抑制される。

さらに、連結流路３０ｂのうちスチームトラップ３８と予熱器１２との間の部位には、ガス抜流路３４が設けられているので、予熱器１２への気相の加熱媒体の流入がより確実に抑制される。

また、本実施形態では、流量調整部４０は、第１開閉弁Ｖ１と、供給流路３０ａの内径よりも小さな内径を有するバイパス流路３２と、第２開閉弁Ｖ２と、を有している。この態様では、供給流路３０ａの内径よりも小さな内径を有するバイパス流路３２と開度調整が可能な第２開閉弁Ｖ２とを設けるという簡単な構造により、気相の加熱媒体の蒸発器１０への流入量を微調整することが可能となる。

また、本実施形態では、制御部５０は、供給流路３０ａのうち流量調整部４０よりも上流側の部位の圧力Ｐｓ１と、供給流路３０ａのうち流量調整部４０と蒸発器１０との間の部位の圧力Ｐｓ２と、が互いに等しくなったときに、第１開閉弁Ｖ１を開く。このため、第１開閉弁Ｖ１を開いたときの気相の加熱媒体の蒸発器１０への急激な流入、すなわち、蒸発器１０の温度Ｔ１の急上昇を抑制しつつ、気相の加熱媒体の蒸発器１０への流入量を増やすことができる。

また、本実施形態では、排出流路３０ｃに、立ち上がり流路からなる圧力損失発生部３６が設けられている。このため、予熱器１２の第２流路１２ｂ内が液相の加熱媒体で満たされるので、予熱器１２でのウォータハンマーの発生が抑制される。仮に、圧力損失発生部３６が設けられていない場合、重力の影響により、予熱器１２の第２流路１２ｂ内からの液相の加熱媒体の流出が促進される。そうすると、連結流路３０ｂのうちスチームトラップ３８よりも下流側の部位（予熱器１２や排出流路３０ｃを含む）の圧力が比較的小さくなるので、蒸発器１０から流出した加熱媒体がスチームトラップ３８を通過した後にフラッシュし、これにより気相の加熱媒体が生じる場合がある。この場合、予熱器１２において、ウォータハンマー現象が生じ得る。

加えて、本実施形態では、制御部５０は、排出流路３０ｃのうち調整弁Ｖ３よりも下流側の部位の温度Ｔ６又は圧力Ｐｓ６が一定の範囲内に収まるように、調整弁Ｖ３の開度を調整する。このため、排出流路３０ｃから排出される加熱媒体を有効に利用することができる。

（第２実施形態）
次に、図３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、図３には、主に、第１実施形態とは異なる部分が示されている。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。

本実施形態では、圧力損失発生部３６として、開度調整が可能な電磁開閉弁が用いられている。換言すれば、本実施形態では、第１実施形態の立ち上がり流路が省略されるとともに、調整弁Ｖ３が圧力損失発生部３６を兼ねている。

制御部５０は、排出流路３０ｃのうち予熱器１２と圧力損失発生部３６との間の部位の圧力Ｐｓ４が、連結流路３０ｂのうちスチームトラップ３８と予熱器１２との間の部位の圧力Ｐｓ３以上となるように、圧力損失発生部３６（調整弁Ｖ３）の開度を調整する。なお、前記圧力Ｐｓ３は、連結流路３０ｂのうちスチームトラップ３８と予熱器１２との間の部位に設けられた圧力センサ６３により検出される。

本実施形態においても、予熱器１２から流出した加熱媒体に対して簡単に圧力損失を生じさせることができる。

（変形例）
図４に示すように、熱エネルギー回収装置では、必ずしも予熱器が設けられる必要はない。なお、予熱器が省略された場合、加熱媒体流路３０のうちスチームトラップ３８よりも下流側の部位並びに当該部位に設けられる構成も省略可能である。その他の構造は、図１と同様である。この場合であっても、蒸発器１０の温度Ｔ１が規定値Ｔ０になるまで、蒸発器１０への気相の加熱媒体（蒸気等）の流入量が次第に増加するので、蒸発器１０の温度Ｔ１の急激な上昇が抑制される。さらに、蒸発器１０の温度Ｔ１が規定値Ｔ０になるまでは、ポンプ２０が停止しているので、蒸発器１０への加熱媒体の急激な流入、すなわち、蒸発器１０の温度Ｔ１の急上昇が、より確実に抑制される。

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、流量調整部４０は、単一の電磁弁により構成されてもよい。すなわち、流量調整部４０のうちバイパス流路３２及び第２開閉弁Ｖ２が省略され、第１開閉弁Ｖ１として、開度調整が可能な電磁弁が用いられてもよい。

１０ 蒸発器
１２ 予熱器
１３ エネルギー回収部
２０ ポンプ
２２ 循環流路
３０ 加熱媒体流路
３２ バイパス流路
３４ ガス抜流路
３６ 圧力損失発生部
３８ スチームトラップ
４０ 流量調整部
５０ 制御部
Ｖ１ 第１開閉弁
Ｖ２ 第２開閉弁
Ｖ３ 調整弁

Claims (14)

1. 外部から供給される気相の加熱媒体と作動媒体とを熱交換させることによって前記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加熱媒体と前記蒸発器に流入する前の作動媒体とを熱交換させることによって作動媒体を加熱する予熱器と、
   前記蒸発器から流出した作動媒体からエネルギーを回収するエネルギー回収部と、
   前記予熱器、前記蒸発器及び前記エネルギー回収部を接続するとともに前記作動媒体を流すための循環流路と、
   前記循環流路に設けられたポンプと、
   前記蒸発器及び前記予熱器に対し前記加熱媒体を供給する加熱媒体流路と、
   前記加熱媒体流路のうち前記蒸発器よりも上流側の部位に設けられた流量調整部と、
   制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記蒸発器の温度が規定値になるまで、前記ポンプを停止させた状態において、前記蒸発器への前記気相の加熱媒体の流入量が次第に増加するように前記流量調整部を制御する、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、
   前記制御部は、前記蒸発器の温度が前記規定値であるときに、前記加熱媒体流路のうち前記流量調整部と前記蒸発器との間の部位の圧力の方が、前記加熱媒体流路のうち前記予熱器よりも下流側の部位の圧力よりも高い状態が維持されるように、前記ポンプの回転数を上げる、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、
   前記加熱媒体流路のうち前記蒸発器よりも下流側でかつ前記予熱器よりも上流側の部位に設けられたスチームトラップをさらに備え、
   前記スチームトラップは、前記蒸発器から流出した加熱媒体のうち気相の加熱媒体の通過を禁止するとともに液相の加熱媒体の通過を許容する、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、
   前記加熱媒体流路のうち前記スチームトラップと前記予熱器との間の部位に設けられ、前記蒸発器から流出した加熱媒体のうち気相の加熱媒体を外部に排出させるガス抜流路をさらに備える、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、
   前記流量調整部は、
   前記加熱媒体流路のうち前記蒸発器よりも上流側の部位に設けられた第１開閉弁と、
   前記第１開閉弁をバイパスするとともに前記加熱媒体流路の内径よりも小さな内径を有するバイパス流路と、
   前記バイパス流路に設けられた第２開閉弁と、を有し、
   前記第２開閉弁は、開度調整可能に構成されている、熱エネルギー回収装置。
6. 請求項５に記載の熱エネルギー回収装置において、
   前記制御部は、前記加熱媒体流路のうち前記流量調整部よりも上流側の部位の圧力と、前記加熱媒体流路のうち前記流量調整部と前記蒸発器との間の部位の圧力と、が互いに等しいときに、前記第１開閉弁を開く、熱エネルギー回収装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の熱エネルギー回収装置において、
   前記加熱媒体流路のうち前記予熱器よりも下流側の部位に圧力損失発生部が設けられており、
   前記圧力損失発生部は、前記予熱器内が液相の加熱媒体で満たされるように、前記予熱器から流出した加熱媒体に対して圧力損失を与える、熱エネルギー回収装置。
8. 請求項７に記載の熱エネルギー回収装置において、
   前記圧力損失発生部は、前記加熱媒体流路の一部により構成されかつ上方に向かって立ち上がる形状を有する立ち上がり流路からなり、
   前記立ち上がり流路の下流側の端部の位置は、前記予熱器のうち前記加熱媒体を前記予熱器内に流入させるための流入口の高さ位置と同じかそれ以上の高さ位置に設定されている、熱エネルギー回収装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の熱エネルギー回収装置において、
   前記加熱媒体流路のうち前記予熱器の下流側の部位に設けられており開度調整が可能な調整弁をさらに備え、
   前記制御部は、前記加熱媒体流路のうち前記調整弁よりも下流側の部位の温度又は圧力が一定の範囲内に収まるように、前記調整弁の開度を調整する、熱エネルギー回収装置。
10. 外部から供給される気相の加熱媒体と作動媒体とを熱交換させることによって前記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からエネルギーを回収するエネルギー回収部と、
    前記蒸発器及び前記エネルギー回収部を接続するとともに前記作動媒体を流すための循環流路と、
    前記循環流路に設けられたポンプと、
    前記蒸発器に対し前記加熱媒体を供給する加熱媒体流路と、
    前記加熱媒体流路のうち前記蒸発器よりも上流側の部位に設けられた流量調整部と、
    制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記蒸発器の温度が規定値になるまで、前記ポンプを停止させた状態において、前記蒸発器への前記気相の加熱媒体の流入量が次第に増加するように前記流量調整部を制御する、熱エネルギー回収装置。
11. 請求項１０に記載の熱エネルギー回収装置において、
    前記流量調整部は、
    前記加熱媒体流路のうち前記蒸発器よりも上流側の部位に設けられた第１開閉弁と、
    前記第１開閉弁をバイパスするとともに前記加熱媒体流路の内径よりも小さな内径を有するバイパス流路と、
    前記バイパス流路に設けられた第２開閉弁と、を有し、
    前記第２開閉弁は、開度調整可能に構成されている、熱エネルギー回収装置。
12. 請求項１１に記載の熱エネルギー回収装置において、
    前記制御部は、前記加熱媒体流路のうち前記流量調整部よりも上流側の部位の圧力と、
    前記加熱媒体流路のうち前記流量調整部と前記蒸発器との間の部位の圧力と、が互いに等しいときに、前記第１開閉弁を開く、熱エネルギー回収装置。
13. 外部から供給される気相の加熱媒体と作動媒体とを熱交換させることによって前記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加熱媒体と前記蒸発器に流入する前の作動媒体とを熱交換させることによって作動媒体を加熱する予熱器と、
    前記蒸発器から流出した作動媒体からエネルギーを回収するエネルギー回収部と、
    前記予熱器、前記蒸発器及び前記エネルギー回収部を接続するとともに前記作動媒体を流すための循環流路と、
    前記循環流路に設けられたポンプと、
    前記蒸発器及び前記予熱器に対し前記加熱媒体を供給する加熱媒体流路と、
    を備える熱エネルギー回収装置の起動方法であって、
    前記蒸発器及び前記予熱器に前記気相の加熱媒体の供給を開始する加熱媒体供給開始工程を含み、
    前記加熱媒体供給開始工程では、前記蒸発器の温度が規定値になるまで、前記ポンプを停止させた状態において、前記蒸発器への前記気相の加熱媒体の流入量を次第に増加させる、熱エネルギー回収装置の起動方法。
14. 請求項１３に記載の熱エネルギー回収装置の起動方法において、
    前記ポンプの駆動を開始するポンプ駆動開始工程をさらに含み、
    前記ポンプ駆動開始工程では、前記蒸発器の温度が前記規定値になったときに、前記加熱媒体流路のうち前記流量調整部と前記蒸発器との間の部位の圧力の方が、前記加熱媒体流路のうち前記予熱器よりも下流側の部位の圧力よりも高い状態が維持されるように、前記ポンプの回転数を上げる、熱エネルギー回収装置の起動方法。

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