JP2018053862A

JP2018053862A - 熱エネルギー回収システム

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Publication number: JP2018053862A
Application number: JP2016193107A
Authority: JP
Inventors: 足立　成人; Shigeto Adachi; 成人足立; 和真西村; Kazuma Nishimura; 裕成川; Yutaka Narukawa; 成川　　裕
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2018-04-05
Also published as: KR101873692B1; CN107882602A; KR20180036539A

Abstract

【課題】蒸発部の著しい大型化を回避しつつ、加熱媒体の熱量の変動に応じて当該加熱媒体の熱エネルギーを有効に回収することが可能な熱エネルギー回収システムを提供すること。【解決手段】第１動力回収系統（１０）と、第２動力回収系統（２０）と、第１蒸発部（１１）及び第２蒸発部（２１）を収容する蒸発器ケーシング（３０）と、上流側連結流路（４１）と、下流側連結流路（４２）と、制御部（５０）と、を備え、制御部（５０）は、両動力回収系統（１０，２０）の駆動時に、作動媒体を第１蒸発部（１１）及び第２蒸発部（２１）に送り、いずれか一方の回収系統のみの駆動時に、当該一方の回収系統の循環流路を流れる作動媒体を上流側連結流路（４１）を通じて第１蒸発部（１１）及び第２蒸発部（２１）の双方に送るとともに第１蒸発部（１１）及び第２蒸発部（２１）から流出した作動媒体を下流側連結流路（４２）を通じて前記循環流路に戻すこと。【選択図】図１

Description

本発明は、熱エネルギー回収システムに関するものである。

従来、排熱から動力を回収する熱エネルギー回収システムが知られている。例えば、特許文献１には、過給機付エンジンと、過給機付エンジンの排熱を回収する排熱回収装置と、を有する熱エネルギー回収システムが開示されている。過給機付エンジンは、過給機と、過給機から吐出された過給空気を冷却するエアクーラと、エンジンと、を有している。排熱回収装置は、過給機から吐出された過給空気により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動力回収機と、膨張機から流出した作動媒体を凝縮させる凝縮器と、を有している。

特開２０１５−２００１８２号公報

特許文献１に示されるような熱エネルギー回収システムでは、蒸発器に供給される過給空気等の加熱媒体の熱量が変動する場合がある。加熱媒体の熱量が比較的大きい場合、この熱量を十分に回収するため、排熱回収装置を１台増設することが考えられる。ただし、そのようにすると、システム全体が大型化するうえ、加熱媒体の熱エネルギーを２台の排熱回収装置で回収するよりも１台の排熱回収装置で回収する方がエネルギーの回収効率が高くなる程度にまで加熱媒体の熱量が小さくなった場合、もう１台の排熱回収装置が停止した状態（加熱媒体の熱エネルギーの回収にほとんど寄与しない状態）となる。この状態においても、加熱媒体の熱エネルギーを有効に回収することが望ましい。

本発明の目的は、蒸発部の著しい大型化を回避しつつ、加熱媒体の熱量の変動に応じて当該加熱媒体の熱エネルギーを有効に回収することが可能な熱エネルギー回収システム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、加熱媒体と作動媒体とを熱交換させることにより当該作動媒体を蒸発させる第１蒸発部と、前記第１蒸発部から流出した作動媒体を膨張させる第１膨張機と、前記第１膨張機に接続された第１動力回収機と、前記第１膨張機から流出した作動媒体を凝縮させる第１凝縮器と、前記第１凝縮器から流出した作動媒体を前記第１蒸発部へ送る第１ポンプと、前記第１蒸発部、前記第１膨張機、前記第１凝縮器及び前記第１ポンプを接続する第１循環流路と、を含む第１動力回収系統と、前記加熱媒体と作動媒体とを熱交換させることにより当該作動媒体を蒸発させる第２蒸発部と、前記第２蒸発部から流出した作動媒体を膨張させる第２膨張機と、前記第２膨張機に接続された第２動力回収機と、前記第２膨張機から流出した作動媒体を凝縮させる第２凝縮器と、前記第２凝縮器から流出した作動媒体を前記第２蒸発部へ送る第２ポンプと、前記第２蒸発部、前記第２膨張機、前記第２凝縮器及び前記第２ポンプを接続する第２循環流路と、を含む第２動力回収系統と、前記第１蒸発部及び前記第２蒸発部をまとめて収容する蒸発器ケーシングと、前記第１循環流路のうち前記第１ポンプと前記第１蒸発部との間の部位と、前記第２循環流路のうち前記第２ポンプと前記第２蒸発部との間の部位と、を接続する上流側連結流路と、前記第１循環流路のうち前記第１蒸発部と前記第１膨張機との間の部位と、前記第２循環流路のうち前記第２蒸発部と前記第２膨張機との間の部位と、を接続する下流側連結流路と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１動力回収系統及び前記第２動力回収系統の駆動時に、前記第１循環流路を流れる作動媒体を前記第１蒸発部に送るともに前記第２循環流路を流れる作動媒体を前記第２蒸発部に送り、前記第１動力回収系統及び前記第２動力回収系統のいずれか一方の回収系統のみの駆動時に、当該一方の回収系統の循環流路を流れる作動媒体を前記上流側連結流路を通じて前記第１蒸発部及び前記第２蒸発部の双方に送るとともに前記第１蒸発部及び前記第２蒸発部から流出した作動媒体を前記下流側連結流路を通じて前記一方の回収系統の循環流路に戻す、熱エネルギー回収システムを提供する。

本熱エネルギー回収システムでは、第１蒸発部及び第２蒸発部が単一の蒸発器ケーシングに収容されているので、各蒸発部がそれぞれ専用のケーシングに収容される場合に比べて蒸発器全体が小型化され、しかも、両動力回収系統の駆動時（比較的加熱媒体の熱量が大きいとき）には、それぞれの蒸発部に作動媒体が供給されるので、各蒸発部で有効に加熱媒体の熱エネルギーが回収され、かつ、一方の動力回収系統の駆動時（比較的加熱媒体の熱量が小さいとき）には、当該一方の回収系統の循環流路を流れる作動媒体が上流側連結流路を通じて第１蒸発部及び第２蒸発部の双方に作動媒体が供給されるので、これら蒸発部で有効に加熱媒体の熱エネルギーが回収される。換言すれば、本熱エネルギー回収システムでは、蒸発器全体の著しい大型化を回避することと、加熱媒体の熱量の変動に応じて当該加熱媒体の熱エネルギーを有効に回収することと、の双方が達成される。

また、前記熱エネルギー回収システムにおいて、前記上流側連結流路に設けられた第１開閉弁と、前記第２循環流路のうち当該第２循環流路と前記上流側連結流路との接続部と前記第２ポンプとの間の部位に設けられた第２開閉弁と、前記下流側連結流路に設けられた第３開閉弁と、前記第２循環流路のうち当該第２循環流路と前記下流側連結流路との接続部と前記第２膨張機との間の部位に設けられた第４開閉弁と、をさらに備え、前記制御部は、前記第１動力回収系統及び前記第２動力回収系統の駆動時に、前記第１開閉弁と前記第３開閉弁とを閉じるとともに前記第２開閉弁と前記第４開閉弁とを開き、前記第１動力回収系統のみの駆動時に、前記第１開閉弁と前記第３開閉弁とを開くとともに前記第２開閉弁と前記第４開閉弁とを閉じることが好ましい。

このようにすれば、加熱媒体の熱量の変動に応じた各動力回数系統の切替が簡素化される。

この場合において、前記制御部は、前記第１動力回収系統及び前記第２動力回収系統の駆動状態から前記第１動力回収系統のみの駆動状態に切り替える際、前記第１ポンプの回転数及び前記第２ポンプの回転数を下げた後又は前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを停止した後、前記第１蒸発部内及び前記第２蒸発部内における前記作動媒体が所定量以下になったことを示す蒸発条件が成立したときに、前記第１開閉弁と前記第３開閉弁とを開くとともに前記第２開閉弁と前記第４開閉弁とを閉じることが好ましい。

このようにすれば、各開閉弁の切り替え前に、各蒸発部内の作動媒体が所定量以下になる。つまり、各蒸発部内に例えば液相の作動媒体が残った状態で第１動力回収系統及び第２動力回収系統の駆動状態から第１動力回収系統のみの駆動状態に切り替わるのが抑制される。このため、第２循環流路を流れていた作動媒体の一部が第２蒸発部及び下流側連結流路を介して第１循環流路に流入すること（各循環流路を流れる作動媒体の流量に偏り生じること）が抑制される。

また、前記熱エネルギー回収システムにおいて、前記制御部は、前記第１動力回収系統のみの駆動状態から前記第１動力回収系統及び前記第２動力回収系統の駆動状態に切り替える際、前記第１ポンプの回転数を下げた後又は前記第１ポンプを停止した後、前記第１蒸発部内及び前記第２蒸発部内における前記作動媒体が所定量以下になったことを示す蒸発条件が成立したときに、前記第１開閉弁と前記第３開閉弁とを閉じるとともに前記第２開閉弁と前記第４開閉弁とを開き、かつ、前記第２動力回収系統を駆動することが好ましい。

このようにすれば、各開閉弁の切り替え前に、各蒸発部内の作動媒体が所定量以下になる。つまり、各蒸発部内に例えば液相の作動媒体が残った状態で第１動力回収系統のみの駆動状態から第１動力回収系統及び第２動力回収系統の駆動状態に切り替わるのが抑制される。このため、第１循環流路を流れていた作動媒体の一部が第１蒸発部及び下流側連結流路を介して第２循環流路に流入すること（各循環流路を流れる作動媒体の流量に偏り生じること）が抑制される。

また、前記熱エネルギー回収システムにおいて、前記制御部は、前記第１動力回収系統及び前記第２動力回収系統の駆動時において、前記第１動力回収系統及び前記第２動力回収系統のいずれか一方の動力回収系統の循環流路を流れる作動媒体の流量が低下したこと示す流量低下条件が成立したときに、前記一方の動力回収系統のポンプの回転数を前記第１動力回収系統及び前記第２動力回収系統の他方の動力回収系統のポンプの回転数よりも小さくするとともに前記第１開閉弁を開くことが好ましい。

このようにすれば、流量低下条件の成立時に、他方の動力回収系統の循環流路を流れる作動媒体の一部が上流側連結流路を通じて一方の動力回収系統の循環流路に流入する。よって、各循環流路を流れる作動媒体の流量の偏りが解消される。

また、前記熱エネルギー回収システムにおいて、前記制御部は、前記第１動力回収系統及び前記第２動力回収系統の停止時において、前記第１動力回収系統及び前記第２動力回収系統のいずれか一方の動力回収系統の循環流路内における前記作動媒体の総量が低下したこと示す総量低下条件が成立したときに、前記第１動力回収系統及び前記第２動力回収系統の他方の動力回収系統のポンプを駆動するとともに前記第１開閉弁を開くことが好ましい。

このようにすれば、総量低下条件の成立時に、他方の動力回収系統の循環流路を流れる作動媒体の一部が上流側連結流路を通じて一方の動力回収系統の循環流路に流入する。よって、各循環流路内における作動媒体の総量の偏りが解消される。

以上のように、本発明によれば、蒸発部の著しい大型化を回避しつつ、加熱媒体の熱量の変動に応じて当該加熱媒体の熱エネルギーを有効に回収することが可能な熱エネルギー回収システムを提供することができる。

本発明の一実施形態の熱エネルギー回収システムの構成の概略を示す図である。制御部の第１操作部の制御内容を示すフローチャートである。制御部の第２操作部の制御内容を示すフローチャートである。制御部の第３操作部の制御内容を示すフローチャートである。制御部の第４操作部の制御内容を示すフローチャートである。

本発明の一実施形態の熱エネルギー回収システム１について、図１〜図５を参照しながら説明する。

図１に示されるように、本熱エネルギー回収システム１は、第１動力回収系統１０と、第２動力回収系統２０と、蒸発器ケーシング３０と、上流側連結流路４１と、下流側連結流路４２と、制御部５０と、を備えている。

第１動力回収系統１０は、加熱媒体の熱エネルギーを回収する。本実施形態では、加熱媒体として、過給機６１から船舶用エンジン６３に供給される過給空気が用いられている。つまり、本実施形態の熱エネルギー回収システム１は、船舶に搭載されている。なお、過給機６１から吐出された過給空気は、船舶用エンジン６３に供給される前にエアクーラ６２で海水等の冷却媒体によって冷却される。第１動力回収系統１０は、第１蒸発部１１と、第１膨張機１２と、第１動力回収機１３と、第１凝縮器１４と、第１ポンプ１５と、第１蒸発部１１、第１膨張機１２、第１凝縮器１４及び第１ポンプ１５をこの順に直列に接続する第１循環流路１６と、を有している。

第１蒸発部１１は、過給空気が流れる吸気流路のうち過給機６１とエアクーラ６２との間の部位に設けられている。第１蒸発部１１は、過給機６１から吐出されかつエアクーラ６２に流入する前の加熱媒体（過給空気）と液相の作動媒体とを熱交換させることによって作動媒体を蒸発させる。具体的に、第１蒸発部１１は、第１上流側ヘッダ１１ａと、複数の第１伝熱管１１ｂと、第１下流側ヘッダ１１ｃと、を有している。第１上流側ヘッダ１１ａ及び第１下流側ヘッダ１１ｃは、第１循環流路１６に接続されている。各第１伝熱管１１ｂは、第１上流側ヘッダ１１ａと第１下流側ヘッダ１１ｃとを接続している。このため、第１循環流路１６から第１上流側ヘッダ１１ａに流入した作動媒体は、各第１伝熱管１１ｂ及び第１下流側ヘッダ１１ｃを経由して再び第１循環流路１６に流入する。

第１膨張機１２は、第１循環流路１６のうち第１蒸発部１１の下流側の部位に設けられている。本実施形態では、第１膨張機１２として、第１蒸発部１１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一対のスクリュ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。

第１動力回収機１３は、第１膨張機１２に接続されている。本実施形態では、第１動力回収機１３として発電機が用いられている。この第１動力回収機１３は、第１膨張機１２の一対のスクリュロータのうちの一方のロータに接続された回転軸を有している。第１動力回収機１３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、第１動力回収機１３として、圧縮機等が用いられてもよい。

第１凝縮器１４は、第１循環流路１６のうち第１膨張機１２の下流側の部位に設けられている。第１凝縮器１４は、作動媒体を冷却媒体で冷却することにより凝縮（液化）させる。前記冷却媒体としては、海水等が挙げられる。

第１ポンプ１５は、第１循環流路１６における第１凝縮器１４の下流側の部位（第１蒸発部１１と第１凝縮器１４との間の部位）に設けられている。第１ポンプ１５は、第１凝縮器１４から流出した液相の作動媒体を所定の圧力まで加圧して第１蒸発部１１に送る。第１ポンプ１５としては、遠心ポンプや、ギアポンプ等が用いられる。

第２動力回収系統２０は、前記加熱媒体（本実施形態では、過給機６１から吐出された過給空気）の熱エネルギーを回収する。第２動力回収系統２０の構成は、第１動力回収系統１０のそれと同じである。すなわち、第２動力回収系統２０は、第２蒸発部２１と、第２膨張機２２と、第２動力回収機２３と、第２凝縮器２４と、第２ポンプ２５と、第２循環流路２６と、を有している。

第２蒸発部２１は、第２上流側ヘッダ２１ａと、複数の第２伝熱管２１ｂと、第２下流側ヘッダ２１ｃと、を有している。本実施形態では、第１上流側ヘッダ１１ａと第２上流側ヘッダ２１ａとの間に、これら上流側ヘッダ１１ａ，２１ａ間を仕切る仕切壁３１ａが設けられている。同様に、第１下流側ヘッダ１１ｃと第２下流側ヘッダ２１ｃとの間に、これら下流側ヘッダ１１ｃ，２１ｃ間を仕切る仕切壁３１ｃが設けられている。

蒸発器ケーシング３０は、第１蒸発部１１及び第２蒸発部２１をまとめて収容する形状を有している。蒸発器ケーシング３０内には、前記加熱媒体が供給される。蒸発器ケーシング３０から流出した加熱媒体は、エアクーラ６２で冷却された後、船舶用エンジン６３に供給される。なお、船舶用エンジン６３から流出した排ガスは、過給機６１に戻される。

上流側連結流路４１は、第１循環流路１６のうち第１ポンプ１５と第１蒸発部１１との間の部位と、第２循環流路２６のうち第２ポンプ２５と第２蒸発部２１との間の部位と、を接続している。上流側連結流路４１には、第１開閉弁Ｖ１が設けられている。第２循環流路２６のうち当該第２循環流路２６と上流側連結流路４１との接続部と第２ポンプ２５との間の部位には、第２開閉弁Ｖ２が設けられている。

下流側連結流路４２は、第１循環流路１６のうち第１蒸発部１１と第１膨張機１２との間の部位と、第２循環流路２６のうち第２蒸発部２１と第２膨張機２２との間の部位と、を接続している。下流側連結流路４２には、第３開閉弁Ｖ３が設けられている。第２循環流路２６のうち当該第２循環流路２６と下流側連結流路４２との接続部と第２膨張機２２との間の部位には、第４開閉弁Ｖ４が設けられている。

制御部５０は、第１操作部５１と、第２操作部５２と、第３操作部５３と、第４操作部５４と、を有する。

第１操作部５１は、第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０の駆動状態から第１動力回収系統１０のみの駆動状態に切り替える操作を行う。この操作は、第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０の駆動状態（比較的加熱媒体の熱量が大きい状態）、つまり、第１開閉弁Ｖ１及び第３開閉弁Ｖ３が閉じており、第２開閉弁Ｖ２及び第４開閉弁Ｖ４が開いている状態から、蒸発器ケーシング３０に供給される加熱媒体の熱量が減少したことを示す熱量減少条件が成立したときに行われる。本実施形態では、第１操作部５１は、第１動力回収機１３の出力及び第２動力回収機２３の出力の少なくとも一方が第１基準値を下回ったときに、前記熱量減少条件が成立したと判断する。

第１操作部５１は、前記熱量減少条件が成立したとき、第１ポンプ１５の回転数及び第２ポンプ２５の回転数を低下させた後、あるいは、第１ポンプ１５及び第２ポンプ２５を停止させた後、第１蒸発部１１内及び第２蒸発部２１内における作動媒体が所定量以下になったことを示す蒸発条件が成立したときに、第１開閉弁Ｖ１及び第３開閉弁Ｖ３を開くとともに、第２開閉弁Ｖ２及び第４開閉弁Ｖ４を閉じる。本実施形態では、第１操作部５１は、第１循環流路１６における液相の作動媒体の液面の高さ及び第２循環流路２６における液相の作動媒体の液面の高さが規定値以上となったときに、前記蒸発条件が成立したと判断する。なお、第１循環流路１６における液相の作動媒体の液面の高さは、第１循環流路１６のうち第１凝縮器１４と第１ポンプ１５との間の部位に設けられた第１液面センサ７１により検出され、第２循環流路２６における液相の作動媒体の液面の高さは、第２循環流路２６のうち第２凝縮器２４と第２ポンプ２５との間の部位に設けられた第２液面センサ７２により検出される。

第２操作部５２は、第１動力回収系統１０のみの駆動状態から第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０の駆動状態に切り替える操作を行う。この操作は、第１動力回収系統１０のみの駆動状態（比較的加熱媒体の熱量が小さい状態）、つまり、第１開閉弁Ｖ１及び第３開閉弁Ｖ３が開いており、第２開閉弁Ｖ２及び第４開閉弁Ｖ４が閉じている状態から、蒸発器ケーシング３０に供給される加熱媒体の熱量が増大したことを示す熱量増大条件が成立したときに行われる。本実施形態では、第２操作部５２は、第１動力回収機１３の出力が前記第１基準値よりも大きな第２基準値を上回ったときに、前記熱量増大条件が成立したと判断する。

第２操作部５２は、前記熱量増大条件が成立したとき、第１ポンプ１５の回転数を低下させた後、あるいは、第１ポンプ１５を停止させた後、前記蒸発条件が成立したときに（第１循環流路１６における液相の作動媒体の液面の高さが規定値以上となったときに）、第１開閉弁Ｖ１及び第３開閉弁Ｖ３を閉じるとともに、第２開閉弁Ｖ２及び第４開閉弁Ｖ４を開く。

第３操作部５３は、第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０の駆動中において第１循環流路１６を流れる作動媒体の流量と第２循環流路２６を流れる作動媒体の流量との間に不均衡が生じた場合に、当該不均衡を是正する操作を行う。具体的に、第３操作部５３は、第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０の駆動中において、第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０のいずれか一方の動力回収系統の循環流路を流れる作動媒体の流量のみが低下したこと示す流量低下条件が成立したときに、前記一方の動力回収系統のポンプの回転数を第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０の他方の動力回収系統のポンプの回転数よりも小さくするとともに第１開閉弁Ｖ１を開く。これにより、前記他方の動力回収系統の循環流路を流れる作動媒体が上流側連結流路４１を通じて前記一方の動力回収系統の循環流路に流入するので、前記不均衡が是正される。本実施形態では、第３操作部５３は、第１液面センサ７１の第１検出値Ｌ１が第１基準値Ｌａを下回っておりかつ第２液面センサ７２の第２検出値Ｌ２が第２基準値Ｌｂを上回っているとき、又は、第２検出値Ｌ２が第２基準値Ｌｂを下回っておりかつ第１検出値Ｌ１が第１基準値Ｌａを上回っているときに、前記流量低下条件が成立したと判断する。

第４操作部５４は、第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０の停止中（第１膨張機１２、第１ポンプ１５、第２膨張機２２及び第２ポンプ２５の停止中）において第１循環流路１６内の作動媒体の総量と第２循環流路２６内の作動媒体の総量との間に不均衡が生じた場合に、当該不均衡を是正する操作を行う。具体的に、第４操作部５４は、第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０の停止中において、第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０のいずれか一方の動力回収系統の循環流路内の作動媒体の総量のみが低下したこと示す総量低下条件が成立したときに、第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０の他方の動力回収系統のポンプを駆動するとともに第１開閉弁Ｖ１を開く。このようにすれば、前記他方の動力回収系統の循環流路内の作動媒体が上流側連結流路４１を通じて前記一方の動力回収系統の循環流路に流入するので、前記不均衡が是正される。本実施形態では、第４操作部５４は、第１検出値Ｌ１が第１基準値Ｌａを下回っておりかつ第２検出値Ｌ２が第２基準値Ｌｂを上回っているとき、又は、第２検出値Ｌ２が第２基準値Ｌｂを下回っておりかつ第１検出値Ｌ１が第１基準値Ｌａを上回っているときに、前記総量低下条件が成立したと判断する。

以下、図２〜図５を参照しながら、制御部５０の各操作部５１〜５４の具体的な制御内容について説明する。

図２は、第１操作部５１の制御内容、つまり、第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０の駆動状態から第１動力回収系統１０のみの駆動状態に切り替える制御フローを示している。なお、第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０の駆動中は、第１膨張機１２、第１動力回収機１３、第２膨張機２２及び第２動力回収機２３が駆動しており、第１ポンプ１５及び第２ポンプ２５がそれぞれ定格回転数で駆動しており、蒸発器ケーシング３０内に加熱媒体が供給されており、第１凝縮器１４及び第２凝縮器２４に冷却媒体が供給されており、第１開閉弁Ｖ１及び第３開閉弁Ｖ３が閉じており、第２開閉弁Ｖ２及び第４開閉弁Ｖ４が開いている。この状態（第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０の駆動中）において、第１操作部５１は、前記熱量減少条件が成立したか否か（本実施形態では、第１動力回収機１３の出力及び第２動力回収機２３の出力の少なくとも一方が前記第１基準値を下回ったか否か）を判断する（ステップＳ１１）。

この結果、前記熱量減少条件が成立していない場合、第１操作部５１は、再度前記熱量減少条件が成立したか否かを判断する。一方、前記熱量減少条件が成立している場合、第１操作部５１は、第１ポンプ１５の回転数及び第２ポンプ２５の回転数を下げる（ステップＳ１２）。これにより、第１蒸発部１１及び第２蒸発部２１への作動媒体の流入量が減少する。すなわち、各蒸発部１１，２１内における液相の作動媒体の蒸発が促進されるとともに、各蒸発部１１，２１から流出した作動媒体が各循環流路１６，２６のうち各凝縮器１４，２４と各ポンプ１５，２５との間の部位に推移する。なお、蒸発器ケーシング３０への加熱媒体の供給及び各凝縮器１４，２４への冷却媒体の供給は継続されている。

その後、第１操作部５１は、前記蒸発条件が成立したか否か（本実施形態では、第１循環流路１６における液相の作動媒体の液面の高さ及び第２循環流路２６における液相の作動媒体の液面の高さが規定値以上となったか否か）を判断する（ステップＳ１３）。この結果、前記蒸発条件が成立していない場合、第１操作部５１は、再度前記蒸発条件が成立したか否かを判断する。一方、前記蒸発条件が成立している場合、第１操作部５１は、第２動力回収系統２０を停止し（第２ポンプ１５及び第２膨張機２２を停止し）、第１開閉弁Ｖ１及び第３開閉弁Ｖ３を開くとともに第２開閉弁Ｖ２及び第４開閉弁Ｖ４を閉じ、第１ポンプ１５の回転数を上げる（定格回転数に戻す）（ステップＳ１４）。

次に、図３を参照しながら、第２操作部５２の制御内容、つまり、第１動力回収系統１０のみの駆動状態から第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０の駆動状態に切り替える制御フローについて説明する。なお、第１動力回収系統１０のみの駆動中は、第１膨張機１２及び第１動力回収機１３が駆動しており、第１ポンプ１５定格回転数で駆動しており、第２膨張機２２、第２動力回収機２３及び第２ポンプ２５はそれぞれ停止しており、蒸発器ケーシング３０内に加熱媒体が供給されており、第１凝縮器１４及び第２凝縮器２４に冷却媒体が供給されており、第１開閉弁Ｖ１及び第３開閉弁Ｖ３が開いており、第２開閉弁Ｖ２及び第４開閉弁Ｖ４が閉じている。この状態（第１動力回収系統１０のみの駆動中）において、第２操作部５２は、前記熱量増大条件が成立したか否か（本実施形態では、第１動力回収機１３の出力が前記第２基準値を上回ったか否か）を判断する（ステップＳ２１）。

この結果、前記熱量増大条件が成立していない場合、第２操作部５２は、再度前記熱量増大条件が成立したか否かを判断する。一方、前記熱量増大条件が成立している場合、第２操作部５２は、第１ポンプ１５の回転数を下げる（ステップＳ２２）。これにより、第１蒸発部１１及び第２蒸発部２１への作動媒体の流入量が減少する。すなわち、各蒸発部１１，２１内における液相の作動媒体の蒸発が促進されるとともに、各蒸発部１１，２１から流出した作動媒体が第１循環流路１６のうち第１凝縮器１４と第１ポンプ１５との間の部位に推移する。なお、蒸発器ケーシング３０への加熱媒体の供給及び各凝縮器１４，２４への冷却媒体の供給は継続されている。

その後、第２操作部５２は、前記蒸発条件が成立したか否か（本実施形態では、第１循環流路１６における液相の作動媒体の液面の高さが規定値以上となったか否か）を判断する（ステップＳ２３）。この結果、前記蒸発条件が成立していない場合、第２操作部５２は、再度前記蒸発条件が成立したか否かを判断する。一方、前記蒸発条件が成立している場合、第２操作部５２は、第１開閉弁Ｖ１及び第３開閉弁Ｖ３を閉じるとともに第２開閉弁Ｖ２及び第４開閉弁Ｖ４を開き、第１ポンプ１５の回転数を上げ（定格回転数に戻し）、第２動力回収系統２０を駆動する（第２ポンプ１５及び第２膨張機２２を駆動する）（ステップＳ２４）。

次に、図４を参照しながら、第３操作部５３の制御内容、つまり、第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０の駆動中において第１循環流路１６を流れる作動媒体の流量と第２循環流路２６を流れる作動媒体の流量との間に不均衡が生じた場合に、当該不均衡を是正する制御フローについて説明する。第３操作部５３は、第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０の駆動中において、第１液面センサ７１の第１検出値Ｌ１が第１基準値Ｌａを下回っておりかつ第２液面センサ７２の第２検出値Ｌ２が第２基準値Ｌｂを上回っているか否か（前記流量低下条件が成立したか否か）を判断する（ステップＳ３１）。

この結果、第１検出値Ｌ１が第１基準値Ｌａを下回っておりかつ第２検出値Ｌ２が第２基準値Ｌｂを上回っている場合、第３操作部５３は、第１ポンプ１５の下流側の圧力が第２ポンプ２５の下流側の圧力よりも小さくなるように第１ポンプ１５の回転数を下げるとともに、第１開閉弁Ｖ１を開く（ステップＳ３２）。これにより、第２ポンプ２５から吐出された作動媒体が上流側連結流路４１を通じて第１循環流路１６に流入する。よって、前記不均衡が是正される。なお、第１ポンプ１５の下流側の圧力は、第１循環流路１６のうち第１ポンプ１５と第１蒸発部１１との間の部位に設けられた圧力センサ７３により検出され、第２ポンプ２５の下流側の圧力は、第２循環流路２６のうち第２ポンプ２５と第２蒸発部２１との間の部位に設けられた圧力センサ７４により検出される。

一方、ステップＳ３１でＮＯの場合、第３操作部５３は、第２検出値Ｌ２が第２基準値Ｌｂを下回っておりかつ第１検出値Ｌ１が第１基準値Ｌａを上回っているか否か（前記流量低下条件が成立したか否か）を判断する（ステップＳ３３）。

この結果、第２検出値Ｌ２が第２基準値Ｌｂを下回っておりかつ第１検出値Ｌ１が第１基準値Ｌａを上回っている場合、第３操作部５３は、第２ポンプ２５の下流側の圧力が第１ポンプ１５の下流側の圧力よりも小さくなるように第２ポンプ２５の回転数を下げるとともに、第１開閉弁Ｖ１を開く（ステップＳ３４）。これにより、第１ポンプ１５から吐出された作動媒体が上流側連結流路４１を通じて第２循環流路２６に流入する。よって、前記不均衡が是正される。なお、ステップＳ３３でＮＯの場合、第３操作部５３は、再びステップＳ３１に戻る。

次に、図５を参照しながら、第４操作部５４の制御内容、つまり、第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０の停止中において第１循環流路１６内の作動媒体の総量と第２循環流路２６内の作動媒体の総量との間に不均衡が生じた場合に、当該不均衡を是正する制御フローについて説明する。第４操作部５４は、第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０の停止中において、第１液面センサ７１の第１検出値Ｌ１が第１基準値Ｌａを下回っておりかつ第２液面センサ７２の第２検出値Ｌ２が第２基準値Ｌｂを上回っているか否か（前記総量低下条件が成立したか否か）を判断する（ステップＳ４１）。

この結果、第１検出値Ｌ１が第１基準値Ｌａを下回っておりかつ第２検出値Ｌ２が第２基準値Ｌｂを上回っている場合、第４操作部５４は、第１開閉弁Ｖ１を開き、第２ポンプ２５を駆動する（ステップＳ４２）。これにより、第２ポンプ２５から吐出された作動媒体が上流側連結流路４１を通じて第１循環流路１６に流入する。よって、前記不均衡が是正される。

一方、ステップＳ４１でＮＯの場合、第４操作部５４は、第２検出値Ｌ２が第２基準値Ｌｂを下回っておりかつ第１検出値Ｌ１が第１基準値Ｌａを上回っているか否か（前記総量低下条件が成立したか否か）を判断する（ステップＳ４３）。

この結果、第２検出値Ｌ２が第２基準値Ｌｂを下回っておりかつ第１検出値Ｌ１が第１基準値Ｌａを上回っている場合、第４操作部５４は、第１開閉弁Ｖ１を開き、第１ポンプ１５を駆動する（ステップＳ４４）。これにより、第２ポンプ１５から吐出された作動媒体が上流側連結流路４１を通じて第２循環流路２６に流入する。よって、前記不均衡が是正される。なお、ステップＳ４３でＮＯの場合、第４操作部５４は、再びステップＳ４１に戻る。

以上説明したように、本熱エネルギー回収システム１では、第１蒸発部１１及び第２蒸発部１１が単一の蒸発器ケーシング３０に収容されているので、各蒸発部１１，２１がそれぞれ専用のケーシングに収容される場合に比べて蒸発器全体が小型化され、しかも、両動力回収系統１０，２０の駆動時（比較的加熱媒体の熱量が大きいとき）には、それぞれの蒸発部に作動媒体が供給されるので、各蒸発部１１，２１で有効に加熱媒体の熱エネルギーが回収され、かつ、一方の動力回収系統の駆動時（比較的加熱媒体の熱量が小さいとき）においても、当該一方の回収系統の循環流路を流れる作動媒体が上流側連結流路４１を通じて第１蒸発部１１及び第２蒸発部２１の双方に作動媒体が供給されるので、これら蒸発部１１，２１で有効に加熱媒体の熱エネルギーが回収される。換言すれば、本熱エネルギー回収システム１では、蒸発器全体の著しい大型化を回避することと、加熱媒体の熱量の変動に応じて当該加熱媒体の熱エネルギーを有効に回収することと、の双方が達成される。

また、第１操作部５１は、熱量減少条件の成立後、まずは各ポンプ１５，２５の回転数を下げ、その後、前記蒸発条件が成立したときに第１開閉弁Ｖ１と第３開閉弁Ｖ３とを開くとともに第２開閉弁Ｖ２と第４開閉弁Ｖ４とを閉じる。このため、各開閉弁Ｖ１〜Ｖ４の切り替え前に、各蒸発部１１，２１内の作動媒体が所定量以下になる。つまり、各蒸発部１１，２１内に例えば液相の作動媒体が残った状態で第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０の駆動状態から第１動力回収系統１０のみの駆動状態に切り替わるのが抑制される。このため、第２循環流路２６を流れていた作動媒体の一部が第２蒸発部２１及び下流側連結流路４２を介して第１循環流路１６に流入すること（各循環流路１６，２６を流れる作動媒体の流量に偏り生じること）が抑制される。

また、第２操作部５２は、熱量増大条件の成立後、まずは第１ポンプ１５の回転数を下げ、その後、前記蒸発条件が成立したときに第１開閉弁Ｖ１と第３開閉弁Ｖ３とを開くとともに第２開閉弁Ｖ２と第４開閉弁Ｖ４とを閉じる。このため、各開閉弁Ｖ１〜Ｖ４の切り替え前に、各蒸発部１１，２１内の作動媒体が所定量以下になる。つまり、各蒸発部１１，２１内に例えば液相の作動媒体が残った状態で第１動力回収系統１０のみの駆動状態から第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０の駆動状態に切り替わるのが抑制される。このため、第１循環流路１６を流れていた作動媒体の一部が第１蒸発部１１及び下流側連結流路４２を介して第２循環流路２６に流入すること（各循環流路１６，２６を流れる作動媒体の流量に偏り生じること）が抑制される。

また、第３操作部５３は、第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０の駆動時において前記流量低下条件が成立したときに、第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０のうち流量の低下が検出された側のポンプの回転数を他方のポンプの回転数よりも小さくするとともに第１開閉弁Ｖ１を開く。このため、流量低下条件の成立時に、他方の動力回収系統の循環流路を流れる作動媒体の一部が上流側連結流路４１を通じて一方の動力回収系統（流量の低下が検出された側の動力回収系統）の循環流路に流入する。よって、各循環流路１６，２６を流れる作動媒体の流量の偏りが解消される。

また、第４操作部５４は、第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０の停止時において前記総量低下条件が成立したときに、第１動力回収系統１０及び第２動力回収系統２０のうち総量の低下が検出された側とは反対側のポンプを駆動するとともに第１開閉弁Ｖ１を開く。このため、総量低下条件の成立時に、他方の動力回収系統の循環流路を流れる作動媒体の一部が上流側連結流路４１を通じて一方の動力回収系統（総量の低下が検出された側の動力回収系統）の循環流路に流入する。よって、各循環流路１６，２６内における作動媒体の総量の偏りが解消される。

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、上記実施形態では、第１操作部５１の制御フローにおけるステップＳ１２において、各ポンプ１５，２５の回転数を下げる例が示された、第１操作部５１は、ステップＳ１２において、各ポンプ１５，２５を停止させてもよい。

また、第１操作部５１は、次の（１）〜（３）のいずれかの要件を満たしたときに、前記熱量減少条件が成立したと判断してもよい。

（１）第１蒸発部１１の下流側における作動媒体の圧力及び第２蒸発部２１の下流側における作動媒体の圧力の少なくとも一方が所定値を下回ること
（２）第１ポンプ１５の回転数及び第２ポンプ２５の回転数の少なくとも一方が所定値を下回ること
（３）船舶用エンジン６３の負荷が所定値を下回ること
なお、船舶用エンジン６３の負荷は、船舶用エンジン６３に供給される燃料の消費量や当該船舶用エンジン６３の回転数により検出される。

また、第１操作部５１は、第１ポンプ１５の回転数及び第２ポンプ２５の回転数を低下させた後、あるいは、第１ポンプ１５及び第２ポンプ２５を停止させた後、次の（１）〜（４）のいずれかの要件を満たしたときに、前記蒸発条件が成立したと判断してもよい。

（１）所定時間経過すること
（２）第１蒸発部１１の上流側における作動媒体の圧力と第１蒸発部１１の下流側における作動媒体の圧力との差が所定値（例えば５ｋＰａ）以下になること
（３）第１蒸発部１１の下流側の作動媒体の過熱度及び第２蒸発部２１の下流側の作動媒体の過熱度が閾値（例えば１０℃）以上になること
（４）蒸発器ケーシング３０に供給される加熱媒体の温度と第１蒸発部１１の下流側における作動媒体の温度との差、及び、蒸発器ケーシング３０に供給される加熱媒体の温度と第２蒸発部２１の下流側における作動媒体の温度との差の双方が規定値以下になること
なお、前記所定時間は、各蒸発部１１，２１内の作動媒体が所定量以下になるまでの時間であり、予め実験で求められる値である。

また、第２操作部５２は、次の（１）〜（３）のいずれかの要件を満たしたときに、前記熱量増大条件が成立したと判断してもよい。

（１）第１蒸発部１１の下流側における作動媒体の圧力及び第２蒸発部２１の下流側における作動媒体の圧力の少なくとも一方が所定値を上回ること
（２）第１ポンプ１５の回転数及び第２ポンプ２５の回転数の少なくとも一方が所定値を上回ること
（３）船舶用エンジン６３の負荷が所定値を上回ること

１熱エネルギー回収システム
１０第１動力回収系統
１１第１蒸発部
１２第１膨張機
１３第１動力回収機
１４第１凝縮器
１５第１ポンプ
１６第１循環流路
２０第２動力回収系統
２１第２蒸発部
２２第２膨張機
２３第２動力回収機
２４第２凝縮器
２５第２ポンプ
２６第２循環流路
３０蒸発器ケーシング
４１上流側連結流路
４２下流側連結流路
５０制御部
５１第１操作部
５２第２操作部
５３第３操作部
５４第４操作部
Ｖ１第１開閉弁
Ｖ２第２開閉弁
Ｖ３第３開閉弁
Ｖ４第４開閉弁

Claims

加熱媒体と作動媒体とを熱交換させることにより当該作動媒体を蒸発させる第１蒸発部と、前記第１蒸発部から流出した作動媒体を膨張させる第１膨張機と、前記第１膨張機に接続された第１動力回収機と、前記第１膨張機から流出した作動媒体を凝縮させる第１凝縮器と、前記第１凝縮器から流出した作動媒体を前記第１蒸発部へ送る第１ポンプと、前記第１蒸発部、前記第１膨張機、前記第１凝縮器及び前記第１ポンプを接続する第１循環流路と、を含む第１動力回収系統と、
前記加熱媒体と作動媒体とを熱交換させることにより当該作動媒体を蒸発させる第２蒸発部と、前記第２蒸発部から流出した作動媒体を膨張させる第２膨張機と、前記第２膨張機に接続された第２動力回収機と、前記第２膨張機から流出した作動媒体を凝縮させる第２凝縮器と、前記第２凝縮器から流出した作動媒体を前記第２蒸発部へ送る第２ポンプと、前記第２蒸発部、前記第２膨張機、前記第２凝縮器及び前記第２ポンプを接続する第２循環流路と、を含む第２動力回収系統と、
前記第１蒸発部及び前記第２蒸発部をまとめて収容する蒸発器ケーシングと、
前記第１循環流路のうち前記第１ポンプと前記第１蒸発部との間の部位と、前記第２循環流路のうち前記第２ポンプと前記第２蒸発部との間の部位と、を接続する上流側連結流路と、
前記第１循環流路のうち前記第１蒸発部と前記第１膨張機との間の部位と、前記第２循環流路のうち前記第２蒸発部と前記第２膨張機との間の部位と、を接続する下流側連結流路と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、前記第１動力回収系統及び前記第２動力回収系統の駆動時に、前記第１循環流路を流れる作動媒体を前記第１蒸発部に送るともに前記第２循環流路を流れる作動媒体を前記第２蒸発部に送り、前記第１動力回収系統及び前記第２動力回収系統のいずれか一方の回収系統のみの駆動時に、当該一方の回収系統の循環流路を流れる作動媒体を前記上流側連結流路を通じて前記第１蒸発部及び前記第２蒸発部の双方に送るとともに前記第１蒸発部及び前記第２蒸発部から流出した作動媒体を前記下流側連結流路を通じて前記一方の回収系統の循環流路に戻す、熱エネルギー回収システム。
請求項１に記載の熱エネルギー回収システムにおいて、
前記上流側連結流路に設けられた第１開閉弁と、
前記第２循環流路のうち当該第２循環流路と前記上流側連結流路との接続部と前記第２ポンプとの間の部位に設けられた第２開閉弁と、
前記下流側連結流路に設けられた第３開閉弁と、
前記第２循環流路のうち当該第２循環流路と前記下流側連結流路との接続部と前記第２膨張機との間の部位に設けられた第４開閉弁と、をさらに備え、
前記制御部は、前記第１動力回収系統及び前記第２動力回収系統の駆動時に、前記第１開閉弁と前記第３開閉弁とを閉じるとともに前記第２開閉弁と前記第４開閉弁とを開き、前記第１動力回収系統のみの駆動時に、前記第１開閉弁と前記第３開閉弁とを開くとともに前記第２開閉弁と前記第４開閉弁とを閉じる、熱エネルギー回収システム。
請求項２に記載の熱エネルギー回収システムにおいて、
前記制御部は、前記第１動力回収系統及び前記第２動力回収系統の駆動状態から前記第１動力回収系統のみの駆動状態に切り替える際、前記第１ポンプの回転数及び前記第２ポンプの回転数を下げた後又は前記第１ポンプ及び前記第２ポンプを停止した後、前記第１蒸発部内及び前記第２蒸発部内における前記作動媒体が所定量以下になったことを示す蒸発条件が成立したときに、前記第１開閉弁と前記第３開閉弁とを開くとともに前記第２開閉弁と前記第４開閉弁とを閉じる、熱エネルギー回収システム。
請求項２又は３に記載の熱エネルギー回収システムにおいて、
前記制御部は、前記第１動力回収系統のみの駆動状態から前記第１動力回収系統及び前記第２動力回収系統の駆動状態に切り替える際、前記第１ポンプの回転数を下げた後又は前記第１ポンプを停止した後、前記第１蒸発部内及び前記第２蒸発部内における前記作動媒体が所定量以下になったことを示す蒸発条件が成立したときに、前記第１開閉弁と前記第３開閉弁とを閉じるとともに前記第２開閉弁と前記第４開閉弁とを開き、かつ、前記第２動力回収系統を駆動する、熱エネルギー回収システム。
請求項２ないし４のいずれかに記載の熱エネルギー回収システムにおいて、
前記制御部は、前記第１動力回収系統及び前記第２動力回収系統の駆動時において、前記第１動力回収系統及び前記第２動力回収系統のいずれか一方の動力回収系統の循環流路を流れる作動媒体の流量が低下したこと示す流量低下条件が成立したときに、前記一方の動力回収系統のポンプの回転数を前記第１動力回収系統及び前記第２動力回収系統の他方の動力回収系統のポンプの回転数よりも小さくするとともに前記第１開閉弁を開く、熱エネルギー回収システム。
請求項２ないし５のいずれに記載の熱エネルギー回収システムにおいて、
前記制御部は、前記第１動力回収系統及び前記第２動力回収系統の停止時において、前記第１動力回収系統及び前記第２動力回収系統のいずれか一方の動力回収系統の循環流路内における前記作動媒体の総量が低下したこと示す総量低下条件が成立したときに、前記第１動力回収系統及び前記第２動力回収系統の他方の動力回収系統のポンプを駆動するとともに前記第１開閉弁を開く、熱エネルギー回収システム。