JP2018127948A

JP2018127948A - エネルギー回収装置

Info

Publication number: JP2018127948A
Application number: JP2017021256A
Authority: JP
Inventors: 高橋　和雄; Kazuo Takahashi; 和雄高橋; 祐治田中; Yuji Tanaka; 足立　成人; Shigeto Adachi; 成人足立; 裕成川; Yutaka Narukawa; 成川　　裕; 和真西村; Kazuma Nishimura
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2017-02-08
Filing date: 2017-02-08
Publication date: 2018-08-16

Abstract

【課題】加熱媒体の流量変化速度によらず膨張機に流入する作動媒体の過熱度を安定化させることができるエネルギー回収装置を提供する。【解決手段】エネルギー回収装置１００は、加熱媒体と作動媒体との間で熱交換を行わせることにより作動媒体を蒸発させる蒸発器３と、蒸発器３へ作動媒体を圧送するポンプ１と、蒸発器３において蒸発した作動媒体が流入する膨張機４と、膨張機４の動力を回収する動力回収機５と、蒸発器３に供給される加熱媒体の供給圧力を検知する第１圧力センサＰ１と、蒸発器３から膨張機４へ流出する作動媒体の流出圧力を検知する第２圧力センサＰ２と、第１圧力センサＰ１が検知した供給圧力と、第２圧力センサＰ２が検知した流出圧力と、に基づいて、ポンプ１の駆動を制御する制御部１１と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、熱エネルギーを回収するエネルギー回収装置に関連する。

従来、船舶等のエンジンへ供給される過給空気や工場設備において発生する蒸気などの熱媒体の熱エネルギーを回収し、電気エネルギーに変換するエネルギー回収装置が知られている。このようなエネルギー回収装置として、特許文献１には、熱交換部と、熱交換部へ作動媒体を圧送するポンプと、熱交換部を通過した作動媒体が流入する膨張機と、膨張機に繋がる動力回収機と、を備えるエネルギー回収装置が記載されている。特許文献１のエネルギー回収装置では、加熱媒体排出流路を通じて熱交換部に加熱媒体が供給されており、当該熱交換部において加熱媒体と作動媒体との間で熱交換が行われることにより、作動媒体が蒸発する。そして、熱交換部において蒸発した作動媒体が膨張機に流入し、作動媒体の膨張エネルギーにより当該膨張機が駆動されることにより、動力回収機においてエネルギーが回収されることになる。

ここで、特許文献１のエネルギー回収装置は、熱交換部から膨張機へ流入する作動媒体の温度および圧力のそれぞれを検知する温度センサおよび圧力センサと、ポンプの駆動を制御する制御部と、をさらに備えている。制御部は、温度センサから受けた温度情報と圧力センサから受けた圧力情報に基づいて、熱交換部から流出した作動媒体の過熱度を算出するとともに、当該過熱度と予め設定された特定値とを比較する。そして、前記比較結果に基づいて、ポンプの回転数を調整する制御を行い、熱交換器に流入する作動媒体の流量を調整する。これによって、膨張機へ流入する作動媒体の過熱度が所定の値に維持されることになる。

特開２０１６−７９８８１号公報

ところで、エネルギー回収装置の熱交換部は、作動媒体を蒸発させるため、比較的熱容量が大きい傾向にある。このため、熱交換部に供給される加熱媒体の流量が急激に変化した場合には、温度センサにおいて検知される作動媒体の温度の変化が前記流量の変化に比べて遅れることになる。そのため、特許文献１のエネルギー回収装置のように、温度センサにおいて検知された温度情報に基づいて熱交換器に流入する作動媒体の流量を調整しようとすると、加熱媒体の流量が急激に変化した場合に、制御部によるポンプの回転数の制御が遅れることになる。すなわち、特許文献１のエネルギー回収装置では、熱交換器に流入する加熱媒体の流量変化速度によって、膨張機に流入する作動媒体の過熱度が不安定になる虞がある。

本発明は、上記の課題に基づいてなされたものであり、その目的は、加熱媒体の流量変化速度によらず膨張機に流入する作動媒体の過熱度を安定化させることができるエネルギー回収装置を提供することである。

本発明に係るエネルギー回収装置は、加熱媒体と作動媒体との間で熱交換を行わせることにより前記作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器へ前記作動媒体を圧送するポンプと、前記蒸発器において蒸発した前記作動媒体が流入する膨張機と、前記膨張機の動力を回収する動力回収機と、前記蒸発器に供給される前記加熱媒体の供給圧力を検知する第１圧力センサと、前記蒸発器から前記膨張機へ流出する前記作動媒体の流出圧力を検知する第２圧力センサと、前記第１圧力センサが検知した前記供給圧力と、前記第２圧力センサが検知した前記流出圧力と、に基づいて、前記ポンプの駆動を制御する制御部と、を備える。

蒸発器において加熱媒体との間で熱交換される作動媒体の温度は、当該加熱媒体の供給流量の変化に応じて変化することになるものの、蒸発器自体の熱容量が比較的大きいため、加熱媒体の供給流量の変化に比してゆっくりと変化する。このため、仮に作動媒体の温度の変化に応じてポンプの駆動を制御する場合、蒸発器に蓄えられていた熱量が無くなった際に、加熱媒体の供給流量に対して作動媒体の供給流量が極端に大きくなり、作動媒体の過熱度が負になる虞がある。

そこで、本発明に係るエネルギー回収装置では、蒸発器へ供給される加熱媒体の供給圧力および蒸発器から流出する作動媒体の流出圧力のそれぞれを検知する第１，第２圧力センサを備えており、これらの検知情報に基づいて制御部がポンプの駆動を制御する。蒸発器へ供給される加熱媒体の供給圧力および蒸発器から流出する作動媒体の流出圧力のそれぞれが分かれば、当該作動媒体と加熱媒体との飽和温度差を求めることが可能である。ここで、作動媒体の前記流出圧力は、ポンプの駆動量の変化（すなわちポンプの吐出側圧力の変化）に追従して素早く変化する。すなわち、前記飽和温度差は、作動媒体の温度に比べて素早く変化する作動媒体の圧力に基づいて求められるものであるため、蒸発器に供給される加熱媒体の流量変化が素早く反映されることになる。すなわち、上記のエネルギー回収装置では、作動媒体および加熱媒体の温度情報を直接検知することなく、当該作動媒体および加熱媒体の圧力情報にのみ基づいてポンプの駆動を制御することにより、加熱媒体の流量変化速度によらず膨張機に流入する作動媒体の過熱度を安定化させることができる。

前記制御部は、前記供給圧力に基づく前記加熱媒体の飽和温度と前記流出圧力に基づく前記作動媒体の飽和温度との飽和温度差を算出し、前記飽和温度差が予め設定された所定温度条件を満たす場合に前記ポンプの駆動を制御することが好ましい。

上記のエネルギー回収装置では、第１圧力センサから供給圧力の情報を受けるとともに第２圧力センサから流出圧力の情報を受けた制御部は、当該供給圧力と流出圧力に基づいて加熱媒体と作動媒体との飽和温度差を算出し、当該算出した飽和温度差が予め設定された所定温度条件を満たすか否かを判定する。そして、算出した飽和温度差が所定温度条件を満たす場合に、ポンプの駆動を制御する。この所定温度条件は、例えば飽和温度差が所定温度差範囲外であるという条件に設定される。そして、制御部は、飽和温度差が所定温度差範囲外であると判定したときにポンプの駆動を制御する。このように、制御部が飽和温度差の算出と判定とを行った上でポンプの駆動を制御することにより、加熱媒体の流量変化速度によらず膨張機に流入する作動媒体の過熱度を安定化させることができる。

上記のエネルギー回収装置は、前記蒸発器から前記膨張機へ流出する前記作動媒体の流出温度を検知する温度検知センサをさらに備え、前記制御部は、前記第２圧力センサが検知した前記流出圧力と前記温度検知センサが検知した前記流出温度とに基づく前記作動媒体の過熱度を算出し、前記過熱度が予め設定された過熱度範囲を超える場合に前記蒸発器に流入する前記作動媒体の流量を多くするように前記ポンプを駆動する第１制御を行う一方、前記過熱度が前記過熱度範囲未満である場合に前記蒸発器に流入する前記作動媒体の流量を少なくするように前記ポンプを駆動する第２制御を行い、前記飽和温度差が予め設定された所定温度差未満である場合には前記第１制御および前記第２制御に優先して前記蒸発器に流入する前記作動媒体の流量を少なくするように前記ポンプを駆動する第３制御を行うことが好ましい。

上記のエネルギー回収装置では、蒸発器に流入する加熱媒体の流量変化が緩やかである通常時には、蒸発器から流出する作動媒体の流出温度から算出された過熱度に基づいて、蒸発器に流入する作動媒体の流量を調整するように、第１制御および第２制御を行う。ここで、蒸発器に流入する加熱媒体の流量変化が急激である緊急時には、過熱度に基づいてポンプの駆動を制御する第１制御および第２制御では、加熱媒体の流量変化に対してポンプの駆動の制御が遅れてしまう可能性がある。特に、蒸発器に流入する加熱媒体の流量が急激に少なくなった場合は、当該流量の変化に対してポンプの駆動の制御が遅れると、その間蒸発器における作動媒体の蒸発が正常になされない可能性がある。そこで、上記のエネルギー回収装置では、飽和温度差が所定温度差未満である場合に、過熱度に基づいたポンプの駆動制御である第１，第２制御に優先して、蒸発器に流入する作動媒体の流量を少なくするようにポンプを駆動する第３制御を行う。このように、通常時には蒸発器から流出する作動媒体の過熱度に基づいてポンプの駆動を制御し、緊急時には蒸発器に流入する加熱媒体と蒸発器から流出する作動媒体との飽和温度差に基づいてポンプの駆動を制御することにより、膨張機に流入する作動媒体の過熱度をより安定化させることができる。

本発明によれば、加熱媒体の流量変化速度によらず膨張機に流入する作動媒体の過熱度を安定化させることができるエネルギー回収装置が提供される。

第１の実施形態に係るエネルギー回収装置の概略構成図である。第１の実施形態に係るエネルギー回収装置のコントローラを示すブロック図である。第１の実施形態に係るエネルギー回収装置の動作手順を示すフローチャート図である。第２の実施形態に係るエネルギー回収装置の概略構成図である。第２の実施形態に係るエネルギー回収装置の動作手順を示すフローチャート図である。

以下、本発明の各実施形態について、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、本発明の各実施形態に係るエネルギー回収装置１００を説明するために必要となる主要な構成要素を簡略化して示したものである。したがって、本発明の各実施形態に係るエネルギー回収装置１００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要素を備え得る。

（第１の実施形態）
本実施形態に係るエネルギー回収装置１００は、作動媒体のランキンサイクルを利用した発電システムである。エネルギー回収装置１００は、例えば、船舶等に搭載されて、当該船舶等における排熱を電気エネルギーに変換する。

図１に示すように、エネルギー回収装置１００は、ポンプ１と、予熱器２と、蒸発器３と、膨張機４と、動力回収機５と、凝縮器６と、循環配管７と、加熱媒体配管８と、冷却媒体配管９と、を備えている。

ポンプ１、予熱器２、蒸発器３、膨張機４、および凝縮器６は、作動媒体がこの順番に循環するように循環配管７によって繋がっており、動力回収機５は、膨張機４に繋がっている。また、加熱媒体配管８は、蒸発器３および予熱器２に加熱媒体を供給し、冷却媒体配管９は、凝縮器６に冷却媒体を供給する。これによって、作動媒体は、蒸発器３において蒸発するとともに凝縮器６において凝縮しながら循環配管７を循環することになり、動力回収機５において作動媒体の膨張エネルギーが回収される。以下では、図１を参照しながら、各構成要素について具体的に説明する。

ポンプ１は、循環配管７内で作動媒体が循環するように当該作動媒体を加圧する。この作動媒体としては、例えば、Ｒ２４５ｆａ等の水よりも低沸点の有機流体を用いることができるポンプ１は、循環配管７の第１配管７１に繋がっており、当該第１配管７１を通じて予熱器２に作動媒体が流入するように、当該作動媒体を圧送する。ポンプ１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。

予熱器２は、蒸発器３に流入する前の作動媒体と蒸発器３を通過した加熱媒体との熱交換を行わせることにより、当該作動媒体を予熱する。予熱器２は、作動媒体の流れ方向におけるポンプ１の下流側に位置している。予熱器２は、予熱器本体２１と、当該予熱器本体２１に形成された第１流路２２および第２流路２３と、を有している。第１流路２２は、循環配管７の第１配管７１に繋がっている。

蒸発器３は、予熱器２から流出した作動媒体と加熱媒体との熱交換を行わせることにより、当該作動媒体を蒸発させる。蒸発器３は、作動媒体の流れ方向における予熱器２の下流側に位置している。蒸発器３は、蒸発器本体３１と、当該蒸発器本体３１に形成された第３流路３２および第４流路３３と、を有している。予熱器２の第１流路２２と蒸発器３の第３流路３２とは、循環配管７の第２配管７２を通じて互い繋がっている。これにより、ポンプ１に圧送された作動媒体は、第１配管７１、予熱器２の第１流路２２、第２配管７２、および蒸発器３の第３流路３２をこの順番に通過することになる。

ここで、予熱器２の第２流路２３および蒸発器３の第４流路３３には、加熱媒体配管８を通じて加熱媒体が供給される。加熱媒体配管８は、第１部位８１、第２部位８２、および第３部位８３を含んでいる。第１部位８１は、加熱媒体の供給源と蒸発器３の第４流路３３の一端とを繋いでいる。第２部位８２は、蒸発器３の第４流路３３の他端と、予熱器２の第２流路２３の一端とを繋いでいる。また、第２部位８２の途中部分には、スチームトラップ１３が設けられている。第３部位８３は、予熱器２の第２流路２３の他端に繋がっている。これにより、供給源から加熱媒体配管８の第１部位８１へと供給された加熱媒体は、第１部位８１、蒸発器３の第４流路３３、第２部位８２、予熱器２の第２流路２３、および第３部位８３をこの順番に流れ、当該第３部位８３から外部へと流出することになる。

このように、本実施形態では、蒸発器３における作動媒体との熱交換によって温度が下がった加熱媒体が予熱器２の第２流路２３に流入することにより、予熱器２の第１流路２２を通過する作動媒体が予熱される。そして、予熱器２において予熱された作動媒体は、蒸発器３の第３流路３２に流入し、当該蒸発器３の第４流路３３を通過する加熱媒体によって加熱されることにより、蒸発することになる。

加熱媒体配管８に供給される加熱媒体としては、例えば、エネルギー回収装置１００が搭載された船舶等において発生した蒸気を用いることができる。なお、この加熱媒体は、蒸発器３において作動媒体を蒸発させることができる程度の温度であればよく、前記蒸気に限らない。例えば、エネルギー回収装置１００が搭載された船舶等におけるエンジンへと供給される過給空気を加熱媒体として用いてもよい。

なお、本実施形態では、エネルギー回収装置１００が予熱器２を備えているが、これに限らず、予熱器２はなくともよい。

膨張機４は、作動媒体の流れ方向における蒸発器３の下流側に位置している。循環配管７の第３配管７３は、蒸発器３において蒸発した気相の作動媒体が膨張機４に流入するように、蒸発器３の第３流路３２と膨張機４とを繋いでいる。本実施形態では、膨張機４としてスクリュ膨張機が用いられ、気相の作動媒体の膨張エネルギーによりスクリュであるロータ部が回転駆動される。なお、膨張機４としては、スクリュ膨張機に限らず、例えば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５は、膨張機４に接続されている。動力回収機５は、気相の作動媒体の膨張エネルギーにより回転駆動されたロータ部を通じて動力を回収する。これにより、エネルギー回収装置１００は、加熱媒体の熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回収することができる。

凝縮器６は、膨張機４から流出した気相の作動媒体を凝縮する。凝縮器６は、作動媒体の流れ方向において膨張機４の下流側に位置している。凝縮器６は、凝縮器本体６１と、当該凝縮器本体６１に形成された第５流路６２および第６流路６３と、を有している。凝縮器６の第５流路６２と膨張機４とは、循環配管７の第４配管７４を通じて互いに繋がっている。これにより、膨張機４から流出した気相の作動媒体が凝縮器６の第５流路６２に流入することになる。

ここで、凝縮器６の第６流路６３には、冷却媒体配管９を通じて冷却媒体が供給される。冷却媒体配管９は、冷却媒体の供給源に繋がっており、当該冷却媒体が第６流路６３に流入するように第６流路６３に繋がっている。これにより、凝縮器６において気相の作動媒体と冷却媒体との間で熱交換が行われ、当該気相の作動媒体が凝縮されることになる。

冷却媒体配管９に供給される冷却媒体としては、例えばエネルギー回収装置１００が船舶に搭載される場合には、海水を用いることができる。なお、この冷却媒体は、凝縮器６において作動媒体を凝縮させることができる程度の温度であればよく、前記海水に限らない。例えば、冷却水が貯留された冷却水貯留タンクを設け、当該冷却水貯留タンク内の冷却水を冷却媒体として用いてもよい。

凝縮器６の第５流路６２は、循環配管７の第５配管７５を通じてポンプ１に繋がっている。これにより、凝縮器６において凝縮した作動媒体がポンプ１へ流出し、当該ポンプ１によって再び予熱器２へと圧送されることになる。

本実施形態に係るエネルギー回収装置１００は、各構成要素１〜９に加えて、温度センサＴ１と、第１，第２圧力センサＰ１，Ｐ２と、コントローラ１０と、をさらに備えている。エネルギー回収装置１００では、温度センサＴ１および第１，第２圧力センサＰ１，Ｐ２において検知された各種の情報に基づいて、コントローラ１０がポンプ１の駆動周波数を制御することにより、膨張機４に流入する直前の作動媒体の過熱度を調整する。

以下では、図１に加えて図２を参照しつつ、温度センサＴ１、第１，第２圧力センサＰ１，Ｐ２、およびコントローラ１０について具体的に説明する。

温度センサＴ１は、作動媒体の温度を検知可能なセンサである。本実施形態では、温度センサＴ１は、第３配管７３に取り付けられている。

第１圧力センサＰ１は、作動媒体の圧力を検知可能なセンサである。本実施形態では、第１圧力センサＰ１は、第３配管７３に取り付けられている。

なお、温度センサＴ１および第１圧力センサＰ１は、膨張機４に流入する直前の作動媒体の温度および圧力を検知可能であればよく、第３配管７３に取り付けられていなくともよい。例えば、温度センサＴ１および第１圧力センサＰ１は、蒸発器３の第３流路３２から流出する作動媒体の温度および圧力を検知可能なように蒸発器３に取り付けられてもよい。また、膨張機４に流入する作動媒体の温度および圧力を検知可能なように膨張機４に取り付けられてもよい。

第２圧力センサＰ２は、加熱媒体の圧力を検知可能なセンサである。本実施形態では、第２圧力センサＰ２は、加熱媒体配管８の第１部位８１に取り付けられている。

なお、第２圧力センサＰ２は、蒸発器３に流入する直前の加熱媒体の圧力を検知可能であればよく、第１部位８１に取り付けられていなくともよい。例えば、第２圧力センサＰ２は、蒸発器３の第４流路３３に流入する作動媒体の圧力を検知可能なように蒸発器３に取り付けられてもよい。

コントローラ１０は、制御部１１と、インバータ周波数制御部１２と、を有している。制御部１１は、温度センサＴ１および第１，第２圧力センサＰ１，Ｐ２から送られてきた温度情報および圧力情報に基づいて各種の演算および判定を行うことにより、ポンプ１の駆動周波数制御信号を生成する。インバータ周波数制御部１２は、制御部１１から受けた駆動周波数制御信号に基づいて、ポンプ１の駆動周波数を制御する。

制御部１１は、図２に示すように、算出部１１ａと、判定部１１ｂと、記憶部１１ｃと、指令部１１ｄと、を機能的に含んでいる。制御部１１は、図略のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるＭＰＵ等を備えており、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、各部１１ａ〜１１ｄの機能を実現する。

算出部１１ａは、蒸発器３を流れる作動媒体の飽和温度と加熱媒体の飽和温度との差である飽和温度差ΔＴと、膨張機４に流入する直前の作動媒体の過熱度Ｓ_１と、を算出する。具体的に、算出部１１ａは、第４流路３３に流入する加熱媒体の圧力情報を第１圧力センサＰ１から受けるとともに、第３流路３２から流出する作動媒体の圧力情報を第２圧力センサＰ２から受ける。そして、これらの圧力情報に基づいて、蒸発器３を通過する加熱媒体の飽和温度と、蒸発器３を通過する作動媒体の飽和温度と、を算出する。さらに、算出した加熱媒体の飽和温度と作動媒体の飽和温度とに基づいて、作動媒体と加熱媒体との飽和温度差ΔＴを算出する。また、算出部１１ａは、第３流路３２から流出する作動媒体の圧力情報および温度情報を第２圧力センサＰ２および温度センサＴ１から受けて、これらの圧力情報および温度情報に基づいて膨張機４に流入する直前の作動媒体の過熱度Ｓ_１を算出する。

判定部１１ｂは、算出部１１ａにおいて算出された過熱度Ｓ_１および飽和温度差ΔＴと、記憶部１１ｃに記憶された所定の過熱度範囲および温度差範囲とを比較し、各種の判定を行う。具体的に、記憶部１１ｃには、過熱度Ｓ_１の適正な範囲である過熱度範囲と、飽和温度差ΔＴの適正な範囲である温度差範囲とが、予め記憶されている。本実施形態では、記憶部１１ｃには、過熱度範囲の下限値Ｙと上限値Ｚが記憶されているとともに、温度差範囲の下限値Ｘ（所定温度差）が記憶されている。判定部１１ｂは、算出部１１ａから過熱度Ｓ_１および飽和温度差ΔＴの算出結果を受けて、過熱度Ｓ_１が下限値Ｙと上限値Ｚとの間の範囲にあるか否かを判定するとともに、飽和温度差ΔＴが下限値Ｘ以上であるか否かを判定する。そして、判定部１１ｂは、当該判定結果を指令部１１ｄに送る。

指令部１１ｄは、判定部１１ｂにおける判定結果に基づいて、ポンプ１の駆動の制御指令を行う。具体的に、判定部１１ｂから判定結果を受けた指令部１１ｄは、当該判定結果に基づいたポンプ１の駆動周波数制御信号を生成し、当該信号をインバータ周波数制御部１２に送る。これにより、インバータ周波数制御部１２は、指令部１１ｄから受けた駆動周波数制御信号に基づいてポンプ１の駆動周波数を制御する。

ここで、図３に示すフローチャート図を参照しながら、エネルギー回収装置１００におけるポンプ１の駆動制御の手順を具体的に説明する。

図３に示す開始時点において、ポンプ１は所定の駆動周波数にて駆動されており、循環配管７を通じて作動媒体が循環している。この状態で、温度センサＴ１および第１，第２圧力センサＰ１，Ｐ２において検知された温度および圧力のそれぞれの情報は、制御部１１へ定期的に送られている。

温度センサＴ１および第１圧力センサＰ１から温度情報および圧力情報を受けた制御部１１の算出部１１ａは、当該温度情報および圧力情報に基づいて過熱度Ｓ_１を算出する（ステップＳＴ１）。また、第１，第２圧力センサＰ１，Ｐ２圧力情報を受けた算出部１１ａは、当該圧力情報に基づいて飽和温度差ΔＴを算出する（ステップＳＴ２）。算出部１１ａにおいて算出された過熱度Ｓ_１および飽和温度差ΔＴは、判定部１１ｂに送られ、当該判定部１１ｂにおいて以下の手順で判定が行われる。

算出部１１ａから飽和温度差ΔＴを受けた判定部１１ｂは、記憶部１１ｃから温度差範囲の下限値Ｘを読み出し、当該飽和温度差ΔＴと下限値Ｘとを比較し、飽和温度差ΔＴが下限値Ｘ未満であるか否かを判定する（ステップＳＴ３）。

飽和温度差ΔＴが下限値Ｘ未満であると判定した判定部１１ｂは（ステップＳＴ３にてＹＥＳ）、指令部１１ｄに当該判定結果を送る。判定部１１ｂから前記判定結果を受けた指令部１１ｄは、ポンプ１の駆動周波数を下げるための駆動周波数制御信号を生成してインバータ周波数制御部１２に送る。そして、前記の駆動周波数制御信号を受けたインバータ周波数制御部１２は、ポンプ１の駆動周波数を下げる制御を行う（ステップＳＴ４）。

このように、本実施形態に係るエネルギー回収装置１００は、飽和温度差ΔＴが適正な温度差範囲の下限値Ｘを下回った場合にポンプ１の駆動周波数を下げる。これによって、蒸発器３の第４流路３３に流入する加熱媒体の単位時間あたりの流量が急激に少なった場合に、これに応じて蒸発器３の第４流路３３に流入する作動媒体の単位時間あたりの流量を減らし、過熱度Ｓ_１が適正な過熱度範囲から外れることを抑止する。

一方で、飽和温度差ΔＴが下限値Ｘ未満ではないと判定した判定部１１ｂは（ステップＳＴ３にてＮＯ）、記憶部１１ｃから過熱度範囲の下限値Ｙを読み出し、当該下限値Ｙと算出部１１ａから受けた過熱度Ｓ_１とを比較し、過熱度Ｓ_１が下限値Ｙ未満であるか否かを判定する（ステップＳＴ５）。

過熱度Ｓ_１が下限値Ｙ未満であると判定した判定部１１ｂは（ステップＳＴ５にてＹＥＳ）、指令部１１ｄに当該判定結果を送る。判定部１１ｂから前記の判定結果を受けた指令部１１ｄは、ポンプ１の駆動周波数を下げるための駆動周波数制御信号を生成してインバータ周波数制御部１２に送る。そして、前記の駆動周波数制御信号を受けたインバータ周波数制御部１２は、ポンプ１の駆動周波数を下げる制御を行う（ステップＳＴ４）。

反対に、過熱度Ｓ_１が下限値Ｙ未満でないと判定した判定部１１ｂは（ステップＳＴ５にてＮＯ）、記憶部１１ｃから過熱度範囲の上限値Ｚを読み出して当該上限値Ｚと過熱度Ｓ_１とを比較し、過熱度Ｓ_１が上限値Ｚを超えるか否かを判定する（ステップＳＴ６）。

そして、過熱度Ｓ_１が上限値Ｚを超えると判定した判定部１１ｂは（ステップＳＴ６にてＹＥＳ）、指令部１１ｄに当該判定結果を送る。判定部１１ｂから前記の判定結果を受けた指令部１１ｄは、ポンプ１の駆動周波数を上げるための駆動周波数制御信号を生成してインバータ周波数制御部１２に送る。そして、前記の駆動周波数制御信号を受けたインバータ周波数制御部１２は、ポンプ１の駆動周波数を上げる制御を行う（ステップＳＴ７）。一方で、判定部１１ｂにおいて過熱度Ｓ_１が上限値Ｚを超えないと判定された場合には（ステップＳＴ６にてＮＯ）、ステップＳＴ１へと戻り、各ステップを繰り返す。

このように、本実施形態に係るエネルギー回収装置１００は、飽和温度差ΔＴが適正な温度差範囲内に収まっていたとしても、温度センサＴ１が検知した温度情報に基づいて算出された過熱度Ｓ_１が適正な過熱度範囲に収まっていない場合には、ポンプ１の駆動周波数を調整する。これによって、適正な過熱度範囲から外れた過熱度Ｓ_１が当該過熱度範囲内に再び収まるように、蒸発器３の第４流路３３に流入する作動媒体の単位時間あたりの流量を調整する。一方で、飽和温度差ΔＴおよび過熱度Ｓ_１のそれぞれが適正な温度差範囲および過熱度範囲に収まっている場合には、ポンプ１の駆動周波数を現状のまま維持する。

以上説明した本実施形態に係るエネルギー回収装置１００では、蒸発器３へ供給される加熱媒体と蒸発器３から流出する作動媒体のそれぞれの圧力情報に基づいて、制御部１１がポンプ１の駆動を制御する。このため、加熱媒体の流量変化速度によらず膨張機４に流入する作動媒体の過熱度Ｓ_１を安定化させることができる。具体的には、以下のとおりである。

蒸発器３において加熱媒体との間で熱交換される作動媒体の温度は、当該加熱媒体の供給流量の変化に応じて変化することになるものの、蒸発器３自体の熱容量が比較的大きいため、加熱媒体の供給流量の変化に比してゆっくりと変化する。このため、仮に作動媒体の温度の変化に応じてポンプ１の駆動を制御する場合、蒸発器３に蓄えられていた熱量が無くなった際に、加熱媒体の供給流量に対して作動媒体の供給流量が極端に大きくなり、作動媒体の過熱度が負になる虞がある。

そこで、本実施形態に係るエネルギー回収装置１００は、第１，第２圧力検知センサＰ１，Ｐ２を備えており、当該第１，第２圧力検知センサＰ１，Ｐ２において検知された作動媒体および加熱媒体のそれぞれの圧力情報に基づいてポンプ１の駆動を制御している。すなわち、本実施形態に係るエネルギー回収装置１００によれば、作動媒体および加熱媒体の温度情報を用いることなく圧力情報にのみ基づいてポンプ１の駆動を制御することが可能である。ここで、ポンプ１は液状の作動媒体を吐出するものであるため、蒸発器３から流出する作動媒体の圧力は、ポンプ１の駆動量の変化（すなわちポンプ１の吐出側圧力の変化）に追従して素早く変化する。このため、蒸発器３に供給される加熱媒体の流量が急激に変化した場合に、これに応じて蒸発器３に流入する作動媒体の流量を素早く調整することができ、加熱媒体の流量変化速度によらず膨張機４に流入する作動媒体の過熱度Ｓ_１を安定化させることができる。

さらに、本実施形態に係るエネルギー回収装置１００では、第１，第２圧力センサＰ１，Ｐ２のそれぞれから圧力情報を受けた制御部１１は、当該圧力情報に基づいて加熱媒体と作動媒体との飽和温度差ΔＴを算出する。そして、算出した飽和温度ΔＴが適正な温度差範囲の下限値Ｘを下回る場合にポンプ１の駆動周波数を下げる制御を行う。このため、飽和温度差ΔＴに基づいて蒸発器３に流入する作動媒体の単位時間あたりの流量を正確に調整することができ、膨張機４に流入する作動媒体の過熱度Ｓ_１をより安定化させることができる。

さらに、本実施形態にかかるエネルギー回収装置１００では、過熱度Ｓ_１が予め設定された過熱度範囲から外れている場合に、当該過熱度Ｓ_１が過熱度範囲内に収まるようにポンプ１の駆動が制御される。すなわち、エネルギー回収装置１００では、蒸発器３に流入する加熱媒体の流量変化が緩やかである通常時において、温度センサＴ１において検知された温度情報から算出された過熱度に基づいてポンプ１の駆動が制御される。

ここで、蒸発器３に流入する加熱媒体の流量変化が急激である緊急時には、過熱度Ｓ_１に基づいてポンプ１の駆動が制御されるだけでは、加熱媒体の流量変化に対してポンプ１の駆動の制御が遅れてしまう可能性がある。特に、蒸発器３に流入する加熱媒体の流量が急激に少なくなった場合は、当該流量の変化に対してポンプ１の駆動の制御が遅れると、その間蒸発器３における作動媒体の蒸発が正常になされない可能性がある。

そこで、本実施形態に係るエネルギー回収装置１００では、飽和温度差ΔＴが予め設定された温度差範囲の下限値Ｘ未満である場合に、過熱度Ｓ_１に基づいたポンプ１の駆動の制御に優先して、蒸発器３に流入する作動媒体の流量を少なくするようにポンプ１の駆動が制御される。具体的には、本実施形態に係るエネルギー回収装置１００では、図３のフローチャート図に示すように、ステップＳＴ５，６の前にステップＳＴ３が行われることにより、過熱度Ｓ_１に基づいた判定に優先して飽和温度ΔＴに基づいた判定が行われ、飽和温度差ΔＴ＜下限値Ｘである場合にはステップＳＴ５，６を行うことなくステップＳＴ４へと移る。これにより、通常時には蒸発器３から流出する作動媒体の過熱度Ｓ_１に基づいてポンプ１の駆動が制御され、緊急時には蒸発器３における加熱媒体と作動媒体との飽和温度差ΔＴに基づいてポンプ１の駆動が制御されることになる。このため、本実施形態にかかるエネルギー回収装置１００では、膨張機４に流入する作動媒体の過熱度Ｓ_１をより安定化させることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係るエネルギー回収装置１００について、図４および図５を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、第１の実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１の実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は省略する。

図４に示すように、本実施形態に係るエネルギー回収装置１００は、第１の実施形態とは異なり温度センサＴ１を備えていない。

また、本実施形態に係るエネルギー回収装置１００では、制御部１１の記憶部１１ｃは、飽和温度差ΔＴの適正な温度差範囲として、下限値Ａと上限値Ｂが記憶されている。

以下では、図５のフローチャート図を参照しながら、本実施形態に係るエネルギー回収装置１００におけるポンプ１の駆動制御の手順について説明する。

第１，第２圧力センサＰ１，Ｐ２において検知された圧力情報を受けた制御部１１の算出部１１ａは、当該温度情報に基づいて飽和温度差ΔＴを算出する（ステップＳＴ８）。そして、飽和温度差ΔＴを算出した算出部１１ａは、当該飽和温度差ΔＴを判定部１１ｂに送る。

算出部１１ａから飽和温度差ΔＴを受けた判定部１１ｂは、記憶部１１ｃに予め記憶された温度差範囲の下限値Ａを読み出し、飽和温度差ΔＴと下限値Ａとを比較して当該飽和温度差ΔＴが下限値Ａ未満であるか否かを判定する（ステップＳＴ９）。

飽和温度差ΔＴが下限値Ａ未満であると判定した判定部１１ｂは（ステップＳＴ９にてＹＥＳ）、指令部１１ｄに当該判定結果を送る。判定部１１ｂから前記の判定結果を受けた指令部１１ｄは、ポンプ１の駆動周波数を下げるための駆動周波数制御信号を生成してインバータ周波数制御部１２に送る。そして、前記の駆動周波数制御信号を受けたインバータ周波数制御部１２は、ポンプ１の駆動周波数を下げる制御を行う（ステップＳＴ１０）。

一方で、飽和温度差ΔＴが下限値Ａ未満ではないと判定した判定部１１ｂは（ステップＳＴ９にてＮＯ）、記憶部１１ｃから予め記憶された温度差範囲の上限値Ｂを読み出し、飽和温度差ΔＴと上限値Ｂとを比較して当該飽和温度差ΔＴが上限値Ｂを超えるか否かを判定する（ステップＳＴ１１）。

飽和温度差ΔＴが上限値Ｂを超えると判定した判定部１１ｂは（ステップＳＴ１１にてＹＥＳ）、指令部１１ｄに当該判定結果を送る。判定部１１ｂから前記の判定結果を受けた指令部１１ｄは、ポンプ１の駆動周波数を上げるための駆動周波数制御信号を生成してインバータ周波数制御部１２に送る。そして、前記の駆動周波数制御信号を受けたインバータ周波数制御部１２は、ポンプ１の駆動周波数を上げる制御を行う（ステップＳＴ１２）。一方で、判定部１１ｂにおいて飽和温度差ΔＴが上限値Ｂを超えないと判定された場合には（ステップＳＴ１１にてＮＯ）、ステップＳＴ８へと戻り、各ステップを繰り返す。

このように、本実施形態に係るエネルギー回収装置１００では、記憶部１１ｃが飽和温度差ΔＴの適正な温度差範囲の下限値Ａおよび上限値Ｂを記憶しており、判定部１１ｂが飽和温度差ΔＴと下限値Ａおよび上限値Ｂとを比較判定することにより、ポンプ１の駆動周波数を制御している。すなわち、本実施形態に係るエネルギー回収装置１００は、第１の実施形態とは異なり、作動媒体および加熱媒体の圧力情報にのみ基づいてポンプ１の駆動周波数を制御しており、当該制御に過熱度Ｓ_１を用いていない。

本実施形態のように、過熱度Ｓ_１を用いることなく飽和温度差ΔＴのみによってポンプ１の駆動周波数を制御する場合、温度センサＴ１が不要となる。

以上説明した各実施形態は、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、上記の各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、上記の各実施形態では、制御部１１は、算出部１１ａにおいて飽和温度差ΔＴを算出した後に当該飽和温度差ΔＴが適正な温度差範囲内に収まっているか否かを判定しているが、これに限らず、飽和温度差ΔＴを算出しなくともよい。この場合、例えば作動媒体の圧力と加熱媒体の圧力と飽和温度差との関係を示すテーブル表を記憶部１１ｃに記憶させ、第１，第２圧力センサＰ１，Ｐ２において検知された温度情報に基づいて当該テーブル表から実際の飽和温度差に近い値を読み取る。そして、読み取った値が適正な温度差範囲内に収まっているか否かを判定する。

また、上記の各実施形態では、ポンプ１の駆動周波数を変更することによって、膨張機４に流入する直前の作動媒体の過熱度を調整したが、これに限らない。ポンプ１は、蒸発器３に流入する作動媒体の単位時間あたりの流量を変更するように制御されればよく、駆動周波数以外の指標の変更によって作動媒体の過熱度を調整してもよい。

１ポンプ
３蒸発器
４膨張機
５動力回収機
６凝縮器
１１制御部
１００エネルギー回収装置
Ｐ１第１圧力センサ
Ｐ２第２圧力センサ
Ｔ１温度センサ

Claims

加熱媒体と作動媒体との間で熱交換を行わせることにより前記作動媒体を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器へ前記作動媒体を圧送するポンプと、
前記蒸発器において蒸発した前記作動媒体が流入する膨張機と、
前記膨張機の動力を回収する動力回収機と、
前記蒸発器に供給される前記加熱媒体の供給圧力を検知する第１圧力センサと、
前記蒸発器から前記膨張機へ流出する前記作動媒体の流出圧力を検知する第２圧力センサと、
前記第１圧力センサが検知した前記供給圧力と、前記第２圧力センサが検知した前記流出圧力と、に基づいて、前記ポンプの駆動を制御する制御部と、を備えるエネルギー回収装置。
前記制御部は、前記供給圧力に基づく前記加熱媒体の飽和温度と前記流出圧力に基づく前記作動媒体の飽和温度との飽和温度差を算出し、前記飽和温度差が予め設定された所定温度条件を満たす場合に前記ポンプの駆動を制御する、請求項１に記載のエネルギー回収装置。
前記蒸発器から前記膨張機へ流出する前記作動媒体の流出温度を検知する温度検知センサをさらに備え、
前記制御部は、前記第２圧力センサが検知した前記流出圧力と前記温度検知センサが検知した前記流出温度とに基づく前記作動媒体の過熱度を算出し、前記過熱度が予め設定された過熱度範囲を超える場合に前記蒸発器に流入する前記作動媒体の流量を多くするように前記ポンプを駆動する第１制御を行う一方、前記過熱度が前記過熱度範囲未満である場合に前記蒸発器に流入する前記作動媒体の流量を少なくするように前記ポンプを駆動する第２制御を行い、前記飽和温度差が予め設定された所定温度差未満である場合には前記第１制御および前記第２制御に優先して前記蒸発器に流入する前記作動媒体の流量を少なくするように前記ポンプを駆動する第３制御を行う、請求項２に記載のエネルギー回収装置。