JP2021046838A - 熱回収装置、作動媒体収集装置及び作動媒体収集方法 - Google Patents

Abstract

【課題】停止時において熱回収装置の内部から作動媒体が漏出してしまう可能性を低減する。【解決手段】ランキンサイクルの下で熱源の熱を作動媒体に回収させる熱回収装置１００は、循環流路１１０と、一端部が循環流路における蒸発器１１２から凝縮器１１４までの流路区間に接続されるとともに、他端部が凝縮器からレシーバ１１５までの流路区間又はレシーバに接続され、一端部から流入した作動媒体がレシーバに向けて流れることを可能とする収集流路１２２と、流路区間から収集流路に作動媒体を吸引するとともに収集流路の作動媒体をレシーバに向けて送り出すように作動可能な送出部１２７と、作動媒体を液化させる冷却器１２８と、送出部が駆動される際に、媒体ポンプ１１１の駆動を停止させる制御部１３０と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、熱回収装置の作動媒体の収集するための技術に関する。

ランキンサイクルを用いて熱源の熱を回収する熱回収装置が知られている（特許文献１を参照）。熱回収装置は、作動媒体を吐出する媒体ポンプと、媒体ポンプの吐出口及び吸込口に接続された循環流路と、循環流路に配置された蒸発器、膨張機、凝縮器及びレシーバとを有している。媒体ポンプから送り出された作動媒体は、蒸発器、膨張機、凝縮器及びレシーバを順次通過し、媒体ポンプに戻る。熱源の熱は、蒸発器において作動媒体によって回収される。

特開２０１６−５６６８９号公報

熱源からの熱の回収が行われていない間、熱回収装置内の作動媒体は、所定の回収ボンベに回収される。回収ボンベへの回収作業後に熱回収装置内に残っている気相の作動媒体の圧力が、大気圧よりも高い状態で維持されていることがある。この場合、一般的に作動媒体が循環流路から漏出する可能性が高くなる。

本発明は、停止時において熱回収装置の内部から作動媒体が漏出してしまう可能性を低減することを目的とする。

本発明の一の局面に係る熱回収装置は、熱源の熱を作動媒体に回収させるように構成されている。熱回収装置は、媒体ポンプによって送り出された作動媒体を、蒸発器、膨張機、凝縮器及びレシーバの順に通過させた後に前記媒体ポンプに戻すように構成された循環流路と、一端部が前記循環流路における前記蒸発器から前記凝縮器までの流路区間に接続されるとともに、他端部が前記凝縮器から前記レシーバまでの流路区間又は前記レシーバに接続され、前記一端部から流入した作動媒体が前記レシーバに向けて流れることを可能とする収集流路と、前記収集流路に設けられ、作動媒体を前記レシーバに向けて送り出すように作動可能な送出部と、前記収集流路に設けられ、前記収集流路に吸引された作動媒体を液化させる冷却器と、前記送出部が駆動される際に、前記媒体ポンプの駆動を停止させる制御部とを備えている。

上記の構成によれば、送出部は、蒸発器から凝縮器までの流路区間から気相の作動媒体を吸引するので、当該流路区間における作動媒体の圧力が低くなり、作動媒体の漏出量を低いレベルに抑えることができる。

上記の構成に関して、熱回収装置は、前記循環流路における前記レシーバと前記媒体ポンプとの間の流路区間に配置された下流バルブを更に備えていてもよい。前記制御部は、前記送出部が作動している間、前記下流バルブを閉状態にしてもよい。

上記の構成によれば、下流バルブが閉じられる結果、作動媒体は、レシーバから媒体ポンプへ流出しない。

上記の構成に関して、熱回収装置は、前記循環流路における前記凝縮器と前記レシーバとの間の流路区間に配置された上流バルブを更に備えていてもよい。前記収集流路の前記他端部は、前記上流バルブと前記レシーバとの間において前記循環流路に接続されていてもよい。前記制御部は、前記送出部が作動している間、前記上流バルブを閉状態にしてもよい。

上記の構成によれば、上流バルブが閉じられるので、送出部は、レシーバ内に既に貯留された作動媒体を吸い込むことなく、蒸発器と凝縮器との間の流路区間に存在する気相の作動媒体を収集流路に吸い込むことができる。

上記の構成に関して、熱回収装置は、前記収集流路を開閉するように前記収集流路に配置された開閉バルブと、前記循環流路における前記蒸発器から前記凝縮器までの前記流路区間内の圧力を検出する圧力検出部と、を更に備えていてもよい。前記制御部は、前記送出部が作動している間前記開閉バルブを開状態にし、前記圧力検出部によって検出された前記圧力が大気圧よりも低下すると、前記開閉バルブを閉じてもよい。

上記の構成によれば、蒸発器から凝縮器までの流路区間内の圧力が大気圧よりも低下すると、制御部は、開閉バルブを閉じるので、レシーバ内の作動媒体が収集流路に戻ることが防止される。

上記の構成に関して、前記収集流路は、前記凝縮器を迂回するように構成されていてもよい。

上記の構成によれば、収集流路は、凝縮器を迂回するように形成されているので、作動媒体は、凝縮器の抵抗を受けることなく収集流路に流入することができる。

本発明の一の局面に係る熱回収装置は、媒体ポンプによって送り出された作動媒体を循環流路に設けられた蒸発器、膨張機、凝縮器及びレシーバの順に通過させることによって熱源の熱を回収する熱回収装置の作動媒体を前記レシーバに収集するように構成されている。作動媒体収集装置は、一端部が前記循環流路における前記蒸発器から前記凝縮器までの流路区間に接続可能であるとともに、他端部が前記凝縮器から前記レシーバまでの流路区間又は前記レシーバに接続可能であり、前記一端部から流入した作動媒体が前記レシーバに向けて流れることを可能とする収集流路と、前記収集流路に設けられ、作動媒体を前記レシーバに向けて送り出すように作動可能な送出部と、前記収集流路に設けられ、前記収集流路に吸引された作動媒体を液化させる冷却器と、を備えている。

本発明の一の局面に係る作動媒体収集方法は、媒体ポンプによって送り出された作動媒体を循環流路に設けられた蒸発器、膨張機、凝縮器及びレシーバの順に通過させることによって熱源の熱を回収する熱回収装置の作動媒体を前記レシーバに収集するために利用可能である。作動媒体収集方法は、前記循環流路での作動媒体の循環を停止した状態で、前記循環流路における前記蒸発器から前記凝縮器までの流路区間から前記循環流路に接続された収集流路に作動媒体を吸引する工程と、吸引された作動媒体を液化する工程と、液化した作動媒体を前記レシーバに流入させる工程と、を備えている。

上記の構成に関して、前記収集流路に作動媒体を吸引する前記工程において、前記流路区間内の圧力を大気圧よりも低下させてもよい。

上記の構成に関して、前記収集流路に作動媒体を吸引する前記工程において、前記循環流路における前記レシーバと前記媒体ポンプとの間の流路区間に配置された下流バルブを閉状態にしてもよい。

上記の構成に関して、作動媒体収集方法は、前記収集流路への作動媒体の吸引前に、前記凝縮器で作動媒体を凝縮し、凝縮した作動媒体を前記レシーバに収集する工程を更に備えていてもよい。

上記の構成によれば、循環流路内で液相の状態にある作動媒体が、収集流路への作動媒体への吸引によって作り出された循環流路内の低圧環境下で気相に変わるのを待つ時間が短縮される。

上記の構成に関して、作動媒体収集方法は、凝縮した作動媒体を前記レシーバに収集する前記工程の前に、前記循環流路における前記レシーバと前記媒体ポンプとの間の流路区間に配置された下流バルブを閉じる工程を更に備えていてもよい。前記収集流路に作動媒体を吸引する前記工程において、前記循環流路における前記凝縮器と前記レシーバとの間の流路区間に配置された上流バルブを閉状態にする一方で前記収集流路に配置された開閉バルブを開状態にしてもよい。液化した作動媒体を前記レシーバに流入させる前記工程において、前記蒸発器から前記凝縮器までの前記流路区間内の圧力が大気圧よりも低下すると、前記開閉バルブを前記開状態から閉状態にしてもよい。

上記の構成によれば、開閉バルブ、上流バルブ及び下流バルブが閉じられるので、作動媒体は、開閉バルブ、上流バルブ及び下流バルブによって仕切られた空間内に閉じ込められる。

上述の技術は、作動媒体の収集後において作動媒体の漏出量を抑制する状態を作り出すことができる。

熱源から熱を回収するように構成された熱回収装置の概略図である。 熱回収装置からの作動媒体の収集のための制御に用いられる部位の概略図である。 作動媒体の収集のための制御の概略的なフローチャートである。 熱回収装置の一部の概略図である。 熱回収装置の一部の概略図である。 熱回収装置の一部の概略図である。 熱回収装置の一部の概略図である。 作動媒体の収集のための制御の概略的なフローチャートである。 熱回収装置の一部の概略図である。 作動媒体の収集のための制御の概略的なフローチャートである。

＜第１実施形態＞
図１は、熱源（たとえば、高温の空気、高温のガス、蒸気や温水）の熱をランキンサイクルの下で回収するように構成された第１実施形態の熱回収装置（バイナリ発電装置）１００の概略図である。図１を参照して熱回収装置１００が説明される。

熱回収装置１００は、作動媒体が流れる循環流路１１０と、循環流路１１０上に配置された媒体ポンプ１１１、蒸発器１１２、膨張機１１３、凝縮器１１４及びレシーバ１１５とを備えている。熱回収装置１００は、作動媒体及び熱回収装置１００の周囲の温度よりも低温の冷却流体（たとえば、水）を凝縮器１１４へ供給する冷却ポンプ１１７を更に備えている。媒体ポンプ１１１の吸込口及び吐出口には、循環流路１１０が接続されている。媒体ポンプ１１１は、蒸発器１１２、膨張機１１３、凝縮器１１４及びレシーバ１１５の配置位置よりも低い位置で固定されている。蒸発器１１２、膨張機１１３、凝縮器１１４及びレシーバ１１５は、媒体ポンプ１１１によって吐出された作動媒体がこれらをこの順に通過するように配置されている。

蒸発器１１２には、作動媒体よりも高温の熱源が連続的又は断続的に流入する。蒸発器１１２は、媒体ポンプ１１１によって吐出された液相の作動媒体を熱源との熱交換の下で蒸発させるように構成されている。蒸発器１１２内での熱源及び作動媒体の間の熱交換が行われる熱交換区間は、略鉛直方向に延びている。

膨張機１１３は、蒸発器１１２で気化した作動媒体の膨張作用によって回転する内部ロータ（図示せず）を有している。内部ロータは、発電機１１６に接続されている。発電機１１６は、内部ロータの回転下で電力を生成する。

凝縮器１１４は、膨張機１１３で仕事をした作動媒体を冷却ポンプ１１７によって供給された冷却流体と熱交換させ、液相の作動媒体を生成するように構成されている。

レシーバ１１５は、凝縮器１１４から流出した液相の作動媒体が貯留される収容空間を形成している。レシーバ１１５の高さ位置は、レシーバ１１５の収容空間のうち少なくとも一部が、水平方向に見て、蒸発器１１２内の熱交換区間（すなわち、作動媒体と熱源との間の熱交換が行われる区間）と重なるように設定されている。したがって、レシーバ１１５の収容空間内で形成される作動媒体の液面の高さ位置は、水平方向に見て、蒸発器１１２内の熱交換区間に重なる。

熱回収装置１００は、膨張機１１３を迂回するように構成されたバイパスライン１２１と、バイパスライン１２１に取り付けられたバイパスバルブ１２３とを更に有している。バイパスバルブ１２３は、作動媒体の収集時において開かれるので、バイパスライン１２１が作動媒体の収集に利用可能になる。バイパスライン１２１の一端部は、膨張機１１３の吸込側（すなわち、蒸発器１１２と膨張機１１３との間の流路区間）で循環流路１１０に接続されている。バイパスライン１２１の他端部は、膨張機１１３の吐出側（すなわち、膨張機１１３と凝縮器１１４との間の流路区間）で循環流路１１０に接続されている。

熱回収装置１００は、作動媒体の循環が停止したとき（すなわち、発電が実質的に終了したとき）に作動媒体をレシーバ１１５に収集（換言すれば、貯留）する作動媒体収集装置１２０を更に備えている。なお、熱回収装置１００が発電している間、作動媒体収集装置１２０は熱回収装置１００から取り外されていてもよい。作動媒体収集装置１２０が、図１及び図２を参照して説明される。図２は、作動媒体の収集のための制御に用いられる部位の概略図である。

作動媒体収集装置１２０は、凝縮器１１４を迂回するように構成された収集流路１２２を含んでいる。収集流路１２２の一端部は、膨張機１１３の吐出側（すなわち、膨張機１１３と凝縮器１１４との間の流路区間）で循環流路１１０に接続されている。収集流路１２２の他端部は、凝縮器１１４とレシーバ１１５との間の流路区間において循環流路１１０に接続されている。収集流路１２２の両端部は、循環流路１１０から分離可能に形成されていてもよい。

作動媒体収集装置１２０は、複数のバルブを更に備えている。これらのバルブのうち１つは、レシーバ１１５と媒体ポンプ１１１との間の循環流路１１０の流路区間において循環流路１１０に取り付けられた下流バルブ１２４である。他のもう１つのバルブは、凝縮器１１４と収集流路１２２の他端部との間の循環流路１１０の流路区間において循環流路１１０に取り付けられた上流バルブ１２５である。残りのバルブは、収集流路１２２の一端部よりも他端部の近くにおいて、収集流路１２２に取り付けられた開閉バルブ１２６である。

作動媒体収集装置１２０は、収集流路１２２に取り付けられた送出部１２７及び冷却器１２８を更に備えている。送出部１２７は、蒸発器１１２と凝縮器１１４との間の流路区間に存在する気相の作動媒体を収集流路１２２の一端部から吸引するとともに、吸引された作動媒体を収集流路１２２の他端部に送り出すように構成されている。送出部１２７は、圧縮機であってもよいし、送風機であってもよい。冷却器１２８は、送出部１２７と開閉バルブ１２６との間の流路区間において収集流路１２２に取り付けられている。冷却器１２８は、送出部１２７によって収集流路１２２の他端部に向けて送り出された作動媒体を冷却並びに液化する。冷却器１２８は、作動媒体を作動媒体よりも低温の冷却流体（たとえば、空気、水や冷媒ガス）と熱交換させる熱交換器であってもよい。

作動媒体収集装置１２０は、圧力検出部１２９（圧力センサ）と、温度センサ１３５と、送出部１２７、バイパスバルブ１２３、開閉バルブ１２６、下流バルブ１２４、上流バルブ１２５及び媒体ポンプ１１１を制御する制御部１３０とを更に備えている。制御部１３０は、圧力検出部１２９、温度センサ１３５、送出部１２７、バイパスバルブ１２３、開閉バルブ１２６、下流バルブ１２４、上流バルブ１２５及び媒体ポンプ１１１に電気的に接続されている。制御部１３０は、これらに加えて、作動媒体の循環の停止を要求する外部信号を生成する設備（たとえば、熱回収装置１００の異常を検出するセンサや作業者の操作の下で上述の外部信号を生成する停止ボタン）にも電気的に接続されている。圧力検出部１２９は、膨張機１１３の吐出側（すなわち、膨張機１１３と凝縮器１１４との間における循環流路１１０の流路区間）の作動媒体の圧力を検出するとともに検出された圧力を表す検出信号を生成するように構成されている。温度センサ１３５は、凝縮器１１４に流入する冷却流体の温度を検出するように冷却流体の流路に取り付けられている。温度センサ１３５は、検出した温度を表す検出信号を生成するように構成されている。

制御部１３０は、外部信号に応じて、送出部１２７、バイパスバルブ１２３、開閉バルブ１２６、下流バルブ１２４、上流バルブ１２５及び媒体ポンプ１１１に対する制御を開始するように構成されている。制御部１３０は、外部信号の受信の後、圧力検出部１２９からの検出信号に基づき、作動媒体の収集処理を終えるか否かを判定するように構成されている。制御部１３０は、所定の制御プログラムにしたがって制御信号を生成するように構成された信号生成回路であってもよい。

制御部１３０が外部信号を受信する前において、熱回収装置１００では、作動媒体が循環流路１１０に沿って循環し、熱源から熱を回収するための熱回収動作が行われている。熱回収動作が行われている間、下流バルブ１２４及び上流バルブ１２５はともに開状態にある。一方、バイパスバルブ１２３及び開閉バルブ１２６は閉じられている。この間、媒体ポンプ１１１及び冷却ポンプ１１７は、作動媒体及び冷却流体をそれぞれ吐出している一方で、送出部１２７は停止している。

媒体ポンプ１１１から吐出された作動媒体は、蒸発器１１２に流入する。作動媒体は、蒸発器１１２内で熱源と熱交換する。この結果、作動媒体が蒸発するとともに熱源の温度が低下する。蒸発器１１２から流出した気相の作動媒体は、膨張機１１３に流入する。

膨張機１１３内での作動媒体の膨張作用の下で、膨張機１１３の内部ロータが回転する。この結果、内部ロータに接続された発電機１１６は発電する。膨張機１１３で仕事をした後の作動媒体は、凝縮器１１４に流入する。

凝縮器１１４に流入した作動媒体は、冷却ポンプ１１７から供給された冷却流体と熱交換する。この結果、作動媒体の温度が下がり、作動媒体の凝縮が生ずる一方で、冷却流体は昇温される。温度降下の結果凝縮した作動媒体は、レシーバ１１５に流入し、レシーバ１１５内で貯留される。

レシーバ１１５内で貯留された作動媒体は、媒体ポンプ１１１によって吸い出され、蒸発器１１２へ再度供給される。

作動媒体を収集するときにおける熱回収装置１００の動作が、図１乃至図３を参照して説明される。図３は、制御部１３０の制御処理を表す概略的なフローチャートである。作動媒体が収集されている間においても、熱源は、蒸発器１１２に連続的又は断続的に流入している。

制御部１３０が外部信号を受信する前において（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、作動媒体は循環流路１１０に沿って循環し熱源の熱を回収している。この間、下流バルブ１２４及び上流バルブ１２５は開状態である。一方、バイパスバルブ１２３及び開閉バルブ１２６は閉じられている。外部信号の受信に応じて（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、制御部１３０は、媒体ポンプ１１１を停止し（ステップＳ１２０）、バルブ制御を実行する（ステップＳ１３０）。バルブ制御において、制御部１３０は、バイパスバルブ１２３及び開閉バルブ１２６を閉状態から開状態にする一方で、下流バルブ１２４を開状態から閉状態にする。一方、上流バルブ１２５の開状態は維持されている。ステップＳ１３０のバルブ制御の後、循環流路１１０中の液相の作動媒体のレシーバ１１５への収集が実行される。液相の作動媒体が収集されている間、冷却ポンプ１１７は、冷却流体を凝縮器１１４に供給し続ける。

制御部１３０は、圧力検出部１２９からの検出信号に基づき、作動媒体の飽和温度を算出する（ステップＳ１４０）。蒸発器１１２内での作動媒体の蒸発量が減少すると圧力検出部１２９によって検出される圧力は低くなる。圧力降下の結果、飽和温度の算出値も低減傾向を示す。

制御部１３０は、温度センサ１３５からの検出信号を参照し、作動媒体の飽和温度が冷却流体の温度と略同じとなったか（換言すれば、冷却流体の温度まで低下したか）否かを判定する（ステップＳ１５０）。作動媒体の飽和温度が冷却流体の温度と略同じでなければ（ステップＳ１５０：Ｎｏ）、飽和温度の算出が再度行われる（ステップＳ１４０）。作動媒体の飽和温度が冷却流体の温度と略同じになったとき（ステップＳ１５０：Ｙｅｓ）、作動媒体の過熱度は略０℃になり、凝縮器１１４内で作動媒体の凝縮が進む。上流バルブ１２５の開状態が維持されているので、凝縮した作動媒体は、レシーバ１１５内に流入する。作動媒体の飽和温度が冷却流体の温度と略同じであるとの判定結果が得られた後、制御部１３０は、上流バルブ１２５を閉じる（ステップＳ１６０）。

上流バルブ１２５が閉じられた後、循環流路１１０に残る気相の作動媒体の収集が行われる。気相の作動媒体を収集するために、送出部１２７が起動される（ステップＳ１７０）。この結果、送出部１２７は、膨張機１１３と凝縮器１１４との間に存在している作動媒体（すなわち、膨張機１１３の吐出側の作動媒体）を、収集流路１２２の一端部を通じて収集流路１２２内に吸引する。このとき、上流バルブ１２５が閉じられているので、レシーバ１１５内の作動媒体が吸引されることが防止される。

送出部１２７の起動の結果、膨張機１１３の吸込側の作動媒体は、バイパスライン１２１を通じて膨張機１１３の吐出側に流入し、その後、収集流路１２２内に吸引される。

収集流路１２２内に吸引された作動媒体は、送出部１２７によって、収集流路１２２の他端部へ送り出される。作動媒体は、収集流路１２２の他端部に到達する前に、冷却器１２８を通過する。作動媒体は、冷却器１２８で冷却され液相になる。液相の作動媒体は、収集流路１２２の他端部を通じて、上流バルブ１２５とレシーバ１１５との間の循環流路１１０の流路区間に流入する。その後、作動媒体は、レシーバ１１５に流入する。このとき、下流バルブ１２４が閉じられているので、作動媒体はレシーバ１１５内に貯留される。

送出部１２７の起動後、制御部１３０は、圧力検出部１２９の検出圧力を大気圧と比較する（すなわち、圧力検出部１２９の検出圧力がゲージ圧で負圧になっているか否かを判定する）（ステップＳ１８０）。送出部１２７の起動直後において、圧力検出部１２９の検出圧力は大気圧よりも大きい（ステップＳ１８０：Ｎｏ）。送出部１２７によってレシーバ１１５に送り込まれる作動媒体の量が増えるにつれて、圧力検出部１２９の検出圧力は徐々に低下する。その後、圧力検出部１２９の検出圧力が大気圧よりも小さくなると（ステップＳ１８０：Ｙｅｓ）、制御部１３０は、送出部１２７を停止する（ステップＳ１９０）。その後、制御部１３０は、開閉バルブ１２６を閉じる（ステップＳ２００）。このとき、下流バルブ１２４及び上流バルブ１２５も閉じられているので、作動媒体は、開閉バルブ１２６、下流バルブ１２４及び上流バルブ１２５によって仕切られた空間内に閉じ込められる。

レシーバ１１５への作動媒体の収集が完了した後、熱回収装置１００が熱源からの熱の回収を再開するとき、開閉バルブ１２６の閉状態を維持しつつ、下流バルブ１２４及び上流バルブ１２５が開かれる。一方、バイパスバルブ１２３は閉じられる。その後、制御部１３０は、媒体ポンプ１１１を作動させ、作動媒体を循環流路１１０に沿って循環させる。

上述の実施形態の熱回収装置１００によれば、送出部１２７及び冷却器１２８は、循環流路１１０ではなく収集流路１２２に設けられているので、熱回収装置１００が熱源から熱を回収している間の作動媒体の循環を妨げない。

作動媒体の循環が停止すると（すなわち、媒体ポンプ１１１が停止すると）、液相の作動媒体が収集される。この場合、作動媒体全てを気相の状態で収集するのとは異なり、凝縮器１１４内の作動媒体が液相から気相に相変化するのを待つ必要がない。したがって、送出部１２７の起動（ステップＳ１７０）から圧力検出部１２９の検出圧力が大気圧より低くなる（ステップＳ１８０：Ｙｅｓ）までの期間が短くなる。

液相の作動媒体の収集の終了タイミングは、飽和温度に基づき決定される。飽和温度が冷却流体の温度と略同じになったとき、凝縮が進むので、液相で収集可能な作動媒体が収集される。

循環流路１１０内の液相の作動媒体の収集の後、送出部１２７が起動される。このとき、収集流路１２２に設けられた開閉バルブ１２６が開かれる。開閉バルブ１２６が開かれると、収集流路１２２は、循環流路１１０を介してレシーバ１１５に連通する。この結果、送出部１２７によって吸い込まれた作動媒体が収集流路１２２を通じてレシーバ１１５に流入することが許容される。

送出部１２７によって収集流路１２２に吸い込まれた作動媒体は、レシーバ１１５に流入する前に冷却器１２８によって冷却され液相になる。液相の作動媒体がレシーバ１１５に流入するので、レシーバ１１５は過度に大きな容積を有さなくてもよい。

送出部１２７の作動の際に下流バルブ１２４が閉じられるので、送出部１２７によって収集流路１２２に吸い込まれた後にレシーバ１１５に流入した作動媒体は、レシーバ１１５から媒体ポンプ１１１へ流出せず、レシーバ１１５に貯留される。作動媒体がレシーバ１１５内に貯留されるので、作動媒体を回収するための回収ボンベを別途用意する必要はない。

送出部１２７の作動の際に下流バルブ１２４だけでなく上流バルブ１２５も閉じられる。上流バルブ１２５は、収集流路１２２の他端部に対してレシーバ１１５とは反対側に位置しているので、送出部１２７によって吸い込まれた作動媒体は、レシーバ１１５に流入する。上流バルブ１２５が閉じられる結果、レシーバ１１５内の作動媒体が吸引されることが防止される。送出部１２７は、レシーバ１１５に貯留された作動媒体を吸い込むことなく、蒸発器１１２と凝縮器１１４との間の流路区間に存在する気相の作動媒体を収集流路１２２に吸い込むことができるので、作動媒体は、レシーバ１１５に効率的に収集される。

収集流路１２２は、凝縮器１１４を迂回するように形成されているので、作動媒体は、凝縮器１１４の抵抗を受けることなく収集流路１２２に流入する。

媒体ポンプ１１１が停止すると、蒸発器１１２への作動媒体の流入が止まる。蒸発器１１２への熱源の供給は継続しているので、蒸発器１１２内の作動媒体が熱源によって気化し、気化した作動媒体が送出部１２７によって収集流路１２２に吸い込まれるにつれて、蒸発器１１２内の作動媒体の量が減っていく。送出部１２７による作動媒体の吸引は、圧力検出部１２９の検出圧力が大気圧より低くなるまで継続されるので、作動媒体の収集の完了後において膨張機１１３の吸込側及び吐出側における作動媒体の圧力は負圧になっている。したがって、膨張機１１３の吸込側及び吐出側における循環流路１１０からの作動媒体の流出が防止される。

レシーバ１１５への作動媒体の収集が完了したとき、下流バルブ１２４、上流バルブ１２５及び開閉バルブ１２６は閉じられている。収集された作動媒体は、閉状態にある下流バルブ１２４、上流バルブ１２５及び開閉バルブ１２６によって閉じられた空間内に閉じ込められる。

レシーバ１１５への作動媒体の収集の完了の後、熱回収装置１００が熱源からの熱の回収を再開するとき、開閉バルブ１２６の閉状態を維持しつつ、下流バルブ１２４及び上流バルブ１２５が開かれる。その後、制御部１３０は、媒体ポンプ１１１を作動させ、作動媒体を循環流路１１０に沿って循環させるとともにバイパスバルブ１２３を閉じる。すなわち、媒体ポンプ１１１、下流バルブ１２４及び上流バルブ１２５への操作によって熱源からの熱回収が再開される。作業者は、熱回収の再開前に、回収ボンベからレシーバ１１５へ作動媒体を戻すといった多大な労力を伴う作業を行うことなく、熱回収を容易に再開することができる。

上述の実施形態に関して、圧力検出部１２９は、膨張機１１３の吐出側において、循環流路１１０に取り付けられている。しかしながら、圧力検出部１２９は、膨張機１１３の吸込側（すなわち、蒸発器１１２から膨張機１１３までの流路区間）において、循環流路１１０に取り付けられていてもよい（図４を参照）。

上述の実施形態に関して、収集流路１２２の一端部は、膨張機１１３の吐出側において、循環流路１１０に接続されている。しかしながら、収集流路１２２の一端部は、膨張機１１３の吸込側（すなわち、蒸発器１１２から膨張機１１３までの流路区間）において循環流路１１０に接続されていてもよい（図４を参照）。

上述の実施形態に関して、収集流路１２２の他端部は、上流バルブ１２５とレシーバ１１５との間の流路区間において循環流路１１０に接続されている。しかしながら、収集流路１２２の他端部は、レシーバ１１５に直接的に接続されていてもよい（図４を参照）。

上述の実施形態に関して、バイパスライン１２１及び収集流路１２２は、個別の流路を形成している。しかしながら、作動媒体収集装置１２０は、収集流路１２２がバイパスライン１２１に接続された構造を有していてもよい（図５を参照）。

詳細には、図５に示されている収集流路１２２は、送出部１２７、冷却器１２８及び開閉バルブ１２６が取り付けられた主管部１３１と、主管部１３１の上流端から二股に分岐した分岐管部１３２，１３３とを含んでいる。分岐管部１３２，１３３は、膨張機１１３の吸込側及び吐出側において循環流路１１０にそれぞれ接続されている。バイパスバルブ１２３は、膨張機１１３の吸込側に接続された分岐管部１３２に取り付けられている。

図５の熱回収装置１００では、送出部１２７が起動されると（ステップＳ１７０）、膨張機１１３の吸込側における作動媒体は、分岐管部１３２を通じて主管部１３１に流入する。膨張機１１３の吐出側における作動媒体は、分岐管部１３３を通じて主管部１３１に流入する。主管部１３１に流入した作動媒体は、冷却器１２８で液化し、レシーバ１１５に流入する。圧力検出部１２９の検出圧力が大気圧よりも低くなると（ステップＳ１８０：Ｙｅｓ）、送出部１２７が停止され（ステップＳ１９０）、開閉バルブ１２６が閉じられる（ステップＳ２００）。この結果、作動媒体は、開閉バルブ１２６、下流バルブ１２４及び上流バルブ１２５によって仕切られた空間内に閉じ込められる。

上述の実施形態に関して、収集流路１２２に流入した作動媒体は、送出部１２７及び冷却器１２８を順に通過する。しかしながら、送出部１２７として、ポンプが用いられる場合には、収集流路１２２に流入した作動媒体が冷却器１２８及び送出部１２７の順に通過するように、冷却器１２８及び送出部１２７が収集流路１２２に配置される（図６を参照）。

上述の実施形態に関して、ステップＳ１５０の処理は、飽和温度に基づいて実行されている。代替的に、ステップＳ１５０の判定処理は、作動媒体の圧力と飽和蒸気圧との間の関係に基づいて行われてもよい。具体的には、制御部１３０は、温度センサ１３５から冷却流体の温度を取得し、作動媒体の温度が冷却流体の温度に等しくなった場合における作動媒体の飽和蒸気圧を算定する。制御部１３０は、圧力検出部１２９によって検出された圧力（すなわち、作動媒体の圧力）が、上述の算定された飽和蒸気圧と略同じとなったか（換言すれば、上述の飽和蒸気圧まで低下したか）否かを判定する。作動媒体の圧力が作動媒体の飽和蒸気圧と略同じになったと判断された後、上流バルブ１２５が閉じられる（ステップＳ１６０）。作動媒体の圧力が作動媒体の飽和蒸気圧と略等しいとの条件の下では、作動媒体の過熱度は略０℃になり、凝縮器１１４での作動媒体の凝縮が進む。この結果、多くの作動媒体が液相の状態で凝縮器１１４からレシーバ１１５に流入する。その後、循環流路１１０からの気相の作動媒体の吸い込み、液化及び収集が行われる。

＜第２実施形態＞
冷却流体の温度を検出する温度センサ１３５に代えて、膨張機１１３の吸込側における作動媒体の温度を検出する温度センサ１３４及び熱回収装置１００の周囲の温度を検出するように配置された周囲温検出部１３６が用いられてもよい（図７を参照）。図７は、第２実施形態の熱回収装置１００の一部の概略図である。

温度センサ１３４及び周囲温検出部１３６は、検出した温度を表す検出信号を生成するように構成されている。温度センサ１３４及び周囲温検出部１３６は、制御部１３０に電気的に接続され、検出信号は、温度センサ１３４及び周囲温検出部１３６から制御部１３０へ出力される。

制御部１３０は、ステップＳ１３０（図８を参照）のバルブ制御の後、温度センサ１３４及び周囲温検出部１３６から出力された検出信号が表す温度を比較し、これらの温度が略等しいか否かを判定する（ステップＳ１３５）。作動媒体が自然放熱し、温度センサ１３４の検出温度が周囲温検出部１３６の検出温度に略等しいとの判定結果が得られると、制御部１３０は、圧力検出部１２９及び温度センサ１３４の検出信号を用いて、作動媒体の過熱度を算出する（ステップＳ１４１）。その後、制御部１３０は、算出された過熱度が０℃以上であるか否かを判定する（ステップＳ１５１）。過熱度が０℃以上であるとの判定結果が得られるまで、ステップＳ１４１，Ｓ１５１の処理が継続される。過熱度が０℃以上であるとの判定結果が得られると、上流バルブ１２５が閉じられる（ステップＳ１６０）。作動媒体の温度が熱回収装置１００の周囲大気温度に略等しい場合には、作動媒体の温度降下は生じない。このとき、作動媒体の過熱度が０℃以上であるならば、作動媒体の凝縮はほとんど生じない。したがって、これらの条件が成立したときに、上流バルブ１２５を閉じて送出部１２７を作動させることにより、循環流路１１０からの気相の作動媒体の吸い込みが行われるので、作動媒体の収集が効率的に行われることになる。

制御部１３０は、より簡易的に、温度センサ１３４及び周囲温検出部１３６から出力された検出信号が表す温度が略等しいとの判定結果が得られたときに、上流バルブ１２５を閉じてもよい。

制御部１３０は、周囲温検出部１３６の検出温度に基づいて、この検出温度に対応する作動媒体の飽和蒸気圧を算出してもよい。圧力検出部１２９によって検出された圧力が、算出された飽和蒸気圧まで低下したときに、制御部１３０は、上流バルブ１２５を閉じてもよい。

上流バルブ１２５を閉じるタイミングは、レシーバ１１５内に貯留された作動媒体の液位に基づいて決定されてもよい（図９を参照）。図９の熱回収装置１００は、レシーバ１１５内に貯留された作動媒体の液位を検出する液位計１３７（フロートスイッチ）を有している。

液位計１３７は、レシーバ１１５内の作動媒体の液位が所定の高さになったときに、液位が所定の閾値（高さ）になったことを表す検出信号を生成するように構成されている。液位計１３７は、制御部１３０に電気的に接続されている。液位計１３７が検出信号を生成する液位は、液相の状態で収集し得る作動媒体のうちかなりの部分がレシーバ１１５内に収容されたときに得られる液面の高さ位置に設定されている。

制御部１３０は、ステップＳ１３０のバルブ制御（図３及び図８を参照）の後、液位計１３７からの検出信号の受信を待つ。レシーバ１１５内の作動媒体の液位が所定の高さになったとき、検出信号が、液位計１３７から制御部１３０へ出力される。制御部１３０は、液位計１３７からの検出信号の受信に応じて、上流バルブ１２５を閉じる（図３及び図８のステップＳ１６０）。

液位計１３７が用いられる場合には、レシーバ１１５内に収集された作動媒体の量が液位計１３７によって直接的に検出される。したがって、作動媒体の状態（作動媒体の温度や圧力）、冷却流体の温度や熱回収装置１００の周囲の温度に影響されることなく、所定量の作動媒体がレシーバ１１５内に収集される。

図３及び図８のステップＳ１３０，Ｓ１６０のバルブ制御が行われる時間間隔が一定の値に定められていてもよい。少なくともこの期間において、冷却ポンプ１１７からの冷却流体の供給の下で凝縮器１１４での作動媒体の凝縮が行われる。凝縮器１１４からレシーバ１１５へ液相の作動媒体が所定期間流入した後、循環流路１１０からの気相の作動媒体の吸い込み、液化及び収集が行われる。

＜第３実施形態＞
第１実施形態及び第２実施形態において、気相の作動媒体の収集が、循環流路１１０中の液相の作動媒体の収集の後に行われている。しかしながら、液相の作動媒体の収集を行うことなく、気相の作動媒体の収集が実行されてもよい。この場合、上流バルブ１２５に対する制御は、バイパスバルブ１２３、開閉バルブ１２６及び下流バルブ１２４に対する制御とともに実行される（図１０のステップＳ１３６を参照）。

ステップＳ１３６におけるバイパスバルブ１２３、開閉バルブ１２６及び下流バルブ１２４に対する制御は、第１実施形態及び第２実施形態の制御のステップＳ１３０と同様である。このとき、上流バルブ１２５は、閉じられる。その後、送風機の起動（ステップＳ１７０）から開閉バルブ１２６を閉じるバルブ制御（ステップＳ２００）までの一連の処理が実行される。

今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。たとえば、熱回収装置１００は、過熱器や予熱器を有していてもよい。また、上述の実施形態の開閉バルブ１２６、送出部１２７及び冷却器１２８は、作業者によって制御されてもよい。

上述の実施形態の技術は、熱源から熱を回収し、回収された熱エネルギを用いて動力を得る様々な用途に好適に利用される。

１００・・・・・・・・・・・・・・・熱回収装置
１１０・・・・・・・・・・・・・・・循環流路
１１１・・・・・・・・・・・・・・・媒体ポンプ
１１２・・・・・・・・・・・・・・・蒸発器
１１３・・・・・・・・・・・・・・・膨張機
１１４・・・・・・・・・・・・・・・凝縮器
１１５・・・・・・・・・・・・・・・レシーバ
１２０・・・・・・・・・・・・・・・作動媒体収集装置
１２２・・・・・・・・・・・・・・・収集流路
１２４・・・・・・・・・・・・・・・下流バルブ
１２５・・・・・・・・・・・・・・・上流バルブ
１２６・・・・・・・・・・・・・・・開閉バルブ
１２７・・・・・・・・・・・・・・・送出部
１２８・・・・・・・・・・・・・・・冷却器
１２９・・・・・・・・・・・・・・・圧力検出部
１３０・・・・・・・・・・・・・・・制御部

Claims (11)

1. 熱源の熱を作動媒体に回収させる熱回収装置であって、
   媒体ポンプによって送り出された作動媒体を、蒸発器、膨張機、凝縮器及びレシーバの順に通過させた後に前記媒体ポンプに戻すように構成された循環流路と、
   一端部が前記循環流路における前記蒸発器から前記凝縮器までの流路区間に接続されるとともに、他端部が前記凝縮器から前記レシーバまでの流路区間又は前記レシーバに接続され、前記一端部から流入した作動媒体が前記レシーバに向けて流れることを可能とする収集流路と、
   前記収集流路に設けられ、作動媒体を前記レシーバに向けて送り出すように作動可能な送出部と、
   前記収集流路に設けられ、前記収集流路に吸引された作動媒体を液化させる冷却器と、
   前記送出部が駆動される際に、前記媒体ポンプの駆動を停止させる制御部と、を備えている
   熱回収装置。
2. 前記循環流路における前記レシーバと前記媒体ポンプとの間の流路区間に配置された下流バルブを更に備え、
   前記制御部は、前記送出部が作動している間、前記下流バルブを閉状態にする
   請求項１に記載の熱回収装置。
3. 前記循環流路における前記凝縮器と前記レシーバとの間の流路区間に配置された上流バルブを更に備え、
   前記収集流路の前記他端部は、前記上流バルブと前記レシーバとの間において前記循環流路に接続され、
   前記制御部は、前記送出部が作動している間、前記上流バルブを閉状態にする
   請求項１又は２に記載の熱回収装置。
4. 前記収集流路を開閉するように前記収集流路に配置された開閉バルブと、
   前記循環流路における前記蒸発器から前記凝縮器までの前記流路区間内の圧力を検出する圧力検出部と、を更に備え、
   前記制御部は、前記送出部が作動している間前記開閉バルブを開状態にし、前記圧力検出部によって検出された前記圧力が大気圧よりも低下すると、前記開閉バルブを閉じる
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱回収装置。
5. 前記収集流路は、前記凝縮器を迂回するように構成されている
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱回収装置。
6. 媒体ポンプによって送り出された作動媒体を循環流路に設けられた蒸発器、膨張機、凝縮器及びレシーバの順に通過させることによって熱源の熱を回収する熱回収装置の作動媒体を前記レシーバに収集する作動媒体収集装置であって、
   一端部が前記循環流路における前記蒸発器から前記凝縮器までの流路区間に接続可能であるとともに、他端部が前記凝縮器から前記レシーバまでの流路区間又は前記レシーバに接続可能であり、前記一端部から流入した作動媒体が前記レシーバに向けて流れることを可能とする収集流路と、
   前記収集流路に設けられ、作動媒体を前記レシーバに向けて送り出すように作動可能な送出部と、
   前記収集流路に設けられ、前記収集流路に吸引された作動媒体を液化させる冷却器と、を備えている
   作動媒体収集装置。
7. 媒体ポンプによって送り出された作動媒体を循環流路に設けられた蒸発器、膨張機、凝縮器及びレシーバの順に通過させることによって熱源の熱を回収する熱回収装置の作動媒体を前記レシーバに収集する作動媒体収集方法であって、
   前記循環流路での作動媒体の循環を停止した状態で、前記循環流路における前記蒸発器から前記凝縮器までの流路区間から前記循環流路に接続された収集流路に作動媒体を吸引する工程と、
   吸引された作動媒体を液化する工程と、
   液化した作動媒体を前記レシーバに流入させる工程と、を備えている
   作動媒体収集方法。
8. 前記収集流路に作動媒体を吸引する前記工程において、前記流路区間内の圧力を大気圧よりも低下させる
   請求項７に記載の作動媒体収集方法。
9. 前記収集流路に作動媒体を吸引する前記工程において、前記循環流路における前記レシーバと前記媒体ポンプとの間の流路区間に配置された下流バルブを閉状態にする
   請求項７又は８に記載の作動媒体収集方法。
10. 前記収集流路への作動媒体の吸引前に、前記凝縮器で作動媒体を凝縮し、凝縮した作動媒体を前記レシーバに収集する工程を更に備えている
    請求項７又は８に記載の作動媒体収集方法。
11. 凝縮した作動媒体を前記レシーバに収集する前記工程の前に、前記循環流路における前記レシーバと前記媒体ポンプとの間の流路区間に配置された下流バルブを閉じる工程を更に備え、
    前記収集流路に作動媒体を吸引する前記工程において、前記循環流路における前記凝縮器と前記レシーバとの間の流路区間に配置された上流バルブを閉状態にする一方で前記収集流路に配置された開閉バルブを開状態にし、
    液化した作動媒体を前記レシーバに流入させる前記工程において、前記蒸発器から前記凝縮器までの前記流路区間内の圧力が大気圧よりも低下すると、前記開閉バルブを前記開状態から閉状態にする
    請求項１０に記載の作動媒体収集方法。

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