JP5827480B2

JP5827480B2 - 発電装置

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Publication number: JP5827480B2
Application number: JP2011070205A
Authority: JP
Inventors: 足立　成人; 成人足立; 松村　昌義; 昌義松村; 裕成川; 成川　　裕; 和雄 ▲高▼橋
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2031-03-28
Also published as: JP2012202374A

Description

本発明は、発電装置に関するものである。

近年、省エネルギーの観点から、工場等の各種の設備からのいわゆる「排熱」を回収し、その回収された「排熱」のエネルギーを利用して発電を行なう発電装置へのニーズが高まっている。

そのような発電装置として、例えば特許文献１に開示されているような排熱発電装置が知られている。この特許文献１に開示された排熱発電装置は、作動流体の蒸発器と、作動流体蒸気に膨張仕事をさせるためのタービンと、作動流体蒸気を凝縮させるための凝縮器と、作動流体を循環させるための循環ポンプとが直列に接続された閉ループ状の循環流路を備えている。この循環流路では、作動流体が循環するときに熱サイクルが行われる一方、上記タービンで発電機を駆動する。なお、特にその排熱発電装置のなかでも、低沸点の作動媒体によってタービンや膨張機（エキスパンダ）を駆動するランキンサイクルを利用したバイナリー発電システムが知られている。

特許文献１に開示された排熱発電装置は、排熱を回収して作動媒体の高圧作動媒体蒸気を生成する蒸気発生器と、該高圧作動媒体蒸気を膨張させるタービンと、該タービンからの低圧蒸気を凝縮させる凝縮器と、作動媒体を循環させる作動媒体循環ポンプとを備えている。これら機器は作動媒体循環路によって接続されており、蒸気発生器とタービンとの間には気液分離器が配置されている。この気液分離器において作動媒体液から分離された作動媒体蒸気がタービンに導入される。

なお、上述した排熱発電装置においては、作動媒体を循環流路内で循環させるべく循環ポンプを配設することが必要であり、この循環ポンプには、当該循環ポンプよりも上流側に位置する凝縮器によって凝縮されて液化した作動媒体が吸入される。循環ポンプは液化された作動媒体を下流に位置する蒸気発生器に送出する役割を担う。

循環ポンプには、キャビテーションの発生を未然に防止するための方策が必要となる。キャビテーションは、流体機械において、その流体機械の内部を流れる媒体（液）の圧力が局部的に飽和蒸気圧に達することで、媒体が沸騰して小さな気泡が発生する現象である。この気泡が潰れる際には、その衝撃圧により流体機械の構成品に、いわゆるエロージョン（壊食）が発生する。例えば流体機械がターボ型流体機械であれば、その主要部品であるインペラ（羽根車）に損傷が生じる。循環ポンプにキャビテーションが生じた場合には、循環ポンプのメンテナンスのために、発電装置のシステム全体の運転を停止することが余儀なくされる。従って、循環ポンプのキャビテーションの発生を未然に防止するための方策が重要となる。

特許文献１に開示された排熱発電装置には、上述した構成に加え、凝縮器から蒸気発生器に作動媒体を循環させる循環量を制御する循環量制御手段と、気液分離器内の分離液面を検出する液面検出器とが設けられている。気液分離器で分離された分離液（作動媒体）は流量制御手段を介して凝縮器に導かれ、また液面検出器によって検出される気液分離器内の分離液面が所定のレベルとなるように、循環量制御手段が作動媒体の循環量を制御している。

また、この排熱発電装置には、熱回収器が設けられている。熱回収器は、気液分離器から凝縮器に分離液を導く経路に設けられており、分離液と凝縮器から蒸気発生器に送られた作動媒体とで熱交換を行う。

特許第４５５７７９３号公報

特許文献１に開示された排熱発電装置においては、循環ポンプのキャビテーションの発生を未然に防止するための方策が取られていないため、循環ポンプにおいてキャビテーションが発生する虞がある。しかも、この排熱発電装置は、蒸気発生器とタービンの間に気液分離器が配置されており、また気液分離器内の分離液面を検出する液面検出器が設けられているため、排熱発電装置としての構成が複雑である。

そこで、本発明は、前記従来技術を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、構成が複雑化することを回避しつつ、作動媒体を循環させるポンプでのキャビテーションの発生を抑制し得る発電装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明は、作動媒体液を蒸発させる蒸気発生手段と、作動媒体蒸気を膨張させる膨張機と、作動媒体蒸気を凝縮させる凝縮手段と、作動媒体を循環させるポンプと、が直列に接続された閉ループ状の循環流路を備え、前記膨張機で発電機を駆動する発電装置であって、前記循環流路における前記凝縮手段と前記ポンプとの間の流路に設けられ、当該ポンプの入り口側の作動媒体の圧力を検出する作動媒体圧力検出手段と、前記循環流路における前記凝縮手段と前記ポンプとの間の流路に設けられ、当該ポンプの入り口側の作動媒体の温度を検出する作動媒体温度検出手段と、前記作動媒体温度検出手段の検出値から前記ポンプの入り口側における作動媒体の飽和蒸気圧力を導出する導出手段と、前記循環流路における前記ポンプの下流側の位置に設けられ、当該ポンプから前記蒸気発生手段へ送出される作動媒体の圧力を検出する吐出圧力検出手段と、前記吐出圧力検出手段によって検知された前記作動媒体の圧力、及び前記導出手段によって導出された飽和蒸気圧力と前記作動媒体圧力検出手段によって検出された作動媒体の圧力との差圧の何れに対してもそれに応じて、前記ポンプによる作動媒体の送出流量を調整することによって前記作動媒体の循環量を調整する調整制御手段と、を有し、作動媒体の圧力Ｐｓ、飽和蒸気圧Ｐｔｈ及び０以上の所定の値αの間の関係がＰｓ−Ｐｔｈ≦αとなった場合に、前記ポンプの回転数をＰｓ−Ｐｔｈ＞αとなるまで時間をおきながら段階的に減少させる発電装置である。

本発明では、ポンプ入り口側での作動媒体の温度から導出された飽和蒸気圧力と、作動媒体圧力検出手段によって検出されたポンプ入り口側での作動媒体の圧力との差圧に応じて、作動媒体の循環量を調整するので、ポンプ入り口側での作動媒体の圧力を飽和蒸気圧力よりも高い状態に維持することができ、仮にその状態から外れることがあるとしても、短時間でその状態に復帰することが可能となる。このため、ポンプでのキャビテーションの発生を未然に防止し、あるいはキャビテーションの発生を抑制することが可能となる。しかも、気液分離器内の液面を検出する必要がないため、気液分離器及び液面検出器が不要となり、構成が複雑化することを回避することができる。

また本発明は、作動媒体液を蒸発させる蒸気発生手段と、作動媒体蒸気を膨張させる膨張機と、作動媒体蒸気を凝縮させる凝縮手段と、作動媒体を循環させるポンプと、が直列に接続された閉ループ状の循環流路を備え、前記膨張機で発電機を駆動する発電装置であって、前記循環流路における前記凝縮手段と前記ポンプとの間の流路に設けられ、当該ポンプの入り口側の作動媒体の圧力を検出する作動媒体圧力検出手段と、前記循環流路における前記凝縮手段と前記ポンプとの間の流路に設けられ、当該ポンプの入り口側の作動媒体の温度を検出する作動媒体温度検出手段と、前記作動媒体温度検出手段の検出値から前記ポンプの入り口側における作動媒体の飽和蒸気圧力を導出する導出手段と、前記循環流路に前記ポンプを迂回するように接続された還流流路と、前記還流流路に配設された還流調整弁と、前記循環流路における前記ポンプの下流側の位置に設けられ、当該ポンプから前記蒸気発生手段へ送出される作動媒体の圧力を検出する吐出圧力検出手段と、前記吐出圧力検出手段によって検知された前記作動媒体の圧力、及び前記導出手段によって導出された飽和蒸気圧力と前記作動媒体圧力検出手段によって検出された作動媒体の圧力との差圧の何れに対してもそれに応じて、前記還流調整弁を制御することによって前記作動媒体の循環量を調整する調整制御手段と、を有し、作動媒体の圧力Ｐｓ、飽和蒸気圧Ｐｔｈ及び０以上の所定の値αの間の関係がＰｓ−Ｐｔｈ≦αとなった場合に、前記還流調整弁の開度をＰｓ−Ｐｔｈ＞αとなるまで時間をおきながら段階的に増大させる発電装置である。

また本発明は、作動媒体液を蒸発させる蒸気発生手段と、作動媒体蒸気を膨張させる膨張機と、作動媒体蒸気を凝縮させる凝縮手段と、作動媒体を循環させるポンプと、が直列に接続された閉ループ状の循環流路を備え、前記膨張機で発電機を駆動する発電装置であって、前記循環流路における前記凝縮手段と前記ポンプとの間の流路に設けられ、当該ポンプの入り口側の作動媒体の圧力を検出する作動媒体圧力検出手段と、前記循環流路における前記凝縮手段と前記ポンプとの間の流路に設けられ、当該ポンプの入り口側の作動媒体の温度を検出する作動媒体温度検出手段と、前記作動媒体温度検出手段の検出値から前記ポンプの入り口側における作動媒体の飽和蒸気圧力を導出する導出手段と、前記循環流路における前記ポンプの下流側の位置に設けられ、当該ポンプから前記蒸気発生手段へ送出される作動媒体の圧力を検出する吐出圧力検出手段と、前記吐出圧力検出手段によって検知された前記作動媒体の圧力、及び前記導出手段によって導出された飽和蒸気圧力と前記作動媒体圧力検出手段によって検出された作動媒体の圧力との差圧の何れに対してもそれに応じて、前記冷却媒体の通じる冷却流路に配設された流量調整弁を制御することによって前記凝縮手段に供給される冷却媒体の供給量を調整する調整制御手段と、を有し、作動媒体の圧力Ｐｓ、飽和蒸気圧Ｐｔｈ及び０以上の所定の値αの間の関係がＰｓ−Ｐｔｈ≦αとなった場合に、前記流量調整弁の開度をＰｓ−Ｐｔｈ＞αとなるまで時間をおきながら段階的に増大させる発電装置である。

本発明では、吐出圧力検出手段によってポンプから蒸気発生手段へ送出される作動媒体の圧力が検出され、この検出された圧力に応じて、調整制御手段が作動媒体の循環量を調整する。このため、キャビテーションが発生したとしても、その状態から早期に脱することができる。このため、ポンプでのキャビテーションの発生を抑制することが可能となる。しかも、気液分離器内の液面を検出する必要がないため、気液分離器及び液面検出器が不要となり、構成が複雑化することを回避することができる。

以上説明したように、本発明によれば、構成が複雑化することを回避しつつ、作動媒体を循環させるポンプでのキャビテーションの発生を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る発電装置の構成を概略的に示す図である。前記発電装置においてポンプの出力を調整するときの制御動作を説明するためのフロー図である。前記発電装置の変形例においてポンプの出力を調整するときの制御動作を説明するためのフロー図である。本発明の第２実施形態に係る発電装置の構成を概略的に示す図である。第２実施形態に係る発電装置においてポンプの出力を調整するときの制御動作を説明するためのフロー図である。本発明の第３実施形態に係る発電装置の構成を概略的に示す図である。第３実施形態に係る発電装置においてポンプの出力を調整するときの制御動作を説明するためのフロー図である。本発明の第４実施形態に係る発電装置の構成を概略的に示す図である。第４実施形態に係る発電装置においてポンプの出力を調整するときの制御動作を説明するためのフロー図である。ポンプの吐出圧力の変動状態を説明するための図である。第５実施形態に係る発電装置においてポンプの出力を調整するときの制御動作を説明するためのフロー図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る発電装置１００の構成を示している。この発電装置１００は、１つの発電サイクル５０から構成されている。発電サイクル５０は、膨張機１と、凝縮器（凝縮手段）３と、ポンプ４と、蒸発器（蒸気発生器、蒸気発生手段）５とが設けられた閉ループ状の循環流路６を備えている。この循環流路６には、作動媒体としてフロン系の熱媒体（例えばＲ２４５ｆａ）が封入されている。作動媒体として水よりも沸点の低い熱媒体が使用されており、本実施形態に係る発電装置１００は、バイナリー発電装置として構成されている。

膨張機１は、循環流路６における蒸発器５の下流側に配置されており、蒸発器５で蒸発した作動媒体（蒸気）を膨張させることによって作動媒体から運動エネルギーを取り出す。膨張機１は、例えばスクリュ膨張機によって構成されている。スクリュ膨張機は、膨張機ケーシング内に形成されたロータ室（図示せず）に雌雄一対のスクリュロータ（図示せず）が収容された構成であり、循環流路６を通じて吸気口１ｓから供給される作動媒体の膨張力によってスクリュロータを回転させる。そして、ロータ室内で膨張して圧力が低下した作動媒体は、吐出口１ｄから循環流路６へ排気される。

膨張機１には、発電機２が接続されており、発電機２は膨張機１によって駆動される。発電機２は、発電機ケーシングの内部空間（図示せず）に固定子（図示せず）および回転子（図示せず）が収容された構成となっている。回転子は、膨張機１のスクリュロータと軸が一体であり、スクリュロータの回転に伴って回転し、固定子の巻線に電力を発生させる。膨張機１とこの発電機２によって発電手段が構成されている。

凝縮器３は、循環流路６における膨張機１の下流側に配置されており、膨張機１の吐出口１ｄから循環流路６に排出された作動媒体は、凝縮器３に導入される。凝縮器３では、作動媒体は、循環流路６とは別系統の回路（冷却媒体流路８）を流れる冷却水（冷却媒体）との熱交換によって凝縮して液体になる。すなわち、凝縮器３は、冷却媒体が流れる通路と作動媒体が流れる通路とを有し、冷却媒体と作動媒体との間で熱交換させる。

液体になった作動媒体は、ポンプ４によって所定の圧力まで加圧され、蒸発器５に送出される。蒸発器５は、循環流路６を流れる作動媒体（液）を蒸発させて蒸気を発生するためのものであり、例えば、循環流路６とは別系統の熱媒体流路７を流れる熱媒体（例えば低圧蒸気）によって作動媒体を加熱する。すなわち、蒸発器５は、作動媒体が流れる通路と外部の熱源から供給される熱媒体が流れる通路とを有し、この熱媒体と作動媒体との間で熱交換させる。蒸発器５において熱媒体と熱交換して気化した作動媒体は、飽和蒸気（あるいは過熱蒸気）となって、膨張機１に再供給される。

熱媒体流路７を介して蒸発器５に供給される熱媒体（加熱媒体）には、坑井（蒸気井）から採取された蒸気、工場等から排出された余剰の蒸気などのほか、太陽熱を熱源とする集光器、バイオマスや化石燃料を熱源とするボイラー、その他の設備などから生成された蒸気などが想定される。一方、冷却媒体流路８を介して凝縮器３に供給される冷却媒体には、クーリングタワーで製造される冷却水などが想定される。

ポンプ４は、循環流路６内で作動媒体を循環させるために設けられるものであり、循環流路６における凝縮器３の下流側に配置されている。すなわち、ポンプ４は、循環流路６のうち凝縮器３と蒸発器５とを接続する配管に設けられていて、凝縮器３側の作動媒体（液）を吸入して蒸発器５側に吐出する。ポンプ４としては、インペラをロータとして備える遠心ポンプ、ロータが一対のギアからなるギアポンプ等が好ましく用いられる。

発電装置１００は、制御装置１０を有している。この制御装置１０はタッチパネル等の入力・表示手段（図示せず）を備えている。

凝縮器３とポンプ４との間の循環流路６には、ポンプ４の入り口側の作動媒体の圧力Ｐｓを検出する作動媒体圧力検出手段の一例としての圧力センサ１１と、ポンプ４の入り口側の作動媒体の温度Ｔｓを検出する作動媒体温度検出手段の一例としての温度センサ１２とが設けられている。検出された作動媒体の圧力Ｐｓ、温度Ｔｓに相当する信号は制御装置１０に入力される。

制御装置１０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等を備えていて、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより所定の機能を発揮する。制御装置１０の機能には、導出手段２１、調整制御手段２３等が含まれている。

導出手段２１は、温度センサ１２の検出値からポンプ４入り口における作動媒体の飽和蒸気圧力を導出する。すなわち、制御装置１０には、作動媒体の温度と飽和蒸気圧力とを関連づける情報テーブルや後述する関数式が記憶されていて、導出手段２１は、このテーブルや関数式を利用して作動媒体の飽和蒸気圧力を導出する。

調整制御手段２３は、導出手段２１によって導出された飽和蒸気圧力と圧力センサ１１によって検出された作動媒体の圧力とから両者の差（差圧）を演算し、この導出された差圧に応じて、ポンプ４の出力を調整する。ポンプ４は、制御装置１０からの制御信号を受けて、ポンプ４のロータの回転数を変更し、ポンプ４より送出される作動媒体の送出流量を調整する。

ここで、ポンプ４の出力（回転数）を調整するときの発電装置１００の制御動作を、図２を参照しつつ説明する。なお、発電装置１００の主たる発電サイクル動作については、別の制御フローによって、初期状態すなわちステップＳＴ１で既に制御されており、ポンプ４のロータの回転数もその別の制御フローにて目標となる回転数に調整されているものとする。

ステップＳＴ１において、制御装置１０で保持する変数ｉを初期値０に、また回転数の調整量Δｒを初期値のΔｒ０に設定する。

そして、圧力センサ１１によってポンプ４の入り口側の作動媒体の圧力Ｐｓを検出し、温度センサ１２によってポンプ４の入り口側の作動媒体の温度Ｔｓを検出する（ステップＳＴ２）。

次いで、ステップＳＴ３において、制御装置１０は、温度センサ１２によって検出された温度Ｔｓから飽和蒸気圧Ｐｔｈ（Ｔｓ）を導出する。制御装置１０には予め関数式が記録されていて、制御装置１０は、その関数式と検出された温度Ｔｓとから飽和蒸気圧Ｐｔｈ（Ｔｓ）を導出する。なお、一般に、飽和蒸気圧は作動媒体ごとに特定される飽和蒸気圧曲線と温度に基づいて一義的に決定されるが、ここではその飽和蒸気圧を温度Ｔｓに対する関数式により導出されるものとする。飽和蒸気圧Ｐｔｈ（Ｔｓ）を導出する関数式は例えば以下のとおりである。
Ｐｔｈ（Ｔｓ）＝６．２１×１０^―７Ｔｓ^３
＋３．１３×１０^−５Ｔｓ^２
＋２．７３×１０^−３Ｔｓ
＋１．５４×１０^−１

次いで、ステップＳＴ４において、Ｐｓ−Ｐｔｈ＞αかどうかの判断がなされる。すなわち、未然にキャビテーションを防止するという観点から、ポンプ４の特性である「ＮＰＳＨ」（ＮｅｔＰｏｓｉｔｉｖｅＳｕｃｔｉｏｎＨｅａｄ）、すなわち、「ＮＰＳＨ−Ａ」（有効吸い込みヘッド、ＮｅｔＰｏｓｉｔｉｖｅＳｕｃｔｉｏｎＨｅａｄＡｖａｉｌａｂｌｅ）と、「ＮＰＳＨ−Ｒ」（必要有効吸込みヘッド、ＮｅｔＰｏｓｉｔｉｖｅＳｕｃｔｉｏｎＨｅａｄＲｅｑｕｉｒｅｄ）との差分「ＮＰＳＨ−Ａ」−「ＮＰＳＨ−Ｒ」に基づき、予め０（ゼロ）以上の所定の値αが設定されていて、ステップＳＴ４において、圧力センサ１１による検出圧力Ｐｓが、導出された飽和蒸気圧Ｐｔｈ＋所定値αよりも大きいか否かが判断される。

このステップＳＴ４での判断がＹＥＳであれば、ステップＳＴ５に移行して、改めて制御装置１０で保持する変数ｉを初期値０に、また回転数の調整量Δｒを初期値のΔｒ０に設定し、その上でステップＳＴ２に戻る。

他方、ステップＳＴ４での判断がＮＯであれば、ステップＳＴ６に移行する。ステップＳＴ６では、現在のポンプ４の回転数ｒから所定の回転数Δｒを減じた値が０より大であるかどうかが判断される。すなわち、次に所定の回転数Δｒだけポンプ４の回転数を下げたとしても、ポンプ４は回転し続けられるか否かが判断される。

ステップＳＴ６でＹＥＳの判断の場合には、ステップＳＴ７に移行して、変数ｉが初期値０であるかどうかが判断される。そして、ステップＳＴ７での判断がＹＥＳである場合には、ステップＳＴ８に移行する。ステップＳＴ８では、ポンプ４の回転数ｒが現状値から所定の回転数Δｒだけ下げられる。すなわち、圧力センサ１１で検知された圧力Ｐｓと導出された飽和蒸気圧Ｐｔｈ（Ｔｓ）との差圧が所定値α以下であれば、ポンプ４の回転数を所定回転数だけ下げる制御が実行される。これにより、ポンプ出力が低減し、ポンプ４から送出される作動媒体の循環量が低減される。作動媒体の循環量が減少すると、通常、ポンプ４の入り口側の作動媒体の圧力Ｐｓが現状よりも低くなる一方、凝縮器３において作動媒体から熱が奪われる割合が増えるので、ポンプ４入り口側での作動媒体の温度Ｔｓも現状より低くなる。それに伴って、導出される飽和蒸気圧Ｐｔｈ（Ｔｓ）も低くなる。なお、通常、作動媒体の圧力Ｐｓの減少の度合いよりも、飽和蒸気圧Ｐｔｈ（Ｔｓ）の減少の度合いの方が大きい。このため、ステップＳＴ８の実行により、Ｐｓ−Ｐｔｈ＞αの状態に復帰（ステップＳＴ４での判断がＮＯからＹＥＳに変更）されることが期待される。なお、ステップＳＴ８の実行のあと、ステップＳＴ９にて変数ｉをインクリメント（ｉを１つ増加）したうえで、ステップＳＴ２に戻る。

なお、ステップＳＴ８にて、ポンプ４により送出される作動媒体の循環量を減少させても、それによる効果が発揮されるにはある程度の時間が必要となる。したがって、一旦ステップＳＴ８を実行した後、すぐに再びステップＳＴ８を実行することがないよう、上述のステップＳＴ７及びステップＳＴ９、更には後述のステップＳＴ１０、ステップＳＴ１１が設けられている。

すなわち、ステップＳＴ７でＮＯの判断がなされた場合（つまり、その前にステップＳＴ９を実行して、ｉが１以上となっていること、ひいては一旦ステップＳＴ８を実行したことを意味する）、ステップＳＴ１０に移行し、変数ｉと定数ｎとの比較がなされ、ｉ＜ｎであるか否かの判断がなされる。ステップＳＴ１０での判断がＹＥＳ（ｉ＜ｎ）であれば、改めてステップＳＴ９にて変数ｉをインクリメント（ｉを１つ増加）したうえで、ステップＳＴ２に戻る。

ステップＳＴ１０での判断がＮＯ（すなわちｉ≧ｎ）であれば、ステップＳＴ１１に移行し、ｉを初期値０に設定したうえで、ステップＳＴ２に戻る。この状態から、ステップＳＴ４でＮＯ（すなわちＰｓ−Ｐｔｈ≦α）、ステップＳＴ６でＹＥＳ（すなわちポンプ回転数ｒ−Δｒ＞最低回転数）であれば、ｉは初期値０のままであるため、ステップＳＴ７でＹＥＳとの判断となり、ステップＳＴ８に移行し、再びポンプ４の回転数ｒが現状値から所定の回転数分Δｒだけ下げられることになる。

なお、ステップＳＴ６でＮＯと判断された場合には、次に所定の回転数Δｒだけポンプ４の回転数を下げるとポンプ４が回転し続けられない状態となる。そのため、ステップＳＴ６でＮＯと判断された場合には、ステップＳＴ１３に移行し、制御装置１０に備えられたタッチパネル等の入力・表示手段（図示せず）にて、その旨を表す警報を発信し、もしくはこの発電装置１００自体の運転を停止する。

上述した構成の発電装置１００では、ポンプ入り口側での作動媒体の圧力Ｐｓがポンプ入り口側での作動媒体の飽和蒸気圧力Ｐｔｈよりも所定値α以上高い状態から外れることがあったとしても、短時間でその状態に復帰することが可能となる。これにより、Ｐｓ−Ｐｔｈ＞αの状態に復帰（ステップＳＴ４での判断がＮＯからＹＥＳに変更）される可能性を高めること、ひいては、ポンプ４でのキャビテーションの発生を未然に防止し、あるいはキャビテーションの発生を抑制する効果を高めることができる。言い換えると、Ｐｓ−Ｐｔｈ＞αの状態に保ち易くすることができて、キャビテーションの発生を抑制することができる。しかも、気液分離器内の液面を検出する必要がないため、気液分離器及び液面検出器が不要となり、構成が複雑化することを回避することができる。

ここで、第１実施形態に係る発電装置１００の変形例の制御フローを図３に示す。なお、この図３に示した制御フローは、図２に示した制御フローと共通する部分がほとんどであるため、ここでは異なる部分についてのみ説明する。

図３に示した制御フローでは、ステップＳＴ１１の後にステップＳＴ１３が追加されている。ステップＳＴ１３では、ステップＳＴ８にてポンプ回転数ｒを減少される際のその減少分のΔｒ自体をΔｒ１だけ増加させている。これにより、ポンプ４の回転数の減少度合いを徐々に大きくすることが可能となる。これにより、更にＰｓ−Ｐｔｈ＞αの状態に復帰（ステップＳＴ４での判断がＮＯからＹＥＳに変更）される可能性をさらに高めることができる。したがって、ポンプ４でのキャビテーションの発生を未然に防止、あるいはキャビテーションの発生を抑制する効果をさらに高めることができる。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る発電装置１０１の構成を示している。この図４に示した第２実施形態の発電装置１０１は、図１に示した本発明の第１の実施形態の発電装置１００の構成とほぼ同じ構成であるので、ここでは異なる部分についてのみ説明する。

第２実施形態に係る発電装置１００は、図１に示した発電装置１００の構成に加え、還流流路１３と、この還流流路１３に配置された還流調整弁１４とが設けられている。

還流流路１３は、ポンプ４の上流側の循環流路６とポンプ４の下流側の循環流路６とを接続している。すなわち、還流流路１３は、ポンプ４を迂回するように循環流路６に接続されている。

還流調整弁１４はその開度を任意に調整可能な調整弁であり、制御装置１０から出力された制御信号によって開度を調整する。

調整制御手段２３は、導出手段２１によって導出された飽和蒸気圧力と圧力センサ１１によって検出された作動媒体の圧力とから両者の差（差圧）を演算し、この導出された差圧に応じて、制御装置１０は前記制御信号を出力する。

図５は、第２実施形態に係る発電装置１０１の制御フローのうち、ポンプ入り口側での作動媒体圧力の調整に関する制御を示している。この図５に示した制御フローは、図２に示した制御フローとほぼ同じであるので、以下、図２の制御フローと異なる部分についてのみ説明する。

図５に示した制御フローでは、図２に示した制御フローにおけるステップＳＴ１、ステップＳＴ５、ステップＳＴ６及びステップＳＴ８が相違しており、これらステップに代えて、ステップＳＴ１ａ、ステップＳＴ５ａ、ステップＳＴ６ａ及びステップＳＴ８ａを備える。

ステップＳＴ１ａでは、制御装置１０で保持する変数ｉを初期値０に、また還流調整弁１４の開度ｇの調整量Δｇを初期値Δｇ０に設定するとともに、開度ｇを初期値ｇ０とする。なお、ここでは開度ｇの初期値ｇ０は０（ゼロ）であるとし、ステップＳＴ１ａにおいて、還流調整弁１４は閉じられているものとする。ステップＳＴ５ａでもステップＳＴ１ａと同様である。

ステップＳＴ６ａでは、現在の還流調整弁１４の開度ｇから所定の開度調整量Δｇだけ増やした値が、還流調整弁１４の仕様上の最大開度より小であるかどうかが判断される。すなわち、ステップＳＴ６ａでは、次に所定の開度Δｇだけ還流調整弁１４の開度を増すことが可能か否かを判断している。

ステップＳＴ８ａでは、還流調整弁１４の開度ｇが現状値から所定の開度Δｇだけ増加される。これにより、ポンプ４の吐出側から送出される作動媒体の一部がそのポンプ４の吸込み側に還流され、結果として、循環流路６の作動媒体の循環量が減少する。この制御によっても、やはりＰｓ−Ｐｔｈ＞αの状態に復帰（ステップＳＴ４での判断がＮＯからＹＥＳに変更）されることが期待される。

なお、図５に点線で示したとおり、ステップＳＴ１１の後にステップＳＴ１３ａを追加しても良い。ステップＳＴ１３ａでは、ステップＳＴ８ａにて還流調整弁１４の開度ｇが増加される際のその増加分の開度調整量Δｇ自体をΔｇ１だけ増加させている。これにより、徐々に還流調整弁１４の開度ｇの増加の度合いを大きくすることが可能となる。

したがって、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、ポンプ入り口側での作動媒体の圧力Ｐｓがポンプ入り口側での作動媒体の飽和蒸気圧力Ｐｔｈよりも所定値α以上高い状態から外れることがあったとしても、短時間でその状態に復帰することが可能となる。これにより、Ｐｓ−Ｐｔｈ＞αの状態に復帰（ステップＳＴ４での判断がＮＯからＹＥＳに変更）される可能性を高めること、ひいては、ポンプ４でのキャビテーションの発生を未然に防止し、あるいはキャビテーションの発生を抑制する効果を高めることができる。

なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが前記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係る発電装置１０２を示している。第３実施形態に係る発電装置１０２は、図１に示した第１の実施形態の発電装置１００の構成とほぼ同じ構成を有しているので、ここでは異なる点についてのみ説明する。

第３実施形態の発電装置１０２は、図１に示した第１実施形態に係る発電装置１００の構成に加え、冷却媒体流量調整弁１５が追加されている。冷却媒体流量調整弁１５は、凝縮器３に供給される冷却媒体の流量を調整するためのものであり、冷却媒体流路８における凝縮器３よりも上流側に配置されている。冷却媒体流量調整弁１５は、制御装置１０から出力された制御信号によって開度を調整可能な調整弁である。

調整制御手段２３は、導出手段２１によって導出された飽和蒸気圧力と圧力センサ１１によって検出された作動媒体の圧力とから両者の差（差圧）を演算し、制御装置１０は、この導出された差圧に応じて、前記制御信号を出力する。

図７は、第３実施形態に係る発電装置１０２の制御フローのうち、ポンプ入り口側での作動媒体圧力の調整に関する制御を示している。この図７に示した制御フローは、図２に示した制御フロー或いは図５に示した制御フローとほぼ同じであるので、以下、図２の制御フローと異なる部分についてのみ説明する。

図７に示した制御フローは、図２に示した制御フローにおけるステップＳＴ１、ステップＳＴ５、ステップＳＴ６及びステップＳＴ８が相違しており、これらステップに代えて、ステップＳＴ１ｂ、ステップＳＴ５ｂ、ステップＳＴ６ｂ及びステップＳＴ８ｂを備える。

ステップＳＴ１ｂでは、制御装置１０で保持する変数ｉを初期値０に、また冷却媒体流量調整弁１５の開度ｈの調整量Δｈを初期値Δｈ０に設定するとともに、冷却媒体流量調整弁１５の開度ｈを初期値ｈ０とする。ステップＳＴ５ｂでもステップＳＴ１ｂと同様である。

ステップＳＴ６ｂでは、現在の冷却媒体流量調整弁１５の開度ｈから所定の開度Δｈを増やした値が、冷却媒体流量調整弁１５の仕様上の最大開度より小であるかどうかが判断される。すなわち、ステップＳＴ６ｂでは、次に所定の開度Δｈだけ冷却媒体流量調整弁１５の開度ｈを増すことが可能か否かを判断している。

ステップＳＴ８ｂでは、冷却媒体流量調整弁１５の開度ｈが現状値から所定の開度Δｈだけ増加される。これにより、冷却媒体流路８を通して凝縮器３に供給される冷却媒体の流量が増加し、凝縮器３での作動媒体と冷却媒体との熱交換が促進される。したがって、凝縮器３の出口側、つまりポンプ４の吸込み側の作動媒体の温度Ｔｓが低下する。結果として、ポンプ４の吸込み側の作動媒体の飽和蒸気圧Ｐｔｈ（Ｔｓ）も低下する。このため、この制御によっても、やはりＰｓ−Ｐｔｈ＞αの状態に復帰（ステップＳＴ４での判断がＮＯからＹＥＳに変更）されることが期待される。

なお、図７に点線で示したとおり、ステップＳＴ１１の後にステップＳＴ１３ｂを追加しても良い。ステップＳＴ１３ｂでは、ステップＳＴ８ｂにて冷却媒体流量調整弁１５の開度ｈが増加される際のその増加分の開度調整量Δｈ自体をΔｈ１だけ増加させている。これにより、徐々に冷却媒体流量調整弁１５の開度ｈの増加の度合いを大きくすることが可能となる。

したがって、第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、ポンプ入り口側での作動媒体の圧力Ｐｓがポンプ入り口側での作動媒体の飽和蒸気圧力Ｐｔｈよりも所定値α以上高い状態から外れることがあったとしても、短時間でその状態に復帰することが可能となる。これにより、Ｐｓ−Ｐｔｈ＞αの状態に復帰（ステップＳＴ４での判断がＮＯからＹＥＳに変更）される可能性を高めること、ひいては、ポンプ４でのキャビテーションの発生を未然に防止し、あるいはキャビテーションの発生を抑制する効果を高めることができる。

（第４実施形態）
図８は、本発明の第４実施形態に係る発電装置１０３の構成を示す。第４実施形態に係る発電装置１０３は、図１に示した第１の実施形態に係る発電装置１００とほぼ同じ構成を有しているので、ここでは異なる点についてのみ説明する。

第４の実施形態の発電装置１０３は、図１に示した第１の実施形態に係る発電装置１００の構成に吐出圧力検知手段１６が追加された構成となっている。吐出圧力検知手段１６は、冷却媒体流路８におけるポンプ４よりも下流側、即ちポンプ４の吐出側に配設されている。吐出圧力検知手段１６は、ポンプ４から蒸発器５へ送出される作動媒体の圧力（ポンプ４の吐出圧力Ｐｄ）を検知する。

調整制御手段２３は、導出手段２１によって導出された飽和蒸気圧力と圧力センサ１１によって検出された作動媒体の圧力とから両者の差（差圧）を演算し、制御装置１０は、この導出された差圧に応じて制御信号を出力する。また、調整制御手段２３は、吐出圧力検知手段１６による検知圧力の変動幅に応じて（変動幅が閾値未満であるか否かに応じて）、制御信号を出力する。ポンプ４は、制御装置１０からの制御信号を受けて、ポンプ４のロータの回転数を変更し、ポンプ４より送出される作動媒体の送出流量を調整する。

図９に示した制御フローは、図２に示した制御フローにおけるステップＳＴ２の前にステップＳＴ１４及びステップＳＴ１５が追加されている。これらステップ１４，ＳＴ１５は、吐出圧力検知手段１６にて検知したポンプ４の吐出圧力Ｐｄを利用して、ポンプ入り口側での作動媒体圧力の調整を行うためのステップである。ステップＳＴ１４において、吐出圧力検知手段１６によりポンプ４の吐出圧力Ｐｄを検知し、ステップＳＴ１５において、予め設定された時間内におけるポンプ４の変動幅ΔＰｄが、予め定めた閾値ΔＰｄｔｈ未満であるか否かが判断される。そして、ステップＳＴ１５における判断がＮＯの場合（変動幅ΔＰｄが閾値ΔＰｄｔｈ以上の場合）にステップＳＴ６に移る。

図１０に示すように、キャビテーションが発生すると、ポンプ４の吐出圧力Ｐｄの変動幅が大きくなる。このときの変動幅は正常時の変動幅の２倍以上である。制御装置１０は、この圧力の変動が予め定めた閾値ΔＰｄｔｈ以上であることを判断したら、キャビテーションが現に発生しているとみなして、その状態から脱すべく、ステップＳＴ８において、ポンプ４の回転数ｒを現状値から所定の回転数Δｒだけ下げる制御を実行する。すなわち、予め設定された閾値以上の圧力変動が検出された場合に、ポンプ４の出力を低減させて循環流路６を循環する作動媒体の循環量を低減させることにより、ポンプ４入り口側での圧力Ｐｓ及び温度Ｔｓを低く抑え、これによりキャビテーションの発生を抑えることができる。

また、この第４実施形態では、Ｐｓ−Ｐｔｈ＞αかどうかを判断するステップＳＴ４も含まれているため、吐出圧力Ｐｄの変動幅が閾値ΔＰｄｔｈ以上の場合、又はポンプ４の入り口側での圧力Ｐｓが飽和蒸気圧Ｐｔｈ＋α以下の場合に、ポンプ４の回転数ｒを下げる制御が実行され得る。したがって、キャビテーションの発生を抑制する効果を更に高めることができる。

（第５実施形態）
図１１は、本発明の第５の実施形態に係る発電装置の制御フローを示している。ここでは、図９に示した制御フローと相違する点についてのみ説明する。図１１に示した制御フローでは、図９に示した制御フローのステップＳＴ２からステップＳＴ４が省略されている。したがって、第５実施形態では、第４実施形態と異なり、ポンプ４の吐出圧力Ｐｄの変動幅に基づいてのみ、ポンプ４の回転数ｒを下げる制御を実行する。なお、第５実施形態では、圧力センサ１１及び温度センサ１２を省略可能である。

なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが前記第４実施形態と同様である。

１膨張機
１ｄ吐出口
１ｓ吸気口
２発電機
３凝縮器
４ポンプ
５蒸発器
６循環流路
７熱媒体流路
８冷却媒体流路
１０制御装置
１１圧力センサ
１２温度センサ
１３還流流路
１４還流調整弁
１５冷却媒体流量調整弁
１６吐出圧力検知手段
２１導出手段
２３調整制御手段
５０発電サイクル
１００発電装置
１０１発電装置
１０２発電装置
１０３発電装置

Claims

作動媒体液を蒸発させる蒸気発生手段と、作動媒体蒸気を膨張させる膨張機と、作動媒体蒸気を凝縮させる凝縮手段と、作動媒体を循環させるポンプと、が直列に接続された閉ループ状の循環流路を備え、前記膨張機で発電機を駆動する発電装置であって、
前記循環流路における前記凝縮手段と前記ポンプとの間の流路に設けられ、当該ポンプの入り口側の作動媒体の圧力を検出する作動媒体圧力検出手段と、
前記循環流路における前記凝縮手段と前記ポンプとの間の流路に設けられ、当該ポンプの入り口側の作動媒体の温度を検出する作動媒体温度検出手段と、
前記作動媒体温度検出手段の検出値から前記ポンプの入り口側における作動媒体の飽和蒸気圧力を導出する導出手段と、
前記循環流路における前記ポンプの下流側の位置に設けられ、当該ポンプから前記蒸気発生手段へ送出される作動媒体の圧力を検出する吐出圧力検出手段と、
前記吐出圧力検出手段によって検知された前記作動媒体の圧力、及び前記導出手段によって導出された飽和蒸気圧力と前記作動媒体圧力検出手段によって検出された作動媒体の圧力との差圧の何れに対してもそれに応じて、前記ポンプによる作動媒体の送出流量を調整することによって前記作動媒体の循環量を調整する調整制御手段と、を有し、
作動媒体の圧力Ｐｓ、飽和蒸気圧Ｐｔｈ及び０以上の所定の値αの間の関係がＰｓ−Ｐｔｈ≦αとなった場合に、前記ポンプの回転数をＰｓ−Ｐｔｈ＞αとなるまで時間をおきながら段階的に減少させる発電装置。
作動媒体液を蒸発させる蒸気発生手段と、作動媒体蒸気を膨張させる膨張機と、作動媒体蒸気を凝縮させる凝縮手段と、作動媒体を循環させるポンプと、が直列に接続された閉ループ状の循環流路を備え、前記膨張機で発電機を駆動する発電装置であって、
前記循環流路における前記凝縮手段と前記ポンプとの間の流路に設けられ、当該ポンプの入り口側の作動媒体の圧力を検出する作動媒体圧力検出手段と、
前記循環流路における前記凝縮手段と前記ポンプとの間の流路に設けられ、当該ポンプの入り口側の作動媒体の温度を検出する作動媒体温度検出手段と、
前記作動媒体温度検出手段の検出値から前記ポンプの入り口側における作動媒体の飽和蒸気圧力を導出する導出手段と、
前記循環流路に前記ポンプを迂回するように接続された還流流路と、
前記還流流路に配設された還流調整弁と、
前記循環流路における前記ポンプの下流側の位置に設けられ、当該ポンプから前記蒸気発生手段へ送出される作動媒体の圧力を検出する吐出圧力検出手段と、
前記吐出圧力検出手段によって検知された前記作動媒体の圧力、及び前記導出手段によって導出された飽和蒸気圧力と前記作動媒体圧力検出手段によって検出された作動媒体の圧力との差圧の何れに対してもそれに応じて、前記還流調整弁を制御することによって前記作動媒体の循環量を調整する調整制御手段と、を有し、
作動媒体の圧力Ｐｓ、飽和蒸気圧Ｐｔｈ及び０以上の所定の値αの間の関係がＰｓ−Ｐｔｈ≦αとなった場合に、前記還流調整弁の開度をＰｓ−Ｐｔｈ＞αとなるまで時間をおきながら段階的に増大させる発電装置。
作動媒体液を蒸発させる蒸気発生手段と、作動媒体蒸気を膨張させる膨張機と、作動媒体蒸気を凝縮させる凝縮手段と、作動媒体を循環させるポンプと、が直列に接続された閉ループ状の循環流路を備え、前記膨張機で発電機を駆動する発電装置であって、
前記循環流路における前記凝縮手段と前記ポンプとの間の流路に設けられ、当該ポンプの入り口側の作動媒体の圧力を検出する作動媒体圧力検出手段と、
前記循環流路における前記凝縮手段と前記ポンプとの間の流路に設けられ、当該ポンプの入り口側の作動媒体の温度を検出する作動媒体温度検出手段と、
前記作動媒体温度検出手段の検出値から前記ポンプの入り口側における作動媒体の飽和蒸気圧力を導出する導出手段と、
前記循環流路における前記ポンプの下流側の位置に設けられ、当該ポンプから前記蒸気発生手段へ送出される作動媒体の圧力を検出する吐出圧力検出手段と、
前記吐出圧力検出手段によって検知された前記作動媒体の圧力、及び前記導出手段によって導出された飽和蒸気圧力と前記作動媒体圧力検出手段によって検出された作動媒体の圧力との差圧の何れに対してもそれに応じて、前記冷却媒体の通じる冷却流路に配設された流量調整弁を制御することによって前記凝縮手段に供給される冷却媒体の供給量を調整する調整制御手段と、を有し、
作動媒体の圧力Ｐｓ、飽和蒸気圧Ｐｔｈ及び０以上の所定の値αの間の関係がＰｓ−Ｐｔｈ≦αとなった場合に、前記流量調整弁の開度をＰｓ−Ｐｔｈ＞αとなるまで時間をおきながら段階的に増大させる発電装置。