JP5851959B2 - 発電装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、蒸発させた作動媒体により膨張機を駆動して発電を行う発電装置およびその制御方法に関する。

従来、工場等の各種の設備からの排熱を回収し、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が知られている。このような発電装置の一例として、バイナリー発電装置、すなわち、膨張機を駆動するために低沸点の作動媒体を用いたランキンサイクルを利用した発電装置が特許文献１に開示されている。この発電装置は、作動媒体（発電作動流体）を蒸発させる蒸発器と、蒸発器から排出された作動媒体を過熱状態にする過熱器と、過熱器から排出される作動媒体により駆動される膨張機（タービン）と、膨張機から動力を得て発電する発電機と、膨張機から排出され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前記蒸発器に送り出すポンプとを備えている。

特開２０１１−２０８５６９号公報

ところで、膨張機には、一般に、過熱器から排出される過熱状態の作動媒体（過熱蒸気）により回転駆動されるスクリューロータが備わっており、このスクリューロータの潤滑等のために潤滑油が供給される。このため、膨張機から排出される作動媒体には微量の潤滑油が混入しており、この潤滑油が混入した作動媒体は、凝縮器で凝縮された後に蒸発器および過熱器へと送り出されることになる。

上記のように、蒸発器および過熱器には、潤滑油が混入した作動媒体が供給されるので、作動媒体から分離した潤滑油が蒸発器または過熱器に溜まるおそれがある。特に、過熱器では、ほとんど全ての作動媒体が蒸気の状態で流通することから、潤滑油が作動媒体に随伴しにくく、潤滑油が溜まり易いと考えられる。潤滑油が過熱器に溜まると、熱交換の伝熱面積が減少し、熱交換量が低下するので、過熱器から排出される作動媒体（過熱蒸気）の温度、圧力の低下を招き、ひいては発電効率の低下につながる。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、過熱器に潤滑油が溜まることに起因した発電効率の低下を効果的に防止することが可能な発電装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明の発電装置は、外部から供給される加熱媒体によって作動媒体の少なくとも一部を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器から排出された作動媒体を、外部から供給される加熱媒体により過熱状態にする過熱器と、前記過熱器で過熱状態となった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含む膨張機と、前記膨張機から動力を得て発電する発電機と、前記膨張機から排出された作動媒体を、外部から供給される冷却媒体によって凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器から排出された作動媒体を前記蒸発器に送り出すポンプと、前記膨張機と前記凝縮器との間、または、前記膨張機と前記過熱器との間に配置され、前記膨張機から排出された作動媒体に混入している潤滑油を作動媒体から分離する油分離器と、前記過熱器と前記油分離器とを繋ぐバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、前記バイパス弁の開閉を制御することにより、前記過熱器の下方部に溜まった潤滑油を前記油分離器へと導く油抜き制御を実行する制御手段と、前記過熱器を通過する前後における前記加熱媒体または作動媒体の温度を検出する複数の検出手段とを備え、前記制御手段は、前記検出手段により検出された温度に基づいて前記過熱器内の熱交換量を推定し、当該熱交換量が所定の閾値を下回った時点で、前記油抜き制御を実行する、ことを特徴とするものである（請求項１）。

また、本発明の制御方法は、外部から供給される加熱媒体によって作動媒体の少なくとも一部を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器から排出された作動媒体を、外部から供給される加熱媒体により過熱状態にする過熱器と、前記過熱器で過熱状態となった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含む膨張機と、前記膨張機から動力を得て発電する発電機と、前記膨張機から排出された作動媒体を、外部から供給される冷却媒体によって凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器から排出された作動媒体を前記蒸発器に送り出すポンプと、前記膨張機と前記凝縮器との間、または、前記膨張機と前記過熱器との間に配置され、前記膨張機から排出された作動媒体に混入している潤滑油を作動媒体から分離する油分離器と、前記過熱器と前記油分離器とを繋ぐバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、前記過熱器を通過する前後における前記加熱媒体または作動媒体の温度を検出する複数の検出手段とを備えた発電装置を制御する方法であって、前記過熱器を通過する前後における前記加熱媒体または作動媒体の温度を前記検出手段を用いて検出する検出工程と、前記バイパス弁を開くことにより、前記過熱器の下方部に溜まった潤滑油を前記バイパス通路を介して前記油分離器へと導く油抜き工程とを含み、前記油抜き工程は、前記検出工程で検出された温度に基づいて推定される前記過熱器内の熱交換量が所定の閾値を下回った時点で実行される、ことを特徴とするものである（請求項４）。

これらの発明によれば、油抜き制御（油抜き工程）に伴いバイパス弁が開かれることで、過熱器の下方部に溜まった潤滑油がバイパス通路を通じて油分離器に導かれるので、発電装置の運転中、過熱器に多くの潤滑油が溜まって熱交換量が低下することが回避される。これにより、過熱器から排出されて膨張機に供給される作動媒体（過熱蒸気）の温度、圧力が低下するのを防止でき、発電機による発電効率を良好に維持することができる。

また、過熱器の前後における作動媒体の温度に基づいて過熱器内での熱交換量が推定されるので、その熱交換量の低下の程度から過熱器に潤滑油が溜まっていることを精度よく検知できるとともに、熱交換量が低下した時点でバイパス弁を開くことにより、無駄のないタイミングで効率よく油抜き制御（油抜き工程）を実行することができる。

前記発電装置において、好ましくは、前記制御手段は、前記発電機による発電の開始時および終了時の少なくとも一方にて前記油抜き制御を実行する（請求項２）。

前記制御方法において、好ましくは、前記油抜き工程は、前記発電機による発電の開始時および終了時の少なくとも一方にて実行される（請求項５）。

これらの態様によれば、発電の開始時または終了時に油抜き制御（油抜き工程）が実行されるので、過熱器内の潤滑油を抜いてから実質的な発電を行うことができ、発電装置の運転中における発電効率の低下を確実に防止することができる。

前記発電装置において、前記発電機による発電の開始時に油抜き制御が実行される場合には、より好ましくは、前記過熱器に加熱媒体が供給された後に前記バイパス弁が開かれる（請求項３）。

前記制御方法において、前記発電機による発電の開始時に油抜き制御を実行する場合には、より好ましくは、前記過熱器に加熱媒体が供給された後に前記バイパス弁を開く（請求項６）。

これらの態様によれば、バイパス弁を開く前にバイパス通路の上流端と下流端との間に所定の圧力差を生じさせることができるので、過熱器に溜まっていた潤滑油を確実にバイパス通路を通じて排出することができる。

以上説明したように、本発明の発電装置およびその制御方法によれば、過熱器に潤滑油が溜まることに起因した発電効率の低下を効果的に防止することができる。

第１参考形態にかか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、過熱器に潤滑油が溜まった状態を説明するための図である。 前記発電装置の制御系を示すブロック図である。 前記発電装置の起動時に行われる処理を示すフローチャートである。 第２参考形態を説明するための図であり、発電装置の停止時に行われる処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態にかかる発電装置の構成を概略的に示す図である。 前記実施形態の発電装置の制御系を示すブロック図である。 変形例にかかる発電装置の構成を概略的に示す図である。

＜第１参考形態＞
図１を参照しつつ、第１参考形態にかかる発電装置について説明する。この発電装置は、作動媒体を加熱して蒸発させる蒸発器１と、蒸発器１から排出された作動媒体を加熱して過熱状態にする過熱器２と、過熱器２から排出された過熱状態の作動媒体により駆動される膨張機３と、膨張機３から動力を得て発電する発電機４と、膨張機３から排出された作動媒体から潤滑油を分離する油分離器５と、油分離器５から排出された作動媒体を冷却して凝縮させる凝縮器６と、凝縮器６から排出された作動媒体を蒸発器１に送り出すポンプ７と、これら各機器１〜７を互いに接続することにより、作動媒体が循環する閉回路を形成する循環流路９とを備えている。この発電装置に用いられる作動媒体は、水よりも沸点の低い媒体であり、その好適例としては、例えばＨＦＣ２４５Ｆａ等の代替フロンが挙げられる。

蒸発器１は、外部から供給される加熱媒体との熱交換によって液状の作動媒体を蒸発させる熱交換器であり、循環流路９におけるポンプ７の下流側に設けられている。蒸発器１には、加熱媒体を蒸発器１に供給するための導入流路１１と、蒸発器１から加熱媒体を排出するための排出流路１２とが接続されており、導入流路１１には、加熱媒体の蒸発器１への供給を継続または停止するための開閉可能な切替弁１３が設けられている。切替弁１３は、発電装置の運転中、開かれた状態に維持される。このとき、蒸発器１の内部では、導入流路１１を通じて供給された加熱媒体と、ポンプ７の下流側（ポンプ７と蒸発器１との間）に位置する循環流路９の第１部位９ａを通じて供給された作動媒体との間で熱交換が行われる。これにより、蒸発器１内を流通する作動媒体の温度が沸点まで上昇し、作動媒体が蒸発する。なお、蒸発器１では、必ずしも全ての作動媒体が蒸発する必要はなく、一部の作動媒体は液体のままで蒸発器１から排出されてもよい。

過熱器２は、外部から供給される加熱媒体との熱交換によって作動媒体を過熱状態にする熱交換器であり、循環流路９における蒸発器１の下流側に設けられている。過熱器２には、加熱媒体を過熱器２に供給するための導入流路１４と、過熱器２から加熱媒体を排出するための排出流路１５とが接続されており、導入流路１４には、加熱媒体の過熱器２への供給を継続または停止するための開閉可能な切替弁１６が設けられている。切替弁１６は、発電装置の運転中、開かれた状態に維持される。このとき、過熱器２の内部では、導入流路１４を通じて供給された加熱媒体と、蒸発器１の下流側（蒸発器１と過熱器２との間）に位置する循環流路９の第２部位９ｂを通じて供給された作動媒体との間で熱交換が行われる。これにより、過熱器２内を流通する作動媒体の温度が沸点を越える値まで上昇し、作動媒体が過熱状態へと変化する。

なお、蒸発器１および過熱器２に用いられる加熱媒体の具体例としては、坑井（蒸気井）から採取された蒸気や、工場等から排出された蒸気のほか、太陽熱を熱源とする集熱器により生成された蒸気や、バイオマスや化石燃料を熱源とするボイラーから生成された蒸気を挙げることができる。

膨張機３は、過熱器２から排出された過熱状態の作動媒体により回転駆動されるスクリュー膨張機であり、循環流路９における過熱器２の下流側に設けられている。具体的に、膨張機３は、内部にロータ室が形成されたケーシングと、ロータ室の内部に回転自在に支持されたスクリューロータ（ロータ）とを有している（いずれも図示せず）。前記ケーシングには、過熱器２から排出された作動媒体を前記ロータ室に導入するための吸気口が設けられており、この吸気口には、過熱器２の下流側に位置する循環流路９の第３部位９ｃが接続されている。また、前記ケーシングには、前記ロータ室に導入された作動媒体を排出するための排出口が設けられており、この排出口には、油分離器５の上流側に位置する循環流路９の第４部位９ｄが接続されている。過熱器２から循環流路９の第３部位９ｃに排出された過熱状態の作動媒体が前記吸気口を通じて前記ロータ室に供給されると、その作動媒体の膨張エネルギーにより前記スクリューロータが回転駆動されるとともに、その膨張に伴い圧力が低下した作動媒体が前記排出口から循環流路９の第４部位９ｄに排出される。

発電機４は、膨張機３に連動して回転する回転子を備えたＩＰＭ発電機（永久磁石同期発電機）であり、膨張機３の出力軸に連結されている。すなわち、膨張機３内で作動媒体が膨張して前記スクリューロータが回転駆動されると、これに連動して発電機４の回転子が回転して誘導電流が発生することにより、発電が行われるようになっている。

油分離器５は、循環流路９における膨張機３と凝縮器６との間に設けられている。この油分離器５は、膨張機３から循環流路９の第４部位９ｄを通じて排出された作動媒体に混入している潤滑油を分離し、この分離した潤滑油を油分離器５内に貯蓄する。すなわち、膨張機３には、前記スクリューロータの潤滑や軸受け部のシール等を目的として潤滑油が
供給されるので、この膨張機３から排出される作動媒体には潤滑油が混入しており、この潤滑油が混入された作動媒体がそのまま凝縮器６や蒸発器１、過熱器２に供給されると、熱交換量が低下して作動媒体の蒸発や凝縮が阻害されるおそれがある。そこで、このような事態を防止すべく、膨張機３の下流側に油分離器５が設けられ、この油分離器５によって作動媒体から潤滑油が分離されるようになっている。

油分離器５と膨張機３とは、油流路２０によって互いに接続されており、油流路２０の途中部には、潤滑油ポンプ２１が設けられている。潤滑油ポンプ２１が駆動されることで、油分離器５に貯留されている潤滑油が油流路２０を通じて再び膨張機３に供給される。

凝縮器６は、外部から供給される冷却媒体との熱交換によってガス状の作動媒体を凝縮させる熱交換器である。凝縮器６には、冷却媒体を凝縮器６に供給するための導入流路１７と、凝縮器６から冷却媒体を排出するための排出流路１８とが接続されており、導入流路１７には、冷却媒体の凝縮器６への供給を継続または停止するための開閉可能な切替弁１９が設けられている。切替弁１９は、発電装置の運転中、開かれた状態に維持される。このとき、凝縮器６の内部では、導入流路１７を通じて導入された冷却媒体と、油分離器５の下流側（油分離器５と凝縮器６との間）に位置する循環流路９の第５部位９ｅを通じて導入された作動媒体との間で熱交換が行われる。これにより、凝縮器６内を流通する作動媒体の温度が凝縮点未満まで低下し、作動媒体が凝縮する。なお、凝縮器６に用いられる冷却媒体の具体例としては、クーリングタワーで生成された冷却水を挙げることができる。

ポンプ７は、循環流路９における凝縮器６の下流側（蒸発器１と凝縮器６との間）に設けられている。ポンプ７には、凝縮器６で凝縮された液状の作動媒体が、ポンプ７の上流側に位置する循環流路９の第６部位９ｆを通じて供給される。この第６部位９ｆから導入される液状の作動媒体は、ポンプ７によって所定の圧力まで加圧された後に、循環流路９の第１部位９ａを通じて蒸発器１に送り出される。なお、ポンプ７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を用いることができる。

ここで、上述したように、膨張機３から排出される作動媒体には潤滑油が混入しており、潤滑油は油分離器５で作動媒体から分離されて回収されるが、油分離器５よりも下流側の凝縮器６、蒸発器１、および過熱器２にも、若干の潤滑油が混入した作動媒体が供給される。このうち、凝縮器６および蒸発器１の内部では、部分的とはいえ液状の作動媒体が流通するので、潤滑油が作動媒体に随伴し易く、凝縮器６および蒸発器１の内部には潤滑油が溜まりにくい。一方、過熱器２の内部では、蒸発したガス状の作動媒体が流通するので、潤滑油が作動媒体に随伴しにくい。このため、過熱器２の内部には、凝縮器６および蒸発器１に比べて、潤滑油が溜まり易いといえる。図２に示すＰは、過熱器２の下方部に溜まった潤滑油を示している。このように、過熱器２内に潤滑油が溜まると、熱交換の伝熱面積が減少し、熱交換量が低下するので、過熱器から排出される作動媒体（過熱蒸気）の温度、圧力の低下を招き、ひいては発電効率の低下につながる。

そこで、当参考形態では、過熱器２の下方部に溜まった潤滑油（図２のＰ）を抜くために、バイパス通路２５が設けられている。このバイパス通路２５は、膨張機３をバイパスし、且つ過熱器２と油分離器５とを繋ぐように設けられている。具体的には、蒸発器１と過熱器２との間に位置する循環流路９の第２部位９ｂにバイパス通路２５の上流端が接続されるとともに、膨張機３と油分離器５との間に位置する循環流路の第４部位９ｄにバイパス通路２５の下流端が接続されている。このように、バイパス通路２５は、循環流路９の第２部位９ｂおよび第４部位９ｄを介して、過熱器２と油分離器５とを繋いでいる。

バイパス通路２５の途中部には、開閉可能なバイパス弁２６が設けられている。このバイパス弁２６が開かれると、過熱器２の下方部に溜まった潤滑油Ｐが作動媒体とともにバイパス通路２５を通じて油分離器５側に流れ込み、過熱器２からの油抜きが図られる。

図３は、当参考形態の発電装置の制御系を示すブロック図である。本図において、制御手段３０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ものである。制御手段３０は、発電機４、ポンプ７、切替弁１３，１６，１９、潤滑油ポンプ２１、バイパス弁２６と電気的に接続されており、発電装置の運転中、これらの機器に制御用の信号を出力する。この制御手段３０が行う各種制御には、バイパス弁２６を開くことで過熱器２内の潤滑油Ｐを抜く油抜き制御が含まれる。

当参考形態において、前記油抜き制御は、発電装置の起動時、つまり発電機４による発電が開始されるときに行われる。そこで、以下では、発電装置の起動時に行われる処理について詳しく説明する。

図４は、発電装置の起動時に実行される処理を示すフローチャートである。なお、このフローチャートに示す処理が行われる前の時点で、発電装置は停止しているものとする。

図４に示す処理は、例えば、発電装置を操作するオペレータによって起動のための所定の操作（図示しない「起動スイッチ」の押圧など）が行われたときにスタートする。すると、制御手段３０は、蒸発器１の導入流路１１に設けられた切替弁１３と、過熱器２の導入流路１４に設けられた切替弁１６とをそれぞれ開く処理を実行することにより、導入流路１１を通じて蒸発器１に加熱媒体を供給するとともに、導入流路１４を通じて過熱器２に加熱媒体を供給する（ステップＳ１）。

次いで、制御手段３０は、凝縮器６の導入流路１７に設けられた切替弁１９を開く処理を実行することにより、導入流路１７を通じて凝縮器６に冷却媒体を供給する（ステップＳ２）。

次いで、制御手段３０は、潤滑油ポンプ２１を駆動する処理を実行する（ステップＳ３）。これにより、油分離器５に貯留されている潤滑油が、油流路２０を通じて膨張機３に供給される。

次いで、制御手段３０は、バイパス弁２６を開く処理を実行するとともに（ステップＳ４）、ポンプ７を駆動する処理を実行して作動媒体の循環を開始させる（ステップＳ５）。これにより、膨張機３のスクリューロータが回転駆動されるとともに、過熱器２に溜まっている潤滑油Ｐ（図２）がバイパス通路２５を通じて油分離器５へと導かれる。つまり、過熱器２に対する油抜き制御が開始される。

具体的に、バイパス弁２６が開いている状態でポンプ７が駆動されると、蒸発器１および過熱器２を通じて過熱状態にされたガス状の作動媒体（過熱蒸気）の一部が膨張機３に流入し、残りはバイパス通路２５に流入する。膨張機３に流入した一部の作動媒体は、膨張して前記スクリューロータを回転させた後、流入時よりも低い温度および圧力で膨張機３から排出され、循環流路９の第４部位９ｄを通じて油分離器５へと導入される。一方、バイパス通路２５に流入した残りの作動媒体は、バイパス通路２５を通じて（膨張機３をバイパスして）膨張機３の下流側に排出され、循環流路９の第４部位９ｄを通じて油分離器５へと導入される。このとき、過熱器２の下方部に溜まっていた潤滑油Ｐは、バイパス通路２５を流れる作動媒体とともに過熱器２から排出されて油分離器５へと導入される。

次いで、制御手段３０は、内蔵するタイマーのカウントに基づいて、ポンプ７の駆動開始から所定時間が経過したか否かを判定し（ステップＳ６）、ここでＹＥＳと判定されて所定時間の経過が確認された時点で、バイパス弁２６を閉じる処理を実行する（ステップＳ７）。これにより、バイパス通路２５を通じた作動媒体の流れが遮断され、上述した油抜き制御が終了する。このように、油抜き制御は、予め定められた所定時間に亘って継続された後に終了するようになっている。なお、ここでの所定時間は、過熱器２に溜まっていた潤滑油Ｐを充分に排出させることができる程度の時間に設定される。

以上のようにして油抜き制御が終了すると、その後は、バイパス弁２６を閉じた状態でポンプ７の駆動を継続する定常運転へと移行する（ステップＳ８）。この定常運転では、蒸発器１および過熱器２を通じて生成された過熱状態の作動媒体が全て膨張機３に導入されることにより、膨張機３のスクリューロータが高回転で回転するので、発電機４によって充分な量の発電が行われる。

以上説明したように、第１参考形態では、発電装置の起動時（つまり発電機４による発電の開始時）に、過熱器２の下方部に溜まった潤滑油Ｐをバイパス通路２５を通じて油分離器５に導く油抜き制御が実行されるので、過熱器２内の潤滑油Ｐを抜いてから実質的な発電を行うことができ、発電装置の運転中、過熱器２に多くの潤滑油が溜まって熱交換量が低下するのを確実に回避することができる。これにより、過熱器２から排出されて膨張機３に供給される作動媒体（過熱蒸気）の温度、圧力が低下するのを効果的に防止でき、発電機４による発電効率を良好に維持することができる。

特に、前記第１参考形態では、ガス状の作動媒体（蒸発器１で蒸発した作動媒体）が流通するために潤滑油がより溜まり易い過熱器２に対し、前記油抜き制御を実行するようにしたため、例えば過熱器２ではなく蒸発器１に対し同様の油抜き制御を適用した場合と異なり、より効率よく潤滑油の回収を図ることができ、発電効率の低下をより確実に防止することができる。

また、前記第１参考形態では、図４のステップＳ１〜Ｓ４に示したように、過熱器２に加熱媒体を供給した後に（つまり切替弁１６を開いた後に）、バイパス弁２６を開くとともにポンプ７を駆動して油抜き制御を実行するようにしたため、バイパス弁２６を開く前にバイパス通路２５の上流端と下流端との間に所定の圧力差を生じさせることができ、過熱器２に溜まっていた潤滑油Ｐを確実にバイパス通路２５に流すことができる。

すなわち、過熱器２に加熱媒体が供給されると、過熱器２の内部圧力が高まり、膨張機３の下流側（循環流路９の第４部位９ｄ）の圧力よりも高い値になるので、その状態でバイパス弁２６を開く等により、過熱器２に溜まっていた潤滑油Ｐが自然にバイパス通路２５を通じて下流側に流れ出し、確実に油分離器５側へと導入される。

なお、前記第１参考形態では、過熱器２に潤滑油が溜まり易いことからこの過熱器２に対してのみ油抜き制御を実行するようにしたが、蒸発器１にも多少の潤滑油が溜まることが考えられるので、この蒸発器１に溜まった潤滑油を抜くための油抜き制御を、前記過熱器２に対する油抜き制御に加えて実行してもよい。そのためには、蒸発器１の上流側に位置する循環流路９の第１部位９ａと、膨張機３の下流側に位置する循環流路９の第４部位９ｄとを繋ぐバイパス通路を設けるとともに、このバイパス通路を開閉するバイパス弁を設けるとよい。このようにすれば、蒸発器１および過熱器２の両方に対し油抜き制御を実行できるので、発電効率の低下をさらに確実に防止することができる。

＜第２参考形態＞
前記第１参考形態では、発電装置の起動時に油抜き制御を実行するようにしたが、油抜き制御は、発電装置の停止時、つまり発電機４による発電が終了される時点で実行してもよい。そこで、発電装置の停止時に油抜き制御を実行する場合の具体例を、第２参考形態として説明する。なお、この第２参考形態においても、発電装置の構成は、先の第１参考形態に示したもの（図１〜図３）と同じである。

図５は、第２参考形態において、発電装置の停止時に行われる処理を示すフローチャートである。なお、このフローチャートに示す処理が行われる前の時点で、発電装置は定常運転されているものとする。

図５に示す処理は、例えば、発電装置を操作するオペレータによって停止のための所定の操作（図示しない「停止スイッチ」の押圧など）が行われたときにスタートする。すると、制御手段３０は、バイパス弁２６を開く処理を実行する（ステップＳ１０）。これにより、過熱器２の下方部に溜まっていた潤滑油Ｐ（図２）をバイパス通路２５を通じて油分離器５に導く油抜き制御が開始される。

次いで、制御手段３０は、所定時間が経過するのを待った上で（ステップＳ１１）、作動媒体を潤滑させるためのポンプ７を停止させる処理を実行する（ステップＳ１２）。これにより、作動媒体の循環が停止されるので、膨張機３の回転が停止し、油抜き制御も終了する。

次いで、制御手段３０は、バイパス弁２６を閉じるとともに、潤滑油ポンプ２１を停止させる処理を実行する（ステップＳ１３，Ｓ１４）。さらに、切替弁１３，１６，１９を閉じる処理を実行することにより、蒸発器１および過熱器２への加熱媒体の供給を停止させるとともに、凝縮器６への冷却媒体の供給を停止させる（ステップＳ１５，Ｓ１６）。これにより、発電装置の運転が完全に停止される。

以上説明したように、本発明の第２参考形態によれば、発電装置の停止時（つまり発電機４による発電の終了時）に、過熱器２の下方部に溜まっていた潤滑油Ｐをバイパス通路２５を通じて油分離器５に導く油抜き制御が実行されるので、先の第１参考形態と同様、過熱器２の性能を良好に維持し、発電効率の低下を効果的に防止することができる。

なお、この第２参考形態や先の第１参考形態に示したように、発電装置の起動時または停止時に油抜き制御を実行するのではなく、発電装置の運転中、所定の条件が成立した時点で油抜き制御を実行してもよい。次に、その一例を本発明の実施形態として説明する。

＜実施形態＞
図６は、本発明の実施形態にかかる発電装置の構成を示す図である。この実施形態の発電装置は、過熱器２の上流側（循環流路９の第２部位９ｂ）を流れる作動媒体の温度を検出する検出手段としての温度センサＳＷ１と、過熱器２の下流側（循環流路９の第３部位９ｃ）を流れる作動媒体の温度を検出する検出手段としての温度センサＳＷ２とを備えている。これら温度センサＳＷ１，ＳＷ２を備える点以外は、先の第１参考形態に示した発電装置の構成と同じである。

図７は、実施形態の発電装置の制御系を示すブロック図である。この実施形態でも、先の第１参考形態と同様、発電機４、ポンプ７、切替弁１３，１６，１９、潤滑油ポンプ２１、およびバイパス弁２６を制御する制御手段３０が備わっている。制御手段３０は、上述した温度センサＳＷ１，ＳＷ２と電気的に接続されており、各温度センサＳＷ１，ＳＷ２で検出された情報が制御手段３０に逐次入力されるようになっている。

制御手段３０は、発電装置の運転中、温度センサＳＷ１，ＳＷ２により検出された温度に基づいて過熱器２内の熱交換量を推定し、この熱交換量が所定の閾値を下回った時点でバイパス弁２６を開いて、過熱器２に対する油抜き制御を実行する。

具体的に、過熱器２内の熱交換量Ｑは、次式（１）により演算される。

Ｑ＝Ｆ×（Ｔ２−Ｔ１）・・・・（１）
ここに、
Ｆ：循環流路９を循環する作動媒体の流量
Ｔ２：過熱器２の下流側の作動媒体の温度（温度センサＳＷ２の検出値）
Ｔ１：過熱器２の上流側の作動媒体の温度（温度センサＳＷ１の検出値）である。

制御手段３０は、温度センサＳＷ１，ＳＷ２から入力される温度の検出値に基づいて、前記式（１）を用いた演算を行い、過熱器２内での熱交換量Ｑを推定する処理を逐次実行する。そして、この熱交換量Ｑが、予め定められた閾値（例えば、ベストコンディションで得られる熱交換量から所定の割合だけ減算したもの）を下回った時点で、バイパス通路２５に設けられたバイパス弁２６を開くことにより、過熱器２の下方部に溜まった潤滑油Ｐ（図２）を油分離器５に導く油抜き制御を実行する。なお、前記式（１）における作動媒体の流量Ｆは、作動媒体を循環させるためのポンプ７の回転数から推定することが可能である。

以上説明したように、本発明の実施形態では、過熱器２の前後における作動媒体の温度に基づいて過熱器２内での熱交換量が推定されるので、その熱交換量の低下の程度から過熱器２に潤滑油が溜まっていることを精度よく検知できるとともに、熱交換量が低下した時点でバイパス弁２６を開くことにより、無駄のないタイミングで効率よく油抜き制御を実行することができる。

なお、前記実施形態では、式（１）に示したように、過熱器２の上流側を流れる作動媒体の温度Ｔ１と、過熱器２の下流側を流れる作動媒体の温度Ｔ２とに基づいて、過熱器２内での熱交換量Ｑを推定したが、熱交換量Ｑを推定する方法はこれに限られない。例えば、過熱器２に加熱媒体を供給するための導入流路１４を流れる加熱媒体の温度と、過熱器２から加熱媒体を排出するための排出流路１５を流れる加熱媒体の温度とに基づいて、熱交換量Ｑを推定することも可能である。具体的に、前者の温度（過熱器２を通過する前の加熱媒体の温度）をＴ１’、後者の温度（過熱器２を通過した後の加熱媒体の温度）をＴ２’、加熱媒体の流量をＦ’とすると、熱交換量Ｑは、Ｆ’×（Ｔ１’−Ｔ２’）として演算することができる。

＜変形例＞
図８は、第１参考形態を変形した変形例に係る発電装置を示す図である。この発電装置では、油分離器５が膨張機３と過熱器２との間に配置される。バイパス通路２５’は、過熱器２の上流部と油分離器５の上流部とを繋いでおり、このバイパス通路２５’の途中部にバイパス弁２６’が設けられている。他の構造は、第１参考形態に係る発電装置と同様である。発電装置の起動時に実行される処理も、第１参考形態と同様である。発電装置の起動時には、バイパス弁２６’が開いている状態でポンプ７が駆動される。これにより、蒸発器１から作動媒体の一部が過熱器２に流入し、残りはバイパス通路２５’を介して油分離器５に流入する。このとき、過熱器２の下方部に溜まっていた潤滑油Ｐは、バイパス通路２５’を流れる作動媒体とともに油分離器５へと導入される。

前記変形例においても、過熱器２に多くの潤滑油が溜まって熱交換量が低下するのを確実に回避することができる。なお、前記変形例では、第２参考形態と同様に、発電装置の停止時に油抜き制御が行われてもよく、前記実施形態と同様に、発電装置の運転中に油抜き制御が行われてもよい。

＜その他の変形例＞
以上、本発明の実施形態、参考形態、およびそれらの変形例について説明したが、さらに別の種々の変形が可能である。

例えば、過熱器２に溜まっている潤滑油を抜く油抜き制御を、発電装置の運転中に、予め定められた一定の時間ごとに実行するようにしてもよい。このようにすれば、時間を計測するだけの簡単な処理により、油抜き制御を実行するタイミングを決定することができる。

また、第１、第２参考形態および実施形態では、過熱器２の上流側に位置する循環流路９の第２部位９ｂにバイパス通路２５の上流端を接続し、且つ膨張機３の下流側に位置する循環流路の第４部位９ｄにバイパス通路２５の下流端を接続することにより、バイパス通路２５を介して（より正確には循環流路９の第２、第４部位９ｂ，９ｄとバイパス通路２５とを介して）過熱器２と油分離器５とを繋ぐようにしたが、過熱器２と油分離器５とを直接繋ぐようにバイパス通路２５を設けてもよい。

このことは、図８の変形例でも同様である。すなわち、過熱器２と油分離器５とを直接繋ぐようにバイパス通路２５を設けてもよい。

また、第１、第２参考形態、実施形態、および変形例では、過熱器２に対する加熱媒体の供給の有無を切替弁１６の開閉によって切り替えるようにしたが、例えば、過熱器２に加熱媒体を供給するための導入流路１４の途中に、加熱媒体を圧送するためのポンプが設けられている場合には、このポンプの駆動／停止によって加熱媒体の供給の有無を切り替えるようにしてもよい。このことは、蒸発器１に対する加熱媒体の供給の有無、または凝縮器６に対する冷却媒体の供給の有無を切り替える場合でも、同様である。

１ 蒸発器
２ 過熱器
３ 膨張機
４ 発電機
５ 油分離器
６ 凝縮器
７ ポンプ
２５（２５’） バイパス通路
２６（２６’） バイパス弁
３０ 制御手段
ＳＷ１ 温度センサ（検出手段）
ＳＷ２ 温度センサ（検出手段）

Claims (6)

1. 外部から供給される加熱媒体によって作動媒体の少なくとも一部を蒸発させる蒸発器と、
   前記蒸発器から排出された作動媒体を、外部から供給される加熱媒体により過熱状態にする過熱器と、
   前記過熱器で過熱状態となった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含む膨張機と、
   前記膨張機から動力を得て発電する発電機と、
   前記膨張機から排出された作動媒体を、外部から供給される冷却媒体によって凝縮させる凝縮器と、
   前記凝縮器から排出された作動媒体を前記蒸発器に送り出すポンプと、
   前記膨張機と前記凝縮器との間、または、前記膨張機と前記過熱器との間に配置され、前記膨張機から排出された作動媒体に混入している潤滑油を作動媒体から分離する油分離器と、
   前記過熱器と前記油分離器とを繋ぐバイパス通路と、
   前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、
   前記バイパス弁の開閉を制御することにより、前記過熱器の下方部に溜まった潤滑油を前記油分離器へと導く油抜き制御を実行する制御手段と、
   前記過熱器を通過する前後における前記加熱媒体または作動媒体の温度を検出する複数の検出手段とを備え、
   前記制御手段は、前記検出手段により検出された温度に基づいて前記過熱器内の熱交換量を推定し、当該熱交換量が所定の閾値を下回った時点で、前記油抜き制御を実行する、ことを特徴とする発電装置。
2. 請求項１記載の発電装置において、
   前記制御手段は、前記発電機による発電の開始時および終了時の少なくとも一方にて前記油抜き制御を実行する、ことを特徴とする発電装置。
3. 請求項２記載の発電装置において、
   前記発電機による発電の開始時に実行される油抜き制御では、前記過熱器に加熱媒体が供給された後に前記バイパス弁が開かれる、ことを特徴とする発電装置。
4. 外部から供給される加熱媒体によって作動媒体の少なくとも一部を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器から排出された作動媒体を、外部から供給される加熱媒体により過熱状態にする過熱器と、前記過熱器で過熱状態となった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含む膨張機と、前記膨張機から動力を得て発電する発電機と、前記膨張機から排出された作動媒体を、外部から供給される冷却媒体によって凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器から排出された作動媒体を前記蒸発器に送り出すポンプと、前記膨張機と前記凝縮器との間、または、前記膨張機と前記過熱器との間に配置され、前記膨張機から排出された作動媒体に混入している潤滑油を作動媒体から分離する油分離器と、前記過熱器と前記油分離器とを繋ぐバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、前記過熱器を通過する前後における前記加熱媒体または作動媒体の温度を検出する複数の検出手段とを備えた発電装置を制御する方法であって、
   前記過熱器を通過する前後における前記加熱媒体または作動媒体の温度を前記検出手段を用いて検出する検出工程と、
   前記バイパス弁を開くことにより、前記過熱器の下方部に溜まった潤滑油を前記バイパス通路を介して前記油分離器へと導く油抜き工程とを含み、
   前記油抜き工程は、前記検出工程で検出された温度に基づいて推定される前記過熱器内の熱交換量が所定の閾値を下回った時点で実行される、ことを特徴とする発電装置の制御方法。
5. 請求項４記載の発電装置の制御方法において、
   前記油抜き工程は、前記発電機による発電の開始時および終了時の少なくとも一方にて実行される、ことを特徴とする発電装置の制御方法。
6. 請求項５記載の発電装置の制御方法において、
   前記発電機による発電の開始時に油抜き工程を実行する際には、前記過熱器に加熱媒体が供給された後に前記バイパス弁を開く、ことを特徴とする発電装置の制御方法。
   

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