JP6013987B2 - 発電装置及び発電装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、発電装置及びその制御方法に関するものである。

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。そのような発電装置のうち、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。この発電機は、作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記作動媒体を膨張させる膨張機と、前記膨張機から前記作動媒体とともに排出される潤滑油を分離する油分離器と、前記作動媒体を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された作動媒体を前記蒸発器へ送る作動媒体ポンプと、が直列に接続された循環流路と、前記膨張機内で前記作動媒体が膨張することにより駆動される発電機と、前記油分離器内の潤滑油を前記膨張機へ送る潤滑油ポンプと、を備えている。

特開２００３−１６１１１４号公報

一般に、発電装置の起動前においては、油分離器内に貯留されている潤滑油の温度は低くなっているため、当該潤滑油の粘度が高い。そのため、この状態で前記潤滑油ポンプ及び前記作動媒体ポンプが駆動されると、膨張機がスムーズに駆動される程度に十分な量の潤滑油が当該膨張機の軸受部に供給されない場合がある。この場合、膨張機の軸受部が焼き付くといった不具合が発生するおそれがある。

上記特許文献１に記載された発明の発電装置は、その起動方法について何ら記載されていないため、この発電装置をそのまま起動すると、上記のように、膨張機の軸受部が焼き付くといった不具合の発生が懸念される。

本発明の目的は、発電装置の起動時における膨張機の焼き付きを防止することである。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記作動媒体を膨張させる膨張機と、前記膨張機から前記作動媒体とともに排出される潤滑油を分離する油分離器と、前記作動媒体を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された作動媒体を前記蒸発器へ送る作動媒体ポンプと、が直列に接続された循環流路と、前記膨張機内で前記作動媒体が膨張することにより駆動される発電機と、前記油分離器内の潤滑油を前記膨張機へ送る潤滑油ポンプと、前記油分離器内の潤滑油の温度を検知する温度センサと、前記潤滑油ポンプを駆動し、その後、前記温度センサで検知された温度が所定値となったときに前記作動媒体ポンプを駆動する起動制御を行う制御手段と、を備える発電装置を提供する。

この発明の発電装置によれば、その起動時における膨張機の焼き付きを防止することができる。具体的には、前記制御手段は、前記潤滑油ポンプを駆動し、その後、前記温度センサで検知された温度が所定値となったとき、すなわち、前記膨張機がスムーズに駆動されるのに十分な量の潤滑油が当該膨張機に供給される程度にこの潤滑油の粘度が低下したときに前記作動媒体ポンプを駆動する起動制御を行う。よって、前記作動媒体ポンプの駆動により前記循環流路を循環する作動媒体によって前記膨張機が駆動されるときには、当該膨張機がスムーズに駆動されるのに十分な量の潤滑油がこの膨張機に供給されるので、この膨張機の焼き付きを防止することができる。

なお、前記潤滑油ポンプの駆動時における当該潤滑油ポンプの発熱によって、前記油分離器内の潤滑油の温度は十分に上昇する。

この場合において、前記油分離器内の潤滑油を加熱する加熱手段をさらに備え、前記制御手段は、前記起動制御において、前記潤滑油ポンプの駆動と同時又はそれに前後して前記加熱手段を駆動する制御を行うことが好ましい。

このようにすれば、前記温度センサで検知される前記潤滑油の温度が所定値に達するまでの時間を短縮することができる。

また、本発明において、前記制御手段は、前記起動制御において、前記温度センサで検知された温度が前記所定値としての第一値となったときから前記温度センサで検知された温度が上昇するにしたがって前記作動媒体ポンプの回転数を漸次上昇させ、所定時間だけ前記作動媒体ポンプを定速回転数で駆動し、前記所定時間経過後、再び前記温度センサで検知された温度の上昇とともに前記作動媒体ポンプの回転数を前記定速回転数から漸次上昇させ、前記温度センサで検知された温度が前記第一値よりも高い第二値になったときから前記作動媒体ポンプの回転数を前記定速回転数よりも大きな第二回転数で駆動する制御を行ってもよい。

このようにすれば、前記膨張機の焼き付きを防止しながら、効率よく発電量を増加させて当該発電装置の定常運転へ移行することができる。具体的には、前記制御手段は、前記起動制御において、前記温度センサで検知された温度が前記所定値としての第一値となったときから前記温度センサで検知された温度が上昇するにしたがって前記作動媒体ポンプの回転数を定速回転数となるまで漸次上昇させ、前記作動媒体ポンプの回転数が前記定速回転数となってから所定時間だけ前記作動媒体ポンプを当該定速回転数で駆動する制御を行うので、作動媒体ポンプの回転数に応じた分の発電量が前記発電機から得られる。このとき、前記膨張機には十分な量の潤滑油が供給されているので、当該膨張機の焼き付きは発生しない。しかも、定速回転数で回転する時間が所定時間だけ維持されるので、本装置の系が安定する。その後、前記制御手段は、再び前記温度センサで検知された温度の上昇とともに前記作動媒体ポンプの回転数を前記定速回転数から漸次上昇させ、前記温度センサで検知された温度が前記第一値よりも高い第二値になったときから前記作動媒体ポンプの回転数を前記定速回転数よりも大きな第二回転数で駆動する制御を行うので、この第二回転数での作動媒体ポンプの駆動によって循環する作動媒体の流量、すなわち、この作動媒体が前記膨張機を駆動する駆動力に応じた分の発電量であって、作動媒体ポンプが前記定速回転数で回転しているときに発電機から得られる発電量よりも大きな第二発電量が前記発電機から得られる。よって、前記膨張機の焼き付きを防止しながら、効率よく発電量を増加させて当該発電装置の定常運転へ移行することができる。

あるいは、前記制御手段は、前記起動制御において、前記温度センサで検知された温度が前記所定値としての第一値よりも高い第二値になるまでは、前記作動媒体ポンプの回転数を第一回転数で駆動し、前記温度センサで検知された温度が前記第二値になったときに、前記作動媒体ポンプの回転数を前記第一回転数よりも大きな第二回転数で駆動する制御を行ってもよい。

このようにしても、前記膨張機の焼き付きを防止しながら、効率よく発電量を増加させて当該発電装置の定常運転へ移行することができる。具体的には、前記制御手段は、前記起動制御において、前記温度センサで検知された温度が所定値としての第一値になったとき前記作動媒体ポンプを第一回転数で駆動する制御を行うので、この第一回転数での作動媒体ポンプの駆動によって循環する作動媒体の流量、すなわち、この作動媒体が前記膨張機を駆動する駆動力に応じた分の第一発電量が前記発電機から得られる。このとき、前記膨張機には十分な量の潤滑油が供給されているので、当該膨張機の焼き付きは発生しない。そして、前記制御手段は、前記起動制御において、前記温度センサで検知された温度が前記第一値よりも高い第二値になったときに、前記作動媒体ポンプの回転数を前記第一回転数よりも大きな第二回転数で駆動する制御を行うので、この第二回転数での作動媒体ポンプの駆動によって循環する作動媒体の流量、すなわち、この作動媒体が前記膨張機を駆動する駆動力に応じた分の発電量であって、前記第一発電量よりも大きな第二発電量が前記発電機から得られる。よって、前記膨張機の焼き付きを防止しながら、効率よく発電量を増加させて当該発電装置の定常運転へ移行することができる。

この場合において、前記膨張機と前記蒸発器との間の流路、および、前記膨張機と前記油分離器との間の流路を接続するバイパス流路と、このバイパス流路に設けられたバイパス弁とをさらに備え、前記制御手段は、前記起動制御において、前記作動媒体ポンプが前記第一回転数で駆動している間は前記バイパス弁を開き、前記作動媒体ポンプが前記第二回転数で駆動している間は前記バイパス弁を閉じる制御を行うことが好ましい。

このようにすれば、前記膨張機の焼き付きを防止しつつ、前記潤滑油の温度を早期に前記第二値まで上昇させることができる。具体的には、前記作動媒体ポンプが第一回転数で駆動している間、すなわち、前記温度センサで検知される潤滑油の温度が前記第二値に達するまでの間は、前記バイパス弁が開かれているので、前記循環流路を循環する作動媒体の一部は、前記膨張機を経由せずに前記バイパス流路を経由し、前記膨張機から排出された後であって前記油分離器に流入される前の潤滑油に合流する。ここで、前記作動媒体の温度は、前記膨張機を経由することによって低下するため、この作動媒体とともに膨張機を通過した潤滑油の温度も低下するが、この作動媒体の温度は、前記膨張機を経由しないときはほとんど低下しない。よって、前記バイパス流路を設けることによって、前記膨張機から排出された後であって前記油分離器に流入される前の潤滑油に対し、前記膨張機に流入する前の作動媒体と略同温度、すなわち、前記膨張機を経由した後の作動媒体よりも高い温度を有する作動媒体を合流させることができる。これにより、前記潤滑油の温度が早期に前記第二値まで上昇する。

さらに、前記バイパス弁が開かれている間は、作動媒体の一部が前記バイパス流路を経由するので、前記循環流路を循環する作動媒体の一部しか前記膨張機を経由しない。つまり、前記バイパス流路を設けない場合に比べて、前記膨張機を駆動する駆動力が大きくならないので、この膨張機の焼き付きが防止されやすい。

また、本発明は、発電装置の制御方法であって、前記発電装置は、作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記作動媒体を膨張させる膨張機と、前記膨張機から前記作動媒体とともに排出される潤滑油を分離する油分離器と、前記作動媒体を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された作動媒体を前記蒸発器へ送る作動媒体ポンプと、が直列に接続された循環流路と、前記膨張機内で前記作動媒体が膨張することにより駆動される発電機と、前記油分離器内の潤滑油を前記膨張機へ送る潤滑油ポンプと、前記油分離器内の潤滑油の温度を検知する温度センサと、を備え、前記潤滑油ポンプを駆動する潤滑油ポンプ駆動ステップと、前記温度センサで検知された温度が所定値となったときに前記作動媒体ポンプを駆動する作動媒体ポンプ駆動ステップとを含む発電装置の制御方法を提供する。

この発明の制御方法によれば、発電装置の起動時における膨張機の焼き付きを防止することができる。具体的には、この制御方法は、前記潤滑油ポンプを駆動する潤滑油ポンプ駆動ステップと、前記温度センサで検知された温度が所定値となったとき、すなわち、前記膨張機がスムーズに駆動されるのに十分な量の潤滑油が当該膨張機に供給される程度にこの潤滑油の粘度が低下したときに前記作動媒体ポンプを駆動する作動媒体ポンプ駆動ステップとを含む。よって、前記作動媒体ポンプの駆動により前記循環流路を循環する作動媒体によって前記膨張機が駆動されるときには、当該膨張機がスムーズに駆動されるのに十分な量の潤滑油がこの膨張機に供給されるので、この膨張機の焼き付きを防止することができる。

この場合において、前記作動媒体ポンプ駆動ステップでは、前記温度センサで検知された温度が前記所定値としての第一値となったときから前記温度センサで検知された温度が上昇するにしたがって前記作動媒体ポンプの回転数を漸次上昇させ、所定時間だけ前記作動媒体ポンプを定速回転数で駆動し、前記所定時間経過後、再び前記温度センサで検知された温度の上昇とともに前記作動媒体ポンプの回転数を前記定速回転数から漸次上昇させ、前記温度センサで検知された温度が前記第一値よりも高い第二値になったときから前記作動媒体ポンプの回転数を前記定速回転数よりも大きな第二回転数で駆動してもよい。

このようにすれば、前記膨張機の焼き付きを防止しながら、効率よく発電量を増加させて当該発電装置の定常運転へ移行することができる。具体的には、前記作動媒体ポンプ駆動ステップでは、前記温度センサで検知された温度が前記所定値としての第一値となったときから前記温度センサで検知された温度が上昇するにしたがって前記作動媒体ポンプの回転数を定速回転数となるまで漸次上昇させ、前記作動媒体ポンプの回転数が前記定速回転数となってから所定時間だけ前記作動媒体ポンプを当該定速回転数で駆動するので、作動媒体ポンプの回転数に応じた分の発電量が前記発電機から得られる。このとき、前記膨張機には十分な量の潤滑油が供給されているので、当該膨張機の焼き付きは発生しない。しかも、定速回転数で回転する時間が所定時間だけ維持されるので、本装置の系が安定する。その後、再び前記温度センサで検知された温度の上昇とともに前記作動媒体ポンプの回転数を前記定速回転数から漸次上昇させ、前記温度センサで検知された温度が前記第一値よりも高い第二値になったときから前記作動媒体ポンプの回転数を前記定速回転数よりも大きな第二回転数で駆動するので、この第二回転数での作動媒体ポンプの駆動によって循環する作動媒体の流量、すなわち、この作動媒体が前記膨張機を駆動する駆動力に応じた分の発電量であって、作動媒体ポンプが前記定速回転数で回転しているときに発電機から得られる発電量よりも大きな第二発電量が前記発電機から得られる。よって、前記膨張機の焼き付きを防止しながら、効率よく発電量を増加させて当該発電装置の定常運転へ移行することができる。 あるいは、前記作動媒体ポンプ駆動ステップでは、前記温度センサで検知された温度が前記所定値としての第一値よりも高い第二値になるまでは、前記作動媒体ポンプの回転数を第一回転数で駆動し、前記温度センサで検知された温度が前記第二値になったときに、前記作動媒体ポンプの回転数を前記第一回転数よりも大きな第二回転数で駆動してもよい。

このようにしても、前記膨張機の焼き付きを防止しながら、効率よく発電量を増加させて当該発電装置の定常運転へ移行することができる。具体的には、前記作動媒体ポンプ駆動ステップでは、前記温度センサで検知された温度が所定値としての第一値になったとき前記作動媒体ポンプを第一回転数で駆動するので、この第一回転数での作動媒体ポンプの駆動によって循環する作動媒体の流量、すなわち、この作動媒体が前記膨張機を駆動する駆動力に応じた分の第一発電量が前記発電機から得られる。このとき、前記膨張機には十分な量の潤滑油が供給されているので、当該膨張機の焼き付きは発生しない。そして、この作動媒体ポンプ駆動ステップでは、前記温度センサで検知された温度が前記第一値よりも高い第二値になったときに、前記作動媒体ポンプの回転数を前記第一回転数よりも大きな第二回転数で駆動するので、この第二回転数での作動媒体ポンプの駆動によって循環する作動媒体の流量、すなわち、この作動媒体が前記膨張機を駆動する駆動力に応じた分の発電量であって、前記第一発電量よりも大きな第二発電量が前記発電機から得られる。よって、前記膨張機の焼き付きを防止しながら、効率よく発電量を増加させて当該発電装置の定常運転へ移行することができる。

さらにこの場合において、前記発電装置は、前記膨張機と前記蒸発器との間の流路、および、前記膨張機と前記油分離器との間の流路を接続するバイパス流路と、このバイパス流路に設けられたバイパス弁とをさらに備え、前記作動媒体ポンプ駆動ステップでは、前記作動媒体ポンプが前記第一回転数で駆動している間は前記バイパス弁を開き、前記作動媒体ポンプが前記第二回転数で駆動している間は前記バイパス弁を閉じることが好ましい。

このようにすれば、前記膨張機の焼き付きを防止しつつ、前記潤滑油の温度を早期に前記第二値まで上昇させることができる。具体的には、前記作動媒体ポンプが第一回転数で駆動している間、すなわち、前記温度センサで検知される潤滑油の温度が前記第二値に達するまでの間は、前記バイパス弁が開かれているので、前記循環流路を循環する作動媒体の一部は、前記膨張機を経由せずに前記バイパス流路を経由し、前記膨張機から排出された後であって前記油分離器に流入される前の潤滑油に合流する。ここで、前記作動媒体の温度は、前記膨張機を経由することによって低下するため、この作動媒体とともに膨張機を通過した潤滑油の温度も低下するが、この作動媒体の温度は、前記膨張機を経由しないときはほとんど低下しない。よって、前記バイパス流路を設けることによって、前記膨張機から排出された後であって前記油分離器に流入される前の潤滑油に対し、前記膨張機に流入する前の作動媒体と略同温度、すなわち、前記膨張機を経由した後の作動媒体よりも高い温度を有する作動媒体を合流させることができる。これにより、前記潤滑油の温度が早期に前記第二値まで上昇する。

さらに、前記バイパス弁が開かれている間は、作動媒体の一部が前記バイパス流路を経由するので、前記循環流路を循環する作動媒体の一部しか前記膨張機を経由しない。つまり、前記バイパス流路を設けない場合に比べて、前記膨張機を駆動する駆動力が大きくならないので、この膨張機の焼き付きが防止されやすい。

以上のように、本発明によれば、発電装置の起動時における膨張機の焼き付きを防止することができる。

本発明の第一実施形態の発電装置の構成の概略を示す図である。 前記発電装置の起動時における制御動作を説明するためのフロー図である。 本発明の第二実施形態の作動媒体ポンプの回転数の制御内容を示すグラフである。 第二実施形態の作動媒体ポンプの回転数の制御内容の変形例を示すグラフである。

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態の発電装置及びその制御方法について、図１及び図２を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態の発電装置の構成を示している。具体的には、この発電装置は、作動媒体が循環する循環流路１０と、発電機２０と、潤滑油が循環する油流路３０と、潤滑油ポンプ３１と、潤滑油の温度を検知する温度センサ３２と、各種制御を行う制御手段５０とを備えている。さらに、この発電装置は、加熱手段３３と、バイパス流路４０と、このバイパス流路に設けられたバイパス弁Ｖ２とを備えることが好ましい。なお、循環流路１０内は、水よりも沸点の低い作動媒体（例えば、ＨＦＣ２４５ｆａ）が循環する。

循環流路１０は、作動媒体を蒸発させる蒸発器１１と、作動媒体を膨張させる膨張機１２と、膨張機１２から作動媒体とともに排出される潤滑油を分離する油分離器１３と、作動媒体を凝縮させる凝縮器１４と、凝縮器１４で凝縮された作動媒体を蒸発器１１へ送る作動媒体ポンプ１５とが直列に接続された閉回路である。この循環流路１０には、遮蔽弁Ｖ１が設けられている。この遮蔽弁Ｖ１が開かれているときのみ、作動媒体は循環流路１０を循環することが可能となる。

蒸発器１１は、液状の作動媒体を蒸発させて飽和蒸気、あるいは過熱蒸気とするものである。蒸発器１１は、作動媒体が流れる作動媒体流路１１ａと、外部の熱源から供給される熱媒体が流れる流路１６と接続されることによりその熱媒体が流れる熱媒体流路１１ｂとを有している。作動媒体流路１１ａを流れる作動媒体は、熱媒体流路１１ｂを流れる熱媒体と熱交換することにより蒸発する。流路１６を流れる熱媒体としては、例えば、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が挙げられる。

膨張機１２は、循環流路１０における蒸発器１１の下流側に設けられており、蒸発器１１で蒸発した作動媒体を膨張させることによって当該作動媒体から運動エネルギーを取り出す。本実施形態では、膨張機１２としてスクリュ膨張機が用いられている。スクリュ膨張機は、膨張機の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）が収容されている。このスクリュ膨張機では、前記ケーシングに形成された吸気口から前記ロータ室に供給された作動媒体の膨張力によって前記スクリュロータが回転する。そして、前記ロータ室内で膨張することにより圧力が低下した作動媒体は、前記ケーシングに形成された排出口から排出される。

油分離器１３は、循環流路１０における膨張機１２と凝縮器１４との間に設けられている。この油分離器１３は、膨張機１２から排出された作動媒体及び潤滑油の混合流体から潤滑油を分離し、この分離した潤滑油を当該油分離器１３内に貯蓄する。

凝縮器１４は、ガス状の作動媒体を凝縮させて液状の作動媒体とするものである。この凝縮器１４は、循環流路１０における油分離器１３の下流側に設けられており、油分離器１３から循環流路１０に排出されたガス状の作動媒体が導入される。凝縮器１４は、ガス状の作動媒体が流れる作動媒体流路１４ａと、外部から供給される冷却媒体が流れる流路１７と接続されることによりその冷却媒体が流れる冷却媒体流路１４ｂとを有している。作動媒体流路１４ａを流れる作動媒体は、冷却媒体流路１４ｂを流れる冷却媒体と熱交換することにより凝縮する。流路１７を流れる冷却媒体としては、例えば、クーリングタワーで再循環する冷却水が挙げられる。

作動媒体ポンプ１５は、循環流路１０における凝縮器１４の下流側（蒸発器１１と凝縮器１４との間）に設けられており、作動媒体を循環流路１０内で循環させるためのものである。この作動媒体ポンプ１５は、凝縮器１４で凝縮された液状の作動媒体を所定の圧力まで加圧して蒸発器１１に送り出す。作動媒体ポンプ１５として、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。この作動媒体ポンプ１５は、任意の回転数で駆動されることが可能である。

発電機２０は、膨張機１２に接続されており、膨張機１２内で作動媒体が膨張して前記スクリュロータが駆動されることにより駆動される。本実施形態では、発電機２０として、ＩＰＭ発電機（永久磁石同期発電機）が用いられている。具体的には、ＩＰＭ発電機は、膨張機１２の一対のスクリュロータのうちの一方に接続された回転軸を有しており、この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。

油流路３０は、図１に示すように、油分離器１３内に貯留されている潤滑油を再び膨張機１２へ供給するための流路、すなわち、潤滑油が流れる流路である。膨張機１２に供給された潤滑油は、前記スクリュロータ間、及び前記スクリュロータと前記ロータ室との間をシールするシール材として機能する。これにより、作動媒体の膨張効率の低下が抑制される。

潤滑油ポンプ３１は、油流路３０における油分離器１３と膨張機１２との間に設けられており、油分離器１３内に貯留されている潤滑油を膨張機１２へ送るためのものである。

温度センサ３２は、油分離器１３内に貯留されている潤滑油の温度を検知するものである。

加熱手段３３は、油分離器１３内に貯留されている潤滑油を加熱するものである。本実施形態では、この加熱手段３３として、潤滑油内に浸される形式のヒーターが用いられている。ただし、このヒーターとしては、潤滑油内に浸される形式のものに限らず、油分離器１３を囲む形式のものであってもよい。

バイパス流路４０は、循環流路１０における膨張機１２と蒸発器１１との間の流路、および、循環流路１０における膨張機１２と油分離器１３との間の流路を接続する流路である。すなわち、バイパス流路４０の一端は、循環流路１０における蒸発器１１と膨張機１２との間の流路に接続されており、他端は、循環流路１０における膨張機１２と油分離器１３との間に接続されている。このバイパス流路４０には、バイパス弁Ｖ２が設けられている。このバイパス弁Ｖ２が開かれているときのみ、作動媒体はバイパス流路４０を流れることが可能となる。

制御手段５０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶媒体、ＣＰＵ等を備えていて、ＲＯＭ、ＲＡＭまたは記憶媒体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。この制御手段５０が行う各種制御には、発電装置を起動させる起動制御が含まれる。制御手段５０は、前記起動制御を行う機能として、加熱手段３３の起動及び停止を行う加熱制御部５１と、潤滑油ポンプ３１を駆動する潤滑油ポンプ制御部５２と、温度センサ３２で検知された温度Ｔに応じて作動媒体ポンプ１５を所定の回転数（Ｒｐ１又はＲｐ２）で駆動する作動媒体ポンプ制御部５３と、温度センサ３２で検知された値Ｔに応じて発電機２０を所定の回転数（Ｒｄ１又はＲｄ２）で駆動する発電機制御部５４と、遮蔽弁Ｖ１の開閉を制御する遮蔽弁制御部５５と、バイパス弁Ｖ２の開閉を制御するバイパス弁制御部５６とを有する。

遮蔽弁制御部５５は、温度センサ３２で検知された値Ｔが第一値Ｔ１となったときに、遮蔽弁Ｖ１を開く。

作動媒体ポンプ制御部５３は、温度センサ３２で検知された値Ｔが第一値Ｔ１となったときに、作動媒体ポンプ１５を第一回転数Ｒｐ１で駆動し、温度センサ３２で検知された値Ｔが第一値Ｔ１よりも大きな第二値Ｔ２（予め設定された値）となったときに、作動媒体ポンプ１５を第一回転数Ｒｐ１よりも大きな回転数である第二回転数Ｒｐ２で駆動する。この第一値Ｔ１は、膨張機１２がスムーズに駆動されるのに十分な量の潤滑油が当該膨張機１２に供給される程度にこの潤滑油の粘度が低下する温度として予め設定されている値である。

発電機制御部５４は、温度センサ３２で検知された値Ｔが第一値Ｔ１となったときに、発電機２０の回転数が第一回転数Ｒｄ１となるように回転数の調整を行い、温度センサ３２で検知された値Ｔが第一値Ｔ１よりも大きな第二値Ｔ２となったときに、発電機２０の回転数が第一回転数Ｒｄ１よりも大きな回転数である第二回転数Ｒｄ２となるように回転数の調整を行う。

バイパス弁制御部５６は、温度センサ３２で検知された値Ｔが第一値Ｔ１となったときに、バイパス弁Ｖ２を開き、温度センサ３２で検知された値Ｔが第一値Ｔ１よりも大きな第二値Ｔ２となったときに、バイパス弁Ｖ２を閉じる。

加熱制御部５１は、温度センサ３２で検知された値Ｔが第一値Ｔ１よりも大きな第二値Ｔ２となったときに、加熱手段３３の駆動を停止する。

次に、制御手段５０の起動制御について、図２を参照しながら説明する。この起動制御は、潤滑油ポンプ駆動ステップと、作動媒体ポンプ駆動ステップとを含む。なお、潤滑油ポンプ駆動ステップは、以下のステップＳＴ２を意味し、作動媒体ポンプ駆動ステップは、以下のステップＳＴ３〜ステップＳＴ１２を意味する。

制御手段５０は、発電装置の起動指令を受けたとき（発電装置の起動時）には、加熱手段３３をオンにするとともに（ステップＳＴ１）、潤滑油ポンプ３１を駆動する（ステップＳＴ２）。これにより、油分離器１３内に貯留されている潤滑油が、油流路３０、膨張機１２、油分離器１３の順に循環するように流れる。このとき、加熱手段３３の発熱及び潤滑油ポンプ３１の駆動時における当該潤滑油ポンプ３１の発熱によって、油分離器１３内に貯留されている潤滑油が加熱されるので、当該潤滑油の温度Ｔが上昇する。なお、これらのステップＳＴ１，ＳＴ２は、いずれが先に実行されてもよく、あるいは、同時に実行されてもよい。また、潤滑油ポンプ３１の発熱によって、油分離器１３内に貯留されている潤滑油が十分に加熱されるので、ステップＳＴ１は省略されてもよい。この場合、加熱手段３３が省略された構成となる。

そして、温度センサ３２の検知温度Ｔが第一値Ｔ１となったとき（ステップＳＴ３）、バイパス弁Ｖ２を開くとともに（ステップＳＴ４）、遮蔽弁Ｖ１を開き（ステップＳＴ５）、そして、作動媒体ポンプ１５を第一回転数Ｒｐ１で駆動する（ステップＳＴ６）。これにより、作動媒体は、循環流路１０及びバイパス流路４０を流れる。このとき、発電機２０の回転数を第一回転数Ｒｄ１に調整する（ステップＳＴ７）ことにより、発電機２０から第一発電量が得られる。具体的には、蒸発器１１を経由してガス状となった作動媒体は、その一部が膨張機１２へ向かい、残りがバイパス流路４０へ向かう。膨張機１２に流入した作動媒体は、膨張して前記スクリュロータを回転させることによってその温度及び圧力が低下した後、当該膨張機１２から排出される。このときのスクリュロータの回転数に対応するように発電機２０の回転軸を第一回転数Ｒｄ１で回転させることによって、発電機２０から第一発電量が得られる。換言すれば、第一回転数Ｒｐ１での作動媒体ポンプ１５の駆動によって膨張機１２内へ流入する作動媒体の流量、すなわち、この作動媒体が膨張機１２を駆動する駆動力に応じた分の第一発電量が発電機２０から得られる。一方、バイパス流路４０へ流入した作動媒体は、当該バイパス流路４０に流入する前の作動媒体の温度及び圧力と略同じ状態で、膨張機１２の下流側において当該膨張機１２から排出された作動媒体及び潤滑油と合流する。なお、これらのステップＳＴ４〜ＳＴ７は、いずれの順で実行されてもよく、あるいは、すべて同時に実行されてもよい。また、バイパス流路４０及びバイパス弁Ｖ２は省略されてもよい。

その後、温度センサ３２での検知温度Ｔが第一値Ｔ１よりも大きな第二値Ｔ２となったとき（ステップＳＴ８）、加熱手段３３をオフにし（ステップＳＴ９）、作動媒体ポンプ１５を第一回転数Ｒｐ１よりも大きな回転数である第二回転数Ｒｐ２で駆動し（ステップＳＴ１０）、バイパス弁Ｖ２を閉じる（ステップＳＴ１２）。これにより、膨張機１２に流入する作動媒体の量が増大する。このとき、発電機２０の回転数を第一回転数Ｒｄ１よりも大きな回転数である第二回転数Ｒｄ２に調整するので（ステップＳＴ１１）、発電機２０からは、第一発電量よりも大きな第二発電量が得られる。具体的には、バイパス弁Ｖ２が閉じられるため、作動媒体は、バイパス流路４０を流れることなく、循環流路１０のみを流れ、かつ、作動媒体ポンプ１５の回転数が、第一回転数Ｒｐ１よりも大きな第二回転数Ｒｐ２になるので、膨張機１２に流入する作動媒体の量が大幅に増大する。そのため、膨張機１２のスクリュロータの回転数も大きくなる。このときのスクリュロータの回転数に対応するように発電機２０の回転軸を第二回転数Ｒｄ２で回転させることによって、発電機２０からは、第一発電量よりも大きな第二発電量が得られる。換言すれば、第二回転数Ｒｐ２での作動媒体ポンプ１５の駆動によって膨張機１２内へ流入する作動媒体の流量、すなわち、この作動媒体が膨張機１２を駆動する駆動力に応じた分の第二発電量が発電機２０から得られる。なお、これらのステップＳＴ９〜ＳＴ１２は、いずれの順で実行されてもよく、あるいは、すべて同時に実行されてもよい。

以上説明したように、本実施形態の発電装置によれば、その起動時における膨張機１２の焼き付きを防止することができる。具体的には、制御手段５０は、潤滑油ポンプ３１を駆動し、その後、温度センサ３２で検知された温度Ｔが第一値Ｔ１となったとき、すなわち、膨張機１２がスムーズに駆動されるのに十分な量の潤滑油が当該膨張機１２に供給される程度にこの潤滑油の粘度が低下したときに作動媒体ポンプ１５を駆動する起動制御を行う。よって、作動媒体ポンプ１５の駆動により循環流路１０を循環する作動媒体によって膨張機１２が駆動されるときには、当該膨張機１２がスムーズに駆動されるのに十分な量の潤滑油がこの膨張機１２に供給されるので、この膨張機１２の焼き付きを防止することができる。

また、本実施形態の発電装置は加熱手段３３を備え、制御手段５０は、起動制御において、潤滑油ポンプ３１の駆動と略同時に加熱手段３３を駆動する制御を行うので、温度センサ３２で検知される潤滑油の温度Ｔが第一値Ｔ１に達するまでの時間を短縮することができる。ただし、加熱手段３３の起動は潤滑油ポンプ３１の起動と厳密に同じである必要はなく、潤滑油ポンプ３１の起動に僅かに前後してもよい。

また、本実施形態では、制御手段５０は、起動制御において、温度センサ３２で検知された温度Ｔが第一値Ｔ１よりも高い第二値Ｔ２になるまでは、作動媒体ポンプ１５の回転数を第一回転数Ｒｐ１で駆動し、温度センサ３２で検知された温度Ｔが第二値Ｔ２になったときに、作動媒体ポンプ１５の回転数を第一回転数Ｒｐ１よりも大きな第二回転数Ｒｐ２で駆動する制御を行う。すなわち、制御手段５０は、温度センサ３２で検知された温度Ｔが第二値Ｔ２になるまでは、作動媒体ポンプ１５を相対的に低速の第一回転数Ｒｐ１で回転（低速回転）させることにより、前記スクリュロータの回転数（発電機２０の回転軸の回転数）が上がり過ぎないようにし、前記温度Ｔが第二値Ｔ２になったとき（潤滑油の粘度が十分に低下したとき）、作動媒体ポンプ１５を第一回転数Ｒｐ１よりも大きな第二回転数Ｒｐ２で回転（高速回転）させ、前記スクリュロータの回転数（発電機２０の回転軸の回転数）を上げる。よって、膨張機１２の焼き付きを防止しながら、効率よく発電量を増加させて当該発電装置の定常運転へ移行することができる。

さらに、本実施形態の発電装置は、バイパス流路４０及びバイパス弁Ｖ２を備え、制御手段５０は、前記起動制御において、作動媒体ポンプ１５が第一回転数Ｒｐ１で駆動している間はバイパス弁Ｖ２を開き、作動媒体ポンプ１５が第二回転数Ｒｐ２で駆動している間はバイパス弁Ｖ２を閉じる制御を行うので、膨張機１２の焼き付きを防止しつつ、潤滑油の温度Ｔを早期に第二値Ｔ２まで上昇させることができる。具体的には、作動媒体ポンプ１５が第一回転数Ｒｐ１で駆動している間、すなわち、温度センサ３２で検知される潤滑油の温度Ｔが第二値Ｔ２に達するまでの間は、バイパス弁Ｖ２が開かれているので、循環流路１０を循環する作動媒体の一部は、膨張機１２を経由せずにバイパス流路４０を経由し、膨張機１２から排出された後であって油分離器１３に流入される前の潤滑油に合流する。ここで、作動媒体の温度は、膨張機１２を経由することによって低下するため、この作動媒体とともに膨張機１２を通過した潤滑油の温度も低下するが、この作動媒体の温度は、膨張機１２を経由しないときはほとんど低下しない。よって、バイパス流路４０を設けることによって、膨張機１２から排出された後であって油分離器１３に流入される前の潤滑油に対し、膨張機１２に流入する前の作動媒体と略同温度、すなわち、膨張機１２を経由した後の作動媒体よりも高い温度を有する作動媒体を合流させることができる。これにより、潤滑油の温度が早期に第二値Ｔ２まで上昇する。

さらに、バイパス弁Ｖ２が開かれている間は、作動媒体の一部がバイパス流路４０を経由するので、循環流路１０を循環する作動媒体の一部しか膨張機１２を経由しない。つまり、バイパス流路４０を設けない場合に比べて、膨張機１２のスクリュロータの回転数が大きくならないので、この膨張機１２の焼き付きが防止されやすい。

（第二実施形態）
図３は、本発明の第二実施形態の作動媒体ポンプの回転数の制御内容を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸の縦軸との交点は、温度センサ３２で検知された値Ｔが第一値Ｔ１となったときの時間である。なお、第二実施形態では、第一実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第一実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は省略する。また、本実施形態では、第一実施形態と同じ構成には同じ符号を付している。

本実施形態の作動媒体ポンプ制御部５３は、図３に示されるように、温度センサ３２で検知された値Ｔが第一値Ｔ１となったときから前記値Ｔが上昇するにしたがって作動媒体ポンプ１５の回転数を定速回転数Ｒｐ３となるまで漸次上昇させ、作動媒体ポンプ１５の回転数が定速回転数Ｒｐ３となってから所定時間（本装置の系が安定するまでの時間）だけ作動媒体ポンプ１５を当該定速回転数Ｒｐ３で駆動する。そして、前記所定時間経過後、再び前記値Ｔの上昇とともに記作動媒体ポンプ１５の回転数を定速回転数Ｒｐ３から漸次上昇させ、前記値Ｔが第一値Ｔ１よりも高い第二値Ｔ２になったときから作動媒体ポンプ１５の回転数を定速回転数Ｒｐ３よりも大きな第二回転数Ｒｐ２で駆動する。なお、発電機制御部５４は、発電機２０の回転数が作動媒体ポンプ１５のそれと同調するように当該発電機２０の回転数を制御することが好ましい。

以上のように、本実施形態では、制御手段５０は、起動制御において、温度センサ３２で検知された温度Ｔが第一値Ｔ１となったときから前記値Ｔが上昇するにしたがって作動媒体ポンプ１５の回転数を定速回転数Ｒｐ３となるまで漸次上昇させ、作動媒体ポンプ１５の回転数が定速回転数Ｒｐ３となってから所定時間だけ作動媒体ポンプ１５を当該定速回転数Ｒｐ３で駆動する制御を行うので、作動媒体ポンプ１５の回転数に応じた分の発電量が発電機２０から得られる。しかも、定速回転数Ｒｐ３で回転する時間が所定時間だけ維持されるので、本装置の系が安定する。

第二実施形態では、図４に示されるように、作動媒体ポンプ制御部５３は、温度センサ３２で検知された値Ｔが第一値Ｔ１となったときから第二値Ｔ２になるまで前記値Ｔの上昇に応じて作動媒体ポンプ１５の回転数が第二回転数Ｒｐ２となるまで連続的に作動媒体ポンプ１５の回転数を上げるようにしてもよい。なお、図４のグラフにおいても、横軸の縦軸との交点は、温度センサ３２で検知された値Ｔが第一値Ｔ１となったときの時間である。

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、加熱手段３３として、潤滑油内に浸される形式のヒーター、あるいは、油分離器１３を囲む形式のヒーターが例示されているが、加熱手段３３は、これらに限定されない。この加熱手段３３として、前記熱媒体の流れる流路１６が利用されてもよい。この場合、流路１６内を流れる熱媒体が油分離器１３内の潤滑油と熱接触可能となるように当該流路１６が油分離器１３の周囲に配置される。

また、上記実施形態では、循環流路１０における蒸発器１１のすぐ下流側に膨張機１２が設けられた例が示されているが、循環流路１０における蒸発器１１と膨張機１２との間に過熱器が設けられてもよい。

また、上記実施形態では、発電機２０として、ＩＰＭ発電機が用いられた例が示されているが、発電機２０はこれに限られない。ＩＰＭ発電機以外の発電機２０としては、例えば誘導発電機が挙げられる。

また、上記実施形態では、作動媒体ポンプ制御部５３は、温度センサ３２で検知された値Ｔのみに基づいて作動媒体ポンプ１５の回転数を制御しているが、作動媒体ポンプ制御部５３の制御方法はこれに限られない。例えば、作動媒体ポンプ制御部５３は、温度センサ３２で検知された値Ｔが第一値Ｔ１となった後は、タイマーによって計測された一定時間後に作動媒体ポンプ１５の回転数が第二回転数Ｒｐ２となるように制御してもよい。つまり、作動媒体ポンプ制御部５３は、前記値Ｔが第一値Ｔ１になった後は、潤滑油の温度ではなく時間に基づいて作動媒体ポンプ１５の回転数を制御してもよい。この場合も、図３で示されるような作動媒体ポンプ１５が定速回転数Ｒｐ３で駆動される期間が設定されることが好ましい。ただし、この期間を設定することなく、時間の経過とともに徐々に作動媒体ポンプ１５の回転数を上げるように制御してもよい。

１０ 循環流路
１１ 蒸発器
１１ａ 作動媒体流路
１１ｂ 熱媒体流路
１２ 膨張機
１３ 油分離器
１４ 凝縮器
１４ａ 作動媒体流路
１４ｂ 冷却媒体流路
１５ 作動媒体ポンプ
１６ 流路
１７ 流路
２０ 発電機
３０ 油流路
３１ 潤滑油ポンプ
３２ 温度センサ
３３ 加熱手段
４０ バイパス流路
５０ 制御手段
５１ 加熱制御部
５２ 潤滑油ポンプ制御部
５３ 作動媒体ポンプ制御部
５４ 発電機制御部
５５ 遮蔽弁制御部
５６ バイパス弁制御部
Ｖ１ 遮断弁
Ｖ２ バイパス弁

Claims (7)

1. 作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記作動媒体を膨張させる膨張機と、前記膨張機から前記作動媒体とともに排出される潤滑油を分離する油分離器と、前記作動媒体を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された作動媒体を前記蒸発器へ送る作動媒体ポンプと、が直列に接続された循環流路と、
   前記膨張機内で前記作動媒体が膨張することにより駆動される発電機と、
   前記油分離器内の潤滑油を前記膨張機へ送る潤滑油ポンプと、
   前記油分離器内の潤滑油の温度を検知する温度センサと、
   前記潤滑油ポンプを駆動し、その後、前記温度センサで検知された温度が所定値となったときに前記作動媒体ポンプを駆動する起動制御を行う制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記起動制御において、前記温度センサで検知された温度が前記所定値としての第一値となったときから前記温度センサで検知された温度が上昇するにしたがって前記作動媒体ポンプの回転数を漸次上昇させ、前記作動媒体ポンプの回転数を所定時間だけ定速回転数で駆動し、前記所定時間経過後、再び前記温度センサで検知された温度の上昇とともに前記作動媒体ポンプの回転数を前記定速回転数から漸次上昇させ、前記温度センサで検知された温度が前記第一値よりも高い第二値になったときから前記作動媒体ポンプの回転数を前記定速回転数よりも大きな第二回転数で駆動する制御を行う発電装置。
2. 作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記作動媒体を膨張させる膨張機と、前記膨張機から前記作動媒体とともに排出される潤滑油を分離する油分離器と、前記作動媒体を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された作動媒体を前記蒸発器へ送る作動媒体ポンプと、が直列に接続された循環流路と、
   前記膨張機内で前記作動媒体が膨張することにより駆動される発電機と、
   前記油分離器内の潤滑油を前記膨張機へ送る潤滑油ポンプと、
   前記油分離器内の潤滑油の温度を検知する温度センサと、
   前記潤滑油ポンプを駆動し、その後、前記温度センサで検知された温度が所定値となったときに前記作動媒体ポンプを駆動する起動制御を行う制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記起動制御において、前記温度センサで検知された温度が前記所定値としての第一値よりも高い第二値になるまでは、前記作動媒体ポンプの回転数を第一回転数で駆動し、前記温度センサで検知された温度が前記第二値になったときに、前記作動媒体ポンプの回転数を前記第一回転数よりも大きな第二回転数で駆動する制御を行う発電装置。
3. 請求項１又は２に記載の発電装置において、
   前記油分離器内の潤滑油を加熱する加熱手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記起動制御において、前記潤滑油ポンプの駆動と同時又はそれに前後して前記加熱手段を駆動する制御を行う発電装置。
4. 請求項２に記載の発電装置において、
   前記膨張機と前記蒸発器との間の流路、および、前記膨張機と前記油分離器との間の流路を接続するバイパス流路と、このバイパス流路に設けられたバイパス弁とをさらに備え、
   前記制御手段は、前記起動制御において、前記作動媒体ポンプが前記第一回転数で駆動している間は前記バイパス弁を開き、前記作動媒体ポンプが前記第二回転数で駆動している間は前記バイパス弁を閉じる制御を行う発電装置。
5. 発電装置の制御方法であって、
   前記発電装置は、作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記作動媒体を膨張させる膨張機と、前記膨張機から前記作動媒体とともに排出される潤滑油を分離する油分離器と、前記作動媒体を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された作動媒体を前記蒸発器へ送る作動媒体ポンプと、が直列に接続された循環流路と、
   前記膨張機内で前記作動媒体が膨張することにより駆動される発電機と、
   前記油分離器内の潤滑油を前記膨張機へ送る潤滑油ポンプと、
   前記油分離器内の潤滑油の温度を検知する温度センサと、を備え、
   前記潤滑油ポンプを駆動する潤滑油ポンプ駆動ステップと、
   前記温度センサで検知された温度が所定値となったときに前記作動媒体ポンプを駆動する作動媒体ポンプ駆動ステップとを含み、
   前記作動媒体ポンプ駆動ステップでは、前記温度センサで検知された温度が前記所定値としての第一値となったときから前記温度センサで検知された温度が上昇するにしたがって前記作動媒体ポンプの回転数を定速回転数となるまで漸次上昇させ、前記作動媒体ポンプの回転数を所定時間だけ定速回転数で駆動し、前記所定時間経過後、再び前記温度センサで検知された温度の上昇とともに前記作動媒体ポンプの回転数を前記定速回転数から漸次上昇させ、前記温度センサで検知された温度が前記第一値よりも高い第二値になったときから前記作動媒体ポンプの回転数を前記定速回転数よりも大きな第二回転数で駆動する発電装置の制御方法。
6. 発電装置の制御方法であって、
   前記発電装置は、作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記作動媒体を膨張させる膨張機と、前記膨張機から前記作動媒体とともに排出される潤滑油を分離する油分離器と、前記作動媒体を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された作動媒体を前記蒸発器へ送る作動媒体ポンプと、が直列に接続された循環流路と、
   前記膨張機内で前記作動媒体が膨張することにより駆動される発電機と、
   前記油分離器内の潤滑油を前記膨張機へ送る潤滑油ポンプと、
   前記油分離器内の潤滑油の温度を検知する温度センサと、を備え、
   前記潤滑油ポンプを駆動する潤滑油ポンプ駆動ステップと、
   前記温度センサで検知された温度が所定値となったときに前記作動媒体ポンプを駆動する作動媒体ポンプ駆動ステップとを含み、
   前記作動媒体ポンプ駆動ステップでは、前記温度センサで検知された温度が前記所定値としての第一値よりも高い第二値になるまでは、前記作動媒体ポンプの回転数を第一回転数で駆動し、前記温度センサで検知された温度が前記第二値になったときに、前記作動媒体ポンプの回転数を前記第一回転数よりも大きな第二回転数で駆動する発電装置の制御方法。
7. 請求項６に記載の発電装置の制御方法であって、
   前記発電装置は、前記膨張機と前記蒸発器との間の流路、および、前記膨張機と前記油分離器との間の流路を接続するバイパス流路と、このバイパス流路に設けられたバイパス弁とをさらに備え、
   前記作動媒体ポンプ駆動ステップでは、前記作動媒体ポンプが前記第一回転数で駆動している間は前記バイパス弁を開き、前記作動媒体ポンプが前記第二回転数で駆動している間は前記バイパス弁を閉じる発電装置の制御方法。

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