JP6194280B2 - 蒸留装置 - Google Patents

Description

本発明は、蒸留装置に関する。

従来、蒸留プロセスを用いる蒸留装置が知られている。例えば、下記特許文献１には、第一成分及びこの第一成分とは異なる第二成分を含む入力流体を前記第一成分を含む第一出力流体と前記第二成分を含む第二出力流体とに分離する分離器と、分離器で分離された第一出力流体を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された第一出力流体と分離器で分離された第二出力流体とを熱交換させる熱交換器と、熱交換器で熱交換した後の第一出力流体を冷却する冷却器と、を備える分離プロセスモジュールが開示されている。冷却器から流出した第一出力流体及び熱交換器から流出した第二出力流体は、それぞれ分離器に戻される。

この分離プロセスモジュールでは、分離器から流出した第一出力流体の有する熱エネルギーが熱交換器に投入されることにより、当該熱交換器において分離器から流出した第二出力流体が加熱されている。すなわち、第一出力流体の熱エネルギーの有効利用により、第二出力流体の加熱に必要な熱エネルギーの削減（省エネルギー化）が図られている。

特許文献１に記載された分離プロセスモジュールでは、分離器から流出した第一出力流体を圧縮機で圧縮してから熱交換器に導入することで当該第一出力流体の有する熱エネルギーを回収している。そのため、第一出力流体が、その第一成分として、直接圧縮されることが困難な成分（例えば、高圧時に非常に不安定となる成分や、圧縮機のシール部を膨潤させる成分）を含む場合には、当該分離プロセスモジュールを用いることが困難である。

下記特許文献２に記載された蒸留プラントでは、塔頂蒸気の有する熱エネルギーは、ヒートポンプを用いることによって貯留蒸発器へ投入されている。すなわち、特許文献２の蒸留プラントでは、コラム（分離器）の頂部から流出した流体の有する熱エネルギーは、当該流体を圧縮機で直接圧縮することなくヒートポンプを用いることによって間接的に回収されている。

下記特許文献３に記載された蒸留装置では、塔頂蒸気の有する熱エネルギーは、水を媒体とするヒートポンプを用いることによって間接的に蒸留リボイラーで回収されている。また、この特許文献３には、コンプレッサーバイパス弁及びインレットベーンの開度の調整により、または、圧縮機の回転数制御により、ヒートポンプの負荷調整が行われることが記載されている。

特開２０１２−０４５４４９号公報 特開２０００−０５１６０２号公報 特公平０６−００９６４１号公報

上記特許文献３に記載の蒸留装置では、ヒートポンプの負荷の調整が行われるものの、その調整量に限界がある。換言すれば、上記特許文献３に記載の蒸留装置では、分離器の頂部から流出した流体の流量の変動に柔軟に対応することが困難である。

本発明の目的は、分離器から流出した第一出力流体が直接圧縮されることが困難な成分を含む場合であっても、第一出力流体の熱エネルギーを有効に回収することが可能で、かつ第一出力流体の流量に変動に合わせて当該第一出力流体の有する熱エネルギーを有効に回収することが可能な蒸留装置を提供することである。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、第一成分及び第二成分を含む入力流体を前記第一成分を含む第一出力流体と前記第二成分を含む第二出力流体とに分離する分離器と、前記分離器から流出した前記第一出力流体を冷却するための冷却器と、前記分離器から流出した前記第二出力流体を加熱するための加熱器と、作動媒体を含み当該作動媒体が前記冷却器で前記第一出力流体と熱交換することによって当該第一出力流体から受け取った熱エネルギーを、当該作動媒体が前記加熱器で前記第二出力流体と熱交換することによって当該第二出力流体に与える熱回収回路と、を備え、前記熱回収回路は、前記冷却器及び前記加熱器を接続しており前記作動媒体を循環させる循環流路と、前記冷却器で前記第一出力流体と熱交換することによって当該第一出力流体から前記熱エネルギーを受け取った後の作動媒体を圧縮する圧縮機と、前記加熱器で前記第二出力流体と熱交換することによって当該第二出力流体に前記熱エネルギーを与えた後の作動媒体を膨張させる膨張機構と、前記循環流路に接続されており液状の作動媒体を貯留可能な貯留部と、前記循環流路を循環している作動媒体の総量である循環量を調整する循環量調整部と、有し、前記循環量調整部は、前記第一出力流体の流量の増減に合わせて前記循環量が増減するように、前記貯留部に貯留されている作動媒体の前記循環流路への流出量又は前記循環流路を循環している作動媒体の前記貯留部への流入量を調整する蒸留装置を提供する。

本発明では、分離器から流出した第一出力流体の有する熱エネルギーが、第一出力流体自身によって直接的に第二出力流体に投入されるのではなく、循環流路を循環する作動媒体を介して間接的に投入される。具体的に、第一出力流体の有する熱エネルギーは、冷却器での第一出力流体と作動媒体との熱交換によって当該作動媒体によって回収された後、加熱器での作動媒体と第二出力流体との熱交換によって当該第二出力流体に与えられる。すなわち、本発明では、第一出力流体そのものが熱エネルギーの授受媒介として圧縮機で圧縮されるのではなく、循環流路を循環する作動媒体が前記授受媒介として圧縮機で圧縮される。よって、第一出力流体が、その第一成分として直接圧縮されることが困難な成分を含む場合であっても、当該第一出力流体の有する熱エネルギーを作動媒体を介して有効に回収すること（加熱器に供給する熱エネルギーを削減すること）ができる。

さらに、分離器から流出した第一出力流体の流量に変動が生じた場合であっても、その変動に合わせて当該第一出力流体の有する熱エネルギーを有効に回収することができる。すなわち、第一出力流体の流量の増減に合わせて、当該第一出力流体から回収可能な熱エネルギーも増減するが、本装置は、液状の作動媒体を貯留可能な貯留部と、循環量を調整する循環量調整部とを有するので、第一出力流体の熱エネルギーがその流量の変動に合わせて有効に回収される。より詳細には、貯留部には液状の作動媒体が貯留されるので、貯留部にガス状の作動媒体が貯留される場合よりも多量の作動媒体の貯留が可能となる。よって、第一出力流体の流量の大きな変動にも柔軟に対応することができる。

この場合において、前記貯留部は、前記循環流路のうち前記液状の作動媒体が流れる部位に対して並列となるように当該循環流路に接続された貯留流路を有しており、前記循環量調整部は、前記貯留流路に設けられた第一開閉弁と、前記貯留流路のうち前記第一開閉弁が設けられた部位よりも下流側の部位に設けられた第二開閉弁と、前記冷却器に流入する前記第一出力流体の流量、または前記冷却器から流出した前記第一出力流体の流量を検出可能な流量センサと、前記流量センサの検出値に応じて前記第一開閉弁及び前記第二開閉弁の開閉を制御する制御部と、を含み、前記制御部は、前記検出値の増減に合わせて前記循環量が増減するように、前記第一開閉弁を閉じるとともに前記第二開閉弁を開く、または前記第一開閉弁を開くとともに前記第二開閉弁を閉じることが好ましい。

このようにすれば、循環流路から貯留流路を遮断するための２つの開閉弁、第一出力流体の流量を検出する流量センサ及び各開閉弁の開閉を制御する制御部を設けるという簡単な構成により、第一出力流体の流量に合わせた循環量の調整が可能となる。

この場合において、前記循環量調整部は、前記第一開閉弁が閉じており前記第二開閉弁が開いているときに前記貯留流路から前記循環流路への前記液状の作動媒体の流出を促進させ、かつ、前記第一開閉弁が開いており前記第二開閉弁が閉じているときに前記循環流路から前記貯留流路への前記液状の作動媒体の流入を促進させる促進部をさらに備えることが好ましい。

このようにすれば、第一出力流体の流量（流量センサの検出値）の増減に合わせて循環量がスムーズに増減するので、第一出力流体の熱エネルギーの回収効率がさらに向上する。具体的に、循環量を増加させるとき、すなわち第一開閉弁が閉じており第二開閉弁が開いているとき、促進部は、貯留流路から循環流路への液状の作動媒体の流出を促進させる。逆に、循環量を減少させるとき、すなわち第一開閉弁が開いており前記第二開閉弁が閉じているとき、促進部は、循環流路から前記貯留流路への前記液状の作動媒体の流入を促進させる。このため、第一出力流体の流量の増減に合わせて循環量がスムーズに増減する。よって、第一出力流体の熱エネルギーの回収効率が一層高くなる。

また、本発明において、前記制御部は、前記循環量が前記検出値に基づいて決定される閾値よりも小さいときに前記第一開閉弁を閉じるとともに前記第二開閉弁を開き、前記循環量が前記閾値よりも大きいときに前記第一開閉弁を開くとともに前記第二開閉弁を閉じることが好ましい。

このようにすれば、循環量が、流量センサの検出値に基づいて随時決定される閾値に追従するようになるので、この閾値として、第一出力流体からできるだけ多くの熱エネルギーを回収可能な作動媒体の量が設定されることにより、第一出力流体の熱エネルギーの回収効率が一層高くなる。

また、本発明において、前記貯留部は、前記貯留流路のうち前記第一開閉弁と前記第二開閉弁との間の部位に設けられており前記液状の作動媒体を貯留するタンクをさらに備えることが好ましい。

このようにすれば、さらに多量の作動媒体の貯留が可能となるので、循環量の第一出力流体の変動へのより柔軟な追従、すなわち、第一出力流体の熱エネルギーの回収効率の一層の向上が可能となる。

また、本発明において、前記加熱器は、当該加熱器に加熱媒体を供給するための加熱媒体供給流路と接続可能な加熱媒体流路を有していることが好ましい。

このようにすれば、作動媒体を介して加熱器に投入される熱量のみでは当該加熱器における第二出力流体の加熱量が不足する場合であっても、この加熱器に外部から加熱媒体を供給することによってその不足分を補うことができる。

また、本発明において、前記冷却器は、当該冷却器に冷却媒体を供給するための冷却媒体供給流路と接続可能な冷却媒体流路を有していることが好ましい。

このようにすれば、作動媒体を介して冷却器から回収される熱量のみでは当該冷却器における第一出力流体の冷却量が不足する場合であっても、この冷却器に外部から冷却媒体を供給することによってその不足分を補うことができる。

また、本発明において、前記制御部は、前記流量センサの検出値が予め設定された稼働値よりも大きくなったときに前記圧縮機を駆動することが好ましい。

このようにすれば、流量センサの検出値が稼働値よりも大きくなったときに自動的に熱回収回路が立ち上がる（起動する）ので、第一出力流体の有する熱エネルギーをより有効に回収することができる。

この場合において、前記熱回収回路は、前記冷却器内における前記液状の作動媒体の貯留量を検出可能な液面センサをさらに備え、前記制御部は、前記流量センサの検出値が前記稼働値よりも大きくなり、かつ前記液面センサの検出値が予め設定された基準量よりも大きくなったときに前記圧縮機を駆動することが好ましい。

このようにすれば、冷却器内において第一出力流体から熱エネルギーを受け取ることによって蒸発する液状の作動媒体の量、すなわち冷却器内で蒸発した後に圧縮機に流入するガス状の作動媒体の量が十分に確保された後に圧縮機が駆動されるので、熱回収回路の起動が安定する。

また、本発明において、前記制御部は、前記圧縮機の回転数が予め設定された下限回転数よりも小さくなったときに当該圧縮機を停止することが好ましい。

このようにすれば、圧縮機の回転数が下限回転数よりも小さくなったときに自動的に熱回収回路が立ち下がる（停止する）ので、例えば、下限回転数を圧縮機の安定的な駆動状態の確保が困難となる回転数に設定することにより、熱回収回路の不安定な状態での駆動を回避することができる。

以上のように、本発明によれば、分離器から流出した第一出力流体が直接圧縮されることが困難な成分を含む場合であっても、第一出力流体の熱エネルギーを有効に回収することが可能で、かつ第一出力流体の流量に変動に合わせて当該第一出力流体の有する熱エネルギーを有効に回収することが可能な蒸留装置を提供することができる。

本発明の第一実施形態の蒸留装置の構成の概略を示す図である。 図１の蒸留装置の制御部の制御内容を示すフローチャートである。 本発明の第二実施形態の蒸留装置の構成の概略を示す図である。 図３の蒸留装置における熱回収回路の立ち上げ時の制御部の制御内容を示すフローチャートである。 図３の蒸留装置における熱回収回路の立ち下げ時の制御部の制御内容を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための好ましい形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態の蒸留装置について、図１及び図２を参照しながら説明する。

図１に示されるように、この蒸留装置は、分離器２２と、分離器２２から流出した第一出力流体を冷却する冷却器２４と、分離器２２から流出した第二出力流体を加熱する加熱器２６と、熱回収回路３０と、を備えている。この蒸留装置は、相対的に低温の第一出力流体の有する熱エネルギーを、相対的に高温の第二出力流体に対して作動媒体を媒介として間接的に投入可能な装置である。

分離器２２は、第一成分及び第一成分とは異なる第二成分を含む入力流体を、第一成分を含む第一出力流体と第二成分を含む第二出力流体とに分離する。例えば、第一出力流体は、第一成分として沸点の低い（揮発性の高い）成分を多く含んだ留出蒸気（留出液）であり、第二出力流体は、第二成分として第一成分の沸点よりも高い沸点を有する（第一成分の揮発性よりも低い揮発性を有する）成分を多く含んだ缶出液である。なお、入力流体は、入力流路１１を通じて分離器２２に流入する。第一出力流体は、出力流路１２を通じて冷却器２４に流入し、第二出力流体は、出力流路１５を通じて加熱器２６に流入する。

冷却器２４は、第一出力流体と熱回収回路３０の作動媒体とを熱交換させることにより第一出力流体を冷却する。冷却器２４内で作動媒体と熱交換することで冷却された第一出力流体の一部は、出力流路１３を通じて外部に出力され、残りは、再投入流路１４を通じて分離器２２の上部に戻される。本実施形態では、冷却器２４は、外部の冷却源（図示略）から冷却媒体（冷却水等）を当該冷却器２４内に供給できるように構成されている。具体的に、冷却器２４は、冷却源から冷却媒体を当該冷却器２４に供給するための冷却媒体供給流路（図示略）と接続可能な冷却媒体流路２５を有している。冷却媒体流路２５は、冷却媒体供給流路に接続可能な接続部２５ａを有している。つまり、本実施形態では、第一出力流体は、冷却器２４において作動媒体及び冷却媒体の双方によって冷却されることが可能となっている。ただし、冷却媒体流路２５は省略されてもよい。

加熱器２６は、第二出力流体と熱回収回路３０の作動媒体とを熱交換させることにより第二出力流体を加熱する。加熱器２６内で作動媒体と熱交換することで加熱された第二出力流体の一部は、出力流路１６を通じて外部に出力され、残りは、再投入流路１７を通じて分離器２２の下部に戻される。本実施形態では、加熱器２６は、外部の熱源（図示略）から加熱媒体（蒸気等）を当該加熱器２６内に供給できるように構成されている。具体的に、加熱器２６は、熱源から加熱媒体を当該加熱器２６に供給するための加熱媒体供給流路（図示略）と接続可能な加熱媒体流路２７を有している。加熱媒体流路２７は、加熱媒体供給流路に接続可能な接続部２７ａを有している。つまり、本実施形態では、第二出力流体は、加熱器２６において作動媒体及び加熱媒体の双方によって加熱されることが可能となっている。ただし、加熱媒体流路２７は省略されてもよい。

熱回収回路３０は、冷却器２４での第一出力流体と作動媒体との熱交換によって当該作動媒体が第一出力流体から受け取った熱エネルギーを、加熱器２６での作動媒体と第二出力流体との熱交換によって当該第二出力流体に与える回路である。つまり、熱回収回路３０は、相対的に低温の第一出力流体から相対的に高温の第二出力流体に対し、作動媒体を介して熱を運ぶいわゆるヒートポンプとして機能する。具体的に、熱回収回路３０は、作動媒体が循環する循環流路３２と、作動媒体を圧縮する圧縮機３４と、作動媒体を膨張させる膨張機構３６とを有している。

循環流路３２は、第一出力流体及び第二出力流体が流れる流路に接続されることなく冷却器２４、圧縮機３４、加熱器２６及び膨張機構３６をこの順に直列に接続している。この循環流路３２における冷却器２４と圧縮機３４との間の部位には、気液分離器３７が設けられている。なお、気液分離器３７は、省略されてもよい。

圧縮機３４は、循環流路３２のうち冷却器２４の下流側でかつ加熱器２６の上流側の部位に設けられている。圧縮機３４は、冷却器２４から流出したガス状の作動媒体を圧縮することにより昇温させる。圧縮機３４から流出したガス状の作動媒体は、加熱器２６に流入し、当該加熱器２６において第二出力流体と熱交換を行うことで液状となる。

膨張機構３６は、循環流路３２のうち加熱器２６の下流側でかつ冷却器２４の上流側の部位に設けられている。膨張機構３６は、加熱器２６から流出した液状の作動媒体を膨張させることにより減圧させる。膨張機構３６から流出した液状の作動媒体は、冷却器２４に流入し、当該冷却器２４において第一出力流体と熱交換を行うことでガス状となる。

以上のように、本蒸留装置では、分離器２２から流出した第一出力流体の有する熱エネルギーが、第一出力流体自身によって直接的に第二出力流体に投入されるのではなく、循環流路３２を循環する作動媒体を介して間接的に投入される。具体的に、第一出力流体の有する熱エネルギーは、冷却器２４での第一出力流体と作動媒体との熱交換によって当該作動媒体によって回収された後、加熱器２６での作動媒体と第二出力流体との熱交換によって当該第二出力流体に与えられる。すなわち、本蒸留装置では、第一出力流体そのものが熱エネルギーの授受媒介として圧縮機３４で圧縮されるのではなく、循環流路３２を循環する作動媒体が前記授受媒介として圧縮機３４で圧縮される。よって、第一出力流体が、その第一成分として直接圧縮されることが困難な成分を含む場合であっても、当該第一出力流体の有する熱エネルギーを作動媒体を介して有効に回収すること（加熱器２６に供給する熱エネルギーを削減すること）ができる。

換言すれば、本蒸留装置では、循環流路３２に対し、単一の圧縮機３４及び膨張機構３６が設けられるだけで第一出力流体の有する熱エネルギーの有効な回収が達成されている。

本実施形態の熱回収回路３０は、第一出力流体の流量の増減に合わせて循環流路３２を循環する作動媒体の総量（以下、「循環量」という。）を増減させるための手段をさらに備えている。本蒸留装置において、分離器２２から流出する第一出力流体の流量が変動した場合、作動媒体が冷却器２４において第一出力流体から回収可能な熱エネルギーも変動する。よって、第一出力流体の流量の増減に合わせて前記熱エネルギーの授受媒介である作動媒体の循環量を増減させることにより、第一出力流体の有する熱エネルギーをより有効に回収することが可能となる。具体的に、本実施形態の熱回収回路３０は、循環流路３２に接続された貯留部４０と、循環流路３２を循環する作動媒体の循環量を調整可能な循環量調整部５０と、をさらに備えている。

貯留部４０は、循環流路３２に接続された貯留流路４２と、貯留流路４２に設けられたタンク４４とを有している。

貯留流路４２は、循環流路３２のうち液状の作動媒体が流れている部位に対して並列となるように当該循環流路３２に接続されている。具体的に、貯留流路４２の上流側の端部は、循環流路３２のうち加熱器２６の下流側でかつ膨張機構３６の上流側の部位に接続されている。一方、貯留流路４２の下流側の端部は、循環流路３２のうち当該循環流路３２と貯留流路４２の上流側の端部との接続部と膨張機構３６との間の部位に接続されている。すなわち、本実施形態では、貯留流路４２には、加熱器２６において第二出力流体と熱交換することによって凝縮した液状の作動媒体が貯留される。

タンク４４は、液状の作動媒体を貯留する。このタンク４４には、当該タンク４４内の作動媒体の貯留量を検出可能な検出器４４ａが設けられている。気液分離器３７で分離された液状の作動媒体は、流路３８を通じてタンク４４に流入する。

循環量調整部５０は、第一出力流体の流量の増減に合わせて循環流路３２の循環量を増減させる。具体的に、循環量調整部５０は、第一出力流体の流量の増減に合わせて循環量が増減するように、貯留流路４２及びタンク４４に貯留されている作動媒体の循環流路３２への流出量又は循環流路３２を循環している作動媒体の貯留流路４２及びタンク４４への流入量を調整する。本実施形態では、循環量調整部５０は、流量センサ１８と、第一開閉弁５１と、第二開閉弁５２と、第一ポンプ５３と、第二ポンプ５４と、制御部５５とを有している。

流量センサ１８は、第一出力流体の流量を検出可能なセンサである。本実施形態では、流量センサ１８は、分離器２２と冷却器２４とを接続する出力流路１２に設けられている。ただし、流量センサ１８は、冷却器２４から外部に出力するための出力流路１３と、冷却器２４から流出した第一出力流体を分離器２２に戻すための再投入流路１４との双方に設けられてもよい。この場合、これらの検出値の合計により第一出力流体の流量が算出される。

第一開閉弁５１は、貯留流路４２のうちタンク４４が設けられた部位よりも上流側の部位に設けられている。第二開閉弁５２は、貯留流路４２のうちタンク４４が設けられた部位よりも下流側の部位に設けられている。これら第一開閉弁５１及び第二開閉弁５２がともに閉じられることにより、貯留流路４２のうち第一開閉弁５１及び第二開閉弁５２の間の部位が循環流路３２から遮断される。

第一ポンプ５３は、貯留流路４２における第一開閉弁５１とタンク４４との間の部位に設けられている。第一ポンプ５３は、液状の作動媒体を所定の圧力まで加圧して貯留流路４２における当該第一ポンプ５３の下流側（タンク４４側）に送り出す。つまり、第一ポンプ５３は、循環流路３２から液状の作動媒体を貯留流路４２及びタンク４４に流入させるためのポンプである。なお、この第一ポンプ５３は、貯留流路４２における第一開閉弁５１の上流側の部位に設けられてもよい。

第二ポンプ５４は、貯留流路４２におけるタンク４４と第二開閉弁５２との間の部位に設けられている。第二ポンプ５４は、液状の作動媒体を所定の圧力まで加圧して貯留流路４２における当該第二ポンプ５４の下流側（第二開閉弁５２側）に送り出す。つまり、第二ポンプ５４は、貯留流路４２及びタンク４４から液状の作動媒体を循環流路３２に流出させるためのポンプである。なお、この第二ポンプ５４は、貯留流路４２における第二開閉弁５２の下流側の部位に設けられてもよい。

第一ポンプ５３及び第二ポンプ５４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。これら第一ポンプ５３及び第二ポンプ５４は、それぞれ任意の回転数で駆動されることが可能に構成されている。

制御部５５は、流量センサ１８、第一開閉弁５１、第二開閉弁５２、第一ポンプ５３、第二ポンプ５４、検出器４４ａ及び圧縮機３４に接続されている。制御部５５は、第一出力流体の流量（流量センサ１８の検出値）が増加した際に循環量を増加させるとともに第一出力流体の流量が減少した際に循環量を減少させるように、各開閉弁５１，５２の開閉、各ポンプ５３，５４の回転数及び圧縮機３４の回転数を調整する。

ここで、制御部５５の制御内容を図２を参照しながら説明する。

本蒸留装置が始動されると、制御部５５は、流量センサ１８の検出値を検出し（ステップＳＴ１１）、その検出値に基づいて、循環流路３２を循環させる循環量の基準値（以下、「閾値Ｑ_Ｌ−ＳＶ」という。）を決定する（ステップＳＴ１２）。閾値Ｑ_Ｌ−ＳＶは、作動媒体が冷却器２４において第一出力流体からできるだけ多くの熱エネルギーを回収可能な量に設定される。この閾値Ｑ_Ｌ−ＳＶは、冷却器２４において作動媒体が第一出力流体と実質的に潜熱のみの熱交換を行う（作動媒体が冷却器２４に液状で流入し、かつ過熱されていないかわずかに過熱されたガス状で当該冷却器２４から流出する）量に設定されることが好ましい。本実施形態では、制御部５５には、流量センサ１８の検出値に応じた最適な閾値Ｑ_Ｌ−ＳＶのデータが予め記憶されており、制御部５５は、前記データを参照することによって前記検出値に応じた閾値Ｑ_Ｌ−ＳＶを決定する。

引き続き、制御部５５は、循環流路３２を循環している作動媒体の循環量を閾値Ｑ_Ｌ−ＳＶとすることができるように圧縮機３４の回転数を決定する（ステップＳＴ１３）。

ここで、作動媒体を介して加熱器２６に投入される熱量のみでは当該加熱器２６における第二出力流体の加熱量が不足する場合がある。この場合に、制御部５５は、その不足分を補うために外部から加熱媒体流路２７に供給する加熱媒体の流量を決定する（ステップＳＴ１４）。同様に、作動媒体を介して冷却器２４から回収される熱量のみでは当該冷却器２４における第一出力流体の冷却量が不足する場合がある。この場合に、制御部５５は、その不足分を補うために外部から冷却媒体流路２５に供給する冷却媒体の流量を決定する（ステップＳＴ１５）。

次に、制御部５５は、検出器４４ａの検出値からタンク４４内の作動媒体の貯留量Ｑ_{ＶＳ−ＰＶ}を検出するとともに、予め測定されている作動媒体の総量Ｑ_{ｔｏｔａｌ}から貯留量Ｑ_{ＶＳ−ＰＶ}を引くことにより、その時点で循環流路３２を循環している作動媒体の循環量である現循環量Ｑ_Ｌ−ＰＶを算出する（ステップＳＴ１６）。

その後、制御部５５は、循環流路３２の現循環量Ｑ_Ｌ−ＰＶが不足しているか否か、すなわち、作動媒体の総量Ｑ_{ｔｏｔａｌ}から貯留量Ｑ_{ＶＳ−ＰＶ}を引いた値が閾値Ｑ_Ｌ−ＳＶ未満か否かを判定する（ステップＳＴ１７）。

その結果、現循環量Ｑ_Ｌ−ＰＶが不足している場合（ステップＳＴ１７でＹｅｓの場合）、制御部５５は、第一開閉弁５１を閉じ、第一ポンプ５３を停止し、第二ポンプ５４の回転数を調整するとともに、第二開閉弁５２を開く（ステップＳＴ１８）。そうすると、貯留流路４２やタンク４４に貯留されていた液状の作動媒体が循環流路３２へ流出し、これにより循環流路３２の作動媒体の循環量が増加する。その後、ステップＳＴ１１に戻る。

一方、現循環量Ｑ_Ｌ−ＰＶが不足していない場合（ステップＳＴ１７でＮｏの場合）、制御部５５は、現循環量Ｑ_Ｌ−ＰＶが過剰か否か、すなわち、作動媒体の総量Ｑ_{ｔｏｔａｌ}から貯留量Ｑ_{ＶＳ−ＰＶ}を引いた値が閾値Ｑ_Ｌ−ＳＶよりも大きいか否かを判定する（ステップＳＴ１９）。

その結果、現循環量Ｑ_Ｌ−ＰＶが過剰である場合（ステップＳＴ１９でＹｅｓの場合）、制御部５５は、第一開閉弁５１を開き、第一ポンプ５３の回転数を調整し、第二ポンプ５４を停止するとともに、第二開閉弁５２を閉じる（ステップＳＴ２０）。そうすると、循環流路３２から貯留流路４２やタンク４４に液状の作動媒体が流入し、これにより循環流路３２の作動媒体の循環量が減少する。その後、ステップＳＴ１１に戻る。

一方、現循環量Ｑ_Ｌ−ＰＶが過剰ではない場合（ステップＳＴ１９でＮｏの場合）、すなわち、現循環量Ｑ_Ｌ−ＰＶと閾値Ｑ_Ｌ−ＳＶとが一致している場合、そのままステップＳＴ１１に戻る。

以上のように、本蒸留装置では、分離器２２から流出した第一出力流体の流量に変動が生じた場合であっても、その変動に合わせて当該第一出力流体の有する熱エネルギーを有効に回収することができる。すなわち、本装置は、貯留部４０（貯留流路４２及びタンク４４）と循環量調整部５０とを有するので、第一出力流体の流量の増減に合わせて当該第一出力流体から回収可能な熱エネルギーが増減した場合であっても、第一出力流体の熱エネルギーがその流量の変動に合わせて有効に回収される。

また、本実施形態では、第一出力流体の流量（流量センサ１８の検出値）の増減に合わせて循環量が増減するので、第一出力流体の熱エネルギーの回収効率がさらに向上する。具体的に、循環量を増加させるとき、すなわち第一開閉弁５１が閉じており第二開閉弁５２が開いているとき、貯留流路４２及びタンク４４から循環流路３２への作動媒体の流出が促進されるように第二ポンプ５４が駆動される。逆に、循環量を減少させるとき、すなわち第一開閉弁５１が開いており第二開閉弁５２が閉じているとき、循環流路３２から貯留流路４２及びタンク４４への作動媒体の流入が促進されるように第一ポンプ５３が駆動される。このため、第一出力流体の流量の増減に合わせて循環量が増減する。よって、第一出力流体の熱エネルギーの回収効率が一層高くなる。すなわち、本実施形態では、第一ポンプ５３及び第二ポンプ５４が、貯留部４０から循環流路３２への作動媒体の流出または循環流路３２から貯留部４０への作動媒体の流入を促進させる「促進部」を構成する。なお、第一ポンプ５３及び第二ポンプ５４のうち少なくとも一方を備えていれば良く、望ましくは第二ポンプ５４を備える。

また、本実施形態では、制御部５５は、循環量が前記閾値Ｑ_Ｌ−ＳＶよりも小さいときに第一開閉弁５１を閉じるとともに第二開閉弁５２を開き、循環量が前記閾値Ｑ_Ｌ−ＳＶよりも大きいときに第一開閉弁５１を開くとともに第二開閉弁５２を閉じる。このため、循環量は、流量センサ１８の検出値に基づいて随時決定される閾値Ｑ_Ｌ−ＳＶに追従するようになる。本実施形態では、この閾値Ｑ_Ｌ−ＳＶとして、第一出力流体からできるだけ多くの熱エネルギーを回収可能な作動媒体の量が設定されているため、第一出力流体の熱エネルギーの回収効率が一層高くなる。

また、本実施形態では、貯留部４０に液状の作動媒体が貯留されるので、貯留可能な作動媒体の流量が多くなる。すなわち、貯留部４０にガス状の作動媒体が貯留される場合よりも多量の作動媒体の貯留が可能となる。

さらに、本実施形態では、貯留部４０がタンク４４を有するので、循環量の第一出力流体の変動へのより柔軟な追従、すなわち、第一出力流体の熱エネルギーの回収効率の一層の向上が可能となる。なお、タンク４４は省略されてもよい。

また、本実施形態では、加熱器２６は、加熱媒体流路２７を有している。このため、作動媒体を介して加熱器２６に投入される熱量のみでは当該加熱器２６における第二出力流体の加熱量が不足する場合であっても、この加熱器２６に外部から加熱媒体を供給することによってその不足分を補うことができる。

また、本実施形態では、冷却器２４は、冷却媒体流路２５を有している。このため、作動媒体を介して冷却器２４から回収される熱量のみでは当該冷却器２４における第一出力流体の冷却量が不足する場合であっても、この冷却器２４に外部から冷却媒体を供給することによってその不足分を補うことができる。

（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態の蒸留装置について、図３〜図５を参照しながら説明する。なお、この第二実施形態では、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。

本実施形態では、冷却器２４に設けられた液面センサ２４ａと、冷却媒体流路２５に設けられた第三開閉弁２８と、加熱媒体流路２７に設けられた第四開閉弁２９と、循環流路３２に設けられた圧力センサ３２ａ及び第五開閉弁３３と、気液分離器３７とタンク４４とを接続する流路３８に設けられた第六開閉弁３９と、をさらに備えている。液面センサ２４ａは、冷却器２４内の液状の作動媒体の貯留量を検出する。第五開閉弁３３は、循環流路３２のうち気液分離器３７と圧縮機３４との間の部位に設けられている。圧力センサ３２ａは、循環流路３２のうち気液分離器３７と第五開閉弁３３との間の部位に設けられている。

次に、本実施形態の蒸留装置における熱回収回路３０の立ち上げ時（起動時）の制御部５５の制御内容について、図４を参照しながら説明する。熱回収回路３０の立ち上げ前の状態では、圧縮機３４、第一ポンプ５３及び第二ポンプ５４は、停止しており、第五開閉弁３３及び第六開閉弁３９は、閉じている。また、冷却器２４において第一出力流体を冷却するために第三開閉弁２８は開いている。

この状態において、制御部５５は、まず、流量センサ１８の検出値Ｑ_ＴＯＰを読み取り（ステップＳＴ３１）、この検出値Ｑ_ＴＯＰが予め設定された稼働値Ｑ_ＳＴよりも大きいか否かを判定する（ステップＳＴ３２）。稼働値Ｑ_ＳＴは、熱回収回路３０を稼働可能な量、すなわち、圧縮機３４の駆動によって作動媒体が第一出力流体から受け取った熱エネルギーを第二出力流体に与えることが可能な量に設定される。

そして、検出値Ｑ_ＴＯＰが稼働値Ｑ_ＳＴ以下の場合（ステップＳＴ３２でＮｏの場合）、ステップＳＴ３１に戻る一方、検出値Ｑ_ＴＯＰが稼働値Ｑ_ＳＴよりも大きい場合（ステップＳＴ３２でＹｅｓの場合）、制御部５５は、第三開閉弁２８を閉じるとともに（ステップＳＴ３３）、第六開閉弁３９を開く（ステップＳＴ３４）。第三開閉弁２８を閉じるのは、冷却器２４内の液状の作動媒体によって第一出力流体の冷却が可能となるからである。第六開閉弁３９を開くのは、気液分離器３７内に溜まっている液状の作動媒体をタンク４４へ導入するためである。

続いて、制御部５５は、液面センサ２４ａの検出値Ｌ２を読み取り（ステップＳＴ３５）、この検出値Ｌ２が予め設定された基準量Ｌ_ＳＴよりも大きいか否かを判定する（ステップＳＴ３６）。基準量Ｌ_ＳＴは、圧縮機３４を安定的に（下限回転数Ｎ_ＭＩＮ以上で）回転させることが可能な量のガス状の作動媒体が得られる量に設定される。

そして、検出値Ｌ２が基準量Ｌ_ＳＴ以下の場合（ステップＳＴ３６でＮｏの場合）、制御部５５は、第二ポンプ５４の回転数を調整するとともに第二開閉弁５２を開いた後（ステップＳＴ３７）、ステップＳＴ３５に戻る。そうすると、タンク４４から循環流路３２に液状の作動媒体が流出し、これにより冷却器２４内における液状の作動媒体量が増加する。

一方、検出値Ｌ２が基準量Ｌ_ＳＴよりも大きい場合（ステップＳＴ３６でＹｅｓの場合）、制御部５５は、第二ポンプ５４を停止するとともに第二開閉弁５２を閉じる（ステップＳＴ３７）。

その後、制御部５５は、第六開閉弁３９を閉じる（ステップＳＴ３９）。第六開閉弁３９を閉じるのは、気液分離器３７とタンク４４との連通を遮断することによってガス状の作動媒体を循環流路３２における冷却器２４と第五開閉弁３３との間の空間に留めるためである。

次に、制御部５５は、圧力センサ３２ａの検出値Ｐ_Ｖを読み取り（ステップＳＴ４０）、この検出値Ｐ_Ｖが予め設定された下限圧Ｐ_ＭＩＮよりも大きく、かつ上限圧Ｐ_ＭＡＸ未満か否かを判定する（ステップＳＴ４１）。

その結果、検出値Ｐ_Ｖが下限圧Ｐ_ＭＩＮ以下、あるいは上限圧Ｐ_ＭＡＸ以上である場合（ステップＳＴ４１でＮｏの場合）、ステップＳＴ４０に戻る。一方、検出値Ｐ_Ｖが下限圧Ｐ_ＭＩＮよりも大きく、かつ上限圧Ｐ_ＭＡＸ未満である場合（ステップＳＴ４１でＹｅｓの場合）、第五開閉弁３３を開くとともに圧縮機３４を駆動する（ステップＳＴ４２）。これにより、熱回収回路３０が立ち上がる。その後、ステップＳＴ１１へ移る。

続いて、熱回収回路３０の立ち下げ時（停止時）の制御部５５の制御内容について、図５を参照しながら説明する。以下、第一実施形態の制御部５５の制御内容と同じ内容については、第一実施形態と同じ符号を付し、その説明を省略する。

制御部５５は、圧縮機３４の回転数Ｎ_ｃを決定した後（ステップＳＴ１３）、この回転数Ｎ_ｃが下限回転数Ｎ_ＭＩＮよりも大きいか否かを判定する（ステップＳＴ５１）。下限回転数Ｎ_ＭＩＮは、圧縮機３４が安定的に回転可能な回転数範囲のうちの下限値に設定される。

そして、前記回転数Ｎ_ｃが下限回転数Ｎ_ＭＩＮよりも大きい場合（ステップＳＴ５１でＹｅｓの場合）、制御部５５は、ステップＳＴ１４に移る。ステップＳＴ１４〜ステップＳＴ２０の制御内容は、第一実施形態のそれと同様であるので、その説明を省略する。

一方、前記回転数Ｎ_ｃが下限回転数Ｎ_ＭＩＮ以下である場合（ステップＳＴ５１でＮｏの場合）、制御部５５は、圧縮機３４を停止する（ステップＳＴ５２）。また、制御部５５は、加熱器２６に供給する加熱媒体の流量を決定し、第四開閉弁２９をその開度で開くとともに（ステップＳＴ５３）、冷却器２４に供給する冷却媒体の流量を決定し、第三開閉弁２８をその開度で開く（ステップＳＴ５４）。

その後、制御部５５は、検出器４４ａの検出値Ｌ１が予め設定された上限値となるまで第一ポンプ５３を駆動する（ステップＳＴ５６）。これにより、タンク４４に所定量の液状の作動媒体が貯留された状態で熱回収回路３０が立ち下がる。

以上に説明した熱回収回路３０の立ち下げは、手動で行われてもよい。この場合、圧縮機３４の駆動及び停止を手動で操作するための操作ボタン（図示略）の操作により圧縮機３４が停止される。圧縮機３４が停止した後の制御部５５の制御内容は、上記のステップＳＴ５３〜ステップＳＴ５６と同じである。

以上のように、本実施形態では、制御部５５は、流量センサ１８の検出値Ｑ_ＴＯＰが稼働値Ｑ_ＳＴよりも大きくなったときに圧縮機３４を駆動するので、検出値Ｑ_ＴＯＰが稼働値Ｑ_ＳＴよりも大きくなったときに自動的に熱回収回路３０が立ち上がる（起動する）。よって、第一出力流体の有する熱エネルギーをより有効に回収することができる。

より具体的には、制御部５５は、検出値Ｑ_ＴＯＰが稼働値Ｑ_ＳＴよりも大きくなり、かつ液面センサ２４ａの検出値Ｌ２が基準量Ｌ_ＳＴよりも大きくなったときに圧縮機３４を駆動する。つまり、冷却器２４内において第一出力流体から熱エネルギーを受け取ることによって蒸発する液状の作動媒体の量、すなわち冷却器２４内で蒸発した後に圧縮機３４に流入するガス状の作動媒体の量が十分に確保された後に圧縮機３４が駆動される。よって、熱回収回路３０の起動が安定する。

また、制御部５５は、圧縮機３４の回転数Ｎ_Ｃが下限回転数Ｎ_ＭＩＮよりも小さくなったときに圧縮機３４を停止するので、前記回転数Ｎ_Ｃが下限回転数Ｎ_ＭＩＮよりも小さくなったときに自動的に熱回収回路３０が立ち下がる（停止する）。よって、圧縮機３４の安定的な駆動状態が確保されるので、熱回収回路３０の不安定な状態での駆動を回避することができる。

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、上記各実施形態では、制御部５５は、当該制御部５５に記憶されているデータを参照することによって流量センサ１８の検出値に応じた閾値Ｑ_Ｌ−ＳＶを随時決定する例が示されたが、閾値Ｑ_Ｌ−ＳＶの決定方法はこれに限られない。例えば、閾値Ｑ_Ｌ−ＳＶとして、第一出力流体の変動範囲や作動媒体の総量Ｑ_{ｔｏｔａｌ}等に基づいて特定の設定値が設定されてもよい。この場合、制御部５５は、流量センサ１８の検出値が前記設定値よりも大きいときに第一開閉弁５１を閉じるとともに第二開閉弁５２を開き、前記検出値が前記設定値よりも小さいときに第一開閉弁５１を開くとともに第二開閉弁５２を閉じてもよい。

１８ 流量センサ
２２ 分離器
２４ 冷却器
２４ａ 液面センサ
２５ 冷却媒体流路
２６ 加熱器
２７ 加熱媒体流路
２８ 第三開閉弁
２９ 第四開閉弁
３０ 熱回収回路
３２ 循環流路
３２ａ 圧力センサ
３３ 第五開閉弁
３４ 圧縮機
３６ 膨張機構
３７ 気液分離器
３９ 第六開閉弁
４０ 貯留部
４２ 貯留流路
４４ タンク
４４ａ 検出器
５０ 循環量調整部
５１ 第一開閉弁
５２ 第二開閉弁
５３ 第一ポンプ（促進部）
５４ 第二ポンプ（促進部）
５５ 制御部

Claims (10)

1. 第一成分及び第二成分を含む入力流体を前記第一成分を含む第一出力流体と前記第二成分を含む第二出力流体とに分離する分離器と、
   前記分離器から流出した前記第一出力流体を冷却するための冷却器と、
   前記分離器から流出した前記第二出力流体を加熱するための加熱器と、
   作動媒体を含み当該作動媒体が前記冷却器で前記第一出力流体と熱交換することによって当該第一出力流体から受け取った熱エネルギーを、当該作動媒体が前記加熱器で前記第二出力流体と熱交換することによって当該第二出力流体に与える熱回収回路と、を備え、
   前記熱回収回路は、前記冷却器及び前記加熱器を接続しており前記作動媒体を循環させる循環流路と、前記冷却器で前記第一出力流体と熱交換することによって当該第一出力流体から前記熱エネルギーを受け取った後の作動媒体を圧縮する圧縮機と、前記加熱器で前記第二出力流体と熱交換することによって当該第二出力流体に前記熱エネルギーを与えた後の作動媒体を膨張させる膨張機構と、前記循環流路に接続されており液状の作動媒体を貯留可能な貯留部と、前記循環流路を循環している作動媒体の総量である循環量を調整する循環量調整部と、を有し、
   前記循環量調整部は、前記第一出力流体の流量の増減に合わせて前記循環量が増減するように、前記貯留部に貯留されている作動媒体の前記循環流路への流出量又は前記循環流路を循環している作動媒体の前記貯留部への流入量を調整する蒸留装置。
2. 請求項１に記載の蒸留装置において、
   前記貯留部は、前記循環流路のうち前記液状の作動媒体が流れる部位に対して並列となるように当該循環流路に接続された貯留流路を有しており、
   前記循環量調整部は、前記貯留流路に設けられた第一開閉弁と、前記貯留流路のうち前記第一開閉弁が設けられた部位よりも下流側の部位に設けられた第二開閉弁と、前記冷却器に流入する前記第一出力流体の流量、または前記冷却器から流出した前記第一出力流体の流量を検出可能な流量センサと、前記流量センサの検出値に応じて前記第一開閉弁及び前記第二開閉弁の開閉を制御する制御部と、を含み、
   前記制御部は、前記検出値の増減に合わせて前記循環量が増減するように、前記第一開閉弁を閉じるとともに前記第二開閉弁を開く、または前記第一開閉弁を開くとともに前記第二開閉弁を閉じる蒸留装置。
3. 請求項２に記載の蒸留装置において、
   前記循環量調整部は、前記第一開閉弁が閉じており前記第二開閉弁が開いているときに前記貯留流路から前記循環流路への前記液状の作動媒体の流出を促進させ、かつ、前記第一開閉弁が開いており前記第二開閉弁が閉じているときに前記循環流路から前記貯留流路への前記液状の作動媒体の流入を促進させる促進部をさらに備える蒸留装置。
4. 請求項２又は３に記載の蒸留装置において、
   前記制御部は、前記循環量が前記検出値に基づいて決定される閾値よりも小さいときに前記第一開閉弁を閉じるとともに前記第二開閉弁を開き、前記循環量が前記閾値よりも大きいときに前記第一開閉弁を開くとともに前記第二開閉弁を閉じる蒸留装置。
5. 請求項２ないし４のいずれかに記載の蒸留装置において、
   前記貯留部は、前記貯留流路のうち前記第一開閉弁と前記第二開閉弁との間の部位に設けられており前記液状の作動媒体を貯留するタンクをさらに備える蒸留装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の蒸留装置において、
   前記加熱器は、当該加熱器に加熱媒体を供給するための加熱媒体供給流路と接続可能な加熱媒体流路を有している蒸留装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の蒸留装置において、
   前記冷却器は、当該冷却器に冷却媒体を供給するための冷却媒体供給流路と接続可能な冷却媒体流路を有している蒸留装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の蒸留装置において、
   前記制御部は、前記流量センサの検出値が予め設定された稼働値よりも大きくなったときに前記圧縮機を駆動する蒸留装置。
9. 請求項８に記載の蒸留装置において、
   前記熱回収回路は、前記冷却器内における前記液状の作動媒体の貯留量を検出可能な液面センサをさらに備え、
   前記制御部は、前記流量センサの検出値が前記稼働値よりも大きくなり、かつ前記液面センサの検出値が予め設定された基準量よりも大きくなったときに前記圧縮機を駆動する蒸留装置。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の蒸留装置において、
    前記制御部は、前記圧縮機の回転数が予め設定された下限回転数よりも小さくなったときに当該圧縮機を停止する蒸留装置。

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