JP6474973B2

JP6474973B2 - 廃熱回収装置

Info

Publication number: JP6474973B2
Application number: JP2014151918A
Authority: JP
Inventors: 卓俊古川
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2014-07-25
Filing date: 2014-07-25
Publication date: 2019-02-27
Anticipated expiration: 2034-07-25
Also published as: JP2016029268A

Description

本発明は、廃熱回収装置に関し、特に、ランキンサイクル装置を備える廃熱回収装置に関する。

従来、ランキンサイクル装置を備える廃熱回収装置として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載された廃熱回収装置では、作動媒体ポンプによって圧送された作動媒体を凝縮器の入口側にバイパスさせるバイパス路を設けると共に、凝縮器を経由した作動媒体の過冷却度に応じて、バイパス路をバイパスさせる作動媒体の量を制御することで、ランキンサイクル効率の向上が図られている。

特開２００８−２３１９８１号公報

ところで、近年、ランキンサイクル装置において、凝縮器内における作動媒体の飽和温度と作動媒体ポンプに流入する作動媒体の温度との差（サブクール）を小さくすることで、ランキンサイクル効率の向上が図られる場合がある。一方で、サブクールを小さくすると、例えば作動媒体ポンプの過渡運転時等に、凝縮器内における作動媒体の飽和温度が作動媒体ポンプに流入する作動媒体の温度よりも低下する温度逆転（以下、単に「温度逆転」ともいう）が生じるおそれがある。この温度逆転が生じると、作動媒体ポンプに流入する作動媒体の沸騰や作動媒体ポンプでのキャビテーションが生じるため、作動媒体ポンプにより作動媒体が十分に圧送されなくなり、ランキンサイクル装置の安定した運転が阻害される。その結果、ランキンサイクル効率が却って低下して、廃熱回収効率が低下する場合がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、廃熱回収効率の低下を抑制することができる廃熱回収装置を提供することを課題とする。

本発明に係る廃熱回収装置は、作動媒体を循環させる作動媒体ポンプと、作動媒体を冷却して凝縮させる凝縮器と、を有するランキンサイクル装置と、凝縮器へ冷却媒体を流通させる冷却媒体ポンプを有する低温熱源部と、冷却媒体ポンプの出力流量を制御する制御部と、を備え、制御部は、冷却媒体ポンプが駆動状態であって、凝縮器における作動媒体の飽和温度が作動媒体ポンプに流入する作動媒体の温度よりも低下する温度逆転が予測されるとき、冷却媒体ポンプの出力流量を第１減少率で減少させ、冷却媒体ポンプが停止状態であって温度逆転が予測されるとき、冷却媒体ポンプの出力流量を第１増加率で増加させる。

この廃熱回収装置では、冷却媒体ポンプが駆動状態であって温度逆転が予測されるときには、冷却媒体ポンプの出力流量を第１減少率で減少させ、冷却媒体ポンプが停止状態であって温度逆転が予測されるときには、冷却媒体ポンプの出力流量を第１増加率で増加させる。これにより、例えば凝縮器内における作動媒体の過剰な冷却による温度逆転を回避し、作動媒体ポンプに流入する作動媒体の沸騰や作動媒体ポンプでのキャビテーションの発生を抑制し、作動媒体ポンプにより作動媒体を適切に循環することができ、ランキンサイクル装置を安定して運転することができる。その結果、廃熱回収効率の低下を抑制することが可能となる。

上記作用効果を好適に奏する場合として、具体的には、制御部は、冷却媒体ポンプが駆動状態であって作動媒体ポンプが停止されたとき、又は、冷却媒体ポンプが駆動状態であって冷却媒体の温度が所定温度勾配以上で低下したとき、温度逆転が予測されるとして、冷却媒体ポンプの出力流量を第１減少率で減少させる場合がある。

また、上記作用効果を好適に奏する場合として、具体的には、制御部は、冷却媒体ポンプが停止状態であって作動媒体ポンプが駆動されるとき、温度逆転が予測されるとして、冷却媒体ポンプの出力流量を第１増加率で増加させる場合がある。

また、制御部は、冷却媒体ポンプの出力流量を第１増加率で増加させる前に、当該出力流量を所定流量で更に減少させてもよい。この場合、冷却媒体ポンプの出力流量を第１増加率で増加させるときにおいて冷却媒体ポンプの出力流量を少なくできる。その結果、当該出力流量の増加によって凝縮器内における作動媒体が過剰に冷却されて温度逆転が生じるのを抑制することが可能となる。

本発明によれば、廃熱回収効率の低下を抑制することができる。

実施形態に係る廃熱回収装置を示す概略構成図である。（ａ）は、制御部の動作を説明するためのフローチャートである。（ｂ）は、制御部の他の動作を説明するためのフローチャートである。（ｃ）は、制御部の更に他の動作を説明するためのフローチャートである。（ａ）は、実施形態に係る廃熱回収装置の動作例を示すタイミングチャートである。（ｂ）は、実施形態に係る廃熱回収装置の他の動作例を示すタイミングチャートである。（ａ）は、従来の廃熱回収装置の動作例を示すタイミングチャートである。（ｂ）は、従来の廃熱回収装置の他の動作例を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の一側面に係る好適な実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、実施形態に係る廃熱回収装置を示す概略構成図である。図１に示すように、実施形態に係る廃熱回収装置１は、ランキンサイクル装置１０と、低温熱源部２０と、高温熱源部３０と、制御部４０と、を備えており、例えばトラックやバス等の車両に搭載されて用いられる。

ランキンサイクル装置１０は、例えば車両の廃熱を入熱として、当該廃熱に係る熱エネルギを運動エネルギに変換して動力として出力する。ランキンサイクル装置１０は、その流路１６において、作動媒体ポンプ１１と、蒸発器１２と、膨張機１３と、凝縮器１４と、リザーブタンク１５と、を有している。ランキンサイクル装置１０では、その流路１６に作動媒体Ｍが循環される。作動媒体Ｍとしては、種々のものを用いることができ、ここでは、低沸点媒体であるＲ１３４ａが用いられる。

作動媒体ポンプ１１は、作動媒体Ｍを送出（圧送）してランキンサイクル装置１０の流路１６に循環させるポンプである。作動媒体ポンプ１１は、液相の作動媒体Ｍを圧縮すると共に、当該作動媒体Ｍを流路１６における下流側の第１流路１６ａに送出する。作動媒体ポンプ１１の動力源としては、例えばＯＮ−ＯＦＦ制御で作動されるモータ等を用いることができる。作動媒体ポンプ１１は、制御部４０と電気的に接続されており、例えば作動媒体ポンプ１１の作動状況（駆動又は停止）に係る信号を制御部４０へ送信する。

蒸発器１２は、第１流路１６ａの下流側に設けられ、作動媒体ポンプ１１で圧縮された作動媒体Ｍを蒸発（気化）させる熱交換器である。蒸発器１２は、高温熱源部３０の熱源流体Ｈが流通され、当該熱源流体Ｈにより液相の作動媒体Ｍを加熱して蒸発させる。蒸発器１２では、蒸発した作動媒体Ｍが流路１６における下流側の第２流路１６ｂに流出する。

膨張機１３は、第２流路１６ｂの下流側に設けられ、蒸発器１２で蒸発した作動媒体Ｍが流入すると共に膨張することで回転され、動力を出力する。膨張機１３としては、例えばタービン等が用いられる。膨張機１３は、例えば機械出力を出力してもよく、例えば発電機が接続されて電気出力を出力してもよい。膨張機１３では、膨張した作動媒体Ｍが流路１６における下流側の第３流路１６ｃに流出する。

凝縮器１４は、第３流路１６ｃの下流側に設けられ、膨張機１３でエネルギを回収された作動媒体Ｍを凝縮（液化）させる熱交換器である。凝縮器１４は、低温熱源部２０の冷却水（冷却媒体）Ｗが流通され、当該冷却水Ｗにより作動媒体Ｍを冷却して凝縮させる。凝縮器１４では、冷却水Ｗにより作動媒体Ｍが冷却されることで作動媒体Ｍの圧力が変化し、作動媒体Ｍの飽和温度が当該圧力に応じた温度に変化する。凝縮器１４では、凝縮された作動媒体Ｍが流路１６における下流側の第４流路１６ｄに流出する。

リザーブタンク１５は、第４流路１６ｄの下流側に設けられ、凝縮器１４で凝縮された作動媒体Ｍを貯留するタンクである。ここでのリザーブタンク１５は、例えば作動媒体ポンプ１１と一体的に設けられている。リザーブタンク１５では、貯留された作動媒体Ｍが作動媒体ポンプ１１に流入して第１流路１６ａに再び送出される。

低温熱源部２０は、その低温熱源用流路２１に冷却水Ｗが循環され、当該冷却水Ｗが凝縮器１４を流通することで作動媒体Ｍを冷却する。冷却水Ｗとしては、種々のものを用いることができ、ここでは、例えば不凍液を含む水が用いられる。低温熱源部２０は、その低温熱源用流路２１において、冷却水ポンプ（冷却媒体ポンプ）２２と、低温熱源２３と、水温センサ２４と、を有している。

冷却水ポンプ２２は、冷却水Ｗを低温熱源用流路２１に循環させるポンプである。冷却水ポンプ２２の動力源としては、例えば連続的に出力が変化するように制御されるモータ等を用いることができる。冷却水ポンプ２２は、動力源の出力に応じた流量（以下、単に「出力流量」ともいう）で冷却水Ｗを送出し、凝縮器１４へ冷却水Ｗを流通させ、当該冷却水Ｗにより作動媒体Ｍを冷却させる。

冷却水ポンプ２２は、制御部４０（後述）に電気的に接続されており、当該制御部４０により出力流量が制御される。冷却水ポンプ２２は、その出力流量の状態に応じて、駆動状態と停止状態とを有している。駆動状態としては、例えば、冷却水ポンプ２２が通常運転とされて通常運転時の出力流量を出力している状態、及び冷却水ポンプ２２が通常運転となりつつある状態（出力流量が所定の設定流量以上の流量で略一定とされている状態、並びに出力流量が増加されている状態）が含まれる。停止状態としては、例えば、冷却水ポンプ２２が停止されて出力流量がない状態、及び冷却水ポンプ２２が停止しつつある状態（出力流量が所定の設定流量未満の流量で略一定とされている状態、並びに出力流量が減少されている状態）が含まれる。

低温熱源２３は、冷却水Ｗを流通させて冷却する熱交換器である。ここでの低温熱源２３は、例えばサブラジエータが採用され、車両が走行する際の走行風により冷却水Ｗを冷却する。

水温センサ２４は、低温熱源２３により冷却された冷却水Ｗの温度Ｔ_ｗを計測するセンサである。水温センサ２４は、例えば、低温熱源用流路２１における冷却水ポンプ２２と凝縮器１４との間に設けられている。水温センサ２４は、制御部４０と電気的に接続されており、例えば検出した冷却水Ｗの温度Ｔ_ｗに関する信号を制御部４０へ送信する。

制御部４０は、作動媒体ポンプ１１の作動状況及び水温センサ２４の検出値に基づいて、冷却水ポンプ２２の出力流量を制御する。制御部４０は、例えば、冷却水ポンプ２２が駆動状態であって、凝縮器１４における作動媒体Ｍの飽和温度が作動媒体ポンプ１１に流入する作動媒体Ｍの温度よりも低下する温度逆転が予測されるとき、冷却水ポンプ２２の出力流量を第１減少率で減少させ、冷却水ポンプ２２が停止状態であって温度逆転が予測されるとき、冷却水ポンプ２２の出力流量を第１増加率で増加させる。

高温熱源部３０は、その高温熱源用流路３１において熱源流体Ｈを循環させて蒸発器１２を流通させることにより、ランキンサイクル装置１０の作動媒体Ｍを加熱する。熱源流体Ｈとしては、種々のものを用いることができ、ここでは、例えば不凍液を含む水が用いられる。高温熱源部３０は、高温熱源３２と、ポンプ３３と、を高温熱源用流路３１上に有している。

高温熱源３２は、熱源流体Ｈを流通させて加熱する熱源である。ここでの高温熱源３２は、例えば車両に搭載されたエンジンが利用され、エンジンでの燃焼等により生じた廃熱により熱源流体Ｈを加熱する。ポンプ３３は、熱源流体Ｈを高温熱源用流路３１に循環させるポンプである。ポンプ３３の動力源としては、例えば上記エンジンが出力する動力等を用いることができる。

次に、廃熱回収装置１における制御部の処理について、図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）を参照しつつ説明する。図２（ａ）は、制御部の動作を説明するためのフローチャートである。図２（ａ）に示すように、本実施形態では、例えば冷却水ポンプ２２が駆動状態であって作動媒体ポンプ１１が停止されて過渡運転となる場合、以下に詳説するように、制御部４０により冷却水ポンプ２２の出力流量を減少させる動作が実施される。

すなわち、作動媒体ポンプ１１からの信号に基づいて作動媒体ポンプ１１が停止されたか否かが判定される（Ｓ１）。Ｓ１において、作動媒体ポンプ１１が停止されたと判定される場合、温度逆転が予測されるとして、冷却水ポンプ２２の出力流量が第１減少率で減少される（Ｓ２）。ここでの第１減少率は、例えば通常運転時の出力流量の１０％の流量が１秒当たりに減少する減少率とされている。上記Ｓ２の処理により、冷却水ポンプ２２は停止状態とされる。そして、作動媒体ポンプ１１からの信号に基づいて作動媒体ポンプ１１が駆動されたか否かが判定される（Ｓ３）。

上記Ｓ３において、作動媒体ポンプ１１が駆動されたと判定されない場合、Ｓ２へ移行され、冷却水ポンプ２２の出力流量が第１減少率で引き続き減少される。上記Ｓ３において、作動媒体ポンプ１１が駆動されたと判定される場合、冷却水ポンプ２２の出力流量が所定流量で更に減少される（Ｓ４）。ここでの所定流量は、例えば通常運転時の出力流量の５０％の流量とされている。その後、図２（ｃ）に示すように、制御部４０により冷却水ポンプ２２の出力流量を増加させる動作が実施される。

図２（ｂ）は、制御部の他の動作を説明するためのフローチャートである。図２（ｂ）に示すように、例えば冷却水ポンプ２２が駆動状態であって冷却水Ｗの温度Ｔ_ｗが所定温度勾配以上で低下した場合、以下のように、制御部４０により冷却水ポンプ２２の出力流量を減少させる動作が実施される。

すなわち、水温センサ２４からの信号に基づいて冷却水Ｗの温度Ｔ_ｗが所定温度勾配以上で低下したか否かが判定される（Ｓ５）。Ｓ５において、冷却水Ｗの温度Ｔ_ｗが所定温度勾配以上で低下したと判断される場合、温度逆転が予測されるとして、冷却水ポンプ２２の出力流量が第１減少率で減少される（Ｓ６）。ここでの第１減少率は、例えば上記Ｓ２と同じ減少率とされている。上記Ｓ６の処理により、冷却水ポンプ２２は停止状態とされる。そして、水温センサ２４からの信号に基づいて冷却水Ｗの温度Ｔ_ｗが所定温度勾配以上で低下しなくなったか否かが判定される（Ｓ７）。

上記Ｓ７において、冷却水Ｗの温度Ｔ_ｗが所定温度勾配以上で低下しなくなったと判定されない場合、Ｓ６へ移行され、冷却水ポンプ２２の出力流量が第１減少率で引き続き減少される。上記Ｓ７において、冷却水Ｗの温度Ｔ_ｗが所定温度勾配以上で低下しなくなったと判定される場合、冷却水ポンプ２２の出力流量が所定流量で更に減少される（Ｓ８）ここでの所定流量は、例えば通常運転時の出力流量の５０％の流量とされている。その後、図２（ｃ）に示すように、制御部４０により冷却水ポンプ２２の出力流量を増加させる動作が実施される。

図２（ｃ）は、制御部の更に他の動作を説明するためのフローチャートである。図２（ｃ）に示すように、例えば冷却水ポンプ２２が停止状態であって作動媒体ポンプ１１が駆動される場合（例えば上記Ｓ４又はＳ８の後）、温度逆転が予測されるとして、以下のように、制御部４０により冷却水ポンプ２２の出力流量を増加させる動作が実施される。すなわち、冷却水ポンプ２２の出力流量が第１増加率で増加される（Ｓ９）。ここでの第１増加率は、例えば通常運転時の出力流量の１０％の流量が１秒当たりに増加する増加率とされている。上記Ｓ９の処理により、冷却水ポンプ２２は駆動状態とされる。上記Ｓ９の後、冷却水ポンプ２２の出力流量が通常運転時の出力流量と等しいか否かが判定される（Ｓ１０）。

上記Ｓ１０では、冷却水ポンプ２２の出力流量が通常運転時の出力流量と等しいと判定されない場合、Ｓ９へ移行され、冷却水ポンプ２２の出力流量が第１増加率で引き続き増加される。一方、上記Ｓ１０において、冷却水ポンプ２２の出力流量が通常運転時の出力流量と等しいと判定される場合、冷却水ポンプ２２が通常運転に至ったとして、処理が終了される。

次に、本実施形態に係る廃熱回収装置の動作例について説明する。図３（ａ）は、実施形態に係る廃熱回収装置の動作例を示すタイミングチャートであり、図３（ｂ）は、実施形態に係る廃熱回収装置の他の動作例を示すタイミングチャートである。まず、図３（ａ）を参照しつつ、廃熱回収装置１の動作例として、冷却水ポンプ２２が一定の出力流量とされる駆動状態であって、作動媒体ポンプ１１が停止された後に再度駆動される例を説明する。

図３（ａ）に示すように、時刻ｔ_１までの時間において、作動媒体ポンプ１１及び冷却水ポンプ２２が一定の出力流量（通常運転時の出力流量Ｑ_ｍ0及びＱ_ｃ０）で駆動されており、凝縮器１４における作動媒体Ｍの飽和温度（以下、単に「飽和温度Ｔ_ｍｓ」ともいう）は、作動媒体ポンプ１１に流入する作動媒体Ｍの温度（以下、単に「温度Ｔ_ｍ」ともいう）よりも、例えばランキンサイクル効率を考慮して予め設定された所定温度だけ高い温度とされている。

時刻ｔ_１において、作動媒体ポンプ１１が停止されると、制御部４０により作動媒体ポンプ１１が停止されたと判定されると共に、温度逆転が予測されるとして、冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃが第１減少率で減少されるように制御される。そして、制御部４０により、作動媒体ポンプ１１が再度駆動される時刻ｔ_２に至るまで、冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃが第１減少率で引き続き減少されるように制御される。これにより、例えば凝縮器１４内における作動媒体Ｍの過剰な冷却による温度逆転が回避され、飽和温度Ｔ_ｍｓは、温度Ｔ_ｍよりも高い状態を保ったまま、時刻ｔ_２に至る。

時刻ｔ_２において、作動媒体ポンプ１１が駆動されると、制御部４０により作動媒体ポンプ１１が駆動されたと判定されると共に、冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃが所定流量で更に減少された後、第１増加率で増加されるように制御される。そして、制御部４０により、冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃが通常運転時の出力流量Ｑ_ｃ０と等しいと判定される時刻ｔ_３に至るまで、冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃが第１増加率で引き続き増加されるように制御される。

このように、冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃを第１増加率で増加させる前に、当該出力流量Ｑ_ｃを所定流量で更に減少させることにより、冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃを第１増加率で増加させる時点において冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃが少なくされる。その結果、当該出力流量Ｑ_ｃの増加によって凝縮器１４内における作動媒体Ｍが過剰に冷却されて温度逆転が生じるのが抑制され、飽和温度Ｔ_ｍｓは、温度Ｔ_ｍよりも高い状態を保ったまま、時刻ｔ_３に至る。

次に、図３（ｂ）を参照しつつ、廃熱回収装置１の他の動作例として、冷却水ポンプ２２が一定の出力流量とされる駆動状態であって、冷却水Ｗの温度Ｔ_ｗが所定温度勾配以上で低下する例を説明する。

図３（ｂ）に示すように、時刻ｔ_１までの時間において、作動媒体ポンプ１１及び冷却水ポンプ２２が一定の出力流量Ｑ_ｍ０及びＱ_ｃ０で駆動されており、飽和温度Ｔ_ｍｓは、温度Ｔ_ｍよりも、例えばランキンサイクル効率を考慮して予め設定された所定温度だけ高い温度とされている。

時刻ｔ_１において、冷却水Ｗの温度Ｔ_ｗが所定温度勾配以上で低下すると、制御部４０により、冷却水Ｗの温度Ｔ_ｗが所定温度勾配以上で低下したと判定されると共に、温度逆転が予測されるとして、冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃが第１減少率で減少されるように制御される。そして、制御部４０により、冷却水Ｗの温度Ｔ_ｗが所定温度勾配以上で低下しなくなったと判定される時刻ｔ_４に至るまで、冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃが第１減少率で引き続き減少されるように制御される。これにより、例えば凝縮器１４内における作動媒体Ｍの過剰な冷却による温度逆転が回避され、飽和温度Ｔ_ｍｓは、温度Ｔ_ｍよりも高い状態を保ったまま、時刻ｔ_４に至る。

時刻ｔ_４において、冷却水Ｗの温度Ｔ_ｗが所定温度勾配以上で低下しなくなると、制御部４０により冷却水Ｗの温度Ｔ_ｗが所定温度勾配以上で低下しなくなったと判定されると共に、冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃが所定流量で更に減少された後、第１増加率で増加されるように制御される。そして、制御部４０により、冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃが通常運転時の出力流量Ｑ_ｃ０と等しいと判定される時刻ｔ_５に至るまで、冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃが第１増加率で引き続き増加されるように制御される。

このように、冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃを第１増加率で増加させる前に、当該出力流量Ｑ_ｃを所定流量で更に減少させることにより、冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃを第１増加率で増加させる時点において冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃが少なくされる。その結果、当該出力流量Ｑ_ｃの増加によって凝縮器１４内における作動媒体Ｍが過剰に冷却されて温度逆転が生じるのが抑制され、飽和温度Ｔ_ｍｓは、温度Ｔ_ｍよりも高い状態を保ったまま、時刻ｔ_５に至る。

ここで、従来の廃熱回収装置の動作例として、図３（ａ）の例において作動媒体ポンプ１１が停止された際、冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃを減少しない（通常運転時の出力流量Ｑ_ｃ０で保持する）場合、及び冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃを即時停止する場合について、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照しつつ説明する。

図４（ａ）に示すように、例えば時刻ｔ_１において、作動媒体ポンプ１１が停止されても冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃを減少しない場合、流路１６における作動媒体Ｍの循環が停止される一方で、凝縮器１４内における作動媒体Ｍの冷却は継続される。その結果、凝縮器１４内における作動媒体Ｍが過剰に冷却されることとなり、飽和温度Ｔ_ｍｓが温度Ｔ_ｍよりも低くなる温度逆転が発生する。温度Ｔ_ｍは、例えば自然放熱等により徐々に低下するが、飽和温度Ｔ_ｍｓよりも高い状態のまま、時刻ｔ_２に至る。

時刻ｔ_２では、作動媒体ポンプ１１が駆動され、流路１６における作動媒体Ｍの循環が開始される。しかし、温度逆転が生じているため、作動媒体ポンプ１１に流入する作動媒体Ｍの沸騰や、作動媒体ポンプ１１でのキャビテーションが生じる。その結果、作動媒体ポンプ１１により作動媒体Ｍが十分に圧送されなくなり、作動媒体ポンプ１１の出力流量Ｑ_ｍが通常運転時の出力流量Ｑ_ｍ0（指示流量）よりも低い状態で、時刻ｔ_６に至る。時刻ｔ_６において、例えば蒸発器１２で加熱された作動媒体Ｍが凝縮器１４に到達し、凝縮器１４内における作動媒体Ｍの過剰な冷却が解消され、温度逆転が解消される。

また、図４（ｂ）に示すように、例えば時刻ｔ_１において、作動媒体ポンプ１１が停止されるのと同時に冷却水ポンプ２２も停止される場合、流路１６における作動媒体Ｍの循環が停止されると共に、低温熱源用流路２１における冷却水Ｗの循環も停止され、凝縮器１４内における作動媒体Ｍの冷却が停止される。ここで、流路１６における作動媒体Ｍの循環が停止された直後には、蒸発器１２において液相の作動媒体Ｍが残留している場合がある。この場合、蒸発器１２における加熱は停止されないことから、残留する液相の作動媒体Ｍが全て蒸発され、液相の作動媒体Ｍがなくなるまで、蒸発器１２の下流側へ作動媒体Ｍが流出する。その結果、加熱された作動媒体Ｍが凝縮器１４及びリザーブタンク１５に到達し、飽和温度Ｔ_ｍｓ及び温度Ｔ_ｍが共に微増しつつ、時刻ｔ_２に至る。

時刻ｔ_２では、作動媒体ポンプ１１及び冷却水ポンプ２２が駆動され、流路１６における作動媒体Ｍ及び低温熱源用流路２１における冷却水Ｗの循環が開始される。しかし、通常運転時に比べて飽和温度Ｔ_ｍｓ及び温度Ｔ_ｍが上昇しているため、冷却水Ｗが流通される凝縮器１４における作動媒体Ｍが冷却されると、飽和温度Ｔ_ｍｓが温度Ｔ_ｍよりも先に低下して温度逆転が発生する。その結果、作動媒体ポンプ１１に流入する作動媒体Ｍの沸騰や、作動媒体ポンプ１１でのキャビテーションが生じる。その結果、作動媒体ポンプ１１により作動媒体Ｍが十分に圧送されなくなり、作動媒体ポンプ１１の出力流量Ｑ_ｍが通常運転時の出力流量Ｑ_ｍ0（指示流量）よりも低い状態で、時刻ｔ_６に至る。時刻ｔ_６において、例えば蒸発器１２で加熱された作動媒体Ｍが凝縮器１４に到達すると共に、凝縮器１４で冷却された作動媒体Ｍがリザーブタンク１５に到達し、温度逆転が解消されることとなる。

以上、本実施形態に係る廃熱回収装置１によれば、冷却水ポンプ２２が駆動状態であって作動媒体ポンプ１１が停止されたとき、又は、冷却水ポンプ２２が駆動状態であって冷却水Ｗの温度Ｔ_ｗが所定温度勾配以上で低下したとき、温度逆転が予測されるとして、冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃを第１減少率で減少させ、冷却水ポンプ２２が停止状態であって冷却水ポンプ２２及び作動媒体ポンプ１１が駆動されるとき、温度逆転が予測されるとして、冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃを第１増加率で増加させる。これにより、例えば凝縮器１４内における作動媒体Ｍの過剰な冷却による温度逆転が回避され、作動媒体ポンプ１１に流入する作動媒体Ｍの沸騰や作動媒体ポンプ１１でのキャビテーションの発生が抑制され、作動媒体ポンプ１１により作動媒体Ｍが適切に循環されて、ランキンサイクル装置１０が安定して運転されることが可能となる。その結果、廃熱回収効率の低下を抑制することが可能となる。

また、制御部４０により、冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃを第１増加率で増加させる前に、当該出力流量Ｑ_ｃを所定流量で更に減少させる。これにより、冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃを第１増加率で増加させる時点において冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃを少なくできる。その結果、当該出力流量Ｑ_ｃの増加によって凝縮器１４内における作動媒体Ｍが過剰に冷却されて温度逆転が生じるのを抑制することが可能となる。

なお、従来の廃熱回収装置では、ランキンサイクル効率を犠牲にしてサブクールを大きくとることにより、作動媒体ポンプ１１に流入する作動媒体Ｍの沸騰や作動媒体ポンプ１１でのキャビテーションを回避していた。この点、本実施形態に係る廃熱回収装置１によれば、サブクールを小さくしてランキンサイクル効率の高効率化が追及されても、例えば作動媒体ポンプ１１の過渡運転時等に、作動媒体ポンプ１１に流入する作動媒体Ｍの沸騰や作動媒体ポンプ１１でのキャビテーションが生じることなく、ランキンサイクル装置１０が安定して運転されることが可能となる結果、廃熱回収効率の低下を抑制することが可能となる。

以上、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。

例えば、上記実施形態では、冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃを第１増加率で増加させる前に、当該出力流量Ｑ_ｃを所定流量で更に減少させる処理を有していたが、当該処理を有していなくてもよい。要は、冷却水ポンプ２２が駆動状態であって、凝縮器１４における作動媒体Ｍの飽和温度Ｔ_ｍｓが作動媒体ポンプ１１に流入する作動媒体Ｍの温度Ｔ_ｍよりも低下する温度逆転が予測されるとき、冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃを第１減少率で減少させ、冷却水ポンプ２２が停止状態であって温度逆転が予測されるとき、冷却水ポンプ２２の出力流量Ｑ_ｃを第１増加率で増加させるものであればよい。

また、リザーブタンク１５は、作動媒体ポンプ１１と一体的に設けられていたが、互いに別体として設けられていてもよい。また、水温センサ２４は、低温熱源用流路２１における冷却水ポンプ２２と凝縮器１４との間に設けられていたが、低温熱源用流路２１における低温熱源２３よりも下流側であって凝縮器１４よりも上流側であれば、その他の箇所に設けられていてもよい。

１…廃熱回収装置、１０…ランキンサイクル装置、１１…作動媒体ポンプ、１４…凝縮器、２０…低温熱源部、２２…冷却水ポンプ（冷却媒体ポンプ）、４０…制御部、Ｍ…作動媒体、Ｗ…冷却水（冷却媒体）。

Claims

作動媒体を循環させる作動媒体ポンプと、前記作動媒体を冷却して凝縮させる凝縮器と、を有するランキンサイクル装置と、
前記凝縮器へ冷却媒体を流通させる冷却媒体ポンプを有する低温熱源部と、
前記冷却媒体ポンプの出力流量を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記冷却媒体ポンプが駆動状態であって、前記凝縮器における前記作動媒体の飽和温度が前記作動媒体ポンプに流入する前記作動媒体の温度よりも低下する温度逆転が予測されるとき、前記冷却媒体ポンプの出力流量を第１減少率で減少させ、
前記冷却媒体ポンプが停止状態であって前記温度逆転が予測されるとき、前記冷却媒体ポンプの出力流量を第１増加率で増加させ、
前記冷却媒体ポンプが駆動状態であって前記作動媒体ポンプが停止されたとき、前記温度逆転が予測されるとして、前記冷却媒体ポンプの出力流量を前記第１減少率で減少させる、廃熱回収装置。
前記制御部は、前記冷却媒体ポンプが駆動状態であって前記作動媒体ポンプが停止されていない場合において前記冷却媒体の温度が所定温度勾配以上で低下したとき、前記温度逆転が予測されるとして、前記冷却媒体ポンプの出力流量を前記第１減少率で減少させる、請求項１に記載の廃熱回収装置。
作動媒体を循環させる作動媒体ポンプと、前記作動媒体を冷却して凝縮させる凝縮器と、を有するランキンサイクル装置と、
前記凝縮器へ冷却媒体を流通させる冷却媒体ポンプを有する低温熱源部と、
前記冷却媒体ポンプの出力流量を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記冷却媒体ポンプが駆動状態であって、前記凝縮器における前記作動媒体の飽和温度が前記作動媒体ポンプに流入する前記作動媒体の温度よりも低下する温度逆転が予測されるとき、前記冷却媒体ポンプの出力流量を第１減少率で減少させ、
前記冷却媒体ポンプが停止状態であって前記温度逆転が予測されるとき、前記冷却媒体ポンプの出力流量を第１増加率で増加させ、
前記冷却媒体ポンプが停止状態であって前記作動媒体ポンプが駆動されるとき、前記温度逆転が予測されるとして、前記冷却媒体ポンプの出力流量を前記第１増加率で増加させる、廃熱回収装置。
作動媒体を循環させる作動媒体ポンプと、前記作動媒体を冷却して凝縮させる凝縮器と、を有するランキンサイクル装置と、
前記凝縮器へ冷却媒体を流通させる冷却媒体ポンプを有する低温熱源部と、
前記冷却媒体ポンプの出力流量を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記冷却媒体ポンプが駆動状態であって、前記凝縮器における前記作動媒体の飽和温度が前記作動媒体ポンプに流入する前記作動媒体の温度よりも低下する温度逆転が予測されるとき、前記冷却媒体ポンプの出力流量を第１減少率で減少させ、
前記冷却媒体ポンプが停止状態であって前記温度逆転が予測されるとき、前記冷却媒体ポンプの出力流量を第１増加率で増加させ、
前記冷却媒体ポンプの出力流量を前記第１増加率で増加させる前に、当該出力流量を所定流量で更に減少させる、廃熱回収装置。