JP6718802B2 - 熱エネルギー回収装置及びその立ち上げ運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱エネルギー回収装置及びその立ち上げ運転方法に関するものである。

従来、工場等の各種設備から排出される排ガス等の加熱媒体から動力を回収する熱エネルギー回収装置が知られている。例えば、特許文献１には、外部の熱源から供給される加熱媒体により作動媒体を加熱する蒸発器と、蒸発器から流出した加熱媒体により蒸発器に流入する前の作動媒体を加熱する予熱器と、蒸発器から流出した作動媒体を膨張させる膨張機と、膨張機に接続された発電機と、膨張機から流出し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予熱器へ送る作動媒体ポンプと、予熱器、蒸発器、膨張機、凝縮器及びポンプを接続する循環流路と、を備える発電装置（熱エネルギー回収装置）が開示されている。

特開２０１４−４７６３２号公報

上記特許文献１に記載された熱エネルギー回収装置では、蒸発器に高温の加熱媒体が供給される場合、当該装置の運転開始時に蒸発器の温度が急上昇し、これにより蒸発器に生じる熱応力が急激に大きくなることが懸念される。具体的に、装置の運転開始前は、蒸発器の温度は比較的低温となっている一方、蒸気等の加熱媒体の有する熱エネルギーは非常に大きいため、運転開始時に蒸発器に対して高温の加熱媒体が流入すると、蒸発器の温度が急上昇するおそれがある。

本発明の目的は、運転開始時に蒸発器に生じる熱応力の急激な増大を抑制可能な熱エネルギー回収装置及びその立ち上げ運転方法を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明は、作動媒体が循環する作動媒体循環流路と、加圧された液体状の加熱流体が循環する熱流体循環流路と、前記熱流体循環流路を流れる前記加熱流体の熱によって前記作動媒体循環流路を流れる作動媒体を蒸発させる蒸発部と、熱エネルギー回収装置の立ち上げ運転のための制御を行う制御部と、を備え、前記制御部は、前記立ち上げ運転において、加熱流体による前記蒸発部への入熱量の増大速度を抑制することにより、前記蒸発部での加熱流体及び作動媒体の温度差を抑制するための抑制制御を行い、前記抑制制御は、前記蒸発部に流入する加熱流体の温度が予め設定された温度以上のときに、前記蒸発部から流出した加熱流体と前記蒸発部に流入する作動媒体との温度差が予め定められた所定温度以下になるようにするための制御である、熱エネルギー回収装置である。

本発明では、蒸発部には、加圧された液体状の加熱流体が流入するため、蒸発部に導入される熱エネルギーが大きなものとなる。そして、蒸発部において、熱流体循環流路から導入された液体状の加熱流体と作動媒体循環流路から導入された作動媒体との間で熱交換が行われる。このため、作動媒体の温度が比較的低温になっている立ち上げ運転においては、蒸発部における加熱流体と作動媒体との温度差を抑制するための抑制制御を行う。したがって、立ち上げ運転時において、蒸発部に大きな熱応力が生ずることを抑制することができる。

しかも抑制制御では、加熱流体の温度が予め設定された所定温度以上である場合において、蒸発部の出口側での加熱流体の温度と入口側での作動媒体の温度との温度差が所定温度以下になるように、蒸発部での入熱量が抑制される。したがって、運転開始時において、蒸発部での熱応力が過大になることを確実に抑制することができる。すなわち、蒸発部においては、加熱流体の出口側での温度と作動媒体の入口側での温度との温度差が最も大きい。このため、この両者の温度差を基準として抑制制御を行うことにより、蒸発部における熱応力が過大になることを確実に抑制することができる。

前記熱エネルギー回収装置は、前記熱流体循環流路に設けられ、気相の加熱媒体の熱によって前記加熱流体を加熱する加熱器と、前記加熱器に導入される前記加熱媒体の流量を調整するための流量調整弁と、を備えていてもよい。この場合において、前記制御部は、前記立ち上げ運転において、前記蒸発部から流出した加熱流体と前記蒸発部に流入する作動媒体との温度差が前記所定温度以下に維持されるように、前記流量調整弁の開度を調整してもよい。

この態様では、立ち上げ運転において、制御部が流量調整弁の開度を調整することにより、前記温度差が所定温度以下に維持される。したがって、流量調整弁の開度調整という簡単な操作で、蒸発部における熱応力が過大になることを抑制することができる。

本発明は、作動媒体が循環する作動媒体循環流路と、加圧された液体状の加熱流体が循環する熱流体循環流路と、前記熱流体循環流路を流れる前記加熱流体の熱によって前記作動媒体循環流路を流れる作動媒体を蒸発させる蒸発部と、熱エネルギー回収装置の立ち上げ運転のための制御を行う制御部と、前記熱流体循環流路を流れる加熱流体を冷却媒体によって冷却する冷却器と、を備え、前記制御部は、前記立ち上げ運転において、前記蒸発部での加熱流体及び作動媒体の温度差を抑制するための抑制制御を行い、前記抑制制御において、前記蒸発部での加熱流体及び作動媒体の温度差が抑制されるように前記冷却器を作動させる、熱エネルギー回収装置である。

この態様では、例えば、蒸発部での加熱流体及び作動媒体の温度差が所定温度を超えたような場合に、制御部は、冷却器を作動させる。これにより、熱流体循環流路を流れる加熱流体の温度が低下する。したがって、蒸発部における加熱流体及び作動媒体の温度差を低減させることができる。

前記蒸発部は、前記熱流体循環流路を流れる加熱流体の熱によって前記作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記熱流体循環流路を流れる加熱流体の熱によって前記蒸発器に流入する前の作動媒体を加熱する予熱器とを有していてもよい。

この態様では、予熱器に導入される熱エネルギーが増大するおそれがあるが、立ち上げ運転においては、加熱流体と作動媒体との温度差を抑制するための抑制制御が行われる。このため、立ち上げ運転前に予熱器での作動媒体の温度が比較的低温になっている場合であっても、予熱器の温度が急上昇することを抑制することができる。したがって、運転開始時における予熱器に生ずる熱応力が急激に増大することを抑制することができる。

本発明は、熱流体循環流路を流れる加熱流体の熱によって作動媒体循環流路を流れる作動媒体を蒸発させる蒸発部を備えた熱エネルギー回収装置の立ち上げ運転方法であって、前記熱流体循環流路には、気相の加熱媒体の熱によって前記加熱流体を加熱する加熱器が設けられており、前記熱エネルギー回収装置の立ち上げ運転において、前記蒸発部での作動媒体の温度を抑制するための抑制制御を行い、前記抑制制御では、前記蒸発部から流出した加熱流体と前記蒸発部に流入する作動媒体との温度差が所定温度以下に維持されるように、前記加熱器に導入される前記加熱媒体の流量を調整するための流量調整弁の開度が調整される、熱エネルギー回収装置の立ち上げ運転方法である。

本発明は、熱流体循環流路を流れる加熱流体の熱によって作動媒体循環流路を流れる作動媒体を蒸発させる蒸発部を備えた熱エネルギー回収装置の立ち上げ運転方法であって、前記熱流体循環流路を流れる加熱流体を冷却媒体によって冷却する冷却器が設けられており、前記熱エネルギー回収装置の立ち上げ運転において、前記蒸発部での作動媒体の温度を抑制するための抑制制御を行い、前記蒸発部から流出した加熱流体と前記蒸発部に流入する作動媒体との温度差が予め設定された温度を超えると、前記抑制制御において、前記蒸発部での加熱流体及び作動媒体の温度差が抑制されるように前記冷却器を作動させる、熱エネルギー回収装置の立ち上げ運転方法である。

以上説明したように、本発明によれば、運転開始時に蒸発器に生じる熱応力の急激な増大を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る熱エネルギー回収装置の概略構成を示す図である。 前記熱エネルギー回収装置における作動媒体及び熱水の温度の推移を説明するための図である。 前記熱エネルギー回収装置の立ち上げ運転の制御動作を説明するための図である。 前記熱エネルギー回収装置の停止運転の制御動作を説明するための図である。 本発明の第１実施形態の変形例に係る熱エネルギー回収装置の概略構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る熱エネルギー回収装置の概略構成を示す図である。 前記熱エネルギー回収装置における作動媒体及び熱水の温度の推移を説明するための図である。 前記熱エネルギー回収装置の通常運転の制御動作を説明するための図である。 参考例としての熱エネルギー回収装置の概略構成を示す図である。 参考例での作動媒体及び熱水の温度の推移を説明するための図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る熱エネルギー回収装置について、図面を参照しながら説明する。

図１に示されるように、熱エネルギー回収装置１は、作動媒体が相変化を伴いながら循環する作動媒体循環流路（以下、単に循環流路と称する）２２と、加圧された液体状の加熱流体である熱水が循環する熱流体循環流路３０と、制御部５０と、を備えている。

熱流体循環流路３０には、加熱器３２が設けられている。この加熱器３２は、気相の加熱媒体（高温ガス、例えば腐食性のガス）の流れる加熱媒体流路３２ａと、熱水の流れる熱流体流路３２ｂとを備えている。加熱器３２では、加熱媒体流路３２ａの加熱媒体と熱流体流路３２ｂの熱水とが熱交換を行い、熱水が加熱される。熱エネルギー回収装置１は、加熱媒体の熱エネルギーを回収するものであるが、この加熱媒体の熱エネルギーを一旦、熱流体循環流路３０の熱水に回収させる構成となっている。加熱媒体が流れる配管３４と、作動媒体が循環する循環流路２２との間に熱流体循環流路３０が介装されているため、循環流路２２に設けられた後述の蒸発器１０及び予熱器１２に加熱媒体が流れることがない。したがって、加熱媒体が腐食性のガスのような場合であっても、蒸発器１０及び予熱器１２の腐食を防止することができる。

加熱媒体流路３２ａは、加熱媒体の流れる配管３４から分岐した加熱用配管３５に接続されている。加熱用配管３５に設けられた流量調整弁Ｖａ１の開度を変えることにより、加熱器３２に流れる加熱媒体の流量を調整することができる。なお、流量調整弁Ｖａ１は、加熱用配管３５における加熱器３２よりも上流側に配置されていてもよく、あるいは加熱器３２よりも下流側に配置されていてもよい。

循環流路２２には、蒸発器１０と、予熱器１２と、エネルギー回収部１３と、凝縮器１８と、ポンプ２０とが設けられている。

蒸発器１０は、作動媒体が流れる第１流路１０ａと、熱水が流れる第２流路１０ｂと、を有している。蒸発器１０は、熱流体循環流路３０の熱水と循環流路２２の作動媒体（ＨＦＣ２４５ｆａ等）とを熱交換させることによって作動媒体を蒸発させる。本実施形態では、蒸発器１０として、ブレージングプレート式の熱交換器が用いられている。ただし、蒸発器１０として、いわゆるシェル＆チューブ式の熱交換器が用いられてもよい。

予熱器１２は、循環流路２２における蒸発器１０とポンプ２０との間に配置され、作動媒体が流れる第１流路１２ａと、熱水が流れる第２流路１２ｂと、を有している。予熱器１２は、蒸発器１０から流出した熱水と蒸発器１０に流入する前の作動媒体とを熱交換させることによって作動媒体を加熱する。本実施形態では、予熱器１２としても、ブレージングプレート式の熱交換器が用いられている。ただし、予熱器１２として、いわゆるシェル＆チューブ式の熱交換器が用いられてもよいことは、蒸発器１０の場合と同様である。

第１実施形態では、作動媒体を蒸発させる蒸発部が、蒸発器１０と、蒸発器１０と別個に設けられた予熱器１２とを備えた構成となっている。しかしながら、これに限られるものではなく、図５に示すように蒸発部として機能する蒸発器１０を備える一方で、予熱器が省略された構成であってもよい。

エネルギー回収部１３は、膨張機１４と動力回収機１６とを備えている。膨張機１４は、循環流路２２における蒸発器１０の下流側の部位に設けられている。したがって、循環流路２２には、予熱器１２、蒸発器１０、膨張機１４、凝縮器１８及びポンプ２０がこの順に接続されている。膨張機１４は、蒸発器１０から流出した気相の作動媒体を膨張させる。本実施形態では、膨張機１４として、蒸発器１０から流出した気相の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有する容積式のスクリュー膨張機が用いられている。具体的に、膨張機１４は、雌雄一対のスクリュロータを有している。

動力回収機１６は、膨張機１４に接続されている。本実施形態では、動力回収機１６として発電機が用いられている。この動力回収機１６は、膨張機１４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いる。動力回収機１６は、前記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。なお、動力回収機１６として、発電機の他、圧縮機等が用いられてもよい。

循環流路２２のうち蒸発器１０と膨張機１４との間の部位には、遮断弁Ｖ−１が設けられている。また、循環流路２２には、遮断弁Ｖ−１及び膨張機１４を迂回する迂回流路２４が設けられている。迂回流路２４には、開閉弁Ｖ−２が設けられている。

凝縮器１８は、循環流路２２における膨張機１４の下流側の部位に設けられている。凝縮器１８は、膨張機１４から流出した作動媒体を外部から供給される冷却媒体（冷却水等）で冷却することにより凝縮（液化）させる。冷却媒体は、冷却媒体流路３７に接続された例えば冷却塔から、冷却媒体流路３７を通して供給される。

ポンプ２０は、循環流路２２における凝縮器１８の下流側の部位（凝縮器１８と予熱器１２との間の部位）に設けられている。ポンプ２０は、液相の作動媒体を所定の圧力まで加圧して予熱器１２へ送り出す。ポンプ２０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、スクリュポンプ、トロコイドポンプ等が用いられる。

熱流体循環流路３０には、加熱流体が加圧された状態で封入されている。すなわち、熱流体循環流路３０には、熱水が加圧状態で封入されている。また、熱流体循環流路３０は、蒸発器１０、予熱器１２、バッファタンク３８、流体ポンプ４０及び加熱器３２がこの順に配置されている。そして、熱水は、蒸発器１０、予熱器１２、バッファタンク３８、流体ポンプ４０及び加熱器３２の順に流れる。バッファタンク３８は、流体ポンプ４０の吸入側に設けられている。バッファタンク３８が設けられることにより、流体ポンプ４０の吸入側に所定の圧力（ヘッド圧）をかけることができる。

熱エネルギー回収装置１には、入り側作動媒体温度センサＴｒ１と、出側作動媒体温度センサＴｒ２と、入り側熱水温度センサＴｗ１と、出側熱水温度センサＴｗ２と、が設けられている。入り側作動媒体温度センサＴｒ１は、蒸発部すなわち予熱器１２の入り側での作動媒体の温度を検出し、検出値に応じた信号を出力する。出側作動媒体温度センサＴｒ２は、蒸発部すなわち蒸発器１０の出側での作動媒体の温度を検出し、検出値に応じた信号を出力する。入り側熱水温度センサＴｗ１は、蒸発部すなわち蒸発器１０の入り側での熱水の温度を検出し、検出値に応じた信号を出力する。出側熱水温度センサＴｗ２は、蒸発部すなわち予熱器１２の出側での熱水の温度を検出し、検出値に応じた信号を出力する。

これらセンサＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｗ１、Ｔｗ２から出力された信号は、制御部５０に入力される。制御部５０は、本熱エネルギー回収装置１の立ち上げ運転のときには、蒸発器１０及び予熱器１２での熱水及び作動媒体の温度差を抑制するための抑制制御を行う。図２に示すように、作動媒体の温度は、予熱器１２の入り側での温度ｔｒ１から予熱器１２内及び蒸発器１０内で熱水に加熱されることによって温度ｔｒ３まで上昇する。そして、蒸発器１０内において蒸発した作動媒体は、蒸発器１０内で更に加熱されて温度ｔｒ２となる。これに対し、熱水の温度は、蒸発器１０の入り側での温度ｔｗ１から次第に低下して、予熱器１２の出側において温度ｔｗ２となる。蒸発器１０では、作動媒体が相変化することから温度の変化量は少ない。これに対し、予熱器１２では、作動媒体の温度変化量が大きい。このため、予熱器１２の出側での熱水の温度ｔｗ２と予熱器１２の入り側での作動媒体の温度ｔｒ１との温度差Δｔは、大きくなる。特に立ち上げ運転時には、作動媒体の温度が低いときがあるため、温度差Δｔはより大きくなる傾向にあり、予熱器１２に生ずる熱応力が問題となり得る。

そこで、制御部５０は、立ち上げ運転のときには、蒸発器１０及び予熱器１２での熱水及び作動媒体の温度差を抑制するための抑制制御を行う。

次に、立ち上げ運転の制御動作について、図３を参照しながら説明する。熱エネルギー回収装置１を起動する立ち上げ運転時においては、まず、流量調整弁Ｖａ１が閉じられた状態であり、また遮断弁Ｖ−１が閉じられた状態であり、また迂回流路２４の開閉弁Ｖ−２が開いた状態にあることを確認する（ステップＳＴ１）。そして、図外の起動ボタンを操作する。これにより、ポンプ２０及び流体ポンプ４０が作動を開始する（ステップＳＴ２）。また、冷却塔の運転を開始することにより、冷却媒体流路３７を通して凝縮器１８に冷却媒体が供給される（ステップＳＴ３）。

続いて、制御部５０は、流量調整弁Ｖａ１を僅かに開ける制御を行う（ステップＳＴ４）。このとき、開度をα％というように、予め設定された開度とする。制御部５０は、この開度から、流量調整弁Ｖａ１の開度を徐々に大きくする制御を行う（ステップＳＴ５）。これにより、熱水の温度が次第に上昇する。このとき、入り側熱水温度センサＴｗ１により、蒸発器１０における入り側の熱水の温度ｔｗ１を監視しておき、当該温度が予め設定された運転開始温度（例えば９０℃）に到達するまで、流量調整弁Ｖａ１の開度を徐々に大きくする。ただし、運転開始温度は９０℃に限られるものではなく、例えば±５℃程度の幅が許容される。そして、蒸発器１０の入り側における熱水の温度ｔｗ１が運転開始温度に到達すると、制御部５０は、遮断弁Ｖ−１を開けるとともに、迂回流路２４の開閉弁Ｖ−２を閉じる。これにより、膨張機１４が駆動され、動力回収機１６による動力回収が開始される（ステップＳＴ６）。そして、一定時間運転を継続して、安定した運転（発電）が行われているか確認する（ステップＳＴ７）。

膨張機１４の駆動開始後、各温度センサセンサＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｗ１、Ｔｗ２による温度監視が行われた状態で、制御部５０は、流量調整弁Ｖａ１の開度を徐々に大きくする制御を行う（ステップＳＴ８）。このとき、蒸発器１０の入り側における熱水の温度ｔｗ１の温度上昇速度ΔＴ（℃／ｍｉｎ）が、運転開始温度未満のときの温度上昇速度よりも大きくなるように、流量調整弁Ｖａ１の開度を大きくする速度が設定されている。

ステップＳＴ８においては、蒸発器１０の入り側における熱水の温度ｔｗ１が監視されていて、熱水の温度Ｔｗ１が予め設定された温度未満であるときには、上述のように、流量調整弁Ｖａ１の開度を徐々に大きくする。そして、熱水の温度Ｔｗ１が予め設定された温度以上のときには、予熱器１２の出側での熱水の温度ｔｗ２と予熱器１２の入り側での作動媒体の温度ｔｒ１との温度差Δｔも監視される。そして、制御部５０は、温度差Δｔが予め設定された値を超えない範囲で、流量調整弁Ｖａ１の開度を徐々に大きくする抑制制御を行う。これにより、蒸発器１０の入り側における熱水の温度ｔｗ１が次第に上昇するとともに、予熱器１２の出側における熱水の温度ｔｗ２も次第に上昇する。一方で、温度ｔｗ２と温度ｔｒ１との温度差Δｔは所定温度以下に抑えられ、過大にならない。すなわち、蒸発器１０及び予熱器１２における熱水からの入熱量の増大速度が抑制されている。このため、予熱器１２の熱膨張による熱応力が過大になることはない。なお、流量調整弁Ｖａ１の開度調整に併せて、流体ポンプ４０の回転数の調整も行ってもよい。すなわち、流量調整弁Ｖａ１による温度調整をさらに微調整すべく、流体ポンプ４０の回転数を調整してもよい。

そして、蒸発器１０の入り側における熱水の温度ｔｗ１が、予め設定された運転温度（例えば１３０℃）に到達したかどうかの判断が行われ（ステップＳＴ９）、温度Ｔｗ１が運転温度に達すると、自動運転による通常運転に移行する（ステップＳＴ１０）。通常運転においては、蒸発器１０の入り側における熱水の温度ｔｗ１は、例えば約１３０℃であり、蒸発器１０の出側における熱水の温度は、例えば約１１５℃である。また、予熱器１２の出側における熱水の温度ｔｗ２は、例えば約１００℃である。一方、運転開始時における予熱器１２の入り側での作動媒体の温度は、例えば約２０℃であるが、通常運転時には、例えば約４０℃となる。そして、蒸発器１０の出側における作動媒体の温度は、例えば約１２０℃となる。

図４は、自動運転中における停止フローを示している。図４に示すように、緊急停止信号が発せられたときは（ステップＳＴ２１）、遮断弁Ｖ−１を閉じるとともに、迂回流路２４の開閉弁Ｖ−２を開放する（ステップＳＴ２２）。これにより、作動媒体は膨張機１４を迂回するため、発電が停止する。そして、流量調整弁Ｖａ１を閉じる（ステップＳＴ２３）。これにより、熱流体循環流路３０を循環する熱水の温度が低下するため、蒸発器１０及び予熱器１２への入熱量が低下する。そして、ポンプ２０及び熱水ポンプを停止する（ステップＳＴ２４）。このとき、冷却塔の運転は維持する（ステップＳＴ２５）。

以上説明したように、本実施形態では、蒸発器１０及び予熱器１２において、熱流体循環流路３０から導入された熱水と循環流路２２から導入された作動媒体との間で熱交換が行われる。蒸発器１０及び予熱器１２には、加圧された液体状の熱水が流入するため、蒸発器１０及び予熱器１２に導入される熱エネルギーが大きなものとなる。このため、作動媒体の温度が比較的低温になっている立ち上げ運転においては、蒸発器１０及び予熱器１２における熱水と作動媒体との温度差を抑制するための抑制制御を行う。したがって、立ち上げ運転時において、蒸発器１０及び予熱器１２に大きな熱応力が生ずることを抑制することができる。

また、本実施形態では、熱水の温度が予め設定された所定温度以上である場合において、予熱器１２の出口側での熱水の温度ｔｗ２と予熱器１２の入口側での作動媒体の温度ｔｒ１との温度差Δｔが所定温度以下になるように、蒸発器１０及び予熱器１２での入熱量が抑制される。したがって、運転開始時において、蒸発器１０及び予熱器１２での熱応力が過大になることを確実に抑制することができる。すなわち、予熱器１２においては、熱水の出口側での温度ｔｗ２と作動媒体の入口側での温度ｔｒ１との温度差が最も大きい。このため、この両者の温度差を基準として抑制制御を行うことにより、予熱器１２における熱応力が過大になることを確実に抑制することができる。

また本実施形態では、立ち上げ運転において、制御部５０が流量調整弁Ｖａ１の開度を調整することにより、熱水の出口側での温度ｔｗ２と作動媒体の入口側での温度ｔｒ１との温度差Δｔが所定温度以下に維持される。したがって、流量調整弁Ｖａ１の開度調整という簡単な操作で、予熱器１２における熱応力が過大になることを抑制することができる。

また本実施形態では、立ち上げ運転においては、熱水と作動媒体との温度差Δｔを抑制するための抑制制御が行われる。このため、立ち上げ運転前に予熱器１２の温度が比較的低温になっている場合であっても、予熱器１２の温度が急上昇することを抑制することができる。したがって、運転開始時における予熱器１２に生ずる熱応力が急激に増大することを抑制することができる。

（第２実施形態）
図６は本発明の第２実施形態を示す。尚、ここでは第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

第２実施形態では、熱流体循環流路３０に冷却器５３が設けられていて、冷却器５３を作動させることによって、予熱器１２の出側での熱水の温度ｔｗ２と予熱器１２の入り側での作動媒体の温度ｔｒ１との温度差Δｔを低減させる。

冷却器５３は、冷却媒体（空気、水等）と熱水とを熱交換させて、熱水の温度を低下させるものである。冷却媒体として空気が用いられる場合、気流を発生させるためのファン５４が設けられる。ファン５４が駆動されることによって、冷却器５３が作動する。これにより、予熱器１２の出側での熱水の温度ｔｗ２と入り側での作動媒体の温度ｔｒ１との温度差Δｔが所定温度以下に制御される。なお、冷却媒体として水が用いられる場合には、図略のポンプが設けられていて、ポンプが駆動されることによって、冷却器５３が作動する。

第２実施形態では、冷却器５３が作動することにより、図７に示すように、蒸発器１０の出側における熱水の温度ｔｗ３に対して、予熱器１２の入り側における熱水の温度ｔｗ４が低くなる。これにより、予熱器１２の出側での熱水の温度ｔｗ２と予熱器１２の入り側での作動媒体の温度ｔｒ１との温度差Δｔが所定温度以下に抑制されることになる。なお、冷却器５３が作動していない状態では、熱水の温度は、図２に示す温度の推移を示す。

第２実施形態に係る熱エネルギー回収装置１では、図８に示すように、通常運転時において、予熱器１２の出側での熱水の温度ｔｗ２と予熱器１２の入り側での作動媒体の温度ｔｒ１との温度差Δｔが、予め設定された温度以下にあるかどうかが、監視されている（ステップＳＴ３１）。そして、温度差Δｔが、予め設定された温度を超えたと判断されると、制御部５０は、冷却器５３を作動させる（ステップＳＴ３２）。これにより、予熱器１２の入り側での温度が低下し、予熱器１２の出側での熱水の温度ｔｗ２と入り側での作動媒体の温度ｔｒ１との温度差Δｔが低減される。そして、さらに温度差Δｔを監視し、温度差Δｔが予め設定された温度以内にあると判断されたときは、制御部５０は、冷却器５３を停止する（ステップＳＴ５４）。

このように、第２実施形態では、例えば、熱水及び作動媒体の温度差Δｔが所定温度を超えた場合に、制御部５０は、冷却器５３を作動させる。これにより、熱流体循環流路３０を流れる熱水の温度が低下する。したがって、予熱器１２における熱水及び作動媒体の温度差を低減させることができる。

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。

ここで、予熱器１２の出側での熱水の温度ｔｗ２と、予熱器１２の入り側での作動媒体の温度ｔｒ１との温度差Δｔを低減させるための参考例について言及しておく。図９に示すように、循環流路２２におけるポンプ２０と予熱器１２との間に、再生器５８が設けられている。この再生器５８は、膨張機１４から排出されて凝縮器１８に向かう作動媒体によって、ポンプ２０から予熱器１２に向かって流れる作動媒体を加熱するものである。このように、予熱器１２に流入する前に、作動媒体の温度を上昇させておくことにより、予熱器１２での温度差Δｔを低減することができる。すなわち、図１０に示すように、ポンプ２０から吐出された作動媒体の温度がｔｒ０の場合、予熱器１２に流入する前に再生器５８で加熱されるため、温度ｔｒ１となる。この結果、予熱器１２の出側での熱水の温度ｔｗ２と、予熱器１２の入り側での作動媒体の温度ｔｒ１との温度差Δｔが低減される。

１ 熱エネルギー回収装置
１０ 蒸発器
１２ 予熱器
２２ 循環流路
３０ 熱流体循環流路
３２ 加熱器
３５ 加熱用配管
５０ 制御部
５３ 冷却器
Ｖａ１ 流量調整弁

Claims (6)

1. 作動媒体が循環する作動媒体循環流路と、
   加圧された液体状の加熱流体が循環する熱流体循環流路と、
   前記熱流体循環流路を流れる前記加熱流体の熱によって前記作動媒体循環流路を流れる作動媒体を蒸発させる蒸発部と、
   熱エネルギー回収装置の立ち上げ運転のための制御を行う制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記立ち上げ運転において、前記蒸発部での加熱流体及び作動媒体の温度差を抑制するための抑制制御を行い、
   前記抑制制御は、前記蒸発部に流入する加熱流体の温度が予め設定された温度以上のときに、前記蒸発部から流出した加熱流体と前記蒸発部に流入する作動媒体との温度差が予め定められた所定温度以下になるようにするための制御である、熱エネルギー回収装置。
2. 前記熱流体循環流路に設けられ、気相の加熱媒体の熱によって前記加熱流体を加熱する加熱器と、
   前記加熱器に導入される前記加熱媒体の流量を調整するための流量調整弁と、を備え、
   前記制御部は、前記立ち上げ運転において、前記蒸発部から流出した加熱流体と前記蒸発部に流入する作動媒体との温度差が前記所定温度以下に維持されるように、前記流量調整弁の開度を調整する、請求項１に記載の熱エネルギー回収装置。
3. 作動媒体が循環する作動媒体循環流路と、
   加圧された液体状の加熱流体が循環する熱流体循環流路と、
   前記熱流体循環流路を流れる前記加熱流体の熱によって前記作動媒体循環流路を流れる作動媒体を蒸発させる蒸発部と、
   熱エネルギー回収装置の立ち上げ運転のための制御を行う制御部と、
   前記熱流体循環流路を流れる加熱流体を冷却媒体によって冷却する冷却器と、を備え、
   前記制御部は、前記立ち上げ運転において、前記蒸発部での加熱流体及び作動媒体の温度差を抑制するための抑制制御を行い、前記抑制制御において、前記蒸発部での加熱流体及び作動媒体の温度差が抑制されるように前記冷却器を作動させる、熱エネルギー回収装置。
4. 前記蒸発部は、前記熱流体循環流路を流れる加熱流体の熱によって前記作動媒体を蒸発させる蒸発器と、前記熱流体循環流路を流れる加熱流体の熱によって前記蒸発器に流入する前の作動媒体を加熱する予熱器とを有する、請求項１から３の何れか１項に記載の熱エネルギー回収装置。
5. 熱流体循環流路を流れる加熱流体の熱によって作動媒体循環流路を流れる作動媒体を蒸発させる蒸発部を備えた熱エネルギー回収装置の立ち上げ運転方法であって、
   前記熱流体循環流路には、気相の加熱媒体の熱によって前記加熱流体を加熱する加熱器が設けられており、
   前記熱エネルギー回収装置の立ち上げ運転において、前記蒸発部での作動媒体の温度を抑制するための抑制制御を行い、
   前記抑制制御では、前記蒸発部から流出した加熱流体と前記蒸発部に流入する作動媒体との温度差が所定温度以下に維持されるように、前記加熱器に導入される前記加熱媒体の流量を調整するための流量調整弁の開度が調整される、熱エネルギー回収装置の立ち上げ運転方法。
6. 熱流体循環流路を流れる加熱流体の熱によって作動媒体循環流路を流れる作動媒体を蒸発させる蒸発部を備えた熱エネルギー回収装置の立ち上げ運転方法であって、
   前記熱流体循環流路を流れる加熱流体を冷却媒体によって冷却する冷却器が設けられており、
   前記熱エネルギー回収装置の立ち上げ運転において、前記蒸発部での作動媒体の温度を抑制するための抑制制御を行い、
   前記蒸発部から流出した加熱流体と前記蒸発部に流入する作動媒体との温度差が予め設定された温度を超えると、前記抑制制御において、前記蒸発部での加熱流体及び作動媒体の温度差が抑制されるように前記冷却器を作動させる、熱エネルギー回収装置の立ち上げ運転方法。

Images