JP7143184B2

JP7143184B2 - 作動媒体の回収方法

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Inventors: 成人足立
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Description

本発明は、非共沸混合媒体を作動媒体としてランキンサイクルの下で循環させ熱エネルギを回収する熱エネルギ回収装置から作動媒体を回収するための回収方法に関する。

作動媒体をランキンサイクルの下で循環させ熱エネルギを回収する様々な熱エネルギ回収装置が開発されている（特許文献１を参照）。作動媒体は蒸発器で加熱媒体と熱交換をし液相から気相に相変化する。このとき作動媒体は加熱媒体から熱エネルギを回収する。熱エネルギを回収した作動媒体は膨張機内で膨張し所定の仕事を行う。すなわち、作動媒体によって回収された熱エネルギは膨張機の動力に変換される。膨張機で仕事をした後の気相の作動媒体はその後、凝縮器で液相の作動媒体に変わる。液相の作動媒体はポンプによって蒸発器に再度供給される。

特開２０１７－１９０７４１号公報

作動媒体として非共沸混合媒体が用いられることがある。非共沸混合媒体には飽和蒸気圧において互いに相違する複数種の媒体成分（以下、第１媒体成分及び第２媒体成分と称される）が含まれている。これらの媒体成分は露点及び沸点が分離した単なる混合物としての性質しか有さない。

作動媒体が熱エネルギ回収装置から漏出したとき、漏出後に熱エネルギ回収装置に残る作動媒体が回収され再度利用されることが好ましい。しかしながら作動媒体が気相の状態となっている区間（すなわち、蒸発器から凝縮器へ至るまでの区間）において作動媒体の漏出が生じたときには、従来技術の下では回収された作動媒体を再利用することは以下の理由から困難である。

第１媒体成分及び第２媒体成分の漏出量は、これらの飽和蒸気圧に影響される。第１媒体成分の飽和蒸気圧が第２媒体成分の飽和蒸気圧よりも高いならば、第１媒体成分の漏出量は第２媒体成分の漏出量よりも大きくなる。この場合、第１媒体成分が熱エネルギ回収装置に残っている作動媒体に占める割合は漏出前の割合と較べて小さくなっている。熱エネルギ回収装置に残っている作動媒体が回収されたとしても作動媒体中の第１媒体成分及び第２媒体成分の混合比率は漏出前のものとは相違しているため、回収された作動媒体は所望の性能を発揮することはできない。

本発明は、回収された作動媒体が再利用されるように熱エネルギ回収装置から作動媒体を回収する技術を提供することを目的とする。

本発明の一の局面に係る回収方法は、第１媒体成分及び前記第１媒体成分よりも低い飽和蒸気圧を有する第２媒体成分が混合された非共沸混合媒体を作動媒体としてランキンサイクルの下で循環させ熱エネルギを回収する熱エネルギ回収装置から前記作動媒体を回収するために用いられる。回収方法は前記第１媒体成分の前記飽和蒸気圧を下回り且つ前記第２媒体成分の飽和蒸気圧を上回る圧力環境を作り出すことにより液相の前記作動媒体中の前記第１媒体成分を選択的に気化させるとともに前記気化している第１媒体成分を回収することと、前記第１媒体成分の選択的な回収の後に前記熱エネルギ回収装置中に残った前記第２媒体成分を回収することとを備え、前記第１媒体成分を選択的に回収することは、真空装置を用いて前記熱エネルギ回収装置から前記真空装置に連なる配管内の圧力を低減し前記圧力環境を作り出すことを含む。

上記の構成によれば液相の作動媒体から気化した第１媒体成分が選択的に回収された後に第２媒体成分が回収されるので、第１媒体成分及び第２媒体成分の回収量が個別に判明する。したがって第１媒体成分及び第２媒体成分の適切な混合比率を得るために、第１媒体成分及び第２媒体成分それぞれがどのくらいの量だけ補充されればよいかが分かる。第１媒体成分及び第２媒体成分それぞれが適切な補充量だけ補充された後、補充後の第１媒体成分及び第２媒体成分が混合されると熱エネルギ回収装置に再利用可能な作動媒体が作り出される。
また、熱エネルギ回収装置から真空装置に連なる配管内の圧力が真空装置によって減ぜられ、第１媒体成分を選択的に気化するための圧力環境が作り出されるので、第１媒体成分は配管内で気化する。この配管は真空装置に連なっているので、気化した第１媒体成分は真空装置によって吸引及び回収される。

上記の構成に関して前記第１媒体成分を選択的に回収することは、（ｉ）前記作動媒体の温度を測定することと、（ｉｉ）前記測定された温度に対応する前記第１媒体成分の前記飽和蒸気圧を下回り且つ前記測定された温度に対応する前記第２媒体成分の前記飽和蒸気圧を上回る前記圧力環境を作り出すこととを含んでいる。

上記の構成によれば圧力環境は作動媒体の温度に基づいて設定されるので、作動媒体の温度が変化しても第１媒体成分が選択的に気化される。

上記の構成に関して前記第１媒体成分を選択的に回収することは、（ｉ）前記真空装置を用いて前記気化した第１媒体成分を吸引することと、（ｉｉ）前記吸引された第１媒体成分を圧縮することと、（ｉｉｉ）前記圧縮された第１媒体成分を冷却し液化することと、（ｉｖ）前記液化された第１媒体成分を貯留することとを含んでいる。

上記の構成によれば真空装置によって吸引された第１媒体成分は圧縮された後に液化されるので、貯留された第１媒体成分の体積は小さくなる。

上記の構成に関して前記第２媒体成分を回収することは、前記第２媒体成分の液相を保ったまま前記第２媒体成分を回収することを含んでいる。

上記の構成によれば第２媒体成分は液相の状態で回収されるので、回収された第２媒体成分の体積は気相の第２媒体成分と較べて過度に大きくならない。

本発明の他の局面に係る回収方法は、第１媒体成分及び前記第１媒体成分よりも低い飽和蒸気圧を有する第２媒体成分が混合された非共沸混合媒体を作動媒体としてランキンサイクルの下で循環させ熱エネルギを回収する熱エネルギ回収装置から前記作動媒体を回収するために用いられる。回収方法は前記第１媒体成分の前記飽和蒸気圧を下回り且つ前記第２媒体成分の飽和蒸気圧を上回る圧力環境を作り出すことにより液相の前記作動媒体中の前記第１媒体成分を選択的に気化させるとともに前記気化している第１媒体成分を回収することと、前記第１媒体成分の選択的な回収の後に前記熱エネルギ回収装置中に残った前記第２媒体成分を回収することとを備え、前記第１媒体成分を選択的に回収することは、前記ランキンサイクルを停止することと、前記ランキンサイクルの膨張工程を担う膨張機を迂回する迂回路を通じて前記膨張機の上流部位と下流部位との間での前記第１媒体成分の流動を許容することとを含んでいる。

膨張機の上流部位及び下流部位のうち一方に第１媒体成分を選択的に回収するための回収位置が設定されると、第１媒体成分の選択的な回収のための圧力環境が設定された空間領域は第１媒体成分の回収量が増えるにつれて回収位置の周囲で拡がる。上記の構成によれば膨張機を迂回する迂回路が存在しているので、上述の空間領域は停止した膨張機に妨げられることなく迂回路を通じて上流部位及び下流部位のうち他方に拡がることができる。この結果、上流部位及び下流部位のうち他方に存在する作動媒体も第１媒体成分の選択的な回収のための圧力環境に曝される。この結果、第１媒体成分は上流部位及び下流部位のうち他方に存在する作動媒体からも気化することができる。上流部位及び下流部位のうち他方で気化した第１媒体成分は迂回路を通じて回収位置に至り回収される。

上記の構成に関して回収方法は、前記回収された第１媒体成分及び前記回収された第２媒体成分を計量することを更に備えている。

上記の構成によれば第１媒体成分及び第２媒体成分の回収量が分かるので、第１媒体成分及び第２媒体成分の適切な混合比率を得るために第１媒体成分及び第２媒体成分それぞれがどのくらいの量だけ補充されればよいかが分かる。

上述の技術は、回収された作動媒体が再利用されるように熱エネルギ回収装置から作動媒体を回収することを可能にする。

例示的な熱エネルギ回収装置の概略図である。熱エネルギ回収装置内で循環される作動媒体の概略的なｐ－ｈ線図である。作動媒体を回収するための回収動作を制御する制御システムの例示的な機能構成を表す概略的なブロック図である。制御部の例示的な制御動作を表す概略的なフローチャートである。凝縮器とポンプとの間の区間において熱エネルギ回収装置から作動媒体の第１媒体成分を回収する第１回収設備の概略図である。

図１は例示的な熱エネルギ回収装置１００の概略図である。熱エネルギ回収装置１００が図１を参照して説明される。

熱エネルギ回収装置１００は非共沸混合媒体を作動媒体としてランキンサイクルの下で循環させ熱エネルギを回収するように構成されている。非共沸混合媒体に含まれている複数の成分のうち１つは以下の説明において「第１媒体成分」と称される。第１媒体成分よりも低い飽和蒸気圧を有する他のもう１つの成分は以下の説明において「第２媒体成分」と称される。第１媒体成分及び第２媒体成分の種類及びこれらの混合比率は所望の特性が得られるように定められている。たとえば第１媒体成分及び第２媒体成分としてＨＦＣ及びＨＦＯがそれぞれ用いられてもよい。

熱エネルギ回収装置１００は作動媒体をランキンサイクルの下で循環させる結果回収された熱エネルギから電力が生成されるように構成されている。すなわち、熱エネルギ回収装置１００は作動媒体をランキンサイクルの下で循環させる循環部位と、回収された熱エネルギを利用して発電する発電部位とを備えている。熱エネルギ回収装置１００は循環部位及び発電部位に加えて、ランキンサイクルの膨張工程の停止下において作動媒体が熱エネルギ回収装置１００内で循環することを可能にする循環補助部位を備えている。循環補助部位はたとえば熱エネルギ回収装置１００の立ち上げ時に利用される。循環部位、発電部位及び循環補助部位が以下に説明される。

循環部位は液相の作動媒体を吐出するポンプ１１１、ポンプ１１１から吐出された作動媒体がポンプ１１１に戻るように構成された循環路１１６、循環路１１６上に配置された蒸発器１１２、膨張機１１３及び凝縮器１１４を含む。蒸発器１１２、膨張機１１３及び凝縮器１１４はポンプ１１１から吐出された作動媒体がこれらを順に通過するように配置されている。蒸発器１１２はランキンサイクルの蒸発工程を担う装置であり、ポンプ１１１から吐出された液相の作動媒体を他の設備から生じた加熱媒体（たとえば内燃機関からの排ガス）と熱交換させ加熱媒体から熱エネルギを回収するように構成されている。加熱媒体との熱交換の結果、作動媒体は蒸発する（すなわち気相になる）。気相の作動媒体は、ランキンサイクルの膨張工程を担う膨張機１１３に流入する。気相の作動媒体は膨張機１１３内で膨張し膨張機１１３のロータの回転運動を引き起こす。膨張機１１３の回転運動は発電部位での発電に利用される。膨張機１１３で膨張した作動媒体はランキンサイクルの凝縮工程を担う凝縮器１１４に流入する。凝縮器１１４は作動媒体を作動媒体よりも低温の冷却水と熱交換させるように構成されている。冷却水との熱交換の結果、作動媒体は冷却され液相になる。液相の作動媒体はポンプ１１１によって吸い込まれ蒸発器１１２へ再度吐出される。

作動媒体がポンプ１１１、蒸発器１１２、膨張機１１３及び凝縮器１１４を通じて循環流動をしている間、発電部位は電力を作り出す。

発電部位は膨張機１１３のロータに機械的に接続された発電機１１５を含む。発電機１１５は膨張機１１３のロータの回転運動に応じて回転し電力を作り出す。

発電機１１５が電力を作り出している期間以外にも作動媒体の循環が必要とされることがある（たとえば、熱エネルギ回収装置１００の立ち上げ作業時）。この場合、循環補助部位が作動媒体の循環に利用される。

循環補助部位は膨張機１１３を迂回する流路を形成している迂回路１４０と、迂回路１４０上に配置された弁体１４１とを含む。迂回路１４０は、膨張機１１３の上流部位（すなわち蒸発器１１２と膨張機１１３との間の区間）及び下流部位（すなわち膨張機１１３と凝縮器１１４との間の区間）に接続されている。迂回路１４０上に配置された弁体１４１は、膨張機１１３が停止された状態で作動媒体を循環させる必要が生じたときに開かれる。弁体１４１が開かれると、作動媒体は膨張機１１３を迂回して膨張機１１３の上流部位から下流部位へ流れることができる。

作動媒体に含まれる第１媒体成分及び第２媒体成分の飽和蒸気圧特性及び作動媒体として非共沸混合媒体を利用することに伴う課題が図１及び図２を参照して説明される。図２は作動媒体の概略的なｐ－ｈ線図である。

図２に示されるように、第１媒体成分の飽和蒸気圧は第２媒体成分の飽和蒸気圧よりも高い。したがって、第１媒体成分は第２媒体成分よりも高い圧力で気化する。言い換えると、第１媒体成分は第２媒体成分よりも気化しやすい。気化のしやすさの相違は、熱エネルギ回収装置１００から気相の作動媒体が漏出したとき（たとえば熱エネルギ回収装置１００の循環路１１６が破損したとき）における第１媒体成分及び第２媒体成分の漏出量の相違に帰結する。第１媒体成分は第２媒体成分より気化しやすいので、第１媒体成分の漏出量は第２媒体成分の漏出量を上回る。第１媒体成分及び第２媒体成分が漏出する漏出箇所が図１において蒸発器１１２から膨張機１１３へ向かう作動媒体の流動経路上に描かれた点Ｌによって示されている。

作動媒体が漏れ出たとき、第１媒体成分及び第２媒体成分それぞれがどのくらい失われたのかが不明になる。作動媒体の漏出部位が修復された後に循環路１１６から作動媒体が第１媒体成分及び第２媒体成分の混合状態を保ったまま回収されたとしても、回収された作動媒体中の第１媒体成分及び第２媒体成分の混合比率は漏出前の混合比率とは大きく相違している可能性がある。したがって、回収された作動媒体は再利用に適していない。

作動媒体を再利用できるように回収するための技術が図１及び図２を参照して説明される。

図１には、作動媒体中の第１媒体成分の回収に専ら用いられる第１回収設備１２０及び作動媒体中の第２媒体成分の回収に専ら用いられる第２回収設備１３０が示されている。第１回収設備１２０は膨張機１１３から凝縮器１１４に向かう作動媒体の流動経路において熱エネルギ回収装置１００に接続されている。第１回収設備１２０が熱エネルギ回収装置１００に接続された接続部位は図１において「点Ｃ１」で示されている。第２回収設備１３０は凝縮器１１４からポンプ１１１へ向かう作動媒体の流動経路及び膨張機１１３から凝縮器１１４へ向かう作動媒体の流動経路において熱エネルギ回収装置１００に接続されている。凝縮器１１４からポンプ１１１へ向かう作動媒体の流動経路上の接続部位は図１において「点Ｃ２」で示されている。膨張機１１３から凝縮器１１４へ向かう作動媒体の流動経路上の接続部位は図１において「点Ｃ３」で示されている。第１回収設備１２０及び第２回収設備１３０は作動媒体の漏出後に熱エネルギ回収装置１００に取り付けられてもよいし、熱エネルギ回収装置１００に予め取り付けられていてもよい。第１回収設備１２０及び第２回収設備１３０が以下に説明される。

第１回収設備１２０は点Ｃ１において熱エネルギ回収装置１００中の作動媒体の循環路１１６から分岐するように構成された配管１２５と、配管１２５上に配置された真空装置１２１、圧縮機１２２、熱交換器１２３及び第１タンク１２４とを含む。真空装置１２１は真空装置１２１、圧縮機１２２、熱交換器１２３及び第１タンク１２４の中で第１媒体成分の流れ方向において最も上流に配置されている一方で、第１タンク１２４はこれらの中で最も下流に配置されている。圧縮機１２２は真空装置１２１の下流に配置されている。熱交換器１２３は圧縮機１２２と第１タンク１２４との間に配置されている。

真空装置１２１は第１媒体成分が選択的に気化するような圧力環境を真空装置１２１と熱エネルギ回収装置１００中の液相の作動媒体との間の空間に作り出すために設けられている。第１媒体成分は真空装置１２１によって作り出された圧力環境下で気化し、真空装置１２１によって吸い込まれる。第１媒体成分はその後、真空装置１２１から圧縮機１２２へ流入する。

圧縮機１２２は真空装置１２１によって気化された第１媒体成分の体積を低減するために用いられる。真空装置１２１によって気化された第１媒体成分は圧縮機１２２によって吸い込まれる。圧縮機１２２は気化した第１媒体成分を圧縮し、第１媒体成分の体積を低減する。圧縮された第１媒体成分は圧縮機１２２から熱交換器１２３に流入する。

熱交換器１２３は圧縮機１２２によって圧縮された第１媒体成分を液化するために用いられる。熱交換器１２３は、第１媒体成分を冷却水と熱交換させるように構成されている。第１媒体成分は熱交換器１２３内で冷却水によって冷却され液相になる。液相の第１媒体成分は第１タンク１２４に流入し、第１タンク１２４内で貯留される。

第１タンク１２４内に作動媒体中の第１媒体成分が回収された後に第２回収設備１３０が第２媒体成分の回収のために利用される。

第２回収設備１３０は点Ｃ２と点Ｃ３とにおいて熱エネルギ回収装置１００の循環路１１６に接続された流路を形成している配管１３４と、配管１３４上に配置されたポンプ１３１、第２タンク１３２及び弁体１３３とを含む。ポンプ１３１は点Ｃ２から第２媒体成分を吸い込むように配置されている。第２タンク１３２は第２媒体成分の流れ方向においてポンプ１３１の下流に配置されている。ポンプ１３１によって吸い込まれた第２媒体成分は第２タンク１３２内で貯留される。第２タンク１３２と点Ｃ２との間の配管１３４の区間は第２タンク１３２への第２媒体成分の流入によって第２タンク１３２から押し出されたガスを熱エネルギ回収装置１００の循環路１１６へ案内するために用いられる。弁体１３３は、第２タンク１３２と点Ｃ２との間の配管１３４の区間に配置されている。弁体１３３は第２媒体成分の回収時において開かれている一方で他の期間は閉じられている。

第１媒体成分及び第２媒体成分の回収方法が以下に説明される。

第１媒体成分及び第２媒体成分の回収は熱エネルギ回収装置１００から作動媒体が漏出したときに実行される。作動媒体が熱エネルギ回収装置１００から漏出すると、熱エネルギ回収装置１００が停止され漏出箇所が修復される。修復の後、作動媒体の液相の状態が得られるように熱エネルギ回収装置１００が操作される。たとえば、蒸発器１１２への加熱媒体の流入が停止される。加えて弁体１４１が開かれ、迂回路１４０を通じて膨張機１１３の上流部位が下流部位に連通される。その後、ポンプ１１１が駆動され作動媒体が循環される。作動媒体が循環されている間において蒸発器１１２の蒸発機能は失われているので、熱エネルギ回収装置１００内の作動媒体は全体的に液相になる。液相の作動媒体が得られた後、作動媒体の循環が停止される。その後、作動媒体中の第１媒体成分の選択的な回収が開始される。

第１媒体成分の選択的な回収のために、真空装置１２１は真空装置１２１と液相の作動媒体との間に形成された空間を減圧し所定の圧力環境を作り出す。真空装置１２１によって減圧された空間は以下の説明において「減圧空間」と称される。減圧された圧力環境を作り出すために第１媒体成分の回収の開始時に設定された初期圧力が記号「Ｖ１」で図２に示されている。初期圧力「Ｖ１」は第１媒体成分の飽和蒸気圧を下回り且つ第２媒体成分の飽和蒸気圧を上回る値である。減圧空間の圧力が初期圧力「Ｖ１」に設定されると、第１媒体成分が主に気化する。気化した第１媒体成分は真空装置１２１を通過し圧縮機１２２で圧縮される。圧縮された第１媒体成分はその後、熱交換器１２３で液相になる。液相の第１媒体成分は第１タンク１２４に流入し第１タンク１２４内で貯留される。

第１タンク１２４内に第１媒体成分が回収されている間、減圧空間の圧力は初期圧力「Ｖ１」から徐々に低下する。初期圧力「Ｖ１」より小さな値に設定された閾値圧力が記号「Ｖ２」で図２に示されている。閾値圧力「Ｖ２」は、減圧空間の圧力が閾値圧力「Ｖ２」まで低下したときに第１媒体成分のほとんどが作動媒体から分離された状態が得られるように設定されている。

減圧空間の圧力が閾値圧力「Ｖ２」まで下がると真空装置１２１が停止する。減圧空間の圧力が閾値圧力「Ｖ２」まで下がっているとき、第１媒体成分のほとんどは作動媒体から分離され第１タンク１２４に貯留されている。したがって、第１媒体成分がほとんど取り除かれた作動媒体（すなわち、液相の第２媒体成分）が熱エネルギ回収装置１００に残っている。第１媒体成分の回収処理は、減圧空間の圧力が閾値圧力「Ｖ２」になったときに液相の第２媒体成分の回収処理に切り替えられる。

液相の第２媒体成分の回収処理のために、ポンプ１３１が起動されるとともに弁体１３３が開かれる。ポンプ１３１は点Ｃ２を通じて液相の第２媒体成分を吸引し、吸引された第２媒体成分を第２タンク１３２へ送り出す。このとき、第２タンク１３２内のガスは液相の第２媒体成分の流入によって押し出される。第２タンク１３２内のガスは弁体１３３を通じて点Ｃ３から熱エネルギ回収装置１００の循環路１１６に流入する。第２タンク１３２内には液相の第２媒体成分が貯留される。

第２タンク１３２内には第２媒体成分が貯留される一方で第１タンク１２４内には第１媒体成分が貯留される。したがって回収された第１媒体成分及び第２媒体成分に対する個別の測量が可能になり、第１媒体成分及び第２媒体成分の漏出量が分かる。回収された第１媒体成分に漏出量分の第１媒体成分がその後補充される。同様に、回収された第２媒体成分に漏出量分の第２媒体成分が補充される。補充後の第１媒体成分及び第２媒体成分が混合され、新たな作動媒体が作り出される。新たな作動媒体中の第１媒体成分及び第２媒体成分の混合比率は、漏出前に熱エネルギ回収装置１００内で循環していた作動媒体中の第１媒体成分及び第２媒体成分の混合比率に略等しい。したがって、新たな作動媒体は熱エネルギ回収装置１００内の熱エネルギ回収媒体として再利用可能である。

作動媒体から第１媒体成分を選択的に回収した後に第２媒体成分を回収する上述の回収動作を制御する制御システム２００の例示的な機能構成を表す概略的なブロック図が図３に示される。図１乃至図３を参照して制御システム２００が説明される。

制御システム２００は作動媒体の温度や減圧空間の圧力環境の状態に基づいて第１回収設備１２０の真空装置１２１、第２回収設備１３０のポンプ１３１及び弁体１３３を制御するように構成されている。制御システム２００は作動媒体の温度を検出する温度検出部２１０と、作動媒体の圧力を検出する圧力検出部２２０と、真空装置１２１、ポンプ１３１及び弁体１３３を制御する制御部２３０とを含む。

温度検出部２１０は熱エネルギ回収装置１００中の作動媒体の温度を検出するように熱エネルギ回収装置１００に取り付けられている。たとえば、温度検出部２１０は膨張機１１３と凝縮器１１４との間の流動区間において循環路１１６に取り付けられてもよい。温度検出部２１０は検出された温度を表す検出信号を生成するように構成されている。

温度検出部２１０が作動媒体の温度を検出に用いられる一方で、圧力検出部２２０は減圧空間の圧力を検出するために用いられる。

圧力検出部２２０は減圧空間の圧力を検出するように熱エネルギ回収装置１００に取り付けられている。圧力検出部２２０は検出された圧力を表す検出信号を生成するように構成されている。圧力検出部２２０及び温度検出部２１０によって生成された検出信号は制御部２３０による制御に利用される。

制御部２３０は圧力検出部２２０及び温度検出部２１０によって生成された検出信号を受信するように圧力検出部２２０及び温度検出部２１０に接続されている。制御部２３０はこれらの検出信号に基づいて真空装置１２１、ポンプ１３１及び弁体１３３を制御するように構成されている。制御部２３０は操作部２３１、圧力設定部２３２、第１駆動部２３３、第２駆動部２３４及び判定部２３５を含む。

操作部２３１は作動媒体の回収作業の開始時及び終了時に作業者によって操作される。操作部２３１は作業者の操作に応じて信号を生成及び出力するように構成されている。作業者が回収作業の開始を指示するように操作部２３１を操作すると、操作部２３１は作業者の開始指示の要求を伝えるための開始要求信号を生成する。作業者が回収作業の終了を指示するように操作部２３１を操作すると、操作部２３１は作業者の終了指示の要求を伝えるための終了要求信号を生成する。終了要求信号は第２駆動部２３４に出力される一方で開始要求信号は圧力設定部２３２に出力される。

圧力設定部２３２は、作業者の操作に応じて生成された開始要求信号と温度検出部２１０からの検出信号とを受信するように構成されている。圧力設定部２３２は開始要求信号の受信の後に、初期圧力「Ｖ１」及び閾値圧力「Ｖ２」を温度検出部２１０からの検出信号が表す温度に応じて決定するように構成されている。

圧力設定部２３２は初期圧力「Ｖ１」及び閾値圧力「Ｖ２」をそれぞれ設定する部位として初期圧設定部２３６及び閾値設定部２３７を含む。閾値設定部２３７は温度検出部２１０からの検出信号によって表される温度に基づいて閾値圧力「Ｖ２」を設定するように構成されている。閾値設定部２３７は閾値圧力「Ｖ２」を表す情報が閾値設定部２３７から初期圧設定部２３６及び判定部２３５へ伝達されるように構成されている。初期圧設定部２３６は、閾値圧力「Ｖ２」及び温度検出部２１０からの検出信号によって表される温度に基づいて初期圧力「Ｖ１」を設定するように構成されている。初期圧設定部２３６は、初期圧力「Ｖ１」を表す情報が初期圧設定部２３６から第１駆動部２３３へ出力されるように構成されている。

第１駆動部２３３は初期圧力「Ｖ１」を表す情報に加えて、圧力検出部２２０によって生成された検出信号を受け取るように構成されている。第１駆動部２３３は圧力検出部２２０からの検出信号によって表される圧力を参照し、初期圧力「Ｖ１」が得られるように真空装置１２１を駆動するように構成されている。第１駆動部２３３は、減圧空間の圧力が初期圧力「Ｖ１」まで低下すると真空装置１２１を定常運転させるように構成されている。

真空装置１２１が定常運転している期間において第１媒体成分が選択的に気化するので、圧力検出部２２０によって生成された検出信号によって表される圧力が徐々に低下する。圧力検出部２２０によって生成された検出信号は第１駆動部２３３だけでなく判定部２３５へも出力される。

判定部２３５は圧力検出部２２０からの検出信号に加えて、閾値圧力「Ｖ２」を表す情報を閾値設定部２３７から受け取るように構成されている。判定部２３５は、圧力検出部２２０からの検出信号によって表される圧力が閾値圧力「Ｖ２」まで低下するとポンプ１３１及び弁体１３３の駆動を第２駆動部２３４に指示するように構成されている。

第２駆動部２３４は判定部２３５の駆動指示に加えて、操作部２３１からの終了要求信号を受信するように構成されている。第２駆動部２３４はポンプ１３１に対応して設けられたポンプ駆動部２３８と、弁体１３３に対応して設けられた弁駆動部２３９とを含む。ポンプ駆動部２３８は判定部２３５からの駆動指示及び操作部２３１からの終了要求信号に応じてポンプ１３１を駆動及び停止するように構成されている。弁駆動部２３９は判定部２３５からの駆動指示及び操作部２３１からの終了要求信号に応じて弁体１３３を開いたり閉じたりするように構成されている。

操作部２３１への操作に応じて開始される制御部２３０の制御動作が図１乃至図４を参照して説明される。図４は制御部２３０の例示的な制御動作を表す概略的なフローチャートである。

（ステップＳ２０５）
制御部２３０は作業者が操作部２３１を操作することを待つ。この間、作業者は漏出箇所の修繕や液相の作動媒体を得るための操作を行っている。これらの作業が完了すると、作業者は操作部２３１を操作し制御部２３０に作動媒体の回収の開始を指示する。作業者が作動媒体の回収の開始を指示するように操作部２３１を操作すると、操作部２３１は開始要求信号を生成する。開始要求信号が操作部２３１から圧力設定部２３２へ出力されると、ステップＳ２１０が実行される。

（ステップＳ２１０）
圧力設定部２３２の閾値設定部２３７は温度検出部２１０からの検出信号を待つ。検出信号が温度検出部２１０から閾値設定部２３７へ出力されると、ステップＳ２１５が実行される。

（ステップＳ２１５）
閾値設定部２３７は温度検出部２１０からの検出信号によって表されている温度に基づいて、第１媒体成分及び第２媒体成分の飽和蒸気圧（検出された温度に対応する飽和蒸気圧）を見出す。閾値設定部２３７は、見出された第１媒体成分及び第２媒体成分の飽和蒸気圧に基づいてランキンサイクルの高圧及び低圧の中間値よりも低い値に閾値圧力「Ｖ２」を設定する。閾値圧力「Ｖ２」を表す情報が閾値設定部２３７から初期圧設定部２３６及び判定部２３５へ出力される。閾値圧力「Ｖ２」を表す情報に加えて第２媒体成分の飽和蒸気圧を表す情報も閾値設定部２３７から初期圧設定部２３６へ伝達される。閾値圧力「Ｖ２」及び第２媒体成分の飽和蒸気圧を表す情報が閾値設定部２３７から初期圧設定部２３６へ出力されると、ステップＳ２２０が実行される。

（ステップＳ２２０）
初期圧設定部２３６は閾値圧力「Ｖ２」を上回り且つ第１媒体成分の飽和蒸気圧を下回る値に初期圧力「Ｖ１」を設定する。初期圧力「Ｖ１」を表す情報が初期圧設定部２３６から第１駆動部２３３へ出力されると、ステップＳ２２５が実行される。

（ステップＳ２２５）
第１駆動部２３３及び判定部２３５は圧力検出部２２０からの検出信号を待つ。第１駆動部２３３及び判定部２３５が圧力検出部２２０からの検出信号を受信すると、ステップＳ２３０及びステップＳ２４５が実行される。

（ステップＳ２３０）
第１駆動部２３３は初期圧力「Ｖ１」が得られるように真空装置１２１の出力を調整し、初期圧力「Ｖ１」の圧力環境を減圧空間において作り出す。その後、ステップＳ２３５が実行される。

（ステップＳ２３５）
第１駆動部２３３は圧力検出部２２０からの検出信号を参照し、減圧空間の圧力が初期圧力「Ｖ１」に到達したか否かを判定する。第１駆動部２３３が検出信号によって表されている圧力が初期圧力「Ｖ１」に到達していないと判定するならば、ステップＳ２３０が実行される。第１駆動部２３３が検出信号によって表されている圧力が初期圧力「Ｖ１」に到達していると判定するならば、ステップＳ２４０が実行される。

（ステップＳ２４０）
第１駆動部２３３は真空装置１２１をステップＳ２３０で調整された出力で定常運転させる。真空装置１２１が定常運転している間、第１媒体成分が選択的に気化する。気化した第１媒体成分は真空装置１２１を通過し、圧縮機１２２によってその後圧縮される。圧縮された第１媒体成分は熱交換器１２３において冷却され液相になる。液相の第１媒体成分は第１タンク１２４に流入する。

（ステップＳ２４５）
第１媒体成分が第１タンク１２４に回収されている間、減圧空間の圧力（すなわち、圧力検出部２２０からの検出信号が表す圧力）は徐々に低下する。圧力検出部２２０からの検出信号によって表される圧力が閾値圧力「Ｖ２」に到達しているか否かが第１駆動部２３３及び判定部２３５によって判定される。第１駆動部２３３及び判定部２３５は圧力検出部２２０からの検出信号によって表される圧力が閾値圧力「Ｖ２」に到達することを待つ。圧力検出部２２０からの検出信号によって表される圧力が閾値圧力「Ｖ２」に到達しているとき、第１媒体成分のほとんどは第１タンク１２４に回収され、熱エネルギ回収装置１００には液相の第２媒体成分が主に残っている。熱エネルギ回収装置１００に残存している液相の第２媒体成分を回収するために判定部２３５は第２回収設備１３０を駆動するための駆動指示を生成する。駆動指示が判定部２３５から第２駆動部２３４へ出力されると、ステップＳ２５０が実行される。

（ステップＳ２５０）
駆動指示が判定部２３５から第２駆動部２３４へ出力されると、第１媒体成分の回収処理が第２媒体成分の回収処理に切り替えられる。回収処理の切替のために、駆動指示が判定部２３５から第２駆動部２３４へ出力されるのと略同期して第１駆動部２３３は真空装置１２１を停止させる。第２駆動部２３４のポンプ駆動部２３８及び弁駆動部２３９は判定部２３５からの駆動指示に応じて第２回収設備１３０のポンプ１３１を駆動するとともに第２回収設備１３０の弁体１３３を開く。第２駆動部２３４がポンプ１３１を駆動するとともに弁体１３３を開くと、液相の状態で熱エネルギ回収装置１００内に残る第２媒体成分は第２タンク１３２に流入する。第２タンク１３２への第２媒体成分の回収が開始されると、ステップＳ２５５が実行される。

（ステップＳ２５５）
第２タンク１３２への第２媒体成分の回収開始の後、第２駆動部２３４は終了要求信号の受信を待つ。終了要求信号は作業者が操作部２３１を操作し回収処理の終了を制御部２３０に要求したときに、操作部２３１から第２駆動部２３４へ出力される。終了要求信号が操作部２３１から第２駆動部２３４へ出力されると、ステップＳ２６０が実行される。

（ステップＳ２６０）
第２駆動部２３４のポンプ駆動部２３８及び弁駆動部２３９は終了要求信号に応じてポンプ１３１を停止させるとともに弁体１３３を閉じ、作動媒体の回収処理が完了する。

作動媒体の回収処理の後、第１タンク１２４及び第２タンク１３２内の第１媒体成分及び第２媒体成分が個別に計量される。この結果、第１媒体成分及び第２媒体成分それぞれがどのくらい漏出したかが判明する。漏出した分の第１媒体成分が第１タンク１２４に補充される。同様に、漏出した分の第２媒体成分が第２タンク１３２に補充される。これらの補充の後、第１タンク１２４内の第１媒体成分が第２タンク１３２内の第２媒体成分と混合され新たな作動媒体が生成される。新たな作動媒体中の第１媒体成分及び第２媒体成分の混合比率は漏出の前に用いられていた作動媒体中の第１媒体成分及び第２媒体成分の混合比率と略等しい。したがって新たな作動媒体は熱エネルギ回収装置１００中で循環される熱エネルギ回収媒体として好適に再利用される。

第１媒体成分の回収に関して、迂回路１４０が好適に利用されている。迂回路１４０上の弁体１４１が閉じられた状態では真空装置１２１によって設定された圧力環境の影響は停止状態にある膨張機１１３によって留められる。すなわち、膨張機１１３と蒸発器１１２との間に存在する作動媒体は真空装置１２１によって設定された圧力環境に曝されない。一方迂回路１４０上の弁体１４１が開かれると、膨張機１１３と蒸発器１１２との間に存在する作動媒体が真空装置１２１によって設定された圧力環境に曝されることが以下に述べる如く可能になる。

第１媒体成分の回収の開始時において、点Ｃ１の周囲の液相の作動媒体が真空装置１２１によって設定された圧力環境に曝される。この結果、点Ｃ１の周囲の液相の作動媒体から第１媒体成分が選択的に気化する。気化した第１媒体成分は第１回収設備１２０によって回収されるので、真空装置１２１と液相の作動媒体との間の減圧空間は徐々に拡がる。第１媒体成分がある程度回収されると、減圧空間は迂回路１４０を通じて膨張機１１３と蒸発器１１２との間の流路区間に至ることができる。この結果、膨張機１１３と蒸発器１１２との間の流路区間に存在している作動媒体は真空装置１２１によって設定された圧力環境に曝され作動媒体中の第１媒体成分が選択的に気化することができる。気化した第１媒体成分は迂回路１４０を通じて点Ｃ１に至り、第１回収設備１２０によって回収される。

第１回収設備１２０は圧縮機１２２及び熱交換器１２３を用いて第１媒体成分を圧縮及び液化するので、第１媒体成分の体積は気相の媒体成分と較べて大幅に低減されている。したがって、第１媒体成分の貯留に用いられる第１タンク１２４の容量は過度に大きくなくてもよい。

第１媒体成分と同様に、第２媒体成分は液相の状態で回収される。したがって、第２媒体成分を貯留するために設けられた第２タンク１３２の容量は過度に大きくなくてもよい。第２媒体成分は第１媒体成分とは異なり気相になることなく回収されるので、第２媒体成分の回収は短時間で完了する。

今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

第２媒体成分の回収に関して、上述の実施形態では第２回収設備１３０が第１回収設備１２０とは別異に設けられている。しかしながら、第２媒体成分を回収するために第１回収設備１２０の真空装置１２１、圧縮機１２２及び熱交換器１２３が利用されてもよい。この場合、第２媒体成分を貯留するための第２タンク１３２が第１媒体成分の回収後に第１タンク１２４と入れ替えられる。第１媒体成分の回収後に真空装置１２１は第２媒体成分の飽和蒸気圧より高い圧力の圧力環境を減圧空間に作り出す。この結果、第２媒体成分は気化し真空装置１２１を通じて圧縮機１２２に流入する。第２媒体成分は圧縮機１２２で圧縮された後に熱交換器１２３で冷却され液相になる。液相の第２媒体成分が第１タンク１２４と入れ替えられた第２タンク１３２に流入する。

第１媒体成分の回収に関して、上述の実施形態では第１タンク１２４の容量を小さくするために圧縮機１２２及び熱交換器１２３が配置されている。しかしながら、圧縮機１２２及び熱交換器１２３を経ずして第１媒体成分が第１タンク１２４に回収されてもよい。この場合、第１タンク１２４に気相の第１媒体成分が貯留される。

作動媒体の組成に関して、上述の実施形態では第１媒体成分及び第２媒体成分が混合された作動媒体の回収技術が例示されている。しかしながら上述の回収技術は、３を超える種類の媒体成分が混合された作動媒体を回収するために用いられてもよい。

作動媒体の回収位置に関して、上述の実施形態では作動媒体の第１媒体成分は膨張機１１３及び凝縮器１１４の間の区間において設定された点Ｃ１から回収されている。しかしながら、第１媒体成分は液相の作動媒体が存在している他の区間から回収されてもよい。凝縮器１１４とポンプ１１１との間の区間において熱エネルギ回収装置１００の循環路１１６に接続された第１回収設備１２０が図５に概略的に示されている。凝縮器１１４とポンプ１１１との間の区間にある作動媒体は液相であるので、作動媒体を熱エネルギ回収装置１００の全体に亘って液相にするための操作は必要とされない。この場合、温度検出部２１０は凝縮器１１４とポンプ１１１との間の区間にある作動媒体の温度を検出するように熱エネルギ回収装置１００に取り付けられる。

上述の実施形態では、作動媒体の第２媒体成分は凝縮器１１４とポンプ１１１との間の区間に設定された点Ｃ２から回収されている。しかしながら、第２媒体成分の回収位置は作動媒体の循環路１１６中の他の部位（第１媒体成分の選択的な回収の後に液相の第２媒体成分が残存する部位）に設定されてもよい。

いくつの回収位置が設けられるかに関して、上述の実施形態では第１媒体成分及び第２媒体成分それぞれに対して１つの回収位置が設定されている。しかしながら第１媒体成分及び第２媒体成分のうち少なくとも一方に対して複数の回収位置が設定されてもよい。多くの回収位置が設定される結果、作動媒体の回収作業は短時間で完了する。

上述の実施形態の原理は、ランキンサイクルの下で熱エネルギを回収することが必要とされる様々な技術分野に好適に利用される。

１００・・・・・・・・・・・・・・・熱エネルギ回収装置
１１３・・・・・・・・・・・・・・・膨張機
１２１・・・・・・・・・・・・・・・真空装置
１２５・・・・・・・・・・・・・・・配管
１４０・・・・・・・・・・・・・・・迂回路

Claims

第１媒体成分及び前記第１媒体成分よりも低い飽和蒸気圧を有する第２媒体成分が混合された非共沸混合媒体を作動媒体としてランキンサイクルの下で循環させ熱エネルギを回収する熱エネルギ回収装置から前記作動媒体を回収する回収方法であって、
前記第１媒体成分の前記飽和蒸気圧を下回り且つ前記第２媒体成分の飽和蒸気圧を上回る圧力環境を作り出すことにより液相の前記作動媒体中の前記第１媒体成分を選択的に気化させるとともに前記気化している第１媒体成分を回収することと、
前記第１媒体成分の選択的な回収の後に前記熱エネルギ回収装置中に残った前記第２媒体成分を回収することと、を備え、
前記第１媒体成分を選択的に回収することは、真空装置を用いて前記熱エネルギ回収装置から前記真空装置に連なる配管内の圧力を低減し前記圧力環境を作り出すことを含む
作動媒体の回収方法。
前記第１媒体成分を選択的に回収することは、
（ｉ）前記作動媒体の温度を測定することと、
（ｉｉ）前記測定された温度に対応する前記第１媒体成分の前記飽和蒸気圧を下回り且つ前記測定された温度に対応する前記第２媒体成分の前記飽和蒸気圧を上回る前記圧力環境を作り出すことと、を含む
請求項１に記載の回収方法。
前記第１媒体成分を選択的に回収することは、
（ｉ）前記真空装置を用いて前記気化した第１媒体成分を吸引することと、
（ｉｉ）前記吸引された第１媒体成分を圧縮することと、
（ｉｉｉ）前記圧縮された第１媒体成分を冷却し液化することと、
（ｉｖ）前記液化された第１媒体成分を貯留することと、を含む
請求項１に記載の回収方法。
前記第２媒体成分を回収することは、前記第２媒体成分の液相を保ったまま前記第２媒体成分を回収することを含む
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回収方法。
第１媒体成分及び前記第１媒体成分よりも低い飽和蒸気圧を有する第２媒体成分が混合された非共沸混合媒体を作動媒体としてランキンサイクルの下で循環させ熱エネルギを回収する熱エネルギ回収装置から前記作動媒体を回収する回収方法であって、
前記第１媒体成分の前記飽和蒸気圧を下回り且つ前記第２媒体成分の飽和蒸気圧を上回る圧力環境を作り出すことにより液相の前記作動媒体中の前記第１媒体成分を選択的に気化させるとともに前記気化している第１媒体成分を回収することと、
前記第１媒体成分の選択的な回収の後に前記熱エネルギ回収装置中に残った前記第２媒体成分を回収することと、を備え、
前記第１媒体成分を選択的に回収することは、前記ランキンサイクルを停止することと、前記ランキンサイクルの膨張工程を担う膨張機を迂回する迂回路を通じて前記膨張機の上流部位と下流部位との間での前記第１媒体成分の流動を許容することと、を含む
作動媒体の回収方法。
前記回収された第１媒体成分及び前記回収された第２媒体成分を計量することを更に備える
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回収方法。