WO2014155909A1 - 排熱回収装置 - Google Patents

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啓 岸本
藤澤　亮
西村　真
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Kobe Steel Ltd
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    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
    • Y02P80/15—On-site combined power, heat or cool generation or distribution, e.g. combined heat and power [CHP] supply

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust heat recovery apparatus using a flash cycle.
  • an exhaust heat recovery device using a flash cycle is known.
  • a gas-liquid separator an expander into which a gaseous working medium separated by the gas-liquid separator flows, a generator connected to the expander, An expansion valve for expanding the liquid working medium separated by the gas-liquid separator, a mixer for mixing the working medium discharged from the expander and the working medium after passing through the expansion valve, and the mixing Waste heat recovery comprising: a condenser that condenses the working medium mixed in the condenser; a pump that pressurizes the working medium condensed in the condenser; and an evaporator that evaporates the working medium pressurized by the pump An apparatus is disclosed.
  • the liquid working medium separated by the gas-liquid separator passes through the expansion valve before joining with the working medium discharged from the expander. At this time, the liquid working medium expands adiabatically. That is, in this exhaust heat recovery apparatus, the heat energy of the working medium is discarded in the process of passing the liquid working medium through the expansion valve. In this exhaust heat recovery apparatus, the heat energy discarded by the liquid working medium is not effectively recovered. For this reason, the power recovery rate in the expander, that is, the power generation efficiency in the generator is not sufficient.
  • An object of the present invention is to provide an exhaust heat recovery device capable of improving the power recovery rate of an expander.
  • This exhaust heat recovery apparatus is an apparatus using a flash cycle.
  • the exhaust heat recovery apparatus includes a gas-liquid separator (flash drum) 10, an expander 12 into which a gaseous working medium separated by the gas-liquid separator 10 flows, and an expander 12, a drive unit 14 connected to the condenser 12, a condenser 16 that condenses the working medium flowing out from the expander 12, a first pump 18 that pressurizes the working medium that flows out from the condenser 16, and pressurization by the first pump 18.
  • a first heater 20 that heats the generated working medium, and a circulation passage 22 that connects the gas-liquid separator 10, the expander 12, the condenser 16, the first pump 18, and the first heater 20 in this order in series. It is equipped with.
  • the exhaust heat recovery device includes a heat recovery flow path 24 that joins the liquid working medium flowing out from the gas-liquid separator 10 to the circulation flow path 22, and a second pump 26 provided in the heat recovery flow path 24.
  • a second heater 28 that heats the working medium pressurized by the second pump 26, a mixer 30 that joins the heat recovery passage 24 to the circulation passage 22, a first sensor 32, and a second sensor 34.
  • a control means 36 that controls the control means 36.
  • the gas-liquid separator 10 is provided in the circulation channel 22.
  • the working medium flows into the gas-liquid separator 10 in a saturated liquid state or a slightly heated state.
  • the gas-liquid separator 10 separates the working medium flowing into the gas-liquid separator 10 into a gaseous working medium (saturated gas) and a liquid working medium (saturated liquid). Specifically, when a pressure loss occurs in the gas-liquid separator 10, the working medium flowing into the gas-liquid separator 10 is separated into a gaseous working medium and a liquid working medium.
  • Working media include water (steam), hydrocarbon media (methane, ethane, propane, butane, isobutane, propylene, benzene, toluene, xylene, etc.), and chlorofluorocarbon media that have little impact on global warming.
  • hydrocarbon media methane, ethane, propane, butane, isobutane, propylene, benzene, toluene, xylene, etc.
  • chlorofluorocarbon media that have little impact on global warming.
  • HFC134a, HFC152a, HFC245fa, etc. are preferably used.
  • a single medium is used from among the working media.
  • the expander 12 is provided in the downstream portion of the gas-liquid separator 10 in the circulation flow path 22.
  • the expander 12 includes a rotor that is rotationally driven by the expansion energy of the gaseous working medium discharged from the gas-liquid separator 10.
  • the expander 12 includes a casing in which a rotor chamber is formed, and a pair of male and female screw rotors (rotors) rotatably supported in the rotor chamber.
  • the screw rotor is rotationally driven by the expansion energy of the working medium supplied to the rotor chamber through the air inlet formed in the casing. Then, the working medium whose pressure is reduced by expanding in the rotor chamber is discharged to the circulation passage 22 from the discharge port formed in the casing.
  • the drive unit 14 is connected to the expander 12.
  • the generator 14 is used as the drive machine 14.
  • the generator 14 is driven by expanding a gaseous working medium in the expander 12 and rotationally driving the screw rotor.
  • the generator 14 has a rotating shaft connected to one of the pair of screw rotors of the expander 12, and the rotating shaft rotates as the screw rotor rotates. To generate power.
  • the condenser 16 is provided in a portion of the circulation channel 22 on the downstream side of the expander 12.
  • the condenser 16 condenses the gaseous working medium discharged from the expander 12 into a liquid working medium.
  • the condenser 16 has a working medium flow path 16a through which a gaseous working medium flows, and a cooling medium flow path 16b through which a cooling medium supplied from the outside flows.
  • the cooling medium flow path 16 b is connected to a cooling medium supply flow path 17 for supplying a cooling medium from the outside to the condenser 16.
  • the cooling medium supply channel 17 is provided with a cooling valve 17a for adjusting the amount of the cooling medium flowing into the cooling medium channel 16b.
  • the working medium flowing through the working medium flow path 16a is condensed by exchanging heat with the cooling medium flowing through the cooling medium flow path 16b. Examples of the cooling medium flowing through the cooling medium flow path 16b include cooling water and air.
  • the first pump 18 is provided at a site downstream of the condenser 16 in the circulation flow path 22.
  • the first pump 18 pressurizes the working medium condensed by the condenser 16 to a predetermined pressure and sends it to the downstream side of the first pump 18 in the circulation flow path 22.
  • a centrifugal pump having an impeller as a rotor, a gear pump having a rotor composed of a pair of gears, or the like is used as the first pump 18, a centrifugal pump having an impeller as a rotor, a gear pump having a rotor composed of a pair of gears, or the like is used.
  • the first pump 18 can be driven at an arbitrary rotational speed.
  • the first heater 20 is provided at a site downstream of the first pump 18 in the circulation channel 22 (between the first pump 18 and the gas-liquid separator 10).
  • the first heater 20 heats the working medium sent from the first pump 18.
  • the first heater 20 includes a working medium flow path 20a through which a working medium flows and a first heating medium flow path 20b through which a heating medium supplied from the outside flows.
  • the first heating medium flow path 20 b is connected to a first heating medium supply flow path 21 for supplying a heating medium from the outside to the first heater 20.
  • the first heating medium supply channel 21 is provided with a first valve 21a for adjusting the amount of the heating medium flowing into the first heating medium channel 20b.
  • the working medium flowing through the working medium flow path 20a is heated by exchanging heat with the heating medium flowing through the first heating medium flow path 20b.
  • the working medium may be heated by the first heater 20 so as to be in a slight overheating state.
  • Examples of the heating medium supplied to the first heating medium flow path 20b include steam and hot water.
  • the heat recovery flow path 24 is a part of the circulation flow path 22 between the first heater 20 and the gas-liquid separator 10, more specifically, a mixer.
  • 30 is a flow path to be merged with 30.
  • the second pump 26 is provided at the downstream side of the gas-liquid separator 10 in the heat recovery flow path 24.
  • the second pump 26 pressurizes the liquid working medium separated by the gas-liquid separator 10 to a predetermined pressure and sends it to the downstream side of the second pump 26 in the heat recovery flow path 24.
  • the configuration of the second pump 26 is basically the same as that of the first pump 18.
  • the second heater 28 is provided in a portion of the heat recovery flow path 24 downstream of the second pump 26 (between the second pump 26 and the mixer 30).
  • the configuration of the second heater 28 is basically the same as that of the first heater 20.
  • the second heater 28 has a working medium flow path 28a through which a working medium flows and a second heating medium flow path 28b through which a heating medium supplied from the outside flows.
  • the second heating medium flow path 28 b is connected to a second heating medium supply flow path 29 for supplying a heating medium from the outside to the second heater 28.
  • the second heating medium supply channel 29 is provided with a second valve 29a for adjusting the amount of the heating medium flowing into the second heating medium channel 28b.
  • the working medium flowing through the working medium flow path 28a is heated by exchanging heat with the heating medium flowing through the second heating medium flow path 28b. Examples of the heating medium supplied to the second heating medium flow path 28b include steam and hot water.
  • the mixer 30 mixes the working medium heated by the first heater 20 in the circulation flow path 22 and the working medium heated by the second heater 28 in the heat recovery flow path 24. That is, a portion of the circulation channel 22 where the mixer 30 is provided becomes a junction point of the heat recovery channel 24 to the circulation channel 22.
  • the working medium mixed in the mixer 30 is introduced into the gas-liquid separator 10 through the circulation channel 22.
  • the mixer 30 may be omitted. In that case, the downstream end of the heat recovery passage 24 is directly connected to the circulation passage 22.
  • the first sensor 32 is a pressure sensor that detects the pressure of the working medium flowing in the circulation flow path 22.
  • the first sensor 32 is provided in a portion between the first heater 20 and the mixer 30 in the circulation flow path 22. That is, the first sensor 32 detects the pressure of the working medium heated by the first heater 20.
  • the second sensor 34 is a pressure sensor that detects the pressure of the working medium flowing in the heat recovery flow path 24.
  • the second sensor 34 is provided in a portion between the second heater 28 and the mixer 30 in the heat recovery flow path 24. That is, the second sensor 34 detects the pressure of the working medium heated by the second heater 28.
  • the control means 36 is connected to the cooling valve 17a, the first valve 21a, the second valve 29a, the first pump 18, the second pump 26, the first sensor 32, and the second sensor 34, respectively.
  • the control means 36 includes a cooling valve control unit 36a that adjusts the opening degree of the cooling valve 17a, a first pump control unit 36b that adjusts the rotation speed of the first pump 18, and a first valve that adjusts the opening degree of the first valve 21a. It has the one valve control part 36c, the 2nd pump control part 36d which adjusts the rotation speed of the 2nd pump 26, and the 2nd valve control part 36e which adjusts the opening degree of the 2nd valve 29a.
  • Each control unit 36a to 36e controls each control target so that the detection value of the first sensor 32 and the detection value of the second sensor 34 are substantially equal.
  • control means 36 performs at least one of the following controls (1) and (2).
  • the second pump control unit 36d increases the rotation speed of the second pump 26 so that the detection value of the second sensor 34 becomes substantially equal to that of the first sensor 32.
  • the second valve control unit 36e increases the opening degree of the second valve 29a so that the detection value of the second sensor 34 becomes substantially equal to that of the first sensor 32.
  • control means 36 may perform at least one of the following controls (3) to (5). .
  • the cooling valve control unit 36a reduces the opening of the cooling valve 17a so that the detection value of the first sensor 32 becomes substantially equal to that of the second sensor 34.
  • the first pump control unit 36b decreases the rotational speed of the first pump 18 so that the detection value of the first sensor 32 becomes substantially equal to that of the second sensor 34.
  • the first valve control unit 36c reduces the opening of the first valve 21a so that the detection value of the first sensor 32 is substantially equal to that of the second sensor 34.
  • control means 36 may perform control appropriately combining the controls shown in the above (1) to (5).
  • the control means 36 performs a control opposite to the control shown in the above (1) to (5).
  • the working medium that has flowed into the gas-liquid separator 10 is separated into a gaseous working medium (saturated gas) and a liquid working medium (saturated liquid) by the gas-liquid separator 10.
  • the gaseous working medium flows into the expander 12 and expands in the expander 12. That is, power is taken out by the expander 12.
  • the generator 14 is driven by this power.
  • the working medium discharged from the expander 12 is condensed by the condenser 16 and then pressurized by the first pump 18. Then, the working medium pressurized to a predetermined pressure by the first pump 18 is heated to a predetermined temperature by the first heater 20.
  • the liquid working medium separated by the gas-liquid separator 10 is pressurized to a predetermined pressure by the second pump 26 and then heated to a predetermined temperature by the second heater 28.
  • the working medium flowing out from the first heater 20 and the working medium flowing out from the second heater 28 are mixed by the mixer 30.
  • the pressure of the working medium immediately before the mixer 30 in the circulation flow path 22 (between the first heater 20 and the mixer 30) and the mixer 30 in the heat recovery flow path 24 are controlled by the control means 36.
  • the pressure of the working medium immediately before (between the second heater 28 and the mixer 30) is substantially equal. For this reason, generation
  • the working medium mixed in the mixer 30 is again introduced into the gas-liquid separator 10 through the circulation channel 22.
  • the liquid working medium that has flowed out of the gas-liquid separator 10 is the amount that the pressure is reduced by being separated by the gas-liquid separator 10. After being pressurized by the second pump 26, it joins between the first heater 20 and the gas-liquid separator 10 in the circulation flow path 22. That is, the liquid working medium joins the circulation flow path 22 with almost no loss of its own thermal energy in the heat recovery flow path 24. For this reason, the power recovery rate of the expander 12 is improved.
  • the second heater 28 is provided in a portion of the heat recovery flow path 24 between the second pump 26 and the mixer 30. Therefore, when the working medium in the heat recovery flow path 24 is heated by the second heater 28, the amount of heating in the first heater 20 can be reduced, thereby reducing the size of the first heater 20. Can be realized. In addition, since the temperature difference between the two working media before the working medium in the circulation flow path 22 and the working medium in the heat recovery flow path 24 merge can be reduced, Exergy loss is reduced. Therefore, the power recovery rate in the expander 12 is further improved.
  • control is performed so that the pressure of the working medium flowing from the circulation flow path 22 into the mixer 30 is substantially equal to the pressure of the working medium joining from the heat recovery flow path 24 to the mixer 30.
  • Control means 36 is provided. For this reason, the pressures of both working media immediately before the mixer 30 are substantially equal. Accordingly, the loss of exergy when these two working media merge is further reduced.
  • the second heater 28 is provided in the heat recovery flow path 24
  • the second heater 28 may be omitted.
  • the second valve control unit 36e of the control means 36 is also omitted.
  • the second heater 28 is provided in the heat recovery flow path 24, thereby reducing the size of the first heater 20 and reducing the loss of exergy when both working media are mixed. Both have been achieved.
  • a pressure sensor is used as each of the first sensor 32 and the second sensor 34 .
  • a temperature sensor may be used as each sensor.
  • a positive displacement screw expander is exemplified as the expander 12, but a centrifugal type expander may be used as the expander 12.
  • control means 36 performed control of each control object so that the detection value of the 1st sensor 32 and the detection value of the 2nd sensor 34 became substantially equal, it was illustrated by 1st heating.
  • the cooling valve 17a, the first valve 21a, and the second valve 29a may be omitted, and each of the heaters 20 and 28 and the condenser 16 may be supplied with as much heating medium and cooling medium as possible.
  • the control part which controls each valve is also omitted.
  • the exhaust heat recovery apparatus includes a gas-liquid separator, an expander into which a gaseous working medium separated by the gas-liquid separator flows, a drive unit connected to the expander, and the expansion
  • a condenser for condensing the working medium flowing out from the machine a first pump for pressurizing the working medium flowing out from the condenser, a first heater for heating the working medium pressurized by the first pump, and A circulation channel for connecting the gas-liquid separator, the expander, the condenser, the first pump and the first heater in this order in series, and the circulation of the liquid working medium flowing out from the gas-liquid separator
  • a heat recovery flow path that joins a portion of the flow path between the first heater and the gas-liquid separator, and a working medium in the heat recovery flow path that is provided in the heat recovery flow path is pressurized.
  • a second pump is pressurized.
  • the liquid working medium that has flowed out of the gas-liquid separator is pressurized by the second pump and then the part between the first heater and the gas-liquid separator in the circulation channel
  • the liquid working medium joins the circulation passage with almost no loss of its own thermal energy in the heat recovery passage, so that the power recovery rate of the expander is improved.
  • the heat recovery flow path is provided in a portion between the circulation flow path and a confluence of the heat recovery flow path and the second pump, and is pressurized by the second pump. It is preferable to further include a second heater for heating the working medium.
  • a control means for performing control to substantially equalize the pressure of the working medium flowing from the circulation flow path to the confluence and the pressure of the working medium converging from the heat recovery flow path to the confluence It is preferable to further provide.

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Abstract

　排熱回収装置であって、気液分離器と、気液分離器で分離されたガス状の作動媒体が流入する膨張機と、駆動機と、凝縮器と、第一ポンプと、第一加熱器と、気液分離器、膨張機、凝縮器、第一ポンプ及び第一加熱器をこの順に直列に接続する循環流路と、気液分離器から流出した液状の作動媒体を循環流路における第一加熱器と気液分離器との間の部位に合流させる熱回収流路と、第二ポンプと、を備える。

Description

排熱回収装置
　本発明は、フラッシュサイクルを利用した排熱回収装置に関するものである。
　従来、フラッシュサイクルを利用した排熱回収装置が知られている。例えば、非特許文献１の図３には、気液分離機と、前記気液分離器で分離されたガス状の作動媒体が流入する膨張機と、前記膨張機に接続された発電機と、前記気液分離器で分離された液状の作動媒体を膨張させる膨張弁と、前記膨張機から排出された作動媒体と前記膨張弁を通過した後の作動媒体とを混合させる混合器と、前記混合器で混合された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加圧するポンプと、前記ポンプにより加圧された作動媒体を蒸発させる蒸発器と、を備える排熱回収装置が開示されている。
　非特許文献１に記載された排熱回収装置では、気液分離器で分離された液状の作動媒体は、膨張機から排出された作動媒体と合流する前に膨張弁を通過する。このとき、前記液状の作動媒体は断熱膨張する。つまり、この排熱回収装置では、前記液状の作動媒体が膨張弁を通過する過程で当該作動媒体の熱エネルギーが捨てられる。そして、この排熱回収装置では、前記液状の作動媒体の捨てた熱エネルギーが有効に回収されていない。そのため、膨張機での動力の回収率、すなわち、発電機での発電効率は、十分とはいえない。
トニーホー（Ｔｏｎｙ　Ｈｏ）、他２名、「中・高温の排熱再利用及び太陽熱エネルギーの分野における有機フラッシュサイクル（ＯＦＣ）の他の先進蒸気サイクルとの比較（Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｆｌａｓｈ　Ｃｙｃｌｅ　（ＯＦＣ）　ｔｏ　ｏｔｈｅｒ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｖａｐｏｒ　ｃｙｃｌｅｓ　ｆｏｒ　ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｗａｓｔｅ　ｈｅａｔ　ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｏｌａｒ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｅｎｅｒｇｙ）」、エナジー（Ｅｎｅｒｇｙ）、２０１２年６月、第４２号、ｐ．２１３－２２２
　本発明の目的は、膨張機での動力の回収率を向上させることが可能な排熱回収装置を提供することである。
　本発明の一局面に従う排熱回収装置は、気液分離器と、前記気液分離器で分離されたガス状の作動媒体が流入する膨張機と、前記膨張機に接続された駆動機と、前記膨張機から流出した作動媒体を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器から流出した作動媒体を加圧する第一ポンプと、前記第一ポンプで加圧された作動媒体を加熱する第一加熱器と、前記気液分離器、前記膨張機、前記凝縮器、前記第一ポンプ及び前記第一加熱器をこの順に直列に接続する循環流路と、前記気液分離器から流出した液状の作動媒体を前記循環流路における前記第一加熱器と前記気液分離器との間の部位に合流させる熱回収流路と、前記熱回収流路に設けられており前記熱回収流路中の作動媒体を加圧する第二ポンプと、を備える。
本発明の一実施形態の排熱回収装置の構成の概略を示す図である。
　本発明の一実施形態の排熱回収装置について、図１を参照しながら説明する。この排熱回収装置は、フラッシュサイクルを利用した装置である。
　図１に示されるように、本排熱回収装置は、気液分離器（フラッシュドラム）１０と、気液分離器１０で分離されたガス状の作動媒体が流入する膨張機１２と、膨張機１２に接続された駆動機１４と、膨張機１２から流出した作動媒体を凝縮させる凝縮器１６と、凝縮器１６から流出した作動媒体を加圧する第一ポンプ１８と、第一ポンプ１８で加圧された作動媒体を加熱する第一加熱器２０と、気液分離器１０、膨張機１２、凝縮器１６、第一ポンプ１８及び第一加熱器２０をこの順に直列に接続する循環流路２２と、を備えている。さらに、この排熱回収装置は、気液分離器１０から流出した液状の作動媒体を循環流路２２に合流させる熱回収流路２４と、熱回収流路２４に設けられた第二ポンプ２６と、第二ポンプ２６で加圧された作動媒体を加熱する第二加熱器２８と、熱回収流路２４を循環流路２２に合流させる混合器３０と、第一センサ３２と、第二センサ３４と、制御手段３６と、を備えている。
　気液分離器１０は、循環流路２２に設けられている。作動媒体は、飽和液の状態、あるいは、わずかに過熱された状態で気液分離器１０へ流入する。気液分離器１０は、当該気液分離器１０に流入した作動媒体をガス状の作動媒体（飽和ガス）と液状の作動媒体（飽和液）とに分離する。具体的には、気液分離器１０内で圧力損失が生じることにより、当該気液分離器１０へ流入した作動媒体は、ガス状の作動媒体と液状の作動媒体とに分離される。作動媒体としては、水（水蒸気）や、炭化水素系の媒体（メタン、エタン、プロパン、ブタン、イソブタン、プロピレン、ベンゼン、トルエン、キシレン等）や、地球温暖化への影響が小さいフロン系の媒体（ＨＦＣ１３４ａ、ＨＦＣ１５２ａ、ＨＦＣ２４５ｆａ等）が好ましく用いられる。本実施形態では、上記作動媒体の中から単一の媒体が用いられている。
　膨張機１２は、循環流路２２における気液分離器１０の下流側の部位に設けられている。膨張機１２は、気液分離器１０から排出されたガス状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含んでいる。具体的には、この膨張機１２は、その内部にロータ室が形成されたケーシングと、ロータ室内に回転自在に支持された雌雄一対のスクリュロータ（ロータ）とを有している。本実施形態では、前記ケーシングに形成された吸気口を通じて前記ロータ室に供給された作動媒体の膨張エネルギーによって前記スクリュロータが回転駆動される。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循環流路２２に排出される。
　駆動機１４は、膨張機１２に接続されている。本実施形態では、駆動機１４として発電機１４が用いられている。発電機１４は、膨張機１２内でガス状の作動媒体が膨張して前記スクリュロータが回転駆動されることによって駆動される。具体的には、この発電機１４は、膨張機１２の一対のスクリュロータのうちの一方のロータ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。
　凝縮器１６は、循環流路２２における膨張機１２の下流側の部位に設けられている。凝縮器１６は、膨張機１２から排出されたガス状の作動媒体を凝縮させて液状の作動媒体とする。具体的には、この凝縮器１６は、ガス状の作動媒体が流れる作動媒体流路１６ａと、外部から供給される冷却媒体が流れる冷却媒体流路１６ｂとを有している。冷却媒体流路１６ｂは、外部から凝縮器１６へ冷却媒体を供給するための冷却媒体供給流路１７と接続されている。この冷却媒体供給流路１７には、冷却媒体流路１６ｂに流入する冷却媒体の量を調整するための冷却弁１７ａが設けられている。作動媒体流路１６ａを流れる作動媒体は、冷却媒体流路１６ｂを流れる冷却媒体と熱交換することにより凝縮する。冷却媒体流路１６ｂを流れる冷却媒体としては、例えば、冷却水や空気が挙げられる。
　第一ポンプ１８は、循環流路２２における凝縮器１６の下流側の部位に設けられている。第一ポンプ１８は、凝縮器１６で凝縮された作動媒体を所定の圧力まで加圧して循環流路２２における第一ポンプ１８の下流側に送り出す。第一ポンプ１８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。この第一ポンプ１８は、任意の回転数で駆動されることが可能である。
　第一加熱器２０は、循環流路２２における第一ポンプ１８の下流側（第一ポンプ１８と気液分離器１０との間）の部位に設けられている。第一加熱器２０は、第一ポンプ１８から送出された作動媒体を加熱する。具体的には、この第一加熱器２０は、作動媒体が流れる作動媒体流路２０ａと、外部から供給される加熱媒体が流れる第一加熱媒体流路２０ｂとを有している。第一加熱媒体流路２０ｂは、外部から第一加熱器２０へ加熱媒体を供給するための第一加熱媒体供給流路２１と接続されている。この第一加熱媒体供給流路２１には、第一加熱媒体流路２０ｂに流入する加熱媒体の量を調整するための第一弁２１ａが設けられている。作動媒体流路２０ａを流れる作動媒体は、第一加熱媒体流路２０ｂを流れる加熱媒体と熱交換することにより加熱される。なお、作動媒体は、わずかな過熱状態となるように第一加熱器２０で加熱されてもよい。第一加熱媒体流路２０ｂに供給される加熱媒体としては、例えば、蒸気や温水が挙げられる。
　熱回収流路２４は、気液分離器１０から流出された液状の作動媒体を循環流路２２における第一加熱器２０と気液分離器１０との間の部位、より具体的には混合器３０に合流させる流路である。
　第二ポンプ２６は、熱回収流路２４における気液分離器１０の下流側の部位に設けられている。第二ポンプ２６は、気液分離器１０で分離された液状の作動媒体を所定の圧力まで加圧して熱回収流路２４における第二ポンプ２６の下流側に送り出す。第二ポンプ２６の構成は、第一ポンプ１８のそれと基本的に同じである。
　第二加熱器２８は、熱回収流路２４における第二ポンプ２６の下流側（第二ポンプ２６と混合器３０との間）の部位に設けられている。第二加熱器２８の構成は、第一加熱器２０のそれと基本的に同じである。具体的には、第二加熱器２８は、作動媒体が流れる作動媒体流路２８ａと、外部から供給される加熱媒体が流れる第二加熱媒体流路２８ｂとを有している。第二加熱媒体流路２８ｂは、外部から第二加熱器２８へ加熱媒体を供給するための第二加熱媒体供給流路２９と接続されている。この第二加熱媒体供給流路２９には、第二加熱媒体流路２８ｂに流入する加熱媒体の量を調整するための第二弁２９ａが設けられている。作動媒体流路２８ａを流れる作動媒体は、第二加熱媒体流路２８ｂを流れる加熱媒体と熱交換することにより加熱される。第二加熱媒体流路２８ｂに供給される加熱媒体としては、例えば、蒸気や温水が挙げられる。
　混合器３０は、循環流路２２において第一加熱器２０で加熱された作動媒体と、熱回収流路２４において第二加熱器２８で加熱された作動媒体とを混合する。すなわち、循環流路２２のうちの混合器３０の設けられている部位が、熱回収流路２４の循環流路２２への合流点となる。混合器３０で混合された作動媒体は、循環流路２２を通って気液分離器１０に導入される。なお、この混合器３０は、省略されてもよい。その場合、熱回収流路２４の下流側の端部が循環流路２２に直接接続される。
　第一センサ３２は、循環流路２２内を流れる作動媒体の圧力を検知する圧力センサである。この第一センサ３２は、循環流路２２における第一加熱器２０と混合器３０との間の部位に設けられている。すなわち、第一センサ３２は、第一加熱器２０で加熱された作動媒体の圧力を検出する。
　第二センサ３４は、熱回収流路２４内を流れる作動媒体の圧力を検知する圧力センサである。この第二センサ３４は、熱回収流路２４における第二加熱器２８と混合器３０との間の部位に設けられている。すなわち、第二センサ３４は、第二加熱器２８で加熱された作動媒体の圧力を検出する。
　制御手段３６は、冷却弁１７ａ、第一弁２１ａ、第二弁２９ａ、第一ポンプ１８、第二ポンプ２６、第一センサ３２及び第二センサ３４にそれぞれ接続されている。制御手段３６は、冷却弁１７ａの開度を調整する冷却弁制御部３６ａと、第一ポンプ１８の回転数を調整する第一ポンプ制御部３６ｂと、第一弁２１ａの開度を調整する第一弁制御部３６ｃと、第二ポンプ２６の回転数を調整する第二ポンプ制御部３６ｄと、第二弁２９ａの開度を調整する第二弁制御部３６ｅとを有する。各制御部３６ａ～３６ｅは、第一センサ３２の検出値と第二センサ３４の検出値とが実質的に等しくなるようにそれぞれの制御対象の制御を行う。
　例えば、第二センサ３４の検出値が第一センサ３２のそれよりも小さい場合、制御手段３６は、次の（１）及び（２）に示される制御のうちの少なくとも１つを行う。
　（１）第二センサ３４の検出値が第一センサ３２のそれと略等しくなるように第二ポンプ制御部３６ｄが第二ポンプ２６の回転数を増加させる。
　（２）第二センサ３４の検出値が第一センサ３２のそれと略等しくなるように第二弁制御部３６ｅが第二弁２９ａの開度を大きくする。
　あるいは、第二センサ３４の検出値が第一センサ３２のそれよりも小さい場合、制御手段３６は、次の（３）から（５）で示される制御のうちの少なくとも１つを行ってもよい。
　（３）第一センサ３２の検出値が第二センサ３４のそれと略等しくなるように冷却弁制御部３６ａが冷却弁１７ａの開度を小さくする。
　（４）第一センサ３２の検出値が第二センサ３４のそれと略等しくなるように第一ポンプ制御部３６ｂが第一ポンプ１８の回転数を減少させる。
　（５）第一センサ３２の検出値が第二センサ３４のそれと略等しくなるように第一弁制御部３６ｃが第一弁２１ａの開度を小さくする。
　もしくは、第二センサ３４の検出値が第一センサ３２のそれよりも小さい場合、制御手段３６は、上記（１）から（５）で示される制御を適宜組み合わせた制御を行ってもよい。また、第二センサ３４の検出値が第一センサ３２のそれよりも大きい場合は、制御手段３６は、上記（１）から（５）で示された制御と逆の制御を行う。
　次に、本実施形態の排熱回収装置の駆動動作について説明する。
　気液分離器１０に流入した作動媒体は、当該気液分離器１０でガス状の作動媒体（飽和ガス）と液状の作動媒体（飽和液）とに分離される。
　ガス状の作動媒体は、膨張機１２へ流入し、当該膨張機１２で膨張する。つまり、膨張機１２において動力が取り出される。本実施形態では、この動力により発電機１４が駆動される。膨張機１２から排出された作動媒体は、凝縮器１６で凝縮された後、第一ポンプ１８で加圧される。そして、第一ポンプ１８で所定の圧力まで加圧された作動媒体は、第一加熱器２０で所定の温度まで加熱される。
　一方、気液分離器１０で分離された液状の作動媒体は、第二ポンプ２６で所定の圧力まで加圧された後、第二加熱器２８で所定の温度まで加熱される。
　そして、第一加熱器２０から流出された作動媒体と、第二加熱器２８から流出された作動媒体とが混合器３０で混合される。
　ここで、制御手段３６の制御によって、循環流路２２における混合器３０の直前（第一加熱器２０と混合器３０との間）の作動媒体の圧力と熱回収流路２４における混合器３０の直前（第二加熱器２８と混合器３０との間）の作動媒体の圧力とが略等しくなっている。このため、両作動媒体が混合器３０で混合されるときのエクセルギーの損失の発生が低減される。
　そして、混合器３０で混合された作動媒体は、循環流路２２を通って再び気液分離器１０に導入される。
　以上説明したように、本実施形態の排熱回収装置によれば、気液分離器１０から流出された液状の作動媒体は、気液分離器１０で分離されることにより圧力が低下した分だけ第二ポンプ２６で加圧された後に循環流路２２における第一加熱器２０と気液分離器１０との間に合流する。つまり、前記液状の作動媒体は、熱回収流路２４において自身の熱エネルギーをほとんど損失することなく循環流路２２に合流する。このため、膨張機１２での動力の回収率が向上する。
　また、本実施形態では、熱回収流路２４のうちの第二ポンプ２６と混合器３０との間の部位に第二加熱器２８が設けられている。よって、この第二加熱器２８で熱回収流路２４内の作動媒体が加熱されることにより、第一加熱器２０での加熱量を少なくすることができ、これにより第一加熱器２０の小型化が可能となる。また、循環流路２２内の作動媒体と熱回収流路２４内の作動媒体とが合流する前の両作動媒体の温度差を小さくすることが可能となるので、両作動媒体が合流する時のエクセルギーの損失が低減される。よって、膨張機１２での動力の回収率がさらに向上する。
　さらに、本実施形態では、循環流路２２から混合器３０に流入する作動媒体の圧力と、熱回収流路２４から混合器３０に合流する作動媒体の圧力とを実質的に等しくする制御を行う制御手段３６を備えている。このため、混合器３０の直前における両作動媒体の圧力が実質的に等しくなる。したがって、これら両作動媒体が合流する時のエクセルギーの損失がさらに低減される。
　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、熱回収流路２４に第二加熱器２８が設けられた例が示されているが、この第二加熱器２８は省略されてもよい。この場合、制御手段３６の第二弁制御部３６ｅも省略される。ただし、この場合、熱回収流路２４内の作動媒体が加熱されない分、第一加熱器２０での加熱量が増大し、これにより第一加熱器２０が大型化する。また、混合器３０に循環流路２２から流入する作動媒体と熱回収流路２４から合流する作動媒体との間に温度差が生じるので、両作動媒体が混合する時にエクセルギーの損失が発生し、これにより膨張機１２での動力回収率が低下する。これに対し、本実施形態では、熱回収流路２４に第二加熱器２８が設けられることにより、第一加熱器２０の小型化と、両作動媒体が混合するときのエクセルギーの損失の低減との双方が達成されている。
　また、上記実施形態では、第一センサ３２及び第二センサ３４として、それぞれ圧力センサが用いられた例が示されたが、各センサとして温度センサが用いられてもよい。
　また、上記実施形態では、膨張機１２として、容積式のスクリュー膨張機が例示されたが、この膨張機１２としては、遠心式のものが用いられてもよい。
　また、上記実施形態では、第一センサ３２の検出値と第二センサ３４の検出値とが略等しくなるように制御手段３６が各制御対象の制御を行うことが例示されたが、第一加熱器２０及び第二加熱器２８に供給される加熱媒体の流量と、凝縮器１６に供給される冷却媒体の流量とがいずれも豊富である場合、冷却弁１７ａ、第一弁２１ａ及び第二弁２９ａが省略され、各加熱器２０，２８及び凝縮器１６には、可能な限り大量の加熱媒体及び冷却媒体が供給されてもよい。この場合、各弁を制御する制御部も省略される。
　ここで、上記実施形態について概説する。
　本実施形態による排熱回収装置は、気液分離器と、前記気液分離器で分離されたガス状の作動媒体が流入する膨張機と、前記膨張機に接続された駆動機と、前記膨張機から流出した作動媒体を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器から流出した作動媒体を加圧する第一ポンプと、前記第一ポンプで加圧された作動媒体を加熱する第一加熱器と、前記気液分離器、前記膨張機、前記凝縮器、前記第一ポンプ及び前記第一加熱器をこの順に直列に接続する循環流路と、前記気液分離器から流出した液状の作動媒体を前記循環流路における前記第一加熱器と前記気液分離器との間の部位に合流させる熱回収流路と、前記熱回収流路に設けられており前記熱回収流路中の作動媒体を加圧する第二ポンプと、を備える。
　本排熱回収装置によれば、気液分離器から流出された液状の作動媒体は、第二ポンプで加圧された後に循環流路における第一加熱器と気液分離器との間の部位に合流するので、つまり、前記液状の作動媒体は、熱回収流路において自身の熱エネルギーをほとんど損失することなく循環流路に合流するので、膨張機での動力の回収率が向上する。
　また、本装置において、前記熱回収流路のうちの前記循環流路及び当該熱回収流路の合流点と前記第二ポンプとの間の部位に設けられており当該第二ポンプで加圧された作動媒体を加熱する第二加熱器をさらに備えることが好ましい。
　このようにすれば、循環流路内の作動媒体と熱回収流路内の作動媒体とが合流する前の両作動媒体の温度差を小さくすることが可能となるので、両作動媒体が合流する時のエクセルギーの損失が低減される。よって、膨張機での動力の回収率がさらに向上する。また、第二加熱器で熱回収流路内の作動媒体を加熱することにより、第一加熱器の加熱量を少なくすることができ、これにより第一加熱器の小型化が可能となる。
　この場合において、前記循環流路から前記合流点に流入する作動媒体の圧力と、前記熱回収流路から前記合流点に合流する作動媒体の圧力とを実質的に等しくする制御を行う制御手段をさらに備えることが好ましい。
　このようにすれば、合流点の前における両作動媒体の圧力が実質的に等しくなるので、これら両作動媒体が合流する時のエクセルギーの損失がさらに低減される。
 
 

Claims (3)

  1. 　排熱回収装置であって、
    　気液分離器と、
    　前記気液分離器で分離されたガス状の作動媒体が流入する膨張機と、
    　前記膨張機に接続された駆動機と、
    　前記膨張機から流出した作動媒体を凝縮させる凝縮器と、
    　前記凝縮器から流出した作動媒体を加圧する第一ポンプと、
    　前記第一ポンプで加圧された作動媒体を加熱する第一加熱器と、
    　前記気液分離器、前記膨張機、前記凝縮器、前記第一ポンプ及び前記第一加熱器をこの順に直列に接続する循環流路と、
    　前記気液分離器から流出した液状の作動媒体を前記循環流路における前記第一加熱器と前記気液分離器との間の部位に合流させる熱回収流路と、
    　前記熱回収流路に設けられており前記熱回収流路中の作動媒体を加圧する第二ポンプと、を備える排熱回収装置。
  2. 　請求項１に記載の排熱回収装置において、
    　前記熱回収流路のうちの前記循環流路及び当該熱回収流路の合流点と前記第二ポンプとの間の部位に設けられており当該第二ポンプで加圧された作動媒体を加熱する第二加熱器をさらに備える排熱回収装置。
  3. 　請求項２に記載の排熱回収装置において、
    　前記循環流路から前記合流点に流入する作動媒体の圧力と、前記熱回収流路から前記合流点に合流する作動媒体の圧力とを実質的に等しくする制御を行う制御手段をさらに備える排熱回収装置。
     
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