WO2019208124A1

WO2019208124A1 - 熱回収器、ランキンサイクル装置、および熱回収方法

Info

Publication number: WO2019208124A1
Application number: PCT/JP2019/014631
Authority: WO
Inventors: 長生木戸; 雅章長井; 引地　巧; 雅也本間; 松林　成彰; 修小須田
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2018-04-25
Filing date: 2019-04-02
Publication date: 2019-10-31

Abstract

熱媒体が流れる既設配管である熱媒体管路に取り付けて熱を回収する熱回収器で、熱媒体管路の外周面と熱的に接触させる接触部分を外周面上に有し、熱媒体から熱を回収する作動流体を流すための作動流体管である作動流体プレートと、作動流体プレートと接続され、作動流体を作動流体プレートへ流入させるための吸入管と、熱媒体管路の管軸方向において吸入管と作動流体プレートとの接続位置とは異なる位置で作動流体プレートと接続され、作動流体を作動流体プレートから流出させるための吐出管と、を有する。

Description

熱回収器、ランキンサイクル装置、および熱回収方法

　本開示は、工場あるいは自動車等の排熱をランキンサイクル発電等で有効活用するための熱回収器、ランキンサイクル装置、および熱回収方法に関するものである。

　従来、この種の熱回収器は二重管型熱交換器が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

　図２３は、特許文献１に記載された従来の熱回収器を示すものである。図２３に示すように、外管１と、その外管１の長さと略同一で且つ、その外管１に流体通路１０を介して内装される内管２とを有し、それらの外管１と内管２との両端の開口縁どうしが液密に接合されると共に、その外管１の両端部外周に内部流体１１の出入口３が形成され、且つ、その内管２の両端に外部流体１２の出入口が開口した二重管型熱交換器において、外管１のみに螺旋状の波形４が曲折形成され、且つその波形４の螺旋谷部４ａが内管２の外周面に接触配置されている。

特開平１０－３８４７９号公報

　しかしながら、前記従来の構成では、既設配管からの熱を回収する熱回収器として使用する場合、既設配管の一部を切断した上で、二重管型熱交換器の内管を既存配管と接続する必要があるので、作業工数が大きいという課題を有していた。

　本開示は、前記従来の課題を解決するもので、既設配管を切断あるいは取り外しすること無く取り付けることができ、作業工数を削減することができる熱回収器を提供することを目的とする。

　前記従来の課題を解決するために、本開示は、
熱媒体が流れる配管の外周面に取り付けて熱を回収する熱回収器であって、
　前記配管の前記外周面と熱的に接触させる接触部分を外周面上に有し、前記熱媒体から熱を回収する作動流体を流すための作動流体管と、
　前記作動流体管と接続され、前記作動流体を前記作動流体管へ流入させるための吸入管と、
　前記熱回収器を前記配管に取り付けたときに前記配管の管軸方向において前記吸入管と前記作動流体管との接続位置とは異なる位置で前記作動流体管と接続され、前記作動流体を前記作動流体管から流出させるための吐出管と、
を有する熱回収器を提供する。

　これにより、熱回収器を容易に配管の外周に沿った形状にすることができるので、既設配管を切断あるいは取り外しすることなく熱回収器を既設配管の外周に取り付けることができる。

　本開示によれば、既設配管を切断あるいは取り外しすること無く熱回収器を既設配管に取り付けることが可能となり、作業工数を削減することができる。

図１は、本開示の実施の形態１における熱回収器の正面図である。図２は、図１の熱回収器のＩ－Ｉ断面図である。図３は、本開示の実施の形態１における熱回収器の斜視図である。図４は、本開示の実施の形態１の熱回収器における作動流体プレートの構成図である。図５は、図４の作動流体プレートのＢ－Ｂ断面図である。図６は、図５の作動流体プレートの部分拡大図である。図７Ａは、図４の作動流体プレートの２つの板の接合位置の一例を示す概念図である。図７Ｂは、図４の作動流体プレートの２つの板の接合位置の一例を示す概念図である。図８は、本開示の実施の形態２における熱回収器の正面図である。図９は、図８の熱回収器のＥ－Ｅ断面図である。図１０は、図８の熱回収器のＦ－Ｆ断面図である。図１１は、図８の熱回収器のＤ－Ｄ断面図である。図１２は、本開示の実施の形態３における熱回収器の側面図である。図１３は、本開示の実施の形態４における熱回収器の正面図である。図１４は、図１３の側面図である。図１５は、図１３のＡＡ断面図である。図１６は、図１５の部分拡大図である。図１７は、本開示の実施の形態４における熱回収器において、熱回収量と熱媒体出口温度とが一定の条件で、熱媒体入口温度と、熱媒体流量及び熱回収器長さとの関係を示す特性図である。図１８は、本開示の実施の形態５における熱回収器の正面図である。図１９は、図１８の側面図である。図２０は、図１８のＡＡ断面図である。図２１は、本開示の実施の形態６における熱回収器の一部破断正面図である。図２２は、本開示の実施の形態７におけるランキンサイクル装置の構成図である。図２３は、従来の熱回収器の一部破断正面図である。

　（本発明者らの検討に基づく知見）
　一般的に、工場あるいは自動車等において発生する排熱は、熱媒体により配管を流れて外部に排出される。この排熱は、外部に排出される前にその熱エネルギーを回収し、たとえばランキンサイクルに適用して電気エネルギーに変換すれば、排熱発電などに用いることができる。既に設置されて稼働している設備の排ガスなどの熱媒体からこのような熱エネルギーを回収するためには、従来は、特許文献１に記載のような二重管型熱交換器を用いる方法がある。しかし、このような二重管型熱交換器を既設配管に設置するためには、まず内管の内径が既存配管の内径と同じである二重管型熱交換器を用意しなければならない。更に、既設配管の一部を切断あるいは取り外しした上で二重管型熱交換器を切断部に挿入し、この二重管型熱交換器の内管と既存配管とを、熱媒体の漏れが生じないように接続する必要がある。このように、従来の二重管型熱交換器を用いる場合、用意する熱交換器の内管の内径の制約、既設配管の切断と熱交換器の挿入及び接続という作業工数及び作業時間の多さ、接続部分からの熱媒体の漏れの遮断という安全面の配慮及び対策の必要性、といった課題が存在することに、本発明者らは着目した。

　これに関して本発明者らは、既設配管を切断も取り外しもすることなく熱を回収することが可能な構成とすれば、上記課題の多くが解消することを思いついた。すなわち、熱回収する機器を既設配管周囲に巻きつける構成あるいは既設配管の外壁に接触させて取り付ける構成とすれば、既設配管との接続を考慮した内径の制約、既設配管の切断作業、及び熱媒体の漏れの心配、等は実質的に不要となる。

　以上を踏まえ、本発明者らは、既設配管を切断することなく熱を回収することができるように、既設配管周囲に対して熱を回収する部分を巻きつける構成あるいは熱を回収する部分を既設配管の外壁に接触させて取り付ける構成を有する熱回収器を検討した。

　本開示の第１の態様は、
熱媒体が流れる配管の外周面に取り付けて熱を回収する熱回収器であって、
　前記配管の前記外周面と熱的に接触させる接触部分を外周面上に有し、前記熱媒体から熱を回収する作動流体を流すための作動流体管と、
　前記作動流体管と接続され、前記作動流体を前記作動流体管へ流入させるための吸入管と、
　前記熱回収器を前記配管に取り付けたときに前記配管の管軸方向において前記吸入管と前記作動流体管との接続位置とは異なる位置で前記作動流体管と接続され、前記作動流体を前記作動流体管から流出させるための吐出管と、
を有する熱回収器である。

　第１の態様によれば、既設配管を切断することなく熱回収器を既設配管に取り付けることが可能となり、作業工数を削減することができる。熱媒体管路である既設配管の外壁に熱回収器を取り付けるために、熱媒体管路の一部の切断あるいは取り外しを行う必要がないので、設置に時間がかかることがなく、設置費用も抑制される。また、熱媒体管路の熱回収器取り付け部分に、つなぎ直しの接続部分が発生しないため、熱媒体の漏れが発生する可能性も無く、その対策に費用もかかることもない。

　本開示の第２の態様は、第１の態様において、
前記接触部分は、
　面状であり、
前記接触部分の形状は、
　前記配管の外周面に接触させる部分の形状に固定されている、
熱回収器である。

　第２の態様によれば、接触部分を面状とすることで、熱回収量を多くすることが可能となる。さらに、予め配管すなわち熱媒体管路の形状が決まっている場合に、熱回収器の接触部分の形状を熱媒体管路の形状に合わせて構成しておくことで、より設置の時間を短くすることができ、結果的にさらなる設置費用を削減することが可能となる。

　本開示の第３の態様は、第１の態様において、
前記接触部分は、
　変形可能な面状であり、
前記作動流体管は、
　前記熱回収器を前記配管に取り付けるときに、前記接触部分の形状を、前記配管の外周面に接触させる部分の形状に合わせて変形させることが可能である、
熱回収器である。

　第３の態様によれば、接触部分を面状とすることで、熱回収量を多くすることが可能となる。さらに、接触部分を変形可能とすることで、事前に配管の径あるいは形状が不明のときでも、配管すなわち熱媒体管路に熱回収器を取り付けるときに、熱媒体管路の外壁に巻き付けて設置することができるため、効率的に作業を行うことができ、より設置時間が短くなり、設置費用が削減される。

　本開示の第４の態様は、第１から第３のいずれか１つの態様において、
前記熱回収器は、
　前記熱回収器を前記配管に取り付けたときに前記配管の管軸方向に平行となる複数の前記作動流体管を有し、
前記吸入管は、
　前記複数の作動流体管と接続し、前記吸入管に流入した前記作動流体を、前記複数の作動流体管に分流させる第１ヘッダ部を有し、
前記吐出管は、
　前記複数の作動流体管と接続し、前記複数の作動流体管から前記作動流体を流入して合流させる第２ヘッダ部を有する、
熱回収器である。

　第４の態様によれば、作動流体の圧力損失を増加させることなく、より多くの熱量を回収できるため、発電効率を向上させることができる。

　本開示の第５の態様は、第４の態様において、
前記複数の作動流体管は、
　少なくとも１つの作動流体管を有する複数の部分管を構成し、
前記複数の部分管はいずれも、
　前記接触部分を有し、
　前記第１ヘッダ部と接続して前記第１ヘッダ部から前記少なくとも１つの作動流体管へ前記作動流体を流入させるとともに、
　前記第２ヘッダ部と接続して前記少なくとも１つの作動流体管を流れた前記作動流体を前記第２ヘッダ部へ流出させる、
熱回収器である。

　第５の態様によれば、作動流体管を２つ以上に分割して複数の部分管としておくことによって、配管すなわち熱媒体管路に熱回収器を取り付けるときに、熱媒体管路を複数の部分管で挟むことで簡単に設置できる。このため、設置工数を削減することができる。

　本開示の第６の態様は、第４または第５の態様において、
前記吸入管は、
　前記第１ヘッダ部と第１接続位置で接続し、前記作動流体を流入して、前記第１ヘッダ部へ流出させる吸入部を有し、
前記吐出管は、
　前記第２ヘッダ部と第２接続位置で接続し、前記第２ヘッダ部から前記作動流体を流入して、外部へ流出させる吐出部を有し、
前記第１接続位置は、
　前記熱回収器を前記配管に取り付けたときに、鉛直方向において、前記第２接続位置よりも下に配置される、
熱回収器である。

　第６の態様によれば、作動流体が熱媒体から熱を回収し、その作動流体が作動流体管の内部で蒸発してガスとなった場合でも、作動流体の滞留あるいは逆流を防ぎ、作動流体が吐出管に流れやすくなる。結果的に、効率の良い熱回収が可能となる。

　本開示の第７の態様は、第４または第５の態様において、
前記吸入管は、
　前記第１ヘッダ部と第１接続位置で接続し、前記作動流体を流入して、前記第１ヘッダ部へ流出させる吸入部を有し、
前記吐出管は、
　前記第２ヘッダ部と第２接続位置で接続し、前記第２ヘッダ部から前記作動流体を流入して、外部へ流出させる吐出部を有し、
前記第１接続位置は、
　前記熱回収器を前記配管に取り付けたときに、前記配管の管軸方向において、前記第２接続位置よりも前記熱媒体の流れの下流側に配置される、
熱回収器である。

　第７の態様によれば、熱媒体の流れと作動流体の流れとが対向流になるため、熱交換時の温度差を大きくすることができ、効率の良い熱回収が可能となる。

　本開示の第８の態様は、第１から第７のいずれか１つの態様において、
前記作動流体管は、
　前記熱回収器を前記配管に取り付けたときに前記接触部分に配置された熱伝導体を有し、
前記接触部分は、
　前記熱伝導体を介して、前記配管と熱的に接触する、
熱回収器である。

　第８の態様によれば、熱回収器と熱媒体管路との密着性を上げ、熱伝導性を向上させることができるため、より多くの熱を回収することが可能となる。

　本開示の第９の態様は、第１から第８のいずれか１つの態様において、
前記作動流体管は、
　前記接触部分を有する第１の板と、
　前記第１の板における前記接触部分を有さない面と複数の位置で接触する第２の板と、
を有し、
前記作動流体が流れる流路は、
　前記第１の板と前記第２の板との間に形成される空間により形成されている、
熱回収器である。

　第９の態様によれば、２つの板を重ねて構成することができるため、作動流体管を容易に作製することができる。また、２つの板が比較的薄い板状であれば、作製された作動流体管が柔軟で変形可能になるため、配管すなわち熱媒体管路の外壁に容易に巻き付けて設置することができる。これにより、より設置時間を短くすることができ、設置費用を削減することができる。また、例えば、２つの板として、複数の凹形状により波型のような形状を有する凹板と平らな平板とを用い、これらを重ねてできる空間を作動流体が流れる流路とすることで、作動流体プレートすなわち作動流体管を容易に作製することができる。

　本開示の第１０の態様は、
熱媒体が流れる配管の外周面に取り付けて熱を回収する熱回収器であって、
　前記配管の前記外周面と熱的に接触させる接触部分を外周面上に有し、前記配管よりも外径が小さく、前記熱回収器を前記配管に取り付けたときに管軸方向が前記配管の管軸方向と平行になるように配置され、前記熱媒体から熱を回収する作動流体を流すための複数の作動流体管と、
　隣接する前記作動流体管の一端と一端とを接続し、前記作動流体が隣接する前記作動流体管を流れるようにする曲管と、
を用いて形成される作動流体管群を有する、
熱回収器である。

　第１０の態様によれば、作動流体管をまっすぐの状態から曲げるのではなく周方向にねじることで、作動流体管それぞれを配管の管軸方向と略平行な状態のまま、作動流体管群を配管に巻きつけることが可能となる。これにより、熱回収器を容易に配管の外周に沿った形状にすることができるので、小さい力で作動流体管を既設配管の外周に取り付けることができる。したがって、既設配管を切断すること無く熱回収器を既設配管に取り付けることが可能となり、作業工数を削減することができる。

　本開示の第１１の態様は、特に、第１０の態様において、
前記曲管の外径が、
　前記作動流体管の外径よりも小さい、
熱回収器である。

　第１１の態様によれば、曲管を作動流体管よりも細くしたことによって生じる曲管と配管との隙間で、配管の円弧状の膨らみを吸収することができる。これにより、曲管近傍での作動流体管と配管との密着性が向上することとなり、作動流体管と配管との間の熱抵抗を低減し、熱回収量を増やすことができる。

　本開示の第１２の態様は、特に、第１０または第１１の態様において、
前記作動流体管群が、さらに、
　前記配管の外周面及び前記作動流体管に沿って張り付けられた粘着性の熱伝導シート、を有する
熱回収器である。

　第１２の態様によれば、作動流体管を配管に、より強固に密着させるとともに、熱伝導シートが作動流体管の拡大伝熱面として働くことで、配管と接する伝熱面積を拡大することとなり、熱回収量を増やすことができる。

　本開示の第１３の態様は、特に、第１０から第１２の態様のいずれか１つの態様において、
前記作動流体管群が、さらに、
　複数の前記作動流体管の、前記配管の径方向において外側の表面に直接又は間接的に接して設けられた固定バンド、
を有する
熱回収器である。

　第１３の態様によれば、作動流体管を配管に、より強固に密着させるとともに、熱回収器を配管から容易に取り外し可能となり、熱回収器の更新、増設、および配管更新時の熱回収器の再利用が容易にできる。

　本開示の第１４の態様は、特に、第１０から第１３の態様のいずれか１つの態様において、
前記作動流体管群が、さらに、
　複数の前記作動流体管の、前記配管の径方向において外側の表面に直接又は間接的に接して設けられた断熱材、
を有する
熱回収器である。

　第１４の態様によれば、熱媒体の熱、および、熱媒体によって加熱された作動流体の熱が、外部に漏れるのを防ぐこととなり、熱回収量を増加させることができる。

　本開示の第１５の態様は、特に、第１０から第１４の態様のいずれか１つの態様において、
　前記配管の管軸方向に並べて配置された複数の前記作動流体管群と、
　一つの前記作動流体管群の一端と他の前記作動流体管群の一端とを接続し、前記作動流体が前記一つの作動流体管群と前記他の作動流体管群とを流れるようにする接続管と、
を用いて、前記熱回収器の前記作動流体の流入口から前記熱回収器の前記作動流体の流出口まで連続する流路が形成された、
熱回収器である。

　第１５の態様によれば、作動流体管群を複数、配管の周囲に取り付けることになり、熱回収量を増加させることができる。

　本開示の第１６の態様は、特に、第１５の態様において、
複数の前記作動流体管群は、
　前記配管の管軸方向において、前記作動流体が流れる複数の前記作動流体管群の配置順序が、前記熱媒体の流れに対して対向流となる順序であるように配列された、
熱回収器である。

　第１６の態様によれば、熱媒体が作動流体によって冷やされ温度降下する流れ方向と、作動流体が熱媒体によって加熱され温度上昇する流れ方向とが、作動流体管群単位で見ると逆向きとなる。これにより、熱媒体と作動流体との温度差が極端に小さくなる箇所を無くして平均温度差を大きく保つこととなり、熱回収量を大きくすることができる。

　本開示の第１７の態様は、特に、第１５の態様において、
複数の前記作動流体管群は、
　前記配管の管軸方向において、前記作動流体が流れる複数の前記作動流体管群の配置順序が、
　　最初に、前記熱媒体の流れに対して最下流側の作動流体管群、
　　次に、前記熱媒体の流れに対して最上流側の作動流体管群、
　　次に、前記熱媒体の流れに対して最上流側ではない作動流体管群、
となる順序であるように配列された、
熱回収器である。

　第１７の態様によれば、熱媒体は作動流体によって最も冷やされた最下流側で、作動流体との温度差が極端に小さくなることを防ぐとともに、作動流体が二相状態から蒸気相に加熱され最も温度上昇する状態では、最も高温の熱媒体と熱交換することを避けることができる。したがって、熱回収量を大きく維持するとともに、高温熱媒体による作動流体の急激な温度上昇を抑え、熱分解等を防止することができる。

　本開示の第１８の態様は、特に、第１０から第１４の態様のいずれか１つの態様において、
　前記配管の管軸方向に並べて配置された複数の前記作動流体管群と、
　全ての前記作動流体管群の一端どうしを接続し、前記作動流体が全ての前記作動流体管群のそれぞれへ分岐して流入するようにする第１接続管と、
　全ての前記作動流体管群の他端どうしを接続し、前記作動流体が全ての前記作動流体管群のそれぞれから流入して合流するようにする第２接続管と、
を有する、
熱回収器である。

　第１８の態様によれば、熱回収器を配管に取り付ける際に、複数の作動流体管群をおよそ同時に配管の周方向に巻き付けることが可能となる。これにより、熱回収器を容易に且つ短時間で既設配管の外周に取り付けることができる。

　本開示の第１９の態様は、
　作動流体を用いて熱を回収する熱回収器と、
　前記熱回収器から流出した前記作動流体を膨張させる膨張機と、
　前記膨張機で膨張した前記作動流体を冷却する凝縮器と、
　前記凝縮器で冷却された前記作動流体を吸入して前記熱回収器に向けて吐出するポンプと、
を備え、
前記熱回収器は、
　第１から第１８の態様のいずれか１つの態様の熱回収器であって、
　前記熱媒体が流れる前記配管の外周面に取り付けられ、
　前記熱媒体と前記作動流体とを熱交換させて前記作動流体に熱回収させることで、前記作動流体を蒸発させる蒸発器として機能する、
ランキンサイクル装置である。

　第１９の態様によれば、第１から第１８のいずれか１つの態様の熱回収器が有する効果を活かしたランキンサイクル装置を構成することができる。さらに、蒸発器を構成する熱回収器は、熱媒体が流れる配管の外部に配置されるため、排ガスなどの熱媒体と接触することがない。したがって、熱媒体が腐食性物質を発生させうるものを含んでいたとしても、このような腐食性物質により熱回収器が腐食することはない。このため、熱回収器を構成する作動流体管の肉厚を薄くすることが可能となり、軽量化及び低コスト化することができる。加えて、耐腐食性をそれほど必要としない安価な材料を用いて熱回収器を作成することができる。この結果、熱回収器及びランキンサイクル装置における耐久性および信頼性を高めることができるとともに、安全性を向上することができる。また、腐食による劣化を考慮しなくてよいため、熱回収器及びランキンサイクル装置のメンテナンス回数を少なくすることができる。

　本開示の第２０の態様は、
熱媒体が流れる配管の外周面に取り付けて着脱可能な少なくとも３つの作動流体流路を連結した熱回収器を用いてランキンサイクルの蒸発器を構成することで熱回収する方法であって、
　前記配管に前記熱媒体が流れているときに、
　　前記少なくとも３つの作動流体流路のうち、最初に前記熱媒体の流れの最下流側の作動流体流路に作動流体を流し、
　　次に、前記ランキンサイクルを動作させるために前記熱回収器が回収すべき熱量に応じて決定された前記作動流体を流す経路に対応させて残りの作動流体流路を連結した流路に前記作動流体を流すことで、
　前記熱媒体と前記作動流体とを熱交換させて、
　前記熱媒体から前記配管を介して外部に放出される熱を回収する、
方法である。

　第２０の態様によれば、熱媒体は作動流体によって最も冷やされた最下流側で、作動流体との温度差が極端に小さくなることを防ぐことができる。したがって、高温熱媒体による作動流体の急激な温度上昇を抑え、熱分解等を防止することができる。

　本開示の第２１の態様は、特に、第２０の態様において、
前記作動流体は、前記残りの作動流体流路のうち、
　最後に前記熱媒体の流れの最上流側の作動流体流路を流れる、
方法である。

　第２１の態様によれば、熱媒体が作動流体によって冷やされ温度降下する流れ方向と、作動流体が熱媒体によって加熱され温度上昇する流れ方向とが、作動流体管群単位で見ると逆向きとなる。これにより、熱媒体と作動流体との温度差が極端に小さくなる箇所を無くして平均温度差を大きく保つこととなり、熱回収量を大きくすることができる。

　本開示の第２２の態様は、特に、第２０の態様において、
前記作動流体は、前記残りの作動流体流路のうち、
　２番目に前記熱媒体の流れに対して最上流側の作動流体流路を流れる、
方法である。

　第２２の態様によれば、熱媒体は作動流体によって最も冷やされた最下流側で、作動流体との温度差が極端に小さくなることを防ぐとともに、作動流体が二相状態から蒸気相に加熱され最も温度上昇する状態で、最も高温の熱媒体と熱交換することを避けることができる。したがって、熱回収量を大きく維持するとともに、高温熱媒体による作動流体の急激な温度上昇を抑え、熱分解等を防止することができる。

　本開示の第２３の態様は、特に、第２０から第２２の態様のいずれか１つの態様において、
前記少なくとも３つの作動流体流路は、
　いずれも互いに同じ構造を有する、
方法である。

　第２３の態様によれば、複数の作動流体流路を効率的に作製することが可能となり、低コスト化することができる。

　本開示の第２４の態様は、特に、第２０から第２３の態様のいずれか１つの態様において、
前記作動流体は、
　前記少なくとも３つの作動流体流路のいずれにおいても、
　　前記作動流体流路の、前記配管の管軸方向における前記熱媒体の流れの最下流端から、上流に向かって前記作動流体流路に流入し、
　　前記作動流体流路の、前記配管の管軸方向における前記熱媒体の流れの最下流端から、下流に向かって前記作動流体流路から流出する、
方法である。

　第２４の態様によれば、複数の作動流体流路を効率的に作製することが可能となり、配管への設置も容易になる。

　本開示の第２５の態様は、
熱媒体が流れる配管の外周面に取り付けて着脱可能な２つの作動流体流路を連結した熱回収器を用いてランキンサイクルの蒸発器を構成することで熱回収する方法であって、
　前記熱回収器は、
　　前記２つの作動流体流路のうち前記熱媒体の流れの下流側に配置される第１流路と、
　　前記２つの作動流体流路のうち前記熱媒体の流れの上流側に配置される第２流路と、
　　前記第１流路の作動流体流出口と前記第２流路の作動流体流入口とを接続する接続管と、
　を連結して作動流体が流れる流路を有し、
　前記配管に前記熱媒体が流れているときに、
　　前記作動流体を、
　　　前記第１流路の、前記配管の管軸方向における前記熱媒体の流れの最下流端から上流に向かって前記第１流路に流入させ、
　　　前記第１流路の、前記配管の管軸方向における前記熱媒体の流れの最下流端から下流に向かって前記第１流路から流出させ、
　　　前記第２流路の、前記配管の管軸方向における前記熱媒体の流れの最下流端から上流に向かって前記第２流路に流入させ、
　　　前記第２流路の、前記配管の管軸方向における前記熱媒体の流れの最下流端から下流に向かって前記第２流路から流出させることで、
　　前記熱媒体と前記作動流体とを熱交換させて、
　　前記熱媒体から前記配管を介して外部に放出される熱を回収する、
方法である。

　第２５の態様によれば、複数の作動流体流路を効率的に作製することが可能となり、配管への設置も容易になる。

　本開示の第２６の態様は、特に、第２５の態様において、
前記熱回収器が前記配管に取り付けられている状態で、前記熱回収器を、前記配管の管軸方向における前記熱媒体の流れの下流から上流に向かって見たときに、
　前記第１流路及び前記第２流路は、いずれの流路においても、
　　前記作動流体の流入口と流出口とが、前記配管の中心に対して互いに反対側に配置されている、
方法である。

　第２６の態様によれば、鉛直方向の下側の位置から液相の作動流体を流入させ、鉛直方向の上側から気相の作動流体を流出させることができるので、作動流体が熱媒体から熱を回収し、その作動流体が作動流体管の内部で蒸発してガスとなった場合でも、作動流体の滞留あるいは逆流を防ぎ、作動流体を吐出管に流れやすくすることができる。

　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

　特に、以下の実施の形態における熱回収器は、一例として、ランキンサイクルを構成する一部分として説明される。しかし、本開示の熱回収器は、ランキンサイクル以外にも適用可能であり、配管から放出される熱を回収して活用する用途であれば適用可能である。

　（実施の形態１）
　図１は、実施の形態１における熱回収器１００の正面図である。図２は図１における断面Ｉ－Ｉによる断面図、図３は図１の熱回収器の斜視図である。

　熱媒体管路２００は管内を排ガス等の熱媒体１２が流れる既設の配管である。図１は、熱回収器１００を熱媒体管路２００に取り付けた状態を示している。熱回収器１００は、作動流体１１が流れる作動流体管１０６を構成する作動流体プレート３００と、作動流体プレート３００に作動流体１１を流入させる吸入管１０２と、作動流体プレート３００を通った作動流体１１が流入する吐出管１０３と、を用いて構成されている。ここでは、熱回収器１００を設置する熱媒体管路２００は円管とする。

　図２に示すように、吐出管１０３は、吐出部１０３ａ、吐出側ヘッダ部１０３ｂ、および吐出側接続部１０３ｃで構成される。作動流体プレート３００は、高温の熱媒体１２の熱を回収できるように、熱媒体管路２００と熱的に接触する接触部分を有し、熱媒体１２が流れる熱媒体管路２００の外壁に対して、巻き付けて密着するように設置される。さらに、作動流体プレート３００は吐出側接続部１０３ｃと接続される。図示していないが、同様に吸入管１０２も、吸入部１０２ａ、吸入側ヘッダ部１０２ｂ、および吸入側接続部１０２ｃで構成され、作動流体プレート３００は吸入側接続部１０２ｃと接続される。

　図３に示すように、作動流体プレート３００に形成される作動流体１１の流路は、熱媒体１２の流れ方向すなわち熱媒体管路２００の管軸方向Ｘと平行に設置されている。

　図４は、作動流体プレート３００の構成図である。作動流体プレート３００は、２つの板を重ねて構成されている。このため、作動流体の流路を容易に作製することができる。２つの板が比較的薄い板状であれば、重ねることで作製された作動流体プレート３００も柔軟で変形可能になるため、熱媒体管路２００の外壁に容易に巻き付けて設置することができる。本明細書においては、作動流体プレート３００は、２つの板として、凹板３０１と平板３０２とで構成されている。図４は、作動流体プレート３００を凹板３０１の側からみたものである。なお、本明細書において、複数の凹形状により波型のような形状を有する板のことを便宜上、凹板と呼ぶこととする。また、平らな板を平板と呼ぶこととし、便宜上、熱回収器１００を熱媒体管路２００に取り付ける際に平らな状態から変形させたものも含めて平板と呼ぶこととする。一方の板が波型で、他方の板が平らであることから、これらを重ねることで、２つの板は複数の位置で接触する。本実施の形態においては、２つの板が接触する部分は線状になるため、これら２つの板を重ねることで細長い空間ができる。これを作動流体流路とすることで、作動流体プレート３００すなわち作動流体管１０６を容易に作製することができる。本実施の形態においては、平板３０２を熱媒体管路２００に接触させる構成とし、平板３０２において凹板３０１が接合されている面の裏側の面が、熱媒体管路２００に接触する接触部分となる。

　図５は、図４に示した作動流体プレート３００の断面Ｂ－Ｂによる断面図である。図６は、図５に示した作動流体プレート３００のＢ－Ｂ断面図の一部（Ｃ部分）を拡大した拡大図である。凹板３０１と平板３０２とで囲まれた部分で作動流体流路３０３が形成されている。

　作動流体プレート３００は、一例として、以下のようにして作製される。

　始めに、凹板３０１がプレス加工によって作製される。凹板３０１において、管軸方向Ｘにおける領域Ｌは、熱媒体管路２００に巻きつける方向Ａに対して波型形状に加工される。領域Ｍ１及びＭ２においては、外側部分Ｐ１及びＰ２が、平板３０２と接触するように平坦形状に加工され、内側部分Ｑ１及びＱ２が、波型形状の領域Ｌの端部と平坦形状の外側部分Ｐ１及びＰ２の領域Ｌ側の端部とを接続する形状に加工される。この接続する形状は任意だが、熱媒体管路２００に巻きつける際に破断しないように、ある程度の曲率を有する曲面とするのが好適である。加工後の凹板３０１の外形及び寸法は平板３０２と合せておく。

　次に、前述のように加工された凹板３０１と平板３０２とを重ね合わせて接合する。重ね合わせることで、領域Ｌにおいて少なくとも１つ以上の作動流体流路３０３が形成される。そして、凹板３０１の領域Ｌには、作動流体流路３０３のそれぞれから吐出側接続部１０３ｃへ作動流体１１が流出するように、作動流体流路３０３ごとに吐出側接続穴３０４ａを形成する。同様に、凹板３０１には、吸入側接続部１０２ｃから作動流体流路３０３のそれぞれに作動流体１１が流入するように、作動流体流路３０３ごとに吸入側接続穴３０４ｂを形成する。これにより、作動流体流路３０３ごとに、吸入側接続穴３０４ｂから流入して吐出側接続穴３０４ａから流出する作動流体１１の流れを形成できる。以上のようにして、作動流体プレート３００が作製される。

　ここで作動流体プレート３００の大きさは、熱媒体管路２００に巻きつけることを考慮すると、次のように規定される。作動流体プレート３００の作動流体流路３０３を流れる作動流体１１が、できるだけ多くの熱量を、熱媒体管路２００を流れる熱媒体１２から回収するためには、作動流体プレート３００の面積が大きいことが望ましい。したがって、作動流体プレート３００における熱媒体１２の流れ方向Ｘの長さは、できるだけ長く構成されるのがよい。長ければ長いほど、作動流体１１が熱媒体１２から取得できる熱量は大きくなる。ただし、熱媒体管路２００の非直線部分では作動流体プレート３００を巻きつける加工がしにくくなるため、実質的には、熱媒体管路２００の直線部分の長さが、作動流体プレート３００の長さの最大となる。また、作動流体プレート３００における熱媒体管路２００に巻きつける方向Ａの長さは、熱媒体管路２００の外周の長さが最大となる。作動流体プレート３００における方向Ａの長さを熱媒体管路２００の外周以下の長さにすることで、熱媒体管路２００に巻きつけた場合に、平板３０２が熱媒体管路２００の外周に密着することが可能となる。

　このようにして作製された作動流体プレート３００は、熱媒体管路２００の熱回収位置に巻きつけられる。

　また、作動流体プレート３００を熱媒体管路２００に巻き付けて密着させた状態が固定されるように、吸入管１０２および吐出管１０３を設置する。図２に示すように、吐出側ヘッダ部１０３ｂは、熱媒体管路２００の外周に沿うような曲率を有する略半環状に構成されている。この吐出側ヘッダ部１０３ｂを、図２に示すように熱媒体管路２００に巻き付けた作動流体プレート３００を挟み込むように、作動流体流路３０３ごとに対応させて配置した吐出側接続部１０３ｃを介して、作動流体プレート３００に取り付ける。吐出部１０３ａは、吐出側ヘッダ部１０３ｂそれぞれ別々に連結された２本が図示されているが、２つの吐出部１０３ａをいずれかの位置で合流させて１本に連結しても良い。

　図示しないが、同様に、吸入側ヘッダ部１０２ｂは、略半環状に構成され、吸入側接続部１０２ｃを介して作動流体プレート３００に取り付けられる。吸入部１０２ａは、吸入側ヘッダ部１０２ｂそれぞれ別々に連結された２本で構成されるが、２つの吸入部１０２ａをいずれかの位置で合流させて１本に連結しても良い。

　以上のようにして、作動流体プレート３００と、吸入管１０２及び吐出管１０３とが、作動流体１１の流路を形成するように接続される。そして、吐出側ヘッダ部１０３ｂ及び吸入側ヘッダ部１０２ｂが、吐出側接続部１０３ｃ及び吸入側接続部１０２ｃを介して作動流体プレート３００を挟み込むように取り付けられるため、作動流体プレート３００を、熱媒体管路２００に巻き付けて密着させた状態を固定することができる。

　このようにして、熱回収器１００を構成することができる。これにより、作動流体１１は、熱回収器１００を、吸入部１０２ａ、吸入側ヘッダ部１０２ｂ、吸入側接続部１０２ｃ、吸入側接続穴３０４ｂ、作動流体流路３０３、吐出側接続穴３０４ａ、吐出側接続部１０３ｃ、吐出側ヘッダ部１０３ｂ、吐出部１０３ａ、の順に流れる。作動流体１１は、作動流体流路３０３において、熱媒体管路２００を流れる熱媒体１２と熱交換することにより、熱を回収することができる。作動流体１１で回収した熱は、吐出管１０３から熱回収器１００の外部に流出して活用される。

　なお、吸入部１０２ａ、吸入側ヘッダ部１０２ｂ、吸入側接続部１０２ｃ、吸入側接続穴３０４ｂ、吐出側接続穴３０４ａ、吐出側接続部１０３ｃ、吐出側ヘッダ部１０３ｂ、および吐出部１０３ａは、それぞれの径の大きさを、作動流体流路３０３の各流路に作動流体が均等に流れるように調整して形成してもよい。また、吸入管１０２は、熱媒体１２の流れ方向すなわち熱媒体管路２００の管軸方向Ｘにおいて、吐出管１０３よりも熱媒体１２の流れの下流の位置に設置されるのが好適である。具体的には、吸入側接続穴３０４ｂが、吐出側接続穴３０４ａよりも熱媒体１２の流れの下流の位置に形成される。これにより、熱媒体１２の流れと作動流体流路３０３それぞれを流れる作動流体１１の流れとが対向流となり、熱回収の効率を高めることができる。

　なお、作動流体プレート３００、吸入側接続部１０２ｃ、吸入側ヘッダ部１０２ｂ、吸入部１０２ａ、吐出側接続部１０３ｃ、吐出側ヘッダ部１０３ｂ、および吐出部１０３ａは、上述の構成となるように、溶接などで接合する。

　図７Ａおよび図７Ｂは、作動流体プレート３００において、凹板３０１と平板３０２との接合の位置を示す概略図である。接合とは、一般的には、溶接又は接着剤による固着を意味する。作動流体プレート３００は、設置においては、さまざまな径の熱媒体管路２００に密着させる必要がある。そのため、凹板３０１および平板３０２は、接合された状態で、熱媒体管路２００に巻きつける方向Ａに対して曲げることができる必要がある。通常、凹板３０１および平板３０２は、それぞれ金属の板金で構成される。この板金は、肉厚が薄いプレート状のものを用いる。したがって、それぞれ単体では簡単に曲げることが可能であるが、重ね合わせて接合された場合でも、作動流体流路３０３を形成した状態で曲げることができる必要がある。このようなことを考慮して、以下に２通りの接合方法を示す。

　図７Ａは、第１の接合方法を示す。図７Ａにおいて、破線は、接合処理を施す位置を示す。図７Ａは、例えば、熱媒体管路２００の径が小さく、熱回収器１００を取り付ける際に作動流体プレート３００を大きく曲げなければならないときなどに、作動流体流路３０３からの作動流体１１の漏れの抑制を重視した場合の接合方法の一例である。この方法では、まず、凹板３０１と平板３０２とを重ねた際に、それぞれの作動流体流路３０３の周りを囲むように接合する。すなわち、隣接する作動流体流路３０３の境界、領域Ｐ１とＱ１との境界、及び、領域Ｐ２とＱ２との境界を接合する。次に、凹板３０１の外周と平板３０２の外周とを接合する。これにより、作動流体流路３０３から作動流体１１が漏れることを防ぐことができるため、効率的に作動流体１１に熱を回収することができる。しかし、この接合方法では接合部分が多いため、曲げるためには大きな力が必要となり、熱媒体管路２００へ取り付けるための作業効率を高めにくい。

　図７Ｂは、第２の接合方法を示す。図７Ｂにおいても、破線は、接合処理を施す位置を示す。図７Ｂは、例えば、熱媒体管路２００の径が大きく、熱回収器１００を取り付ける際に作動流体プレート３００の曲げる度合いが小さくて済むときなどに、凹板３０１と平板３０２との接合を、第１の接合方法に比べて簡素化した方法の一例である。この方法は、作動流体流路３０３から作動流体１１が漏れないように、凹板３０１における隣接する作動流体流路３０３の境界と、領域Ｐ１及びＰ２とを、平板３０２に密着させた状態で、凹板３０１の外周と平板３０２の外周との接合のみを行う。このように互いの板の周辺部のみを接合することで、互いの板を接合した後でも、熱媒体管路２００に巻きつける方向Ａに対し、第１の接合方法と比較して、小さな力で、より簡単に曲げることができる。この方法は、第１の接合方法を用いた場合と比べて、作動流体流路３０３から作動流体１１が漏れる可能性が生じる。しかし、凹板３０１と平板３０２とを重ねて湾曲させる際の、湾曲の外側の凹板３０１に生じる弾性力と、内側の平板３０２に生じる弾性力とを考慮して、それぞれの板の厚みあるいは材質を選択すれば、それらの弾性力の大きさの違いを活用して、凹板３０１と平板３０２とがより密着する方向に力を発生させることができる。

　また、図７Ｂの第２の接合方法を用いる場合は、作業が容易になるため、現地で接合作業をした場合でも、図７Ａの第１の接合方法を用いる場合と比べて、作業時間は少なくて済み、設置費用が抑えられる。

　次に、図１から図７に示す熱回収器１００の動作について説明する。

　熱回収器１００において、作動流体１１は、吸入管１０２に流入し、作動流体プレート３００の平板３０２と凹板３０１とで形成された作動流体流路３０３を通過する際に、熱媒体管路２００を流れる熱媒体１２と熱交換することにより、熱を回収し、吐出管１０３から熱回収器１００の外部に流出することで熱を活用することができる。

　吸入管１０２の吸入部１０２ａへ流入した作動流体１１は、吸入側ヘッダ部１０２ｂで分流し、吸入側接続部１０２ｃを通り、少なくとも１つ以上の作動流体流路３０３を、熱媒体１２の流れ方向に対して対向流になるように流れる。高温の熱媒体１２が通過する熱媒体管路２００の外周面に作動流体プレート３００の平板３０２が接しているため、熱媒体１２の熱が、熱媒体管路２００から平板３０２を通って、作動流体流路３０３を流れる作動流体１１に伝わる。結果的に、作動流体１１は、熱媒体１２から熱を回収することができる。

　熱媒体１２から熱を回収した作動流体１１は、吐出側接続部１０３ｃを通り、吐出側ヘッダ部１０３ｂで合流し、吐出部１０３ａを通って吐出管１０３から流出する。

　なお、本実施の形態の構成では、熱媒体管路２００を円管としたが、角管など、形状は円管でなくても良い。

　また、作動流体１１として冷媒を用いることで、熱回収器１００をオーガニックランキンサイクル装置の蒸発器の一部としても利用できる。一般的に、蒸発器において、高温の熱媒体が直接、有機媒体である作動流体が流れる伝熱管を加熱する場合、作動流体の冷媒が局所的に高温となり過ぎて、冷媒が熱分解する可能性が生じる。しかしながら本実施の形態では、熱媒体管路２００の外壁と作動流体プレート３００の平板３０２とを介して熱交換を行うため、冷媒の局所的な温度上昇を抑制することができる。

　以上、説明したように、本実施の形態では、熱回収器１００を既設の熱媒体管路２００に取り付ける際に、熱媒体管路２００の一部を切断したり、一区間を取り外したり、流路を分岐させたりする必要が無い。このため、作業工程が少なく、設置の作業時間は少なくて済み、設置費用が抑えられる。また、熱回収器１００を取り付ける区間においては、熱媒体管路２００の切断あるいは部分取り外しが不要なので、熱媒体管路２００を接続し直す部分が発生しない。このため、熱回収器１００の取り付けが原因で熱媒体管路２００から熱媒体の漏れが発生する可能性は無く、その対策も不要である。

　また、本実施の形態の構成では、既設の熱媒体管路２００の外壁に熱回収器１００を設置するため、熱回収器１００が熱媒体１２に直接的に接触することはない。そのため、熱媒体１２が腐食性の高いガスあるいは汚染物が含まれているようなガスなどであっても、熱回収器１００が、これらのガスに起因する劣化による経時変化を生じることはほとんど無く、熱回収の性能を長く維持することが可能となる。

　（実施の形態２）
　図８は、実施の形態２における熱回収器５００の正面図である。図９は図８における断面Ｅ－Ｅによる断面図、図１０は図８における断面Ｆ－Ｆによる断面図、図１１は図８における断面Ｄ－Ｄによる断面図である。実施の形態１と同様の構成要素は同じ符号を付し、同じ内容については説明を省略する。なお、図８は、熱回収器５００を熱媒体管路２００に取り付けた状態を示している。

　実施の形態２は、予め熱媒体管路２００の大きさが決まっている場合に、事前に熱回収器５００の形状を熱媒体管路２００の形状に合わせて構成しておくことで、熱媒体管路２００を両側から挟んで設置可能とするものである。より簡易な方法で熱回収器５００を設置することができるため、作業工程がより少なくて済む。したがって、作業時間をより短くすることができ、結果的にさらなる設置費用の低減を実現できる。

　図８～図１１において、熱回収器５００は、吸入管１０２、作動流体管１０６、吐出管１０３を用いて構成されている。作動流体管１０６は部分管１０７ａおよび部分管１０７ｂにより構成される。部分管１０７ａおよび部分管１０７ｂはそれぞれ、熱媒体管路２００と熱的に接触する接触部分を有する。吸入管１０２は吸入部１０２ａ及び吸入側ヘッダ部１０８により構成され、吸入側ヘッダ部１０８は直接、作動流体管１０６の部分管１０７ａおよび部分管１０７ｂに接続されている。吐出管１０３は吐出部１０３ａ及び吐出側ヘッダ部１０９により構成され、吐出側ヘッダ部１０９は直接、作動流体管１０６の部分管１０７ａおよび部分管１０７ｂに接続されている。

　図９～図１１に示すように、部分管１０７ａ、部分管１０７ｂ、吸入側ヘッダ部１０８、および吐出側ヘッダ部１０９は、熱媒体管路２００の管軸方向Ｘに垂直な平面上において、おおよそ半環状に形成される。吸入部１０２ａと吸入側ヘッダ部１０８とは、一体で形成されてもよい。同様に、吐出側ヘッダ部１０９と吐出部１０３ａとは、一体で形成されてもよい。

　図９に示す作動流体管１０６は、部分管１０７ａおよび部分管１０７ｂのそれぞれの内部に少なくとも１つ以上の作動流体流路３０３を有する。作動流体流路３０３は、熱媒体１２の流れ方向すなわち熱媒体管路２００の管軸方向Ｘと平行に形成されている。

　図１０に示すように、吸入部１０２ａから流入した作動流体１１は、吸入側ヘッダ部１０８を通り、複数の作動流体流路３０３に分流する。

　図１１に示すように、複数の作動流体流路３０３に分流して流れた作動流体１１は、吐出側ヘッダ部１０９で合流し、吐出部１０３ａから外部へ流出する。

　部分管１０７ａおよび部分管１０７ｂは、熱媒体管路２００の外壁に密着して設置できるような形状を持つ。熱媒体管路２００の断面が円形であれば、部分管１０７ａおよび部分管１０７ｂは、熱媒体管路２００の外壁と密着できるように、同じ曲率を持つ形状で、かつ、それぞれ熱媒体管路２００の周囲のおおよそ半分に設置できるように構成される。

　また、吸入管１０２と吐出管１０３とは、鉛直方向における位置関係で吸入管１０２が吐出管１０３に対して下になるように設置する。具体的には、吸入部１０２ａと吸入側ヘッダ部１０８との接続位置が、吐出部１０３ａと吐出側ヘッダ部１０９との接続位置よりも、鉛直方向で下になるように配置する。このように構成することにより、作動流体１１が作動流体流路３０３で熱媒体１２から熱を回収し、蒸発してガスとなった場合でも、作動流体１１の滞留及び逆流を防ぎ、作動流体１１が吐出部１０３ａに流れやすくなる。結果的に伝熱面積が増加するため、効率の良い熱回収が可能となる。

　なお、作動流体管１０６と吸入側ヘッダ部１０８との接合、作動流体管１０６と吐出側ヘッダ部１０９との接合は、上述の構成となるように且つ作動流体１１が漏れないように、溶接などを用いて行う。

　なお、部分管１０７ａと部分管１０７ｂとは、図示していないが、外周部分に固定バンドを用いて熱媒体管路２００に固定する。あるいは、熱媒体管路２００の外周面と、部分管１０７ａ及び部分管１０７ｂの熱媒体管路２００側の面との接触部分に、熱伝導性の高い接着剤を用いることにより、部分管１０７ａ及び部分管１０７ｂが熱媒体管路２００に固定されてもよい。熱伝導性の高い接着剤を用いることで、作動流体管１０６と熱媒体管路２００とは、熱的に接触する。隣接する部分管１０７ａの半環状の周方向の端部と部分管１０７ｂの半環状の周方向の端部とがおおよそ接触する場合には、これらの端部どうしを例えば溶接により接合してもよい。

　また、実施の形態１と同様に、熱媒体管路２００の熱回収器５００を取り付ける区間においては、熱媒体管路２００の切断あるいは部分取り外しが不要なので、熱媒体管路２００を接続し直す部分が発生しない。このため、熱回収器５００の取り付けが原因で熱媒体管路２００から熱媒体の漏れが発生する可能性は無く、その対策も不要である。

　以上のように構成された熱回収器５００においては、作動流体１１は、吸入管１０２に流入し、作動流体流路３０３を通過する際に、熱媒体管路２００を流れる熱媒体１２と熱交換することにより、熱を回収し、吐出管１０３から熱回収器５００の外部に流出することで熱を活用することができる。

　また、実施の形態１と同様に、作動流体１１として冷媒を用いることで、熱回収器５００をオーガニックランキンサイクル装置の蒸発器の一部としても利用できる。

　（実施の形態３）
　図１２は、実施の形態３における熱回収器５００の側面図である。実施の形態１および２と同様の構成要素は同じ符号を付し、同じ内容については説明を省略する。

　実施の形態１及び実施の形態２においては、作動流体管１０６は直接、熱媒体管路２００に接触することで、熱的に直接的に接触している。実施の形態３は、熱回収器５００を設置する時に、部分管１０７ａおよび部分管１０７ｂと熱媒体管路２００との間に熱伝導体４００を設置するものである。すなわち、作動流体管１０６は、熱伝導体４００を介して間接的に熱媒体管路２００に接触することで、熱的に間接的に接触している。熱伝導体４００には、例えばシリコングリスなど、耐熱性が高く、ゲル状のような高粘度と流動性とを併せ持つ物質を用いる。熱伝導体４００は、あらかじめ部分管１０７ａおよび部分管１０７ｂに取り付けられていてもよく、あるいは、熱回収器５００を熱媒体管路２００に設置するときにこれらに挟み込むようにして設置してもよい。

　なお、熱回収器１００の場合においても同様に構成することができる。すなわち、熱回収器１００を熱媒体管路２００に取り付ける場合において、作動流体プレート３００と熱媒体管路２００との間に、上述の熱伝導体４００を設置することができる。

　かかる構成によれば、熱伝導体４００を用いて熱回収器と熱媒体管路２００との密着性を上げることで、熱回収器と熱媒体管路２００との熱伝導性を向上させることができるため、より多くの熱を回収することが可能となる。

　（実施の形態４）
　図１３は、実施の形態４における熱回収器６００の正面図を示すものである。また図１４は図１３の側面図、図１５は図１３のＡＡ断面図、図１６は図１５の部分拡大図である。

　図１３から図１６において、６０１は管内を排ガス等の熱媒体が流れる既設の配管である熱媒体管路である。６０２は管内をランキンサイクルの作動流体が流れ、配管６０１よりも十分に外径が小さい作動流体管で、その軸方向が配管６０１の軸方向と平行に配管６０１の外周表面に熱的に接触して配置されている。６０３は曲管で、作動流体が複数の作動流体管６０２を連続して蛇行して流れるように、作動流体管６０２の端部と、隣接する作動流体管６０２の端部とが、曲管６０３により相互に接続されている。図１６に示すように、曲管６０３の管外径Ｈは、作動流体管６０２の外径Ｄ０よりもやや小さくなるよう構成されている。６０４は配管６０１の外周面と作動流体管６０２とに沿って張り付けられた粘着性の熱伝導シートで、熱伝導シート６０４により作動流体管６０２は配管６０１に密着固定されている。粘着性の熱伝導シートとしては、シリコン系、アクリル系もしくはブチル系の粘着剤を使用したアルミ箔テープ、ステンレステープなどがあげられるが、これらに限定されるものではない。

　配管６０１の軸方向において同位置に配置される複数の作動流体管６０２は、隣接する作動流体管６０２どうしを接続する曲管６０３とともに、一つの作動流体管群６０５を構成している。作動流体は、作動流体管群６０５により構成された作動流体流路を蛇行して流れる。一つの作動流体管群６０５は、図１４及び図１５のように、配管６０１の軸方向から見て配管６０１の外周を取り巻くように配管６０１の周囲に環状に構成されている。作動流体管群６０５は、図１４に示すように、作動流体が流入したら、配管６０１の周方向の左右に分岐し、流入位置から配管６０１の管軸に対して反対側で合流するように構成されている。本実施の形態では、図１３のように配管６０１の軸方向の異なる位置に３列の作動流体管群６０５ａ、６０５ｂ、６０５ｃが配置されている。作動流体管群６０５ａ、６０５ｂ、６０５ｃは、配管６０１の軸方向において熱媒体の流れ方向と対向する方向に、この順に配置されている。なお、図示していないが、作動流体管群は、作動流体が流入してから流出するまで一本の連続した流路となるように構成されてもよい。

　熱回収器における作動流体の入口部分、作動流体管群どうしを接続する２つの接続部分、及び熱回収器における作動流体の出口部分には、ヘッダー６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄが配置されている。作動流体は、ヘッダー６０６ａ、作動流体管群６０５ａ、ヘッダー６０６ｂ、作動流体管群６０５ｂ、ヘッダー６０６ｃ、作動流体管群６０５ｃ、ヘッダー６０６ｄ、の順に流れる。すなわち作動流体は、熱媒体の流れ方向と対向するように、作動流体管群６０５ａ、６０５ｂ、６０５ｃの順に流れる。なお、作動流体管群６０５は、４列以上であってもよい。この場合、適宜、必要な曲管及びヘッダーを配置する。

　本実施の形態４における熱回収器は、配管６０１において熱回収器が取り付けられた部分とともに、ランキンサイクルの蒸発器として機能する。すなわち、配管６０１を流れる熱媒体と、熱回収器を流れる作動流体との間で熱交換が行われ、作動流体は熱媒体から熱エネルギーを回収する。ランキンサイクルは、蒸発器、膨張機、凝縮器、及びポンプが閉回路を形成するように配管を用いてこの順に環状に接続されたものであり、作動流体がこれらの要素を循環するように流れる。

　以上のように構成された熱回収器について、以下その動作、作用を説明する。

　まず、管内を熱媒体が流れる配管６０１と管内を作動流体が流れる複数の作動流体管６０２とが熱的に接触しているため、熱媒体の熱が作動流体に熱回収され、作動流体は加熱される。加熱された作動流体は液から過熱蒸気となり、ランキンサイクルの膨張機へ送られ発電に用いられる。ここで、配管６０１に対して、配管６０１よりも十分に外径が小さく、かつ曲管６０３によって接続された複数の作動流体管６０２が、その軸方向が配管６０１の軸方向と平行に取り付けられる。すなわち、作動流体管６０２をまっすぐの状態から曲げるのではなく周方向にねじることで、作動流体管６０２それぞれを配管６０１の管軸方向と略平行な状態のまま、作動流体管群６０５を配管６０１に巻きつける。これにより、配管６０１の外周に沿った形状にすることができる。したがって、小さい力で既設の配管６０１の外周に作動流体管６０２を取り付けることができる。

　また、図１６に示すように、曲管６０３の管外径Ｈを作動流体管６０２の管外径Ｄ０よりも小さくしている。すなわち、外径上、曲管６０３を作動流体管６０２よりも細くした。これにより、曲管６０３と配管６０１との間に配管６０１の円弧状の膨らみを吸収する隙間を形成して、曲管６０３近傍でも作動流体管６０２と配管６０１との接触を維持することができる。したがって、より小さい力で作動流体管６０２を既設の配管６０１の外周に取り付けることができるとともに、曲管６０３近傍での作動流体管６０２と配管６０１との密着性を向上させることができる。なお、曲管６０３と配管６０１との間の隙間は、作動流体の流れやすさ、すなわち流動抵抗を抑える観点から、小さい方が望ましい。

　また、図１３～図１６に示すように、配管６０１の外周面と作動流体管６０２表面とに沿って、粘着性の熱伝導シート６０４を張り付けてもよい。これにより、作動流体管６０２を配管６０１に、より強固に密着させることができる。さらに、熱伝導シート６０４が作動流体管６０２の拡大伝熱面として働くことで、配管６０１と接する伝熱面積を拡大することができる。

　また、図１３のように、配管６０１の管軸方向に複数列の作動流体管群６０５を配置し、接続管であるヘッダー６０６ｂ、６０６ｃを用いて作動流体の流路を接続することで、熱回収量を増やすことが可能となる。

　また、作動流体の流れが熱媒体の流れに対して略対向流となるよう作動流体管群６０５相互が接続されていることにより、熱媒体が作動流体によって冷やされ温度降下する流れ方向と、作動流体が熱媒体によって加熱され温度上昇する流れ方向とが、逆向きとなる。これにより、熱媒体と作動流体との温度差が極端に小さくなる箇所を無くし平均温度差を大きく保つことができる。

　図１７は、実施の形態４における熱回収器において、熱媒体入口温度と、熱媒体流量及び熱回収器長さ（配管軸方向）との関係を示す特性図である。熱回収量は１０．１ｋＷ、熱媒体出口温度は１１０℃、作動流体の入口温度は９５℃、出口温度は１７５℃で一定の条件において、熱媒体入口温度を変化させている。図１７によれば、熱媒体の入口温度が低い場合には、熱回収器の長さは非常に大きくなる。例えば、熱媒体入口温度が２５０℃の場合には、約１０ｍの熱回収器長さが必要となる。しかしながら、熱媒体入口温度が高温になると、必要な熱回収器の長さは急激に短くなる。例えば、熱媒体入口温度が８００℃であれば、必要な熱回収器の長さは２ｍ程度となる。これは既設の配管６０１に十分に取り付けられる長さであり、本形態が有効であることがわかる。

　以上のように、本実施の形態においては、管内を熱媒体が流れる配管６０１に対して、管内を作動流体が流れ、配管６０１よりも十分に外径が小さく、管軸方向が配管６０１の管軸方向と平行で且つ配管６０１の外周表面に熱的に接触して配置された複数の作動流体管６０２と、隣接する作動流体管６０２の一端どうしを接続し、作動流体が流れる曲管６０３と、を用いて形成される作動流体管群６０５を有し、作動流体管群６０５が、複数の作動流体管６０２と曲管６０３とを用いて形成された、連続する一本の作動流体流路を有する熱回収器を構成した。すなわち、作動流体管６０２を配管６０１の軸方向と平行に取り付けるために、作動流体管６０２を、まっすぐの状態から曲げるのではなく周方向にねじる。これにより、作動流体管６０２それぞれを配管６０１の管軸方向と略平行な状態のまま、作動流体管群６０５を配管６０１に巻きつけて、配管６０１の外周に沿った形状にすることができる。したがって、小さい力で既設の配管６０１の外周に作動流体管６０２を取り付けることができる。このように、既設の配管６０１を切断すること無く熱回収器を取り付けることが可能で、作業工数を削減することができる。

　また、曲管６０３の管外径Ｈを作動流体管６０２の管外径Ｄ０よりも小さくした。すなわち、外形上、曲管６０３を作動流体管６０２よりも細くした。これにより、曲管６０３と配管６０１との間に配管６０１の円弧状の膨らみを吸収する隙間を形成して、曲管６０３近傍でも作動流体管６０２と配管６０１との接触を維持することができる。したがって、曲管６０３近傍での作動流体管６０２と配管６０１との密着性が向上することとなり、作動流体管６０２と配管６０１との間の熱抵抗を低減し、熱回収量を増やすことができる。

　また、配管６０１の外周面と作動流体管６０２の表面とに沿って、粘着性の熱伝導シート６０４を張り付けることにより、作動流体管６０２を配管６０１に、より強固に密着させることができる。さらに、熱伝導シート６０４が作動流体管６０２の拡大伝熱面として働くことで、配管６０１と接する伝熱面積を拡大することとなり、熱回収量を増やすことができる。

　また、作動流体の流れが熱媒体の流れに対して略対向流となるよう作動流体管群６０５相互を接続したことにより、熱媒体が作動流体によって冷やされ温度降下する流れ方向と、作動流体が熱媒体によって加熱され温度上昇する流れ方向とが、逆向きとなる。これにより、熱媒体と作動流体との温度差が極端に小さくなる箇所を無くし平均温度差を大きく保つこととなり、熱回収量をさらに大きくすることができる。

　なお、本実施の形態では、作動流体管６０２と曲管６０３とは別の部品としたが、作動流体管６０２を曲げることで曲部（曲管６０３に対応）を構成しても良い。

　また、熱媒体の熱が作動流体に熱回収される際、作動流体は、顕熱変化による温度上昇だけでも良いし、潜熱変化により液相から蒸気相に相変化しても良い。作動流体の種類としては、水、油に加えて、フロン系の冷媒、炭化水素系の自然冷媒など、種類を問わない。

　また、配管６０１の材質は、アルミ、銅、ステンレス、亜鉛メッキ鋼などの金属、あるいは、ポリエチレン、ポリ塩化ビニールなどの樹脂など、種類を問わない。

　また、配管６０１を流れる熱媒体の種類は、都市ガスの燃焼排ガス、石油の燃焼排ガス、エンジンの排ガス、蒸気、加熱油など、種類を問わない。

　（実施の形態５）
　図１８は、実施の形態５の熱回収器７００の正面図である。また図１９は図１８の側面図、図２０は図１８のＡＡ断面図である。

　図１８から図２０において、７０１は管内を排ガス等の熱媒体が流れる既設の配管である熱媒体管路である。７０２は管内をランキンサイクルの作動流体が流れ、配管７０１よりも十分に外径が小さい作動流体管で、その軸方向が配管７０１の軸方向と平行に配管７０１の外周表面に熱的に接触して配置されている。７０３は曲管で、作動流体が複数の作動流体管７０２を連続して蛇行して流れるように、作動流体管７０２の端部と、隣接する作動流体管７０２の端部とが、曲管７０３により相互に接続されている。

　７０４は、配管７０１の外周表面に設けられた複数の作動流体管７０２の、配管７０１の径方向において外側の表面に接して設けられた固定バンドである。この固定バンド７０４を設けることにより、作動流体管７０２を配管７０１に、より強固に密着させている。

　配管７０１の軸方向において同位置に配置される複数の作動流体管７０２は、隣接する作動流体管７０２どうしを接続する曲管７０３とともに、一つの作動流体管群７０５を構成している。作動流体は、作動流体管群７０５により構成された作動流体流路を蛇行して流れる。一つの作動流体管群７０５は、図１９及び図２０のように、配管７０１の軸方向から見て配管７０１の外周を取り巻くように配管７０１の周囲に環状に構成されている。作動流体管群７０５は、図１９に示すように、作動流体が流入したら、配管７０１の周方向の左右に分岐し、流入位置から配管７０１の管軸に対して反対側で合流するように構成されている。本実施の形態では、図１８のように配管７０１の軸方向の異なる位置に３列の作動流体管群７０５ａ、７０５ｂ、７０５ｃが配置されている。作動流体管群７０５ａ、７０５ｂ、７０５ｃは、配管７０１の軸方向において熱媒体の流れ方向と対向する方向に、この順に配置されている。なお、図示していないが、作動流体管群は、作動流体が流入してから流出するまで一本の連続した流路となるように構成されてもよい。

　熱回収器における作動流体の入口部分、作動流体管群どうしを接続する２つの接続部分、及び熱回収器における作動流体の出口部分には、ヘッダー７０６ａ、７０６ｂ、７０６ｃ、７０６ｄが配置されている。作動流体は、ヘッダー７０６ａ、作動流体管群７０５ａ、ヘッダー７０６ｂ、作動流体管群７０５ｃ、ヘッダー７０６ｃ、作動流体管群７０５ｂ、ヘッダー７０６ｄ、の順に流れる。すなわち作動流体は、熱媒体の流れに対して最下流側の作動流体管群７０５ａを流れた後、熱媒体の流れに対して最上流側の作動流体管群７０５ｃを流れ、その後、熱媒体の流れに対して最上流側ではない中段の作動流体管群７０５ｂを流れる。なお、作動流体管群７０５は、４列以上であってもよい。この場合、適宜、必要な曲管及びヘッダーを配置する。

　本実施の形態５における熱回収器も、実施の形態４記載の熱回収器と同様に、ランキンサイクルの蒸発器として機能する。

　まず、管内を熱媒体が流れる配管７０１と管内を作動流体が流れる複数の作動流体管７０２とが熱的に接触しているため、熱媒体の熱が作動流体に熱回収され、作動流体は加熱される。加熱された作動流体は液から過熱蒸気となり、ランキンサイクルの膨張機へ送られ発電に用いられる。ここで、配管７０１に対して、配管７０１よりも十分に外径が小さく、かつ曲管７０３によって接続された複数の作動流体管７０２が、その軸方向が配管７０１の軸方向と平行に取り付けられる。すなわち、作動流体管７０２をまっすぐの状態から曲げるのではなく周方向にねじることで、作動流体管７０２それぞれを配管７０１の管軸方向と略平行な状態のまま、作動流体管群７０５を配管７０１に巻きつける。これにより、配管７０１の外周に沿った形状にすることができる。したがって、小さい力で作動流体管７０２を既設の配管７０１の外周に取り付けることができる。

　また、図１８～図２０に示すように、配管７０１の外周表面に設けられた複数の作動流体管７０２の、配管７０１の径方向において外側の表面に接するように固定バンド７０４を設けてもよい。これにより、作動流体管７０２を配管７０１に、より強固に密着させることができるとともに、熱回収器を配管７０１から容易に取り外すことが可能となる。

　また、作動流体管群７０５を配管７０１の管軸方向で複数列設け、作動流体が熱媒体の流れに対して最下流側の作動流体管群７０５ａを流れた後、熱媒体の流れに対して最上流側の作動流体管群７０５ｃを流れ、その後、熱媒体の流れに対して最上流側ではない中段の作動流体管群７０５ｂを流れる。これにより、熱媒体は作動流体によって最も冷やされた最下流側で、作動流体との温度差が極端に小さくなることを防ぐとともに、作動流体が二相状態から蒸気相に加熱され最も温度上昇する状態では、最も高温の熱媒体と熱交換することを避けることができる。

　以上のように、本実施の形態においては、管内を熱媒体が流れる配管７０１に対して、管内を作動流体が流れ、配管７０１よりも十分に外径が小さく、管軸方向が配管７０１の管軸方向と平行で且つ配管７０１の外周表面に熱的に接触して配置された複数の作動流体管７０２と、隣接する作動流体管７０２の一端どうしを接続し、作動流体が流れる曲管７０３と、を用いて形成される作動流体管群７０５を有し、作動流体管群７０５が、複数の作動流体管７０２と曲管７０３とを用いて形成された作動流体流路を有する熱回収器を構成した。すなわち、作動流体管７０２を配管７０１の軸方向と平行に取り付けるために、作動流体管７０２を、まっすぐの状態から曲げるのではなく周方向にねじる。これにより、作動流体管７０２それぞれを配管７０１の管軸方向と略平行な状態のまま、作動流体管群７０５を配管７０１に巻きつけて、配管７０１の外周に沿った形状にすることができる。したがって、小さい力で作動流体管７０２を既設の配管７０１の外周に取り付けることができる。このように、既設の配管７０１を切断すること無く熱回収器を取り付けることが可能で、作業工数を削減することができる。

　また、配管７０１の外周表面に設けられた複数の作動流体管７０２の、配管７０１の径方向において外側の表面に接して固定バンド７０４を設けた。これにより、作動流体管７０２を配管７０１に、より強固に密着させるとともに、熱回収器を配管７０１から容易に取り外し可能となる。さらに、熱回収器の更新、増設、および配管更新時の熱回収器の再利用が容易にできる。

　なお、固定バンド７０４は、図１８では、作動流体管群７０５に直接接するように取り付けられている。これに限らず、例えば図１３に記載されている熱伝導シート６０４が、図１８に記載の作動流体管群７０５に配置されている状態で、熱伝導シートを介して間接的に作動流体管７０２に接するように、すなわち熱伝導シートの上から取り付けられてもよい。

　さらに、作動流体管群７０５を配管７０１の管軸方向で複数列設け、作動流体が熱媒体の流れに対して最下流側の作動流体管群７０５ａを流れた後、熱媒体の流れに対して最上流側の作動流体管群７０５ｃを流れ、その後、熱媒体の流れに対して最上流側ではない中段の作動流体管群７０５ｂを流れる。これにより、熱媒体は作動流体によって最も冷やされた最下流側で、作動流体との温度差が極端に小さくなることを防ぐとともに、作動流体が二相状態から蒸気相に加熱され最も温度上昇する状態では、最も高温の熱媒体と熱交換することを避けることができる。したがって、熱回収量を大きく維持するとともに、高温熱媒体による作動流体の急激な温度上昇を抑え、熱分解等を防止することができる。

　（実施の形態６）
　図２１は、実施の形態６の熱回収器８００の一部破断正面図である。

　図２１において、８０１は管内を排ガス等の熱媒体が流れる既設の配管である熱媒体管路である。８０２は管内をランキンサイクルの作動流体が流れ、配管８０１よりも十分に外径が小さい作動流体管で、その軸方向が配管８０１の軸方向と平行に配管８０１の外周表面に熱的に接触して配置されている。８０３は曲管で、作動流体が複数の作動流体管８０２を連続して蛇行して流れるように、作動流体管８０２の端部と、隣接する作動流体管８０２の端部とが、曲管８０３により相互に接続されている。

　８０４は、配管８０１の外周表面に設けられた複数の作動流体管８０２の、配管８０１の径方向において外側の表面に接して設けられた断熱材である。

　配管８０１の軸方向において同位置に配置される複数の作動流体管８０２は、隣接する作動流体管８０２どうしを接続する曲管８０３とともに、一つの作動流体管群８０５を構成している。作動流体は、作動流体管群８０５により構成された作動流体流路を蛇行して流れる。一つの作動流体管群８０５は、配管８０１の軸方向から見て配管８０１の外周を取り巻くように配管８０１の周囲に環状に構成されている。作動流体管群８０５は、図１４および図１９と同様に、作動流体が流入したら、配管８０１の周方向の左右に分岐し、流入位置から配管８０１の管軸に対して反対側で合流するように構成されている。本実施の形態では、図２１のように配管８０１の軸方向の異なる位置に３列の作動流体管群８０５ａ、８０５ｂ、８０５ｃが配置されている。作動流体管群８０５ａ、８０５ｂ、８０５ｃは、配管８０１の軸方向において熱媒体の流れ方向と対向する方向に、この順に配置されている。

　熱回収器における作動流体の入口部分、作動流体管群どうしを接続する２つの接続部分、及び熱回収器における作動流体の出口部分には、ヘッダー８０６ａ、８０６ｂ、８０６ｃ、８０６ｄが配置されている。作動流体は、ヘッダー８０６ａからヘッダー８０６ｂへ流入したのち、作動流体管群８０５ａ、８０５ｂ、８０５ｃを並列に流れ、ヘッダー８０６ｃにて合流し、ヘッダー８０６ｄから流出する。なお、作動流体管群８０５は、４列以上であってもよい。この場合、適宜、必要な曲管を配置する。また、ヘッダー８０６ａとヘッダー８０６ｂとは一体化されていてもよい。同様に、ヘッダー８０６ｃとヘッダー８０６ｄとは一体化されていてもよい。

　本実施の形態６における熱回収器も、実施の形態４記載の熱回収器と同様に、ランキンサイクルの蒸発器として機能する。

　まず、管内を熱媒体が流れる配管８０１と管内を作動流体が流れる複数の作動流体管８０２とが熱的に接触しているため、熱媒体の熱が作動流体に熱回収され、作動流体は加熱される。加熱された作動流体は液から過熱蒸気となり、ランキンサイクルの膨張機へ送られ発電に用いられる。ここで、配管８０１に対して、配管８０１よりも十分に外径が小さく、かつ曲管８０３によって接続された複数の作動流体管８０２が、その軸方向が配管８０１の軸方向と平行に取り付けられる。すなわち、作動流体管８０２をまっすぐの状態から曲げるのではなく周方向にねじることで、作動流体管８０２それぞれを配管８０１の管軸方向と略平行な状態のまま、作動流体管群８０５を配管８０１に巻きつける。これにより、配管８０１の外周に沿った形状にすることができる。したがって、小さい力で作動流体管８０２を既設の配管８０１の外周に取り付けることができる。

　また、図２１に示すように、配管８０１の外周表面に設けられた複数の作動流体管８０２の、配管８０１の径方向において外側の表面に接するように断熱材８０４を設けてもよい。これにより、熱媒体の熱、および、熱媒体によって加熱された作動流体の熱が、外部に漏れるのを防ぐことができる。

　以上のように、本実施の形態においては、管内を熱媒体が流れる配管８０１に対して、管内を作動流体が流れ、配管８０１よりも十分に外径が小さく、管軸方向が配管８０１の管軸方向と平行で且つ配管８０１の外周表面に熱的に接触して配置された複数の作動流体管８０２と、隣接する作動流体管８０２の一端どうしを接続し、作動流体が流れる曲管８０３と、を用いて形成される作動流体管群８０５を有し、作動流体管群８０５が、複数の作動流体管８０２と曲管８０３とを用いて形成された作動流体流路を有する熱回収器を構成した。すなわち、作動流体管８０２を配管８０１の軸方向と平行に取り付けるために、作動流体管８０２を、まっすぐの状態から曲げるのではなく周方向にねじる。これにより、作動流体管８０２それぞれを配管８０１の管軸方向と略平行な状態のまま、作動流体管群８０５を配管８０１に巻きつけて、配管８０１の外周に沿った形状にすることができる。したがって、小さい力で作動流体管８０２を既設の配管８０１の外周に取り付けることができる。このように、既設の配管８０１を切断すること無く熱回収器を取り付けることが可能で、作業工数を削減することができる。

　また、配管８０１の外周表面に設けられた複数の作動流体管８０２の、配管８０１の径方向において外側の表面に接して断熱材８０４を設けた。これにより、熱媒体の熱、および、熱媒体によって加熱された作動流体の熱が、外部に漏れるのを防ぐこととなり、熱回収量を増加させることができる。

　（実施の形態７）
　図２２は、実施の形態７におけるランキンサイクル装置９００を示す構成図である。図２２に示す通り、ランキンサイクル装置９００は、蒸発器９０２を構成する熱回収器１００と、膨張機９０３と、凝縮器９０４と、ポンプ９０１とを備える。これらが環状に接続されて、ランキンサイクル流路９０５が構成される。ランキンサイクル装置９００では、作動流体がランキンサイクル流路９０５を循環する。熱媒体管路２００（配管６０１、７０１、８０１）は、熱媒体が流れる流路である。白抜き矢印は、熱媒体管路２００において熱媒体１２が流れる方向を示す。熱回収器１００は、熱媒体管路２００の外周面に取り付けられる。熱回収器１００は熱媒体管路２００に対して着脱可能である。そして熱回収器１００は、熱媒体とランキンサイクルの作動流体とを熱交換させて作動流体に熱回収させることで、作動流体を蒸発させる蒸発器として機能する。膨張機９０３は、熱回収器１００で蒸発して流出した作動流体を膨張させて動力を回収する。凝縮器９０４は、膨張機９０３で膨張した作動流体を冷却する。ポンプ９０１は、凝縮器９０４で冷却された作動流体を吸入して熱回収器１００に向けて吐出する。

　ポンプ９０１は、ランキンサイクル流路９０５において凝縮器９０４の出口と蒸発器９０２の入口との間に配置されており、凝縮器９０４で凝縮した液相の作動流体を所定の圧力まで加圧して蒸発器９０２に向かって吐出する。ポンプ９０１は、特定のポンプに限定されない。ポンプ９０１は、例えば、ギヤポンプ等の回転ポンプである。ポンプ９０１には、モータ９０６が接続されている。この場合、ポンプ９０１は、モータ９０６により所定の回転数の範囲において任意の回転数で作動しうる。

　蒸発器９０２は、たとえば、実施の形態１に記載の構成を有する熱回収器１００を用いて構成される。

　膨張機９０３は、ランキンサイクル流路９０５において蒸発器９０２の出口と凝縮器９０４の入口との間に配置されている。膨張機９０３は、例えば、スクロール型の膨張機等の容積式の膨張機である。膨張機９０３は、所定の回転数の範囲において任意の回転数で回転しうる。膨張機９０３には、例えば、発電機９０７が連結されている。これにより、膨張機９０３によって回収された動力によって発電がなされる。

　凝縮器９０４は、ランキンサイクル流路９０５において膨張機９０３の出口とポンプ９０１の入口との間に配置されている。凝縮器９０４は、典型的には、空冷式又は液冷式の熱交換器である。凝縮器９０４が空冷式の熱交換器である場合、凝縮器９０４は、例えばフィンアンドチューブ熱交換器である。凝縮器９０４が液冷式の熱交換器である場合、凝縮器９０４は、例えば二重管熱交換器又はプレート熱交換器である。

　ランキンサイクル装置９００の運転の一例について説明する。まず、ポンプ９０１から圧送された作動流体は蒸発器９０２の熱回収器１００に流入する。熱回収器１００において、ポンプ９０１から吐出された液相の作動流体が蒸発し、気相の作動流体に変化する。詳細には、熱回収器１００に流入した液相の作動流体は、熱媒体管路２００に熱媒体１２が流れているときに、熱媒体１２から熱媒体管路２００を介して外部に放出される熱を回収することで、蒸発する。熱媒体としては、例えば、工場等から排出される高温の排ガスが挙げられる。蒸発器９０２の熱回収器１００で気相になった作動流体は膨張機９０３に流入する。膨張機９０３は作動流体を低温低圧に膨張させ、作動流体の膨張により膨張機９０３から外部に放出されるエネルギーから回転トルクが生じて動力が取り出される。膨張機９０３から流出した作動流体は、凝縮器９０４に流入し、凝縮して液相の作動流体に変化する。詳細には、凝縮器９０４に流入した気相の作動流体は、凝縮器９０４に外部から供給された冷却流体と熱交換して凝縮する。凝縮器９０４に供給される冷却流体としては、例えば、水等の冷却液及び空気が挙げられる。その後、液相になった作動流体はポンプ９０１に戻り、これら一連の動作が繰り返し行われる。

　ランキンサイクル装置９００における作動流体は、特定の流体に限定されない。作動流体として、例えば、ＨＦＣ－２４５ｆａ及びＨＦＣ－３６５ｍｆｃ等のハイドロフルオロカーボン、ＨＦＯ－１３３６ｍｚｚ（Ｚ）等のハイドロフルオロオレフィン、及びその他のフルオロカーボンを用いることができる。

　熱媒体の種類は特に限定されない。熱媒体は、例えば、都市ガス等のガス燃料の燃料排ガス、石油等の液体燃料の燃焼排ガス、石炭等の固体燃料の燃焼排ガス、内燃機関の排ガス、及び蒸気である。

　蒸発器９０２は実施の形態１に記載の熱回収器１００を用いて構成されるとしたが、熱回収器５００、６００、７００、８００を用いて構成してもよい。すなわち、蒸発器９０２は実施の形態１～６のいずれかに記載の熱回収器を用いて構成される。

　このように構成されたランキンサイクル装置９００において、蒸発器９０２を構成する熱回収器１００、５００、６００、７００、８００は、熱媒体管路２００、６０１、７０１、８０１の外部に配置されるため、排ガスなどの熱媒体１２と接触することがない。したがって、熱媒体１２が、例えば結露により例えば硫酸または塩酸などの腐食性物質を発生させうるものを含んでいたとしても、このような腐食性物質により熱回収器１００、５００、６００、７００、８００が腐食することはない。このため、熱回収器１００、５００、６００、７００、８００を構成する作動流体管１０６、６０２、７０２、８０２の肉厚を薄くすることが可能となり、軽量化及び低コスト化することができる。加えて、耐腐食性をそれほど必要としない安価な材料を用いて熱回収器１００、５００、６００、７００、８００を作成することができる。この結果、熱回収器及びランキンサイクル装置における耐久性および信頼性を高めることができるとともに、安全性を向上することができる。また、腐食による劣化を考慮しなくてよいため、熱回収器及びランキンサイクル装置のメンテナンス回数を少なくすることができる。

　また、熱媒体１２が発する熱は、熱媒体管路２００、６０１、７０１、８０１および作動流体管１０６、６０２、７０２、８０２を介して作動流体に回収される。したがって、排ガスなどの熱媒体１２の温度が例えば２５０℃未満のようにそれほど高温にならない燃焼設備であれば、たとえランキンサイクル装置９００が停止したとしても、作動流体が熱分解する温度にはならない。このため、ランキンサイクル装置停止時に排ガスなどの熱媒体１２を、熱媒体管路の熱回収器が取り付けられた部分からバイパスさせるための流路を作る必要はない。また、ランキンサイクル装置停止時に、燃焼設備を停止させる必要もない。

　また、熱回収器１００、５００、６００、７００、８００は、熱媒体管路２００、６０１、７０１、８０１の外部に配置されるため、熱回収器の取り付け時、取り外し時、あるいはメンテナンス時などに、熱媒体管路自体は加工されない。このため、熱回収器の設置によって排ガスなどの熱媒体１２が熱媒体管路から漏れることはない。加えて、熱媒体管路における圧力損失が増加することもない。したがって、熱回収器の設置は、燃焼設備自体に影響を与えない。

　一方、排ガスなどの熱媒体１２の温度が例えば２５０℃以上のように高温になる燃焼設備で、ランキンサイクル装置９００が停止したとする。このとき、作動流体の循環が徐々に減速して停止するため、熱回収器で回収した熱を膨張機９０３に送り出すことができなくなる。その結果、熱媒体管路の熱回収器が取り付けられた部分の温度が高温になり、作動流体管の内面温度も徐々に高温になる。したがって、この状態を長時間放置すると、作動流体が熱分解温度に達する可能性が生じる。

　これに対して、ランキンサイクル装置９００の熱回収器１００、５００、６００、７００、８００は、熱媒体管路から着脱可能であるため、たとえば緊急時などに、熱媒体管路から容易に取り外すことができる。したがって、たとえば作動流体が熱分解温度に達する可能性が生じた場合には、熱回収器を熱媒体管路から取り外すなどして、作動流体が高温になることを回避することができる。

　また、緊急時に限らず、排ガス温度が高温条件であるような場合には、熱回収器を設置するときに、たとえば、熱回収器と熱媒体管路との密着性を緩くしつつ、伝熱性能の低下分を、作動流体管の本数を増やすなどの伝熱面積の増加でカバーするという、柔軟な対応方法を取ることができる。

　本開示にかかる技術は、工場、住宅、あるいは自動車等において、作動流体によって熱を回収し、利用するシステムに適用できる。例えば、オーガニックランキンサイクルを用いた排熱発電システム又はＣＨＰ（Combined Heat and Power）システムなどのコージェネレーションシステム、スターリングエンジン、熱電素子などによる発電、または、ヒートポンプを利用した温水または蒸気生成など、作動流体を高温流体で加熱する工程を含むあらゆるシステムに適用されうる。

　１１　作動流体
　１２　熱媒体
　１００　熱回収器
　１０２　吸入管
　１０２ａ　吸入部
　１０２ｂ　吸入側ヘッダ部
　１０２ｃ　吸入側接続部
　１０３　吐出管
　１０３ａ　吐出部
　１０３ｂ　吐出側ヘッダ部
　１０３ｃ　吐出側接続部
　１０６　作動流体管
　１０７ａ　部分管
　１０７ｂ　部分管
　１０８　吸入側ヘッダ部
　１０９　吐出側ヘッダ部
　２００　熱媒体管路
　３００　作動流体プレート
　３０１　凹板
　３０２　平板
　３０３　作動流体流路
　３０４ａ　吐出側接続穴
　３０４ｂ　吸入側接続穴
　４００　熱伝導体
　５００　熱回収器
　６００　熱回収器
　６０１　配管
　６０２　作動流体管
　６０３　曲管
　６０４　熱伝導シート
　６０５、６０５ａ、６０５ｂ、６０５ｃ　作動流体管群
　６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄ　ヘッダー
　７００　熱回収器
　７０１　配管
　７０２　作動流体管
　７０３　曲管
　７０４　固定バンド
　７０５、７０５ａ、７０５ｂ、７０５ｃ　作動流体管群
　７０６ａ、７０６ｂ、７０６ｃ、７０６ｄ　ヘッダー
　８００　熱回収器
　８０１　配管
　８０２　作動流体管
　８０３　曲管
　８０４　断熱材
　８０５、８０５ａ、８０５ｂ、８０５ｃ　作動流体管群
　８０６ａ、８０６ｂ、８０６ｃ、８０６ｄ　ヘッダー
　９００　ランキンサイクル装置
　９０１　ポンプ
　９０２　蒸発器
　９０３　膨張機
　９０４　凝縮器
　９０５　作動流体管
　９０６　モータ
　９０７　発電機

Claims

熱媒体が流れる配管の外周面に取り付けて熱を回収する熱回収器であって、
　前記配管の前記外周面と熱的に接触させる接触部分を外周面上に有し、前記熱媒体から熱を回収する作動流体を流すための作動流体管と、
　前記作動流体管と接続され、前記作動流体を前記作動流体管へ流入させるための吸入管と、
　前記熱回収器を前記配管に取り付けたときに前記配管の管軸方向において前記吸入管と前記作動流体管との接続位置とは異なる位置で前記作動流体管と接続され、前記作動流体を前記作動流体管から流出させるための吐出管と、
を有する熱回収器。
　前記接触部分は、
　変形可能な面状であり、
前記作動流体管は、
　前記熱回収器を前記配管に取り付けるときに、前記接触部分の形状を、前記配管の外周面に接触させる部分の形状に合わせて変形させることが可能である、
請求項１に記載の熱回収器。
前記熱回収器は、
　前記熱回収器を前記配管に取り付けたときに前記配管の管軸方向に平行となる複数の前記作動流体管を有し、
前記吸入管は、
　前記複数の作動流体管と接続し、前記吸入管に流入した前記作動流体を、前記複数の作動流体管に分流させる第１ヘッダ部を有し、
前記吐出管は、
　前記複数の作動流体管と接続し、前記複数の作動流体管から前記作動流体を流入して合流させる第２ヘッダ部を有する、
請求項１または２に記載の熱回収器。
前記複数の作動流体管は、
　少なくとも１つの作動流体管を有する複数の部分管を構成し、
前記複数の部分管はいずれも、
　前記接触部分を有し、
　前記第１ヘッダ部と接続して前記第１ヘッダ部から前記少なくとも１つの作動流体管へ前記作動流体を流入させるとともに、
　前記第２ヘッダ部と接続して前記少なくとも１つの作動流体管を流れた前記作動流体を前記第２ヘッダ部へ流出させる、
請求項３に記載の熱回収器。
前記吸入管は、
　前記第１ヘッダ部と第１接続位置で接続し、前記作動流体を流入して、前記第１ヘッダ部へ流出させる吸入部を有し、
前記吐出管は、
　前記第２ヘッダ部と第２接続位置で接続し、前記第２ヘッダ部から前記作動流体を流入して、外部へ流出させる吐出部を有し、
前記第１接続位置は、
　前記熱回収器を前記配管に取り付けたときに、鉛直方向において、前記第２接続位置よりも下に配置される、
請求項３または４に記載の熱回収器。
前記吸入管は、
　前記第１ヘッダ部と第１接続位置で接続し、前記作動流体を流入して、前記第１ヘッダ部へ流出させる吸入部を有し、
前記吐出管は、
　前記第２ヘッダ部と第２接続位置で接続し、前記第２ヘッダ部から前記作動流体を流入して、外部へ流出させる吐出部を有し、
前記第１接続位置は、
　前記熱回収器を前記配管に取り付けたときに、前記配管の管軸方向において、前記第２接続位置よりも前記熱媒体の流れの下流側に配置される、
請求項３または４に記載の熱回収器。
熱媒体が流れる配管の外周面に取り付けて熱を回収する熱回収器であって、
　前記配管の前記外周面と熱的に接触させる接触部分を外周面上に有し、前記配管よりも外径が小さく、前記熱回収器を前記配管に取り付けたときに管軸方向が前記配管の管軸方向と平行になるように配置され、前記熱媒体から熱を回収する作動流体を流すための複数の作動流体管と、
　隣接する前記作動流体管の一端と一端とを接続し、前記作動流体が隣接する前記作動流体管を流れるようにする曲管と、
を用いて形成される作動流体管群を有する、
熱回収器。
前記曲管の外径は、
　前記作動流体管の外径よりも小さい、
請求項７に記載の熱回収器。
　前記配管の管軸方向に並べて配置された複数の前記作動流体管群と、
　一つの前記作動流体管群の一端と他の前記作動流体管群の一端とを接続し、前記作動流体が前記一つの作動流体管群と前記他の作動流体管群とを流れるようにする接続管と、
を用いて、前記熱回収器の前記作動流体の流入口から前記熱回収器の前記作動流体の流出口まで連続する流路が形成された、
請求項７または８に記載の熱回収器。
複数の前記作動流体管群は、
　前記配管の管軸方向において、前記作動流体が流れる複数の前記作動流体管群の配置順序が、前記熱媒体の流れに対して対向流となる順序であるように配列された、
請求項９に記載の熱回収器。
複数の前記作動流体管群は、
　前記配管の管軸方向において、前記作動流体が流れる複数の前記作動流体管群の配置順序が、
　　最初に、前記熱媒体の流れに対して最下流側の作動流体管群、
　　次に、前記熱媒体の流れに対して最上流側の作動流体管群、
　　次に、前記熱媒体の流れに対して最上流側ではない作動流体管群、
　となる順序であるように配列された、
請求項９に記載の熱回収器。
　前記配管の管軸方向に並べて配置された複数の前記作動流体管群と、
　全ての前記作動流体管群の一端どうしを接続し、前記作動流体が全ての前記作動流体管群のそれぞれへ分岐して流入するようにする第１接続管と、
　全ての前記作動流体管群の他端どうしを接続し、前記作動流体が全ての前記作動流体管群のそれぞれから流入して合流するようにする流れる第２接続管と、
を有する、
請求項７または８に記載の熱回収器。
　作動流体を用いて熱を回収する熱回収器と、
　前記熱回収器から流出した前記作動流体を膨張させる膨張機と、
　前記膨張機で膨張した前記作動流体を冷却する凝縮器と、
　前記凝縮器で冷却された前記作動流体を吸入して前記熱回収器に向けて吐出するポンプと、
を備え、
前記熱回収器は、
　請求項１から１２のいずれか一項に記載の熱回収器であって、
　前記熱媒体が流れる前記配管の外周面に取り付けられ、
　前記熱媒体と前記作動流体とを熱交換させて前記作動流体に熱回収させることで、前記作動流体を蒸発させる蒸発器として機能する、
ランキンサイクル装置。
熱媒体が流れる配管の外周面に取り付けて着脱可能な少なくとも３つの作動流体流路を連結した熱回収器を用いてランキンサイクルの蒸発器を構成することで熱回収する方法であって、
　前記配管に前記熱媒体が流れているときに、
　　前記少なくとも３つの作動流体流路のうち、最初に前記熱媒体の流れの最下流側の作動流体流路に作動流体を流し、
　　次に、前記ランキンサイクルを動作させるために前記熱回収器が回収すべき熱量に応じて決定された前記作動流体を流す経路に対応させて残りの作動流体流路を連結した流路に前記作動流体を流すことで、
　前記熱媒体と前記作動流体とを熱交換させて、
　前記熱媒体から前記配管を介して外部に放出される熱を回収する、
方法。
前記作動流体は、前記残りの作動流体流路のうち、
　最後に前記熱媒体の流れの最上流側の作動流体流路を流れる、
請求項１４に記載の方法。
前記作動流体は、前記残りの作動流体流路のうち、
　２番目に前記熱媒体の流れに対して最上流側の作動流体流路を流れる、
請求項１４に記載の方法。
前記少なくとも３つの作動流体流路は、
　いずれも互いに同じ構造を有する、
請求項１４から１６のいずれか一項に記載の方法。
前記作動流体は、
　前記少なくとも３つの作動流体流路のいずれにおいても、
　　前記作動流体流路の、前記配管の管軸方向における前記熱媒体の流れの最下流端から、上流に向かって前記作動流体流路に流入し、
　　前記作動流体流路の、前記配管の管軸方向における前記熱媒体の流れの最下流端から、下流に向かって前記作動流体流路から流出する、
請求項１４から１７のいずれか一項に記載の方法。
熱媒体が流れる配管の外周面に取り付けて着脱可能な２つの作動流体流路を連結した熱回収器を用いてランキンサイクルの蒸発器を構成することで熱回収する方法であって、
　前記熱回収器は、
　　前記２つの作動流体流路のうち前記熱媒体の流れの下流側に配置される第１流路と、
　　前記２つの作動流体流路のうち前記熱媒体の流れの上流側に配置される第２流路と、
　　前記第１流路の作動流体流出口と前記第２流路の作動流体流入口とを接続する接続管と、
　を連結して作動流体が流れる流路を有し、
　前記配管に前記熱媒体が流れているときに、
　　前記作動流体を、
　　　前記第１流路の、前記配管の管軸方向における前記熱媒体の流れの最下流端から上流に向かって前記第１流路に流入させ、
　　　前記第１流路の、前記配管の管軸方向における前記熱媒体の流れの最下流端から下流に向かって前記第１流路から流出させ、
　　　前記第２流路の、前記配管の管軸方向における前記熱媒体の流れの最下流端から上流に向かって前記第２流路に流入させ、
　　　前記第２流路の、前記配管の管軸方向における前記熱媒体の流れの最下流端から下流に向かって前記第２流路から流出させることで、
　　前記熱媒体と前記作動流体とを熱交換させて、
　　前記熱媒体から前記配管を介して外部に放出される熱を回収する、
方法。
前記熱回収器が前記配管に取り付けられている状態で、前記熱回収器を、前記配管の管軸方向における前記熱媒体の流れの下流から上流に向かって見たときに、
　前記第１流路及び前記第２流路は、いずれの流路においても、
　　前記作動流体の流入口と流出口とが、前記配管の中心に対して互いに反対側に配置されている、
請求項１９に記載の方法。