発電装置
【課題】構成が複雑化することを回避しつつ、作動媒体を循環させるポンプでのキャビテーションの発生を抑制し得る発電装置を提供する。
【解決手段】発電装置１００は、循環流路６における蒸気発生手段５と膨張機１との間に設けた第１の開閉弁１１と、蒸気発生手段５及び第１の開閉弁１１の間と膨張機１及び凝縮手段３の間とを接続するバイパス流路１０と、バイパス流路１０に設けた第２の開閉弁１２と、循環流路６におけるポンプ４と蒸気発生手段５との間に設けた第３の開閉弁１３と、ポンプ４の起動及び停止、並びに各開閉弁の開閉の制御を行う制御手段２０とを有する。制御手段２０は、ポンプ４を停止する際には、ポンプ４を停止する制御信号と第１の開閉弁１１を閉じる制御信号と第２の開閉弁１２を開ける制御信号と第３の開閉弁１３を閉じる制御信号とを出力しその後、所定の条件が満たされた場合に第２の開閉弁１２を閉じる制御信号を出力する。
【解決手段】発電装置１００は、循環流路６における蒸気発生手段５と膨張機１との間に設けた第１の開閉弁１１と、蒸気発生手段５及び第１の開閉弁１１の間と膨張機１及び凝縮手段３の間とを接続するバイパス流路１０と、バイパス流路１０に設けた第２の開閉弁１２と、循環流路６におけるポンプ４と蒸気発生手段５との間に設けた第３の開閉弁１３と、ポンプ４の起動及び停止、並びに各開閉弁の開閉の制御を行う制御手段２０とを有する。制御手段２０は、ポンプ４を停止する際には、ポンプ４を停止する制御信号と第１の開閉弁１１を閉じる制御信号と第２の開閉弁１２を開ける制御信号と第３の開閉弁１３を閉じる制御信号とを出力しその後、所定の条件が満たされた場合に第２の開閉弁１２を閉じる制御信号を出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギーの観点から、工場等の各種の設備からのいわゆる「排熱」を回収し、その回収された「排熱」のエネルギーを利用して発電を行なう発電装置へのニーズが高まっている。
【０００３】
そのような発電装置として、例えば特許文献１に開示されているような排熱発電装置が知られている。この特許文献１に開示された排熱発電装置は、作動流体の蒸発器と、作動流体蒸気に膨張仕事をさせるためのタービンと、作動流体蒸気を凝縮させるための凝縮器と、作動流体を循環させるための循環ポンプとが直列に接続された閉ループ状の循環流路を備えている。この循環流路では、作動流体が循環するときに熱サイクルが行われる一方、上記タービンで発電機を駆動する。なお、特にその排熱発電装置のなかでも、低沸点の作動媒体によってタービンや膨張機（エキスパンダ）を駆動するランキンサイクルを利用したバイナリー発電システムが知られている。
【０００４】
特許文献１に開示された排熱発電装置は、排熱を回収して作動媒体の高圧作動媒体蒸気を生成する蒸気発生器と、該高圧作動媒体蒸気を膨張させるタービンと、該タービンからの低圧蒸気を凝縮させる凝縮器と、作動媒体を循環させる作動媒体循環ポンプとを備えている。これら機器は作動媒体循環路によって接続されており、蒸気発生器とタービンとの間には気液分離器が配置されている。この気液分離器において作動媒体液から分離された作動媒体蒸気がタービンに導入される。
【０００５】
なお、上述した排熱発電装置においては、作動媒体を循環流路内で循環させるべく循環ポンプを配設することが必要であり、この循環ポンプには、当該循環ポンプよりも上流側に位置する凝縮器によって凝縮されて液化した作動媒体が吸入される。循環ポンプは液化された作動媒体を下流に位置する蒸気発生器に送出する役割を担う。
【０００６】
循環ポンプには、キャビテーションの発生を未然に防止するための方策が必要となる。キャビテーションは、流体機械において、その流体機械の内部を流れる媒体（液）の圧力が局部的に飽和蒸気圧に達することで、媒体が沸騰して小さな気泡が発生する現象である。この気泡が潰れる際には、その衝撃圧により流体機械の構成品に、いわゆるエロージョン（壊食）が発生する。例えば流体機械がターボ型流体機械であれば、その主要部品であるインペラ（羽根車）に損傷が生じる。循環ポンプにキャビテーションが生じた場合には、循環ポンプのメンテナンスのために、発電装置のシステム全体の運転を停止することが余儀なくされる。従って、循環ポンプでのキャビテーションの発生を未然に防止するための方策が重要となる。
【０００７】
特許文献１に開示された排熱発電装置には、上述した構成に加え、凝縮器から蒸気発生器に作動媒体を循環させる循環量を制御する循環量制御手段と、気液分離器内の分離液面を検出する液面検出器とが設けられている。気液分離器で分離された分離液（作動媒体）は流量制御手段を介して凝縮器に導かれ、また液面検出器によって検出される気液分離器内の分離液面が所定のレベルとなるように、循環量制御手段が作動媒体の循環量を制御している。
【０００８】
また、この排熱発電装置には、熱回収器が設けられている。熱回収器は、気液分離器から凝縮器に分離液を導く経路に設けられており、分離液と凝縮器から蒸気発生器に送られた作動媒体とで熱交換を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４５５７７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に開示された排熱発電装置においては、循環ポンプにおけるキャビテーションの発生を未然に防止するための方策が取られていないため、循環ポンプにおいてキャビテーションが発生する虞がある。
【００１１】
なお、キャビテーションの発生の防止するためには、循環ポンプの上流側の流路に液の状態の作動媒体が満たされていること、さらに望ましくは、上流側の流路に満たされている液の状態の作動媒体の量が所望される所定量以上であることが必要となる。しかしながら、特許文献１には、この排熱発電装置の停止方法、あるいは逆の起動方法について、格別の言及がない。したがって、排熱発電装置の停止方法、起動方法によっては、起動時に循環ポンプの上流側の流路に液の状態の作動媒体が満たされていない状況、あるいは上流側の流路に満たされている液の状態の作動媒体の量が所望される所定量に比して少ない状況が生じる。そうすると、循環ポンプにキャビテーションが発生する虞は更に高まってしまう。
【００１２】
そこで、本発明は、前記従来技術を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、構造が複雑化することを回避しつつ、作動媒体を循環させるポンプでのキャビテーションの発生を抑制し得る発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の目的を達成するため、本発明は、液体の作動媒体を熱媒体により加熱して蒸発させる蒸気発生手段と、気体の作動媒体を膨張させる膨張機と、前記気体の作動媒体を冷却媒体により冷却して凝縮させる凝縮手段と、作動媒体を循環させるポンプとが直列に接続された閉ループ状の循環流路と、前記膨張機と接続された発電機とを備え、前記膨張機で発生する動力が伝達されて前記発電機が駆動される発電装置であって、前記循環流路における前記蒸気発生手段と前記膨張機との間に設けられた第１の開閉弁と、前記循環流路における前記蒸気発生手段及び前記第１の開閉弁の間と、前記膨張機及び前記凝縮手段の間とを接続するバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられた第２の開閉弁と、前記循環流路における前記ポンプと前記蒸気発生手段との間に設けられた第３の開閉弁と、前記ポンプの起動及び停止、並びに各開閉弁の開閉の制御を行う制御手段とを有し、前記制御手段は、前記ポンプを停止する際には、前記ポンプを停止する制御信号と前記第１の開閉弁を閉じる制御信号と前記第２の開閉弁を開ける制御信号と前記第３の開閉弁を閉じる制御信号とを出力し、その後、所定の条件が満たされた場合に前記第２の開閉弁を閉じる制御信号を出力することを特徴とする発電装置を提供する。
【００１４】
本発明では、ポンプを停止する際に第２の開閉弁を開けた後、蒸気発生手段で熱媒体により加熱されてガス化した作動媒体は、バイパス流路を通って凝縮手段へと流れ、凝縮手段で冷却媒体により冷却されて液化されるので、この液状の作動媒体が所定量貯留されるまでの間第２の開閉弁を開けておくことにより、ポンプを起動する際において、ポンプの上流側の流路に液の状態の作動媒体が満たされている状況を確保でき、キャビテーションが発生する虞を低下させることができる。また、開閉弁を有したバイパス流路を循環流路に接続するだけであり、構造の複雑化を回避することができる。
【００１５】
また、本発明において、前記所定の条件が、前記第２の開閉弁を開けてから、前記循環流路における前記ポンプの上流側の流路に液体の作動媒体が所定量貯留されるまでの時間として、前記制御手段で予め設定された時間の経過であることが好ましい。
【００１６】
このようにすれば、発電機の駆動の際には、ポンプの上流側の流路に液体の作動媒体が満たされている状況を確保でき、キャビテーションが発生する虞を低下させることができる。
【００１７】
また、本発明において、前記凝縮器に設けられた液面計をさらに有し、この液面計は前記凝縮器の内部の液面の高さを検知可能であり、前記所定の条件が、前記液面計の値の所定値への到達であることが好ましい。
【００１８】
このようにすれば、液面計（レベルゲージ）の検出値により、客観的に、ポンプの上流側の流路に液体の作動媒体が満たされているかどうかを判断できるため、ポンプの上流側の流路に液の状態の作動媒体が満たされている状況の確保が容易となり、ポンプでのキャビテーションの発生の虞を更に低下させることができる。
【００１９】
また、本発明において、前記循環流路における前記凝縮機と前記ポンプとの間に設けられた液タンクと、この液タンクに設けられた液面計とをさらに有し、この液面計は前記液タンクの内部の液面の高さを検知可能であり、前記所定の条件が、前記液面計の値の所定値への到達であることが好ましい。
【００２０】
このようにすれば、液面計（レベルゲージ）の検出値により、客観的に、ポンプの上流側の流路に液体の作動媒体が満たされているかどうかを判断できるため、ポンプの上流側の流路に液の状態の作動媒体が満たされている状況の確保が容易となり、ポンプでのキャビテーションの発生の虞を更に低下させることができ、加えて、液タンクを有しているため、多量の液体の作動媒体をポンプの上流側の流路に確保することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明によれば、構造が複雑化することを回避しつつ、作動媒体を循環させるポンプでのキャビテーションの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発電装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】前記発電装置における起動時の動作を説明するためのフロー図である。
【図３】前記発電装置における停止時の動作を説明するためのフロー図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る発電装置の構成を概略的に示す図である。
【図５】前記発電装置における停止時の動作を説明するためのフロー図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る発電装置の構成を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る発電装置１００の構成を示している。
【００２５】
この発電装置１００は、膨張機１と、油分離器２と、凝縮器（凝縮手段）３と、作動媒体ポンプ４と、蒸発器（蒸気発生器、蒸気発生手段）５とが設けられた閉ループ状の循環流路６を備えている。この循環流路６には、作動媒体としてフロン系の媒体（例えばＲ２４５ｆａ）が封入されている。作動媒体として水よりも沸点の低い媒体が使用されており、本実施形態に係る発電装置１００は、バイナリー発電装置として構成されている。
【００２６】
膨張機１は、循環流路６における蒸発器５の下流側に配置されており、蒸発器５で蒸発した作動媒体（蒸気）を膨張させることによって作動媒体から運動エネルギーを取り出す。膨張機１は、例えばスクリュ膨張機によって構成されている。このスクリュ膨張機は、膨張機ケーシング内に形成されたロータ室（図示せず）に雌雄一対のスクリュロータ（図示せず）が収容されており、循環流路６を通じて吸気口１ｓから供給される作動媒体の膨張力によってスクリュロータを回転させるものである。そして、ロータ室内で膨張して圧力が低下した作動媒体は、吐出口１ｄから循環流路６へ排気される。
【００２７】
循環流路６における膨張機１と凝縮器３との間には、油分離器２が設けられており、油分離器２と膨張機１との間には、油ポンプ１７を有する油流路１８が設けられている。油分離器２は、膨張機１から作動媒体とともに排出された油を分離し、この分離した油を内部に貯蓄するものである。油分離器２内に貯蓄された油は、油流路１８を通して膨張機１の内部に供給される。膨張機１の内部に供給された油は、スクリュロータ間、及びスクリュロータとロータ室との間のシール材として機能し、作動媒体の膨張の効率を低下させないよう作用する。
【００２８】
膨張機１には発電機９が接続されており、膨張機１で発生する動力が発電機９に伝達されてこの発電機９が駆動される。発電機９は、発電機ケーシングの内部空間（図示せず）に固定子（図示せず）及び回転子（図示せず）が収容された構成となっている。回転子は、膨張機１のスクリュロータの軸と一体の軸を有しており、スクリュロータの回転に伴って回転することで、固定子の巻線に電力を発生させる。この膨張機１と発電機９とによって発電手段が構成されている。
【００２９】
凝縮器３は、循環流路６における膨張機１の下流側、より具体的には油分離器２の下流側に配置されており、膨張機１の吐出口１ｄから循環流路６に排出されて油が分離されたガス状の作動媒体が導入される。この凝縮器３では、作動媒体は、循環流路６とは別系統の冷却媒体流路８を流れる冷却媒体（例えば冷却水）との熱交換によって凝縮して液体状の作動媒体となる。すなわち、凝縮器３は、作動媒体が流れる流路と冷却媒体が流れる流路とを有しており、気体の作動媒体を冷却媒体との間で熱交換させることで、この作動媒体を凝縮させるものである。
【００３０】
液体となった作動媒体は、ポンプ４によって所定の圧力まで加圧され、蒸発器５に送出される。この蒸発器５では、作動媒体は、循環流路６とは別系統の熱媒体流路７を流れる熱媒体（例えば低圧蒸気）との熱交換によって加熱されて飽和蒸気（あるいは過熱蒸気）となる。すなわち、蒸発器５は、作動媒体が流れる流路と外部の熱源から供給される熱媒体が流れる流路とを有しており、液体状の作動媒体を熱媒体との間で熱交換させることで、この作動媒体を気化させて飽和蒸気（あるいは過熱蒸気）とするものである。そして、蒸発器５において飽和蒸気（あるいは過熱蒸気）となった作動媒体は、膨張機１に再供給される。
【００３１】
熱媒体流路７を介して蒸発器５に供給される熱媒体（加熱媒体）には、坑井（蒸気井）から採取された蒸気、工場等から排出された余剰の蒸気のほか、太陽熱を熱源とする集光器、バイオマスや化石燃料を熱源とするボイラー、その他の設備などから生成された蒸気などが想定される。一方、冷却媒体流路８を介して凝縮器３に供給される冷却媒体には、クーリングタワーで製造される冷却水などが想定される。
【００３２】
ポンプ４は、循環流路６内で作動媒体を循環させるために設けられるものであり、循環流路６における凝縮器３の下流側に配置されている。すなわち、ポンプ４は、循環流路６のうち凝縮器３と蒸発器５とを接続する流路に設けられていて、凝縮器３側の作動媒体（液）を吸入して蒸発器５側に吐出する。ポンプ４としては、インペラをロータとして備える遠心ポンプ、ロータが一対のギアからなるギアポンプ等が好ましく用いられる。
【００３３】
循環流路６における蒸発器５と膨張機１との間には、第１の開閉弁１１（Ｖ１）が設けられている。そして、循環流路６には、蒸発器５の下流側と凝縮器３の上流側とを接続、より詳細には、蒸発器５及び第１の開閉弁１１の間と、膨張機１及び凝縮器３の間とを接続するバイパス流路１０が設けられている。このバイパス流路１０には第２の開閉弁１２（Ｖ２）が設けられている。また、ポンプ４と蒸発器５との間の循環流路６には第３の開閉弁１３（Ｖ３）が設けられている。
【００３４】
循環流路６における凝縮器３の上流側であって、循環流路６とバイパス流路１０との接続する部位より更に上流側には、油分離器２から凝縮器３へ向かう流れのみを許容する逆止弁１４が設けられている。また、バイパス流路１０における第２の開閉弁１２よりも下流側には、蒸発器５の下流側から凝縮器３の上流側へ向かう流れのみを許容する逆止弁１５が設けられている。
【００３５】
発電装置１００は、制御装置（制御手段）２０を有している。この制御装置２０はタッチパネル等の入力・表示手段（図示せず）を備えている。また、制御装置２０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等を備えていて、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより所定の機能を発揮する。すなわち、制御装置２０には、その機能として設定手段２１、起動制御手段２２、停止制御手段２３、及び判断部２４が含まれる。
【００３６】
設定手段２１は、後述するタイマーの所定値を、入力・表示手段を通して入力された値に設定するように、ＲＡＭに対して設定信号を出力するものである。そして、ＲＡＭは、設定手段から送信される設定信号を受信して所定値を記憶する。起動制御手段２２は、入力・表示手段に操作がなされて起動指令が生成された際に、第１の開閉弁１１及び第３の開閉弁１３を開く制御信号と、油ポンプ１７及びポンプ４を起動する制御信号とを出力するものである。停止制御手段２３は、入力・表示手段に操作がなされて停止指令が生成された際に、第１の開閉弁１１を閉じる制御信号、油ポンプ１７及びポンプ４を停止する制御信号、第３の開閉弁１３を閉じる制御信号に加え、第２の開閉弁１２を開く制御信号を出力するものである。判断部２４は、起動指令が生成されてからの時間をカウントするタイマーを含み、このタイマーの値が予め設定手段２１で設定された所定の条件を満たすかどうか、すなわち、ＲＡＭに記憶された所定値に達したかどうかを判断するものである。
【００３７】
ここで、起動時の発電装置１００の制御動作を、図２を参照しつつ説明する。
【００３８】
制御装置２０の入力・表示手段に操作がなされ起動指令が生成されると、制御装置２０の起動制御手段２２は、第１の開閉弁１１及び第３の開閉弁１３を開くとともに（ステップＳＴ１及びステップＳＴ２）、油ポンプ１７及びポンプ４を起動する（ステップＳＴ３及びステップＳＴ４）。なお、これらステップＳＴ１からステップＳＴ４は、いずれの順で行われてもよく、全部が同時に行われてもよい。
【００３９】
これにより、ポンプ４から送出された液状の作動媒体は、蒸発器５において蒸発して飽和蒸気（あるいは過熱蒸気）となって膨張機１へ供給され、膨張機１で膨張する。その際、膨張機１から動力を得た発電機９が駆動される。そして、膨張機１から排出された作動媒体は凝縮器３で凝縮して液状となり、ポンプ４に吸入される。このようにして、循環流路６で作動媒体の循環が行われる。このとき、第２の開閉弁１２はノーマルクローズ形の開閉弁であり、起動時には閉じた状態となっているため、起動時にはバイパス流路１０に作動媒体は流通しない。
【００４０】
続いて、停止時の発電装置１００の制御動作を、図３を参照しつつ説明する。
【００４１】
制御装置２０の入力・表示手段に操作がなされ停止指令が生成されると、制御装置２０の停止制御手段２３は、第１の開閉弁１１を閉じ、ポンプ４及び油ポンプ１７を停止するとともに（ステップＳＴ１０）、第２の開閉弁１２を開き第３の開閉弁１３を閉じる（ステップＳＴ１１）。そして、制御装置２０の判断部２４のタイマーを起動する（ステップＳＴ１２）。なお、これらステップＳＴ１０からステップＳＴ１２は、いずれの順で行われてもよく、全部が同時に行われてもよい。
【００４２】
その後、制御装置２０は、判断部２４において、そのタイマーの値が予め設定手段２１で設定した所定値に達したかどうか（ポンプ４を停止し、第２の開閉弁１２を開くとともに第３の開閉弁１３を閉じてから、所定時間が経過したかどうか）を判断する（ステップＳＴ１３）。
【００４３】
そして、タイマーの値が所定値に達するまではステップＳＴ１３を繰り返し、タイマーの値が所定値に達したと判断されると、ステップＳＴ１３の判断がＹＥＳとなるので、ステップＳＴ１４に移行する。そして、制御装置２０からの制御信号に基づき、第２の開閉弁１２が閉じられ（ステップＳＴ１４）、停止の処理が終了する。
【００４４】
以上のポンプ４の停止時における作動媒体の挙動を以下に説明する。第１の開閉弁１１及び第３の開閉弁１３が閉じられるとともにポンプ４が停止されると（ステップＳＴ１０、ステップＳＴ１１）、循環流路６において凝縮器３の出口から蒸発器５の入り口に至る区間での作動媒体の流動が停止される。これにより、蒸発器５及び凝縮器３にはともに、ガス状の作動媒体及び液状の作動媒体が貯留された状態となる。このとき、熱媒体流路７には熱媒体が流れ続け、冷却媒体流路８には冷却媒体が流れ続ける。そのため、蒸発器５では、作動媒体が熱媒体によって加熱され続けることにより、蒸発器５内の液状の作動媒体が蒸発し続ける。その結果、蒸発器５内の圧力は飽和蒸気圧となり、例えば、蒸発器５内の作動媒体の温度が８０℃で、その圧力Ｐ１は０．７８９ＭＰａとなる。一方、凝縮器３では、作動媒体が冷却媒体によって冷却され続けるため、凝縮器３内のガス状の作動媒体は凝縮し続ける。そして、例えば、凝縮器３内の作動媒体の温度が２０℃で、その圧力Ｐ２は０．１２４ＭＰａとなる。このとき、第２の開閉弁１２が開けられているので（ステップＳＴ１１）、蒸発器５内の圧力と凝縮器３内の圧力との差圧により、蒸発器５内の主にガス状の作動媒体は、バイパス流路１０を通って凝縮器３へと流れ、凝縮器３内で凝縮する。また、第２の開閉弁１２は、予め設定された所定時間だけ開放されるため、この所定時間内に凝縮器３側には所定量の液体状の作動媒体が貯留されることになる。なお、この所定時間は、蒸発器５の大きさや、循環流路６におけるポンプ４から蒸発器５までの配管の径・体積などに依存して変化する。そして、この所定時間は、実験、解析等により求められた時間であって、種々の条件下で凝縮器３側に所定量の作動媒体が貯留されるまでの時間として、制御装置２０の設定手段２１において予め設定された時間である。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態では、ポンプ４を停止する際に第２の開閉弁１２を開けた後、蒸発器５で熱媒体により加熱されてガス化した作動媒体は、バイパス流路１０を通って凝縮器３へと流れ、凝縮器３で冷却媒体により冷却されて液化されるので、この液状の作動媒体が所定量貯留されるまでの所定時間だけ第２の開閉弁１２を開けておくことにより、ポンプ４を起動する際には、ポンプ４に吸入される作動媒体にキャビテーションが発生する虞を低下することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る発電装置１００の構成を示している。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構成、作用及び効果については説明を省略する。
【００４７】
この第２実施形態に係る発電装置１００は、第１実施形態に係る発電装置１００の構成に加え、凝縮器３に、その内部の液面の高さを検知可能な液面計（レベルゲージ）１６が設けられている。また、制御装置２０における設定手段２１は、液面計（レベルゲージ）１６の所定値を、入力・表示手段を通して入力された値に設定するように、ＲＡＭに対して設定信号を出力する。そして、制御装置の判断部２４は、液面計（レベルゲージ）１６の検出値が予め設定手段２１で設定された所定の条件を満たすかどうか、すなわち、ＲＡＭに記憶された所定値に達したかどうかの判断を行う。
【００４８】
続いて、本実施形態の制御動作について説明する。ここでは、第１実施形態とは異なる停止時の制御動作について、図５を参照しつつ説明する。
【００４９】
本実施形態の発電装置１００では、ポンプ４の停止時において、図３に示した発電装置１００の停止時の制御動作でのタイマーを利用したステップＳＴ１２、ステップＳＴ１３を実行するのではなく、「レベルゲージの検出値はＨth以上かどうか（液面が、所定の液面高さに達したかどうか）」を判断するステップＳＴ１５を実行する。ここで、Ｈthは、実験、解析等により求められた値であって、制御装置２０の設定手段２１において予め設定された値である。
【００５０】
すなわち、第２実施形態に係る発電装置１００では、制御装置２０の入力・表示手段に操作がなされ停止指令が生成されると、制御手段２０の停止制御手段２３は、第１の開閉弁１１を閉じ、ポンプ４及び油ポンプ１７を停止するとともに（ステップＳＴ１０）、第２の開閉弁１２を開き第３の開閉弁１３を閉じる（ステップＳＴ１１）。なお、これらステップＳＴ１０及びステップＳＴ１１は、いずれの順で行われてもよく、全部が同時に行われてもよい。
【００５１】
その後、制御装置２０は、判断部２４において、液面計（レベルゲージ）１６の値が予め設定手段２１で設定した所定値Ｈthに達したかどうかを判断する（ステップＳＴ１５）。
【００５２】
そして、液面計（レベルゲージ）の値が所定値Ｈthに達するまではステップＳＴ１５を繰り返し、液面計（レベルゲージ）の値が所定値Ｈthに達したと判断されると、ステップＳＴ１５の判断がＹＥＳとなるので、ステップＳＴ１４に移行する。そして、制御装置２０からの制御信号に基づき、第２の開閉弁１２が閉じられ（ステップＳＴ１４）、停止の処理が終了する。
【００５３】
本実施形態においても、以上のポンプ４の停止時における作動媒体の挙動は第１実施形態と同じであるが、本実施形態では、液面計（レベルゲージ）１６の検出値に基づき、客観的に、ポンプ４の上流側の流路に液の状態の作動媒体が満たされているかどうかを判断している。このため、第１実施形態よりも確実に、ポンプ４の上流側の流路に液の状態の作動媒体が満たされている状況を確保でき、ポンプの起動時に、キャビテーションが発生する虞を更に低下させることができる。
【００５４】
（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係る発電装置１００の構成を示している。なお、第３実施形態では、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態及び第２実施形態と同じ構成、作用及び効果については説明を省略する。
【００５５】
この第３実施形態に係る発電装置１００は、第２実施形態に係る発電装置１００の構成に加え、循環流路６における凝縮器３とポンプ４との間に液タンク１６ａを有し、また、液面計（レベルゲージ）１６は、凝縮器３ではなく液タンク１６ａに設けられている。
【００５６】
また、本実施形態に係る発電装置１００のポンプ４の起動時及び停止時の制御動作は、第２の実施形態と同じである。
【００５７】
したがって、本実施形態においても、第１の実施形態よりも確実に、ポンプ４の上流側の流路に液の状態の作動媒体が満たされている状況を確保でき、ポンプの起動時に、キャビテーションが発生する虞を更に低下させることができる。さらに、本実施形態では液タンク１６ａを有しているため、第２の実施形態よりも多量の液体の作動媒体をポンプ４の上流側の流路に確保することができる。
【００５８】
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。
【００５９】
例えば、前記第１実施形態ないし第３実施形態において、熱媒体流路７及び冷却媒体流路８にそれぞれ開閉弁を設け、第２の開閉弁１２を開くとともにこれら流路７及び８の開閉弁を閉じるようにしてもよい。あるいは、ポンプ４の停止とともに、熱媒体流路７及び冷却媒体流路８の開閉弁を閉じるようにしてもよい。
【００６０】
また、膨張機１の種類によっては、油分離器２を省略することも可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 膨張機
１ｄ 吐出口
１ｓ 吸気口
３ 凝縮器（凝縮手段）
４ ポンプ
５ 蒸発器（蒸気発生手段）
６ 循環流路
７ 熱媒体流路
８ 冷却媒体流路
９ 発電機
１０ バイパス流路
１１ 第１の開閉弁
１２ 第２の開閉弁
１３ 第３の開閉弁
１６ 液面計
１６ａ 液タンク
２０ 制御装置（制御手段）
２１ 設定手段
２２ 起動制御手段
２３ 停止制御手段
２４ 判断部
１００ 発電装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギーの観点から、工場等の各種の設備からのいわゆる「排熱」を回収し、その回収された「排熱」のエネルギーを利用して発電を行なう発電装置へのニーズが高まっている。
【０００３】
そのような発電装置として、例えば特許文献１に開示されているような排熱発電装置が知られている。この特許文献１に開示された排熱発電装置は、作動流体の蒸発器と、作動流体蒸気に膨張仕事をさせるためのタービンと、作動流体蒸気を凝縮させるための凝縮器と、作動流体を循環させるための循環ポンプとが直列に接続された閉ループ状の循環流路を備えている。この循環流路では、作動流体が循環するときに熱サイクルが行われる一方、上記タービンで発電機を駆動する。なお、特にその排熱発電装置のなかでも、低沸点の作動媒体によってタービンや膨張機（エキスパンダ）を駆動するランキンサイクルを利用したバイナリー発電システムが知られている。
【０００４】
特許文献１に開示された排熱発電装置は、排熱を回収して作動媒体の高圧作動媒体蒸気を生成する蒸気発生器と、該高圧作動媒体蒸気を膨張させるタービンと、該タービンからの低圧蒸気を凝縮させる凝縮器と、作動媒体を循環させる作動媒体循環ポンプとを備えている。これら機器は作動媒体循環路によって接続されており、蒸気発生器とタービンとの間には気液分離器が配置されている。この気液分離器において作動媒体液から分離された作動媒体蒸気がタービンに導入される。
【０００５】
なお、上述した排熱発電装置においては、作動媒体を循環流路内で循環させるべく循環ポンプを配設することが必要であり、この循環ポンプには、当該循環ポンプよりも上流側に位置する凝縮器によって凝縮されて液化した作動媒体が吸入される。循環ポンプは液化された作動媒体を下流に位置する蒸気発生器に送出する役割を担う。
【０００６】
循環ポンプには、キャビテーションの発生を未然に防止するための方策が必要となる。キャビテーションは、流体機械において、その流体機械の内部を流れる媒体（液）の圧力が局部的に飽和蒸気圧に達することで、媒体が沸騰して小さな気泡が発生する現象である。この気泡が潰れる際には、その衝撃圧により流体機械の構成品に、いわゆるエロージョン（壊食）が発生する。例えば流体機械がターボ型流体機械であれば、その主要部品であるインペラ（羽根車）に損傷が生じる。循環ポンプにキャビテーションが生じた場合には、循環ポンプのメンテナンスのために、発電装置のシステム全体の運転を停止することが余儀なくされる。従って、循環ポンプでのキャビテーションの発生を未然に防止するための方策が重要となる。
【０００７】
特許文献１に開示された排熱発電装置には、上述した構成に加え、凝縮器から蒸気発生器に作動媒体を循環させる循環量を制御する循環量制御手段と、気液分離器内の分離液面を検出する液面検出器とが設けられている。気液分離器で分離された分離液（作動媒体）は流量制御手段を介して凝縮器に導かれ、また液面検出器によって検出される気液分離器内の分離液面が所定のレベルとなるように、循環量制御手段が作動媒体の循環量を制御している。
【０００８】
また、この排熱発電装置には、熱回収器が設けられている。熱回収器は、気液分離器から凝縮器に分離液を導く経路に設けられており、分離液と凝縮器から蒸気発生器に送られた作動媒体とで熱交換を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４５５７７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に開示された排熱発電装置においては、循環ポンプにおけるキャビテーションの発生を未然に防止するための方策が取られていないため、循環ポンプにおいてキャビテーションが発生する虞がある。
【００１１】
なお、キャビテーションの発生の防止するためには、循環ポンプの上流側の流路に液の状態の作動媒体が満たされていること、さらに望ましくは、上流側の流路に満たされている液の状態の作動媒体の量が所望される所定量以上であることが必要となる。しかしながら、特許文献１には、この排熱発電装置の停止方法、あるいは逆の起動方法について、格別の言及がない。したがって、排熱発電装置の停止方法、起動方法によっては、起動時に循環ポンプの上流側の流路に液の状態の作動媒体が満たされていない状況、あるいは上流側の流路に満たされている液の状態の作動媒体の量が所望される所定量に比して少ない状況が生じる。そうすると、循環ポンプにキャビテーションが発生する虞は更に高まってしまう。
【００１２】
そこで、本発明は、前記従来技術を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、構造が複雑化することを回避しつつ、作動媒体を循環させるポンプでのキャビテーションの発生を抑制し得る発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の目的を達成するため、本発明は、液体の作動媒体を熱媒体により加熱して蒸発させる蒸気発生手段と、気体の作動媒体を膨張させる膨張機と、前記気体の作動媒体を冷却媒体により冷却して凝縮させる凝縮手段と、作動媒体を循環させるポンプとが直列に接続された閉ループ状の循環流路と、前記膨張機と接続された発電機とを備え、前記膨張機で発生する動力が伝達されて前記発電機が駆動される発電装置であって、前記循環流路における前記蒸気発生手段と前記膨張機との間に設けられた第１の開閉弁と、前記循環流路における前記蒸気発生手段及び前記第１の開閉弁の間と、前記膨張機及び前記凝縮手段の間とを接続するバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられた第２の開閉弁と、前記循環流路における前記ポンプと前記蒸気発生手段との間に設けられた第３の開閉弁と、前記ポンプの起動及び停止、並びに各開閉弁の開閉の制御を行う制御手段とを有し、前記制御手段は、前記ポンプを停止する際には、前記ポンプを停止する制御信号と前記第１の開閉弁を閉じる制御信号と前記第２の開閉弁を開ける制御信号と前記第３の開閉弁を閉じる制御信号とを出力し、その後、所定の条件が満たされた場合に前記第２の開閉弁を閉じる制御信号を出力することを特徴とする発電装置を提供する。
【００１４】
本発明では、ポンプを停止する際に第２の開閉弁を開けた後、蒸気発生手段で熱媒体により加熱されてガス化した作動媒体は、バイパス流路を通って凝縮手段へと流れ、凝縮手段で冷却媒体により冷却されて液化されるので、この液状の作動媒体が所定量貯留されるまでの間第２の開閉弁を開けておくことにより、ポンプを起動する際において、ポンプの上流側の流路に液の状態の作動媒体が満たされている状況を確保でき、キャビテーションが発生する虞を低下させることができる。また、開閉弁を有したバイパス流路を循環流路に接続するだけであり、構造の複雑化を回避することができる。
【００１５】
また、本発明において、前記所定の条件が、前記第２の開閉弁を開けてから、前記循環流路における前記ポンプの上流側の流路に液体の作動媒体が所定量貯留されるまでの時間として、前記制御手段で予め設定された時間の経過であることが好ましい。
【００１６】
このようにすれば、発電機の駆動の際には、ポンプの上流側の流路に液体の作動媒体が満たされている状況を確保でき、キャビテーションが発生する虞を低下させることができる。
【００１７】
また、本発明において、前記凝縮器に設けられた液面計をさらに有し、この液面計は前記凝縮器の内部の液面の高さを検知可能であり、前記所定の条件が、前記液面計の値の所定値への到達であることが好ましい。
【００１８】
このようにすれば、液面計（レベルゲージ）の検出値により、客観的に、ポンプの上流側の流路に液体の作動媒体が満たされているかどうかを判断できるため、ポンプの上流側の流路に液の状態の作動媒体が満たされている状況の確保が容易となり、ポンプでのキャビテーションの発生の虞を更に低下させることができる。
【００１９】
また、本発明において、前記循環流路における前記凝縮機と前記ポンプとの間に設けられた液タンクと、この液タンクに設けられた液面計とをさらに有し、この液面計は前記液タンクの内部の液面の高さを検知可能であり、前記所定の条件が、前記液面計の値の所定値への到達であることが好ましい。
【００２０】
このようにすれば、液面計（レベルゲージ）の検出値により、客観的に、ポンプの上流側の流路に液体の作動媒体が満たされているかどうかを判断できるため、ポンプの上流側の流路に液の状態の作動媒体が満たされている状況の確保が容易となり、ポンプでのキャビテーションの発生の虞を更に低下させることができ、加えて、液タンクを有しているため、多量の液体の作動媒体をポンプの上流側の流路に確保することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明によれば、構造が複雑化することを回避しつつ、作動媒体を循環させるポンプでのキャビテーションの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発電装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】前記発電装置における起動時の動作を説明するためのフロー図である。
【図３】前記発電装置における停止時の動作を説明するためのフロー図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る発電装置の構成を概略的に示す図である。
【図５】前記発電装置における停止時の動作を説明するためのフロー図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る発電装置の構成を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る発電装置１００の構成を示している。
【００２５】
この発電装置１００は、膨張機１と、油分離器２と、凝縮器（凝縮手段）３と、作動媒体ポンプ４と、蒸発器（蒸気発生器、蒸気発生手段）５とが設けられた閉ループ状の循環流路６を備えている。この循環流路６には、作動媒体としてフロン系の媒体（例えばＲ２４５ｆａ）が封入されている。作動媒体として水よりも沸点の低い媒体が使用されており、本実施形態に係る発電装置１００は、バイナリー発電装置として構成されている。
【００２６】
膨張機１は、循環流路６における蒸発器５の下流側に配置されており、蒸発器５で蒸発した作動媒体（蒸気）を膨張させることによって作動媒体から運動エネルギーを取り出す。膨張機１は、例えばスクリュ膨張機によって構成されている。このスクリュ膨張機は、膨張機ケーシング内に形成されたロータ室（図示せず）に雌雄一対のスクリュロータ（図示せず）が収容されており、循環流路６を通じて吸気口１ｓから供給される作動媒体の膨張力によってスクリュロータを回転させるものである。そして、ロータ室内で膨張して圧力が低下した作動媒体は、吐出口１ｄから循環流路６へ排気される。
【００２７】
循環流路６における膨張機１と凝縮器３との間には、油分離器２が設けられており、油分離器２と膨張機１との間には、油ポンプ１７を有する油流路１８が設けられている。油分離器２は、膨張機１から作動媒体とともに排出された油を分離し、この分離した油を内部に貯蓄するものである。油分離器２内に貯蓄された油は、油流路１８を通して膨張機１の内部に供給される。膨張機１の内部に供給された油は、スクリュロータ間、及びスクリュロータとロータ室との間のシール材として機能し、作動媒体の膨張の効率を低下させないよう作用する。
【００２８】
膨張機１には発電機９が接続されており、膨張機１で発生する動力が発電機９に伝達されてこの発電機９が駆動される。発電機９は、発電機ケーシングの内部空間（図示せず）に固定子（図示せず）及び回転子（図示せず）が収容された構成となっている。回転子は、膨張機１のスクリュロータの軸と一体の軸を有しており、スクリュロータの回転に伴って回転することで、固定子の巻線に電力を発生させる。この膨張機１と発電機９とによって発電手段が構成されている。
【００２９】
凝縮器３は、循環流路６における膨張機１の下流側、より具体的には油分離器２の下流側に配置されており、膨張機１の吐出口１ｄから循環流路６に排出されて油が分離されたガス状の作動媒体が導入される。この凝縮器３では、作動媒体は、循環流路６とは別系統の冷却媒体流路８を流れる冷却媒体（例えば冷却水）との熱交換によって凝縮して液体状の作動媒体となる。すなわち、凝縮器３は、作動媒体が流れる流路と冷却媒体が流れる流路とを有しており、気体の作動媒体を冷却媒体との間で熱交換させることで、この作動媒体を凝縮させるものである。
【００３０】
液体となった作動媒体は、ポンプ４によって所定の圧力まで加圧され、蒸発器５に送出される。この蒸発器５では、作動媒体は、循環流路６とは別系統の熱媒体流路７を流れる熱媒体（例えば低圧蒸気）との熱交換によって加熱されて飽和蒸気（あるいは過熱蒸気）となる。すなわち、蒸発器５は、作動媒体が流れる流路と外部の熱源から供給される熱媒体が流れる流路とを有しており、液体状の作動媒体を熱媒体との間で熱交換させることで、この作動媒体を気化させて飽和蒸気（あるいは過熱蒸気）とするものである。そして、蒸発器５において飽和蒸気（あるいは過熱蒸気）となった作動媒体は、膨張機１に再供給される。
【００３１】
熱媒体流路７を介して蒸発器５に供給される熱媒体（加熱媒体）には、坑井（蒸気井）から採取された蒸気、工場等から排出された余剰の蒸気のほか、太陽熱を熱源とする集光器、バイオマスや化石燃料を熱源とするボイラー、その他の設備などから生成された蒸気などが想定される。一方、冷却媒体流路８を介して凝縮器３に供給される冷却媒体には、クーリングタワーで製造される冷却水などが想定される。
【００３２】
ポンプ４は、循環流路６内で作動媒体を循環させるために設けられるものであり、循環流路６における凝縮器３の下流側に配置されている。すなわち、ポンプ４は、循環流路６のうち凝縮器３と蒸発器５とを接続する流路に設けられていて、凝縮器３側の作動媒体（液）を吸入して蒸発器５側に吐出する。ポンプ４としては、インペラをロータとして備える遠心ポンプ、ロータが一対のギアからなるギアポンプ等が好ましく用いられる。
【００３３】
循環流路６における蒸発器５と膨張機１との間には、第１の開閉弁１１（Ｖ１）が設けられている。そして、循環流路６には、蒸発器５の下流側と凝縮器３の上流側とを接続、より詳細には、蒸発器５及び第１の開閉弁１１の間と、膨張機１及び凝縮器３の間とを接続するバイパス流路１０が設けられている。このバイパス流路１０には第２の開閉弁１２（Ｖ２）が設けられている。また、ポンプ４と蒸発器５との間の循環流路６には第３の開閉弁１３（Ｖ３）が設けられている。
【００３４】
循環流路６における凝縮器３の上流側であって、循環流路６とバイパス流路１０との接続する部位より更に上流側には、油分離器２から凝縮器３へ向かう流れのみを許容する逆止弁１４が設けられている。また、バイパス流路１０における第２の開閉弁１２よりも下流側には、蒸発器５の下流側から凝縮器３の上流側へ向かう流れのみを許容する逆止弁１５が設けられている。
【００３５】
発電装置１００は、制御装置（制御手段）２０を有している。この制御装置２０はタッチパネル等の入力・表示手段（図示せず）を備えている。また、制御装置２０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等を備えていて、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより所定の機能を発揮する。すなわち、制御装置２０には、その機能として設定手段２１、起動制御手段２２、停止制御手段２３、及び判断部２４が含まれる。
【００３６】
設定手段２１は、後述するタイマーの所定値を、入力・表示手段を通して入力された値に設定するように、ＲＡＭに対して設定信号を出力するものである。そして、ＲＡＭは、設定手段から送信される設定信号を受信して所定値を記憶する。起動制御手段２２は、入力・表示手段に操作がなされて起動指令が生成された際に、第１の開閉弁１１及び第３の開閉弁１３を開く制御信号と、油ポンプ１７及びポンプ４を起動する制御信号とを出力するものである。停止制御手段２３は、入力・表示手段に操作がなされて停止指令が生成された際に、第１の開閉弁１１を閉じる制御信号、油ポンプ１７及びポンプ４を停止する制御信号、第３の開閉弁１３を閉じる制御信号に加え、第２の開閉弁１２を開く制御信号を出力するものである。判断部２４は、起動指令が生成されてからの時間をカウントするタイマーを含み、このタイマーの値が予め設定手段２１で設定された所定の条件を満たすかどうか、すなわち、ＲＡＭに記憶された所定値に達したかどうかを判断するものである。
【００３７】
ここで、起動時の発電装置１００の制御動作を、図２を参照しつつ説明する。
【００３８】
制御装置２０の入力・表示手段に操作がなされ起動指令が生成されると、制御装置２０の起動制御手段２２は、第１の開閉弁１１及び第３の開閉弁１３を開くとともに（ステップＳＴ１及びステップＳＴ２）、油ポンプ１７及びポンプ４を起動する（ステップＳＴ３及びステップＳＴ４）。なお、これらステップＳＴ１からステップＳＴ４は、いずれの順で行われてもよく、全部が同時に行われてもよい。
【００３９】
これにより、ポンプ４から送出された液状の作動媒体は、蒸発器５において蒸発して飽和蒸気（あるいは過熱蒸気）となって膨張機１へ供給され、膨張機１で膨張する。その際、膨張機１から動力を得た発電機９が駆動される。そして、膨張機１から排出された作動媒体は凝縮器３で凝縮して液状となり、ポンプ４に吸入される。このようにして、循環流路６で作動媒体の循環が行われる。このとき、第２の開閉弁１２はノーマルクローズ形の開閉弁であり、起動時には閉じた状態となっているため、起動時にはバイパス流路１０に作動媒体は流通しない。
【００４０】
続いて、停止時の発電装置１００の制御動作を、図３を参照しつつ説明する。
【００４１】
制御装置２０の入力・表示手段に操作がなされ停止指令が生成されると、制御装置２０の停止制御手段２３は、第１の開閉弁１１を閉じ、ポンプ４及び油ポンプ１７を停止するとともに（ステップＳＴ１０）、第２の開閉弁１２を開き第３の開閉弁１３を閉じる（ステップＳＴ１１）。そして、制御装置２０の判断部２４のタイマーを起動する（ステップＳＴ１２）。なお、これらステップＳＴ１０からステップＳＴ１２は、いずれの順で行われてもよく、全部が同時に行われてもよい。
【００４２】
その後、制御装置２０は、判断部２４において、そのタイマーの値が予め設定手段２１で設定した所定値に達したかどうか（ポンプ４を停止し、第２の開閉弁１２を開くとともに第３の開閉弁１３を閉じてから、所定時間が経過したかどうか）を判断する（ステップＳＴ１３）。
【００４３】
そして、タイマーの値が所定値に達するまではステップＳＴ１３を繰り返し、タイマーの値が所定値に達したと判断されると、ステップＳＴ１３の判断がＹＥＳとなるので、ステップＳＴ１４に移行する。そして、制御装置２０からの制御信号に基づき、第２の開閉弁１２が閉じられ（ステップＳＴ１４）、停止の処理が終了する。
【００４４】
以上のポンプ４の停止時における作動媒体の挙動を以下に説明する。第１の開閉弁１１及び第３の開閉弁１３が閉じられるとともにポンプ４が停止されると（ステップＳＴ１０、ステップＳＴ１１）、循環流路６において凝縮器３の出口から蒸発器５の入り口に至る区間での作動媒体の流動が停止される。これにより、蒸発器５及び凝縮器３にはともに、ガス状の作動媒体及び液状の作動媒体が貯留された状態となる。このとき、熱媒体流路７には熱媒体が流れ続け、冷却媒体流路８には冷却媒体が流れ続ける。そのため、蒸発器５では、作動媒体が熱媒体によって加熱され続けることにより、蒸発器５内の液状の作動媒体が蒸発し続ける。その結果、蒸発器５内の圧力は飽和蒸気圧となり、例えば、蒸発器５内の作動媒体の温度が８０℃で、その圧力Ｐ１は０．７８９ＭＰａとなる。一方、凝縮器３では、作動媒体が冷却媒体によって冷却され続けるため、凝縮器３内のガス状の作動媒体は凝縮し続ける。そして、例えば、凝縮器３内の作動媒体の温度が２０℃で、その圧力Ｐ２は０．１２４ＭＰａとなる。このとき、第２の開閉弁１２が開けられているので（ステップＳＴ１１）、蒸発器５内の圧力と凝縮器３内の圧力との差圧により、蒸発器５内の主にガス状の作動媒体は、バイパス流路１０を通って凝縮器３へと流れ、凝縮器３内で凝縮する。また、第２の開閉弁１２は、予め設定された所定時間だけ開放されるため、この所定時間内に凝縮器３側には所定量の液体状の作動媒体が貯留されることになる。なお、この所定時間は、蒸発器５の大きさや、循環流路６におけるポンプ４から蒸発器５までの配管の径・体積などに依存して変化する。そして、この所定時間は、実験、解析等により求められた時間であって、種々の条件下で凝縮器３側に所定量の作動媒体が貯留されるまでの時間として、制御装置２０の設定手段２１において予め設定された時間である。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態では、ポンプ４を停止する際に第２の開閉弁１２を開けた後、蒸発器５で熱媒体により加熱されてガス化した作動媒体は、バイパス流路１０を通って凝縮器３へと流れ、凝縮器３で冷却媒体により冷却されて液化されるので、この液状の作動媒体が所定量貯留されるまでの所定時間だけ第２の開閉弁１２を開けておくことにより、ポンプ４を起動する際には、ポンプ４に吸入される作動媒体にキャビテーションが発生する虞を低下することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る発電装置１００の構成を示している。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構成、作用及び効果については説明を省略する。
【００４７】
この第２実施形態に係る発電装置１００は、第１実施形態に係る発電装置１００の構成に加え、凝縮器３に、その内部の液面の高さを検知可能な液面計（レベルゲージ）１６が設けられている。また、制御装置２０における設定手段２１は、液面計（レベルゲージ）１６の所定値を、入力・表示手段を通して入力された値に設定するように、ＲＡＭに対して設定信号を出力する。そして、制御装置の判断部２４は、液面計（レベルゲージ）１６の検出値が予め設定手段２１で設定された所定の条件を満たすかどうか、すなわち、ＲＡＭに記憶された所定値に達したかどうかの判断を行う。
【００４８】
続いて、本実施形態の制御動作について説明する。ここでは、第１実施形態とは異なる停止時の制御動作について、図５を参照しつつ説明する。
【００４９】
本実施形態の発電装置１００では、ポンプ４の停止時において、図３に示した発電装置１００の停止時の制御動作でのタイマーを利用したステップＳＴ１２、ステップＳＴ１３を実行するのではなく、「レベルゲージの検出値はＨth以上かどうか（液面が、所定の液面高さに達したかどうか）」を判断するステップＳＴ１５を実行する。ここで、Ｈthは、実験、解析等により求められた値であって、制御装置２０の設定手段２１において予め設定された値である。
【００５０】
すなわち、第２実施形態に係る発電装置１００では、制御装置２０の入力・表示手段に操作がなされ停止指令が生成されると、制御手段２０の停止制御手段２３は、第１の開閉弁１１を閉じ、ポンプ４及び油ポンプ１７を停止するとともに（ステップＳＴ１０）、第２の開閉弁１２を開き第３の開閉弁１３を閉じる（ステップＳＴ１１）。なお、これらステップＳＴ１０及びステップＳＴ１１は、いずれの順で行われてもよく、全部が同時に行われてもよい。
【００５１】
その後、制御装置２０は、判断部２４において、液面計（レベルゲージ）１６の値が予め設定手段２１で設定した所定値Ｈthに達したかどうかを判断する（ステップＳＴ１５）。
【００５２】
そして、液面計（レベルゲージ）の値が所定値Ｈthに達するまではステップＳＴ１５を繰り返し、液面計（レベルゲージ）の値が所定値Ｈthに達したと判断されると、ステップＳＴ１５の判断がＹＥＳとなるので、ステップＳＴ１４に移行する。そして、制御装置２０からの制御信号に基づき、第２の開閉弁１２が閉じられ（ステップＳＴ１４）、停止の処理が終了する。
【００５３】
本実施形態においても、以上のポンプ４の停止時における作動媒体の挙動は第１実施形態と同じであるが、本実施形態では、液面計（レベルゲージ）１６の検出値に基づき、客観的に、ポンプ４の上流側の流路に液の状態の作動媒体が満たされているかどうかを判断している。このため、第１実施形態よりも確実に、ポンプ４の上流側の流路に液の状態の作動媒体が満たされている状況を確保でき、ポンプの起動時に、キャビテーションが発生する虞を更に低下させることができる。
【００５４】
（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係る発電装置１００の構成を示している。なお、第３実施形態では、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態及び第２実施形態と同じ構成、作用及び効果については説明を省略する。
【００５５】
この第３実施形態に係る発電装置１００は、第２実施形態に係る発電装置１００の構成に加え、循環流路６における凝縮器３とポンプ４との間に液タンク１６ａを有し、また、液面計（レベルゲージ）１６は、凝縮器３ではなく液タンク１６ａに設けられている。
【００５６】
また、本実施形態に係る発電装置１００のポンプ４の起動時及び停止時の制御動作は、第２の実施形態と同じである。
【００５７】
したがって、本実施形態においても、第１の実施形態よりも確実に、ポンプ４の上流側の流路に液の状態の作動媒体が満たされている状況を確保でき、ポンプの起動時に、キャビテーションが発生する虞を更に低下させることができる。さらに、本実施形態では液タンク１６ａを有しているため、第２の実施形態よりも多量の液体の作動媒体をポンプ４の上流側の流路に確保することができる。
【００５８】
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。
【００５９】
例えば、前記第１実施形態ないし第３実施形態において、熱媒体流路７及び冷却媒体流路８にそれぞれ開閉弁を設け、第２の開閉弁１２を開くとともにこれら流路７及び８の開閉弁を閉じるようにしてもよい。あるいは、ポンプ４の停止とともに、熱媒体流路７及び冷却媒体流路８の開閉弁を閉じるようにしてもよい。
【００６０】
また、膨張機１の種類によっては、油分離器２を省略することも可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 膨張機
１ｄ 吐出口
１ｓ 吸気口
３ 凝縮器（凝縮手段）
４ ポンプ
５ 蒸発器（蒸気発生手段）
６ 循環流路
７ 熱媒体流路
８ 冷却媒体流路
９ 発電機
１０ バイパス流路
１１ 第１の開閉弁
１２ 第２の開閉弁
１３ 第３の開閉弁
１６ 液面計
１６ａ 液タンク
２０ 制御装置（制御手段）
２１ 設定手段
２２ 起動制御手段
２３ 停止制御手段
２４ 判断部
１００ 発電装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の作動媒体を熱媒体により加熱して蒸発させる蒸気発生手段と、気体の作動媒体を膨張させる膨張機と、前記気体の作動媒体を冷却媒体により冷却して凝縮させる凝縮手段と、作動媒体を循環させるポンプとが直列に接続された閉ループ状の循環流路と、前記膨張機と接続された発電機とを備え、前記膨張機で発生する動力が伝達されて前記発電機が駆動される発電装置であって、
前記循環流路における前記蒸気発生手段と前記膨張機との間に設けられた第１の開閉弁と、
前記循環流路における前記蒸気発生手段及び前記第１の開閉弁の間と、前記膨張機及び前記凝縮手段の間とを接続するバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられた第２の開閉弁と、
前記循環流路における前記ポンプと前記蒸気発生手段との間に設けられた第３の開閉弁と、
前記ポンプの起動及び停止、並びに各開閉弁の開閉の制御を行う制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記ポンプを停止する際には、前記ポンプを停止する制御信号と前記第１の開閉弁を閉じる制御信号と前記第２の開閉弁を開ける制御信号と前記第３の開閉弁を閉じる制御信号とを出力し、その後、所定の条件が満たされた場合に前記第２の開閉弁を閉じる制御信号を出力することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記所定の条件が、前記第２の開閉弁を開けてから、前記循環流路における前記ポンプの上流側の流路に液体の作動媒体が所定量貯留されるまでの時間として、前記制御手段で予め設定された時間の経過であることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記凝縮手段に設けられた液面計をさらに有し、この液面計は前記凝縮手段の内部の液面の高さを検知可能であり、
前記所定の条件が、前記液面計の値の所定値への到達であることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項４】
前記循環流路における前記凝縮手段と前記ポンプとの間に設けられた液タンクと、この液タンクに設けられた液面計とをさらに有し、この液面計は前記液タンクの内部の液面の高さを検知可能であり、
前記所定の条件が、前記液面計の値の所定値への到達であることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項１】
液体の作動媒体を熱媒体により加熱して蒸発させる蒸気発生手段と、気体の作動媒体を膨張させる膨張機と、前記気体の作動媒体を冷却媒体により冷却して凝縮させる凝縮手段と、作動媒体を循環させるポンプとが直列に接続された閉ループ状の循環流路と、前記膨張機と接続された発電機とを備え、前記膨張機で発生する動力が伝達されて前記発電機が駆動される発電装置であって、
前記循環流路における前記蒸気発生手段と前記膨張機との間に設けられた第１の開閉弁と、
前記循環流路における前記蒸気発生手段及び前記第１の開閉弁の間と、前記膨張機及び前記凝縮手段の間とを接続するバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられた第２の開閉弁と、
前記循環流路における前記ポンプと前記蒸気発生手段との間に設けられた第３の開閉弁と、
前記ポンプの起動及び停止、並びに各開閉弁の開閉の制御を行う制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記ポンプを停止する際には、前記ポンプを停止する制御信号と前記第１の開閉弁を閉じる制御信号と前記第２の開閉弁を開ける制御信号と前記第３の開閉弁を閉じる制御信号とを出力し、その後、所定の条件が満たされた場合に前記第２の開閉弁を閉じる制御信号を出力することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記所定の条件が、前記第２の開閉弁を開けてから、前記循環流路における前記ポンプの上流側の流路に液体の作動媒体が所定量貯留されるまでの時間として、前記制御手段で予め設定された時間の経過であることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記凝縮手段に設けられた液面計をさらに有し、この液面計は前記凝縮手段の内部の液面の高さを検知可能であり、
前記所定の条件が、前記液面計の値の所定値への到達であることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項４】
前記循環流路における前記凝縮手段と前記ポンプとの間に設けられた液タンクと、この液タンクに設けられた液面計とをさらに有し、この液面計は前記液タンクの内部の液面の高さを検知可能であり、
前記所定の条件が、前記液面計の値の所定値への到達であることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２５５４００（Ｐ２０１２−２５５４００Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２９４０９（Ｐ２０１１−１２９４０９）
【出願日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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