発電装置
【課題】作動媒体の流通の停止後、発電装置の運転の実質的な早期停止を可能とし、膨張機に逆スラスト力が負荷されることを回避する。
【解決手段】発電装置１は、開閉弁１５と、循環流路６において開閉弁１５と蒸発器２との間の部位とスクリュー膨張機３と凝縮器４との間の部位とを連通可能な均圧流路１７と、循環流路６において開閉弁１５とスクリュー膨張機３との間の部位とスクリュー膨張機３と凝縮器４との間の部位とを連通可能な膨張機バイパス流路１９と、運転停止時には、開閉弁１５を閉じる一方で作動媒体ポンプ５の停止以後に膨張機バイパス弁１８及び均圧弁１６を開放する制御を行い、起動時には、開閉弁１５を開放する一方で、作動媒体ポンプ５を駆動する前に膨張機バイパス弁１８及び均圧弁１６を閉じる制御を行うコントローラ２０と、を備える。
【解決手段】発電装置１は、開閉弁１５と、循環流路６において開閉弁１５と蒸発器２との間の部位とスクリュー膨張機３と凝縮器４との間の部位とを連通可能な均圧流路１７と、循環流路６において開閉弁１５とスクリュー膨張機３との間の部位とスクリュー膨張機３と凝縮器４との間の部位とを連通可能な膨張機バイパス流路１９と、運転停止時には、開閉弁１５を閉じる一方で作動媒体ポンプ５の停止以後に膨張機バイパス弁１８及び均圧弁１６を開放する制御を行い、起動時には、開閉弁１５を開放する一方で、作動媒体ポンプ５を駆動する前に膨張機バイパス弁１８及び均圧弁１６を閉じる制御を行うコントローラ２０と、を備える。
【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】
発電装置としては、水蒸気のフラッシュによって発電機を駆動するフラッシュ発電が広く導入されている。しかし、近年、省エネルギーの観点から、排熱回収等に利用するために、フラッシュ発電が利用できないような低温の熱によって発電できるシステム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、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）を駆動するために、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を直列に接続した閉ループ内で作動流体を循環させる熱サイクルであるランキンサイクルを利用したバイナリ発電システムがある。
【０００４】
例えば、特許文献１のバイナリ発電システムは、容積型の流体機械であるスクリュータービン（スクリュー膨張機、スクリュエキスパンダなどとも呼称する）をタービンに用い、ランキンサイクルによって、そのスクリュータービンを回して発電機を駆動するようにしたバイナリ発電装置である。
【０００５】
特許文献１のバイナリ発電システムでは、タービンに、容積型の流体機械であるスクリュータービンを用いている。このスクリュータービンの場合、スクリュータービンを構成する雌雄一対のスクリューロータの潤滑、シール等のために、潤滑油を混入させた状態の作動媒体をスクリュータービンに供給するための構成がよく採用されている。
【０００６】
なお、多くのバイナリ発電システムには、緊急の際等に対処すべく、循環流路（特許文献１にいう「作動媒体ループ」）中の作動媒体の循環を停止するための緊急遮断弁が備えられている。例えば、特許文献１のバイナリ発電システムでは、図１５に示すように、作動媒体ループにおいて、蒸発器（１２）からスクリュータービン（１４）に至る途中の部分に緊急遮断弁（Ｖ１）が設置されている。緊急遮断弁（Ｖ１）は一種の止弁であり、何らかの原因で圧力が設定値を越えたときに作動媒体ループを閉止する働きをするものである、とされている。
【０００７】
また、特許文献１のバイナリ発電システムでは、作動媒体ループの緊急遮断弁（Ｖ１）の上流側の部分と油セパレータ（１６）の下流側の部分とをバイパス管路（２８）で接続し、そのバイパス管路（２８）に圧力制御弁（Ｖ２）が設置されている。圧力制御弁（Ｖ２）は、スクリュータービン（１４）の上流側つまり入り口側の圧力を感知してその圧力が設定値を越えたとき、バイパス管路（２８）を通じて、スクリュータービン（１４）の上流側（入り口側）と下流側（出口側）とを連通させるものである、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０９−０８８５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記システムにおいて、緊急遮断弁（Ｖ１）によって作動媒体ループを閉止した後も、蒸発器（１２）に温水が供給されつづけると、スクリュータービン（１４）の上流側、より詳しくは緊急遮断弁（Ｖ１）よりも上流側の作動媒体ループでの作動媒体の温度が上昇し、圧力も上昇する。また、緊急遮断弁（Ｖ１）によって作動媒体ループを閉止した後も、凝縮器（１８）に冷水が供給されつづけると、スクリュータービン（１４）の下流側での作動媒体ループでの作動媒体の温度が下降し、圧力も下降する。
【００１０】
そして、その状態から緊急遮断弁（Ｖ１）を開放し、作動媒体ループの作動媒体の流通を再開（バイナリ発電システムを再起動）すると、スクリュータービン（１４）の上流側と下流側との間の過大な圧力差によって、スクリューロータが急加速して、軸受けの破損等の不具合を生じる虞がある。なお、作動媒体ループを閉止するとともに蒸発器（１２）への温水の供給を停止し、凝縮器（１８）への冷水の供給も停止すれば、スクリュータービン（１４）の上流側と下流側との間の圧力差を抑制することができるが、圧力差を全く無くすことは難しい。
【００１１】
特許文献１では、スクリュータービン（１４）の上流側つまり入り口側の圧力を感知してその圧力が設定値を越えたときに圧力制御弁（Ｖ２）を開放するため、バイパス管路（２８）を通じて、スクリュータービン（１４）の上流側（入り口側）と下流側（出口側）とを連通させることができる。このため、圧力制御弁（Ｖ２）を開放することにより、上述したようなスクリューロータの急加速、軸受けの破損などの不具合を生じる虞を抑制することができる。
【００１２】
しかしながら、緊急遮断弁（Ｖ１）によって作動媒体ループを閉止するとともに、圧力制御弁（Ｖ２）を開放して、バイパス管路（２８）を通じてスクリュータービン（１４）の上流側（入り口側）と下流側（出口側）とを連通させたとしても、緊急遮断弁（Ｖ１）とスクリュータービン（１４）の上流側（入り口側）との間に高圧の作動媒体が残留する。そのため、スクリュータービン（１４）を回転する力が発生するので、緊急遮断弁（Ｖ１）によって作動媒体ループを閉止しても、バイナリ発電システムの運転を即座に停止することができないという問題が残されている。
【００１３】
また、緊急遮断弁（Ｖ１）によって作動媒体ループを閉止すると、緊急遮断弁（Ｖ１）とスクリュタービン（１４）の上流側（入り口側）との間の作動媒体ループには、緊急遮断弁（Ｖ１）によって作動媒体ループを閉止した時点での圧力とほぼ同等の圧力の作動媒体が保持される。一方で、蒸発器（１２）に温水が供給されることにより発生した蒸気により、緊急遮断弁（Ｖ１）の上流側には前記圧力よりも高い圧力の作動媒体が保持されることになる。このため、バイパス管路（２８）を通じてスクリュータービン（１４）の上流側（入り口側）と下流側（出口側）とを連通させると、緊急遮断弁（Ｖ１）によって作動媒体ループを閉止した時点での圧力よりも若干高圧の作動媒体が、緊急遮断弁（Ｖ１）の上流側、より詳しくは、緊急遮断弁（Ｖ１）と蒸発器（１２）との間の作動媒体ループ、からスクリュータービン（１４）の下流側（出口側）に供給される。このため、緊急遮断弁（Ｖ１）とスクリュタービン（１４）の上流側（入り口側）との間の作動媒体ループと、スクリュータービン（１４）の下流側（出口側）の作動媒体ループとにおいて、圧力の高低が逆転する状態が生じ得る。
【００１４】
このように圧力の高低が逆転する状態では、スクリュータービン（１４）の下流側（出口側）から上流側（入り口側）に向けて、いわゆる逆スラスト力がスクリュータービン（１４）に負荷される。この逆スラスト力により、スクリュータービン（１４）を構成するスクリューロータの上流側（入り口側）の端面が、当該端面と相対するケーシングの面と接触したり、軸受けが破損したりするなどの新たな不具合を生じる虞がある。
【００１５】
そこで、本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、循環流路（作動媒体ループ）に介設された緊急遮断弁等の開閉弁を閉じて、作動媒体の流通を一旦停止した後、その開閉弁を開放して、循環流路（作動媒体ループ）での作動媒体の流通を再開（発電装置を再起動）したとしても、膨張機が急加速することがないようするとともに、作動媒体の流通の停止以後、発電装置の運転の実質的な早期停止を可能とし、更に膨張機に逆スラスト力が負荷されず、その膨張機に負荷される逆スラスト力に伴う不具合の発生を回避することのできる発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記の目的を達成するため、本発明は、作動媒体が流通する循環流路と、外部から供給される加熱媒体によって作動媒体を蒸発させる蒸発器と、蒸発した作動媒体が導入されることにより、発電機を回転駆動させる膨張機と、前記膨張機から排出された作動媒体が導入され、外部から供給される冷却媒体によって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前記蒸発器に再供給する作動媒体ポンプと、を備えた発電装置であって、前記循環流路における前記蒸発器と前記膨張機の入り口側との間の部位に配置された開閉弁と、均圧弁が設けられ、前記循環流路において、前記開閉弁と前記蒸発器との間の部位と、前記膨張機の出口側と前記凝縮器との間の部位とを連通可能な均圧流路と、膨張機バイパス弁が設けられ、前記循環流路において、前記開閉弁と前記膨張機の入り口側との間の部位と、前記膨張機の出口側と前記凝縮器との間の部位とを連通可能な膨張機バイパス流路と、運転停止時には、前記開閉弁を閉じる一方で前記作動媒体ポンプの停止以後に前記膨張機バイパス弁及び前記均圧弁を開放する制御を行い、起動時には、前記開閉弁を開放する一方で、前記作動媒体ポンプを駆動する以前に前記膨張機バイパス弁及び前記均圧弁を閉じる制御を行うコントローラと、を備えていることを特徴とする発電装置である。
【００１７】
この構成では、運転停止時において、コントローラは、蒸発器と膨張機の入り口側との間の循環流路に介設された開閉弁を閉じる一方で、作動媒体ポンプの停止以後に均圧弁と膨張機バイパス弁を開放する。このため、蒸発器から膨張機の入り口側までに亘る循環流路の圧力（つまり、開閉弁の前後における循環流路内の圧力）が、膨張機の出口側における循環流路内の圧力とほぼ等しくなる。この結果、膨張機が圧力差に起因して駆動し続けることを抑制でき、作動媒体の流通の停止以後、発電装置の運転を早期に実質的に停止させることが可能となる。また、膨張機の上流側（入り口側）の圧力と下流側（出口側）の圧力の高低が逆転する状態が生じることを回避できる。したがって、膨張機に負荷される逆スラスト力に伴う不具合の発生を回避することができる。また、起動時においては、開閉弁の開放する一方で、開放されていた均圧弁及び前記膨張機バイパス弁を閉じるため、作動媒体ポンプを駆動して作動媒体の流通を再開（バイナリ発電装置を再起動）する場合において、膨張機が急加速することを防止することもできる。
【００１８】
ここで、前記運転停止時において、前記作動媒体ポンプの停止以後において予め定められた時間が経過した場合に前記膨張機バイパス弁及び前記均圧弁を開放する制御を行ってもよい。
【００１９】
一方、前記循環流路に、前記蒸発器と前記開閉弁との間に蒸発圧力センサが設けられている場合には、前記運転停止時において、前記作動媒体ポンプの停止以後において前記蒸発圧力センサで検出された圧力が予め定められた上限値以上となった場合に前記膨張機バイパス弁及び前記均圧弁を開放する制御を行ってもよい。
【００２０】
この構成によれば、均圧弁を不必要に開放することがないため、膨張機に負荷される逆スラスト力に伴う不具合の発生を回避する効果をより一層確実なものとすることができる。
【００２１】
また、前記循環流路に、前記蒸発器と前記開閉弁との間に配置された蒸発圧力センサと、前記膨張機と前記凝縮器との間に配置された吐出圧力センサとが設けられている場合には、前記運転停止時において、前記作動媒体ポンプの停止以後において前記蒸発圧力センサで検出された圧力と前記吐出圧力センサで検出された圧力との差圧が予め定められた所定値以上となった場合に前記膨張機バイパス弁及び前記均圧弁を開放する制御を行ってもよい。
【００２２】
この構成では、均圧弁を不必要に開放することがないため、膨張機に負荷される逆スラスト力に伴う不具合の発生を回避する効果をより一層確実なものとすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、循環流路（作動媒体ループ）に介設された緊急遮断弁等の開閉弁を閉塞して、作動媒体の流通を一旦停止した以後、その開閉弁を開放して、循環流路（作動媒体ループ）での作動媒体の流通を再開（発電装置を再起動）したとしても、膨張機が急加速することがなく、しかも、作動媒体の流通の停止以後、発電装置の運転の実質的な早期停止を可能とし、更に膨張機に逆スラスト力が負荷されず、その膨張機に負荷される逆スラスト力に伴う不具合の発生を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発電装置の構成を示す図である。
【図２】前記発電装置の起動時における制御動作を説明するためのフロー図である。
【図３】前記発電装置の運転停止時における制御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示す図である。
【図５】図４に示した発電装置の起動時における制御動作を説明するためのフロー図である。
【図６】図４に示した発電装置の運転停止時における制御動作を説明するためのフロー図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る発電装置の構成を示す図である。
【図８】図７に示した発電装置の起動時における制御動作を説明するためのフロー図である。
【図９】図７に示した発電装置の運転停止時における制御動作を説明するためのフロー図である。
【図１０】本発明の第３実施形態の変形例に係る発電装置の起動時における制御動作を説明するためのフロー図である。
【図１１】本発明の第３実施形態の変形例に係る発電装置の運転停止時における制御動作を説明するためのフロー図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る発電装置の構成を示す図である。
【図１３】図１２に示した発電装置の起動時における制御動作を説明するためのフロー図である。
【図１４】図１２に示した発電装置の運転停止時における制御動作を説明するためのフロー図である。
【図１５】従来の発電装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態である発電装置１の構成を示している。発電装置１は、蒸発器２と、スクリュー膨張機３と、凝縮器４と、作動媒体ポンプ５とが設けられた循環流路６を備えたランキンサイクル熱機関である。この循環流路６には、作動媒体（例えばＲ２４５ｆａ等のフロン系熱媒体）が封入されている。
【００２７】
蒸発器２は、装置外部の熱源から供給される加熱媒体（例えば坑井から採取される蒸気やボイラで製造した蒸気）と作動媒体とを熱交換させて、作動媒体を蒸発させる熱交換器である。蒸発器２において蒸発した作動媒体は、循環流路６を通してスクリュー膨張機３に導入される。スクリュー膨張機３内では、作動媒体が膨張することにより、スクリューロータ（図示省略）が回転駆動される。スクリュー膨張機３で膨張して圧力が低下した状態で排出される作動媒体は、凝縮器４に導入される。凝縮器４は、装置外部の冷却源から供給される冷却媒体（例えば河川やクーリングタワーから供給される冷却水）と作動媒体とを熱交換することによって、作動媒体を冷却して凝縮させる熱交換器である。凝縮器４で凝縮して液体となった作動媒体は、作動媒体ポンプ５によって蒸発器２に再供給される。
【００２８】
スクリュー膨張機３の回転軸には、発電機７が接続されている。この発電機７が、スクリュー膨張機３の回転エネルギーを電気エネルギーに変換、つまり、発電をする。
【００２９】
この発電装置１では、上述のとおり、発電機７を駆動するための駆動機として、容積型の流体機械であるスクリュー膨張機３が用いられている。なお、本実施形態では、膨張機としてスクリュー膨張機が用いられているが、この構成に限られるものではなく、他の形態の膨張機を用いてもよい。
【００３０】
スクリュー膨張機３を構成する雌雄一対のスクリューロータ（図示せず）の潤滑、シール等のために、スクリュー膨張機３には、潤滑油が混入された作動媒体が供給されている。ただし、潤滑油を熱交換器たる凝縮器４や蒸発器２にまで供給してしまうと、熱交換の効率の低下等の不具合の発生に繋がりかねない。このため、この発電装置１では、スクリュー膨張機３の出口側に油セパレータ８が設けられている。そして、潤滑油を混入させた状態の作動媒体は、油セパレータ８によって、潤滑油と分離される。油セパレータ８にて作動媒体から分離された潤滑油は、油ポンプ９の介設された油供給路１０を介して、スクリュー膨張機３の入り側の近傍に供給される。
【００３１】
加熱媒体は、加熱媒体供給流路１１を通して蒸発器２に供給され、蒸発器２において作動媒体と熱交換される。加熱媒体は、蒸発器２を通じた後、更に、加熱媒体外排出流路１２を通じて、熱源に環流、或いは、外部で２次利用または廃棄される。
【００３２】
冷却媒体は、冷却媒体供給流路１３に供給され、凝縮器２を通じた後、更に、冷却媒体排出流路１４を通じて冷却源に環流または廃棄される。
【００３３】
循環流路６における、蒸発器２とスクリュー膨張機３の入り口側との間の流路には、開閉弁１５が設けられている。また、循環流路６には、均圧流路１７が接続されている。均圧流路１７は、一端部が開閉弁１５と蒸発器２との間の流路６ａに接続される一方、他端部がスクリュー膨張機３の出口側の流路６ｂ（スクリュー膨張機３と油セパレータ８との間の流路６ｂ）に接続されている。そして、均圧流路１７には、開閉弁からなる均圧弁１６が設けられている。すなわち、均圧流路１７は、均圧弁１６を開放することにより、循環流路６における開閉弁１５と蒸発器２との間の部位と、循環流路６におけるスクリュー膨張機３の出口側と凝縮器４（又は油セパレータ８）との間の部位とを連通させることができる。なお、均圧流路１７の前記他端部は、油セパレータ８と凝縮器４との間の流路に接続されていてもよく、あるいは、凝縮器内部の流路に接続されていてもよい。
【００３４】
循環流路６には、膨張機バイパス流路１９が接続されている。膨張機バイパス流路１９は、一端部が開閉弁１５とスクリュー膨張機３の入り口側との間の流路６ｃに接続され、他端部が均圧流路１７における均圧弁１６よりも下流側に接続されている。したがって、膨張機バイパス流路１９は、均圧流路１７を通してスクリュー膨張機３の出口側の流路６ｂに連通している。膨張機バイパス流路１９には、開閉弁からなる膨張機バイパス弁１８が設けられている。したがって、膨張機バイパス流路１９は、膨張機バイパス弁１８を開放することにより、循環流路６における開閉弁１５とスクリュー膨張機３の入り口側との間の部位と、循環流路６におけるスクリュー膨張機３の出口側と凝縮器４（又は油セパレータ８）との間の部位とを連通させることができる。そして、後述するように、この発電装置１は、開閉弁１５の開閉に応じて、均圧弁１６と膨張機バイパス弁１８を開閉するように構成されている。なお、膨張機バイパス流路１９の前記他端部は、均圧流路１７ではなく、スクリュー膨張機３の出口側の流路６ｂに接続されていてもよい。
【００３５】
本実施形態に係る発電装置１には、制御部であるコントローラ２０が設けられている。コントローラ２０は、大別すると、３つの部位に分けられる。まず、コントローラ２０は、キーボードや入力スイッチ等で構成される入力部２０ａを備える。さらに、コントローラ２０は、入力部２０ａ等から出力された入力信号を受信し、その入力信号に応じて演算を行い、適宜、発電装置１を構成するコントローラ２０以外の構成品や、後述の表示部２０ｃに対して制御信号を出力する演算部２０ｂを備える。そして、コントローラ２０は、演算部２０ｂからの出力に応じて、所定の表示（や場合によっては音声の出力）を行う出力部としての表示部２０ｃを備える。
【００３６】
コントローラ２０の演算部２０ｂは、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等を有し、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。この機能には、開閉弁１５、均圧弁１６、膨張機バイパス弁１８を開閉するための開閉制御手段が含まれている。より詳しく説明すると、コントローラ２０の演算部２０ｂは、発電装置１の操作者の操作に基づいて入力部２０ａ等から出力された入力信号や、コントローラ２０以外の構成品（各種センサ）からの入力信号に応じて、開閉弁１５、均圧弁１６及び膨張機バイパス弁１８を開閉するための出力信号を出力するように構成されている。
【００３７】
次に、本発電装置１の動作制御について、図２及び図３を参照しつつ説明する。図２は、起動時の発電装置１の動作制御を示すフロー図である。また、図３は、運転停止時の発電装置１の動作制御を示すフロー図である。
【００３８】
まず、起動時の発電装置１の制御動作について説明する。最初に、発電装置１の操作者によって起動のための操作（図示しない「起動スイッチ」の押し込みなど）がなされると、起動指令がコントローラ２０の入力部２０ａから演算部２０ｂに対して発信される（ステップＳｔ１）。
【００３９】
コントローラ２０の演算部２０ｂは、起動指令の入力を受けると、膨張機バイパス弁１８を開放するとともに、均圧弁１６を開放する（ステップＳｔ２）。続いて、タイマによって所定時間をカウントし（ステップＳｔ３）、当該所定時間が経過すると、開閉弁１５を開放する（ステップＳｔ４）。そして、膨張機バイパス弁１８を閉じるとともに、均圧弁１６を閉じる（ステップＳｔ５）。そして、最後に作動媒体ポンプ５を起動する（ステップＳｔ６）。
【００４０】
すなわち、この発電装置１は、起動時には、開閉弁１５を開放した（ステップＳｔ４）と同時、あるいはそれより後に、膨張機バイパス弁１８を閉じるとともに均圧弁１６を閉じる（ステップＳｔ５）よう構成されている。この開閉弁１５等の開閉操作は、作動媒体ポンプ５を起動する以前に行われる。
【００４１】
起動時においては、まず均圧弁１６及び膨張機バイパス弁１８を開放することにより、開閉弁１５よりも上流側（開閉弁１５と蒸発器２との間の流路６ａ）の圧力と開閉弁１５の下流側（開閉弁１５のスクリュー膨張機３の入口側との間の流路６ｃ）の圧力とを均圧させるとともに、スクリュー膨張機３の入口側の圧力（開閉弁１５の下流側の圧力）と膨張機３の出口側の流路６ｂの圧力とを均圧させる。これにより、作動媒体ポンプの起動時において、開閉弁１５が閉じられた状態で均圧流路１７の均圧弁１６が開放されたとしても、スクリュー膨張機３の入口側（開閉弁１５とスクリュー膨張機３の上流側（入口側）との間）よりも出口側の方の圧力が高くなる事態を回避することができる。また、スクリュー膨張機３の急加速を抑制することができる。
【００４２】
次に、図３を参照しつつ運転停止時の発電装置１の制御動作について説明する。運転停止時においてはまず、発電装置１の操作者によって運転停止のための操作（図示しない「停止スイッチ」の押し込みなど）がなされると、停止指令がコントローラ２０の入力部２０ａから演算部２０ｂに対して発信される（ステップＳｔ１１）。
【００４３】
コントローラ２０の演算部２０ｂは、停止指令の入力を受けると、作動媒体ポンプ５を停止する（ステップＳｔ１２）。続いて、開閉弁１５を閉じるとともに膨張機バイパス弁１８を開放する（ステップＳｔ１３）。そして、タイマによって予め定められた所定時間（場合によってはゼロ時間でもよい）をカウントし（ステップＳｔ１４）、当該所定時間が経過すると、最後に均圧弁１６を開放する（ステップＳｔ１５）。
【００４４】
このように、本発電装置１は、運転停止時において、開閉弁１５を閉じたと同時、あるいはそれよりも後に、膨張機バイパス弁１８を開放し（ステップＳｔ１３）、その後、均圧弁１６を開放する（ステップＳｔ１５）よう構成されている。
【００４５】
すなわち、作動媒体ポンプ５の停止時に、開閉弁１５からスクリュー膨張機３の入り口側までの間の流路６ｃに高圧の作動媒体が残った状態であると、開閉弁１５を閉じても、スクリュー膨張機３を回転させる力が働いてしまう。しかしながら、この発電装置１では、開閉弁１５を閉じるとともに（同時に）、膨張機バイパス弁１８を開放することにより、膨張機３の入り口側までの間の流路６ｃの圧力を下げ、その圧力と、膨張機３の出口側以降の流路６ｂの圧力とが同じ圧力になるようにしている。これによって、開閉弁１５を閉じた後にスクリュー膨張機３を回転させる力が生ずることを軽減することができる。すなわち、作動媒体の流通の停止以後、早期に発電装置１の運転の実質的な停止が可能となる。
【００４６】
また、起動時においては、開閉弁１５を開放する（ステップＳｔ４）よりも前に、膨張機バイパス弁１８を開放するとともに均圧弁１６の開放し（ステップＳｔ２）、更に、運転停止時においては、開閉弁１５を閉じると同時、あるいはそれよりも後に、膨張機バイパス弁１８を開放する（ステップＳｔ１３）とともに均圧弁１６を開放する（ステップＳｔ１５）ことにより、作動媒体ポンプ５を起動して作動媒体の流通を再開（バイナリ発電装置１を再起動）しても、スクリュー膨張機３が急加速することがなく、また膨張機３に逆スラスト力が負荷されない。このため、膨張機３に負荷される逆スラスト力に伴う不具合の発生を回避することができる。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態では、運転停止時において、コントローラ２０は、蒸発器２とスクリュー膨張機３の入り口側との間の循環流路６ａ，６ｃに介設された開閉弁１５を閉じる一方で、作動媒体ポンプ５の停止以後に均圧弁１６と膨張機バイパス弁１８を開放する。このため、蒸発器２からスクリュー膨張機３の入り口側までに亘る循環流路６ａ，６ｃの圧力（つまり、開閉弁１５の前後における循環流路内の圧力）が、スクリュー膨張機３の出口側における循環流路６ｂ内の圧力とほぼ等しくなる。この結果、作動媒体の流通の停止以後、発電装置１の運転を早期に実質的に停止させることが可能となり、また、スクリュー膨張機３の上流側（入り口側）の圧力と下流側（出口側）の圧力の高低が逆転する状態が生じることを回避できる。したがって、スクリュー膨張機３に負荷される逆スラスト力に伴う不具合の発生を回避することができる。また、起動時においては、開閉弁１５の開放する一方で、開放されていた均圧弁１６及び膨張機バイパス弁１８を閉じるため、作動媒体ポンプ５を駆動して作動媒体の流通を再開（バイナリ発電装置１を再起動）する場合において、スクリュー膨張機３が急加速することを防止することもできる。
【００４８】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態の発電装置１ａを示している。尚、これ以降の実施形態の説明では、先に説明した実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。
【００４９】
第２実施形態の発電装置１ａは、第１実施形態の発電装置１の構成に加えて、蒸発器２と開閉弁１５との間の流路６ａに設けられた圧力センサ（蒸発圧力センサ）２１を備える点で異なり、それ以外の点については、上述の発電装置１と同じ構成である。蒸発圧力センサ２１は、循環流路６における蒸発器２の下流側での作動媒体の圧力を検出するものであり、この蒸発圧力センサ２１により、蒸発器２での蒸発圧力を検出可能となっている。
【００５０】
この発電装置１ａのコントローラ２０は、後述するように、運転停止時において、蒸発圧力センサ２１で検出された圧力Ｐｖが所定の上限値Ｐｖ＿Ｈ以上の場合に、均圧弁１６を開放するように構成されている。
【００５１】
次に、図５及び図６を参照しつつ、この発電装置１ａの制御の内容について説明する。図５は、起動時における発電装置１ａの制御動作を示すフロー図である。また、図６は、運転停止時における発電装置１ａの制御動作を示すフロー図である。
【００５２】
まず、起動時の発電装置１ａの制御の内容について説明する。起動時における発電装置１ａの制御動作は、第１実施形態の発電装置１の起動時の制御動作と共通しているところが多いが、図５に示されているとおり、起動指令が出力された（ステップＳｔ１）後に分岐処理ステップ（ステップＳｔ７）が備えられている点で第１実施形態と異なる。分岐処理ステップ（ステップＳｔ７）では、蒸発圧力センサ２１で検出された圧力Ｐｖが所定の上限値Ｐｖ＿ｈ以上であるかどうかを判断する。
【００５３】
この分岐処理ステップ（ステップＳｔ７）でＹＥＳと判断されると、すなわち、圧力Ｐｖが所定の上限値Ｐｖ＿ｈ以上であると判断されると、膨張機バイパス弁１８を開放するとともに、均圧弁１６を開放し（ステップＳｔ２）、その後は、第１実施形態の発電装置１と同様の処理を行う。一方、分岐処理ステップ（ステップＳｔ７）でＮＯと判断されると、すなわち、圧力Ｐｖが所定の上限値Ｐｖ＿ｈよりも小であると判断されると、ステップＳｔ２やステップＳｔ３を行なわず、即座に開閉弁１５を開放する（ステップＳｔ４）。
【００５４】
運転停止時においては、第２実施形態の発電装置１ａの制御動作は、第１実施形態の発電装置１の制御動作と共通しているところが多いが、第２実施形態では、図６に示されているとおり、タイマによる所定時間の計時を行うステップ（ステップＳｔ１４）の後に分岐処理ステップ（ステップＳｔ１６）が備えられている点で第１実施形態と異なる。分岐処理ステップ（ステップＳｔ１６）では、蒸発圧力センサ２１で検出された圧力Ｐｖが所定の上限値Ｐｖ＿ｈ以上であるかどうかを判断する。
【００５５】
この分岐処理ステップ（ステップＳｔ１６）でＹＥＳと判断されると、すなわち、圧力Ｐｖが所定の上限値Ｐｖ＿ｈ以上であると判断されると、均圧弁１６を開放する（ステップＳｔ１５）。一方、分岐処理ステップ（ステップＳｔ１６）でＮＯと判断されると、すなわち、圧力Ｐｖが所定の上限値Ｐｖ＿ｈより小であると判断されると、ステップＳｔ１５に移行せず、この分岐処理ステップに戻る。
【００５６】
第２実施形態では、起動時において、圧力Ｐｖが所定の上限値Ｐｖ＿ｈよりも小であると判断されると、ステップＳｔ２，Ｓｔ３を行なわず、即座に開閉弁１５を開放（ステップＳｔ４）することができるので、起動を迅速化することができる。また、運転停止時においては、圧力Ｐｖが所定の上限値Ｐｖ＿ｈよりも小である間は、ステップＳｔ１５に移行せず、この分岐処理ステップを繰り返すように構成されているので、均圧弁１６を不必要に開放することがない。すなわち、逆スラスト力の荷重は均圧弁１６を開放することに起因するので、均圧弁１６を不必要に開放しないことによって、スクリュー膨張機３に負荷される逆スラスト力の発生を抑制し、それに伴う不具合の発生を回避する効果をより一層確実なものとすることができる。
【００５７】
（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態の発電装置１ｂを示している。
【００５８】
第３実施形態の発電装置１ｂは、第２実施形態の発電装置１ａの構成と多くの点で共通するが、上述の発電装置１ａの構成に加えて吐出圧力センサ２２が設けられている点で第２実施形態と異なる。吐出圧力センサ２２は、循環流路６における膨張機３と凝縮器４との間の流路６ｂに設けられている。
【００５９】
コントローラ２０の演算部２０ｂは、後述するように、運転停止時において、蒸発圧力センサ２１で検出された圧力Ｐｖと吐出圧力センサ２２で検出された圧力Ｐｄとの差圧ΔＰが、予め定められた所定値ΔＰＨ以上の場合に、均圧弁１６を開放するように構成されている。
【００６０】
次に、図８及び図９を参照しつつ、この発電装置１ｂの制御の内容について説明する。図８は、起動時における発電装置１ｂの制御動作を示すフロー図である。また、図９は、運転停止時における発電装置１ｂの制御動作を示すフロー図である。
【００６１】
まず、起動時の発電装置１ｂの制御の内容を説明する。起動時における発電装置１ｂの制御動作は、第２実施形態の発電装置１ａの起動時の制御動作と共通しているところが多いが、図８に示されているとおり、分岐処理ステップ（ステップＳｔ７）の代わりに、差圧ΔＰに基づく判断ステップ（ステップＳｔ８）が設けられている点で第２実施形態と異なる。判断ステップ（ステップＳｔ８）は、起動指令の出力ステップ（ステップＳｔ１）の後に実行されるステップであって、蒸発圧力センサ２１で検出された圧力Ｐｖと吐出圧力センサ２２で検出された圧力Ｐｄとの差圧ΔＰが所定値ΔＰＨ以上であるかどうかを判断するステップである。
【００６２】
この判断ステップ（ステップＳｔ８）でＹＥＳと判断されると、すなわち、差圧ΔＰが所定値ΔＰＨ以上であると判断されると、膨張機バイパス弁１８を開放するとともに、均圧弁１６を開放し（ステップＳｔ２）、その後は、第１実施形態や第２実施形態と同様の処理を行う。一方、判断ステップ（ステップＳｔ８）でＮＯと判断されると、すなわち、差圧ΔＰが所定値ΔＰＨよりも小であると判断されると、ステップＳｔ２，Ｓｔ３を行なわず、即座に開閉弁１５を開放する（ステップＳｔ４）。
【００６３】
運転停止時においては、第３実施形態の発電装置１ｂの制御動作は、第２実施形態の発電装置１ａの制御動作と共通しているところが多いが、図９に示されているとおり、タイマによる所定時間の計時を行うステップ（ステップＳｔ１４）の後に判断ステップ（ステップＳｔ１７）が設けられている点で、第２実施形態と異なる。判断ステップ（ステップＳｔ１７）では、蒸発圧力センサ２１で検出された圧力Ｐｖと吐出圧力センサ２２で検出された圧力Ｐｄとの差圧ΔＰが所定値ΔＰＨ以上であるかどうかを判断する。
【００６４】
この判断ステップ（ステップＳｔ１７）でＹＥＳと判断されると、すなわち、差圧ΔＰが所定値ΔＰＨ以上であると判断されると、均圧弁１６を開放する（ステップＳｔ１５）。一方、判断ステップ（ステップＳｔ１７）でＮＯと判断されると、すなわち、差圧ΔＰが所定値ＰＨよりも小であると判断されると、ステップＳｔ１５に移行せず、この判断ステップに戻る。
【００６５】
第３実施形態では、起動時において、差圧ΔＰが所定値ΔＰＨよりも小であると判断されると、ステップＳｔ２，Ｓｔ３を行なわず、即座に開閉弁１５を開放することができるので（ステップＳｔ４）、起動を迅速化することができる。また、運転停止時においては、差圧ΔＰが所定値ＰＨよりも小であると判断される間は、ステップＳｔ１５に移行せず、判断ステップを繰り返すように構成されているので、均圧弁１６を不必要に開放することがない。すなわち、逆スラスト力の荷重は均圧弁１６を開放することに起因するので、均圧弁１６を不必要に開放しないことによって、スクリュー膨張機３に負荷される逆スラスト力の発生を抑制し、それに伴う不具合の発生を回避する効果をより一層確実なものとすることができる。
【００６６】
ここで、第３実施形態に係る発電装置１ｂの別の制御例について、図１０及び図１１を参照しつつ説明する。図１０は、起動時における発電装置１ｂの制御動作を示すフロー図である。また、図１１は、運転停止時における発電装置１ｂの制御動作を示すフロー図である。
【００６７】
起動時においては、図１０に示すように、タイマによるカウント処理を行うステップ（ステップＳｔ３）と、開閉弁１５を開放する処理を行うステップ（ステップＳｔ４）との間に、蒸発圧力センサ２１で検出された圧力Ｐｖと吐出圧力センサ２２で検出された圧力Ｐｄとの差圧ΔＰが所定値ΔＰＨよりも小であるかどうかを判断する第２判断処理ステップ（ステップＳｔ９）が備えられている点で、図８に示したフロー図と相違する。
【００６８】
蒸発圧力センサ２１で検出された圧力Ｐｖと吐出圧力センサ２２で検出された圧力Ｐｄとの差圧ΔＰが所定値ΔＰＨよりも小であるかどうかを判断する第２判断処理ステップ（ステップＳｔ９）にて、ＹＥＳと判断されると、開閉弁１５を開放する処理を行うステップ（ステップＳｔ４）に移行し、その後は、図８に示したフロー図と同様の処理を行う。一方、第２判断処理ステップ（ステップＳｔ９）にて、ＮＯと判断されると、「膨張機バイパス弁、均圧弁が開の状態となっていない」旨か、「蒸発圧力センサか吐出圧力センサが異常である」旨の警報を、コントローラ１１の表示部１１ｃに発信する警報処理（ステップＳｔ１０）を行う。
【００６９】
この第２判断処理ステップ（ステップＳｔ９）の実行により、起動時においては、蒸発圧力センサ２１で検出された圧力Ｐｖと吐出圧力センサ２２で検出された圧力Ｐｄとの差圧ΔＰが所定値ΔＰＨよりも小である場合に限って、開放弁１５を開放することができるので、作動媒体の流通を再開（バイナリ発電装置１ｂを再起動）しても、スクリュー膨張機３が急加速することがないという効果をより一層確実なものとすることができる。
【００７０】
なお、運転停止時においては、図１１に示すように、図９に示した制御と同じ制御が実行される。
【００７１】
（第４実施形態）
図１２は、本発明の第４実施形態の発電装置１ｃを示している。
【００７２】
第４実施形態の発電装置１ｃは、第３実施形態の発電装置１ｂの構成と多くの点で共通するが、上述の発電装置１ｂの構成に加え、加熱媒体供給流路１１に開閉弁からなる加熱媒体供給弁２３が設けられている点で第３実施形態と異なり、また、膨張機バイパス流路１９の一端部が均圧流路１７に接続されるのではなくスクリュー膨張機３と油セパレータ８との間の流路６ｂに接続され、かつ、均圧流路１７の一方が、凝縮器４の内部の流路に接続される点でも第３実施形態と異なる。
【００７３】
次に、図１３及び図１４を参照しつつ、この発電装置１ｃの制御の内容について説明する。図１３は、起動時における発電装置１ｃの制御動作を示すフロー図である。また、図１４は、運転停止時における発電装置１ｃの制御動作を示すフロー図である。
【００７４】
まず、起動時の発電装置１ｃの制御の内容を説明する。起動時における発電装置１ｃの制御動作は、第３実施形態の発電装置１ｂの起動時の制御動作と共通しているところが多いが、図１３に示されているとおり、開閉弁１５を開放するステップ（ステップＳｔ４）の前に、加熱媒体供給弁２３を開放する処理を行うステップ（ステップＳｔ２０）が実行される点で、第３実施形態と異なる。
【００７５】
次いで、運転停止時の発電装置１ｃの制御の内容について説明する。運転停止時における発電装置１ｃの制御動作は、第３実施形態の発電装置１ｂの運転停止時の制御動作と共通しているところが多いが、図１４に示されているとおり、停止指令を出力する処理ステップ（ステップＳｔ１１）の後に、加熱媒体供給弁２３を閉じる処理を行うステップ（ステップＳｔ２１）が実行される点で、第３実施形態と異なる。
【００７６】
このように、運転停止時においては加熱媒体供給弁２３を閉じることによって、まず蒸発器２への加熱媒体の供給を停止し、蒸発器２の温度の上昇、ひいては、蒸発圧力センサ２１で検出される圧力Ｐｖの上昇を抑制することにより、発電装置１ｃの停止を円滑にすすめることができる。
【００７７】
また、均圧流路１７の一方を凝縮器４に直接つなぎこむことにより、配管を通じて作動媒体が油セパレータ８へ戻ることを防止することができる。すなわち、発電装置１の起動時において、加熱媒体供給弁２３を開放して（ステップＳｔ２０）、加熱媒体が蒸発器２に流れるようにした時に、蒸発器２で気化した作動媒体（液状態のものも含まれている）は、蒸発器２から凝縮器４へ移動するが、このとき、作動媒体が蒸発器２から油セパレータ８に移動することを回避することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１，１ａ，１ｂ 発電装置発電サイクル
２ 蒸発器
３ スクリュー膨張機
４ 凝縮器
５ 作動媒体ポンプ
６ 循環流路
７ 発電機
８ 油セパレータ
９ 油ポンプ
１０ 油供給路
１１ 加熱媒体供給流路
１２ 加熱媒体排出流路
１３ 冷却媒体供給流路
１４ 冷却媒体排出流路
１５ 開閉弁
１６ 均圧弁
１７ 均圧流路
１８ 膨張機バイパス弁
１９ 膨張機バイパス流路
２０ コントローラ
２１ 蒸発圧力センサ
２２ 吐出圧力センサ
２３ 加熱媒体供給弁
【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】
発電装置としては、水蒸気のフラッシュによって発電機を駆動するフラッシュ発電が広く導入されている。しかし、近年、省エネルギーの観点から、排熱回収等に利用するために、フラッシュ発電が利用できないような低温の熱によって発電できるシステム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、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）を駆動するために、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を直列に接続した閉ループ内で作動流体を循環させる熱サイクルであるランキンサイクルを利用したバイナリ発電システムがある。
【０００４】
例えば、特許文献１のバイナリ発電システムは、容積型の流体機械であるスクリュータービン（スクリュー膨張機、スクリュエキスパンダなどとも呼称する）をタービンに用い、ランキンサイクルによって、そのスクリュータービンを回して発電機を駆動するようにしたバイナリ発電装置である。
【０００５】
特許文献１のバイナリ発電システムでは、タービンに、容積型の流体機械であるスクリュータービンを用いている。このスクリュータービンの場合、スクリュータービンを構成する雌雄一対のスクリューロータの潤滑、シール等のために、潤滑油を混入させた状態の作動媒体をスクリュータービンに供給するための構成がよく採用されている。
【０００６】
なお、多くのバイナリ発電システムには、緊急の際等に対処すべく、循環流路（特許文献１にいう「作動媒体ループ」）中の作動媒体の循環を停止するための緊急遮断弁が備えられている。例えば、特許文献１のバイナリ発電システムでは、図１５に示すように、作動媒体ループにおいて、蒸発器（１２）からスクリュータービン（１４）に至る途中の部分に緊急遮断弁（Ｖ１）が設置されている。緊急遮断弁（Ｖ１）は一種の止弁であり、何らかの原因で圧力が設定値を越えたときに作動媒体ループを閉止する働きをするものである、とされている。
【０００７】
また、特許文献１のバイナリ発電システムでは、作動媒体ループの緊急遮断弁（Ｖ１）の上流側の部分と油セパレータ（１６）の下流側の部分とをバイパス管路（２８）で接続し、そのバイパス管路（２８）に圧力制御弁（Ｖ２）が設置されている。圧力制御弁（Ｖ２）は、スクリュータービン（１４）の上流側つまり入り口側の圧力を感知してその圧力が設定値を越えたとき、バイパス管路（２８）を通じて、スクリュータービン（１４）の上流側（入り口側）と下流側（出口側）とを連通させるものである、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０９−０８８５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記システムにおいて、緊急遮断弁（Ｖ１）によって作動媒体ループを閉止した後も、蒸発器（１２）に温水が供給されつづけると、スクリュータービン（１４）の上流側、より詳しくは緊急遮断弁（Ｖ１）よりも上流側の作動媒体ループでの作動媒体の温度が上昇し、圧力も上昇する。また、緊急遮断弁（Ｖ１）によって作動媒体ループを閉止した後も、凝縮器（１８）に冷水が供給されつづけると、スクリュータービン（１４）の下流側での作動媒体ループでの作動媒体の温度が下降し、圧力も下降する。
【００１０】
そして、その状態から緊急遮断弁（Ｖ１）を開放し、作動媒体ループの作動媒体の流通を再開（バイナリ発電システムを再起動）すると、スクリュータービン（１４）の上流側と下流側との間の過大な圧力差によって、スクリューロータが急加速して、軸受けの破損等の不具合を生じる虞がある。なお、作動媒体ループを閉止するとともに蒸発器（１２）への温水の供給を停止し、凝縮器（１８）への冷水の供給も停止すれば、スクリュータービン（１４）の上流側と下流側との間の圧力差を抑制することができるが、圧力差を全く無くすことは難しい。
【００１１】
特許文献１では、スクリュータービン（１４）の上流側つまり入り口側の圧力を感知してその圧力が設定値を越えたときに圧力制御弁（Ｖ２）を開放するため、バイパス管路（２８）を通じて、スクリュータービン（１４）の上流側（入り口側）と下流側（出口側）とを連通させることができる。このため、圧力制御弁（Ｖ２）を開放することにより、上述したようなスクリューロータの急加速、軸受けの破損などの不具合を生じる虞を抑制することができる。
【００１２】
しかしながら、緊急遮断弁（Ｖ１）によって作動媒体ループを閉止するとともに、圧力制御弁（Ｖ２）を開放して、バイパス管路（２８）を通じてスクリュータービン（１４）の上流側（入り口側）と下流側（出口側）とを連通させたとしても、緊急遮断弁（Ｖ１）とスクリュータービン（１４）の上流側（入り口側）との間に高圧の作動媒体が残留する。そのため、スクリュータービン（１４）を回転する力が発生するので、緊急遮断弁（Ｖ１）によって作動媒体ループを閉止しても、バイナリ発電システムの運転を即座に停止することができないという問題が残されている。
【００１３】
また、緊急遮断弁（Ｖ１）によって作動媒体ループを閉止すると、緊急遮断弁（Ｖ１）とスクリュタービン（１４）の上流側（入り口側）との間の作動媒体ループには、緊急遮断弁（Ｖ１）によって作動媒体ループを閉止した時点での圧力とほぼ同等の圧力の作動媒体が保持される。一方で、蒸発器（１２）に温水が供給されることにより発生した蒸気により、緊急遮断弁（Ｖ１）の上流側には前記圧力よりも高い圧力の作動媒体が保持されることになる。このため、バイパス管路（２８）を通じてスクリュータービン（１４）の上流側（入り口側）と下流側（出口側）とを連通させると、緊急遮断弁（Ｖ１）によって作動媒体ループを閉止した時点での圧力よりも若干高圧の作動媒体が、緊急遮断弁（Ｖ１）の上流側、より詳しくは、緊急遮断弁（Ｖ１）と蒸発器（１２）との間の作動媒体ループ、からスクリュータービン（１４）の下流側（出口側）に供給される。このため、緊急遮断弁（Ｖ１）とスクリュタービン（１４）の上流側（入り口側）との間の作動媒体ループと、スクリュータービン（１４）の下流側（出口側）の作動媒体ループとにおいて、圧力の高低が逆転する状態が生じ得る。
【００１４】
このように圧力の高低が逆転する状態では、スクリュータービン（１４）の下流側（出口側）から上流側（入り口側）に向けて、いわゆる逆スラスト力がスクリュータービン（１４）に負荷される。この逆スラスト力により、スクリュータービン（１４）を構成するスクリューロータの上流側（入り口側）の端面が、当該端面と相対するケーシングの面と接触したり、軸受けが破損したりするなどの新たな不具合を生じる虞がある。
【００１５】
そこで、本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、循環流路（作動媒体ループ）に介設された緊急遮断弁等の開閉弁を閉じて、作動媒体の流通を一旦停止した後、その開閉弁を開放して、循環流路（作動媒体ループ）での作動媒体の流通を再開（発電装置を再起動）したとしても、膨張機が急加速することがないようするとともに、作動媒体の流通の停止以後、発電装置の運転の実質的な早期停止を可能とし、更に膨張機に逆スラスト力が負荷されず、その膨張機に負荷される逆スラスト力に伴う不具合の発生を回避することのできる発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記の目的を達成するため、本発明は、作動媒体が流通する循環流路と、外部から供給される加熱媒体によって作動媒体を蒸発させる蒸発器と、蒸発した作動媒体が導入されることにより、発電機を回転駆動させる膨張機と、前記膨張機から排出された作動媒体が導入され、外部から供給される冷却媒体によって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前記蒸発器に再供給する作動媒体ポンプと、を備えた発電装置であって、前記循環流路における前記蒸発器と前記膨張機の入り口側との間の部位に配置された開閉弁と、均圧弁が設けられ、前記循環流路において、前記開閉弁と前記蒸発器との間の部位と、前記膨張機の出口側と前記凝縮器との間の部位とを連通可能な均圧流路と、膨張機バイパス弁が設けられ、前記循環流路において、前記開閉弁と前記膨張機の入り口側との間の部位と、前記膨張機の出口側と前記凝縮器との間の部位とを連通可能な膨張機バイパス流路と、運転停止時には、前記開閉弁を閉じる一方で前記作動媒体ポンプの停止以後に前記膨張機バイパス弁及び前記均圧弁を開放する制御を行い、起動時には、前記開閉弁を開放する一方で、前記作動媒体ポンプを駆動する以前に前記膨張機バイパス弁及び前記均圧弁を閉じる制御を行うコントローラと、を備えていることを特徴とする発電装置である。
【００１７】
この構成では、運転停止時において、コントローラは、蒸発器と膨張機の入り口側との間の循環流路に介設された開閉弁を閉じる一方で、作動媒体ポンプの停止以後に均圧弁と膨張機バイパス弁を開放する。このため、蒸発器から膨張機の入り口側までに亘る循環流路の圧力（つまり、開閉弁の前後における循環流路内の圧力）が、膨張機の出口側における循環流路内の圧力とほぼ等しくなる。この結果、膨張機が圧力差に起因して駆動し続けることを抑制でき、作動媒体の流通の停止以後、発電装置の運転を早期に実質的に停止させることが可能となる。また、膨張機の上流側（入り口側）の圧力と下流側（出口側）の圧力の高低が逆転する状態が生じることを回避できる。したがって、膨張機に負荷される逆スラスト力に伴う不具合の発生を回避することができる。また、起動時においては、開閉弁の開放する一方で、開放されていた均圧弁及び前記膨張機バイパス弁を閉じるため、作動媒体ポンプを駆動して作動媒体の流通を再開（バイナリ発電装置を再起動）する場合において、膨張機が急加速することを防止することもできる。
【００１８】
ここで、前記運転停止時において、前記作動媒体ポンプの停止以後において予め定められた時間が経過した場合に前記膨張機バイパス弁及び前記均圧弁を開放する制御を行ってもよい。
【００１９】
一方、前記循環流路に、前記蒸発器と前記開閉弁との間に蒸発圧力センサが設けられている場合には、前記運転停止時において、前記作動媒体ポンプの停止以後において前記蒸発圧力センサで検出された圧力が予め定められた上限値以上となった場合に前記膨張機バイパス弁及び前記均圧弁を開放する制御を行ってもよい。
【００２０】
この構成によれば、均圧弁を不必要に開放することがないため、膨張機に負荷される逆スラスト力に伴う不具合の発生を回避する効果をより一層確実なものとすることができる。
【００２１】
また、前記循環流路に、前記蒸発器と前記開閉弁との間に配置された蒸発圧力センサと、前記膨張機と前記凝縮器との間に配置された吐出圧力センサとが設けられている場合には、前記運転停止時において、前記作動媒体ポンプの停止以後において前記蒸発圧力センサで検出された圧力と前記吐出圧力センサで検出された圧力との差圧が予め定められた所定値以上となった場合に前記膨張機バイパス弁及び前記均圧弁を開放する制御を行ってもよい。
【００２２】
この構成では、均圧弁を不必要に開放することがないため、膨張機に負荷される逆スラスト力に伴う不具合の発生を回避する効果をより一層確実なものとすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、循環流路（作動媒体ループ）に介設された緊急遮断弁等の開閉弁を閉塞して、作動媒体の流通を一旦停止した以後、その開閉弁を開放して、循環流路（作動媒体ループ）での作動媒体の流通を再開（発電装置を再起動）したとしても、膨張機が急加速することがなく、しかも、作動媒体の流通の停止以後、発電装置の運転の実質的な早期停止を可能とし、更に膨張機に逆スラスト力が負荷されず、その膨張機に負荷される逆スラスト力に伴う不具合の発生を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発電装置の構成を示す図である。
【図２】前記発電装置の起動時における制御動作を説明するためのフロー図である。
【図３】前記発電装置の運転停止時における制御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示す図である。
【図５】図４に示した発電装置の起動時における制御動作を説明するためのフロー図である。
【図６】図４に示した発電装置の運転停止時における制御動作を説明するためのフロー図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る発電装置の構成を示す図である。
【図８】図７に示した発電装置の起動時における制御動作を説明するためのフロー図である。
【図９】図７に示した発電装置の運転停止時における制御動作を説明するためのフロー図である。
【図１０】本発明の第３実施形態の変形例に係る発電装置の起動時における制御動作を説明するためのフロー図である。
【図１１】本発明の第３実施形態の変形例に係る発電装置の運転停止時における制御動作を説明するためのフロー図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る発電装置の構成を示す図である。
【図１３】図１２に示した発電装置の起動時における制御動作を説明するためのフロー図である。
【図１４】図１２に示した発電装置の運転停止時における制御動作を説明するためのフロー図である。
【図１５】従来の発電装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態である発電装置１の構成を示している。発電装置１は、蒸発器２と、スクリュー膨張機３と、凝縮器４と、作動媒体ポンプ５とが設けられた循環流路６を備えたランキンサイクル熱機関である。この循環流路６には、作動媒体（例えばＲ２４５ｆａ等のフロン系熱媒体）が封入されている。
【００２７】
蒸発器２は、装置外部の熱源から供給される加熱媒体（例えば坑井から採取される蒸気やボイラで製造した蒸気）と作動媒体とを熱交換させて、作動媒体を蒸発させる熱交換器である。蒸発器２において蒸発した作動媒体は、循環流路６を通してスクリュー膨張機３に導入される。スクリュー膨張機３内では、作動媒体が膨張することにより、スクリューロータ（図示省略）が回転駆動される。スクリュー膨張機３で膨張して圧力が低下した状態で排出される作動媒体は、凝縮器４に導入される。凝縮器４は、装置外部の冷却源から供給される冷却媒体（例えば河川やクーリングタワーから供給される冷却水）と作動媒体とを熱交換することによって、作動媒体を冷却して凝縮させる熱交換器である。凝縮器４で凝縮して液体となった作動媒体は、作動媒体ポンプ５によって蒸発器２に再供給される。
【００２８】
スクリュー膨張機３の回転軸には、発電機７が接続されている。この発電機７が、スクリュー膨張機３の回転エネルギーを電気エネルギーに変換、つまり、発電をする。
【００２９】
この発電装置１では、上述のとおり、発電機７を駆動するための駆動機として、容積型の流体機械であるスクリュー膨張機３が用いられている。なお、本実施形態では、膨張機としてスクリュー膨張機が用いられているが、この構成に限られるものではなく、他の形態の膨張機を用いてもよい。
【００３０】
スクリュー膨張機３を構成する雌雄一対のスクリューロータ（図示せず）の潤滑、シール等のために、スクリュー膨張機３には、潤滑油が混入された作動媒体が供給されている。ただし、潤滑油を熱交換器たる凝縮器４や蒸発器２にまで供給してしまうと、熱交換の効率の低下等の不具合の発生に繋がりかねない。このため、この発電装置１では、スクリュー膨張機３の出口側に油セパレータ８が設けられている。そして、潤滑油を混入させた状態の作動媒体は、油セパレータ８によって、潤滑油と分離される。油セパレータ８にて作動媒体から分離された潤滑油は、油ポンプ９の介設された油供給路１０を介して、スクリュー膨張機３の入り側の近傍に供給される。
【００３１】
加熱媒体は、加熱媒体供給流路１１を通して蒸発器２に供給され、蒸発器２において作動媒体と熱交換される。加熱媒体は、蒸発器２を通じた後、更に、加熱媒体外排出流路１２を通じて、熱源に環流、或いは、外部で２次利用または廃棄される。
【００３２】
冷却媒体は、冷却媒体供給流路１３に供給され、凝縮器２を通じた後、更に、冷却媒体排出流路１４を通じて冷却源に環流または廃棄される。
【００３３】
循環流路６における、蒸発器２とスクリュー膨張機３の入り口側との間の流路には、開閉弁１５が設けられている。また、循環流路６には、均圧流路１７が接続されている。均圧流路１７は、一端部が開閉弁１５と蒸発器２との間の流路６ａに接続される一方、他端部がスクリュー膨張機３の出口側の流路６ｂ（スクリュー膨張機３と油セパレータ８との間の流路６ｂ）に接続されている。そして、均圧流路１７には、開閉弁からなる均圧弁１６が設けられている。すなわち、均圧流路１７は、均圧弁１６を開放することにより、循環流路６における開閉弁１５と蒸発器２との間の部位と、循環流路６におけるスクリュー膨張機３の出口側と凝縮器４（又は油セパレータ８）との間の部位とを連通させることができる。なお、均圧流路１７の前記他端部は、油セパレータ８と凝縮器４との間の流路に接続されていてもよく、あるいは、凝縮器内部の流路に接続されていてもよい。
【００３４】
循環流路６には、膨張機バイパス流路１９が接続されている。膨張機バイパス流路１９は、一端部が開閉弁１５とスクリュー膨張機３の入り口側との間の流路６ｃに接続され、他端部が均圧流路１７における均圧弁１６よりも下流側に接続されている。したがって、膨張機バイパス流路１９は、均圧流路１７を通してスクリュー膨張機３の出口側の流路６ｂに連通している。膨張機バイパス流路１９には、開閉弁からなる膨張機バイパス弁１８が設けられている。したがって、膨張機バイパス流路１９は、膨張機バイパス弁１８を開放することにより、循環流路６における開閉弁１５とスクリュー膨張機３の入り口側との間の部位と、循環流路６におけるスクリュー膨張機３の出口側と凝縮器４（又は油セパレータ８）との間の部位とを連通させることができる。そして、後述するように、この発電装置１は、開閉弁１５の開閉に応じて、均圧弁１６と膨張機バイパス弁１８を開閉するように構成されている。なお、膨張機バイパス流路１９の前記他端部は、均圧流路１７ではなく、スクリュー膨張機３の出口側の流路６ｂに接続されていてもよい。
【００３５】
本実施形態に係る発電装置１には、制御部であるコントローラ２０が設けられている。コントローラ２０は、大別すると、３つの部位に分けられる。まず、コントローラ２０は、キーボードや入力スイッチ等で構成される入力部２０ａを備える。さらに、コントローラ２０は、入力部２０ａ等から出力された入力信号を受信し、その入力信号に応じて演算を行い、適宜、発電装置１を構成するコントローラ２０以外の構成品や、後述の表示部２０ｃに対して制御信号を出力する演算部２０ｂを備える。そして、コントローラ２０は、演算部２０ｂからの出力に応じて、所定の表示（や場合によっては音声の出力）を行う出力部としての表示部２０ｃを備える。
【００３６】
コントローラ２０の演算部２０ｂは、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等を有し、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。この機能には、開閉弁１５、均圧弁１６、膨張機バイパス弁１８を開閉するための開閉制御手段が含まれている。より詳しく説明すると、コントローラ２０の演算部２０ｂは、発電装置１の操作者の操作に基づいて入力部２０ａ等から出力された入力信号や、コントローラ２０以外の構成品（各種センサ）からの入力信号に応じて、開閉弁１５、均圧弁１６及び膨張機バイパス弁１８を開閉するための出力信号を出力するように構成されている。
【００３７】
次に、本発電装置１の動作制御について、図２及び図３を参照しつつ説明する。図２は、起動時の発電装置１の動作制御を示すフロー図である。また、図３は、運転停止時の発電装置１の動作制御を示すフロー図である。
【００３８】
まず、起動時の発電装置１の制御動作について説明する。最初に、発電装置１の操作者によって起動のための操作（図示しない「起動スイッチ」の押し込みなど）がなされると、起動指令がコントローラ２０の入力部２０ａから演算部２０ｂに対して発信される（ステップＳｔ１）。
【００３９】
コントローラ２０の演算部２０ｂは、起動指令の入力を受けると、膨張機バイパス弁１８を開放するとともに、均圧弁１６を開放する（ステップＳｔ２）。続いて、タイマによって所定時間をカウントし（ステップＳｔ３）、当該所定時間が経過すると、開閉弁１５を開放する（ステップＳｔ４）。そして、膨張機バイパス弁１８を閉じるとともに、均圧弁１６を閉じる（ステップＳｔ５）。そして、最後に作動媒体ポンプ５を起動する（ステップＳｔ６）。
【００４０】
すなわち、この発電装置１は、起動時には、開閉弁１５を開放した（ステップＳｔ４）と同時、あるいはそれより後に、膨張機バイパス弁１８を閉じるとともに均圧弁１６を閉じる（ステップＳｔ５）よう構成されている。この開閉弁１５等の開閉操作は、作動媒体ポンプ５を起動する以前に行われる。
【００４１】
起動時においては、まず均圧弁１６及び膨張機バイパス弁１８を開放することにより、開閉弁１５よりも上流側（開閉弁１５と蒸発器２との間の流路６ａ）の圧力と開閉弁１５の下流側（開閉弁１５のスクリュー膨張機３の入口側との間の流路６ｃ）の圧力とを均圧させるとともに、スクリュー膨張機３の入口側の圧力（開閉弁１５の下流側の圧力）と膨張機３の出口側の流路６ｂの圧力とを均圧させる。これにより、作動媒体ポンプの起動時において、開閉弁１５が閉じられた状態で均圧流路１７の均圧弁１６が開放されたとしても、スクリュー膨張機３の入口側（開閉弁１５とスクリュー膨張機３の上流側（入口側）との間）よりも出口側の方の圧力が高くなる事態を回避することができる。また、スクリュー膨張機３の急加速を抑制することができる。
【００４２】
次に、図３を参照しつつ運転停止時の発電装置１の制御動作について説明する。運転停止時においてはまず、発電装置１の操作者によって運転停止のための操作（図示しない「停止スイッチ」の押し込みなど）がなされると、停止指令がコントローラ２０の入力部２０ａから演算部２０ｂに対して発信される（ステップＳｔ１１）。
【００４３】
コントローラ２０の演算部２０ｂは、停止指令の入力を受けると、作動媒体ポンプ５を停止する（ステップＳｔ１２）。続いて、開閉弁１５を閉じるとともに膨張機バイパス弁１８を開放する（ステップＳｔ１３）。そして、タイマによって予め定められた所定時間（場合によってはゼロ時間でもよい）をカウントし（ステップＳｔ１４）、当該所定時間が経過すると、最後に均圧弁１６を開放する（ステップＳｔ１５）。
【００４４】
このように、本発電装置１は、運転停止時において、開閉弁１５を閉じたと同時、あるいはそれよりも後に、膨張機バイパス弁１８を開放し（ステップＳｔ１３）、その後、均圧弁１６を開放する（ステップＳｔ１５）よう構成されている。
【００４５】
すなわち、作動媒体ポンプ５の停止時に、開閉弁１５からスクリュー膨張機３の入り口側までの間の流路６ｃに高圧の作動媒体が残った状態であると、開閉弁１５を閉じても、スクリュー膨張機３を回転させる力が働いてしまう。しかしながら、この発電装置１では、開閉弁１５を閉じるとともに（同時に）、膨張機バイパス弁１８を開放することにより、膨張機３の入り口側までの間の流路６ｃの圧力を下げ、その圧力と、膨張機３の出口側以降の流路６ｂの圧力とが同じ圧力になるようにしている。これによって、開閉弁１５を閉じた後にスクリュー膨張機３を回転させる力が生ずることを軽減することができる。すなわち、作動媒体の流通の停止以後、早期に発電装置１の運転の実質的な停止が可能となる。
【００４６】
また、起動時においては、開閉弁１５を開放する（ステップＳｔ４）よりも前に、膨張機バイパス弁１８を開放するとともに均圧弁１６の開放し（ステップＳｔ２）、更に、運転停止時においては、開閉弁１５を閉じると同時、あるいはそれよりも後に、膨張機バイパス弁１８を開放する（ステップＳｔ１３）とともに均圧弁１６を開放する（ステップＳｔ１５）ことにより、作動媒体ポンプ５を起動して作動媒体の流通を再開（バイナリ発電装置１を再起動）しても、スクリュー膨張機３が急加速することがなく、また膨張機３に逆スラスト力が負荷されない。このため、膨張機３に負荷される逆スラスト力に伴う不具合の発生を回避することができる。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態では、運転停止時において、コントローラ２０は、蒸発器２とスクリュー膨張機３の入り口側との間の循環流路６ａ，６ｃに介設された開閉弁１５を閉じる一方で、作動媒体ポンプ５の停止以後に均圧弁１６と膨張機バイパス弁１８を開放する。このため、蒸発器２からスクリュー膨張機３の入り口側までに亘る循環流路６ａ，６ｃの圧力（つまり、開閉弁１５の前後における循環流路内の圧力）が、スクリュー膨張機３の出口側における循環流路６ｂ内の圧力とほぼ等しくなる。この結果、作動媒体の流通の停止以後、発電装置１の運転を早期に実質的に停止させることが可能となり、また、スクリュー膨張機３の上流側（入り口側）の圧力と下流側（出口側）の圧力の高低が逆転する状態が生じることを回避できる。したがって、スクリュー膨張機３に負荷される逆スラスト力に伴う不具合の発生を回避することができる。また、起動時においては、開閉弁１５の開放する一方で、開放されていた均圧弁１６及び膨張機バイパス弁１８を閉じるため、作動媒体ポンプ５を駆動して作動媒体の流通を再開（バイナリ発電装置１を再起動）する場合において、スクリュー膨張機３が急加速することを防止することもできる。
【００４８】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態の発電装置１ａを示している。尚、これ以降の実施形態の説明では、先に説明した実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。
【００４９】
第２実施形態の発電装置１ａは、第１実施形態の発電装置１の構成に加えて、蒸発器２と開閉弁１５との間の流路６ａに設けられた圧力センサ（蒸発圧力センサ）２１を備える点で異なり、それ以外の点については、上述の発電装置１と同じ構成である。蒸発圧力センサ２１は、循環流路６における蒸発器２の下流側での作動媒体の圧力を検出するものであり、この蒸発圧力センサ２１により、蒸発器２での蒸発圧力を検出可能となっている。
【００５０】
この発電装置１ａのコントローラ２０は、後述するように、運転停止時において、蒸発圧力センサ２１で検出された圧力Ｐｖが所定の上限値Ｐｖ＿Ｈ以上の場合に、均圧弁１６を開放するように構成されている。
【００５１】
次に、図５及び図６を参照しつつ、この発電装置１ａの制御の内容について説明する。図５は、起動時における発電装置１ａの制御動作を示すフロー図である。また、図６は、運転停止時における発電装置１ａの制御動作を示すフロー図である。
【００５２】
まず、起動時の発電装置１ａの制御の内容について説明する。起動時における発電装置１ａの制御動作は、第１実施形態の発電装置１の起動時の制御動作と共通しているところが多いが、図５に示されているとおり、起動指令が出力された（ステップＳｔ１）後に分岐処理ステップ（ステップＳｔ７）が備えられている点で第１実施形態と異なる。分岐処理ステップ（ステップＳｔ７）では、蒸発圧力センサ２１で検出された圧力Ｐｖが所定の上限値Ｐｖ＿ｈ以上であるかどうかを判断する。
【００５３】
この分岐処理ステップ（ステップＳｔ７）でＹＥＳと判断されると、すなわち、圧力Ｐｖが所定の上限値Ｐｖ＿ｈ以上であると判断されると、膨張機バイパス弁１８を開放するとともに、均圧弁１６を開放し（ステップＳｔ２）、その後は、第１実施形態の発電装置１と同様の処理を行う。一方、分岐処理ステップ（ステップＳｔ７）でＮＯと判断されると、すなわち、圧力Ｐｖが所定の上限値Ｐｖ＿ｈよりも小であると判断されると、ステップＳｔ２やステップＳｔ３を行なわず、即座に開閉弁１５を開放する（ステップＳｔ４）。
【００５４】
運転停止時においては、第２実施形態の発電装置１ａの制御動作は、第１実施形態の発電装置１の制御動作と共通しているところが多いが、第２実施形態では、図６に示されているとおり、タイマによる所定時間の計時を行うステップ（ステップＳｔ１４）の後に分岐処理ステップ（ステップＳｔ１６）が備えられている点で第１実施形態と異なる。分岐処理ステップ（ステップＳｔ１６）では、蒸発圧力センサ２１で検出された圧力Ｐｖが所定の上限値Ｐｖ＿ｈ以上であるかどうかを判断する。
【００５５】
この分岐処理ステップ（ステップＳｔ１６）でＹＥＳと判断されると、すなわち、圧力Ｐｖが所定の上限値Ｐｖ＿ｈ以上であると判断されると、均圧弁１６を開放する（ステップＳｔ１５）。一方、分岐処理ステップ（ステップＳｔ１６）でＮＯと判断されると、すなわち、圧力Ｐｖが所定の上限値Ｐｖ＿ｈより小であると判断されると、ステップＳｔ１５に移行せず、この分岐処理ステップに戻る。
【００５６】
第２実施形態では、起動時において、圧力Ｐｖが所定の上限値Ｐｖ＿ｈよりも小であると判断されると、ステップＳｔ２，Ｓｔ３を行なわず、即座に開閉弁１５を開放（ステップＳｔ４）することができるので、起動を迅速化することができる。また、運転停止時においては、圧力Ｐｖが所定の上限値Ｐｖ＿ｈよりも小である間は、ステップＳｔ１５に移行せず、この分岐処理ステップを繰り返すように構成されているので、均圧弁１６を不必要に開放することがない。すなわち、逆スラスト力の荷重は均圧弁１６を開放することに起因するので、均圧弁１６を不必要に開放しないことによって、スクリュー膨張機３に負荷される逆スラスト力の発生を抑制し、それに伴う不具合の発生を回避する効果をより一層確実なものとすることができる。
【００５７】
（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態の発電装置１ｂを示している。
【００５８】
第３実施形態の発電装置１ｂは、第２実施形態の発電装置１ａの構成と多くの点で共通するが、上述の発電装置１ａの構成に加えて吐出圧力センサ２２が設けられている点で第２実施形態と異なる。吐出圧力センサ２２は、循環流路６における膨張機３と凝縮器４との間の流路６ｂに設けられている。
【００５９】
コントローラ２０の演算部２０ｂは、後述するように、運転停止時において、蒸発圧力センサ２１で検出された圧力Ｐｖと吐出圧力センサ２２で検出された圧力Ｐｄとの差圧ΔＰが、予め定められた所定値ΔＰＨ以上の場合に、均圧弁１６を開放するように構成されている。
【００６０】
次に、図８及び図９を参照しつつ、この発電装置１ｂの制御の内容について説明する。図８は、起動時における発電装置１ｂの制御動作を示すフロー図である。また、図９は、運転停止時における発電装置１ｂの制御動作を示すフロー図である。
【００６１】
まず、起動時の発電装置１ｂの制御の内容を説明する。起動時における発電装置１ｂの制御動作は、第２実施形態の発電装置１ａの起動時の制御動作と共通しているところが多いが、図８に示されているとおり、分岐処理ステップ（ステップＳｔ７）の代わりに、差圧ΔＰに基づく判断ステップ（ステップＳｔ８）が設けられている点で第２実施形態と異なる。判断ステップ（ステップＳｔ８）は、起動指令の出力ステップ（ステップＳｔ１）の後に実行されるステップであって、蒸発圧力センサ２１で検出された圧力Ｐｖと吐出圧力センサ２２で検出された圧力Ｐｄとの差圧ΔＰが所定値ΔＰＨ以上であるかどうかを判断するステップである。
【００６２】
この判断ステップ（ステップＳｔ８）でＹＥＳと判断されると、すなわち、差圧ΔＰが所定値ΔＰＨ以上であると判断されると、膨張機バイパス弁１８を開放するとともに、均圧弁１６を開放し（ステップＳｔ２）、その後は、第１実施形態や第２実施形態と同様の処理を行う。一方、判断ステップ（ステップＳｔ８）でＮＯと判断されると、すなわち、差圧ΔＰが所定値ΔＰＨよりも小であると判断されると、ステップＳｔ２，Ｓｔ３を行なわず、即座に開閉弁１５を開放する（ステップＳｔ４）。
【００６３】
運転停止時においては、第３実施形態の発電装置１ｂの制御動作は、第２実施形態の発電装置１ａの制御動作と共通しているところが多いが、図９に示されているとおり、タイマによる所定時間の計時を行うステップ（ステップＳｔ１４）の後に判断ステップ（ステップＳｔ１７）が設けられている点で、第２実施形態と異なる。判断ステップ（ステップＳｔ１７）では、蒸発圧力センサ２１で検出された圧力Ｐｖと吐出圧力センサ２２で検出された圧力Ｐｄとの差圧ΔＰが所定値ΔＰＨ以上であるかどうかを判断する。
【００６４】
この判断ステップ（ステップＳｔ１７）でＹＥＳと判断されると、すなわち、差圧ΔＰが所定値ΔＰＨ以上であると判断されると、均圧弁１６を開放する（ステップＳｔ１５）。一方、判断ステップ（ステップＳｔ１７）でＮＯと判断されると、すなわち、差圧ΔＰが所定値ＰＨよりも小であると判断されると、ステップＳｔ１５に移行せず、この判断ステップに戻る。
【００６５】
第３実施形態では、起動時において、差圧ΔＰが所定値ΔＰＨよりも小であると判断されると、ステップＳｔ２，Ｓｔ３を行なわず、即座に開閉弁１５を開放することができるので（ステップＳｔ４）、起動を迅速化することができる。また、運転停止時においては、差圧ΔＰが所定値ＰＨよりも小であると判断される間は、ステップＳｔ１５に移行せず、判断ステップを繰り返すように構成されているので、均圧弁１６を不必要に開放することがない。すなわち、逆スラスト力の荷重は均圧弁１６を開放することに起因するので、均圧弁１６を不必要に開放しないことによって、スクリュー膨張機３に負荷される逆スラスト力の発生を抑制し、それに伴う不具合の発生を回避する効果をより一層確実なものとすることができる。
【００６６】
ここで、第３実施形態に係る発電装置１ｂの別の制御例について、図１０及び図１１を参照しつつ説明する。図１０は、起動時における発電装置１ｂの制御動作を示すフロー図である。また、図１１は、運転停止時における発電装置１ｂの制御動作を示すフロー図である。
【００６７】
起動時においては、図１０に示すように、タイマによるカウント処理を行うステップ（ステップＳｔ３）と、開閉弁１５を開放する処理を行うステップ（ステップＳｔ４）との間に、蒸発圧力センサ２１で検出された圧力Ｐｖと吐出圧力センサ２２で検出された圧力Ｐｄとの差圧ΔＰが所定値ΔＰＨよりも小であるかどうかを判断する第２判断処理ステップ（ステップＳｔ９）が備えられている点で、図８に示したフロー図と相違する。
【００６８】
蒸発圧力センサ２１で検出された圧力Ｐｖと吐出圧力センサ２２で検出された圧力Ｐｄとの差圧ΔＰが所定値ΔＰＨよりも小であるかどうかを判断する第２判断処理ステップ（ステップＳｔ９）にて、ＹＥＳと判断されると、開閉弁１５を開放する処理を行うステップ（ステップＳｔ４）に移行し、その後は、図８に示したフロー図と同様の処理を行う。一方、第２判断処理ステップ（ステップＳｔ９）にて、ＮＯと判断されると、「膨張機バイパス弁、均圧弁が開の状態となっていない」旨か、「蒸発圧力センサか吐出圧力センサが異常である」旨の警報を、コントローラ１１の表示部１１ｃに発信する警報処理（ステップＳｔ１０）を行う。
【００６９】
この第２判断処理ステップ（ステップＳｔ９）の実行により、起動時においては、蒸発圧力センサ２１で検出された圧力Ｐｖと吐出圧力センサ２２で検出された圧力Ｐｄとの差圧ΔＰが所定値ΔＰＨよりも小である場合に限って、開放弁１５を開放することができるので、作動媒体の流通を再開（バイナリ発電装置１ｂを再起動）しても、スクリュー膨張機３が急加速することがないという効果をより一層確実なものとすることができる。
【００７０】
なお、運転停止時においては、図１１に示すように、図９に示した制御と同じ制御が実行される。
【００７１】
（第４実施形態）
図１２は、本発明の第４実施形態の発電装置１ｃを示している。
【００７２】
第４実施形態の発電装置１ｃは、第３実施形態の発電装置１ｂの構成と多くの点で共通するが、上述の発電装置１ｂの構成に加え、加熱媒体供給流路１１に開閉弁からなる加熱媒体供給弁２３が設けられている点で第３実施形態と異なり、また、膨張機バイパス流路１９の一端部が均圧流路１７に接続されるのではなくスクリュー膨張機３と油セパレータ８との間の流路６ｂに接続され、かつ、均圧流路１７の一方が、凝縮器４の内部の流路に接続される点でも第３実施形態と異なる。
【００７３】
次に、図１３及び図１４を参照しつつ、この発電装置１ｃの制御の内容について説明する。図１３は、起動時における発電装置１ｃの制御動作を示すフロー図である。また、図１４は、運転停止時における発電装置１ｃの制御動作を示すフロー図である。
【００７４】
まず、起動時の発電装置１ｃの制御の内容を説明する。起動時における発電装置１ｃの制御動作は、第３実施形態の発電装置１ｂの起動時の制御動作と共通しているところが多いが、図１３に示されているとおり、開閉弁１５を開放するステップ（ステップＳｔ４）の前に、加熱媒体供給弁２３を開放する処理を行うステップ（ステップＳｔ２０）が実行される点で、第３実施形態と異なる。
【００７５】
次いで、運転停止時の発電装置１ｃの制御の内容について説明する。運転停止時における発電装置１ｃの制御動作は、第３実施形態の発電装置１ｂの運転停止時の制御動作と共通しているところが多いが、図１４に示されているとおり、停止指令を出力する処理ステップ（ステップＳｔ１１）の後に、加熱媒体供給弁２３を閉じる処理を行うステップ（ステップＳｔ２１）が実行される点で、第３実施形態と異なる。
【００７６】
このように、運転停止時においては加熱媒体供給弁２３を閉じることによって、まず蒸発器２への加熱媒体の供給を停止し、蒸発器２の温度の上昇、ひいては、蒸発圧力センサ２１で検出される圧力Ｐｖの上昇を抑制することにより、発電装置１ｃの停止を円滑にすすめることができる。
【００７７】
また、均圧流路１７の一方を凝縮器４に直接つなぎこむことにより、配管を通じて作動媒体が油セパレータ８へ戻ることを防止することができる。すなわち、発電装置１の起動時において、加熱媒体供給弁２３を開放して（ステップＳｔ２０）、加熱媒体が蒸発器２に流れるようにした時に、蒸発器２で気化した作動媒体（液状態のものも含まれている）は、蒸発器２から凝縮器４へ移動するが、このとき、作動媒体が蒸発器２から油セパレータ８に移動することを回避することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１，１ａ，１ｂ 発電装置発電サイクル
２ 蒸発器
３ スクリュー膨張機
４ 凝縮器
５ 作動媒体ポンプ
６ 循環流路
７ 発電機
８ 油セパレータ
９ 油ポンプ
１０ 油供給路
１１ 加熱媒体供給流路
１２ 加熱媒体排出流路
１３ 冷却媒体供給流路
１４ 冷却媒体排出流路
１５ 開閉弁
１６ 均圧弁
１７ 均圧流路
１８ 膨張機バイパス弁
１９ 膨張機バイパス流路
２０ コントローラ
２１ 蒸発圧力センサ
２２ 吐出圧力センサ
２３ 加熱媒体供給弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動媒体が流通する循環流路と、
外部から供給される加熱媒体によって作動媒体を蒸発させる蒸発器と、
蒸発した作動媒体が導入されることにより、発電機を回転駆動させる膨張機と、
前記膨張機から排出された作動媒体が導入され、外部から供給される冷却媒体によって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前記蒸発器に再供給する作動媒体ポンプと、
を備えた発電装置であって、
前記循環流路における前記蒸発器と前記膨張機の入り口側との間の部位に配置された開閉弁と、
均圧弁が設けられ、前記循環流路において、前記開閉弁と前記蒸発器との間の部位と、前記膨張機の出口側と前記凝縮器との間の部位とを連通可能な均圧流路と、
膨張機バイパス弁が設けられ、前記循環流路において、前記開閉弁と前記膨張機の入り口側との間の部位と、前記膨張機の出口側と前記凝縮器との間の部位とを連通可能な膨張機バイパス流路と、
運転停止時には、前記開閉弁を閉じる一方で前記作動媒体ポンプの停止以後に前記膨張機バイパス弁及び前記均圧弁を開放する制御を行い、起動時には、前記開閉弁を開放する一方で、前記作動媒体ポンプを駆動する以前に前記膨張機バイパス弁及び前記均圧弁を閉じる制御を行うコントローラと、
を備えていることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記運転停止時において、前記作動媒体ポンプの停止以後において予め定められた時間が経過した場合に前記膨張機バイパス弁及び前記均圧弁を開放する制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記循環流路には、前記蒸発器と前記開閉弁との間に蒸発圧力センサが設けられており、
前記運転停止時において、前記作動媒体ポンプの停止以後において前記蒸発圧力センサで検出された圧力が予め定められた上限値以上となった場合に前記膨張機バイパス弁及び前記均圧弁を開放する制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項４】
前記循環流路には、前記蒸発器と前記開閉弁との間に配置された蒸発圧力センサと、前記膨張機と前記凝縮器との間に配置された吐出圧力センサとが設けられており、
前記運転停止時において、前記作動媒体ポンプの停止以後において前記蒸発圧力センサで検出された圧力と前記吐出圧力センサで検出された圧力との差圧が予め定められた所定値以上となった場合に前記膨張機バイパス弁及び前記均圧弁を開放する制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項１】
作動媒体が流通する循環流路と、
外部から供給される加熱媒体によって作動媒体を蒸発させる蒸発器と、
蒸発した作動媒体が導入されることにより、発電機を回転駆動させる膨張機と、
前記膨張機から排出された作動媒体が導入され、外部から供給される冷却媒体によって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前記蒸発器に再供給する作動媒体ポンプと、
を備えた発電装置であって、
前記循環流路における前記蒸発器と前記膨張機の入り口側との間の部位に配置された開閉弁と、
均圧弁が設けられ、前記循環流路において、前記開閉弁と前記蒸発器との間の部位と、前記膨張機の出口側と前記凝縮器との間の部位とを連通可能な均圧流路と、
膨張機バイパス弁が設けられ、前記循環流路において、前記開閉弁と前記膨張機の入り口側との間の部位と、前記膨張機の出口側と前記凝縮器との間の部位とを連通可能な膨張機バイパス流路と、
運転停止時には、前記開閉弁を閉じる一方で前記作動媒体ポンプの停止以後に前記膨張機バイパス弁及び前記均圧弁を開放する制御を行い、起動時には、前記開閉弁を開放する一方で、前記作動媒体ポンプを駆動する以前に前記膨張機バイパス弁及び前記均圧弁を閉じる制御を行うコントローラと、
を備えていることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記運転停止時において、前記作動媒体ポンプの停止以後において予め定められた時間が経過した場合に前記膨張機バイパス弁及び前記均圧弁を開放する制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記循環流路には、前記蒸発器と前記開閉弁との間に蒸発圧力センサが設けられており、
前記運転停止時において、前記作動媒体ポンプの停止以後において前記蒸発圧力センサで検出された圧力が予め定められた上限値以上となった場合に前記膨張機バイパス弁及び前記均圧弁を開放する制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項４】
前記循環流路には、前記蒸発器と前記開閉弁との間に配置された蒸発圧力センサと、前記膨張機と前記凝縮器との間に配置された吐出圧力センサとが設けられており、
前記運転停止時において、前記作動媒体ポンプの停止以後において前記蒸発圧力センサで検出された圧力と前記吐出圧力センサで検出された圧力との差圧が予め定められた所定値以上となった場合に前記膨張機バイパス弁及び前記均圧弁を開放する制御を行う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７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−５７２６４（Ｐ２０１３−５７２６４Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９５０８０（Ｐ２０１１−１９５０８０）
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【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２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【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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